专利名称：用于探测光伏装置中的缺陷的光子成像系统及其方法
技术领域：
一般来说，本发明涉及光伏装置，更具体来说，涉及用于探测光伏电池、模块中的缺陷的成像系统及其方法。
背景技术：
太阳能被认为是相对其它形式的能量的替代能源。太阳能转换系统用于将太阳能转换成电能。太阳能转换系统通常包括光伏模块、光伏电池或太阳能电池，它们将太阳能转换成电能，以供直接使用或者供存储和以后使用。太阳能到电能的转换包括在太阳能电池接收光、如太阳光；将太阳光吸收到太阳能电池中；生成和分离正、负电荷，从而在太阳能电池中创建电压；以及通过耦合到太阳能电池的端子收集和传递电荷。在太阳能模块制造线中，识别例如薄膜光伏模块等太阳能装置中的局部缺陷、热点等等是有帮助的，以便预测太阳能模块是否易于退化或者太阳能模块是否会出故障。用于太阳能模块的常规诊断方法涉及将成品太阳能模块暴露在校准到太阳光强度的光源下， 并且然后测量作为所施加电压的函数的电流。这种常规技术提供与太阳能模块的功率转换效率相关的信息，但没有提供与太阳能模块的可靠性有关的任何信息。此外，对于光源的操作消耗大量电力。希望具有更有效的系统和方法来识别光伏装置、如薄膜光伏模块中的缺陷。
发明内容
根据本发明的一个示范实施例，该方法包括经由电流源将电流提供给至少一个光伏装置，并且经由辐射探测器(radiation detector)来探测来自至少一个光伏装置的发射光子辐射。该方法还包括将对应于所探测的发射光子辐射的信号从辐射探测器输出到处理器装置，以及经由处理器装置来处理与所探测的发射光子辐射对应的信号，以便生成一个或多个二维图像。该方法还包括分析一个或多个二维光子图像，以便确定至少一个光伏装置中的至少一个缺陷。根据本发明的另一个示范实施例，一种系统包括电流源，它耦合到至少一个光伏装置，并且配置成将电流提供给至少一个光伏装置。辐射探测器配置成探测来自至少一个光伏装置的发射光子辐射，并且输出与所探测的发射光子辐射对应的信号。处理器装置耦合到辐射探测器，以及配置成接收与所探测的发射光子辐射对应的信号，处理该信号以生成一个或多个二维光子图像，并且分析一个或多个二维光子图像以确定至少一个光伏装置中的至少一个缺陷。根据本发明的另一个示范实施例，公开一种计算机可读介质，它使处理器装置能够确定至少一个光伏装置中的至少一个缺陷。
通过参照附图阅读以下具体实施方式
，会更好地理解本发明的这些及其它特征、方面和优点，附图中， 相似符号在整个附图中表示相似部件，附图包括图1是根据本技术的一个示范实施例、配置成诊断例如薄膜光伏模块等光伏装置的性能和可靠性的系统的图解表示；图2是根据本技术的一个示范实施例、配置成诊断例如薄膜光伏模块等光伏装置的性能和可靠性的系统的更详细图解表示；图3是根据本技术的一个示范实施例、用于获得无背景电致发光图像(“单纯电致发光图像”)的双倍速率电致发光探测技术的图解表示；图4是根据本技术的一个示范实施例的例如薄膜光伏模块等光伏装置的图解表示；图5是根据本技术的一个示范实施例、表示例如薄膜光伏模块等光伏装置的整个表面的二维电致发光图像的图解表示；图6是根据本技术的一个示范实施例、表示例如薄膜光伏模块等光伏装置的整个表面的二维热图像的图解表示；图7是示出根据本技术的一个示范实施例、电致发光强度相对所施加电流或电压的变化的图表；图8是根据本技术的一个示范实施例的二维电致发光图像的图解表示；以及图9是示出根据本技术的一个示范实施例、探测例如薄膜光伏模块等光伏装置中的一个或多个缺陷的方法中涉及的示范步骤的流程图。
具体实施例方式下面详细论述，本技术的实施例提供一种用于确定例如薄膜光伏模块等的一个或多个光伏装置中的至少一个缺陷的诊断方法。该方法包括经由电流源将电流提供给至少一个光伏装置，并且经由辐射探测器来探测来自至少一个光伏装置的发射光子辐射。该方法还包括将对应于所探测的发射光子辐射的信号从辐射探测器输出到处理器装置，以及经由处理器装置来处理与所探测的发射光子辐射对应的信号，以便生成一个或多个二维光子图像。该方法还包括分析一个或多个二维光子图像，以便确定至少一个光伏装置中的至少一个缺陷。根据一个具体实施例，还公开一种用于确定一个或多个光伏装置中的至少一个缺陷的诊断系统。根据本技术，可从通过使电流经过光伏装置所得到的二维光子图像，来确定光伏装置的性能和最终可靠性。参照图1，公开一种用于诊断例如薄膜光伏模块等光伏装置12的性能和可靠性的系统10。在另一个实施例中，光伏装置12可以是光伏电池。薄膜光伏模块12可包括碲化镉基光伏模块、铜铟镓硒基光伏模块、硅基光伏模块、非晶硅基薄膜光伏模块等等。本文中应当注意，还设想其它适当光伏模块、电池。系统10包括电流源14、辐射探测器16和处理器装置18。