KR20190038214A - Ｌｅｄ 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190038214A
KR20190038214A KR1020170143866A KR20170143866A KR20190038214A KR 20190038214 A KR20190038214 A KR 20190038214A KR 1020170143866 A KR1020170143866 A KR 1020170143866A KR 20170143866 A KR20170143866 A KR 20170143866A KR 20190038214 A KR20190038214 A KR 20190038214A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
led
light
power supply
wavelength
spectrum
Prior art date
Application number
KR1020170143866A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102000358B1 (ko
Inventor
설명헌
백진호
Original Assignee
주식회사 맥사이언스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 맥사이언스 filed Critical 주식회사 맥사이언스
Publication of KR20190038214A publication Critical patent/KR20190038214A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102000358B1 publication Critical patent/KR102000358B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • H02S50/15—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells using optical means, e.g. using electroluminescence
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/60—Cooling arrangements characterised by the use of a forced flow of gas, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • H05B37/02—
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치는 다양한 파장을 가진 LED 모듈을 이용하여 특정 위치로 배열하고 LED 서로 간의 광 조합(Mixing)을 하여 태양광 스펙트럼과 유사한 인공 광원을 생성하거나 특정한 파장을 선택적으로 출력할 수 있도록 LED에 입력되는 인가 전원을 제어한다.

Description

ＬＥＤ 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치{Apparatus for Measuring Characteristic for Solar Cell Using Controlling of LED Light}
본 발명은 태양전지 특성 평가장치에 관한 것으로서, 특히 태양광 스펙트럼과 유사한 인공 광원 조사를 서로 각각 다른 파장 영역대를 가진 LED 모듈의 광 제어 기술로 구현하여 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치에 관한 것이다.
종래의 솔라 시뮬레이터는 태양광과 유사한 스펙트럼을 가지는 제논 램프, 메탈할라이드 램프 등을 이용하여 균일한 조도광을 생성시켜 조사한다.
기존 솔라 시뮬레이터용(태양광 스펙트럼과 유사한 인공 광원 조사 장치) 광원으로는 대부분 제논 연속 램프나 제논 플래시 램프를 이용하여 연속 또는 펄스 형태로 광 조사하여 태양전지 셀의 효율을 측정, 평가한다.
제논 램프는 태양광과 유사한 스펙트럼을 출력할 수 있는 장점이 있으나 램프 수명이 짧고 점, 선 형태로 광 발산하여 부가적으로 균일한 광조사를 위하여 광학 부품 및 기구물이 필요하여 유지 보수 비용 및 제품 제조 원가의 상승 요인이 된다.
광 조사 장치는 태양전지의 특성 평가를 정확하게 평가하기 위해서 연속 광 또는 펄스 광을 필요로 할 때 사용자의 입장에서 보면 제논 램프를 이용하는 경우 조건에 따라 장치를 개별적으로 제작하는 등의 장비 구매 단가가 상승하고 특성 평가가 제한적인 단점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 수명이 길고 광 펄스 구현이 가능한 LED를 이용하고, 서로 각각 다른 파장 영역대를 가진 LED 모듈을 배열하며, 이를 이용하여 광 스펙트럼을 조합하여 태양광 스펙트럼과 유사한 인공 광원을 조사 할 수 있는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 다양한 파장을 가진 LED 모듈을 이용하여 특정 위치로 배열하고 LED 서로 간의 광 조합(Mixing)을 하여 태양광 스펙트럼과 유사한 인공 광원을 생성하거나 특정한 파장을 선택적으로 출력할 수 있도록 LED에 입력되는 인가 전원을 제어하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치는,
내부 일정 공간을 형성하는 챔버;
상기 챔버의 내부 공간의 상단부에 체결부재에 의해 설치되어 하부 방향으로 광을 조사하는 서로 각각 다른 파장 영역대를 가진 복수의 LED(Light Emitting Diode) 모듈을 구비한 광원부;
광원부로부터 연직 하방으로 일정 거리 이격되어 상기 각각의 LED 모듈로부터 조사되는 광을 입력받는 태양전지 셀을 상부면에 탑재하는 시료 측정부;
상기 시료 측정부의 일측에 형성되어 분광 센서를 이용하여 상기 복수의 LED 모듈의 광량과 파장 출력의 광 스펙트럼을 모니터링하는 광 계측기;
상기 서로 각각 다른 파장 영역대를 가진 복수의 LED 모듈에 개별적으로 전원 공급 케이블을 통해 전기적으로 연결하여 각각 광 제어가 가능한 전원 공급부를 복수개 구성한 LED 전원 공급 장치; 및
상기 광 계측기와 연결되어 상기 광 계측기로부터 측정된 각각의 LED 모듈의 광량과 파장 출력의 광 스펙트럼을 모니터링하고, 상기 각각의 전원 공급부를 제어하여 각각의 서로 다른 파장의 복수의 LED 모듈에 개별적으로 인가되는 전압과 전류를 제어하여 상기 각각의 LED 모듈의 광 세기와 광 스펙트럼을 조절하는 광 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명은 기존의 램프 타입의 인공 태양 광원보다 수명 증가 및 유지 비용을 절감하며, 연속 및 펄스 타입의 광 출력이 가능하므로 다양한 태양전지 종류에 따른 정확한 특성 평가가 가능한 효과가 있다.
