JP2004273870A - 積層型光電変換素子の測定方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層型光電変換素子の電流電圧特性を正確に測定できる方法および装置を提供する。
【解決手段】基準太陽光に疑似した光に、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長λ（Ｑｍａｘ，ｎ）に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加し、前記各重畳光の光強度を調整することによって、各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整した後、電流電圧特性を測定する。
【選択図】 図１
【解決手段】基準太陽光に疑似した光に、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長λ（Ｑｍａｘ，ｎ）に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加し、前記各重畳光の光強度を調整することによって、各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整した後、電流電圧特性を測定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池、光起電力素子、光センサーなどの光電変換素子、特に２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性を光照射下で測定する測定方法および測定装置に関する。なお、本発明では、積層型光電変換素子を直列あるいは並列に接続して作成した光電変換装置も、積層型光電変換素子に含める。また、本発明において、コンポーネントセルとは、積層型光電変換素子を構成する、積層された半導体接合の一つ一つを指す。
【０００２】
【従来の技術】
分光感度の異なる光電変換素子を複数積層した積層型の光電変換素子は、光入射側の光電変換素子で吸収しきれなかった長波長光を逆側の光電変換素子で吸収することによって、光電変換素子を高出力化または高感度化することができる。そのため、このような積層型光電変換素子は、盛んに開発されている。
【０００３】
ところで、積層型光電変換素子の出力特性を正確に測定することは、以下のような理由から非常に重要である。
【０００４】
例えば、最大出力が重要な積層型光電変換素子を製造して出荷する場合、検査において最大出力が定格値に満たないものは不良品とするが、正確な出力測定ができなければ、出荷する積層型光電変換素子の最大出力を保証することができない。また、出力測定の誤差が大きく測定装置の状態によって変化すると、同じ品質の積層型光電変換素子を製造していても、検査のしきい値が変化してしまうので、製造の歩留まりが不安定になってしまう。さらに、出荷品の品質を保証するため、出力測定の誤差分を検査のしきい値に上乗せすると、製造の歩留まりが低下してしまう。また、上記積層型光電変換素子を利用したシステムを構築する場合、積層型光電変換素子の出力を正確に予測できないと、システム全体の誤差が大きくなったり、システムの効率が低下したりする。
【０００５】
具体的には、例えば太陽電池の場合、積層型太陽電池の最大出力の保証、製造の歩留まり、積層型太陽電池を用いた発電システムの発電予測、システム効率などに大きな影響が出る。
【０００６】
しかしながら、積層型光電変換素子の出力特性を正確に測定することは、非常に困難であった。
【０００７】
前記の正確な出力測定が困難である理由の最たるものは、照射する光のスペクトルによって、積層型光電変換素子の出力特性が大きく変化するからである。
【０００８】
具体的には、例えば２つの半導体接合を積層し直列に接続したダブル型太陽電池（以下、ダブルセルと略記する。）の場合について説明する。光入射側の半導体接合をトップセル、逆側の半導体接合をボトムセルとした場合、それぞれのセルの短絡電流は、セルの分光感度が異なるため、照射する光のスペクトルによって変化する。その結果、ダブルセル全体の短絡電流と曲線因子と開放電圧が変化して、ダブルセルの出力特性が大きく変化してしまう。
【０００９】
これに対し、単一の半導体接合からなる単層型太陽電池（以下、シングルセルと略記する。）の場合、照射する光のスペクトルによって変化するのは、短絡電流であり、曲線因子と開放電圧にはほとんど影響を受けないので、短絡電流のスペクトルによる影響を補正すれば、ほぼ正確な出力特性を測定することができる。
【００１０】
以上のように、積層型光電変換素子の出力特性は、照射する光のスペクトルに対し敏感である。
【００１１】
一般に、光電変換素子の出力特性を正確に測定するためには、照射する光の強度とスペクトルと光電変換素子の温度等の試験条件を規定する必要がある。例えば、太陽電池の場合は、このような試験条件は、基準状態（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ、ＳＴＣと略記されることがある。）として、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に以下のように規定されている。
太陽電池の温度：２５℃
照射する光のスペクトル：基準太陽光
（基準太陽光のスペクトルは、ＪＩＳ Ｃ ８９１１に規定されている。）
照射する光の放射照度：１０００Ｗ／ｍ２
【００１２】
屋外において基準太陽光の得られる条件で光電変換素子の出力特性を測定する方法は、基準太陽光法と呼ばれ、積層型光電変換素子であっても正確な測定が可能である。しかしながら、以上の基準状態の内、基準太陽光のスペクトルを得ることは、屋外で太陽光を用いても、非常に困難である。基準太陽光の得られる気象条件は、非常に限られるからである。例えば、日本で基準太陽光の得られる気象条件は、年間数日しかないと言われている。したがって、基準太陽光法は、正確な測定が可能であるもののその実施は非常に困難であり、測定頻度が極端に少ないことから実用性に問題がある。
【００１３】
一方、屋内で擬似太陽光照射装置を用いる場合には、擬似太陽光照射装置のスペクトルの、基準太陽光のスペクトルとの違いが大きいため、エアマスフィルタ等で擬似太陽光照射装置のスペクトルを調整しても、基準太陽光のスペクトルを得るのは、事実上不可能である。
【００１４】
ところで、シングルセルの場合は、擬似太陽光照射装置（ソーラシミュレータ）を、スペクトルと放射照度の場所むら、時間変動率によって、基準太陽光に近い状態から順にＡ、Ｂ、Ｃに等級分けしており（ＪＩＳ Ｃ ８９１２、ＪＩＳＣ ８９３３に記載されている。）、等級ＡまたはＢのソーラシミュレータ用い、被測定太陽電池と分光感度の近い二次基準太陽電池を用いて、ソーラシミュレータの放射照度を設定することによって、スペクトルのずれによる誤差を補正している。（ＪＩＳ Ｃ ８９１３、ＪＩＳ Ｃ ８９３４に記載されている。）この方法は、シングルセルの場合、スペクトルの影響がほぼ短絡電流のみであるから可能である。
【００１５】
しかしながら、積層型太陽電池の場合は、スペクトルの影響が短絡電流のみならず曲線因子と開放電圧にも及ぶので、上述の方法では、出力特性を正確に測定することができない。そのため、上述のＪＩＳ規格の適用範囲から、積層型太陽電池は除外されている。
【００１６】
そこで、積層型太陽電池を正確に測定する方法として、以下のような技術が開示されている。
【００１７】
それは、積層型太陽電池を測定するときのソーラシミュレータによる照射光スペクトルを調整可能にし、照射光スペクトルを調整することによって、ソーラシミュレータによる照射光の下で、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルが発生する各短絡電流値を、基準太陽光の下で発生するであろう各コンポーネントセルの各短絡電流値に一致させることによって、積層型太陽電池が基準太陽光の下で発生すると推定される短絡電流と曲線因子の値を得て、出力特性を正確に測定する技術である（非特許文献１）。この測定技術を以下、マルチソース法と呼ぶ。
【００１８】
すなわち、積層型太陽電池を構成する各コンポーネントセルが、積層型太陽電池の内部で、基準太陽光の下で発生する短絡電流をＩｎ，ｒｅｆ（ｎは各コンポーネントセルの番号）とし、ソーラシミュレータによる照射光の下で発生する短絡電流をＩｎ，ｔｅｓｔとすれば、各コンポーネントセルに対し、
Ｉｎ，ｔｅｓｔ＝Ｉｎ，ｒｅｆ …＃１
となるようにソーラシミュレータのスペクトルを調整することによって、積層型太陽電池の短絡電流と曲線因子が基準太陽光の下での値に一致すると推定されるものである。
【００１９】
前述の測定技術において前提となっているのは、スペクトルを調整できるソーラシミュレータを用いていることである。各コンポーネントセルの短絡電流を調整するため、前述の非特許文献１においては、Ｘｅランプ１つと、ハロゲンランプ２つを用い、３つの光源の光をフィルタによって３つの波長帯域に分けた後、合成している。そして３つの光源の放射照度をそれぞれ調整することで、３つの波長帯域の光強度を制御して合成された光のスペクトルを調整している。このように複数の光源の光を合成して用いる擬似太陽光照射装置を多灯式擬似太陽光照射装置と呼ぶことにする。
【００２０】
前述の多灯式擬似太陽光照射装置によれば、複数の光源の発生する光の内、それぞれ一部の波長領域の光のみを選択して用いているため、非選択波長領域の光は捨てることになり、通常のソーラシミュレータに比べて、光源のエネルギーロスが大きく、使用電力量が大幅に増大する。
【００２１】
また、複数の光源を配置する構造と、ダイクロイックミラー等の波長選択および光合成用の光学部品を必要とすることから、擬似太陽光照射装置が、複雑化、大型化、高額化する。
【００２２】
また、光源によって、照射面の照度の場所むらが異なる問題がある。また、光源ごとに照射光の光量をフィードバックして制御する必要があるので、装置の制御が複雑で困難になる。
【００２３】
このような問題点は、積層型光電変換素子を構成するコンポーネントセルの個数が増えるほど、加速的に増大する。
【００２４】
また、測定する積層型光電変換素子の種類が異なり、コンポーネントセルの数が増えると、光源の数も増やす必要があり、事実上、擬似太陽光照射装置を最初から設計し直す必要がある。また、コンポーネントセルの個数が同じであっても、異なる種類の積層型光電変換素子を測定する場合は、分光感度が大幅に異なるので、前記光の波長を選択および合成する光学部品を全て設計し直す必要がある。このように、多灯式擬似太陽光照射装置は、測定する積層型光電変換素子の種類に応じた汎用性に欠けるという問題点がある。
【００２５】
このような多灯式擬似太陽光照射装置に対し、特許文献１に、単一の光源から放射される光の光路の一部に、所定波長の光を透過するフィルタを配し、該フィルタを透過した光と該フィルタを透過しなかった光を合成する擬似太陽光照射装置の技術が開示されている。この技術によれば、所定波長の光を透過するフィルタに遮蔽板を設けて、遮蔽板の開度を調整することによって、あるいは、該フィルタを光路に挿入する挿入量を調整することによって、所定波長の光強度を調整することができる。それによって、合成された照射光のスペクトルを調整することができる。このような擬似太陽光照射装置をフィルタ重畳光式擬似太陽光照射装置と呼ぶことにする。
【００２６】
フィルタ重畳光式擬似太陽光照射装置によれば、光源は単一なので、多灯式擬似太陽光照射装置の問題点の内、光源ごとの光量制御が困難である問題と、照度の場所むらの制御が困難である問題と、複数の光源を用いることによる装置の大型化の問題は解決される。
【００２７】
【特許文献１】
特許第２８９２１３２号公報
【非特許文献１】
Ｔ．Ｇｌａｔｆｅｌｔｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｂｕｒｄｉｃｋ， １９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，（１９８７）ｐ１１８７−１１９３
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、擬似太陽光照射装置の技術であり、この擬似太陽光照射装置を用いて、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定する測定方法の技術は開示されていない。すなわち、スペクトル可変な擬似太陽光照射装置の一つの技術が開示されているに過ぎない。
【００２９】
また、前記所定波長の光を透過するフィルタとして、どのような透過率スペクトルを持つものが好適であるかは、全く記載されておらず不明であった。
【００３０】
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、積層型光電変換素子の電流電圧特性を正確に測定できる方法および装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、検討の結果、以下の構成による積層型光電変換素子の測定方法および測定装置によって、前述の目的を達成できた。
【００３２】
すなわち、少なくとも２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法に於いて、基準太陽光に疑似した光に、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、前記各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加し、前記各重畳光の光強度を調整することによって、前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整した後、電流電圧特性を測定することを特徴とする積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法である。
【００３３】
ここで、例えば、前記各重畳光の輝線を除いた光強度変化の半値幅が、１２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
ここで、例えば、前記各重畳光は、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、輝線を除いて±１５％以内の波長に光強度の極小値を持つことが好ましい。
【００３５】
上記目的を達成するための本発明に係る積層型光電変換素子の測定装置は、以下の構成を有する。
【００３６】
すなわち、単一の光源と、透過光が基準太陽光のスペクトルに疑似させるように透過率を調整したエアマスフィルタを有する擬似太陽光照射装置において、単一の光源により所定の方向に放射される光が、該エアマスフィルタを透過するように配置し、所定の方向に放射される光の光路の一部に重畳用フィルタを配置し、該重畳用フィルタを通過した光と、該重畳用フィルタを通過しなかった光を合成する積分光学系を有し、前記重畳用フィルタは、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度の極大波長に対し、±１５％以内の波長に透過率の極大値あるいは極小値を持ち、かつ透過率の波長に対する変化の半値幅が前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下であることを特徴とする擬似太陽光照射装置である。
【００３７】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタは、透過率の波長に対する変化の半値幅が１２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３８】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタの波長に対する透過率の変化率が、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率を示す波長における変化率の絶対値で、０．２％／ｎｍ以上、２％／ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタは、極小値を含む所望の波長領域に渡って透過率が下がっており、所望の波長領域以外で、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することが好ましい。
【００４０】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタは、少なくともその一部が多層膜からなることが好ましい。
【００４１】
【発明の実施の形態（実施態様例）】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４２】
図１は、本発明の測定装置の一例である擬似太陽光照射装置のｎ番目の重畳用フィルタの一例と積層型光電変換素子のｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の一例の関係を模式的に説明する説明図である。図１において、１０１は、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑ（λ）のグラフ、１０２は、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率Ｔ（λ）のグラフである。
【００４３】
また、図１における各記号は、それぞれ、以下の意味を示す。
Ｑｍａｘ，ｎ：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値
Ｔｍｉｎ，ｎ：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の極小値
λ（Ｑｍａｘ，ｎ）：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値の波長 （ｎｍ）
λ（Ｔｍｉｎ，ｎ）：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の極小値の波長（ｎｍ）
Δλ（Ｑｎ）：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の波長変化の半値幅（ｎｍ）
Δλ（Ｔｎ）：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の波長変化の半値幅（ｎｍ）
Ｔｓｌｏｐｅ，ｎ：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の、波長変化の半値の波 長における変化率
【００４４】
以下、図１の例を用いて、本発明の擬似太陽光照射装置の一例および積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法の一例について述べる。
【００４５】
まず、本発明の擬似太陽光照射装置の重畳用フィルタの一例の作成手順を図２のフローチャートに示したので、該フローチャートに沿って説明する。
【００４６】
まず、図２のステップＳ０１０において、予め、測定する積層型光電変換素子の代表的特性を持つサンプルを準備しておく。ここで、積層型光電変換素子のサイズが大きすぎて分光感度が測定できない場合は、同じ条件で作成した、小面積のサンプルを用いても良い。
【００４７】
次に、ステップＳ１１０において、前記代表サンプルのｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑｎ（λ）を測定する。このとき、分光感度の測定は、以下のような、公知の分光感度測定方法によって行われる。すなわち、ｎ番目のコンポーネントセルが、積層型光電変換素子全体の電流を律速するように、ｎ番目のコンポーネントセルの感度波長領域の光強度のみが著しく不足したバイアス光をサンプルに照射した状態で、単色光をチョッピングしながらサンプルに照射し、単色光の波長を掃引しながら、サンプルの出力電流の変化を検出することによって、測定される。
【００４８】
次に、ステップＳ１２０において、前記分光感度の測定データから、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値の波長（λ（Ｑｍａｘ，ｎ））と波長に対する変化の半値幅（Δλ（Ｑｎ））のデータを取得する。
【００４９】
次に、ステップＳ１３０において、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の極小値の波長（λ（Ｔｍｉｎ，ｎ））と透過率の波長に対する変化の半値幅（Δλ（Ｔｎ））を前記λ（Ｑｍａｘ，ｎ）とΔλ（Ｑｎ）に基づいて設計する。
【００５０】
次に、ステップＳ１４０において、前記設計に基づいて、ｎ番目の重畳用フィルタの材料と製法を選択し、透過率Ｔ（λ）の値をシミュレーション計算で求める。
【００５１】
次に、ステップＳ１５０において、設計した重畳用フィルタの透過率が、以下の式＃２〜式＃４を満たすかどうかを、ステップＳ１４０で計算したシミュレーション結果に基づいてチェックする。
【００５２】
その結果、前記式＃２〜式＃４を満たす場合は、次のステップＳ１６０に進み、満たさない場合は、ステップＳ１３０に戻って、設計をやり直す。
【００５３】
次に、ステップＳ１６０において、ｎ番目の重畳用フィルタを前記設計に基づいて製作し、製作した重畳用フィルタの透過率を測定する。
【００５４】
次に、ステップＳ１７０において、製作した重畳用フィルタの透過率が、前記式＃２〜式＃４を満たすかどうかをチェックする。このステップは、重畳用フィルタの製作が、前記ステップの設計通りにできたかどうかをチェックするためのものである。その結果、前記式＃２〜式＃４を満たす場合は、ｎ番目の重畳用フィルタの製作が終了し、満たさない場合は、ステップＳ１６０に戻って、製作をやり直す。
【００５５】
以上の工程によって、本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な部品である重畳用フィルタを製作することができる。
【００５６】
次に、本発明の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法による測定手順の一例を、図３のフローチャートに示したので、該フローチャートに沿って説明する。
【００５７】
まず、図３のステップＳ２００において、予め、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、各コンポーネントセルに応じた重畳光を調整して、照射光のスペクトルを調整できる擬似太陽光照射装置を準備しておく。例えば、図２のフローチャートに従って作成した重畳用フィルタを備え、該重畳用フィルタを透過する光強度を調整することのできる擬似太陽光照射装置が好適に用いられる。
