DE2122044C3

DE2122044C3 - Verfahren und Anordnung zur Aufnahme der U/I-Kennlinie einer zu prüfenden Sonnenzelle

Info

Publication number: DE2122044C3
Application number: DE2122044A
Authority: DE
Inventors: George Armistead Malibu Calif. Work (V.St.A.)
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-05-04
Publication date: 1974-08-29
Anticipated expiration: 1991-08-29
Also published as: DE2122044A1; FR2088327B1; GB1340430A; US3708669A; FR2088327A1; DE2122044B2; SE371540B; SE7406872L

Description

Amplitude innerhalb der seitens der Lampe ab- Es ist bereits ein Verfahren der erwähnten Art

gegebenen Lichtimpulse, deren Gesamtdauer etwa bekannt, welches gegenüber älteren Verfahren (z. B.

der vierfachen lonisationszeit entspricht. USA.-Patentschrift 3 350 635). die mit l-r>n:inuier-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 lieber Bestrahlung der Sonnenzelle arbeiten, den kennzeichnet, daä der Teil (D) von konstanter Voneil aufweist, daß keine wesentliche Strahlungsintensität der Lichtimpulse auf einem vorge- erwärmung des Prüflings verursacht werden und gebenen Sollwert der Amplitude gehalten wird. insoweit auch keine Mcßwertverfälschungen ent-

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, stehen. Während indessen bei dem mit kontinuierdadurch gekennzeichnet, daß eventuelle Schwan- 25 licher Bestrahlung arbeitenden Verfahren die spekkungen der konstante Intensität aufweisenden trale Energieverteilung der Gasentladungslampe kon-Teile (ß) aufeinanderfolgender Lichtimpulse bzw. stant bleibt, trifft die^ bei einem Impulsantrieb der Abweichungen von dem vorgegebenen Sollwert zur Prüfung verwendeten Gasentladungslampe nicht auf die zu gewinnenden Kennliniendaten korri- zu. Vielmehr ergibt sich eine konstante spektrale gierend übertragen werden. 30 Energieverteilung erst nach Ablauf der für die Gas-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 entladungslampe charakteristischen lonisationszeit, bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Gas- die im Millisekundenbcrcich liegt und für eine beentladungslampe in an sich bekannter Weise eine stimmte Art einer Xenon-Höclistdrucklampe bei-Xenon-Höchstdrucklampe verwendet wird. spielsweise etwa 0,5 msec beträgt. Während der an-

5. Anordnung zur Durchführung des Verfah- 35 steigenden und abfallenden Flanke eines Lichtimpulrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. ses wird demgemäß die Sonnenzelle mit Licht daß eine Auswerteinrichtung für die Kennlinien- bestrahlt, welches in seiner spektralen Zusammendaten eine geeichte Vergleichssonnenzelle (66) sctzung nicht dem Sonnenlicht entspricht. Je kurzer umfaßt, deren Ausgangsgrößen zusammen mit die Gesamtdauer der verwendeten Lichtimpulse ist, denjenigen der zu prüfenden Sonnenzelle (12) 40 desto mehr tragen die ansteigenden und abfallenden über einen zyklischen Stufenschalter (76) ab- Flanken der Lichtimpulse, die von dem Prüfling aufnehmbar sind, welcher mit der Impulsfrequenz genommen werden, zu einer unerwünschten Verfälder Gasentladungslampe (20) synchronisiert ist. schling des Meßergebnisses bei.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeich- Es sind zwar Blitzlampen für Impulsbetrieb mit net durch Elemente zur Überwachung des Aus- .15 einer verhältnismäßig sehr kurzen Anstiegs- und gangsstromes der Vergleichssonnenzelle (66) so- Abfallzeit des Lichtimpulses bekannt (vgl. USA.-wie zur Überwachung des Ausgangsstromes der Patentschrift 5 346 529). jedoch ist bei derartigen Auswerteeinrichtung bei gewählten Betriebs- Blitzlampen die erzielbare Energiedichte sehr gering, bedingungen während aufeinanderfolgender Licht- und es kann auch kein dem Sonnenspektrum entimpulse, insbesondere bei geöffnetem Stromkreis, 50 sprechendes quasi-kontinuierlichesEmissionsspektrum bei kurzgeschlossenem Stromkreis sowie bei ver- erzeugt werden. Demgegenüber weisen indessen Gasschiedenen Belastungswiderständen (47). entladungslampen von sehr hoher Leistungsauf-

