KR101734876B1 - 양자 효율 측정 시스템 및 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
태양 전지의 특성을 측정하는 시스템이 개시되어 있고, 이러한 시스템은 약 100nm 내지 약 3000nm의 스펙트럼 범위를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 조사하는 광원, 상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 파장 실렉터, 빔 스플리터, 상기 빔 스플리터와 광통신하고 상기 광 신호의 특성을 측정하도록 구성된 기준 검출기, 상기 광 신호에 의해 조사되는 시료, 상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 광 특성을 측정하도록 구성된 반사 검출기, 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 멀티플렉서, 및 상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 프로세서를 포함한다.
Description
현재, 오랫동안 지속가능한 에너지원을 개발하기 위해 상당한 노력이 이루어지고 있다. 풍력 발전기, 조력 에너지 시스템 및 바이오 연료에 대한 연구가 최근 수년에 급격히 증가하고 있다. 태양 에너지는 항상 환경 친화적인 에너지의 하나의 가능한 소스로서 생각되어 왔다. 보다 효율적인 태양전지의 연구 개발이 최근 증가하고 있다.
대부분의 실리콘 기반 태양 전지는 입사 광 신호의 파장 스펙트럼의 일부를 사용하여 광 전류를 생성한다. 단일 정션 태양 전지는 특정, 단파장 범위내의 광에 의해 조사될 때 전기를 생산한다. 효율을 증가시키기 위해, 다수의 정션 태양 디바이스가 개발되어왔다. 단일 정션 디바이스와 달리, 멀티 정션 디바이스는 광전압/광활성 물질의 다수의 층 또는 정션을 특징으로 한다. 각 층은 특정 파장 범위의 광선에 의해 조사될 때 전하를 생성하도록 구성되어 있다. 보통, 다양한 층이 상이한 파장 범위에서 광활성화되어 단일 정션 태양 디바이스 보다 효율적인 디바이스를 제공한다.
일반적으로, 태양 디바이스의 연구, 개발 및 제조 단계에서 태양 전지의 스펙트럼 성능을 특성화하는 것이 바람직하다. 광전압 디바이스(PVD)의 스펙트럼 동작을 특성화하는데 현재 사용되는 파라미터는 외부 양자 효율(QE) 및 내부 양자 효율(IQE)이다. 목적 달성을 위해, PVD I-V 커브가 PVD의 글로벌 동작을 특성화하는데 보통 사용된다. 이러한 커브로부터 다음의 파라미터가 얻어진다: Isc(단락 전류), Voc(개방 전압), 최대 전력, 태양 전지 효율 및 기생 저항. 현재, 듀얼 빔 스플리터 방법, 적분구 방법, 및 광섬유 기반 접근법과 같은, 태양 디바이스의 QE를 결정하는데 사용되는 다수의 방법이 있다. 이러한 접근법의 각각이 과거에 다소 성공적인 것으로 판명되었지만, 다수의 단점이 발견되었다. 예를 들어, 듀얼 빔 스플리터 방법 및 적분구 방법은 피시험 샘플이 하나의 테스트 스테이션으로부터 또 다른 테스트 스테이션으로 이동될 필요가 있거나 이러한 테스트 스테이션내의 하나 이상의 컴포넌트가 내부 양자 효율의 측정을 위해 필요한 반사 측정값을 얻기 위해 제거되거나 상이한 컴포넌트로 대체될 필요가 있다. 이러한 기술을 사용하는 PVD의 특성화는 시간 소모적인 공정이 되는 경향이 있다. 이와 대조적으로, 광섬유 기반 접근법은 듀얼 빔 스플리터 접근법 및 적분구 접근법과 연관된 추가 단계를 필요로 하지 않고 플렉시블 테스팅 플랫폼을 제공한다. 불행하게도, 이러한 섬유를 통한 광 전파와 연관된 손실은 내부 양자 효율의 결정의 정밀도에 역효과를 줄 수도 있는 불확실성을 유발한다.
따라서, 상기의 관점에서, 피시험 샘플의 양자 효율을 신속하고 정확하게 측정할 수 있는 향상된 양자 효율 측정 시스템이 계속 요구되고 있다.
본 발명은 시료의 하나 이상의 광 특성을 측정할 수 있고 이러한 광 특성에 기초하여 시료의 양자 효율 및 내부 양자 효율을 계산할 수 있는 다양한 시스템을 개시하고 있다. 종래 시스템과 달리, 본 측정 시스템은 측정 공정을 완료하기 위해 측정 시스템의 다양한 광 컴포넌트의 추가 또는 수정을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 시스템은 조사중인 시료가 측정 공정을 완료하기 위해 또 다른 측정 스테이션으로 이동되거나 재위치지정될 필요가 없다. 종래 시스템과 달리, 본 시스템은 측정 시스템내의 다양한 검출기 및 다른 디바이스로부터 신호를 동시에 수신할 수 있는 멀티플렉서를 포함한다. 본 시스템은 시료의 다양한 광 특성을 효율적으로 정확하게 측정할 수 있고 리뷰중인 시료의 양자 효율 및 내부 양자 효율을 정확하게 계산할 수 있는 것이 증명되었다.
하나의 실시예에서, 본 발명은 태양전지의 특성 측정 시스템에 관한 것이고, 약 100nm 내지 약 3000nm의 스펙트럼 범위를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 조사하는 적어도 하나의 광원; 상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 적어도 하나의 파장 실렉터; 적어도 하나의 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터와 광통신하고, 상기 광 신호의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 기준 검출기; 상기 빔 스플리터로부터 상기 광 신호에 의해 조사되는 적어도 하나의 시료; 상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고, 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 반사 검출기; 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 적어도 하나의 멀티플렉서; 및 상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고, 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 태양전지의 특성 측정 시스템에 관한 것이고, 약 100nm 내지 약 3000nm의 스펙트럼 범위를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 조사하는 적어도 하나의 광원; 상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 적어도 하나의 파장 실렉터; 적어도 하나의 빔 스플리터; 상기 빔 스플리터와 광통신하고, 상기 광 신호의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 기준 검출기; 상기 빔 스플리터로부터 상기 광 신호에 의해 조사되는 적어도 하나의 시료; 상기 빔 스플리터와 상기 시료와 광통신하는 적어도 하나의 확산 디바이스; 상기 확산 디바이스와 통신하고, 상기 광 신호에 의해 조사될 때 상기 시료에 의해 분산된 광의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 확산 검출기; 상기 확산 디바이스와 상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고, 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 반사 검출기; 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 적어도 하나의 멀티플렉서; 및 상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고, 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 시료의 양자 효율 및 내부 양자 효율을 계산하는 다양한 방법을 개시한다. 하나의 실시예에서, 본 발명은 태양전지의 양자 효율 및 내부 양자 효율 측정 방법에 관한 것이고, 제어된 파장 및 강도를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 생성하는 단계; 상기 광 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분할하는 단계; 상기 제1 신호를 상기 제1 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 기준 검출기로 지향시키는 단계; 상기 기준 검출기에 의해 상기 제1 신호의 광 특성을 측정하는 단계; 상기 제2 신호를 시료로 지향시키는 단계; 반사 검출기에 의해 상기 시료에 의해 반사된 상기 제2 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하는 단계; 입사 제2 신호의 각 파장에서 시료에 의해 광생성된 전기 신호를 측정하는 단계; 기준 검출기 및 반사 검출기로부터의 데이터를 상기 기준 검출기 및 반사 검출기와 동시에 통신하는 멀티플렉서에 의해 멀티플렉싱하는 단계; 및 상기 기준 검출기 및 반사 검출기에 의해 측정된 광 특성에 기초하여 상기 시료의 양자 효율을 멀티플렉서와 통신하는 프로세서에 의해 계산하는 단계;를 포함한다.
