WO2016006750A1 - 광 바이어스 장치 및 이를 포함하는 태양전지 분광응답 측정 장치 - Google Patents

광 바이어스 장치 및 이를 포함하는 태양전지 분광응답 측정 장치 Download PDF

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WO2016006750A1
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light
optical
light source
unit
solar cell
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PCT/KR2014/007018
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안승규
윤경훈
윤재호
조준식
안세진
곽지혜
신기식
김기환
박주형
어영주
유진수
조아라
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한국에너지기술연구원
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an optical bias device capable of adjusting the spectrum of incident light and a solar cell spectroscopic response measuring apparatus including the same.
  • a solar cell is a semiconductor device that generates power by receiving sunlight, and indicators such as open voltage, short-circuit current, conversion efficiency, and maximum output, and spectral response are major factors that determine the performance and selling price of the solar cell.
  • a typical solar cell spectroscopic response measuring device for measuring solar cell spectroscopic response in addition to the main light source for generating monochromatic light for measurement, a bias light source for realizing AM1.5G spectrum and light of 100 mW / cm 2 irradiation intensity (bias light source), which guides the light from this bias light source into one optical pathway and then passes through an air mass filter to the AM1.5G spectrum and 100 mW / cm 2 The light corresponding to the irradiation intensity is simulated to be incident on the solar cell.
  • bias light source for realizing AM1.5G spectrum and light of 100 mW / cm 2 irradiation intensity
  • the above-mentioned bias light conditions for measuring the spectral response of the solar cell are valid only when measuring the spectral response of a single junction solar cell, and the bias light required for each junction layer in order to measure the spectral response of a multiple junction solar cell. This is different.
  • the secondary optical filter may be a low-pass filter that transmits only light below a certain wavelength, a high-pass filter that transmits only light above a certain wavelength, or may block light in a specific wavelength band. Band-stop filters are used that only transmit light in the remaining wavelength range.
  • Figure 1 (a) is a graph showing the spectral response characteristics of each junction layer of the triple junction silicon solar cell
  • Figure 1 (b) is a spectral response of the intermediate junction layer of the triple junction silicon solar cell of Figure 1 (a)
  • the width of the wavelength blocking the light transmission is 300 nm to 400 nm and the light that transmits only in the remaining wavelength region except this
  • a filter should be used, and it is not only technically difficult to manufacture an optical filter with such a wide stop width, but even if it can be manufactured, it is very expensive and economical or reliable. There was a problem such as falling.
  • the present invention provides an optical biasing device that is easy to measure the spectral response of each of the multiple bonding layers by guiding the light emitted from the bias light source to a plurality of optical paths and passing the plurality of optical filters. It is.
  • Another object of the present invention is to provide a solar cell spectroscopic response measuring apparatus including the optical bias device.
  • An optical bias device for achieving the above object comprises a light source unit having a bias light source for emitting light; An optical guide unit including a plurality of light paths through which incident light moves along a path; And a plurality of optical filter units provided with at least one optical filter positioned at an inlet of the optical guide unit, positioned on a path of light moved from the optical guide unit, or positioned at an outlet of the optical guide unit, respectively. do.
  • the light source unit may be one selected from among a plurality of light sources including a xenon lamp, a halogen lamp, an LED, a plurality of light sources, and a broadband light source.
  • the light source unit may further include a reflection mirror disposed at a rear side of the bias light source, and may further include a first collimation lens disposed at a front side of the bias light source.
  • the light guide unit may further include at least one light inlet through which light is incident from the light source unit, and a plurality of light outlets through which light passing through the plurality of light channels respectively exits, in which case the plurality of light channels May be made of an optical fiber.
  • the optical fiber may be connected to one of the light inlets or each of the plurality of light inlets.
  • the light guide unit may further include a beam splitter that splits the light incident from the light source unit and emits the light in different directions.
  • the plurality of light paths may be formed by at least one reflective mirror so that light emitted from the beam splitter may be reflected by the reflective mirror and moved.
  • the optical filter unit allows one of the optical filter units to pass light having a different wavelength band from the other optical filter unit.
  • the optical bias device may further include a shutter unit for transmitting or blocking light emitted from the optical filter unit or the optical guide unit.
  • the solar cell spectroscopic response measuring apparatus of the present invention for achieving the above another object, the optical bias device; And a mounting portion in which light emitted from the optical bias device overlaps each other, and on which a solar cell as a measurement target is mounted.
  • the solar cell spectroscopic response measuring device is composed of many components in addition to the optical bias device and the mounting part described above. Since the general components constituting the solar cell spectroscopic response measuring apparatus can be applied without any particular limitation, a detailed description thereof will be omitted.
  • the solar cell spectroscopic response measuring apparatus may further include a temperature control unit for maintaining a constant temperature of the solar cell seated on the mounting portion.
  • light emitted from a bias light source is passed through a plurality of light paths and a plurality of optical filters to emit light having a spectrum having a specific wavelength band through a parallel overlapping effect, and does not use an expensive bandstop filter. Not only does it improve economics but also has the effect of improving the spectral response reliability of a multi-junction solar cell.
