CN101432891A - Cis系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适当地对CIS系薄膜太阳电池模块的通过弱光的照射而恢复变换效率等的特性进行评价。在CIS系薄膜太阳电池模块的以往的高温高湿保管试验条件(在温度85℃、相对湿度85％、在黑暗中保存1000小时)中，保持上述温度、湿度以及保存时间不变，调整光源(1E)的强度使得来自模拟太阳光照射装置(太阳模拟器)(1D)的光成为与阴天的日照射量相当的弱光的辐射照度、即100～300W/m2并在整个试验期间持续进行照射，由此能够适当地对以开路状态保管的上述模块(2’)经过1000小时后也不会出现大幅度的劣化的特性进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法。
背景技术
本案申请人的基本的CIS系薄膜太阳电池模块已经通过IEC61646(国际电机标准会议标准61646)(第一版)。已知通常在IEC61646(第一版)所采用的高温高湿保管试验(在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下，在黑暗中保管1000小时的试验)中，在1000小时的试验后CIS系薄膜太阳电池模块出现暂时的变换效率的劣化，但是通过试验后的光照射而恢复。
按照上述IEC61646(第一版)进行上述CIS系薄膜太阳电池模块的耐久性试验方法，但是关于各个试验事项，按照JIS中规定的太阳电池相关JIS项目(参照非专利文献1)，例如JISC8911:1998(二次基准结晶系太阳电池单元)、JIS C 8912:1998(结晶系太阳电池测量用太阳模拟器)、JI S C 8913:1998(结晶系太阳电池单元输出测量方法)、JI S C 8914:1998(结晶系太阳电池模块输出测量方法)等进行。
非专利文献1：太阳电池相关JIS目录(日本标准协会发行)。
实际上存在如下事例：如图5所示，在上述高温高湿保管试验之后，对CIS系薄膜太阳电池模块照射作为强光的辐射照度为1000W/m2的光，照射时间为50分钟至300分钟，由此性能恢复到初始变换效率的95％以上的范围。
目前还不明确CIS系薄膜太阳电池模块通过光照射从高温高湿保管试验后的暂时劣化中恢复的原因，这是关于CIS系薄膜太阳电池模块技术所残留的问题之一。
为了理解这种现象，本案申请人预测当在高温高湿保管试验期间对CIS系薄膜太阳电池模块连续固定时间照射光时不会出现任何劣化，并对关于CIS系薄膜太阳电池模块的耐久性试验进行了研究。
如上所述，CIS系薄膜太阳电池模块具有如下特性：在上述以往的、在黑暗中进行保管的高温高湿保管试验中，在1000小时的试验后出现暂时的变换效率的劣化，但是通过试验后的光照射会恢复，因而上述以往的高温高湿保管试验方法存在没有适当地评价CIS系薄膜太阳电池模块的耐久性的问题。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是解决上述问题的发明，其目的在于提供一种能够进行与如下特性相应的适当且稳定的特性评价的改进的耐久性试验方法，其中，上述特性是指避免由以往的IEC61646(第一版)中规定的高温高湿保管试验(在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下，在黑暗中保管1000小时的试验)引起的CIS系薄膜太阳电池模块的变换效率的暂时劣化，通过对CIS系薄膜太阳电池模块照射光，变换效率等太阳电池特性恢复。
用于解决问题的方案
(1)本发明是一种能够适当地对CIS系薄膜太阳电池模块的通过弱光照射而恢复变换效率等的特性进行评价的耐久性试验方法，对作为上述耐久性试验的对象的CIS系薄膜太阳电池模块进行在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度、比较高的湿度的条件下在黑暗中保存1000小时的试验、即DampHeat试验时，保持上述温度、湿度以及保存时间不变，调整Xe灯等的强度使得来自模拟太阳光照射装置(太阳模拟器)的光成为与阴天的日照射量相当的弱光并在整个试验期间持续进行照射来测量各种太阳电池特性。
(2)本发明是上述弱光的辐射照度是100～300W/m2的、上述(1)所述的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法。
