CN102227823A - 使用空间光调制装置检测太阳能电池量子效率均匀性的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用空间光调制装置检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备和方法。所述设备包括：发光装置，所述发光装置被配置成发出预定的光；空间光调制装置，所述空间光调制装置被配置成根据多个像素的单独控制来改变从所述发光装置出射的光线的光路；空间光调制装置控制器，所述空间光调制装置控制器被配置成对所述多个像素的状态进行单独控制；太阳能电池，所述太阳能电池受到穿过所述空间光调制装置的光线或者从所述空间光调制装置反射的光线的照射；以及计算控制器，所述计算控制器被配置成基于从所述太阳能电池产生的光电流信号计算所述太阳能电池的量子效率。
Description
相关申请的交叉参考
本申请主张享有2009年4月20日提交的韩国专利申请第10-2009-0033988号的优先权，并且将该韩国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及用于检测太阳能电池的量子效率均匀性(quantum efficiency homogeneity)的设备和方法。更具体地，本发明涉及使用诸如液晶显示器(liquid crystal display，LCD)或者数字微镜器件(digital micromirror device，DMD)等空间光调制装置来检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备和方法。可以认为太阳能电池的量子效率均匀性相当于太阳能电池的能量转换效率的空间均匀性。
背景技术
太阳能电池是一种被太阳光照射而产生电能的装置。然而，当太阳光照射太阳能电池的一部分时，在该太阳能电池的量子效率是均衡一致的情况下，只产生了与被照射区域跟整个区域这二者之比成比例的很小部分电能。
一般地，当白光或激光束穿过透镜被局部地聚焦到太阳能电池上时，可以测量从该太阳能电池的被照射部分中产生的光电流。通过让光束进行扫描并且对光电流进行二维绘图，可以获得太阳能电池的量子效率均匀性。
由于太阳能电池内部的局部材料缺陷、裂痕或异常工作会使量子效率均匀性劣化，所以在太阳能电池的研究、制造和检修过程中需要进行测量。另外，在太阳能电池暴露于恶劣环境下时，通过观察量子效率均匀性的变化可以预测出太阳能电池的寿命。
通常使用一些方法来检测太阳能电池的量子效率均匀性。一种方法是：将太阳能电池安装在双轴平移台上，并且在太阳能电池被光源照射的同时对该太阳能电池进行二维扫描。反之亦可，将光源或光传递光纤安装到双轴平移台上并且以照射的方式对太阳能电池进行扫描。该光源可以是白光或单色光。
或者，将激光束发射到透镜上，通过机械方式或电子方式控制该激光束的入射角从而改变该光束在太阳能电池上的落点位置，并且测量光电流。
然而，由于这种方法伴随有机械运动，所以测量时间变长并且测量精确度受到震动和噪声的影响。
此外，必须使用额外的光学系统来控制决定着量子效率测量的空间分辨率的照射光线的多少。而且，不容易对照射光线的多少进行自动控制。
另外，为了增大太阳能电池的检测面积，必须将双轴平移台替换为具有很大移动范围的新的双轴平移台。
因此，目前需要用于检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备和方法，该设备和方法不仅能够提供检测的精确度还能够提供对检测的方便控制。
发明内容
本发明各实施例提供了使用空间光调制装置检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备和方法。
根据所述设备和所述方法，当通过光线在太阳能电池上的照射来检测量子效率均匀性时，免除了机械运动从而可以防止震动和噪声的产生。因此，可以得到对量子效率均匀性的精确检测。
此外，根据所述设备和所述方法，当通过光在太阳能电池上的照射来检测量子效率均匀性时，通过对空间光调制装置的像素进行切换可以对太阳能电池平面上的图像像素的数量和图形进行控制。因此，可以实现对量子效率均匀性的简单有效的检测。