본 발명은 선택적 파장을 임의로 출력 가능하여 한 대의 장비 구성으로 하나 이상의 복합적 실험 요소를 테스트 가능하므로 태양전지 특성 평가를 다양하게 확대할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 태양광 스펙트럼과 유사한 인공 광원 조사 장치 제작 기술과 선택적 파장을 가진 광 제어 기술로 표준 광원(Standard Light Source) 및 광 발광(Photo-Luminescence), 외부 양자 효율(EQE) 측정 광원으로 응용 확대할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 특성 평가장치에서 LED 어레이의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치, LED 전원 공급 장치 및 LED 모듈 간의 개별 광 제어 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED 파장 출력을 모니터링하면서 개별 광 제어를 하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 파장 종류에 따른 스펙트럼 합치도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 파장 종류에 따른 스펙트럼 합치도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED 파장 종류에 따른 표준 광원을 생성하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈의 광 조사 형태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 특성 평가장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈을 IPCE 광원으로 적용할 때 모습을 나타낸 도면이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 특성 평가장치에서 LED 어레이의 모습을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광 제어장치, LED 전원 공급 장치 및 LED 모듈 간의 개별 광 제어 관계를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LED 파장 출력을 모니터링하면서 개별 광 제어를 하는 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치(100)는 내부에 일정 공간부를 형성하는 챔버(101)로 이루어져 있고, 챔버(101)의 내부 공간의 상단부에 설치되어 하부 방향으로 광을 조사하는 복수의 LED 모듈(112)을 구비한 광원부(110)가 설치된다.
태양전지 특성 평가장치(100)는 챔버(101), 광원부(110), 방열판 구조물(120), 냉각 구조물(130), 한 쌍의 측면 반사판(140), 온도센서(102), 태양전지 셀이 탑재되는 시료 측정부(103), 광 계측기(150), LED 전원 공급 장치(160) 및 광 제어장치(170)를 포함한다.
챔버(101)는 전후좌우와 상면이 폐쇄되고, 하부에 지지대가 연장되어 수직으로 세워지고, 지지대는 전후좌우의 측면이 개방되어 좌식 테이블 다리의 형태로 형성된다.
챔버(101)는 상부면에 체결부재(미도시)에 의해 광원부(110)가 탑재되고, 광원부(110)는 서로 각각 다른 파장 영역대를 가지고 있는 복수의 LED(Light Emitting Diode) 모듈을 조합, 배치하여 태양광 스펙트럼(107)과 유사한 광원을 생성시키는 복수의 LED 모듈(112)이 실장된 회로부로 이루어져 있다.
광원부(110)는 메탈 PCB로 하부 방향으로 16개의 파장이 각각 다른 LED 모듈(112)이 복수개 설치되고, 각각의 LED 모듈(112)을 제어하는 제어모듈(미도시)이 형성되어 있다.
복수의 LED 모듈(112)은 300 내지 1100nm 영역대까지의 파장 영역대를 포함하며, 파장 구간별로 구획되어 형성되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 모듈(112)은 광의 발산 각도가 표시되어 있다.