  • FIG. 2 is a view schematically showing an optical bias device for measuring spectroscopic response of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view schematically showing an optical bias device for measuring spectroscopic response of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically showing an optical bias device for measuring spectroscopic response of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically showing an optical bias device for measuring spectroscopic response of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view schematically showing an optical bias device for measuring spectroscopic response of a solar cell according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view schematically showing the main part of the solar cell spectroscopic response measuring apparatus of an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the spectrum of light emitted from the optical bias device for measuring the spectroscopic response of the solar cell of FIG. 2 using only the air mass filter with the optical filters 310, 320, 330, and 340.
  • FIG. 9 illustrates an air filter including the air mass filter 310, the 550 nm cutoff filter 320, the air mass filter 330, and the 700 nm cut-on filter 340 in the optical bias device for measuring the spectroscopic response of the solar cell of FIG. 2. It is a graph showing the light spectrum in the C region emitted by using.
  • FIG. 10 illustrates an air filter including the air mass filter 310, the 500 nm cutoff filter 320, the air mass filter 330, and the 850 nm cut-on filter 340 in the optical bias device for measuring the spectroscopic response of the solar cell of FIG. 2. It is a graph showing the light spectrum in the C region emitted by using.
  • FIG. 11 is a light filter for measuring the photovoltaic response of the solar cell of FIG. 2 using an air filter 310 and a 500 nm cutoff filter 320, and the light passing through the opposite light filters 330 and 340 A graph showing the light spectrum in blocked C region.
  • FIG. 12 is a light filter for measuring the photovoltaic response of the solar cell of FIG. 2 using an air filter 330 and a 600 nm cut-on filter 340, and the light passing through the opposing optical filters 310 and 320 A graph showing the light spectrum in blocked C region.
  • a light source device for measuring spectroscopic response of a solar cell may include a light source unit 100 that emits light and an incident light source unit 100. It includes a plurality of optical filter unit 300 through which the light is moved in the light guide portion 200 and the light guide portion 220 is moved to the light guide portion 200, respectively.
  • the light source unit 100 includes a bias light source 110 that emits light, and the bias light source 110 includes a single light source using one of a Xenon lamp, a halogen lamp, or an LED, or a plurality of combinations thereof. It may be a light source, or a general-purpose broadband light source may be used. On the other hand, it is not limited to the described matters, and those skilled in the art ('normal technician') can be appropriately modified and selected.
  • a reflective mirror 130 may be formed on the rear portion of the bias light source 110 to reflect light emitted from the light source 110 and emitted in a direction other than the direction of the light guide unit 200.
  • the reflective mirror 130 may be formed in various shapes, including ellipsoidal, " ⁇ " or “ ⁇ ” shapes.
  • a first collimation lens 120 may be formed on the front surface of the bias light source 110 to convert light emitted from the bias light source 110 into parallel light.
  • the light guide unit 200 includes a first light path 210 and a second light path 220 to which incident light is moved, and light emitted from the light source unit 100 is incident, and the first light path 210 and the first light path 210 are respectively moved.
  • the light inlet 230 coupled to the inlet of the second light path 220, and the light passing through the first light path 210 and the second light path 220, respectively, are emitted, and the first light path 210 and the first light path 210 are formed.
  • a light outlet 240 coupled to each of the outlets of the two light paths 220.
  • the first optical path 210 and the second optical path 220 is preferably made of an optical fiber
  • the optical fiber is an optical fiber made of a glass material to allow total reflection of light, several to several tens of micrometers ( ⁇ m) It is desirable to have a structure in which a cladding and a protective sheath enclose a core of size.
  • the light passing through the first collimation lens 120 is incident on the light inlet 230, moves to the first light channel 210 and the second light channel 220, respectively, and then the first light channel 210.
  • the light passing through) is emitted to the light outlet 240 coupled to the outlet of the first light passage 210, and the light passing through the second light passage 330 is coupled to the outlet of the second light passage 220. It exits to the light outlet 240.
  • the optical filter unit 300 is positioned at the outlet of the first optical path 210 and includes a first optical filter unit including the first optical filter 310 and the second optical filter 320, and the second optical path 220. Located at the exit of the second optical filter comprises a third optical filter 330 and the fourth optical filter 340.
  • the first optical filter 310 and the third optical filter 330 may use the same filter including an air mass filter, and the second optical filter 320 or the fourth optical filter 340 may be optical.
  • the two optical filter units may pass light having different wavelength bands.
  • the present invention is not limited thereto, and when used as an optical bias device for measuring the spectral response of a single junction solar cell, the second optical filter 420 and the fourth optical filter 460 may be the first optical filter 410 and the fourth optical filter 460, respectively.
  • the same filter as that of the third optical filter 450 may be used according to the number of junction layers constituting the multi-junction solar cell. The number or wavelength can be selected as appropriate.
  • the optical bias device may further include a shutter unit 400 for transmitting or blocking the light emitted from the optical filter unit 300.
  • the shutter unit 400 is preferably positioned at the final outlet of the light passing through each optical filter unit 300, and an embodiment of the present invention may be located at the outlet of the optical filter unit 300.
  • the configuration of the shutter unit 400 is not limited as long as it is a known configuration that transmits or blocks light, and can be appropriately selected.
  • the light (region A) passing through the first optical filter 310 and the second optical filter 320 through the shielding unit 400 is transmitted, and the third optical filter 330 and the fourth optical filter 340.
