CN102455404A - 太阳能电池光谱响应量测法、测量仪及光源衰减补偿法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种太阳能电池光谱响应量测法、测量仪及其光源衰减补偿法。以一组具有多个发光波段的LED元件组作为光源照射到待测太阳能电池，并用一组包括正交及输出功率的测试讯号资料，分别点亮对应的LED元件，待测太阳能电池在受测试讯号资料点亮时段的感测值转换为一组测得电讯号输出，再以一处理装置由该组测得电讯号中，分离出分别来自该LED元件组的各上述LED元件的分量，并与对应该组测试讯号资料的上述输出功率及/或该对应LED元件所发光能比对，获得该待测太阳能电池各发光波段的波长响应。

Description

太阳能电池光谱响应量测法、测量仪及光源衰减补偿法

【技术领域】

本发明是关于一种太阳能电池量测装置及方法，特别是一种太阳能电池光谱响应量测方法、测量仪及光源衰减补偿法。

【背景技术】

由于全球工业化、天然资源消费过度，二氧化碳排放过量，导致全球暖化状况严重。因此替代能源例如太阳能、风力、水力...等的开发及提升使用效率，对于环境保护更显重要，其中，又以太阳能发电最为普及。目前，不仅业者不断试图提高太阳能电池的转换效率，市场上也多以转换效率作为评价太阳能电池的品质优劣标准，因此，转换效率差距0.2％即可导致价格明显差异。

如图1所示为太阳光光谱，由于太阳光经过地球表面的大气层偏折与吸收后，光谱表现会有所改变，此种改变与太阳光入射角度亦有关联，为能正确评估及定义所谓标准太阳能光谱，目前采取空气质量(AM＝1/cosθ)作为参数，用来界定太阳光经大气层吸收后的光谱表现与总体能量值，并作为太阳能电池置放于地球表面上所能吸收的太阳光总体能量参考值。

因此如图2所示，当太阳光从正上方向下直射时θ＝0，便定义为AM(气团)1；目前用以量测太阳能电池转换效率的模拟光源，是被定义为模拟AM1.5G的太阳能光谱，亦即模拟太阳光以偏离头顶约48.2度入射的状况，经测量其光谱总照度约为963.75W/m²。AM 1.5G的太阳能光谱中，主要能量分布是在可见光领域。

因为太阳能电池的价格是以能量转换效率为标准，如何使得测试过程精确且迅速，无疑是业界所追求向往的目标。但考虑太阳光或任何模拟器都不是单一波长发光，故理论上，要正确量测一片太阳能电池的能量转换效率，必须兼顾每一波长的能量转换效率，并依照各波长的权重加权计算，才能获得符合各待测太阳能电池真实响应的结果；另方面，若用以模拟太阳光的太阳光模拟器本身精度不高，由不准确的光源所发光而量得的结果自然不尽可靠。

不幸地，要调出一个发光状态与标准AM 1.5G光谱一致的光源有实际上的困难，尤其目前使用高压放电灯作为光源，长期使用后，不仅发光亮度会因老化而衰减，中心波长也会逐渐漂移。所以如欧盟对实验室量测的太阳能光源规范IEC60904-5中，定义光谱误差25％以内即为ClassA光源，相较于上述太阳能电池的效率分级间距为0.2％，可以推知即使使用ClassA光源，依然会造成极为明显与严重的分级错误情形。

为避免错误分级，可以考虑逐一量测待测太阳能电池的各波长响应，从而加权组合出其精确的整体能量转换效率，目前在实验室内操作时，可以选择使用如图3所示架构，藉由单光仪10中狭缝11与15、镜面12与14及光栅13彼此相关角度的调整，使得所需要的波长成分被单独分离；随后将此成分经分光镜(图未示)分光，分别入射到一个已知响应的标准片(图未示)以及待测物(图未示)，比较两者的电流输出，并由此推算待测物对于该特定波长的响应；再逐一扫描各波长，从而量得该待测太阳能电池的实际光谱响应。但这种方式须机械式调整镜片角度，并且针对各波长逐一量测，使得速度过慢、成本过高、尤其产出效率过低，完全无法于太阳能电池生产线中正式使用。

