EP1447615A2 - Gepulster Sonnensimulator mit verbesserter Homogenität - Google Patents
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- EP1447615A2 EP1447615A2 EP04003125A EP04003125A EP1447615A2 EP 1447615 A2 EP1447615 A2 EP 1447615A2 EP 04003125 A EP04003125 A EP 04003125A EP 04003125 A EP04003125 A EP 04003125A EP 1447615 A2 EP1447615 A2 EP 1447615A2
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- F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
- F21Y2103/30—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved
Definitions
- the present invention relates to a pulsed sun simulator, especially one Sun simulator used to measure solar cells like single-junction solar cells and multi-junction solar cells can be used.
- Sun simulators are used to simulate the natural sunlight to the Effects of sunlight on certain objects to be irradiated too to be able to investigate under laboratory conditions.
- a special application is the investigation of the performance of solar cells.
- Sun simulators are known for example from US 4,641,227. There will through a suitable arrangement and filtering of two independent radiation sources and a subsequent superposition of those from these radiation sources outgoing radiation a simulation of the sunlight is realized.
- radiation sources are not used as pulsed radiation sources. Around these radiation sources are bundling parabolic mirrors with a distance like this arranged that the radiation sources are each in the focus of the parabolic mirror are located to focus the radiation in the direction of the target to be irradiated.
- DE 201 03 645 describes a pulsed sun simulator with a displaceable Filters, the spectrum of a flash lamp by suitable, movable Filter is adapted to the spectrum of the sun.
- EP 1 139 016 describes a pulsed sun simulator, in which with the aid of flat mirror elements spaced from a pulsed radiation source are arranged, usually parabolic, again the Radiation source is placed in focus, creating improved illumination of the target to be irradiated is to be guaranteed.
- the spectrum of The beam of rays reflected from the mirror elements can also be filtered be appropriately adapted to provide additional radiation to the target in one to achieve the desired wavelength range.
- the object of the present invention is to provide an improved Sun simulator arrangement, in particular with improved homogeneity. This The object is achieved by the features of claim 1.
- the mirror element is not from the radiation source spaced apart, but the mirror element lies directly on the Radiation source.
- a radiation source with a spectral width and / or a spectral intensity distribution used be largely the spectral width and / or the spectral Corresponds to the intensity distribution of the sunlight.
- the mirror element at least partially metallic, then a voltage can be applied to the Mirror element can be created.
- it can be a subassembly or a constructive sub-element of the mirror element such as, for example a frame, a bracket or the mirror surface partially or be completely metallic.
- the applied voltage supports the pulsed ignition of the radiation source and thereby helps to a more homogeneous Ignition of the radiation source.
- gas-filled tubes are used, on the above suitably arranged
- An ignition voltage is applied to electrodes.
- Alternative to one specifically for the ignition used ignition voltage or in addition to this ignition voltage can have a constant voltage at the ends of the gas-filled tube be created.
- the mirror element causes reflection of radiation components the radiation source, which is opposite to the desired radiation direction of the sun simulator are broadcast.
- this increases efficiency the radiation source increases, so it becomes less overall Energy needed. It can also reduce the radiation source Power operated, which means that the maximum of Radiation spectrum migrates into the infrared range.
- This is just one Desired and advantageous effect, as usual sun simulators in particular Infrared range is too low a radiation intensity compared to the sun spectrum respectively.
- the reflective effect of the mirror elements homogeneity in the direction of the radiation direction of the sun simulator the radiation advantageously improved.
- a first development of the present invention provides that at least one mirror element is planar. This is precisely the reason a very homogeneous illumination of the target to be irradiated can be achieved.
- the at least one mirror element specifically the mirror surface of the mirror element, a material or a Has coating, which is designed such that the Reflective effect of the mirror element in the infrared range is significantly higher than in the UV range.
- this is a highly reflective material or a highly reflective coating, which or which in the Infrared range a reflection effect greater than 60%, preferably greater than 70%, ideally greater than 90%.
- the at least one mirror element partially or is made entirely of gold or has a coating made of gold or a gold-containing alloy.
- the at least one mirror element is a metal layer with a Has oxide layer, in particular a light metal, for example Aluminum.
- this metal layer can also be coated with a suitable one Coating can be coated as described above, the has the desired reflective effect.
- this can also be done Mirror element with a semiconductor layer, for example silicon Have oxide layer, the oxide layer also with another Coating, for example made of metal, in particular made of aluminum can be.
- the semiconductor oxide layer can in particular be used as a thermal Oxide layer can be formed, as in a thermal oxidation process is produced. This gives a practically single-crystal semiconductor oxide layer, which is a very precisely defined interface to the adjacent one Has semiconductor material.
