WO2016017846A1 - 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치 및 이를 이용한 태양전지 측정 장치 - Google Patents

광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치 및 이를 이용한 태양전지 측정 장치 Download PDF

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윤경훈
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신기식
김기환
박주형
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유진수
조아라
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • 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.
  • STC Standard Test Condition
  • the sample stage to which the solar cell to be measured is fixed Indirect sample temperature control method was used to control the temperature of the sample by controlling the temperature of the sample stage.
  • the target sample to which the apparatus performs temperature control is not only a case where the temperature of the sample is increased by light irradiation accompanying the photo-electronic measurement step, such as a solar cell, but also all the temperature of the sample is increased during the measurement process.
  • kinds of samples are available.
  • the cooling unit a compressed air generator for generating compressed air
  • Compressed air injector is connected to the compressed air generator for injecting compressed air
  • the controller may further include a controller configured to control an injection amount or air generation amount of air injected from the cooling unit according to the temperature measured by the temperature measuring unit, thereby increasing the effect of controlling the temperature of the sample.
  • the sample stage is preferably provided with a cooling means for cooling the sample stage, it is preferable to include a contact type temperature sensor for measuring the temperature of the sample stage.
  • a contact type temperature sensor for measuring the temperature of the sample stage.
  • the sample stage may be supported by a support that at least partially contacts the sample stage.
  • a support part further, the size of a sample stage can be comprised suitably.
  • the support part may support only the lower surface of the sample stage, may have a structure for supporting the side and the lower surface except the upper surface of the sample stage, or may be a structure for supporting only the side surface of the sample stage.
  • the measuring apparatus of the solar cell for achieving the above object, the light source unit having a light source for emitting light; Cooling unit for cooling the sample by injecting air; And a temperature measuring unit having a thermometer measuring a temperature of the sample, wherein the sample is one selected from a solar cell unit cell, a solar cell module, and a small assembly unit component of the solar cell.
  • Such a solar cell measuring device is a concept including all the devices for measuring the photo-electronic characteristics of the solar cell, such as a current-voltage characteristic curve measuring device and a spectroscopic response measuring device of the solar cell sample, and irradiates light to the solar cell
  • Any device for measuring the electronic properties may be applicable, and it will be apparent to those skilled in the art that each measuring device is composed of many components in addition to the light source and the device for maintaining the temperature of the sample in the above-mentioned optical-electronic measurement.
  • each measuring device is composed of many components in addition to the light source and the device for maintaining the temperature of the sample in the above-mentioned optical-electronic measurement.
  • general components constituting each measuring device may be applied without any particular limitation, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the apparatus for controlling the temperature of a sample at the time of measuring the photo-electronic characteristics of the sample according to the present invention is a sample to be measured by applying a direct sample temperature control method of directly injecting air to the sample or cooling the air to the sample. There is an effect that can easily adjust the temperature of.
  • the solar cell measuring apparatus is easy to maintain the temperature of the sample solar cell at a value presented in STC conditions, and particularly for measuring thin film solar cells using thick glass substrates as well as general crystalline silicon solar cells. There is an effect that can be applied to the measurement of various solar cells, including solar cells that need to use an additional jig, or solar cells that require a relatively long measurement time due to the slow optical response time.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a temperature control process of a controller in the solar cell measuring apparatus of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a graph showing a temperature change over time of a solar cell to be measured when using an indirect control method, a direct control method, and a direct control method and an indirect control method simultaneously.
  • sample stage 450 compressed air injector
  • thermometer 310 first cradle 510: thermometer
  • cooling unit 700 solar cell
  • first compressed air discharge hose 810 second fastening member
  • a solar cell measuring apparatus includes a light source unit 100, a sample stage 200, a support unit 300, a cooling unit 400, and a temperature measuring unit 500. do.
