KR20140062040A - 광발전 디바이스들을 테스트하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광발전 디바이스들을 테스트하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20140062040A
KR20140062040A KR1020147004042A KR20147004042A KR20140062040A KR 20140062040 A KR20140062040 A KR 20140062040A KR 1020147004042 A KR1020147004042 A KR 1020147004042A KR 20147004042 A KR20147004042 A KR 20147004042A KR 20140062040 A KR20140062040 A KR 20140062040A
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알레싼드로 볼탄
지오르기오 세레르
가우덴지오 메네게쏘
마테오 메네기니
디에고 바비산
엔리코 자노니
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어플라이드 머티어리얼스 이탈리아 에스.알.엘.
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Abstract

태양 방사선의 스펙트럼을 시뮬레이션하고 태양 방사선의 시뮬레이션된 스펙트럼(15)을 이용하여 광기전력 디바이스(17)를 시험하기 위한 장치. 장치(10)는 태양 방사선의 스펙트럼(15)을 재현하도록 구성된 광원 디바이스 - 광원 디바이스는 복수의 셀들로 분할된 방사 플레이트(13)를 포함하고, 셀들의 각각은 적어도 두 개의 상이한 파장들을 방출하는 복수의 발광다이오드들을 포함함 - , 및 광원 디바이스에 대향하여 배치되는 기판 지지체(16)를 포함한다. 일 예에서, 복수의 발광다이오드들은 청색, 녹색, 황색, 적색, 서로에 대하여 상이한 파장들을 갖는 적외선의 제 1 및 제 2 색으로 구성된 그룹 중에서 선택된 파장을 방출한다.

Description

광기전력 디바이스들을 시험하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TESTING PHOTOVOLTAIC DEVICES}
본 발명은 일반적으로 광기전력 디바이스들을 시험하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
광기전력 디바이스의 생산에서, 연구실 조건들 하에서 광기전력 디바이스들의 동작 신뢰성 및 전체 변환 효율을 확인하기 위해 대상물들에 대한 필요한 시험들 및 검사들을 수행하도록 태양 스펙트럼을 시뮬레이션하는 방사선을 재현하기 위한 디바이스들을 사용하는 것은 잘 알려져 있다.
산업은 3개의 성능 영역들, 즉, 태양 스펙트럼에 대한 스펙트럼 주파수들 정합, 대상물의 표면에 대한 방사도의 공간 균일성, 및 생성된 광량의 시간적 안정성에서 태양 시뮬레이터 성능을 정의하는 표준들을 개발해 왔다. 종래의 태양 시뮬레이터들에서, 크세논 아크 램프들이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 크세논 유형 램프들은 일부 결점들을 갖는다. 예를 들면, 크세논 아크 램프들에 의해 생성된 광은 표준 태양 스펙트럼들 중 임의의 것에서 발견되지 않는 근적외선 영역에서 상당히 강한 세기 피크들을 포함한다. 따라서, 크세논 아크 램프들은 출력 광 분포 및 방사도 효율의 불량한 균질성뿐만 아니라, 이런 램프들에 의해 생성된 스펙트럼과 태양 스펙트럼 사이의 불량한 스펙트럼 정확도로 문제가 된다.
크세논 유형 램들의 다른 결점은 출력 광 스펙트럼이 전형적으로 램프들에 공급되는 전류 및 전압을 제어하여 광의 세기를 변경함으로써 조정된다는 것이다. 그러나, 이런 파라미터들의 수정은 일반적으로 램프들에 의해 생성된 파장들 모두에 영향을 준다. 따라서, 상이한 애플리케이션들에서 램프들에 의해 생성되는 광 스펙트럼이 태양 스펙트럼과 가능한 유사하도록 개별 파장들을 선택 및 수정하는 것은 가능하지 않다.
크세논 유형 램프들의 추가 결점은 램프들의 방사도 세기가 보통 안정하지 않고, 환경 또는 전력 조건들의 변화에 의해 야기된 전류(상이한 램프들에 공급된)에서의 편차들에 기인한 변동들이 이루어진다는 것이다. 이는 램프들에 의해 생성되는 출력 스펙트럼에서의 변동들의 양 그리고 따라서 시험들로부터 획득된 결과들의 신뢰성 및 반복성에 영향을 준다.