방열판 구조물(120)은 상기 광원부(110)의 상부면에 결합되고, 상기 회로부와 밀착하게 접합하여 복수의 LED 모듈(112)에서 발생된 열을 전도시켜 방열시킨다.
냉각 구조물(130)은 상기 방열판 구조물(120)의 상부에 챔버(101)의 상부면에 냉각팬(131)을 장착하여 외부 공기를 순환하여 챔버(101)의 상부 개방구를 통해 회로부에서 발생된 열을 냉각시키는 기능을 한다.
한 쌍의 측면 반사판(140)은 상기 복수의 LED 모듈(112)의 하부로 챔버(101)의 내측면 양쪽에 수직으로 세워져 상기 복수의 LED 모듈(112)의 발산광을 반사시켜 하방으로 조사시킨다.
측면 반사판(140)은 복수의 LED 모듈(112) 중에서 가장자리 부분의 LED 모듈(112)의 발산광의 각도를 안쪽으로 반사시켜 시료 측정부(103)로 향하게 한다.
온도센서(102)는 방열판 구조물(120)의 일측에 장착되고, 상기 방열판 구조물(120)에 온도를 감지한다.
시료 측정부(103)는 광원부(110)로부터 연직 하방으로 일정 거리 이격되어 상기 각각의 LED 모듈(112)로부터 조사되는 광을 입력받는 태양전지 셀을 상부면에 탑재한다.
시료 측정부(103)의 중심 부분에는 분광 센서를 이용하여 복수의 LED 모듈(112)의 광량과 파장 출력의 광 스펙트럼을 모니터링하는 광 계측기(150)가 설치된다.
LED 전원 공급 장치(160)는 각각의 LED 모듈(112)에 전원 공급 케이블(106)을 통해 전기적으로 연결하고, 온도센서(102)에 온도 측정 케이블(104)을 통해 전기적으로 연결되며, 냉각팬(131)에 팬 구동 케이블(105)을 통해 전기적으로 연결된다.
광 제어장치(170)는 광 계측기(150)에 연결되어 있으며, 통신포트를 통해 LED 전원 공급 장치(160)에 연결되어 있다.
광 계측기(150)는 복수의 LED 모듈(112)에서 조사되는 광원의 광량과 파장 출력의 광 스펙트럼을 측정하고, 측정된 각각의 LED 모듈(112)의 파장 출력과 광 스펙트럼을 광 제어장치(170)로 전송한다.
LED 전원 공급 장치(160)는 방열판 구조물(120)의 온도 정보를 온도 측정 케이블(104)에 의해 수신하여 광 제어장치(170)로 전송한다.
광 제어장치(170)는 방열판 구조물(120)의 온도가 기설정된 온도값 이상인 경우, 팬 구동의 속도 제어 신호를 생성하여 LED 전원 공급 장치(160)로 전송한다.
LED 전원 공급 장치(160)는 광 제어장치(170)로부터 속도 제어 신호를 수신하는 경우, 속도 제어 신호를 팬 구동 케이블(105)을 통해 냉각팬(131)의 제어모듈로 전송하여 냉각팬(131)의 팬 구동 속도를 제어한다.
광 제어장치(170)는 방열판 구조물(120)의 온도가 기설정된 온도값 이상인 경우, LED 작동을 정지시키기 위한 LED 전원 정지 신호를 생성하여 LED 전원 공급 장치(160)로 전송한다.
LED 전원 공급 장치(160)는 광 제어장치(170)로부터 LED 전원 정지 신호를 수신하는 경우, LED 전원 정지 신호를 전원 공급 케이블(106)을 통해 복수의 LED가 실장된 회로부로 전송하여 LED 작동을 정지시킨다.
광 제어장치(170)는 광 계측기(150)로부터 복수의 LED 모듈(112)의 광량과 광 스펙트럼을 모니터링한 모니터링 정보를 수신하고, 모니터링 정보를 기초로 각각의 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)에 개별적으로 인가되는 전압과 전류의 제어 신호를 LED 전원 공급 장치(160)로 전송한다.
LED 전원 공급 장치(160)는 광 제어장치(170)로부터 수신한 전압과 전류의 제어 신호를 기초로 각각의 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)의 광 세기와 광 스펙트럼을 조절하도록 제어한다.
