KR20240145702A - Solar cell deterioration generator by wavelength - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백색 광의 파장을 공간적으로 분리하여 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있고, 단일 기판 상에서 마이크로 사이즈의 세밀한 면적마다 균일한 광의 세기로 편차를 최소화된 열화를 측정할 수 있어서 광학소자의 신뢰성을 현저히 향상시킬 수 있는 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치 및 이를 이용한 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength-band-specific solar cell deterioration generating device, and more specifically, to a wavelength-band-specific solar cell deterioration generating device capable of spatially separating the wavelengths of white light to generate deterioration in various wavelength bands, and measuring deterioration with minimized deviation with uniform light intensity for each micro-sized detailed area on a single substrate, thereby significantly improving the reliability of optical elements, and a method for measuring the performance of an optical element through the wavelength-band-specific deterioration generating device using the same.
Description
본 발명은 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백색 광의 파장을 공간적으로 분리하여 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있고, 단일 기판 상에서 마이크로 사이즈의 세밀한 면적마다 균일한 광의 세기로 편차를 최소화된 열화를 측정할 수 있어서 광학소자의 신뢰성을 현저히 향상시킬 수 있는 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치 및 이를 이용한 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength-band-specific solar cell deterioration generating device, and more specifically, to a wavelength-band-specific solar cell deterioration generating device capable of spatially separating the wavelengths of white light to generate deterioration in various wavelength bands, and measuring deterioration with minimized deviation with uniform light intensity for each micro-sized detailed area on a single substrate, thereby significantly improving the reliability of optical elements, and a method for measuring the performance of an optical element through the wavelength-band-specific deterioration generating device using the same.
일반적으로 태양전지는 p-n접합으로 구성된 다이오드를 사용하며 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다. 특히 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지는 결정질 기판을 이용하는 벌크형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분되는데, 벌크형 태양전지의 경우 실리콘 웨이퍼를 사용하여 생산 원가가 높다는 문제가 있다. 반면에 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 수소화된 미세결정질 실리콘(μc-Si:H) 박막을 이용하는 실리콘 박막태양전지는 벌크형 태양전지에 비하여 실리콘의 사용량이 적으며, 대면적의 제품을 저가로 생산할 수 있는 등의 장점을 가지고 있다.In general, solar cells use diodes composed of p-n junctions and are classified into various types depending on the material used as the light-absorbing layer. In particular, solar cells that use silicon as the light-absorbing layer are classified into bulk solar cells that use crystalline substrates and thin-film solar cells. In the case of bulk solar cells, there is a problem of high production costs due to the use of silicon wafers. On the other hand, silicon thin-film solar cells that use hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) or hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) thin films have the advantages of using less silicon than bulk solar cells and being able to produce large-area products at low cost.
그러나 실리콘 박막태양전지는 빛에 노출되는 경우에 스테블러-론스키 효과(Staebler-Wronski effect)라고 불리는 열화현상이 문제가 되고 있다. 스테블러-론스키 효과는 빛을 조사할 때 실리콘 박막을 바탕으로 수광층에서 불포화 결합(dangling bond)의 밀도가 증가하고 내부 전기장이 감소하여, 생성된 전자-정공쌍의 비발광 재결합(non-radiative recombination)이 가속되어 나타나는 열화(degradation)효과를 말한다. 이러한 스테블러-론스키 효과에 따른 열화 현상은 광 흡수층의 두께와 물성에 따라서 최대 30%까지 태양전지의 특성을 감소시킨다. 이러한 열화 현상을 반영하여 박막태양전지의 경우, 태양전지의 변환효율(conversion efficiency)을 태양전지나 모듈을 제조한 직후의 변환효율을 나타내는 초기 변환효율(intial conversion efficiency), 그리고 규정된 광조사 조건에서 일정시간동안 빛을 조사하여 더 이상 변환효율에 저하가 없는 상태의 변환효율을 나타내는 안정화 변환효율(stabilized conversion efficiency)로 구분하는 경향이 있다.However, silicon thin-film solar cells have a problem with a degradation phenomenon called the Staebler-Wronski effect when exposed to light. The Staebler-Wronski effect refers to a degradation effect that occurs when the density of dangling bonds in the light-receiving layer based on the silicon thin film increases and the internal electric field decreases when light is irradiated, accelerating the non-radiative recombination of the generated electron-hole pairs. This degradation phenomenon due to the Staebler-Wronski effect reduces the characteristics of the solar cell by up to 30% depending on the thickness and properties of the light-absorbing layer. Reflecting this degradation phenomenon, in the case of thin-film solar cells, the conversion efficiency of the solar cell tends to be divided into the initial conversion efficiency, which indicates the conversion efficiency immediately after the solar cell or module is manufactured, and the stabilized conversion efficiency, which indicates the conversion efficiency in a state where there is no further decrease in conversion efficiency after irradiating light for a certain period of time under specified light irradiation conditions.
이에 따라 이와 같은 열화 현상을 측정하고 보완하여 소자/박막 간의 편차를 배제하고 광학소자의 신뢰성을 향상시키려는 연구가 계속되고 있으나, 다음과 같은 문제로 인해 상용화에 제한이 있다.Accordingly, research is ongoing to measure and supplement such degradation phenomena to eliminate deviations between elements/films and improve the reliability of optical elements, but commercialization is limited due to the following problems.
첫번째, 일발적으로 상술한 열화 현상 관찰을 통해 열화에 취약한 파장 영역을 찾아내어 해당 영역의 파장을 흡수하고 다른 파장 영역을 방출하는 층을 도입하거나 라미네이션에 사용되는 유리에 해당 영역 파장을 제거하는 필터를 삽입하는 등의 후처리 공정을 통해 광학소자의 신뢰성을 제고하는데, 종래 파장 대역별 열화를 발생시키기 위해 RGB 각각의 LED 광원을 사용하여 파장대가 다양하지 못한 문제가 있다. 즉 광학소자의 광흡수도는 그의 조성 및 두께에 따라 크게 달라지며 광흡수층을 제외한 전자 수송층(ETL)이나 정공수송층(HTL)을 포함한 다른 여러 층 역시 물질에 따라 흡수도가 달라질 수 있다. 그러나 종래 기술은 RGB 세 가지 파장 영역으로만 열화를 구분하여 열화 현상을 정확히 분석하기 어려운 문제가 있다.First, by observing the degradation phenomenon described above, a wavelength range vulnerable to degradation is found, and a post-processing process such as introducing a layer that absorbs the wavelength of the corresponding range and emits a different wavelength range or inserting a filter that removes the wavelength of the corresponding range into the glass used for lamination is performed to improve the reliability of the optical element. However, there is a problem that the wavelength range is not diverse because RGB LED light sources are used to cause degradation by wavelength band in the past. In other words, the optical absorbency of the optical element varies greatly depending on its composition and thickness, and other layers including the electron transport layer (ETL) and hole transport layer (HTL) excluding the light absorbing layer may also vary in absorbency depending on the material. However, the prior art has a problem that it is difficult to accurately analyze the degradation phenomenon because degradation is distinguished only by three wavelength ranges of RGB.