更进一步，即使两片太阳能电池具有不同的光谱响应，假设其中一片对于红光响应较佳，另一片则对于蓝光响应较佳，但在依照上述AM 1.5G之光谱照射并加权运算后，仍可能获得相同的总体能量转换效率数值，并且依照目前的分类分级而被归为同一级产品，随后被共同组装至同一模组中。然而，在这两片太阳能电池被组合在同一太阳能电池模组后，因为串联发电过程中，电流量会彼此相互局限，无论是蓝光较强或红光较强的环境，这两片太阳能电池将会受限于彼此的光谱响应差异而相互牵制，在任何光照条件下都无法转换出预期的电能，造成模组化后的整体能量转换效率因而劣化，低于原先各单片太阳能电池的转换效率。

换言之，若在分类太阳能电池时，仅考虑其总和的能量转换效率，在后续模组化流程中，仍会引入个别光谱响应差异所造成的效率降低，使得组合多片太阳能电池而成的太阳能模组效能劣化而不如预期。

因此，若在测试过程中能准确且快速量测每一片待测太阳能电池的光谱响应，藉以正确得到一个能量转换效率「函数」，不仅可将AM 1.5G的光谱分布代入而得到精确的总和能量转换效率，使得所有受测太阳能电池被正确定价；还可以进一步协助业者精密分类所有太阳能电池，使得被正确归类的个别太阳能电池在组合成模组后，不会彼此牵制，让制成的太阳能电池模组整体能量转换效率符合预期。尤其测试时间短，产出效率高，使得太阳能电池的量测得以配合自动化量产的需求，从而使太阳能电池分类分级技术大幅精进，具体改善太阳能电池产业量测不准确的问题。

【发明内容】

本发明的一个目的，在于提供一种可以精确量测太阳能光谱响应的量测方法，藉以提供受测太阳能电池的正确能量转换效率数值。

本发明的另一目的，在于提供一种可以精确量测太阳能光谱响应的量测方法，容许使用者可以自行代入特定光谱，获得该种特定状况下，待测太阳能电池的能量转换效率数值。

本发明的又一目的，在于提供一种可以精确量测太阳能光谱响应的量测方法，从而提升太阳能电池的分类分级标准。

本发明的再一目的，在于提供一种可以精确量测太阳能光谱响应的测量仪。

本发明的又另一目的，在于提供一种能精确检测各波长LED衰减程度、并分别加以补偿、从而确保光源精度的太阳能电池光谱响应测量仪。

本发明的又再一目的，在于提供一种可以精确检测各波长LED衰减程度，以在无法提升发光强度补偿时，藉由改变各成分的增益比例而补偿光源衰减的太阳能电池光谱响应测量仪。

本发明的更一目的，在于提供一种精确吻合标准太阳光模拟器光谱规范的太阳能电池测量仪用光源。

本发明的又更一目的，在于提供一种可以随意改变，藉以模拟任何特定光谱分布的太阳能电池测量仪用光源。

本发明是一种太阳能电池光谱响应量测方法，以一组LED元件阵列作为光源，供照射到至少一片待测太阳能电池，且该LED元件阵列包括至少一组具有多个LED元件的LED元件组，前述所有LED元件所发的光分别对应至复数个数目小于或等于前述LED元件总数、且彼此的中心波长相异的发光波段，该方法包括下列步骤：a)以一组包括复数彼此正交、且输出功率对应至少一个已知功率之测试讯号资料，分别同步点亮上述LED元件组中的各别LED元件；b)将该待测太阳能电池在该LED元件组受该组测试讯号资料点亮时段的感测值转换为一组测得电讯号输出；及c)以一处理装置由该组测得电讯号中，分离出分别来自该LED元件组的各上述LED元件的分量，并与对应该组测试讯号资料的上述输出功率及/或该对应LED元件所发光能比对，获得该待测太阳能电池在前述各发光波段的波长响应。

