热点测试装置及用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了热点测试装置及用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘。该卡盘的实施例包括基座部分和置于基座部分上方的支撑部分。该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池，并在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离。
【专利说明】热点测试装置及用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘
[0001]本申请是基于申请日为2011年I月17日、申请号为201190000326.4 (国际申请号为PCT/US2011/021460)、发明创造名称为“热点测试装置及用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘”的中国专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2010年2月10日提交的、标题为“Chucks for Supporting SolarCell in Hot Spot Testing”的美国申请第12/703，378号的优先权，通过引用将其全部内
容合并于此。
【技术领域】
[0004]本公开大体涉及半导体测试装置。在一个实施例中，本公开涉及热点测试中用于支撑太阳能电池的卡盘。
【背景技术】
[0005]由于互连故障、电池故障、局部阴影、从太阳能电池到太阳能电池的光电流失配和/或局部阴影，太阳能电池中会发生局部加热，或“热点”。例如，当串联中的一个太阳能电池比该串联组中的其它太阳能电池产生的电流小时，由于流过该串联组中各个太阳能电池的电流不相等，因此可能会发生局部加热。如果一个或多个太阳能电池的局部加热变得过高，会损坏例如太阳能电池的模块。
[0006]已经开发出了很多测试来测试太阳能电池承受热点加热的能力。在这些测试中，太阳能电池可达到大约120°C的温度，并且在测试过程中，这个热量不易驱散。当测试很多太阳能电池时，在测试各个太阳能电池之间，需要停止或延迟测试一段特定时间，以使测试装置冷却下来。然而，该延迟降低了测试的速度，因此在给定时间内只允许对非常有限数量的太阳能电池进行测试。
实用新型内容
[0007]在一个实施例中，提供了一种用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，在此，该太阳能电池具有顶面和底面。该卡盘包括基座部分和置于基座部分上方并且与基座部分耦接的支撑部分。该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池，并在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离。应当理解的是，在该实施例中，被热隔离的底面部分包括在大约70%和大约90%之间的底面，该底面具有金属导体。但是，顶面没有任何金属导体。该卡盘还包括穿过基座部分和支撑部分的孔。该孔用于允许探针通过该孔与太阳能电池底面的金属导体接触。该孔用于向太阳能电池施加负偏压。
[0008]在另一个实施例中，提供了一种热点测试装置。该热点测试装置包括用于检测太阳能电池顶面上的热分布的热成像摄像机，其中该顶面没有任何金属导体。该热点测试装置还包括置于热成像摄像机下方的卡盘。该卡盘包括基座部分和用于支撑基座部分上方的太阳能电池并且与基座部分耦接的支撑部分，该支撑部分在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离。在此，该底面具有金属导体。该卡盘还包括至少穿过基座部分的孔，还包括置于卡盘下方的探针。该探针用于通过所述孔与太阳能电池底面的金属导体接触。所述热点测试装置还包括置于热成像摄像机下方的另外的卡盘，该另外的卡盘包括另外的基座部分和用于支撑该另外的基座部分上方的太阳能电池的另外的支撑部分，并且该另外的支撑部分在太阳能电池底面与该另外的基座部分之间限定了一个另外的空腔，该另外的空腔将太阳能电池底面的另一部分从该另外的基座部分热隔离。
[0009]在另一个实施例中，提供了一种用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘。该卡盘的实施例包括基座部分以及置于基座部分上方并且与基座部分耦接的支撑部分。该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池，并在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离。