  • the light source unit 100 includes a light source 110 that emits light, and the light source 110 satisfies or corresponds to AM 1.5G reference sunlight and irradiation intensity of 100 mW / cm 2 used for solar cell performance evaluation. It is preferable that it is a xenon lamp, a halogen lamp, LED, or multiple light sources combining these.
  • the sample stage 200 is positioned under the light source unit 100, and the solar cell 700 to be measured is fixed to the upper portion of the sample stage 200 by a separate fixing member.
  • the sample stage may merely serve to fix the solar cell sample, but a temperature sensor (not shown) is provided in the sample stage 200, so that the solar cell may be cooled by a water-cooled or thermoelectric device according to the temperature measured by the temperature sensor. It may be a structure for cooling the sample stage 200 to which the 700 is fixed.
  • the support 300 is positioned below the sample stage 200 and is formed longer in the horizontal direction than the sample stage 200 to support the sample stage 200, and the upper portion of the support 300 on which the sample stage 200 is not located.
  • the first cradle 310 and the second cradle 320 are formed on both sides.
  • the shape of the support is not limited thereto, and may be attached to a portion of the sample stage, or may be formed to have the same length as the horizontal length of the sample stage so that the holder is formed on one side or both sides of the sample stage. If necessary, the support may be omitted, and the holder may be modified to be formed on one side or both sides of the upper part of the sample stage.
  • the first cradle 310 and the second cradle 320 are positioned on both sides of the upper portion of the support to face each other, and have a rod-like structure that is stretchable in the longitudinal direction and rotatable in the axial direction.
  • the present invention is not limited thereto, and may be deformed into various shapes that are stretchable in the longitudinal direction and rotatable in the axial direction.
  • the cooling unit 400 is disposed on one side of the support 200, and includes a compressed air generator 410 for generating compressed air and a first compressed air discharge hose 420 for discharging the compressed air generated from the compressed air generator 410. ), A compressed air cooler 430 connected to the first compressed air discharge hose 420 to cool the compressed air, and a second compressed air discharge hose 440 connected to the compressed air cooler 430 to discharge the cooled compressed air 440. And a compressed air injector 450 connected to the second compressed air discharge hose 440 to inject the cooled compressed air.
  • the temperature measuring unit 500 includes a thermometer 510 for measuring the temperature of the solar cell, and the thermometer 510 is fastened to the second fastening member 810 fastened to the second cradle 320.
  • Thermometer 510 is preferably a non-contact radiation thermometer.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a main part of a solar cell measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the solar cell measuring apparatus according to another embodiment of the present invention further includes a controller 600.
  • command data in the controller 600 is not limited to controlling the injection amount of the cooled compressed air, but includes controlling the amount of compressed air generated by the compressed air generator 410, the cooling temperature of the cooler 430, and the like. It can be modified in various ways.
  • FIG. 4 is a graph showing a temperature change over time of a solar cell to be measured when using an indirect control method, a direct control method, and a direct control method and an indirect control method simultaneously.
  • the solar cell to be measured dye-sensitized solar cell made of fluorine-doped tin oxide (FTO) glass having a thickness of 2.2 mm was used, and light with a spectrum similar to AM1.5G was emitted at an intensity of 100 mW / cm 2 . The measurement was performed under the conditions irradiated to the battery.
  • FTO fluorine-doped tin oxide
  • the temperature of the solar cell is 1 minute after the measurement starts. It can be seen that the temperature was raised to 26 ° C and then maintained near 27 ° C.
  • the temperature of the solar cell to be measured is maintained close to the STC reference temperature compared to the case of using only the indirect control method. It can be seen that there is an effect.

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Abstract

본 발명은 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치를 개시한다. 본 발명에 의한 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치는, 측정 대상이 되는 샘플이 고정되는 샘플 스테이지; 공기를 분사하여 상기 샘플을 냉각하는 냉각부; 및 상기 샘플의 온도를 측정하는 온도계를 구비한 온도측정부;를 포함한다. 본 발명은, 공기를 바로 샘플에 분사하거나 혹은 공기를 냉각하여 샘플에 분사하는 직접적인 샘플 온도 제어 방식을 적용함으로써, 측정 대상인 샘플의 온도를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.