  • the light passing through the block B region is blocked, or the light passing through the first optical filter 310 and the second optical filter 320 is blocked, and the third optical filter 330 and the fourth optical filter 340 are blocked.
  • the light passing through the light passes through the first light filter 310 and the second light filter 320 or the light passed through the third light filter 330 and the fourth light filter 340. All of them can be transmitted to generate overlapping light (C region).
  • a plurality of first collimation lenses 120 are disposed on the front surface of the light source unit 100, and the light guide unit 200 may include a first optical path ( 210 and the second light path 220 are the same as the configuration of the optical bias device of FIG. Parts are omitted for brevity of the specification.
  • a plurality of first collimation lenses 120 are disposed on the front surface of the light source unit 100, and the plurality of optical filter units 300 are optical guides.
  • the light guide unit 200 is positioned at each inlet of the inlet 200, except that the light inlet 230 is coupled to the inlet of each of the first and second light paths 210 and 220. 2 is the same as the configuration of the optical bias device of FIG. 2, the portions overlapping with those described in FIG. 2 will be omitted for brevity of the specification.
  • light emitted from the light source unit 100 is moved through the optical guide unit 200, and then passed through the plurality of optical filter units 300, respectively, to generate overlapping light having a specific spectrum.
  • light emitted from the light source unit 100 passes through the plurality of optical filter units 300, and then moves through the light guide unit 200 to generate overlapped light having a specific spectrum. There is a difference in that.
  • the optical bias device includes the configuration of the optical bias device of FIG. 2 except for the configuration of the optical guide unit 200 and the difference in positions of the plurality of optical filter units 300. Since it is the same as, parts overlapping with those described in FIG. 2 will be omitted for brevity of the specification.
  • the light guide unit 200 further includes a beam splitter 290 that splits the light incident from the light source unit 100 and emits the light in different directions, and the plurality of light paths include reflection mirrors 250, 260, 270, and 280. Is formed by.
  • One light path is formed by the first reflection mirror 250 and the second reflection mirror 260, and the other light path is formed by the third reflection mirror 270 and the fourth reflection mirror 280 to form a beam. Light emitted in different directions by the splitter 290 is moved along the path.
  • the plurality of optical filter units 300 are paths of light that are moved in the light guide unit 200, that is, paths of light that are moved in the light paths formed by the first reflection mirror 250 and the second reflection mirror 260. And are positioned on a path of light moved in the light path formed by the third reflection mirror 270 and the fourth reflection mirror 280, respectively.
  • the optical bias device of FIG. 5 is a light bias device of FIG. 5 except that the positions of the plurality of optical filter units 300 are respectively located at the outlet of the optical guide unit 200. Since the configuration is the same as, the overlapping portions described in FIG. 5 will be omitted for brevity of the specification.
  • FIG. 7 is a view schematically showing the main part of the solar cell spectroscopic response measuring apparatus of an embodiment of the present invention, and other parts are omitted since they are general matters.
  • the apparatus for measuring spectroscopic response of solar cells is disposed in an area (region C) in which the light bias device of any one of FIGS. 2 to 6 and the light emitted from the light bias device overlap each other.
  • the solar cell 600 to be measured includes a mounting portion 500 that can be seated.
  • the solar cell spectroscopic response measuring apparatus may further include a temperature control unit (not shown) for maintaining a constant temperature of the solar cell 600 seated on the mounting portion (500).
  • a temperature control unit (not shown) for maintaining a constant temperature of the solar cell 600 seated on the mounting portion (500).
  • FIG. 8 uses an air mass filter as the first optical filter 310 and the third optical filter 330 except for the second optical filter 320 and the fourth optical filter 340 in the optical bias device of FIG. 2.
  • the spectrum of the emitted light is measured in the C area. Referring to FIG. 8, it can be seen that the light spectrum is close to the AM 1.5G standard spectrum, which can be used for measuring the single junction solar cell spectroscopic response.
  • the spectrum of the light emitted from the filter and the fourth optical filter 340 using the 700 nm cut on filter is a graph measured in the C region, and the spectral irradiance in the 550 nm to 700 nm region. It can be seen that is not measured.
  • FIG. 10 shows an air mass filter with the first optical filter 310, a 500 nm cut-off filter with the second optical filter 320, an air mass filter with the third optical filter 330, and the third optical filter 310. It is a graph measuring the spectrum of the light emitted from the four light filter 340 using the 850 nm cut-on filter in the C region, it can be seen that the spectral illuminance is not measured in the 500 to 850 nm region.
  • this characteristic has the same effect as that of one optical filter that blocks light in the intermediate wavelength region and transmits light in the remaining wavelength region except for this, thereby measuring the spectral characteristics of the intermediate junction layer of the multi-junction solar cell. It is very easy to do this.
  • FIG. 11 illustrates an air bias filter as the first optical filter 310 and a 500 nm cut-off filter as the second optical filter 320 in the optical bias device of FIG. 2, and the third optical filter 330 and the fourth light.
  • the light passing through the filter 340 is a graph measuring the light emitted by shielding through the shutter unit 400 in the region C, and the light emitted from the first light filter 310 and the second light filter 320. It can be seen that only the spectrum was measured.
  • FIG. 12 shields the light passing through the first optical filter 310 and the second optical filter 320 through the shutter unit 400 and the air mass to the third optical filter 330.