[0010]在另一个实施例中，提供了一种用于对具有顶面和底面的太阳能电池进行热点测试的方法。在该方法中，太阳能电池被传送到卡盘上方。该卡盘包括基座部分及置于基座部分上方的支撑部分。该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池，并在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空间，该空间将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离。在该实施例中，被热隔离的底面部分包括在大约70%和大约90%之间的底面。在此，该太阳能电池的底面具有金属导体，而顶面没有任何金属导体。该卡盘还包括穿过基座部分和支撑部分的孔、侧面部分和在两端具有两个开口的真空式风洞，其中的一个开口实质上位于所述孔的相同区域内，另一个开口位于所述侧面部分上。在该方法中，通过真空式风洞施加真空抽吸，以将太阳能电池保持在适当的位置，并通过金属导体向太阳能电池施加负偏压。一旦施加了负偏压，就检测顶面的热分布。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]本公开通过示例予以说明，但是不局限于附图，其中相同的附图标记表示相同的兀件，在附图中:
[0012]图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一种热点测试装置；
[0013]图2示出了热点测试过程中太阳能电池顶面的热图像；
[0014]图3示出了太阳能电池的一个示例的横截面图；
[0015]图4A和图4B示出了根据本实用新型的一个实施例的卡盘的不同视图，该卡盘用于支撑在热点测试装置中的太阳能电池；
[0016]图5A、图5B、图5C和图示出了根据本实用新型的一个替代实施例的一个或多个卡盘的各种视图，这些卡盘用于支撑在热点测试装置中的太阳能电池；
[0017]图6示出了根据用于对太阳能电池进行热点测试的实施例的方法的总览流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面的描述及附图充分地说明了本实用新型的多个具体的实施例，使本领域的技术人员能够实施它们。其它实施例可以并入结构的、逻辑的、电气的、过程的及其它的变化。示例仅代表典型的可能的变型。除非明确地要求，各单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以改变。一些实施例的部分和特征可包含于或代替其它实施例的部分和特征。权利要求中所阐述的本实用新型的实施例包含了这些权利要求所有可用的等同物。在此，通过术语“实用新型”可以各个地或全体地引用本实用新型的实施例，仅仅是为了方便，而这不是要将本申请的范围限制于任何单个的实用新型或发明构思(如果实际上披露了多个)。
[0019]图1示出了根据本实用新型的一个实施例的一个热点测试装置100。该热点测试装置100测试太阳能电池104承受热点加热的能力。在此示例中，热点测试装置100包括热成像摄像机102、太阳能电池104、卡盘106和探针108。太阳能电池104置于卡盘106上，卡盘106用于支撑或夹住太阳能电池104。为了对太阳能电池104进行热点测试，探针108置于卡盘106下面，用于与太阳能电池104底部上的金属导体相接触并施加负偏压。如下面更详细的描述，卡盘106可以包括多个孔(未示出)，探针108从这些孔中穿过，以便与金属导体接触。
[0020]通过施加负偏压，太阳能电池104变为例如短路并以热的形式消耗功率。置于太阳能电池104上方的热成像摄像机102能够检测太阳能电池104表面上的热分布。例如，图2示出了热点测试过程中太阳能电池104顶面上的热图像。如图所示，施加负偏压导致太阳能电池104局部变热，其中太阳能电池104的各区域被加热到例如从20°C变化到26°C的不同温度。通过热成像摄像机102所检测到的热图像(如图1所示)，可以识别太阳能电池104承受热点加热的能力。
[0021]图3示出了太阳能电池104的一个示例的横截面图。太阳能电池104采用硅晶片301，硅晶片301具有朝向太阳以接收太阳辐射的顶面302和形成了到太阳能电池104的金属导体306的底面304。太阳能电池104包括形成于太阳能电池104的底面304上的多晶硅层中的P型多晶硅区域308和η型多晶硅区域310。底面多晶硅层可掺杂以具有P型多晶娃区域308和η型多晶娃区域310，使得相邻的P型多晶娃区域308和η型多晶娃区域310形成ρ-η结。多个金属导体306连接至P型多晶硅区域308和η型多晶硅区域310，以允许外部电路和设备接收来自太阳能电池104的电能，或者，可选择地，以允许外部电路和设备在热点测试中向太阳能电池104传送电能。假定多晶硅层形成于太阳能电池104的底面304上，顶面302没有任何金属导体，如图3所示。
