JP5615909B2 - 量子効率測定システムおよび使用方法 - Google Patents
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Description
本件出願は、米国仮特許出願第６１／２１６７０４号（２００９年 ５月１９日出願）に基づく優先権を主張するものであり、当該出願は、その全体を参照することで本件明細書に援用される。
現在、相当な努力により、地球に優しいエネルギー源の開発が進行中である。風力発電機、波力エネルギーシステム、生物燃料への研究は、ここ数年、劇的に増加してきている。太陽エネルギーは、常に、環境に優しいエネルギーの１つの可能性のあるエネルギー源として見られている。よって、より高効率の太陽電池に関する研究および開発が、近年、増加してきている。
ほとんどのシリコン太陽電池は、光電流を生じさせるために、入射する光信号の波長スペクトルの部分を利用する。単一接合型太陽電池（single junction solar cell）は、特定の狭い波長領域内の光で照らされているときに電気を生じる。効率を向上させる努力において、多接合型太陽装置は開発されている。単一接合型装置とは異なる、多接合型装置は、光起電／光活性の材料の多層または接合を特徴とする。各層は、特定の波長範囲内の光を照射するときに、電荷を発生させるように構成される。典型的に、様々な層は、波長範囲の異なる光活性であり、それによって、単一接合型太陽装置よりも、より高効率な装置をもたらす。
一般的に、太陽装置の研究、開発および製造フェーズの間、太陽電池のスペクトル性能を特徴づけることが望ましい。光起電装置（photovoltaic device; PVD）のスペクトル挙動（spectral behavior）を特徴づけるために現在用いられるパラメータは、外部量子効率（external quantum efficiency; QE）および内部量子効率（internal quantum efficiency: IQE）である。そのため、ＰＶＤ Ｉ−Ｖ曲線は、一般に、ＰＶＤsの大域的挙動を特徴づけるために用いられる。これらの曲線から、次のパラメータが得られる：Ｉsc（短絡回路電流）、Ｖoc（開回路電圧）、最大電力（maximum power）、太陽電池効率、および寄生抵抗（parasitic resistances）。現在、太陽装置のＱＥを定めるために用いられるいくつかの方法があり、例えば、デュアルビームスプリッター方式（dual beam splitter method）、積分球方式（integrating sphere method）、および光ファイバーに基づくアプローチなどである。それぞれのアプローチは、これまでに、ある程度の成功が証明されているものの、たくさんの欠点が認識されている。例えば、デュアルビームスプリッター方式と積分球方式の両方は、１つの試験場（テストステーション）から別の試験場に試験中のサンプルを移動させる必要があるか、試験場における１以上のコンポーネントが除去されるか、あるいは異なるコンポーネントで置き換えられる必要があり、それにより、内部量子効率の測定に必要である反射率の尺度を得る。そのように、これらの技術を用いるＰＶＤsの特徴づけは、時間のかかる工程となる傾向にある。対照的に、光ファイバーに基づくアプローチは、デュアルビームスプリッターアプローチと積分球アプローチに関係する付加的なステップを要することなしに、柔軟な試験プラットフォームを提供する。不幸にも、ファイバーを介する光伝搬に関する損失は、内部量子効率の測定の正確さに、不利に影響を与えられ得る不確実性をもたらす。
それゆえに、上記を考慮すると、試験中のサンプルの量子効率を迅速かつ正確に測定することのできる改良された量子効率測定システムに対するニーズが常にある。
本件出願は、試料の１以上の光学特性を測定し、前記光学特性に基づいて、前記試料の量子効率および内部量子効率を計算できる様々なシステムを開示する。先行技術のシステムとは異なり、本測定システムは、測定プロセスを全うするために、測定システムの様々な光学コンポーネントの追加、あるいは、修正を必要としない。さらに、本システムは、測定プロセスを全うするために、調査中の試料に対して、位置を変えることや、別の測定ステーションに移動することを要しない。先行技術のシステムと対比して、本システムは、測定システム内の様々な検出器やその他のデバイスから信号を同時に受信することのできるマルチプレクサを含む。そのため、本システムは、調査中の試料の量子効率および内部量子効率を効率的かつ正確に計算できることを立証している。
１つの実施形態では、本件出願は、太陽電池の特性を測定するためのシステムを対象とする。当該システムは、約１００ｎｍから約３０００ｎｍのスペクトル域を有する少なくとも１つの光信号を照射する少なくとも１つの光源と、前記光信号の前記スペクトル域を選択的に狭めるように構成された少なくとも１つの波長選択器と、少なくとも１つのビームスプリッターと、前記ビームスプリッターと光通信する少なくとも１つの参照検出器であって、前記光信号の少なくとも１つの特性を測定するように構成された参照検出器と、前記ビームスプリッターからの前記光信号で照射される少なくとも１つの試料と、前記ビームスプリッターを介して前記試料と光通信する反射検出器であって、前記試料で反射した前記光信号の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された反射検出器と、前記参照検出器、前記試料、および前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのマルチプレクサと、前記マルチプレクサを介して、前記参照検出器、前記試料および前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのプロセッサであって、前記参照検出器、前記試料および前記反射検出器のうち少なくとも１つから受信されたデータに基づいて、前記試料の少なくとも１つの特性を計算するように構成された、プロセッサとを含む。
別の実施形態では、本件出願は、太陽電池の特性を測定するためのシステムを対象とする。当該システムは、約１００ｎｍから約３０００ｎｍのスペクトル域を有する少なくとも１つの光信号を照射する少なくとも１つの光源と、前記光信号の前記スペクトル域を選択的に狭めるように構成された少なくとも１つの波長選択器と、少なくとも１つのビームスプリッターと、前記ビームスプリッターと光通信する少なくとも１つの参照検出器であって、前記光信号の少なくとも１つの特性を測定するように構成された参照検出器と、前記ビームスプリッターからの前記光信号で照射される少なくとも１つの試料と、前記ビームスプリッターおよび前記試料と光通信する少なくとも１つの拡散装置と、前記拡散装置と通信する少なくとも１つの拡散検出器であって、前記光信号を照射されたときに、前記試料で拡散された光の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された拡散検出器と、前記拡散装置および前記ビームスプリッターを介して前記試料と光通信する反射検出器であって、前記試料で反射した前記光信号の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された反射検出器と、前記参照検出器、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器、前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのマルチプレクサと、前記マルチプレクサを介して、前記参照検出器と、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器および前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのプロセッサであって、前記参照検出器、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器および前記反射検出器のうち少なくとも１つから受信されたデータに基づいて、前記試料の少なくとも１つの特性を計算するように構成された、プロセッサとを含む。