따라서, 기술분야에서 임의의 주어진 환경들 하에서 태양 시뮬레이터들에 의해 생성되는 출력 스펙트럼의 재현성 및 효율을 개선할 필요가 있다.
일 실시예에서, 장치는 태양 방사선과 유사한 스펙트럼을 갖는 광을 재현하도록 구성된 광원 디바이스 - 상기 광원 디바이스는 복수의 셀들 또는 존들로 분할되어 있는 방사 플레이트를 포함하고, 상기 셀들의 각각은 적어도 두 개의 상이한 파장들(색들)을 방출하는 복수의 발광다이오드들을 포함함 -, 및 상기 광원 디바이스에 대향하여 배치되는 기판 지지체를 포함한다. 상기 복수의 발광다이오드들의 각각은 청색, 녹색, 황색, 적색, 서로에 대하여 상이한 파장들을 갖는 적외선의 적어도 제 1 및 제 2 색으로 구성된 그룹 중에서 선택된 파장을 방출하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 적어도 두 개의 상이한 파장들을 광기전력 디바이스로 방출하기 위한 광원 디바이스를 제공하는 단계 - 상기 적어도 두 개의 상이한 파장들은 태양 방사선을 시뮬레이션하는 출력 스펙트럼을 제공함 - , 상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼을 검출하는 단계, 상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼을 미리 결정된 방출될 스펙트럼과 비교하는 단계, 및 상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼과 상기 미리 결정된 방출된 스펙트럼 사이의 편차들을 제거하기 위해 상기 광원 디바이스의 기능 파라미터들을 정정하는 단계를 포함한다.
위에서 열거된 본 발명의 특징들이 상세히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 위에서 간략히 요약한 본 발명의 더욱 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 실시예 중 일부는 첨부된 도면들에 도시된다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 도시할 뿐이며, 따라서 본 발명은 다른 균등하게 효과적인 실시예에 대해서도 허용할 수 있기 때문에, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 간주되지 않음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 방사선을 재현하기 위한 태양 시뮬레이터를 이용하는 시험 및 검사 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 태양 시뮬레이터를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 태양 시뮬레이터에 존재하는 셀의 가능한 구성들을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 램프들의 가능한 배열을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개의 상이한 존들로 분할되어 있는 방사 플레이트를 도시한다.
이해를 돕기 위해, 동일 참조 부호들이 가능하면 도면들에 공통인 동일 부재들을 표시하기 위해 사용되었다. 일 실시예의 부재들 및 피쳐들은 추가 설명 없이 다른 실시예들에 유익하게 이용될 수 있음이 고려된다.
본 명세서에서 논의된 실시예들은 광기전력 디바이스들 또는 다른 유사한 디바이스들을 시험/검사할 목적으로 태양 방사선의 스펙트럼을 재현 또는 시뮬레이션하기 위해 연구실들 또는 시험 챔버들과 같은 폐쇄된 환경들에서 사용되는 광원 디바이스에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 광원 디바이스는 발광다이오드(LED)들과 같은 적어도 반도체-기반 광원을 포함할 수 있다. 임의의 다른 반도체-기반 광원, 예를 들면, 레이저 다이오드(LD)들이 사용될 수 있음이 고려된다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "LED 램프들"은 단일 격납 구조체(containment structure)(여기에 LED 칩들이 배치될 수 있음) 또는 임의의 원하는 패턴으로 단일 격납 구조체에 통합된 복수의 격납 유닛들로 지칭할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 광원 디바이스는 하나 또는 둘 이상의 LED 램프들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 둘 또는 셋 이상의 LED 램프들이 시험될 광기전력 디바이스의 표면에 대향하여 배치될 수 있다. 적어도 두 개의 LED 램프들이 제공되는 경우들에서, 시험될 대상물의 표면에 대한 LED 램프의 수 및 위치는 조사될 대상물의 표면 상에 생성되는 광 방사선들의 최적의 공간 균질성을 획득하기 위해 특정 환경들 및 애플리케이션들에 따라 배열된다. 전통적인 램프들, 특히 위에서 논의된 바와 같은 크세논 램프들 대신 LED 램프들의 이용은 크세논 램프들의 문제들을 갖지 않고도 광도 및 광질(light quality)의 면에서 자연의 태양광의 광 스펙트럼에 대한 평균에 가까운 광 스펙트럼의 획득을 허용한다. 특히, LED 램프들은 전통적인 램프들보다 낮은 에너지 소비 및 긴 사용 수명과 같은 많은 장점들을 나타낸다.