而适用该方法的一种太阳能电池光谱响应测量仪，是供检测至少一片待测太阳能电池，包括：一组LED元件阵列，包括至少一组具有多个LED元件的LED元件组，前述所有LED元件所发的光分别对应至复数个数目小于或等于前述LED元件总数、且彼此的中心波长相异的发光波段；一组用以提供复数彼此正交、且输出功率对应至少一个已知功率的测试讯号资料，供同步分别点亮上述LED元件组中的各别LED元件的驱动装置；及一个接收该待测太阳能电池在该LED元件组受该组测试讯号资料点亮时段的感测值所转换为的测得电讯号；并由该组测得电讯号中，分离出分别来自上述个别LED元件的分量，并与对应该组测试讯号资料的上述输出功率比对，获得该待测太阳能电池在前述各发光波段的波长响应的处理装置。

本发明所揭示的太阳能电池光谱响应测量仪光源衰减补偿方法，其中由该测得电讯号中分离上述个别LED元件贡献并与上述参考值比对的步骤h)，更包括下列次步骤：h1)将该组测试讯号资料中的各测试讯号资料分别对应乘入该测得电讯号，使得该测得电讯号中与该乘入的测试讯号资料正交的成分、及测得电讯号中与该等测试讯号资料无关的杂讯成分被归零；h2)分别将对应上述各测试资料讯号的测得电讯号分量与上述对应该标准光源的参考值比对，并依照该测试资料讯号所点亮LED元件的中心波长，界定该光源在该波长范围的发光强度偏差值；及h3)个别计算所有上述中心波长，获得该光源在前述所有发光波段的个别发光强度偏差值。

综上所述，本发明是运用控制LED驱动电流的开关，来产生特定波长的光，并由待测太阳能电池的响应，及运用正交码特性、消除杂讯功能，获得其光谱响应，且速度远较使用一般单光仪快；及进一步比对参考值获得光源功率衰减量，再以补偿，从而达到所有上述目的。

【附图说明】

图1是绘示太阳光光谱分布图。

图2是太阳光辐照至地球表面及气团定义示意图。

图3是一种采用公知单光仪量测太阳能电池波长响应的结构示意图。

图4是本案第一较佳实施例的结构方块图。

图5是图4实施例的光源示意图。

图6是图4实施例的个别LED元件与对应驱动装置结构示意图。

图7是图4实施例的量测方法流程图。

图8本案第二较佳实施例的LED组件示意图。

图9是本案光源衰减补偿方法流程图。

【主要元件符号说明】

10        单光仪        11、15    狭缝

12、14    镜面          13        光栅

22、22’  LED元件阵列

220、221、222、

223、224、225、

226、227、228、

229       LED元件组

220R、220G、220B、

221R、221G、221B、

222R、222G、222B、

223R、223G、223B、

224R、224G、224B、

225R、225G、225B、

226R、226G、226B、

227R、227G、227B、

228R、228G、228B、

229R、229G、229B、

220’、221’、222’、

223’、224’、225’、

226’、227’、228’、

229’    LED元件

9        待测太阳能电池

210      电流源           211   开关元件

213      驱动回路         21    驱动装置

201      ARM控制器        200   CDMA编码器

23       光学系统         24    处理装置

【具体实施方式】

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。

本发明所揭示的太阳能电池光谱响应测量仪结构如图4所示，在此例中所使用的LED光源，请一并参考如图5所示，为一LED元件阵列22，其具有10组LED元件组220、221、...229，每组LED元件组220、221、...229各配置3个分别为红、绿、蓝的LED元件220R、220G、220B、...229B，以便分别计算出待测太阳能电池9对红、绿、蓝光分别的响应；其中，每一LED元件如图6所示分别经由一个具有可操控的开关元件211的驱动回路213，作为供能装置的电流源210切换，经由开关元件211的导通与断路，决定其是否被致能发光。

在光源照射下，太阳能电池的光谱响应可利用正交码的特性获得；测试讯号资料以华许矩阵(Walsh Matrix)产生正交码配置给各LED元件，做成光脉冲序列；华许矩阵为一种正交矩阵，其方法为令2^k为其矩阵为维度，当k∈N为递归方程：

H(2⁰)＝[1]，

$H\left(2^1\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right],$

$H\left(2^2\right)=\left[\begin{array}{cccc}1& 1& 1& 1\\ 1& -1& 1& -1\\ 1& 1& -1& -1\\ 1& -1& -1& 1\end{array}\right],$