여기에 개시된 다양한 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 다른 특징 및 장점은 아래의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
양자 효율 측정 시스템의 다양한 실시예는 첨부된 도면에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 모듈레이팅된 광 신호를 측정하도록 구성된 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 논-모듈레이팅된 광 신호를 측정하도록 구성된 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 3은 피시험 시료에 의해 분산된 확산광을 측정할 수 있는 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 1은 모듈레이팅된 광 신호를 측정하도록 구성된 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 논-모듈레이팅된 광 신호를 측정하도록 구성된 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 3은 피시험 시료에 의해 분산된 확산광을 측정할 수 있는 양자 효율 측정 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 1은 양자 효율 측정 시스템의 실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 이러한 측정 시스템(10)은 적어도 하나의 파장 필터(14)에 하나 이상의 광 신호를 조사하도록 구성된 하나 이상의 광원(12)을 포함하고 있다. 하나의 실시예에서, 광원(12)은 광범위 스펙트럼 광 신호(즉, 약 300nm 내지 약 3000nm의 범위)를 파장 필터(14)에 조사하도록 구성된 석영 텅스텐 할로겐 램프를 포함하고 있다. 선택적으로, 아크 램프, 크세논 램프, 중수소 램프등을 제한 없이 포함하는 임의의 다양한 대안의 광원(12)이 본 시스템에 사용될 수도 있다. 상술된 바와 같이, 광원(12)은 광범위 스펙트럼 광 신호를 파장 필터(14)에 조사하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 광원(12)이 협대역 광 신호를 조사하도록 구성될 수 있다.
다시 도 1에서, 파장 필터(14)는 임의의 다양한 파장 필터 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 파장 필터(14)는 광 필터 휠을 포함한다. 파장 필터(14)는 광원(12)으로부터 광대역 파장 스펙트럼 출력을 수신하고 광 신호의 파장 범위를 감소시켜 파장 실렉터(18)의 효율을 증가시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 파장 필터(14)는 광원(12)내에 통합될 수 있다. 대안의 실시예에서, 파장 필터(14)는 측정 시스템(10)내에 포함될 필요가 없다.
도 1에 도시된 바와 같이, 파장 필터(14)는 하나 이상의 모듈레이터(16)와 광통신한다. 모듈레이터(16)는 광원(12)에 의해 출력된 연속 광 신호를 일련의 이산 광 신호로 분할하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 모듈레이터(16)는 단일 또는 듀얼 애퍼쳐 쵸퍼 휠과 같은 광 쵸퍼를 포함한다. 하나의 실시예에서, 모듈레이터(16)는 약 8Hz 내지 약 1100Hz의 주파수를 갖는 광 신호를 산출하도록 구성되어 있지만, 당업자는 광 모듈레이터(16)가 임의의 요구되는 주파수에서, 모듈레이팅된 신호를 산출하도록 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 파장 필터(14)와 같이, 모듈레이터(16)는 광원(12)내에 통합될 수 있다. 선택적으로, 측정 시스템(10)은 모듈레이터(16) 없이 동작될 수 있다.
다시 도 1에서, 하나 이상의 파장 실렉터(18)는 광원(12)과 광 통신하여 측정 디바이스(10)내에 포함될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파장 컨트롤러(18)는 광원(12)으로부터 기계적으로 선택가능한 협대역의 파장을 전송하도록 구성된 모노크로메이터를 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 파장 실렉터(18)는 약 100nm의 스펙트럼 해상도를 갖고 있다. 또 다른 실시예에서, 파장 실랙터(18)는 약 10nm의 스펙트럼 해상도를 갖고 있다. 선택적으로, 파장 실렉터(18)는 약 0.3nm의 스펙트럼 해상도를 가질 수 있다. 또한, 격자, 그리즘, 프리즘, 홀로그래픽 옵티컬 엘리먼트등을 제한없이 포함하는 임의의 다양한 파장 선택 디바이스가 파장 실렉터(18)로서 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파장 실렉터(18)는 수동으로 동작할 수 있다. 대안의 실시예에서, 파장 실렉터(18)는 파장 실렉터(18)의 자동화된 조정을 위해 구성된 컴퓨터, 프로세서 또는 다른 컨트롤러(36)에 결합될 수 있다. 당업자는 파장 필터(14) 및 파장 실렉터(18)가 입사 신호의 스펙트럼 범위를 요구되는 스펙트럼 범위로 협소화하도록 구성된 단일 유닛에 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 컴포넌트(12, 14, 16, 18)는 튜닝가능한 모듈레이팅된 광 소스를 포함할 수 있다. 선택적으로 이산 또는 튜닝가능한 레이저가 또한 컴포넌트(12, 14, 16, 18)를 대체하도록 사용될 수도 있다. 튜닝가능한 광 소스의 파장 범위, 스펙트럼 대역폭 및 파장 증가분은 피시험 PVD의 예측되는 응답 특성과 일치하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 빔 스플리터 또는 광 신호 스플리팅 디바이스(20)는 파장 실렉터(18)와 광 통신하고 있다. 하나의 실시예에서, 빔 스플리터(20)는 하나 이상의 광 코팅이 적용된 쓰리 웨이 뉴트럴 글래스 기판을 포함한다. 당업자는 임의의 다양한 광 코팅이 유리 기반 빔 스플리터를 제조하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또 다른 실시예에서, 빔 스플리터(20)는 홀로그래픽 광 엘리먼트를 포함한다. 당업자는 빔 스플리터(20)가 하나 이상의 코팅이 적용된 폴리머 기판, 하나 이상의 코팅이 적용된 실리콘 기반 기판, 코팅되거나 코팅되지 않은 금속 기판등을 제한 없이 포함하는 임의의 다양한 디바이스를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 하나의 실시예에서, 빔 스플리터(20)는 광 신호의 50%를 전송하고 광 신호의 50%를 반사하도록 구성된다. 선택적으로, 빔 스플리터는 광 신호의 1% 내지 99%를 전송하도록 구성될 수 있다.
다시 도 1에서, 빔 스플리터(20)는 입사 광 신호의 적어도 일부를 적어도 하나의 기준 검출기(22)에 전송하고 시료 서포트(26)에 위치되거나 시료 서포트(26)에 의해 고정된 적어도 하나의 시료(24)에 광 신호의 적어도 일부를 반사시킨다. 하나의 실시예에서, 기준 검출기(22)는 공지된 스펙트럼 특성을 갖는 광다이오드를 포함하고 있다. 선택적으로, 포토멀티플라이어, CCD 디바이스, 파이로검출기등을 제한없이 포함하는, 공지된 스펙트럼 응답을 갖는 임의의 다양한 검출기가 기준 검출기(22)로서 사용될 수도 있다.