別の実施形態では、本件出願は、試料の量子効率および内部量子効率を計算する様々な方法を開示する。１つの実施形態では、本件出願は、太陽電池の量子効率および内部量子効率を測定する方法を対象とし、当該方法は、制御された波長と強度を有する少なくとも１つの光信号を生成することと、前記光信号を第１信号と第２信号に分割することと、前記第１信号の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された参照検出器に前記第１信号を導くことと、前記参照検出器を用いて前記第１信号の前記光学特性を測定することと、試料に前記第２信号を導くことと、反射検出器を用いて前記試料で反射した前記第２信号の少なくとも１つの光学特性を測定することと、入射した前記第２信号の各波長で、試料によって光生成された電気信号を測定することと、前記参照検出器および前記反射検出器と同時に通信するマルチプレクサを用いて、前記参照および反射検出器からのデータを多重伝送することと、マルチプレクサと通信するプロセッサを用いて、前記参照および反射検出器によって測定された光学特性に基づいて前記試料の前記量子効率を計算することとを含む。
本件明細書に開示されるような様々な量子効率測定システムの実施形態のその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
量子効率測定システムの様々な実施形態は、図面によってより詳細に説明される。
図１は、量子効率測定システムの実施形態を示す。図のように、測定システム１０は、少なくとも１つの波長フィルタ１４に、１以上の光信号を照射するように構成された１以上の光源１２を含む。１つの実施形態では、光源１２は、波長フィルタ１４に広域スペクトル光信号（すなわち、約３００ｎｍから約３０００ｎｍまで）を照射するように構成されたクオーツタングステンハロゲン電球（quartz tungsten halogen lamp）を含む。オプションとして、様々な種類の代替的な光源１２が、本システムに利用され得る。限定されるものではないが、例えば、アーク灯、キセノン灯、重水素ランプなどが含まれる。上述したとおり、光源１２は、波長フィルタ１４に広域スペクトル光信号を照射するように構成され得る。オプションとして、光源１２は、狭い光信号を照射するように構成することもできる。
もう一度、図１を参照すると、波長フィルタ１４は、様々な種類の波長フィルタ装置を含むことができる。例えば、１つの実施形態において、波長フィルタ１４は、光学フィルタホイールを含む。そのように、波長フィルタ１４は、光源１２から広域スペクトル出力信号を受信して、波長選択器１８の効率を向上させるために、光信号の波長範囲を減少するように構成され得る。オプションとして、波長フィルタ１４は、光源１２に組み込まれ得る。代替的な実施形態では、波長フィルタ１４は、測定システム１０の中に含まれる必要はない。
図１に示すように、波長フィルタ１４は、１以上の変調器１６に光通信する。変調器１６は、光源１２による連続的な光信号出力を、一連の離散的な光信号に分割するように構成され得る。１つの実施形態では、変調器１６は、シングルまたはデュアルアパーチャーチョッパーホイールなどのような光チョッパーを含む。１つの実施形態では、変調器１６は、約８Ｈｚから約１１００Ｈｚの周波数を有する光信号を生成するために構成され得るとはいえ、当業者は、変調器１６が所望の周波数で変調された信号を生成するために構成されていることを認識するだろう。オプションとして、波長フィルタ１４と同様に、変調器１６は、光源１２に組み込まれることもできる。オプションとして、測定システム１０は、変調器１６なしに、動作し得る。
再び図１を参照すると、１以上の波長選択器１８は、光源１２と光通信する測定装置１０内に含まれ得る。１つの実施形態では、波長コントローラ１８は、光源１２から機械的に選択可能な狭帯域の波長を転送するように構成されたモノクロメーターを含む。例えば、１つの実施形態において、波長選択器１８は、約１００ｎｍのスペクトル分解能を有する。別の実施形態では、波長選択器１８は、約１０ｎｍのスペクトル分解能を有する。オプションとして、波長選択器１８は、約０．３ｎｍのスペクトル分解能を備えることができる。さらに、様々な波長選択装置が、波長選択器１８として用いられるかもしれない。例えば、これに限定されることはないが、回折格子、グリズム、プリズム、ホログラフィック光学素子などを含む。１つの実施形態では、波長選択器１８は、コンピュータ、プロセッサ、または、その他のコントローラ３６と接続され得る。それらは、波長選択器１８の自動調整を許可するように構成される。当業者であれば、波長フィルタ１４および波長選択器１８が、所望のスペクトル域へと入射信号のスペクトル域を狭くするように構成された単一のユニットに組み込まれることもできることを認識する。例えば、図１に示されるコンポーネント１２，１４，１６および１８は、波長可変できる変調光源を含むことができる。オプションとして、離散または波長可変レーザーは、コンポーネント１２，１４，１６および１８と置き換えるために用いることもできる。よって、波長可変できる変調光源の波長範囲、スペクトルバンド幅、波長増幅は、好ましくは、試験中のＰＶＤの予測された応答特性と矛盾しない。
図１に示すように、少なくとも１つのビームスプリッターまたは光信号分割装置２０は、波長選択器１８と光通信する。１つの実施形態では、ビームスプリッター２０は、３方向ニュートラルガラス基質を含み、当該ガラスは、そこに適用される１以上の光学コーティングを有する。当業者であれば、様々な光学コーティングが、ガラスベースのビームスプリッターを製造するために用いられ得ることを認識するだろう。別の実施形態では、ビームスプリッター２０は、ホログラフィック光学素子を含む。当業者であれば、ビームスプリッター２０が様々な装置を含むことができることを認識するだろう。限定されるものではないが、それは、１以上のコーティングが適用された高分子（ポリマー）基質、１以上のコーティングが適用された石英系基質（silica-based substrates）、コーティングされた、あるいは非コーティングの金属基質などを含む。さらに、１つの実施形態において、ビームスプリッター２０は、５０％の光信号を、そこを通して伝送して、５０％の信号を反射するように構成される。オプションとして、ビームスプリッターは、そこを通過する１％から９９％の間の光信号を伝送するように構成することもできる。