【００５８】
次に、ステップＳ２１０において、重畳光を重畳させない状態で、後述する基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整する。このステップは、擬似太陽光照射装置による照射光の照度を、まず大まかに調整するためのものである。
【００５９】
次に、ステップＳ２２０において、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルについて、前述の式＃１を満たすかどうかチェックする。式＃１を満たす場合は、ステップＳ２６０に進み、満たさない場合は、ステップＳ２３０に進む。ここで、ｎ番目のコンポーネントセルが、照射光の下で発生する短絡電流Ｉｎ，ｔｅｓｔは、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する基準セルによって測定する。基準セルについては、後に詳述する。式＃１を満たすことは、全てのコンポーネントセルについて、照射光の下で発生する短絡電流が、基準太陽光の下で発生する短絡電流に等しいことを意味する。この時点では、照射光に重畳光が合成されていないので、前述の式＃１を満たすことは、照射光のスペクトルのバランスが非常に良いことを意味し、希である。なお、式＃１において、Ｉｎ，ｔｅｓｔは、Ｉｎ，ｒｅｆに対し、Ｉｎ，ｔｅｓｔの測定値の不確かさの範囲内で一致すれば、一致すると見なして良い。
【００６０】
次に、ステップＳ２３０において、各コンポーネントセルについて、次の式＃５を満たすかどうかチェックする。
Ｉｎ，ｔｅｓｔ＜Ｉｎ，ｒｅｆ …＃５
【００６１】
ここで、式＃５を満たす場合は、ステップＳ２４０に進み、式＃５を満たさない場合は、ステップＳ２５０に進む。
【００６２】
ステップＳ２４０に進む場合、照射光のスペクトルで、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度がある波長領域の光が不足していることを示す。そこで、Ｉｎ，ｔｅｓｔが増大するように、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する重畳光の光強度を増大させる。
【００６３】
ステップＳ２５０に進む場合、照射光のスペクトルで、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度がある波長領域の光が過剰であることを示す。そこで、Ｉｎ，ｔｅｓｔが減少するように、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する重畳光の光強度を減少させる。
【００６４】
次に、ステップＳ２４０に進んだ場合も、ステップＳ２５０に進んだ場合も、ステップＳ２２０に戻り、各コンポーネントセルについて、前述の式＃１を満たすかどうかチェックする。
【００６５】
そして、以上のステップＳ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、またはＳ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２５０のループを、ステップＳ２２０が満たされるまで続ける。これは、すなわち、ｎ個のコンポーネントセル全てについて、照射光の下で発生する短絡電流が、基準太陽光の下で発生する短絡電流に等しくなるように、重畳光の強度調整によって照射光のスペクトルを調整することを意味する。
【００６６】
以上のステップが終了し、各コンポーネントセルについて、前述の式＃１を満たすことが確認された後、次のステップＳ２６０に進む。
【００６７】
次に、ステップＳ２６０において、再度、基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整する。このステップは、照度の微調を意味する。擬似太陽光照射装置による有効照射エリア内の、照射光スペクトルの場所むらが大きくない限り、前述のスペクトル調整のステップは、小面積の基準セルを照射光スペクトルの平均的な位置に置いて行われる。したがって、擬似太陽光照射装置による有効照射エリア内の照度の場所むらが無く全く均一であれば、前記基準セルを置いた位置の照度は、１０００Ｗ／ｍ２に調整済みであるので、有効照射エリア全体の照度も調整済みということになる。しかし実際は、照度の場所むらが存在するので、有効照射エリア内の、測定する積層型光電変換素子の占める面積（使用面積）全体で、平均１０００Ｗ／ｍ２になるように調整する必要があり、このステップは、その調整のためである。
【００６８】
前記使用面積全体の照度を調整するには、例えば以下の２つの方法がある。一つには、基準デバイスとして、測定する積層型光電変換素子と同じ大きさで、特性が安定で平均的な積層型光電変換素子を選択し、公知の基準デバイスの校正方法にしたがって、基準太陽光の下での短絡電流を測定したものを用い、該短絡電流を再現するように照射光の照度を調整する方法がある。もう一つには、基準デバイスとして、小面積の基準セルを用い、測定エリア内の何点かの場所の照度を測定して、平均照度が、１０００Ｗ／ｍ２になるように照射光の照度を調整する方法である。
【００６９】
以上のＳ２６０までのステップで、擬似太陽光照射装置からの照射光のスペクトルが、各コンポーネントセルについて、前記式＃１を満たし、かつ測定エリアの平均照度が、１０００Ｗ／ｍ２になるように調整された。
【００７０】
次に、ステップＳ２７０において、基準デバイスを取り除いて、照射光下の同じ位置に、測定する積層型光電変換素子をセットした後、電圧印加手段によって、積層型光電変換素子にかける電圧を掃引し、積層型光電変換素子の電流電圧特性を取得する。このとき、積層型光電変換素子の電流と電圧の測定は、公知の４端子法の接続方法によって、プローブまたはリード線を素子の電極に接続して行われる。また、電圧印加、電圧の掃引、電流電圧特性の取得は、後述する公知の方法によって行われる。
【００７１】
次に、ステップＳ２８０において、測定した電流電圧特性の全データ、または、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｐｍａｘ等の出力特性値を記憶手段に記憶させて、本発明の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法による測定手順が終了する。
【００７２】
以下、本発明の構成の詳細について述べる。
【００７３】
（擬似太陽光照射装置）
本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な特徴は、前記重畳用フィルタにある。したがって、重畳用フィルタ以外の擬似太陽光照射装置の基本構造は、例えば図４のような、公知のものが好適に用いられる。
【００７４】
図４において、４０１は光源ランプ、４０２は楕円ミラー、４０３は一次平面ミラー、４０４はエアマスフィルタ、４０５はインテグレータ、４０６はシャッター、４０７は二次平面ミラー、４０８はコリメータレンズ、４０９は光照射面である。本発明の擬似太陽光照射装置においては、以上の基本構造に加えて、重畳用フィルタ４１０が、楕円ミラー４０２とインテグレータ４０５の間の光路の一部に配置されている。重畳用フィルタを透過する光は、重畳用フィルタを通過しない光路の光と、インテグレータによって合成されて、ほぼ均一な照射光として、照射面に照射される。
【００７５】
重畳用フィルタを透過する光の強度は、重畳用フィルタを移動可能にして前記光路への重畳用フィルタの挿入量を調節するか、重畳用フィルタに遮蔽板を設け、遮蔽板の開度を調節することによって、調節される。光源の光束を効率的に利用し、擬似太陽光照射装置の使用電力量を低減させるためには、前者の挿入量を調節することが、より好ましい。
【００７６】
本発明の擬似太陽光照射装置の光源ランプは、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が好適に用いられる。点灯方法は、連続点灯（定常光）でもパルス点灯（パルス光）でも良い。
【００７７】
本発明の擬似太陽光照射装置において、エアマスフィルタは、重畳用フィルタと同様に重要である。エアマスフィルタは、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光源ランプの持つスペクトルを、基準太陽光に近づけるために用いられるフィルタで、公知の、多層膜フィルタが好適に用いられる。例えば、光源が、キセノンランプの場合、９００ｎｍ近傍の幾つかの輝線による光を減衰させるため、９００ｎｍ付近の透過率を下げる設計になっている。また、４００ｎｍ付近の透過率も少し下げる設計になっている。
【００７８】
しかしながら、キセノンランプの出力、ミラー等の光学部品の特性等によって、基準太陽光に近い照射光のスペクトルを得るための、エアマスフィルタの最適透過率は、微妙に調整が必要になる。さらに、エアマスフィルタは、多数の層数を有する多層膜干渉フィルタで構成されることが多く、そのような多層膜フィルタは、設計した透過率と実際に製作したフィルタの透過率にずれが出やすい。これは、例えば、多層の薄膜１層１層の膜厚の設計値からのずれが、出来上がりの透過率に大きく影響することによる。
【００７９】
このように、エアマスフィルタによって、擬似太陽光照射装置の照射光スペクトルを基準太陽光に近づけることは、容易とは言えない。しかしながら、ＪＩＳＣ ８９１２に定義された、照射光スペクトルの合致度が、等級Ａに入るような透過率を持つ、エアマスフィルタが望ましい。
【００８０】
しかしながら、本発明の擬似太陽光照射装置では、照射光スペクトルの合致度が、等級Ａに入ることを目的としている訳ではなく、照射光の下で積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの発生する短絡電流値が、基準太陽光の下で発生する短絡電流値に等しくなるように調整することが目的である。
【００８１】
本発明の擬似太陽光照射装置において、エアマスフィルタを通した照射光は、後述する重畳用フィルタによって調整される照射光のベースとなるものである。したがって、そのベースとなる照射光が、基準太陽光からの乖離が大きければ、重畳用フィルタを通った重畳光を合成しても、合成された照射光のスペクトルが望ましい状態に調整しきれない虞がある。したがって、やはりエアマスフィルタを通した照射光は、前記合致度が、等級Ａに入っていることが望ましいが、これは必須事項ではない。
【００８２】
基準太陽光からのずれは、当然小さい方が望ましいが、ＪＩＳ Ｃ ８９１２に定義された１００ｎｍ区切りの照射光エネルギーの基準太陽光エネルギーからのずれの標準偏差が同じであれば、積層型光電変換素子が感度を有する波長領域の、短波領域から長波領域にかけて、前記ずれ量が、単調増加あるいは単調減少したりせず、基準太陽光を中心としたランダムなばらつきを示している方が、望ましい。これは、前記ずれが、単調増加あるいは単調減少していると、ずれの標準偏差は同じで、合致度も等級Ａに入っていても、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの内、最も短波に感度を有するものと、最も長波に感度を有するものの間で、基準太陽光の下での短絡電流値からのずれが、逆方向に乖離し、後述する重畳用フィルタを通した重畳光による調整範囲を越えてしまう虞があるためである。このことを言い換えれば、エアマスフィルタを通した照射光は、波長１００ｎｍ区切りの合致度にこだわらず、積層型光電変換素子が感度を有する短波領域から長波領域にかけて、広い範囲に渡って、基準太陽光に対するずれのバランスがとれていることが望ましい。そして、基準太陽光に対するずれが少ないことがより好ましい。
【００８３】
（重畳用フィルタ）
本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な部品である重畳用フィルタは、前述の図２のフローチャートに示した作成手順にしたがって、設計製作される。この時、重畳用フィルタの透過率は、少なくとも、式＃２および式＃３を満たすことが望ましい。
【００８４】
すなわち、ｎ番目のコンポーネントセルに対応した、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率が、式＃２を満たすことにより、重畳光の吸収波長が、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大感度波長と近くなり、重畳光の光強度の変化に対するコンポーネントセルの短絡電流の変化の感度が向上する。
【００８５】
また、重畳用フィルタは、前述の図１のごとく、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値の波長λ（Ｑｍａｘ，ｎ）の付近で透過率が減少するような透過率スペクトル（このような透過率パターンをバンドオフと呼ぶことにする。）を有していても良いし、逆に図８のごとく、λ（Ｑｍａｘ，ｎ）の付近で透過率が増大するような透過率スペクトル（このような透過率パターンを持つフィルタをバンドオンフィルタと呼ぶことにする。）を有していても良い。
【００８６】
後者のバンドオンの場合、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率が極大となる波長をλ（Ｔｍａｘ，ｎ）とすれば、式＃２の代わりに次の式＃６を満たすことが望ましい。
【００８７】
ただし、ここで、図７のような、いわゆるバンドパスフィルタは、本発明の重畳用フィルタとして適切ではない。これは、以下の理由による。
【００８８】
すなわち、バンドパスフィルタの場合、透過帯以外の波長では、透過率がほとんど０％に近いため、バンドパスフィルタを透過する光エネルギーのほとんどをカットしてしまうことになり、結果として合成後の照射光の照度を下げてしまうからである。この照度の損失を補うには、光源ランプの出力を増大させる必要があり、擬似太陽光照射装置の大型化と電力の過剰な消費につながる。
【００８９】
また、バンドパスフィルタは、一般に数十層という非常に多くの層数の薄膜を積層した、多層膜フィルタによって実現されるので、製造に多大な手間がかかり、非常に高価である。
【００９０】
また、数十層という非常に多くの層数の薄膜の膜厚を、それぞれ微妙に制御することが必要になるので、製造の再現性も悪い。
【００９１】
また、一般に層数が増えることで、薄膜の内部応力が増大し、耐熱性や耐久性が低下して剥がれを生じる危険も増大する。
【００９２】
以上の理由から、いわゆるバンドパスフィルタは、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、作り直すには、非常に高価で、かつ製造にも困難を伴う。
【００９３】
したがって、バンドオンの重畳用フィルタの場合、積層型光電変換素子の分光感度がある波長領域での透過率の最小値をＴｍｉｎとすれば、フィルタの基板の透過率が低下することの多い、波長３５０ｎｍ以下の短波長領域を除いて、以下の式＃７を満たすことが、望ましい。
Ｔｍｉｎ≧３０％ …＃７
【００９４】
これは、バンドオンの重畳用フィルタのＴｍｉｎの値が、３０％未満になると、前記いわゆるバンドパスフィルタの弊害が出始めることによる。
【００９５】
さらに、積層型光電変換素子の分光感度がある波長領域での、重畳用フィルタの透過率の最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎ、最大値と最小値の差をΔＴｍａｘ−ｍｉｎとすれば、バンドオフであっても、バンドオンであっても、重畳用フィルタが、以下の式＃８を満たすことが、より好ましい。
ΔＴｍａｘ−ｍｉｎ≧３０％ …＃８
【００９６】
これは、ΔＴｍａｘ−ｍｉｎの値が３０％未満になると、重畳光による照射光のスペクトル変化の変動幅が小さくなり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅が小さくなってしまうためである。すなわち、式＃８を満たすことにより、重畳光による照射光のスペクトル変化の変動幅が十分になり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を十分取ることができる。
【００９７】
また、重畳用フィルタが、式＃３を満たすことが、望ましい。それにより、以下の効果がある。すなわち、ｎ番目の重畳用フィルタを調整することによって、対応するｎ番目のコンポーネントセルの短絡電流が変化するのみならず、ｎ番目のコンポーネントセルと分光感度が重なる波長部分のある他のコンポーネントセルの短絡電流も変化することがあるが、式＃３を満たすことによって、他のコンポーネントセルの短絡電流の変化量が減少し、各コンポーネントセルの短絡電流の調整の独立性を向上させることができる。その結果、本発明の擬似太陽光照射装置の制御性が向上する。
【００９８】
さらに、重畳用フィルタは、次の式＃９を満たすことが、より好ましい。
１２０ｎｍ≦Δλ（Ｔｎ）≦Δλ（Ｑｎ） …＃９
【００９９】
式＃９は、式＃３に下限値を追加した式である。本発明者の検討の結果、透過率の波長に対する変化の半値幅（Δλ（Ｔｎ））が、１２０ｎｍ未満になると、重畳光による照射光のスペクトル変化の変動幅が小さくなり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅が小さくなってしまうためである。また、Δλ（Ｔｎ）の小さい重畳光は、照射光のスペクトルの形を歪めてしまい、ＪＩＳ Ｃ ８９１２に定義されたスペクトル合致度を悪化する虞がある。すなわち、式＃９を満たすΔλ（Ｔｎ）を持つ重畳用フィルタによって、照射光のスペクトルの形を大きく歪める事なく、スペクトル合致度を維持しつつ、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を効率的に取ることができる。
【０１００】
さらに、重畳用フィルタは、式＃４を満たすことが、望ましい。Ｔｓｌｏｐｅ，ｎが、０．２％／ｎｍ未満になると、重畳用フィルタの透過率の変化が小さくなり過ぎるので、照射光のスペクトル変化の変動幅が小さくなり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅が小さくなってしまうためである。また、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎが、２％／ｎｍを超えると、重畳光によって、照射光のスペクトルの形を歪めてしまう虞があり、前述のバンドパスフィルタで述べたような、高価で、製造の再現性が悪く、耐久性が低下するといった弊害が出始める。すなわち、重畳用フィルタが、式＃４を満たすことにより、照射光のスペクトルの形を大きく歪める事なく、スペクトル合致度を維持しつつ、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を効率的に取ることができる。
【０１０１】
さらに、重畳用フィルタは、前述のバンドオンのタイプより、バンドオフのタイプの方が、より好ましい。さらに、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することが、より好ましい。それによって、重畳用フィルタを透過する重畳光の光エネルギーの損失が減少し、光源の光の利用効率が向上する。それによって、光源の使用電力を抑えることができ、擬似太陽光照射装置の大きさもよりコンパクトにすることができる。
【０１０２】
また、重畳用フィルタは、透過率の設計の自由度と波長選択性から、薄膜を積層した多層膜フィルタを用いることが好ましい。ただし、バンドパスフィルタ、あるいはダイクロイックフィルタ、あるいはエアマスフィルタのように数十層もの多層膜である必要はなく、選択する材料によるが、せいぜい１０層程度までの層数で設計できることが多い。層数が少ない方が、低コストで、製造の制御性、再現性も向上し、フィルタとしての耐久性も向上する。また、積層型光電変換素子の種類が異なる場合の設計もし易い。多層膜は、基板上に異なる種類の材料を蒸着あるいはスパッタリングして積層することが多い。
【０１０３】
また、重畳用フィルタの多層膜の材料としては、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉｘＯｙ、ＣｅＦ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＴｈＯ２、ＣｅＯ２、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、ＴｉｘＯｙ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｎＳ等の材料が好適に用いられる。
【０１０４】
また、重畳用フィルタの多層膜の材料の組合せと薄膜の膜厚あるいは層数の設計は、前記λ（Ｔｍｉｎ，ｎ）、Δλ（Ｔｎ）、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎの要求パラメータに応じて、有効フレネル係数を用いる方法、光学インピーダンスを用いたマトリクス法、フレネル係数を用いたマトリクス法等の、公知の光学多層膜の光学計算方法によって行えば良い。前記計算方法にしたがって、透過率のシミュレーションを、計算機を用いて行えば良い。多層膜材料の組合せと設計には、屈折率ｎ、吸収係数、膜厚ｄが重要な設計パラメータとなる。また、多層膜の耐久性のために、材料に応じた薄膜の内部応力を考慮して、応力を打ち消し合うような材料の組合せも考慮すべきである。
【０１０５】
また、多層膜を蒸着するガラス基板は、平面性、透過率、耐熱性、耐久性を考慮して選定される。例えば、白板ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、石英硝子等が好適に用いられる。また、透過率と波長の設計によっては、色ガラスフィルタを基板として用いても良い。
【０１０６】
なお、重畳用フィルタの代わりに、選択した波長を反射するミラーを用いることもできるが、擬似太陽光照射装置の光路の設計が複雑になることと、ミラーの耐久性が懸念されることから、フィルタの方が望ましい。
【０１０７】
（積層型光電変換素子）
本発明の測定方法によって測定される積層型光電変換素子の種類としては、太陽電池、フォトダイオード等の光起電力素子、光センサー、電子写真感光体等が挙げられる。
【０１０８】
