JP2012033844A - 検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置を得ることにある。
【解決手段】本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の前記本体は照射口を有する密閉空間であり、前記密閉内には照射口の方向に向けた角度で第１光束を放出するための発光体を設置する。また第１光束の進行方向の経路上に前記第１光束を第１サブ光束と第２サブ光束に分けるための分光装置を設置し、そのうち前記第１サブ光束を前記照射口の位置にある検査用太陽電池に向けて投射させて、太陽電池検査装置として使用する。また、前記第２サブ光束の進行経路上には前記第２サブ光束を受け取るための検出装置を設置し、さらに前記検出装置から信号を出力して、前記発光体から放出される第１光束の大きさをモニタリングするために使用する。このようにして、太陽電池の測定の正確性を確保する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部にある発光体の光束の大きさのモニタリングに使用する検出装置を内部に有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置に関する。

現在の太陽光発電システムは半導体の製造プロセスによる太陽電池（solar cell）からできており、発電原理は太陽光が太陽電池に照射することにより、太陽電池が太陽光を吸収し、半導体により、負極及び正極が発生して形成された電流が、導線を経由して負荷へ送られるものである。

よって、太陽電池が製造プロセスを経て製造された後、まず太陽電池の発電能力について性能評価を行う必要がある。もし太陽電池に良好な転換・出力の特質があれば、太陽電池の製造業者にとって、価格上有利となる。だが、出力特性の良し悪しは、太陽光の照射のもとで、太陽電池の電流・電圧の特性を測定して得た光電変換効率；

、（Vは最大出力時の電圧、Iは最大出力時の電流、Pは最大出力値）
で示される。
太陽電池の変換効率は、太陽光を電力に変換して集めたエネルギーと１日に得た照射エネルギーの百分比である。例えば、３月から９月までの正午、赤道直下の太陽放射エネルギーは約１０００ W/ m２であるので、太陽光標準照射エネルギー（AM１.５G）が１０００ W/m２発生することになる。よって変換効率が１５%で面積が１平方mの太陽電池の場合、３月または９月正午に、赤道直下で１５０ワット近くのピークエネルギーを発生させることができる。

よって太陽電池の発電性能を検査することは非常に重要なことであるが、検査に必要な太陽光の強度は、天気の影響により、１日の照射強度が不均一になるなどの変化が発生するため、業界ではよく太陽光シミュレータ１０１を利用した擬似太陽光を使用し、検査の時は擬似光束１０１１を太陽光シミュレータ１０１外部の検査用太陽電池１０２（solar cell）及びモニターセル１０３（Monitor Cell）上にそれぞれ投射して、検査用太陽電池１０２の出力特性を検査している。そのほか、外部に設置するモニターセル１０３（Monitor Cell）は、光束の放射照度の測定（irradiance measured）を行うために、光束の大きさをモニタリングするものである。（図１を参照）

しかしながら、前記光束の大きさの測定方法は、光束を検査用太陽電池（solar cell）及びモニターセル（Monitor Cell）上に同時に投射する必要があり、このようにするには、太陽光シミュレータに照射口が少なくとも２つまたは大きめの照射口が１つ必要となる。よって、太陽光シミュレータ内部に高いパワーの発光体を使用してこそ、当該検査用太陽電池及びモニターセルに平均的に照射することができ、太陽電池の出力特性への影響を見ることができる。しかし、この種の高いパワーの発光体は、価格が照射の輝度と面積に比例するため、費やされる製造コストも高くなる。

よって、内部に光束の大きさを測定する装置を設置する太陽光シミュレータまたは太陽電池検査装置を提供すれば、必要とされる製造コストを低減できると同時に、効果的に光源の照度を自動制御することもでき、最良の解決方法となるはずである。

そこで、本発明は、太陽光シミュレータ内部に光束の大きさの測定が可能な検出装置を設置する、検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、太陽電池検査装置の内部に光束の大きさの測定が可能な検出装置を設置する、検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置を提供することをもう１つの目的とする。