본 발명의 다양한 실시예들에서, 본 발명에 따른 광원 디바이스에서 사용되는 LED 램프들은 적어도 두 개의 상이한 파장들로 방출하도록 구성될 수 있다. 적어도 두 개의 상이한 파장들은 태양 방사선의 주파수들의 전체 방출 스펙트럼에 걸쳐 선택될 수 있다. 일 예에서, 적어도 두 개의 상이한 파장들은 다음의 색들 중에서 선택된다 : 청색, 황색, 녹색, 적색, 및 적외선 파장 범위의 적어도 두 개의 상이한 색들. 본 명세서에서 설명된 바와 같은 용어 "적외선"은 적외선으로 일반적으로 분류된 임의의 광의 특정 파장을 설명하지 않음이 이해되어야 한다. 대신, 용어 "적외선"은 전체 범위의 파장들로 지칭한다. 일 예에서, 청색 LED 램프들의 명목상 파장은 약 450 내지 약 500㎚이고, 황색 LED 램프들의 명목상 파장은 약 570 내지 약 590㎚이며, 녹색 LED 램프들의 명목상 파장은 500 내지 570㎚이고, 적색 LED 램프들의 명목상 파장은 약 610 내지 약 760㎚이며, 적외선 색 LED 램프들의 명목상 파장은 약 760 내지 1000㎚이다. 일부 실시예들에서, LED 램프들 중 하나 또는 둘 이상은 자외선(예를 들면, < 400㎚), 보라색(예를 들면, 400-450㎚), 주황색(예를 들면, 590-610㎚), 자주색, 분홍색 또는 다른 유용한 색과 같은 다른 램프 출력 색들을 이용할 수 있다.
도 1은 지지체(16) 상에 배치된 태양/광기전력 디바이스(17)에 대한 시험들 및 검사들을 수행하기 위해 이용되는 시험 및 검사 디바이스(10)를 개략적으로 도시한다. 태양/광기전력 디바이스들이 다음 설명에서 특별히 언급되지만, 본 발명은 태양 스펙트럼을 시뮬레이션하는 광 방사선의 조사를 필요로 하는 다른 기판들 또는 디바이스들에 적용가능함이 이해된다. 시험 및 검사 디바이스(10)는 일반적으로 태양 시뮬레이터(11)와 같은 광원 디바이스 및 태양/광기전력 디바이스(17)가 그 위에 배치되는 지지체(16)를 포함한다. 태양 시뮬레이터(11)는 전자기 방사선(15)을 지지체(16) 상에 배치된 태양/광기전력 디바이스(17)를 향하여 방출하도록 구성된 방사 플레이트(13)를 포함한다. 일 구성에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 방사 플레이트(13)는 태양/광기전력 디바이스(17)로부터 거리 "h"에 배치된다. 방사 플레이트(13)와 태양/광기전력 디바이스(17) 사이의 거리 "h"는 시험될 태양/광기전력 디바이스(17)의 전체 표면에 걸쳐 방출되는 방사선의 공간 균일성을 보장하기 위해, 사용된 LED 램프들의 수 및 LED들의 용량에 따라 500㎜ 내지 800㎜ 및 그 이상으로 변화할 수 있다.