另外，根据所述设备和所述方法，不需要使用额外的光学系统就可以自动调节决定着量子效率的空间分辨率的照射光线的多少。
在本发明的一些实施例中，所述设备可包括：发光装置，所述发光装置被配置成发出预定的光；空间光调制装置，所述空间光调制装置被配置成根据所述空间光调制装置的多个像素的单独控制来改变从所述发光装置出射的光线的光路；空间光调制装置控制器，所述空间光调制装置控制器被配置成对各所述像素的透射或反射状态进行单独控制；太阳能电池，所述太阳能电池受到穿过所述空间光调制装置的光线或者从所述空间光调制装置反射的光线的照射；以及计算控制器，所述计算控制器被配置成基于从所述太阳能电池产生的光电流计算所述太阳能电池的量子效率。本说明书各处使用的术语“光电流”是从太阳能电池中产生的电流且伴随着有或无正向电压施加给该太阳能电池。当在太阳能电池两端形成了零正向电压时，光电流相当于短路电流。
优选地，所述发光装置可以是被配置成用来产生人造太阳光的例如太阳光模拟器等人造太阳光产生装置。
优选地，所述人造太阳光产生装置可以包括氙气灯以及被配置成用来聚集从所述氙气灯产生的光的反光器。优选地，所述人造太阳光产生装置还可以包括被配置成用来形成太阳光的标准光谱分布的补偿滤光器。
优选地，所述设备还可以包括会聚透镜，所述会聚透镜被配置成把来自所述发光装置的光线会聚到所述空间光调制装置上。
优选地，所述空间光调制装置可以是被配置成能够允许光线穿过或者将光线阻挡住的液晶显示器(LCD)装置。优选地，所述空间光调制装置可以是被配置成用来将光线反射成沿着预定光路或者将光线反射得远离所述预定光路的数字微镜器件。
优选地，所述设备还可以包括被配置用来显示所述计算控制器中计算得到的量子效率的显示单元。
优选地，所述计算控制器可包括电流电压转换器和模拟数字转换器，所述电流电压转换器被配置成将从所述太阳能电池产生的光电流转换成电压信号，所述模拟数字转换器被配置成将所述电压信号转换成数字信号。
优选地，所述设备可进一步包括滤色器，所述滤色器被配置成使所述人造太阳光之中的在特定波段内的光线透射穿过。
优选地，所述滤色器可进一步设有被配置成将各种波段的多个所述滤色器嵌入在所述光路中的滤色器转动装置。
优选地，所述设备还可包括布置于所述空间光调制装置与所述太阳能电池之间的用来使所述人造太阳光照射所述太阳能电池的成像透镜。
在本发明的其它实施例中，所述方法可以包括：发光步骤，在该步骤中，从发光装置发出预定的光；会聚步骤，在该步骤中，将从所述发光装置出射的光线会聚到能够单独控制多个像素的空间光调制装置上；穿过或反射步骤，在该步骤中，所述光线根据空间光调制装置控制器对各个像素的控制指令穿过所述空间光调制装置的预定像素或者从所述空间光调制装置的预定像素反射；照射步骤，在该步骤中，穿过相应像素的所述光线或者从相应像素反射的所述光线照射太阳能电池；产生步骤，在该步骤中，从被所述光线照射的所述太阳能电池中产生光电流；以及计算步骤，在该步骤中，计算控制器根据所述光电流计算出量子效率。
优选地，所述发光步骤包括：反射步骤，在该步骤中，从氙气灯出射的光线被反光器反射以具有特定的方向；以及穿过步骤，在该步骤中，所述光线穿过补偿滤光器以具有人造太阳光的标准光谱分布。
优选地，所述会聚步骤可以包括透射步骤，在该透射步骤中，所述人造太阳光之中的在预定波段内的光线透过嵌入在滤色器转动装置中的滤色器。
优选地，在所述穿过或反射步骤与所述照射步骤之间，所述方法可进一步包括：透过步骤，在该步骤中，所述光线穿过布置于所述空间光调制装置与所述太阳能电池之间的成像透镜。
优选地，所述计算步骤可包括：第一获得步骤，在该步骤中，在所述计算控制器中获得从具有均匀空间响应的光电探测器或光电探测器阵列中产生的光电流数据；第二获得步骤，在该步骤中，在所述计算控制器中获得从所述太阳能电池中产生的光电流数据；转换步骤，在该步骤中，所述计算控制器通过逐个位置地获取所述太阳能电池的所述光电流与所述光电探测器或所述光电探测器阵列的所述光电流之比，将所述太阳能电池的所述光电流数据转换成规格化的光电流数据；以及第三获得步骤，在该步骤中，根据所述规格化的光电流数据获取所述太阳能电池的量子效率均匀性。
