測量太陽能電池特性的測量裝置和方法
2023-07-19 10:16:26
專利名稱：測量太陽能電池特性的測量裝置和方法
技術領域：
本發明涉及測量太陽能電池特性的測量裝置和方法，更具體地，涉及測量具有比由光源產生的照明範圍更為廣泛的光敏區的太陽能電池的光電轉換特性的測量裝置和方法。
作為一種潔淨功率發生方法，光電功率發生吸引了許多人的興趣，它能夠滿足對電力日益增長的需要，並且不會破壞環境，因為它不會引起例如放射性汙染以及地球的溫室效應的環境問題，此外，太陽光可以分布不勻地照到地球的任何地方，並且已經實現了不需要複雜和大型設備，就可以具有相對大的功率發生效率。相應地，不同的研究和開發已經在光致電壓電功率發生方面進行，以便滿足實際的要求。
根據太陽能電池的研究和開發，不僅是太陽能電池的製造技術，而且所生產的太陽能電池的輸出特性的評價技術也是非常重要的項目。作為評價太陽能電池輸出特性的方法，通常採用研究太陽能電池的電壓對電流的特性(電壓／電流特性)的方法。圖2所示為用於評價電壓／電流特性的裝置的結構。在圖2中，數字201表示一個被評價的太陽能電池；202為一個直流電源；203表示導線；204為電流表，205為電壓表；206為測量電壓用的導線；207為計算機；208為光源；209為擋板。
由計算機207控制的直流電源202經過導線203以及電流表204連接到太陽能電池201。通常用雙極直流電源作為直流電源202，也可以用電子負荷代替。此外，電壓表205連接在太陽能電池201的兩端。由電流表204和電壓表205分別測得的電流和電壓值輸入到計算機207。光源208向特性測量組發出標準光，達到1日光(=1000W／m2)以及AM1．5光譜，符合日本工業標準(JIS)。太陽能電池201的照亮和屏蔽是由計算機207控制擋板209的打開或者關閉進行。
用上述設備測量太陽能電池201的電壓／電流特性的方法解釋如下。
首先，預熱光源208，並且進行調節，使它發出標準光的數量。在這個階段中，光源208為接通，擋板209為關閉。下一步，放置好被測量的目標太陽能電池201。然後，打開擋板209，標準光照射太陽能電池201的整個表面。在此條件下，計算機207控制直流電源202以輸出電壓。施加到太陽能電池201兩端的電壓取決於太陽能電池的型式，對每種太陽能電池都預先確定了一個最佳電壓。
在測量電壓／電流特性的操作順序中，逐漸改變直流電源202的輸出電壓的同時，由電壓表205測定的太陽能電池兩端電壓值，以及由電流表204測定的電流值儲存在計算機207的內存中。
在測量所需要的電壓範圍內改變直流電源202的輸出電壓以後，關閉擋板，並且將太陽能電池移開。然後，用適當的軟體將儲存在計算機207內存中的電壓值數據和電流值數據畫出圖形，並且得到示於圖3中的電壓／電流特性。
圖3所示為太陽能電池的電壓／電流特性的一個例子。在圖3中，橫坐標V為電壓，縱坐標為電流。在圖3中曲線C是連接圖中所畫出的代表電壓和電流的測量值的點得到的。曲線C上的K點為電壓和電流的乘積為最大的點，即該點得到最大電功率，通常稱為最佳工作點。在最佳工作點得到的電功率為額定功率。
光致電壓功率發生最近已經很快地傳開。在居民區，例如太陽能板通常安裝在房頂上，在孤島上，太陽能板通常安裝在一個箱子中。為了減少安裝太陽能板的步驟數，趨向於擴大每塊太陽能電池的光敏表面。為了測量具有大面積的太陽能電池的特性，需要一個能夠照亮太陽能電池整個表面的光源；但是，得到那樣的光源是非常困難的。
通常最廣泛地採用氙氣燈作為光源，並且採用氙氣燈太陽模擬器。但是，這種太陽模擬器的價格隨著氙氣燈的照亮面積的增加而增加得很快。價格的增加是由於製造氣團過濾器和聚光鏡的困難所引起的。它們兩個均包括在太陽模擬器中，由於它們的尺寸變大，要求燈的供給電源的輸出功率特別大。對於一個實用的固定光型太陽模擬器，在目前的市場上，具有能夠照亮大約50cm×50cm面積光源的太陽模擬器已經是最大的了。有一種模擬器可以照亮大約1m×1m面積，其中一個燈作為光源，脈動以減少燈的電源的輸出功率。但是，由於除了電源以外的其他部件的尺寸與固定光型太陽模擬器的相同，這種太陽模擬器也非常貴。
