專利名稱：太陽能電池檢測方法及相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種太陽能電池檢測方法及相關(guān)裝置，尤指一種應(yīng)用電致發(fā)光(electroluminescence, EL)之物理現(xiàn)象的太陽能電池檢測方法及相關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
由于太陽能電池(solar cell)是一種相對較為干凈的電力來源，一般預(yù)期，其普及率在可見的未來皆會持續(xù)攀升。然而，太陽能電池的制造過程其實(shí)相當(dāng)繁復(fù)，且難免會導(dǎo)致電池上存在一些缺陷，例如微裂縫(micro crack)或其它缺陷，這些缺陷常會影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率及電池壽命，而降低電池的質(zhì)量。因此，太陽能電池的制造商皆致力于改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，以減少缺陷的產(chǎn)生。此外，制造商還必需在出貨前，對制造完的太陽能電池進(jìn)行檢測，以確保電池的質(zhì)量、降低日后的保固及維修成本、并提升使用者的滿意度。少數(shù)載子擴(kuò)散長度(minority carrier diffusion length)及少數(shù)載子生命周期(minority carrier lifetime)是太陽能電池兩個重要的參數(shù),這兩個參數(shù)的關(guān)系為DL =(DXt)V2，亦即T = DL2/D，其中，DL是擴(kuò)散長度，D是擴(kuò)散參數(shù)(diffusion coefficient或diffusivity)，T是生命周期。若太陽能電池上的某些點(diǎn)具有相對較低的擴(kuò)散長度DL，代表這些點(diǎn)的質(zhì)量較差，可能有無法用肉眼觀察出的缺陷，除了可能無法正常貢獻(xiàn)電流以夕卜，這些點(diǎn)將來破裂的風(fēng)險也相對較高。因此，檢測太陽能電池上各點(diǎn)的擴(kuò)散長度，是判斷電池質(zhì)量的一種方式。電子束誘導(dǎo)電流(electron beam induced current, EBIC)及激光束誘導(dǎo)電流(laser beam induced current,LBIC)這兩種物理現(xiàn)象皆可應(yīng)用來檢測太陽能電池各點(diǎn)的擴(kuò)散長度的變化，以判斷電池的質(zhì)量。然而，這類檢測方法的成本高、檢測速度慢、且檢測機(jī)臺體積大，故不太適合實(shí)際的應(yīng)用。此外，其它以電致發(fā)光(electroluminescence, EL)為理論基礎(chǔ)的太陽能電池檢測方法則無法檢測出擴(kuò)散長度小幅度的變化，故有鑒別度過低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，具有相對較高鑒別度、較簡單架構(gòu)、及較低檢測成本的太陽能電池檢測方法及裝置，對太陽能電池這個產(chǎn)業(yè)是非常有價值的。本說明書提供了一種太陽能電池檢測方法的實(shí)施例，包含有以下步驟充電太陽能電池的擴(kuò)散電容；在充電擴(kuò)散電容后，放電擴(kuò)散電容；以及感測太陽能電池在放電步驟中所發(fā)射出的光。本說明書提供了一種太陽能電池檢測方法的實(shí)施例，包含有以下步驟對太陽能電池施加順向直流偏壓；結(jié)束施加順向直流偏壓后，對太陽能電池施加逆向直流偏壓；以及感測太陽能電池在被施加逆向直流偏壓的時段中所發(fā)射出的光。