두번째, 동일하게 제작한 박막/소자일 지라도 각 박막마다 편차가 존재하게 되므로 단일 소자의 박막에서의 열화 현상 및 열화도를 관찰하는 것이 소자/박막 간 편차 배제에 가장 유리하며 명확하다. 그러나 단일 소자의 박막에서 부위 별 특정 파장 노출을 진행하는 방법을 사용하기 위해서는 크기가 큰 박막을 제작하여 열화 현상을 관찰하여야 하는데, 이 경우 박막/소자의 크기가 커질수록 위치 별 균일도의 편차가 존재하게 되어 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화하는데 한계가 있다.Second, even if the thin films/devices are manufactured identically, there will be differences in each thin film, so observing the deterioration phenomenon and deterioration degree in the thin film of a single device is the most advantageous and clear way to exclude differences between devices/thin films. However, in order to use the method of performing exposure to a specific wavelength for each section in the thin film of a single device, a large thin film must be manufactured to observe the deterioration phenomenon. In this case, as the size of the thin film/device increases, there will be differences in uniformity by location, and there is a limit to minimizing the differences in the deterioration phenomenon for each section.
세번째, 가사 상술한 RGB 세 가지 파장뿐만 아니라 다양한 파장대에서 열화 현상을 관찰할 수 있으며 단일 박막에서 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화할 수 있는 연구 또는 장비가 소개된다 하더라도, 마이크로 사이즈의 면적 단위로 열화 현상을 정량적으로 분석할 수 없다면 소형화/박막화 추세에 있는 최근 광학소자에 요구에 대응하기 어려운 문제가 있다.Third, even if research or equipment is introduced that can observe the degradation phenomenon in various wavelengths, not just the three RGB wavelengths described above, and minimize the deviation of the degradation phenomenon in each section of a single thin film, if the degradation phenomenon cannot be quantitatively analyzed in micro-sized area units, it will be difficult to respond to the demands of recent optical devices that are trending toward miniaturization/thinning.
이에 따라, 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있고, 단일 기판 상에서 마이크로 사이즈의 세밀한 면적마다 균일한 광의 세기로 편차를 최소화된 열화를 측정할 수 있어서 상술한 문제를 개선함과 동시에 광학소자의 신뢰성을 현저히 향상시킬 수 있는 연구가 요구된다.Accordingly, research is required that can cause degradation in various wavelength bands and measure degradation with minimized deviation at a uniform light intensity for each micro-sized detailed area on a single substrate, thereby improving the above-mentioned problems and significantly improving the reliability of optical devices.
본 발명은 상술한 문제를 극복하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 백색 광의 파장을 공간적으로 분리하여 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있고, 다양한 파장 대역 별로 열화 현상을 관찰하여 열화에 취약한 파장 영역을 찾아내고, 해당 영역의 파장을 흡수하거나 다른 파장 영역을 방출하는 후처리 공정을 통해 광학소자의 신뢰성을 현격히 향상시킬 수 있는 열화 발생 장치 및 이를 이용한 광학소자의 성능을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to overcome the above-described problems, and the problem to be solved by the present invention is to provide a deterioration generating device capable of spatially separating the wavelength of white light to cause deterioration in various wavelength bands, observing the deterioration phenomenon for each wavelength band to find a wavelength range vulnerable to deterioration, and significantly improving the reliability of an optical element through a post-processing process of absorbing the wavelength of the corresponding range or emitting a different wavelength range, and a method for measuring the performance of an optical element using the same.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 단일 박막에서 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화할 수 있고 마이크로 사이즈의 면적 단위로 열화 현상을 정량적으로 분석할 수 있는 열화 발생 장치 및 이를 이용한 광학소자의 성능을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.In addition, another problem that the present invention seeks to solve is to provide a deterioration generating device capable of minimizing the deviation of deterioration phenomena for each section in a single thin film and quantitatively analyzing the deterioration phenomenon in micro-sized area units, and a method for measuring the performance of an optical element using the same.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 백색광을 분광시켜 파장 대역별 열화를 발생시키는 장치로서, 광원으로부터 조사된 백색광을 분리하여 파장 대역별 평행광(collimated light)을 발생시키는 분광부, 상기 분광기에서 발생된 파장 대역별 평행광의 세기를 균일하게 제어하는 광학필터부 및 상기 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광이 조사되는 거치부를 포함하는 파장 대역별 열화 발생장치를 제공한다.The present invention provides a wavelength-band-specific degradation generating device for solving the above-described problem by dispersing white light, the device comprising: a spectrometer for separating white light irradiated from a light source to generate collimated light for each wavelength band; an optical filter for uniformly controlling the intensity of the wavelength-band-specific parallel light generated from the spectrometer; and a mounting portion for irradiating the wavelength-band-specific parallel light, the intensity of which is controlled.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 분광부는 광원으로부터 조사된 백색광을 분광시키는 제1분광기 및 진행 벡터를 조절하는 제2분광기를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the spectrometer may be characterized by including a first spectrometer that spectrometers white light irradiated from a light source and a second spectrometer that controls a propagation vector.
또한, 상기 분광부는 프리즘 또는 회절격자(diffraction grating)인 것을 특징으로 할 수 있다.Additionally, the spectrometer may be characterized as being a prism or a diffraction grating.
또한, 상기 광학필터부는 상기 제1분광기 및 제2분광기 사이에 위치하며, 복수 개의 중성 농도 필터를 통해 광의 세기를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the optical filter unit may be positioned between the first spectrometer and the second spectrometer and may be characterized by uniformly controlling the intensity of light through a plurality of neutral concentration filters.
또한, 상기 복수 개의 중성 농도 필터는 하기 수학식 1에 따라 파장 대역별 계산된 광학 농도(optical density, OD(i))로 파장 대역별 평행광을 보정하여 파장 대역별 광의 세기를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the plurality of neutral concentration filters may be characterized by uniformly controlling the intensity of light for each wavelength band by correcting parallel light for each wavelength band with an optical density (OD(i)) calculated for each wavelength band according to the following mathematical expression 1.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
이때 상기 min(I p )는 나눈 임의의 n개의 파장 대역에서 가장 세기(intensity)가 낮은 파장 대역의 세기이고, 상기 I p (i)는 번째 중성 농도 필터 파장 대역에서 광의 세기이다.At this time, the min( I p ) is the intensity of the wavelength band with the lowest intensity among the n arbitrary divided wavelength bands, and the I p (i) is the intensity of light in the wavelength band of the i neutral concentration filter.