(3)本发明是上述(1)或(2)所述的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法，其中，上述CIS系薄膜太阳电池模块是如下模块：对通过图案化电连接多个CIS系薄膜太阳电池器件而成的CIS系薄膜太阳电池子模块，通过作为粘接剂的加热、交联的EVA树脂薄膜粘接玻璃盖片，在里面侧通过加热、交联的EVA树脂薄膜将底座粘接在玻璃基板上，在其下设置附有线缆的连接箱等，在该结构体的外围通过密封构件安装框架，其中，上述CIS系薄膜太阳电池器件是在玻璃基板上按照碱性势垒层(也可以不形成)、金属里面电极层(通常为Mo)、p型CIS系光吸收层、高电阻缓冲层、n型窗层(透明导电膜)的顺序依次层叠高质量薄膜层得到的衬底结构的pn异质结器件，上述光吸收层由多元化合物半导体薄膜、特别是I-III-VI2族黄铜矿半导体例如二硒化铜铟(CuInSe2：下面简称为CISe)、二硒化铜铟镓(CuInGaSe2：下面简称为CIGSe)、二硒化铜镓(CuGaSe2：下面简称为CGSe)、二硒硫化铜铟镓(Cu(InGa)(SSe)2：下面简称为CIGSSe)、二硫化铜铟(CuInS2：下面简称为CIS)、二硫化铜镓(CuGaS2：下面简称为CGS)、二硫化铜铟镓(CuInGaS2：下面简称为CIGS)、作为表面层具有薄膜的二硒硫化铜铟镓(Cu(InGa)(SSe)2：CIGSSe)的二硒化铜铟镓(CuInGaSe2：CIGSe)那样的p型半导体构成。
发明的效果
在以往的IEC61646(第一版)中规定的高温高湿保管试验(在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下，在黑暗中保管1000小时的试验)的耐久性试验方法中，由于CIS系薄膜太阳电池模块的变换效率等的暂时劣化而无法适当且稳定地进行特性评价，但是本发明通过在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下、对作为试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块持续整个试验期间照射与阴天的日照射量相当的弱光的改进的耐久性试验方法，能够进行与变换效率等太阳电池特性恢复的CIS系薄膜太阳电池模块的特性相应的、实际的、适当且稳定的特性评价。
附图说明
图1是本发明的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法(或系统)的概要说明图。
图2是表示利用本发明的改进的耐久性试验方法测量得到的耐久性试验结果的图。
图3是作为本发明的改进的耐久性试验方法的试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块的概要结构图。
图4是作为本发明的改进的耐久性试验方法的试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块的结构要素的CIS系薄膜太阳电池器件的概要结构图。
图5是表示利用以往的IEC61646(第一版)中规定的耐久性试验方法测量得到的耐久性试验结果(变换效率)的图。
附图标记说明
1：改进耐久性试验系统；1A：耐久性试验装置；1a：玻璃窗(光透射窗)；1B：I-V测量部；1C：温度/湿度控制部；1D：模拟太阳光照射装置；1E：光源(Xe灯)；1F：电力供给/控制部；2：CIS系薄膜太阳电池模块；2’：试验对象CIS系薄膜太阳电池模块；3：CIS系薄膜太阳电池子模块；3’：CIS系薄膜太阳电池器件；3A：玻璃基板；3B：碱性势垒层；3C：金属里面电极层；3D：p型光吸收层；3E：高电阻缓冲层；3F：n型窗层(透明导电膜)；4：EVA树脂薄膜；5：玻璃盖片；6：底座；7：附有线缆的连接箱；8：密封构件；9：框架。
具体实施方式
本发明的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法是能够适当地对CIS系薄膜太阳电池模块的通过弱光照射而恢复变换效率等的特性进行评价的耐久性试验方法。
如图3所示，作为本发明的耐久性试验的对象的CIS系薄膜太阳电池模块2为如下结构：对通过图案化电连接多个CIS系薄膜太阳电池器件3’(参照图4)的CIS系薄膜太阳电池子模块3，通过作为粘接剂的加热、交联的EVA树脂薄膜4粘接玻璃盖片5，在里面侧通过加热、交联的EVA树脂薄膜4将底座6粘接在玻璃基板3A上，在其下设置附有线缆的连接箱7等，在该结构体的外围通过密封构件8安装框架9。
上述CIS系薄膜太阳电池器件3’是如图4所示的基本结构，是在由青板玻璃等构成的玻璃基板3A上按照碱性势垒层3B(也可以不形成)、金属里面电极层(通常为Mo)3C、p型CIS系光吸收层3D、高电阻缓冲层3E、n型窗层(透明导电膜)3F的顺序依次层叠高质量薄膜层得到的衬底结构的pn异质结器件。上述CIS系光吸收层3D由多元化合物半导体薄膜、特别是I-III-VI2族黄铜矿半导体例如二硒化铜铟(CuInSe2：下面简称为CISe)、二硒化铜铟镓(CuInGaSe2：下面简称为CIGSe)、二硒化铜镓(CuGaSe2：下面简称为CGSe)、二硒硫化铜铟镓(Cu(InGa)(SSe)2：下面简称为CIGSSe)、二硫化铜铟(CuInS2：下面简称为CIS)、二硫化铜镓(CuGaS2：下面简称为CGS)、二硫化铜铟镓(CuInGaS2：下面简称为CIGS)、作为表面层具有薄膜的二硒硫化铜铟镓(Cu(InGa)(SSe)2：CIGSSe)的二硒化铜铟镓(CuInGaSe2：CIGSe)那样的p型半导体构成。
