DE102014213575B3 - Device and method for a spectrally resolved measurement of an object - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine spektral aufgelöste Vermessung eines Objekts, mit einer Lichtquelle zum Erzeugen eines breitbandigen Ausgangsstrahls, einer optischen Zerlegeeinheit zum spektralen Zerlegen des Ausgangsstrahls in mindestens einen ersten und einen zweiten Spektralteilstrahl, einer Lichtmodulatoreinheit zur Modulation des ersten und zweiten Spektralteilstrahls und einer optischen Zusammenführeinheit zum Zusammenführen der modulierten Spektralteilstrahlen zu einem Messstrahl, sowie mit einer Messeinheit zum Aufnehmen von Messsignalen des mit dem Messstrahl beaufschlagten Objekts. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtmodulatoreinheit ausgebildet ist, den ersten Spektralteilstrahl mit einer ersten Modulationsart und den zweiten Spektralteilstrahl mit einer zweiten Modulationsart zu modulieren, wobei erste und zweite Modulationsart unterschiedlich sind und dass die Messeinheit ausgebildet ist, erste Messsignale, welche mit der ersten Modulationsart moduliert sind und zweite Messsignale, welche mit der zweiten Modulationsart moduliert sind zu separieren.The invention relates to a device for a spectrally resolved measurement of an object, comprising a light source for generating a broadband output beam, an optical decomposition unit for spectrally decomposing the output beam into at least a first and a second spectral sub-beam, a light modulator unit for modulating the first and second spectral sub-beam and a optical convergence unit for merging the modulated spectral sub-beams to a measuring beam, as well as with a measuring unit for receiving measurement signals of the acted upon by the measuring beam object. The invention is characterized in that the light modulator unit is designed to modulate the first spectral sub-beam with a first modulation type and the second spectral sub-beam with a second modulation type, wherein the first and second types of modulation are different and in that the measuring unit is designed to receive first measurement signals, which coincide with the first modulation type are modulated and second measurement signals which are modulated with the second modulation type to separate.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für eine spektral aufgelöste Vermessung eines Objekts gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 11.The invention relates to a device and a method for a spectrally resolved measurement of an object according to the preambles of claims 1 and 11.
Zur spektral aufgelösten Charakterisierung von Objekten, insbesondere von Photosensoren oder photovoltaischen Solarzellen wird typischerweise das Objekt mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen beaufschlagt und für jede Wellenlänge separat eine Messung durchgeführt.For the spectrally resolved characterization of objects, in particular of photosensors or photovoltaic solar cells, typically the object is exposed to radiation of different wavelengths and a measurement is carried out separately for each wavelength.
Typische Messverfahren sehen hierbei vor, sequentiell Strahlung mit nur einer Wellenlänge bzw. in einem engen Frequenzbereich auf das zu vermessende Objekt zu leiten und die gewünschte Messung durchzuführen. Solche Messverfahren haben den Nachteil, dass für eine Vielzahl von separaten Wellenlängen, an welchen eine Messung durchgeführt werden soll, eine erhebliche Gesamtmessdauer notwendig ist. So sind bei photovoltaischen Solarzellen Messverfahren zur Bestimmung der externen Quanteneffizienz (EQE) bekannt, bei welchen die Solarzelle zeitlich aufeinanderfolgend mit unterschiedlichen Wellenlängen typischerweise im Bereich von 250 nm bis 2.5 μm beaufschlagt wird. Solche Messverfahren nehmen typischerweise jedoch mindestens 20 Minuten Gesamtmessdauer in Anspruch.Typical measuring methods provide for sequentially directing radiation with only one wavelength or in a narrow frequency range onto the object to be measured and performing the desired measurement. Such measuring methods have the disadvantage that a considerable total measuring time is necessary for a large number of separate wavelengths at which a measurement is to be carried out. Thus, in photovoltaic solar cells measuring methods for the determination of external quantum efficiency (EQE) are known in which the solar cell is applied temporally successive with different wavelengths typically in the range of 250 nm to 2.5 microns. However, such measurement techniques typically take at least 20 minutes total measurement time.
