[논문]태양전지 양자효율 분포측정을 위한 빔프로젝터의 광조도분포 균일화

유재근; 김승관; 이동훈; 박철웅; 박승남

태양전지 양자효율 분포측정을 위한 빔프로젝터의 광조도분포 균일화
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유재근 (한국표준과학연구원 기반표준본부 온도광도센터) , 김승관 (한국표준과학연구원 기반표준본부 온도광도센터) , 이동훈 (한국표준과학연구원 기반표준본부 온도광도센터) , 박철웅 (한국표준과학연구원 기반표준본부 온도광도센터) , 박승남 (한국표준과학연구원 기반표준본부 온도광도센터)

Use of a DLP-beam projector is proposed to measure solar cell quantum efficiency distribution. The measurement requires a good spatial uniformity of the beam from the projector. We measured the spectral power distribution of the beam projector and the spatial uniformity of the white beam. By changing the gray level of the white beam at the measured spatial points, we improved the spatial illuminance uniformity to be about 2 % which was otherwise as much as 400 %.

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문제 정의

본 논문에서는 상용 빔프로젝터의 광조도 공간 균일도를 측정하고 그 결과를 이용하여 빔프로젝터의 복사조도를 균일화 하는 방법을 제시하고자 한다. 빔프로젝터는 컴퓨터를 통하여 이미지 패턴과 주사율을 용이하게 제어할 수 있다.

제안 방법

다음으로 DLP 프로젝터를 사용하여 태양전지의 일부분에 백색광이 조사되는 것을 가정하고 광조도계를 사용하여 위치별 광조도분포를 측정하였다. DLP 프로젝터에서 35 cm 떨어진 면에서 상이 가장 선명하게 맺히도록 초점거리를 조정하였고, 이때, 전체 이미지의 크기는 가로 20 cm, 세로 15cm이었다. DLP 프로젝터의 40픽셀로 원형 이미지를 만들고, 광조도계의 수광부 앞에 직경이 5mm인 마스크를 설치하여 광조도를 측정하였다.
DLP 프로젝터에서 35 cm 떨어진 면에서 상이 가장 선명하게 맺히도록 초점거리를 조정하였고, 이때, 전체 이미지의 크기는 가로 20 cm, 세로 15cm이었다. DLP 프로젝터의 40픽셀로 원형 이미지를 만들고, 광조도계의 수광부 앞에 직경이 5mm인 마스크를 설치하여 광조도를 측정하였다. 광조도의 분포는 전체 이미지 크기를 가로, 세로 10 등분한, 총 100개 지점에서 측정하였다.
DLP 프로젝터의 40픽셀로 원형 이미지를 만들고, 광조도계의 수광부 앞에 직경이 5mm인 마스크를 설치하여 광조도를 측정하였다. 광조도의 분포는 전체 이미지 크기를 가로, 세로 10 등분한, 총 100개 지점에서 측정하였다.
다음으로 DLP 프로젝터를 사용하여 태양전지의 일부분에 백색광이 조사되는 것을 가정하고 광조도계를 사용하여 위치별 광조도분포를 측정하였다. DLP 프로젝터에서 35 cm 떨어진 면에서 상이 가장 선명하게 맺히도록 초점거리를 조정하였고, 이때, 전체 이미지의 크기는 가로 20 cm, 세로 15cm이었다.
태양전지의 양자효율 측정을 위해서 가장 우선적으로 알아야 할 것은 DLP 프로젝터에서 조사되는 빛의 분광분포이다. 먼저, DLP 프로젝터로 백색광을 만들고 분광복사계를 사용하여 빛의 상대 분광분포를 측정하였다. 그림 1과 같이 빛의 분광분포는 400 nm ∼ 720 nm 영역이기 때문에 실리콘계 태양전지의 양자효율을 평가하기에 충분할 것으로 판단된다.
이를 위하여 우리는 DLP 프로젝터에서 조사되는 백색광을 8비트 그레이 레벨의 변화를 주어 위치에 따른 광조도를 일정하게 맞추어주는 방법을 적용하였다. 앞에서 정한 100개의 위치별로 광조도가 일정해 지도록 백색광의 그레이 레벨을 자동 스케일링하였다. 그 결과, 그림 3과 같이 전체 측정 면적에서 2 % 이내의 광조도 균일도를 얻을 수 있었다.
이를 위하여 우리는 DLP 프로젝터에서 조사되는 백색광을 8비트 그레이 레벨의 변화를 주어 위치에 따른 광조도를 일정하게 맞추어주는 방법을 적용하였다. 앞에서 정한 100개의 위치별로 광조도가 일정해 지도록 백색광의 그레이 레벨을 자동 스케일링하였다.

후속연구

빔프로젝터는 태양전지와의 거리를 가변하여 조사면적을 크게 할 수 있기 때문에, 대면적 태양전지의 효율분포 측정에도 유용하게 이용될 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 여러 가지 이미지 패턴을 자유로이 생성할 수 있기 때문에, 태양전지의 공정 특성에 맞는 특정한 패턴이나 시계열(time series) 패턴을 사용할 수 있을 것이다.
앞으로 우리는 여기서 얻은 결과를 이용하여 태양전지의 양자효율 균일도를 고속 측정할 수 있는 장치를 개발하고자 한다. 빔프로젝터는 태양전지와의 거리를 가변하여 조사면적을 크게 할 수 있기 때문에, 대면적 태양전지의 효율분포 측정에도 유용하게 이용될 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 여러 가지 이미지 패턴을 자유로이 생성할 수 있기 때문에, 태양전지의 공정 특성에 맞는 특정한 패턴이나 시계열(time series) 패턴을 사용할 수 있을 것이다.
앞으로 우리는 여기서 얻은 결과를 이용하여 태양전지의 양자효율 균일도를 고속 측정할 수 있는 장치를 개발하고자 한다. 빔프로젝터는 태양전지와의 거리를 가변하여 조사면적을 크게 할 수 있기 때문에, 대면적 태양전지의 효율분포 측정에도 유용하게 이용될 수 있을 것으로 예상된다.

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