또한, 상기 광원 및 분광부 사이에서 광원으로부터 조사되는 백색광의 스펙트럼을 분석하는 레퍼런스 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, it may be characterized by further including a reference detection unit that analyzes the spectrum of white light irradiated from the light source between the light source and the spectrometer.
또한, 상기 광학필터부 및 제2분광기를 통해 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광의 스펙트럼을 분석하는 조사광 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, it can be characterized by further including an investigation light detection unit that analyzes the spectrum of parallel light by wavelength band with the intensity of light controlled through the optical filter unit and the second spectrometer.
또한, 본 발명은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 파장에 따른 열화를 측정하는 방법으로서, 광원에서 조사된 광을 상기 파장 대역별 열화 발생장치를 이용하여 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광으로 광학소자 박막을 열화시키는 제1단계, 파장 대역별 열화도를 분석하는 제2단계 및 열화도에 따라 파장 대역별 광학소자 박막의 해당 영역을 후처리하는 제3단계를 포함하는 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for measuring deterioration of an optical element according to a wavelength band by using a wavelength band-specific deterioration generator according to any one of claims 1 to 7, the method comprising a first step of deteriorating an optical element thin film by controlling the intensity of light irradiated from a light source into parallel light for each wavelength band using the wavelength band-specific deterioration generator, a second step of analyzing the degree of deterioration for each wavelength band, and a third step of post-processing a corresponding region of the optical element thin film for each wavelength band according to the degree of deterioration.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 광학소자는 태양전지소자인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the optical element may be characterized as being a solar cell element.
또한, 상기 제1단계는 복수 개의 중성 농도 필터를 이용하여 200 ~ 1200 nm 파장 대역에서 광의 세기를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the first step may be characterized by uniformly controlling the intensity of light in a wavelength band of 200 to 1200 nm using a plurality of neutral concentration filters.
본 발명은 백색 광의 파장을 공간적으로 분리하여 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있고, 다양한 파장 대역 별로 열화 현상을 관찰하여 열화에 취약한 파장 영역을 찾아내고, 해당 영역의 파장을 흡수하거나 다른 파장 영역을 방출하는 후처리 공정을 통해 광학소자의 신뢰성을 현격히 향상시킬 수 있다. 이와 동시에 광학소자의 단일 박막에서 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화할 수 있고 마이크로 사이즈의 면적 단위로 열화 현상을 정량적으로 분석할 수 있는 방법론을 제공함으로써 소형화/박형화 추세에 있는 최근 광학소자의 산업에 다양하게 활용될 수 있다.The present invention can spatially separate the wavelength of white light to cause degradation in various wavelength bands, observe the degradation phenomenon for each wavelength band to find a wavelength range vulnerable to degradation, and significantly improve the reliability of an optical device through a post-processing process that absorbs the wavelength of the corresponding range or emits a different wavelength range. At the same time, it can minimize the deviation of the degradation phenomenon for each part in a single thin film of an optical device and provides a methodology that can quantitatively analyze the degradation phenomenon in micro-sized area units, so that it can be variously utilized in the recent optical device industry that is pursuing miniaturization/thinning trends.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 대역별 열화를 발생시키는 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광부를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 중성 농도 필터를 나타내는 모식도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 광학 농도를 도출하여 광학 세기를 일정하게 한 그래프이다.Figure 1 is a schematic diagram of a device that generates wavelength band-specific degradation according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing a spectrometer according to one embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram showing a neutral concentration filter according to one embodiment of the present invention.
Figures 4 and 5 are graphs showing optical densities derived according to one embodiment of the present invention to keep the optical intensity constant.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
상술한 것과 같이 광학소자, 특히 태양전지 소자는 열화 현상으로 인한 소자 성능이 발생하기 때문에 이에 대한 정량적이고 정확한 분석이 요구되나, 종래 기술에 따르면 파장 대역의 한계, 대면적화의 균일도 문제 및 마이크로 사이즈의 설계 한계 등의 이유로 열화 현상에 대한 분석에 제한이 있다.As described above, optical devices, especially solar cell devices, are subject to device performance degradation due to deterioration, and therefore require quantitative and accurate analysis thereof. However, according to conventional technology, there are limitations in the analysis of deterioration phenomena due to limitations in wavelength bands, uniformity issues in large-area applications, and design limitations in micro sizes.
이에 본 발명은 백색광을 분광시켜 파장 대역별 열화를 발생시키는 장치로서, 광원으로부터 조사된 백색광을 분리하여 파장 대역별 평행광(collimated light)을 발생시키는 분광부, 상기 분광기에서 발생된 파장 대역별 평행광의 세기를 균일하게 제어하는 광학필터부 및 상기 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광이 조사되는 거치부를 포함하는 파장 대역별 열화 발생장치를 제공하여 상술한 문제의 해결을 모색하였다.Accordingly, the present invention seeks to solve the above-described problem by providing a wavelength-band-specific degradation generating device that is a device for generating wavelength-band-specific degradation by spectroscopically dispersing white light, the device comprising: a spectroscopic unit that separates white light irradiated from a light source to generate collimated light for each wavelength band; an optical filter unit that uniformly controls the intensity of the wavelength-band-specific parallel light generated from the spectroscope; and a mounting unit on which the wavelength-band-specific parallel light, the intensity of which is controlled, is irradiated.
이를 통해 본 발명은 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백색 광의 파장을 공간적으로 분리하여 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있고, 단일 기판 상에서 마이크로 사이즈의 세밀한 면적마다 균일한 광의 세기로 편차를 최소화된 열화를 측정할 수 있어서 광학소자의 신뢰성을 현저히 제고할 수 있다.Through this, the present invention relates to a device for generating solar cell degradation by wavelength band, and more specifically, it can generate degradation in various wavelength bands by spatially separating the wavelengths of white light, and can measure degradation with minimized deviation with uniform light intensity for each micro-sized detailed area on a single substrate, thereby significantly improving the reliability of optical elements.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.The present invention will be described with reference to the drawings below.
파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치Solar cell deterioration generation device by wavelength band
도 1에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)는 광원(10)으로부터 조사된 백색광을 분리하여 파장 대역별 평행광(collimated light)을 발생시키는 분광부(110), 상기 분광기에서 발생된 파장 대역별 평행광의 세기를 균일하게 제어하는 광학필터부(120) 및 상기 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광이 조사되는 거치부(130)를 포함한다.As illustrated in FIG. 1, a solar cell deterioration generation device (100) according to the present invention comprises a spectrometer (110) that separates white light irradiated from a light source (10) to generate collimated light for each wavelength band, an optical filter unit (120) that uniformly controls the intensity of the collimated light for each wavelength band generated from the spectrometer, and a holder unit (130) on which the collimated light for each wavelength band, the intensity of which is controlled, is irradiated.