Aus
Um die Qualität des Messsignals zu erhöhen, ist es bekannt, den Messstrahl mit einer Modulationsfrequenz zu modulieren und das Messsignal hinsichtlich der Modulationsfrequenz in an sich bekannter Weise zu filtern, beispielsweise mittels eines Bandpassfilters oder Fourier-Transformation. Ein solcher Aufbau ist beispielweise in
Es ist weiterhin bekannt, die Strahlung mittels einer breitbandigen Lichtquelle, insbesondere einer Halogenlampe oder Xenonlampe, zu erzeugen und über eine optische Zerlegeeinheit wie beispielsweise einen Gittermonochromator einen Messstrahl mit der jeweils gewünschten Wellenlänge zu erzeugen. Ebenso ist der Einsatz einer Mikrospiegeleinheit zur Beeinflussung des Spektrums des Messstrahls aus
Zur Beschleunigung solcher spektral aufgelöster Messungen ist aus
Nachteilig hierbei ist, dass die Emission der Leuchtdioden mit steigender Wellenlänge immer breitbandiger wird und somit die spektrale Auflösung mit steigender Wellenlänge sinkt. Darüber hinaus sinkt die Effizienz von Leuchtdioden insbesondere für Wellenlängen über 1000 nm ab, so dass nur ein begrenztes Spektrum mit dieser Methode vermessen werden kann.The disadvantage here is that the emission of the LEDs with increasing wavelength is always broadband and thus the spectral resolution decreases with increasing wavelength. In addition, the efficiency of light-emitting diodes decreases in particular for wavelengths above 1000 nm, so that only a limited spectrum can be measured with this method.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorbekannten Vorrichtungen und Verfahren zur spektral aufgelösten Vermessung eines Objekts zu verbessern, um über einen größeren Frequenzbereich eine spektralaufgelöste Vermessung mit verringerter Gesamtmessdauer zu ermöglichen.The invention is therefore based on the object of improving the previously known devices and methods for the spectrally resolved measurement of an object in order to enable a spectrally resolved measurement over a larger frequency range with a reduced overall measurement duration.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 11, Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich in den Ansprüchen 2 bis 10 und des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Ansprüchen 12 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut sämtlicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbezogen.This object is achieved by a device according to claim 1 and a method according to claim 11, Preferred embodiments of the device according to the invention can be found in
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon, ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Durchführung mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer bevorzugten Ausführungsform hiervon ausgebildet.The device according to the invention is preferably designed for carrying out the method according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof. The inventive method is preferably designed for implementation by means of the device according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine spektral aufgelöste Vermessung eines Objekts weist eine Lichtquelle zum Erzeugen eines breitbandigen Ausgangsstrahls auf, sowie eine optische Zerlegeeinheit zum spektralen Zerlegen des Ausgangsstrahls in mindestens einen ersten und einen zweiten Spektralteilstrahl, eine Lichtmodulatoreinheit zur Modulation des ersten und zweiten Spektralteilstrahls und eine optische Zusammenführeinheit zum Zusammenführen der modulierten Spektralteilstrahlen zu einem Messstrahl.The device according to the invention for a spectrally resolved measurement of an object has a light source for generating a broadband output beam, and an optical decomposition unit for spectrally splitting the output beam into at least a first and a second spectral sub-beam, a light modulator unit for modulating the first and second spectral sub-beam and an optical Merging unit for merging the modulated spectral sub-beams into a measuring beam.
Wesentlich ist, dass die Lichtmodulatoreinheit dazu ausgebildet ist, den ersten Spektralteilstrahl mit einer ersten Modulationsart und den zweiten Spektralteilstrahl mit einer zweiten Modulationsart zu modulieren, wobei erste und zweite Modulationsart unterschiedlich sind. Die Messeinheit ist entsprechend ausgebildet, erste Messsignale, welche mit der ersten Modulationsart moduliert sind und zweite Messsignale, welche mit der zweiten Modulationsart moduliert sind, zu separieren.It is essential that the light modulator unit is designed to modulate the first spectral sub-beam with a first modulation type and the second spectral sub-beam with a second modulation type, wherein first and second Modulation type are different. The measuring unit is designed accordingly, first measuring signals which are modulated with the first modulation type and second measuring signals which are modulated with the second modulation type to separate.
Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass die Kombination einer breitbandigen Lichtquelle mit einer Lichtmodulatoreinheit, welche dazu verwendet wird, verschiede Spektralteilstrahlen mit unterschiedlichen Modulationsarten zu modulieren, erhebliche Vorteile gegenüber vorbekannten Vorrichtungen zur spektralaufgelösten Vermessung von Objekten bietet: Die Verwendung einer breitbandigen Lichtquelle ermöglicht die Vermessung über ein breites Spektrum, da insbesondere an sich bekannte Xenonlampen oder Halogenlampen eingesetzt werden können, welche ein erheblich breiteres Spektrum abdecken, verglichen mit handelsüblich erhältlichen Leuchtdioden.The invention is based on the recognition that the combination of a broadband light source with a light modulator unit, which is used to modulate different spectral sub-beams with different modulation types, offers considerable advantages over previously known devices for the spectrally resolved measurement of objects: The use of a broadband light source enables the Measurement over a broad spectrum, since in particular per se known xenon lamps or halogen lamps can be used, which cover a considerably broader spectrum, compared with commercially available light-emitting diodes.
Weiterhin wird durch die gleichzeitige Beaufschlagung des Objekts mit mindestens zwei unterschiedlich modulierten Teilspektren die Messzeit gegenüber vorbekannten Vorrichtungen mit Xenon- oder Halogenlampen erheblich verkürzt.Furthermore, the measuring time is considerably shortened by the simultaneous application of at least two differently modulated partial spectra to previously known devices with xenon or halogen lamps.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber vorbekannten Vorrichtungen mit durchstimmbaren Lichtquellen wie beispielsweise durchstimmbaren Lasern erheblich kostengünstiger herstellbar.In addition, the device according to the invention over prior art devices with tunable light sources such as tunable lasers considerably cheaper to produce.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur spektral aufgelösten Vermessung eines Objekts umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Erzeugen eines breitbandigen Ausgangsstrahls und ein spektrales Zerlegen des Ausgangsstrahls in mindestens einen ersten und einen zweiten Spektralteilstrahl. In einem Verfahrensschritt B erfolgt die Modulation des ersten und zweiten Spektralteilstrahls mittels einer Lichtmodulatoreinheit. In einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Zusammenführen des ersten und zweiten Spektralteilstrahls zu einem Messstrahl. In einem Verfahrensschritt D erfolgt ein Beaufschlagen des Objekts mit dem Messstrahl und in einem Verfahrensschritt E erfolgt ein Messen eines Messsignals des Objekts.The method according to the invention for the spectrally resolved measurement of an object comprises the following method steps:
In a method step A, a broadband output beam is generated and a spectral decomposition of the output beam into at least a first and a second spectral sub-beam. In a method step B, the modulation of the first and second spectral sub-beam by means of a light modulator unit. In a method step C, the first and second spectral sub-beams are merged to form a measuring beam. In a method step D, the object is exposed to the measuring beam, and in a method step E, a measuring signal of the object is measured.
Wesentlich ist nun, dass in Verfahrensschritt B der erste Spektralteil mit einer ersten Modulationsart und der zweite Spektralteil mit einer zweiten Modulationsart moduliert werden, wobei erste und zweite Modulationsart unterschiedlich sind. Weiterhin wird in Verfahrensschritt E das Messsignal bearbeitet, indem erste Messsignale, welche mit der ersten Modulationsart moduliert sind und zweite Messsignale, welche mit der zweiten Modulationsart moduliert sind, separiert werden.It is essential that in method step B the first spectral part is modulated with a first modulation type and the second spectral part is modulated with a second modulation type, the first and second types of modulation being different. Furthermore, in method step E the measurement signal is processed by separating first measurement signals, which are modulated with the first modulation type, and second measurement signals, which are modulated with the second modulation type.
