用於測試光電器件的方法及裝置與流程

2023-10-17 19:25:09

技術領域

本發明大體上與用於測試光電器件的方法與裝置有關。

背景技術：

在光電器件的生產中，公知地會使用一些器件用以再生仿真太陽光譜的輻射以對物品實施必要的測試與檢查以檢驗操作上的可靠性以及在實驗室條件下光電器件的整體轉換效率。

業界已發展出一套標準用以在以下三個性能領域定義太陽仿真器的性能：匹配太陽光譜的光譜頻率、在被照射物體表面上的輻照度的空間均勻性、以及所產生光的量在時間上的穩定性。在傳統的太陽仿真器中，廣泛使用氙弧燈。然而，氙種類的燈具有一些缺點。例如，氙弧燈所產生的光在近紅外光區域含有相當強的強度峰值，而在任何標準太陽光譜中都沒有發現所述在近紅外光區域中相當強的強度峰值。因此，氙弧燈要遭受輸出光分布均勻性差以及輻照度效率低的問題，還要遭受由這種燈產生的光譜與太陽光譜之間的光譜準確性差的問題。

氙種類燈的其它缺點是：輸出光光譜一般通過控制提供給此種燈的電流及電壓而改變光的強度，從而加以調整。然而，修改這些參數通常會影響此種燈所產生的所有波長。因此，不可能選擇且修改單一波長而使此種燈所產生的光的光譜在不同的應用上儘可能與太陽光譜相似。

氙類燈的另一個缺點是：此種燈的輻照度強度正常情況下不穩定且要遭受因(施加於不同燈的)電流變化所致的波動，電流的變化是因環境或電力條件改變所致。這種狀況會影響此種燈所產生的輸出光譜中的波動的量，且因此影響測試所得結果的可靠性與可重複性。

因此，在本領域中需要在任何給定的情況下改進太陽仿真器所產生的輸出光譜的再生性與效率。

技術實現要素：

在一個實施例中，一種裝置包含光源器件以及基板支座，所述光源器件配置成再生具有與太陽輻射相類似光譜的光，所述光源器件包含輻射板，所述輻射板被劃分成多個單元或區域，其中所述多個單元中的每一個包含多個發光二極體，所述多個發光二極體發射至少兩種不同波長(顏色)，所述基板支座設置成與所述光源器件相對。所述多個發光二極體中的每一個配置成發射一波長，所述波長選自由以下顏色組成的群組：藍、綠、黃、紅、在紅外光區的至少第一與第二顏色，所述第一與所述第二顏色相對於彼此具有不同波長。

在另一個實施例中，提供一種用於測試光電器件的方法。所述方法包含以下步驟：提供光源器件以朝向光電器件發射至少兩種不同波長，所述至少兩種不同波長提供輸出光譜，所述輸出光譜仿真太陽輻射；檢測由所述光源器件發射的所述輸出光譜；將由所述光源器件所發射的所述輸出光譜與待發射的預定光譜進行比較；以及修正所述光源器件的運行參數以消除介於所述光源器件所發射的輸出光譜與所述待發射的預定光譜之間的變化。

附圖說明

為了可以詳細地理解本發明的上述特徵，通過參考本發明的實施例(其中一些圖示在附圖中)，可以對上文所簡要概括的發明作更為具體的描述。然而，應注意的是，附圖僅圖示本發明的典型實施例且因此不應被視為對本發明範圍的限制，因為本發明可允許其它同等有效的實施例。

圖1根據本發明的一個實施例示意性地示出測試與檢查器件，所述測試與檢查器件使用用於再生太陽輻射的太陽仿真器。

圖2根據本發明的一個實施例示出示例性太陽仿真器。

圖3a與3b根據本發明的一個實施例示出存在於圖2所示的太陽仿真器內的單元的可能配置。

圖4a與4b根據本發明的一個實施例示出LED燈可能的配置。

圖5根據本發明的另一個實施例示出輻射板被劃分成三個不同區域。

為使更容易了解本發明，在可能的情況下，相同的組件符號會指定在不同圖式中的相同組件。需了解的是，一些實施例的組件與特徵可有益地合併於其它實施例中而無須進一步記載。

具體實施方式

在此討論的實施例與用於封閉環境中的光源器件相關，所述封閉環境諸如實驗室或測試腔室，所述光源器件用於再生或仿真太陽輻射的光譜且具有測試/檢查光電器件或其它相當器件的目的。在本發明的不同實施例中，光源器件可包含至少一個基於半導體的光源，諸如發光二極體(LED)。可設想使用任何其它基於半導體的光源，例如雷射二極體(LD)。在本發明的環境中，術語「LED燈」可指單一密封結構(LED晶片可位於所述結構)或多密封單元，所述多密封單元以任何所期望的圖案被結合於所述單一密封結構上。