- a metal layer can then be applied to the oxide layer for example by vapor deposition.
- metals such as gold as well as metals with oxide layers such as especially light metals and also semiconductors with oxide layers very much have good reflection properties, especially in the infrared range. Just these materials can therefore be advantageous in the context of the present invention be used.
- a further improvement in the homogeneity of the radiation from the sun simulator can be achieved in that the radiation source in its longitudinal extent is curved.
- the Radiation source in its longitudinal extent is curved.
- the Radiation source is annular or helical is trained.
- the homogeneity of the radiation can be increased even further by that the radiation source is surrounded by a housing, which in Direction of radiation in the wall area several arranged one behind the other Has aperture elements. These aperture elements catch those radiation components the radiation source, which is not directly or not predominantly in Direction of the radiation direction are emitted. These aperture elements can preferably additionally with a low reflective coating coated or made of a low reflective material, to largely prevent stray radiation.
- a preferred development of the invention provides that the radiation source and / or the mirror element via holders with a carrier plate made of granite.
- the surface of the carrier plate is either polished or microscopically roughened to reduce reflectivity exhibit.
- Such a granite slab has proven to be the ideal carrier slab proven to have a high stability, in particular also a high temperature stability has, on the other hand, the required stability and insulation effect against the high voltages that exist across the brackets and conductive leads at the radiation source and / or the at least apply a mirror element.
- the radiation source can be designed as a xenon flash lamp his.
- additional filtering means are provided to cover the spectrum of the sun simulator to influence still further in the desired manner.
- incident spectrum of the radiation vary even further
- the filters are designed such that they are either the same or suppress different portions of the radiation.
- the sun simulator for the measurement of Solar cells can be provided in an irradiation plane measuring solar cells are arranged, being in the radiation plane additional reference solar cells for comparative measurements are also arranged can be. This affects the reference solar cells in any case the same radiation as on the solar cells to be measured. It can then, for example, the solar cells to be measured are designed in such a way that at least a first solar cell layer over a second solar cell layer is arranged, the solar cell layers being different Have absorption behavior.
- Such solar cells are also known as multi-junction solar cells known.
- the reference solar cells then become a guarantee a clearest possible reference measurement by at least one first reference solar cell layer with an absorption behavior that the corresponds to at least a first solar cell layer and by at least a second reference solar cell layer adjacent to the first reference solar cell layer, their absorption behavior of the second solar cell layer corresponds, formed, wherein the second reference solar cell layer is a filter is connected upstream, the absorption behavior of the first solar cell layer equivalent.
- the reference solar cell layers are independent of each other, but they nevertheless simulate the conditions within the one above the other Solar cell layers that need to be measured. The arrangement can naturally also for the measurement of single junction solar cells preferably with the help of reference solar cells.
- FIG. 1 schematically shows a sun simulator according to the present invention shown, which has a radiation source 1 in the form of a xenon flash lamp, directly adjacent to one or more mirror elements 7.
- a radiation source 1 in the form of a xenon flash lamp
- the mirror elements 7 lie directly on the tube body of the xenon flash lamp 1.
- the flash lamp is helical to a possible to achieve homogeneous radiation.
- the number and shape of the mirror elements 7 can be adjusted so that as possible over the entire longitudinal extent the flash lamp 1 mirror elements 7 rest directly on the tube body. This is shown by way of example in FIG. 2 for two mirror elements 7.
- brackets 6 such as Clamp brackets connected to the tube body of the flash lamp 1, these brackets are preferably metallic.
- the brackets 6 are to be understood here as part of the mirror elements 7.
- the Mirror elements 7 are made of aluminum and have a gold coating on.
- the mirror elements 7 can also consist entirely of gold. It But it can also be provided that the mirror element 7 has a metal layer with an oxide layer, for example aluminum.
- the semiconductor oxide layer can be formed as a thermal oxide layer, as in a thermal oxidation process is generated. Then on the oxide layer Aluminum layer can be applied by vapor deposition. The following is supposed to be from a mirror element 7 made of aluminum with a gold coating become.
- the radiation source 1 together with the mirror element 7 is only for simplification shown in the paper plane. In fact it is Radiation source 1 as well as the mirror element 7 in a plane perpendicular to Beam direction 10 of the sun simulator arranged. The actual The arrangement of the radiation source 1 and the mirror element 7 is shown in FIG. 5 shown.
- the flash lamp 1 constant voltage, which is generated by a voltage source 8.
- This Voltage is designed so that it does not fire the flash lamp 1 sufficient, so it is below the ignition voltage.