Vorzugsweise erfolgt die Modulation durch eine Frequenzmodulation, indem der erste Spektralteil mit einer ersten Modulationfrequenz und der zweite Spektralteil mit einer zweiten Modulationsfrequenz moduliert werden, wobei erste und zweite Modulationsfrequenz unterschiedlich sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mehrere Spektralanteile mit Frequenzen beliebiger Phase moduliert werden können.Preferably, the modulation is effected by a frequency modulation in that the first spectral part is modulated with a first modulation frequency and the second spectral part with a second modulation frequency, wherein the first and second modulation frequencies are different. This has the advantage that several spectral components can be modulated with frequencies of any phase.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform erfolgt die Modulation durch eine Phasenmodulation, indem der erste Spektralteil mit einer ersten Phasenänderung und der zweite Spektralteil mit einer zweiten Phasenänderung moduliert werden, wobei erste und zweite Phasenänderung unterschiedlich sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mehrere Spektralteile mit gleicher Modulationsfrequenz über deren Phasenversatz aufgelöst werden können. Insbesondere wird bevorzugt der erste Spektralteil zu einer ersten Phase und der zweite Spektralteil zu einer zweiten Phase moduliert, wobei erste und zweite Phase unterschiedliche sind. Die Phasen unterscheiden sich hierbei hinsichtlich ihrer Phasenorientierung.In a further preferred embodiment, the modulation is effected by a phase modulation in that the first spectral part is modulated with a first phase change and the second spectral part with a second phase change, wherein first and second phase changes are different. This has the advantage that a plurality of spectral components with the same modulation frequency can be resolved via their phase offset. In particular, the first spectral part is preferably modulated into a first phase and the second spectral part is modulated into a second phase, wherein the first and second phases are different. The phases differ in terms of their phase orientation.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, sowohl die Frequenz, als auch die Phase der Spektralteile zu modulieren. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass trotz physikalischer Begrenzungen des nutzbaren Frequenzraums, wie beispielsweise der Reaktionsträgheit des zu charakterisierenden Objekts, über den Phasenraum eine weitere Modulationsdiversifizierung zu ermöglichen.It is also within the scope of the invention to modulate both the frequency and the phase of the spectral components. This results in the advantage that despite physical limitations of the usable frequency space, such as the inertia of the object to be characterized, to enable a further modulation diversity over the phase space.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereits genannten Vorteile auf, insbesondere, da durch die Verwendung eines breitbandigen Ausgangsstrahls, welcher bevorzugt mittels einer breitbandigen Lichtquelle wie insbesondere einer Xenonlampe oder Halogenlampe erzeugt wird, ein breites Spektrum abgedeckt werden kann und eine gleichzeitige Beaufschlagung des Objekts mit dem erstem und dem zweiten Spektralanteil erfolgt.The inventive method thus has the advantages already mentioned in the device according to the invention, in particular, as by the use of a broadband output beam, which is preferably produced by a broadband light source such as in particular a xenon lamp or halogen lamp, a wide range can be covered and a simultaneous application of the object with the first and second spectral components.
Es ist somit auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine sequentielle Messung zuerst mit dem ersten Spektralanteil und anschließend mit dem zweiten Spektralanteil notwendig, da trotz der gleichzeitigen Messung aufgrund der unterschiedlichen Modulationsarten erste Messsignale, welche insbesondere durch Beaufschlagung mit dem ersten Spektralanteil begründet sind und zweite Messsignale, welche insbesondere durch Beaufschlagung mit dem zweiten Spektralanteil begründet sind, separiert werden können.Thus, even in the method according to the invention, no sequential measurement is necessary first with the first spectral component and then with the second spectral component since, despite the simultaneous measurement due to the different types of modulation, first measurement signals, which are due in particular to the first spectral component and second measurement signals, which can be separated, in particular, by application of the second spectral component.
Erster und zweiter Spektralteilstrahl unterscheiden sich hinsichtlich ihrer spektralen Zusammensetzung. Die Spektralstrahlen weisen vorzugsweise nur einen geringen Wellenlängenbereich (d. h. nur eine geringe Frequenzbreite) auf, insbesondere besitzt jeder Teilstrahl bevorzugt eine spektrale Halbwertsbreite gleich der minimalen Halbwertsbreite, bevorzugt kleiner der minimalen Halbwertsbreite der zu untersuchenden spektralen Eigenschaften des Objekts. Entsprechende Halbwertsbreiten liegen vorzugsweise im Bereich 100 nm bis 0.1 nm.First and second spectral sub-beams differ with respect to their spectral Composition. The spectral beams preferably have only a small wavelength range (ie only a small frequency width), in particular each partial beam preferably has a spectral half-width equal to the minimum half-width, preferably smaller than the minimum half-width of the spectral properties of the object to be examined. Corresponding half-value widths are preferably in the range 100 nm to 0.1 nm.