일반적으로 태양전지 소자는 광흡수층에서 불포화 결합의 밀도가 증가하고 내부 전기장이 감소하여 생성된 전자-정공쌍의 비발광 재결합이 가속되어 나타나는 스테블러-론스키 효과(Staebler-Wronski effect)라고 불리는 열화현상이 발생하며 이로 인해 광흡수층의 두께와 물성에 따라서 최대 30%까지 태양전지의 특성을 감소시키기 때문에 태양전지의 열화를 예측하여 태양전지의 신뢰성을 시험하는 방법 및 태양전지 신뢰성 시험을 하기 위한 장치에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 종래에는 상기와 같은 태양전지의 열화 정도를 확인하기 위해 이상적인 상황을 가정하고, 태양전지 제조 공정에 서의 다양한 변수들을 이용하여 수식화한 모델을 이용하였다. 그러나, 이렇게 수식화한 모델은 적용되는 다양한 변수들의 정확성에 한계가 있고, 특정 변수의 변화에 따른 최종 결과치의 변화폭이 너무 큰 경우도 발생하기 때문에 실제 활용에 제한이 있다.In general, solar cell devices experience a degradation phenomenon called the Staebler-Wronski effect, which occurs when the density of unsaturated bonds in the light-absorbing layer increases and the internal electric field decreases, accelerating the non-luminescent recombination of the generated electron-hole pairs. This reduces the characteristics of the solar cell by up to 30% depending on the thickness and properties of the light-absorbing layer. Therefore, research is continuously being conducted on methods for predicting the degradation of solar cells and testing the reliability of solar cells, as well as on devices for testing the reliability of solar cells. In the past, in order to confirm the degree of degradation of solar cells, a model was used that was formulated using various variables in the solar cell manufacturing process, assuming an ideal situation. However, such a formulated model has limitations in the accuracy of the various variables applied, and in some cases, the range of change in the final result depending on the change in a specific variable is too large, so its practical use is limited.
특히 태양전지 소자의 광흡수도는 그의 조성 및 두께에 따라 크게 달라지며 광흡수층을 제외한 전자 수송층(ETL)이나 정공수송층(HTL)을 포함한 다른 여러 층 역시 물질에 따라 흡수도가 달라질 수 있는데, 종래 기술은 RGB 세 가지 파장 영역으로만 열화를 구분하여 열화 현상을 정확히 분석하기 어려운 문제가 있다.In particular, the light absorption of a solar cell device varies greatly depending on its composition and thickness, and other layers, including the electron transport layer (ETL) and hole transport layer (HTL), excluding the light absorption layer, may also have different absorption rates depending on the material. However, conventional technologies have the problem of making it difficult to accurately analyze the deterioration phenomenon by distinguishing deterioration only into three wavelength regions: RGB.
이에 따라 본 발명은 상기 분광부(110)를 통해 광원(10)으로부터 조사되는 백색 광의 파장을 공간적으로 분리하여 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킴으로써 상술한 문제를 극복할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 분광부는 도 2와 같이 광원으로부터 조사된 백색광을 분광시키는 제1분광기(110a) 및 진행 벡터를 조절하는 제2분광기(110b)를 포함할 수 있다.Accordingly, the present invention can overcome the above-described problem by spatially separating the wavelength of white light irradiated from a light source (10) through the spectrometer (110) and causing deterioration in various wavelength bands. More specifically, the spectrometer may include a first spectrometer (110a) that disperses white light irradiated from a light source, as shown in FIG. 2, and a second spectrometer (110b) that controls a propagation vector.
상기 제1분광기(110a)는 광원에서부터 조사된 백색광을 200 ~ 1200 nm의 다양한 파장 대역으로 분광시키는 역할을 수행할 수 있는 프리즘 또는 회절격자(diffraction grating)일 수 있다. 즉 본 발명은 종래 RGB 세 가지 파장 대역에서만 관찰할 수 있는 열화 현상을 상기 제1분광기(110a)의 다양한 파장 대역으로의 빛의 분리를 통해 다양한 파장 대별 열화 현상을 분석/측정할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 제1분광기(110a)가 프리즘인 경우, 기구의 크기를 줄이기 위해 dense한 매질로 이루어 진 프리즘이 바람직하나 이 경우, 적용할 수 있는 파장 영역이 좁아질 수 있기 때문에, 본 발명이 적용되는 광학 소자의 종류와 용도, 광원의 종류 및 물질, 파장 대역 등에 따라 적절히 선택될 수 있고 달리 선택될 수 있기 때문에 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 열화 관찰 및 분석에 용이하도록 output beam의 크기는 약 1인치 내외가 될 수 있다. The first spectrometer (110a) may be a prism or a diffraction grating that can perform the function of dispersing white light irradiated from a light source into various wavelength bands of 200 to 1200 nm. That is, the present invention can analyze/measure various wavelength-specific deterioration phenomena by separating light into various wavelength bands of the first spectrometer (110a), which can be observed only in three wavelength bands of RGB in the past. At this time, according to one embodiment of the present invention, when the first spectrometer (110a) is a prism, a prism made of a dense medium is preferable in order to reduce the size of the device. However, in this case, since the applicable wavelength range may be narrowed, it may be appropriately selected and may be selected differently depending on the type and purpose of the optical element to which the present invention is applied, the type and material of the light source, the wavelength band, etc., and is not particularly limited. For example, the size of the output beam may be about 1 inch to facilitate deterioration observation and analysis.
