CN106641888B - 用于测试光电器件的方法及装置 - Google Patents

Abstract

装置(10)用于仿真太阳辐射的光谱以及测试使用所述仿真的太阳辐射光谱(15)的光电器件(17)。所述装置(10)包含光源器件以及基板支座(16)，其中光源器件配置成再生太阳辐射的光谱(15)且包含被划分成多个单元的辐射板(13)，且每一个单元包含多个发光二极管，所述发光二极管发射至少两种不同波长，其中基板支座(16)设置于与光源器件相对。在一个示例中，多个发光二极管发射一种波长，所述波长从以下波长所组成的群组中选出：蓝、绿、黄、红、以及在红外光范围中彼此具有不同波长的第一色与第二色。

Description

用于测试光电器件的方法及装置

本申请是申请日为“2012年7月18日”、申请号为“201280027190.5”、题为“用于测试光电器件的方法及装置”的分案申请。

技术领域

本发明大体上与用于测试光电器件的方法与装置有关。

背景技术

在光电器件的生产中，公知地会使用一些器件用以再生仿真太阳光谱的辐射以对物品实施必要的测试与检查以检验操作上的可靠性以及在实验室条件下光电器件的整体转换效率。

业界已发展出一套标准用以在以下三个性能领域定义太阳仿真器的性能：匹配太阳光谱的光谱频率、在被照射物体表面上的辐照度的空间均匀性、以及所产生光的量在时间上的稳定性。在传统的太阳仿真器中，广泛使用氙弧灯。然而，氙种类的灯具有一些缺点。例如，氙弧灯所产生的光在近红外光区域含有相当强的强度峰值，而在任何标准太阳光谱中都没有发现所述在近红外光区域中相当强的强度峰值。因此，氙弧灯要遭受输出光分布均匀性差以及辐照度效率低的问题，还要遭受由这种灯产生的光谱与太阳光谱之间的光谱准确性差的问题。

氙种类灯的其它缺点是：输出光光谱一般通过控制提供给此种灯的电流及电压而改变光的强度，从而加以调整。然而，修改这些参数通常会影响此种灯所产生的所有波长。因此，不可能选择且修改单一波长而使此种灯所产生的光的光谱在不同的应用上尽可能与太阳光谱相似。

氙类灯的另一个缺点是：此种灯的辐照度强度正常情况下不稳定且要遭受因(施加于不同灯的)电流变化所致的波动，电流的变化是因环境或电力条件改变所致。这种状况会影响此种灯所产生的输出光谱中的波动的量，且因此影响测试所得结果的可靠性与可重复性。

因此，在本领域中需要在任何给定的情况下改进太阳仿真器所产生的输出光谱的再生性与效率。

发明内容

在一个实施例中，一种装置包含光源器件以及基板支座，所述光源器件配置成再生具有与太阳辐射相类似光谱的光，所述光源器件包含辐射板，所述辐射板被划分成多个单元或区域，其中所述多个单元中的每一个包含多个发光二极管，所述多个发光二极管发射至少两种不同波长(颜色)，所述基板支座设置成与所述光源器件相对。所述多个发光二极管中的每一个配置成发射一波长，所述波长选自由以下颜色组成的群组：蓝、绿、黄、红、在红外光区的至少第一与第二颜色，所述第一与所述第二颜色相对于彼此具有不同波长。

在另一个实施例中，提供一种用于测试光电器件的方法。所述方法包含以下步骤：提供光源器件以朝向光电器件发射至少两种不同波长，所述至少两种不同波长提供输出光谱，所述输出光谱仿真太阳辐射；检测由所述光源器件发射的所述输出光谱；将由所述光源器件所发射的所述输出光谱与待发射的预定光谱进行比较；以及修正所述光源器件的运行参数以消除介于所述光源器件所发射的输出光谱与所述待发射的预定光谱之间的变化。

附图说明

为了可以详细地理解本发明的上述特征，通过参考本发明的实施例(其中一些图示在附图中)，可以对上文所简要概括的发明作更为具体的描述。然而，应注意的是，附图仅图示本发明的典型实施例且因此不应被视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其它同等有效的实施例。