即2^k维表示式为：

$H\left(2^k\right)=\left[\begin{array}{cc}H\left(2^{k-1}\right)& H\left(2^{k-1}\right)\\ H\left(2^{k-1}\right)& -H\left(2^{k-1}\right)\end{array}\right]=H\left(2\right)\⊗H\left(2^{k-1}\right),$

此例中，我们使用三十个LED元件，将其依各组的红、绿、蓝、红、绿、蓝...顺序排列并给予编号，每一个LED元件分别受一测试讯号资料控制，为使每一LED元件之测试讯号资料彼此不重复，『互相正交』的驱动讯号数目必须至少等于LED元件的个数，故此处选择2^k＝32。此外，由于第一列中包含全部都是1的组成，必须忽略不予采用，故在本例中是以如下三十个正交码分别配置给各LED元件：

a₁＝[1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1

    -1  1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1]

a₂＝[1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1

    -1  1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1]

a₃＝[1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1

    1   1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1]

a₄＝[1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1

    1   -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1]

a₅＝[1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1

    -1  -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1]

a₆＝[1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1

    -1  -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1]

a₇＝[1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1

    1   -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1]

a₈＝[1  1  1  1  1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1  1  1

    1   1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1]

a₉＝[1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  1  -1 1

    -1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 1]

a₁₀＝[1 1  -1 -1 1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  1  1  -1

    -1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  1]

a₁₁＝[1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 1  -1 -1

    1   1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 -1 1  1  -1]

a₁₂＝[1 1  1  1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  1  1  1

    1   -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1  1  1  1]

a₁₃＝[1 -1 1  -1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 1  -1 1

    -1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  1  -1 1  -1]

a₁₄＝[1 1  -1 -1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 1  1 -1

    -1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  1  1  -1 -1]

a₁₅＝[1 -1 -1 1  -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  1  -1 -1

    1   -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 1  -1 -1 1]

a₁₆＝[1 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  -1 -1 -1

    -1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1]

a₁₇＝[1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 -1 1  -1

    1   -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1]

a₁₈＝[1 1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 -1 -1 1

    1   -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1]

a₁₉＝[1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  -1 1  1

    -1  -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1]

a₂₀＝[1 1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

    -1  1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1]

a₂₁＝[1 -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  -1 1  -1

     1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1]

a₂₂＝[1 1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  -1 -1 1

     1  1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1]

a₂₃＝[1 -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 -1 1  1

    -1  1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1]

a₂₄＝[1 1  1  1  1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1

    -1  -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  1  1  1  1]

a₂₅＝[1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  -1

    1   -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 1  -1 1  -1]

a₂₆＝[1 1  -1 -1 1  1  -1 -1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1

    1   -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 1  1  -1 -1]

a₂₇＝[1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  -1 1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 1  1

    -1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  1  -1 -1 1]

a₂₈＝[1 1  1  1  -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1

    -1  1  1  1  1  1  1  1  1  -1 -1 -1 -1]

a₂₉＝[1 -1 1  -1 -1 1  -1 1  -1 1  -1 1  1  -1 1  -1 -1 1  -1

    1   1  -1 1  -1 1  -1 1  -1 -1 1  -1 1]

a₃₀＝[1 1  -1 -1 -1 -1 1  1  -1 -1 1  1  1  1  -1 -1 -1 -1 1

     1  1  1  -1 -1 1  1  -1 -1 -1 -1 1  1]

这些正交码中，1表示LED元件处于ON的发光状态；反之，上述-1则表示LED元件处于OFF的不发光状态。测试讯号资料中另包含各LED元件ON状态时之点亮电流I＝Ii，其中i＝1，2，...，30；OFF状态时则无电流通过。

位元数目N＝2^k＝32，n位元编号，所有驱动讯号a_i(n)均需符合下列条件：

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\left(n\right)=0$ ....式(1)

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a_i}^2\left(n\right)=N$ ...............式(2)

$\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\left(n\right)a_j\left(n\right)=0(i\≠j);$ i，j＝1，2...，30...式(3)