光電変換の機能を有するのは、半導体接合であり、半導体接合の種類としては、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ型接合などが挙げられる。積層型光電変換素子は、これらの半導体接合を複数積層したものであり、積層した各半導体接合をコンポーネントセルと呼ぶ。
【０１０９】
半導体材料としては、結晶質、多結晶質、微結晶質、非晶質のものが挙げられ、物質としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ、Ｇｅ等のＩＶ族あるいはＩＶ族化合物、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｃｕ２Ｓ等のＩＩ−ＶＩ族化合物、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物、有機半導体等、あるいは上述の化合物の混合物が挙げられる。
【０１１０】
また、積層型光電変換素子を直列あるいは並列に接続したり、耐環境性容器に封入したりして作成された、積層型光電変換装置も積層型光電変換素子と同様に、本発明の測定方法によって測定できる。
【０１１１】
また、本発明の測定方法を実施するため、あるいは、本発明の擬似太陽光照射装置を作成するために、測定する積層型光電変換素子は、その代表的な特性の素子の分光感度を、予め測定されていることが、必要である。
【０１１２】
積層型光電変換素子の分光感度の測定は、前述の図２のフローチャートのステップＳ１１０で説明した方法で行われる。
【０１１３】
また、積層型光電変換素子は、電流電圧特性の温度係数が分かっていることが望ましい。具体的には、開放電圧、短絡電流、曲線因子それぞれの温度係数が分かっていることが望ましい。積層型光電変換素子自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の積層型光電変換素子の温度係数の代表値を用いても良い。また、積層型光電変換素子を測定する場合に、積層型光電変換素子は、２５±２℃になるように温度調整することが望ましい。温度調整することが困難である場合には、前述の温度係数によって温度補正を行い、２５℃における特性を求めることが必要である。
【０１１４】
（基準デバイス）
（１）基準デバイスは、基本的に前記積層型光電変換素子と同じ構成の素子を用いることが望ましいが、異なる材料によって構成されていても良い。ただし、異なる材料を用いた場合は、基準デバイスの分光感度が、積層型光電変換素子と同等の分光感度を有するようにフィルタ等で、分光感度を調整することが望ましい。それによって、基準デバイスを用いて照射光の放射照度を測定するときに、照射光のスペクトルと積層型光電変換素子の分光感度に起因する誤差が少なくなり、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定結果が正確になる。
【０１１５】
（２）基準デバイスは、経時的に特性が安定であるように処理されていることが望ましい。基準デバイスを、光、熱、湿度等に対して、安定化させることにより、基準デバイスの後述する基準状態における校正値の信頼性が高まり、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定が正確になる。また、基準状態における校正値を再測定する時間間隔を広くとることができる。ここで、基準状態とは、前述の、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に規定された、試験条件を指す。
【０１１６】
（３）基準デバイスは、前記基準状態における短絡電流が、予め測定されていることが望ましい。基準状態における短絡電流の測定方法は、例えば、ＪＩＳ Ｃ８９１０：一次基準太陽電池セル、あるいは、ＪＩＳ Ｃ ８９１１：二次基準結晶系太陽電池セル、あるいは、ＩＥＣ ６０９０４−２：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ Ｐａｒｔ２ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ、あるいは、ＩＥＣ ６０９０４−６：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ Ｐａｒｔ６ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｏｌａｒ ｍｏｄｕｌｅｓ等の規格に記載された公知の方法を取れば良い。定められた規格にしたがって、公的な機関で測定された値は、校正値と呼ばれる。ただし、基準デバイスが、積層型光電変換素子である場合は、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法を記述した規格が、国内でも海外でも未制定であるため、校正値と呼ぶことができず、単に測定値となる。基準デバイスの基準状態における短絡電流は、公的機関で校正値として値付けされていることが望ましい。なお、基準デバイスを複数用い、これらを常用一次基準デバイス、常用二次基準デバイスとすれば、常用一次基準デバイスは、公的機関で校正し、常用二次基準デバイスは、事業者自ら、常用一次基準デバイスから、値を移し替えて使用しても良い。
【０１１７】
（４）基準デバイスは、短絡電流の温度係数が分かっているものを使用することが望ましい。基準デバイス自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同じ構成の積層型光電変換素子の温度係数の値を用いても良い。また、基準デバイスを用いて、積層型光電変換素子を測定する場合に、基準デバイスは、２５±２℃になるように温度調整することが望ましい。温度調整することが困難である場合には、前述の温度係数を用い、規格に述べられた公知の温度補正方法によって温度補正を行って、２５℃における短絡電流を求めることが必要である。
【０１１８】
（５）基準デバイスと積層型光電変換素子の分光感度の関係が、式＃１０で計算されるミスマッチ係数Ｍｎが０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
Ｅｏ（λ）：基準太陽光のスペクトル強度
Ｅｔ（λ）：照射光のスペクトル強度
Ｑｒ（λ）：基準デバイスの分光感度
Ｑｓ（λ）：積層型光電変換素子の分光感度
【０１１９】
（６）人工光源を用いる場合のように、照射光の放射照度に場所むらが有る場合は、基準デバイスの発電部面積は、積層型光電変換素子の発電部面積と、好ましくは、±１５％以下、より好ましくは、±１０％以下、最適には±５％以下の範囲で近似していることが望ましい。基準デバイスと積層型光電変換素子の発電部面積が近似することによって、照射される光の場所むらによる誤差が大幅に低減されるからである。なお、前記常用二次基準デバイスを、積層型光電変換素子の電流電圧特性測定中に、照射光の放射照度をモニターするために用いる場合は、発電部面積が近似してなくても良い。ただし、照射エリアのどの部分に常用二次基準デバイスを設置するかは、固定しておくことが望ましい。また、照射光の放射照度あるいはスペクトルの場所むらが、変化した場合は、前記常用一次基準デバイスから、前記常用二次基準デバイスへの値の移し替えをやり直す必要がある。
【０１２０】
（７）基準デバイスの内、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に述べられているように、被測定太陽電池と同一基板、同一製造条件で製造した一群のうちから、定められた条件で選出されたものは、基準セルと呼ばれる。基準セルは、通常、受光部の面積が、２ｃｍ×２ｃｍ以下の大きさで、直並列接続されておらず、セル温度の制御と光学的配慮から、定められた要件を満たす標準的なパッケージにマウントされている。本発明において使用される基準セルは、積層型光電変換素子のコンポーネントセルの数だけ用意され、ｎ番目の基準セルは、単接合の光電変換素子とその光入射側に配する光学フィルタを適宜選択し組み合わせることによって、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度を近似するように設計されている。
【０１２１】
すなわち、本発明における基準セルは、積層型光電変換素子のコンポーネントセルを分離して抽出するようなものである。各コンポーネントセルの分光感度は、他のコンポーネントセルの分光感度の影響を受けているので、実際に分離することは不可能である。そこで、このような分光感度を模擬した基準セルが用いられる。そのため、このような基準セルは、疑似セルと呼ばれることもある。前述のごとく、積層型光電変換素子の校正値は得られないが、疑似セルの場合は、それぞれが、単接合の光電変換素子なので、校正値が得られる。したがって、疑似セルを用いれば、ｎ番目のコンポーネントセルが分光感度を有する波長領域の照射光の照度を測定することができ、ｎ番目のコンポーネントセルが照射光の下で発生しているであろう短絡電流値を推定することができる。本来は、各コンポーネントセルが、照射光の下で発生する短絡電流は、各コンポーネントセルの分光感度と照射光のスペクトルを測定し、それらの積を波長に渡って積分することで間接的にしか求められない。しかし、疑似セルを用いれば、照射光のスペクトルやコンポーネントセルの分光感度を測定しなくても、疑似セルの短絡電流を測定するだけで、コンポーネントセルの短絡電流値を推定することができる。
【０１２２】
本発明の測定方法では、重畳光の光量を調整するために、前述の図３のフローチャートに示したステップＳ２２０において、このような疑似セルを、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する基準セルとして用いている。
【０１２３】
図５は、前記疑似セルの具体例の一つを分解して示した断面構成図であり、５０１は単接合光電変換素子、５０２は光電変換素子のケース、５０３は光学フィルタのホルダー、５０４、５０５は光学フィルタである。前記疑似セルの分光感度も、対応する積層型光電変換素子のコンポーネントセルの分光感度に対して、式＃１０で計算されるミスマッチ係数Ｍｎが０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
【０１２４】
（電流電圧特性測定手段）
電流電圧特性測定手段は、電圧検出手段と電流検出手段からなる。電圧検出手段と電流検出手段は、デジタルマルチメータ、または、アナログデジタル変換ボード（Ａ／Ｄボード）と抵抗を組み合わせたもの等、公知の手段を用いれば良い。
【０１２５】
（電圧可変手段）
測定対象の積層型光電変換素子の電圧を可変させる手段は、バイポーラ電源、電子負荷、コンデンサに蓄積した電荷の放電等、公知の手段を用いればよい。また、積層型光電変換素子に流れる電流を制御しつつ変化させて、積層型光電変換素子の電圧を測定しても良い。
【０１２６】
電圧または電流を制御しつつ変化させる場合に、電流電圧特性測定を得るためには、電圧または電流を掃引しなければならない。この掃引は、連続的変化でもステップ状変化でも良いが、測定対象の積層型光電変換素子の充放電に対する時定数を考慮し、充放電の時定数よりも十分長い測定間隔でＩＶデータを測定するようにすることが望ましい。このことは、静電容量の大きい積層型光電変換素子を測定する場合に特に重要である。
【０１２７】
（計測制御／データ処理手段）
以上の計測器を制御する手段および計測されたデータを処理する手段として、パーソナルコンピュータ等の計測器とデータのやりとりが可能なデータ処理手段を設けることが望ましい。また、データ処理手段は、計測器の制御が可能な機能も有しているものが望ましく、計測器の制御をプログラミングできるものがさらに望ましい。
【０１２８】
また、前記計測制御／データ処理手段によって、検出された放射照度により測定された積層型光電変換素子の電流電圧特性のデータを温度補正できるようにすることが望ましい。温度補正の数式は、公知の数式を用いれば良い。
【０１２９】
【実施例】
以下の実施例により本発明を詳細に説明するが、これら実施例は例示であり、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１３０】
［実施例１］
前述の実施態様例で説明した、図２のフローチャートに示した手順で、重畳用フィルタを作成して準備した、図４に示した本発明の擬似太陽光照射装置を用いて、図３のフローチャートに示した測定手順で、本発明の測定方法によって、以下のように積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０１３１】
すなわち、測定対象の積層型光電変換素子としては、光入射側からアモルファスシリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−Ｓｉセル）と、アモルファスシリコンゲルマニウムをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−ＳｉＧｅセル）と、アモルファスシリコンゲルマニウムをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−ＳｉＧｅセル）をこの順に積層した構造のａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−ＳｉＧｅトリプル型太陽電池セルを用いた。すなわち、本実施例の積層型光電変換素子には、ａ−Ｓｉセル、ａ−ＳｉＧｅセル、ａ−ＳｉＧｅセルと３つのコンポーネントセルがある。これらのコンポーネントセルを、光入射側から順に、トップセル、ミドルセル、ボトムセルと呼ぶことにする。前記トリプル型太陽電池セルは、１枚のステンレス基板上に作成された、３５ｃｍ×２４ｃｍの大きさのセルである。
【０１３２】
まず、図２のフローチャートに示した手順で、重畳用フィルタを作成した。
まず、図２のステップＳ０１０において、本実施例のトリプル型太陽電池セルと同じ構成で、同じ製造方法、同じ製造条件で作成した、面積だけが、１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）と小さいセルを準備した。
【０１３３】
次に、ステップＳ１１０において、この小面積セルの各コンポーネントセルの分光感度を実施態様例で説明した方法で測定した。その結果を図６に示す。図６において、６０１は、トップセルの分光感度、６０２は、ミドルセルの分光感度、６０３は、ボトムセルの分光感度を示す。それぞれの分光感度は、量子効率を縦軸にとって、その最大値で規格化してある。
【０１３４】
次に、ステップＳ１２０において、分光感度の測定結果から、トップセル、ミドルセル、ボトムセルそれぞれについて、前述のλ（Ｑｍａｘ，ｎ）、Δλ（Ｑｎ）を求めた。本実施例では、ｎ＝１、２、３で、それぞれ、トップセル、ミドルセル、ボトムセルを表す。
【０１３５】
次に、ステップＳ１３０において、上記各コンポーネントセルの分光感度に対応して、重畳用フィルタのλ（Ｔｍｉｎ，ｎ）とΔλ（Ｔｎ）を設計した。
【０１３６】
次に、ステップＳ１４０において、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタを設計し、透過率Ｔ（λ）の値をシミュレーション計算で求めた。このステップは、多層膜フィルタの製造メーカーに依頼した。
【０１３７】
次に、ステップＳ１５０において、シミュレーション結果が、式＃２〜式＃４を満たすことを確認した。
【０１３８】
次に、ステップＳ１６０において、前記多層膜フィルタの製造メーカーに、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用、各２枚ずつ、２０ｃｍ×２０ｃｍの大きさで、重畳用フィルタの製作を依頼した。
【０１３９】
次に、ステップＳ１７０において、製作した重畳用フィルタの透過率が、前記式＃２〜式＃４を満たすことをチェックした。
【０１４０】
以上の工程によって、本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な部品である重畳用フィルタを製作した。製作した重畳用フィルタの出来上がりのλ（Ｔｍｉｎ，ｎ）とΔλ（Ｔｎ）の値を、λ（Ｑｍａｘ，ｎ）、Δλ（Ｑｎ）と比較して、また、Ｔｍａｘ，ｎ、Ｔｍｉｎ，ｎ、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎの値を表１にまとめた。Ｔｓｌｏｐｅ，ｎの値が、それぞれの重畳用フィルタに対して、２つずつ記されているのは、透過率変化の極小値に対し、左側の傾きと右側の傾きをそれぞれ記したものである。
【０１４１】
【表１】
【０１４２】
製作したトップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタの透過率を図６に示した。図６において、６０４は、トップセル用の重畳用フィルタの透過率、６０５は、ミドルセル用の重畳用フィルタの透過率、６０６は、ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率を示す。
【０１４３】
また、図４に示したような本発明の擬似太陽光照射装置として、有効照射エリア４０ｃｍ×４０ｃｍの定常光型ソーラシミュレータを用いた。光源ランプ４０１としては、６．５ｋｗのショートアークキセノンランプを用いた。また、エアマスフィルタ４０４としては、公知の多層膜フィルタを用いたが、重畳光を合成しない状態の照射光で、なるべく基準太陽光に近くなるように選択して用いた結果、重畳光を合成しない状態の照射光で、スペクトル合致度は等級Ａを満足し、短波長と長波長のスペクトルのバランスも基準太陽光に近いものを得た。また、重畳用フィルタ４１０としては、上述の各ステップによって作成したものを用い、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタは、各２枚ずつ独立に動くようにし、一部は、光路に対して重なって配置した。各重畳用フィルタの光路に対する挿入量を変えることで、各重畳光の強度を変化させた。その結果、トップセル、ミドルセル、ボトムセルの短絡電流を約±１０％の範囲で変化させることができた。これらの短絡電流の可変範囲は、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルの短絡電流を測定することで確認した。なお、本実施例の重畳用フィルタは、４０００ｈ使用しても、透過率の大きな変化や、膜剥がれ等の問題はなく、耐久性に優れていた。
【０１４４】
ここで、基準セルとしては、結晶シリコン太陽電池の光入射側に、色ガラスフィルタを組み合わせたものを用いた。また、基準セルのパッケージは、表面に黒色アルマイト処理を施したアルミニウムのブロックを用いた公知のもの（例えばＪＩＳ Ｃ ８９１１に示されている）を用い、パッケージの外側にペルチェ素子を取り付けて、セルの温度が、２５℃±２℃になるように温度調整した。また、色ガラスフィルタは、トップセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＨＡ３０とＢ４６０を、ミドルセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＨＡ３０と、東芝硝子製、ＬＢＡ８を、ボトムセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＣＦ８７０と、東芝硝子製、Ａ７３Ｂをそれぞれ組み合わせて用いた。
【０１４５】
これらのトップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルは、財団法人、日本品質保証機構（以下ＪＱＡと記す。）において、校正値をつけてもらったものである。またこれらの基準セルの分光感度をそれぞれ測定し、ソーラシミュレータの照射光のスペクトルを公知のスペクトロラジオメータを用いて測定し、図６に示した測定済みのトップセル、ミドルセル、ボトムセルの分光感度のデータを用いて、式＃１０で計算されるミスマッチ係数Ｍｎを、トップセル、ミドルセル、ボトムセルについて求めたところ、それぞれ、１．００４、０．９９３、０．９９１と良好な値であった。
【０１４６】
次に、図３のフローチャートに示した測定手順にしたがって、本発明の測定方法によって、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０１４７】
まず、ステップＳ２１０において、重畳光を重畳させない状態で、以下の基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整した。
【０１４８】
ここで、照射光の照度を調整する基準デバイスとしては、まず、測定する積層型光電変換素子と同じ構成のトリプル型太陽電池セルを予め作成し、これを光劣化させて安定化したものを用いた。ここで、ソーラシミュレータの照射光には、±１．７％の照度の場所むらが存在したため、基準デバイスは、測定対象の積層型光電変換素子と同じ構成、同じ大きさであることが重要である。そのため、トリプル型太陽電池セルを使用した。この基準デバイスのセルは、予めＪＱＡに測定依頼して、短絡電流の測定値を得てあったものである。ステップＳ２１０においては、この基準デバイスのＪＱＡにおける短絡電流値を再現するようにソーラシミュレータの放射照度を調整した。
【０１４９】
次に、ステップＳ２２０からＳ２５０において、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルが、それぞれ前述の式＃１を満たすように、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタの光路に対する挿入量を変えることで、各重畳光の強度を調整することによって、照射光のスペクトルを調整した。ここで、ソーラシミュレータの照射光の本実施例で測定する積層型光電変換素子の面積内のスペクトルの場所むらは、トップセルの短絡電流値を１とした時の、ミドルセルとボトムセルの基準太陽光の下での短絡電流値からのずれで、±０．５％未満で良好であったが、前記ずれの値が平均値に近い場所に前記基準セルを置いて、スペクトルの調整を行った。また、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルのＪＱＡにおける校正値Ｉｎ，ｒｅｆは、それぞれ、５．１７ｍＡ、７．５６ｍＡ、７．２９ｍＡであった。
【０１５０】
次に、ステップＳ２６０において、再度、前記基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整した。このとき、基準デバイスの温度が、２５℃±１℃になるように、雰囲気温度を調整した。放射照度の調整量は、１％未満であった。なお、光源のキセノンランプのランプ電流値は、１２５Ａであった。
【０１５１】