本說明書提供了一種太陽能電池檢測裝置的實(shí)施例，包含有充放電模塊及光感測模塊。充放電模塊用來先充電再放電太陽能電池的擴(kuò)散電容。光感測模塊用來感測充放電模塊放電擴(kuò)散電容時太陽能電池所發(fā)射出的光。相較于以電子束誘導(dǎo)電流或激光束誘導(dǎo)電流為理論基礎(chǔ)的檢測方法，以上實(shí)施例的成本低、檢測速度快、檢測機(jī)臺體積小，且檢測鑒別度高，故較適合實(shí)際的應(yīng)用。相較于其它以電致發(fā)光為理論基礎(chǔ)的檢測方法，以上實(shí)施例可達(dá)到較高的鑒別度，故可以更精確地檢測出太陽能電池中的缺陷。


圖1為本發(fā)明太陽能電池檢測裝置的一實(shí)施例示意圖。圖2為圖1之充放電模塊的一實(shí)施例示意圖。圖3為本發(fā)明太陽能電池檢測方法的一實(shí)施例時序圖。圖4為本發(fā)明太陽能電池檢測方法的另一實(shí)施例時序圖。
具體實(shí)施例方式請參閱圖1，其繪示了本發(fā)明太陽能電池檢測裝置一的實(shí)施例示意圖。檢測裝置100用來對一太陽能電池180進(jìn)行檢測，其中，太陽能電池180可以是單一的太陽能電池單元，也可以是由多個太陽能電池單元所組成的太陽能電池模塊。等效上，太陽能電池180包含有虛線所示的擴(kuò)散電容(diffusion capacitance)Cd及其它未繪示于圖中的等效組件(例如等效電阻)。檢測裝置100包含有一充放電模塊120及一光感測模塊140。充放電模塊120用來對太陽能電池180的擴(kuò)散電容Cd先充電再放電。光感測模塊140用來感測充放電模塊120放電擴(kuò)散電容Q1時太陽能電池180所發(fā)射出的光。圖2為圖1之充放電模塊120的一實(shí)施例示意圖。本實(shí)施例的充放電模塊120包含有一邏輯控制器(logic control stage) 125及一橋接電路(bridge) 130,橋接電路130包含有開關(guān)132、134、136、及138，這四個開關(guān)可以是晶體管，其中，開關(guān)132及138構(gòu)成一第一組開關(guān)、開關(guān)134及136構(gòu)成一第二組開關(guān)。電壓Vdd是充放電模塊120所接受的直流供應(yīng)電壓。圖2中橋接電路130的正輸出端⑴及負(fù)輸出端㈠分別為圖1中充放電模塊120的正輸出端⑴及負(fù)輸出端(_)。邏輯控制器125用來導(dǎo)通第一組開關(guān)132及138并斷路第二組開關(guān)134及136以使得第一組開關(guān)132及138對太陽能電池180施加順向直流偏壓Vf以充電擴(kuò)散電容CD，或是導(dǎo)通第二組開關(guān)134及136并斷路第一組開關(guān)132及138以使得第二組開關(guān)134及136對太陽能電池180施加逆向直流偏壓Vk以放電擴(kuò)散電容Cd。除了用以控制這四個開關(guān)以外，邏輯控制器125還可用來控制圖1之光感測模塊140的運(yùn)作，例如控制光感測模塊140的快門開啟與關(guān)閉。光感測模塊140可以是一相機(jī)，其在一曝光時段內(nèi)所感測到太陽能電池180的發(fā)光量相當(dāng)于太陽能電池180的發(fā)光強(qiáng)度對曝光時段的積分。光感測模塊140可將感測到的太陽能電池180的影像傳送給后端的判斷單元(未繪示于圖中)，由判斷單元依據(jù)影像判斷太陽能電池180上是否存在缺陷。圖3的時序圖繪示了本發(fā)明太陽能電池檢測方法一實(shí)施例，用來對前述的太陽能電池180進(jìn)行檢測。圖3的時序圖亦是圖1裝置運(yùn)作的一個例子。雖然圖1所示的裝置及圖3所示的方法可分別獨(dú)立存在，而不構(gòu)成彼此的限制條件，但為了說明上的方便，后文將搭配此二圖，以一并介紹圖1中的各組件的運(yùn)作及圖3中的各個步驟。首先，于步驟320中，充放電模塊120對擴(kuò)散電容Cd充電。如圖所示，本實(shí)施例所采用的作法是對太陽能電池180施加順向直流偏壓VF，以讓順向直流電流流經(jīng)太陽能電池180。在太陽能電池180上，少數(shù)載子生命周期等于T n的一點(diǎn)，順向直流電流是IF。理論上，本步驟的時間長度需要等于或長于Tn，且步驟結(jié)束前會讓該點(diǎn)的擴(kuò)散電容累積有IfX Tn的電荷量。接下來，于步驟340中，充放電模塊120對擴(kuò)散電容Cd放電。如圖所示，本實(shí)施例所采用的作法是對太陽能電池180施加逆向直流偏壓Vk，以讓逐漸回歸為零的逆向直流電流流經(jīng)太陽能電池180。理論上，本步驟會讓生命周期等于Tn的一點(diǎn)的擴(kuò)散電容從原本IfX Tn的電荷量逐漸降低為零。于步驟360中，光感測模塊140感測充放電模塊120放電擴(kuò)散電容Cd時，太陽能電池180所發(fā)射出的光。理想上，步驟360與步驟340應(yīng)同步開始，但若步驟360的開始時間早于步驟340的開始時間，則于步驟360中，光感測模塊140還會額外感測到太陽能電池180在步驟320中所發(fā)射出部分的光。在步驟320中，太陽能電池180會基于電致發(fā)光的原理而穩(wěn)定發(fā)光。各點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度約與該點(diǎn)的擴(kuò)散長度DLn成正比，而發(fā)光的時間長度約等于施加順向直流偏壓Vf的時間長度。若以光感測模塊140感測太陽能電池180于步驟320的整體或部分時段的發(fā)光量，則各點(diǎn)的發(fā)光量約與該點(diǎn)的擴(kuò)散長度DLn成正比。然而，由于太陽能電池180上正常點(diǎn)與異常點(diǎn)的擴(kuò)散長度差距可能不大，執(zhí)行步驟320時太陽能電池180不同點(diǎn)的發(fā)光量的差距也不會太大，換句話說，僅靠前述的正比關(guān)系可能不足以清楚鑒別太陽能電池180各點(diǎn)擴(kuò)散長度的變化。在步驟340中，太陽能電池180會基于電致發(fā)光及少數(shù)載子儲存時間(minoritycarrier storage time)的原理短暫發(fā)光。其各點(diǎn)逐漸降低的光強(qiáng)度約與該點(diǎn)的擴(kuò)散長度DLn成正比，此外，如后文的公式推導(dǎo)所示，各點(diǎn)發(fā)光的時間長度ts約與該點(diǎn)的擴(kuò)散長度DLn的平方成正比。故若以光感測模塊140感測太陽能電池180于步驟340的總發(fā)光量，則各點(diǎn)的總發(fā)光量約與該點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度與發(fā)光時間的乘積成正比，換句話說，各點(diǎn)的總發(fā)光量約與該點(diǎn)的擴(kuò)散長度DLn的三次方成正比。此時，太陽能電池180上正常點(diǎn)與異常點(diǎn)的發(fā)光量的差距會較大，換句話說，這樣的三次方關(guān)系可大幅提升對太陽能電池180各點(diǎn)擴(kuò)散長度的鑒別度。綜合以上兩段所述，步驟360與步驟320重疊的時段(若兩者有重疊)帶給以上實(shí)施例普通的鑒別度，步驟360與步驟340重疊的時段則帶給以上實(shí)施例較高的鑒別度。無論這三個步驟的重疊狀況為何，以上各實(shí)施例應(yīng)可得到高于傳統(tǒng)檢測裝置/方法的鑒別度。透過以上實(shí)施例所得到的太陽能電池180的影像，可以作為對太陽能電池180進(jìn)行檢測的標(biāo)的。若影像中某些點(diǎn)的亮度相對過低、或低于一預(yù)設(shè)閥值，代表該些較暗點(diǎn)的擴(kuò)散長度較短，且可能是缺陷的所在之處。若太陽能電池180是新制成的產(chǎn)品，則制造商可能需將整個太陽能電池180或太陽能電池180上包含有該些較暗點(diǎn)的電池單元認(rèn)列為不良品；若太陽能電池180已在使用中，則其維護(hù)人員可能需要將整個太陽能電池180或太陽能電池180上包含有該些較暗點(diǎn)的電池單元給替換掉。以下為相關(guān)的公式推導(dǎo)，其中，Tn為太陽能電池180某點(diǎn)的少數(shù)載子生命周期、C為該點(diǎn)的等效擴(kuò)散電容、Q為該點(diǎn)擴(kuò)散電容C中的電荷量、i為流經(jīng)該點(diǎn)的電流、R為該點(diǎn)的等效串聯(lián)電阻、Vc為擴(kuò)散電容C的跨壓、If為步驟320中流經(jīng)該點(diǎn)的順向電流，Ie為步驟340開始的瞬間流經(jīng)該點(diǎn)的逆向電流。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池檢測方法，包含有充電一太陽能電池的一擴(kuò)散電容；在充電該擴(kuò)散電容后，放電該擴(kuò)散電容；以及感測該太陽能電池在該放電步驟中所發(fā)射出的光。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池檢測方法，其中該放電步驟包含有對該太陽能電池施加一逆向直流偏壓以放電該擴(kuò)散電容。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能電池檢測方法，其中該充電步驟包含有對該太陽能電池施加一順向直流偏壓以充電該擴(kuò)散電容；且該放電步驟包含有對該太陽能電池施加一逆向直流偏壓以放電該擴(kuò)散電容。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的太陽能電池檢測方法，其中該充電步驟的時間長度短于該放電步驟的時間長度。
5.如權(quán)利要求1或2或3所述的太陽能電池檢測方法，其中該充電步驟及該放電步驟的時間長度皆短于O. 005秒。
6.一種太陽能電池檢測方法,包含有對一太陽能電池施加一順向直流偏壓；結(jié)束施加該順向直流偏壓后，對該太陽能電池施加一逆向直流偏壓；以及感測該太陽能電池在被施加該逆向直流偏壓的時段中所發(fā)射出的光。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能電池檢測方法，其中施加該順向直流偏壓的步驟的時間長度短于施加該逆向直流偏壓的步驟的時間長度。
8.如權(quán)利要求6或7所述的太陽能電池檢測方法，其中施加該順向直流偏壓的步驟的時間長度及施加該逆向直流偏壓的步驟的時間長度皆短于O. 005秒。
9.一種太陽能電池檢測裝置，包含有一充放電模塊，用來先充電再放電一太陽能電池的一擴(kuò)散電容；以及一光感測模塊，用來感測該充放電模塊放電該擴(kuò)散電容時該太陽能電池所發(fā)射出的光。
10.如權(quán)利要求9所述的太陽能電池檢測裝置，其中該充放電模塊包含有一邏輯控制器；以及一橋接電路，包含有用來耦接至該太陽能電池的一第一組開關(guān)及一第二組開關(guān)；其中，該邏輯控制器用來導(dǎo)通該第一組開關(guān)并斷路該第二組開關(guān)以使得該第一組開關(guān)充電該擴(kuò)散電容，或?qū)ㄔ摰诙M開關(guān)并斷路該第一組開關(guān)以使得該第二組開關(guān)放電該擴(kuò)散電容。
全文摘要
本發(fā)明提出的太陽能電池檢測方法之一包含有以下步驟充電一太陽能電池的一擴(kuò)散電容；在充電該擴(kuò)散電容后，放電該擴(kuò)散電容；以及感測該太陽能電池在該放電步驟中所發(fā)射出的光。本發(fā)明成本低、檢測速度快、檢測機(jī)臺體積小，且檢測鑒別度高，故較適合實(shí)際的應(yīng)用。
文檔編號G01R31/26GK103033731SQ20111030615
公開日2013年4月10日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者王遵義, 林明杰 申請人:致茂電子股份有限公司