因此，如上所述具有光源的測量和試驗用太陽模擬器是昂貴的；使得太陽能電池的製造費用增加。相應地，迫切需要能夠低成本地測量具有大面積太陽能電池特性的方法。此外，對於具有遠大於1m×1m光敏表面的太陽能電池來說，由於沒有能夠照亮那麼大面積的光源，實際上不可能測量這種太陽能電池的特性。
考慮到上述情況提出本發明，並且其目的是提供以低成本測量具有大光敏表面的太陽能電池特性的測量裝置和測量方法。
根據本發明，通過下述步驟組成的測量太陽能電池特性的測量方法達到上述目的在照亮太陽能電池的光敏表面的預定區的時候測量太陽能電池的第一特性，其中，未被照亮的光敏表面區稱為黑區；在光敏表面被遮光的黑狀態下，測量太陽能電池的第二特性；用第二特性乘以黑面積與光敏表面面積的比值，計算第三特性；然後，根據第一和第三特性計算預定照亮區的特性。
此外，根據本發明，通過提供包括下述步驟組成的測量太陽能電池特性的測量方法達到上述目的將太陽能電池光敏表面分成多塊，每塊具有預定的面積；在照亮每一塊的情況下測量太陽能電池的第一特性，其中，未被照亮的光敏表面區稱為黑區；在光敏表面被遮光的黑狀態下，測量太陽能電池的第二特性；用第二特性乘以黑面積與光敏表面面積的比值，計算第三特性；然後，根據對應塊的第一和第三特性計算多個分割塊中每一塊的特性。
此外，根據本發明，還通過提供太陽能電池的製造方法達到上述目的，該製造方法包括根據上述任何一個測量方法測量太陽能電池特性的測量步驟。
此外，根據本發明，還通過提供用於測量太陽能電池特性的測量裝置達到上述目的，該測量裝置包括用於照亮太陽能電池光敏表面的光源；在光敏表面和光源之間提供的障板，用於將光敏表面的被照亮區限定為預定區。
本發明的其他特點和優點將結合附圖由下面的描述給出，其中，在所有的圖中具有相同的參考符號表示相同的或者相似的部件。
這些附圖結合起來，並且作為說明書的組成部分，與相關的描述一起，示出本發明的實施例，用於解釋本發明的原理。
圖1所示為根據本發明用於測量太陽能電池特性的測量裝置的透視圖；圖2為解釋測量太陽能電池特性方法的圖；圖3所示為太陽能電池的電壓／電流特性例子的曲線圖；圖4所示為太陽能電池在黑狀態下的電壓／電流特性(黑特性)例子的曲線圖；圖5為解釋將太陽能電池光敏表面分成4塊，測量其電壓／電流特性的測量方法例子的視圖6所示為只照亮一塊，並且將其他各塊置為黑狀態時，該太陽能電池的電壓／電流特性例子的曲線圖；圖7所示為太陽能電池的一部分被照亮，而其他部分被遮光的情況下，太陽能電池的等值迴路；圖8所示為根據本發明的測量太陽能電池特性的測量方法中計算步驟的圖；圖9所示為解釋太陽能電池光敏表面分成6塊，測量太陽能電池特性的測量方法的解釋圖；圖10所示為太陽能電池的等值迴路；圖11為解釋根據本發明測量太陽能電池特性並且帶有校正由太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降的測量方法中的計算步驟的曲線圖；圖12所示為根據本發明測量太陽能電池特性的測量方法的過程順序的框圖；圖13所示為第一到第三試驗以及比較試驗的結果的表；圖14A和14B為得到太陽能電池特性的計算順序的框圖。
結合附圖詳細敘述根據本發明測量太陽能電池的測量方法的最佳實施例。
〖測量太陽能電池特性的測量裝置〗圖1所示為根據本發明測量方法的測量裝置的結構透視圖，在圖1中，參考數字101表示光源；102為障板；103為垂直移動單元；104為太陽能電池；105為試品擺放臺；106為導線；110和111為驅動單元；112為架子。
光源101具有用測量標準光照亮太陽能電池104的作用，內部有一個擋板單元。
