KR101760209B1 - Temperature measurement method using solar cells - Google Patents
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Abstract
제안기술은 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표준이 되는 임의의 태양전지 셀의 개방전압 값을 이용하여 측정하고자 하는 태양전지의 표면 및 주변의 실제 온도를 계측하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a temperature measuring method using a solar cell, and more particularly, to a method for measuring a temperature of a surface of a solar cell to be measured and an actual temperature around the solar cell, The present invention relates to a temperature measurement method using a battery cell.
Description
제안기술은 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표준이 되는 임의의 태양전지 셀의 개방전압 값을 이용하여 측정하고자 하는 태양전지의 표면 및 주변의 실제 온도를 계측하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a temperature measuring method using a solar cell, and more particularly, to a method for measuring a temperature of a surface of a solar cell to be measured and an actual temperature around the solar cell, The present invention relates to a temperature measurement method using a battery cell.
일반적으로 III-V족 태양전지는 현존하는 태양전지 중 가장 높은 광전변환효율을 보이는 태양전지로, 고효율 특성뿐만 아니라 내방사선 특성 등이 우수하여 위성용 태양전지로 관심을 받아왔다. 최근에는 비집광형 III-V족 다중접합 태양전지가 AM1.5G 조건 하에서 38.8%에 이르는 광전변환효율을 보이면서 군사적 목적의 장기 임무 수행을 요구하는 무인기 등의 동력원으로 그 응용분야가 확대되고 있다. 이러한 다중접합 태양전지는 미국, 유럽, 일본 등에서 군사적 활용을 위한 목적으로 활발히 연구, 개발 및 생산 중이다.In general, a III-V solar cell has the highest photoelectric conversion efficiency among the existing solar cells, and has been attracting interest as a solar cell because it has excellent radiation characteristics as well as high efficiency. In recent years, non-condensing type III-V multi-junction solar cells show a photoelectric conversion efficiency of up to 38.8% under the condition of AM1.5G, and their application fields are increasingly being applied as power sources such as UAVs that require long-term mission performance for military purposes. Such multi-junction solar cells are actively researched, developed and produced for military applications in the US, Europe, and Japan.
반면에 국내의 경우, 소수의 기관에서 지상용 집광형 태양전지가 연구, 개발 수준으로 진행되고 있어 우주 및 군사적 목적의 태양전지 개발이 전무한 실정이다.On the other hand, in the case of domestic solar cells, there is no development of solar cells for space and military purposes because a small number of institutions are proceeding to research and development level.
현재 InGaP/GaAs/Ge 삼중접합 태양전지는 III-V족 계열 다중접합 태양전지 중 가장 안정적인 생산이 가능한 우주용 태양전지로, 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서는 위성과 같은 우주용 태양전지로 적용하기 위한 연구개발을 체계적으로 진행 중이다. 특히, 우주 및 고고도 환경은 지상 환경과 다른 대기, 온도, 태양광 스펙트럼에 노출되어 있기 때문에 지상용 태양전지와는 별개의 연구가 요구된다.Currently, the InGaP / GaAs / Ge triple junction solar cell is the space solar cell that can produce the most stable among the III-V family multi-junction solar cells. It is applied to space solar cells such as satellites in advanced countries such as USA, Europe and Japan. Research and development is being systematically carried out. In particular, space and high altitude environments are exposed to different atmospheric, temperature, and solar spectra than the terrestrial environment.