下面说明本发明的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法。
本案申请人预测当在高温高湿保管试验期间对CIS系薄膜太阳电池模块持续照射光时不会出现任何劣化而进行了研究，为了确认此事进行如下改进高温高湿保管试验：通过调整模拟太阳光照射装置(太阳模拟器)的Xe灯等的强度，在整个试验期间持续照射与阴天的日照射量相当的辐射照度100～300W/m2的弱光。
本发明的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法是能够适当地对如图3所示那样的CIS系薄膜太阳电池模块的通过弱光照射而恢复变换效率等的特性进行评价的耐久性试验方法，在对作为上述耐久性试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块进行在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度、比较高的湿度的条件下在黑暗中保存1000小时的试验、即DampHeat试验(耐湿性试验)时，保持上述温度、湿度以及保存时间不变，调整Xe灯等的强度使得来自模拟太阳光照射装置(太阳模拟器)的光成为与阴天的日照射量相当的弱光、即100～300W/m2程度，在试验期间持续进行照射来测量各种太阳电池特性，适当地对在以开路状态保管的上述CIS系薄膜太阳电池模块在经过上述试验时间后也不会出现大幅度的劣化的特性进行评价。此外，在将正负的线缆设为开路状态的CIS系薄膜太阳电池模块的情况下容易恢复。
为了实施上述本发明的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法，利用图1所示的改进耐久性试验系统1进行了试验。改进耐久性试验系统1在封闭结构的耐久性试验装置1A的一部分上设置光照射(光透射)用的玻璃窗1a，通过温度/湿度控制部1C将耐久性试验装置1A内设定为温度85℃、相对湿度85％。并且，在整个试验期间从配置在离耐久性试验装置1A固定间隔的位置上的模拟太阳光照射装置(太阳模拟器)1D内的、作为光源1E的Xe灯等对保管在耐久性试验装置1A内的试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块2’的受光面持续照射与阴天的日照射量相当的弱光的辐射照度、即100～300W/m2程度的光。通过电力供给控制部1F的电量的调整来进行上述光的调整。利用I-V测量部1B测量来自受到上述光的照射的CIS系薄膜太阳电池模块2’的电流和电压，对试验时间1000小时的测量数据进行测量，得到太阳电池特性数据(变换效率、曲线要素、开路电压、短路电流)。
下面示出利用使用上述耐久性试验系统1的上述改进的耐久性试验方法测量得到的试验结果的一例。
在改进的改进高温高湿保管方法中，在整个试验期间对具有由玻璃盖片/EVA树脂/CIS系薄膜太阳电池子模块/玻璃基板等构成的层状结构的试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块2’(参照图3)持续照射100～300W/m2的弱光的情况下，如图2所示，即使在经过作为试验时间的1000小时之后，以开路状态保管的该太阳电池模块2’的太阳电池特性(变换效率Eff[％]、曲线要素FF、短路电流Isc[A]、开路电压Voc[V])的劣化也大幅度地减小。
根据该结果，认为将上述IEC61646中规定的现行的DampHeat试验条件和期间、即温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和高的湿度的条件下在黑暗中保管1000小时的试验应用于CIS系薄膜太阳电池模块2的情况作为实际应用或保存的条件都不适合。
在屋外暴露试验中，关于本案申请人的CIS系薄膜太阳电池模块2的输出性能，只要关于暴露三年后的上述模块的模块结构的封装化或模块化完全满足基本的制造基准就完全没有出现劣化。
特别是，应该理解通过光照射来恢复变换效率的机制或效果，对于CIS系薄膜太阳电池模块2来说，上述本发明的改进耐久性试验条件比现有的高温高湿保管试验更接近实际的屋外暴露状态，因此应认为是比现行的高温高湿保管试验实施后的输出性能值更接近实际的值。