상기 제2분광기(110b)는 도 2에 도시된 것과 같이 제1분광기(110a)를 통해 분광된 광의 진행 벡터를 조절하는 역할을 수행하는 프리즘 또는 회절격자일 수 있다. 본 발명은 상기 제2분광기(110b)를 통해 목적하는 광학 소자 박막의 특정 구역으로 제1분광기(110a)를 통해 분광된 광의 진행 경로를 제어할 수 있다. 이때 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 제1분광기(110a) 및 제2분광기(110b)가 프리즘이고, 상기 제1분광기(110a)의 output beam의 크기는 약 1인치 내외인 경우 상기 제2분광기(110b)의 입사면의 길이는 1인치 이상이 됨이 바람직하며, 또한 만일 상기 제1분광기(110a) 및 제2분광기(110b)가 프리즘 대신 회절 격자인 경우 마찬가지로 제1분광기(110a)의 output beam의 크기보다 2분광기(110b)의 회절격자의 길이가 더 긴 것이 열화 관찰 및 분석에 보다 유리할 수 있다. 다만 이 또한 본 발명의 일 실시예에 의한 것일 뿐, 본 발명에 따른 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)가 사용되는 광학 소자의 종류 및 용도, 그리고 광원의 종류와 파장 대역에 따라 달리 조절될 수 있기 때문에 특별히 제한하지 않는다.The second spectrometer (110b) may be a prism or a diffraction grating that controls the propagation vector of light split through the first spectrometer (110a) as illustrated in Fig. 2. The present invention can control the propagation path of light split through the first spectrometer (110a) to a specific region of the target optical element thin film through the second spectrometer (110b). At this time, according to one embodiment of the present invention, if the first spectrometer (110a) and the second spectrometer (110b) are prisms, and the size of the output beam of the first spectrometer (110a) is about 1 inch or less, it is preferable that the length of the incident surface of the second spectrometer (110b) be 1 inch or more. In addition, if the first spectrometer (110a) and the second spectrometer (110b) are diffraction gratings instead of prisms, it may be more advantageous for deterioration observation and analysis if the length of the diffraction grating of the second spectrometer (110b) is longer than the size of the output beam of the first spectrometer (110a). However, this is also only according to one embodiment of the present invention, and since the wavelength-band-specific solar cell deterioration generation device (100) according to the present invention can be adjusted differently depending on the type and purpose of the optical element used, and the type and wavelength band of the light source, it is not particularly limited.
한편, 종래 태양전지의 열화 정도를 확인하기 위해 수식화한 모델을 이용하는 경우 동일하게 제작한 박막/소자일 지라도 각 박막마다 편차가 존재하게 되므로 정확성을 높이는데 한계가 있다. 즉 단일 소자의 박막에서의 열화 현상 및 열화도를 관찰하는 것이 소자/박막 간 편차 배제에 가장 유리하며 명확하나, 단일 소자의 박막에서 부위 별 특정 파장 노출을 진행하는 방법을 사용하기 위해서는 크기가 큰 박막을 제작하여 열화 현상을 관찰하여야 하고, 이 경우 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화함과 동시에 마이크로 사이즈의 면적 단위로 열화 현상을 정량적으로 분석할 수 있어야 하며, 나아가 다양한 파장 대별로 광의 세기를 균일하게 조절할 수 있어야 균일한 열화 현상을 유발하여 정량적인 분석 및 측정이 가능하다.On the other hand, when using a formulated model to check the degree of degradation of conventional solar cells, there is a limit to increasing accuracy because there is a difference in each thin film even if the thin film/element is manufactured identically. In other words, observing the degradation phenomenon and degree in the thin film of a single element is the most advantageous and clear way to exclude the difference between elements/thin films, but in order to use a method of performing exposure to a specific wavelength for each section in the thin film of a single element, a large thin film must be manufactured to observe the degradation phenomenon, and in this case, the difference in the degradation phenomenon for each section must be minimized, and at the same time, the degradation phenomenon must be quantitatively analyzed in micro-sized area units. Furthermore, the intensity of light must be uniformly controlled for various wavelengths to induce a uniform degradation phenomenon, enabling quantitative analysis and measurement.
이에 따라 본 발명에 따른 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)는 상기 분광부(110)에서 다양한 파장으로 분광 및 진행 벡터가 부여된 광을 복수 개의 도 3과 같이 중성 농도 필터(125)를 포함하는 광학필터부(120)를 통해 광의 세기를 균일하게 제어함과 동시에 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화함과 동시에 마이크로 사이즈의 면적 단위로 열화 현상을 유발할 수 있다. Accordingly, the solar cell deterioration generation device (100) according to the present invention can control the intensity of light uniformly by applying a spectrum and propagation vector to various wavelengths from the spectrometer (110) through an optical filter unit (120) including a plurality of neutral concentration filters (125) as shown in FIG. 3, while minimizing the deviation of the deterioration phenomenon for each part and inducing the deterioration phenomenon in micro-sized area units.
이때 상기 복수 개의 중성 농도 필터(125)를 통해 파장 대역별 광의 세기를 균일하게 제어하기 위해서는 하기 수학식 1에 따라 파장 대역별 계산된 광학 농도(optical density, OD(i))로 파장 대역별 평행광을 보정할 수 있다.At this time, in order to uniformly control the intensity of light for each wavelength band through the above-mentioned multiple neutral concentration filters (125), parallel light for each wavelength band can be corrected with the optical density (OD(i)) calculated for each wavelength band according to the following mathematical expression 1.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 파장 대역 λ1 ~ λ2 nm를 방출하는 광원을 사용할 경우, 필요한 중성 농도 필터(125)의 optical density는 분광된 빛의 너비 에 mm 길이의 중성 농도 필터(125) 개를 간격 로 사용할 경우 (
[수학식 2][Mathematical formula 2]
이에 따라 번째 중성 농도 필터(125)까지 커버할 수 있는 파장 영역은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the wavelength range that can be covered up to the th neutral concentration filter (125) can be expressed as in the following mathematical expression 3.
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
이 경우, 해당 번째 중성 농도 필터(125)의 파장 대역에서 광의 세기는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있으며,In this case, the light intensity in the wavelength band of the corresponding neutral concentration filter (125) can be expressed as in the following mathematical expression 4:
[수학식 4][Mathematical formula 4]
최종 번째 필터에 필요한 광학 농도(optical density, OD(i))는 상기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The optical density (OD(i)) required for the final filter can be expressed as in the mathematical expression 1 above.
이와 같이 상기 수학식 1 내지 4를 통해 파장 대역별 광학 농도로 보정된 중성 농도 필터(125)는 상기 광학필터부(120)에서 다양한 파장으로 분광 및 진행 벡터가 부여된 광의 세기를 균일하게 제어함과 동시에 각 부위 별 열화 현상의 편차를 최소화함과 동시에 마이크로 사이즈의 면적 단위로 열화 현상을 유발할 수 있다.In this way, the neutral density filter (125) corrected for optical density by wavelength band through the above mathematical expressions 1 to 4 can uniformly control the intensity of light to which a spectrum and propagation vector are given at various wavelengths in the optical filter unit (120), while minimizing the deviation of the deterioration phenomenon by each part, and at the same time inducing the deterioration phenomenon in micro-sized area units.
