JP2005011958A - 光電変換素子の電流電圧特性の測定方法及び測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】測定対象である積層型光電変換素子の面積にかかわらず、低コストの測定装置を用いて正確に積層型光電変換素子の出力特性を測定する。
【解決手段】異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、光電変換素子の電流電圧特性を測定するときに、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させ、複数の半導体接合部の各々において、合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定し（Ｓ０５０）、短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて（Ｓ０６０）、合成光の照射による光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定し（Ｓ０８０）、出力電圧及び出力電流の少なくとも一方を変化させるようにし（Ｓ０９０）、短絡電流の比率の推定、出力電圧及び出力電流の測定、出力電圧又は出力電流の変化を複数回繰り返し、得られた測定値に基づいて、光電変換素子の電流電圧特性を求める（Ｓ１４０）。
【選択図】 図３
【解決手段】異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、光電変換素子の電流電圧特性を測定するときに、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させ、複数の半導体接合部の各々において、合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定し（Ｓ０５０）、短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて（Ｓ０６０）、合成光の照射による光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定し（Ｓ０８０）、出力電圧及び出力電流の少なくとも一方を変化させるようにし（Ｓ０９０）、短絡電流の比率の推定、出力電圧及び出力電流の測定、出力電圧又は出力電流の変化を複数回繰り返し、得られた測定値に基づいて、光電変換素子の電流電圧特性を求める（Ｓ１４０）。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換素子の測定方法及び測定装置に関し、特に、太陽電池、フォトダイオード、光センサー、電子写真感光体等で使用される、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光感度の異なる光電変換層を複数積み重ねた構造の光電変換素子は、光入射側の光電変換層で吸収しきれなかった波長の光を別の光電変換層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、いわゆる積層型光電変換素子が、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なるが、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
具体的には、例えば２つの半導体接合部を積み重ねて直列に接続したダブル型太陽電池（以下、ダブルセルと称する）の場合について説明する。光入射側の半導体接合部をトップセル、反対側の半導体接合部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。
【００１０】
これに対し、単一の半導体接合部からなる単層型太陽電池（以下、シングルセルと称する）の場合、照射する光のスペクトルによって変化するのは、短絡電流のみであり、曲線因子と開放電圧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。
【００１１】
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よって大きく影響を受ける。
【００１２】
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とも称する）として、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に、
太陽電池の温度：２５℃
照射する光の分光放射照度分布（スペクトル）：基準太陽光
（基準太陽光は、ＪＩＳ Ｃ ８９１１に規定されており、図１４に示すようなスペクトルを有している。）
照射する光の放射照度：１０００Ｗ／ｍ２
と規定されている。
【００１３】
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、上記の基準状態の内、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。これは、基準太陽光の得られる気象条件が、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。
【００１４】
従って、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。一方、屋内で擬似太陽光光源を用いる場合には、基準太陽光のスペクトルを得るのは、ほとんど不可能である。
【００１５】
ところで、シングルセルの場合は、擬似太陽光光源（ソーラーシミュレータ）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（具体的には、ＪＩＳ Ｃ ８９１２、ＪＩＳ Ｃ ８９３３に記載されている）、等級ＡまたはＢのソーラーシミュレータを用い、測定対象の太陽電池と分光感度の近い二次基準太陽電池を用いて、ソーラーシミュレータの放射照度を設定することによって、スペクトルの基準太陽光からのずれによる誤差を補正している。これは例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１３、ＪＩＳ Ｃ ８９３４に記載されている。このような方法は、シングルセルでは、スペクトルの影響がほぼ短絡電流のみであるので可能となる。
【００１６】