在本發明的不同實施例中，光源器件可包含一個或更多個LED燈。在一個示例中，兩個或更多個LED燈可設置成面向待測試的光電器件的表面。在設置至少兩個LED燈的情況中，所述LED燈關於待測試的物體表面的數目與位置根據特定環境以及應用加以安排，以對在要被照射物體表面上產生的光輻射獲得最佳的空間均勻性。使用LED燈來取代傳統的燈，尤其是取代如上所述的氙氣燈，就發光強度和光質量而言，可獲得平均來說接近日光光譜的光譜，而不會有氙氣燈的種種問題。尤其，LED燈展現許多優於傳統燈的優點，諸如較低的能量消耗與較長的使用壽命。

在本發明的不同實施例中，根據本發明用於光源器件的LED燈可被配置成發射至少兩種不同波長。所述至少兩種不同波長可在整個太陽輻射的發射頻譜上選擇。在一個示例中，所述至少兩種不同波長選自以下顏色：藍、黃、綠、紅以及在紅外波長範圍中的至少兩種不同顏色。應該理解的是，在此使用的術語「紅外」未描述通常歸類為紅外的任何特定光波長。相反地，術語「紅外」所指的是整個波長範圍。在一個示例中，藍色LED燈的標稱波長介於約450納米與約500納米之間，黃色LED燈的標稱波長介於約570納米與約590納米之間，綠色LED燈的標稱波長介於約500納米與約570納米之間，紅色LED燈的標稱波長介於約610納米與約760納米之間，以及紅外色LED燈的標稱波長介於約760納米與約1000納米的間。在一些實施例中，一個或更多個LED燈可使用其它燈輸出一些顏色，諸如紫外光(如小於400納米)、紫羅蘭色(如400納米～450納米之間)、橙色(如590納米～610納米之間)、紫色、粉紅色或其它有用的顏色。

圖1示意性地示出測試與檢查器件10，所述測試與檢查器件10用以執行對位於支座16上的太陽/光電器件17的測試與檢查。雖然在接下來的描述中將具體討論太陽/光電器件，可理解的是，本發明也可應用於其它需要光輻射照射的基板或器件，所述光輻射仿真出太陽光譜。測試與檢查器件10通常包含光源器件，諸如太陽仿真器11與支座16，太陽/光電器件17位於所述支座16上。太陽仿真器11包含輻射板13，所述輻射板13被配置成朝著位於支座16上的太陽/光電器件17發射電磁輻射15。在一個配置中，正如圖1中所示，輻射板13設置成離太陽/光電器件17有距離「h」。輻射板13與太陽/光電器件17之間的距離「h」可根據所使用的LED燈的數目和LED的容量在50毫米到800毫米或更大距離的範圍內變化，以確保在將被測試的太陽/光電器件17的整個表面上發射的輻射的空間均勻性。

為了使輸出光儘可能均勻以提高整體輻照度效率，可選擇性地在輻射板13與支座16之間的中間位置提供一個或更多個光學透鏡14，使得通過所述一個或更多個透鏡14的電磁輻射15呈均勻狀且到達太陽/光電器件17的整個表面而具有最大化的光分布性能。光學透鏡14可由塑料材料製成，諸如丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、高密度聚乙烯(HOPE)。或者，光學透鏡14可由玻璃材料製成，諸如石英。

測試與檢查器件10也可包含一個或更多個傳感器19，所述傳感器19設置為接近將被測試的太陽/光電器件17。傳感器19配置成將電磁輻射15轉換成電信號用以準確測量由太陽/光電器件17獲得的光強度和/或光譜。所使用的傳感器19的類型取決於用於照射器件17的光譜。傳感器19可為任何光檢測器，諸如光電二極體，其中光電二極體能將光轉換成電信號以準確地測量光譜。光電二極體可為矽基、鍺基，或砷化鎵基光電二極體。例如，矽基光電二極體對可見光與紅外光都敏感。由不同半導體材料製成的光電二極體對不同波長的入射光敏感。例如，砷化鎵(GaAs)基光電二極體對可見光與紫外光都敏感。通過將LED燈產生的光譜與太陽光譜(也是實時的)進行比較，可以修正LED燈發射的光譜與目標光譜之間的變化。就任何感興趣的特定波長而言，所述修正可依應用而與LED燈的全部或部分相關聯。