Description

광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치 및 이를 이용한 태양전지 측정 장치
본 발명은 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하기 위한 장치 및 이를 이용한 태양전지 측정 장치에 대한 것으로, 더욱 구체적으로는 광-전자적 특성을 측정하는 과정에서 측정 대상인 샘플의 온도 조건을 일정하게 유지할 수 있는 장치 및 이를 이용하여 태양전지 샘플의 온도가 일정하게 유지되는 태양전지 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. 이러한 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±1 ℃) 조건에서 태양전지가 출력하는 전류-전압 특성 곡선이나 분광응답(spectral responsivity)과 같은 광-전자적 특성을 측정함으로서 확인할 수 있으며, 이러한 시험 조건을 표준 시험조건(Standard Test Condition; STC) 이라 한다.
이때, 종래의 태양전지 전류-전압 특성곡선 측정 장치나 분광응답 측정 장치는, 측정을 수행하는 동안 태양전지 소자의 온도를 STC 조건과 유사한 값으로 유지하기 위해서, 측정 대상인 태양전지가 고정되는 샘플 스테이지(sample stage)의 온도를 조절하여 시료의 온도가 제어되도록 하는, 간접적인 시료온도 제어방식을 사용하였다.
이러한 간접적인 시료온도 제어 방식은 열전도도(thermal conductivity)가 상대적으로 좋은 일반적인 결정질 실리콘 태양전지나, 얇은 유리 기판 혹은 금속기판을 이용한 박막 태양전지 등의 경우에는, 샘플 스테이지와 시료사이에 효율적인 열 교환이 이루어지기 때문에 시료에 대한 온도 조절 효과를 충분히 발휘할 수 있었다.
그러나 두꺼운 유리 기판을 이용한 박막 태양전지 또는 측정을 위하여 추가적인 지그(jig)를 사용해야 하는 태양전지의 경우에는 샘플 스테이지와 시료간의 열 교환이 제대로 이루어지지 않기 때문에, 측정을 위한 빛을 비추면 태양전지 시료의 온도가 가파르게 증가하며, 따라서 측정대상 태양전지의 온도를 STC조건과 유사한 값으로 유지하기가 어렵다는 문제점이 있었다. 아울러 광 응답시간이 느려서 상대적으로 긴 측정시간이 소요되는 염료감응 태양전지와 같은 경우에는, 측정을 위해 빛에 노출되는 시간이 다른 태양전지에 비해 상대적으로 길어지기 때문에 이러한 간접적인 온도제어방식의 단점이 더욱 뚜렷하게 나타나는 문제점이 있었다.
나아가 태양전지 이외에도 제조된 샘플의 광-전자적 특성을 측정하는 과정에서 광조사 또는 다른 이유로 인하여 샘플의 온도가 상승하는 것에 의해서 정확한 측정이 이루어지지 못하는 문제를 해결하려는 노력이 계속되고 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 측정 대상인 샘플의 온도를 간접적인 방법으로 조절하는 방법을 벗어나, 다양한 광-전자적 특성을 측정하는 장치들에 적용할 수 있는 샘플의 온도를 제어하는 장치 및 이를 이용한 태양전지 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치는, 측정 대상이 되는 샘플이 고정되는 샘플 스테이지; 공기를 분사하여 상기 샘플을 냉각하는 냉각부; 및 상기 샘플의 온도를 측정하는 온도계를 구비한 온도측정부;를 포함한다.
상기한 장치가 온도 제어를 수행하는 대상 샘플은 태양전지와 같이 광-전자적 측정 단계에서 수반되는 광조사(照射)에 의해서 샘플의 온도가 높아지는 경우뿐만 아니라, 측정 과정에서 샘플의 온도가 상승하는 모든 종류의 샘플이 가능하다.