电流源14耦合到薄膜光伏模块12，并且配置成将电流提供给薄膜光伏模块12。 在一个实施例中，电流源14配置成将电流脉冲提供给薄膜光伏模块12。在另一个实施例中，电流源14配置成将电流提供给薄膜光伏模块12以供对光伏模块进行焦耳加热。本领域的技术人员已知，太阳能模块是将光转换成电流的装置。在所示实施例中， 观测相反现象，其中薄膜光伏模块12在电流源经过薄膜光伏模块12时发出光。相反现象可称作“电致发光”，它是发光二极管(LED)进行工作的过程。换言之，当电流经过薄膜光伏模块12时，薄膜光伏模块12发射光子辐射。辐射探测器16配置成探测从薄膜光伏模块12 所发射的光子辐射，并且输出与所探测的发射光子辐射对应的信号。辐射探测器16可以是红外拍摄装置、电荷耦合器件等等。本文中应当注意，还设想其它适当的辐射探测器。与辐射探测器16的操作同步地操作电流源14。换言之，当激活电流源14时，与电流源14同步地激活辐射探测器16，以便探测来自薄膜光伏模块12的发射光子辐射。处理器装置18耦合到辐射探测器16，以及配置成从辐射探测器16接收与所探测的发射光子辐射对应的信号，并且处理该信号以生成一个或多个二维光子图像。在一个具体实施例中，二维光子图像包括二维电致发光图像。在另一个实施例中，除了二维电致发光图像之外，二维热图像也可使用通过对一个薄膜光伏模块12进行焦耳加热所发射的相对较长波长的光子辐射来生成。处理器 装置18还配置成分析一个或多个二维光子图像，以便确定至少一个薄膜光伏模块12中的至少一个缺陷。缺陷可包括薄膜光伏模块12的裂纹、 孔洞、分流路径(shunt)、弱二极管、局部热点、弱或断裂电接触或者它们的组合。处理器装置18通常包括用于执行指示薄膜光伏模块12中的至少一个缺陷的计算的硬件电路和软件，下面进行描述。因此，处理器装置18可包括一系列电路类型，例如基于微处理器的模块和专用或通用计算机、可编程逻辑控制器或者甚至这种装置中的逻辑模块或代码。在一个具体实施例中，处理器装置18配置成通过将二维电致发光图像与包括温度记录法、可视检查、显微镜法或者它们的组合等的一种或多种技术进行相关，来分析二维光子图像，以便确定薄膜光伏模块12中的缺陷。在另一个具体实施例中，处理器装置18配置成通过将二维电致发光图像与加速使用寿命测试(基于太阳能通量)所生成的结果进行相关，来分析二维光子图像，以便更快地确定薄膜光伏模块12中的缺陷。在又一个具体实施例中，处理器装置18配置成通过将二维电致发光图像与薄膜光伏模块12所具有的一个或多个电性能测量参数(其包括效率、开路电压(U、短路电流(Isc)、填充因数或者它们的组合等)进行相关，来分析二维光子图像，以便确定薄膜光伏模块12中的缺陷。本文中应当注意，太阳能电池技术的上下文中的术语“填充因数”定义为实际最大可得功率与理论可得功率之比(表达为百分比)。在所示实施例中，滤光器(optical filter) 20设置在薄膜光伏模块12与辐射探测器16之间。滤光器20配置成向辐射探测器16仅传送能量等于薄膜光伏模块12的吸收层(图1中未示出)的带隙的光子辐射。本文中应当注意，虽然示出单个薄膜光伏模块12， 但是示范系统和技术可适用于监测多个薄膜光伏模块。换言之，示范系统可结合在任何在线制造设置中，以便监测和控制生产线。如前面所述，在所示实施例和后续实施例中，即使论述薄膜光伏模块，但是系统10也可适用于其它光伏装置。参照图2，公开系统10的更详细表示。如上所述，电流源14耦合到薄膜光伏模块 12，并且配置成将电流提供给薄膜光伏模块12。辐射探测器16配置成探测从薄膜光伏模块 12所发射的光子辐射，并且输出与所探测的发射光子辐射对应的信号。在所示实施例中，对模块12施加的电压偏置波形经由信号发生器17来调制。信号发生器17还配置成将同步触发信号传送给辐射探测器16。处理器装置18经由取帧器装置(frame grabber device) 19 耦合到辐射探测器16。处理器装置18配置成经由取帧器装置19从辐射探测器16接收与所探测的发射光子辐射对应的信号，并且处理该信号以生成一个或多个二维光子图像。本文中应当注意，由于由光伏装置所生成的电致发光一般很弱并且受到背景散射光的影响，所以辐射探测器16的积分时间常数的增加不足以生成单纯的电致发光图像。在一个实施例中，为了获得无背景电致发光图像(“单纯的电致发光图像”)，使用一种称作 “锁定电致发光探测技术(lock-in electroluminescence detection technique) ” 的技术。在这种技术中，模块12通过周期性调制的偏压来激活，并且实现了同步电致发光图像探测。电致发光图像使用低通滤波器13进行数字处理，用于实现弱信号的探测。锁定电致发光强度通过下列关系来确定