다음, 본 발명에 따른 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)는 상기 광학필터부(120)를 통해 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광이 조사되는 거치부(130)를 포함한다. 상기 거치부(130)는 상술한 파장 대역별 균일한 광의 세기가 조사되어 열화 현상이 발생되는 광학 소자, 바람직하게는 태양전지 소자가 거치되는 공간을 제공하며, 상술한 광원, 파장 대역, 중성 농도 필터(125)의 개수 등을 고려하여 그 크기와 형태는 적절히 선택될 수 있어서 특별히 제한하지 않는다.Next, the solar cell deterioration generation device (100) according to the present invention for each wavelength band includes a mounting portion (130) on which parallel light of each wavelength band, the intensity of which is controlled by the optical filter portion (120), is irradiated. The mounting portion (130) provides a space on which an optical element, preferably a solar cell element, is mounted, on which the uniform intensity of light of each wavelength band described above is irradiated to cause a deterioration phenomenon. The size and shape thereof may be appropriately selected in consideration of the light source, wavelength band, number of neutral density filters (125) described above, and are not particularly limited.
또한, 본 발명에 따른 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)는 상기 광원(10) 및 분광부(110) 사이에서 광원(10)으로부터 조사되는 백색광의 스펙트럼을 분석하는 레퍼런스 검출부(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 레퍼런스 검출부(140)에서는 광원(10)으로부터 조사된 광을 분광부(110)를 통해 분광시키기 위해 초기 스펙트럼 확인하는 역할을 수행할 수 있다. 다시 말해 초기 스펙트럼을 측정하여 파장 대역별 중성 농도 필터(125)의 상술한 광학 농도값을 결정하는 역할을 수행할 수 있다. 이때 초기 스펙트럼 정보는 상술한 제1분광기(110a)인 프리즘이나 회절격자로부터 얻을 수 있는데, 프리즘을 이용한 경우 프리즘 입사에 의해 생기는 반사광을 이용할 수 있고, 회절 격자를 이용할 경우 0차 반사광을 이용할 수 있다. 이와 같이 초기 스펙트럼과 상술한 수학식 1 내지 4를 이용하여 필요한 광학 농도 값을 구한 뒤, 해당 중성 농도 필터(125)를 광학필터부(120)에 삽입하여 광의 세기를 일정하게 조절할 수 있다.In addition, the solar cell deterioration generation device (100) according to the present invention for each wavelength band may further include a reference detection unit (140) that analyzes the spectrum of white light irradiated from the light source (10) between the light source (10) and the spectrometer (110). The reference detection unit (140) may perform the role of confirming the initial spectrum in order to spectrometerize the light irradiated from the light source (10) through the spectrometer (110). In other words, it may perform the role of determining the optical density value of the neutral density filter (125) for each wavelength band by measuring the initial spectrum. At this time, the initial spectrum information may be obtained from the prism or diffraction grating, which is the first spectrometer (110a) described above. When a prism is used, reflected light generated by prism incidence may be used, and when a diffraction grating is used, 0th-order reflected light may be used. In this way, by using the initial spectrum and the mathematical equations 1 to 4 described above to obtain the required optical density value, the neutral density filter (125) can be inserted into the optical filter unit (120) to constantly adjust the intensity of light.
또한, 본 발명에 따른 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)는 상기 광학필터부(120) 및 제2분광기(110b)를 통해 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광의 스펙트럼을 분석하는 조사광 검출부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 조사광 검출부(150)는 광학필터부(120)로부터 조사된 세기가 제어된 광을 제2분광기(110b)를 통해 스펙트럼 정보를 얻을 수 있고, 이 스펙트럼 정보를 분석하여 중성 농도 필터(125)의 스펙트럼이 적절한지 확인하는 역할을 수행할 수 있다. 즉 중성 농도 필터(125)를 이용해 세기가 조절된 광의 스펙트럼 정보는 제2분광기(110b)인 프리즘이나 회절격자로부터 얻을 수 있는데, 프리즘을 이용한 경우 프리즘 입사에 의해 생기는 반사광을 이용할 수 있고, 회절 격자를 이용할 경우 0차 반사광을 이용할 수 있다. 이후 광의 세기가 일정하게 조절된 분광된 빛을 거치부(130)로 조사시켜 광학 소자에 노출시켜 열화 현상을 발생시킬 수 있다.In addition, the solar cell deterioration generation device (100) according to the present invention for each wavelength band may further include an irradiation light detection unit (150) that analyzes the spectrum of parallel light for each wavelength band whose intensity is controlled through the optical filter unit (120) and the second spectrometer (110b). The irradiation light detection unit (150) may obtain spectrum information of the light whose intensity is controlled irradiated from the optical filter unit (120) through the second spectrometer (110b), and may analyze the spectrum information to confirm whether the spectrum of the neutral density filter (125) is appropriate. That is, the spectrum information of the light whose intensity is controlled using the neutral density filter (125) may be obtained from the prism or diffraction grating, which is the second spectrometer (110b). When a prism is used, reflected light generated by the prism incident on the prism may be used, and when a diffraction grating is used, 0th-order reflected light may be used. Afterwards, the light intensity of the spectroscopically dispersed light is adjusted to a constant level and irradiated to the optical element through a spectral detector (130) to cause a deterioration phenomenon.
파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법Method for measuring performance of optical elements using a wavelength-band-specific thermal generation device
다음 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법을 설명한다. 다만 중복을 피하기 위해 상술한 파장 대역별 태양전지 열화 발생 장치(100)와 기술적 사상이 동일한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.The following describes a method for measuring the performance of an optical element using a thermal deterioration generator for each wavelength band. However, to avoid duplication, the description of parts that are technically identical to the solar cell thermal deterioration generator (100) for each wavelength band described above is omitted.
본 발명에 따른 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법은 광원에서 조사된 광을 상기 파장 대역별 열화 발생장치를 이용하여 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광으로 광학소자 박막을 열화시키는 제1단계, 파장 대역별 열화도를 분석하는 제2단계 및 열화도에 따라 파장 대역별 광학소자 박막의 해당 영역을 후처리하는 제3단계를 포함한다.A method for measuring the performance of an optical element using a wavelength-band-specific deterioration generator according to the present invention comprises a first step of deteriorating an optical element thin film by controlling the intensity of light irradiated from a light source into parallel light for each wavelength band using the wavelength-band-specific deterioration generator, a second step of analyzing the degree of deterioration for each wavelength band, and a third step of post-processing a corresponding region of the optical element thin film for each wavelength band according to the degree of deterioration.