전체 방사도 효율을 개선하도록 가능한 균질한 출력 광을 제공하기 위해, 하나 또는 둘 이상의 광학 렌즈들(14)이, 하나 또는 둘 이상의 렌즈들(14)을 통과하는 전자기 방사선(15)이 균질하게 되고, 극대화된 광 분배 성능을 갖는 태양/광기전력 디바이스(17)의 전체 표면에 도달하도록, 방사 플레이트(13)와 지지체(16) 사이의 중간 위치에 선택적으로 제공될 수 있다. 광학 렌즈들(14)은 아크릴, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리 염화 비닐(polyvinyl chloride; PVC), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 고-밀도 폴리에틸렌(high-density polyethylene; HOPE)과 같은 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 광학 렌즈들(14)은 석영과 같은 유리질 물질들로 이루어질 수 있다.
시험 및 검사 디바이스(10)는 또한 시험될 태양/광기전력 디바이스(17)에 근접하게 배치되는 하나 또는 둘 이상의 센서들(19)을 포함할 수 있다. 센서들(19)은 전자기 방사선(15)을 태양/광기전력 디바이스(17)에 의해 획득된 광 세기 및/또는 스펙트럼의 정확한 측정을 위한 전기 신호들로 변환하도록 구성된다. 사용된 센서들(19)의 유형은 디바이스(17)에 조사하기 위해 사용된 광 스펙트럼에 따른다. 센서들(19)은 포토다이오드들과 같은 임의의 광검출기일 수 있는데, 이는 광을 스펙트럼의 정확한 측정을 위한 전기 신호들로 변환할 수 있다. 포토다이오드는 Si-기반, Ge-기반, 또는 GaAs-기반 포토다이오드일 수 있다. 예를 들면, 실리콘-기반 포토다이오드들은 가시광 및 적외선 광 모두에 민감하다. 상이한 반도체 물질들로 이루어진 포토다이오드들은 입사광의 상이한 파장들에 민감하다. 예를 들면, 갈륨-비화물(GaAs) 기반 포토다이오드들은 가시광 및 자외선 광 모두에 민감하다. LED 램프들에 의해 생성된 스펙트럼과 태양 스펙트럼을 비교함으로써(또한 실시간으로), LED 램프들에 의해 방출된 스펙트럼과 목표 스펙트럼 사이의 편차들을 정정하는 것이 가능하다. 정정은 애플리케이션들에 따라 관심대상의 임의의 특정 파장들에 대하여 LED 램프들의 전부 또는 일부와 관련될 수 있다.
일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 센서들(19)은 지지체(16)의 상부 표면의 근처 또는 태양/광기전력 디바이스(17)의 표면에 근접한 임의의 적합한 위치에 배치되고, 전자기 방사선(15)에 의해 조사된다. 본 발명의 일 실시예는 태양/광기전력 디바이스(17)의 각 측면에 대하여 적어도 두 개의 센서들(19)이 있다는 것을 제공한다. 다른 실시예는 제어 LED가 센서(19)의 동작을 제어하기 위해 각 센서(19) 근처에 위치된다는 것을 제공한다. 일 실시예에서, 제어 LED는 LED 램프들의 두 개의 파장들 사이의 파장을 갖도록 선택된다. 다른 실시예에서, 제어 LED는 시험 및 검사 디바이스(10)에서 발견된 LED 램프의 파장들 중 하나와 동일한 파장을 갖는다. 일 구성에서, 제어 LED는 시간의 함수로서 센서(19)의 응답을 확인하도록 하나 또는 둘 이상의 센서들(19)에 근접하게 위치된다. 동작시, 램프의 기능의 어떤 주기 후에, LED는 플래시(flash)가 허용되고, 센서(19)의 주파수 스펙트럼이 획득되며, 스펙트럼이 시간의 주기 동안 일정한지의 여부가 확인된다. 센서(19)의 응답이 원하는 범위 밖이면, 이는 센서가 고장이고 교체되어야 함을 의미한다.