하나의 실시예에서, 시료(24)는 하나 이상의 광전압 기판 또는 태양 전지를 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 시료(24)는 하나 이상의 단결정 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 선택적으로, 시료(24)는 임의의 다양한 광활성 디바이스 또는 기판을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 임의의 다양한 시료(24)가 시료 서포트(26)에 의해 지지될 수도 있다. 또한, 시료(24)는 코팅된 기판을 포함할 수 있다. 측정 시스템(10)은 코팅된 기판의 흡수량을 측정하는데 사용될 수 있다. 대안으로, 도 1의 시스템은 감광 디바이스의 스펙트럼 보정에 사용될 수 있다. 또한, 이러한 시스템은 형광 컴포넌트에 대한 반사량, 투과량 및/또는 양자 산출량을 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 시료 서포트(26)는 시료(24)를 단단히 지지하도록 구성된 광 마운트 또는 테이블을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시료 서포트(26)는 수동으로 조정가능한 광 마운트를 포함한다. 대안의 실시예에서, 시료 서포트(26)는 컨트롤러와 통신하는 모터형 마운트를 포함할 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 마운트 또는 선형 스테이지가 시료 서포트(26)로서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 시료 서포트(26)는 요구되는 온도 범위내에 시료(24)를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 시료 서포트(26)는 섭씨 약 10도의 온도 범위내에 시료(24)를 유지하도록 구성된다. 선택적으로, 시료 서포트(26)는 섭씨 약 0.1 도의 온도 범위내에 시료(24)를 유지하도록 구성될 수 있다.
다시 도 1에서, 적어도 하나의 반사 검출기(28)가 시료(24)로부터 반사되고 빔 스플리터(20)를 투과한 광을 수신하도록 위치되어 있다. 하나의 실시예에서, 반사 검출기(28)는 광 파워 미터를 포함한다. 대안의 실시예에서, 반사 검출기(28)는 스펙트럼 포토미터를 포함할 수 있다. 선택적으로, 포토멀티플라이어, CCD 디바이스, 파워 미터, 포토미터등을 제한없이 포함하는 임의의 다양한 검출기가 반사 검출기(28)로서 사용될 수도 있다.
선택적으로, 하나 이상의 투과 검출기(30)가 시료(24) 근방에 위치될 수 있고 하나 이상의 투과된 광 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 기준 검출기(22) 및 반사 검출기(28)와 같이, 다양한 검출기 디바이스가 투과 검출기(30)로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 측정 디바이스(10)는 투과 검출기(30) 없이 동작될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기준 검출기(22), 시료(24), 반사 검출기(28) 및 투과 검출기(30)(존재한다면)의 적어도 하나는 적어도 하나의 멀티플렉서(32)와 통신할 수 있다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(32)는 상이한 검출기 또는 샘플로부터 검출기 측정 디바이스(DMD)(34)로 나오는 신호의 선택을 제어하는 소프트웨어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(32)는 하나 이상의 검출기 또는 디바이스(22, 24, 28, 30)로부터 하나 이상의 신호를 수신하고, 하나 이상의 수신된 신호를 비교하고, 조합하고 및/또는 여과하도록 구성되어 있어서, 멀티채널 측정 시스템을 제공한다. 여기에 사용된 멀티플렉서(32)에 의해 다수의 검출기 또는 디바이스(22, 24, 28, 30)는 적어도 하나의 DMD(34)와 선택적으로 통신할 수 있다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(32)는 수동으로 동작가능하여서, 사용자가 DMD(34)에 전송되는 신호를 선택할 수 있다. 대안의 실시예에서, 멀티플렉서(32)는 프로세서(36) 또는 대안의 제어 시스템(도시되지 않음)에 의해 제어되도록 구성될 수 있어서, 자동 신호 선택이 가능하다. 선택적으로, 하나 이상의 DMD(34)가 멀티플렉서(32)에 결합되거나 통신할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, DMD(34)는 상당한 백그라운드 노이즈를 갖고 있는 입력 신호로부터 공지된 반송파를 갖는 하나 이상의 신호를 추출하도록 구성된 적어도 하나의 록-인 증폭기를 포함하고 있다. 대안의 실시예에서, 검출기(28, 22, 30) 및 시료(24)는 멀티플렉서(32) 또는 개별적인 DMD(34)를 제공하기 위해 증폭기를 포함할 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 증폭기가 DMD(34)에 요구되는 입력 신호의 신호 강도를 증가시키기 위해 본 시스템에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또 다른 실시예에서, 검출기(28, 22, 30) 및 시료(24)는 프로세서(36)에 의해 제어된 개별적인 DMD(34)와 결합될 수 있다.
다시 도 1에서, 적어도 하나의 정보 프로세서(36)는 본 시스템에서 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프로세서(36)는 측정 시스템(10)에서 사용되는 다수의 디바이스와 통신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(36)는 멀티플렉서(32)와 DMD(34)중 적어도 하나를 통해 기준 검출기(22), 시료(24), 반사 검출기(28) 및 투과 검출기(30)(존재한다면)와 통신할 수 있다. 프로세서(36)는 기준 검출기(22), 시료(24), 반사 검출기(28), 및 투과 검출기(30)(존재한다면)중 적어도 하나로부터 수신된 데이터를 모니터링하고 기록하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(36)는 시료 서포트(26)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(36)는 시료 서포트(26)의 온도를 모니터링하고 조정하도록 구성될 수 있어서, 시료 서포트(26)에 의해 지지되는 시료(24)를 요구되는 온도에서 유지한다. 하나의 실시예에서, 프로세서(36)는 퍼스널 컴퓨터를 포함한다. 대안의 실시예에서, 프로세서(36)는 컴퓨터 프로세서 보드를 포함할 수 있다. 선택적으로, 임의의 다양한 프로세싱 디바이스가 본 시스템에 사용될 수 있다.
선택적으로, 측정 시스템(10)은 다양한 추가 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 측정 시스템(10)은 적어도 하나의 광 바이어스 컨트롤러(LBC; 38)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 광 바이어스 컨트롤러(38)는 시료(24)에 입사된 광 신호의 변형을 허용하도록 구성되어 있다. 예를 들어, LBC(38)는 광원(12), 프로세서(36), 및 시료(24)중 적어도 하나와 통신할 수 있다. LBC(38)는 프로세서(36)로부터 데이터를 수신할 수 있고 이에 응답하여 광원(12)의 출력을 조정할 수 있다. 선택적으로, LBC(38)는 광원(12) 또는 프로세서(36)과 통신할 필요가 없다. 사용 동안, LBC(38)는 시료(24)에 입사된 광 신호의 강도, 파장 범위, 주파수, 전력 및/도는 임의의 다른 광 특성을 변경하도록 구성될 수 있다. LBC(38)는 대역통과 필터, 공간 필터, 광 모듈레이터, 셔터, 그레이팅, 광 필터등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 측정 시스템(10)은 LBC(38) 없이 동작될 수 있다. 또한, 하나 이상의 시료 전기 바이어스 컨트롤러(EBC; 40)는 시료(24) 및 프로세서(40)와 통신할 수 있다. EBC(40)는 다수의 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, EBC(40)는 시료(24)에 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, EBC(40)는 광 존재하에 시료(124)로부터의 전기 응답을 측정하도록 구성될 수 있다. 또한, EBC(40)는 광원(12)으로부터의 광 신호로 조사될 때 시료(24)에 의해 생성된 전기 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. EBC(40)는 또한 시료(24)에 대한 I-V 커브를 결정하는데 사용될 수 있다. 예시된 EBC(40)는 소스미터, 프로그래머블 전기 소스등을 제한 없이 포함할 수 있다. 또한, 측정 시스템(10)은 EBC(40) 없이 동작될 수 있다.