본 발명의 실시예의 LED 어레이(111)는 16개의 각각 다른 파장 영역 범위를 가진 LED 모듈(112)을 복수개 형성하고, 각각의 LED 모듈(112)이 서로 다른 개수의 복수의 LED 셀(113)을 포함한다.
본 발명의 LED 어레이(111)는 100개의 LED 셀(113)이 10 × 10 배열로 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 노란색의 파장 영역대(14번)의 LED 모듈(112)은 18개의 LED 셀(113)이 사용되고, 빨간색의 파장 영역대(15번)의 LED 모듈(112)은 12개의 LED 셀(113)이 사용되는 등 각각의 색깔별로 서로 다른 파장 영역대의 각각 다른 개수의 LED 셀(113)이 사용된다.
이러한 복수의 LED 모듈(112)의 파장 영역대는 300 내지 1100nm까지 걸쳐 있다.
예를 들면, 파란색의 파장 영역대는 300 내지 400nm, 살색의 파장 영역대는 1050 내지 1100nm 등 색깔별로 다른 파장 영역대를 가진다.
따라서, 복수의 LED 모듈(112)은 300 내지 1100nm까지 16개의 파장 영역대를 포함한다.
광 제어장치(170)는 각각의 LED 모듈(112)의 각 파장 출력(16개)과 상기 각각의 파장 출력이 합쳐진 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)을 계산하고, 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)과 태양광 스펙트럼(107)을 사용자 인터페이스 화면에 동시에 출력한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 사용자 인터페이스 화면에는 각각의 LED 모듈(112)의 각 파장 출력이 파장 영역대별로 표시되고, 각각의 파장 출력이 합쳐진 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(햐얀색)(108)과 태양광 스펙트럼(107)이 함께 표시된다.
광 제어장치(170)는 태양광 스펙트럼(107)을 기준으로 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)이 파장 영역대별로 차이가 있는 파장 영역대를 판단하고, 상기 차이가 있는 파장 영역대의 LED 모듈(112)의 개별적으로 인가되는 전류와 전압을 조절하여 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)이 태양광 스펙트럼(107)과 유사하도록 LED 전원 공급 장치(160)를 제어한다.
LED 전원 공급 장치(160)는 각각의 서로 다른 파장의 복수의 LED 모듈(112)에 개별적으로 인가되는 전압과 전류의 전원 공급부(162)가 각각 구성되어 있다.
따라서, 광 제어장치(170)는 각각의 전원 공급부(162)를 제어하여 각각의 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)에 개별적으로 인가되는 전압과 전류를 제어할 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들면, 광 제어장치(170)는 사용자 인터페이스 화면에서 기준이 되는 태양광 스펙트럼(107)에서 햐얀색의 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)이 차이가 있는 파장 영역대가 상기 태양광 스펙트럼(107)보다 높은 경우, 해당 파장 영역대에 연결된 전원 공급부(162)의 전압과 전류를 낮추도록 조절하고, 상기 태양광 스펙트럼(107)보다 낮은 경우, 해당 파장 영역대에 연결된 전원 공급부(162)의 전압과 전류를 높도록 조절한다.
광 제어장치(170)는 각각의 LED 모듈(112)의 각 파장 출력과, 상기 각각의 파장 출력이 합쳐진 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)을 모니터링하고, LED 전원 공급 장치(160)의 각각의 전원 공급부(162)를 제어하여 각각의 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)에 개별적으로 인가되는 전압과 전류를 제어함으로써 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)이 태양광 스펙트럼(107)과 유사하도록 만든다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LED 파장 종류에 따른 스펙트럼 합치도를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LED 파장 종류에 따른 스펙트럼 합치도를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 LED 파장 종류에 따른 표준 광원을 생성하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈의 광 조사 형태를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 특성 평가장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 LED 모듈을 IPCE 광원으로 적용할 때 모습을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광 제어장치(170)는 서로 다른 22개의 파장의 LED 모듈(112)을 이용하여 400 내지 1100nm 범위의 파장 영역대를 가지며, 각각의 LED 모듈(112)의 파장 출력이 합쳐진 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)을 모니터링하여 스펙트럼 합치도를 계산한다. 여기서, 스펙트럼 합치도는 태양광 스펙트럼(107)을 기준으로 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼(108)이 파장 영역대별로 어느 정도 차이가 있는지 계산하는 것으로 얼마나 태양광 스펙트럼(107)과 유사한 지 나타내는 것이다.