하나 또는 둘 이상의 센서들(19)은 방사 플레이트(13)에 의해 시간 동안 실제로 방출된 스펙트럼과 관련된 정보를 전송하기 위해 제어 시스템(21)에 연결된다. 제어 시스템(21)은 태양 시뮬레이터(11)에 연결되고, LED 램프들(103)의 광도의 변동들을 또한 실시간으로 조정 및/또는 최소화하도록 구성되며, 따라서 시험 디바이스의 고 수율을 가능하게 할 수 있는 반복 가능한 고효율 디바이스를 형성하게 하도록 폐쇄 루프 제어를 수행한다. 실제로, 폐쇄 루프 제어는 실시간으로 방출의 정정을 위한 정보를 제공할 수 있고, 따라서 정정은 임의의 부동(dead) 또는 낭비(lost) 시간 없이도 수행될 수 있다. 제어 시스템(21)은 중앙 처리 유닛(CPU)(미도시), 메모리(미도시), 및 지원 회로들(또는 I/O)(미도시)을 포함할 수 있다. 제어 시스템에 의해 판독 가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령들/코드들)이 시험 동안 수반되는 특정 제어 파라미터들 및 환경들에 따라 재현될 목표 스펙트럼들을 저장하기 위해 제어 시스템(21)에 제공될 수 있다. 명령 및 제어 유닛(21)은 또한 다수의 방출 구성들이 각각 저장되고 환경들 및 특정 시험 애플리케이션에 따라 운영자에 의해 개별로 사용되는 데이터베이스(미도시)가 구비될 수 있다.
동작시, 제어 시스템(21)은 미리 결정된 시간 기저(temporal basis)에 또는 실시간으로, 방사 플레이트(13)의 LED 램프들(103)에 의해 실제로 방출된 스펙트럼을 제어 시스템(21)에 저장된 목표 스펙트럼과 비교하고, 이루어질 적합한 정정들을 결정할 수 있다. 더 정확하게는, 목표 스펙트럼은 시험될 태양/광기전력 디바이스(17)의 전체 표면에 걸쳐 스펙트럼의 균질성을 극대화하도록 그리고 방출된 방사선의 시간 동안의 안정성을 극대화하도록 설계될 수 있다. 제어 시스템(21)이 비교로부터 차이들을 검출하면, 제어 시스템(21)은 방사 플레이트(13)의 기능 파라미터들에 개입할 수 있고, 임의의 검출된 차이들을 제거하기 위해, 예를 들면, 하나 또는 둘 이상의 전기적 공급 양들 및/또는 방출의 공간 또는 시간 분포를 수정할 수 있다. 특히, 제어 시스템(21)은 셀(17)을 향하여 방출되는 방사선(15)이 셀(17)의 전체 표면에 걸쳐 균일한 그리고 동질의 방식으로 분포됨을 보장하도록 구성된다. 셀(17)의 하나 또는 둘 이상의 영역들에서, 방사선이 동일 셀의 다른 영역들에 대하여 균일하지 않거나 동질이지 않음을 센서들(19)이 검출하면, 제어 시스템(21)은 방출되는 방사선을 수정하기 위해 그리고 전체 셀(17)에 대한 방사선의 균일성을 회복시키기 위해 개별 LED 램프들(103), 단일 LED 또는 LED들의 그룹에 작용한다. 본 발명은 아래에 논의되는 방사 플레이트(13)의 셀 또는 존 설계에 기인하고, 각 셀 또는 존 내의 LED들의 분포에 기인하며, 시험 및 검사 디바이스(10)의 프로세스 또는 결과들을 더 우수하게 제어하기 위해, 디바이스 파라미터, 예를 들면, 다른 것과 독립적으로 각 LED에 전달되는 전류를 수정 및 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 또한, 실시간으로 원하는 파라미터들 내에서, 특히, 공간 동질성 및 시간 동안의 안정성에 대하여, 방출되는 방사선을 유지하게 하고, 국부적인 피크들을 방지하며, 시험될 기판들의 상이한 영역들에 걸친 방사선의 양들을 변화시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 방사 플레이트(13)의 측면을 도시한다. 방사 플레이트(13)는 각각이 하나 또는 둘 이상의 LED 램프들(103)을 수용하기 위한 크기 및 형상인 공간을 형성하는 복수의 셀들(101)로 분할될 수 있다. 원하는 경우, 각 셀(101)은 근처에 위치되는 셀(101)과 동일하거나 상이한 광학 특성들을 갖는 LED 램프들(103)의 그 자신의 구성을 제공할 수 있다. LED 램프들(103)은 애플리케이션들에 따라 다른 것들에 대하여 선택적으로 활성화 또는 비활성화될 수 있고, 그래서, 전자기 방사선(15)의 원하는 파장 분포 및 양은 태양/광기전력 디바이스(17)의 특정 존들에 관한 것이다. 