도 2는 양자 효율 측정 시스템의 대안 실시예를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 이러한 측정 시스템(110)은 DC 신호를 측정하는데 사용될 수 있고, 도 1에 도시된 측정 시스템은 AC 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 측정 시스템(110)은 하나 이상의 광 신호를 적어도 하나의 파장 필터(114)에 조사하도록 구성된 하나 이상의 광원(112)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 광원(112)은 파장 필터(114)에 광범위 스펙트럼 광 신호(즉, 대략 300nm 내지 약 3000nm의 범위)를 조사하도록 구성된 석영 텅스텐 할로겐 램프를 포함한다. 이전의 실시예와 같이, 임의의 다양한 광원(112)이 측정 시스템(110)에 사용될 수도 있다. 광원(112)은 파장 필터(114)에 광범위 스펙트럼 광 신호를 조사하도록 구성될 수 있다. 이전의 실시예와 마찬가지로, 광원(112)는 협대역 광 신호를 조사하도록 구성될 수 있다.
다시 도 2에서, 파장 필터(114)는 임의의 다양한 파장 필터 디바이스를 포함할 수 있다. 파장 필터(114)는 광원(112)으로부터 출력된 넓은 파장 스펙트럼을 수신하고 광 신호의 파장 범위를 감소시키도록 구성될 수 있어서 파장 실렉터(118)의 효율을 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 파장 필터(114)는 광원(112)내에 통합될 수 있다. 대안의 실시예에서, 파장 필터(114)는 측정 시스템(110)내에 포함될 필요가 없다.
도 2에 도시된 바와 같이, 파장 필터(114)는 측정 디바이스(110)내에 포함된 하나 이상의 파장 컨트롤러(118)와 광통신한다. 하나의 실시예에서, 파장 실렉터(118)는 광원(112)으로부터 기계적으로 선택가능한 협대역의 파장을 전송하도록 구성된 모노크로메이터를 포함한다. 선택적으로, 임의의 다양한 파장 선택 디바이스는 그레이팅, 그리즘, 프리즘, 홀로그래픽 광 엘리먼트등을 제한 없이 포함하는 파장 실렉터(118)로서 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파장 실렉터(18)는 수동으로 동작될 수 있다. 대안의 실시예에서, 파장 실렉터(18)는 파장 실렉터(118)의 자동 조정을 위해 구성된 컴퓨터, 프로세서, 또는 다른 컨트롤러에 결합될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 빔 스플리터 또는 광 신호 스플리팅 디바이스(120)가 파장 실렉터(118)와 광 통신한다. 하나의 실시예에서, 빔 스플리터(120)는 하나 이상의 광 코팅이 적용된 쓰리웨이 뉴트럴 유리 기판을 포함한다. 당업자는 임의의 다양한 광 코팅이 유리 기반 빔 스플리터를 제조하는데 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 선택적으로, 빔 스플리터(120)는 홀로그래픽 광 엘리먼트를 포함할 수 있다. 당업자는 빔 스플리터가 하나 이상의 코팅이 적용된 폴리머 기판, 하나 이상의 코팅이 적용된 실리카-기반 기판, 코팅되거나 코팅되지 않은 금속 기판등을 제한없이 포함하는 임의의 다양한 디바이스를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 하나의 실시예에서, 빔 스플리터(120)는 광신호의 50%를 투과하고 광신호의 50%를 반사하도록 구성된다. 선택적으로, 빔 스플리터는 광신호의 1% 내지 99%를 투과하도록 구성될 수 있다.
다시 도 2에서, 빔 스플리터(120)는 입사 광 신호의 적어도 일부를 적어도 하나의 기준 검출기(122)에 투과하고 광 신호의 적어도 일부를 시료 서포트(126)에 위치되거나 시료 서포트(126)에 의해 고정된 적어도 하나의 시료(124)에 반사한다. 하나의 실시예에서, 기준 검출기(22)는 공지된 스펙트럼 특성을 갖는 포토다이오드이다. 선택적으로, 공지된 스펙트럼 응답을 갖는 임의의 다양한 검출기가 포토멀티플라이어, CCD 디바이스, 파이로검출기등을 제한없이 포함하는 기준 검출기(122)로서 사용될 수도 있다. 또한, 시료 서포트(126)는 시료(124)를 안전하게 지지하도록 구성된 광 마운트 또는 테이블을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시료 서포트(126)는 수동 조정가능한 광 마운트를 포함한다. 대안의 실시예에서, 시료 서포트(126)는 컨트롤러와 통신하는 모터형 마운트를 포함할 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 마운트 또는 선형 스테이지가 시료 서포트(126)로서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 시료 서포트(126)는 요구되는 온도 범위내에 시료(124)를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 시료 서포트(126)는 시료(124)를 대략 섭씨 10도의 온도 범위내에 유지하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시료 서포트(126)는 대략 섭씨 0.1도의 온도 범위내에 시료(124)를 유지하도록 구성된다.
다시 도 2에서, 적어도 하나의 반사 검출기(128)는 시료(124)로부터 반사된 광을 수신하고 빔 스플리터(120)를 투과한 광을 수신하도록 위치되어 있다. 하나의 실시예에서, 반사 검출기(128)는 공지된 스펙트럼 특성을 가진 포토다이오드를 포함한다. 선택적으로, 포토멀티플라이어, CCD 디바이스, 파이로검출기등을 제한없이 포함하는 공지된 스펙트럼 응답을 갖는 임의의 다양한 검출기가 기준 검출기(122)로서 사용될 수도 있다.
선택적으로, 하나의 투과 검출기(130)가 시료(124) 근방에 위치될 수 있고 하나의 이상의 투과된 광 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 기준 검출기(122) 및 반사 검출기(128)와 같이, 임의의 다양한 검출기 디바이스가 투과 검출기(130)로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 측정 디바이스(110)는 투과 검출기(130) 없이 동작될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기준 검출기(122), 시료(124), 반사 검출기(128) 및 투과 검출기(130)(존재한다면)중 적어도 하나는 적어도 하나의 멀티플렉서(132)와 통신할 수 있다. 이전의 실시예에와 마찬가지로, 멀티플렉서(132)는 하나의 이상의 검출기 또는 디바이스(122, 124, 128, 130)로부터 하나 이상의 신호를 수신하고 이렇게 수신된 하나 이상의 신호를 비교, 조합 및/또는 여과하도록 구성되어서, 멀티채널 측정 시스템을 제공한다. 여기에 사용된 멀티플렉서(132)에 의해 다수의 검출기 또는 디바이스(122, 124, 128, 130)는 하나 이상의 검출기 측정 디바이스(DMD; 134)와 선택적으로 통신할 수 있다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(132)는 수동으로 동작되어서, 사용자는 프로세서(136)에 투과되는 신호를 선택할 수 있다. 대안의 실시예에서, 멀티플렉서(132)는 프로세서(136) 또는 대안의 제어 시스템(도시되지 않음)에 의해 제어되도록 구성될 수 있어서, 자동 신호 선택을 가능케한다. 선택적으로, 하나 이상의 DMD(134)는 멀티플렉서(132)에 결합되거나 통신할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, DMD(134)는 광 전력계와 같은 DC 전력계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, DMD(134)는 아날로그-디지털 컨버터를 포함한다. 대안의 실시예에서, 검출기(128, 122, 130) 및 시료(124)의 각각은 멀티플렉서(132) 또는 개별적인 DMD(134)에 적합한 신호를 제공하도록 증폭기를 포함할 수 있다. 당업자는 멀티미터, 포토미터등을 제한없이 포함하는 임의의 다양한 광 디바이스(134)가 본 시스템에 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 실시예에서, 검출기(18, 122, 130) 및 시료(124)중 적어도 하나는 프로세서(136)에 의해 제어되는 개별적인 DMD와 결합될 수 있다.