상기 제1단계는 광원으로 제논 램프와 컨덴서를 설치하여 collimated white light를 생성할 수 있으며, 이 경우 조사된 광을 상기 파장 대역별 열화 발생장치의 분광부에서 한 쌍의 프리즘 또는 회절 격자를 이용하여 파장 대역별 collimated light로 분광시킬 수 있다. 이때 광원에서의 조사된 collimated white light의 스펙트럼 정보는 상술한 분광부 중 제1분광기의 한 쌍의 프리즘이나 회절격자로부터 얻을 수 있는데, 프리즘을 이용한 경우 프리즘 입사에 의해 생기는 반사광을 이용할 수 있고, 회절 격자를 이용할 경우 0차 반사광을 이용할 수 있다. 또한 파장 대역별 collimated light의 스펙트럼 정보는 상술한 분광부 중 제2분광기인 한 쌍의 프리즘이나 회절격자로부터 얻을 수 있는데, 프리즘을 이용한 경우 프리즘 입사에 의해 생기는 반사광을 이용할 수 있고, 회절 격자를 이용할 경우 0차 반사광을 이용할 수 있다. 한편 프리즘을 이용하는 경우 입사되는 백색광은 일부 반사가 일어나게 되는데, 회절격자를 이용하는 경우 반사된 빛을 감지하여 파장 별 세기를 함께 추적하여 후보정에 사용될 수 있어 보다 유리할 수 있다.The above first step can generate collimated white light by installing a xenon lamp and a condenser as a light source, and in this case, the irradiated light can be dispersed into collimated light for each wavelength band using a pair of prisms or a diffraction grating in the spectroscopic section of the wavelength-band-specific thermal generation device. At this time, the spectral information of the collimated white light irradiated from the light source can be obtained from a pair of prisms or a diffraction grating of the first spectroscope among the above-described spectroscopic sections. When a prism is used, reflected light generated by prism incidence can be utilized, and when a diffraction grating is utilized, the 0th-order reflected light can be utilized. In addition, the spectral information of the collimated light for each wavelength band can be obtained from a pair of prisms or a diffraction grating, which is the second spectroscope among the above-described spectroscopic sections. When a prism is used, reflected light generated by prism incidence can be utilized, and when a diffraction grating is utilized, the 0th-order reflected light can be utilized. On the other hand, when using a prism, some of the incident white light is reflected, but when using a diffraction grating, the reflected light can be detected and the intensity by wavelength can be tracked together for use in post-processing, which can be more advantageous.
상기 제2단계는 상기 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 열화 현상을 발생시켜 파장 대역별 열화도를 분석하는 단계이며, 상기 제3단계는 상기 제2단계의 분석된 열화도에 따라 파장 대역별 광학소자 박막의 해당 영역을 후처리하는 단계이다. 상기 제2단계 및 제3단계는 본 발명에 따른 파장 대역별 열화 발생장치를 통화 발생한 열화 현상을 통해 공지의 통상적인 열화도 관찰을 통해 광학소자를 후처리하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 열화 현상을 발생시키고 열화에 취약한 파장 영역을 찾아내어 해당 영역의 파장을 흡수하고 다른 파장 영역을 방출하는 층을 도입하거나 라미네이션에 사용되는 유리에 해당 영역 파장을 제거하는 필터 삽입하는 등의 후처리 공정에 응용할 수 있다. 또한 만일 상기 광학 소자가 탠덤형 태양전지 소자일 경우 상부 층과 하부 층이 흡수하는 파장 영역이 다르고, 조사되는 에너지 양이 달라짐에 따라 생성되는 전류값 차이가 발생하게 되므로, 파장을 분리하여 각 파장에서 생성되는 전류 값을 측정하면 실제 태양광 조사에서 전류 값 맞춤에 대한 지표로 응용할 수 있다.The second step is a step of analyzing the degree of deterioration by wavelength band by generating a deterioration phenomenon through the wavelength band-specific deterioration generating device, and the third step is a step of post-processing the corresponding region of the optical element thin film by wavelength band according to the deterioration degree analyzed in the second step. The second and third steps may be steps of post-processing the optical element by observing the degree of deterioration as a known, conventional deterioration phenomenon generated by the wavelength band-specific deterioration generating device according to the present invention. For example, it can be applied to a post-processing process such as generating a deterioration phenomenon through the wavelength band-specific deterioration generating device according to the present invention, finding a wavelength range vulnerable to deterioration, and introducing a layer that absorbs the wavelength of the corresponding region and emits another wavelength range, or inserting a filter that removes the wavelength of the corresponding region into glass used for lamination. In addition, if the optical element is a tandem solar cell element, the wavelength ranges absorbed by the upper and lower layers are different, and since the amount of energy irradiated is different, a difference in the generated current value occurs, so if the wavelength is separated and the current value generated at each wavelength is measured, it can be applied as an indicator for adjusting the current value in actual solar irradiation.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described more specifically through examples; however, the following examples do not limit the scope of the present invention, and should be interpreted as helping to understand the present invention.
실시예Example
도 4와 같은 그래프의 방출 스펙트럼을 갖는 광원 (300~1100 nm)을 사용하고, 중성 농도 필터 간격을 두지 않고 8개의 중성 농도 필터를 사용하여 중성 농도 필터의 광학 농도(optical density, OD(i))를 산출하고 이를 도 5에 나타내었다.Using a light source (300–1100 nm) having an emission spectrum similar to that in Fig. 4, and using eight neutral density filters without spacing between the neutral density filters, the optical density (OD(i)) of the neutral density filters was calculated, which is shown in Fig. 5.
[수학식 1][Mathematical Formula 1]
[수학식 2][Mathematical formula 2]
[수학식 3][Mathematical Formula 3]
[수학식 4][Mathematical formula 4]
8개의 중성 농도 필터 각각은 100 nm의 파장 영역을 보정할 수 있으며, 상기 수학식 1 내지 4를 이용하면 min ( p )에 해당되는 1000~1100 nm 영역이 기준 세기가 되고, 해당 영역은 세기 보정이 되지 않는다. 이를 제외한 나머지 7개의 영역에 대하여 각각 0.15, 0.45, 0.45, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1의 OD를 얻을 수 있다. (중성 농도 필터 제작의 편의를 위하여 OD 값은 소수점 2번째 자리에서 5 단위 반올림 값을 사용한다.) 각 파장 영역에 필요한 OD를 갖는 중성 농도 필터를 장착하고, 세기의 기준이 되는 마지막 영역에는 아무 것도 장착하지 않고 보정하면 도 5와 같은 그래프를 얻을 수 있다.Each of the eight neutral density filters can correct a wavelength range of 100 nm, and using the mathematical equations 1 to 4, the 1000 to 1100 nm range corresponding to min ( p ) becomes the reference intensity, and the range is not subject to intensity correction. For the remaining seven ranges, ODs of 0.15, 0.45, 0.45, 0.4, 0.3, 0.2, and 0.1 can be obtained, respectively. (For the convenience of manufacturing the neutral density filter, the OD value is rounded to the nearest 5 in the second decimal place.) If neutral density filters having the required OD for each wavelength range are mounted and the last range, which is the reference for the intensity, is not mounted and corrected, a graph such as Fig. 5 can be obtained.