이때, 냉각부는, 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기; 상기 압축공기 발생기와 연결되어 압축공기를 분사하는 압축공기 분사기;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 압축공기 발생기와 연결되어 압축공기를 냉각하는 압축공기 냉각기를 더 포함할 수도 있다.
상기한 압축공기 분사기를 체결하기 위한 제1거치대를 포함할 수 있다. 이러한 압축공기 분사기는 제1거치대에 제1체결부재에 의해서 체결되고, 제1체결부재 또는 압축공기 분사기가 하나 이상의 방향에 대한 운동성을 가짐으로써, 압축공기가 분사되는 방향을 조절할 수 있으며, 이에 따라서 샘플의 적절한 위치를 향하여 압축공기가 분사되도록 제1체결부재 또는 압축공기 분사기의 방향을 조절할 수 있다.
또한, 상기한 온도계가 비접촉식 온도계이며, 상기 온도계가 체결되는 제2거치대를 포함하는 경우에, 측정대상 샘플에 직접적인 영향을 주지 않고 샘플의 온도를 측정할 수 있다. 이러한 온도계는 제2거치대에 제2체결부재에 의해서 체결되고, 제2체결부재 또는 온도계가 하나 이상의 방향에 대한 운동성을 가짐으로써, 온도계가 측정하는 방향을 조절할 수 있으며, 이에 따라서 온도계가 적절한 위치의 온도를 측정하도록 제2체결부재 또는 온도계의 방향을 조절할 수 있다. 비접촉식 온도계로서는 임의의 물체로부터 방출되는 복사 에너지를 측정하여 해당 물체의 온도를 측정하는 복사 온도계가 대표적이다.
그리고 온도측정부에서 측정된 온도에 따라 냉각부에서 분사되는 공기의 분사량 또는 공기 발생량을 제어하는 제어부를 더 포함함으로써, 샘플의 온도를 제어하는 효과를 높일 수 있다.
한편, 상기한 샘플 스테이지는 샘플 스테이지를 냉각하는 냉각수단을 구비하는 것이 좋으며, 샘플 스테이지의 온도를 측정하는 접촉식 온도센서를 구비하는 것이 바람직하다. 이와 같이 샘플 스테이지 냉각 수단 및 온도센서를 함께 구비함으로써 공기분사에 의한 직접적 온도 조절과 함께 간접적으로 샘플의 온도를 조절할 수 있다. 이러한 샘플 스테이지의 냉각 수단으로는 수냉식과 열전소자 방식을 적용할 수 있다.
상기한 샘플 스테이지는 샘플 스테이지와 적어도 일부분이 접촉하는 지지부에 의해서 지지될 수 있다. 이와 같이 지지부를 추가적으로 구비함으로써 샘플 스테이지의 크기를 적절하게 구성할 수 있다. 구체적으로는 지지부가 샘플 스테이지의 하면만을 지지할 수도 있고, 샘플 스테이지의 상면을 제외한 측면과 하면을 지지하는 구조일 수도 있으며, 샘플 스테이지의 측면만을 지지하는 구조일 수도 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 태양전지의 측정 장치는, 빛을 발광하는 광원을 구비한 광원부; 공기를 분사하여 상기 샘플을 냉각하는 냉각부; 및 상기 샘플의 온도를 측정하는 온도계를 구비한 온도측정부;를 포함하며, 상기 샘플은 태양전지 단위 셀, 태양전지 모듈 및 태양전지 셀의 소 조립단위 부품 중에 선택된 하나인 것을 특징으로 한다.