도 5와 같이, 스펙트럼 합치도는 파장 영역대(400 내지 1100nm)별로 A 등급을 확인할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 서로 다른 6개, 9개, 15개, 22개의 파장의 LED 모듈(112)을 적용했을 때 스펙트럼 합치도를 나타낸 것이다.
도 6과 같이, 광 제어장치(170)는 서로 다른 22개의 파장의 LED 모듈(112)을 이용하여 스펙트럼 합치도를 계산하는 경우, 태양광 스펙트럼(107)과 가장 유사한 특성을 가지게 된다. 본 발명의 광 제어장치(170)는 6 내지 35까지의 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)을 광원으로 이용하여 태양전지의 특성 평가를 수행할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 광 제어장치(170)는 광 계측기(150)로부터 복수의 LED 모듈(112)의 광량과 광 스펙트럼을 모니터링한 모니터링 정보를 수신하고, 모니터링 정보를 기초로 각각의 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)에 개별적으로 인가되는 전압과 전류의 제어 신호를 LED 전원 공급 장치(160)로 전송하여 LED 파장 종류에 따른 표준 광원(주광색(D65) 6500K)을 생성하도록 제어한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광 제어장치(170)는 LED 전원 공급 장치(160)를 제어하여 서로 다른 파장의 LED 모듈(112)에서 조사되는 광을 펄스 형태인 AC 또는 연속 광 형태인 DC로 생성하도록 제어할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 특성 평가장치(100)는 광원부(110), 방열판 구조물(120), 냉각 구조물(130)로 이루어진 모듈을 일정 간격으로 이격하여 설치하여 대용량의 태양전지 특성 평가장치(100)를 구현할 수 있다.
본 발명의 광원부(110)는 태양전지 모듈이 광을 조사받으면 발생하는 전계 발광 화상을 카메라로 측정하는 발광 화상 검사(Photo Luminescence) 방법에 광원으로 사용하여 태양전지 모듈의 내부 결함을 검사할 수 있다.
본 발명의 광 제어장치(170)는 광원부(110)를 제어하여 특정한 파장의 LED 모듈(112)만을 구동시키고 나머지 LED 모듈(112)의 전원 공급을 정지시켜 태양전지 모듈에서 특정한 영역에만 광을 조사하며 이로 인하여 해당 영역에 발광 화상 검사를 수행할 수도 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 제어장치(170)는 특정한 파장(10 내지 100nm)의 최대반값폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)을 가진 LED 모듈(112)을 이용하여 최대반값폭마다 광을 조사하여 LED 모듈(112)을 IPCE 측정용 광원으로 사용할 수 있다.
본 발명의 광 제어장치(170)는 LED 전원 공급 장치(160)를 제어하여 특정한 파장을 지정한 복수의 LED 모듈(112)을 바이오스 광원인 DC 형태로 조사하는 상태에서 특정한 LED 모듈(112)의 전원 공급부(162)를 제어하여 펄스 형태인 AC를 태양전지 셀의 특정 영역에 조사한다.