- The is preferably constant voltage between 600 V and 1000 V, especially around 800 V.
- one is on the mirror elements 7 and / or the brackets 6 High voltage potential applied as an ignition voltage, as shown in FIGS. 1 and 2.
- High voltage potential can, for example, via high voltage source 9 for example, an ignition coil is generated and is typically some ten kilovolts, preferably between 10 kV and 20 kV, in particular about 15 kV.
- This ignition voltage can now cause a pulsed discharge in the Flash lamp 1 are generated.
- the ignition voltage ultimately produces only one electric field in the area of the tube body of the flash lamp 1, it flows however practically no current, since the mirror elements 7 and / or the holders 6 are isolated by the tube body of the flash lamp 1.
- the special type of arrangement of the mirror elements improves 7 immediately adjacent, that is, directly adjacent to the tube body the flash lamp 1 the homogeneity of the radiation, on the one hand by the Reflective effect of the mirror elements 7 (see Fig. 2) by the gold coating advantageous mainly in the infrared range, on the other hand by the effect of the mirror elements 7 and / or the holders 6 as high-voltage electrodes, which during the ignition process the homogeneity of the discharge in the Guarantee flash lamp 1.
- Fig. 1 further shows that the flash lamp 1 and the mirror elements 7 over Brackets 11 are connected to a granite support plate 4.
- This carrier plate has the advantages already mentioned at the beginning.
- the arrangement flash lamp 1 and mirror elements 7 also surrounded by a housing 2, which in the direction of the radiation direction 10 of the sun simulator in the wall area has a plurality of diaphragm elements 3 arranged one after the other.
- the housing for example, cylindrical, so the panel elements 3 designed as successive concentric rings.
- the present sun simulator can also be developed in accordance with FIG. 4 be displaceable by perpendicular to the radiation direction 10
- Filters 5 are arranged, which are preferably also pushed over one another can, as indicated by the dashed lines in Fig. 4.
- Such Slidable filters are generally known from DE 201 03 645.
- Filters 5 can either be the same or different parts of the electromagnetic Suppress radiation from the flash lamp 1, as already described at the beginning has been.
- the filters 5 are made of quartz glass, e.g. Herasil®.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Sonnensimulator, aufweisend eine gepulste Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung sowie mindestens ein im Bereich der Strahlungsquelle angeordneten Spiegelelement (7), welches Anteile der Strahlung der Strahlungsquelle (1) im wesentlichen in Richtung der Abstrahlrichtung (10) des Sonnensimulators reflektiert, wobei das mindestens eine Spiegelelement (7) unmittelbar an die Strahlungsquelle (1) angrenzend angeordnet ist, das mindestens eine Spiegelelement (7) zumindest teilweise metallisch ausgebildet ist und zumindest ein Teil der Zündspannung der gepulsten Strahlungsquelle an das Spiegelelement (7) angelegt ist. <IMAGE>
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen gepulsten Sonnensimulator, speziell einen
Sonnensimulator, der zur Vermessung von Solarzellen wie Single-Junction-Solarzellen
und Multi-Junction-Solarzellen einsetzbar ist.
Sonnensimulatoren dienen dazu, das natürliche Sonnenlicht zu simulieren, um die
Auswirkungen des Sonnenlichts auf bestimmte zu bestrahlende Objekte auch
unter Laborbedingungen untersuchen zu können. Eine spezielle Anwendung ist
die Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Solarzellen.
Sonnensimulatoren sind beispielsweise aus US 4,641,227 bekannt. Dort wird
durch eine geeignete Anordnung und Filterung von zwei unabhängigen Strahungsquellen
und eine anschließende Überlagerung der von diesen Strahlungsquellen
ausgehenden Strahlungen eine Simulation des Sonnenlichts realisiert. Als
Strahlungsquellen dienen hier jedoch keine gepulsten Strahlungsquellen. Um
diese Strahlungsquellen sind bündelnde Parabolspiegel mit einem Abstand so
angeordnet, dass die Strahlungsquellen sich jeweils im Fokus der Parabolspiegel
befinden, um die Strahlung in Richtung des zu bestrahlenden Zieles zu bündeln.
DE 201 03 645 beschreibt einen gepulsten Sonnensimulator mit verschiebbarem
Filter, wobei das Spektrum einer Blitzlichtlampe durch geeignete, verschiebbare
Filter an das Spektrum der Sonne angepasst wird.