以上，在利用以往的IEC61646(第一版)中规定的高温高湿保管试验(在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下，在黑暗中保管1000小时的试验)进行的高温高湿保管试验(耐久性试验)方法中，由于CIS系薄膜太阳电池模块2的变换效率等发生暂时的劣化的特性，无法适当且稳定地进行特性评价，但是，利用本发明的改进的耐久性试验方法、即在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下、在整个试验期间对作为试验对象的CIS系薄膜太阳电池模块2持续地照射弱光的改进的耐久性试验方法，能够进行与变换效率等太阳电池特性恢复的CIS系薄膜太阳电池模块的特性相应的、实际的、适当且稳定的特性评价。
另外，如上所述，CIS系薄膜太阳电池模块2具有如下特性(性质)：在高温高湿保管试验(在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度和比较高的湿度的条件下，在黑暗中保管1000小时的试验)中，在1000小时的试验后出现变换效率的暂时的劣化，但是通过在试验后持续照射弱光来恢复变换效率，下面说明适于上述CIS系薄膜太阳电池模块2的特性(性质)的CIS系薄膜太阳电池模块的保管或管理方法(或装置)。
在制造CIS系薄膜太阳电池模块2之后直到安装为止的保管期间，对各CIS系薄膜太阳电池模块2的受光面持续照射与阴天的日照射量相当的弱光、即辐射照度100～300W/m2程度的光，由此能够防止(避免)各CIS系薄膜太阳电池模块2的变换效率等的劣化(降低)，能够紧接在安装之后获得最大的变换效率等。此外，作为光源，不限于Xe灯，考虑其它的成本和性能而能够酌情选择合适的光源。
在保管上述CIS系薄膜太阳电池模块2时，通过持续照射弱光能够发挥最大限度的变换效率等太阳电池特性，因此，将保管装置或保管库设为如下结构：白天由太阳光照射，例如将屋顶或墙壁设为阳光可透射的玻璃、塑料等透明材料是合适的，夜间设置上述人工光源，并且利用光反射或光散射装置使各CIS系薄膜太阳电池模块2的受光面的辐射照度为100～300W/m2程度。
另外，作为保管上述CIS系薄膜太阳电池模块2时的各模块2的配置方法，当配置成各模块的受光面与相反的背面之间接触时，各模块的受光面充分地接触光。
另外，在将上述CIS系薄膜太阳电池模块2搬运到安装场所的情况下，应用上述进行保管时的配置方法和透明的包装材料，当配置成各模块的受光面与相反的背面之间相接触时，各模块的受光面充分地接触光，能够在紧接着安装之后获得最大的变换效率等。
Claims (3)
1.一种CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法，是能够适当地对CIS系薄膜太阳电池模块的通过弱光照射而恢复变换效率等的特性进行评价的耐久性试验方法，其特征在于，
对作为上述耐久性试验的对象的CIS系薄膜太阳电池模块进行在温度85℃、相对湿度85％的比较高的温度、比较高的湿度的条件下在黑暗中保存1000小时的试验、即DampHeat试验时，保持上述温度、湿度以及保存时间不变，调整Xe灯等的强度使得来自模拟太阳光照射装置(太阳模拟器)的光成为与阴天的日照射量相当的弱光并在整个试验期间持续进行照射来测量各种太阳电池特性。
2.根据权利要求1所述的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法，其特征在于，
上述弱光的辐射照度是100～300W/m2。
3.根据权利要求1或2所述的CIS系薄膜太阳电池模块的改进的耐久性试验方法，其特征在于，
上述CIS系薄膜太阳电池模块是如下模块：对通过图案化电连接多个CIS系薄膜太阳电池器件而成的CIS系薄膜太阳电池子模块，通过作为粘接剂的加热、交联的EVA树脂薄膜粘接玻璃盖片，在里面侧通过加热、交联的EVA树脂薄膜将底座粘接在玻璃基板上，在其下设置附有线缆的连接箱等，在该结构体的外围通过密封构件安装框架，其中，上述CIS系薄膜太阳电池器件是在玻璃基板上按照碱性势垒层、金属里面电极层(通常为Mo)、p型CIS系光吸收层、高电阻缓冲层、n型窗层(透明导电膜)的顺序依次层叠高质量薄膜层得到的衬底结构的pn异质结器件，上述光吸收层由多元化合物半导体薄膜、特别是I-III-VI2族黄铜矿半导体例如二硒化铜铟(CuInSe2：下面简称为CISe)、二硒化铜铟镓(CuInGaSe2：下面简称为CIGSe)、二硒化铜镓(CuGaSe2：下面简称为CGSe)、二硒硫化铜铟镓(Cu(InGa)(SSe)2：下面简称为CIGSSe)、二硫化铜铟(CuInS2：下面简称为CIS)、二硫化铜镓(CuGaS2：下面简称为CGS)、二硫化铜铟镓(CuInGaS2：下面简称为CIGS)、作为表面层具有薄膜的二硒硫化铜铟镓(Cu(InGa)(SSe)2：CIGSSe)的二硒化铜铟镓(CuInGaSe2：CIGSe)那样的p型半导体构成。
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