일 예에서, 입력 전류의 파라미터들은 방사 플레이트(13)의 하나 또는 둘 이상의 특정 셀들(101)을 완전히 스위치온 또는 스위치오프하기 위해 방출 존에 대하여 선택적으로 조정될 수 있고, 그에 의해 디바이스(17)의 특정 구역(들)에 대하여 방사 플레이트(13)의 방사의 공간적 분포를 최적화할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 도 2의 방사 플레이트(13)의 셀(101)의 가능한 구성들을 도시한다. 도 3a에 도시된 일 실시예에서, 방사 플레이트(13)는 LED 램프들(103)의 조밀한 어레이를 가는데, 이는 셀(101)의 전체 표면에 걸쳐 배치된다. 일 구성에서, 각 셀(101)은 수직 및 수평 양자로 정렬된 방식으로 배치된 복수의 LED 램프들(103)을 수용한다. 한편, 도 3b에 도시된 다른 실시예에서, 방사 플레이트(13)는 셀들(101) 중 일부 내에서 LED 램프들(103)의 조금 조밀한 어레이를 갖는다. 이런 구성에서, LED 램프들(103)은 의도적으로 비활성화될 수 있거나 셀(101)의 일부 영역들, 예를 들면, 도 3b에 도시된 바와 같은 빈 공간들(102) 내에 배치될 수 있다. 빈 공간들(102)의 배열은 시험되고 있는 태양/광기전력 디바이스(17)의 완전성에 유해할 수 있는, 디바이스(17)의 대응하는 영역들에서 광도의 피크들을 감소시키기 위해 애플리케이션에 따라 중앙 존에 집중될 수 있거나 셀(101) 둘레에 분포될 수 있다. 이렇게 하여, 중앙 또는 주변 존의 조도가 측면 또는 근처 존들의 조도와 비교될 수 있고, 디바이스(17)의 전체 표면에 걸친 방출의 원하는 균일성을 획득하기 위해 필요에 따라 조정될 수 있다. 각 방사 플레이트(13)에 대한 셀들(101)의 수 및 각 셀(101)에 대한 LED 램프들(103)의 수는 프로세스 필요조건들 또는 특정 동작 조건들에 따라 변화할 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 셀(101)에서의 LED 램프들(103)의 배열은 변할 수 있고, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 구성에 한정되지 않아야 한다. 예를 들면, LED 램프들(103)은 디바이스(17)의 원하는 조도 분포 패턴에 따라 근처 LED 램프들에 대하여 정렬되거나 엇갈리게 될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀(101)에서의 LED 램프들(103)의 가능한 배열을 도시한다. 도 4a는 원형 구성으로 배열된 복수의 동일하게 간격을 둔 LED들(104)을 포함하는 LED 램프들(103)을 도시하는 한편, 도 4b는 직사각형 구성으로 배열된 복수의 LED들(104)을 포함하는 LED 램프들(103)을 도시한다. 특정 색 배열은 개별 LED의 광 스펙트럼에 영향을 주지 않고, 태양 시뮬레이터의 필수조건을 충족하도록 전체 광 방출의 균질성에 영향을 준다. LED들(104)은 원하는 조도 분포 패턴에 따른 임의의 구성일 수 있음이 고려된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 일 예에서, LED 램프들(103)은 청색의 파장과 동일한 파장을 갖는 제 1 LED(105), 황색의 파장과 동일한 파장을 갖는 제 2 LED(107), 녹색의 파장과 동일한 파장을 갖는 제 3 LED(109), 적색의 파장과 동일한 파장을 갖는 제 4 LED(111), 적외선의 파장을 갖는 제 5 LED(113), 및 적외선의 다른 파장을 갖는 제 6 LED(115)를 포함하는 6개의 LED들(104)이 구비된다. 제 5 및 제 6 LED들(113, 115)에 대한 적외선 광의 파장 범위는 약 0.7㎛ 내지 약 1,000㎛의 범위일 수 있다. LED 램프들(103) 내에 존재하는 LED들(104)의 유형 및 양은 전자기 방사선(15)의 스펙트럼 특성을 결정하고, 시험될 태양/광기전력 디바이스(17)의 상이한 프로세스 필수조건들 및 특성들에 기초하여 선택된다.