EP 1 139 016 beschreibt einen gepulsten Sonnensimulator, bei dem mit Hilfe von
ebenen Spiegelelementen, die von einer gepulsten Strahlungsquelle beabstandet
angeordnet sind, und zwar in der Regel parabelförmig, wobei wiederum die
Strahlungsquelle im Fokus angeordnet ist, wodurch eine verbesserte Ausleuchtung
des zu bestrahlenden Zieles garantiert werden soll. Das Spektrum der von
den Spiegelelementen reflektierten Strahlenbündel kann auch mit Hilfe von Filtern
geeignet angepasst werden, um eine zusätzliche Bestrahlung des Zieles in einem
gewünschten Wellenlängenbereich zu erzielen.
All diese Möglichkeiten aus dem Stand der Technik geben jedoch keinen Hinweis,
wie eine verbesserte Homogenität der Bestrahlung des zu bestrahlenden Zieles
erzielt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten
Sonnensimulator-Anordnung, insbesondere mit verbesserter Homogenität. Diese
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Sonnensimulator, weist folgendes auf:
- eine gepulste Strahlungsquelle zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung,
- mindestens ein im Bereich der Strahlungsquelle angeordneten Spiegelelement, welches Anteile der Strahlung der Strahlungsquelle im wesentlichen in Richtung der Abstrahlrichtung des Sonnensimulators reflektiert. Das Spiegelelement kann dabei insbesondere senkrecht zur Abstrahlrichtung angeordnet sein.
- das mindestens eine Spiegelelement unmittelbar an die Strahlungsquelle angrenzend angeordnet ist,
- das mindestens eine Spiegelelement zumindest teilweise metallisch ausgebildet ist und
- zumindest ein Teil der Zündspannung der gepulsten Strahlungsquelle an das Spiegelelement angelegt ist.
Im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik ist also im Fall der
vorliegenden Erfindung das Spiegelelement nicht von der Strahlungsquelle
beabstandet angeordnet, sondern das Spiegelelement liegt direkt an der
Strahlungsquelle an. Es kann insbesondere eine Strahlungsquelle mit einer
spektralen Breite und/oder einer spektralen Intensitätsverteilung verwendet
werden, die weitgehend der spektralen Breite und/oder der spektralen
Intensitätsverteilung des Sonnenlichts entspricht.
Wird nun wie im Fall der vorliegenden Erfindung das Spiegelelement
zumindest teilweise metallisch ausgebildet, dann kann eine Spannung an das
Spiegelelement angelegt werden. Es kann dabei insbesondere eine Unterbaugruppe
oder ein konstruktives Unterelement des Spiegelelements wie beispielsweise
ein Rahmen, eine Halterung oder die Spiegelfläche teilweise oder
ganz metallisch ausgebildet sein. Die angelegte Spannung unterstützt die
gepulste Zündung der Strahlungsquelle und verhilft dabei zu einer homogeneren
Zündung der Strahlungsquelle. Üblicherweise werden als Strahlungsquellen
gasgefüllte Röhren verwendet, an die über geeignet angeordnete
Elektroden eine Zündspannung angelegt wird. Alternativ zu einer speziell für
die Zündung verwendeten Zündspannung oder zusätzlich zu dieser Zündspannung
kann eine konstante Spannung an die Enden der gasgefüllten Röhre
angelegt werden. Bei solchen Strahlungsquellen pflanzt sich beim Zünden eine
Leuchtentladung von einer Elektrode durch die Röhre zur anderen Elektrode
fort. Dieser Vorgang führt zu einer inhomogenen Strahlungswirkung. Das
zusätzliche Anlegen einer Spannung an das direkt an der Strahlungsquelle
anliegende Spiegelelement führt zu einem deutlich schnelleren und homogeneren
Zünden der Strahlungsquelle. Hierbei ist das unmittelbare Anliegen des
Spiegelelements an der Strahlungsquelle entscheidend, da nur dann eine
möglichst gute Wirkung beim Zünden und damit eine möglichst gute
Homogenität erzielt werden kann.
Zusätzlich bewirkt das Spiegelelement eine Reflexion von Strahlungsanteilen
der Strahlungsquelle, die entgegengesetzt der gewünschten Abstrahlrichtung
des Sonnensimulators ausgestrahlt werden. Damit wird einerseits der Wirkungsgrad
der Strahlungsquelle erhöht, es wird also insgesamt weniger
Energie benötigt. Außerdem kann dadurch die Strahlungsquelle mit geringerer
Leistung betrieben werden, was zur Folge hat, dass das Maximum des
Abstrahlungsspektrums in den Infrarot-Bereich wandert. Dies ist gerade ein
erwünschter und vorteilhafter Effekt, da übliche Sonnensimulatoren gerade im
Infrarot-Bereich eine im Vergleich zum Sonnenspektrum zu geringe Strahlungsintensität
aufweisen. Auch wird durch die Reflexionswirkung der Spiegelelemente
in Richtung der Abstrahlrichtung des Sonnensimulators die Homogenität
der Abstrahlung vorteilhaft verbessert.