次に、前述のステップＳ２７０とステップＳ２８０において、積層型光電変換素子の電流電圧特性を取得し、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｐｍａｘ等の出力特性値を記憶手段に記憶させた。
【０１５２】
ここで、電圧検出手段および電流検出手段としては、高速のデジタルマルチメータを用い、計測制御／データ処理手段として、パーソナルコンピュータを用いて、デジタルマルチメータによる取得データをパーソナルコンピュータに取り込んで、データ処理を行った。ここで、電圧検出と電流検出の測定の積分時間は、０．１ｍｓｅｃとした。
【０１５３】
電圧可変手段としては、プログラマブルなバイポーラ電源を用い、Ｖ＜０，Ｉ＞０のＩｓｃ側から、Ｖ＞０，Ｉ＜０のＶｏｃ側に向かって、積層型光電変換素子に印加する電圧を掃引した。このとき、印加電圧値は、予めパーソナルコンピュータで、積層型光電変換素子のＶｏｃに応じて設定された値を、バイポーラ電源のメモリに記憶させてから、階段状に１２８点変化させた。ここで、電圧を変化させる時間間隔は、デジタルマルチメータの外部トリガー受付間隔を考慮して、４．５ｍｓｅｃとし、本実施例の積層型光電変換素子であるトリプル型太陽電池セルが、比較的大きな静電容量を持ち、充放電の時定数が大きいことを考慮して、電源による設定電圧値を変化させた後、１ｍｓｅｃの遅延時間の後、積層型光電変換素子のＩＶデータの取得を開始するようにした。なお、トリプル型太陽電池セルの裏面に、シート型銅コンスタンタンの熱電対センサーが接触するようにして、ＩＶデータ測定中のセルの温度を測定した。
【０１５４】
次に、１２８点分のＩＶデータを、ＩＶデータ測定中のセル温度の測定値によって、温度補正した。温度補正は、ＪＩＳ Ｃ ８９３４：アモルファス太陽電池セル出力測定方法の６．２項に記載された、公知の補正式を用いた。
【０１５５】
以上の温度補正のデータ処理をパーソナルコンピュータで行った結果、トリプル型太陽電池セルの最終結果としての電流電圧特性（補正後ＩＶカーブ）が得られた。
【０１５６】
得られた電流電圧特性の精度を検証するため、同じトリプル型太陽電池セルを屋外で、太陽光下で電流電圧特性を測定した。この時、セルは、太陽を追尾する架台に設置し、同じ架台に、前記基準セルを取り付けて、太陽光の放射照度を検出した。また、測定時の太陽光スペクトルも測定した。電流電圧特性の測定は、快晴で、放射照度８００〜１２００Ｗ／ｍ２の範囲で、エアマス１．５±０．１の安定した日射条件で、測定した太陽光スペクトルが、前記基準太陽光に近い条件を選んで行った。したがって、放射照度の変動の影響はなく、基準太陽光に近い理想的な条件で、電流電圧特性を測定した。なお、前記基準セルの校正値を用いて、放射照度を計算した。また、前述と同様にセルの温度を測定し、さらに、太陽光によるセルの温度上昇を抑制するため、測定を開始するまで太陽光を遮蔽しておき、測定直前に、セルに太陽光をあてるようにした。なお、基準セルは、２５℃±２℃に温度制御した。また、測定された、ＩＶデータに対して、照度補正、温度補正を行い、補正後ＩＶカーブを得た。
【０１５７】
ここで、電流電圧特性測定手段、電圧可変手段、計測制御／データ処理手段は、前述したものと同じものを用いた。また、前記１２８点分のＩＶデータを同時に測定した放射照度によって、１点１点照度補正を行った。照度補正の補正式は、ＪＩＳ Ｃ ８９１３：結晶系太陽電池セル出力測定方法の６．２項に記載された、公知の補正式を用いた。ここで、２つの照度レベルのデータからの補正ではなく、測定した１つの照度レベルのデータのみから補正するために、結晶系太陽電池セルの補正式を用いた。また、セルのシリーズ抵抗Ｒｓの値は、Ｖｏｃ近傍のＩＶデータの接線の傾きから推定して求めた。
【０１５８】
また、補正後ＩＶカーブから計算された、出力特性値（Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｐｍａｘの値）を、本発明の擬似太陽光照射装置とそれを用いた本発明の測定方法によるものを屋内値、太陽光によるものを屋外値として、以下の表２に示す。また、屋外値を１とした、屋内値を、屋内／屋外として、表２に示す。
【０１５９】
本発明の測定方法によって測定した、擬似太陽光照射装置によるＩＶカーブは、屋外で測定された補正後ＩＶカーブに良く一致した。また、表２から明らかなように、擬似太陽光照射装置によるＩＶカーブから計算した出力特性値は、屋外測定による値に±１％以内の差で、良く一致した。
【０１６０】
以上の結果から明らかなように、本発明の測定方法によって、トリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１６１】
【表２】
【０１６２】
［比較例１］
実施例１において、重畳用フィルタとして、図７に示した透過率をもつ従来の一般的な多層膜フィルタを用いた以外は、実施例１と同様にしてトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を測定した。図７に示した従来の多層膜フィルタは、７０１が、トップセル用で、短波長光のみ透過するダイクロイックフィルタ、７０２が、ミドルセル用で、バンドパスフィルタ、７０３が、ボトムセル用で、長波長光のみ透過するコールドミラーである。
【０１６３】
これらの従来の多層膜フィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１６４】
しかしながら、重畳光の光強度が、実施例１に比較して、１／３〜１／１０程度しかなかったので、合成された照射光の光強度を１０００Ｗ／ｍ２に調整するために、光源のキセノンランプのランプ電流値を定格ぎりぎりの１６０Ａまで上げなければならず、電力消費量が大幅に増大してしまった。また、キセノンランプの使用時間が増えるにつれて、光量が不足し、使用時間４００ｈの時点で、照射光の光強度を１０００Ｗ／ｍ２に維持できなくなり、測定そのものができなくなった。また、この時点で、前記バンドパスフィルタに膜剥がれが生じた。
【０１６５】
なお、前記従来のダイクロイックフィルタ、バンドパスフィルタ、コールドミラーを製作するために、実施例１で製作した重畳用フィルタの製作コストに対し、約４倍の製作コストがかかった。これは、比較例１の従来の多層膜フィルタに必要とする多層膜の層数が、実施例１の重畳用フィルタに必要とする層数の３倍以上となり、多層膜作成の制御も高コストであるためである。
【０１６６】
また、実施例１の重畳用フィルタは、後述する実施例のように、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、最適なものを再作成することが容易であったが、本比較例の従来の多層膜フィルタでは、設計の自由度、製造の再現性、製作コストの点で、他の種類の積層型光電変換素子に適合するように再作成することは、困難であった。
【０１６７】
実施例１と比較するため、従来の多層膜フィルタについて、実施例１の表１と同様の表を表３としてまとめた。なお、本比較例のトップセル用とボトムセル用のフィルタは、透過率変化の半値幅を定義できないので、Δλ（Ｔｎ）の欄は−と記入した。図７から、本比較例と実施例１の多層膜フィルタの透過率スペクトルの違いは明らかであるが、表３の数値で見ると、従来の多層膜フィルタと本発明の重畳用フィルタの違いは、Ｔｍｉｎ，ｎ、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎ、に顕著に現れる。
【０１６８】
【表３】
【０１６９】
［実施例２］
実施例１において、重畳用フィルタとして、図８に示した透過率をもつ前記バンドオンフィルタを用いた以外は、実施例１と同様にしてトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を測定した。図８において、８０１は、トップセル用のバンドオンフィルタの透過率、８０２は、ミドルセル用のバンドオンフィルタの透過率、８０３は、ボトムセル用のバンドオンフィルタの透過率を示す。
【０１７０】
これらのバンドオンフィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１７１】
また、これらのバンドオンフィルタは、実施例１のバンドオフフィルタと同程度のコストで製作することができた。また、合成された照射光の光強度を１０００Ｗ／ｍ２に調整した時の、キセノンランプのランプ電流値は、１３５Ａで、実施例１より若干大きい程度であった。また、本実施例のバンドオンフィルタも実施例１と同様に耐久性に優れていた。
【０１７２】
本実施例のバンドオンフィルタについて、実施例１の表１と同様の表を表４としてまとめた。ただし、重畳用フィルタの透過率の極小値波長λ（Ｔｍｉｎ，ｎ）の代わりに、透過率の極大値波長λ（Ｔｍａｘ，ｎ）を用いた。
【０１７３】
【表４】
【０１７４】
［実施例３］
実施例１において、測定対象の積層型光電変換素子として、光入射側からアモルファスシリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−Ｓｉセル）と、微結晶シリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（微結晶Ｓｉセル）をこの順に積層した構造のａ−Ｓｉ／微結晶Ｓｉダブル型太陽電池セルを用いた。本実施例の積層型光電変換素子には、ａ−Ｓｉセル、微結晶Ｓｉセルと２つのコンポーネントセルがある。これらのコンポーネントセルを、光入射側から順に、トップセル、ボトムセルと呼ぶ。
【０１７５】
実施例１と同様に小面積セルを作成し、各コンポーネントセルの分光感度を測定した結果を図９に示す。図９において、９０１は、トップセルの分光感度グラフ、９０２は、ボトムセルの分光感度グラフである。それぞれの分光感度は、量子効率を縦軸にとって、その最大値で規格化してある。
【０１７６】
実施例１と同様に、図２のフローチャートに示した手順で、重畳用フィルタを作成した。実施例１と同様に製作した重畳用フィルタの特性を表５にまとめた。また、作成した重畳用フィルタの透過率を図９に示す。図９において、９０３は、トップセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ、９０４は、ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率グラフである。ここで、測定する積層型光電変換素子の種類が、実施例１と異なり、分光感度も異なるので、重畳用フィルタを再設計して、本実施例のダブル型太陽電池セルに合うものを再製作したが、重畳用フィルタの製作は、実施例１と同様に、低コストで、制御性良く作成でき、重畳用フィルタの交換のみで、他の部品は、実施例１と変更することなく、実施例１のソーラシミュレータを使用することができた。
【０１７７】
【表５】
【０１７８】
これらの重畳用フィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にダブル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１７９】
なお、基準セルとしては、色ガラスフィルタを測定するダブル型太陽電池セルのコンポーネントセルの分光感度に合わせて、以下のものに変更した以外、実施例１と同様のものを使用した。すなわち、色ガラスフィルタは、トップセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、Ｌ３９と、旭テクノ硝子製、Ｃ５０Ｓを、ボトムセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＨＡ５０と、旭テクノ硝子製、Ａ７３Ａをそれぞれ組み合わせて用いた。
【０１８０】
［実施例４］
実施例１において、測定対象の積層型光電変換素子として、光入射側からＡｌＧａＡｓによるｐｎ接合と、ＧａＡｓによるｐｎ接合とをこの順に積層した構造のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層型太陽電池セルを用いた。
【０１８１】
実施例３と同様に、測定対象のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層型太陽電池の分光感度に合わせて、重畳用フィルタを再設計して、再制作した以外は、実施例１と同様のソーラシミュレータを使用し、再制作した重畳用フィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１８２】
【発明の効果】
本発明によって、以下のような効果がある。
すなわち、少なくとも２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法に於いて、基準太陽光に疑似した光に、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、前記各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加することによって、波長間隔ごとの基準太陽光に対する合致度を１に近い値を基本としつつ、照射光のスペクトルを可変にすることができる。また、前記各重畳光の光強度を調整することによって、照射光のスペクトルを変化させることにより、前記基本としたスペクトルの合致度を大きく乖離させることなく、効率的に前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整することができる。この効果は、前記重畳光のスペクトルを上述の方法で、前記各コンポーネントセルの分光感度に合わせて設定した事による。また、前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整することによって、前記各コンポーネントセルが照射光の下で発生する光電流を、前記各コンポーネントセルが基準太陽光の下で発生する光電流に合わせることができる。このような照射光の状態で、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定することにより、開放電圧、短絡電流、曲線因子、最大出力の全てが正確な、電流電圧特性を得ることができる。
【０１８３】
また、単一の光源と、透過光が基準太陽光のスペクトルに疑似させるように透過率を調整したエアマスフィルタを有する擬似太陽光照射装置において、単一の光源により所定の方向に放射される光の少なくとも一部が、該エアマスフィルタを透過するように配置し、所定の方向に放射される光の光路の一部に重畳用フィルタを配置し、該重畳用フィルタを通過した光と、該重畳用フィルタを通過しなかった光を合成する積分光学系を有し、前記重畳用フィルタは、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度の極大波長に対し、±１５％以内の波長に、透過率の極大値あるいは極小値を持ち、かつ透過率の波長に対する変化の半値幅が前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下であることを特徴とする擬似太陽光照射装置によって、上述の測定方法をより効果的に実施することができる。また、単一の光源を用いていることによって、擬似太陽光照射装置がコンパクトになり、光量の制御、照度の場所むらの制御がし易くなる。また、測定する積層型光電変換素子の種類が異なっても、前記重畳用フィルタを積層型光電変換素子の種類に合わせて交換することによって、容易に対応することができ、擬似太陽光照射装置の汎用性が向上する。また、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、好ましい前記重畳用フィルタを容易に設計することができる。また、耐久性の高い重畳用フィルタを低コストで作成することができる。
【０１８４】
また、前記重畳用フィルタは、透過率の波長に対する変化の半値幅を１２０ｎｍ以上にすることによって、前記重畳光を合成した照射光のスペクトルの調整幅を増大させることができ、擬似太陽光照射装置の制御性がより向上する。また、前記重畳光の合成による合成後の照射光のスペクトル合致度の基準太陽光からの乖離を小さく抑えることができる。
【０１８５】
また、前記重畳用フィルタの波長に対する透過率の変化率が、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率を示す波長における変化率の絶対値で、０．２％／ｎｍ以上、２％／ｎｍ以下であることによって、前記重畳光の合成による合成後の照射光のスペクトル合致度の基準太陽光からの乖離をさらに小さく抑えることができる。また、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を効率的に取ることができ、擬似太陽光照射装置の制御性がより向上する。
【０１８６】
また、前記重畳用フィルタは、極小値を含む所望の波長領域に渡って透過率が下がっており、所望の波長領域以外で、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することによって、前記重畳用フィルタによる光エネルギーの損失が減少し、光源の光の利用効率が向上する。それによって、光源の使用電力を抑えることができ、擬似太陽光照射装置の大きさもよりコンパクトにすることができる。
【０１８７】
前記重畳用フィルタは、少なくともその一部が多層膜からなることによって、測定する積層型光電変換素子の種類に合わせて、透過率の極大値あるいは極小値、透過率の波長に対する変化の半値幅、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率の波長における変化率を容易に設計し、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の擬似太陽光照射装置の重畳用フィルタの一例と積層型光電変換素子のコンポーネントセルの分光感度の一例の関係を模式的に説明する説明図である。
【図２】本発明の擬似太陽光照射装置の重畳用フィルタの一例の作成手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法による測定手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の擬似太陽光照射装置の一例の基本構造を模式的に説明する説明図である。
【図５】本発明の測定方法に使用する基準セルの一例を説明する断面構成図である。
【図６】実施例１のトリプル型太陽電池セルの各コンポーネントセルの分光感度と、それに対応する重畳用フィルタの透過率を示すグラフである。
【図７】比較例１の従来の多層膜フィルタの透過率を示すグラフである。
【図８】実施例２のバンドオンフィルタの透過率を示すグラフである。
【図９】実施例３のダブル型太陽電池セルの各コンポーネントセルの分光感度と、それに対応する重畳用フィルタの透過率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１ ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑ（λ）のグラフ
１０２ ｎ番目の重畳用フィルタの透過率Ｔ（λ）のグラフ
４０１ 光源ランプ
４０２ 楕円ミラー
４０３ 一次平面ミラー
４０４ エアマスフィルタ
４０５ インテグレータ
４０６ シャッター
４０７ 二次平面ミラー
４０８ コリメータレンズ
４０９ 光照射面
４１０ 重畳用フィルタ
５０１ 単接合光電変換素子
５０２ 光電変換素子のケース
５０３ 光学フィルタのホルダー
５０４、５０５ 光学フィルタ
６０１ トップセルの分光感度グラフ
６０２ ミドルセルの分光感度グラフ
６０３ ボトムセルの分光感度グラフ
６０４ トップセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
６０５ ミドルセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
６０６ ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
７０１ ダイクロイックフィルタの透過率グラフ
７０２ バンドパスフィルタの透過率グラフ
７０３ コールドミラーの透過率グラフ
８０１ トップセル用のバンドオンフィルタの透過率グラフ
８０２ ミドルセル用のバンドオンフィルタの透過率グラフ
８０３ ボトムセル用のバンドオンフィルタの透過率グラフ
９０１ トップセルの分光感度グラフ
９０２ ボトムセルの分光感度グラフ
９０３ トップセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
９０４ ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池、光起電力素子、光センサーなどの光電変換素子、特に２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性を光照射下で測定する測定方法および測定装置に関する。なお、本発明では、積層型光電変換素子を直列あるいは並列に接続して作成した光電変換装置も、積層型光電変換素子に含める。また、本発明において、コンポーネントセルとは、積層型光電変換素子を構成する、積層された半導体接合の一つ一つを指す。
【０００２】
【従来の技術】
分光感度の異なる光電変換素子を複数積層した積層型の光電変換素子は、光入射側の光電変換素子で吸収しきれなかった長波長光を逆側の光電変換素子で吸収することによって、光電変換素子を高出力化または高感度化することができる。そのため、このような積層型光電変換素子は、盛んに開発されている。
【０００３】
ところで、積層型光電変換素子の出力特性を正確に測定することは、以下のような理由から非常に重要である。
【０００４】
例えば、最大出力が重要な積層型光電変換素子を製造して出荷する場合、検査において最大出力が定格値に満たないものは不良品とするが、正確な出力測定ができなければ、出荷する積層型光電変換素子の最大出力を保証することができない。また、出力測定の誤差が大きく測定装置の状態によって変化すると、同じ品質の積層型光電変換素子を製造していても、検査のしきい値が変化してしまうので、製造の歩留まりが不安定になってしまう。さらに、出荷品の品質を保証するため、出力測定の誤差分を検査のしきい値に上乗せすると、製造の歩留まりが低下してしまう。また、上記積層型光電変換素子を利用したシステムを構築する場合、積層型光電変換素子の出力を正確に予測できないと、システム全体の誤差が大きくなったり、システムの効率が低下したりする。
【０００５】