다시 도 2에서, 적어도 하나의 정보 프로세서(136)가 본 시스템에서 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프로세서(136)는 측정 시스템(110)에 사용되는 다수의 디바이스와 통신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(136)는 멀티플렉서(132) 및 DMD(134)중 저어도 하나를 통해 기준 검출기(122), 시료(124), 반사 검출기(128), 및 투과 검출기(130)(존재하다면)와 통신할 수 있다. 프로세서(136)는 기준 검출기(122), 시료(124), 반사 검출기(128), 및 투과 검출기(130)(존재하다면)중 적어도 하나로부터 수신된 데이터를 모니터링하고 기록하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(136)는 시료 서포트(126)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 시료 서포트(126)의 온도를 모니터링하고 조정하도록 구성될 수 있어서, 요구되는 온도에 시료 서포트(126)에 의해 지지된 시료(124)를 유지할 수 있다. 하나의 실시예에서, 프로세서(136)는 퍼스널 컴퓨터를 포함한다. 대안의 실시예에서, 프로세서(136)는 컴퓨터 프로세서 보드를 포함한다. 선택적으로, 임의의 다양한 프로세싱 디바이스가 본 시스템에 사용될 수 있다.
선택적으로, 측정 시스템(110)은 다양한 추가 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 실시예와 같이, 측정 시스템(110)은 광 바이어스 컨트롤러(LBC; 138)를 포함할 수 있다. 당업자는 측정 시스템(110)이 LBC(138) 없이 동작될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하나의 실시예에서, LBC(138)는 시료(124)에 입사된 광 신호의 변화를 허용하도록 구성되어 있다. 예를 들어, LBC(138)는 광원(112), 프로세서(136), 및 시료(124)중 적어도 하나와 통신할 수 있다. LBC(138)는 프로세서(136)로부터 데이터를 수신할 수 있고 이에 응답하여 광원(112)의 출력을 조정할 수 있다. 선택적으로, 광 바이어스 컨트롤러(138)는 광원(112) 또는 프로세서(136)와 통신할 수 없다. 사용 동안에, LBC(138)는 시료(124)에 입사된 출력 신호의 강도, 파장 범위, 전력 및/또는 임의의 다른 광 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. LBC(138)는 대역통과 필터, 공간 필터, 광 모듈레이터, 셔터, 그레이팅, 광 필터등을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 전기 바이어스 컨트롤러(EBC; 140)는 시료(124) 및 프로세서(136)중 적어도 하나와 통신할 수 있다. EBC(140)는 다수의 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, EBC(140)는 필요하다면, 시료(124)에 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, EBC(140)는 광의 존재하에 시료(124)로부터 전기 응답을 측정하도록 구성될 수 있다. EBC(140)는 광원(112)으로부터 광신호로 조사될 때 시료(124)에 의해 생성된 전기 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, EBC(140)는 시료(124)에 대한 I-V 커브를 결정하는데 사용될 수 있다. 예시된 EBC(140)는 소스미터, 프로그래머블 전기 소스등을 제한 없이 포함한다. 당업자는 측정 시스템(110)이 시료 미터(140) 없이 동작될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 3은 양자 효율 측정 시스템의 대안 실시예를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 측정 시스템(210)은 하나 이상의 광 신호를 조사하도록 구성된 하나 이상의 광원(212)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 광원(212)은 광범위 스펙트럼 광 신호(즉, 약 300nm 내지 약 3000nm 범위)를 조사하도록 구성된 석영 텅스텐 할로겐 램프를 포함한다. 선택적으로, 아크 램프, 크세논 램프, 중수소 램프등을 제한없이 포함하는 임의의 다양한 대안의 광원(212)이 본 시스템에 사용될 수도 있다. 이전의 실시예와 같이, 광원(212)은 광범위 스펙트럼 또는 협범위 스펙트럼 광 신호를 조사하도록 구성될 수 있다.
다시 도 3에서, 적어도 하나의 파장 필터(214), 적어도 하나의 모듈레이터(216), 및/또는 적어도 하나의 파장 실렉터(218)가 선택적으로 측정 시스템(210)에 포함될 수 있다. 이전의 실시예와 같이, 파장 필터(214)는 임의의 다양한 파장 필터 디바이스를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 임의의 다양한 모듈레이터(216) 및/또는 파장 실렉터(218)가 본 시스템(210)에 사용될 수 있다. 선택적으로, 파장 필터(214), 모듈레이터(216) 및/또는 파장 실렉터(218)가 광원(212)내에 통합될 수 있다. 대안의 실시예에서, 파장 필터(214), 모듈레이터(216), 및/또는 파장 실렉터(218)가 측정 시스템(210)내에 포함될 필요는 없다.
도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 빔 스플리터 또는 광 신호 스플리팅 디바이스(220)는 광원(212)과 광통신한다. 하나의 실시예에서, 빔 스플리터(220)는 하나 이상의 광 코팅이 적용된 쓰리웨이 뉴트럴 유리 기판을 포함한다. 당업자는 임의의 다양한 광 코팅이 유리 기반 빔 스플리터를 제조하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또 다른 실시예에서, 빔 스플리터(220)는 홀로그래픽 광 엘리먼트를 포함한다. 당업자는 빔 스플리터(220)는 하나 이상의 코팅이 적용된 폴리머 기판, 하나 이상의 코팅이 적용된 실리카 기반 기판, 코팅되거나 언코팅된 금속 기판등을 제한없이 포함하는 임의의 다양한 디바이스를 포함할 수 있다. 또한, 하나의 실시예에서, 빔 스플리터(220)는 광 신호의 50%를 투과하고 광 신호의 50%를 반사하도록 구성되어 있다. 선택적으로, 빔 스플리터는 광 신호의 1% 내지 99%를 투과하도록 구성될 수 있다.