온도환경 조건은 태양전지의 효율 특성을 크게 좌우하는 특성으로 태양전지의 효율과 내환경성을 결정짓는 중요한 환경요소이다. III-V족 태양전지의 경우 반도체 물질로 구성되어 있기 때문에 온도 변화에 따라 물성이 달라지며, 온도 변화는 광전변환특성 중 개방전압 값을 크게 변화시켜 최종 효율 값에 크게 영향을 준다. 국내에서는 우주 및 고고도용 태양전지를 위한 온도 변화연구가 진행되고 있지 않지만, 지상용 집광형 III-V족 태양전지의 경우 상온 이상의 고온의 온도범위에서의 특성 연구가 수행되고 있다.The temperature environmental condition is an important environmental factor that determines the efficiency and environmental resistance of the solar cell because it greatly influences the efficiency characteristic of the solar cell. Since the III-V solar cell is composed of a semiconductor material, the physical properties of the III-V solar cell depend on the temperature change. The temperature change largely affects the final efficiency value by significantly changing the open voltage value among the photoelectric conversion characteristics. In Korea, research on the temperature change for space and high altitude solar cells is not under study. However, in the case of the ground-type light-collecting type III-V solar cell, a characteristic study in a temperature range of high temperature above room temperature is being conducted.
태양전지는 반도체 물질로 구성되어 있어 온도 변화에 의해 밴드갭(Band Gap)이 변화하므로, 지상환경에 비하여 온도 변화가 극심한 우주 및 고고도 환경에서 작동하는 태양전지는 이를 고려하여 제작되어야 한다. 밴드갭 변화는 태양전지의 개방전압 및 단락전류밀도를 변화시키므로, 최종적으로 태양전지의 광전변환효율을 좌우하게 된다. 온도에 따른 광전변환효율 관련 파라메터 값들의 변화를 수치로 계산하여 온도계수를 산출하게 되는데, 이는 태양전지가 온도에 얼마나 영향을 받는지를 나타내며, 작은 온도계수를 가질수록 온도변화에 안정적인 태양전지로 평가될 수 있다.Since the solar cell is composed of a semiconductor material and the band gap changes due to the temperature change, a solar cell that operates in a space and a high altitude environment where the temperature changes is considerably higher than that of the ground environment, must be manufactured considering this. The change in the bandgap changes the open-circuit voltage and the short-circuit current density of the solar cell, and ultimately determines the photoelectric conversion efficiency of the solar cell. The temperature coefficient is calculated by numerically calculating the change in the photoelectric conversion efficiency-related parameter values depending on the temperature. This indicates how much the solar cell is affected by the temperature. The smaller the temperature coefficient, the more stable the solar cell is .
우주용 태양전지를 위성 등에 활용하기 위하여 해외 선진국에서는 온도변화에 의한 태양전지의 효율특성 평가 기준을 마련하고, 우주 및 고고도 등의 극심한 온도변화 환경에 대한 성능 평가를 수행하고 있다. 하지만 각국의 정보를 많이 개방하고 있지 않아 수행하는 방식에 대한 자세한 내용은 찾아보기 힘들다.In order to utilize space solar cells for satellites, overseas advanced countries have established criteria for evaluating the efficiency characteristics of solar cells due to temperature changes, and are evaluating performance against extreme temperature changes such as space and high altitude. However, it is difficult to find out more details about how to conduct it because it does not open a lot of information about each country.
지상용 집광형 태양전지의 경우 집광 시 발생하는 열에 의한 태양전지 손상이 태양전지 수명 및 장기 성능과 관련되므로 이에 관한 연구들이 보고되고 있다. 다만, 지상 환경에서의 온도변화이기 때문에 상온 이상의 고온영역에 대한 자료들이 대부분이다. 우주 및 고고도 환경은 영하의 극저온 수준까지 고려해야 하므로, 집광형 태양전지에 비해 훨씬 넓은 영역의 온도 범위에서 그 특성을 평가하는 것이 필요하다.In the case of a ground-type light-converging solar cell, the solar cell damage due to heat generated during the condensing is related to the lifetime and the long-term performance of the solar cell. However, because of the temperature change in the ground environment, most of the data are in the high temperature range above room temperature. Since space and high altitude environments must be considered to cryogenic temperatures below zero, it is necessary to evaluate their properties over a much wider range of temperature ranges than focused solar cells.