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。
【００１７】
そこで、積層型太陽電池を正確に測定する方法として、以下のような方法が開示されている。
【００１８】
この方法は、マルチソース法とも呼ばれ、積層型太陽電池を測定するときの疑似太陽光のスペクトルを調整可能にし、スペクトルを調整することによって、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方法である。このようなマルチソース法は、例えば、Ｔ．Ｇｌａｔｆｅｌｔｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｂｕｒｄｉｃｋ，１９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８７，ｐｐ１１８７−１１９３（非特許文献１）に記載されている。
【００１９】
すなわち、積層型太陽電池を構成する、複数の光電変換機能を有する半導体接合部の各々をコンポーネントセルとし、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、疑似太陽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）
となるように疑似太陽光の放射照度と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。
【００２０】
このマルチソース法においては、疑似太陽光のスペクトルを調整できるソーラーシミュレータを用いることを前提としている。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つの波長帯域の光の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。
【００２１】
ところで、近年、上述の光電変換素子の実用化が進むにつれて、受光面積の大きな光電変換素子の電流電圧特性を、太陽光の標準的な放射照度である１０００Ｗ／ｍ２程度の放射照度の下で測定する必要が増している。
【００２２】
しかるに、大面積の光電変換素子の電流電圧特性を光照射下で測定するためには、１０００Ｗ／ｍ２程度の強度の光を、大面積に均一に照射する必要がある。人工的な光源を利用する場合、そのためには、例えば照射面積１ｍ２あたり数十ｋｗ程度の大電力の放電灯が必要となる。しかしながら、そのような大電力の放電灯で定常光を発生させるには、大電力を定常的に供給せねばならないことから、非常に大規模な設備が必要であり、現実的ではない。
【００２３】
そこで、定常光ではなく、パルス光を発生させることによって、大面積の光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法が知られている。パルス光を発生させる疑似太陽光光源としては、正確な定義はないが、一般的に、パルス光の持続時間がおおよそ２０ｍｓｅｃ以上のものがロングパルスソーラシミュレータ、持続時間が数ｍｓｅｃのものがショートパルスソーラシミュレータと呼ばれている。パルス光によって、光電変換素子の電流電圧特性を測定する場合は、定常光の場合のような測定中の光電変換素子の温度上昇の問題がほとんどなく、温度補正をほとんど必要としないという長所もある。
【００２４】
以上のようなパルス型ソーラシミュレータにおいて、積層型光電変換素子を測定するために、複数のパルス光源を備えたものが、米国特許第６１５４０３４号明細書（特許文献１）に開示されている。該特許文献のパルス型ソーラシミュレータでは、積層型光電変換素子の、各々のコンポーネントセルの分光感度に応じて、スペクトルを調整することができる。この文献に記載されたパルス型ソーラシミュレータは、前述のマルチソース法を、パルス型ソーラシミュレータに応用したものと言える。
【００２５】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｇｌａｔｆｅｌｔｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｂｕｒｄｉｃｋ，１９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８７，ｐｐ１１８７−１１９３
【特許文献１】
米国特許第６１５４０３４号明細書
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソーラシミュレータの光が定常光であっても、パルス光であっても、複数の光源によってスペクトルを調整する場合、複数の光源各々の光強度を独立に制御できるようにする必要がある。そのためには、各光源ごとに光強度を制御する構成が必要である。そのため、マルチソース法によるソーラシミュレータは構成が複雑となり、調整が煩雑で、制御に熟練を要する。また、各光源ごとに制御部分を備える必要があるため、装置の構成が複雑となってコストも非常に高価なものとなる。
【００２７】
さらに、上記のマルチソース法によるソーラシミュレータにおいて、合成された疑似太陽光のスペクトルを良好なスペクトルに調整するためには、各光源ごとの光強度を、±１％以下の高い精度で制御する必要がある。
【００２８】
ここで、光源が定常光であれば、各光源による各々の光の時間安定性を向上させるように、複雑な電源と複雑な制御機構を併用することにより、各光源ごとの光強度を、±１％以下の高い精度で制御することが可能である。しかしながら、上述のように定常光では、照射する面積に実質的な限界がある。
【００２９】
一方、光源がパルス光の場合は、一般的にパルス光は光強度の再現性に２〜３％のバラツキがあることが多いので、±１％以下の高精度で各光源ごとの光強度を制御することは非常に困難である。
【００３０】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、上述した問題点を解決し、測定対象である積層型光電変換素子の面積にかかわらず、モジュールあるいはアレイ等の大面積のものでも測定でき、低コストの測定装置を用いながら、正確に積層型光電変換素子の出力特性を測定することのできる方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の一態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定方法は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、前記光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法であって、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる工程と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する工程と、