이러한 태양전지 측정 장치는 태양전지 샘플의 전류-전압 특성곡선 측정 장치 및 분광응답 측정 장치 등과 같이 태양전지의 광-전자적 특성을 측정하는 장치를 모두 포함하는 개념으로서, 태양전지에 빛을 조사하며 전기-전자적 특성에 대한 측정을 수행하는 모든 장치가 해당될 수 있으며, 각 측정 장치들이 상기한 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 유지하는 장치와 광원부 외에도 많은 구성요소들로 구성되는 것은 당업자에게 자명한 사실이다. 다만 각 측정 장치를 구성하는 일반적인 구성요소들은 특별한 제한 없이 모두 적용될 수 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 태양전지 측정 장치는 광원부에서 조사되는 광에 의한 온도 상승의 문제가 없이 태양전지 샘플의 광-전자적 특성을 측정할 수 있다. 또한 측정의 대상이 되는 샘플은 일반적인 태양전지 단위 셀(unit cell)뿐만 아니라, 소 조립단위 부품(a sub-assembly) 및 태양광 모듈(photovoltaic module) 등이 모두 포함될 수 있으며, 이하에서는 상기한 모든 샘플의 경우를 대표하는 의미로서 "태양전지"로 표현하였다.
종래의 태양전지 측정 장치들의 경우, 측정을 수행하는 동안 시료의 온도를 제어하기 위한 별도의 장치를 사용하지 않거나, 혹은 측정 대상인 태양전지가 고정되는 샘플 스테이지(sample stage)의 온도를 조절하는 간접적인 시료온도 제어방식만을 이용함으로써, 두꺼운 유리 기판을 이용한 박막 태양전지나, 측정을 위하여 추가적인 지그(jig)를 사용해야 하는 태양전지, 또는 광 응답시간이 느려서 상대적으로 긴 측정시간이 소요되는 태양전지 등의 측정 시에 측정 대상인 태양전지의 온도를 STC 조건과 유사한 값으로 유지하기 어렵다는 문제점이 있었다.
이에 비해 본 발명은 압축공기 발생기로부터 발생된 압축공기를 냉각기를 이용하여 냉각한 후 태양전지에 분사하거나 혹은 냉각하지 않고 바로 태양전지에 분사하는 직접적인 시료온도 제어 방식을 단독으로 사용하거나 또는 간접제어 방식과 함께 사용함으로써, 다양한 태양전지의 성능 평가 시 측정 대상인 태양전지의 온도를 STC 조건과 유사한 값으로 제어하기 용이하다.
상기한 광원은 태양전지 성능평가에 이용되는 AM 1.5G 기준 태양광, 조사강도 100 mW/㎠를 만족하거나 또는 이에 준하는 광원이며, 대표적으로 제논램프, 할로겐램프, LED 및 이들을 조합한 복수 광원과 광대역 광원 중에서 선택된 하나일 수 있다.
상기한 태양전지 측정 장치는 측정대상 샘플이 태양전지인 점과 태양전지가 광발전을 할 수 있도록 빛을 제공하는 광원부를 제외한 부분에 대하여는 상기한 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 유지하는 장치의 구성을 제한 없이 적용할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 샘플의 광-전자적 특성 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치는, 공기를 바로 샘플에 분사하거나 혹은 공기를 냉각하여 샘플에 분사하는 직접적인 샘플 온도 제어 방식을 적용함으로써, 측정 대상인 샘플의 온도를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 샘플의 광-전자적 특성 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치는, 상기한 직접적인 샘플 온도 제어 방식과 샘플 스테이지의 온도를 조절하는 간접적인 제어 방법을 함께 사용함으로써, 매우 뛰어난 샘플의 온도 제어 효과를 나타낸다.
나아가 본 발명에 의한 태양전지 측정 장치는, 샘플 태양전지의 온도를 STC 조건에 제시하는 값으로 유지하기가 용이하며, 특히 일반적인 결정질 실리콘 태양전지뿐만 아니라 두꺼운 유리 기판을 사용한 박막 태양전지나, 측정을 위해 추가적인 지그를 사용하여야 하는 태양전지, 또는 광 응답시간이 느려서 상대적으로 긴 측정시간이 소요되는 태양전지 등을 포함한 다양한 태양전지의 측정에 모두 적용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 측정 장치의 주요부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 측정 장치의 주요부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 태양전지 측정 장치에서 제어부의 온도 제어 과정을 도시한 플로 차트이다.