  • the light emitted from the 600 nm cut-on filter using the filter and the fourth optical filter 340 is measured in the region C.
  • the light emitted from the third and fourth optical filters 330 and 340 is measured. It can be seen that only the spectrum was measured.
  • a portion of the plurality of optical filter units 300 is shielded through the shutter unit 400 to spectroscopically determine a top junction layer or a bottom junction layer of a multi-junction solar cell. Has the effect of measuring the properties.
  • the optical bias device of the present invention is used for measuring the spectroscopic response of the solar cell.
  • the present invention is not limited to this application, and any light source capable of modulating the wavelength and a light source capable of modulating the wavelength are described. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be applied to any device whose performance is improved.

Abstract

본 발명은 다양한 스펙트럼을 갖는 빛을 출사 가능한 광 바이어스 장치 및 이를 이용한 태양전지 분광응답 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 광 바이어스 장치는, 빛을 발광하는 바이어스 광원을 구비한 광원부; 입사된 빛이 경로를 따라 이동되는 복수의 광유로가 구비된 광가이드부; 및 상기 광가이드부 입구에 각각 위치되거나, 또는 상기 광가이드부에서 이동되는 빛의 경로 상에 위치되거나, 또는 상기 광가이드부 출구에 각각 위치되는 적어도 하나의 광필터가 구비된 복수의 광필터부를 포함한다.

Description

광 바이어스 장치 및 이를 포함하는 태양전지 분광응답 측정 장치
본 발명은 입사광의 스펙트럼을 조절할 수 있는 광 바이어스 장치 및 이를 포함하는 태양전지 분광응답 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 태양빛을 받아 전력을 생산하는 반도체 소자로서 개방전압, 단락전류, 변환 효율, 최대출력 등의 지표와 분광응답 등은 태양전지의 성능 및 판매가격을 결정하는 주요 요소이다.
태양전지의 성능지표들은 국제규격에서 제시하는 특정한 스펙트럼(AM 1.5G) 및 조사 강도(1 sun = 100 mW/cm2)를 가지는 빛에 태양전지를 노출시킨 후, 일정한 소자온도(25 ℃) 조건에서 태양전지가 출력하는 전류-전압 특성 곡선이나 분광응답(spectral response)을 측정함으로서 확인할 수 있다.
태양전지 분광응답을 측정하기 위한 일반적인 태양전지 분광응답 측정 장치는 측정용 단색광 발생을 위한 주 광원(main light source) 이외에 AM1.5G 스펙트럼 및 100 mW/cm2 조사강도의 빛을 구현하기 위한 바이어스 광원(bias light source)을 구비하고 있으며, 이 바이어스 광원에서 나온 빛을 하나의 광 경로(optical pathway)로 유도한 다음 에어 매스 필터(air mass filter)에 통과시킴으로써 AM1.5G 스펙트럼 및 100 mW/cm2 조사강도에 준하는 빛을 모사하여 태양전지에 입사 되도록 하고 있다.
하지만, 상술한 태양전지 분광응답도를 측정하기 위한 바이어스 광의 조건은 단일 접합 태양전지의 분광응답을 측정할 때만 유효한 것으로, 다중 접합 태양전지의 분광응답을 측정하기 위해서는 각 접합 층별로 요구되는 바이어스 광이 달라진다.
따라서 다중 접합 태양전지의 각 접합 층별 분광응답을 측정하기 위해서는 일반적인 태양전지 분광응답 측정 장치에 구비된 AM1.5G 스펙트럼 및 100 mW/cm2 조사강도의 빛을 구현하기 위한 바이어스 광원과 에어 매스 필터뿐만 아니라 각 접합 층이 요구하는 스펙트럼의 빛을 만들기 위한 보조 광학 필터의 사용이 요구된다.
보조 광학 필터로는 특정 파장 이하의 빛만을 투과시키는 로우패스 필터(low-pass filter)나, 특정 파장 이상의 빛만을 투과시키는 하이패스 필터(high-pass filter), 또는 특정 파장 대역의 빛은 차단하고 나머지 파장대의 빛만을 투과 시키는 밴드스톱 필터 (band-stop filter)들이 사용된다.
도 1(a)는 3중 접합 실리콘 태양전지의 각 접합 층의 분광응답특성을 나타내는 그래프이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 3중 접합 실리콘 태양전지의 중간 접합 층의 분광응답특성을 측정하기 위하여 필요한 광필터(밴드스톱 필터)의 투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 1(a)의 중간 접합층의 분광응답을 측정하기 위해서는 도 1(b)와 같이 빛의 투과를 차단하는 파장의 폭이 300 nm 내지 400 ㎚이며 이를 제외한 나머지 파장 영역에서만 빛을 투과시키는 광필터(밴드스톱 필터)를 사용하여야 하는데, 이와 같이 넓은 차단 폭(stop width)를 가진 광필터를 제조한다는 것은 기술적으로 매우 어려울 뿐만 아니라 , 제조할 수 있다 하더라도 가격이 매우 비싸 경제성이 낮거나 또는 신뢰성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
또한 각 접합층의 분광응답을 변경하여 새로운 다중 접합 태양전지를 제조하는 경우, 이를 측정하기 위해 새로운 차단 폭을 가지는 광필터를 다시 제작하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 바이어스 광원으로부터 발광되는 빛을 복수의 광유로로 유도하여 복수의 광필터를 통과시킴으로써 다중 접합층 각각의 분광응답 측정이 용이한 광 바이어스 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 광 바이어스 장치를 포함하는 태양전지 분광응답 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 광 바이어스 장치는, 빛을 발광하는 바이어스 광원을 구비한 광원부; 입사된 빛이 경로를 따라 이동되는 복수의 광유로가 구비된 광가이드부; 및 상기 광가이드부 입구에 위치되거나, 또는 상기 광가이드부에서 이동되는 빛의 경로 상에 위치되거나, 또는 상기 광가이드부 출구에 각각 위치되는 적어도 하나의 광필터가 구비된 복수의 광필터부를 포함한다.