藉由上述数学特性，即使多个LED元件在同一时段中被分别供能点亮，并照射至太阳能电池，总合转换成一组随时间变化的时变电流讯号输出，但却可以利用以下方式被逐一解调还原而读出，且任何两组LED元件彼此不互相干扰，以及达到在同一时段中进行多工检测(multiple access)的目标。并从而使得检测速度可较以往逐一检测时提升约2^k倍。

在此，将太能阳电池经由光学系统23受到LED光源照射，并把转换为电讯号输出的感测电流值称为I_o；若受测试讯号a_i(n)驱动的该LED元件发光之感测值在n＝1，2，...N时序中，可以分别被写成1/2I_i(1+a_i(n))；n＝1，2，...，N。因而30个LED元件，并分别受到a₁(n)，a₂(n)...，a₃₀(n)等『互相正交』的测试讯号资料供能调变，太阳能电池检测到的总和电讯号

n＝1，2....32；i＝1，2，...，30。

随后，还原各LED元件220R、220G、220B、...229B所产生的电流，例如点亮LED元件a₁的时变电流讯号为I₁，则利用

乘以a₁(n)，因为

$\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}S\left(n\right)a_1\left(n\right)=\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}1/2(1+a_1\left(n\right)){I_i}^{\·}{a}_1\left(n\right)$

$=1/2\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{a}_1\left(n\right)+1/2\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}\underset{i=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{a}_i\left(n\right)a_1\left(n\right)$

$=1/2\underset{i-1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{a}_1\left(n\right)+1/2\underset{i=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i\left(n\right)a_1\left(n\right)$

$=1/2\underset{i=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{I_i}^{\·}0+1/2\underset{i=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{{\mathrm{\δ}}_{i1}}^{\·}32$

$=0+1/2{I_1}^{\·}32=16I_1$

因而得到 $I_1=\frac{1}{16}\underset{n=1}{\overset{32}{\mathrm{\Σ}}}S\left(n\right)a_1\left(n\right)$

同理，

可以得到16I₂，因而可以从待测太阳能电池9综合承受上述LED元件220R、220G、220B、...229B照射所产生的总和测得电讯号当中，逐一解调出30个LED元件220R、220G、220B、...229B各别发光所产生的电流

由原先各LED元件220R、220G、220B、...229B驱动电流计算出各别贡献的发光强度，再分别与待测太阳能电池9受光照射后，由总和电流讯号I_o所分离出的个别LED元件220R、220G、220B、...229B贡献相比对，则可获得各波长的各自光谱响应。

尤其，利用『互相正交』系列驱动讯号调变各组LED，再以个别的『互相正交』系列驱动讯号乘回总和测得电讯号而调解的同步解调方式中，由于有将个别驱动讯号乘回的步骤，一旦有某些与驱动讯号不同步的环境讯号干扰到待测太阳能电池9，则依照时序逐一乘回解调时，由于其与任何驱动讯号均不同步，且每一个驱动讯号都具备数目各半的数值+1与-1，解调过程中，环境讯号将有一半被乘以+1加入统计，另一半则被乘以-1而加入统计，处理完毕后，将被明显削弱，尤其当每一个驱动讯号位元组中的位元愈多，此种削弱情况愈显著，使本案技术附带产生提高讯号杂音(S/N)比的功能。

本案的太阳能电池光谱响应量测方法请一并参考如图7的流程图所示，首先在步骤71中，由驱动装置21中的驱动回路提供已知功率的电流给各LED元件220R、220G、220B、...229B，且由驱动装置21中的诸多开关元件211分别依照上述预定模式开、关，从而制造出复数彼此正交的时变测试讯号资料，并分别提供给光源中的各对应LED元件220R、220G、220B、...229B。当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，即使提供给每一个LED元件的测试讯号资料彼此功率不同，亦无碍于本案的实施。