도 4는 간접제어 방식, 직접제어 방식 및 직접제어 방식과 간접제어 방식을 동시에 이용한 경우에 측정대상인 태양전지의 시간 경과에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
[부호의 설명]
100: 광원부 430: 압축공기 냉각기
110: 광원 440: 제2압축공기 배출호스
200: 샘플 스테이지 450: 압축공기 분사기
300: 지지부 500: 온도측정부
310: 제1거치대 510: 온도계
320: 제2거치대 600: 제어부
400: 냉각부 700: 태양전지
410: 압축공기 발생기 800: 제1체결부재
420: 제1압축공기 배출호스 810: 제2체결부재
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 측정 장치의 주요부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 측정 장치는, 광원부(100), 샘플 스테이지(200), 지지부(300), 냉각부(400) 및 온도측정부(500)를 포함한다.
광원부(100)는 빛을 발광하는 광원(110)을 포함하고, 광원(110)은 태양전지 성능평가에 이용되는 AM 1.5G 기준 태양광, 조사강도 100 mW/㎠를 만족하거나 또는 이에 준하는 것으로서, 제논램프나 할로겐램프 혹은 LED 이거나 또는 이들을 조합한 복수 광원인 것이 바람직하다.
샘플 스테이지(200)는 광원부(100)의 하부에 위치하고, 샘플 스테이지(200)의 상부에는 측정 대상인 태양전지(700)가 별도의 고정부재에 의해 고정된다. 샘플 스테이지는 단순히 태양전지 샘플을 고정하는 역할만을 할 수도 있지만, 샘플 스테이지(200)에 온도센서(미도시)가 구비되어 상기 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 수냉식 또는 열전소자 방식에 의해 태양전지(700)가 고정된 샘플 스테이지(200)를 냉각하는 구조일 수도 있다.
지지부(300)는 샘플 스테이지(200)의 하부에 위치하고 샘플 스테이지(200)보다 가로방향으로 길게 형성되어 샘플 스테이지(200)를 지지하고, 샘플 스테이지(200)가 위치하지 않는 지지부(300) 상부의 양측에는 제1거치대(310) 및 제2거치대(320)가 형성된다.
하지만, 지지부의 형상은 이에 한정되지 않고, 샘플 스테이지의 일부영역에 부착된 형태이거나, 혹은 샘플 스테이지의 가로방향의 길이와 동일한 길이로 형성되어 거치대가 샘플 스테이지 상부의 일측 또는 양측에 형성되거나, 또는 필요에 따라 지지부를 생략하고 거치대만을 샘플 스테이지 상부의 일측 또는 양측에 형성하는 것으로 변형할 수 있다.
제1거치대(310) 및 제2거치대(320)는 지지부 상부의 양측에 서로 대향되도록 위치하고, 길이 방향으로 신축 가능하고 축방향으로 회전이 가능한 막대형상인 구조이다. 다만, 이에 한정되지 않고 길이 방향으로 신축 가능하고 축방향으로 회전이 가능한 다양한 형상으로 변형할 수 있다.
냉각부(400)는 지지부(200)의 일측에 배치되고, 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기(410), 압축공기 발생기(410)로부터 발생된 압축공기를 배출시키는 제1압축공기 배출호스(420), 제1압축공기 배출호스(420)와 연결되어 압축공기를 냉각시키는 압축공기 냉각기(430), 압축공기 냉각기(430)와 연결되어 냉각된 압축공기를 배출시키는 제2압축공기 배출호스(440) 및 제2압축공기 배출호스(440)와 연결되어 냉각된 압축공기를 분사하는 압축공기 분사기(450)로 구성된다.