图1根据本发明的一个实施例示意性地示出测试与检查器件，所述测试与检查器件使用用于再生太阳辐射的太阳仿真器。

图2根据本发明的一个实施例示出示例性太阳仿真器。

图3a与3b根据本发明的一个实施例示出存在于图2所示的太阳仿真器内的单元的可能配置。

图4a与4b根据本发明的一个实施例示出LED灯可能的配置。

图5根据本发明的另一个实施例示出辐射板被划分成三个不同区域。

为使更容易了解本发明，在可能的情况下，相同的组件符号会指定在不同图式中的相同组件。需了解的是，一些实施例的组件与特征可有益地合并于其它实施例中而无须进一步记载。

具体实施方式

在此讨论的实施例与用于封闭环境中的光源器件相关，所述封闭环境诸如实验室或测试腔室，所述光源器件用于再生或仿真太阳辐射的光谱且具有测试/检查光电器件或其它相当器件的目的。在本发明的不同实施例中，光源器件可包含至少一个基于半导体的光源，诸如发光二极管(LED)。可设想使用任何其它基于半导体的光源，例如激光二极管(LD)。在本发明的环境中，术语“LED灯”可指单一密封结构(LED芯片可位于所述结构)或多密封单元，所述多密封单元以任何所期望的图案被结合于所述单一密封结构上。

在本发明的不同实施例中，光源器件可包含一个或更多个LED灯。在一个示例中，两个或更多个LED灯可设置成面向待测试的光电器件的表面。在设置至少两个LED灯的情况中，所述LED灯关于待测试的物体表面的数目与位置根据特定环境以及应用加以安排，以对在要被照射物体表面上产生的光辐射获得最佳的空间均匀性。使用LED灯来取代传统的灯，尤其是取代如上所述的氙气灯，就发光强度和光质量而言，可获得平均来说接近日光光谱的光谱，而不会有氙气灯的种种问题。尤其，LED灯展现许多优于传统灯的优点，诸如较低的能量消耗与较长的使用寿命。

在本发明的不同实施例中，根据本发明用于光源器件的LED灯可被配置成发射至少两种不同波长。所述至少两种不同波长可在整个太阳辐射的发射频谱上选择。在一个示例中，所述至少两种不同波长选自以下颜色：蓝、黄、绿、红以及在红外波长范围中的至少两种不同颜色。应该理解的是，在此使用的术语“红外”未描述通常归类为红外的任何特定光波长。相反地，术语“红外”所指的是整个波长范围。在一个示例中，蓝色LED灯的标称波长介于约450纳米与约500纳米之间，黄色LED灯的标称波长介于约570纳米与约590纳米之间，绿色LED灯的标称波长介于约500纳米与约570纳米之间，红色LED灯的标称波长介于约610纳米与约760纳米之间，以及红外色LED灯的标称波长介于约760纳米与约1000纳米的间。在一些实施例中，一个或更多个LED灯可使用其它灯输出一些颜色，诸如紫外光(如小于400纳米)、紫罗兰色(如400纳米～450纳米之间)、橙色(如590纳米～610纳米之间)、紫色、粉红色或其它有用的颜色。

图1示意性地示出测试与检查器件10，所述测试与检查器件10用以执行对位于支座16上的太阳/光电器件17的测试与检查。虽然在接下来的描述中将具体讨论太阳/光电器件，可理解的是，本发明也可应用于其它需要光辐射照射的基板或器件，所述光辐射仿真出太阳光谱。测试与检查器件10通常包含光源器件，诸如太阳仿真器11与支座16，太阳/光电器件17位于所述支座16上。太阳仿真器11包含辐射板13，所述辐射板13被配置成朝着位于支座16上的太阳/光电器件17发射电磁辐射15。在一个配置中，正如图1中所示，辐射板13设置成离太阳/光电器件17有距离“h”。辐射板13与太阳/光电器件17之间的距离“h”可根据所使用的LED灯的数目和LED的容量在50毫米到800毫米或更大距离的范围内变化，以确保在将被测试的太阳/光电器件17的整个表面上发射的辐射的空间均匀性。

