專利名稱：太陽能模擬器和太陽能電池檢查設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽能模擬器以及各自用于檢查太陽能電池的太陽能電池檢查設備。 更具體地，本發(fā)明涉及使用包括點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列的太陽能模擬器，以及使用太陽能模擬器的太陽能電池檢查設備。
背景技術：
按照常規(guī)，為了檢查所生產(chǎn)的太陽能電池的光電轉換特性，在用預定光照射太陽能電池時測量太陽能電池的電輸出特性。在該測量中，使用用于用滿足預定條件的光照射太陽能電池的光發(fā)射器設備，即太陽能模擬器。在太陽能模擬器中，為了產(chǎn)生具有類似于陽光的光譜的照射光，在許多情況下，具有適當濾光器的發(fā)光體(諸如例如氙氣燈或鹵素燈)被用作光發(fā)射器。具體而言，在用于檢查批量生產(chǎn)的太陽能電池的太陽能模擬器中，除了以上光譜以外，可仔細地均衡太陽能電池的光接收表面上的光強度，即輻照度。原因在于，在所測量的光電轉換特性的基礎上進行對批量生產(chǎn)的太陽能電池的質(zhì)量控制，并且因此將該測量結果與其他太陽能電池的測量結果進行比較或對比。在下文中，在太陽能模擬器中，用用于測量太陽能電池的光照射的表面被稱為“照射表面”，并且在照射表面中，假設太陽能電池的光接收表面要定位的范圍被稱為“有效照射區(qū)域”。另外，在有效照射區(qū)域中的各個位置(地點)中輻照度的不均衡性(即其不一致性)被稱為“輻照度的位置不均勻性”。注意，在Jis C 8912和JIS C 8933 中，定義了 “4. 2 輻照度的位置不均勻性(measurement of locational unevenness of irradiance) 另外，在IEC 60904-9 :2007 “光伏器件第九部分太陽能模擬器性能要求(Photovoltatic devices :Part 9 Solar simulator performance requirements) ” 中，“3. 10測試平面中的輻照度的不一致性(non uniformity of irradiance in the test plane)”被定義為術語。在常規(guī)太陽能模擬器中，為了均衡有效照射區(qū)域中的輻照度，漫射光學系統(tǒng)或集成光學系統(tǒng)設置在光發(fā)射器和照射表面之間的任何位置。這些光學系統(tǒng)中的每一個都是光學元件，用于通過漫射或聚集(condense)來自光發(fā)射器的光來均衡有效照射區(qū)域中的輻照度以控制光在光的傳播距離的某一中點處的方向。例如，當試圖根據(jù)用于測量諸如集成太陽能電池之類的大面積太陽能電池的常規(guī)方法均衡輻照度時，根據(jù)作為測量對象的太陽能電池(要測量的太陽能電池)的尺寸來增加光的傳播距離變得必要。結果，使用其中以均衡輻照度照射大面積太陽能電池的常規(guī)方法的太陽能模擬器不可避免地占據(jù)大的空間。在另一方面，提出使用板式光發(fā)射器單元作為太陽能模擬器的光發(fā)射器，其中諸如發(fā)光二極管(LED)等固態(tài)光發(fā)射器平面地排列(例如，專利文獻1:PCT申請 No. 2004-511918的日文翻譯；以及專利文獻2 日本專利申請?zhí)亻_No. 2004-281706)。如在這些申請中，當將板式光發(fā)射器單元應用于太陽能模擬器時，通過將若干板式光發(fā)射器單元排列成排列瓦(tile)的形狀，容易地放大有效照射區(qū)域變得可能。在使用此類板式光發(fā)射器單元的太陽能模擬器中，有可能將從光發(fā)射器到照射表面的光學路徑長度減至比使用氙氣燈或鹵素燈的太陽能模擬器的光學路徑長度短。這是因為在光發(fā)射器和照射表面之間不需要用于均衡輻照度的大規(guī)模光學系統(tǒng)。由此，當使用板式光發(fā)射器單元時，應對太陽能電池的尺寸的增加變得容易，并且同樣實現(xiàn)了容易地抑制太陽能模擬器的尺寸本身的增加的優(yōu)點。專利文獻1 :PCT申請No. 2004-511918的日文翻譯專利文獻2 日本專利申請?zhí)卦S公開No. 2004-281706在此，檢查各種尺寸的太陽能電池時所需的太陽能模擬器的特性之一是貫穿有效照射區(qū)域的輻照度盡可能地恒定，即盡可能地一致。然而，在使用排列有多個固態(tài)光發(fā)射器的板式光發(fā)射器單元的專利文獻1和2中所公開的太陽能模擬器中的每一個中，遇到的問題是在有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近輻照度趨于降低以致輻照度的位置不均勻性趨于增加。本發(fā)明旨在有助于供應太陽能模擬器，其中防止在有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近的輻照度降低，并且輻照度的位置不均勻性減少。為了解決以上所描述的問題，本申請的發(fā)明人重新檢查使用光發(fā)射器的板式陣列的太陽能模擬器的配置，在該板式陣列中使用具有微小發(fā)光體的大量光發(fā)射器(在下文中被稱為“點光發(fā)射器”)。