하지만 일반적인 태양전지 셀의 온도변화 광전특성평가의 경우, 선택하는 온도 센서에 따라 그 범위와 정확도가 한정이 되어 광범위한 온도변화 측정을 하기에 적절하지 않거나, 추가 장치들이 필요하게 된다. 또한 통상적인 태양전지 셀의 극저온 광전특성 측정 시, 질소 등으로 냉각을 시키면서 히터로 가열을 하여 온도를 조절하게 되는데, 이 때 질소 냉각과 가열 간에 온도 차이가 극심하여 불필요한 냉각 혹은 가열이 반복될 수 있어 온도 센서 상의 온도와 실제 태양전지의 온도가 상이해질 수 있다. 안정화 시간을 두면 온도센서 상의 온도와 실제 태양전지의 온도가 동일해질 수 있지만, 장시간 번거로운 작업을 반복해야 하는 단점이 있다. 그 밖에 셀 두께, 크기, 형태, 태양광 조사 세기 등 외부 영향에 의해 온도센서 상의 온도와 실제 태양전지 표면 온도 간의 차이가 있을 수 있어 정확한 태양전지 표면의 온도를 측정하기 어려운 문제점이 있었다.However, in the evaluation of the photovoltaic characteristics of the temperature change photovoltaic cell of a typical solar cell, the range and accuracy of the selected temperature sensor are limited, which is not suitable for a wide range of temperature change measurement, or additional devices are required. In addition, when measuring the cryogenic photoelectric characteristics of a conventional solar cell, the temperature is controlled by heating with a heater while cooling with nitrogen or the like. At this time, a temperature difference between nitrogen cooling and heating is extremely small, The temperature on the temperature sensor may differ from the actual temperature of the solar cell. If the stabilization time is set, the temperature on the temperature sensor and the temperature of the actual solar cell can be made the same, but there is a disadvantage that it is necessary to repeat the troublesome operation for a long time. In addition, there is a difference between the temperature on the temperature sensor and the actual solar cell surface temperature due to external influences such as the cell thickness, size, shape, solar irradiation intensity, and the like.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 표준이 되는 임의의 태양전지 셀의 개방전압 값을 이용하여, 우주 및 고고도 환경인 극저온에서부터 고온까지의 광범위한 온도 범위에서 측정대상 태양전지 셀의 표면 및 주변의 실제 온도를 간편하고 정확하게 측정하여 측정대상 태양전지의 정확한 온도계수를 산출해낼 수 있는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a solar cell capable of measuring a solar cell to be measured in a wide temperature range from a cryogenic temperature to a high temperature, And an object of the present invention is to provide a temperature measuring method using a solar cell capable of easily and accurately measuring an actual temperature of a surface and a periphery of a cell to calculate an accurate temperature coefficient of the solar cell to be measured.
온도계수를 산출하여 측정대상 태양전지 셀의 온도센서로 활용할 표준 태양전지 셀을 설치하는 표준 태양전지 셀 준비 단계;A standard solar cell preparation step of calculating a temperature coefficient to install a standard solar cell to be used as a temperature sensor of a solar cell to be measured;
상기 표준 태양전지 셀에 상기 표준 태양전지 셀의 온도 측정을 위한 온도센서를 부착하는 온도센서 부착 단계;A temperature sensor attaching step of attaching a temperature sensor for measuring the temperature of the standard solar battery cell to the standard solar battery cell;
상기 표준 태양전지 셀의 온도계수 산출을 위하여 진공 챔버 내부의 척(chuck) 위에 상기 표준 태양전지 셀을 올려놓고 온도를 변화시키며 광전변환특성을 측정하는 표준 태양전지 셀의 온도계수 산출 단계;Calculating a temperature coefficient of a standard solar cell in which the standard solar cell is placed on a chuck in a vacuum chamber for measuring a temperature coefficient of the standard solar cell and the photoelectric conversion characteristic is measured by changing the temperature;
상기 표준 태양전지 셀의 온도계수를 이용하여 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도 및 광전변환특성을 측정하는 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계;를 포함하는 것으로,And evaluating a photoelectric characteristic according to a change in temperature of the solar cell to be measured, the temperature of the solar cell being measured and the photoelectric conversion characteristic of the solar cell being measured using the temperature coefficient of the standard solar cell,
상기 표준 태양전지 셀을 구성하는 반도체 물질의 개방전압 값을 이용하여 상기 측정 대상 태양전지 셀의 온도 계수를 산출하는 것을 특징으로 한다.And the temperature coefficient of the solar cell to be measured is calculated using the open-circuit voltage value of the semiconductor material constituting the standard solar cell.