Um eine möglichst umfangreiche Charakterisierung zu ermöglichen, wird der Ausgangsstrahl vorzugsweise in eine Vielzahl von Spektralteilstrahlen zerlegt, bevorzugt mindestens zehn Spektralteilstrahlen, insbesondere mindestens 20 Spektralteilstrahlen, insbesondere bevorzugt im Bereich 20 bis 50 Spektralteilstrahlen, und entsprechend erfolgt eine Separierung der Messsignale für jeden der Spektrafsteilstrahlen.In order to allow as extensive a characterization as possible, the output beam is preferably decomposed into a plurality of spectral sub-beams, preferably at least ten spectral sub-beams, in particular at least 20 spectral sub-beams, particularly preferably in the range 20 to 50 spectral sub-beams, and a separation of the measurement signals for each of the spectral partial beams accordingly takes place.
Vorzugsweise überlappen die Spektralteilstrahlen einander hinsichtlich der Wellenlängen nicht, d. h. jede Wellenlänge ist maximal einem Spektralteilstrahl zugeordnet. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass eine geringfügige Überlappung der Teilspektren der Spektralteilstrahlen vorliegt.Preferably, the spectral sub-beams do not overlap each other in terms of wavelengths, i. H. Each wavelength is assigned to a maximum of one spectral sub-beam. Likewise, it is within the scope of the invention that there is a slight overlap of the partial spectra of the spectral sub-beams.
Die Zerlegeeinheit dient zum spektralen Zerlegen des Ausgangsstrahls. Sie kann beispielsweise ein optisches Prisma umfassen. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass die Zerlegeeinheit ein optisches Gitter umfasst. Ein optisches Gitter weist den Vorteil auf, dass die Dispersion des spektral zerlegten Lichts linear ist. Aufgrund dieser Linearität wird eine einfacher mechanische Justage der Gitters gegenüber eines Prismas, bei dem die Dispersion nicht-linear erfolgt, ermöglicht. Darüber hinaus ist ein Gitter im Vergleich zu einem Prisma kostengünstiger.The decomposition unit is used for the spectral decomposition of the output beam. It may, for example, comprise an optical prism. In particular, it is advantageous that the dismantling unit comprises an optical grating. An optical grating has the advantage that the dispersion of the spectrally dispersed light is linear. Due to this linearity, a simple mechanical adjustment of the grating over a prism, in which the dispersion is non-linear, made possible. In addition, a grating is less expensive compared to a prism.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das optische Gitter und die Lichtmodulatoreinheit derart zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet sind, dass der mittels des optischen Gitters spektral zerlegte Ausgangsstrahl auf die Lichtmodulatoreinheit trifft und die zumindest zwei modulierten Spektralteilstrahlen wieder auf dieses Gitter auftreffen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass lediglich ein optisches Gitter verwendet werden muss.In particular, it is advantageous for the optical grating and the light modulator unit to be configured and arranged in such a way that the output beam spectrally split by means of the optical grating meets the light modulator unit and the at least two modulated spectral sub-beams strike this grating again. This has the advantage that only one optical grating must be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zerlegeeinheit zumindest ein erstes und ein zweites optisches Gitter auf, welche derart mit der Lichtmodulatoreinheit zusammenwirkend ausgebildet und angeordnet sind, dass der mittels des ersten Gitters spektral zerlegte Ausgangsstrahl auf die Lichtmodulatoreinheit trifft und die zumindest zwei modulierten Spektralteilstrahlen auf das zweite Gitter auftreffen.In a further preferred embodiment, the decomposing unit has at least one first and one second optical grating which are designed and arranged cooperatively with the light modulator unit such that the output beam spectrally decomposed by the first grating meets the light modulator unit and the at least two modulated spectral partial beams impinge on the light modulator unit hit second grid.