[0022]图4Α和图4Β示出了根据本实用新型的一个实施例的卡盘400的不同视图，该卡盘用于支撑诸如图1所示的热点测试装置100之类的热点测试装置中的太阳能电池104。具体地，图4Α示出了卡盘400的俯视图，而图4Β示出了支撑太阳能电池104的卡盘400的侧视图。在此实施例中，所示出的卡盘400为矩形形状，但应当理解的是，在其它实施例中，卡盘400可被做成各种其它的形状，如正方形、三角形、椭圆形和圆形。卡盘400包括基座部分404和置于基座部分404上的支撑部分402，如图4Β所示。卡盘400还包括穿过基座部分404和支撑部分402的多个孔406。
[0023]支撑部分402用于支撑基座部分404上方的太阳能电池104。如图4Α所示，支撑部分402为矩形，但是也可以是任何适当的形状和/或尺寸，如正方形、椭圆形、圆柱和三角形。应当注意的是在热点测试中，太阳能电池104生成的热量被传递到了卡盘400。为了尽可能减少传送到卡盘400的热量，通过用支撑部分402而不是卡盘400的整个表面来支撑太阳能电池104，可以最小化太阳能电池104的底面(如图3的底面304)与卡盘400之间的接触面积。[0024]此外，在太阳能电池104的底面与基座部分404之间，支撑部分402限定了一个空间409，如图4B所示。S卩，太阳能电池104在卡盘400的基座部分404上方的上升产生了空间409。在一个实施例中，空间409可以大于或等于大约0.5毫米。在另一个实施例中，空间409可以大于或等于大约1.5毫米。此处所使用的术语“大约”的意思是，对于给定的设计或应用，所指定的尺寸或参数可以在可接受的公差范围内变化。例如，在一些实施例中，参数可接受的公差为±10%。应当注意的是，空间409将太阳能电池104的部分底面从基座部分404热隔离。此处所使用的术语“热隔离”指的是不同温度的两个或多个区域之间的温度划分。实际上，空间409充当了基座部分404与太阳能电池104的底面之间的隔热层。该空间可以减少从卡盘400的基座部分404传递到太阳能电池104的热量。例如，热隔离可以根据上面所讨论的将基座部分404从太阳能电池104的底面热隔离的材料、液体或气体的导热率来定义。在一个示例中，空气的导热率为大约0.025W/(m*K)。
[0025]继续参照图4A和图4B，多个孔406穿过例如基座部分404和支撑部分402。如上面所讨论，图4B所示的太阳能电池104的示例具有上面形成了金属导体的底面。在热点测试中，多个探针通过金属导体向太阳能电池104施加负电压。孔406允许这些探针穿过，以便与金属导体接触。
[0026]图5A和图5B示出了根据本实用新型的一个替代实施例的卡盘500和500’的各种视图，这些卡盘用于支撑在诸如图1所示的热点测试装置100之类的热点测试装置中的太阳能电池。如图5A和5B所示，卡盘500和500’用于在热点测试中支撑或夹住太阳能电池(未示出)，并且被通道514隔开。图5A示出了卡盘500和500’的俯视图，而图5B示出了一个卡盘500的侧视图。在这个替代实施例中，每个卡盘500或500’包括一个基座部分508 (如图5A中用阴影图案示出的)和置于基座部分508上面的支撑部分510。此外，每个卡盘500或500’包括多个孔504、多个安装孔502、多个真空式风洞开口 505及506和多个直槽512。如上所述，孔504用于允许探针与形成于太阳能电池底面上的金属导体接触。安装孔502用于将卡盘500和500’固定到例如包括在热点测试装置中的台子。卡盘500和500’可以用螺丝钉、螺栓或其它紧固件进行固定。
[0027]支撑部分510用于支撑基座部分508上面的太阳能电池，并在太阳能电池底面和基座部分508之间限定一个空间。在图5A所示的实施例中，被热隔离的太阳能电池的底面部分包括底面的大约70%至大约90%。换言之，大约10%至大约30%的底面被支撑部分510支撑。在一个实施例中，一个150mmxl50mm太阳能电池的底面的至少大约26%被图5A所示的两个卡盘500和500’支撑。由太阳能电池底面与基座部分508之间的空间所产生的热隔离的结果是，从太阳能电池传递到卡盘500和500’的热量可降低到大约在0.020W/ (m*K)和 0.030W/(m*K)之间。
[0028]除了支撑太阳能电池，在热点测试过程中，卡盘500和500’还将太阳能电池保持在适当的位置。在一个示例中，可使用真空抽吸将太阳能电池保持在适当的位置。可以通过真空式风洞施加真空，以迫使太阳能电池的底面附着于支撑部分510的表面上。每个真空式风洞具有至少两个开口 505和506。如图5B所示，每个卡盘500或500’包括至少一个侧面，并且在一个实施例中，一个真空式风洞开口 505可以位于该侧面上。另一个真空式风洞开口 506可以位于支撑部分510的一个表面上。
