에어매스(AM) 필터는 주로 태양광 시뮬레이터에서 인공 광원, 일반적으로 제논 쇼트 아크 램프의 분광 분포를 조정하는 데 사용되는 특수 광학 부품입니다. 이 필터의 목적은 가공되지 않은 인공광을 조절하여 특정 표준 대기 조건에서 출력이 실제 태양 스펙트럼과 정밀하게 일치하도록 하는 것입니다.
이 필터는 서로 다른 파장을 선택적으로 투과, 흡수 및 반사하여 매우 복잡한 광대역 밴드패스 필터 역할을 합니다. 광분해가 발생하는 태양광 발전 소재, 화장품 및 재료를 정확하고 반복 가능하게 시험하는 데 필수적입니다.
「대기 질량」의 개념
"Air Mass"라는 용어는 태양광이 지구 대기를 통과하는 광학 경로 길이를 가능한 최단 경로(태양이 천정 바로 위에 있을 때의 경로)에 대한 비로 정의합니다.
대기 질량 계수는 다음 공식으로 수학적으로 근사하며, 여기서 θ 는 태양의 천정각입니다:
AM ≈ 1 / cos(θ)
태양광이 대기를 통과할 때 특정 대기 성분이 일부 파장을 흡수합니다. 오존(O3)은 자외선(UV) 영역을 크게 감쇠시키고, 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)는 적외선(IR) 영역의 특정 대역을 흡수합니다. 또한 레일리 산란과 미 산란은 더 짧은 파장의 빛을 감쇠시킵니다. AM 필터는 이러한 대기 감쇠 프로파일을 정확히 인공적으로 재현하도록 설계됩니다.
작동 원리 및 물리적 구조
광학적으로 원래의 광원을 표준 태양광 곡선에 맞게 조정하려면 정밀한 분광 형상이 필요합니다. 제논 램프는 특히 800 nm에서 1000 nm 사이의 근적외선 영역에서 강한 분광 방출 피크를 나타냅니다.
가시광 및 UV 대역에서 높은 투과율을 유지하면서 이러한 피크를 억제하기 위해 고품질 AM 필터는 복잡하고 독점성이 높은 구조 또는 특허받은 다층 구조를 기반으로 하는 경우가 많은 하이브리드 광학 설계를 사용합니다:
- 흡수형 유리 기판: 기반층은 흔히 특수 이온 도핑 유리로 제작됩니다. 이 기판은 불필요한 적외선 복사를 본질적으로 대량 흡수하며, 후속 층을 열 손상으로부터 보호하는 열 흡수 필터 역할을 효과적으로 수행합니다.
- 유전체 간섭 코팅: 제조업체는 굴절률이 높은 재료와 낮은 재료(예: TiO2 및 SiO2)를 번갈아 사용하여 수십 개의 미세한 층을 기판 위에 증착합니다. 각 층의 두께를 나노미터 수준으로 제어함으로써 이 코팅은 보강 간섭과 상쇄 간섭을 이용해 정밀하게 맞춤화된 광학 대역통과 필터로 작동하며, 흡수 유리가 제거하지 못하는 특정 제논 방출 피크를 정확히 제거합니다.
표준 분류 및 예시
시험 환경에 따라 서로 다른 대기 모델이 필요합니다. AM 필터는 모사하는 특정 환경에 따라 분류됩니다.
- AM 1.5G(Global): 전 세계에서 사용하는 지상 표준입니다. 이 필터는 천정각 48.2°에서 지표면에 도달하는 태양 스펙트럼과 일치하도록 빛을 조정합니다. 직사광과 대기에서 산란된 확산광을 모두 포함합니다. 상용 태양광 패널 시험 및 화장품의 SPF 등급 평가에 사용되는 필수 표준입니다.
- AM 1.5D(직달광): AM 1.5G와 유사하지만 산란된 대기 확산광을 제외하고 직달 일광의 스펙트럼만 투과합니다. 거울이나 렌즈로 직달광을 집광하는 집광형 태양광 발전(CPV) 시스템의 시험에 특별히 사용됩니다.
- AM 0 (Air Mass Zero): 지구 대기권 바로 바깥의 태양 스펙트럼을 나타내며, 대기에 의한 감쇠가 없는 상태를 모사합니다. AM 0 필터는 항공우주 기관과 방위 산업체에서 위성 및 우주 탐사선용 고효율 다중 접합 태양전지를 시험하는 데만 사용됩니다.