압축공기 분사기(450)는 제1거치대(310)와 체결되는 제1체결부재(800)에 체결되고, 수평 및 수직방향으로 회전이 가능하다. 압축공기 분사기(450)의 분사구(미도시)는 태양전지(700)를 향하고, 상기 분사구를 통해 냉각된 압축공기를 분사한다.
온도측정부(500)는 태양전지의 온도를 측정하는 온도계(510)를 구비하고, 온도계(510)는 제2거치대(320)와 체결되는 제2체결부재(810)에 체결된다. 온도계(510)는 비접촉식 복사 온도계인 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 측정 장치의 주요부분을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지 측정 장치는, 제어부(600)를 추가로 포함한다.
제어부(600)는 온도측정부(500)로부터 일정한 시간 간격으로 태양전지(700)의 온도 데이터를 입력받으며, 태양전지(700)의 온도가 설정된 온도 범위(예를 들면 STC 기준 온도)보다 높은 경우에는 태양전지(700)의 온도가 설정된 온도 범위에 이를 때까지 냉각부(400)에 냉각된 압축공기의 분사량을 높이는 명령 데이터를 전송하고, 태양전지(700)의 온도가 설정된 온도 범위보다 낮은 경우에는 냉각부(400)에 냉각된 압축공기의 분사를 줄이거나 정지하는 명령 데이터를 전송한다(도 3 참조).
다만, 제어부(600)에서의 명령 데이터는 냉각된 압축공기의 분사량 제어하는 것에 한정되지 않고, 압축공기 발생기(410)에서의 압축공기 발생량이나, 냉각기(430)의 냉각온도 등을 제어하는 것을 포함한 다양한 방법으로 변형할 수 있다.
상기한 도 2의 태양전지 측정 장치 중 상술한 도 1의 태양전지 측정 장치에 관한 설명과 중복되는 내용에 관하여는 명세서의 간결함을 위하여 생략하기로 한다.
도 4는 간접제어 방식, 직접제어 방식 및 직접제어 방식과 간접제어 방식을 동시에 이용한 경우에 측정대상인 태양전지의 시간 경과에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 측정대상인 태양전지로는 두께 2.2㎜인 FTO(fluorine-doped tin oxide) glass를 기반으로 제작된 염료감응 태양전지를 이용하였으며, AM1.5G와 유사한 스펙트럼의 빛을 100 mW/cm2의 강도로 태양전지에 조사하는 조건 하에서 측정을 진행하였다.
샘플 스테이지 냉각(sample stage cooling)을 통한 간접제어 방식만을 이용한 경우에는 측정이 시작되고 5분 후 태양전지의 온도가 31℃까지 가파르게 상승하다가 10분 후에는 33℃ 근처에서 유지된 것을 알 수 있다.
압축공기를 이용한 태양전지 직접 냉각(direct sample cooling using compressed air)을 통한 직접제어 방식만을 이용한 경우에는 측정이 시작되고 1분 후 태양전지의 온도가 27℃까지 가파르게 상승되다가 이후 28℃ 근처에서 유지된 것을 알 수 있다.
샘플 스테이지 냉각 및 압축공기를 이용한 태양전지 직접 냉각(direct sample cooling using compressed air + sample stage cooling)을 통한 직접제어 방식과 간접제어 방식을 함께 이용한 경우에는 측정이 시작되고 1분 후 태양전지의 온도가 26℃까지 상승되다가 이후 27℃ 근처에서 유지된 것을 알 수 있다.
도 4를 참고하면, 간접제어 방식만을 이용한 경우에 비해 직접제어 방식 및 직접제어 방식과 간접제어 방식을 함께 이용한 경우에 측정대상인 태양전지의 온도가 측정시간이 경과하더라도 STC 기준 온도에 근접하게 유지되는 효과가 있음을 알 수 있다.