为了使输出光尽可能均匀以提高整体辐照度效率，可选择性地在辐射板13与支座16之间的中间位置提供一个或更多个光学透镜14，使得通过所述一个或更多个透镜14的电磁辐射15呈均匀状且到达太阳/光电器件17的整个表面而具有最大化的光分布性能。光学透镜14可由塑料材料制成，诸如丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、高密度聚乙烯(HOPE)。或者，光学透镜14可由玻璃材料制成，诸如石英。

测试与检查器件10也可包含一个或更多个传感器19，所述传感器19设置为接近将被测试的太阳/光电器件17。传感器19配置成将电磁辐射15转换成电信号用以准确测量由太阳/光电器件17获得的光强度和/或光谱。所使用的传感器19的类型取决于用于照射太阳/光电器件17的光谱。传感器19可为任何光检测器，诸如光电二极管，其中光电二极管能将光转换成电信号以准确地测量光谱。光电二极管可为硅基、锗基，或砷化镓基光电二极管。例如，硅基光电二极管对可见光与红外光都敏感。由不同半导体材料制成的光电二极管对不同波长的入射光敏感。例如，砷化镓(GaAs)基光电二极管对可见光与紫外光都敏感。通过将LED灯产生的光谱与太阳光谱(也是实时的)进行比较，可以修正LED灯发射的光谱与目标光谱之间的变化。就任何感兴趣的特定波长而言，所述修正可依应用而与LED灯的全部或部分相关联。

在一个实施例中，所述一个或更多个传感器19设置为与支座16的上表面相邻，或设置在任何接近太阳/光电器件17的表面且被电磁辐射15照射的合适位置上。本发明的一个实施例提供了：太阳/光电器件17每一侧有至少两个传感器19。另一个实施例提供了：控制LED位于与每个传感器19相邻，以控制传感器19的操作。在一个实施例中，所述控制LED经选择而具有介于两个LED灯波长之间的波长。在另一个实施例中，所述控制LED具有与LED灯波长之一相同的波长，所述LED灯的波长在测试与检查器件10中被发现。在一个配置中，控制LED置于接近一个或更多个传感器19的位置，以将传感器19的响应验证作为时间的函数。在操作中，在此灯运行一特定时间段后，LED被允许闪烁，获得传感器19的频谱，且验证所述频谱在一段时间内是否为恒定。倘若传感器19的响应超出所期望的范围，则意味着传感器不合格且必须被更换。

一个或更多个传感器19与控制系统21连接，以便传送与光谱相关联的信息，其中光谱实际上由辐射板13发射一段时间。控制系统21与太阳仿真器11连接且配置成调整且/或同样实时地将LED灯103的发光强度的波动最小化，由此形成封闭回路控制，所述封闭回路控制允许人们形成可重复的高效率器件，所述可重复的高效率器件可使测试器件有高产量。事实上，封闭回路控制可提供用于修正实时发射的信息，且因此所述修正可被执行而无任何停止时间或损失的时间。控制系统21可包含中央处理单元(CPU)(未图示)、存储器(未图示)、以及支座电路(或I/O(输入/输出))(未图示)。可由控制系统读取的程序(或计算机指令/编码)可提供在控制系统21中以存储目标光谱，所述目标光谱根据特定控制参数以及测试期间涉及的环境情况而被再生。命令与控制系统21也可以装备数据库(未图示)，多个发射配置中的每一个存储于所述数据库中且由操作者根据环境情况与特定测试应用加以个别地使用。