前記短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する工程と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記推定する工程、前記測定する工程、及び前記変化させる工程を複数回繰り返す工程と、
前記繰り返す工程で得られた測定値に基づいて、前記光電変換素子の電流電圧特性を求める工程と、を備えている。
【００３２】
すなわち、本発明では、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、光電変換素子の電流電圧特性を測定するときに、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させ、複数の半導体接合部の各々において、合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定し、短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、合成光の照射による光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定し、出力電圧及び出力電流の少なくとも一方を変化させるようにし、短絡電流の推定、短絡電流の測定、及び出力電圧又は出力電流を変化させるのを複数回繰り返し、得られた測定値に基づいて、光電変換素子の電流電圧特性を求める。
【００３３】
このようにすると、合成光が、常に短絡電流の比率が所定の値を満たすように制御されていない状態であっても、光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【００３４】
また、合成光の調整方法が簡略化されるので、測定の制御性が向上すると共に、操作者の違いによる測定誤差を小さくすることができる。
【００３５】
また、従来の屋内での測定方法では困難であった、例えば、１ｍ×１ｍ以上の大面積の光電変換素子についても正確な電流電圧特性の測定が可能となる。
【００３６】
また、照射光としてパルス光を用いる場合であっても、積層型光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【００３７】
更に、本発明により、正確な電流電圧特性が得られることによって、光電変換素子の製造工程の歩留まりを安定させ、製品における出力を一層確実に保証することが可能となる。
【００３８】
また、合成光として、１０００Ｗ／ｍ２の放射照度を中心として、光電変換素子の短絡電流の放射照度に対する直線性が保たれる範囲において、複数の半導体接合部の各々における短絡電流の比率が、所定の値となるような合成光を照射すると、放射照度補正による補正誤差が少なくなるので、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００３９】
また、合成光を、光電変換素子の温度が２℃上昇するまでの間に、複数の半導体接合部の各々における短絡電流の比率が所定の値に、少なくとも３０回以上等しくなるように分光分布を変動させるようにすると、温度補正による補正誤差が少なくなり、電流電圧特性曲線を形成する測定点が十分な点数になるので、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４０】
また、測定時間内での複数の半導体接合部の各々の短絡電流の比率の変化が、基準太陽光を照射した場合の比率に対して±２％以内であると、１点１点の出力電圧と出力電流の測定が正確になり、積層型光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４１】
また、出力電圧を段階的に変化させ、電圧を設定してから、測定を開始するまでの時間が、光電変換素子の充放電の時定数の４倍以上であるようにすると、測定中の電圧値及び電流値の充放電による変動が無視できるほど少なくなり、１点１点の出力電圧と出力電流の測定が正確になり、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４２】
また、上記目的を達成する本発明の別の態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定方法は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、前記光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法であって、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる工程と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する工程と、
前記推定された短絡電流の比率を記録する工程と、
前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する工程と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記推定する工程、前記記録する工程、前記測定する工程、及び前記変化させる工程を、前記所定の時間よりも短い時間で複数回繰り返す工程と、
前記繰り返す工程で得られた測定値のうち、前記記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択する工程と、
前記選択された測定値に基づいて、前記光電変換素子の電流電圧特性を求める工程と、を備えている。
【００４３】