随后于步骤72中，待测太阳能电池9受各LED元件220R、220G、220B、...229B所发的时变光束照射，将所获得的总和光能转换成电讯号输出，而由处理装置24于步骤73接收来自待测太阳能电池9的测得电讯号，并从测得电讯号中依照上述处理方式分离出各LED元件220R、220G、220B、...229B所贡献的分量，再于步骤74与各LED元件220R、220G、220B、...229B所发光能相比对，由于每一个LED元件220R、220G、220B、...229B的发光中心波长已知，可由此获得太阳能电池对于各发光波段的波长响应。

当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，由于太阳光的波长分布涵盖甚广，并非局限于可见光的红、绿、蓝而已，故单纯以人眼所特别敏感的红、绿、蓝三色作为量测标准仍有不足之处；因此，本发明所揭示的太阳能电池光谱响应测量仪，其光源亦可如图8所示。本例的LED元件阵列22’使用有波段360至380nm(奈米)的紫外线LED元件220’、380至430nm的绿光LED元件221’、430至480nm的蓝光LED元件222’、480至500nm的青色LED元件223’、500至550nm的绿色LED元件224’、550至580nm的黄绿光LED元件225’、580至595nm的黄光LED元件226’、595至605nm的琥珀光LED元件227’、605至620nm橘红光LED元件228’，620至780nm的红光及近红外光LED元件229’等十个相异的中心波长LED元件，此种元件组共三组，合计也是三十颗，以逐一对应如上述相互正交的驱动讯号。

驱动装置21在本例中包括有一组ARM控制器201及以一组CDMA编码器200，采用例如CDMA技术产生如上所述的32组华许正交码序列，作为驱动讯号，其中标示为1的高准位部分可供点亮所驱动的LED元件，而标示为-1的补数则为低准位状态，实际施加于LED元件时则为接地电压，不点亮该元件。因此，各LED元件将分别受到相互正交的序列驱动讯号驱动而产生迅速的亮暗反应。

同时，ARM控制器201亦会同步将讯号传送至处理装置24，确保传送端和接收端的时序同步，以利处理装置24的正确解码。当LED元件阵列22中的各LED元件随着时变的正交驱动讯号个别亮暗，共同照射太阳能电池9，使其将光能转换为电能；处理装置24在本例中包括一个数位讯号处理器，一方面接收太阳能电池所输出之电流；并且将ARM控制器201所传来的个别驱动讯号分别乘入来自待测太阳能电池9的电流讯号，由于数位讯号处理器具有乘法器的结构和特点，因此可由总光感测值与个别驱动讯号相乘，由

n＝1，2....32、分离检出各别LED元件贡献的分量，由于各LED元件所发光能(输出功率)为已知，两相比对，可以获得待测太阳能电池9在各LED元件所发波段的能量转换效率。因此，此测量仪可将太阳光中的主要能量分布区段分为十个波段，并分别量得其光谱响应，快速取得待测太阳能电池9的波长响应函数，作为更精密的分类检测。

更进一步，当光源使用一段时日后，不仅会因老化而使发光功率衰减，并且个别LED元件的衰减并不一致，本发明的测量仪也可以轻易利用一个性能已知且良好的太阳能电池，反向校准光源的发光衰减情况、并加以补偿。

如图9所示，例如当测量仪使用一段时间后，将一已知其光谱响应的太阳能电池当作标准检验片，于步骤81将其置放在对应于光学系统的待测位置；随后于步骤82时，以与标准检验片的参考值测试时，相同的各LED元件的功率的测试讯号资料点亮各LED元件，此时光源输出的光，同样是由所有LED元件分别以彼此正交方式亮暗而共同组成；于步骤83时，将标准检验片受光源照射的光能转换成电讯号输出；然后在步骤84，利用测得电讯号与驱动讯号加乘，获得各LED元件贡献的分量，并计入标准检验片的光谱响应，即可获得各LED元件的实际发光功率与应有发光功率间的偏差值，得知各LED元件发光强度的衰减量。

最后，于步骤85考察已经衰减的LED元件是否尚可提升发光功率，若可以，则在步骤86纪录该补偿所需的调整量，并在往后量测时，改以该补偿后的功率作为已经衰减的LED元件的驱动功率，若在步骤85发现该LED元件的衰减已经超过可补偿范围，则于步骤87发出警示，提醒操作人员更换LED元件。