在一個實施例中，所述一個或更多個傳感器19設置為與支座16的上表面相鄰，或設置在任何接近太陽/光電器件17的表面且被電磁輻射15照射的合適位置上。本發明的一個實施例提供了：太陽/光電器件17每一側有至少兩個傳感器19。另一個實施例提供了：控制LED位於與每個傳感器19相鄰，以控制傳感器19的操作。在一個實施例中，所述控制LED經選擇而具有介於兩個LED燈波長之間的波長。在另一個實施例中，所述控制LED具有與LED燈波長之一相同的波長，所述LED燈的波長在測試與檢查器件10中被發現。在一個配置中，控制LED置於接近一個或更多個傳感器19的位置，以將傳感器19的響應驗證作為時間的函數。在操作中，在此燈運行一特定時間段後，LED被允許閃爍，獲得傳感器19的頻譜，且驗證所述頻譜在一段時間內是否為恆定。倘若傳感器19的響應超出所期望的範圍，則意味著傳感器不合格且必須被更換。

一個或更多個傳感器19與控制系統21連接，以便傳送與光譜相關聯的信息，其中光譜實際上由輻射板13發射一段時間。控制系統21與太陽仿真器11連接且配置成調整且/或同樣實時地將LED燈103的發光強度的波動最小化，由此形成封閉迴路控制，所述封閉迴路控制允許人們形成可重複的高效率器件，所述可重複的高效率器件可使測試器件有高產量。事實上，封閉迴路控制可提供用於修正實時發射的信息，且因此所述修正可被執行而無任何停止時間或損失的時間。控制系統21可包含中央處理單元(CPU)(未圖示)、存儲器(未圖示)、以及支座電路(或I/O(輸入/輸出))(未圖示)。可由控制系統讀取的程序(或計算機指令/編碼)可提供在控制系統21中以存儲目標光譜，所述目標光譜根據特定控制參數以及測試期間涉及的環境情況而被再生。命令與控制單元21也可以裝備資料庫(未圖示)，多個發射配置中的每一個存儲於所述資料庫中且由操作者根據環境情況與特定測試應用加以個別地使用。

在操作中，控制系統21可在預定時間或實時地將輻射板13的LED燈103實際發射的光譜與存儲於控制系統21中的目標光譜作比對，並確定將要作出的合適修正。更精確而言，目標光譜可經由設計以最大化待測太陽/光電器件17整個表面上的光譜的均勻性，且最大化所發射輻射時間內的穩定性。若控制系統21從上述比較檢測到差異，則控制系統21可幹預輻射板13的運行參數，例如修改一個或更多個電饋送量，和/或發射在空間上或時間上的分布，以消除任何檢測到的差異。特別地，控制系統21配置成確保朝向單元17發射的輻射15以同一且均勻的方式分布在單元17的整個表面上。若傳感器19檢測到在單元17的一個或更多個區域內輻射相對於同一單元的其它區域而言並非同一或均勻，則控制系統21會對各個LED燈103、單一LED，或一組LED採取行動，以修改所發射的輻射且恢復整個單元17上輻射的同一性。本發明歸功於單元或輻射板13的區域設計(將在以下討論)，且歸功於LED在每個單元或區域內的分布，人們可修改且調整器件參數，例如獨立從其它LED傳送給每個LED的電流，以更好地控制測試與檢查器件10的處理結果或測試結果。因此，本發明的實施例允許人們將發射的輻射同樣實時地維持在所期望的參數內，尤其關於空間上的均勻性與隨時間的穩定性，以避免區域性峰值並改變在待測基板不同區域上的輻射的量。

圖2圖示根據本發明一個實施例的示例性輻射板13的一側。輻射板13可劃分成多個單元101，所述多個單元101中的每一個定義出一空間，所述空間為接納一個或更多個LED燈103而調整尺寸且調整形狀。若有需要，每一個單元101可提供它自己對於LED燈103的配置，所述配置具有與單元101相同或不同的光學特徵，其中單元101位於與LED燈103相鄰。LED燈103可依據應用選擇性地相對於其它LED燈而被啟用或禁用，使得所期望的波長分布以及電磁輻射15的量被指引向太陽/光電器件17的特定區域。在一個示例中，輸入電流的參數可關於發射區域而被選擇性地調整以完全將一個或更多個在輻射板13中的特定單元101切換成導通或斷開，由此相對於器件17的特定區域使輻射板13的發射的空間分布最優化。