상기 광원부는, 상기 바이어스 광원이 제논램프, 할로겐램프, LED 및 이들을 조합한 복수 광원과 광대역 광원 중에서 선택된 하나일 수 있다.
상기 광원부는 상기 바이어스 광원의 후면부에 배치된 반사거울 더 구비할 수 있으며, 추가로 상기 바이어스 광원의 전면부에 배치된 제1콜리메이션 렌즈를 더 구비할 수 있다.
상기 광가이드부는, 상기 광원부로부터 빛이 입사되는 적어도 하나의 광유입구와, 상기 복수의 광유로를 통과한 빛이 각각 출사되는 복수의 광유출구가 더 구비될 수 있고, 이 경우 상기 복수의 광유로는 광섬유로 이루어질 수 있다. 상기 광섬유는 하나의 상기 광유입구와 연결되거나, 또는 복수의 상기 광유입구와 각각 연결될 수 있다.
또한 상기 광가이드부는 상기 광원부로부터 입사된 빛을 분할하여 서로 다른 방향으로 출사하는 빔 스플리터(beam splitter)를 더 구비할 수 있다. 이 경우 상기 복수의 광유로는 적어도 하나의 반사 거울에 의해 형성되어 상기 빔 스플리터에서 출사된 빛이 상기 반사 거울에 반사되어 이동할 수 있다.
상기 광필터부는 어느 하나의 광필터부가 다른 하나의 광필터부와 서로 다른 파장 대역의 빛을 통과시키는 것이 바람직하다.
상기 광 바이어스 장치는 상기 광필터부 또는 상기 광가이드부에서 출사되는 빛을 투과 또는 차단하는 셔터부를 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 분광응답 측정 장치는, 상기 광 바이어스 장치; 및 상기 광 바이어스 장치로부터 출사된 빛이 서로 중첩되는 영역에 배치되고, 측정 대상인 태양전지가 안착 가능한 거치부를 포함한다. 태양전지 분광응답 측정 장치가 상기한 광 바이어스 장치와 거치부 외에도 많은 구성요소들로 구성되는 것은 당업자에게 자명한 사실이다. 태양전지 분광응답 측정 장치를 구성하는 일반적인 구성요소는 특별한 제한 없이 모두 적용될 수 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 태양전지 분광응답 측정 장치는 상기 거치부에 안착되는 태양전지의 온도를 일정하게 유지시키는 온도조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 태양전지 분광응답 측정 장치를 구성하는 광 바이어스 장치에 관한 설명은 상술한 상기 광 바이어스 장치에 관한 설명과 중복되므로 명세서의 간결함을 위하여 생략하기로 한다.
본 발명은 바이어스 광원으로부터 발광되는 빛을 복수의 광유로와 복수의 광필터에 통과시켜 병렬 중첩 효과를 통해 특정 파장 대역의 스펙트럼을 갖는 빛을 출사하는 것이 가능하며, 고가의 밴드스톱 필터를 사용하지 않음으로써 경제성이 향상될 뿐만 아니라 다중 접합 태양전지의 분광응답 신뢰성을 향상시키는 효과를 갖는다.
또한 하우징의 개폐구를 조절함으로써 다양한 스펙트럼을 갖는 빛의 출사가 가능하여 하나의 광 바이어스 장치로 단일 접합 태양전지 분광응답 측정뿐만 아니라 다중 접합 태양전지를 구성하는 탑(top), 미들(middle) 또는 바텀(bottom) 접합층의 분광응답 측정이 가능하다.
도 1은 (a)3중 접합 실리콘 태양전지의 각 접합 층의 분광응답특성 (b)도 1(a)의 3중 접합 실리콘 태양전지의 중간 접합 층의 분광응답특성을 측정하기 위하여 필요한 광필터의 투과 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 태양전지 분광응답 측정 장치의 주요부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 도 2의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치에 광필터(310, 320, 330, 340)를 에어 매스 필터만 사용하여 출사된 빛의 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 2의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치에 광필터를 에어 매스 필터(310), 550㎚ 컷오프 필터(320), 에어 매스 필터(330), 및 700㎚ 컷온 필터(340)를 사용하여 출사된 C영역에서의 빛 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 2의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치에 광필터를 에어 매스 필터(310), 500㎚ 컷오프 필터(320), 에어 매스 필터(330), 및 850㎚ 컷온 필터(340)를 사용하여 출사된 C영역에서의 빛 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 2의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치에 광필터를 에어 매스 필터(310) 및 500㎚ 컷오프 필터(320)를 사용하고, 반대편 광필터(330, 340)를 통과한 빛은 차단된 C영역에서의 빛 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 2의 태양전지 분광응답 측정용 광 바이어스 장치에 광필터를 에어매스 필터(330) 및 600㎚ 컷온 필터(340)을 사용하고, 반대편 광필터(310, 320)를 통과한 빛은 차단된 C영역에서의 빛 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
[부호의 설명]
100: 광원부
200: 광가이드부
300: 광필터부
400: 셔터부
500: 거치부
600: 태양전지
이하에 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 기술적 사상을 명확히 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 분광응답 측정용 광원 장치(이하 '광 바이어스 장치'라 함)는, 빛을 발광하는 광원부(100), 광원부(100)로부터 입사된 빛이 이동되는 광가이드부(200) 및 광가이드부(220)의 출구에 각각 위치하여 광가이드부(200)를 이동한 빛이 통과되는 복수의 광필터부(300)를 포함한다.
