加速待测物老化的方法及设备

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加速待测物老化的方法及设备\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种加速待测物老化的方法及设备。特别涉及一种加强光照及控制温湿度以加速待测物老化的方法及设备。\n背景技术\n[0002] 现有的光电元件，例如：太阳能电池模块，通常会在户外使用好几年(例如：5年或\n10年)。在户外使用就会遇到阳光照射及日夜交替等状况，而使得该光电元件容易毁坏。因此，如何在短时间内模拟该光电元件在户外自然条件长期使用(例如：5年或10年以上)下的衰败变化，以检测该光电元件的塑料及漆料等长时间使用的性能稳定性，是该光电元件制造商不可避免的问题。为了解决上述问题，一种方法及设备使该光电元件老化之后再做检测便因运而生，然而，现有方法及设备的缺点是所需时间过长或是所得到检测结果的可靠度过低。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的一方面是涉及一种加速待测物老化的设备，用以缩短一待测物的测试时间。\n[0004] 为达上述目的，在本发明的一实施例中，该加速待测物老化的设备包括：一壳体、一光源、一温湿度控制装置及一散热装置。该壳体定义出一容置空间。该光源位于该容置空间中，用以提供强度大于1000W/m2的光线。该温湿度控制装置连接至该壳体，用以控制该容置空间中的温度及湿度。该散热装置位于该容置空间内，用以降低该待测物的温度。\n[0005] 优选地，所述散热装置还用以承载该待测物。\n[0006] 优选地，所述散热装置包括：一承载平台，所述承载平台具有多个透孔；多个中空导管，所述多个中空导管位于该承载平台的一表面，且连通所述透孔，其中所述中空导管彼此间隔一间隙，且面对该待测物；至少一支撑装置，所述至少一支撑装置位于该中空导管上，用以支撑该待测物，使得该待测物与所述中空导管之间具有一距离；一冷却气体提供装置，所述冷却气体提供装置提供一冷却气体穿过该承载平台的所述透孔及所述中空导管至该待测物，以均匀冷却该待测物。\n[0007] 优选地，所述散热装置还包括：一测试架，所述测试架位于该容置空间中，所述测试架具有一封闭腔体及多个通风孔，所述通风口连通至该封闭腔体，该承载平台位于该测试架上，且该承载平台的所述透孔连通至该测试架的所述通风孔，所述冷却气体提供装置位于该测试架的一侧边，用以将该容置空间中的气体导入所述测试架的封闭腔体。\n[0008] 优选地，所述待测物为平板状的光电元件。\n[0009] 优选地，所述光源为单一发光体或多个发光体，所述光源提供强度为2400W/m2至\n3500W/m2的光线，且所述光线的光谱范围为200nm至1300nm。\n[0010] 优选地，所述待测物所受的光强度的非均匀性小于5％。\n[0011] 本发明的另一方面目的是涉及一种加速待测物老化的方法，用以缩短一待测物测试时间。\n[0012] 为达上述目的，在本发明的一实施例中，该方法包括以下步骤：(a)提供一温湿度可控的容置空间；(b)在该容置空间提供一光源，其中该光源是用以提供强度大于1000W/m2的光线；及(c)提供一散热装置以降低该待测物的温度。\n[0013] 优选地，所述步骤(b)中，该光源提供强度为2400W/m2至3500W/m2的光线，该光线的光谱范围为200nm至1300nm，且该待测物所受的光强度的非均匀性小于5％；所述步骤(c)中该散热装置是以热对流方式降低该待测物的温度。\n[0014] 优选地，该方法还包括以下步骤：(d)在一第一期间持续提供该光线后关闭该光源；(e)在一第二期间持续停止提供该光线后再开启该光源，且在该第二期间中降低该容置空间中的温度及提高该容置空间中的湿度；及(f)反复依序进行所述步骤(d)及所述步骤(e)。\n[0015] 本发明的有益效果为：本发明借此可达到加速该待测物老化的效果。在一实施例中，可以在3个月内模拟该待测物在户外10年以上的老化效果，甚至可以在1.5个月内模拟\n25年的老化效果。\n附图说明\n[0016] 图1显示本发明加速待测物老化的设备的一实施例的剖视示意图。\n[0017] 图2显示本发明中承载平台及中空导管的一实施例的立体示意图。\n[0018] 图3显示本发明中承载平台及中空导管的另一实施例的立体示意图。