再度、図１を参照すると、ビームスプリッター２０は、少なくとも１つの参照検出器２２に、少なくとも一部分の入射光信号を伝送し、試料支持体２６上に配置されるか、試料支持体２６によって固定される少なくとも１つの試料２４に、少なくとも一部分の光信号を反射する。１つの実施形態では、参照検出器２２は、既知のスペクトル特性を備えるフォトダイオードを含む。オプションとして、既知のスペクトル反応を有する様々な検出器は、参照検出器２２として用いることもできる。限定されるものではないが、それは、光電子増倍管、ＣＣＤ素子、パイロ検出器（pyrodetector）などを含む。
１つの実施形態では、試料２４は、１以上の光起電性基質（photovoltaic substrate）または太陽電池を含む。例えば、１つの実施形態において、試料２４は、１以上の単結晶シリコンウェハを含む。オプションとして、試料２４は、様々な光活性デバイスまたは基質を含む。別の実施形態では、様々な試料２４は、試料支持体２６によって支持され得る。さらに、試料２４は、コーティングされた基質を含むことができる。よって、測定システム１０は、コーティングされた基質の吸光度を測定するために用いられ得る。また、図１のシステムは、感光デバイスのスペクトル較正のために用いられ得る。さらに、本システムは、蛍光性コンポーネントに対する、反射率、透過率、および／または、量子収量を定めるのに用いられ得る。さらに、試料支持体２６は、試料２４を確実に支持するように構成された光学マウント（台）またはテーブルを含むことができる。１つの実施形態では、試料支持体２６は、手動で調節可能な光学マウントを含む。他の実施形態では、試料支持体２６は、コントローラと通信する、モーターの付いたマウントを含むことができる。当業者であれば、様々なマウントあるいはリニアステージが、試料支持体２６として用いられ得ることを認識するだろう。さらに、試料支持体２６は、所望の温度範囲内で試料２４を維持するように構成され得る。例えば、１つの実施形態において、試料支持体２６は、約１０度（摂氏）の温度範囲内で試料２４を維持するように構成される。オプションとして、試料支持体２６は、約０．１度（摂氏）の温度範囲内で試料２４を維持するように構成され得る。
図１を参照すると、少なくとも１つの反射検出器２８は、試料２４から反射して、ビームスプリッター２０を介して送られる光を受信するために配置される。１つの実施形態では、反射検出器２８は、光強度測定器を含む。他の実施形態では、反射検出器２８は分光光度計を含む。オプションとして、様々な検出器が反射検出器２８として用いられ得る。限定するものではないが、それは、光電子増倍管、ＣＣＤ素子、電力計、光度計などを含む。
オプションとして、１以上の伝送検出器３０は、試料２４に近接して配置され、そこを通って伝送される１以上の光信号を受信するように構成され得る。参照検出器２２や反射検出器２８と同様に、様々な検出器が伝送検出器３０として用いられ得る。オプションとして、測定装置１０は、伝送検出器３０なしに動作することもできる。
図１に示すように、参照検出器２２、試料２４、反射検出器２８および伝送検出器３０のうち少なくとも１つは、（もしあるなら）少なくとも１つのマルチプレクサ３２と通信し得る。１つの実施形態では、マルチプレクサ３２は、個々の装置を含む。他の実施形態において、マルチプレクサ３２は、異なる検出器またはサンプルから検出器測定装置（ＤＭＤ, detector measuring device）３４への信号の選択を制御するソフトウェアを含む。１つの実施形態では、マルチプレクサ３２は、１以上の検出器または装置２２，２４，２８，３０から１以上の信号を受信するように構成され、１以上の受信した信号を比較し、組合せ、および／またはフィルタにかける。それによって、多重チャンネル測定システムを提供する。よって、ここで用いられるマルチプレクサ３２は、いくつかの検出器または装置２２，２４，２８，３０に、少なくとも１つのＤＭＤ３４と選択的に通信させる。１つの実施形態では、マルチプレクサ３２は手動で操作可能であり、それによって、ユーザーに、ＤＭＤ３４に伝送する信号を選択させることができる。他の実施形態では、マルチプレクサ３２は、プロセッサ３６あるいは他のコントロールシステム（図示せず）によって制御されるように構成され得る。それによって、自動的な信号選択を可能にする。オプションとして、１以上のＤＭＤ３４は、マルチプレクサ３２と接続されるか、通信することもできる。例えば、１つの実施形態では、ＤＭＤ３４は、かなりのバックグランドノイズを有する入力信号から、既知の搬送波を有する１以上の信号を抽出するように構成された、少なくとも１つのロックインアンプを含む。他の実施形態において、検出器２８，２２，３０と試料２４は、マルチプレクサ３２または個々のＤＭＤ３４に適切な信号を提供するためのアンプを含むことができる。当業者であれば、ＤＭＤ３４への所望の入力信号の信号強度を増幅させるために、様々なアンプが本システムに用いられ得ることを認識するだろう。別の実施形態では、検出器２８，２２，３０および試料２４は、プロセッサ３６によってコントロールされた個別のＤＭＤｓ３４と接続することもできる。
再び図１を参照すると、少なくとも１つの情報プロセッサ３６は、本システムに用いられ得る。図のように、プロセッサ３６は、測定システム１０に用いられる複数の装置と通信することができる。例えば、プロセッサ３６は、（もしあるなら）マルチプレクサ３２およびＤＭＤ３４のうち少なくとも１つを介して、参照検出器２２、試料２４、反射検出器２８、および伝送検出器３０と通信することができるかもしれない。よって、プロセッサ３６は、（もしあれば）参照検出器２２、試料２４、反射検出器２８、および伝送検出器３０のうち少なくとも１つから受信したデータを監視して記録するように構成され得る。さらに、プロセッサ３６は、試料支持体２６と通信し得る。例えば、プロセッサ３６は、試料支持体２６の温度を監視して調整するように構成され得る。それによって、所望の温度で試料支持体２６によって支持される試料２４を管理する。１つの実施形態において、プロセッサ３６は、パーソナルコンピュータを含む。他の実施形態において、プロセッサ３６は、コンピュータプロセッサボードを含む。オプションとして、様々なプロセッサ装置が、本システムで用いられることもできる。
オプションとして、測定システム１０は、様々な付加的な装置を含むことができる。例えば、図１に示すように、測定システム１０は、少なくとも１つの光バイアスコントローラ（ＬＢＣ）３８を含み得る。１つの実施形態において、光バイアスコントローラ３８は、試料２４上に入射した光信号の変化を許容するように構成される。例えば、ＬＢＣ３８は、光源１２、プロセッサ３６および試料２４のうち少なくとも１つと通信することができる。よって、ＬＢＣ３８は、プロセッサ３６からデータを受信でき、それに応じて光源１２の出力を調整できる。オプションとして、ＬＢＣ３８は、光源１２やプロセッサ３６に通信しなくてもよい。使用中、ＬＢＣ３８は、試料２４上に入射する光信号の強度、波長範囲、周波数、電力、および／または、その他の光特性を変更できるように構成され得る。よって、ＬＢＣ３８は、帯域通過フィルタ、空間周波数フィルタ、光変調器、シャッター、回折格子、光学フィルタなどを含むことができる。オプションとして、測定システム１０は、ＬＢＣ３８なしに動作することもできる。さらに、１以上の試料電気バイアスコントローラ（specimen electrical bias controller）（ＥＢＣ）４０は、試料２４とプロセッサ３６のうち少なくとも１つと通信することができる。ＥＢＣ４０は、複数の機能を提供するように構成され得る。例えば、ＥＢＣ４０は、試料２４にバイアス電圧を供給するように構成され得る。さらに、ＥＢＣ４０は、光の存在下で試料２４からの電気的反応を測定するように構成され得る。さらに、光源１２からの光信号を照射された場合に、ＥＢＣ４０は、試料２４によって生じた電気信号を測定するように構成され得る。また、ＥＢＣ４０は、試料２４に対するＩ−Ｖ曲線を決定するために用いることもできる。模範的なＥＢＣｓ４０は、これに限定されないが、ソースメーター（sourcemeters）、プログラム可能な電源などを含むことができる。さらに、測定システム１０は、ＥＢＣ４０なしに動作することができる。