광원부(100)는 빛을 발광하는 바이어스 광원(110)을 포함하고, 바이어스 광원(110)은 제논(Xe)램프나 할로겐(halogen)램프 또는 LED 중에 하나를 사용하는 단일 광원, 또는 이들을 조합한 복수 광원일 수 있으며, 범용의 광대역(broadband) 광원을 사용할 수도 있다. 한편, 기재된 사항에 한정되지 아니하고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자('통상의 기술자')가 적절하게 변형하여 선택할 수 있다.
바이어스 광원(110)의 후면부에는 광원(110)으로부터 발광되어 광가이드부(200) 방향 이외의 다른 방향으로 발광되는 빛을 반사하기 위한 반사거울(130)이 형성될 수 있다. 상기 반사 거울(130)은 "∩"자의 타원체(ellipsoidal), "∧"자 또는 "┌┐"자 모양을 포함한 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
바이어스 광원(110)의 전면부에는 바이어스 광원(110)에서 발광된 빛을 평행광으로 변환시키는 제1콜리메이션 렌즈(120)가 형성될 수 있다.
광가이드부(200)는 입사된 빛이 각각 이동되는 제1광유로(210)과 제2광유로(220), 광원부(100)로부터 발광된 빛이 입사되고 제1광유로(210)와 제2광유로(220)의 입구와 결합되는 광유입구(230), 및 제1광유로(210)와 제2광유로(220)를 통과한 빛이 각각 출사되고 제1광유로(210)와 제2광유로(220)의 출구와 각각 결합되는 광유출구(240)을 포함한다.
이 때, 제1광유로(210) 및 제2광유로(220)는 광섬유로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 광섬유는 빛의 전반사가 가능하도록 유리 재질로 이루어진 광학 섬유로 수 내지 수십 마이크로미터(㎛) 크기의 코어(core)를 클래딩(cladding) 및 보호 피복이 감싸는 구조인 것이 바람직하다.
즉, 제1콜리메이션 렌즈(120)를 통과한 빛은 광유입구(230)로 입사되어 제1광유로(210) 및 제2광유로(220)로 각각 이동한 후, 제1광유로(210)를 통과한 빛은 제1광유로(210)의 출구와 결합된 광유출구(240)으로 출사되고, 제2광유로(330)를 통과한 빛은 제2광유로(220)의 출구와 결합된 광유출구(240)로 출사된다.
광필터부(300)는 제1광유로(210)의 출구에 위치되고 제1광필터(310) 및 제2광필터(320)로 이루어진 제1광필터부와, 제2광유로(220)의 출구에 위치되고 제3광필터(330) 및 제4광필터(340)로 이루어진 제2광필터부를 포함한다.
제1광필터(310)와 제3광필터(330)은 에어 매스 필터(air mass filter)를 포함한 동일한 필터를 사용할 수 있으며, 제2광필터(320) 또는 제4광필터(340)는 광학 로우-패스 필터(optical low-pass filter) 또는 광학 하이-패스 필터(optical high-pass filter)를 사용하여, 두 개의 광필터부는 서로 다른 파장 대역의 빛을 통과시킬 수 있다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니고 단일 접합 태양전지의 분광 응답을 측정하기 위한 광 바이어스 장치로 이용할 경우에는 제2광필터(420) 및 제4광필터(460)를 각각 제1광필터(410) 및 제3광필터(450)와 동일한 필터로 사용할 수 있으며, 다중 접합 태양전지의 분광 응답을 측정하기 위한 광원 장치로 이용할 경우에는 다중 접합 태양전지를 구성하는 접합층의 수에 따라 이용되는 광필터의 수 또는 파장을 적절하게 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 광 바이어스 장치는 광필터부(300)에서 출사되는 빛을 투과 또는 차단하는 셔터부(400)를 더 포함할 수 있다.
셔터부(400)는 각각의 광필터부(300)를 통과한 빛의 최종 출구에 위치하는 것이 바람직하며, 본 발명의 일 실시예는 광필터부(300)의 출구에 위치할 수 있다. 또한 셔터부(400)의 구성은 빛을 투과하거나 또는 차단하는 공지의 구성이라면 제한되지 않고 적절하게 선택할 수 있다.