이상, 태양전지의 측정 장치로 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치가 설치된 경우에 대하여 설명하였으나, 이 외에도 제조된 샘플의 또 다른 광-전자적 특성을 측정하는 과정에서 광조사 또는 다른 이유로 인하여 샘플의 온도가 상승하는 모든 분야에 대해서 적용할 수 있는 것은 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사실이다. 또한 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치에 대해서는 상기한 실시예의 기재가 아닌 청구범위에 의해서 권리범위가 파악되어야 할 것이다.

Claims (22)

  1. 측정 대상이 되는 샘플이 고정되는 샘플 스테이지;
    공기를 분사하여 상기 샘플을 냉각하는 냉각부; 및
    상기 샘플의 온도를 측정하는 온도계를 구비한 온도측정부를 포함하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부는, 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기; 상기 압축공기 발생기와 연결되어 압축공기를 분사하는 압축공기 분사기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 압축공기 발생기와 연결되어 압축공기를 냉각하는 압축공기 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 압축공기 분사기가 체결되는 제1거치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 압축공기 분사기는 상기 제1거치대에 제1체결부재에 의해서 체결되고, 상기 제1체결부재 또는 상기 압축공기 분사기가 하나 이상의 방향에 대한 운동성을 가지는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도계가 비접촉식 온도계이며, 상기 온도계가 체결되는 제2거치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 온도계는 상기 제2거치대에 제2체결부재에 의해서 체결되고, 상기 제2체결부재 또는 상기 온도계가 하나 이상의 방향에 대한 운동성을 가지는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도측정부에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각부에서 분사되는 공기의 분사량 또는 공기 발생량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 샘플 스테이지가 상기 샘플 스테이지를 냉각하는 냉각수단을 구비한 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  10. 청구항 9 에 있어서,
    상기 샘플 스테이지의 냉각수단이 수냉식 또는 열전소자 방식에 의해서 상기 샘플을 냉각하는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 샘플 스테이지가 상기 샘플 스테이지의 온도를 측정하는 접촉식 온도센서를 구비한 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 샘플 스테이지가 상기 샘플 스테이지의 적어도 일부분과 접촉하는 지지부에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 샘플의 광-전자적 측정 시에 샘플의 온도를 제어하는 장치.
  13. 빛을 발광하는 광원을 구비하는 광원부;
    측정 대상이 되는 샘플이 고정되는 샘플 스테이지;
    공기를 분사하여 상기 샘플을 냉각하는 냉각부; 및
    상기 샘플의 온도를 측정하는 온도계를 구비한 온도측정부;를 포함하며,
    상기 샘플은 태양전지 단위 셀, 태양전지 모듈 및 태양전지 셀의 소 조립단위 부품 중에 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 광원이 제논램프, 할로겐램프, LED 및 이들을 조합한 복수 광원 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 냉각부는, 압축공기를 발생시키는 압축공기 발생기; 상기 압축공기 발생기와 연결되어 압축공기를 분사하는 압축공기 분사기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 냉각부는, 상기 압축공기 발생기와 연결되어 압축공기를 냉각시키는 압축공기 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 압축공기 분사기가 체결되는 제1거치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 온도계가 비접촉식 온도계이며, 상기 온도계가 체결되는 제2거치대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  19. 청구항 13에 있어서,
    상기 온도측정부에서 측정된 온도에 따라 상기 냉각부에서 분사되는 공기의 분사량 또는 공기 발생량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  20. 청구항 13에 있어서,
    상기 샘플 스테이지가 상기 샘플 스테이지에 접촉하는 상기 샘플을 냉각하는 냉각수단을 구비한 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 샘플 스테이지가 상기 샘플 스테이지에 접촉하는 상기 샘플의 온도를 측정하는 접촉식 온도센서를 구비한 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
  22. 청구항 13에 있어서,
    상기 샘플 스테이지가 상기 샘플 스테이지의 적어도 일부분과 접촉하는 지지부에 의해서 지지되는 것을 특징으로 하는 태양전지 측정 장치.
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