상기 온도센서 부착 단계 시, 상기 온도센서는 상기 표준 태양전지 셀 표면의 전극 부분에 부착하는 것을 특징으로 한다.And the temperature sensor is attached to an electrode portion on the surface of the standard solar cell in the step of attaching the temperature sensor.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계 시, 상기 표준 태양전지 셀의 온도계수와 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도계수를 동시에 측정하였을 때 산출된 상기 표준 태양전지 셀의 온도 계수와 미리 산출해놓은 상기 표준 태양전지 셀의 온도계수를 비교하여 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.The temperature coefficient of the standard solar battery cell calculated when the temperature coefficient of the standard solar battery cell and the temperature coefficient of the measurement target solar battery cell are measured at the same time in the photoelectric property evaluation step according to the temperature change of the measurement target solar battery cell, And the temperature of the solar cell to be measured is measured by comparing the calculated temperature coefficient of the standard solar cell with the temperature coefficient of the standard solar cell.
상기 온도 계수는 단락 전류 밀도 값인 것을 특징으로 한다.And the temperature coefficient is a short-circuit current density value.
상기 온도 계수는 광전 변환 효율 값인 것을 특징으로 한다.And the temperature coefficient is a photoelectric conversion efficiency value.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계 시, -150℃ ~ 150℃의 온도 범위에서 광전특성평가가 수행되는 것을 특징으로 한다.And the photoelectric property evaluation is performed in a temperature range of -150 ° C to 150 ° C in the step of evaluating the photoelectric characteristics according to the temperature change of the solar cell to be measured.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계 시, 10-3 Torr의 진공도에서 광전특성평가가 수행되는 것을 특징으로 한다.The photoelectric property evaluation is performed at a degree of vacuum of 10 -3 Torr in the step of evaluating the photoelectric characteristics according to the temperature change of the solar cell to be measured.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화 광전특성평가 단계 시, AM0 스펙트럼 상태에서 광전특성평가가 수행되는 것을 특징으로 한다.And the photoelectric property evaluation is performed in the AM0 spectrum state in the temperature change photoelectric property evaluation step of the measurement target solar battery cell.
본 발명에 따르면, 통상적인 온도센서가 아닌 표준이 되는 임의의 태양전지 셀을 온도 측정에 이용하고, 반도체 고유의 성질인 온도에 따른 밴드갭 변화에 기반하여 표준이 되는 임의의 태양전지 셀의 온도 계수를 측정하기 때문에 외부 영향을 거의 받지 않아 측정하고자 하는 측정대상 태양전지 셀의 표면 온도 및 주변의 실제 온도를 더욱 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to use any solar cell, which is a standard rather than a conventional temperature sensor, for temperature measurement, and the temperature of any solar cell which becomes a standard based on the bandgap change according to the temperature, It is possible to more accurately measure the surface temperature of the solar cell to be measured and the actual temperature around the solar cell to be measured.
도 1은 본 발명의 태양전지 셀을 이용한 온도 측정방법에 대한 순서도.
도 2는 본 발명의 표준 태양전지 셀의 광전변환특성 측정을 위한 구성에 대한 모식도.
도 3은 본 발명의 표준 태양전지 셀의 온도 범위 -150℃ ~ 150℃에서 개방전압 측정 결과.
도 4는 본 발명의 표준 태양전지 셀의 온도 범위 -150℃ ~ 150℃에서 단락전류밀도 측정 결과.
도 5는 본 발명의 표준 태양전지 셀의 온도 범위 -150℃ ~ 150℃에서 광전변환효율 측정 결과.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a flow chart of a temperature measurement method using a solar cell of the present invention. FIG.