즉, 차폐부(400)를 통해 제1광필터(310)와 제2광필터(320)를 통과된 빛(A영역)은 투과하고 제3광필터(330)와 제4광필터(340)를 통과된 빛(B영역)은 차단하거나, 또는 제1광필터(310)와 제2광필터(320)를 통과된 빛은 차단하고 제3광필터(330)와 제4광필터(340)를 통과된 빛은 투과시키거나, 또는 제1광필터(310)와 제2광필터(320)를 통과된 빛과 제3광필터(330)와 제4광필터(340)를 통과된 빛을 모두 투과하여 중첩된 빛(C영역)을 생성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예의 광 바이어스 장치는 광원부(100)의 전면부에 복수의 제1콜리메이션 렌즈(120)가 배치되고, 광가이드부(200)는 제1광유로(210) 및 제2광유로(220) 각각의 입구에 광유입구(230)가 결합되는 구성의 차이를 제외하고는 도 2의 광 바이어스 장치의 구성과 동일하므로, 도 2에서 설명된 내용과 중복되는 부분은 명세서의 간결함을 위하여 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예의 광 바이어스 장치는 광원부(100)의 전면부에 복수의 제1콜리메이션 렌즈(120)가 배치되고, 복수의 광필터부(300)가 광가이드부(200) 입구에 각각 위치되고, 광가이드부(200)는 제1광유로(210) 및 제2광유로(220) 각각의 입구에 광유입구(230)가 결합되는 구성의 차이를 제외하고는 도 2의 광 바이어스 장치의 구성과 동일하므로, 도 2에서 설명된 내용과 중복되는 부분은 명세서의 간결함을 위하여 생략하기로 한다.
즉, 도 2의 광 바이어스 장치는 광원부(100)에서 발광된 빛이 광가이드부(200)를 통해 이동된 다음 복수의 광필터부(300)를 각각 통과되어 특정 스펙트럼을 가진 중첩된 빛을 생성하지만, 도 4의 광 바이어스 장치는 광원부(100)에서 발광된 빛이 복수의 광필터부(300)를 각각 통과된 다음 광가이드부(200)를 통해 이동되어 특정 스펙트럼을 가진 중첩된 빛을 생성한다는 점에서 차이가 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예의 광 바이어스 장치는 광가이드부(200)의 구성 및 복수의 광필터부(300)의 위치의 차이를 제외하고는 도 2의 광 바이어스 장치의 구성과 동일하므로, 도 2에서 설명된 내용과 중복되는 부분은 명세서의 간결함을 위하여 생략하기로 한다.
광가이드부(200)는 광원부(100)로부터 입사된 빛을 분할하여 서로 다른 방향으로 출사하는 빔 스플리터(290)를 더 구비하고, 복수의 광유로는 반사 거울(250, 260, 270, 280)에 의해 형성된다.
제1반사 거울(250) 및 제2반사 거울(260)에 의해 하나의 광유로가 형성되고 제3반사 거울(270) 및 제4반사 거울(280)에 의해 다른 하나의 광유로가 형성되어 빔 스플리터(290)에 의해 서로 다른 방향으로 출사되는 빛이 경로를 따라 이동된다.
또한 복수의 광필터부(300)는 광가이드부(200)에서 이동되는 빛의 경로 즉, 제1반사 거울(250) 및 제2반사 거울(260)에 의해 형성된 광유로에서 이동되는 빛의 경로와, 제3반사 거울(270) 및 제4반사 거울(280)에 의해 형성된 광유로에서 이동되는 빛의 경로 상에 각각 위치된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예의 광 바이어스 장치는 복수의 광필터부(300)의 위치가 광가이드부(200)의 출구에 각각 위치되는 것을 제외하고는 도 5의 광 바이어스 장치의 구성과 동일하므로, 도 5에서 설명된 내용과 중복되는 부분은 명세서의 간결함을 위하여 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명 일 실시예의 태양전지 분광응답 측정 장치의 주요부분을 개략적으로 도시한 도면이며, 이외의 부분은 일반적인 사항이므로 생략하였다.
도 7을 참조하면, 본 발명 일 실시예의 태양전지 분광응답 측정 장치는 도 2 내지 도 6 중 어느 하나의 광 바이어스 장치 및 상기 광 바이어스 장치로부터 출사된 빛이 서로 중첩되는 영역(C영역)에 배치되고, 측정 대상인 태양전지(600)가 안착 가능한 거치부(500)를 포함한다.
또한 상기 태양전지 분광응답 측정 장치는 거치부(500)에 안착되는 태양전지(600) 온도를 일정하게 유지시키는 온도조절부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 8은 도 2의 광 바이어스 장치에 제2광필터(320) 및 제4광필터(340)을 제외하고, 제1광필터(310) 및 제3광필터(330)로 에어 매스 필터를 사용하여 출사된 빛의 스펙트럼을 C영역에서 측정한 그래프이다. 도 8을 참조하면 빛의 스펙트럼이 AM 1.5G 표준 스펙트럼과 근사하여, 단일 접합 태양전지 분광 응답 측정에 이용 가능한 것을 알 수 있다.
도 9는 도 2의 광 바이어스 장치에 제1광필터(310)로 에어 매스 필터, 제2광필터(320)로 550㎚ 컷 오프(cut off) 필터, 제3광필터(330)로 에어 매스 필터, 및 제4광필터(340)로 700㎚ 컷 온(cut on) 필터를 사용하여 출사된 빛의 스펙트럼을 C영역에서 측정한 그래프이며, 550㎚에서 700㎚ 영역에서 스펙트럼 조도(spectral irradiance)가 측정되지 않은 것을 알 수 있다.