도 3에서, 이전의 실시예와 같이, 빔 스플리터(220)는 입사된 광 신호의 적어도 일부를 적어도 하나의 기준 검출기(222)에 투과하고 광 신호의 적어도 일부를 시료 서포트(226)에 위치되거나 시료 서포트(226)에 의해 고정된 적어도 하나의 시료(224)에 확산 디바이스(260)를 통해 반사한다. 하나의 실시예에서, 기준 검출기(222)는 공지된 스펙트럼 특성을 가진 포토다이오드를 포함한다. 선택적으로, 포토멀티플라이어, CCD 디바이스, 파이로검출기등을 제한없이 포함하는 공지된 스펙트럼 응답을 갖는 임의의 다양한 검출기가 기준 검출기(222)로서 사용될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 확산 디바이스(260)가 빔 스플리터(220)와 시료(224) 사이에 위치되어 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 확산 디바이스(260)는 적분구를 포함한다. 선택적으로, 임의의 다양한 대안의 확산 디바이스(260)가 측정 시스템(210)에 사용될 수 있다. 광 신호는 확산 디바이스(260)를 통해 지향될 수 있고 시료 서포트(226)에 의해 지지된 시료(224)에 입사될 수 있다. 하나의 실시예에서, 시료(224)는 하나 이상의 과전압 기판 또는 태양전지를 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 시료(224)는 하나 이상의 단결정 실리콘 웨이퍼를 포함한다. 선택적으로, 시료(224)는 임의의 다양한 광활성 디바이스 또는 기판을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 임의의 다양한 시료(224)가 시료 서포트(226)에 의해 지지될 수도 있다. 또한, 시료(224)는 코팅된 기판을 포함할 수 있다. 측정 시스템(210)은 코팅된 기판의 흡수도를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 이전의 실시예와 같이, 도 3에 도시된 측정 시스템(210)은 감광 디바이스의 스펙트럼 보정을 위해 사용될 수 있다. 선택적으로, 측정 시스템(210)은 형광 컴포넌트에 대한 반사도, 투과도, 및/또는 양자 산출도를 결정하는데 사용될 수 있다.
다시 도 3에서, 시료 서포트(226)는 시료(224)를 단단히 지지하도록 구성된 광 마운트 또는 테이블을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시료 서포트(226)는 수동으로 조정가능한 광 마운트를 포함한다. 선택적으로, 시료 서포트(226)는 컨트롤러와 통신하는 모터형 마운트를 포함할 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 마운트 또는 선형 스테이지가 시료 서포트(226)로서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 시료 서포트(226)가 시료(224)를 요구된 온도 범위내에 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 시료 서포트(226)는 약 섭씨 10도의 온도 범위내에 시료(224)를 유지하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 시료 서포트(226)는 섭씨 약 0.1도의 온도 범위내에 시료(224)를 유지하도록 구성될 수 있다. 측정 시스템(210)은 하나 이상의 온도 컨트롤러를 선택적으로 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 반사 검출기(228) 및 적어도 하나의 확산 검출기(262)가 측정 시스템(210)내에 포함될 수 있다. 도시된 바와 같이, 확산 검출기(262)는 확산 디바이스(260) 근방에 위치될 수 있고 시료(224)에 의해 분사되거나 확산된 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 반사 검출기(228)는 시료(224)로부터 반사되고 빔 스플리터(220)를 투과한 광을 수신하도록 위치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 반사 검출기(228) 및.또는 확산 검출기(262)는 광 전력미터를 포함한다. 대안의 실시예에서, 반사 검출기(228) 및/또는 확산 검출기(262)는 스펙트럼 포토미터를 포함할 수 있다. 선택적으로, 포토멀티플라이어, CCD 디바이스, 전력 미터, 포토미터등을 제한 없이 포함하는 임의의 다양한 검출기가 반사 검출기(228) 및/또는 확산 검출기(262)로서 사용될 수도 있다.
선택적으로, 하나 이상의 투과 검출기(230)는 시료(224) 근방에 위치될 수 있고, 시료(224)를 투과한 하나 이상의 광 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 기준 검출기(222), 반사 검출기(228) 및/또는 확산 검출기(262)와 같이, 임의의 다양한 검출기 디바이스가 투과 검출기(230)로서 사용될 수 있다. 선택적으로, 측정 디바이스(210)는 투과 검출기(230) 없이 동작될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기준 검출기(222), 시료(224), 반사 검출기(228), 확산 디바이스(260), 확산 검출기(262) 및 투과 검출기(230)(존재한다면)중 적어도 하나는 적어도 하나의 멀티플렉서(232)와 통신할 수 있다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(232)는 별개의 장비를 포함한다. 대안의 실시예에서, 멀티플렉서(232)는 상이한 검출기 또는 샘플로부터 검출기 측정 디바이스(DMD; 234)로 나오는 신호의 선택을 제어하는 소프트웨어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(232)는 기준 검출기(222), 시료(24), 반사 검출기(228), 투과 검출기(230), 및/또는 확산 검출기(262)로부터 하나 이상의 신호를 수신하고, 이러한 수신된 하나 이상의 신호를 비교, 조합 및/또는 여과하도록 구성되어서, 멀티채널 측정 시스템을 제공한다. 여기에 사용된 멀티플렉서(232)에 의해 기준 검출기(222), 시료(224), 반사 검출기(228), 투과 검출기(230) 및/또는 확산 검출기(262)중 적어도 하나는 적어도 하나의 DMD(234)와 선택적으로 통신할 수 있다. 하나의 실시예에서, 멀티플렉서(232)는 수동으로 동작될 수 있어서, 사용자가 DMD(234)로 전송된 신호를 선택할 수 있다. 대안의 실시예에서, 멀티플렉서(232)는 프로세서(236) 또는 대안의 제어 시스템(도시되지 않음)에 의해 제어되도록 구성될 수 있어서, 자동 신호 선택을 가능케한다. 선택적으로, DMD(234)는 멀티플렉서(232)에 결합되거나 멀티플렉서(232)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, DMD(234)는 상당한 백그라운드 노이즈를 갖고 있는 입력 신호로부터 공지된 반송파를 갖는 하나 이상의 신호를 추출하도록 구성된 적어도 하나의 록-인 증폭기를 포함한다. 대안의 실시예에서, 기준 검출기(222), 시료(224), 반사 검출기(228), 투과 검출기(230), 확산 디바이스(260) 및/또는 확산 검출기(262)는 멀티플렉서(232) 또는 개별적인 DMD(234)에 적합한 신호를 제공하기 위해 증폭기를 포함할 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 증폭기 본 시스템에 사용될 수 있어서 DMD(234)로의 요구되는 입력 신호의 신호 강도를 증가시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또 다른 실시예에서, 기준 검출기(222), 시료(2240, 반사 검출기(228), 투과 검출기(230) 및/또는 확산 검출기(262)는 하나 이상의 프로세서(236)에 의해 제어되는 개별적인 DMD(234)와 결합될 수 있다.
다시 도 3에서, 적어도 하나의 정보 프로세서(236)가 본 시스템에 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프로세서(236)는 측정 시스템(210)에 사용된 다수의 디바이스와 통신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(236)는 멀티플렉서(232) 및 DMD(234)중 적어도 하나를 통해 기준 검출기(222), 시료(224), 반사 검출기(228), 투과 검출기(230) 및/도는 확산 검출기(262)와 통신할 수 있다. 프로세서(236)는 기준 검출기(222), 시료(224), 반사 검출기(228), 투과 검출기(230) 및/또는 확산 검출기(262)로부터 수신된 데이터를 모니터링하고 기록하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(236)는 시료 서포트(226)와 통신할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(236)는 시료 서포트(226)의 온도를 모니터링하고 조정하도록 구성될 수 있어서, 시료 서포트(226)에 의해 지지된 시료(224)를 요구되는 온도로 유지할 수 있다. 하나의 실시예에서, 프로세서(236)는 퍼스널 컴퓨터를 포함한다. 대안의 실시예에서, 프로세서(236)는 컴퓨터 프로세서 보드를 포함할 수 있다. 선택적으로, 임의의 다양한 프로세싱 디바이스가 본 시스템에 사용될 수 있다.