図２は、量子効率測定システムの他の実施形態を示す。図２に示される測定システム１１１０は、直流（ＤＣ）信号を測定するために用いられ、その一方で、図１に示される測定システムは、交流（ＡＣ）信号を測定するために用いられ得る。図のように、測定システム１１０は、少なくとも１つの波長フィルタ１１４に、１以上の光信号を照射するように構成された１以上の光源１１２を含む。１つの実施形態では、光源１１２は、波長フィルタ１１４に、広域スペクトル光信号（すなわち、約３００ｎｍから約３０００ｎｍまで）を照射するように構成されたクオーツタングステンハロゲン電球を含む。先の実施形態と同様に、様々な光源１１２は、測定システム１１０で用いることができる。光源１１２は、波長フィルタ１１４に広域スペクトル光信号を照射するように構成され得る。先の実施形態のように、光源１１２は、狭域スペクトル光信号を照射するように構成され得る。
再度、図２を参照すると、波長フィルタ１１４は、様々な波長フィルタ装置を含むことができる。波長フィルタ１１４は、光源１１２から広波長スペクトル出力を受信し、波長選択器１１８の効率を向上させるために、光信号の波長範囲を減少させるように構成される。オプションとして、波長フィルタ１１４は、光源１１２に統合され得る。他の実施形態では、波長フィルタ１１４は、測定システム１１０内に含まれる必要はない。
図２に示されるように、波長フィルタ１１４は、測定装置１１０内に含まれた１以上の波長コントローラ１１８と通信する。１つの実施形態では、波長選択器１１８は、光源１１２から、機械的に選択可能な狭帯域の波長を伝送するように構成されたモノクロメーターを含む。オプションとして、様々な波長選択装置が、波長選択器１１８として用いられることもできる。それは、限定されるものではないが、回折格子、グリズム、プリズム、ホログラフィック光学素子などを含む。他の実施形態について、波長選択器１８は、波長選択器１１８の自動的な調節を許可するように構成されたコンピュータ、プロセッサ、または、その他のコントローラに接続され得る。
図２に示されるように、少なくとも１つのビームスプリッターまたは光信号分割装置１２０は、波長選択器１１８と光通信する。１つの実施形態において、ビームスプリッター１２０は、１以上の光学コーティングが施された３方向ニュートラルガラス基質を含む。当業者であれば、様々な光学コーティングが、ガラスに基づくビームスプリッターを製造するために用いられ得ることを認識だろう。オプションとして、ビームスプリッター１２０は、ホログラフィック光学素子を含むこともできる。当業者であれば、ビームスプリッターが様々な装置を含むことができることを認識するだろう。それは、限定されるものではないが、１以上のコーティングが施された高分子基質、１以上のコーティングが施された石英系基質、コーティングされた、あるいは非コーティングの金属基質などを含む。さらに、１つの実施形態において、ビームスプリッター１２０は、５０％の光信号を、そこを通して伝送して、５０％の信号を反射するように構成される。オプションとして、ビームスプリッターは、そこを通過する１％から９９％の間の光信号を伝送するように構成することもできる。
再度、図２を参照すると、ビームスプリッター１２０は、少なくとも１つの参照検出器１２２に、少なくとも一部分の入射光信号を伝送し、試料支持体１２６上に配置されるか、試料支持体１２６によって固定される少なくとも１つの試料１２４に、少なくとも一部分の光信号を反射する。１つの実施形態では、参照検出器１２２は、既知のスペクトル特性を備えるフォトダイオードを含む。オプションとして、既知のスペクトル反応を有する様々な検出器は、参照検出器１２２として用いることもできる。限定されるものではないが、それは、光電子増倍管、ＣＣＤ素子、パイロ検出器などを含む。さらに、試料支持体１２６は、試料１２４を確実に支持するように構成された光学マウント（台）またはテーブルを含むことができる。１つの実施形態では、試料支持体１２６は、手動で調節可能な光学マウントを含む。他の実施形態では、試料支持体１２６は、コントローラと通信する、モーターの付いたマウントを含むことができる。当業者であれば、様々なマウントあるいはリニアステージが、試料支持体１２６として用いられ得ることを認識するだろう。さらに、試料支持体１２６は、所望の温度範囲内で試料１２４を維持するように構成され得る。例えば、１つの実施形態において、試料支持体１２６は、約１０度（摂氏）の温度範囲内で試料１２４を維持するように構成される。１つの実施形態では、試料支持体１２６は、約０．１度（摂氏）の温度範囲内で試料２４を維持するように構成され得る。
図２を再び参照すると、少なくとも１つの反射検出器１２８は、試料１２４から反射して、ビームスプリッター１２０を介して送られる光を受信するために配置される。１つの実施形態では、反射検出器１２８は、既知のスペクトル特性を備えるフォトダイオードを含む。オプションとして、周知のスペクトル反応を備える様々な検出器が反射検出器１２８として用いられ得る。限定するものではないが、それは、光電子増倍管、ＣＣＤ素子、パイロ検出器などを含む。
オプションとして、１以上の伝送検出器１３０は、試料１２４に近接して配置され、そこを通って伝送される１以上の光信号を受信するように構成され得る。参照検出器１２２や反射検出器１２８と同様に、様々な検出器が伝送検出器１３０として用いられ得る。オプションとして、測定装置１１０は、伝送検出器１３０なしに動作することもできる。
図２に示すように、参照検出器１２２、試料１２４、反射検出器１２８および伝送検出器１３０のうち少なくとも１つは、（もしあるなら）少なくとも１つのマルチプレクサ１３２と通信し得る。先の実施形態と同様に、マルチプレクサ１３２は、１以上の検出器または装置１２２，１２４，１２８，１３０から１以上の信号を受信するように構成され、１以上の受信した信号を比較し、組合せ、および／またはフィルタにかける。それによって、多重チャンネル測定システムを提供する。よって、ここで用いられるマルチプレクサ１３２は、いくつかの検出器または装置１２２，１２４，１２８，１３０に、少なくとも１つのＤＭＤ１３４と選択的に通信させる。１つの実施形態では、マルチプレクサ１３２は手動で操作可能であり、それによって、ユーザーに、ＤＭＤ１３４に伝送する信号を選択することを許可する。他の実施形態では、マルチプレクサ１３２は、プロセッサ１３６あるいは他のコントロールシステム（図示せず）によって制御されるように構成され得る。それによって、自動的な信号選択を可能にする。オプションとして、１以上のＤＭＤ１３４は、マルチプレクサ１３２と接続されるか、通信することもできる。例えば、１つの実施形態では、ＤＭＤ１３４は、光パワーメーターなどのような直流電力メーターを含む。別の実施形態では、ＤＭＤ１３４は、アナログ−デジタル変換器を含む。他の実施形態では、それぞれの検出器１２８，１２２，１３０および試料１２４は、マルチプレクサ１３２または個々のＤＭＤ１３４に適切な信号を提供するためのアンプを含むことができる。当業者であれば、様々なオプションの装置１３４が接続され、限定されるものではないが、マルチメーター、光度計などを含む、本システムと共に用いられる。他の実施形態において、少なくとも１つの検出器１２８，１２２，１３０および試料１２４は、プロセッサ１３６によってコントロールされた個々のＤＭＤと接続することができる。