优选地，在进行所述第一获得步骤之前，所述方法还可进一步包括布置步骤，在该步骤中，将双轴平移台上的光电探测器或者单轴平移台上的光电探测器阵列布置在所述太阳能电池的位置处。
附图说明
图1是本发明的示意图。
图2图示了本发明第一实施例。
图3图示了本发明第二实施例。
图4是图示了本发明检测设备中的光路以及本发明检测方法的流程图。
图5是图示了用于计算太阳能电池的量子效率的方法的流程图。
具体实施方式
图1是本发明的示意图。如图1所示，使用空间光调制装置检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备主要包括：发光装置100、空间光调制装置200、空间光调制装置控制器300、太阳能电池400、显示单元500和计算控制器900。下面参照附图对本发明各实施例进行更全面的说明。
实施例1
图2图示了本发明第一实施例。如图2所示，可以设置发光装置100来产生所需的光线。可在光路上设置会聚透镜600、液晶显示器(LCD)装置210、滤色器700、成像透镜800和太阳能电池400，从而使人造太阳光照射太阳能电池400。
还可以设置用于让所需的光线透过的空间光调制装置控制器300、用于显示由于人造太阳光的照射而产生的光电流的显示单元500以及计算控制器900，由此构成了使用液晶显示器(LCD)装置210检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备。
下面将会参照图2对该设备进行说明。
发光装置100采用人造太阳光产生器110来产生类似于真正太阳光的光。人造太阳光产生器110包括氙气灯111、反光器112和补偿滤光器(compensation filter)113。
相对于其它光源，优选使用氙气灯111，这是因为其它光源的光谱分布与从太阳出射的光谱不同。由于使用氙气灯111时的光谱分布并不是完全与AM1.5标准光谱分布相匹配，所以还设置有补偿滤光器113以获得更精确的光谱。
反光器112用于将从氙气灯111出射的光聚集到预定方向上。
布置于光路中的LCD装置210具有与太阳能电池400的特定部分相匹配的多个像素。可使用控制像素切换用的空间光调制装置控制器300来选择特定的扫描方法。
空间光调制装置控制器300可以是电脑或图形产生器。空间光调制装置控制器300可以逐个地切换像素，或者可以逐个图形地切换像素组。例如，空间光调制装置控制器300可以对全部像素按照列、行、正方形或矩形的形式进行切换以减少检测时间。
空间光调制装置控制器300连接至计算控制器900，使得计算控制器900能够接收来自于空间光调制装置控制器300的扫描图形信息，由此对太阳能电池400的光电流数据进行分析并将太阳能电池400的光电流数据显示在显示单元500上。
太阳能电池400是量子效率均匀性的检测对象。穿过LCD装置210而透射的特定光线被转换成光电流，并且该光电流被传送至显示单元500。
计算控制器900可进一步设有电流电压转换器510和模拟数字转换器520以便显示光电流信息。也就是说，电流电压转换器510将从与LCD装置210的各像素相对应的太阳能电池部分产生的光电流转换成电压信号，模拟数字转换器520将通过电流电压转换器510的模拟电压信号转换为数字信号，并且显示单元500将通过模拟数字转换器520的数字信号作为可视图表图像显示出来。
可以把会聚透镜600布置成将人造太阳光会聚到LCD装置210上。
滤色器700可以沿着光路布置在空间光调制装置200的前面或者后面，且滤色器700可以根据波段使用不同的颜色以便测量太阳能电池400的量子效率均匀性。
为了能够方便地使用滤色器700，滤色器700包括滤色器转动装置710。利用呈环状地安装于滤色器转动装置710上的滤色器700的转动，可以在各种颜色下测量量子效率均匀性。
成像透镜800可以是凸透镜或者是凸透镜与凹透镜的组合，成像透镜800被配置为使得穿过LCD装置210的光能够准确地照射太阳能电池。
实施例2
图3图示了本发明第二实施例。