Vorzugsweise weist die Zerlegeeinheit einen Kollimator und ein dispersives Element auf, um den Ausgangsstrahl kollimiert auf das dispersive Element abzubilden. Hierdurch ergibt sich ein vereinfachter geometrischer Aufbau. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, dass der Kollimator einen konkaven Spiegel, bevorzugt einen Parabolspiegel umfasst. Solche Spiegel können kostengünstig handelsüblich erworben werden.Preferably, the decomposing unit comprises a collimator and a dispersive element to image the output beam collimated onto the dispersive element. This results in a simplified geometric structure. In particular, it is advantageous in this case that the collimator comprises a concave mirror, preferably a parabolic mirror. Such mirrors can be purchased inexpensively commercially.
Wie bereits zuvor ausgeführt, sind Zerlegeeinheit und Lichtmodulatoreinheit bevorzugt derart zusammenwirkend ausgebildet, dass mindestens zehn, bevorzugt mindestens 20, weiter bevorzugt mindestens 80, insbesondere mindestens 100 Spektralteilstrahlen mit unterschiedlichen Modulationsarten modulierbar sind. Auf diese Weise kann gleichzeitig eine spektral hochaufgelöste Messung vorgenommen werden. Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, dass die Modulationsarten paarweise verschieden sind.As already stated above, the decomposing unit and the light modulator unit are preferably designed to cooperate such that at least ten, preferably at least 20, more preferably at least 80, in particular at least 100 spectral sub-beams can be modulated with different types of modulation. In this way, a spectrally high-resolution measurement can be made simultaneously. In particular, it is advantageous in this case that the modulation types are different in pairs.
Bei Modulierung mittels einer Modulationsfrequenz kann das Separieren der Messsignale abhängig von der jeweiligen Modulationsfrequenz kann in an sich bekannter Weise erfolgen:
So liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Messeinheit zumindest einen ersten Bandpassfilter für die erste Modulationsfrequenz umfasst. Vorteilhafterweise weist die Messeinheit zusätzlich einen zweiten Bandpassfilter für die zweite Modulationsfrequenz auf, so dass das Separieren der Messsignale mittels der Bandpassfilter erfolgt.When modulating by means of a modulation frequency, the separation of the measurement signals can be effected in a manner known per se, depending on the respective modulation frequency:
Thus, it is within the scope of the invention that the measuring unit comprises at least a first bandpass filter for the first modulation frequency. Advantageously, the measuring unit additionally has a second bandpass filter for the second modulation frequency, so that the separation of the measuring signals takes place by means of the bandpass filter.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Separieren der Messsignale mittels einer Fouriertransformation, insbesondere bevorzugt mittels einer Fast-Fouriertransformation (FFT). Die Messeinheit ist daher vorzugsweise zur Durchführung einer Fouriertransformation, insbesondere FFT, der Messsignale ausgebildet.In a further preferred embodiment, the measuring signals are separated by means of a Fourier transformation, particularly preferably by means of a fast Fourier transformation (FFT). The measuring unit is therefore preferably designed for carrying out a Fourier transformation, in particular FFT, of the measuring signals.
Bei Modulierung mittels einer Phasenmodulation kann das Separieren der Messsignale abhängig von der jeweiligen Modulationsfrequenz in an sich bekannter Weise erfolgen: Es werden bevorzugt an sich bekannte Phasenfilter vorgesehen, so dass separat einerseits nur Anteile des Messstrahls mit der ersten Phase und andererseits nur Anteile des Messstrahls mit der zweiten Phase ausgewertet werden.When modulating by means of a phase modulation, the separation of the measurement signals depending on the respective modulation frequency in a conventional manner: It is preferably provided per se known phase filter so that separately on the one hand only portions of the measuring beam with the first phase and on the other hand only portions of the measuring beam evaluated in the second phase.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zur spektral aufgelösten Vermessung eines Objekts geeignet, insbesondere von photoelektrischen Objekten wie beispielsweise Lichtsensoren. Insbesondere sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur spektral aufgelösten Vermessung einer photovoltaischen Solarzelle geeignet, insbesondere zur Bestimmung der externen und/oder internen Quanteneffizienz einer photovotalischen Solarzelle.The device according to the invention of the method according to the invention is suitable for the spectrally resolved measurement of an object, in particular of photoelectric objects such as light sensors. In particular, the device according to the invention and the method according to the invention are suitable for the spectrally resolved measurement of a photovoltaic solar cell, in particular for determining the external and / or internal quantum efficiency of a photovoltaic solar cell.