\n[0019] 主要元件符号说明：\n[0020] 1    本发明加速待测物老化的设备的一实施例\n[0021] 3    散热装置\n[0022] 10   容置空间\n[0023] 12   壳体\n[0024] 14   待测物\n[0025] 16   光源\n[0026] 17   光线\n[0027] 18   光源开关\n[0028] 20   温湿度控制装置\n[0029] 21   进气管\n[0030] 22   出气管\n[0031] 30   承载平台\n[0032] 32   中空导管\n[0033] 34   支撑装置\n[0034] 36   测试架\n[0035] 38   冷却气体提供装置\n[0036] 40   空间\n[0037] 42   冷却气体\n[0038] 121  进气口\n[0039] 122  出气口\n[0040] 141  上表面\n[0041] 142  下表面\n[0042] 161  发光体\n[0043] 301  第一表面\n[0044] 302  第二表面\n[0045] 303  透孔\n[0046] 321  间隙\n[0047] 322  凹口\n[0048] 361  封闭腔体\n[0049] 362  通风孔。\n具体实施方式\n[0050] 参考图1，显示本发明加速待测物老化的设备的一实施例的剖视示意图。该加速待测物老化的设备1包括一壳体12、一待测物14、一光源16、一光源开关18、一温湿度控制装置\n20及一散热装置3。\n[0051] 该壳体12为该加速待测物老化的设备1的主体结构，其内定义出一容置空间10。该壳体12提供该容置空间10与外界绝热保温的功能，也就是，该容置空间10大致上为一封闭空间。该壳体12具有一个门(图中未示)，其可开启及关闭，以做为元件进出该容置空间10的通道。该壳体12具有一进气121及一出气122。\n[0052] 该待测物14位于该容置空间10中。在本实施例中，该待测物14为一平板状的光电元件，例如：太阳能电池模块。然而在其他实施例中，该待测物14可以是其他平版状的元件。\n该待测物14具有一上表面141及一下表面142。\n[0053] 该光源16位于该容置空间10中，用以提供光线17以照射该待测物14的上表面141。\n该光源16为模拟太阳光的光源，且其光强度大于一般阳光的光强度(也就是1000W/m2)。在本实施例中，该光线17的光强度为一般阳光的2.4倍至3.5倍(也就是该光线17的光强度为\n2400W/m2至3500W/m2)，使得该待测物14的上表面141所受的光强度为2400W/m2至3500W/m2(由全辐射计所测量)。较佳地，该待测物14所受的光强度的非均匀性小于5％(依据IEC60904-9中关于非均匀性(non-uniformity)的量测方式定义)。该光源16为单一发光体\n161或多个阵列排列的发光体161(所述发光体161的种类可以相同或不同)，且其光谱范围为200nm至1300nm，在此范围内该光线17的各光波长的能量分布与太阳光的光谱相似。然而，在其他实施例中，该光源16为其他类型或种类的光源。\n[0054] 该光源开关18电性连接至该光源16，用以控制该光源16的开关。因此，在一实施例中，该光源16在该待测物14老化过程中为持续开启；然而，在另一实施例中，该光源16在该待测物14老化过程中为开启一段时间后关闭一段时间，如此反复进行，以模拟日夜交替的情况。\n[0055] 该温湿度控制装置20连接至该壳体12，以控制该容置空间10中的温湿度，也就是将该容置空间10中的温湿度控制在一预定范围内。在本实施例中，该温湿度控制装置20是利用一进气管21连接至该壳体12的进气口121，以传送冷空气及/或湿空气至该容置空间10中；此外该温湿度控制装置20是利用一出气管22连接至该壳体12的出气口122，以将该容置空间10中的热空气及/或干空气排出。在本实施例中，该容置空间10中的温度可控制在-40℃至90℃或-40℃至20℃的范围中，且湿度可控制在20％至95％的范围中。可以理解的是，该温度及该湿度是依该待测物14未来可能会遇到的环境而设定其范围。\n[0056] 该散热装置3是用以降低该待测物14的温度，也就是用以将该待测物14的温度控制在一预定范围内(例如：45℃至75℃之间)。在本实施例中，该散热装置3位于该容置空间\n10中，且还用以承载该待测物14。该散热装置3包括一承载平台30、多个中空导管32、至少一支撑装置34、一测试架36及一冷却气体提供装置38。\n[0057] 该承载平台30具有一第一表面301、一第二表面302及多个透孔303。所述透孔303是由该第一表面301贯穿至该第二表面302，且为阵列排列。