この態様では、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させ、複数の半導体接合部の各々において、合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定し、推定された短絡電流の比率を記録し、合成光の照射による光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定し、出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させるようにし、短絡電流の推定、短絡電流の記録、出力電圧及び出力電流の測定、及び出力電圧又は出力電流を変化させるのを所定の時間よりも短い時間で複数回繰り返し、得られた測定値のうち、記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択し、選択された測定値に基づいて、光電変換素子の電流電圧特性を求める。
【００４４】
このようにすると、上記の効果に加え、半導体接合部の各々の短絡電流の比率をその時点その時点で判定しなくても、光電変換素子の電流電圧特性を正確に測定することができるという効果が得られる。
【００４５】
また、電変換素子の近傍に設けられ、複数の半導体接合部の各々の分光感度に近似した分光感度を有する複数のモニタリングセルの短絡電流の比率から、短絡電流の比率を推定するようにすると、半導体接合部の各々の短絡電流の比率の推定が正確になり、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４６】
更に、上記目的を達成する本発明の更に別の態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定装置は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する装置であって、
異なる分光分布を有する２以上の光を合成して合成光を得る手段と、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる手段と、
前記光電変換素子に前記合成光を照射する手段と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する手段と、
前記短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する手段と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる手段と、を備えている。
【００４７】
更にまた、上記目的を達成する本発明の更に別の態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定装置は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する装置であって、
異なる分光分布を有する２以上の光を合成して合成光を得る手段と、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる手段と、
前記光電変換素子に前記合成光を照射する手段と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する手段と、
前記推定された短絡電流の比率を記録する手段と、
前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する手段と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる手段と、
前記測定お擦る手段によって測定された測定値のうち、前記記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択する手段と、を備えている。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００４９】
なお、本明細書では、複数の半導体接合部が積み重ねられた構造を有する光電変換素子を積層型光電変換素子と称する。
【００５０】
まず、図１、図２、図３、図４を参照して、本発明に係る測定装置の基本的構成及び該装置による測定方法を詳細に説明する。
【００５１】
図１は、本発明に係る測定装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。図１において、１０１は第一の光源、１０２は第一の楕円ミラー、１０３は第一の光源用の電源、１０４は第二の光源、１０５は第二の楕円ミラー、１０６は第二の光源用の電源、１０７はハーフミラー、１０８はフィルタ、１０９はインテグレータ、１１０はシャッター、１１１は平面ミラー、１１２はコリメーターレンズ、１１３は測定対象である積層型光電変換素子、１１４は第一のモニタリングセル、１１５は第二のモニタリングセル、１１６は光照射面、１１７は第一の部分短絡電流検出手段、１１８は第二の部分短絡電流検出手段、１１９は積層型光電変換素子の電圧検出手段、１２０は積層型光電変換素子の電流検出手段、１２１は積層型光電変換素子の電圧可変手段、１２２は部分短絡電流比較制御手段、１２３は計測制御／データ処理手段である。
【００５２】
なお、図１において、点線は照射光の光路、実線は素子を測定する部分の電気的な接続、破線はデータ及び計測制御信号のやり取りの経路、矢印付き一点鎖線はトリガ信号または制御命令の流れを、それぞれ示している。
【００５３】
ここで、部分短絡電流とは、測定対象の積層型光電変換素子を構成する複数の半導体接合部の各々で、光照射の際に発生する短絡電流を指す。しかしながら、これらの短絡電流の各々を分離して検出することは困難であるため、後述する複数のモニタリングセルによって、複数の半導体接合部の各々が発生する短絡電流に相当する短絡電流を擬似的に検出する。この場合、複数のモニタリングセルの各々が出力する短絡電流を部分短絡電流と呼ぶことにする。
【００５４】
本実施形態では、以上のような構成において、複数の半導体接合部が積み重ねられた積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定するときに、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射する。
【００５５】