Eine erste Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das
mindestens eine Spiegelelement planar ausgebildet ist. Gerade hierdurch kann
eine sehr homogene Ausleuchtung des zu bestrahlenden Zieles erzielt werden.
Weiterhin kann vorgesehen werden, dass das mindestens eine Spiegelelement,
speziell die Spiegelfläche des Spiegelelements, ein Material oder eine
Beschichtung aufweist, welche bzw. welches derart ausgebildet ist, dass die
Reflexionswirkung des Spiegelelements im Infrarot-Bereich deutlich höher ist
als im UV-Bereich. Insbesondere ist hierfür ein hochreflektierendes Material
oder eine hochreflektierende Beschichtung geeignet, welches bzw. welche im
Infrarot-Bereich eine Reflexionswirkung größer als 60 %, bevorzugt größer als
70 %, idealerweise größer als 90 % aufweist. Somit kann auch durch die
geeignete Wahl des Materials oder der Beschichtung des Spiegelelements das
resultierende Spektrum in der gewünschten Weise beeinflusst werden, nämlich
hin zu einer Verstärkung der Intensität im Infrarot-Bereich. Insbesondere kann
dabei vorgesehen werden, dass das mindestens eine Spiegelelement teilweise
oder ganz aus Gold besteht oder eine Beschichtung aufweist, die aus Gold
oder einer goldhaltigen Legierung besteht. Es kann aber auch vorgesehen
werden, dass das mindestens eine Spiegelelement eine Metallschicht mit einer
Oxidschicht aufweist, insbesondere ein Leichtmetall, beispielsweise
Aluminium. Es kann diese Metallschicht aber auch mit einer geeigneten
Beschichtung wie vorstehend beschrieben beschichtet sein, die die
gewünschte Reflexionswirkung aufweist. Alternativ kann aber auch das
Spiegelelement eine Halbleiterschicht, beispielsweise Silizium, mit einer
Oxidschicht aufweisen, wobei die Oxidschicht auch noch mit einer weiteren
Beschichtung, beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium, versehen
sein kann. Die Halbleiter-Oxidschicht kann insbesondere als thermische
Oxidschicht ausgebildet sein, wie sie in einem thermischen Oxidationsprozess
erzeugt wird. Man erhält dadurch eine praktisch einkristalline Halbleiter-Oxidschicht,
die eine sehr genau definierte Grenzfläche zum angrenzenden
Halbleitermaterial aufweist. Auf die Oxidschicht kann dann eine Metallschicht
beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht werden.
Es zeigt sich, dass sowohl Metalle wie Gold als auch Metalle mit Oxidschichten
wie insbesondere Leichtmetalle und auch Halbleiter mit Oxidschichten sehr
gute Reflexionseigenschaften gerade im Infrarot-Bereich aufweisen. Gerade
diese Materialien können also im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft
eingesetzt werden.
Eine weitere Verbesserung der Homogenität der Abstrahlung des Sonnensimulators
kann dadurch erzielt werden, dass die Strahlungsquelle in ihrer Längsausdehnung
gekrümmt ausgebildet ist. Durch eine gerade Ausdehnung der
Strahlungsquelle, wie sie beispielsweise die EP 1 139 016 vorsieht, kann eine
ausreichende Homogenität nicht erzielt werden. Dabei kann insbesondere
vorgesehen werden, dass die Strahlungsquelle ringförmig oder schneckenförmig
ausgebildet ist.
Die Homogenität der Abstrahlung kann sogar noch weiter dadurch erhöht werden,
dass die Strahlungsquelle von einem Gehäuse umgeben wird, welches in
Abstrahlrichtung im Wandbereich mehrere hintereinander angeordnete
Blendenelemente aufweist. Diese Blendenelemente fangen diejenigen Strahlungsanteile
der Strahlungsquelle ab, die nicht direkt oder nicht überwiegend in
Richtung der Abstrahlrichtung abgestrahlt werden. Diese Blendenelemente
können bevorzugt zusätzlich mit einer gering reflektierenden Beschichtung
überzogen oder aus einem gering reflektierenden Material hergestellt werden,
um Streustrahlung weitgehend zu unterbinden.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strahlungsquelle
und/oder das Spiegelelement über Halterungen mit einer Trägerplatte
aus Granit verbunden ist. Die Oberfläche der Trägerplatte ist dabei entweder
glatt poliert oder mikroskopisch aufgeraut, um eine verringerte Reflexionswirkung
aufzuweisen. Eine solche Granitplatte hat sich als ideale Trägerplatte
erwiesen, die eine hohe Stabilität, insbesondere auch eine hohe Temperaturstabilität
aufweist, andererseits auch die erforderliche Stabilität und Isolationswirkung
gegenüber den hohen Spannungen, die über die Halterungen und
leitenden Zuführungen an der Strahlungsquelle und/oder dem mindestens
einen Spiegelelement anliegen.