在操作中，控制系统21可在预定时间或实时地将辐射板13的LED灯103实际发射的光谱与存储于控制系统21中的目标光谱作比对，并确定将要作出的合适修正。更精确而言，目标光谱可经由设计以最大化待测太阳/光电器件17整个表面上的光谱的均匀性，且最大化所发射辐射时间内的稳定性。若控制系统21从上述比较检测到差异，则控制系统21可干预辐射板13的运行参数，例如修改一个或更多个电馈送量，和/或发射在空间上或时间上的分布，以消除任何检测到的差异。特别地，控制系统21配置成确保朝向太阳/光电器件17发射的辐射15以同一且均匀的方式分布在太阳/光电器件17的整个表面上。若传感器19检测到在太阳/光电器件17的一个或更多个区域内辐射相对于同一单元的其它区域而言并非同一或均匀，则控制系统21会对各个LED灯103、单一LED，或一组LED采取行动，以修改所发射的辐射且恢复整个太阳/光电器件17上辐射的同一性。本发明归功于单元或辐射板13的区域设计(将在以下讨论)，且归功于LED在每个单元或区域内的分布，人们可修改和调整器件参数，例如独立于其它LED传送给每个LED的电流，以更好地控制测试与检查器件10的处理结果或测试结果。因此，本发明的实施例允许人们将发射的辐射同样实时地维持在所期望的参数内，尤其关于空间上的均匀性与随时间的稳定性，以避免区域性峰值并改变在待测基板不同区域上的辐射的量。

图2图示根据本发明一个实施例的示例性辐射板13的一侧。辐射板13可划分成多个单元101，所述多个单元101中的每一个定义出一空间，所述空间为接纳一个或更多个LED灯103而调整尺寸且调整形状。若有需要，每一个单元101可提供它自己对于LED灯103的配置，所述配置具有与单元101相同或不同的光学特征，其中单元101位于与LED灯103相邻。LED灯103可依据应用选择性地相对于其它LED灯而被启用或禁用，使得所期望的波长分布以及电磁辐射15的量被指引向太阳/光电器件17的特定区域。在一个示例中，输入电流的参数可关于发射区域而被选择性地调整以完全将一个或更多个在辐射板13中的特定单元101切换成导通或断开，由此相对于太阳/光电器件17的特定区域使辐射板13的发射的空间分布最优化。

图3a与3b图示根据本发明的在图2辐射板13中的单元101的可能配置。在图3a所示的一个实施例中，辐射板13具有密集阵列的LED灯103，所述密集阵列设置成横跨单元101的整个表面。在一个配置中，每一个单元101包含多个LED灯103，所述LED灯103以垂直和水平的对准方式配置。然而在显示于图3b的另一个实施例中，在单元101的一部分中，辐射板13具有较不密集阵列的LED灯103。在此配置中，LED灯103可有意地被禁用，或不配置于单元101的一些区域内，例如，排空空间102，如图3b所示。排空空间102的配置可根据应用而集中于中心区域或分布于单元101周围，以使在太阳/光电器件17相应区域中的发光强度的峰值减少，所述发光强度的峰值可能不利于待测的太阳/光电器件17的完整性。以这种方式，中心或周围区域中的发光强度可与横向或相邻区域中的发光强度相当，且可根据需要被调整以对所述太阳/光电器件17在整个表面上的发射获得所期望的同一性。应注意的是，用于每一个辐射板13的单元101的数目以及用于每一个单元101的LED灯103的数目可根据处理要求或特定操作环境加以改变。而且，LED灯103在单元101内的安排方式可改变且不应该受限于如图3a与3b所显示的配置方式。例如，LED灯103可根据所期望的太阳/光电器件17的发光强度分布图案而相对于相邻的LED灯对准或交错排列。

图4a与4b显示根据本发明一个实施例的在单元101中的LED灯103可能的配置方式。图4a图示出LED灯103包含多个相同间隔的LED104，所述LED104以圆形配置进行排列，而图4b图示出LED灯103包含多个LED104，所述LED104以矩形配置进行排列。特定的颜色安排方式并不影响各个LED的光谱，却影响整体光发射的均匀性，从而满足太阳仿真器的要件。可设想的是，LED104可根据所期望的发光强度分布图案而采用任何配置。