根据本发明第二实施例，设置有用于产生所需光线的发光装置100，并且可以在光路上设置会聚透镜600、数字微镜器件(DMD)220、滤色器700、成像透镜800和太阳能电池400，从而使人造太阳光照射太阳能电池400。
还可以设置用于让所需的光线透过的空间光调制装置控制器300、用于显示由于人造太阳光的照射而产生的光电流的显示单元500以及计算控制器900，由此构成了使用数字微镜器件(DMD)220来检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备。
采用人造太阳光产生装置110作为发光装置100。与第一实施例类似地，人造太阳光产生装置110包括氙气灯111、反光器112和补偿滤光器113。
数字微镜器件220是由很多微镜组成的。每个微镜对应于一个像素。可根据扫描图形指令来自动地控制每个微镜的反射方向，因而每个微镜能够改变入射光线的传播方向。因此，为了获得空间光调制装置的所需功能，仅对从人造太阳光产生装置110发出的人造太阳光之中的特定光线组进行反射并将其导向至太阳能电池400，而将其它光线反射得远离太阳能电池400。
类似于第一实施例，使用空间光调制装置控制器300可以自动地控制特定的像素并且可以选择特定的扫描方法。同样类似于第一实施例，空间光调制装置控制器300可以是电脑或图形产生器。
然而，第二实施例与第一实施例之间存在着区别。也就是说，第一实施例的特征在于对像素进行切换从而控制特定的光线，而第二实施例的特征在于对像素的反射方向进行调整并且在将像素编组之后对多个像素进行控制从而使它们具有相同的反射方向。
会聚透镜600被设置成将从人造太阳光产生装置110发出的人造太阳光会聚到数字微镜器件220上，并且会聚透镜600采用的是凸透镜。
类似于第一实施例，可以进一步设置滤色器700和滤色器转动装置710，从而使各个波段的光线照射太阳能电池400。
同样类似于第一实施例，采用凸透镜或者凸透镜与凹透镜的组合作为成像透镜800，并且计算控制器900还设有电流电压转换器510和模拟数字转换器520以便将数字信号作为可视图表图像显示出来。
检测方法
图4是图示了本发明检测设备中的光路以及本发明检测方法的流程图。下面参照图4中的流程图对光路进行说明。从发光装置110发出预定的光(步骤S100)。在本实施例中的发光装置100是人造太阳光产生装置110的情况下，从氙气灯111发出的光线被反光器112反射而沿着预定的方向行进(步骤S110)。经过反射的光线穿过补偿滤光器113，从而具有人造太阳光的标准光谱分布(步骤S120)。
接着，人造太阳光穿过会聚透镜600而被会聚到空间光调制装置200上(步骤S200)。人造太阳光之中的在特定波段内的光线穿过嵌入在滤色器转动装置710中的滤色器700(步骤S210)。
接着，根据空间光调制装置控制器300的特定像素控制指令，光线穿过像素或从像素反射(步骤S300)。光线在穿过布置于空间光调制装置200与太阳能电池400之间的成像透镜800(步骤S310)之后，该光线照射对应于各像素的太阳能电池400(步骤S400)。
如上所述，当光行进从而照射太阳能电池400时，产生了光电流(步骤S500)。计算控制器900通过获得该光电流并转换该光电流来输出太阳能电池的量子效率信息(步骤S600)。
然而，由于在测量时光线从空间光调制装置200的各个像素向太阳能电池400上的照射不是完全一致，因此如下所述，光电流数据(数据1和数据2)必须是可靠的以便在完成设备以后对量子效率均匀性进行检测。
下面将参照图5说明用于计算太阳能电池的量子效率均匀性的方法。
代替第一实施例和第二实施例的检测设备中的待测量的太阳能电池400，将包括双轴平移台的光电探测器(未图示)或者包括单轴平移台的光电探测器阵列安装在待测量的太阳能电池400的位置处(步骤S605)。该光电探测器或该光电探测器阵列可以采用一个或多个硅光电探测器，并且必须具有一致的空间响应。
对替代了太阳能电池400的光电探测器或光电探测器阵列再次地重复上述的将人造太阳光照射到太阳能电池400上的各步骤(步骤S100～S500)。