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge- nähme, welche diese Forderungen erfüllen, eine verkennzeichnet, daß der Pulsgeber (26/28) EIe- hältnismäßig flache Anstiegsflanke und Abfallflankc mente zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen 55 des Lichtimpulses bei intermittierendem Betrieb auf. Sollwertes der Amplitude in dem die konstante In Verbindung mit kontinuierlich brennenden Gas-Intensität aufweisenden Teil jedes Lichtimpulses entladungslampen, die ein quasi-kontinuierliches aufweist, Emissionsspektrum aufweisen, ist es nach der USA.-

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6, 7, Patentschrift 3 360 650 auch bekannt, die Intensität dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Inte- 60 mittels e'nes geschlossenen Regelkreises konstant zu gratoren (62, 64) mit der Vergleichssonnenzelle halten, um beispielsweise unter der normalen Sonnen-(66) bzw. der zu prüfenden Sonnenzelle (12) ver- strahlung ähnlichen Bedingungen Stoffe über einen bunden ist, um Informationen entsprechend dem vorgegebenen Zeitraum auf Sonnenechtheit zu in der Vergleichssonnenzelle sowie dem in der prüfen.

zu prüfenden Sonnenzelle während jedes Licht- 65 Es sind auch Verfahren zi'r Kennlinienaufnahme

impulses erzeugten Strom zu speichern. von elektronischen Bauelementen durch angelegte

Impulse bekannt, vgl. H. Rothfuss, »Transistormeßpraxis«, Stuttgart, 1961, S. 121 bis 123; R. Paul,

»Transistormeßtechnik«, Braunschweig, S. 101), bei denen eine sonst auftretende unerwünschte Erwärmung der Prüflinge vermieden wird. Die Probleme einer Kennlinienaufnahtne von elektronischen Bauelementen, insbesondere nicht lichtempfindlichen Halbleiterbauelementen, vorliegend Sonnenzellen, bestehen indessen darin, daß durch die ansteigenden gnd abfallenden Flanken elektrischer Spannungsund Stromimpulse eine Meßwertverfälschung bei den Prüflingen nicht auftritt, während dies, wie eingangs :q erläutert wurde, bezüglich der Lichtimpulse von Gasentladungslampen zutrifft.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter Berücksichtigung vernünftig kurzer Zeiträume zur Prüfung einer Sonnenzelle auf die Anwendung verhältnismäßig kurzer Lichtimpulse beschränkt, die mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz aufeinanderfolgen. Es scheiden daher für das erfindungsgemäße Verfahren solche Gasentladungslampen aus, die bei mittlerer Betriebstemperatur eine rein gasförmige Füllung aufweisen, wie z. B. Qiiecksilberhochdrucklampen. bei denen unter den Bedingungen i'i'ier mittleren Betriebstemperatur flüssiges Quecksilber vorlienl. Derartige Gasentladungslampen benötigen relativ lange Einbrennzeiten in der Größenordnung von 4 bis 5 Minuten, um durch Verdampfen des Quecksilbers als Voraussetzung zu einer stabilen Gasentladung den notwendigen Betriebsgasdruck 7u erzeuuen. Ouecksilberhochdrucklampen sind darüber hinaus auch aus dem Grund zur Kennlinienaufnahme bei Sonnenzellen nicht brauchbar, weil selbst bei sein hohen Drücken überwiegend ein Linienspekiriim. wennnleich mit verbreiterten Linien, erzeugt wird. das dem Sonnenspektrum bei weitem nicht angenähert ist. Dieser letztere grundsätzliche Mangel \o.i Ouecksilberhochdrucklampen kann zwar durch auf den Lampenkolben geschichtete Strahlungstransfnrmatorcn in Form von Phosphoren behoben werden. jedoch haben derartige Phosphore eine besonders lance Anregungs- und Abklingzeit, so daß die Hrzeimunn schnell aufeinanderfolgender Lichtinipulse damit nicht möglich ist (vgl. insbesondere den Artikel »Sind Quecksilberdampf-Hochdrucklampcn noch modem?« in der Zeitschrift »Industrie-Elektrik · Elektronik«, 14. Jahrgang, 1%9. Nr. 17, S. 404 und 405).

In der Blitzlichlphotographie ist es seit langem bekannt, den Verschluß eines Photoapparates mit einer einmalig (also nicht periodisch) ausgelösten Blitzlampe so zu synchronisieren, daß der Zeitpunkt der vollen Öffnung des Verschlusses in denjenigen Zeit- 5« raum füllt, in welchem die Blitzlampe ihre maximale Intensität abgibt. Jedoch ist hier die Öffnungsdauer des Verschlusses sehr gering gegenüber dem Zeitraum, in welchem die Blitzlampe ihre maximale Intensität abgibt. Selbst wenn die ansteigende und abfallende Flanke des von der Blitzlampe abgegebenen Lichtimpulses für die Belichtung herangezogen würden, wären eventuelle Verfälschungen der spektralen Energieverteilung der in dem einmaligen Lichtimpuls enthaltenen Gesamtstrahlung vernachlässigbar gering.

Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem eingangs an erster Stelle abgehandelten bekannten Verfahren ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Kennlinienaufnahme einer zu prüfenden Sonnenzelle zu schaffen, bei welchem zusätzlich zur Vermeidung einer unerwünschten Erwärmung, die auch bei dem bekannten Verfahren vermieden wird, nur solche Strahlung auf die Sonnenzelle fällt, deren zentrale Energieverteilung derjenigen des Sonnenlichtes weitestgehend entspricht. Erreicht wird dies durcn Abtastung des Prüflings lediglich in Zeiträumen konstanter Intensität innerhalb der seitens der Lampe angegebenen Lichtimpulse, deren Gesamtdauer etwa der vierfachen lonisationszeit entspricht. .

Durch das erfindungsgemUße Verfahren wird eine Bestrahlung der zu prüfenden Sonnenzelle im Licni aus der ansteigenden und abfallenden Flanke des Lichtimpulses, wo die spektrale Energieverteilung dem Sonnenlicht unähnlich ist, in einwandfreier Weise vermieden, so daß zusätzlich zu einer geringen Temperaturbelastung des Prüflings einwandfreie Meßergebnisse auf der Grundlage der tatsächlichen spektralen Energieverteilung des Sonnenlichtes erzielt werden. „ . ,

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeicnnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, .veitgehend Γη Blockschaltdarstellung,

Fig "> "einen typischen I ditimpuls, welcher tür das erfindungseemäße Verfallen zur Verfugung sieht, in Schaubilddarstellung (Intensität als Funktion der Zeit). , ,

Gemäß F i g. 1 fällt Licht von einer Xenon-Hocnstdiucklampe20 auf eine zu prüfende Sonnenzelle I- und Bleichzeitig auf eine geeichte Vergleichssonnenzelle 66 Die Lampe 20 wird über einen Pulsgeber 26 28 betrieben und gibt einen Lichtpuls von im wesentlichen konstanter Frequenz ab, von dem ein Finzelimpuls in Fig. 2 dargestellt ist. Jeder Lichtimpuls un'faß! eine auslernende Flanke A von etwa 0 5 msec, einen Teil B von etwa 1 msec maximaler und im wesenilichen konstanter Intensität und eine abfallende Flanke Γ von ebenfalls etwa 0,5 msec. Für die Auswerten» der Ausgangsgröße der zu prüfenden Sonnenzelle 12 wird int'csscn lediglich der Teil B jedes einzelnen Lichtimpulses verwendet, wahrend die ansteigende Flanke/I und die abfallende FlankeT in nachfolgend noch zu erläuternder Weise bei der Gewinnung cLs Meßergebnisses unterdruckt

werden. ,

Gemäß F i g. 1 gelangen die Ausgangsgröße cer zu prüfenden Sonnenzelte 12 in einen Stromintegrator 62 und diejenige der Vergleichsonnenzelle 66 zu einem Stromintegrator 64. Mittels eines Siu.enschallers 52 kann der Stromkreis der Sonnenzelle 12 in verschiedenen Stufen unterschiedlich belastet werden und zwar durch Kurzschluß (erste Schaltstellung von links in Fig. I). durch Öffnen des Stromkreises (zweite SchaltstHlung von links in F i g. I), wobei die ι lfene Klemmenspannung der Sonnenzelle 12 bei einem bestimmten Lichtimpuls erhalten wird, sowie durch verschieden abgestufte Widerstände 47, von denen der besseren Übersicht halber lediglich zwei veranschaulicht sind. Der Stufenschalter 52 wird durch ein Schrittrelais 52« betätigt, welches lediglich dann anspricht, wenn jeweils ein weiterer, vier Stufen umfassender Stufenschalter 76 einen vollen Arbeitszyklus durchlaufen hat.

Mittels des Stufcnschalters 76 können der während eines Lichtimpulses integrierte Strom der Vergleichssunnenzelle 66 (unterste Schaltstufe in Fig. 1), der während eines Lichtimpulses integrierte Strom der zu prüfenden Sonnenzelle 12 (zweitunterste Schaltstcllung in Fi g. 1), der Mittelwert der während eines Lichtimpulses von der zu prüfenden Sonnenzelle

abgegebenen Ausgangssp ;nnung (zweitoberste Schaltstellung in Fig. 1) und ein Nullwcrt (oberste Schaltstellung von Fig. 1) zyklisch abgetastet werden. Der Schalter 76 wird über ein Schrittrelais 76« betätigt, das seinerseits mit dem Pulsgeber 26/26 synchronisiert ist und bei jedem Lichtimpuls eine Weiterschaltung um eine Schaltstufe bewirkt.