再び、図２を参照すると、少なくとも１つの情報プロセッサ１３６は、本システムにおいて用いられ得る。図のように、プロセッサ１３６は、測定システム１１０に用いられる複数の装置と通信することができる。例えば、プロセッサ１３６は、（もしあるなら）少なくとも１つのマルチプレクサ１３２およびＤＭＤ１３４を介して、参照検出器１２２、試料１２４、反射検出器１２８、および伝送検出器１３０と通信することができるかもしれない。よって、プロセッサ１３６は、（もしあれば）参照検出器１２２、試料１２４、反射検出器１２８、および伝送検出器１３０のうち少なくとも１つから受信したデータを監視して記録するように構成され得る。さらに、プロセッサ１３６は、試料支持体１２６と通信できるかもしれない。例えば、プロセッサ１３６は、試料支持体１２６の温度を監視して調整するように構成され得る。それによって、所望の温度で試料支持体１２６によって支持される試料１２４を管理する。１つの実施形態において、プロセッサ１３６は、パーソナルコンピュータを含む。他の実施形態において、プロセッサ１３６は、コンピュータプロセッサボードを含む。オプションとして、様々なプロセッサ装置が、本システムで用いられ得る。
オプションとして、測定システム１１０は、様々な付加的な装置を含むことができる。例えば、図２に示す実施形態のように、測定システム１１０は、少なくとも１つの光バイアスコントローラ（ＬＢＣ）１３８を含み得る。当業者であれば、測定システム１１０はＬＢＣ１３８なしに動作し得ることを認識するだろう。１つの実施形態において、ＬＢＣ１３８は、試料１２４上に入射した光信号の変化を許容するように構成される。例えば、ＬＢＣ１３８は、少なくとも１つの光源１１２、プロセッサ１３６および試料１２４と通信することができる。よって、ＬＢＣ１３８は、プロセッサ１３６からデータを受信でき、それに応じて光源１１２の出力を調整できる。オプションとして、光バイアスコントローラ１３８は、光源１１２やプロセッサ１３６に通信しなくてもよい。使用中、ＬＢＣ１３８は、試料１２４上に入射する光信号の強度、波長範囲、電力、および／または、その他の光特性を変更するように構成され得る。よって、ＬＢＣ１３８は、帯域通過フィルタ、空間周波数フィルタ、光変調器、シャッター、回折格子、光学フィルタなどを含むことができる。さらに、１以上の電気バイアスコントローラ（ＥＢＣ）１４０は、試料１２４とプロセッサ１３６のうち少なくとも１つと通信することができる。ＥＢＣ１４０は、複数の機能を提供するように構成され得る。例えば、ＥＢＣ１４０は、もし必要であれば、試料１２４にバイアス電圧を供給するように構成され得る。オプションとして、ＥＢＣ１４０は、光の存在下で試料１２４からの電気的反応を測定するように構成され得る。光源１１２から光信号を照射された場合に、ＥＢＣ１４０は、試料１２４によって生じた電気信号を測定するように構成され得る。オプションとして、ＥＢＣ１４０は、試料１２４に対するＩ−Ｖ曲線を決定するために用いることもできる。模範的なＥＢＣｓ１４０は、これに限定されないが、ソースメーター、プログラム可能な電源などを含むことができる。当業者であれば、測定システム１１０は試料メーター１４０なしに動作され得る。
図３は、量子効率測定システムの他の実施形態を示す。図のように、測定システム２１０は、１以上の光信号を入射するように構成された１以上の光源２１２を含む。１つの実施形態では、光源２１２は、広域スペクトル光信号（すなわち、約３００ｎｍから約３０００ｎｍまで）を照射するように構成されたクオーツタングステンハロゲン電球を含む。オプションとして、様々な光源２１２は、本システムで用いられ得る。限定されることなく、それは、アーク灯、キセノン灯、重水素ランプなどが含まれる。先の実施形態と同様に、光源２１２は、狭域スペクトル光信号を照射するように構成され得る。
再度、図３を参照すると、少なくとも１つの波長フィルタ２１４、少なくとも１つの変調器２１６、および／または、少なくとも１つの波長選択器２１８は、測定システム２１０に、オプションとして含まれ得る。先の実施形態と同様に、波長フィルタ２１４は、様々な波長フィルタ装置を含むことができる。同様に、様々な変調器２１６および／または波長選択器２１８は、本システム２１０で用いられ得る。オプションとして、波長フィルタ２１４、変調器２１６、および／または、波長選択器２１８は、光源２１２に組み込まれ得る。他の実施形態では、波長フィルタ２１４、変調器２１６、および／または、波長選択器２１８は、測定システム２１０内に含まれる必要はない。
図３に示されるように、少なくとも１つのビームスプリッターまたは光信号分割装置２２０は、光源２１２と光通信する。１つの実施形態では、ビームスプリッター２２０は、３方向ニュートラルガラス基質を含み、当該ガラスは、そこに適用される１以上の光学コーティングを有する。当業者であれば、様々な光学コーティングが、ガラスベースのビームスプリッターを製造するために用いられ得ることを認識するだろう。別の実施形態では、ビームスプリッター２２０は、ホログラフィック光学素子を含む。当業者であれば、ビームスプリッター２２０が様々な装置を含むことができることを認識するだろう。限定されるものではないが、それは、１以上のコーティングが適用された高分子（ポリマー）基質、１以上のコーティングが適用された石英系基質、コーティングされた、あるいは非コーティングの金属基質などを含む。さらに、１つの実施形態において、ビームスプリッター２２０は、５０％の光信号を、そこを通して伝送して、５０％の信号を反射するように構成される。オプションとして、ビームスプリッターは、そこを通過する１％から９９％の間の光信号を伝送するように構成することもできる。
再度、図３を参照すると、先の実施形態と同様に、ビームスプリッター２２０は、少なくとも１つの参照検出器２２２に、少なくとも一部分の入射光信号を伝送し、試料支持体２２６上に配置されるか、試料支持体２２６によって固定される少なくとも１つの試料２２４に、拡散装置２６０を介して少なくとも一部分の光信号を反射する。１つの実施形態では、参照検出器２２２は、既知のスペクトル特性を備えるフォトダイオードを含む。オプションとして、既知のスペクトル応答を有する様々な検出器は、参照検出器２２２として用いることもできる。限定されるものではないが、それは、光電子増倍管、ＣＣＤ素子、パイロ検出器などを含む。
図３に示すように、拡散装置２６０は、ビームスプリッター２２０と試料２４０の間に配置される。１つの実施形態では、拡散装置２６０は積分球を含む。オプションとして、様々な代替的な拡散装置２６０が、測定システム２１０で用いられ得る。光信号は、拡散装置２６０を介して導かれ、試料支持体２２６によって支持された試料２２４上に入射し得る。１つの実施形態では、試料２２４は、１以上の単結晶シリコンウェハを含む。オプションとして、試料２２４は、様々な光活性素子または基質を含むもとができる。別の実施形態では、様々な試料２２４は、試料支持体２２６によって支持され得る。さらに、試料２２４はコーティングされた基質を含むことができる。よって、測定システム２１０は、コーティングされた基質の吸光度を測定するのに用いられ得る。先の実施形態と同様に、図３に示されたシステム２１０は、感光デバイスのスペクトル較正のために用いられ得る。オプションとして、測定システム２１０は、蛍光性コンポーネントに対する、反射率、透過率、および／または、量子収量を定めるのに用いられ得る。