当然，如熟悉本技术领域者所能轻易理解，即使在上述步骤84之后，不调整补偿驱动讯号，也可以选择纪录该衰减，并且在未来量测时，计算各LED元件贡献的分量时，直接计入发光功率的衰减而获得补偿；由此，测量仪的光源可以被简易地反向校准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请权利要求书范围及发明说明内容所作简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (13)

1.一种太阳能电池光谱响应量测方法，其特征在于，是以一组LED元件阵列作为光源，供照射到至少一片待测太阳能电池，且该LED元件阵列包括至少一组具有多个LED元件的LED元件组，前述所有LED元件所发的光分别对应至复数个数目小于或等于前述LED元件总数、且彼此的中心波长相异的发光波段，该方法包括下列步骤：

a)以一组包括复数彼此正交、且输出功率对应至少一个已知功率的测试讯号资料，分别同步点亮上述LED元件组中的各别LED元件；

b)将该待测太阳能电池在该LED元件组受该组测试讯号资料点亮时段的感测值转换为一组测得电讯号输出；及

c)以一处理装置由该组测得电讯号中，分离出分别来自该LED元件组的各上述LED元件的分量，并与对应该组测试讯号资料的上述输出功率及/或该对应LED元件所发光能比对，获得该待测太阳能电池在前述各发光波段的波长响应。

2.如权利要求1所述的太阳能电池光谱响应量测方法，其特征在于，其中由该测得电讯号中分离上述个别LED元件贡献并与上述输出功率比对的步骤c)，更包括下列次步骤：

c1)将该组测试讯号资料中之各测试讯号资料分别对应乘入该测得电讯号，使得该测得电讯号中与该乘入的测试讯号资料正交的成分、及测得电讯号中与该等测试讯号资料无关的杂讯成分被归零；

c2)分别将对应上述各测试资料讯号的测得电讯号分量与上述对应输出功率及/或该对应LED元件所发光能比对，获得对应该测试资料讯号的能量转换效率，并依照该测试资料讯号所点亮LED元件的中心波长，界定该待测太阳能电池在该波长范围的光谱响应；及

c3)个别计算所有上述中心波长，获得该待测太阳能电池的完整光谱响应。

3.如权利要求1所述的太阳能电池光谱响应量测方法，其中该步骤a是依照CDMA技术获得上述彼此正交测试讯号资料。

4.如权利要求1所述的太阳能电池光谱响应量测方法，其特征在于，更包括在步骤a)前，先分别度量每一上述LED元件在受上述输出功率致能而点亮时所发光强度的步骤d)。

5.一种太阳能电池光谱响应测量仪，供检测至少一片待测太阳能电池，其特征在于，包括：

一组LED元件阵列，包括至少一组具有多个LED元件的LED元件组，前述所有LED元件所发的光分别对应至复数个数目小于或等于前述LED元件总数、且彼此的中心波长相异的发光波段；

一组用以提供复数彼此正交、且输出功率对应至少一个已知功率的测试讯号资料，供同步分别点亮上述LED元件组中的各别LED元件的驱动装置；及

一个接收该待测太阳能电池在该LED元件组受该组测试讯号资料点亮时段的感测值所转换为的测得电讯号；并由该组测得电讯号中，分离出分别来自上述个别LED元件的分量，并与对应该组测试讯号资料的上述输出功率比对，获得该待测太阳能电池在前述各发光波段的波长响应的处理装置。

6.如权利要求5所述的太阳能电池光谱响应测量仪，其特征在于，其中该组驱动装置包括复数供输出彼此正交、且输出功率对应至少一个已知功率的测试讯号资料、而分别致能点亮上述LED元件的驱动回路。