障板102用於準確地確定在太陽能電池104上被照亮的區。最好在障板102的邊上放膠皮，與太陽能電池104接觸，使太陽能電池104免受損壞。此外，調節光源101有效的照亮區，使之比障板102的開口部分稍大，但是比障板102的外部尺寸小。
垂直移動單元103用於向下移動障板102，使之與太陽能電池104接觸，並且，在水平方向移動光源101和障板102之前向上移動。
太陽能電池104放置在試品擺放臺105上。在需要時，太陽能電池104可以用一個夾子(沒有示出)固定到臺子105上，以便防止在測量特性的過程中，太陽能電池104可能在臺子105上移動。此外，太陽能電池104連接到一個電源上，以便進行特性測量(未示出)，例如，用導線106連接。雙極直流電源、用於測量特性的電壓表和電流表以及導線與參考圖2所解釋的那些相同，在此略去對它們的解釋。
驅動單元110用於沿圖1的水平方向(X軸方向)移動光源101和障板102，並且，驅動單元111用於沿圖1的縱向(Y軸方向)移動光源101和障板102。
架子112用於安裝測量裝置到放置地板上，該裝置包括光源101，障板102，垂直方向移動單元103，X軸方向驅動單元110以及Y軸方向驅動單元。
注意圖1所示的測量裝置和圖2所示的測量裝置的差別為，在後者被光源208照亮的區域對應太陽能電池201的整個光敏區，而前者被光源101照亮的區域對應太陽能電池104的一部分光敏區。
〖太陽能電池的黑特性，以及太陽能電池被部分照亮時的亮特性〗下面解釋用根據本發明示於圖1的裝置進行太陽能電池特性測量的測量方法的處理順序。圖12所示為測量順序的流程圖；圖12所示的順序由操作員或者由圖2所示的計算機207進行。
(步驟S1)假定裝置處於由於光源101接通，並且擋板(未示出)關閉，必要的預熱時間已經結束的狀態。此外，環境溫度設定到適合於測量太陽能電池特性的溫度。特別的是該溫度保持在大約25℃。在這樣的條件下，太陽能電池104放置到試品放置臺105上，並且在必要時用一個夾子(未示出)固定。以後，導線106連接到太陽能電池104上。
(步驟S2)放置太陽能電池104的臺子105和它的外部區域被完全地遮掉光線，因此沒有光射入太陽能電池104，或者說光線被遮到入射光的量與1日光相比基本上可以忽略不計的水平。該狀態稱為黑狀態。
(步驟S3)在步驟S2的黑狀態下，測量參照圖2解釋的電壓／電流特性，從而得到太陽能電池104在黑狀態下的電壓／電流特性(以下稱為『黑特性』)。圖4中的曲線A表示該黑特性的一般測量結果。注意在此步驟所測量到的黑特性是太陽能電池104的整個表面的。
(步驟S4)下一步，當太陽能電池104被照亮時，測量它的電壓／電流特性。在這一步中，太陽能電池104的光敏表面分成4塊，並且對4塊中的每一塊分別進行測量。注意，塊的數量可以根據太陽能電池104的光敏表面的尺寸，被光源101照亮的面積，以及障板102開口的尺寸而選擇。圖5是用於解釋當太陽能電池104的光敏表面被分或者分隔成4塊的例子的解釋圖。在圖5中，B1到B4表示太陽能電池104的4塊中的每一塊。參考圖5，光源101放到障板102的上面，並且面向太陽能電池104和障板102。
(步驟S5)在障板102被垂直移動單元103提起到一個高度，使之不與太陽能電池104接觸時，障板102以及光源101被驅動單元110和111移動到塊B1被照亮的位置。
(步驟S6)垂直移動單元103將障板102向下移動到一個高度，在該位置上，障板102的背面與太陽能電池104接觸。此時，必須使障板102的背面與太陽能電池104接觸，從而障板102和太陽能電池104之間沒有空隙。在這樣的條件下，擋板被打開，太陽能電池104的塊B1被照亮，同時保持其他各塊在黑狀態下，並且測量太陽能電池104的電壓／電流特性(以下稱為『B1-亮，B2B3B4-黑特性』)。圖6所示為測量結果。
(步驟S7)在測量B1-亮，B2B3B4-黑特性以後，關閉擋板，從而塊B1照亮結束。