在此類太陽能模擬器中，入射到有效照射區(qū)域中的每一位置上的光是從多個點光發(fā)射器發(fā)射的光。因此，有助于光在有效照射區(qū)域的每一位置照射的點光發(fā)射器的數(shù)量優(yōu)選為盡可能地恒定。然而，在使用光發(fā)射器的板式陣列的太陽能模擬器中， 在有效照射區(qū)域的中心部分中有助于照射的點光發(fā)射器的數(shù)量大，而在有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近，其數(shù)量比其在中心部分中的數(shù)量小。發(fā)明人考慮到有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近輻照度降低引起輻照度的位置不均勻性的增加的原因在于，有助于光照射的點光發(fā)射器的數(shù)量取決于有效照射區(qū)域中的位置的差異，更具體地，有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近的點光發(fā)射器的數(shù)量顯著地減少。因此，本發(fā)明的發(fā)明人得到的結論是，為了通過點光發(fā)射器盡可能多地減少輻照度的位置不均勻性，將用于在有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近照射的光發(fā)射器的實質(zhì)數(shù)量與其中心部分的光發(fā)射器的實質(zhì)數(shù)量均衡是有效的。具體地，在有效照射區(qū)域周圍設置反射鏡是有效的。使反射鏡實現(xiàn)的功能是通過反射來將從設置在相對有效照射區(qū)域的位置處的點光發(fā)射器向有效照射區(qū)域的外部傳播的光重新定向到有效照射區(qū)域的內(nèi)部的功能。

發(fā)明內(nèi)容
S卩，在本發(fā)明的一方面，提供了太陽能模擬器，包括具有平面地排列在給定范圍內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列；被設置成與光發(fā)射器陣列中的其上排列有點光發(fā)射器的表面隔開、接收來自光發(fā)射器陣列的光，并且作為檢查對象的太陽能電池的光接收表面設置在其至少一部分上的有效照射區(qū)域；以及被設置成包圍光發(fā)射器陣列中的該范圍的反射鏡。此外，在本發(fā)明的另一方面，提供了太陽能模擬器，包括具有平面地排列在給定范圍內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列；被設置成與光發(fā)射器陣列中的其上排列有點光發(fā)射器的表面隔開、接收來自光發(fā)射器陣列的光，并且作為檢查對象的太陽能電池的光接收表面設置在其至少一部分上的有效照射區(qū)域；以及被設置成包圍有效照射區(qū)域的反射
^Mi O
另外，在本發(fā)明的又一方面，提供了太陽能模擬器，包括具有平面地排列在給定范圍內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列；被設置成與光發(fā)射器陣列中的其上排列有點光發(fā)射器的表面隔開、接收來自光發(fā)射器陣列的光，并且作為檢查對象的太陽能電池的光接收表面設置在其至少一部分上的有效照射區(qū)域；以及被設置成包圍從光發(fā)射器陣列向有效照射區(qū)域傳輸?shù)墓獯┻^的平面區(qū)域的反射鏡。在本發(fā)明的以上方面中的每一方面中，被設置成“包圍”光發(fā)射器陣列中的該范圍的反射鏡通常包括實現(xiàn)光學功能的設置，其中通過反射從光發(fā)射器陣列中所包括的點光發(fā)射器入射到反射鏡的光，反射鏡向點光發(fā)射器陣列的該范圍一側的空間反射光。因此，由此所定義的反射鏡表示設置在與光發(fā)射器陣列的該范圍的外周相對應的位置處的相當大部分中的反射鏡。反射鏡的定義不需要反射鏡完全包圍光發(fā)射器陣列的該范圍的外周，而沒有任何間隙。這一點同樣應用于反射鏡包圍有效照射區(qū)域的情況，或反射鏡包圍平面區(qū)域的情況。注意，“光源陣列”表示包括以任何方式排列的若干光發(fā)射器的光發(fā)射器集合。另外，“點光發(fā)射器”表示在微小區(qū)域中發(fā)射光的光發(fā)射器，并且不限于只從幾何學的意義上的一點發(fā)射光的光發(fā)射器。根據(jù)本發(fā)明的任何方面，在用于測量太陽能電池的光電轉換特性的太陽能模擬器中，實現(xiàn)了具有高均衡性的光的照射，其中減少輻照度的位置不均勻性。附圖簡述