선택적으로, 측정 시스템(210)은 다양한 추가 디바이스를 포함할 수 있다. 이전에 실시예와 같이, 도 3에 도시된 바와 같이, 측정 시스템(210)은 적어도 하나의 바이어스 컨트롤러(LBC; 238)를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 라이트 바이어스 컨트롤러(238)는 시료(224)에 입사된 광 신호를 변경가능하도록 구성되어 있다. 예를 들어, LBC(238)는 광원(22), 프로세서(236), 및 시료(24)와 통신할 수 있다. LBC(238)는 프로세서(236)로부터 데이터를 수신할 수 있고, 이에 응답하여 광원(212)의 출력을 조정할 수 있다. 선택적으로, LBC(238)는 광원(22) 또는 프로세서(236)와 통신할 필요는 없다. 사용 동안, LBC(238)는 시료(224)에 입사된 광 신호의 강도, 파장 범위, 주파수, 전력 및/또는 다른 광 특성을 변경하도록 구성될 수 있다. LBC(238)는 대역통과 필터, 공간 필터, 광 모듈레이터, 셔터, 그레이팅, 광 필터등을 포함할 수 있다. 선택적으로, 측정 시스템(210)은 LBC(238) 없이 동작될 수 있다. 또한, 하나 이상의 시료 전기 바이어스 컨트롤러(EBC; 240)는 시료(224)와 프로세서(236)중 적어도 하나와 통신할 수 있다. EBC(240)는 다수의 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, EBC(240)는 시료(224)에 바이어스 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, EBC(240)는 광의 존재하에 시료(224)로부터의 전기 응답을 측정하도록 구성될 수 있다. 또한, EBC(240)는 광원(212)로부터 광 신호가 조사될 때 시료(224)에 의해 생성된 전기 신호를 측정하도록 구성될 수 있다. EBC(240)는 또한 시료(224)에 대한 I-V 커브를 결정하도록 사용될 수 있다. 예시된 EBC(240)는 소스미터, 프로그래머블 전기 소스등을 제한 없이 포함할 수 있다. 또한, 측정 시스템(210)은 EBC(240) 없이 동작될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 사용 동안 광원(12)은 광범위 스펙트럼 프로파일(예를 들어, 약 100nm 내지 약 2000nm 범위)을 갖는 광 신호를 조사한다. 이후로, 광 신호의 스펙트럼 프로파일은 파장 필터(14)에 의해 협소화되고 이러한 광 신호는 모듈레이터(16)에 의해 변조된다. 이후로, 파장 실렉터(18)는 광 신호의 파장 프로파일을 더 협소화한다. 스펙트럼 협소화된 광 신호는 그다음, 광을 기준 검출기(22)와 시료(24)에 동시에 전달하는 빔 스플리터(20)에 입사된다. 그다음, 시료(24)에 의해 반사된 광은 빔 스플리터(20)에 투과되고 반사 검출기(28)에 의해 측정된다. 검출기 및 디바이스(22, 24, 28, 30)(존재한다면)로부터의 데이터는 DMD(34)와 멀티플렉서(32)를 통해 프로세서(36)에 의해 액세스될 수 있다. 종래 기술과는 달리, 멀티플렉서(32)는 시료(24)가 상이한 테스팅 스테이션으로 이동될 필요없이 또는 광 컴포넌트가 측정 시스템으로 대체될 필요없이 기준 검출기(22), 시료(24), 반사 검출기(28) 및 투과 검출기(30)(존재한다면)로부터의 측정을 사실상 동시에 가능케 한다. 보다 구체적으로, 도 1에 도시된 시스템에 의해 사용자는 내부 양자 효율 및 외부 양자 효율을 동시에 결정할 수 있다. 예를 들어, 양자 효율(QE)는 임의의 다양한 알고리즘 또는 방정식을 사용하여 프로세서에 의해 계산될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 프로세서(36)는 아래의 등식을 사용하여 양자 효율을 계산하도록 구성될 수 있다.
여기에서, h는 플랭크 상수이고, c는 진공상태에서의 광속도이고, q는 기본 전하이고, R pa (λ)는 조사되는 샘플의 파워 스펙트럼 응답이다. 샘플의 파워 스펙트럼 응답은 샘플(24)로부터 기록된 신호로부터 결정된다(각각 도 1 그리고 기준 검출기(22)).
선택적으로, 적어도 하나의 검출기의 사전측정 및 응답은 양자 효율의 계산을 위해 기준 검출기의 응답도를 결정하도록 실행될 수 있다. 이후에, 프로세서(36)는 내부 양자 효율(IQE)를 계산하도록 구성된 임의의 수 또는 다양한 알고리즘 또는 방정식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 양자 효율은 아래의 등식을 사용하여 계산될 수 있다.
여기에서, R은 강한 스펙트럼 컴포넌트를 갖는 샘플에 대해 검출기(28)를 사용하여 또는 강한 확산 반사 컴포넌트를 갖는 샘플에 대해 검출기(228, 262)를 사용하여 측정된 샘플의 반사도이다.
반사 및 투과 컴포넌트를 갖는 샘플에 대해, 내부 양자 효율은 아래의 등식을 사용하여 계산된다.
여기에서, 샘플의 투과도는 검출기(예를 들어, 검출기(30, 130, 또는 230) 각각)을 사용하여 결정된다.
대조적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 테스트 동안 시료(224)에 의해 분산되는 광은 확산 검출기(262)에 결합된 확산 디바이스(260)에 의해 포착된다. 결과적으로, 도 3에 도시된 시스템에 의해 기준 검출기(222), 시료(224), 반사 검출기(228), 투과 검출기(230) 및/또는 확산 검출기(262)로부터의 동시 측정이 가능하다.
태양전지의 양자 효율을 제공하는 것에 더하여, 본 시스템은 시료의 IQE 스캐닝 이미지 및 I-V 스캐닝 이미지 또는 커브를 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, IQE 스캐닝 이미지 및/또는 I-V 커브 또는 스캐닝 이미지는 본 시스템을 사용하여 얻을 수 있다. IQE 측정 공정과 같이, IQE 및 I-V 스캐닝 이미지는 도 1 내지 도 3에 도시된 온전히 자동화된 시스템을 사용하여 얻을 수 있다. 또한, 이러한 스캐닝 이미지는 시료가 재위치될 필요없이 또는 시스템에 추가적인 컴포넌트가 추가될 필요없이 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 설명은 단지 예시에 불과하고, 변형 및 수정이 아래의 청구범위에 제시된 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남 없이 가능하다는 것을 이해해야 한다.