(步驟S8)以後，垂直移動單元103以及驅動單元110和111將光源101以及障板102移動到塊B2上，並且進行步驟S6中的測量。更具體地，太陽能電池104的塊B2被照亮，同時保持其他的塊在黑狀態，然後測量太陽能電池104的電壓／電流特性(B2-亮，B1B3B4-黑特性)。
(步驟S9)下一步重複步驟S7和S8的過程，測量太陽能電池104的B3-亮，B1B2B4-黑特性以及B4-亮，B1B2B3-黑特性。
(步驟S10)在測量了所有各塊的電壓／電流特性以後，擋板關閉，障板102提起，導線106與太陽能電池104斷開，然後將太陽能電池104從臺105上卸下。
圖6所示為測量到的4塊的電壓／電流特性曲線，稱為B1-亮，B2B3B4-黑特性；B2-亮，B1B3B4-黑特性；B3-亮，B1B2B4-黑特性；以及B4-亮，B1B2B3-黑特性。在圖6中，4個測量結果的曲線重合。這表明在整個光敏表面上太陽能電池104的特性是相同的。如果在整個光敏表面上太陽能電池的特性不完全相似，所得到的4條曲線就不完全重合。
注意，在上述的操作中，由部分地照亮太陽能電池104得到的特性不同於當塊B1到B4被物理上分割開所測量得到的每一塊的特性。其原因是例如B1-亮，B2B3B4-黑特性是當塊B1被物理上與其他塊分割開的特性以及其他三塊，即B2到B4塊的黑特性之和。換言之，如圖7等值迴路所示，塊B1並聯到其他三塊B2到B4上。在圖7中，參考數701表示塊B1被光710照亮，而參考數702對應於其他在黑狀態中的三塊B2到B4。因此，太陽能電池104的特性是塊B1的電流值以及其他三塊B2到B4的電流值之和。
〖對應於物理上與其他塊分割開的塊的狀態的塊的亮特性〗下面解釋對應於太陽能電池104的各塊物理上相互分割狀態，計算電壓／電流特性的方法。根據測量所得的4個電壓／電流特性，即B1-亮，B2B3B4-黑特性；B2-亮，B1B3B4-黑特性；B3-亮，B1B2B4-黑特性；以及B4-亮，B1B2B3-黑特性，以及當所有各塊均置於黑狀態時測量所得的黑特性。
首先，圖4中曲線A所示的黑特性是4個塊的，圖4中的曲線B表示對每個電壓得到的曲線A的電流的3／4。曲線B表示沒有照亮的三塊，即黑區的黑特性。
圖8中的曲線D對應圖4中的曲線B，而圖8中的曲線P對應於圖6中的B1-亮，B2B3B4-黑特性曲線。如上所述，B1-亮，B2B3B4-黑特性(曲線P)是B1塊被物理上與其他塊分割的狀態下，測量所得的特性(以下稱為「B1-亮特性」)與其他三塊的黑特性(曲線D)的和。因此，從B1-亮，B2B3B4-黑特性中減去三塊的黑特性，可以得到B1-亮特性。圖8中的曲線L所示為進行上述操作得到的B1亮特性。
〖當太陽能電池整個光敏表面被照亮時的特性〗下面解釋得到整個太陽能電池104的電壓／電流特性的方法。
將計算B1亮特性的方法用於B2到B4其他三塊，可以得到B2亮特性，B3亮特性和B4亮特性。圖8中曲線L2到L4對應於三個亮特性。如圖8所示，當太陽能電池的整個光敏表面的特性是一樣的時候，曲線L1到L4應該是相同的。但是，注意如果特性不一樣，則這些曲線不重合。4個亮特性之和等值於太陽能電池104的整個光敏表面被照亮時，太陽能電池104的特性(圖8中的曲線L)。
如上所述，根據部分照亮太陽能電池的光敏表面得到的特性以及黑特性，就可以得到太陽能電池的整個表面被照亮時的特性，然後，計算圖8中的L曲線上的電壓和電流的最大乘積，就可以得到當太陽能電池的整個表面被照亮時的太陽能電池的輸出。注意，特性的合成，即在相同的電壓下，將電流值相加，最好由計算機來完成。
注意，如果整個太陽能電池光敏表面的特性不相同，必須得到各塊的亮特性，並且如上所述，將這些亮特性相加。但是，如果太陽能電池整個表面的特性不一致性小到可以忽略時，或者當所要求的測量精確度不太高時，例如B1亮特性的電流值與塊的數量的乘積，可以考慮為太陽能電池的整個表面被照亮時的特性。在這種情況下，例如位於中心部分的塊的特性可能被測量作為B1亮特性。