도 5는 방사 플레이트(13)가 3개의 상이한 존들(램프들)(각각 213a, 213b, 213c)로 분할되는 본 발명의 추가 실시예를 도시한다. 존들(213a, 213b, 213c)의 각각은 녹색, 청색, 적색 및 서로에 대하여 상이한 파장들을 갖는 적외선에서의 제 1 , 제 2 또는 제 3 색 중에서 선택된 상이한 파장들의 LED들을 포함한다. 존들(213a, 213b, 213c)의 각각 및 상이한 유형의 LED들의 각각은 방출된 방사선의 가능한 높은 균일성 및 동질성을 제공하기 위해 방사 플레이트(13)의 제어 시스템(21)(도 1)에 의해 독립적으로 구동된다. 6개의 색들, 또는 6개의 상이한 파장들이 각 존에 대하여 사용되는 경우, 18개의 상이한 전류들의 수가 각 상이한 존의 각 상이한 색을 개별적으로 구동하기 위해 사용되어야 한다. 이렇게 하여, 상이한 존들 및 상이한 전류들의 사용은 각 존에 의해 방출된 방사선의 매우 정확한 그리고 특정한 제어를 허용하고, 그래서 방출의 높은 정도의 균일성 및 동질성이 시험될 태양/광기전력 디바이스(17)의 전체 표면에 대하여 획득될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방사 플레이트(13) 내에서 각 상이한 색의 LED 램프들의 위치는 시험될 태양/광기전력 디바이스(17)에 걸쳐 원하는 방사 균일성 및/또는 동질성을 달성하기 위해 원하는 파장 및 세기 방출 패턴을 형성하도록 위치 및/또는 구성된다. 일 예에서, 도 5에 도시된 방사 플레이트(13)의 확대도(예를 들면, 하부 좌측 코너)에 도시된 바와 같이, 각 상이한 색의 LED 램프들은 원하는 균질성 또는 균일성을 달성하기 위해 원하는 패턴으로 위치되는데, 여기서 각 상이한 LED 램프 유형은 각각의 문자(예를 들면, R(적색), G(녹색), B(청색) 및 Y(황색), X 및 Z는 2개의 적외선 색들 나타냄)에 의해 도시된 확대 구역에서 식별된다. 당업자는 방사 플레이트(13)의 상이한 구역들 또는 존들에서 원하는 방출 균일성 및/또는 균질성을 달성하기 위한 LED 램프들의 구성은 각 구역 또는 존에서의 LED 램프들의 방출 세기 및 밀도가 변화함에 따라 변화할 것이고, 따라서 도 5에 도시된 구성은 본 명세서에서 설명된 본 발명의 범위에 관하여 한정되도록 의도되지 않음을 이해할 것이다.
본 발명의 추가 실시예들은 온도 검출기들이 램프들의 근처 위치에 제공되는 것을 제공한다. 온도 검출기들은, 일 실시예에서, 램프의 적어도 하나의 부분과 접촉하여 위치되는 열전대(thermocouple)를 포함할 수 있다. 온도 검출기들은 램프의 온도가 미리 결정된 레벨을 초과하여 증가하는 경우에, 램프를 차단하도록 명령하는 제어 시스템에 연결된다. 본 발명의 다른 실시예는 LED 램프들(103) 또는 이의 일부의 임의의 온도 초과를 방지하기 위해 열 보상 시스템을 제어 시스템(21)의 일부로서 제공한다. 열 보상 시스템은, 예를 들면, 펠티어 효과를 사용하는 시스템과 같은 활성 유형일 수 있다.