また、本発明は、照射口の範囲を縮小すると同時に、広い範囲を照射する高いパワーの発光体の使用を避けて、太陽光シミュレータまたは太陽電池検査装置の製造コストを低減させる、検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置を提供することをさらなる目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、
照射口を有する密閉空間である前記本体を有し、前記密閉空間内に発光体を設置し、前記発光体が照射口方向へ第１光束を放出し、前記第１光束の進行方向の経路上に前記第１光束を第１サブ光束と第２サブ光束に分けるために使用する分光装置を設置し、そのうち前記第１サブ光束を前記照射口の方向に投射し、さらに前記照射口の位置に前記第１サブ光束を検査用太陽電池に投射するために使用する集光レンズを設置できるようにして、太陽電池検査装置として使用している。
また、前記第２サブ光束の照射経路上に前記第２サブ光束を受け取るために使用する検出装置を設置して、前記検出装置から信号を出力して、前記発光体から放出される第１光束の大きさをモニタリングし、太陽電池の測定の正確性を確保している。

具体的には、前記分光装置は平面分光鏡であり、また前記検出装置は太陽電池または半導体ウェハである。

具体的には、前記発光体と検出装置間にはフィルタを少なくとも１つは設置することができ、また前記フィルタの種類は、特定波長が通過できるフィルタまたは紫外線をカットするフィルタである。

具体的には、前記発光体と検出装置間には積分装置を設置することができ、発光体の第１光束を均一な光束にするために使用する。

具体的には、前記発光体と検出装置間にはシャッターを設置することができ、前記発光体を使用しない状況において、光源を遮断するために使用する。

具体的には、前記発光体は、１組の発光ダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプのうちいずれか１つまたはその組み合わせにより構成され、また前記発光体の片側には集光器を設置して、前記発光体の第１光束を集めるために使用する。

具体的には、前記本体内部には反射装置も含まれ、第１サブ光束を屈折させて前記照射口に向けた角度で射出させるために使用する。

具体的には、本発明には前記検知部材から出力された前記変更信号を受信して、I-Vカーブ（I-V Curve）を計算、比較して出力する変換効率分析装置も含まれる。

このほか、直接前記発光体の第１光束の進行方向の経路上に透過検出装置を設置し、前記透過検出装置の表面に検知した光信号をを変換信号に変換して出力し、第１光束の光束の大きさを検知するために使用する検知部材を配置するという別の実施方法もある。このように、前記実施方法は上に述べた実施方法の分光装置の使用を省略することができる。

本発明で提供する検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置は、その他従来の技術と相互比較した場合、以下の点において優れている。
（1）本発明は太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の内部に光束の大きさを検出することができる検出装置を設置するもので、照射口の範囲を縮小することが可能であると同時に、太陽光シミュレータまたは太陽電池検査装置の製造コストを低減することができる。

（2）本発明は、測定した光束の大きさの信号を変換効率分析装置に伝送し、前記変換効率分析装置による比較・演算を経て、検査用太陽電池の測定の正確性を得ることができる。

（3）正確性の向上により、変換効率をもとに太陽電池が価格が計算される現在の市場において、さらに仕分け後の販売価格に反映することができる。

従来の太陽電池検査装置の構成を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第１実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第２実施形態の構造を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第２実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第３実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第４実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第５実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置を実施するための系統図である。 本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置のAM１.５G I-Vカーブ図である。

以下、本発明の前記及びその他の技術内容、特長、効果と含めて、図面を参考にしながら好ましい実施例を詳細に説明する。

図２は、本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第１実施形態の構成を示す概略図であって、前記太陽光シミュレータが、
照射口１１を有する密閉空間である本体１と、
前記本体１内に設置され、照射口１１の方向に向かって持続して第１光束１２１を放出するために使用され、１組の発光ダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプの いずれかまたは組み合わせにより構成される発光体１２と、
前記発光体１２の第１光束１２１の進行方向の経路上に設置され、前記第１光束１２１を第１サブ光束１２１１と第２サブ光束１２１２に分けるために使用され、そのうち前記第１サブ光束１２１１を前記照射口１１の方向に投射し、また平面分光鏡でもある分光装置１３と、
前記第２サブ光束１２１２の進行経路上に設置され、前記第２サブ光束１２１２を受け取るために使用され、さらに変換信号を出力して、前記発光体１２から放出される第１光束１２１の大きさをモニタリングするために使用され、また太陽電池または半導体ウェハでもある検出装置１４を含むことを示す。