此外，作為上述操作方法的擴展，太陽能電池的光敏表面可能被分為9塊，測量例如9塊中3塊的特性。以下基於這三塊的特性，計算當太陽能電池整個表面均被照亮時的特性。同樣地，根據需要也可以通過各種方法達到測量的簡化。
注意，在上述計算順序中，首先得到每一塊的亮特性，然後將所得到的亮特性相加；但是，也可以用不同的方法進行計算。一個例子是，首先將B1-亮，B2B3B4-黑特性，B2-亮，B1B3B4-黑特性，B3-亮，B1B2B4-黑特性，B4-亮，B1B2B3-黑特性相加，然後從其和中減去黑特性的電流值乘以3。這樣可以減少計算機的工作量。
〖將太陽能電池分成若干塊的方法〗在上述解釋中，太陽能電池104的光敏表面區對應於一個被照亮區(每個塊的區)的整乘數，並且，特別是該整數為4。但是，這個分區個數可以是任意的，並且不一定是整數。圖9所示為分區個數不是整數的情況。
圖9是一個例子的解釋圖，太陽能電池104的光敏表面分成6塊。在圖9中，塊B1，B2，B4和B5與障板102的開口，即照亮區，有相同的面積。但是，塊B3和B6的面積比該照亮區的面積要小。在此情況下，在照亮區內，光敏表面存在的面積作為有效照亮面積計算，然後進行上述類似的計算。
〖校正太陽能電池的串聯電阻分量〗太陽能電池的整個表面被照亮時，太陽能電池的特性是由上述方法，根據太陽能電池光敏表面部分地照亮得到的特性(例如，對應於B1-亮，B2B3B4-黑特性，以後稱為「部分亮特性」)以及黑特性而得到的。為了得到更精確的結果，最好進行下述校正。
如圖10等值迴路所示，在太陽能電池中有一個串聯電阻分量。在圖10中，參考數字1001表示一個沒有串聯電阻分量的理想太陽能電池，而參考數字1002表示串聯電阻分量。因此，為了得到電壓／電流特性所測量的電壓，對應於太陽能電池1001的理想輸出電壓減去在串聯電阻分量1002上的電壓降。此外，上述測量太陽能電池特性的測量方法中，作為計算基礎的電流值，根據測量所得的黑特性和部分亮特性而變化；因此，它們受到串聯電阻分量上的電壓降的影響。但是，理想的太陽能電池1001根據被照亮的狀態改變其特性；因此，必須校正由於串聯電阻分量1002引起的電壓降分量的測量特性。
更具體地，從黑特性以及部分亮特性中減去由於串聯電阻分量1002引起的電壓降分量而計算特性。在實際的計算中，在每個測量點上的電流值與串聯電阻分量1002的乘積為電壓降分量，它被加到相應點測量所得的電壓值上，其和作為在每個測量點上的實際電壓值。圖11為一條曲線，所示為校正串聯電阻分量1002的結果。在圖11中，曲線D給出測量所得的黑特性，曲線D』所示為校正了由串聯電阻分量1002引起的電壓降以後的黑特性。此外，曲線P示出當太陽能電池的光敏表面中一塊被照亮時得到的部分亮特性，曲線P』表示校正了由串聯電阻分量1002引起的電壓降以後的部分亮特性。曲線L』給出了根據由曲線D』表示的經過校正的黑特性和由曲線P』表示的經過校正的部分亮特性，得到太陽能電池整個表面均被照亮時的特性。此外，曲線L是假設由一個電壓表(對應圖2中的205)測量所得的特性，而這裡是從曲線L』中扣除由串聯電阻分量引起的電壓降(逆校正)後得到的。
在上述操作中，圖11的曲線L是測量所得的整個太陽能電池的特性。如果想要得到太陽能電池精確的輸出，就需要校正由於串聯電阻分量1002引起的電壓降。但是，因為隨著精度的提高，計算量也增加，所以，如果不需要非常高的精度，這個操作是不必要的。
串聯電阻分量1002的值可以將包括在太陽能電池中的例如一個透光的電極和一個基電極的串聯電阻相加得到，或者由測量所得的特性曲線的斜率，即△V／△I，得到。
〖用於得到太陽能電池特性的計算順序〗圖14A和14B所示為得到太陽能電池特性的計算順序的流程圖。計算是由圖2中所示的計算機207進行的。