상술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가 실시예들이 그의 기본 범위를 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그 범위는 다음의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 장치로서,
    태양 방사선(solar radiation)의 스펙트럼을 재현하도록(reproducing) 구성된 광원 디바이스 ― 상기 광원 디바이스는 복수의 셀들로 분할된 방사 플레이트(radiation plate)를 포함하고, 상기 셀들의 각각은 적어도 두 개의 상이한 파장들을 방출하는 복수의 발광다이오드들을 포함함 ―;
    상기 광원 디바이스에 대향하여 배치되는 기판 지지체;
    상기 방사 플레이트에 의해 방출된 상기 방사선을 검출하기 위해 상기 기판 지지체에 근접하여 배치되는 하나 또는 둘 이상의 센서들; 및
    상기 하나 또는 둘 이상의 센서들에 연결되고, 상기 방사 플레이트에 의해 시간에 걸쳐 실질적으로 방출된 상기 스펙트럼과 관련된 정보를 수신하도록, 그리고, 적어도, 변동(fluctuation)들을 최소화하기 위해 그리고 방출된 상기 방사선을 공간적으로 균질화하기 위해 상기 방출 파라미터들을 조정하도록 적응된 제어 시스템을 포함하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 플레이트의 상기 셀들의 각각의 셀은, 적어도, 상기 셀의 발광다이오드들의 상기 방출 파라미터들에서 독립적으로 제어되는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 상이한 파장들은 태양 방사선의 전체 방출 스펙트럼에 걸쳐 선택되는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드들은 청색, 녹색, 황색, 적색, 서로에 대하여 상이한 파장들을 갖는 적외선의 적어도 제 1 및 제 2 색으로 구성된 그룹 중에서 선택된 파장을 방출하는, 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적외선의 제 1 및 제 2 색은 약 0.7㎛ 내지 약 1,000㎛ 범위의 파장을 갖는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원 디바이스와 상기 기판 지지체 사이에 배치되는 하나 또는 둘 이상의 광학 렌즈들을 더 포함하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 센서들은 상기 기판 지지체의 각 측면 상에 배치되는, 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 센서들은 반도체-기반 포토다이오드들을 포함하는, 장치.
  9. 광기전력(photovoltaic) 디바이스를 시험하기 위한 방법으로서,
    적어도 두 개의 상이한 파장들을 광기전력 디바이스로 방출하기 위한 광원 디바이스를 제공하는 단계 ― 상기 적어도 두 개의 상이한 파장들은 태양 방사선의 스펙트럼을 시뮬레이션하는(simulating) 출력 스펙트럼을 제공함 ―;
    상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼을 검출하는 단계;
    상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼을 미리 결정된 방출될 스펙트럼과 비교하는 단계; 및
    상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼과 상기 미리 결정된 방출될 스펙트럼 사이의 편차들을 제거하기 위해 상기 광원 디바이스의 기능 파라미터들을 정정하는 단계를 포함하는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 상이한 파장들은 태양 방사선의 전체 방출 스펙트럼에 걸쳐 선택되는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원 디바이스는 복수의 셀들로 분할된 방사 플레이트를 포함하고, 각각의 셀은 복수의 발광다이오드들을 포함하는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드들은 청색, 녹색, 황색, 적색, 서로에 대하여 상이한 파장들을 갖는 적외선의 적어도 제 1 및 제 2 색으로 구성된 그룹 중에서 선택된 파장을 방출하는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원 디바이스의 기능 파라미터들을 정정하는 상기 단계는 상기 방사 플레이트의 중앙 구역에 위치되는 발광다이오드들을 비활성화시키는(de-activating) 단계를 포함하는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원 디바이스의 기능 파라미터들을 정정하는 상기 단계는 상기 방사 플레이트의 주변 구역에 위치되는 발광다이오드들을 비활성화시키는 단계를 포함하는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원 디바이스에 의해 방출된 상기 출력 스펙트럼을 검출하는 상기 단계는 상기 광기전력 디바이스에 근접하여 배치되는 하나 또는 둘 이상의 센서들을 통하여 수행되는, 광기전력 디바이스를 시험하기 위한 방법.
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