在显示于图4a与4b的一个示例中，LED灯103装备有六个LED104，所述LED104包含具有的波长与蓝光波长相同的第一LED105、具有的波长与黄光波长相同的第二LED107、具有的波长与绿光波长相同的第三LED109、具有的波长与红光波长相同的第四LED111、具有红外光区的波长的第五LED113以及具有红外光区的另一种波长的第六LED115。用于第五与第六LED113、115的红外光的波长范围可从约0.7μm至约1,000μm。存在于LED灯103内的LED104的种类与数量决定了电磁辐射15的光谱特性且基于不同处理要求以及待测太阳/光电器件17的特性而加以选择。

图5显示本发明的另一个实施例，在此实施例中辐射板13被划分成三个不同区域(灯)，分别为213a、213b和213c。区域213a、213b、213c中的每一个包含具有不同波长的LED，所述不同波长选自以下各种波长：绿色、蓝色、红色和相对于彼此在红外光区具有不同波长的第一、第二或第三颜色。区域213a、213b、213c中的每一个与不同种类LED的每一个由辐射板13的控制系统21(图1)独立驱动，以便赋予发射的辐射尽可能高的同一性与均匀性。若六种颜色或六种不同波长被用于每一个区域，则必须使用一定数目的18种不同电流以分别驱动每一个不同区域的每一个不同颜色。以这样的方式，对不同区域与不同电流的使用允许对由每一个区域所发射的辐射进行非常精确与具体的控制，由此对待测的太阳/光电器件17的整个表面可获得高度同一且均匀的发射。

在一些实施例中，在辐射板13内的每一种不同颜色的LED灯的位置被定位且/或配置成形成所期望的波长和强度发射图案，以横跨待测的太阳/光电器件17达到所期望的发射同一性和/或均匀性。在一个示例中，如图5所示辐射板13的特写(例如，左下角)图中所示，每一种不同颜色的LED灯被定位成所期望的图案以达到所期望的均匀性或同一性，其中每一个不同LED灯的类型在图示特写区域中被分别标示为不同字母(例如，R(红)、G(绿)、B(蓝)，以及Y(黄)，以及标示两种红外光颜色的X与Z)。所属领域的技术人员会理解，用于在辐射板13的不同位置或区域达到所期望发射同一性和/或均匀性的LED灯的配置将随着在每个位置或区域中的LED灯的发射强度以及密度的改变而改变，且因此显示于图5中的配置并非旨在限制在此所描述的本发明的范围。

本发明的其它实施例提供了，在灯附近的位置设置温度检测器。在一个实施例中，温度检测器可包含热电耦，所述热电耦位于与灯的至少一部份接触。温度检测器与控制系统相连接，万一灯的温度上升超过预定水平，温度检测器将命令灯关闭。本发明的另一个实施例提供热补偿系统，作为控制系统21的一部分，以避免LED灯103或LED灯103的一部分有任何过高的温度。热补偿系统可为主动型，诸如使用珀耳帖效应(Peltier effect)系统的示例。

虽然前述针对的是本发明的一些实施例，但本发明其它以及更进一步的实施例也可在不脱离本发明基本范围的情况下而被设计出，且本发明的范围由所附的权利要求书界定。

Claims (30)

1.一种用于测试光电器件的装置，所述装置包含：

光源器件，所述光源器件配置成再生太阳辐射的光谱，所述光源器件包含辐射板，所述辐射板被划分成多个单元，其中所述单元中的每一个包含多个发光二极管，所述多个发光二极管发射至少两种不同波长，以及

基板支座，所述基板支座设置成与所述光源器件相对，

其中所述多个发光二极管中的每一个配置成发射一波长，所述波长选自由以下颜色组成的群组：紫外、紫罗兰色、蓝、绿、黄、红、在红外光区的至少第一颜色与第二颜色，所述第一颜色与所述第二颜色相对于彼此具有不同波长，且其中所述辐射板的所述单元中的每一个单元至少在它的发光二极管的发射参数中被独立地控制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述紫外波长小于400nm，所述紫罗兰色波长在400和450nm之间，和/或所述红外波长在760nm和1000nm之间。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射板与所述光电器件之间的距离为50mm到800mm。