圖1是示出本發(fā)明一實施例的太陽能電池檢查設備的示意性配置的立體圖；圖2包括示出本發(fā)明實施例的太陽能電池檢查設備中的太陽能模擬器的示意性配置的示意性截面圖(圖2(a))和示意性平面圖(圖2(b))；圖3是示出本發(fā)明實施例中的太陽能模擬器中的光發(fā)射器單元中的典型點光發(fā)射器陣列的平面圖；圖4是示出本發(fā)明實施例中的太陽能模擬器中的光發(fā)射器單元中的典型點光發(fā)射器陣列的平面圖；圖5是示出本發(fā)明實施例中的放大的光發(fā)射器陣列的截面圖；圖6是示出采用常規(guī)太陽能模擬器的太陽能電池檢查設備測量大尺寸太陽能電池和小尺寸太陽能電池的測量結果的圖形，并且包括電流/電壓特性圖(圖6(a))和電力特性圖(圖6(b))；以及圖7是示出采用本發(fā)明實施例中的太陽能模擬器的太陽能電池檢查設備測量大尺寸太陽能電池和小尺寸太陽能電池的測量結果的圖形，并且包括電流/電壓特性圖(圖 7(a))和電力特性(圖7(b))。用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳樽式在本發(fā)明的實施例的下文中給出描述。在以下描述中，在所有附圖中共用的部分或元素用共同的附圖標記來指示，除非特別指明。另外，在附圖中，每一實施例的各個元素不一定按照所維持的相互的縮放比例示出。<第一實施例>圖1是示出本發(fā)明的太陽能電池檢查設備100的示意性配置的立體圖。本實施例的太陽能電池檢查設備100包括太陽能模擬器10、光量控制部分20、以及電測量部分30。 光量控制部分20連接到太陽能模擬器10，并且控制太陽能模擬器10中的光發(fā)射器陣列2所發(fā)射的光觀的強度。另外，電測量部分30電連接到要測量的太陽能電池200(在下文中稱為“太陽能電池200”)，并且在將電負載施加到太陽能電池200的同時測量電流/電壓特性(ι-ν特性)。太陽能電池檢查設備100將具有太陽能模擬器10所設置的預定輻照度的光觀發(fā)射到位于有效照射區(qū)域4上的太陽能電池200的光接收表面220。根據(jù)電測量部分 30在發(fā)射光的狀態(tài)中所測量的太陽能電池200的電流/電壓特性，諸如舉例而言開路電壓值、短路電流值、轉換效率、以及填充因數(shù)的數(shù)字指示器可被確定為用于太陽能電池200的光電轉換特性的數(shù)字指示器。注意，太陽能電池200被設置成太陽能電池200的光接收表面220位于太陽能模擬器10的有效照射區(qū)域4的至少一部分上。[太陽能模擬器的配置]進一步描述太陽能模擬器10的配置。圖2包括示出本發(fā)明的太陽能電池檢查設備100的太陽能模擬器10的示意性配置的示意性截面圖(圖2(a))和示意性平面圖(圖 2(b))。示意性截面圖(圖2(a))示意性地示出太陽能電池200的設置。太陽能模擬器10 包括光發(fā)射器陣列2、有效照射區(qū)域4和反射鏡6。有效照射區(qū)域4是被設置成與光發(fā)射器陣列2的光發(fā)射表面22隔開的照射表面8 的一部分，并且表示假設太陽能電池200的光接收表面220位于其上的照射表面8的范圍。 因此，有效照射區(qū)域4用作接收來自光發(fā)射器陣列2的光觀的區(qū)域，并且具有作為檢查對象的太陽能電池200設置在其至少一部分上的光接收表面220。[反射鏡]反射鏡6被設置成包圍光發(fā)射器陣列2的范圍24。通常，反射鏡6的特定設置通常如下。首先，光發(fā)射器陣列2具有被排列成平面地散射在給定范圍M上的多個點光發(fā)射器26。范圍M是包括點光發(fā)射器沈的擴散表面，即排列有點光發(fā)射器沈的范圍內(nèi)的發(fā)光表面22的平面區(qū)域。此處，假設柱狀實心體將如上所述地設置的光發(fā)射器陣列2的范圍 M和有效照射區(qū)域4中的一個作為其上表面，并且將其另一表面作為下表面。在柱狀實心體的側面上的位置處設置反射鏡6。例如，如圖2所示，當光發(fā)射器陣列2的范圍M和有效照射區(qū)域4兩者呈相同的矩形時，光發(fā)射器陣列2的范圍M、有效照射區(qū)域4、以及反射鏡6構成四棱柱，并且在四棱柱的側面上的位置處設置反射鏡6。注意，在圖2所示的典型示例中，以與相應的有效照射區(qū)域4的形狀相同的形狀形成光發(fā)射器陣列2的范圍M。另夕卜，有效照射區(qū)域4和光發(fā)射器陣列2的發(fā)光表面22構成彼此平行地隔開的一對表面，并且反射鏡6相對于有效照射區(qū)域4和光發(fā)射器陣列的發(fā)光表面22垂直地取向。反射鏡6中的每一個的期望功能是防止降低有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42 附近的輻照度的功能。即，關于從與有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近相對應的光發(fā)射器陣列2的點光發(fā)射器陣列26A所發(fā)射的光28h,作為光28k的一部分的、向有效照射區(qū)域4的外邊緣46的外部傳播的光束進入反射鏡6。反射之后的光28A傳播，同時維持其組分與有效照射區(qū)域4和光發(fā)射器陣列2的發(fā)光表面22兩者垂直(在圖2(a)的紙張中垂直方向上的組分)，且在反射鏡6法線方向上將其組分反相(圖2(a)中從左到右方向上的組分)，以使光28A變成照射光，其看起來像是該照射光從反射鏡6的外部向有效照射區(qū)域4 的外圍邊緣部分42發(fā)射。通過反射的作用，輻照度的下降甚至在有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42中減小。為了獲取此類功能，如在以上所述的典型示例中地設置反射鏡6。通常將反射鏡6的反射功能提供給有效照射區(qū)域4 一側上的表面62，即在圖2 (b)中向內(nèi)取向的反射鏡6的表面62。選擇在光發(fā)射器的發(fā)射光譜(輻射光譜)中的波長范圍(即發(fā)射波長范圍)內(nèi)具有足夠反射率的鏡子作為反射鏡6。例如，使用其中金屬被形成為由玻璃等制成的基板上的層的金屬反射鏡，以及其中在基板上形成電介質(zhì)薄膜作為多層膜的電介質(zhì)多層膜反射鏡。優(yōu)選地，反射鏡6的反射率盡可能地高。例如，在發(fā)射波長范圍內(nèi)，優(yōu)選反射率不小于 90%。此外，通過反射鏡6的功能，當從有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近的位置查看光發(fā)射器一側時，光發(fā)射器陣列2被反射鏡6反射，并且由此形成光發(fā)射器圖像 26B(圖2(a))。結果，當準確地確定反射鏡6的位置并從有效照射區(qū)域4觀察到光發(fā)射器陣列2的各個光發(fā)射器沈時，光發(fā)射器陣列2看起來像是光發(fā)射器陣列2散布在反射鏡6 外部。因此，甚至在有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近，來自大量點光發(fā)射器沈的光類似地進入有效照射區(qū)域4的中心部分44。此外，在太陽能模擬器10中，反射鏡6被設置成包圍光發(fā)射器陣列2的范圍M，并且因此有可能使用反射鏡6來將來自光發(fā)射器陣列2的在各個方向上傳播的光重新定向到光發(fā)射器陣列2的范圍M。太陽能電池200被設置成光接收表面220定向到太陽能模擬器10的光發(fā)射器陣列2。具體地，在圖2的太陽能模擬器10的設置中太陽能電池200置于例如玻璃頂板48的上表面上，并且在圖2(a)的紙張中向下定向光接收表面220。在該設置中，從圖2(a)的下面向光接收表面220發(fā)射用于照明的光觀。對于圖2 (a)所示的太陽能模擬器10的頂板48，使用允許光傳送通過諸如玻璃板材料的構件。在此情況下，在以隔開關系設置成與光發(fā)射器陣列2的發(fā)光表面22相對應的頂板48的兩個表面中，有效照射區(qū)域4是在圖2(a)的取向上用作上表面的照射表面8的一部分。因此，例如，頂板48由玻璃制成的情況下的有效照射區(qū)域4通過頂板48接收來自圖2(a)的下部中的光發(fā)射器陣列2的光。即，有效照射區(qū)域4被定義為在圖2(a)的紙張中向上定向其正面的照射表面8的一部分，并且接收來自下面的光。注意，在圖2(a)中，在其取向上繪制其中從附圖的下面發(fā)射光觀的太陽能模擬器10。然而，不具體地限定太陽能模擬器10的設置以及光觀的發(fā)射方向。例如，太陽能模擬器10可被設置成太陽能模擬器10 的取向是任何取向，并且光觀的發(fā)射方向是任何方向，即光觀的發(fā)射方向是側向或向下。 在這些情況下，不需要以上所述的頂板48，從而有效照射區(qū)域通過其他模式定義。例如，當光觀的發(fā)射方向是側向時，太陽能電池的表面包括垂直方向，從而有效照射區(qū)域由作為示例的開口的范圍定義。另外，當光的發(fā)射方向是向下時，太陽能電池由具有朝上的光接收表面和朝下的與光接收表面相反的表面的支承板從下面支承。此情況下的有效照射區(qū)域由例如支承太陽能電池的支承板的表面的范圍定義。[光發(fā)射器陣列]光發(fā)射器陣列2包括如在發(fā)光表面22的范圍M內(nèi)平面地排列的多個點光發(fā)射器 26。光發(fā)射器陣列2的范圍M是例如矩形的，并且在矩形范圍M內(nèi)，點光發(fā)射器沈設置在其以預定間距垂直地且水平地排列的陣列中。該間距與點光發(fā)射器26中兩個最近的點光發(fā)射器26的中心之間的距離相對應。如圖2所示，有可能將光發(fā)射器陣列2配置成由例如包括一個或多個光發(fā)射器單元2A的集合構成。在圖2(b)中，排列具有相同配置的四個光發(fā)射器單元2A以配置光發(fā)射器陣列2。此情況下的光發(fā)射器單元2A包括排列在例如板式電路板上的多個點光發(fā)射器26，并且在該電路板上設置并支承每一點光發(fā)射器26。在本實施例中，可使用諸如發(fā)光二極管(LED)之類的固態(tài)光發(fā)射器(固態(tài)發(fā)光元件)等作為光發(fā)射器陣列2中的每一點光發(fā)射器26。不具體地限定采用發(fā)光二極管的點光發(fā)射器26的發(fā)光模式。即，有可能采用具有例如單色發(fā)光模式的發(fā)光二極管，其中發(fā)射光譜集中在窄波長范圍內(nèi)。除此以外，通過使用集成有磷光體和單色發(fā)光芯片的發(fā)光二極管， 還有可能采用具有發(fā)光模式的固態(tài)光發(fā)射器，從而提供更寬的發(fā)射光譜。優(yōu)選地，光發(fā)射器陣列2中所包括的所有點光發(fā)射器沈是具有相同發(fā)光模式的光發(fā)射器。即，例如，當光發(fā)射器是發(fā)光二極管時，優(yōu)選采用相同類型的發(fā)光二極管，這些發(fā)光二極管被生產(chǎn)成針對所有點光發(fā)射器26呈現(xiàn)相同的發(fā)射光譜。這是因為當通過采用具有不同發(fā)射波長的若干類型的發(fā)光二極管以混合方式生產(chǎn)光發(fā)射器陣列2時，有效照射區(qū)域中的輻照度分配取決于波長。相反，當使用被生產(chǎn)成呈現(xiàn)相同發(fā)射光譜的相同類型的發(fā)光二極管時，有效照射區(qū)域4中的輻照度分配在發(fā)射光譜中的任何波長處變得幾乎相同。這是因為每一點光發(fā)射器26的波長依賴性受到抑制。注意，可用作本實施例的點光發(fā)射器沈的元件除發(fā)光二極管以外包括各種光發(fā)射器，諸如鹵素燈、氙氣燈和金屬鹵化物燈。另外，在用于太陽能電池檢查設備100的太陽能模擬器10中，通過將多個光發(fā)射器單元2A排列成排列瓦的形狀作為光發(fā)射器陣列2，有可能容易地放大光發(fā)射器陣列2的面積，即有效照射區(qū)域4。在圖1所示的太陽能模擬器 10中，四個光發(fā)射器單元2A被設置成排列瓦的形狀。圖3是示出本實施例中的太陽能模擬器10中的每一光發(fā)射器單元2A中的典型點光發(fā)射器陣列26的平面圖。本實施例的太陽能模擬器10中所使用的點光發(fā)射器沈被排列成網(wǎng)格形狀，并且各個點光發(fā)射器26置于具有規(guī)律性的位置(網(wǎng)格點)處。結果，同樣在光發(fā)射器單元2A中，點光發(fā)射器沈具有網(wǎng)格陣列圖案。除了如圖3所示的四方形網(wǎng)格以外，陣列圖案可具有三角形網(wǎng)格。圖4是示出采用三角形網(wǎng)格的變體的光發(fā)射器單元2B 中的典型點光發(fā)射器陣列26的平面圖。在本實施例中，除了這些陣列以外，還有可能使用例如蜂窩網(wǎng)格陣列圖案(未示出)。在本實施例中，主要考慮所需輻照度和每一點光發(fā)射器沈的發(fā)光強度(輻射通量)來確定所排列的點光發(fā)射器26的密度，即每單位面積的點光發(fā)射器沈的數(shù)量。例如， 為了增加用于照射有效照射區(qū)域4的光的輻照度，增加點光發(fā)射器沈的密度，并且還增加點光發(fā)射器6的總數(shù)。當每一點光發(fā)射器沈的輻射通量還弱時，類似地增加點光發(fā)射器沈的密度。另一方面，主要考慮點光發(fā)射器沈的光分布特性(即光的照射角特性)來確定從光發(fā)射器陣列2的發(fā)光表面22到有效照射區(qū)域4的距離。例如，當使用具有窄的光分布特性且通過在特定方向上集中光通量來發(fā)射光的點光發(fā)射器沈時，從發(fā)光表面22到有效照射區(qū)域4的距離增加。相反，當使用具有寬的光分布特性且通過在寬度方向上分布光通量來發(fā)射光的點光發(fā)射器26時，該距離減少。這是因為在使用具有窄的光分布特性的點光發(fā)射器沈時從發(fā)光表面22到有效照射區(qū)域4的距離減少的情況下，各個光發(fā)射器沈呈現(xiàn)給有效照射區(qū)域4的各個位置的照度分布使輻照度的位置不均勻性增加。注意，由于反射鏡6 設置在本實施例中，因此即使當從發(fā)光表面22到有效照射區(qū)域4的距離增大時，有效照射區(qū)域4的輻照度也不會顯著地減少。[反射鏡的設置和輻照度的位置不均勻性之間的關系]圖5是示出本實施例中的太陽能模擬器10的配置的放大截面圖，其中放大并示出圖2 (a)所示的左下部分。由于反射鏡6用于本實施例的太陽能模擬器10，因此與其中心部分44相比，有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近的輻照度變成不太可能減少。為了增強有效照射區(qū)域4中的輻照度的均衡以減少輻照度的位置不均勻性，適當?shù)卦O置光發(fā)射器陣列2和反射鏡6的相對設置是重要的。圖5所示的間距a和距離L的設置影響輻照度的位置不均勻性。注意，間距a是光發(fā)射器單元中的點光發(fā)射器陣列的間距，而距離L是離光發(fā)射器陣列中的鏡子最近的最外面部分處的點光發(fā)射器的中心位置和用作反射鏡6的反射表面的表面62之間的距離。在下文中，在具有本實施例配置的太陽能模擬器10的示例的基礎上進一步描述確定間距a和距離L之間的關系的反射鏡6的特定設置。[示例 1]在本實施例的太陽能模擬器10的示例(示例1)中，反射鏡6中的每一個被設置成滿足a/2 = L。注意，反射鏡6被稱為正面鏡子，并且有效照射區(qū)域4 一側的內(nèi)表面62用作呈現(xiàn)反射的表面。使用對發(fā)射波長范圍內(nèi)的垂直入射光呈現(xiàn)90 %的反射率的金屬化表面作為反射鏡6。圖6是示出示例1的太陽能模擬器的配置中的有效照射區(qū)域4的每一位置處的輻照度分布的值的計算結果。通過光線跟蹤法計算輻照度分布，并且在有效照射區(qū)域的每一位置處計算的輻照度的值用該點處的密度來表示。注意，在圖6的右端，示出其中該點處的密度與輻照度的值相關聯(lián)的說明性圖例。在此，用于設置用于計算輻照度的每一光學元件的設置的參數(shù)如下。150個光發(fā)射器沈在四方形網(wǎng)格的網(wǎng)格點處排列成10行和15列，并且其間距被設置為100mm。反射鏡6被設置成具有離沿周邊(circumferentially)最外面的點光發(fā)射器26中的每一個的中心50mm的距離L以滿足a/2 = L。每一點光發(fā)射器沈的發(fā)光部分的寬度b被設置為2mm。使用具有士60°的照射角特性的發(fā)光二極管(即只在光的照射方向(0° )上離該中心不大于60°極角的圓錐角范圍內(nèi)發(fā)光的發(fā)光二極管)作為每一點光發(fā)射器26。另外，使用其中磷光體與發(fā)藍光芯片組合以獲取白光的發(fā)白光二極管作為發(fā)光二極管。使用對在照射光的發(fā)射波長范圍的整個范圍內(nèi)的垂直入射具有90%的反射率值的鏡子作為反射鏡6。在計算光線跟蹤時，針對傾斜方向上的反射鏡6的反射率，將 S偏振光和P偏振光的平均反射率賦予每一傾斜角。在圖6的紙張上有效照射區(qū)域4被設置成IOOOmm長和1500mm寬的矩形范圍，并且光發(fā)射器陣列2的范圍M和有效照射區(qū)域4 之間的距離被設置為500mm。如圖6所示，在其中反射鏡6被設置成滿足a/2 = L的示例1的太陽能模擬器中， 輻照度的值呈現(xiàn)良好的一致性。具體地，有效照射區(qū)域4內(nèi)的最大輻照度和最小輻照度分別為87. 4W/和82. 8W/cm2，并且從這些值計算的輻照度的位置不均勻性為士2.3%。注意， 在用于計算輻照度的位置不均勻性的方法中，在JIS C 8933的基礎上進行計算，并且計算中的測量點的數(shù)量為17。圖6示出其中獲取最大和最小輻照度值的位置以及其相應的值。本申請的發(fā)明人考慮到由從在示例1的太陽能模擬器中計算的圖6的輻照度值和中心部分44中的輻照度值減少外圍邊緣部分42附近的輻照度和減少有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近的輻照度導致進一步減少輻照度的位置不均勻性是合乎需要的。具體而言，根據(jù)發(fā)明人的檢查，隨著反射鏡6的反射率減少，輻照度減少的程度變得明顯。因此， 反射鏡6的反射率隨著其值變高而更為優(yōu)選，并且因此優(yōu)選采用對在照射光的發(fā)射波長范圍的整個范圍內(nèi)的垂直入射具有例如不小于90%的反射率值的鏡子作為本實施例中的反射鏡6。[示例 2]在實際反射鏡中，無法實現(xiàn)全反射，即100%的反射率。這是因為無法完全地防止反射損耗。結果，在考慮實際反射鏡的特性之后，發(fā)明人檢查用于進一步增加有效照射區(qū)域 4中的輻照度的一致性的措施。特別注意的一點在于，是否可實現(xiàn)補償在實際反射鏡6中發(fā)生的反射損耗的配置。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過更準確地調(diào)節(jié)反射鏡6的位置來施加此類補償作用的配置。在下文中，該配置被描述為示例2。在本實施例的另一示例(示例2、的太陽能模擬器中，通過進一步向內(nèi)移動以上所描述的示例1的反射鏡6中的每一個的位置，補償反射鏡6的反射中不可避免的反射損耗。 具體地，反射鏡6被設置成距離L滿足L = a/4,并且在該設置中計算輻照度分布。在此，距離L和間距a所表示的值與結合圖5所述的示例1中的值相同。圖7示出示例2的太陽能模擬器的配置中的有效照射區(qū)域4的每一位置處的輻照度分布。類似于示例1，通過光線跟蹤法計算輻照度分布。用于以上所述的每一設置的參數(shù)與示例1中的參數(shù)相同，不同之處在于反射鏡6被設置成離沿周邊最外面的點光發(fā)射器的中心具有25mm的距離L。如圖7所示，與在示例1的情況下相比，示例2的太陽能模擬器中的有效照射區(qū)域 4的輻照度呈現(xiàn)更加良好的一致性。具體地，有效照射區(qū)域4中的輻照度的最大值和最小值分別為86.4W/和83.5W/cm2。從這些值計算的輻照度的位置不均勻性為士 1. 7 %。注意， 在其計算中所使用的測量點的數(shù)量與示例1中的數(shù)量相同。如上所述，在本實施例中，通過增加反射鏡6的反射率，防止有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近的輻照度減少和通過擴展生產(chǎn)其中輻照度的位置不均勻性減少的太陽能模擬器變得可能。另外，在本實施例中，通過調(diào)節(jié)反射鏡6中的每一個的位置，生產(chǎn)進一步減少輻照度的位置不均勻性以發(fā)光的太陽能模擬器變得可能。〈第一實施例的變體〉可對以上所述的第一實施例進行各種修改，同時維持其優(yōu)點。在下文中描述其代表性變體。首先，可進一步調(diào)節(jié)反射鏡的位置，同時維持示例2的優(yōu)點。即，反射鏡的位置優(yōu)選根據(jù)諸如實際所使用的反射鏡等的特性之類的條件的改變來調(diào)節(jié)，以更準確地均衡輻照度。這是因為只要實際反射鏡的反射損耗取決于諸如反射鏡的類型、光的波長和入射角等各種條件，距離L就不限于例如滿足L = a/4的距離。用于通過如示例2中的調(diào)節(jié)來獲取補償反射鏡的反射損耗的作用的典型條件可距離L所滿足的條件來確定。具體地，為了補償反射鏡的反射損耗，反射鏡優(yōu)選被安裝成距離L滿足b/2 < L < a/2的關系。在此，距離 L和間距a所表示的值與以上所述的示例1中的值相同，并且每一點光發(fā)射器的寬度由寬度 b來表示。更具體地，距離L優(yōu)選小于a/2。如以上所述的，在實際反射鏡中反射損耗是不可避免的。這是因為進一步向內(nèi)定位反射鏡以補償反射損耗是有效的。