[0029]图5C示出了具有真空式风洞开口 506的支撑部分510的放大视图，该真空式风洞开口 506位于孔504附近。在一个实施例中，每个位于支撑部分510的表面上的真空式风洞开口 506可实质上位于孔504的相同区域内。此处所使用的术语“实质上”的意思是，对于给定的应用，所指定的尺寸可以在可接受的公差内扩展。该尺寸可取决于真空式风洞开口 506和/或孔504的几何结构或形状、所施加的真空的力和/或当探针与太阳能电池接触时所施加的力。在一个实施例中，真空式风洞开口 506与孔504之间的距离511或尺寸可以从大约I毫米变化至大约2毫米。例如，距离511可以为大约1.9毫米。在图5C所示的实施例中，多个真空式风洞开口 506实质上位于孔504的相同区域内，以尽可能降低例如施加给太阳能电池的剪切力(sheer force),该剪切力由真空力以及探针与太阳能电池的底面接触时所施加的反向力产生。如图5A至图5C所示，各个真空式风洞开口 505或506为圆形或月牙形，但是应当理解的是，在其它实施例中，真空式风洞开口 505或506可以被加工成各种其它的形状，如矩形和椭圆形。
[0030]卡盘500和500’的支撑部分还包括若干直槽512，图示出了这些直槽512的放大视图。每个太阳能电池具有一个拐角，而若干的这些直槽512用于接触拐角的一部分。假定这些直槽512的每个槽与其它槽之间以空间隔离，则这些直槽512可用于减少支撑部分510与太阳能电池的拐角的接触面积。在一个示例中，可将直槽512置于太阳能电池的拐角附近以容纳不同尺寸的太阳能电池，如150mmxl50mm、125.50mmxl25.50mm及其它尺寸。例如，与较小尺寸的太阳能电池，当被卡盘保持在适当位置时，较大尺寸的太阳能电池的拐角与更多数量的直槽512接触。
[0031]应当理解的是，卡盘500和500’可以由各种不同的材料组成。在一个实施例中，通过使用塑料聚合物可进一步降低热传递。塑料聚合物的示例包括聚醚醚酮(PEEK)、GAROLITE, MC NYLON、酚醛树脂(BAKELITE)、MICROTHERM SUPER G 及其它塑料聚合物。在一个实施例中，塑料聚合物具有在大约0.250W/(m*K)和大约0.288W/(m*K)之间的导热率。这种塑料聚合物的示例包括PEEK和GAR0LITE。此外，对卡盘500和500’的塑料聚合物的选择可以基于塑料聚合物的抗张强度。在一个实施例中，塑料聚合物可具有在大约95MPa和大约IOOMPa之间的抗张强度。具有在这个范围内的抗张强度的塑料聚合物的示例包括PEEK 和 MC NYLON。
[0032]图6示出了根据用于对太阳能电池进行热点测试的实施例的方法600的总览流程图。在一个示例实施例中，方法600可通过图1所示的热点测试装置100来执行。如图6所示，在步骤602，太阳能电池被传送到卡盘上方。在这个示例中，太阳能电池具有一个顶面和一个底面，其中底面具有金属导体，而顶面没有任何金属导体。如上所述，支撑着太阳能电池的卡盘具有一个基座部分和一个置于基座部分上方的支撑部分。
[0033]为了将太阳能电池保持在适当的位置，在步骤604，通过卡盘的真空式风洞实施了真空抽吸。随着将太阳能电池保持在适当的位置，多个探针可以与太阳能电池底面接触，并且在步骤606，通过金属导体向太阳能电池施加负偏压。随着所施加的负偏压，太阳能电池的多个区域被加热，并且在步骤608，检测太阳能电池顶面上的热分布。在检测热分布后，停止真空抽吸，并且将被加热了的太阳能电池从卡盘转移。随后针对另一个太阳能电池重复方法600。使用如上所述的卡盘来支撑太阳能电池可以减少例如从被加热了的太阳能电池向该卡盘传递的热量。因此，在热点测试过程中卡盘可以不被显著地加热。因而，可以将后继的太阳能电池迅速地传送到卡盘上方，而卡盘不会传递来自先前热点测试的显著热量。因此，在热点测试中使用如上所述的卡盘的各种实施例，可以例如在相对较短的时间内对较大数量的太阳能电池进行热点测试。
[0034]在上面的详细描述中，为了使本公开流畅，在单个实施例中偶尔会将各个特征集中在一起。本公开的方法不应被解释为反映了如下的意图:该主题所请求保护的实施例需要的特征比每个权利要求中明确列举的特征更多。相反，如所附权利要求所反映的那样，本实用新型可以包含少于单个实施例所公开的全部特征。因此，在此将所附的权利要求并入详细描述中，其中每个权利要求各自作为一个单独的优选实施例。
[0035]可以作为单个示例来针对此处所描述的组件、操作或结构来提供多个示例。最后，各个组件、操作和数据存储之间的界线在一定程度上是随意的，详细的操作在具体的说明性构造的上下文中示出。功能性的其它构造可能被设想出来，并且可能落入本实用新型的范围内。通常，在示例性构造中作为多个单独的组件提供的结构和功能，可以作为组合的结构或组件来实现。同样，作为单个组件提供的结构和功能，可以作为多个单独的组件来实现。这些以及其它的变型、修改、增加及改进都将落入本实用新型的范围内。
【权利要求】