特筆すべき点は、前記発光体１２の片側に前記発光体１２の第１光束１２１を集めるための集光器１５を設置していることである。

図３Aと図３Bは、本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第２実施形態の構成を示す概略図であって、前記太陽電池検査装置は検査用太陽電池４に擬似光源を出力し、前記太陽電池検査装置が、
照射口２１を有する密閉空間である本体２と、
前記本体２内部に設置され、照射口２１の方向に向かって持続して第１光束２２１を放出するために使用され、１組の発光ダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプのいずれかまたは組み合わせにより構成される発光体２２と、
前記発光体２２の第１光束２２１の進行方向の経路上に設置され、前記第１光束２２１を第１サブ光束２２１１と第２サブ光束２２１２に分けるために使用され、また平面分光鏡でもある分光装置２３と、
前記本体２内部に設置され、前記第１サブ光束２２１１を屈折させて照射口２１に向けた角度で射出するために使用される第１反射装置２４と、
前記第２サブ光束２２１２の進行経路上に設置され、前記第２サブ光束２２１２を受け取るために使用され、さらに変換信号を出力して、前記発光体２２から放出される第１光束２２１の大きさをモニタリングするために使用される検出装置２５と、
前記本体２の照射口２１の位置に設置され、前記第１サブ光束２２１１を前記検査用太陽電池４に投射するために使用される集光レンズ２６を含むことを示す。

特筆すべき点は、前記発光体２２が前記分光装置２３の平行線上に設置していない状態において、前記本体２内部に前記発光体２２の第１光束２２１を屈折させて分光装置２３に向けた角度で射出するための第２反射装置２７を追加している（図３Cを参照）ことである。

特筆すべき点は、前記発光体２２と前記分光装置２３間に、大気通過量１.５G (AM１.５G)のフィルタ２８を設置し、前記発光体２２から放出される第１光束２２１の特定の波長のみを通過させて、実際の太陽光に近いスペクトルを出力することである。
このほか、前記AM１.５Gは太陽光が ４５ 度で地表を照射する場合の平均日照強度を示すため、太陽電池を異なる場所で使用する場合、その太陽光の照射角度にやや差が出るため、他の大気通過量のフィルタを使用する必要がある。（異なる角度で地表を照射する場合の平均照射強度に対応するものを意味する。）

特筆すべき点は、前記発光体２２と前記分光装置２３間に、前記第１光束の紫外線を除去するための紫外線フィルタ２９を設置していることである。

特筆すべき点は、前記発光体２２と前記分光装置２３間に、前記第１光束２２１を均一な光束にするための積分装置３０を設置していることである。

特筆すべき点は、前記発光体２２と前記分光装置２３間に、シャッター３１を追加して設置し、前記発光体２２を使用しない場合に、前記発光体２２の第１光束２２１を電源を切らずに遮断するために使用して、部材の持続的な温度上昇を防止することである。

特筆すべき点は、前記発光体２２の片側に前記発光体２２の第１光束２２１を集めるための集光器３２を設置していることである。

図４は、本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の第４実施形態の構成を示す概略図であって、前記太陽光シミュレータが主に、
照射口５１を有する密閉空間である本体５と、
前記本体５内部に設置され、照射口５１の方向に向かって持続して第１光束５２１を放出するために使用され、１組の発光ダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプのいずれかまたは組み合わせにより構成される発光体５２と、
前記発光体５２の第１光束５２１の進行方向の経路上に設置され、前記第１光束５２１を受け取るために使用され、さらに前記第１光束５２１が前記透過検出装置５３を通過するようにし、また表面に検知部材が配置され、前記発光体５２から放出される第１光束５２１の大きさをモニタリングするために使用され、前記光信号を変換信号に変換して出力することができる透過検出装置５３を含むことを示す。