図１において、例えば、第一の光源１０１として短波長光の光源、第二の光源１０４として長波長光の光源を用いる。第一の光源１０１から出射した光は、楕円鏡１０２で集光され、ハーフミラー１０７で反射される。一方、第二の光源１０４から出射した光は、楕円鏡１０５で集光され、ハーフミラー１０７を透過する。ここで、例えば、ハーフミラー１０７として、多層膜による干渉作用を利用した、いわゆるコールドミラーを用いれば、第一の光源１０１の短波長光を反射し、第二の光源１０４の長波長光を透過して、両光源の光を合成することができる。合成された光は、所望に応じて選択されるフィルタ１０８を透過して、シャッター１１０で制御され、インテグレータ１０９を通り、平面ミラー１１１で反射され、コリメーターレンズ１１２で平行光に近い状態に整えられて、光照射面１１６に入射する。
【００５６】
以上のようにして合成光を照射した状態で、積層型光電変換素子１１３の電流電圧特性を測定する。ここで、モニタリングセルを図１には２つ示しているが、実際には積層型光電変換素子１１３の積み重ねられた半導体接合部の数に応じた数のモニタリングセルを用意する。モニタリングセル１１４、１１５は、例えば、積層型光電変換素子１１３が２つの半導体接合部が積み重ねられたいわゆるダブルセルの場合、それぞれの半導体接合部をトップセルとボトムセルとすれば、トップセルとボトムセルの分光感度に近似した分光感度をそれぞれ有する。モニタリングセル１１４、１１５によって、合成された光のトップセルの感度波長領域の光とボトムセルの感度波長領域の光が、それぞれ光電変換され、部分短絡電流検出手段１１７、１１８によって、それぞれの波長領域の光による部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２が検出される。
【００５７】
ここで、光照射面１１６内の分光放射照度分布の場所むらは、測定に支障がない程度に小さいことを前提とする。特に、モニタリングセル１１４、１１５と積層型光電変換素子１１３の間の分光放射照度分布の場所むらは、Ｉ２／Ｉ１−１の値で表現すれば、好ましくは、±２％、より好ましくは、±１％の範囲内にあることが望ましい。このように、モニタリングセルと積層型光電変換素子とにおける分光放射照度分布の場所むらが小さいと、積層型光電変換素子の電流電圧特性が、より正確になる。
【００５８】
検出された部分短絡電流は、部分短絡電流比較制御手段１２２において比較されて、トップセルとボトムセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいと推定された時に、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に測定開始の制御命令またはトリガ信号を出す。また、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧に設定する制御命令またはトリガ信号を出す。
【００５９】
図２は、短絡電流の比率の変化と電圧測定、電流測定、電圧設定のタイミングの一例を示したタイミングチャートである。図２において、横軸は、時間ｔを示し、各グラフは、上段から、波長領域別の部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の比であるＩ２／Ｉ１、電圧測定信号、電流測定信号、及び電圧設定信号の時間的変化をそれぞれ示している。
【００６０】
図３は、本実施形態における測定方法の一例を工程順に説明した、フローチャートである。
【００６１】
以下、図２のタイミングチャートを参照しながら、図３のフローチャートを用いて、本実施形態の測定方法における各工程について順に詳細に説明する。
【００６２】
まず測定を開始する前に、図３のステップＳ０１０において、上述したように、予め、分光分布が所定の時間内で変動する合成光とモニタリングセルを準備しておく。
【００６３】
測定開始後、ステップＳ０２０において、合成光を測定対象の積層型光電変換素子に照射する。この時、定常光であればシャッターを開にする。また、パルス光であればパルス発光を開始させても良いし、シャッターを併用しても良い。
【００６４】
次に、ステップＳ０３０において、電圧可変手段１２１によって、積層型光電変換素子の電圧Ｖを測定開始時の電圧（Ｖ＝Ｖ１）に設定する。
【００６５】
次に、ステップＳ０４０において、上述したように、モニタリングセル１１４及び１１５と、部分短絡電流検出手段１１７及び１１８によって、それぞれの半導体接合部が分光感度を有する波長領域の光による部分短絡電流Ｉ１及びＩ２を検出する。ここで、好ましくは、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２は、アナログ量として連続的に検出することが望ましい。こうすることによって、実際の部分短絡電流の変動に対する検出量Ｉ１及びＩ２の変動の遅れが、モニタリングセルの光応答性による時間だけとなり、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定上無視できるほど小さくなるので、測定した電流電圧特性が、より正確となる。また、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の検出をデジタル量として検出する場合には、検出のための測定時間ｔＬは、Ｉ２／Ｉ１の変化（周期）に対して十分に短い測定時間とし、繰り返し継続的に測定することが望ましい。
【００６６】
次に、ステップＳ０５０において、部分短絡電流比較制御手段１２２によって、上記Ｉ１及びＩ２のデータを比較する。
【００６７】
ここで、基準太陽光の下でのＩ２／Ｉ１の値をＫとすれば、式
Ｉ２／Ｉ１＝Ｋ …（２）
を満たしたとき、トップセルとボトムセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいと推定される。
【００６８】
次に、ステップＳ０６０において、上述の式（２）を満たすかどうか判定し、満たしていると判定された場合には、次のステップＳ０７０に進み、満たしていないと判定された場合には、前述のステップＳ０４０に戻る。
【００６９】
ここで、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の検出をデジタル量として検出する場合は、検出されたＩ１及びＩ２の値は、離散的な値となる。ところが、一般に測定量には、様々な誤差要因が含まれるので、Ｉ２／Ｉ１の値とＫとが、測定の不確かさの範囲内に含まれれば、式（２）を満たすと判定して良い。例えば、測定の不確かさが、±２％と推定される場合には、以下の式
０．９８≦Ｉ２／Ｉ１／Ｋ≦１．０２ …（３）
を満たす時に、式（２）を満たすと判定する。また、測定の不確かさが、±１％と推定される場合には、以下の式