図３を参照すると、試料支持体２２６は、試料２２４を確実に支持するように構成された光学マウント（台）またはテーブルを含むことができる。１つの実施形態では、試料支持体２２６は、手動で調節可能な光学マウントを含む。他の実施形態では、試料支持体２２６は、コントローラと通信する、モーターの付いたマウントを含むことができる。当業者であれば、様々なマウントあるいはリニアステージが、試料支持体２２６として用いられ得ることを認識するだろう。さらに、試料支持体２２６は、所望の温度範囲内で試料２４を維持するように構成され得る。例えば、１つの実施形態において、試料支持体２２６は、約１０度（摂氏）の温度範囲内で試料２４を維持するように構成される。例えば、試料支持体２２６は、約０．１度（摂氏）の温度範囲内で試料２２４を維持するように構成され得る。よって、測定システム２１０は、オプションとして、１以上の温度コントローラを含むことができる。
図３に示すように、少なくとも１つの反射検出器２２８および少なくとも１つの拡散検出器２６２は、測定システム２１０に含まれ得る。図のように、拡散検出器２６２は、拡散装置２６０に近接して配置され、試料２２４によって散乱され、あるいは、拡散された光を検出するように構成され得る。さらに、図３に示されるように、反射検出器２２８は、試料２２４から反射された光を受信するために配置され得る。１つの実施形態では、反射検出器２２８および／または拡散検出器２６２は、光パワーメーターを含む。他の実施形態では、反射検出器２２８および／または拡散検出器２６２は、分光光度計を含み得る。オプションとして、様々な検出器が反射検出器２２８および／または拡散検出機２６２として用いられ得る。限定するものではないが、それは、光電子増倍管、ＣＣＤ素子、電力計、光度計などを含む。
オプションとして、１以上の伝送検出器２３０は、試料２２４に近接して配置され、そこを通って伝送される１以上の光信号を受信するように構成され得る。参照検出器２２２、反射検出器２２８、および／または、拡散検出器２６２と同様に、様々な検出器が伝送検出器２３０として用いられ得る。オプションとして、測定装置２１０は、伝送検出器２３０なしに動作することもできる。
図３に示すように、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、拡散検出装置２６０、拡散検出器２６２、および伝送検出器２３０のうち少なくとも１つは、（もしあるなら）少なくとも１つのマルチプレクサ２３２と通信し得る。１つの実施形態では、マルチプレクサ２３２は、個々の装置を含む。他の実施形態において、マルチプレクサ２３２は、異なる検出器またはサンプルから検出器測定装置（ＤＭＤ）２３４への信号の選択を制御するソフトウェアを含む。１つの実施形態では、マルチプレクサ２３２は、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０および／または拡散検出器２６２から１以上の信号を受信して、１以上の受信した信号を比較し、組合せ、および／またはフィルタにかけるように構成される。それによって、多重チャンネル測定システムを提供する。よって、ここで用いられるマルチプレクサ２３２は、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０および／または拡散検出器２６２に、少なくとも１つのＤＭＤ２３４と選択的に通信させることを可能にする。１つの実施形態では、マルチプレクサ２３２は、手動で操作可能であり、それによって、ユーザーに、ＤＭＤ２３４に伝送する信号を選択させることができる。他の実施形態では、マルチプレクサ２３２は、プロセッサ２３６あるいは他のコントロールシステム（図示せず）によって制御されるように構成され得る。それによって、自動的な信号選択を可能にする。オプションとして、１以上のＤＭＤ２３４は、マルチプレクサ２３２と接続されるか、通信することもできる。例えば、１つの実施形態では、ＤＭＤ２３４は、かなりのバックグランドノイズを有する入力信号から、既知の搬送波を有する１以上の信号を抽出するように構成された、少なくとも１つのロックインアンプを含む。他の実施形態において、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０、拡散検出装置２６０、および／または拡散検出器２６２は、マルチプレクサ２３２または個々のＤＭＤ２３４に適切な信号を提供するためのアンプを含むことができる。当業者であれば、ＤＭＤ２３４への所望の入力信号の信号強度を増幅させるために、様々なアンプが本システムに用いられ得ることを認識するだろう。別の実施形態では、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０および／または拡散検出器２６２は、１以上のプロセッサ２３６によってコントロールされた個別のＤＭＤｓ２３４と接続することもできる。
再び図３を参照すると、少なくとも１つの情報プロセッサ２３６は、本システムに用いられ得る。図のように、プロセッサ２３６は、測定システム２１０に用いられる複数の装置と通信することができる。例えば、プロセッサ２３６は、マルチプレクサ２３２およびＤＭＤ２３４のうち少なくとも１つを介して、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０および／または拡散検出器２６２と通信することができるかもしれない。よって、プロセッサ２３６は、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０および／または拡散検出器２６２のうち少なくとも１つから受信したデータを監視して記録するように構成され得る。さらに、プロセッサ２３６は、試料支持体２２６と通信し得る。例えば、プロセッサ２３６は、試料支持体２２６の温度を監視して調整するように構成され得る。それによって、所望の温度で試料支持体２２６によって支持される試料２２４を管理する。１つの実施形態において、プロセッサ２３６は、パーソナルコンピュータを含む。他の実施形態において、プロセッサ２３６は、コンピュータプロセッサボードを含む。オプションとして、様々なプロセッサ装置が、本システムで用いられることもできる。