特筆すべき点は、前記本体５内に前記透過検出装置５３を透過した第１光束５２１を屈折させて前記照射口５１に向けた角度で射出するための第１反射装置５４を設置していることである。

特筆すべき点は、前記本体５の照射口５１の位置に前記第１光束５２１を前記検査用太陽電池７に投射するための集光レンズ５５を設置していることである。

特筆すべき点は、前記発光体５２が前記透過検出装置５３の平行線上に設置していない状態において、前記本体５内部に前記発光体５２の第１光束５２１を屈折させて前記透過検出装置５３に向けた角度で射出するための第２反射装置５６を追加している（図４Bを参照）ことである。

特筆すべき点は、前記発光体５２と前記透過検出装置５３間に、大気通過量１.５G (AM１.５G)のフィルタ５７を設置し、前記発光体から放出される第１光束の特定の波長のみを通過させて、実際の太陽光に近いスペクトルを出力することである。

特筆すべき点は、前記発光体５２と前記透過検出装置５３間に、前記第１光束５２１の紫外線を除去するための紫外線フィルタ５８を設置していることである。

特筆すべき点は、前記発光体５２と前記透過検出装置５３間に、前記第１光束５２１を均一な光束にするための積分装置５９を設置していることである。

特筆すべき点は、前記発光体５２と前記透過検出装置５３間に、前記発光体５２を使用しない場合に、前記発光体５２の第１光束５２１を電源を切らずに遮断するためのシャッター６０を追加して設置し、部材の継続的な温度上昇を防止し、同時に前記発光体５２の寿命を延長し、さらに保守・メンテナンスの必要を減少させて、作業コストを低減させることである。

特筆すべき点は、前記発光体５２の片側に前記発光体５２の第１光束５２１を集めるための集光器６１を設置していることである。

図５は、本発明の好ましい実施形態の構成を示すブロック図であって、本発明の検出装置を有する太陽光シミュレータ及び太陽電池検査装置の実施の系統を説明し、図６に示す標準I-Vカーブのシミュレータによりさらに正確な測定値を得るものである。
この中で、前記太陽光シミュレータまたは太陽電池検査装置の検出装置８２は、発光体８１から放出される光束を受け取った後、光電変換を介して持続的に検知信号を変換効率分析装置９に伝送する。前記検査用太陽電池１０も発光体８１から放出される光束を受け取った後、光電転換を介して信号を変換効率分析装置９に伝送する。前記変換効率分析装置９は前記の検知信号及び標準I-Vカーブに基づいて、発光体８１の光源の強度の変動比例値を算出してから、前記比例値と検査用太陽電池１０の信号を演算し、発光体８１の発光過程において発生する光源の強度の変化値を補償または修正し、効果的に擬似光源の強度の変動による測定結果への影響を減少させる。補償と修正の結果、検査用太陽電池の変換効率測定値の最大値と最小値の幅を３分の１から２分の１低下させることができ、これにより機器コスト低減と測定品質向上の目的を達成することができる。

上記内容は本発明の好ましい実施例であり、本発明の特長と精神を明確に記述しようとしたものであって、本発明の特許請求の範囲を限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲における種種変更及び同様の措置は、全て本発明の特許請求の範囲内に含まれるものである。