2 is a schematic diagram illustrating a configuration for measuring photoelectric conversion characteristics of a standard solar battery cell of the present invention.
FIG. 3 shows the result of measurement of the open-circuit voltage at a temperature range of -150 ° C. to 150 ° C. of the standard solar cell of the present invention.
4 is a graph showing the results of measurement of short-circuit current density at a temperature range of -150 ° C to 150 ° C of the standard solar battery cell of the present invention.
5 is a graph showing the results of photoelectric conversion efficiency measurement at a temperature range of -150 ° C to 150 ° C of the standard solar battery cell of the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 표준이 되는 임의의 태양전지 셀(2)의 밴드갭 변화를 이용하여 우주 및 고고도 환경인 극저온에서부터 고온까지의 광범위한 온도 범위에서 측정대상 태양전지 셀의 표면 및 주변의 실제 온도를 간편하고 정확하게 측정하여 측정대상 태양전지의 정확한 온도계수를 산출하기 위한 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법에 관한 발명이다.The present invention uses the bandgap change of a standard solar cell (2) to measure the actual temperature on the surface and the periphery of the solar cell to be measured in a wide temperature range from a cryogenic temperature to a high temperature, And accurately measuring the temperature of the solar cell to calculate an accurate temperature coefficient of the solar cell to be measured.
도 1에는 본 발명의 표준 태양전지 셀을 이용한 온도 측정방법에 대한 순서도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 표준 태양전지 셀의 광전변환특성 측정을 위한 구성에 대한 모식도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a flowchart showing a method of measuring a temperature using a standard solar cell of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of a configuration for measuring photoelectric conversion characteristics of a standard solar cell of the present invention.
본 발명의 표준 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법은,In the temperature measuring method using the standard solar cell of the present invention,
온도계수를 산출하여 측정대상 태양전지 셀의 온도센서로 활용할 표준 태양전지 셀(2)을 설치하는 표준 태양전지 셀 준비 단계(S100);A standard solar cell preparation step (S100) of calculating a temperature coefficient to install a standard solar cell (2) to be used as a temperature sensor of a solar cell to be measured;
상기 표준 태양전지 셀(2)에 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도 측정을 위한 온도센서(6)를 부착하는 온도센서 부착 단계(S110);(S110) of attaching a temperature sensor (6) for measuring the temperature of the standard solar cell (2) to the standard solar cell (2);
상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수 산출을 위하여 진공 챔버 내부의 척(chuck) 위에 상기 표준 태양전지 셀(2)을 올려놓고 온도를 변화시키며 광전변환특성을 측정하는 표준 태양전지 셀의 온도계수 산출 단계(S120);The standard
상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수를 이용하여 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도 및 광전변환특성을 측정하는 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계(S130);를 포함하여 이루어진다.(S130) of evaluating the photoelectric characteristics according to the temperature change of the solar cell to be measured which measures the temperature and photoelectric conversion characteristics of the solar cell to be measured using the temperature coefficient of the standard solar cell (2) .