所述中空导管32位于该承载平台30的第一表面301，且其位置对应所述透孔303以连通所述透孔303。所述中空导管32彼此间隔一间隙，且面对该待测物14的下表面142。\n[0058] 该支撑装置34位于该中空导管32上，用以支撑该待测物14，使得该待测物14的第二表面142与该承载平台30的第一表面301间隔一预设距离，而形成一空间40，以供气体流动。可以理解的是，所述中空导管32的高度略小于该空间40的高度，使得该待测物14的第二表面142与所述中空导管32的顶端之间具有一距离，以供气体流动。在本实施例中，该支撑装置34位于该中空导管32上但不会完全覆盖住该中空导管32。\n[0059] 该测试架36位于该容置空间10中，其具有一封闭腔体361及多个通风孔362。所述通风口362位于该测试架36的上表面，且连通至该封闭腔体361。该承载平台30位于该测试架36上，且该承载平台30的所述透孔303连通至该测试架36的所述通风孔362。\n[0060] 该冷却气体提供装置38提供一冷却气体42。该冷却气体42穿过该承载平台30的所述透孔303及所述中空导管32至该待测物14的第二表面142，以均匀地冷却该待测物14。在本实施例中，该冷却气体提供装置38(例如：风扇)位于该测试架36的一侧边，用以将该容置空间10中的气体做为该冷却气体42导入该测试架36的封闭腔体361，位于该封闭腔体361中的该冷却气体42再继续穿过该承载平台30的所述透孔303及所述中空导管32而至该待测物\n14的第二表面142。\n[0061] 请参考图2，显示本发明中承载平台及中空导管的一实施例的立体示意图。在本实施例中，所述中空导管32为阵列排列，且彼此间隔一间隙321。每一中空导管32为一单一筒体，且固设(例如：焊接)于该承载平台30的第一表面301上。在本实施例中，每一中空导管32的横截面为圆形；然而，在其他实施例中，每一中空导管结构32的横截面可以是其他形状，例如：方形。\n[0062] 在本实施例中，位于角落的中空导管32的顶端具有凹口322，用以置放该支撑装置\n34，该支撑装置34为十字形，且置放于该中空导管32的四个凹口322。要注意的是，该支撑装置34并不会完全覆盖该中空导管32。\n[0063] 请参考图3，显示本发明中承载平台及中空导管的另一实施例的立体示意图。在本实施例中，该支撑装置34的长度横跨位于最外圈的中空导管32而形成一方形框。在其他实施例中，该支撑装置34也可以位于其他位置的中空导管32。请同时参考图1及图2，在该散热装置3的实际操作时，每一中空导管32的顶端与该待测物14的第二表面142间的距离较短，因此该冷却气体42离开每一中空导管32的顶端后会在此处形成一高压区；相对地，该间隙\n321则形成一低压区。当该冷却气体42接触该待测物14的第二表面142被加热后形成一高温气体44后，该高温气体44接着会进入该低压区(即该间隙321)才被排出。也就是，该高压区及该低压区形成一压差，可避免该高温气体44进入其他位置的高压区。因此，该冷却气体42离开每一中空导管32的顶端后皆可直接接触到该待测物14的第二表面142而不会与该高温气体44混合，以确保该待测物14的第二表面142的每块区域皆可接收到低温的冷却气体42。\n借此，会使得该待测物14的每块区域的温度十分均匀，以提高冷却效果。\n[0064] 请再参考图1，本发明加速待测物老化的方法的一实施例如下所述。首先，提供一温湿度可控的容置空间10，且将该待测物14置于该容置空间10中。在本实施例中，该待测物\n14被该支撑装置34所支撑。接着，于该容置空间10提供一光源16，其中该光源16是用以提供强度大于1000W/m2的光线17至该待测物14的上表面141，使得该待测物14的上表面141所受的光强度大于1000W/m2。在本实施例中，该光源16是持续开启以持续照射该待测物14。\n[0065] 在本实施例中，该光源16为模拟太阳光的光源，且该光线17的光强度为一般阳光(1000W/m2)的2.4倍至3.5倍。也就是，该光线17的光强度为2400W/m2至3500W/m2，使得该待测物14的上表面141所受的光强度为2400W/m2至3500W/m2。\n[0066] 较佳地，该待测物14所受的光强度的非均匀性小于5％(依据IEC60904-9中关于非均匀性(non-uniformity)的量测方式定义)。该光源16的光谱范围为200nm至1300nm。