在计算控制器900处获得由硅光电探测器产生的光电流数据(数据1)(步骤S610)。当用太阳能电池400替换硅光电探测器并且该太阳能电池400受到人造太阳光的照射时，在计算控制器900处获得由被测量的太阳能电池400产生的光电流数据(数据2)(步骤S620)。然后，计算控制器900通过逐个位置地获取太阳能电池400的光电流数据(数据2)与光电探测器的光电流数据(数据1)的比率，来计算出规格化的光电流数据(步骤S630)。
基于通过规格化的光电流数据而获得的太阳能电池400的量子效率分布的信息，能够对太阳能电池400的量子效率均匀性进行评估(步骤S640)。
除非氙气灯111的特性被改变，否则与光线的光谱照射相对应的光电流数据(数据1)几乎保持不变。因此，将一次获得的光电流数据(数据1)存储在存储装置中并且可以再次使用该光电流数据来继续检测其它的太阳能电池的量子效率均匀性。
如上所述，当光线照射太阳能电池以检测该太阳能电池的量子效率均匀性时，免除了机械运动，从而防止了震动和噪声的产生并且精确地检测了均匀性。因此，能够提高检测的精确度。
当光线照射太阳能电池以检测该太阳能电池的量子效率均匀性时，能够自动控制空间光调制装置的像素切换等动作，并且能够自动选择像素的数量和图形。因此，能够简单方便地进行检测并能够缩短检测时间。
不需要使用额外的光学系统来调节决定着量子效率的空间分辨率的光线照射区域。因此，能够降低检测设备的制造成本从而使检测设备更加节约。
尽管结合附图中所示的本发明各实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于这些实施例。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的范围和精神的前提下可以进行各种替换、修改和改变。
Claims (18)
1.一种使用空间光调制装置检测太阳能电池的量子效率均匀性的设备，所述设备包括：
发光装置(100)，所述发光装置被配置成发出预定的光；
空间光调制装置(200)，所述空间光调制装置被配置成根据多个像素的单独控制来改变从所述发光装置出射的光线的光路；
空间光调制装置控制器(300)，所述空间光调制装置控制器被配置成对所述多个像素的状态进行单独控制；
太阳能电池(400)，所述太阳能电池受到穿过所述空间光调制装置(200)的光线或者从所述空间光调制装置(200)反射的光线的照射；以及
计算控制器(900)，所述计算控制器被配置成基于从所述太阳能电池(400)产生的光电流信号计算所述太阳能电池的量子效率。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述发光装置(100)是被配置成用来产生人造太阳光的人造太阳光产生装置(110)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述人造太阳光产生装置(110)包括：
氙气灯(111)；以及
反光器(112)，所述反光器被配置成用来聚集从所述氙气灯(111)产生的光。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述人造太阳光产生装置(110)还包括：
补偿滤光器(113)，所述补偿滤光器被配置成使得被所述反光器(112)聚集的光具有标准光谱分布。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括：
会聚透镜(600)，所述会聚透镜被配置成把来自所述发光装置(100)的光会聚到所述空间光调制装置(200)上。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述空间光调制装置(200)是被配置成能够允许光线穿过或者将光线阻挡住的液晶显示器装置(210)。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述空间光调制装置(200)是被配置成用来反射光线的数字微镜器件(220)。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括：