具体的には、例えば太陽電池の場合、積層型太陽電池の最大出力の保証、製造の歩留まり、積層型太陽電池を用いた発電システムの発電予測、システム効率などに大きな影響が出る。
【０００６】
しかしながら、積層型光電変換素子の出力特性を正確に測定することは、非常に困難であった。
【０００７】
前記の正確な出力測定が困難である理由の最たるものは、照射する光のスペクトルによって、積層型光電変換素子の出力特性が大きく変化するからである。
【０００８】
具体的には、例えば２つの半導体接合を積層し直列に接続したダブル型太陽電池（以下、ダブルセルと略記する。）の場合について説明する。光入射側の半導体接合をトップセル、逆側の半導体接合をボトムセルとした場合、それぞれのセルの短絡電流は、セルの分光感度が異なるため、照射する光のスペクトルによって変化する。その結果、ダブルセル全体の短絡電流と曲線因子と開放電圧が変化して、ダブルセルの出力特性が大きく変化してしまう。
【０００９】
これに対し、単一の半導体接合からなる単層型太陽電池（以下、シングルセルと略記する。）の場合、照射する光のスペクトルによって変化するのは、短絡電流であり、曲線因子と開放電圧にはほとんど影響を受けないので、短絡電流のスペクトルによる影響を補正すれば、ほぼ正確な出力特性を測定することができる。
【００１０】
以上のように、積層型光電変換素子の出力特性は、照射する光のスペクトルに対し敏感である。
【００１１】
一般に、光電変換素子の出力特性を正確に測定するためには、照射する光の強度とスペクトルと光電変換素子の温度等の試験条件を規定する必要がある。例えば、太陽電池の場合は、このような試験条件は、基準状態（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ、ＳＴＣと略記されることがある。）として、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に以下のように規定されている。
太陽電池の温度：２５℃
照射する光のスペクトル：基準太陽光
（基準太陽光のスペクトルは、ＪＩＳ Ｃ ８９１１に規定されている。）
照射する光の放射照度：１０００Ｗ／ｍ２
【００１２】
屋外において基準太陽光の得られる条件で光電変換素子の出力特性を測定する方法は、基準太陽光法と呼ばれ、積層型光電変換素子であっても正確な測定が可能である。しかしながら、以上の基準状態の内、基準太陽光のスペクトルを得ることは、屋外で太陽光を用いても、非常に困難である。基準太陽光の得られる気象条件は、非常に限られるからである。例えば、日本で基準太陽光の得られる気象条件は、年間数日しかないと言われている。したがって、基準太陽光法は、正確な測定が可能であるもののその実施は非常に困難であり、測定頻度が極端に少ないことから実用性に問題がある。
【００１３】
一方、屋内で擬似太陽光照射装置を用いる場合には、擬似太陽光照射装置のスペクトルの、基準太陽光のスペクトルとの違いが大きいため、エアマスフィルタ等で擬似太陽光照射装置のスペクトルを調整しても、基準太陽光のスペクトルを得るのは、事実上不可能である。
【００１４】
ところで、シングルセルの場合は、擬似太陽光照射装置（ソーラシミュレータ）を、スペクトルと放射照度の場所むら、時間変動率によって、基準太陽光に近い状態から順にＡ、Ｂ、Ｃに等級分けしており（ＪＩＳ Ｃ ８９１２、ＪＩＳＣ ８９３３に記載されている。）、等級ＡまたはＢのソーラシミュレータ用い、被測定太陽電池と分光感度の近い二次基準太陽電池を用いて、ソーラシミュレータの放射照度を設定することによって、スペクトルのずれによる誤差を補正している。（ＪＩＳ Ｃ ８９１３、ＪＩＳ Ｃ ８９３４に記載されている。）この方法は、シングルセルの場合、スペクトルの影響がほぼ短絡電流のみであるから可能である。
【００１５】
しかしながら、積層型太陽電池の場合は、スペクトルの影響が短絡電流のみならず曲線因子と開放電圧にも及ぶので、上述の方法では、出力特性を正確に測定することができない。そのため、上述のＪＩＳ規格の適用範囲から、積層型太陽電池は除外されている。
【００１６】
そこで、積層型太陽電池を正確に測定する方法として、以下のような技術が開示されている。
【００１７】
それは、積層型太陽電池を測定するときのソーラシミュレータによる照射光スペクトルを調整可能にし、照射光スペクトルを調整することによって、ソーラシミュレータによる照射光の下で、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルが発生する各短絡電流値を、基準太陽光の下で発生するであろう各コンポーネントセルの各短絡電流値に一致させることによって、積層型太陽電池が基準太陽光の下で発生すると推定される短絡電流と曲線因子の値を得て、出力特性を正確に測定する技術である（非特許文献１）。この測定技術を以下、マルチソース法と呼ぶ。
【００１８】
すなわち、積層型太陽電池を構成する各コンポーネントセルが、積層型太陽電池の内部で、基準太陽光の下で発生する短絡電流をＩｎ，ｒｅｆ（ｎは各コンポーネントセルの番号）とし、ソーラシミュレータによる照射光の下で発生する短絡電流をＩｎ，ｔｅｓｔとすれば、各コンポーネントセルに対し、
Ｉｎ，ｔｅｓｔ＝Ｉｎ，ｒｅｆ …＃１
となるようにソーラシミュレータのスペクトルを調整することによって、積層型太陽電池の短絡電流と曲線因子が基準太陽光の下での値に一致すると推定されるものである。
【００１９】
前述の測定技術において前提となっているのは、スペクトルを調整できるソーラシミュレータを用いていることである。各コンポーネントセルの短絡電流を調整するため、前述の非特許文献１においては、Ｘｅランプ１つと、ハロゲンランプ２つを用い、３つの光源の光をフィルタによって３つの波長帯域に分けた後、合成している。そして３つの光源の放射照度をそれぞれ調整することで、３つの波長帯域の光強度を制御して合成された光のスペクトルを調整している。このように複数の光源の光を合成して用いる擬似太陽光照射装置を多灯式擬似太陽光照射装置と呼ぶことにする。
【００２０】
前述の多灯式擬似太陽光照射装置によれば、複数の光源の発生する光の内、それぞれ一部の波長領域の光のみを選択して用いているため、非選択波長領域の光は捨てることになり、通常のソーラシミュレータに比べて、光源のエネルギーロスが大きく、使用電力量が大幅に増大する。
【００２１】
また、複数の光源を配置する構造と、ダイクロイックミラー等の波長選択および光合成用の光学部品を必要とすることから、擬似太陽光照射装置が、複雑化、大型化、高額化する。
【００２２】
また、光源によって、照射面の照度の場所むらが異なる問題がある。また、光源ごとに照射光の光量をフィードバックして制御する必要があるので、装置の制御が複雑で困難になる。
【００２３】
このような問題点は、積層型光電変換素子を構成するコンポーネントセルの個数が増えるほど、加速的に増大する。
【００２４】
また、測定する積層型光電変換素子の種類が異なり、コンポーネントセルの数が増えると、光源の数も増やす必要があり、事実上、擬似太陽光照射装置を最初から設計し直す必要がある。また、コンポーネントセルの個数が同じであっても、異なる種類の積層型光電変換素子を測定する場合は、分光感度が大幅に異なるので、前記光の波長を選択および合成する光学部品を全て設計し直す必要がある。このように、多灯式擬似太陽光照射装置は、測定する積層型光電変換素子の種類に応じた汎用性に欠けるという問題点がある。
【００２５】
このような多灯式擬似太陽光照射装置に対し、特許文献１に、単一の光源から放射される光の光路の一部に、所定波長の光を透過するフィルタを配し、該フィルタを透過した光と該フィルタを透過しなかった光を合成する擬似太陽光照射装置の技術が開示されている。この技術によれば、所定波長の光を透過するフィルタに遮蔽板を設けて、遮蔽板の開度を調整することによって、あるいは、該フィルタを光路に挿入する挿入量を調整することによって、所定波長の光強度を調整することができる。それによって、合成された照射光のスペクトルを調整することができる。このような擬似太陽光照射装置をフィルタ重畳光式擬似太陽光照射装置と呼ぶことにする。
【００２６】
フィルタ重畳光式擬似太陽光照射装置によれば、光源は単一なので、多灯式擬似太陽光照射装置の問題点の内、光源ごとの光量制御が困難である問題と、照度の場所むらの制御が困難である問題と、複数の光源を用いることによる装置の大型化の問題は解決される。
【００２７】
【特許文献１】
特許第２８９２１３２号公報
【非特許文献１】
Ｔ．Ｇｌａｔｆｅｌｔｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｂｕｒｄｉｃｋ， １９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，（１９８７）ｐ１１８７−１１９３
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、擬似太陽光照射装置の技術であり、この擬似太陽光照射装置を用いて、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定する測定方法の技術は開示されていない。すなわち、スペクトル可変な擬似太陽光照射装置の一つの技術が開示されているに過ぎない。
【００２９】
また、前記所定波長の光を透過するフィルタとして、どのような透過率スペクトルを持つものが好適であるかは、全く記載されておらず不明であった。
【００３０】
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、積層型光電変換素子の電流電圧特性を正確に測定できる方法および装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、検討の結果、以下の構成による積層型光電変換素子の測定方法および測定装置によって、前述の目的を達成できた。
【００３２】
すなわち、少なくとも２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法に於いて、基準太陽光に疑似した光に、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、前記各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加し、前記各重畳光の光強度を調整することによって、前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整した後、電流電圧特性を測定することを特徴とする積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法である。
【００３３】
ここで、例えば、前記各重畳光の輝線を除いた光強度変化の半値幅が、１２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３４】
ここで、例えば、前記各重畳光は、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、輝線を除いて±１５％以内の波長に光強度の極小値を持つことが好ましい。
【００３５】
上記目的を達成するための本発明に係る積層型光電変換素子の測定装置は、以下の構成を有する。
【００３６】
すなわち、単一の光源と、透過光が基準太陽光のスペクトルに疑似させるように透過率を調整したエアマスフィルタを有する擬似太陽光照射装置において、単一の光源により所定の方向に放射される光が、該エアマスフィルタを透過するように配置し、所定の方向に放射される光の光路の一部に重畳用フィルタを配置し、該重畳用フィルタを通過した光と、該重畳用フィルタを通過しなかった光を合成する積分光学系を有し、前記重畳用フィルタは、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度の極大波長に対し、±１５％以内の波長に透過率の極大値あるいは極小値を持ち、かつ透過率の波長に対する変化の半値幅が前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下であることを特徴とする擬似太陽光照射装置である。
【００３７】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタは、透過率の波長に対する変化の半値幅が１２０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３８】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタの波長に対する透過率の変化率が、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率を示す波長における変化率の絶対値で、０．２％／ｎｍ以上、２％／ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタは、極小値を含む所望の波長領域に渡って透過率が下がっており、所望の波長領域以外で、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することが好ましい。
【００４０】
ここで、例えば、前記重畳用フィルタは、少なくともその一部が多層膜からなることが好ましい。
【００４１】
【発明の実施の形態（実施態様例）】
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４２】
図１は、本発明の測定装置の一例である擬似太陽光照射装置のｎ番目の重畳用フィルタの一例と積層型光電変換素子のｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の一例の関係を模式的に説明する説明図である。図１において、１０１は、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑ（λ）のグラフ、１０２は、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率Ｔ（λ）のグラフである。
【００４３】
また、図１における各記号は、それぞれ、以下の意味を示す。
Ｑｍａｘ，ｎ：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値
Ｔｍｉｎ，ｎ：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の極小値
λ（Ｑｍａｘ，ｎ）：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値の波長 （ｎｍ）
λ（Ｔｍｉｎ，ｎ）：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の極小値の波長（ｎｍ）
Δλ（Ｑｎ）：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の波長変化の半値幅（ｎｍ）
Δλ（Ｔｎ）：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の波長変化の半値幅（ｎｍ）
Ｔｓｌｏｐｅ，ｎ：ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の、波長変化の半値の波 長における変化率
【００４４】
以下、図１の例を用いて、本発明の擬似太陽光照射装置の一例および積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法の一例について述べる。
【００４５】
まず、本発明の擬似太陽光照射装置の重畳用フィルタの一例の作成手順を図２のフローチャートに示したので、該フローチャートに沿って説明する。
【００４６】
まず、図２のステップＳ０１０において、予め、測定する積層型光電変換素子の代表的特性を持つサンプルを準備しておく。ここで、積層型光電変換素子のサイズが大きすぎて分光感度が測定できない場合は、同じ条件で作成した、小面積のサンプルを用いても良い。
【００４７】
次に、ステップＳ１１０において、前記代表サンプルのｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑｎ（λ）を測定する。このとき、分光感度の測定は、以下のような、公知の分光感度測定方法によって行われる。すなわち、ｎ番目のコンポーネントセルが、積層型光電変換素子全体の電流を律速するように、ｎ番目のコンポーネントセルの感度波長領域の光強度のみが著しく不足したバイアス光をサンプルに照射した状態で、単色光をチョッピングしながらサンプルに照射し、単色光の波長を掃引しながら、サンプルの出力電流の変化を検出することによって、測定される。
【００４８】
次に、ステップＳ１２０において、前記分光感度の測定データから、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値の波長（λ（Ｑｍａｘ，ｎ））と波長に対する変化の半値幅（Δλ（Ｑｎ））のデータを取得する。
【００４９】
次に、ステップＳ１３０において、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率の極小値の波長（λ（Ｔｍｉｎ，ｎ））と透過率の波長に対する変化の半値幅（Δλ（Ｔｎ））を前記λ（Ｑｍａｘ，ｎ）とΔλ（Ｑｎ）に基づいて設計する。
【００５０】
次に、ステップＳ１４０において、前記設計に基づいて、ｎ番目の重畳用フィルタの材料と製法を選択し、透過率Ｔ（λ）の値をシミュレーション計算で求める。
【００５１】
次に、ステップＳ１５０において、設計した重畳用フィルタの透過率が、以下の式＃２〜式＃４を満たすかどうかを、ステップＳ１４０で計算したシミュレーション結果に基づいてチェックする。
その結果、前記式＃２〜式＃４を満たす場合は、次のステップＳ１６０に進み、満たさない場合は、ステップＳ１３０に戻って、設計をやり直す。
【００５３】
次に、ステップＳ１６０において、ｎ番目の重畳用フィルタを前記設計に基づいて製作し、製作した重畳用フィルタの透過率を測定する。
【００５４】
次に、ステップＳ１７０において、製作した重畳用フィルタの透過率が、前記式＃２〜式＃４を満たすかどうかをチェックする。このステップは、重畳用フィルタの製作が、前記ステップの設計通りにできたかどうかをチェックするためのものである。その結果、前記式＃２〜式＃４を満たす場合は、ｎ番目の重畳用フィルタの製作が終了し、満たさない場合は、ステップＳ１６０に戻って、製作をやり直す。
【００５５】
以上の工程によって、本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な部品である重畳用フィルタを製作することができる。
【００５６】
次に、本発明の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法による測定手順の一例を、図３のフローチャートに示したので、該フローチャートに沿って説明する。
【００５７】
まず、図３のステップＳ２００において、予め、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、各コンポーネントセルに応じた重畳光を調整して、照射光のスペクトルを調整できる擬似太陽光照射装置を準備しておく。例えば、図２のフローチャートに従って作成した重畳用フィルタを備え、該重畳用フィルタを透過する光強度を調整することのできる擬似太陽光照射装置が好適に用いられる。
【００５８】
次に、ステップＳ２１０において、重畳光を重畳させない状態で、後述する基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整する。このステップは、擬似太陽光照射装置による照射光の照度を、まず大まかに調整するためのものである。
【００５９】
次に、ステップＳ２２０において、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルについて、前述の式＃１を満たすかどうかチェックする。式＃１を満たす場合は、ステップＳ２６０に進み、満たさない場合は、ステップＳ２３０に進む。ここで、ｎ番目のコンポーネントセルが、照射光の下で発生する短絡電流Ｉｎ，ｔｅｓｔは、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する基準セルによって測定する。基準セルについては、後に詳述する。式＃１を満たすことは、全てのコンポーネントセルについて、照射光の下で発生する短絡電流が、基準太陽光の下で発生する短絡電流に等しいことを意味する。この時点では、照射光に重畳光が合成されていないので、前述の式＃１を満たすことは、照射光のスペクトルのバランスが非常に良いことを意味し、希である。なお、式＃１において、Ｉｎ，ｔｅｓｔは、Ｉｎ，ｒｅｆに対し、Ｉｎ，ｔｅｓｔの測定値の不確かさの範囲内で一致すれば、一致すると見なして良い。
【００６０】
次に、ステップＳ２３０において、各コンポーネントセルについて、次の式＃５を満たすかどうかチェックする。
Ｉｎ，ｔｅｓｔ＜Ｉｎ，ｒｅｆ …＃５
【００６１】
ここで、式＃５を満たす場合は、ステップＳ２４０に進み、式＃５を満たさない場合は、ステップＳ２５０に進む。
【００６２】
ステップＳ２４０に進む場合、照射光のスペクトルで、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度がある波長領域の光が不足していることを示す。そこで、Ｉｎ，ｔｅｓｔが増大するように、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する重畳光の光強度を増大させる。
【００６３】
ステップＳ２５０に進む場合、照射光のスペクトルで、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度がある波長領域の光が過剰であることを示す。そこで、Ｉｎ，ｔｅｓｔが減少するように、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する重畳光の光強度を減少させる。
【００６４】
次に、ステップＳ２４０に進んだ場合も、ステップＳ２５０に進んだ場合も、ステップＳ２２０に戻り、各コンポーネントセルについて、前述の式＃１を満たすかどうかチェックする。
【００６５】
そして、以上のステップＳ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、またはＳ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２５０のループを、ステップＳ２２０が満たされるまで続ける。これは、すなわち、ｎ個のコンポーネントセル全てについて、照射光の下で発生する短絡電流が、基準太陽光の下で発生する短絡電流に等しくなるように、重畳光の強度調整によって照射光のスペクトルを調整することを意味する。