Insbesondere kann die Strahlungsquelle als Xenon-Blitzlichtlampe ausgebildet
sein. Es können weiter, wie grundsätzlich aus der DE 201 03 645 bekannt,
zusätzliche Filtermittel vorgesehen werden, um das Spektrum des Sonnensimulators
noch weiter in gewünschter Weise zu beeinflussen. Um das in der
Bestrahlungsebene auftreffende Spektrum der Strahlung noch weiter variieren
zu können, kann vorgesehen werden, dass mindestens zwei Filter im
wesentlichen senkrecht zur Abstrahlrichtung verschiebbar angeordnet sind,
wobei die Filter derart ausgebildet sind, dass sie jeweils entweder gleiche oder
unterschiedliche Anteile der Strahlung unterdrücken. Damit ergibt sich als
Gesamtspektrum nun eine Überlagerung der Strahlungsanteile, die kein Filter
passiert haben, der Strahlungsanteile, die das erste Filter passiert haben und
der Strahlungsanteile, die das zweite Filter oder gar noch weitere Filter passiert
haben. Wenn die Filter so angeordnet sind, dass sie übereinander geschoben
werden können, ergeben sich zusätzlich auch noch Strahlungsanteile, die
zuerst ein erstes und dann ein zweites Filter oder gar noch weitere Filter
passiert haben.
Für eine spezielle Verwendung des Sonnensimulators zur Vermessung von
Solarzellen kann vorgesehen werden, dass in einer Bestrahlungsebene zu
vermessende Solarzellen angeordnet sind, wobei in der Bestrahlungsebene
außerdem zusätzliche Referenz-Solarzellen für Vergleichsmessungen angeordnet
werden können. Damit wirkt auf die Referenz-Solarzellen in jedem Fall
die gleiche Strahlung wie auf die zu vermessenden Solarzellen. Es können
dann beispielsweise die zu vermessenden Solarzellen derart ausgebildet sein,
dass mindestens eine erste Solarzellenschicht über einer zweiten Solarzellenschicht
angeordnet ist, wobei die Solarzellenschichten ein unterschiedliches
Absorptionsverhalten aufweisen. Solche Solarzellen sind auch als Multi-Junction-Solarzellen
bekannt. Die Referenz-Solarzellen werden dann zur Garantie
einer möglichst eindeutigen Referenzmessung durch mindestens eine
erste Referenz-Solarzellenschicht mit einem Absorptionsverhalten, das der
mindestens einen ersten Solarzellenschicht entspricht sowie durch mindestens
eine zweite, der ersten Referenz-Solarzellenschicht benachbarte Referenz-Solarzellenschicht,
deren Absorptionsverhalten der zweiten Solarzellenschicht
entspricht, gebildet, wobei der zweiten Referenz-Solarzellenschicht ein Filter
vorgeschaltet ist, das dem Absorptionsverhalten der ersten Solarzellenschicht
entspricht. Analoges gilt für mögliche weitere Solarzellenschichten. Die Referenz-Solarzellenschichten
sind damit unabhängig voneinander, aber sie
simulieren dennoch die Gegebenheiten innerhalb der übereinander angeordneten
Solarzellenschichten, die es zu vermessen gilt. Die Anordnung kann
natürlich auch zur Vermessung von Single-Junction-Solarzellen, ebenfalls
bevorzugt mit Hilfe von Referenz-Solarzellen, verwendet werden.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3
erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1:
- Sonnensimulator nach der vorliegenden Erfindung
- Fig. 2:
- Vergrößerte Detaildarstellung der Strahlungsquelle des erfindungsgemäßen Sonnensimulators
- Fig. 3:
- Schematische Darstellung eines Querschnittes durch die Strahlungsquelle nach Fig. 2
- Fig. 4:
- Sonnensimulator nach Fig. 1 mit zusätzlichen, verschiebbaren Filtern
- Fig. 5:
- Sonnensimulator nach Fig. 1 mit korrekter Darstellung der Strahlungsquelle
In Fig. 1 ist schematisch ein Sonnensimulator nach der vorliegenden Erfindung
dargestellt, der eine Strahlungsquelle 1 in Form einer Xenon-Blitzlichtlampe aufweist,
an die unmittelbar ein oder mehrere Spiegelelemente 7 angrenzen. Dies ist
in Fig. 2 und 3 nochmals deutlicher dargestellt. Die Spiegelelemente 7 liegen
direkt an dem Röhrenkörper der Xenon-Blitzlichtlampe 1 an. Wie die Figuren
zeigen, ist die Blitzlichtlampe schneckenförmig ausgebildet, um eine möglichst
homogene Abstrahlung zu erzielen. Die Zahl und Form der Spiegelelemente 7
kann so angepasst werden, dass möglichst über die gesamte Längserstreckung
der Blitzlichtlampe 1 Spiegelelemente 7 unmittelbar an deren Röhrenkörper anliegen.