１ 本体
１１ 照射口
１２ 発光体
１２１ 第１光束
１２１１ 第１サブ光束
１２１２ 第２サブ光束
１３ 分光装置
１４ 検出装置
１５ 集光器
２ 本体
２１ 照射口
２２ 発光体
２２１ 第１光束
２２１１ 第１サブ光束
２２１２ 第２サブ光束
２３ 分光装置
２４ 第１反射装置
２５ 検出装置
２６ 集光レンズ
２７ 第２反射装置
２８ 大気通過量１.５Gフィルタ
２９ 紫外線フィルタ
３０ 積分装置
３１ シャッター
３２ 集光器
４ 検査用太陽電池
５ 本体
５１ 照射口
５２ 発光体
５２１ 第１光束
５２１１ 第１サブ光束
５２１２ 第２サブ光束
５３ 透過検出装置
５４ 第１反射装置
５５ 集光レンズ
５６ 第２反射装置
５７ 大気通過量１.５Gフィルタ
５８ 紫外線フィルタ
５９ 積分装置
６０ シャッター
６１ 集光器
７ 検査用太陽電池
８１ 発光体
８２ 検出装置
９ 変換効率分析装置
１０ 検査用太陽電池
１０１ 太陽光シミュレータ
１０１１ 擬似光束
１０２ 検査用太陽電池
１０３ モニターセル

Claims (10)

1. 検出装置を有する太陽光シミュレータであって、
   照射口を有する密閉空間である本体と、
   前記本体内に設置され、照射口の方向に持続して第１光束を放出するために使用される発光体と、
   前記発光体の第１光束の進行方向の経路上に設置され、前記第１光束を第１サブ光束と第２サブ光束に分けるために使用され、そのうち前記第１サブ光束を前記照射口の方向に投射する分光装置と、
   前記第２サブ光束の進行形路上に設置され、前記第２サブ光束を受け取るために使用され、さらに変換信号を出力する検出装置を含むことを特徴とする検出装置を有する太陽光シミュレータ。
2. その中の前記発光体が１組の発光ダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプのいずれかまたは組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の検出装置を有する太陽光シミュレータ。
3. その中の前記検出装置が太陽電池または半導体ウェハのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の検出装置を有する太陽光シミュレータ。
4. さらに、前記検出装置から出力された変換信号を受け取り、I-Vカーブに基づいて発光体の光束の大きさの変動比例値を算出するために使用される変換効率分析装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の検出装置を有する太陽光シミュレータ。
5. 検出装置を有する太陽電池検査装置であって、検査用太陽電池に対して擬似光源を出力し、前記装置が、
   照射口を有する密閉空間である本体と、
   前記本体内に設置され、照射口の方向に向かって持続して第１光束を放出するために使用される発光体と、
   前記発光体の第１光束の進行方向の経路上に設置され、前記第１光束を第１サブ光束と第２サブ光束に分けるために使用される分光装置と、
   前記本体内に設置され、前記第１サブ光束を屈折させて照射口に向けた角度で射出するために使用される少なくとも１つの反射装置と、
   前記第２サブ光束の進行経路上に設置され、前記第２サブ光束を受け取るために使用され、さらに変換信号を出力する検出装置と、
   前記本体の照射口の位置に設置され、前記第１サブ光束を前記検査用太陽電池に投射するために使用される集光レンズを含むことを特徴とする太陽電池検査装置。
6. その中の前記発光体及び前記分光装置間に、前記発光体から放出される第１光束の特定の波長を通過させるフィルタが追加して設置されることを特徴とする請求項５に記載の検出装置を有する太陽電池検査装置。
7. その中の前記発光体及び前記分光装置間に、前記発光体を使用しない場合に、電源を切らずに光源を遮断するために使用され、部材の継続的な温度上昇を防止するシャッターが設置されることを特徴とする請求項５に記載の検出装置を有する太陽電池検査装置。
8. その中の前記発光体が発光ダイオード、キセノンランプ、ハロゲンランプのいずれかまたは組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項５に記載の検出装置を有する太陽電池検査装置。
9. また、その中の前記発光体の第１光束を屈折させて分光装置に向けた角度で射出するための別途反射装置を前記本体内に含むことを特徴とする請求項５に記載の検出装置を有する太陽電池検査装置。
10. 前記検出装置から出力された変換信号を受け取り、I-Vカーブに基づいて発光体の光束の大きさの変動比例値を算出するための変換効率分析装置を含むことを特徴とする請求項５に記載の検出装置を有する太陽電池検査装置。

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