オプションとして、測定システム２１０は、様々な付加的な装置を含むことができる。先の実施形態と同様に、図３に示すように、測定システム２１０は、少なくとも１つの光バイアスコントローラ（ＬＢＣ）２３８を含み得る。１つの実施形態において、光バイアスコントローラ２３８は、試料２２４上に入射した光信号の変化を許容するように構成される。例えば、ＬＢＣ２３８は、光源２１２、プロセッサ２３６および試料２２４のうち少なくとも１つと通信することができる。よって、ＬＢＣ２３８は、プロセッサ２３６からデータを受信でき、それに応じて光源２１２の出力を調整できる。オプションとして、ＬＢＣ２３８は、光源２１２やプロセッサ２３６に通信しなくてもよい。使用中、ＬＢＣ２３８は、試料２２４上に入射する光信号の強度、波長範囲、周波数、電力、および／または、その他の光特性を変更できるように構成され得る。よって、ＬＢＣ２３８は、帯域通過フィルタ、空間周波数フィルタ、光変調器、シャッター、回折格子、光学フィルタなどを含むことができる。オプションとして、測定システム２１０は、ＬＢＣ２３８なしに動作することもできる。さらに、１以上の試料電気バイアスコントローラ（ＥＢＣ）２４０は、試料２２４とプロセッサ２３６のうち少なくとも１つと通信することができる。ＥＢＣ２４０は、複数の機能を提供するように構成され得る。例えば、ＥＢＣ２４０は、試料２２４にバイアス電圧を供給するように構成され得る。さらに、ＥＢＣ２４０は、光の存在下で試料２２４からの電気的反応を測定するように構成され得る。さらに、光源２１２からの光信号を照射された場合に、ＥＢＣ２４０は、試料２２４によって生じた電気信号を測定するように構成され得る。また、ＥＢＣ２４０は、試料２２４に対するＩ−Ｖ曲線を決定するために用いることもできる。模範的なＥＢＣｓ２４０は、これに限定されないが、ソースメーター、プログラム可能な電源などを含むことができる。さらに、測定システム２１０は、ＥＢＣ２４０なしに動作することができる。
図１に示されるように、使用中、光源１２は、広域スペクトル特性（例えば、約１００ｎｍから約２０００ｎｍ）を備える光信号を照射する。従って、光信号のスペクトル特性は、波長フィルタ１４によって狭められ、信号は変調器１６によって変調される。その後、波長選択器１８は、さらに、光信号の波長特性を絞る。スペクトル的に絞られた光信号は、その後、参照検出器２２と試料２４に同時に光を伝送するビームスプリッター２０に照射される。そして、試料２４で反射した光は、ビームスプリッター２０を通って伝送され、反射検出器２８によって測定される。検出器および装置２２，２４，２８および（もしあれば）３０からのデータは、ＤＭＤ３４とマルチプレクサ３２を介して、プロセッサ３６によってアクセスされ得る。先行技術のシステムとは異なり、マルチプレクサ３２は、参照検出器２２、試料２４、反射検出器２８および（もしあれば）伝送検出器３０の測定をほぼ同時に行うこと可能とし、試料２４を異なる試験場に移動させることを必要とせず、あるいは、測定システムに取って代わる光学コンポーネントを必要としない。すなわち、図１に示されるシステムは、ユーザーに内部量子効率と外部量子効率を同時に測定することを許容する。例えば、量子効率（ＱＥ）は、様々なアルゴリズムあるいは公式を用いて、プロセッサによって計算され得る。例えば、１つの実施形態において、プロセッサ３６は、次式を用いて、量子効率を計算するように構成され得る：
ただし、ｈは、プランク定数である；ｃは真空中の光の速度である；ｑは素電荷およびＲpa（λ）は、調査されるサンプルの分光感度（spectral responsively）である。サンプルの分光感度は、サンプル２４から記録された信号で定められる（それぞれ、図１および参照検出器２２）。
オプションとして、少なくとも１つの検出器の事前測定（pre-measurement）および感度は、量子効率の計算のための参照検出器の感度を決定するために行われ得る。そして、プロセッサ３６は、内部量子効率（ＩＱＥ）を計算するように構成された、任意の数すなわち様々なアルゴリズムや公式を含むことができる。例えば、内部量子効率は、次式を用いて計算される：
ただし、Ｒは、サンプルの反射率であり、強力な鏡のようなコンポーネントを備える、試料（サンプル）に対する検出器２８を用いて、あるいは、強力な拡散反射コンポーネントを備える、サンプルに対する検出器２２８および２６２を用いて測定される。
反射および伝送コンポーネントを有するサンプルに対して、内部量子効率は、次式を用いて計算される：
ただし、サンプルの透過率Ｔは、検出器（例えば、それぞれの検出器３０，１３０または２３０）を用いて決定される。
対照的に、図３に示すように、試験中において試料２２４によって拡散された光は、拡散検出器２６２と連結した拡散装置２６０によって捕らえられる。結果として、図３に示されるシステムは、参照検出器２２２、試料２２４、反射検出器２２８、伝送検出器２３０、および／または拡散検出器２６２からの同時測定を可能にする。
太陽電池の量子効率を提供することに加えて、本システムは、試料のＩＱＥ走査イメージおよびＩ−Ｖ走査イメージまたは曲線を提供するために用いられ得る。ＩＱＥ測定プロセスと同様に、ＩＱＥおよびＩ−Ｖ走査イメージは、図１−３に示された全自動システムを用いて獲得され得る。さらに、これらの走査イメージは、試料を再配置することや、システムに対して付加的なコンポーネントを追加することを要せずに、獲得され得る。
本発明の上記記載は、単に例示的なものであり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲や精神から逸脱することなく、様々なバリエーションや修正を行うことができることは理解されるだろう。
Claims (24)
- 太陽電池の特性を測定するためのシステムにおいて、
３００ｎｍから３０００ｎｍのスペクトル域を有する少なくとも１つの光信号を照射する少なくとも１つの光源と、
前記光信号の前記スペクトル域を選択的に狭めるように構成された少なくとも１つの波長選択器と、
少なくとも１つのビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターと光通信する少なくとも１つの参照検出器であって、前記光信号の少なくとも１つの特性を測定するように構成された参照検出器と、
前記ビームスプリッターからの前記光信号で照射される少なくとも１つの試料と、
前記ビームスプリッターおよび前記試料と光通信する少なくとも１つの拡散装置と、
前記ビームスプリッターを介して前記試料と光通信する反射検出器であって、前記試料で反射した前記光信号の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された反射検出器と、
マルチプレクサを介して、前記参照検出器、前記試料および前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのプロセッサであって、前記参照検出器、前記試料および前記反射検出器のうち少なくとも１つから受信された１以上の光信号を含むデータに基づいて、前記試料の少なくとも１つの特性を計算するように構成された、プロセッサと
を含み、
前記光源に近接して配置され、前記光源から放出された光信号を変調するように構成された少なくとも１つの変調器をさらに含むことを特徴とするシステム。 - 前記光源に近接して配置された少なくとも１つの波長フィルタであって、前記光源によって照射された広域スペクトル光信号をスペクトル的に狭めるように構成された波長フィルタをさらに含む請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記参照検出器から受信したデータと、前記反射検出器と前記試料のうち少なくとも１つから受信したデータに基づいて前記試料の前記量子効率を計算するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、計算された前記量子効率と、前記参照検出器、前記試料および前記反射検出器のうち少なくとも１つから受信したデータに基づいて、前記試料の内部量子効率を計算するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