따라서, 펄스 형태인 AC를 조사받은 태양전지 셀의 특정 영역은 AC 형태의 응답 전류를 출력하게 된다. 이러한 AC 전류는 락인(Lock in) 증폭기를 이용하여 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 태양전지 특성 평가장치(100)는 각각의 LED 모듈(112)의 전압과 전류를 제어하여 특정한 파장 영역의 LED 모듈(112)을 선택하거나, 각각의 LED 모듈(112)에 공급되는 전원 형태(AC 또는 DC)를 선택할 수 있어 다양한 형태의 광원을 설계할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 태양전지 특성 평가장치
101: 챔버
102: 온도센서
103: 시료 측정부
104: 온도 측정 케이블
105: 팬 구동 케이블
106: 전원 공급 케이블
107: 태양광 스펙트럼
108: 최종 파장 출력의 광 스펙트럼
110: 광원부
111: LED 어레이
112: LED 모듈
113: LED 셀
120: 방열판 구조물
130: 냉각 구조물
131: 냉각팬
140: 측면 반사판
150: 광 계측기
160: LED 전원 공급 장치
162: 전원 공급부
170: 광 제어장치

Claims (7)

  1. 내부 일정 공간을 형성하는 챔버;
    상기 챔버의 내부 공간의 상단부에 체결부재에 의해 설치되어 하부 방향으로 광을 조사하는 서로 각각 다른 파장 영역대를 가진 복수의 LED(Light Emitting Diode) 모듈을 구비한 광원부;
    광원부로부터 연직 하방으로 일정 거리 이격되어 상기 각각의 LED 모듈로부터 조사되는 광을 입력받는 태양전지 셀을 상부면에 탑재하는 시료 측정부;
    상기 시료 측정부의 일측에 형성되어 분광 센서를 이용하여 상기 복수의 LED 모듈의 광량과 파장 출력의 광 스펙트럼을 모니터링하는 광 계측기;
    상기 서로 각각 다른 파장 영역대를 가진 복수의 LED 모듈에 개별적으로 전원 공급 케이블을 통해 전기적으로 연결하여 각각 광 제어가 가능한 전원 공급부를 복수개 구성한 LED 전원 공급 장치; 및
    상기 광 계측기와 연결되어 상기 광 계측기로부터 측정된 각각의 LED 모듈의 광량과 파장 출력의 광 스펙트럼을 모니터링하고, 상기 각각의 전원 공급부를 제어하여 각각의 서로 다른 파장의 복수의 LED 모듈에 개별적으로 인가되는 전압과 전류를 제어하여 상기 각각의 LED 모듈의 광 세기와 광 스펙트럼을 조절하는 광 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 제어장치는 상기 각각의 LED 모듈의 각 파장 출력과 상기 각각의 파장 출력이 합쳐진 최종 파장 출력의 광 스펙트럼을 계산하고, 태양광 스펙트럼을 기준으로 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼이 파장 영역대별로 차이가 있는 파장 영역대를 판단하고, 상기 차이가 있는 파장 영역대의 LED 모듈에 개별적으로 인가되는 전류와 전압의 전원 공급부를 제어하여 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼이 태양광 스펙트럼과 유사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광원부는 각각 다른 파장 영역 범위를 가진 LED 모듈을 복수개 형성하고, 상기 각각의 LED 모듈이 서로 다른 개수의 복수의 LED 셀을 포함하며, 상기 각각의 LED 모듈에 개별적으로 전원 공급 케이블을 통해 상기 LED 전원 공급 장치의 상기 각각의 전원 공급부에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광원부의 상부면에 결합되고, 상기 광원부에 밀착하게 접합하여 복수의 LED 모듈에서 발생된 열을 전도시켜 방열시키는 방열판 구조물;
    상기 방열판 구조물의 상부에 상기 챔버의 상부면에 냉각팬을 장착하여 외부 공기를 순환하여 상기 챔버의 상부 개방구를 통해 상기 광원부에서 발생된 열을 냉각시키는 냉각 구조물; 및
    상기 방열판 구조물의 일측에 장착되고, 상기 방열판 구조물에 온도를 감지하는 온도센서를 포함하며,
    상기 LED 전원 공급 장치는 상기 온도센서에 온도 측정 케이블을 통해 전기적으로 연결되고, 상기 냉각팬에 팬 구동 케이블 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 제어장치는 상기 LED 전원 공급 장치로부터 상기 방열판 구조물의 온도 정보를 수신하고, 상기 방열판 구조물의 온도가 기설정된 온도값 이상인 경우, 팬 구동의 속도 제어 신호를 생성하여 상기 LED 전원 공급 장치로 전송하여 상기 LED 전원 공급 장치를 통해 상기 냉각팬의 제어모듈로 상기 냉각팬의 팬 구동 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 제어장치는 사용자 인터페이스 화면에 상기 각각의 LED 모듈의 각 파장 출력이 파장 영역대별로 표시되고, 상기 각각의 파장 출력이 합쳐진 최종 파장 출력의 광 스펙트럼과 기준이 되는 태양광 스펙트럼이 함께 표시되고, 상기 태양광 스펙트럼을 기준으로 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼이 파장 영역대별로 차이가 있는 파장 영역대의 LED 모듈에 개별적으로 인가되는 전류와 전압의 전원 공급부를 제어하며, 상기 최종 파장 출력의 광 스펙트럼이 태양광 스펙트럼과 유사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광 제어장치는 상기 LED 전원 공급 장치를 제어하여 특정한 파장을 지정한 복수의 LED 모듈을 바이오스 광원인 DC 형태로 조사하는 상태에서 특정한 LED 모듈의 전원 공급부를 제어하여 펄스 형태인 AC를 태양전지 셀의 특정 영역에 조사하는 것을 특징으로 하는 LED 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치.