7.如权利要求5或6所述的太阳能电池光谱响应测量仪，其中该驱动装置更包括一个供编码上述彼此正交测试讯号资料的CDMA编码器。

8.如权利要求5或6所述的太阳能电池光谱响应测量仪，其特征在于，其中该组LED元件阵列的光源至少包括三个中心波长分别为红光、绿光、及蓝光的发光波段的LED元件。

9.如权利要求5所述的太阳能电池光谱响应测量仪，其特征在于，其中该处理装置包括一组供将该组测试讯号资料中的各测试讯号资料分别对应乘入该测得电讯号，以分离出分别来自上述个别LED元件的分量；并将上述各分量分别与上述对应输出功率及/或该对应LED元件所发光能比对，获得对应该测试资料讯号的能量转换效率，并依照该测试资料讯号所点亮LED元件的中心波长，界定该待测太阳能电池在该波长范围的光谱响应；及个别计算所有上述中心波长，获得该待测太阳能电池的完整光谱响应的数位讯号处理器。

10.一种太阳能电池测量仪光源衰减补偿方法，其特征在于，是以一组LED元件阵列作为太阳能电池测量仪的光源，供照射到至少一片待测太阳能电池，且该太阳能电池测量仪将量测该至少一片待测太阳能电池所转换的电能；以及该LED元件阵列包括至少一组具有多个LED元件的LED元件组，前述所有LED元件所发的光分别对应至复数个数目小于或等于前述LED元件总数、且彼此的中心波长相异的发光波段；此外，该太阳能电池测量仪并储存有当一个标准光源照射到至少一片已知其光谱响应的太阳能电池时，前述各发光波段的光谱响应参考值，该方法包括下列步骤：

e)将前述至少一片已知其光谱响应的太阳能电池置放于该至少一片待测太阳能电池的置放位置；

f)以一组包括复数彼此正交、且输出功率对应至少一个已知功率的测试讯号资料，分别同步点亮上述LED元件组中的各别LED元件；

g)将该待测太阳能电池在该LED元件组受该组测试讯号资料点亮时段的感测值转换为一组测得电讯号输出；

h)以一处理装置由该组测得电讯号中，分离出分别来自该LED元件组的各上述LED元件的分量，并与前述分别对应各发光波段的参考值比对，获得该光源在前述各发光波段的强度与前述标准光源间的偏差值。

11.如权利要求10所述的衰减补偿方法，其特征在于，其中由该测得电讯号中分离上述个别LED元件贡献并与上述参考值比对的步骤h)，更包括下列次步骤：

h1)将该组测试讯号资料中的各测试讯号资料分别对应乘入该测得电讯号，使得该测得电讯号中与该乘入的测试讯号资料正交的成分、及测得电讯号中与该等测试讯号资料无关的杂讯成分被归零；

h2)分别将对应上述各测试资料讯号的测得电讯号分量与上述对应该标准光源的参考值比对，并依照该测试资料讯号所点亮LED元件的中心波长，界定该光源在该波长范围的发光强度偏差值；及

h3)个别计算所有上述中心波长，获得该光源在前述所有发光波段的个别发光强度偏差值。

12.如权利要求10或11所述的衰减补偿方法，其特征在于，其中该测量仪更包含一组提供该组测试讯号资料，以致能及点亮前述光源的驱动装置，且该方法更包含在该步骤h)后，依照获得该光源在前述各发光波段的强度与前述标准光源间的偏差值改变该组测试讯号资料的步骤i)。

13.如权利要求10或11所述的衰减补偿方法，其特征在于，其中该测量仪更包括一组提供该组测试讯号资料，以致能及点亮前述光源的驱动装置，且该驱动装置的输出电能具有一个预定上限，其中该方法更包括下列步骤：

j)依照步骤h)所获得该光源在前述各发光波段的强度与前述标准光源间的偏差值，判断该组测试资料讯号若依照前述偏差值改变，该组改变后的测试资料讯号中，是否有任一者输出电能超过该预定上限；

k)当该改变后的测试资料讯号预计输出电能未有任一者超过该预定上限时，依照获得该光源在前述各发光波段的强度与前述标准光源间的偏差值改变该组测试讯号资料；

l)当该改变后的该组测试资料讯号中，具有至少一个的预计输出电能会超过该预定上限时，限制该改变后的该至少一个测试资料讯号输出电能等于该预定上限；以及

m)纪录该至少一个输出电能被限制于该预定上限的测试资料讯号，藉此，当以具有该光源的该太阳能电池测量仪后续量测待测太阳能电池时，该处理装置可依照该纪录补偿该分量。

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