０．９９≦Ｉ２／Ｉ１／Ｋ≦１．０１ …（４）
を満たす時に、式（２）を満たすと判定する。
【００７０】
次に、ステップＳ０７０において、後述する式（７）を満たすかどうか判定し、満たすと判定された場合には次のステップＳ０８０に進み、満たしていないと判定された場合には、前述のステップＳ０４０に戻る。なお、このステップは、後述するように省略することもできる。
【００７１】
次に、ステップＳ０８０において、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に、同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号を出力し、積層型光電変換素子の電圧と電流を測定させる。
【００７２】
次に、ステップＳ０９０において、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧への設定を指示する制御命令またはトリガ信号を出力する。ここで、計測制御／データ処理手段１２３によって、予め、測定する積層型光電変換素子の開放電圧に応じて、所望の点数の設定電圧のデータ（Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ）を計算し、その順に電圧可変手段１２１を制御するようにするのが望ましい。
【００７３】
以下、ステップＳ０８０とステップＳ０９０の工程での処理を、図２を参照して詳述する。
【００７４】
Ｉ２／Ｉ１の値が、上記式（２）を満たしたと判定された時点（ｔ＝ｔ１）で、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に、同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号がそれぞれ出力される。図２ではこのタイミングを、時間ｔ＝ｔ１上の一点鎖線で示しており、電圧検出手段１１９に出力される測定開始を指示する信号をＶｍｅａｓｕｒｅ、電流検出手段１２０に出力される測定開始を指示する信号をＩｍｅａｓｕｒｅで示している。また、同時に、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧（Ｖ＝Ｖ２）に設定するよう指示する制御命令またはトリガ信号が出力される。
【００７５】
この時、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０が、メモリー機能を有するものであれば、好ましくは、トリガ信号Ｖｍｅａｓｕｒｅ及びＩｍｅａｓｕｒｅに対して、図２に示したように、時間ｐだけプリトリガをかけることが望ましい。また、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０の測定時間は、等しいことが望ましく、電圧測定と電流測定の時間（データ測定の積分時間）をｍとすれば、好ましくは、時間ｐは、トリガ信号全体の幅を示す時間ｍ未満であることが望ましく、最適には、以下の式
ｐ＝ｍ／２ …（５）
を満たすことが望ましい。
【００７６】
ここで、使用する機器の機能によっては、プリトリガをかける時間ｐの分解能が不足することがある。その場合は、式（５）の両辺は、必ずしも等しくなくてもよく、設定可能な時間分解能の範囲で近似しておれば良い。また、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の検出をデジタル量として検出する場合には、測定の積分時間ｍは、電圧測定と電流測定の時間に、部分短絡電流検出のための測定時間ｔＬを加えたものとすることが望ましい。
【００７７】
以上のごとくプリトリガをかけることによって、測定の積分時間ｍの間に、Ｉ２／Ｉ１の値が変化しても、その間のＩ２／Ｉ１の平均値が、プリトリガをかけない場合に比べて、所定の値Ｋに近くなるので、電流電圧特性をより正確に測定することができる。また、式（５）を満たすことによって、式（２）を満たす時点の前後のＩ２／Ｉ１の値の変動が相殺されて、測定の積分時間ｍの間のＩ２／Ｉ１の平均値が、所定の値Ｋにさらに近くなるので、電流電圧特性が一層正確に測定できる。
【００７８】
また、上記のプリトリガがかけられない場合には、測定の積分時間ｍの経過中のＩ２／Ｉ１の値が式（３）を満たすことが望ましく、式（４）を満たすことがより望ましい。それによって、プリトリガが、かけられない場合であっても、電流電圧特性が正確に測定できる。
【００７９】
また、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧への設定を指示する制御命令またはトリガ信号を出力してから、電圧可変手段が設定電圧の変更を開始する、すなわち、図２においてＶｓｅｔがハイレベルとなるまでの間に、遅延時間ｄを設けることが望ましい。この時、遅延時間ｄと測定の積分時間ｍとプリトリガ時間ｐとが、以下の式
ｄ＞ｍ−ｐ …（６）
を満たすことが望ましい。このようにすると、電圧測定と電流測定の終了した後に、次の設定電圧への電圧変更を開始することを確実にすることができる。ただし、プリトリガがかけられない場合は、ｐ＝０とする。
【００８０】
また、図２に示したように設定電圧の変更開始後、次に、式（２）を満たす時点（ｔ＝ｔ２）までの時間をｉとし、積層型光電変換素子の充放電の時定数をτとすれば、以下の式
ｉ≧４×τ＋ｐ …（７）
を満たすことが、望ましい。このようにすると、積層型光電変換素子の設定電圧の変化に対する過渡的応答による電圧測定と電流測定の誤差を排除することができ、電流電圧特性をより正確に測定することができる。また、合成光の分光分布の変動の周期が短く、式（７）を満たすことができない場合、ステップＳ０４０に戻るようにして、その時点の電圧測定、電流測定及び電圧設定を指示する制御命令またはトリガ信号を、部分短絡電流比較制御手段１２２が出力しないようにすれば、式（７）を満たすようにすることができる。
【００８１】
なお、Ｉ２／Ｉ１の変動の周期が、式（７）の右辺４×τ＋ｐの値より、十分に大きいことが分かっている場合は、ステップＳ０７０を省略することができる。
【００８２】
次に、ステップＳ１００において、測定した積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対が、所望の測定点数ｎに達したかどうか判定する。所望の測定点数ｎに達していないと判定された場合、ステップＳ０４０に戻る。具体的には、最初に式（２）を満たす時点（図２におけるｔ＝ｔ１）から、ｎ番目に式（２）を満たす時点（図２におけるｔ＝ｔｎ）まで、ステップＳ０４０からステップＳ０９０までの処理をｎ回繰り返すことによって、所望の点数ｎの積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対が得られる。
【００８３】
一方、ステップＳ１００において所望の測定点数ｎに達したと判定された場合、ステップＳ１１０において、設定電圧を、待機電圧（Ｖｒｅｓｅｔ）に設定する。
【００８４】
次に、ステップＳ１２０において、計測制御／データ処理手段１２３によって、上述の工程で得られた、ｎ点の積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対を取得する。
【００８５】
次に、ステップＳ１３０において、取得したｎ点の電圧及び電流のデータ対を記憶手段に保存する。この時、必要に応じて、適宜データを補正処理し、補正後のデータを保存しても良い。ここで、補正処理の具体的な例としては、電圧及び電流のデータ対の温度補正と照度補正による基準状態への補正がある。例えば、積層型光電変換素子の電流電圧特性測定中の温度が、２５±２℃の範囲外であった場合は、データを温度補正する必要がある。また、放射照度が、１０００±１０Ｗ／ｍ２の範囲外であった場合は、データを照度補正する必要がある。補正方法は、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１３の６．１に記載された公知の補正式を用いて、補正することができる。
【００８６】
また、ここで同時に、モニタリングセルの部分短絡電流のデータ、電流電圧特性測定中の積層型光電変換素子の温度のデータ等、他の測定データも取得し、電圧及び電流のデータと伴に保存しても良い。なお、照度補正に用いる放射照度用のデータとしては、モニタリングセルによる部分短絡電流のデータを用いても良いし、モニタリングセルと別に基準光電変換素子を準備して、該基準光電変換素子の短絡電流を、電圧及び電流のデータ対の測定と同じタイミングで測定したデータを用いてよい。
【００８７】
次に、ステップＳ１４０において、取得された電圧及び電流のデータは、計測制御／データ処理手段１２３において、必要に応じて、適宜ソフトウェアで処理され、積層型光電変換素子の電流電圧特性を表示する。この場合、必要に応じて、補正された電圧及び電流のデータ対、（Ｉ１，Ｖ１），（Ｉ２，Ｖ２），…，（Ｉｎ，Ｖｎ）を直線または近似曲線で結べば、電流電圧特性曲線（ＩＶカーブ）が得られる。また、電流電圧特性から、公知の算出方法により、最大出力（Ｐｍａｘ）、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）、最大出力動作電圧（Ｖｐｍ）、最大出力動作電流等（Ｉｐｍ）等の積層型光電変換素子の出力特性の各パラメータを計算することができる。
【００８８】
以上の工程を実行することにより、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定することができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態による積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定では、常に、上記式（２）を満たす状態、すなわち積み重ねられた各々の半導体接合部の短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に実質的に等しい場合にのみ測定されているので、基準太陽光の下で測定した特性と同等に正確な電流電圧特性を得ることができる。
【００９０】
（変形例）
ところで、上述した、電圧測定と電流測定の積分時間ｍ、及び積層型光電変換素子の充放電の時定数τの４倍が、式（２）を満たすある時点と次に満たす時点との時間間隔である（ｔｎ−ｔ（ｎ−１））よりも十分に小さい場合、すなわち、次の式
ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＞＞ｍ，４×τ …（８）
を満たす場合においては、以下で詳述するように図４のフローチャートに示す工程によって、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定することができる。
【００９１】
以下、本実施形態の変形例の測定方法における各工程について図４のフローチャートを参照して順に詳細に説明する。なお、図示されたように、ステップＳ０４０までは、上記で図３に関して説明した工程と同様であるので、説明を省略する。
【００９２】
ステップＳ２００において、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に、同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号を出力し、積層型光電変換素子の電圧と電流を測定させる。
【００９３】
次に、ステップＳ２１０において、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧への設定を指示する制御命令またはトリガ信号を出力する。
【００９４】
次に、ステップＳ２２０において、測定した電圧及び電流のデータ対の数が所定の測定点数ｍに達したかどうか判定し、達していないと判定された場合には、ステップＳ０４０に戻り、ステップＳ０４０からステップＳ２１０までの処理を繰り返す。これは、すなわち、Ｉ２／Ｉ１の値に関わらず、積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定と設定電圧の変更とをｍ回繰り返すことを意味する。
【００９５】
この時、設定電圧が変更されてから、次の電圧と電流の測定が開始されるまでの時間間隔が時定数τの４倍よりも大きいと、各時点での出力電圧及び出力電流の測定が正確になるので、望ましい。また、ここで、測定点数ｍは、所望の測定点数ｎよりも十分大きい数にしておくことが望ましい。
【００９６】
ステップＳ２２０で、所定の測定点数ｍに達したと判定された場合には、次のステップＳ２３０に進む。次のステップＳ２３０では、図３に示したステップＳ１１０と同様の処理を行う。
【００９７】
次に、ステップＳ２４０において、計測制御／データ処理手段１２３によって、積層型光電変換素子の電圧、電流、及び、Ｉ１、Ｉ２のｍ点のデータセットを取得する。