【００６６】
以上のステップが終了し、各コンポーネントセルについて、前述の式＃１を満たすことが確認された後、次のステップＳ２６０に進む。
【００６７】
次に、ステップＳ２６０において、再度、基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整する。このステップは、照度の微調を意味する。擬似太陽光照射装置による有効照射エリア内の、照射光スペクトルの場所むらが大きくない限り、前述のスペクトル調整のステップは、小面積の基準セルを照射光スペクトルの平均的な位置に置いて行われる。したがって、擬似太陽光照射装置による有効照射エリア内の照度の場所むらが無く全く均一であれば、前記基準セルを置いた位置の照度は、１０００Ｗ／ｍ２に調整済みであるので、有効照射エリア全体の照度も調整済みということになる。しかし実際は、照度の場所むらが存在するので、有効照射エリア内の、測定する積層型光電変換素子の占める面積（使用面積）全体で、平均１０００Ｗ／ｍ２になるように調整する必要があり、このステップは、その調整のためである。
【００６８】
前記使用面積全体の照度を調整するには、例えば以下の２つの方法がある。一つには、基準デバイスとして、測定する積層型光電変換素子と同じ大きさで、特性が安定で平均的な積層型光電変換素子を選択し、公知の基準デバイスの校正方法にしたがって、基準太陽光の下での短絡電流を測定したものを用い、該短絡電流を再現するように照射光の照度を調整する方法がある。もう一つには、基準デバイスとして、小面積の基準セルを用い、測定エリア内の何点かの場所の照度を測定して、平均照度が、１０００Ｗ／ｍ２になるように照射光の照度を調整する方法である。
【００６９】
以上のＳ２６０までのステップで、擬似太陽光照射装置からの照射光のスペクトルが、各コンポーネントセルについて、前記式＃１を満たし、かつ測定エリアの平均照度が、１０００Ｗ／ｍ２になるように調整された。
【００７０】
次に、ステップＳ２７０において、基準デバイスを取り除いて、照射光下の同じ位置に、測定する積層型光電変換素子をセットした後、電圧印加手段によって、積層型光電変換素子にかける電圧を掃引し、積層型光電変換素子の電流電圧特性を取得する。このとき、積層型光電変換素子の電流と電圧の測定は、公知の４端子法の接続方法によって、プローブまたはリード線を素子の電極に接続して行われる。また、電圧印加、電圧の掃引、電流電圧特性の取得は、後述する公知の方法によって行われる。
【００７１】
次に、ステップＳ２８０において、測定した電流電圧特性の全データ、または、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｐｍａｘ等の出力特性値を記憶手段に記憶させて、本発明の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法による測定手順が終了する。
【００７２】
以下、本発明の構成の詳細について述べる。
【００７３】
（擬似太陽光照射装置）
本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な特徴は、前記重畳用フィルタにある。したがって、重畳用フィルタ以外の擬似太陽光照射装置の基本構造は、例えば図４のような、公知のものが好適に用いられる。
【００７４】
図４において、４０１は光源ランプ、４０２は楕円ミラー、４０３は一次平面ミラー、４０４はエアマスフィルタ、４０５はインテグレータ、４０６はシャッター、４０７は二次平面ミラー、４０８はコリメータレンズ、４０９は光照射面である。本発明の擬似太陽光照射装置においては、以上の基本構造に加えて、重畳用フィルタ４１０が、楕円ミラー４０２とインテグレータ４０５の間の光路の一部に配置されている。重畳用フィルタを透過する光は、重畳用フィルタを通過しない光路の光と、インテグレータによって合成されて、ほぼ均一な照射光として、照射面に照射される。
【００７５】
重畳用フィルタを透過する光の強度は、重畳用フィルタを移動可能にして前記光路への重畳用フィルタの挿入量を調節するか、重畳用フィルタに遮蔽板を設け、遮蔽板の開度を調節することによって、調節される。光源の光束を効率的に利用し、擬似太陽光照射装置の使用電力量を低減させるためには、前者の挿入量を調節することが、より好ましい。
【００７６】
本発明の擬似太陽光照射装置の光源ランプは、キセノンランプ、メタルハライドランプ等が好適に用いられる。点灯方法は、連続点灯（定常光）でもパルス点灯（パルス光）でも良い。
【００７７】
本発明の擬似太陽光照射装置において、エアマスフィルタは、重畳用フィルタと同様に重要である。エアマスフィルタは、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の光源ランプの持つスペクトルを、基準太陽光に近づけるために用いられるフィルタで、公知の、多層膜フィルタが好適に用いられる。例えば、光源が、キセノンランプの場合、９００ｎｍ近傍の幾つかの輝線による光を減衰させるため、９００ｎｍ付近の透過率を下げる設計になっている。また、４００ｎｍ付近の透過率も少し下げる設計になっている。
【００７８】
しかしながら、キセノンランプの出力、ミラー等の光学部品の特性等によって、基準太陽光に近い照射光のスペクトルを得るための、エアマスフィルタの最適透過率は、微妙に調整が必要になる。さらに、エアマスフィルタは、多数の層数を有する多層膜干渉フィルタで構成されることが多く、そのような多層膜フィルタは、設計した透過率と実際に製作したフィルタの透過率にずれが出やすい。これは、例えば、多層の薄膜１層１層の膜厚の設計値からのずれが、出来上がりの透過率に大きく影響することによる。
【００７９】
このように、エアマスフィルタによって、擬似太陽光照射装置の照射光スペクトルを基準太陽光に近づけることは、容易とは言えない。しかしながら、ＪＩＳＣ ８９１２に定義された、照射光スペクトルの合致度が、等級Ａに入るような透過率を持つ、エアマスフィルタが望ましい。
【００８０】
しかしながら、本発明の擬似太陽光照射装置では、照射光スペクトルの合致度が、等級Ａに入ることを目的としている訳ではなく、照射光の下で積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの発生する短絡電流値が、基準太陽光の下で発生する短絡電流値に等しくなるように調整することが目的である。
【００８１】
本発明の擬似太陽光照射装置において、エアマスフィルタを通した照射光は、後述する重畳用フィルタによって調整される照射光のベースとなるものである。したがって、そのベースとなる照射光が、基準太陽光からの乖離が大きければ、重畳用フィルタを通った重畳光を合成しても、合成された照射光のスペクトルが望ましい状態に調整しきれない虞がある。したがって、やはりエアマスフィルタを通した照射光は、前記合致度が、等級Ａに入っていることが望ましいが、これは必須事項ではない。
【００８２】
基準太陽光からのずれは、当然小さい方が望ましいが、ＪＩＳ Ｃ ８９１２に定義された１００ｎｍ区切りの照射光エネルギーの基準太陽光エネルギーからのずれの標準偏差が同じであれば、積層型光電変換素子が感度を有する波長領域の、短波領域から長波領域にかけて、前記ずれ量が、単調増加あるいは単調減少したりせず、基準太陽光を中心としたランダムなばらつきを示している方が、望ましい。これは、前記ずれが、単調増加あるいは単調減少していると、ずれの標準偏差は同じで、合致度も等級Ａに入っていても、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの内、最も短波に感度を有するものと、最も長波に感度を有するものの間で、基準太陽光の下での短絡電流値からのずれが、逆方向に乖離し、後述する重畳用フィルタを通した重畳光による調整範囲を越えてしまう虞があるためである。このことを言い換えれば、エアマスフィルタを通した照射光は、波長１００ｎｍ区切りの合致度にこだわらず、積層型光電変換素子が感度を有する短波領域から長波領域にかけて、広い範囲に渡って、基準太陽光に対するずれのバランスがとれていることが望ましい。そして、基準太陽光に対するずれが少ないことがより好ましい。
【００８３】
（重畳用フィルタ）
本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な部品である重畳用フィルタは、前述の図２のフローチャートに示した作成手順にしたがって、設計製作される。この時、重畳用フィルタの透過率は、少なくとも、式＃２および式＃３を満たすことが望ましい。
【００８４】
すなわち、ｎ番目のコンポーネントセルに対応した、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率が、式＃２を満たすことにより、重畳光の吸収波長が、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大感度波長と近くなり、重畳光の光強度の変化に対するコンポーネントセルの短絡電流の変化の感度が向上する。
【００８５】
また、重畳用フィルタは、前述の図１のごとく、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度の最大値の波長λ（Ｑｍａｘ，ｎ）の付近で透過率が減少するような透過率スペクトル（このような透過率パターンをバンドオフと呼ぶことにする。）を有していても良いし、逆に図８のごとく、λ（Ｑｍａｘ，ｎ）の付近で透過率が増大するような透過率スペクトル（このような透過率パターンを持つフィルタをバンドオンフィルタと呼ぶことにする。）を有していても良い。
【００８６】
後者のバンドオンの場合、ｎ番目の重畳用フィルタの透過率が極大となる波長をλ（Ｔｍａｘ，ｎ）とすれば、式＃２の代わりに次の式＃６を満たすことが望ましい。
ただし、ここで、図７のような、いわゆるバンドパスフィルタは、本発明の重畳用フィルタとして適切ではない。これは、以下の理由による。
【００８８】
すなわち、バンドパスフィルタの場合、透過帯以外の波長では、透過率がほとんど０％に近いため、バンドパスフィルタを透過する光エネルギーのほとんどをカットしてしまうことになり、結果として合成後の照射光の照度を下げてしまうからである。この照度の損失を補うには、光源ランプの出力を増大させる必要があり、擬似太陽光照射装置の大型化と電力の過剰な消費につながる。
【００８９】
また、バンドパスフィルタは、一般に数十層という非常に多くの層数の薄膜を積層した、多層膜フィルタによって実現されるので、製造に多大な手間がかかり、非常に高価である。
【００９０】
また、数十層という非常に多くの層数の薄膜の膜厚を、それぞれ微妙に制御することが必要になるので、製造の再現性も悪い。
【００９１】
また、一般に層数が増えることで、薄膜の内部応力が増大し、耐熱性や耐久性が低下して剥がれを生じる危険も増大する。
【００９２】
以上の理由から、いわゆるバンドパスフィルタは、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、作り直すには、非常に高価で、かつ製造にも困難を伴う。
【００９３】
したがって、バンドオンの重畳用フィルタの場合、積層型光電変換素子の分光感度がある波長領域での透過率の最小値をＴｍｉｎとすれば、フィルタの基板の透過率が低下することの多い、波長３５０ｎｍ以下の短波長領域を除いて、以下の式＃７を満たすことが、望ましい。
Ｔｍｉｎ≧３０％ …＃７
【００９４】
これは、バンドオンの重畳用フィルタのＴｍｉｎの値が、３０％未満になると、前記いわゆるバンドパスフィルタの弊害が出始めることによる。
【００９５】
さらに、積層型光電変換素子の分光感度がある波長領域での、重畳用フィルタの透過率の最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎ、最大値と最小値の差をΔＴｍａｘ−ｍｉｎとすれば、バンドオフであっても、バンドオンであっても、重畳用フィルタが、以下の式＃８を満たすことが、より好ましい。
ΔＴｍａｘ−ｍｉｎ≧３０％ …＃８
【００９６】
これは、ΔＴｍａｘ−ｍｉｎの値が３０％未満になると、重畳光による照射光のスペクトル変化の変動幅が小さくなり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅が小さくなってしまうためである。すなわち、式＃８を満たすことにより、重畳光による照射光のスペクトル変化の変動幅が十分になり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を十分取ることができる。
【００９７】
また、重畳用フィルタが、式＃３を満たすことが、望ましい。それにより、以下の効果がある。すなわち、ｎ番目の重畳用フィルタを調整することによって、対応するｎ番目のコンポーネントセルの短絡電流が変化するのみならず、ｎ番目のコンポーネントセルと分光感度が重なる波長部分のある他のコンポーネントセルの短絡電流も変化することがあるが、式＃３を満たすことによって、他のコンポーネントセルの短絡電流の変化量が減少し、各コンポーネントセルの短絡電流の調整の独立性を向上させることができる。その結果、本発明の擬似太陽光照射装置の制御性が向上する。
【００９８】
さらに、重畳用フィルタは、次の式＃９を満たすことが、より好ましい。
１２０ｎｍ≦Δλ（Ｔｎ）≦Δλ（Ｑｎ） …＃９
【００９９】
式＃９は、式＃３に下限値を追加した式である。本発明者の検討の結果、透過率の波長に対する変化の半値幅（Δλ（Ｔｎ））が、１２０ｎｍ未満になると、重畳光による照射光のスペクトル変化の変動幅が小さくなり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅が小さくなってしまうためである。また、Δλ（Ｔｎ）の小さい重畳光は、照射光のスペクトルの形を歪めてしまい、ＪＩＳ Ｃ ８９１２に定義されたスペクトル合致度を悪化する虞がある。すなわち、式＃９を満たすΔλ（Ｔｎ）を持つ重畳用フィルタによって、照射光のスペクトルの形を大きく歪める事なく、スペクトル合致度を維持しつつ、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を効率的に取ることができる。
【０１００】
さらに、重畳用フィルタは、式＃４を満たすことが、望ましい。Ｔｓｌｏｐｅ，ｎが、０．２％／ｎｍ未満になると、重畳用フィルタの透過率の変化が小さくなり過ぎるので、照射光のスペクトル変化の変動幅が小さくなり、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅が小さくなってしまうためである。また、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎが、２％／ｎｍを超えると、重畳光によって、照射光のスペクトルの形を歪めてしまう虞があり、前述のバンドパスフィルタで述べたような、高価で、製造の再現性が悪く、耐久性が低下するといった弊害が出始める。すなわち、重畳用フィルタが、式＃４を満たすことにより、照射光のスペクトルの形を大きく歪める事なく、スペクトル合致度を維持しつつ、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を効率的に取ることができる。
【０１０１】
さらに、重畳用フィルタは、前述のバンドオンのタイプより、バンドオフのタイプの方が、より好ましい。さらに、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することが、より好ましい。それによって、重畳用フィルタを透過する重畳光の光エネルギーの損失が減少し、光源の光の利用効率が向上する。それによって、光源の使用電力を抑えることができ、擬似太陽光照射装置の大きさもよりコンパクトにすることができる。
【０１０２】
また、重畳用フィルタは、透過率の設計の自由度と波長選択性から、薄膜を積層した多層膜フィルタを用いることが好ましい。ただし、バンドパスフィルタ、あるいはダイクロイックフィルタ、あるいはエアマスフィルタのように数十層もの多層膜である必要はなく、選択する材料によるが、せいぜい１０層程度までの層数で設計できることが多い。層数が少ない方が、低コストで、製造の制御性、再現性も向上し、フィルタとしての耐久性も向上する。また、積層型光電変換素子の種類が異なる場合の設計もし易い。多層膜は、基板上に異なる種類の材料を蒸着あるいはスパッタリングして積層することが多い。
【０１０３】
また、重畳用フィルタの多層膜の材料としては、ＭｇＦ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉｘＯｙ、ＣｅＦ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＴｈＯ２、ＣｅＯ２、Ｐｒ６Ｏ１１、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、ＴｉｘＯｙ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｎＳ等の材料が好適に用いられる。
【０１０４】
また、重畳用フィルタの多層膜の材料の組合せと薄膜の膜厚あるいは層数の設計は、前記λ（Ｔｍｉｎ，ｎ）、Δλ（Ｔｎ）、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎの要求パラメータに応じて、有効フレネル係数を用いる方法、光学インピーダンスを用いたマトリクス法、フレネル係数を用いたマトリクス法等の、公知の光学多層膜の光学計算方法によって行えば良い。前記計算方法にしたがって、透過率のシミュレーションを、計算機を用いて行えば良い。多層膜材料の組合せと設計には、屈折率ｎ、吸収係数、膜厚ｄが重要な設計パラメータとなる。また、多層膜の耐久性のために、材料に応じた薄膜の内部応力を考慮して、応力を打ち消し合うような材料の組合せも考慮すべきである。
【０１０５】
また、多層膜を蒸着するガラス基板は、平面性、透過率、耐熱性、耐久性を考慮して選定される。例えば、白板ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、石英硝子等が好適に用いられる。また、透過率と波長の設計によっては、色ガラスフィルタを基板として用いても良い。
【０１０６】
なお、重畳用フィルタの代わりに、選択した波長を反射するミラーを用いることもできるが、擬似太陽光照射装置の光路の設計が複雑になることと、ミラーの耐久性が懸念されることから、フィルタの方が望ましい。
【０１０７】
（積層型光電変換素子）
本発明の測定方法によって測定される積層型光電変換素子の種類としては、太陽電池、フォトダイオード等の光起電力素子、光センサー、電子写真感光体等が挙げられる。
【０１０８】
光電変換の機能を有するのは、半導体接合であり、半導体接合の種類としては、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ型接合などが挙げられる。積層型光電変換素子は、これらの半導体接合を複数積層したものであり、積層した各半導体接合をコンポーネントセルと呼ぶ。
【０１０９】
半導体材料としては、結晶質、多結晶質、微結晶質、非晶質のものが挙げられ、物質としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｃ、Ｇｅ等のＩＶ族あるいはＩＶ族化合物、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物、ＺｎＳｅ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｃｕ２Ｓ等のＩＩ−ＶＩ族化合物、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２等のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ２族化合物、有機半導体等、あるいは上述の化合物の混合物が挙げられる。
【０１１０】
また、積層型光電変換素子を直列あるいは並列に接続したり、耐環境性容器に封入したりして作成された、積層型光電変換装置も積層型光電変換素子と同様に、本発明の測定方法によって測定できる。
【０１１１】
また、本発明の測定方法を実施するため、あるいは、本発明の擬似太陽光照射装置を作成するために、測定する積層型光電変換素子は、その代表的な特性の素子の分光感度を、予め測定されていることが、必要である。
【０１１２】
積層型光電変換素子の分光感度の測定は、前述の図２のフローチャートのステップＳ１１０で説明した方法で行われる。
【０１１３】
また、積層型光電変換素子は、電流電圧特性の温度係数が分かっていることが望ましい。具体的には、開放電圧、短絡電流、曲線因子それぞれの温度係数が分かっていることが望ましい。積層型光電変換素子自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の積層型光電変換素子の温度係数の代表値を用いても良い。また、積層型光電変換素子を測定する場合に、積層型光電変換素子は、２５±２℃になるように温度調整することが望ましい。温度調整することが困難である場合には、前述の温度係数によって温度補正を行い、２５℃における特性を求めることが必要である。
【０１１４】
（基準デバイス）
（１）基準デバイスは、基本的に前記積層型光電変換素子と同じ構成の素子を用いることが望ましいが、異なる材料によって構成されていても良い。ただし、異なる材料を用いた場合は、基準デバイスの分光感度が、積層型光電変換素子と同等の分光感度を有するようにフィルタ等で、分光感度を調整することが望ましい。それによって、基準デバイスを用いて照射光の放射照度を測定するときに、照射光のスペクトルと積層型光電変換素子の分光感度に起因する誤差が少なくなり、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定結果が正確になる。
【０１１５】
（２）基準デバイスは、経時的に特性が安定であるように処理されていることが望ましい。基準デバイスを、光、熱、湿度等に対して、安定化させることにより、基準デバイスの後述する基準状態における校正値の信頼性が高まり、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定が正確になる。また、基準状態における校正値を再測定する時間間隔を広くとることができる。ここで、基準状態とは、前述の、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に規定された、試験条件を指す。