In Fig. 2 ist dies exemplarisch für zwei Spiegelelemente 7 dargestellt. Diese
können insbesondere über entsprechende Halterungen 6 wie beispielsweise
Klemmhalterungen mit dem Röhrenkörper der Blitzlichtlampe 1 verbunden sein,
wobei diese Halterungen vorzugsweise metallisch ausgebildet sind. Die Halterungen
6 sollen hier als Teil der Spiegelelemente 7 verstanden werden. Die
Spiegelelemente 7 bestehen aus Aluminium und weisen eine Gold-Beschichtung
auf. Die Spiegelelemente 7 können aber auch vollständig aus Gold bestehen. Es
kann aber auch vorgesehen werden, dass das Spiegelelement 7 eine Metallschicht
mit einer Oxidschicht aufweist, beispielsweise Aluminium. Alternativ kann
aber auch das Spiegelelement eine Halbleiterschicht, beispielsweise Silizium, mit
einer Oxidschicht aufweisen, wobei die Oxidschicht auch noch mit einer weiteren
Beschichtung, beispielsweise aus Aluminium, versehen sein kann. Die Halbleiter-Oxidschicht
kann als thermische Oxidschicht ausgebildet sein, wie sie in einem
thermischen Oxidationsprozess erzeugt wird. Auf die Oxidschicht kann dann die
Aluminiumschicht durch Aufdampfen aufgebracht werden. Im folgenden soll von
einem Spiegelelement 7 aus Aluminium mit einer Goldbeschichtung ausgegangen
werden.
In Fig. 1 ist die Strahlungsquelle 1 samt Spiegelelement 7 lediglich zur Vereinfachung
der Darstellung in der Papierebene dargestellt. Tatsächlich ist die
Strahlungsquelle 1 wie auch das Spiegelelement 7 in einer Ebene senkrecht zur
Abstrahlrichtung 10 des Sonnensimulators angeordnet. Die tatsächliche
Anordnung der Strahlungsquelle 1 und des Spiegelelements 7 ist in Fig. 5
dargestellt.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, liegt an Elektroden an den Enden der Blitzlichtlampe 1 eine
konstante Spannung an, die von einer Spannungsquelle 8 erzeugt wird. Diese
Spannung ist so ausgelegt, dass sie nicht zum Zünden der Blitzlichtlampe 1
ausreicht, sie liegt also unter der Zündspannung. Typischerweise können durch
die Spannungsquelle 8 einige Kilovolt erzeugt werden. Bevorzugt liegt die
konstante Spannung zwischen 600 V und 1000 V, insbesondere bei etwa 800 V.
Weiterhin wird an die Spiegelelemente 7 und/oder die Halterungen 6 ein
Hochspannungspotential als Zündspannung angelegt, wie die Fig. 1 und 2 zeigen.
Das an den Spiegelelementen 7 und/oder den Halterungen 6 anliegende
Hochspannungspotential kann beispielsweise über Hochspannungsquelle 9 wie
beispielsweise eine Zündspule erzeugt werden und beträgt typischerweise einige
zehn Kilovolt, bevorzugt zwischen 10 kV und 20 kV, insbesondere etwa 15 kV.
Durch diese Zündspannung kann nun eine gepulste Entladung in der
Blitzlichtlampe 1 erzeugt werden. Die Zündspannung erzeugt letztlich lediglich ein
elektrisches Feld im Bereich des Röhrenkörpers der Blitzlichtlampe 1, es fließt
jedoch praktisch kein Strom, da die Spiegelelemente 7 und/oder die Halterungen 6
durch den Röhrenkörper der Blitzlichtlampe 1 isoliert sind.