KR1020170143866A 2017-09-29 2017-10-31 Ｌｅｄ 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치 KR102000358B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20170127092 2017-09-29
KR1020170127092 2017-09-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190038214A true KR20190038214A (ko) 2019-04-08
KR102000358B1 KR102000358B1 (ko) 2019-07-15

Family

ID=66164875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170143866A KR102000358B1 (ko) 2017-09-29 2017-10-31 Ｌｅｄ 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102000358B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3117287A1 (fr) * 2020-12-08 2022-06-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif de caracterisation electrique d’un echantillon par sa face arriere
KR102572762B1 (ko) * 2022-12-19 2023-08-31 주식회사 맥사이언스 탠덤 솔라셀 전계발광 이미지 검사 장치

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241719A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Industrial Technology Research Institute Solar cell measurement system and solar simulator
KR20160063350A (ko) * 2013-09-28 2016-06-03 뉴포트 코포레이션 Ｌｅｄ 기반 솔라 시뮬레이터 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110241719A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Industrial Technology Research Institute Solar cell measurement system and solar simulator
KR20160063350A (ko) * 2013-09-28 2016-06-03 뉴포트 코포레이션 Ｌｅｄ 기반 솔라 시뮬레이터 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3117287A1 (fr) * 2020-12-08 2022-06-10 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif de caracterisation electrique d’un echantillon par sa face arriere
KR102572762B1 (ko) * 2022-12-19 2023-08-31 주식회사 맥사이언스 탠덤 솔라셀 전계발광 이미지 검사 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102000358B1 (ko) 2019-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5550690B2 (ja) 較正機能付きｌｅｄ光モジュール
TWI533001B (zh) 用於測試光電元件的方法及裝置
TWI397708B (zh) 太陽能電池之量測系統和太陽光模擬器
JP4551057B2 (ja) 太陽電池をテストする装置
KR101644480B1 (ko) 조명 장치를 위해 코드화된 경고 시스템
ES2346569T3 (es) Iluminacion con led que tiene temperatura de color (ct) continua y ajustable, mientras se mantiene un cri elevado.
US9521721B2 (en) Method of controling illumination device based on current-voltage model
US11723127B2 (en) Solid state lighting systems and associated methods of operation and manufacture
KR101211084B1 (ko) 조명 장치
US8436554B2 (en) LED solar illuminator
JP2008198618A (ja) Ｌｅｄ照明器具
JP2007514454A5 (ko)
JP2006526886A (ja) カラーｌｅｄ付きライトボックス用の測光／比色分析パラメータのフィードバック制御装置
US20170074471A1 (en) Modular led line light
KR102000358B1 (ko) Ｌｅｄ 광 제어 기술을 이용한 태양전지 특성 평가장치
KR101371111B1 (ko) Ｌｅｄ 모듈 검사 장치
KR20130023817A (ko) 발열 패키지 테스트용 보드 챔버
US20050180134A1 (en) Means of Achieving a Lambertian Distribution Light Source via a Light Emitting Diode Array
JP2011009358A (ja) 太陽電池評価装置
RU2721665C1 (ru) Способ определения деградации фитооблучателя на основе квазимонохроматических светодиодов и система для его осуществления
KR20100107892A (ko) Ｌｅｄ 램프를 이용한 솔라 시뮬레이터
CN115291071B (zh) 基于锁相放大器的led阵列光热一体检测装置及方法
KR20170045017A (ko) 조명장치
Moisio et al. Use of junction temperature in control of CCT in LED luminaire
KR20120102318A (ko) 발광다이오드 패키지의 열화 평가 장치

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant