专利名称：太阳能模拟器和太阳能电池检查设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能模拟器以及各自用于检查太阳能电池的太阳能电池检查设备。 更具体地，本发明涉及使用包括点光发射器的光发射器阵列的太阳能模拟器，以及使用太阳能模拟器的太阳能电池检查设备。
背景技术：
按照常规，为了检查所生产的太阳能电池的光电转换特性，在用预定光照射太阳能电池时测量太阳能电池的电输出特性。在该测量中，使用用于用满足预定条件的光照射太阳能电池的光发射器设备，即太阳能模拟器。在太阳能模拟器中，为了产生具有类似于阳光的光谱的照射光，在许多情况下，具有适当滤光器的发光体(诸如例如氙气灯或卤素灯)被用作光发射器。具体而言，在用于检查批量生产的太阳能电池的太阳能模拟器中，除了以上光谱以外，可仔细地均衡太阳能电池的光接收表面上的光强度，即辐照度。原因在于，在所测量的光电转换特性的基础上进行对批量生产的太阳能电池的质量控制，并且因此将该测量结果与其他太阳能电池的测量结果进行比较或对比。在下文中，在太阳能模拟器中，用用于测量太阳能电池的光照射的表面被称为“照射表面”，并且在照射表面中，假设太阳能电池的光接收表面要定位的范围被称为“有效照射区域”。另外，在有效照射区域中的各个位置(地点)中辐照度的不均衡性(即其不一致性)被称为“辐照度的位置不均勻性”。注意，在Jis C 8912和JIS C 8933 中，定义了 “4. 2 辐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阳能模拟器性能要求(Photovoltatic devices :Part 9 Solar simulator performance requirements) ” 中，“3. 10测试平面中的辐照度的不一致性(non uniformity of irradiance in the test plane)”被定义为术语。在常规太阳能模拟器中，为了均衡有效照射区域中的辐照度，漫射光学系统或集成光学系统设置在光发射器和照射表面之间的任何位置。这些光学系统中的每一个都是光学元件，用于通过漫射或聚集(condense)来自光发射器的光来均衡有效照射区域中的辐照度以控制光在光的传播距离的某一中点处的方向。例如，当试图根据用于测量诸如集成太阳能电池之类的大面积太阳能电池的常规方法均衡辐照度时，根据作为测量对象的太阳能电池(要测量的太阳能电池)的尺寸来增加光的传播距离变得必要。结果，使用其中以均衡辐照度照射大面积太阳能电池的常规方法的太阳能模拟器不可避免地占据大的空间。在另一方面，提出使用板式光发射器单元作为太阳能模拟器的光发射器，其中诸如发光二极管(LED)等固态光发射器平面地排列(例如，专利文献1:PCT申请 No. 2004-511918的日文翻译；以及专利文献2 日本专利申请特开No. 2004-281706)。如在这些申请中，当将板式光发射器单元应用于太阳能模拟器时，通过将若干板式光发射器单元排列成排列瓦(tile)的形状，容易地放大有效照射区域变得可能。在使用此类板式光发射器单元的太阳能模拟器中，有可能将从光发射器到照射表面的光学路径长度减至比使用氙气灯或卤素灯的太阳能模拟器的光学路径长度短。这是因为在光发射器和照射表面之间不需要用于均衡辐照度的大规模光学系统。由此，当使用板式光发射器单元时，应对太阳能电池的尺寸的增加变得容易，并且同样实现了容易地抑制太阳能模拟器的尺寸本身的增加的优点。专利文献1 :PCT申请No. 2004-511918的日文翻译专利文献2 日本专利申请特许公开No. 2004-281706在此，检查各种尺寸的太阳能电池时所需的太阳能模拟器的特性之一是贯穿有效照射区域的辐照度尽可能地恒定，即尽可能地一致。然而，在使用排列有多个固态光发射器的板式光发射器单元的专利文献1和2中所公开的太阳能模拟器中的每一个中，遇到的问题是在有效照射区域的外围边缘部分附近辐照度趋于降低以致辐照度的位置不均勻性趋于增加。本发明旨在有助于供应太阳能模拟器，其中防止在有效照射区域的外围边缘部分附近的辐照度降低，并且辐照度的位置不均勻性减少。为了解决以上所描述的问题，本申请的发明人重新检查使用光发射器的板式阵列的太阳能模拟器的配置，在该板式阵列中使用具有微小发光体的大量光发射器(在下文中被称为“点光发射器”)。在此类太阳能模拟器中，入射到有效照射区域中的每一位置上的光是从多个点光发射器发射的光。因此，有助于光在有效照射区域的每一位置照射的点光发射器的数量优选为尽可能地恒定。然而，在使用光发射器的板式阵列的太阳能模拟器中， 在有效照射区域的中心部分中有助于照射的点光发射器的数量大，而在有效照射区域的外围边缘部分附近，其数量比其在中心部分中的数量小。发明人考虑到有效照射区域的外围边缘部分附近辐照度降低引起辐照度的位置不均勻性的增加的原因在于，有助于光照射的点光发射器的数量取决于有效照射区域中的位置的差异，更具体地，有效照射区域的外围边缘部分附近的点光发射器的数量显著地减少。因此，本发明的发明人得到的结论是，为了通过点光发射器尽可能多地减少辐照度的位置不均勻性，将用于在有效照射区域的外围边缘部分附近照射的光发射器的实质数量与其中心部分的光发射器的实质数量均衡是有效的。具体地，在有效照射区域周围设置反射镜是有效的。使反射镜实现的功能是通过反射来将从设置在相对有效照射区域的位置处的点光发射器向有效照射区域的外部传播的光重新定向到有效照射区域的内部的功能。
发明内容
S卩，在本发明的一方面，提供了太阳能模拟器，包括具有平面地排列在给定范围内的多个点光发射器的光发射器阵列；被设置成与光发射器阵列中的其上排列有点光发射器的表面隔开、接收来自光发射器阵列的光，并且作为检查对象的太阳能电池的光接收表面设置在其至少一部分上的有效照射区域；以及被设置成包围光发射器阵列中的该范围的反射镜。此外，在本发明的另一方面，提供了太阳能模拟器，包括具有平面地排列在给定范围内的多个点光发射器的光发射器阵列；被设置成与光发射器阵列中的其上排列有点光发射器的表面隔开、接收来自光发射器阵列的光，并且作为检查对象的太阳能电池的光接收表面设置在其至少一部分上的有效照射区域；以及被设置成包围有效照射区域的反射
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另外，在本发明的又一方面，提供了太阳能模拟器，包括具有平面地排列在给定范围内的多个点光发射器的光发射器阵列；被设置成与光发射器阵列中的其上排列有点光发射器的表面隔开、接收来自光发射器阵列的光，并且作为检查对象的太阳能电池的光接收表面设置在其至少一部分上的有效照射区域；以及被设置成包围从光发射器阵列向有效照射区域传输的光穿过的平面区域的反射镜。在本发明的以上方面中的每一方面中，被设置成“包围”光发射器阵列中的该范围的反射镜通常包括实现光学功能的设置，其中通过反射从光发射器阵列中所包括的点光发射器入射到反射镜的光，反射镜向点光发射器阵列的该范围一侧的空间反射光。因此，由此所定义的反射镜表示设置在与光发射器阵列的该范围的外周相对应的位置处的相当大部分中的反射镜。反射镜的定义不需要反射镜完全包围光发射器阵列的该范围的外周，而没有任何间隙。这一点同样应用于反射镜包围有效照射区域的情况，或反射镜包围平面区域的情况。注意，“光源阵列”表示包括以任何方式排列的若干光发射器的光发射器集合。另外，“点光发射器”表示在微小区域中发射光的光发射器，并且不限于只从几何学的意义上的一点发射光的光发射器。根据本发明的任何方面，在用于测量太阳能电池的光电转换特性的太阳能模拟器中，实现了具有高均衡性的光的照射，其中减少辐照度的位置不均勻性。附图简述
图1是示出本发明一实施例的太阳能电池检查设备的示意性配置的立体图；图2包括示出本发明实施例的太阳能电池检查设备中的太阳能模拟器的示意性配置的示意性截面图(图2(a))和示意性平面图(图2(b))；图3是示出本发明实施例中的太阳能模拟器中的光发射器单元中的典型点光发射器阵列的平面图；图4是示出本发明实施例中的太阳能模拟器中的光发射器单元中的典型点光发射器阵列的平面图；图5是示出本发明实施例中的放大的光发射器阵列的截面图；图6是示出采用常规太阳能模拟器的太阳能电池检查设备测量大尺寸太阳能电池和小尺寸太阳能电池的测量结果的图形，并且包括电流/电压特性图(图6(a))和电力特性图(图6(b))；以及图7是示出采用本发明实施例中的太阳能模拟器的太阳能电池检查设备测量大尺寸太阳能电池和小尺寸太阳能电池的测量结果的图形，并且包括电流/电压特性图(图 7(a))和电力特性(图7(b))。用于实现本发明的最佳樽式在本发明的实施例的下文中给出描述。在以下描述中，在所有附图中共用的部分或元素用共同的附图标记来指示，除非特别指明。另外，在附图中，每一实施例的各个元素不一定按照所维持的相互的缩放比例示出。<第一实施例>图1是示出本发明的太阳能电池检查设备100的示意性配置的立体图。本实施例的太阳能电池检查设备100包括太阳能模拟器10、光量控制部分20、以及电测量部分30。 光量控制部分20连接到太阳能模拟器10，并且控制太阳能模拟器10中的光发射器阵列2所发射的光观的强度。另外，电测量部分30电连接到要测量的太阳能电池200(在下文中称为“太阳能电池200”)，并且在将电负载施加到太阳能电池200的同时测量电流/电压特性(ι-ν特性)。太阳能电池检查设备100将具有太阳能模拟器10所设置的预定辐照度的光观发射到位于有效照射区域4上的太阳能电池200的光接收表面220。根据电测量部分 30在发射光的状态中所测量的太阳能电池200的电流/电压特性，诸如举例而言开路电压值、短路电流值、转换效率、以及填充因数的数字指示器可被确定为用于太阳能电池200的光电转换特性的数字指示器。注意，太阳能电池200被设置成太阳能电池200的光接收表面220位于太阳能模拟器10的有效照射区域4的至少一部分上。[太阳能模拟器的配置]进一步描述太阳能模拟器10的配置。图2包括示出本发明的太阳能电池检查设备100的太阳能模拟器10的示意性配置的示意性截面图(图2(a))和示意性平面图(图 2(b))。示意性截面图(图2(a))示意性地示出太阳能电池200的设置。太阳能模拟器10 包括光发射器阵列2、有效照射区域4和反射镜6。有效照射区域4是被设置成与光发射器阵列2的光发射表面22隔开的照射表面8 的一部分，并且表示假设太阳能电池200的光接收表面220位于其上的照射表面8的范围。 因此，有效照射区域4用作接收来自光发射器阵列2的光观的区域，并且具有作为检查对象的太阳能电池200设置在其至少一部分上的光接收表面220。[反射镜]反射镜6被设置成包围光发射器阵列2的范围24。通常，反射镜6的特定设置通常如下。首先，光发射器阵列2具有被排列成平面地散射在给定范围M上的多个点光发射器26。范围M是包括点光发射器沈的扩散表面，即排列有点光发射器沈的范围内的发光表面22的平面区域。此处，假设柱状实心体将如上所述地设置的光发射器阵列2的范围 M和有效照射区域4中的一个作为其上表面，并且将其另一表面作为下表面。在柱状实心体的侧面上的位置处设置反射镜6。例如，如图2所示，当光发射器阵列2的范围M和有效照射区域4两者呈相同的矩形时，光发射器阵列2的范围M、有效照射区域4、以及反射镜6构成四棱柱，并且在四棱柱的侧面上的位置处设置反射镜6。注意，在图2所示的典型示例中，以与相应的有效照射区域4的形状相同的形状形成光发射器阵列2的范围M。另夕卜，有效照射区域4和光发射器阵列2的发光表面22构成彼此平行地隔开的一对表面，并且反射镜6相对于有效照射区域4和光发射器阵列的发光表面22垂直地取向。反射镜6中的每一个的期望功能是防止降低有效照射区域4的外围边缘部分42 附近的辐照度的功能。即，关于从与有效照射区域4的外围边缘部分42附近相对应的光发射器阵列2的点光发射器阵列26A所发射的光28h,作为光28k的一部分的、向有效照射区域4的外边缘46的外部传播的光束进入反射镜6。反射之后的光28A传播，同时维持其组分与有效照射区域4和光发射器阵列2的发光表面22两者垂直(在图2(a)的纸张中垂直方向上的组分)，且在反射镜6法线方向上将其组分反相(图2(a)中从左到右方向上的组分)，以使光28A变成照射光，其看起来像是该照射光从反射镜6的外部向有效照射区域4 的外围边缘部分42发射。通过反射的作用，辐照度的下降甚至在有效照射区域4的外围边缘部分42中减小。为了获取此类功能，如在以上所述的典型示例中地设置反射镜6。通常将反射镜6的反射功能提供给有效照射区域4 一侧上的表面62，即在图2 (b)中向内取向的反射镜6的表面62。选择在光发射器的发射光谱(辐射光谱)中的波长范围(即发射波长范围)内具有足够反射率的镜子作为反射镜6。例如，使用其中金属被形成为由玻璃等制成的基板上的层的金属反射镜，以及其中在基板上形成电介质薄膜作为多层膜的电介质多层膜反射镜。优选地，反射镜6的反射率尽可能地高。例如，在发射波长范围内，优选反射率不小于 90%。此外，通过反射镜6的功能，当从有效照射区域4的外围边缘部分42附近的位置查看光发射器一侧时，光发射器阵列2被反射镜6反射，并且由此形成光发射器图像 26B(图2(a))。结果，当准确地确定反射镜6的位置并从有效照射区域4观察到光发射器阵列2的各个光发射器沈时，光发射器阵列2看起来像是光发射器阵列2散布在反射镜6 外部。因此，甚至在有效照射区域4的外围边缘部分42附近，来自大量点光发射器沈的光类似地进入有效照射区域4的中心部分44。此外，在太阳能模拟器10中，反射镜6被设置成包围光发射器阵列2的范围M，并且因此有可能使用反射镜6来将来自光发射器阵列2的在各个方向上传播的光重新定向到光发射器阵列2的范围M。太阳能电池200被设置成光接收表面220定向到太阳能模拟器10的光发射器阵列2。具体地，在图2的太阳能模拟器10的设置中太阳能电池200置于例如玻璃顶板48的上表面上，并且在图2(a)的纸张中向下定向光接收表面220。在该设置中，从图2(a)的下面向光接收表面220发射用于照明的光观。对于图2 (a)所示的太阳能模拟器10的顶板48，使用允许光传送通过诸如玻璃板材料的构件。在此情况下，在以隔开关系设置成与光发射器阵列2的发光表面22相对应的顶板48的两个表面中，有效照射区域4是在图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，顶板48由玻璃制成的情况下的有效照射区域4通过顶板48接收来自图2(a)的下部中的光发射器阵列2的光。即，有效照射区域4被定义为在图2(a)的纸张中向上定向其正面的照射表面8的一部分，并且接收来自下面的光。注意，在图2(a)中，在其取向上绘制其中从附图的下面发射光观的太阳能模拟器10。然而，不具体地限定太阳能模拟器10的设置以及光观的发射方向。例如，太阳能模拟器10可被设置成太阳能模拟器10 的取向是任何取向，并且光观的发射方向是任何方向，即光观的发射方向是侧向或向下。 在这些情况下，不需要以上所述的顶板48，从而有效照射区域通过其他模式定义。例如，当光观的发射方向是侧向时，太阳能电池的表面包括垂直方向，从而有效照射区域由作为示例的开口的范围定义。另外，当光的发射方向是向下时，太阳能电池由具有朝上的光接收表面和朝下的与光接收表面相反的表面的支承板从下面支承。此情况下的有效照射区域由例如支承太阳能电池的支承板的表面的范围定义。[光发射器阵列]光发射器阵列2包括如在发光表面22的范围M内平面地排列的多个点光发射器 26。光发射器阵列2的范围M是例如矩形的，并且在矩形范围M内，点光发射器沈设置在其以预定间距垂直地且水平地排列的阵列中。该间距与点光发射器26中两个最近的点光发射器26的中心之间的距离相对应。如图2所示，有可能将光发射器阵列2配置成由例如包括一个或多个光发射器单元2A的集合构成。在图2(b)中，排列具有相同配置的四个光发射器单元2A以配置光发射器阵列2。此情况下的光发射器单元2A包括排列在例如板式电路板上的多个点光发射器26，并且在该电路板上设置并支承每一点光发射器26。在本实施例中，可使用诸如发光二极管(LED)之类的固态光发射器(固态发光元件)等作为光发射器阵列2中的每一点光发射器26。不具体地限定采用发光二极管的点光发射器26的发光模式。即，有可能采用具有例如单色发光模式的发光二极管，其中发射光谱集中在窄波长范围内。除此以外，通过使用集成有磷光体和单色发光芯片的发光二极管， 还有可能采用具有发光模式的固态光发射器，从而提供更宽的发射光谱。优选地，光发射器阵列2中所包括的所有点光发射器沈是具有相同发光模式的光发射器。即，例如，当光发射器是发光二极管时，优选采用相同类型的发光二极管，这些发光二极管被生产成针对所有点光发射器26呈现相同的发射光谱。这是因为当通过采用具有不同发射波长的若干类型的发光二极管以混合方式生产光发射器阵列2时，有效照射区域中的辐照度分配取决于波长。相反，当使用被生产成呈现相同发射光谱的相同类型的发光二极管时，有效照射区域4中的辐照度分配在发射光谱中的任何波长处变得几乎相同。这是因为每一点光发射器26的波长依赖性受到抑制。注意，可用作本实施例的点光发射器沈的元件除发光二极管以外包括各种光发射器，诸如卤素灯、氙气灯和金属卤化物灯。另外，在用于太阳能电池检查设备100的太阳能模拟器10中，通过将多个光发射器单元2A排列成排列瓦的形状作为光发射器阵列2，有可能容易地放大光发射器阵列2的面积，即有效照射区域4。在图1所示的太阳能模拟器 10中，四个光发射器单元2A被设置成排列瓦的形状。图3是示出本实施例中的太阳能模拟器10中的每一光发射器单元2A中的典型点光发射器阵列26的平面图。本实施例的太阳能模拟器10中所使用的点光发射器沈被排列成网格形状，并且各个点光发射器26置于具有规律性的位置(网格点)处。结果，同样在光发射器单元2A中，点光发射器沈具有网格阵列图案。除了如图3所示的四方形网格以外，阵列图案可具有三角形网格。图4是示出采用三角形网格的变体的光发射器单元2B 中的典型点光发射器阵列26的平面图。在本实施例中，除了这些阵列以外，还有可能使用例如蜂窝网格阵列图案(未示出)。在本实施例中，主要考虑所需辐照度和每一点光发射器沈的发光强度(辐射通量)来确定所排列的点光发射器26的密度，即每单位面积的点光发射器沈的数量。例如， 为了增加用于照射有效照射区域4的光的辐照度，增加点光发射器沈的密度，并且还增加点光发射器6的总数。当每一点光发射器沈的辐射通量还弱时，类似地增加点光发射器沈的密度。另一方面，主要考虑点光发射器沈的光分布特性(即光的照射角特性)来确定从光发射器阵列2的发光表面22到有效照射区域4的距离。例如，当使用具有窄的光分布特性且通过在特定方向上集中光通量来发射光的点光发射器沈时，从发光表面22到有效照射区域4的距离增加。相反，当使用具有宽的光分布特性且通过在宽度方向上分布光通量来发射光的点光发射器26时，该距离减少。这是因为在使用具有窄的光分布特性的点光发射器沈时从发光表面22到有效照射区域4的距离减少的情况下，各个光发射器沈呈现给有效照射区域4的各个位置的照度分布使辐照度的位置不均勻性增加。注意，由于反射镜6 设置在本实施例中，因此即使当从发光表面22到有效照射区域4的距离增大时，有效照射区域4的辐照度也不会显著地减少。[反射镜的设置和辐照度的位置不均勻性之间的关系]图5是示出本实施例中的太阳能模拟器10的配置的放大截面图，其中放大并示出图2 (a)所示的左下部分。由于反射镜6用于本实施例的太阳能模拟器10，因此与其中心部分44相比，有效照射区域4的外围边缘部分42附近的辐照度变成不太可能减少。为了增强有效照射区域4中的辐照度的均衡以减少辐照度的位置不均勻性，适当地设置光发射器阵列2和反射镜6的相对设置是重要的。图5所示的间距a和距离L的设置影响辐照度的位置不均勻性。注意，间距a是光发射器单元中的点光发射器阵列的间距，而距离L是离光发射器阵列中的镜子最近的最外面部分处的点光发射器的中心位置和用作反射镜6的反射表面的表面62之间的距离。在下文中，在具有本实施例配置的太阳能模拟器10的示例的基础上进一步描述确定间距a和距离L之间的关系的反射镜6的特定设置。[示例 1]在本实施例的太阳能模拟器10的示例(示例1)中，反射镜6中的每一个被设置成满足a/2 = L。注意，反射镜6被称为正面镜子，并且有效照射区域4 一侧的内表面62用作呈现反射的表面。使用对发射波长范围内的垂直入射光呈现90 %的反射率的金属化表面作为反射镜6。图6是示出示例1的太阳能模拟器的配置中的有效照射区域4的每一位置处的辐照度分布的值的计算结果。通过光线跟踪法计算辐照度分布，并且在有效照射区域的每一位置处计算的辐照度的值用该点处的密度来表示。注意，在图6的右端，示出其中该点处的密度与辐照度的值相关联的说明性图例。在此，用于设置用于计算辐照度的每一光学元件的设置的参数如下。150个光发射器沈在四方形网格的网格点处排列成10行和15列，并且其间距被设置为100mm。反射镜6被设置成具有离沿周边(circumferentially)最外面的点光发射器26中的每一个的中心50mm的距离L以满足a/2 = L。每一点光发射器沈的发光部分的宽度b被设置为2mm。使用具有士60°的照射角特性的发光二极管(即只在光的照射方向(0° )上离该中心不大于60°极角的圆锥角范围内发光的发光二极管)作为每一点光发射器26。另外，使用其中磷光体与发蓝光芯片组合以获取白光的发白光二极管作为发光二极管。使用对在照射光的发射波长范围的整个范围内的垂直入射具有90%的反射率值的镜子作为反射镜6。在计算光线跟踪时，针对倾斜方向上的反射镜6的反射率，将 S偏振光和P偏振光的平均反射率赋予每一倾斜角。在图6的纸张上有效照射区域4被设置成IOOOmm长和1500mm宽的矩形范围，并且光发射器阵列2的范围M和有效照射区域4 之间的距离被设置为500mm。如图6所示，在其中反射镜6被设置成满足a/2 = L的示例1的太阳能模拟器中， 辐照度的值呈现良好的一致性。具体地，有效照射区域4内的最大辐照度和最小辐照度分别为87. 4W/和82. 8W/cm2，并且从这些值计算的辐照度的位置不均勻性为士2.3%。注意， 在用于计算辐照度的位置不均勻性的方法中，在JIS C 8933的基础上进行计算，并且计算中的测量点的数量为17。图6示出其中获取最大和最小辐照度值的位置以及其相应的值。本申请的发明人考虑到由从在示例1的太阳能模拟器中计算的图6的辐照度值和中心部分44中的辐照度值减少外围边缘部分42附近的辐照度和减少有效照射区域4的外围边缘部分42附近的辐照度导致进一步减少辐照度的位置不均勻性是合乎需要的。具体而言，根据发明人的检查，随着反射镜6的反射率减少，辐照度减少的程度变得明显。因此， 反射镜6的反射率随着其值变高而更为优选，并且因此优选采用对在照射光的发射波长范围的整个范围内的垂直入射具有例如不小于90%的反射率值的镜子作为本实施例中的反射镜6。[示例 2]在实际反射镜中，无法实现全反射，即100%的反射率。这是因为无法完全地防止反射损耗。结果，在考虑实际反射镜的特性之后，发明人检查用于进一步增加有效照射区域 4中的辐照度的一致性的措施。特别注意的一点在于，是否可实现补偿在实际反射镜6中发生的反射损耗的配置。发明人发现通过更准确地调节反射镜6的位置来施加此类补偿作用的配置。在下文中，该配置被描述为示例2。在本实施例的另一示例(示例2、的太阳能模拟器中，通过进一步向内移动以上所描述的示例1的反射镜6中的每一个的位置，补偿反射镜6的反射中不可避免的反射损耗。 具体地，反射镜6被设置成距离L满足L = a/4,并且在该设置中计算辐照度分布。在此，距离L和间距a所表示的值与结合图5所述的示例1中的值相同。图7示出示例2的太阳能模拟器的配置中的有效照射区域4的每一位置处的辐照度分布。类似于示例1，通过光线跟踪法计算辐照度分布。用于以上所述的每一设置的参数与示例1中的参数相同，不同之处在于反射镜6被设置成离沿周边最外面的点光发射器的中心具有25mm的距离L。如图7所示，与在示例1的情况下相比，示例2的太阳能模拟器中的有效照射区域 4的辐照度呈现更加良好的一致性。具体地，有效照射区域4中的辐照度的最大值和最小值分别为86.4W/和83.5W/cm2。从这些值计算的辐照度的位置不均勻性为士 1. 7 %。注意， 在其计算中所使用的测量点的数量与示例1中的数量相同。如上所述，在本实施例中，通过增加反射镜6的反射率，防止有效照射区域4的外围边缘部分42附近的辐照度减少和通过扩展生产其中辐照度的位置不均勻性减少的太阳能模拟器变得可能。另外，在本实施例中，通过调节反射镜6中的每一个的位置，生产进一步减少辐照度的位置不均勻性以发光的太阳能模拟器变得可能。〈第一实施例的变体〉可对以上所述的第一实施例进行各种修改，同时维持其优点。在下文中描述其代表性变体。首先，可进一步调节反射镜的位置，同时维持示例2的优点。即，反射镜的位置优选根据诸如实际所使用的反射镜等的特性之类的条件的改变来调节，以更准确地均衡辐照度。这是因为只要实际反射镜的反射损耗取决于诸如反射镜的类型、光的波长和入射角等各种条件，距离L就不限于例如满足L = a/4的距离。用于通过如示例2中的调节来获取补偿反射镜的反射损耗的作用的典型条件可距离L所满足的条件来确定。具体地，为了补偿反射镜的反射损耗，反射镜优选被安装成距离L满足b/2 < L < a/2的关系。在此，距离 L和间距a所表示的值与以上所述的示例1中的值相同，并且每一点光发射器的宽度由宽度 b来表示。更具体地，距离L优选小于a/2。如以上所述的，在实际反射镜中反射损耗是不可避免的。这是因为进一步向内定位反射镜以补偿反射损耗是有效的。另外，距离L优选大于b/2。这是因为有必要将反射镜设置在光发射器阵列中的反射镜一侧上的最外面点光发射器的外部。因此，满足b/2 < L < a/2的不均衡性的、同时建立以上条件的距离L是优选值的范围。注意，在以上所述的示例2中，a的值被设置为100mm，而b的值被设置为2mm， 从而即使当距离L被设置为25mm时，也建立b/2 <L( = a/4) < a/2的关系。另外，要求距离L满足b/2 < L的目的在于防止干扰最外面的点光发射器，并且因此宽度b与最外面的点光发射器的宽度相对应。为了在以上条件的范围内更准确地确定距离L，添加各种条件。作为条件，考虑例如反射镜的反射率、从光发射器到照射表面的距离、点光发射器阵列的间距、以及点光发射器的照射角。在此，有效照射区域的外围边缘部分附近的均衡性的减少源自主要由反射镜的反射损耗(即吸收)所引起的辐照度的减少。另一方面，通过减小距离L来实现的作用是有效照射区域的外围边缘部分中的辐照度增加。因此，优选减小距离L的情况是反射光在有效照射区域中进一步向内的情况，即有效照射区域中的反射光的影响是显著的情况。因此，例如，优选进一步减小距离L的条件的示例包括反射镜的反射率变低的情况、从光发射器到照射表面的距离变长的情况、点光发射器阵列的间距变窄的情况、以及点光发射器的照射角变宽的情况。<另一实施例>将如第一实施例所描述的以上实施例作为通过从另一观点定义太阳能模拟器中的反射镜的配置的另一实施例。即在第一实施例的太阳能模拟器10中，注意集中在反射镜 6被设置成包围有效照射区域4的一点上。以此方式配置反射镜6是太阳能模拟器10实现第一实施例中的以上所述作用的原因之一。这是因为与接近光发射器阵列2的部分(即图 2(a)的下部64)相比，反射镜6的每一个中接近有效照射区域4的部分(即图2 (b)的上部66)对有效照射区域4的外围边缘部分42附近的辐照度施加显著的影响。由于反射镜 6的上部66是包围有效照射区域4的部分，因此反射镜6包围有效照射区域4的部分有助于均衡有效照射区域4的辐照度。由此，将反射镜设置成包围有效照射区域对减少辐照度的位置不均勻性是有用的。注意，即使当反射镜被设置成包围有效照射区域时，反射镜完全包围有效照射区域的外周而没有任何间隙不是必需的。通常，如图2(a)所示，在有效照射区域4位于玻璃顶板48的上表面上且反射镜6中的每一个向上延伸到顶板48的下表面的配置中，在有效照射区域4和反射镜的上端之间存在与顶板48的厚度相对应的光学间隙。 甚至其中存在此类间隙的第一实施例的太阳能模拟器10的反射镜6还被认为是反射镜被设置成包围有效照射区域4的示例。作为另一一般实施例，以上所述的第一实施例还可被定义为其中反射镜包围从光发射器阵列向有效照射区域传播的光穿过的平面区域的配置。假设其上设置有平面区域的平面通常是将从光发射器阵列向有效照射区域传播的光所穿过的空间分成包括光发射器阵列一侧上的空间和有效照射区域一侧上的空间的两个空间的任何平面。在诸如光发射器阵列和有效照射区域之间的中间等任何位置处定义假设其上设置有平面区域的平面。平面的形状通常是与光发射器阵列的范围和有效照射区域中的一个或两个类似或全等的形状。 图2 (a)通过使用虚线(双点划线)来示出作为此类典型平面区域的平面区域70的位置的示例。此处所示的平面区域70具有与有效照射区域4全等的平面形状。注意，第一实施例中的太阳能模拟器10的反射镜6被设置成包围平面区域70。被定义为如以上所述的反射镜6的每一个中包围平面区域70的部分还有助于均衡有效照射区域4中的辐照度。由此，以上所述的任何实施例可获取第一实施例的作用，并且可根据类似于第一实施例中的优选模式来实现。即，在任何实施例中可采用发光二极管作为光发射器阵列中的每一点光发射器、采用具有与所有点光发射器相同的发光模式的光发射器、采用诸如卤素灯、氙气灯和金属卤化物灯之类的各种光发射器作为点光发射器、以及将多个光发射器单元排列成排列瓦的形状作为光发射器阵列。另外，在任何实施例中，可采取在示例1和2 中的每一个中所示的点光发射器和反射镜的特定设置。由此，已具体地描述了本发明的实施例。出于解释本发明的目的描述上述实施例和示例，并且应当在描述权利要求书的基础上限定本申请的发明的范围。另外，包括各个实施例的其他组合的本发明的范围内的变体同样包括在权利要求书的范围内。工业实用件根据本发明，提供具有高度一致性的辐照度的太阳能模拟器变得可能。因此，在生产具有各个面积的太阳能电池的生产步骤中高精度地进行对太阳能电池的检查变得可能， 其有助于生产高质量的太阳能电池，并且还有助于普及包括此类太阳能电池作为其一部分的任何电力设备或电子设备。附图标记的解释100太阳能电池检查设备10太阳能模拟器2光发射器阵列2A光发射器单元2B光发射器图像20高量控制部分22发光表面24 范围26.26A点光发射器28、28A 光200太阳能电池220光接收表面30电测量部分4有效照射区域42外围边缘部分附近44中心部分46外边缘48 顶板6反射镜62 表面70平面区域8照射表面
权利要求
1.一种太阳能模拟器，包括具有平面地排列在给定范围内的多个点光发射器的光发射器阵列； 有效照射区域，所述有效照射区域被设置成与所述光发射器阵列中的其上排列有所述点光发射器的表面隔开、接收来自所述光发射器阵列的光，并且作为检查对象的太阳能电池的光接收表面设置在所述有效照射区域的至少一部分上；以及被设置成包围所述光发射器阵列中的所述范围的反射镜。
2.一种太阳能模拟器，包括具有平面地排列在给定范围内的多个点光发射器的光发射器阵列； 有效照射区域，所述有效照射区域被设置成与所述光发射器阵列中的其上排列有所述点光发射器的表面隔开、接收来自所述光发射器阵列的光，并且作为检查对象的太阳能电池的光接收表面设置在所述有效照射区域的至少一部分上；以及被设置成包围所述有效照射区域的反射镜。
3.一种太阳能模拟器，包括具有平面地排列在给定范围内的多个点光发射器的光发射器阵列； 有效照射区域，所述有效照射区域被设置成与所述光发射器阵列中的其上排列有所述点光发射器的表面隔开、接收来自所述光发射器阵列的光，并且作为检查对象的太阳能电池的光接收表面设置在所述有效照射区域的至少一部分上；以及被设置成包围平面区域的反射镜，从所述光发射器阵列向所述有效照射区域传输的光穿过所述平面区域。
4.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能模拟器，其特征在于，所述点光发射器在所述范围内以恒定间距排列，并且所述点光发射器之中的位于所述范围内的最外面部分的点光发射器的中心位置和所述反射镜的光反射表面之间的距离被设置为所述点光发射器的间距的一半。
5.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能模拟器，其特征在于，所述点光发射器在所述范围内以恒定间距排列，并且所述点光发射器之中的位于所述范围内的最外面部分的点光发射器和所述反射镜的光反射表面之间的距离被设置成大于置于所述最外面部分的点光发射器的宽度的一半、而小于所述点光发射器的间距的一半。
6.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能模拟器，其特征在于，所述点光发射器中的每一个是集成有磷光体和单色发光芯片的单色发光二极管或发光二极管。
7.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能模拟器，其特征在于，所述点光发射器中的每一个是卤素灯、氙气灯、或金属卤化物灯。
8.如权利要求1至3中任一项所述的太阳能模拟器，其特征在于，所述点光发射器只包括具有相同发光模式的光发射器。
9.一种太阳能电池检查设备，包括如权利要求1至3中任一项所述的太阳能模拟器；光量控制部分，所述光量控制部分连接到所述太阳能模拟器以控制由所述太阳能模拟器的光发射器阵列发射的光的量；以及电测量部分，所述电测量部分电连接到具有设置在所述太阳能模拟器的有效照射区域的至少一部分上的光接收表面的作为检查对象的太阳能电池，以便在将电负载施加到所述太阳能电池的同时测量所述太阳能电池的光电转换特性。
全文摘要
在太阳能模拟器中，通过使用小且简单的光学系统来减少辐照度的位置不均匀性。提供了太阳能模拟器10，包括具有平面地排列在给定范围24内的多个点光发射器的光发射器阵列2；被设置成与光发射器阵列2中的其上排列有点光发射器26的表面隔开的有效照射区域4；以及被设置成包围光发射器阵列的范围2的反射镜6。优选地，位于光发射器阵列2的范围24内的最外面部分的点光发射器和反射镜5的光反射表面之间的距离L被设置为点光发射器阵列的间距的一半，更优选地，距离L被设置成大于每个点光发射器的宽度b的一半、但小于点光发射器的间距的一半a。
文档编号F21Y101/02GK102472462SQ201180003201
公开日2012年5月23日 申请日期2011年2月14日 优先权日2010年6月4日
发明者东亮一, 大登正敬, 斋藤哲哉 申请人:富士电机株式会社