另外，距離L優(yōu)選大于b/2。這是因為有必要將反射鏡設置在光發(fā)射器陣列中的反射鏡一側上的最外面點光發(fā)射器的外部。因此，滿足b/2 < L < a/2的不均衡性的、同時建立以上條件的距離L是優(yōu)選值的范圍。注意，在以上所述的示例2中，a的值被設置為100mm，而b的值被設置為2mm， 從而即使當距離L被設置為25mm時，也建立b/2 <L( = a/4) < a/2的關系。另外，要求距離L滿足b/2 < L的目的在于防止干擾最外面的點光發(fā)射器，并且因此寬度b與最外面的點光發(fā)射器的寬度相對應。為了在以上條件的范圍內(nèi)更準確地確定距離L，添加各種條件。作為條件，考慮例如反射鏡的反射率、從光發(fā)射器到照射表面的距離、點光發(fā)射器陣列的間距、以及點光發(fā)射器的照射角。在此，有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分附近的均衡性的減少源自主要由反射鏡的反射損耗(即吸收)所引起的輻照度的減少。另一方面，通過減小距離L來實現(xiàn)的作用是有效照射區(qū)域的外圍邊緣部分中的輻照度增加。因此，優(yōu)選減小距離L的情況是反射光在有效照射區(qū)域中進一步向內(nèi)的情況，即有效照射區(qū)域中的反射光的影響是顯著的情況。因此，例如，優(yōu)選進一步減小距離L的條件的示例包括反射鏡的反射率變低的情況、從光發(fā)射器到照射表面的距離變長的情況、點光發(fā)射器陣列的間距變窄的情況、以及點光發(fā)射器的照射角變寬的情況。<另一實施例>將如第一實施例所描述的以上實施例作為通過從另一觀點定義太陽能模擬器中的反射鏡的配置的另一實施例。即在第一實施例的太陽能模擬器10中，注意集中在反射鏡 6被設置成包圍有效照射區(qū)域4的一點上。以此方式配置反射鏡6是太陽能模擬器10實現(xiàn)第一實施例中的以上所述作用的原因之一。這是因為與接近光發(fā)射器陣列2的部分(即圖 2(a)的下部64)相比，反射鏡6的每一個中接近有效照射區(qū)域4的部分(即圖2 (b)的上部66)對有效照射區(qū)域4的外圍邊緣部分42附近的輻照度施加顯著的影響。由于反射鏡 6的上部66是包圍有效照射區(qū)域4的部分，因此反射鏡6包圍有效照射區(qū)域4的部分有助于均衡有效照射區(qū)域4的輻照度。由此，將反射鏡設置成包圍有效照射區(qū)域對減少輻照度的位置不均勻性是有用的。注意，即使當反射鏡被設置成包圍有效照射區(qū)域時，反射鏡完全包圍有效照射區(qū)域的外周而沒有任何間隙不是必需的。通常，如圖2(a)所示，在有效照射區(qū)域4位于玻璃頂板48的上表面上且反射鏡6中的每一個向上延伸到頂板48的下表面的配置中，在有效照射區(qū)域4和反射鏡的上端之間存在與頂板48的厚度相對應的光學間隙。 甚至其中存在此類間隙的第一實施例的太陽能模擬器10的反射鏡6還被認為是反射鏡被設置成包圍有效照射區(qū)域4的示例。作為另一一般實施例，以上所述的第一實施例還可被定義為其中反射鏡包圍從光發(fā)射器陣列向有效照射區(qū)域傳播的光穿過的平面區(qū)域的配置。假設其上設置有平面區(qū)域的平面通常是將從光發(fā)射器陣列向有效照射區(qū)域傳播的光所穿過的空間分成包括光發(fā)射器陣列一側上的空間和有效照射區(qū)域一側上的空間的兩個空間的任何平面。在諸如光發(fā)射器陣列和有效照射區(qū)域之間的中間等任何位置處定義假設其上設置有平面區(qū)域的平面。平面的形狀通常是與光發(fā)射器陣列的范圍和有效照射區(qū)域中的一個或兩個類似或全等的形狀。 圖2 (a)通過使用虛線(雙點劃線)來示出作為此類典型平面區(qū)域的平面區(qū)域70的位置的示例。此處所示的平面區(qū)域70具有與有效照射區(qū)域4全等的平面形狀。注意，第一實施例中的太陽能模擬器10的反射鏡6被設置成包圍平面區(qū)域70。被定義為如以上所述的反射鏡6的每一個中包圍平面區(qū)域70的部分還有助于均衡有效照射區(qū)域4中的輻照度。由此，以上所述的任何實施例可獲取第一實施例的作用，并且可根據(jù)類似于第一實施例中的優(yōu)選模式來實現(xiàn)。即，在任何實施例中可采用發(fā)光二極管作為光發(fā)射器陣列中的每一點光發(fā)射器、采用具有與所有點光發(fā)射器相同的發(fā)光模式的光發(fā)射器、采用諸如鹵素燈、氙氣燈和金屬鹵化物燈之類的各種光發(fā)射器作為點光發(fā)射器、以及將多個光發(fā)射器單元排列成排列瓦的形狀作為光發(fā)射器陣列。另外，在任何實施例中，可采取在示例1和2 中的每一個中所示的點光發(fā)射器和反射鏡的特定設置。由此，已具體地描述了本發(fā)明的實施例。出于解釋本發(fā)明的目的描述上述實施例和示例，并且應當在描述權利要求書的基礎上限定本申請的發(fā)明的范圍。另外，包括各個實施例的其他組合的本發(fā)明的范圍內(nèi)的變體同樣包括在權利要求書的范圍內(nèi)。工業(yè)實用件根據(jù)本發(fā)明，提供具有高度一致性的輻照度的太陽能模擬器變得可能。因此，在生產(chǎn)具有各個面積的太陽能電池的生產(chǎn)步驟中高精度地進行對太陽能電池的檢查變得可能， 其有助于生產(chǎn)高質(zhì)量的太陽能電池，并且還有助于普及包括此類太陽能電池作為其一部分的任何電力設備或電子設備。附圖標記的解釋100太陽能電池檢查設備10太陽能模擬器2光發(fā)射器陣列2A光發(fā)射器單元2B光發(fā)射器圖像20高量控制部分22發(fā)光表面24 范圍26.26A點光發(fā)射器28、28A 光200太陽能電池220光接收表面30電測量部分4有效照射區(qū)域42外圍邊緣部分附近44中心部分46外邊緣48 頂板6反射鏡62 表面70平面區(qū)域8照射表面