权利要求
1.一种方法，包括下列步骤经由电流源(14)将电流提供给至少一个光伏装置(12)；经由辐射探测器(16)探测来自所述至少一个光伏装置(12)的发射光子辐射；将对应于所探测的发射光子辐射的信号从所述辐射探测器(16)输出到处理器装置 (18)；经由所述处理器装置(18)来处理与所探测的发射光子辐射对应的信号，以便生成一个或多个二维光子图像；以及分析所述一个或多个二维光子图像，以便确定该至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷。
2.如权利要求1所述的方法，还包括经由设置在所述至少一个光伏装置(12)与所述辐射探测器(16)之间的滤光器(20)，仅将能量等于所述至少一个光伏装置(12)的吸收层的带隙的光子辐射传送给所述辐射探测器(16)。
3.如权利要求1所述的方法，其中，将电流提供给所述至少一个光伏装置(12)的步骤包括以较高电流密度对所述至少一个光伏装置(12)进行正向偏压。
4.如权利要求1所述的方法，其中，将电流提供给至少一个光伏装置(12)的步骤包括以较低电流密度对所述至少一个光伏装置(12)进行正向偏压。
5.如权利要求1所述的方法，其中，处理所述信号的步骤包括使用锁定电致发光图像探测技术来生成无背景二维光子图像。
6.一种系统(10)，包括电流源(14)，耦合到至少一个光伏装置(12)，并且配置成将电流提供给所述至少一个光伏装置(12)，辐射探测器(16)，配置成探测来自所述至少一个光伏装置(12)的发射光子辐射，并且输出与所探测的发射光子辐射对应的信号，以及处理器装置(18)，耦合到所述辐射探测器(16)，以及配置成接收与所探测的发射光子辐射对应的信号，处理所述信号以生成一个或多个二维光子图像，并且分析所述一个或多个二维光子图像以确定所述至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷。
7.如权利要求6所述的系统(10)，还包括滤光器(20)，设置在所述至少一个光伏装置(12)与所述辐射探测器(16)之间，并且配置成仅将能量等于所述至少一个光伏装置 (12)的吸收层的带隙的光子辐射传送给所述辐射探测器(16)。
8.如权利要求6所述的系统(10)，其中，所述处理器装置(18)配置成分析二维电致发光图像强度相对于所施加电压之间的关系以生成串联电阻地图、分流电阻地图或者它们的组合，以便确定所述至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷。
9.如权利要求6所述的系统(10)，其中，所述处理器装置(18)配置成分析二维电致发光图像强度相对于所施加电流之间的关系以生成串联电阻地图、分流电阻地图或者它们的组合，以便确定所述至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷。
10.一种计算机可读介质，其使处理器装置(18)能够确定至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷，所述计算机可读介质包括用于经由辐射探测器(16)探测来自所述至少一个光伏装置(12)的发射光子辐射的例程，用于将对应于所探测的发射光子辐射的信号从所述辐射探测器(16)输出到处理器装置(18)的例程；用于经由所述处理器装置(18)来处理与所探测的发射 光子辐射对应的信号以生成一个或多个二维光子图像的例程；以及用于分析所述一个或多个二维光子图像以确定该至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷的例程。
全文摘要
一种方法包括经由电流源(14)将电流提供给至少一个光伏装置(12)，并且经由辐射探测器(16)来探测来自至少一个光伏装置(12)的发射光子辐射。该方法还包括将对应于所探测的发射光子辐射的信号从辐射探测器(16)输出到处理器装置(18)，以及经由处理器装置(18)来处理与所探测的发射光子辐射对应的信号，以便生成一个或多个二维光子图像。该方法还包括分析一个或多个二维光子图像，以便确定至少一个光伏装置(12)中的至少一个缺陷。
文档编号G01N21/88GK102183523SQ201010623179
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者F·R·阿迈德, J·W·布雷, K·R·纳加卡, O·苏利马, 赵日安 申请人:通用电气公司