Dem Stufenschalter 76 sind ein Digitalvoltme?cr68 sowie ein Drucker 70 zur Auswertung der erhaltenen Mcßcrgebnissc nachgeschaltet.

Die Integratoren 62, 64 werden durch Signale des Pulsgebers 26/28 über eine Eintast- und Austastleitung getastet, wobei ein Eintastimpuls erst dann an die Integratoren 62, 64 abgegeben wird, wenn die ansteigende Flanke A des Lichtimpulses beendet ist; ein Austastimpuls wird bereits dann an die Integratoren 62,64 abgegeben, bevor die abfallende Flanke C des Lichtimpulses beginnt. Bei einem typischen Beispiel beträgt die Zeitdauer der ansteigenden und abfallenden Flanke A bzw. C des Lichtimpulses jeweils »o 0,5 msec, während der Teil B konstanter Intensität 1 msec umfaßt, so daß die Gesamtdauer der von der Lampe abgegebenen Lichtimpulse etwa der vierfachen Ionisationszeit entspricht.

Durch die Tastung der Integratoren 62, 64 seitens as des Pulsgebers 26/26 wird also erreicht, daß zur Stromintegration lediglich der Teil B jedes Lichtimpulses herangezogen wird und dementsprechend auch in der Auswertung erscheint.

Nach jedem Lichtimpuls schaltet der Pulsgebe; 26/28 den Stufenschalter 76 über das Schrittrelai: 76« um eine Stufe zyklisch weiter, so daß nach Ab lauf von \icr Lichtimpulscr, von dem Drucker 70 viei Mcßcrgebnisse. nämlich zwei integrierte StromwerU der Vcrgleichssonncnzcllc66 sowie der zu prüfender Sonnenzellc 12, ein mittlerer Spannungswert dci Sonncnzclle 12 und ein Vergleichsnullwert abgcgeber werden. Hat der Stufenschalter 76 einen vollen Zy klus durchlaufen, so wird er beim Auftreten eine! nächsten Lichtimpulses wiederum in seine erste Schaltstellung zurückgeführt, wobei gleichzeitig übe: das Schrittrelais 52a der Stufenschalter 52 um eine Stufe weitergeschaltet wird. Man erhält demzufolge insgesamt 4 A: Mcßcrgebnisse an dem Drucker 70 wobei k die Anzahl der Schaltstufen des Stufenschaltcrs 52 darstellt. Jede Gruppe von vier Meßergeb nisscn ist hierbei auf einen Kurzschluß des Stromkreises der Sonnenzclle 12, auf eine Öffnung des Stromkreises der Sonncnzelle 12 oder auf eine Belastung mit den verschiedenen Widerständen 4? bezogen, so daß sich das Belastungsverhalten der von der Sonnenzelle 12 abgegebenen Spannung zu den bei jedem Schaltzyklus des Stufenschalters 76 ermittelten integrierten Stromwerten in Beziehur.« bringen läßt. Die Messung der von der Sonnenzelle 12 abgegebenen Spannung bei verschiedenen Belastungen des äußeren Stromkreises ist an sich bekannt und bildet keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme Patentansprüche: der U/l-Kennlinie einer zu prüfenden Sonnenzelle bei impulsgetasteter künstlicher Bestrahlung mittels

1. Verfahren zur Aufnahme der U/WCennlinie einer Gasentladungslampe, weiche eine bei mittlerer einer zu prüfenden Sonnenzelle bei impuls- 5 Betriebstemperatur gasförmige Füllung mit einer getasteter künstlicher Bestrahlung mittels einer lonisationszeit im Millisekundenbereich enthiilt und Gasentladungslampe, welche eine bei mittlerer eine dem Sonnenlicht im außerirdischen luftleeren Betriebstemperatur gasförmige Füllung mit einer Raum angepaßte Energiedichte sowie ein entsprelonisationszeit im Millisekundenbereich enthält chendes Emissionsspektrum aufweist, durch Bestim- und eine dem Sonnenlicht im außerirdischen luft- io mung von Strom und Spannung des Prüflings bei leeren Raum angepaßte Energiedichte sowie verschiedenen Außenwiderständen, gekennzeichnet ein entsprechendes Emissionsspektrum aufweist, durch Abtastung des Prüflings lediglich in Zeitdurch Bestimmung von Strom und Spannung des räumen konstanter Intensität innerhalb der seitens Prüflings bei verschiedenen Außenwiderständen, der Lampe abgegebene;) Lichtimpulse, deren Gegekennzeichnet durch Abtastung des 15 samtdauer etwa der vierfachen lonisationszeit entPrüflings lediglich in Zeiträumen konstanter spricht.