- 前記試料に近接して配置された伝送検出器であって、前記光源によって照射され、前記試料を通って伝送される光信号を検出するように構成された伝送検出器をさらに含む請求項１に記載のシステム。
- 前記伝送検出器は、前記マルチプレクサと通信することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
- 前記マルチプレクサおよび前記プロセッサのうち少なくとも１つと通信する検出器測定装置をさらに含む請求項１に記載のシステム。
- 前記検出器測定装置は、ロックインアンプを含む請求項７に記載のシステム。
- 少なくとも１つの拡散検出器をさらに含む請求項１に記載のシステムであって、
前記拡散装置は、前記拡散検出器と通信する前記試料に近接して配置され、前記拡張装置は、前記光信号を照射されたときに、前記試料で拡散する光を捕らえるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。 - 前記拡散検出器は、前記マルチプレクサと通信することを特徴する請求項９に記載のシステム。
- 前記プロセッサと前記試料と通信する、少なくとも１つの光バイアスコントローラをさらに含み、該少なくとも１つの光バイアスコントローラは、試料上に入射する光信号の光特性を変更するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記プロセッサと前記試料と通信する、少なくとも１つの電気バイアスコントローラをさらに含む請求項１に記載のシステム。
- 太陽電池の特性を測定するためのシステムにおいて、
３００ｎｍから３０００ｎｍのスペクトル域を有する少なくとも１つの光信号を照射する少なくとも１つの光源と、
前記光信号の前記スペクトル域を選択的に狭めるように構成された少なくとも１つの波長選択器と、
少なくとも１つのビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターと光通信する少なくとも１つの参照検出器であって、前記光信号の少なくとも１つの特性を測定するように構成された参照検出器と、
前記ビームスプリッターからの前記光信号で照射される少なくとも１つの試料と、
前記ビームスプリッターおよび前記試料と光通信する少なくとも１つの拡散装置と、
前記拡散装置と通信する少なくとも１つの拡散検出器であって、前記光信号を照射されたときに、前記試料で拡散された光の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された拡散検出器と、
前記拡散装置および前記ビームスプリッターを介して前記試料と光通信する反射検出器であって、前記試料で反射した前記光信号の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された反射検出器と、
前記参照検出器、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器、前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのマルチプレクサと、
前記マルチプレクサを介して、前記参照検出器と、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器および前記反射検出器のうち少なくとも１つと通信する少なくとも１つのプロセッサであって、前記参照検出器、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器および前記反射検出器のうち少なくとも１つから受信された１以上の光信号を含むデータに基づいて、前記試料の少なくとも１つの特性を計算するように構成されたプロセッサと
を含み、
前記光源に近接して配置され、前記光源から放出された光信号を変調するように構成された少なくとも１つの変調器をさらに含むシステム。 - 前記光源に近接して配置された少なくとも１つの波長フィルタであって、前記光源によって照射された広域スペクトル光信号をスペクトル的に狭めるように構成された波長フィルタをさらに含む請求項１３に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記参照検出器から受信したデータと、前記反射検出器、前記拡散装置、前記拡散検出器および前記試料のうち少なくとも１つから受信したデータに基づいて前記試料の前記量子効率を計算するように構成されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、計算された前記量子効率と、前記参照検出器、前記試料、前記拡散装置、前記拡散検出器および前記反射検出器のうち少なくとも１つから受信したデータに基づいて、前記試料の内部量子効率を計算するように構成されたことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
- 前記試料に近接して配置された伝送検出器であって、前記光源によって照射され、前記試料を通って伝送される光信号を検出するように構成された伝送検出器をさらに含む請求項１３に記載のシステム。
- 前記伝送検出器は、前記マルチプレクサと通信することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
- 前記マルチプレクサおよび前記プロセッサのうち少なくとも１つと通信する検出器測定装置をさらに含む請求項１３に記載のシステム。
- 前記検出器測定装置は、ロックインアンプを含む請求項１９に記載のシステム。
- 前記プロセッサと前記試料と通信する、少なくとも１つの光バイアスコントローラをさらに含み、該少なくとも１つの光バイアスコントローラは、試料上に入射する光信号の光特性を変更するように構成されたことを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
- 前記プロセッサと前記試料と通信する、少なくとも１つの電気バイアスコントローラをさらに含む請求項１３に記載のシステム。
- 太陽電池の量子効率および内部量子効率を測定する方法において、
制御された波長と強度を有する少なくとも１つの光信号を生成することと、
少なくとも１つの変調器を用いて、前記生成された光信号を変調することと、
前記変調された光信号を第１信号と第２信号に分割することと、
前記第１信号の少なくとも１つの光学特性を測定するように構成された参照検出器に前記第１信号を導くことと、
前記参照検出器を用いて前記第１信号の前記光学特性を測定することと、
試料に前記第２信号を導くことと、
反射検出器を用いて、前記試料で反射した前記第２信号の少なくとも１つの光学特性を測定することと、
入射した前記第２信号の波長で、試料によって光生成された電気信号を測定することと、
前記参照検出器および前記反射検出器と同時に通信するマルチプレクサを用いて、前記参照および反射検出器からのデータを多重伝送することと、
マルチプレクサと通信するプロセッサを用いて、前記参照検出器から受信した前記第１信号を含むデータと、前記反射検出器と前記試料のうち少なくとも１つから受信した前記第２信号を含むデータに基づいて前記試料の前記量子効率を計算することと、
を含む方法。 - 前記プロセッサを用いて、前記試料の前記内部量子効率を計算することをさらに含む請求項２３に記載の方法。
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