상기 표준 태양전지 셀 준비 단계(S100)에서 상기 표준 태양전지 셀(2)은 기 설정된 해당 온도 범위에 대한 안정적인 성능이 검증된 상용화된 셀이 사용될 수 있다.In the standard solar cell preparation step S100, the standard
상기 표준 태양전지 셀(2)에 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도 측정을 위한 온도센서(6)를 부착하는 온도센서 부착 단계(S110)에서, 상기 온도센서(6)는 상기 표준 태양전지 셀(2)의 표면에 부착하되, 태양광 흡수를 방해하지 않는 전극(4) 부분에 접합되도록 한다. 상기 온도센서(6)의 부착 시 그리스 또는 공정용 특수 테이프 등의 접착제(8)를 사용하여 접착력을 강화하고 외부 영향을 배제하여 온도 측정 시 더 정확한 결과 값을 얻을 수 있도록 한다.In the step S110 of attaching a
상기 온도센서(6)는 주로 극세사 T타입 열전대가 사용될 수 있지만, 이는 일실시예에 불과하며 온도 범위 및 셀의 특성에 맞추어 다양한 온도센서가 선택되어 사용될 수 있음은 물론이다.The
상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수 산출 단계(S120) 시 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도 변화에 따른 밴드갭(band gap)의 변화를 이용하여 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수를 산출하게 된다. The temperature of the standard
밴드갭이란 전자가 존재하고 있는 가장 높은 에너지 레벨(valence band)에서부터 전자가 존재하지 않는 가장 낮은 에너지 레벨(conduction band) 사이의 에너지 준위나 그 에너지 차를 이야기하는 것으로, 열이나 빛 등을 통하여 충분한 양의 에너지를 받게 된다면 valence band에서 conduction band까지 전자가 뛰어넘는 것이 가능해진다. 반도체로 이루어진 태양전지의 경우 밴드갭의 차이가 적당히 적으므로 열, 빛, 전기적 에너지 등에 의해 전기가 통할 수도 있고 통하지 않을 수도 있다. 이러한 밴드갭의 변화는 태양전지의 개방전압 및 단락전류밀도를 변화시키게 되어 최종적으로 광전변환효율을 좌우할 수 있게 된다. The bandgap is the energy level between the highest energy level (valence band) where electrons are present and the lowest energy level (conduction band) where no electrons are present. If positive energy is received, electrons can jump from the valence band to the conduction band. In the case of a semiconductor solar cell, the difference in band gap is moderately small, so electricity may or may not be conducted by heat, light, electric energy, or the like. Such a change in the bandgap changes the open-circuit voltage and the short-circuit current density of the solar cell, thereby ultimately controlling the photoelectric conversion efficiency.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계(S130)는 사실상 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수 산출 단계(S120)와 동시에 이루어지게 된다.The photoelectric property evaluation step S130 according to the temperature change of the measurement target solar cell is practically performed simultaneously with the temperature coefficient calculation step S120 of the standard
상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수 산출 단계(S120)에서 진공 챔버 내부의 척(chuck) 위에 상기 표준 태양전지 셀(2)을 올려놓고 태양광을 쬐어 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도를 변화시킬 때, 상기 측정대상 태양전지 셀을 상기 표준 태양전지 셀(2)과 나란히 놓고 온도를 변화시켜 형성되는 전기적 특성을 분석하면 상기 표준 태양전지 셀(2)과 상기 측정대상 태양전지 셀 각각의 개방전압, 단락전류, 효율 등의 온도계수 그래프를 동시에 구할 수 있고, 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수 그래프를 통해 나란히 놓여 동시에 측정된 상기 측정대상 태양전지 셀의 정확한 온도를 알 수 있게 된다.The standard
즉, 상기 측정대상 태양전지 셀의 표면온도를 실시간으로 정확하게 알기 위해 태양광으로 인한 밴드갭 변화를 이용하여 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수와 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도계수를 동시에 측정하였을 때 산출된 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도계수 그래프와 미리 산출해놓은 상기 표준 태양전지 셀(2) 온도계수 그래프를 비교하여 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도계수를 측정하게 된다. That is, to accurately know the surface temperature of the solar cell to be measured in real time, the temperature coefficient of the standard
이 때, 온도계수 중 개방전압 값이 온도변화에 가장 민감하므로 온도 계측을 위해 우선 선택되어질 수 있으나, 단락전류밀도 값 또는 광전변환효율 값의 온도 변화 그래프가 선형으로 나타나면 경우에 따라 온도를 계측하는 대체 변수로 선택되어 질 수 있으며 최대 전력 또한 온도를 계측하는데 사용되어질 수 있다. In this case, since the open-circuit voltage value of the thermometer water is most sensitive to the temperature change, it can be selected first for the temperature measurement, but if the short-circuit current density value or the temperature change graph of the photoelectric conversion efficiency value appears linearly, It can be selected as a substitution variable and maximum power can also be used to measure temperature.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계(S130)는 온도 범위 -150℃ ~ 150℃, 진공도 10-3 Torr 수준에서 인공위성 또는 우주 비행체가 노출되는 환경조건인 AM0 스펙트럼 하의 광전변환특성평가를 수행하게 된다.The photoelectric conversion characteristic evaluation step (S130) according to the temperature change of the solar cell under measurement is a photoelectric conversion under the AM0 spectrum, which is an environmental condition in which a satellite or a space vehicle is exposed at a temperature range of -150 캜 to 150 캜 and a degree of vacuum of 10 -3 Torr And a characteristic evaluation is performed.