4.如权利要求1所述的装置，进一步包含在所述辐射板与所述基板支座之间的中间位置提供一个或多个光学透镜。

5.如权利要求1所述的装置，进一步包含一个或多个传感器，所述传感器设置为接近所述基板支座。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述一个或多个传感器设置为与所述基板支座的上表面相邻或在所述基板支座的每一侧。

7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述一个或多个传感器选自由以下各项组成的群组：基于半导体的光电二极管、基于硅的光电二极管、基于Ge的光电二极管和基于GaAs的光电二极管。

8.如权利要求1所述的装置，进一步包含控制LED。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，控制LED中的每一个位于与每个传感器相邻，以控制所述传感器的操作。

10.如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述控制LED具有介于两个发光二极管的波长之间的波长。

11.如权利要求5或6所述的装置，进一步包含：控制系统，所述控制系统与所述一个或多个传感器相连接，并且所述控制系统适于接收与由所述辐射板随时间发射出的光谱相关联的信息以及调整发射参数以至少将波动最小化且在空间上使所发射出的辐射均匀化。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制系统配置为至少在所述发光二极管的所述发射参数中独立地控制所述辐射板的单元中的每一个。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制系统形成闭环控制。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制系统形成闭环控制。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发光二极管以圆形配置或矩形配置进行排列。

16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辐射板被划分成三个不同单元，其中所述单元中的每个包含选自以下各种的不同波长的发光二极管：蓝、绿、红、在红外光区的第一颜色、第二颜色或第三颜色，所述第一颜色、第二颜色或第三颜色相对于彼此具有不同波长。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述单元中的每个和不同类型的发光二极管中的每个配置为被独立控制。

18.如权利要求1所述的装置，进一步包含温度检测器，所述温度检测器设置在所述光源器件的所述发光二极管附近的位置中。

19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述温度检测器包含热电耦，所述热电耦位于与所述光源器件的所述发光二极管的至少一部份接触。

20.如权利要求1所述的装置，进一步包含热补偿系统，所述热补偿系统使用珀耳帖效应。

21.一种用于测试光电器件的方法，所述方法包含：

朝向光电器件发射至少两种不同波长，所述至少两种不同波长提供仿真太阳辐射的输出光谱；

检测由光源器件所发射的输出光谱，其中所述两种不同波长选自以下颜色组成的群组：紫外、紫罗兰色、蓝、绿、黄、红、在红外光区的至少第一颜色与第二颜色，所述第一颜色与所述第二颜色相对于彼此具有不同波长，其中所述光源器件包括辐射板，所述辐射板被划分成多个单元，且其中所述单元中的每一个单元至少在它的发光二极管的发射参数中被独立地控制；并且

将由所述光源器件所发射的所述输出光谱与要发射的预定光谱进行比较。

22.如权利要求21所述的方法，进一步包含修正所述光源器件的运行参数以消除由所述光源器件发射的输出光谱与所述要发射的预定光谱之间的变化。

23.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，在预定的时间基础上或实时地进行比较。

24.如权利要求21或22所述的方法，进一步包含验证所述输出光谱在一段时间内是否恒定。

25.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述光源器件包含辐射板，所述辐射板被划分成多个单元，其中所述方法进一步包含

如果比较导致差异，通过修改一个或多个电馈送量，和/或发射在空间上或时间上的分布来干预所述辐射板的运行参数，以消除任何检测到的差异。

26.如权利要求25所述的方法，进一步包含独立于其他发光二极管修改和调整传送给每个发光二极管的电流。

27.如权利要求26所述的方法，进一步包含选择性地调整所述电流的参数以完全启用或禁用所述辐射板中的一个或多个特定单元。

28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，修正所述光源器件的运行参数的步骤包含禁用位于所述辐射板的中心区域的发光二极管。

29.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，检测由所述光源器件所发射的输出光谱的步骤通过一个或更多个传感器来执行，所述传感器设置为接近于所述光电器件。

30.如权利要求21或22所述的方法，进一步包含检测所述发光二极管的温度，并且在所述发光二极管的温度上升超过预定水平的情况下，命令所述发光二极管关闭。

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