도 10은 도 2의 광 바이어스 장치에 제1광필터(310)로 에어 매스 필터, 제2광필터(320)로 500㎚ 컷 오프 필터, 제3광필터(330)로 에어 매스 필터, 및 제4광필터(340)로 850㎚ 컷 온 필터를 사용하여 출사된 빛의 스펙트럼을 C영역에서 측정한 그래프이며, 500㎚에서 850㎚ 영역에서 스펙트럼 조도가 측정되지 않는 것을 알 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 서로 다른 파장 대역의 빛을 통과시키는 필터를 동시에 사용함으로써 빛의 투과가 차단되는 파장 폭을 조절할 수 있고, 차단되는 영역의 중심 파장의 위치를 조절하는 것이 가능하다. 또한 이와 같은 특성은 중간 파장 영역에서 빛을 차단하고 이를 제외한 나머지 파장 영역에서 빛을 투과시키는 하나의 광필터의 특성과 동일한 효과를 가짐으로써, 다중 접합 태양전지의 중간 접합층에 대한 분광 특성을 측정하는데 매우 용이한 효과가 있다.
도 11은 도 2의 광 바이어스 장치에 제1광필터(310)로 에어 매스 필터 및 제2광필터(320)로 500㎚ 컷 오프 필터를 사용하고, 제3광필터(330) 및 제4광필터(340)를 통과한 빛은 셔터부(400)를 통해 차폐하여 출사된 빛을 C영역에서 측정한 그래프이며, 제1광필터(310) 및 제2광필터(320)에서 출사된 빛에 대해서만 스펙트럼이 측정된 것을 알 수 있다.
도 12는 도 2의 광 바이어스 장치에 제1광필터(310) 및 제2광필터(320)를 통과한 빛은 셔터부(400)를 통해 차폐하고, 제3광필터(330)로 에어 매스 필터 및 제4광필터(340)로 600㎚ 컷 온 필터를 사용하여 출사된 빛을 C영역에서 측정한 그래프이며, 제3광필터(330) 및 제4광필터(340)에서 출사된 빛에 대해서만 스펙트럼이 측정된 것을 알 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 셔터부(400)를 통해 복수의 광필터부(300) 중 일부를 차폐함으로써 다중 접합 태양전지의 탑(top) 접합층 또는 바텀(bottom) 접합층에 대한 분광 특성을 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
이상, 본 발명의 광 바이어스 장치를 태양전지 분광응답 측정용으로 사용하는 경우에 대하여 설명하였으나 이러한 용도에 한정되는 것은 아니며, 파장의 변조가 가능한 광원이 요구되는 모든 분야와 파장의 변조가 가능한 광원을 적용할 때에 성능이 향상되는 모든 장치에 대하여 적용할 수 있음은 당업자에 자명하다.

Claims (11)

  1. 빛을 발광하는 바이어스 광원을 구비한 광원부;
    입사된 빛이 경로를 따라 이동되는 복수의 광유로가 구비된 광가이드부; 및
    상기 광가이드부 입구에 각각 위치되거나, 또는 상기 광가이드부에서 이동되는 빛의 경로 상에 위치되거나, 또는 상기 광가이드부 출구에 각각 위치되는 적어도 하나의 광필터가 구비된 복수의 광필터부를 포함하는 광 바이어스 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 바이어스 광원이 제논램프, 할로겐램프, LED 및 이들을 조합한 복수 광원과 광대역 광원 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 바이어스 광원의 후면부에 배치되는 반사거울을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 바이어스 광원의 전면부에 배치되는 제1콜리메이션 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 광가이드부는,
    상기 광원부로부터 빛이 입사되는 적어도 하나의 광유입구와, 상기 복수의 광유로를 통과한 빛이 각각 출사되는 복수의 광유출구가 더 구비되고,
    상기 복수의 광유로는 광섬유로 이루어진 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 광섬유는 하나의 상기 광유입구와 연결되거나, 또는 복수의 상기 광유입구와 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 광가이드부는,
    상기 광원부로부터 입사된 빛을 분할하여 서로 다른 방향으로 출사하는 빔 스플리터를 더 구비하고,
    상기 복수의 광유로는 적어도 하나의 반사 거울에 의해 형성되어 상기 빔 스플리터에서 출사된 빛이 상기 반사 거울에 반사되어 이동하는 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 광필터부는, 어느 하나의 광필터부가 다른 하나의 광필터부와 서로 다른 파장 대역의 빛을 통과시키는 것을 특징으로 하는 광 바이어스 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 광가이드부 또는 상기 광필터부에서 출사되는 빛을 투과 또는 차단하는 셔터부를 더 포함하는 광 바이어스 장치.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 광 바이어스 장치; 및
    상기 광 바이어스 장치로부터 출사된 빛이 서로 중첩되는 영역에 배치되고, 측정 대상인 태양전지가 안착 가능한 거치부를 포함하는 태양전지 분광응답 측정 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 거치부에 안착되는 태양전지의 온도를 일정하게 유지시키는 온도조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 분광응답 측정 장치.
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