도 3 내지 도 5는 각각 상기 표준 태양전지 셀(2)의 온도변화에 따른 개방전압, 단락전류밀도, 광전변환효율 그래프를 도시하고 있다. 이 그래프들은 온도변화에 따른 선형성이 뛰어남을 보여주고 있으며, 특히 개방전압 특성의 경우 해당 온도 대에서 선형성이 월등히 뛰어남을 보여주고 있다. 이는 -150℃ ~ 150℃의 광범위한 온도범위에서도 상기 표준 태양전지 셀(2)의 개방전압 특성 데이터만으로 추후 측정하는 측정대상 태양전지 셀들의 정확한 표면 온도를 쉽게 알 수 있다는 것을 의미한다.FIGS. 3 to 5 show open-circuit voltage, short-circuit current density, and photoelectric conversion efficiency graphs according to the temperature change of the standard
결과적으로 본 발명의 상기 측정대상 태양전지 셀 온도측정 방법은 반도체 물질이 온도변화에 따라 개방전압을 크게 변화시켜 온도 안정성을 저하시킬 수 있다는 단점을 역이용한 것으로, 상기 표준 태양전지 셀(2)을 구성하는 반도체 물질의 개방전압 값을 이용하여 온도 계수를 산출하기 때문에 외부 영향을 거의 받지 않아 기존의 통상적인 온도센서 사용 시 문제가 되었던 온도범위 제한 및 표면 온도 측정 오류 등에서 벗어날 수 있게 된다. 따라서 측정하고자 하는 상기 측정대상 태양전지 셀의 표면 온도 및 주변의 실제 온도를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다.As a result, the method of measuring the temperature of the solar cell according to the present invention disadvantageously disadvantageously degrades the temperature stability by significantly changing the open-circuit voltage of the semiconductor material as the temperature changes. In the standard
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
2 : 표준 태양전지 셀
4 : 표준 태양전지 셀의 전극
6 : 온도센서
8 : 접착제
S100 : 표준 태양전지 셀 준비 단계
S110 : 온도센서 부착 단계
S120 : 표준 태양전지 셀의 온도계수 산출 단계
S130 : 측정대상 태양전지 셀의 온도변화 광전특성평가 단계2: Standard solar cell
4: Electrode of standard solar cell
6: Temperature sensor
8: Adhesive
S100: Standard cell preparation step
S110: Step of attaching the temperature sensor
S120: Calculating the temperature coefficient of a standard solar cell
S130: Temperature change of the photovoltaic cell to be measured Step of photoelectric property evaluation
Claims (8)
상기 표준 태양전지 셀에 상기 표준 태양전지 셀의 온도 측정을 위한 온도센서를 부착하는 온도센서 부착 단계;
상기 표준 태양전지 셀의 온도계수 산출을 위하여 진공 챔버 내부의 척(chuck) 위에 상기 표준 태양전지 셀을 올려놓고 온도를 변화시키며 광전변환특성을 측정하는 표준 태양전지 셀의 온도계수 산출 단계;
상기 표준 태양전지 셀의 온도계수를 이용하여 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도 및 광전변환특성을 측정하는 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계;를 포함하는 것으로,
상기 표준 태양전지 셀을 구성하는 반도체 물질의 개방전압 값을 이용하여 상기 측정 대상 태양전지 셀의 온도 계수를 산출하는 것
을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법. A standard solar cell preparation step of calculating a temperature coefficient to install a standard solar cell to be used as a temperature sensor of a solar cell to be measured;
A temperature sensor attaching step of attaching a temperature sensor for measuring the temperature of the standard solar battery cell to the standard solar battery cell;
Calculating a temperature coefficient of a standard solar cell in which the standard solar cell is placed on a chuck in a vacuum chamber for measuring a temperature coefficient of the standard solar cell and the photoelectric conversion characteristic is measured by changing the temperature;
And evaluating a photoelectric characteristic according to a change in temperature of the solar cell to be measured, the temperature of the solar cell being measured and the photoelectric conversion characteristic of the solar cell being measured using the temperature coefficient of the standard solar cell,
The temperature coefficient of the solar cell to be measured is calculated using the open-circuit voltage value of the semiconductor material constituting the standard solar cell
And a temperature measuring method using the solar cell.