圖14A所示的順序用於計算在對應於整個光敏表面被照亮狀態下的太陽能電池的特性，是基於具有太陽能電池的光敏表面的預定區域的每一塊被順序照亮時測量所得的部分亮特性。注意，在下面的解釋中，對應被照亮塊的區稱為「亮區」，而剩下的未被照亮的光敏表面稱為「黑區」。
在步驟S101中，輸入必要的數據，即光敏表面面積S，亮區的面積S1，太陽能電池的串聯電阻分量的值，測量所得的部分亮特性和黑特性。在步驟S102中，在部分亮特性以及黑特性上進行由串聯電阻分量引起的電壓降的校正。在步驟S103中，被校正的黑特性乘以黑區面積SD(=S-S1)對光敏表面面積S的比值(=SD／S)；從而計算出黑區的黑特性。在步驟S104中，計算出被校正的部分亮特性和黑特性之間的差特性。在步驟S105中，得到的差特性乘以光敏表面面積S對亮區面積S1的比值(=S／S1)；從而計算出對應於太陽能電池表面全部照亮狀態下的電壓／電流特性。在下一步驟S106中，在步驟S105中得到的電壓／電流特性進一步進行串聯電阻分量的逆校正。然後，在步驟S107中，輸出校正後的太陽能電池特性。
圖14B中所示順序是計算太陽能電池整個光敏表面被照亮的狀態下，太陽能電池的特性，基於將太陽能電池的光敏表面分成若干塊，並且照亮每一塊得到的部分亮特性。
在步驟S201中，輸入必要的參數，即光敏表面面積S，亮區面積，太陽能電池的串聯電阻分量值，測量所得的每一塊的部分亮特性，以及測量所得的黑特性。在步驟S202中，對每一塊的部分亮特性和黑特性進行由串聯電阻分量引起的電壓降的校正。在步驟S203中，被校正的黑特性乘以黑區面積SD對光敏表面面積S的比值；從而計算出黑區的黑特性。在步驟S204中，計算每塊被校正的亮特性和經過校正的黑區的黑特性之間的差特性。在步驟S205中，將所有得到的差特性相加；從而計算出對應於太陽能電池表面全部照亮狀態下的電壓／電流特性。在下一步驟S206中，在步驟S205中得到的電壓／電流特性進一步進行串聯電阻分量的逆校正。然後，在步驟S207中，輸出校正後的太陽能電池特性。
注意，為了輸出太陽能電池的特性，得到的結果可以顯示在顯示器的屏幕上，或者由繪圖機或者印表機畫出特性曲線。此外，表示太陽能電池特性的數據也可以輸出到其他計算機或者印表機上。
〖試驗1〗用一個每邊長為10cm的正方形太陽能電池的黑特性，以及在太陽能電池光敏表面中心部位的每邊長為5cm的正方形塊照亮時測量所得的太陽能電池部分亮特性，進行下述計算，可以得到對應整個光敏表面照亮狀態下太陽能電池的特性。假設在整個表面上，太陽能電池的特性是相同的，並且，被照亮的部分是一塊。
為了測量太陽能電池的特性，使用圖1所示的裝置，它的光源101可以有效地照亮每邊長為15cm的面積為225cm2的區域。障板102為正方形，每邊長為20cm，有一個方形開口，每邊長為5cm。至於太陽能電池104，採用了一個每邊長為10cm正方形的三重結構的非晶矽太陽能電池。
該太陽能電池104安放在試品擺放臺105上，用上述方法測量太陽能電池的特性。測量結果示於圖13。
〖試驗2〗每邊長為10cm的正方形太陽能電池的光敏表面分成4個正方形塊，每邊長為5cm，測量每塊的特性。假設在整個光敏表面上，太陽能電池的特性不相同，在得到每一塊的特性以後，將4塊的特性相加，得到對應整個光敏表面均被照亮狀態下的太陽能電池的特性。注意設其他條件與試驗1相同。測量結果示於圖13。
〖試驗3〗校正由太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降，以便得到對應的太陽能電池整個表面被照亮狀態下太陽能電池的特性。設其他條件與試驗2相同。測量結果示於圖13。
〖比較試驗〗測量沒有障板102的太陽能電池的特性，每邊長為10cm的正方形太陽能電池的整個光敏表面立即被照亮。換言之，這個條件對應於當照亮整個光敏表面時，測量太陽能電池特性的常規測量方法，設其他條件與試驗1相同。測量結果示於圖13。