權利要求
1.一種太陽能模擬器，包括具有平面地排列在給定范圍內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列； 有效照射區(qū)域，所述有效照射區(qū)域被設置成與所述光發(fā)射器陣列中的其上排列有所述點光發(fā)射器的表面隔開、接收來自所述光發(fā)射器陣列的光，并且作為檢查對象的太陽能電池的光接收表面設置在所述有效照射區(qū)域的至少一部分上；以及被設置成包圍所述光發(fā)射器陣列中的所述范圍的反射鏡。
2.一種太陽能模擬器，包括具有平面地排列在給定范圍內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列； 有效照射區(qū)域，所述有效照射區(qū)域被設置成與所述光發(fā)射器陣列中的其上排列有所述點光發(fā)射器的表面隔開、接收來自所述光發(fā)射器陣列的光，并且作為檢查對象的太陽能電池的光接收表面設置在所述有效照射區(qū)域的至少一部分上；以及被設置成包圍所述有效照射區(qū)域的反射鏡。
3.一種太陽能模擬器，包括具有平面地排列在給定范圍內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列； 有效照射區(qū)域，所述有效照射區(qū)域被設置成與所述光發(fā)射器陣列中的其上排列有所述點光發(fā)射器的表面隔開、接收來自所述光發(fā)射器陣列的光，并且作為檢查對象的太陽能電池的光接收表面設置在所述有效照射區(qū)域的至少一部分上；以及被設置成包圍平面區(qū)域的反射鏡，從所述光發(fā)射器陣列向所述有效照射區(qū)域傳輸?shù)墓獯┻^所述平面區(qū)域。
4.如權利要求1至3中任一項所述的太陽能模擬器，其特征在于，所述點光發(fā)射器在所述范圍內(nèi)以恒定間距排列，并且所述點光發(fā)射器之中的位于所述范圍內(nèi)的最外面部分的點光發(fā)射器的中心位置和所述反射鏡的光反射表面之間的距離被設置為所述點光發(fā)射器的間距的一半。
5.如權利要求1至3中任一項所述的太陽能模擬器，其特征在于，所述點光發(fā)射器在所述范圍內(nèi)以恒定間距排列，并且所述點光發(fā)射器之中的位于所述范圍內(nèi)的最外面部分的點光發(fā)射器和所述反射鏡的光反射表面之間的距離被設置成大于置于所述最外面部分的點光發(fā)射器的寬度的一半、而小于所述點光發(fā)射器的間距的一半。
6.如權利要求1至3中任一項所述的太陽能模擬器，其特征在于，所述點光發(fā)射器中的每一個是集成有磷光體和單色發(fā)光芯片的單色發(fā)光二極管或發(fā)光二極管。
7.如權利要求1至3中任一項所述的太陽能模擬器，其特征在于，所述點光發(fā)射器中的每一個是鹵素燈、氙氣燈、或金屬鹵化物燈。
8.如權利要求1至3中任一項所述的太陽能模擬器，其特征在于，所述點光發(fā)射器只包括具有相同發(fā)光模式的光發(fā)射器。
9.一種太陽能電池檢查設備，包括如權利要求1至3中任一項所述的太陽能模擬器；光量控制部分，所述光量控制部分連接到所述太陽能模擬器以控制由所述太陽能模擬器的光發(fā)射器陣列發(fā)射的光的量；以及電測量部分，所述電測量部分電連接到具有設置在所述太陽能模擬器的有效照射區(qū)域的至少一部分上的光接收表面的作為檢查對象的太陽能電池，以便在將電負載施加到所述太陽能電池的同時測量所述太陽能電池的光電轉換特性。
全文摘要
在太陽能模擬器中，通過使用小且簡單的光學系統(tǒng)來減少輻照度的位置不均勻性。提供了太陽能模擬器10，包括具有平面地排列在給定范圍24內(nèi)的多個點光發(fā)射器的光發(fā)射器陣列2；被設置成與光發(fā)射器陣列2中的其上排列有點光發(fā)射器26的表面隔開的有效照射區(qū)域4；以及被設置成包圍光發(fā)射器陣列的范圍2的反射鏡6。優(yōu)選地，位于光發(fā)射器陣列2的范圍24內(nèi)的最外面部分的點光發(fā)射器和反射鏡5的光反射表面之間的距離L被設置為點光發(fā)射器陣列的間距的一半，更優(yōu)選地，距離L被設置成大于每個點光發(fā)射器的寬度b的一半、但小于點光發(fā)射器的間距的一半a。
文檔編號F21Y101/02GK102472462SQ201180003201
公開日2012年5月23日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權日2010年6月4日
發(fā)明者東亮一, 大登正敬, 齋藤哲哉 申請人:富士電機株式會社