상기 온도센서 부착 단계 시, 상기 온도센서는 상기 표준 태양전지 셀 표면의 전극 부분에 부착하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the temperature sensor is attached to an electrode portion on the surface of the standard solar cell in the step of attaching the temperature sensor.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계 시, 상기 표준 태양전지 셀의 온도계수와 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도계수를 동시에 측정하였을 때 산출된 상기 표준 태양전지 셀의 온도 계수와 미리 산출해놓은 상기 표준 태양전지 셀의 온도계수를 비교하여 상기 측정대상 태양전지 셀의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method according to claim 1,
The temperature coefficient of the standard solar battery cell calculated when the temperature coefficient of the standard solar battery cell and the temperature coefficient of the measurement target solar battery cell are measured at the same time in the photoelectric property evaluation step according to the temperature change of the measurement target solar battery cell, And the temperature of the solar cell to be measured is measured by comparing the temperature coefficient of the standard solar cell with the temperature coefficient of the standard solar cell.
상기 온도 계수는 단락 전류 밀도 값인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method of claim 3,
Wherein the temperature coefficient is a short circuit current density value.
상기 온도 계수는 광전 변환 효율 값인 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method of claim 3,
Wherein the temperature coefficient is a photoelectric conversion efficiency value.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계 시, -150℃ ~ 150℃의 온도 범위에서 광전특성평가가 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the photoelectric property evaluation is performed in a temperature range of -150 ° C to 150 ° C during the photoelectric property evaluation step according to the temperature change of the solar cell to be measured.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화에 따른 광전특성평가 단계 시, 10-3 Torr의 진공도에서 광전특성평가가 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the photoelectric property evaluation is performed at a degree of vacuum of 10 < -3 > Torr in the step of evaluating the photoelectric characteristics according to the temperature change of the solar cell to be measured.
상기 측정대상 태양전지 셀의 온도변화 광전특성평가 단계 시, AM0 스펙트럼 상태에서 광전특성평가가 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 셀을 이용한 온도 측정 방법.The method according to claim 1,
Wherein the photoelectric property evaluation is performed in the AM0 spectrum state in the temperature change photoelectric property evaluation step of the measurement target solar cell.
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|---|---|---|---|
| KR1020160034877A KR101760209B1 (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Temperature measurement method using solar cells |
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|---|---|---|---|---|
| CN108760083A (en) * | 2018-07-03 | 2018-11-06 | 汉能移动能源控股集团有限公司 | Working temperature detection method and system and abnormity early warning and system of solar module |
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| KR101248139B1 (en) | 2011-09-28 | 2013-04-03 | 한국에너지기술연구원 | Light intensity measuring device and method for testing reliability of solar cell, and device and method for testing reliability of solar cell |
| JP5615315B2 (en) | 2012-04-06 | 2014-10-29 | 三菱電機株式会社 | Photovoltaic power generation system diagnosis support apparatus, solar power generation system diagnosis apparatus, and measurement apparatus for solar power generation system diagnosis |
| KR101545269B1 (en) | 2014-04-02 | 2015-08-20 | 한국에너지기술연구원 | Solar simulator being able to measure temperature coefficient of photovoltaic module |
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