借此，可模拟该待测物14在日照时的条件，并且加强日照强度至2.4-3.5倍，并且提高该待测物14在光照下所产生的温度，使得该待测物14的温度高于在自然环境下照光所产生的温度，以加速该待测物14因日照所发生的破坏或衰败反应。\n[0067] 在此条件下，该待测物14因为光照而升温。此时，该容置空间10中的温度及湿度控制在一预定范围内(例如：温度控制在-40℃至90℃的范围中，且湿度控制在20％至95％的范围中)。可以理解的是，该温度及该湿度是依该待测物14未来可能会遇到的环境而设定其范围。\n[0068] 接着，提供一散热装置3以降低该待测物14的温度。也就是，控制该待测物14的温度在一预定范围内(例如：45℃至75℃之间)，可以有效抑制该待测物14的持续升温，以避免该待测物14直接因温度过热(例如：超过90℃)而造成人为损坏而非自然破坏。在本实施例中，是利用该温湿度控制装置20以控制该容置空间10中的温度及湿度，且利用该散热装置3以上述热对流方式控制该待测物14的温度。\n[0069] 在本实施例中，在相同的照光强度下，可以通过控制该容置空间10中的温度及湿度，以及控制该散热装置3的风速来控制该待测物14的温度，越高的该待测物14温度可以更加快该待测物14老化的速度。\n[0070] 本实施例的模拟机制为利用该光源16中紫外光(200nm-400nm)的能量对该待测物\n14的各项构成、复合界面进行化学键的破坏，是破坏或衰败的起始因子。另外，该光源16中可见光及红外光的部分能够造成不同材料吸热不同的效果，所引发的热效应能够加快材料破坏的速度，是破坏或衰败的加速因子。\n[0071] 根据化学反应速率的定律，若在照光时，该待测物14本身的温度将会跟破坏的速度成指数的关系，因此利用光强度为太阳光的2.4-3.5倍的模拟光源以及控制该待测物14的温度中可以达到快速老化的目的。原则上，光照度越高，越能有效地缩短老化时间，且该待测物14的温度越高，加速老化的效果会越好。但该待测物14的温度不能无限制的增加，因为若是该待测物14为太阳能电池模块，其除了电池片本身外，还有一些高分子材料。该高分子材料在过高的温度下，会产生直接性的破坏，而使得测试失败，因为此破坏是人为损坏而非自然破坏。因此，该待测物14的温度不能超过其材料可忍受的范围。因此，使用本发明可以在3个月内模拟该待测物14在户外10年以上的老化效果，甚至可以在1.5个月内模拟25年的老化效果。\n[0072] 本发明加速待测物老化的方法的另一实施例如下所述。本实施例与上一实施例大致相似，其不同处仅在于光照时间的调整。在本实施例中，在一第一期间持续提供该光线17后关闭该光源16，以模拟该待测物14在白天有日照的情况。接着，在一第二期间持续停止提供该光线17后再开启该光源16，以模拟该待测物14在晚上无日照的情况，且在该第二期间中降低该容置空间10中的温度(例如：-40℃至20℃)及提高该容置空间10中的湿度。可以理解的是，该第一期间及该第二期间是依该待测物14未来可能会遇到的环境而设定其范围。\n如此，反复依序进行上述二步骤，也就是，该第一期间及该第二期间交替进行。借此，本实施例可以模拟户外实际日夜交替的环境变化。此本实施例是利用光线及温度的变化来让该待测物14内部产生应力，通过高于正常户外条件的温度变化，以及短时间内的模式变换来加速该待测物14内部的应力冲击以加快该待测物14的老化速度。\n[0073] 此外，若该待测物14为太阳能电池模块，本发明因为该光源16的光谱与太阳光近似，均匀性良好，可以将该待测物14接上负载发电，通过发电及电流的流动可以同时对该待测物14内部做电流冲击，加速该待测物14内部因长期电流流动造成离子的推移及杂质扩散的效果，进而加速老化效果。\n[0074] 在本实施例中，由于该光源16的光强度为太阳光的2.4-3.5倍，因此该待测物14的发电量也是正常发电量的2.4-3.5倍。此2.4-3.5倍的电流密度仍不会破坏该太阳能电池模块的硅材料的结构，所产生的材料衰减仅是线性增加2.4-3.5倍。因此，在相同温度条件下，多倍照度产生的发电功率衰减是线性加速。此外，已知化学反应速率每增加10℃，速率约快\n2倍。因此，在相同照度下，该太阳能电池模块的功率衰减速度是以每增加10℃，衰减速度增加约2倍。因此，本发明利用多倍照度及提高温度，可以加速该太阳能电池模块的老化。\n[0075] 但是上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，本领域技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如所附的权利要求书所列。