Claims (26)
100nm 내지 3000nm의 스펙트럼 범위를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 조사하는 적어도 하나의 광원;
상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 적어도 하나의 파장 실렉터;
적어도 하나의 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터와 광통신하고, 상기 광 신호의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 기준 검출기;
상기 빔 스플리터로부터 상기 광 신호에 의해 조사되는 적어도 하나의 시료;
상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고, 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 반사 검출기;
상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 적어도 하나의 멀티플렉서; 및
상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고, 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
상기 광원 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 조사된 광범위 스펙트럼 광 신호의 스펙트럼을 협소화시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 적어도 하나의 파장 실렉터;
적어도 하나의 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터와 광통신하고, 상기 광 신호의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 기준 검출기;
상기 빔 스플리터로부터 상기 광 신호에 의해 조사되는 적어도 하나의 시료;
상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고, 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 반사 검출기;
상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 적어도 하나의 멀티플렉서; 및
상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고, 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
상기 광원 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 조사된 광범위 스펙트럼 광 신호의 스펙트럼을 협소화시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 광원 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 방사된 광신호를 선택적으로 변조하도록 구성된 적어도 하나의 모듈레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 기준 검출기 그리고, 상기 반사 검출기 및 상기 시료 중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 양자 효율을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제4항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 기준 검출기, 시료 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터 및 상기 계산된 양자 효율에 기초하여 상기 시료의 내부 양자 효율을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 시료 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 조사되고 상기 시료를 투과한 광 신호를 검출하도록 구성된 투과 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제6항에 있어서, 상기 투과 검출기는 상기 멀티플렉서와 통신하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 멀티플렉서 및 상기 프로세서중 적어도 하나와 통신하는 검출기 측정 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제8항에 있어서, 상기 검출기 측정 디바이스는 록-인 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 확산 디바이스 및 적어도 하나의 확산 검출기를 더 포함하고, 상기 확산 디바이스는 상기 확산 검출기와 통신하면서 상기 시료 근방에 위치되어 있고, 상기 확산 디바이스는 상기 광 신호에 의해 조사될 때 상기 시료에 의해 분산되는 광을 포착하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제10항에 있어서, 상기 확산 검출기는 상기 멀티플렉서와 통신하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프로세서 및 시료와 통신하는 적어도 하나의 광 바이어스 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프로세서 및 시료와 통신하는 적어도 하나의 전기 바이어스 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
100nm 내지 3000nm의 스펙트럼 범위를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 조사하는 적어도 하나의 광원;
상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 적어도 하나의 파장 실렉터;
적어도 하나의 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터와 광통신하고, 상기 광 신호의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 기준 검출기;
상기 빔 스플리터로부터 상기 광 신호에 의해 조사되는 적어도 하나의 시료;
상기 빔 스플리터와 상기 시료와 광통신하는 적어도 하나의 확산 디바이스;
상기 확산 디바이스와 통신하고, 상기 광 신호에 의해 조사될 때 상기 시료에 의해 분산된 광의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 확산 검출기;
상기 확산 디바이스와 상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고, 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 반사 검출기;
상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 적어도 하나의 멀티플렉서; 및
상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고, 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
상기 광원 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 조사된 광범위 스펙트럼 광 신호의 스펙트럼을 협소화시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
상기 광 신호의 스펙트럼 범위를 선택적으로 협소화하도록 구성된 적어도 하나의 파장 실렉터;
적어도 하나의 빔 스플리터;
상기 빔 스플리터와 광통신하고, 상기 광 신호의 적어도 하나의 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 기준 검출기;
상기 빔 스플리터로부터 상기 광 신호에 의해 조사되는 적어도 하나의 시료;
상기 빔 스플리터와 상기 시료와 광통신하는 적어도 하나의 확산 디바이스;
상기 확산 디바이스와 통신하고, 상기 광 신호에 의해 조사될 때 상기 시료에 의해 분산된 광의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 확산 검출기;
상기 확산 디바이스와 상기 빔 스플리터를 통해 상기 시료와 광통신하고, 상기 시료에 의해 반사된 광 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 반사 검출기;
상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하는 적어도 하나의 멀티플렉서; 및
상기 멀티플렉서를 통해 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나와 통신하고, 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 적어도 하나의 특성을 계산하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;를 포함하고,
상기 광원 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 조사된 광범위 스펙트럼 광 신호의 스펙트럼을 협소화시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
삭제
제14항에 있어서, 상기 광원 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 방사된 광신호를 선택적으로 변조하도록 구성된 적어도 하나의 모듈레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제14항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 기준 검출기 그리고, 상기 반사 검출기, 상기 확산 디바이스, 상기 확산 검출기 및 상기 시료 중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 시료의 양자 효율을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제17항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 기준 검출기, 시료, 확산 디바이스, 확산 검출기 및 반사 검출기중 적어도 하나로부터 수신된 데이터 및 상기 계산된 양자 효율에 기초하여 상기 시료의 내부 양자 효율을 계산하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제14항에 있어서, 상기 시료 근방에 위치되고, 상기 광원에 의해 조사되고 상기 시료를 투과한 광 신호를 검출하도록 구성된 투과 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제19항에 있어서, 상기 투과 검출기는 상기 멀티플렉서와 통신하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제14항에 있어서, 상기 멀티플렉서 및 상기 프로세서중 적어도 하나와 통신하는 검출기 측정 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제21항에 있어서, 상기 검출기 측정 디바이스는 록-인 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제14항에 있어서, 상기 프로세서 및 시료와 통신하는 적어도 하나의 광 바이어스 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제14항에 있어서, 상기 프로세서 및 시료와 통신하는 적어도 하나의 전기 바이어스 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 특성 측정 시스템.
제어된 파장 및 강도를 갖는 적어도 하나의 광 신호를 생성하는 단계;
상기 광 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분할하는 단계;
상기 제1 신호를 상기 제1 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 기준 검출기로 지향시키는 단계;
상기 기준 검출기에 의해 상기 제1 신호의 광 특성을 측정하는 단계;
상기 제2 신호를 시료로 지향시키는 단계;
반사 검출기에 의해 상기 시료에 의해 반사된 상기 제2 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하는 단계;
입사 제2 신호의 각 파장에서 시료에 의해 광생성된 전기 신호를 측정하는 단계;
기준 검출기 및 반사 검출기로부터의 데이터를 상기 기준 검출기 및 반사 검출기와 동시에 통신하는 멀티플렉서에 의해 멀티플렉싱하는 단계; 및
상기 기준 검출기 및 반사 검출기에 의해 측정된 광 특성에 기초하여 상기 시료의 양자 효율을 멀티플렉서와 통신하는 프로세서에 의해 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 양자 효율 및 내부 양자 효율 측정 방법.
상기 광 신호를 제1 신호 및 제2 신호로 분할하는 단계;
상기 제1 신호를 상기 제1 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하도록 구성된 기준 검출기로 지향시키는 단계;
상기 기준 검출기에 의해 상기 제1 신호의 광 특성을 측정하는 단계;
상기 제2 신호를 시료로 지향시키는 단계;
반사 검출기에 의해 상기 시료에 의해 반사된 상기 제2 신호의 적어도 하나의 광 특성을 측정하는 단계;
입사 제2 신호의 각 파장에서 시료에 의해 광생성된 전기 신호를 측정하는 단계;
기준 검출기 및 반사 검출기로부터의 데이터를 상기 기준 검출기 및 반사 검출기와 동시에 통신하는 멀티플렉서에 의해 멀티플렉싱하는 단계; 및
상기 기준 검출기 및 반사 검출기에 의해 측정된 광 특성에 기초하여 상기 시료의 양자 효율을 멀티플렉서와 통신하는 프로세서에 의해 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 양자 효율 및 내부 양자 효율 측정 방법.
제25항에 있어서, 상기 프로세서에 의해 상기 시료의 내부 양자 효율을 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 양자 효율 및 내부 양자 효율 측정 방법.
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