圖13的表中給出從上述各試驗中得到的太陽能電池特性的測量結果。從這個結果，可以得到下述結論。
(a)試驗1的結果大約比比較試驗在最大功率點大3．4％，並且開路電壓大約高0．02伏。
(b)試驗2的結果大約比比較試驗在最大功率點大2％，短路電流大約與比較試驗相同。在短路電流方面的結果是由於在太陽能電池的整個表面的特性的不同反映到計算中。
(c)試驗3的結果在所有的最大功率、開路電壓和短路電流值與比較試驗的結果相當符合。這個結果是由於校正太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降的影響。
上述結果證明了根據本發明測量太陽能電池特性的測量方法可以正確地測量具有比光源照亮區大的光敏表面的太陽能電池特性。
注意在試驗1到3以及比較試驗中，採用每邊長10cm的較小光接收表面的正方形太陽能電池。這是為了證實用本發明的測量方法測量所得的太陽能電池特性能夠與在比較試驗中用常規測量方法測量所得的特性吻合。
如上所述，根據本發明，對於測量具有較大光敏表面的太陽能電池的特性，很難準備一個同時照亮整個表面的大光源，因此，能夠用有效照亮比太陽能電池的光敏表面小的光源來測量被光源有效照亮區。此外，當測量具有相對較小的太陽能電池的特性時，可以進一步減小光源的尺寸，從而降低了測量太陽能電池特性的測量裝置的造價。因此，降低了太陽能電池的生產成本，從而可以提供便宜的太陽能電池。
注意，除了採用圖12所示的測量太陽能電池特性的操作順序14A和14B，在製造太陽能電池時評價它的特性，這些順序可以用於製造太陽能電池時進行特性檢查和產品檢查。因此，本發明包括圖12中14A和14B所示的測量太陽能電池特性的測量方法，以及按照製造順序生產的太陽能電池。
此外，示於圖12上14A和14B的本發明太陽能電池特性測量順序也可以在計算機系統或者裝置(例如個人計算機)的存儲媒體中存貯用於進行順序處理的程序代碼，並且用計算機系統或者裝置的CPU或者MPU從存儲媒體中讀取程序代碼，然後執行該程序來完成。
在這樣的情況下，從存儲媒體讀出程序代碼實現根據該實施例的功能，存貯程序代碼的存儲媒體包括在本發明中。
此外，存儲媒體，例如軟盤，硬碟，光碟，磁光碟，CD-ROM，CD-R，磁帶，非易失型記憶卡以及ROM可以用來提供程序代碼。
此外，除了由執行計算機讀出的程序代碼實現根據上述實施例的上述功能，本發明包括一種情況，即在計算機平臺上運行的OS(作業系統)或者類似系統根據程序代碼的設定，進行上述實施例中部分或者全部的處理，並且實現根據上述實施例的功能。
此外，本發明還包括一種情況，其中，在從存儲媒體中讀出程序代碼以後，被寫進功能擴展卡，該卡插進計算機，或者寫入與計算機連接的功能擴展單元中提供的存儲器中，在CPU或者在功能擴展卡或單元的類似物中，按照程序代碼設定，進行部分或者全部處理，並且實現上述實施例的功能。
本發明不限於上述實施例以及各種變化，可以在本發明的精神和範圍內作各種改進。因此，為了使公眾獲悉關於本發明的範圍，提出以下權利要求。
權利要求
1．一種用於測量太陽能電池特性的測量方法，包括以下步驟在照亮太陽能電池光敏表面的一個預定區時，測量太陽能電池的第一特性，其中，未被照亮的光敏表面區稱為黑區；在黑狀態下，即光敏表面被遮住光的情況下，測量太陽能電池的第二特性；將第二特性乘以黑區面積與光敏表面面積的比值，計算第三特性；根據第一特性和第三特性，計算預定被照亮區的特性。
2．根據權利要求1的方法，其中，太陽能電池特性為太陽能電池的電壓對電流特性。
3．根據權利要求1的方法，其中，根據第一和第三特性計算的特性對應於被照亮區與光敏表面的其他區在物理上分隔開時，預定照亮區的電壓對電流特性。
4．根據權利要求1的方法，進一步包括根據第一和第三特性計算得到的特性乘以光敏表面面積與預定照亮面積之比，來計算太陽能電池特性的步驟。