圖3a與3b圖示根據本發明的在圖2輻射板13中的單元101的可能配置。在圖3a所示的一個實施例中，輻射板13具有密集陣列的LED燈103，所述密集陣列設置成橫跨單元101的整個表面。在一個配置中，每一個單元101包含多個LED燈103，所述LED燈103以垂直和水平的對準方式配置。然而在顯示於圖3b的另一個實施例中，在單元101的一部分中，輻射板13具有較不密集陣列的LED燈103。在此配置中，LED燈103可有意地被禁用，或不配置於單元101的一些區域內，例如，排空空間102，如圖3b所示。排空空間102的配置可根據應用而集中於中心區域或分布於單元101周圍，以使在器件17相應區域中的發光強度的峰值減少，所述發光強度的峰值可能不利於待測的太陽/光電器件17的完整性。以這種方式，中心或周圍區域中的發光強度可與橫向或相鄰區域中的發光強度相當，且可根據需要被調整以對所述器件17在整個表面上的發射獲得所期望的同一性。應注意的是，用於每一個輻射板13的單元101的數目以及用於每一個單元101的LED燈103的數目可根據處理要求或特定操作環境加以改變。而且，LED燈103在單元101內的安排方式可改變且不應該受限於如圖3a與3b所顯示的配置方式。例如，LED燈103可根據所期望的器件17的發光強度分布圖案而相對於相鄰的LED燈對準或交錯排列。

圖4a與4b顯示根據本發明一個實施例的在單元101中的LED燈103可能的配置方式。圖4a圖示出LED燈103包含多個相同間隔的LED104，所述LED104以圓形配置進行排列，而圖4b圖示出LED燈103包含多個LED104，所述LED104以矩形配置進行排列。特定的顏色安排方式並不影響各個LED的光譜，卻影響整體光發射的均勻性，從而滿足太陽仿真器的要件。可設想的是，LED104可根據所期望的發光強度分布圖案而採用任何配置。

在顯示於圖4a與4b的一個示例中，LED燈103裝備有六個LED104，所述LED104包含具有的波長與藍光波長相同的第一LED105、具有的波長與黃光波長相同的第二LED107、具有的波長與綠光波長相同的第三LED109、具有的波長與紅光波長相同的第四LED111、具有紅外光區的波長的第五LED113以及具有紅外光區的另一種波長的第六LED115。用於第五與第六LED113、115的紅外光的波長範圍可從約0.7μm至約1,000μm。存在於LED燈103內的LED104的種類與數量決定了電磁輻射15的光譜特性且基於不同處理要求以及待測太陽/光電器件17的特性而加以選擇。

圖5顯示本發明的另一個實施例，在此實施例中輻射板13被劃分成三個不同區域(燈)，分別為213a、213b和213c。區域213a、213b、213c中的每一個包含具有不同波長的LED，所述不同波長選自以下各種波長：綠色、藍色、紅色和相對於彼此在紅外光區具有不同波長的第一、第二或第三顏色。區域213a、213b、213c中的每一個與不同種類LED的每一個由輻射板13的控制系統21(圖1)獨立驅動，以便賦予發射的輻射儘可能高的同一性與均勻性。若六種顏色或六種不同波長被用於每一個區域，則必須使用一定數目的18種不同電流以分別驅動每一個不同區域的每一個不同顏色。以這樣的方式，對不同區域與不同電流的使用允許對由每一個區域所發射的輻射進行非常精確與具體的控制，由此對待測的太陽/光電器件17的整個表面可獲得高度同一且均勻的發射。

在一些實施例中，在輻射板13內的每一種不同顏色的LED燈的位置被定位且/或配置成形成所期望的波長和強度發射圖案，以橫跨待測的太陽/光電器件17達到所期望的發射同一性和/或均勻性。在一個示例中，如圖5所示輻射板13的特寫(例如，左下角)圖中所示，每一種不同顏色的LED燈被定位成所期望的圖案以達到所期望的均勻性或同一性，其中每一個不同LED燈的類型在圖示特寫區域中被分別標示為不同字母(例如，R(紅)、G(綠)、B(藍)，以及Y(黃)，以及標示兩種紅外光顏色的X與Z)。所屬領域的技術人員會理解，用於在輻射板13的不同位置或區域達到所期望發射同一性和/或均勻性的LED燈的配置將隨著在每個位置或區域中的LED燈的發射強度以及密度的改變而改變，且因此顯示於圖5中的配置並非旨在限制在此所描述的本發明的範圍。

本發明的其它實施例提供了，在燈附近的位置設置溫度檢測器。在一個實施例中，溫度檢測器可包含熱電耦，所述熱電耦位於與燈的至少一部份接觸。溫度檢測器與控制系統相連接，萬一燈的溫度上升超過預定水平，溫度檢測器將命令燈關閉。本發明的另一個實施例提供熱補償系統，作為控制系統21的一部分，以避免LED燈103或LED燈103的一部分有任何過高的溫度。熱補償系統可為主動型，諸如使用珀耳帖效應(Peltier effect)系統的示例。

雖然前述針對的是本發明的一些實施例，但本發明其它以及更進一步的實施例也可在不脫離本發明基本範圍的情況下而被設計出，且本發明的範圍由所附的權利要求書界定。