Wie bereits erläutert verbessert die spezielle Art der Anordnung der Spiegelelemente
7 unmittelbar angrenzend, also unmittelbar anliegend an den Röhrenkörper
der Blitzlichtlampe 1 die Homogenität der Abstrahlung, einerseits durch die
Reflexionswirkung der Spiegelelemente 7 (siehe Fig. 2), die durch die Goldbeschichtung
vorteilhaft vor allem im Infrarot-Bereich stattfindet, andererseits durch
die Wirkung der Spiegelelemente 7 und/oder der Halterungen 6 als Hochspannungs-Elektroden,
die beim Zündvorgang die Homogenität der Entladung in der
Blitzlichtlampe 1 garantieren.
Fig. 1 zeigt weiterhin, dass die Blitzlichtlampe 1 und die Spiegelelemente 7 über
Halterungen 11 mit einer Granit-Trägerplatte 4 verbunden sind. Diese Trägerplatte
weist die bereits eingangs genannten Vorteile auf. Weiterhin ist die Anordnung
auch Blitzlichtlampe 1 und Spiegelelementen 7 von einem Gehäuse 2 umgeben,
welches in Richtung der Abstrahlrichtung 10 des Sonnensimulators im Wandbereich
mehrere nacheinander angeordnete Blendenelemente 3 aufweist. Wird
das Gehäuse beispielsweise zylindrisch ausgebildet, so werden die Blendenelemente
3 als nacheinander angeordnete, konzentrische Ringe ausgebildet.
Weiterhin sind zumindest die Blendenelemente 3, idealerweise aber auch der
gesamte Innenbereich des Gehäuses 2, mit einer gering reflektierenden Beschichtung
versehen oder aus einem gering reflektierenden Material hergestellt, also
einem Material, das Streustrahlung nicht reflektiert, sondern idealerweise
weitgehend absorbiert. Damit wird erreicht, dass der Sonnensimulator weitgehend
wie ein schwarzer Körper bzw. wie ein Hohlraumstrahler strahlt.
Der vorliegende Sonnensimulator kann auch entsprechend der Fig. 4 weitergebildet
werden, indem senkrecht zur Abstrahlungsrichtung 10 verschiebbare
Filter 5 angeordnet sind, die bevorzugt auch übereinander geschoben werden
können, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 4 angedeutet. Solche
verschiebbaren Filter sind grundsätzlich aus DE 201 03 645 bekannt. Die Filter 5
können entweder gleiche oder unterschiedliche Anteile der elektromagnetischen
Strahlung der Blitzlichtlampe 1 unterdrücken, wie bereits eingangs dargestellt
wurde. Die Filter 5 bestehen beispielsweise aus Quarzglas, wie z.B. Herasil® .
Claims (9)
- Sonnensimulator, aufweisenddadurch gekennzeichnet, dasseine gepulste Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung,mindestens ein im Bereich der Strahlungsquelle angeordneten Spiegelelement (7), welches Anteile der Strahlung der Strahlungsquelle (1) im wesentlichen in Richtung der Abstrahlrichtung (10) des Sonnensimulators reflektiert,das mindestens eine Spiegelelement (7) unmittelbar an die Strahlungsquelle (1) angrenzend angeordnet ist,das mindestens eine Spiegelelement (7) zumindest teilweise metallisch ausgebildet ist undzumindest ein Teil der Zündspannung der gepulsten Strahlungsquelle an das Spiegelelement (7) angelegt ist.
- Sonnensimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spiegelelement (7) planar ausgebildet ist.
- Sonnensimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spiegelelement (7) ein Material oder eine Beschichtung aufweist, derart ausgebildet, dass die Reflexionswirkung des Spiegelelements (7) im Infrarot-Bereich deutlich höher ist als im UV-Bereich.
- Sonnensimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spiegelelement (7) eine Beschichtung aufweist, die aus Gold oder einer goldhaltigen Legierung zumindest Teile des Spiegelelements (7) aus Gold bestehen.
- Sonnensimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spiegelelement (7) eine Halbleiterschicht mit einer Oxidschicht, insbesondere Silizium, oder eine Metallschicht mit einer Oxidschicht, insbesondere ein Leichtmetall aufweist.
- Sonnensimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) in ihrer Längsausdehnung gekrümmt ausgebildet ist.
- Sonnensimulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) ringförmig oder schneckenförmig ausgebildet ist.
- Sonnensimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) von einem Gehäuse (2) umgeben ist, welches in Abstrahlrichtung (10) im Wandbereich mehrere hintereinander angeordnete Blendenelemente (3) aufweist.
- Sonnensimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (1) und/oder das Spiegelelement (7) über Halterungen (11) mit einer Trägerplatte (4) aus Granit verbunden ist.
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