5．根據權利要求1的方法，還包括對第一和第二特性校正對太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降的步驟。
6．根據權利要求4的方法，還包括對計算的太陽能電池特性進行由太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降的逆校正的步驟。
7．一種測量太陽能電池特性的方法，包括以下步驟將太陽能電池的光敏表面分成多塊，每塊具有預定面積；在照亮每一塊時測量太陽能電池的第一特性，其中，沒有照亮的光敏表面稱為黑區；在光敏表面被遮光的黑狀態下，測量太陽能電池的第二特性；將第二特性乘以黑區面積與光敏表面面積的比值，計算第三特性；根據相應塊的第一特性和第三特性，計算每一分割塊的特性。
8．根據權利要求7的方法，其中，太陽能電池特性為太陽能電池的電壓對電流特性。
9．根據權利要求7的方法，其中，根據多個分割塊中每一塊的第一和第三特性計算的特性對應各塊在物理上分割開時，每塊的電壓對電流特性。
10．根據權利要求7的方法，進一步包括將各塊的特性相加，計算太陽能電池特性的步驟。
11．根據權利要求7的方法，還包括對第一和第二特性校正由於太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降的步驟。
12．根據權利要求10的方法，還包括對計算的太陽能電池特性進行由太陽能電池的串聯電阻分量引起的電壓降的逆校正的步驟。
13．一種製造太陽能電池的製造方法，包括根據權利要求1的測量方法測量太陽能電池特性的測量步驟。
14．一種太陽能電池，根據權利要求13的製造方法生產。
15．一種製造太陽能電池的製造方法，包括根據權利要求7的測量方法測量太陽能電池特性的測量步驟。
16．一種太陽能電池，根據權利要求15的製造方法生產。
17．一種測量太陽能電池特性的測量裝置，包括用於照亮太陽能電池光敏表面的光源；在光敏表面與所示光源之間提供的障板，用於限定被照亮的光敏表面為一個預定區。
18．根據權利要求17的裝置，進一步包括一個移動單元，用於移動所述障板，使得所述光源照亮光敏表面的預定區。
19．一種電腦程式產品，包括具有電腦程式代碼的可讀媒體，用於測量太陽能電池特性，所述產品包括第一測量過程處理代碼，當照亮太陽能電池光敏表面的預定區時測量太陽能電池的第一特性，其中，光敏表面未被照亮的區稱為黑區；第二測量過程處理代碼，在光敏表面被遮光時，在黑狀態下測量太陽能電池的第二特性，其中；第一計算過程處理代碼，將第二特性乘以黑區面積對光敏表面面積之比計算第三特性；以及第二計算過程處理代碼，根據第一和第三特性計算預定被照亮區的特性。
20．一種計算機產品，包括具有電腦程式代碼的計算機可讀媒體，用於測量太陽能電池的特性，所述產品包括第一測量過程處理代碼，用於測量當照亮太陽能電池的光敏表面分割得到的每一塊時太陽能電池的第一特性，其中，光敏表面未被照亮的區稱為黑區；第二測量過程處理代碼，在光敏表面被遮光時，在黑狀態下測量太陽能電池的第二特性，其中，第一計算過程處理代碼，將第二特性乘以黑區面積對光敏表面面積之比計算第三特性；並且第二計算過程處理代碼，根據對應塊的第一和第三特性計算每個被分割的塊的特性。
全文摘要
太陽能電池光敏表面的一個預定區被照亮時,測量電壓對電流的特性。剩下的未被照亮的光敏表面稱為黑區。在光敏表面未被照亮的黑狀態下,測量太陽能電池的黑特性。黑特性乘以黑區面積對光敏表面面積的比值,從而計算出黑區的黑特性。然後,計算測量所得電壓對電流的特性與黑區的黑特性之間的差特性。該差特性乘以光敏表面面積對被照亮部分面積的比值,得到在對應整個光敏表面被照亮的狀態下,太陽能電池的電壓對電流的特性。
文檔編號G01R31/26GK1204059SQ9811519
公開日1999年1月6日 申請日期1998年6月29日 優先權日1997年6月30日
發明者吉野豪人, 大冢崇志 申請人:佳能株式會社