Der grundsätzliche Aufbau einer Vorrichtung zur Bestimmung der Quanteneffizient und zur Durchführung eines entsprechenden Messverfahrens ist an sich bekannt, insbesondere aus M. A. Green, ”Solar Cells – Operating Principles, Technology and System Applications”, Prentice-Hall, Inc, (spectral response: pp 98–100, Bernhard Fischer, „Lass Analysis of crystalline Silicon solar cells using photoconductance and quantum efficiency measurements”, Dissertation, Universität Konstanz, 2003, S. 39–46 und Carsten Hampe, ”Untersuchung influenzierter und diffundierter pn-Übergänge von Terrestrik- und Thermophotovoltaik-Siliciumsolarzellen”, VDI-Verlag, VDI Reihe 9 Nr. 352 (2002), pp. 56–60. Vorzugsweise sind das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung analog zu den in einer oder mehrere der hier zitierten Quellen ausgebildet, wobei die Lichtmodulatoreinheit wie zuvor beschrieben ausgebildet ist, bzw. die Lichtmodulation wie zuvor beschrieben erfolgt.The fundamental structure of a device for determining the quantum efficiency and for carrying out a corresponding measurement method is known per se, in particular from MA Green, "Solar Cells - Operating Principles, Technology and System Applications", Prentice-Hall, Inc. (Spectral response: pp 98 -100, Bernhard Fischer, "Let Analysis of Crystalline Silicon Solar Cells Using Photoconductivity and Quantum Efficiency Measurements", Dissertation, University of Konstanz, 2003, pp. 39-46 and Carsten Hampe, "Investigation of influenzated and diffused pn-transitions of terrestrial and Thermophotovoltaic silicon solar cells ", VDI-Verlag, VDI Series 9 No. 352 (2002), pp. 56-60. Preferably, the method and the device according to the invention are analogous to those formed in one or more of the sources cited here, wherein the light modulator unit as described above, or the light modulation is carried out as described above ,
Aufgrund der hohen Messgeschwindigkeit sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Verwendung innerhalb einer Prozesslinie bei der Herstellung der Solarzelle zur routinemäßigen Charakterisierung geeignet.Due to the high measuring speed, the device according to the invention and the method according to the invention are particularly suitable for use within a process line in the production of the solar cell for routine characterization.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen und bevorzugte Merkmale werden im Folgenden anhand der Figuren und Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigt:Further preferred embodiments and preferred features are described below with reference to the figures and exemplary embodiments. Showing:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß
Die optische Zerlegeeinheit dient zum spektralen Zerlegen des Ausgangsstrahls
Mittels der Mikrospiegeleinheit
Die an der Mikrospiegeleinheit
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist das in
Der wesentliche Unterschied bei der Verwendung von einem optischen Gitter gemäß erstem Ausführungsbeispiel oder zwei optischen Gittern gemäß zweitem Ausführungsbeispiel liegt darin, dass bei der Ausführung mit einem Gitter der -Kostenfaktor zur Ein- und Auskopplung sowie der spektralen Zerlegung des Messstrahls um die Hälfte reduziert wird. Dagegen wird bei der der Ausführung mittels zweier optischer Gitter eine einfachere und unabhängige Justage des einfallenden und austretenden Messstrahls ermöglicht.The main difference in the use of an optical grating according to the first embodiment or two optical grids according to the second embodiment is that in the embodiment with a grating the cost factor for coupling and decoupling and the spectral decomposition of the measuring beam is reduced by half. In contrast, in the embodiment by means of two optical grating a simpler and independent adjustment of the incident and exiting measuring beam is made possible.
In Figur zwei ist weiterhin ersichtlich, dass mittels des ersten optische Gitters
In
In den
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