1.一种用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，该太阳能电池具有顶面和底面，该卡盘包括: 基座部分； 置于基座部分上方并且与基座部分耦接的支撑部分，该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池，并在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离；以及 穿过基座部分和支撑部分的孔，该孔允许探针通过该孔与太阳能电池底面的金属导体接触。
2.如权利要求1所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，支撑部分的一部分包括直槽，其中多个直槽用于接触太阳能电池的一个拐角并减小支撑部分与该拐角的面积接触。
3.如权利要求1所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该卡盘包括在两端具有开口的真空式风洞，其中的一个开口实质上位于所述孔的相同区域内，另一个开口位于卡盘的一个侧面上。
4.如权利要求1所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该卡盘由塑料聚合物组成。
5.如权利要求4所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该塑料聚合物具有 0.250W/ (m*k)至 0.288W/(m*k)的热导率。
6.如权利要求4所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该塑料聚合物具有95MPa至IOOMPa的抗张强度。`
7.一种热点测试装置，包括: 热成像摄像机，用于检测太阳能电池顶面上的热分布； 置于热成像摄像机下方的卡盘，该卡盘包括基座部分和与基座部分耦接的支撑部分，该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池并且在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离，并且该卡盘还具有至少穿过基座部分的孔；以及 置于卡盘下方的探针，该探针通过所述孔与太阳能电池底面的金属导体接触。
8.如权利要求7所述的热点测试装置，还包括置于热成像摄像机下方的另外的卡盘，该另外的卡盘包括另外的基座部分和另外的支撑部分，该另外的支撑部分用于支撑该另外的基座部分上方的太阳能电池并且在太阳能电池底面和另外的底座部分之间限定了一个另外的空腔，该另外的空腔将太阳能电池底面的另一部分从该另外的基座部分热隔离。
9.如权利要求8所述的热点测试装置，其中，所述卡盘通过通道与所述另外的卡盘相分离。
10.如权利要求8所述的热点测试装置，其中，太阳能电池底面的至少26%被所述支撑部分及所述另外的支撑部分所支撑。
11.一种用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，该卡盘包括: 基座部分；以及 置于基座部分上方并且与基座部分耦接的支撑部分，该支撑部分用于支撑基座部分上方的太阳能电池并且在太阳能电池底面与基座部分之间限定了一个空腔，该空腔将太阳能电池底面的一部分从基座部分热隔离，其中支撑部分的一部分包括直槽，并且其中多个直槽用于接触太阳能电池的一个拐角，以及其中所述卡盘具有至少穿过基座部分的孔，以及其中该孔允许探针通过该孔与太阳能电池底面接触。
12.如权利要求11所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，所述支撑部分包括用于接触太阳能电池底面的一不同部分的表面，其中该卡盘还包括侧面部分，并且其中该卡盘包括在两端具有开口的真空式风洞，其中的一个开口实质上位于所述孔的相同区域内，另一个开口位于该侧面部分上。
13.如权利要求11所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该卡盘由塑料聚合物组成。
14.如权利要求13所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该塑料聚合物具有0.250W/ (m*k)至0.288W/(m*k)的热导率。
15.如权利要求13所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，该塑料聚合物具有95MPa至1OOMPa的抗张强度。
16.如权利要求11所述的用于在热点测试中支撑太阳能电池的卡盘，其中，被热隔离的太阳能电池底 面部分包括70%至90%之间的底面。
【文档编号】H02S50/10GK203616343SQ201320490396
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2011年1月17日 优先权日:2010年2月10日
【发明者】乔斯·弗朗西斯科·卡普龙, 伊曼纽尔·阿巴斯 申请人:太阳能公司