【０１１６】
（３）基準デバイスは、前記基準状態における短絡電流が、予め測定されていることが望ましい。基準状態における短絡電流の測定方法は、例えば、ＪＩＳ Ｃ８９１０：一次基準太陽電池セル、あるいは、ＪＩＳ Ｃ ８９１１：二次基準結晶系太陽電池セル、あるいは、ＩＥＣ ６０９０４−２：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ Ｐａｒｔ２ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ、あるいは、ＩＥＣ ６０９０４−６：Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ Ｐａｒｔ６ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｏｌａｒ ｍｏｄｕｌｅｓ等の規格に記載された公知の方法を取れば良い。定められた規格にしたがって、公的な機関で測定された値は、校正値と呼ばれる。ただし、基準デバイスが、積層型光電変換素子である場合は、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法を記述した規格が、国内でも海外でも未制定であるため、校正値と呼ぶことができず、単に測定値となる。基準デバイスの基準状態における短絡電流は、公的機関で校正値として値付けされていることが望ましい。なお、基準デバイスを複数用い、これらを常用一次基準デバイス、常用二次基準デバイスとすれば、常用一次基準デバイスは、公的機関で校正し、常用二次基準デバイスは、事業者自ら、常用一次基準デバイスから、値を移し替えて使用しても良い。
【０１１７】
（４）基準デバイスは、短絡電流の温度係数が分かっているものを使用することが望ましい。基準デバイス自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同じ構成の積層型光電変換素子の温度係数の値を用いても良い。また、基準デバイスを用いて、積層型光電変換素子を測定する場合に、基準デバイスは、２５±２℃になるように温度調整することが望ましい。温度調整することが困難である場合には、前述の温度係数を用い、規格に述べられた公知の温度補正方法によって温度補正を行って、２５℃における短絡電流を求めることが必要である。
【０１１８】
（５）基準デバイスと積層型光電変換素子の分光感度の関係が、式＃１０で計算されるミスマッチ係数Ｍｎが０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
Ｅｔ（λ）：照射光のスペクトル強度
Ｑｒ（λ）：基準デバイスの分光感度
Ｑｓ（λ）：積層型光電変換素子の分光感度
【０１１９】
（６）人工光源を用いる場合のように、照射光の放射照度に場所むらが有る場合は、基準デバイスの発電部面積は、積層型光電変換素子の発電部面積と、好ましくは、±１５％以下、より好ましくは、±１０％以下、最適には±５％以下の範囲で近似していることが望ましい。基準デバイスと積層型光電変換素子の発電部面積が近似することによって、照射される光の場所むらによる誤差が大幅に低減されるからである。なお、前記常用二次基準デバイスを、積層型光電変換素子の電流電圧特性測定中に、照射光の放射照度をモニターするために用いる場合は、発電部面積が近似してなくても良い。ただし、照射エリアのどの部分に常用二次基準デバイスを設置するかは、固定しておくことが望ましい。また、照射光の放射照度あるいはスペクトルの場所むらが、変化した場合は、前記常用一次基準デバイスから、前記常用二次基準デバイスへの値の移し替えをやり直す必要がある。
【０１２０】
（７）基準デバイスの内、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に述べられているように、被測定太陽電池と同一基板、同一製造条件で製造した一群のうちから、定められた条件で選出されたものは、基準セルと呼ばれる。基準セルは、通常、受光部の面積が、２ｃｍ×２ｃｍ以下の大きさで、直並列接続されておらず、セル温度の制御と光学的配慮から、定められた要件を満たす標準的なパッケージにマウントされている。本発明において使用される基準セルは、積層型光電変換素子のコンポーネントセルの数だけ用意され、ｎ番目の基準セルは、単接合の光電変換素子とその光入射側に配する光学フィルタを適宜選択し組み合わせることによって、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度を近似するように設計されている。
【０１２１】
すなわち、本発明における基準セルは、積層型光電変換素子のコンポーネントセルを分離して抽出するようなものである。各コンポーネントセルの分光感度は、他のコンポーネントセルの分光感度の影響を受けているので、実際に分離することは不可能である。そこで、このような分光感度を模擬した基準セルが用いられる。そのため、このような基準セルは、疑似セルと呼ばれることもある。前述のごとく、積層型光電変換素子の校正値は得られないが、疑似セルの場合は、それぞれが、単接合の光電変換素子なので、校正値が得られる。したがって、疑似セルを用いれば、ｎ番目のコンポーネントセルが分光感度を有する波長領域の照射光の照度を測定することができ、ｎ番目のコンポーネントセルが照射光の下で発生しているであろう短絡電流値を推定することができる。本来は、各コンポーネントセルが、照射光の下で発生する短絡電流は、各コンポーネントセルの分光感度と照射光のスペクトルを測定し、それらの積を波長に渡って積分することで間接的にしか求められない。しかし、疑似セルを用いれば、照射光のスペクトルやコンポーネントセルの分光感度を測定しなくても、疑似セルの短絡電流を測定するだけで、コンポーネントセルの短絡電流値を推定することができる。
【０１２２】
本発明の測定方法では、重畳光の光量を調整するために、前述の図３のフローチャートに示したステップＳ２２０において、このような疑似セルを、ｎ番目のコンポーネントセルに対応する基準セルとして用いている。
【０１２３】
図５は、前記疑似セルの具体例の一つを分解して示した断面構成図であり、５０１は単接合光電変換素子、５０２は光電変換素子のケース、５０３は光学フィルタのホルダー、５０４、５０５は光学フィルタである。前記疑似セルの分光感度も、対応する積層型光電変換素子のコンポーネントセルの分光感度に対して、式＃１０で計算されるミスマッチ係数Ｍｎが０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
【０１２４】
（電流電圧特性測定手段）
電流電圧特性測定手段は、電圧検出手段と電流検出手段からなる。電圧検出手段と電流検出手段は、デジタルマルチメータ、または、アナログデジタル変換ボード（Ａ／Ｄボード）と抵抗を組み合わせたもの等、公知の手段を用いれば良い。
【０１２５】
（電圧可変手段）
測定対象の積層型光電変換素子の電圧を可変させる手段は、バイポーラ電源、電子負荷、コンデンサに蓄積した電荷の放電等、公知の手段を用いればよい。また、積層型光電変換素子に流れる電流を制御しつつ変化させて、積層型光電変換素子の電圧を測定しても良い。
【０１２６】
電圧または電流を制御しつつ変化させる場合に、電流電圧特性測定を得るためには、電圧または電流を掃引しなければならない。この掃引は、連続的変化でもステップ状変化でも良いが、測定対象の積層型光電変換素子の充放電に対する時定数を考慮し、充放電の時定数よりも十分長い測定間隔でＩＶデータを測定するようにすることが望ましい。このことは、静電容量の大きい積層型光電変換素子を測定する場合に特に重要である。
【０１２７】
（計測制御／データ処理手段）
以上の計測器を制御する手段および計測されたデータを処理する手段として、パーソナルコンピュータ等の計測器とデータのやりとりが可能なデータ処理手段を設けることが望ましい。また、データ処理手段は、計測器の制御が可能な機能も有しているものが望ましく、計測器の制御をプログラミングできるものがさらに望ましい。
【０１２８】
また、前記計測制御／データ処理手段によって、検出された放射照度により測定された積層型光電変換素子の電流電圧特性のデータを温度補正できるようにすることが望ましい。温度補正の数式は、公知の数式を用いれば良い。
【０１２９】
【実施例】
以下の実施例により本発明を詳細に説明するが、これら実施例は例示であり、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
【０１３０】
［実施例１］
前述の実施態様例で説明した、図２のフローチャートに示した手順で、重畳用フィルタを作成して準備した、図４に示した本発明の擬似太陽光照射装置を用いて、図３のフローチャートに示した測定手順で、本発明の測定方法によって、以下のように積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０１３１】
すなわち、測定対象の積層型光電変換素子としては、光入射側からアモルファスシリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−Ｓｉセル）と、アモルファスシリコンゲルマニウムをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−ＳｉＧｅセル）と、アモルファスシリコンゲルマニウムをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−ＳｉＧｅセル）をこの順に積層した構造のａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−ＳｉＧｅトリプル型太陽電池セルを用いた。すなわち、本実施例の積層型光電変換素子には、ａ−Ｓｉセル、ａ−ＳｉＧｅセル、ａ−ＳｉＧｅセルと３つのコンポーネントセルがある。これらのコンポーネントセルを、光入射側から順に、トップセル、ミドルセル、ボトムセルと呼ぶことにする。前記トリプル型太陽電池セルは、１枚のステンレス基板上に作成された、３５ｃｍ×２４ｃｍの大きさのセルである。
【０１３２】
まず、図２のフローチャートに示した手順で、重畳用フィルタを作成した。
まず、図２のステップＳ０１０において、本実施例のトリプル型太陽電池セルと同じ構成で、同じ製造方法、同じ製造条件で作成した、面積だけが、１ｃｍ２（１ｃｍ×１ｃｍ）と小さいセルを準備した。
【０１３３】
次に、ステップＳ１１０において、この小面積セルの各コンポーネントセルの分光感度を実施態様例で説明した方法で測定した。その結果を図６に示す。図６において、６０１は、トップセルの分光感度、６０２は、ミドルセルの分光感度、６０３は、ボトムセルの分光感度を示す。それぞれの分光感度は、量子効率を縦軸にとって、その最大値で規格化してある。
【０１３４】
次に、ステップＳ１２０において、分光感度の測定結果から、トップセル、ミドルセル、ボトムセルそれぞれについて、前述のλ（Ｑｍａｘ，ｎ）、Δλ（Ｑｎ）を求めた。本実施例では、ｎ＝１、２、３で、それぞれ、トップセル、ミドルセル、ボトムセルを表す。
【０１３５】
次に、ステップＳ１３０において、上記各コンポーネントセルの分光感度に対応して、重畳用フィルタのλ（Ｔｍｉｎ，ｎ）とΔλ（Ｔｎ）を設計した。
【０１３６】
次に、ステップＳ１４０において、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタを設計し、透過率Ｔ（λ）の値をシミュレーション計算で求めた。このステップは、多層膜フィルタの製造メーカーに依頼した。
【０１３７】
次に、ステップＳ１５０において、シミュレーション結果が、式＃２〜式＃４を満たすことを確認した。
【０１３８】
次に、ステップＳ１６０において、前記多層膜フィルタの製造メーカーに、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用、各２枚ずつ、２０ｃｍ×２０ｃｍの大きさで、重畳用フィルタの製作を依頼した。
【０１３９】
次に、ステップＳ１７０において、製作した重畳用フィルタの透過率が、前記式＃２〜式＃４を満たすことをチェックした。
【０１４０】
以上の工程によって、本発明の擬似太陽光照射装置の最も重要な部品である重畳用フィルタを製作した。製作した重畳用フィルタの出来上がりのλ（Ｔｍｉｎ，ｎ）とΔλ（Ｔｎ）の値を、λ（Ｑｍａｘ，ｎ）、Δλ（Ｑｎ）と比較して、また、Ｔｍａｘ，ｎ、Ｔｍｉｎ，ｎ、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎの値を表１にまとめた。Ｔｓｌｏｐｅ，ｎの値が、それぞれの重畳用フィルタに対して、２つずつ記されているのは、透過率変化の極小値に対し、左側の傾きと右側の傾きをそれぞれ記したものである。
【０１４１】
【表１】
製作したトップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタの透過率を図６に示した。図６において、６０４は、トップセル用の重畳用フィルタの透過率、６０５は、ミドルセル用の重畳用フィルタの透過率、６０６は、ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率を示す。
【０１４３】
また、図４に示したような本発明の擬似太陽光照射装置として、有効照射エリア４０ｃｍ×４０ｃｍの定常光型ソーラシミュレータを用いた。光源ランプ４０１としては、６．５ｋｗのショートアークキセノンランプを用いた。また、エアマスフィルタ４０４としては、公知の多層膜フィルタを用いたが、重畳光を合成しない状態の照射光で、なるべく基準太陽光に近くなるように選択して用いた結果、重畳光を合成しない状態の照射光で、スペクトル合致度は等級Ａを満足し、短波長と長波長のスペクトルのバランスも基準太陽光に近いものを得た。また、重畳用フィルタ４１０としては、上述の各ステップによって作成したものを用い、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタは、各２枚ずつ独立に動くようにし、一部は、光路に対して重なって配置した。各重畳用フィルタの光路に対する挿入量を変えることで、各重畳光の強度を変化させた。その結果、トップセル、ミドルセル、ボトムセルの短絡電流を約±１０％の範囲で変化させることができた。これらの短絡電流の可変範囲は、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルの短絡電流を測定することで確認した。なお、本実施例の重畳用フィルタは、４０００ｈ使用しても、透過率の大きな変化や、膜剥がれ等の問題はなく、耐久性に優れていた。
【０１４４】
ここで、基準セルとしては、結晶シリコン太陽電池の光入射側に、色ガラスフィルタを組み合わせたものを用いた。また、基準セルのパッケージは、表面に黒色アルマイト処理を施したアルミニウムのブロックを用いた公知のもの（例えばＪＩＳ Ｃ ８９１１に示されている）を用い、パッケージの外側にペルチェ素子を取り付けて、セルの温度が、２５℃±２℃になるように温度調整した。また、色ガラスフィルタは、トップセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＨＡ３０とＢ４６０を、ミドルセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＨＡ３０と、東芝硝子製、ＬＢＡ８を、ボトムセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＣＦ８７０と、東芝硝子製、Ａ７３Ｂをそれぞれ組み合わせて用いた。
【０１４５】
これらのトップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルは、財団法人、日本品質保証機構（以下ＪＱＡと記す。）において、校正値をつけてもらったものである。またこれらの基準セルの分光感度をそれぞれ測定し、ソーラシミュレータの照射光のスペクトルを公知のスペクトロラジオメータを用いて測定し、図６に示した測定済みのトップセル、ミドルセル、ボトムセルの分光感度のデータを用いて、式＃１０で計算されるミスマッチ係数Ｍｎを、トップセル、ミドルセル、ボトムセルについて求めたところ、それぞれ、１．００４、０．９９３、０．９９１と良好な値であった。
【０１４６】
次に、図３のフローチャートに示した測定手順にしたがって、本発明の測定方法によって、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０１４７】
まず、ステップＳ２１０において、重畳光を重畳させない状態で、以下の基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整した。
【０１４８】
ここで、照射光の照度を調整する基準デバイスとしては、まず、測定する積層型光電変換素子と同じ構成のトリプル型太陽電池セルを予め作成し、これを光劣化させて安定化したものを用いた。ここで、ソーラシミュレータの照射光には、±１．７％の照度の場所むらが存在したため、基準デバイスは、測定対象の積層型光電変換素子と同じ構成、同じ大きさであることが重要である。そのため、トリプル型太陽電池セルを使用した。この基準デバイスのセルは、予めＪＱＡに測定依頼して、短絡電流の測定値を得てあったものである。ステップＳ２１０においては、この基準デバイスのＪＱＡにおける短絡電流値を再現するようにソーラシミュレータの放射照度を調整した。
【０１４９】
次に、ステップＳ２２０からＳ２５０において、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルが、それぞれ前述の式＃１を満たすように、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各重畳用フィルタの光路に対する挿入量を変えることで、各重畳光の強度を調整することによって、照射光のスペクトルを調整した。ここで、ソーラシミュレータの照射光の本実施例で測定する積層型光電変換素子の面積内のスペクトルの場所むらは、トップセルの短絡電流値を１とした時の、ミドルセルとボトムセルの基準太陽光の下での短絡電流値からのずれで、±０．５％未満で良好であったが、前記ずれの値が平均値に近い場所に前記基準セルを置いて、スペクトルの調整を行った。また、トップセル用、ミドルセル用、ボトムセル用の各基準セルのＪＱＡにおける校正値Ｉｎ，ｒｅｆは、それぞれ、５．１７ｍＡ、７．５６ｍＡ、７．２９ｍＡであった。
【０１５０】
次に、ステップＳ２６０において、再度、前記基準デバイスによって、照射光の照度を、１０００Ｗ／ｍ２に調整した。このとき、基準デバイスの温度が、２５℃±１℃になるように、雰囲気温度を調整した。放射照度の調整量は、１％未満であった。なお、光源のキセノンランプのランプ電流値は、１２５Ａであった。
【０１５１】
次に、前述のステップＳ２７０とステップＳ２８０において、積層型光電変換素子の電流電圧特性を取得し、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｐｍａｘ等の出力特性値を記憶手段に記憶させた。
【０１５２】
ここで、電圧検出手段および電流検出手段としては、高速のデジタルマルチメータを用い、計測制御／データ処理手段として、パーソナルコンピュータを用いて、デジタルマルチメータによる取得データをパーソナルコンピュータに取り込んで、データ処理を行った。ここで、電圧検出と電流検出の測定の積分時間は、０．１ｍｓｅｃとした。
【０１５３】
電圧可変手段としては、プログラマブルなバイポーラ電源を用い、Ｖ＜０，Ｉ＞０のＩｓｃ側から、Ｖ＞０，Ｉ＜０のＶｏｃ側に向かって、積層型光電変換素子に印加する電圧を掃引した。このとき、印加電圧値は、予めパーソナルコンピュータで、積層型光電変換素子のＶｏｃに応じて設定された値を、バイポーラ電源のメモリに記憶させてから、階段状に１２８点変化させた。ここで、電圧を変化させる時間間隔は、デジタルマルチメータの外部トリガー受付間隔を考慮して、４．５ｍｓｅｃとし、本実施例の積層型光電変換素子であるトリプル型太陽電池セルが、比較的大きな静電容量を持ち、充放電の時定数が大きいことを考慮して、電源による設定電圧値を変化させた後、１ｍｓｅｃの遅延時間の後、積層型光電変換素子のＩＶデータの取得を開始するようにした。なお、トリプル型太陽電池セルの裏面に、シート型銅コンスタンタンの熱電対センサーが接触するようにして、ＩＶデータ測定中のセルの温度を測定した。
【０１５４】
次に、１２８点分のＩＶデータを、ＩＶデータ測定中のセル温度の測定値によって、温度補正した。温度補正は、ＪＩＳ Ｃ ８９３４：アモルファス太陽電池セル出力測定方法の６．２項に記載された、公知の補正式を用いた。
【０１５５】
以上の温度補正のデータ処理をパーソナルコンピュータで行った結果、トリプル型太陽電池セルの最終結果としての電流電圧特性（補正後ＩＶカーブ）が得られた。
【０１５６】
得られた電流電圧特性の精度を検証するため、同じトリプル型太陽電池セルを屋外で、太陽光下で電流電圧特性を測定した。この時、セルは、太陽を追尾する架台に設置し、同じ架台に、前記基準セルを取り付けて、太陽光の放射照度を検出した。また、測定時の太陽光スペクトルも測定した。電流電圧特性の測定は、快晴で、放射照度８００〜１２００Ｗ／ｍ２の範囲で、エアマス１．５±０．１の安定した日射条件で、測定した太陽光スペクトルが、前記基準太陽光に近い条件を選んで行った。したがって、放射照度の変動の影響はなく、基準太陽光に近い理想的な条件で、電流電圧特性を測定した。なお、前記基準セルの校正値を用いて、放射照度を計算した。また、前述と同様にセルの温度を測定し、さらに、太陽光によるセルの温度上昇を抑制するため、測定を開始するまで太陽光を遮蔽しておき、測定直前に、セルに太陽光をあてるようにした。なお、基準セルは、２５℃±２℃に温度制御した。また、測定された、ＩＶデータに対して、照度補正、温度補正を行い、補正後ＩＶカーブを得た。
【０１５７】
ここで、電流電圧特性測定手段、電圧可変手段、計測制御／データ処理手段は、前述したものと同じものを用いた。また、前記１２８点分のＩＶデータを同時に測定した放射照度によって、１点１点照度補正を行った。照度補正の補正式は、ＪＩＳ Ｃ ８９１３：結晶系太陽電池セル出力測定方法の６．２項に記載された、公知の補正式を用いた。ここで、２つの照度レベルのデータからの補正ではなく、測定した１つの照度レベルのデータのみから補正するために、結晶系太陽電池セルの補正式を用いた。また、セルのシリーズ抵抗Ｒｓの値は、Ｖｏｃ近傍のＩＶデータの接線の傾きから推定して求めた。