显示单元(500)，所述显示单元被配置成用来显示所述计算控制器(900)中所计算出的量子效率。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述计算控制器(900)设有：
电流电压转换器(510)，所述电流电压转换器被配置成将从所述太阳能电池产生的光电流转换成电压信号；以及
模拟数字转换器(520)，所述模拟数字转换器被配置成将所述电压信号转换成数字信号。
10.根据权利要求2所述的设备，还包括：
滤色器(700)，所述滤色器被配置成允许所述人造太阳光之中的在特定波段内的光线穿过。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述滤色器(700)还设有：
滤色器转动装置(710)，所述滤色器转动装置被配置成将各种波长的多个所述滤色器(700)嵌入在所述光路中。
12.根据权利要求2所述的设备，还包括：
成像透镜(800)，所述成像透镜布置于所述空间光调制装置(200)与所述太阳能电池(400)之间，用来使所述人造太阳光照射所述太阳能电池。
13.一种使用空间光调制装置检测太阳能电池的量子效率的方法，所述方法包括如下步骤：
起始的发光步骤(S100)，在该步骤中，从发光装置(100)发出预定的光；
会聚步骤(S200)，在该步骤中，将从所述发光装置(100)出射的光线会聚到具有能够被单独控制的多个像素的空间光调制装置(200)上；
穿过或反射步骤(S300)，在该步骤中，所述光线根据空间光调制装置控制器(300)的控制指令穿过所述空间光调制装置的预定像素或者从所述空间光调制装置的预定像素反射；
照射步骤(S400)，在该步骤中，与所述预定像素对应的所述光线照射太阳能电池(400)；
产生步骤(S500)，在该步骤中，从被所述光线照射的所述太阳能电池(400)中产生光电流信号；以及
计算步骤(S600)，在该步骤中，计算控制器(900)根据所述光电流信号计算出量子效率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述起始的发光步骤(S100)包括：
反射步骤(S110)，在该步骤中，从氙气灯(111)出射的光线被反光器(112)反射以具有特定的方向；以及
穿过步骤(S120)，在该步骤中，所述光线穿过补偿滤光器(700)以具有人造太阳光的标准光谱分布。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述会聚步骤(S200)包括：
透射步骤(S210)，在该步骤中，所述人造太阳光之中的在预定波段内的光线透过嵌入在滤色器转动装置(710)中的滤色器(700)。
16.根据权利要求13所述的方法，在所述穿过或反射步骤(S300)与所述照射步骤(S400)之间还包括：
透过步骤(S310)，在该步骤中，所述光线穿过布置于所述空间光调制装置(200)与所述太阳能电池(400)之间的成像透镜(800)。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述计算步骤(S600)包括：
第一获得步骤(S610)，在该步骤中，在所述计算控制器(900)中获得从具有均匀空间响应的光电探测器或光电探测器阵列中产生的光电流数据；
第二获得步骤(S620)，在该步骤中，在所述计算控制器(900)中获得从所述太阳能电池(400)中产生的光电流数据；
转换步骤(S630)，在该步骤中，所述计算控制器(900)通过逐个位置地获取所述太阳能电池的所述光电流数据与所述光电探测器或所述光电探测器阵列的所述光电流数据之比，将所述太阳能电池(400)的所述光电流数据转换成规格化的光电流数据；以及
第三获得步骤(S640)，在该步骤中，根据所述规格化的光电流数据获得所述太阳能电池的量子效率均匀性。
18.根据权利要求17所述的方法，在所述第一获得步骤(S610)之前还包括：
布置步骤(S605)，在该步骤中，将包括双轴平移台的所述光电探测器或者包括单轴平移台的所述光电探测器阵列布置在所述太阳能电池(400)的位置处。
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