도 5를 참조하면, 수학식 1 내지 4를 통해 상술한 광학 농도로 보정된 중성 농도 필터를 이용하여 파장 대역별 균일한 광의 세기로 열화를 발생시킬 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that degradation can be induced with uniform light intensity for each wavelength band by using a neutral density filter corrected with the optical density described above through mathematical expressions 1 to 4.
또한 상기 실시예를 통해 본 발명은 다양한 방출 스펙트럼을 가지는 광원에 대해 상술한 수학식 1 내지 4를 통해 광의 세기를 보정할 수 있어서, 광원의 종류에 제한받지 않고 다양한 파장 대역에서 열화를 발생시킬 수 있으며, 다양한 광학 소자에 적용될 수 있음을 알 수 있다.In addition, through the above examples, it can be seen that the present invention can correct the intensity of light through the mathematical equations 1 to 4 described above for light sources having various emission spectra, and thus can cause deterioration in various wavelength bands without being limited to the type of light source, and can be applied to various optical elements.
Claims (10)
광원으로부터 조사된 백색광을 분리하여 파장 대역별 평행광(collimated light)을 발생시키는 분광부;
상기 분광기에서 발생된 파장 대역별 평행광의 세기를 균일하게 제어하는 광학필터부; 및
상기 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광이 조사되는 거치부; 를 포함하는 파장 대역별 열화 발생장치.
A device that disperses white light and causes deterioration by wavelength band.
A spectrometer that separates white light irradiated from a light source and generates collimated light by wavelength band;
An optical filter unit that uniformly controls the intensity of parallel light generated by the above spectrometer for each wavelength band; and
A wavelength band-specific thermal deterioration generating device including a mounting section on which parallel light of controlled wavelength band intensity is irradiated.
상기 분광부는 광원으로부터 조사된 백색광을 분광시키는 제1분광기 및 진행 벡터를 조절하는 제2분광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 대역별 열화 발생장치.
In the first paragraph,
A wavelength band-specific thermal deterioration generating device characterized in that the above spectrometer includes a first spectrometer that spectrometers white light irradiated from a light source and a second spectrometer that controls a propagation vector.
상기 분광부는 프리즘 또는 회절격자(diffraction grating)인 것을 특징으로 하는 파장 대역별 열화 발생장치.
In the first paragraph,
A wavelength-band specific thermal generation device characterized in that the above spectrometer is a prism or a diffraction grating.
상기 광학필터부는 상기 제1분광기 및 제2분광기 사이에 위치하며,
복수 개의 중성 농도 필터를 통해 광의 세기를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 파장 대역별 열화 발생장치.
In the second paragraph,
The above optical filter unit is located between the first spectrometer and the second spectrometer,
A wavelength-band specific thermal generation device characterized by uniformly controlling the intensity of light through a plurality of neutral concentration filters.
상기 복수 개의 중성 농도 필터는 하기 수학식 1에 따라 파장 대역별 계산된 광학 농도(optical density, OD())로 파장 대역별 평행광을 보정하여 파장 대역별 광의 세기를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 파장 대역별 열화 발생장치.
[수학식 1]
이때 상기 min(Ip)는 균일하게 나눈 n개의 파장 대역에서 가장 세기 (intensity)가 낮은 파장 대역의 세기이고, 상기 Ip(i)는 i번째 중성 농도 필터 파장 대역에서 광의 세기이다.
In paragraph 4,
A wavelength band-specific thermal generation device characterized in that the above plurality of neutral density filters uniformly control the intensity of light for each wavelength band by correcting parallel light for each wavelength band with an optical density (OD()) calculated for each wavelength band according to the following mathematical expression 1.
[Mathematical Formula 1]
At this time, the min(Ip) is the intensity of the wavelength band with the lowest intensity among n equally divided wavelength bands, and the Ip(i) is the intensity of light in the i-th neutral concentration filter wavelength band.
상기 광원 및 분광부 사이에서 광원으로부터 조사되는 백색광의 스펙트럼을 분석하는 레퍼런스 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 대역별 열화 발생장치.
In the first paragraph,
A wavelength band-specific thermal deterioration generating device further comprising a reference detection unit that analyzes the spectrum of white light irradiated from the light source between the light source and the spectrometer.
상기 광학필터부 및 제2분광기를 통해 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광의 스펙트럼을 분석하는 조사광 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 대역별 열화 발생장치.
In paragraph 4,
A wavelength band-specific thermal deterioration generating device further comprising a light detection unit that analyzes the spectrum of parallel light by wavelength band, the intensity of which is controlled by the optical filter unit and the second spectrometer.
광원에서 조사된 광을 상기 파장 대역별 열화 발생장치를 이용하여 광의 세기가 제어된 파장 대역별 평행광으로 광학소자 박막을 열화시키는 제1단계;
파장 대역별 열화도를 분석하는 제2단계; 및
열화도에 따라 파장 대역별 광학소자 박막의 해당 영역을 후처리하는 제3단계를 포함하는 파장 대역별 열화 발생장치를 통해 광학소자의 성능을 측정하는 방법.
A method for measuring deterioration of an optical element according to wavelength using a deterioration generating device according to a wavelength band according to any one of claims 1 to 7,
A first step of thermalizing an optical element thin film by converting light irradiated from a light source into parallel light of each wavelength band with the intensity of the light controlled using a thermalization generator for each wavelength band;
The second step is to analyze the degradation by wavelength band; and
A method for measuring the performance of an optical element using a wavelength-band-specific degradation generator, including a third step of post-processing a corresponding region of an optical element thin film for each wavelength band according to the degradation degree.
상기 광학소자는 태양전지소자인 것을 특징으로 하는 광학소자의 성능을 측정하는 방법.
In Article 8,
A method for measuring the performance of an optical device, characterized in that the optical device is a solar cell device.
상기 제1단계는 복수 개의 중성 농도 필터를 이용하여 200 ~ 1200 nm 파장 대역에서 광의 세기를 균일하게 제어하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 성능을 측정하는 방법.
In Article 8,
The above first step is a method for measuring the performance of an optical device, characterized in that the intensity of light is uniformly controlled in a wavelength band of 200 to 1200 nm using a plurality of neutral concentration filters.
Priority Applications (1)
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| KR1020230040480A KR20240145702A (en) | 2023-03-28 | 2023-03-28 | Solar cell deterioration generator by wavelength |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101813672B1 (en) | 2017-06-12 | 2017-12-29 | 박규식 | Apparatus for Degradation Diagnosis of Photovoltaic Module |
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2023
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