【０１５８】
また、補正後ＩＶカーブから計算された、出力特性値（Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｐｍａｘの値）を、本発明の擬似太陽光照射装置とそれを用いた本発明の測定方法によるものを屋内値、太陽光によるものを屋外値として、以下の表２に示す。また、屋外値を１とした、屋内値を、屋内／屋外として、表２に示す。
【０１５９】
本発明の測定方法によって測定した、擬似太陽光照射装置によるＩＶカーブは、屋外で測定された補正後ＩＶカーブに良く一致した。また、表２から明らかなように、擬似太陽光照射装置によるＩＶカーブから計算した出力特性値は、屋外測定による値に±１％以内の差で、良く一致した。
【０１６０】
以上の結果から明らかなように、本発明の測定方法によって、トリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１６１】
【表２】
［比較例１］
実施例１において、重畳用フィルタとして、図７に示した透過率をもつ従来の一般的な多層膜フィルタを用いた以外は、実施例１と同様にしてトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を測定した。図７に示した従来の多層膜フィルタは、７０１が、トップセル用で、短波長光のみ透過するダイクロイックフィルタ、７０２が、ミドルセル用で、バンドパスフィルタ、７０３が、ボトムセル用で、長波長光のみ透過するコールドミラーである。
【０１６３】
これらの従来の多層膜フィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１６４】
しかしながら、重畳光の光強度が、実施例１に比較して、１／３〜１／１０程度しかなかったので、合成された照射光の光強度を１０００Ｗ／ｍ２に調整するために、光源のキセノンランプのランプ電流値を定格ぎりぎりの１６０Ａまで上げなければならず、電力消費量が大幅に増大してしまった。また、キセノンランプの使用時間が増えるにつれて、光量が不足し、使用時間４００ｈの時点で、照射光の光強度を１０００Ｗ／ｍ２に維持できなくなり、測定そのものができなくなった。また、この時点で、前記バンドパスフィルタに膜剥がれが生じた。
【０１６５】
なお、前記従来のダイクロイックフィルタ、バンドパスフィルタ、コールドミラーを製作するために、実施例１で製作した重畳用フィルタの製作コストに対し、約４倍の製作コストがかかった。これは、比較例１の従来の多層膜フィルタに必要とする多層膜の層数が、実施例１の重畳用フィルタに必要とする層数の３倍以上となり、多層膜作成の制御も高コストであるためである。
【０１６６】
また、実施例１の重畳用フィルタは、後述する実施例のように、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、最適なものを再作成することが容易であったが、本比較例の従来の多層膜フィルタでは、設計の自由度、製造の再現性、製作コストの点で、他の種類の積層型光電変換素子に適合するように再作成することは、困難であった。
【０１６７】
実施例１と比較するため、従来の多層膜フィルタについて、実施例１の表１と同様の表を表３としてまとめた。なお、本比較例のトップセル用とボトムセル用のフィルタは、透過率変化の半値幅を定義できないので、Δλ（Ｔｎ）の欄は−と記入した。図７から、本比較例と実施例１の多層膜フィルタの透過率スペクトルの違いは明らかであるが、表３の数値で見ると、従来の多層膜フィルタと本発明の重畳用フィルタの違いは、Ｔｍｉｎ，ｎ、Ｔｓｌｏｐｅ，ｎ、に顕著に現れる。
【０１６８】
【表３】
［実施例２］
実施例１において、重畳用フィルタとして、図８に示した透過率をもつ前記バンドオンフィルタを用いた以外は、実施例１と同様にしてトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を測定した。図８において、８０１は、トップセル用のバンドオンフィルタの透過率、８０２は、ミドルセル用のバンドオンフィルタの透過率、８０３は、ボトムセル用のバンドオンフィルタの透過率を示す。
【０１７０】
これらのバンドオンフィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にトリプル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１７１】
また、これらのバンドオンフィルタは、実施例１のバンドオフフィルタと同程度のコストで製作することができた。また、合成された照射光の光強度を１０００Ｗ／ｍ２に調整した時の、キセノンランプのランプ電流値は、１３５Ａで、実施例１より若干大きい程度であった。また、本実施例のバンドオンフィルタも実施例１と同様に耐久性に優れていた。
【０１７２】
本実施例のバンドオンフィルタについて、実施例１の表１と同様の表を表４としてまとめた。ただし、重畳用フィルタの透過率の極小値波長λ（Ｔｍｉｎ，ｎ）の代わりに、透過率の極大値波長λ（Ｔｍａｘ，ｎ）を用いた。
【０１７３】
【表４】
［実施例３］
実施例１において、測定対象の積層型光電変換素子として、光入射側からアモルファスシリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（ａ−Ｓｉセル）と、微結晶シリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（微結晶Ｓｉセル）をこの順に積層した構造のａ−Ｓｉ／微結晶Ｓｉダブル型太陽電池セルを用いた。本実施例の積層型光電変換素子には、ａ−Ｓｉセル、微結晶Ｓｉセルと２つのコンポーネントセルがある。これらのコンポーネントセルを、光入射側から順に、トップセル、ボトムセルと呼ぶ。
【０１７５】
実施例１と同様に小面積セルを作成し、各コンポーネントセルの分光感度を測定した結果を図９に示す。図９において、９０１は、トップセルの分光感度グラフ、９０２は、ボトムセルの分光感度グラフである。それぞれの分光感度は、量子効率を縦軸にとって、その最大値で規格化してある。
【０１７６】
実施例１と同様に、図２のフローチャートに示した手順で、重畳用フィルタを作成した。実施例１と同様に製作した重畳用フィルタの特性を表５にまとめた。また、作成した重畳用フィルタの透過率を図９に示す。図９において、９０３は、トップセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ、９０４は、ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率グラフである。ここで、測定する積層型光電変換素子の種類が、実施例１と異なり、分光感度も異なるので、重畳用フィルタを再設計して、本実施例のダブル型太陽電池セルに合うものを再製作したが、重畳用フィルタの製作は、実施例１と同様に、低コストで、制御性良く作成でき、重畳用フィルタの交換のみで、他の部品は、実施例１と変更することなく、実施例１のソーラシミュレータを使用することができた。
【０１７７】
【表５】
これらの重畳用フィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にダブル型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１７９】
なお、基準セルとしては、色ガラスフィルタを測定するダブル型太陽電池セルのコンポーネントセルの分光感度に合わせて、以下のものに変更した以外、実施例１と同様のものを使用した。すなわち、色ガラスフィルタは、トップセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、Ｌ３９と、旭テクノ硝子製、Ｃ５０Ｓを、ボトムセル用基準セルとしては、ＨＯＹＡオプティクス製、ＨＡ５０と、旭テクノ硝子製、Ａ７３Ａをそれぞれ組み合わせて用いた。
【０１８０】
［実施例４］
実施例１において、測定対象の積層型光電変換素子として、光入射側からＡｌＧａＡｓによるｐｎ接合と、ＧａＡｓによるｐｎ接合とをこの順に積層した構造のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層型太陽電池セルを用いた。
【０１８１】
実施例３と同様に、測定対象のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層型太陽電池の分光感度に合わせて、重畳用フィルタを再設計して、再制作した以外は、実施例１と同様のソーラシミュレータを使用し、再制作した重畳用フィルタを用いて、実施例１と同様に重畳光の光強度を調整し、照射光のスペクトルを式＃１を満たすように調整することができ、実施例１と同様にＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ積層型太陽電池セルの電流電圧特性を、正確に測定することができた。
【０１８２】
【発明の効果】
本発明によって、以下のような効果がある。
すなわち、少なくとも２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法に於いて、基準太陽光に疑似した光に、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、前記各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加することによって、波長間隔ごとの基準太陽光に対する合致度を１に近い値を基本としつつ、照射光のスペクトルを可変にすることができる。また、前記各重畳光の光強度を調整することによって、照射光のスペクトルを変化させることにより、前記基本としたスペクトルの合致度を大きく乖離させることなく、効率的に前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整することができる。この効果は、前記重畳光のスペクトルを上述の方法で、前記各コンポーネントセルの分光感度に合わせて設定した事による。また、前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整することによって、前記各コンポーネントセルが照射光の下で発生する光電流を、前記各コンポーネントセルが基準太陽光の下で発生する光電流に合わせることができる。このような照射光の状態で、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定することにより、開放電圧、短絡電流、曲線因子、最大出力の全てが正確な、電流電圧特性を得ることができる。
【０１８３】
また、単一の光源と、透過光が基準太陽光のスペクトルに疑似させるように透過率を調整したエアマスフィルタを有する擬似太陽光照射装置において、単一の光源により所定の方向に放射される光の少なくとも一部が、該エアマスフィルタを透過するように配置し、所定の方向に放射される光の光路の一部に重畳用フィルタを配置し、該重畳用フィルタを通過した光と、該重畳用フィルタを通過しなかった光を合成する積分光学系を有し、前記重畳用フィルタは、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度の極大波長に対し、±１５％以内の波長に、透過率の極大値あるいは極小値を持ち、かつ透過率の波長に対する変化の半値幅が前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下であることを特徴とする擬似太陽光照射装置によって、上述の測定方法をより効果的に実施することができる。また、単一の光源を用いていることによって、擬似太陽光照射装置がコンパクトになり、光量の制御、照度の場所むらの制御がし易くなる。また、測定する積層型光電変換素子の種類が異なっても、前記重畳用フィルタを積層型光電変換素子の種類に合わせて交換することによって、容易に対応することができ、擬似太陽光照射装置の汎用性が向上する。また、測定する積層型光電変換素子の種類に応じて、好ましい前記重畳用フィルタを容易に設計することができる。また、耐久性の高い重畳用フィルタを低コストで作成することができる。
【０１８４】
また、前記重畳用フィルタは、透過率の波長に対する変化の半値幅を１２０ｎｍ以上にすることによって、前記重畳光を合成した照射光のスペクトルの調整幅を増大させることができ、擬似太陽光照射装置の制御性がより向上する。また、前記重畳光の合成による合成後の照射光のスペクトル合致度の基準太陽光からの乖離を小さく抑えることができる。
【０１８５】
また、前記重畳用フィルタの波長に対する透過率の変化率が、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率を示す波長における変化率の絶対値で、０．２％／ｎｍ以上、２％／ｎｍ以下であることによって、前記重畳光の合成による合成後の照射光のスペクトル合致度の基準太陽光からの乖離をさらに小さく抑えることができる。また、コンポーネントセルの短絡電流の調整幅を効率的に取ることができ、擬似太陽光照射装置の制御性がより向上する。
【０１８６】
また、前記重畳用フィルタは、極小値を含む所望の波長領域に渡って透過率が下がっており、所望の波長領域以外で、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することによって、前記重畳用フィルタによる光エネルギーの損失が減少し、光源の光の利用効率が向上する。それによって、光源の使用電力を抑えることができ、擬似太陽光照射装置の大きさもよりコンパクトにすることができる。
【０１８７】
前記重畳用フィルタは、少なくともその一部が多層膜からなることによって、測定する積層型光電変換素子の種類に合わせて、透過率の極大値あるいは極小値、透過率の波長に対する変化の半値幅、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率の波長における変化率を容易に設計し、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の擬似太陽光照射装置の重畳用フィルタの一例と積層型光電変換素子のコンポーネントセルの分光感度の一例の関係を模式的に説明する説明図である。
【図２】本発明の擬似太陽光照射装置の重畳用フィルタの一例の作成手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法による測定手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の擬似太陽光照射装置の一例の基本構造を模式的に説明する説明図である。
【図５】本発明の測定方法に使用する基準セルの一例を説明する断面構成図である。
【図６】実施例１のトリプル型太陽電池セルの各コンポーネントセルの分光感度と、それに対応する重畳用フィルタの透過率を示すグラフである。
【図７】比較例１の従来の多層膜フィルタの透過率を示すグラフである。
【図８】実施例２のバンドオンフィルタの透過率を示すグラフである。
【図９】実施例３のダブル型太陽電池セルの各コンポーネントセルの分光感度と、それに対応する重畳用フィルタの透過率を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１ ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑ（λ）のグラフ
１０２ ｎ番目の重畳用フィルタの透過率Ｔ（λ）のグラフ
４０１ 光源ランプ
４０２ 楕円ミラー
４０３ 一次平面ミラー
４０４ エアマスフィルタ
４０５ インテグレータ
４０６ シャッター
４０７ 二次平面ミラー
４０８ コリメータレンズ
４０９ 光照射面
４１０ 重畳用フィルタ
５０１ 単接合光電変換素子
５０２ 光電変換素子のケース
５０３ 光学フィルタのホルダー
５０４、５０５ 光学フィルタ
６０１ トップセルの分光感度グラフ
６０２ ミドルセルの分光感度グラフ
６０３ ボトムセルの分光感度グラフ
６０４ トップセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
６０５ ミドルセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
６０６ ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
７０１ ダイクロイックフィルタの透過率グラフ
７０２ バンドパスフィルタの透過率グラフ
７０３ コールドミラーの透過率グラフ
８０１ トップセル用のバンドオンフィルタの透過率グラフ
８０２ ミドルセル用のバンドオンフィルタの透過率グラフ
８０３ ボトムセル用のバンドオンフィルタの透過率グラフ
９０１ トップセルの分光感度グラフ
９０２ ボトムセルの分光感度グラフ
９０３ トップセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
９０４ ボトムセル用の重畳用フィルタの透過率グラフ
Claims (7)
- 少なくとも２つ以上のコンポーネントセルを含む積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法に於いて、基準太陽光に疑似した光に、前記各コンポーネントセルの分光感度が極大となる波長に対し、±１５％以内の波長に、輝線を除いた光強度の極大値あるいは極小値を持ち、かつ輝線を除いた光強度変化の半値幅が、前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下である、前記各コンポーネントセルの数に対応した数の重畳光を付加し、前記各重畳光の光強度を調整することによって、前記各コンポーネントセル内で発生する光電流を調整した後、電流電圧特性を測定することを特徴とする積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 前記各重畳光の輝線を除いた光強度変化の半値幅が、１２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 単一の光源と、透過光が基準太陽光のスペクトルに疑似させるように透過率を調整したエアマスフィルタを有する擬似太陽光照射装置において、単一の光源により所定の方向に放射される光が、該エアマスフィルタを透過するように配置し、所定の方向に放射される光の光路の一部に重畳用フィルタを配置し、該重畳用フィルタを通過した光と、該重畳用フィルタを通過しなかった光を合成する積分光学系を有し、前記重畳用フィルタは、積層型光電変換素子を構成する各コンポーネントセルの分光感度の極大波長に対し、±１５％以内の波長に、透過率の極大値あるいは極小値を持ち、かつ透過率の波長に対する変化の半値幅が前記各コンポーネントセルの分光感度の波長に対する変化の半値幅以下であることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
- 前記重畳用フィルタは、透過率の波長に対する変化の半値幅が１２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の擬似太陽光照射装置。
- 前記重畳用フィルタの波長に対する透過率の変化率が、透過率の極大値あるいは極小値に至る変化幅の半値にあたる透過率を示す波長における変化率の絶対値で、０．２％／ｎｍ以上、２％／ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の擬似太陽光照射装置。
- 前記重畳用フィルタは、極小値を含む所望の波長領域に渡って透過率が下がっており、所望の波長領域以外で、積層型光電変換素子の感度のある波長領域では、７０％以上の透過率を有することを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
- 前記重畳用フィルタは、少なくともその一部が多層膜からなることを特徴とする請求項３〜６の何れか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
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| JP2003064312A Withdrawn JP2004273870A (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 積層型光電変換素子の測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004273870A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010097847A (ja) * | 2008-10-17 | 2010-04-30 | Iwasaki Electric Co Ltd | キセノンフラッシュランプ及びそれを用いた擬似太陽光照射装置 |
| JP2011061124A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置の製造方法及び光電変換装置 |
| JP2011155225A (ja) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 太陽電池評価装置および太陽電池評価方法 |
| JP2012078333A (ja) * | 2010-09-07 | 2012-04-19 | Peccell Technologies Inc | 環境試験装置 |
| WO2012090359A1 (ja) * | 2010-12-28 | 2012-07-05 | コニカミノルタセンシング株式会社 | 擬似参照セルおよび擬似参照セルシステム |
| JP2014523728A (ja) * | 2011-06-10 | 2014-09-11 | ザ・ボーイング・カンパニー | 太陽電池セル検査装置及び方法 |
-
2003
- 2003-03-11 JP JP2003064312A patent/JP2004273870A/ja not_active Withdrawn
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| US9863890B2 (en) | 2011-06-10 | 2018-01-09 | The Boeing Company | Solar cell testing apparatus and method |
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