【００９８】
次に、ステップＳ２５０において、Ｉ１及びＩ２のデータを比較し、ステップＳ２６０において、上述の式（２）を満たすかどうかを判定する。
【００９９】
式（２）を満たすと判定された場合は、ステップＳ２８０で、ｎ点の電圧及び電流のデータ対を記憶手段に保存し、満たさないと判定された場合は、ステップＳ２７０で、該当する電圧及び電流のデータを使用しないようにする。
【０１００】
すなわち、本変形例では所望の測定点数ｎよりも十分多い測定点数ｍのデータを取得しておき、所得した後に、Ｉ２／Ｉ１の値を調べて、データを取捨選択するようにする。それによって、積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定値として、常に、上記式（２）を満たすものが選択されることになる。
【０１０１】
最後の工程であるステップＳ２９０での処理は、図３におけるステップＳ１４０での処理と同様である。
【０１０２】
なお、図４のフローチャートに示した工程では、図１における部分短絡電流比較制御手段１２２は、計測制御／データ処理手段１２３によって兼ねられることになる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態の変形例による積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定では、常に、上記式（２）を満たす状態、すなわち積み重ねられた各々の半導体接合部の短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に実質的に等しい場合に測定されたデータを用いているので、基準太陽光の下で測定した特性と同等に正確な電流電圧特性を得ることができる。
【０１０４】
＜各構成要素の説明＞
以下、本発明に係る測定装置の各構成要素について、さらに詳細に説明する。
【０１０５】
（積層型光電変換素子）
本発明に係る測定方法において、測定対象の積層型光電変換素子（以下、サンプルセルとも称する）は、複数の光電変換機能を有する半導体接合部（以下、コンポーネントセルとも称する）を積み重ねた構造である。積み重ねたコンポーネントセルの各々から電極が取り出されている構造のものは、接合が２つの場合、４端子型と呼ばれる。複数のコンポーネントセルが、直列に接続され、電極が両端だけにある場合、２端子型と呼ばれる。本発明に係る出力特性測定方法は、どちらのタイプにも適用できるが、２端子型に適用したときに特に効果が大きい。
【０１０６】
積層型光電変換素子のデバイスの種類としては、太陽電池、フォトダイオード、光センサー、電子写真感光体等が挙げられる。
【０１０７】
半導体接合部の種類としては、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ型接合などが挙げられる。
【０１０８】
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ＩＩＶＩ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。
【０１０９】
また、本発明に係る測定方法によれば、例えば、太陽電池の場合、セル、サブモジュール、モジュール、など様々な形態のものを測定することができる。また、セル、サブモジュール、モジュール等を適宜直列あるいは並列に接続した状態のものも測定することができる。
【０１１０】
ここで、サンプルセルは、各コンポーネントセルの分光感度が分かっていることが望ましい。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。１〜ｎ番目のコンポーネントセルについて、バイアス光の分光放射照度分布をそれぞれの測定に適したものに変更して、上記工程を繰り返すことにより、全てのコンポーネントセルの分光感度が得られる。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測定しても良い。
【０１１１】
また、サンプルセルは、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。サンプルセル自体の温度係数を測定することが困難である場合には、同等の特性を有する積層型光電変換素子群の温度係数の代表値を用いても良い。また、サンプルセルを測定する場合に、サンプルセルが、２５±２℃と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有る場合には、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。
【０１１２】
また、電流電圧特性の測定結果に照度補正を行う必要がある場合には、積層型光電変換素子のシリーズ抵抗Ｒｓの値が、分かっていることが望ましい。シリーズ抵抗Ｒｓの測定方法は、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１３の６．３に記載された二つの異なった放射照度のＩＶカーブから求める方法などの公知の方法によって、求められる。また、簡易的には、ＩＶカーブのＶｏｃ近傍の接線の傾きから、求めることもできる。
【０１１３】
（各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定）
以下、本発明に係る測定方法の重要な要素である各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定方法について、詳述する。
【０１１４】
一般に、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルは、積み重ねられ直列に接続されているので、その短絡電流を直接測定することは困難である。そこで、以下のような方法で、その短絡電流が推定される。
【０１１５】
すなわち、まず上述の分光感度測定方法によって、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの分光感度を測定し、波長λにおける、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度をＱｎ（λ）とする。次に、照射光（本発明においては、合成光）の分光放射照度分布（スペクトル）を公知のスペクトル測定手段によって測定し、波長λにおける照射光の分光放射照度をＥｔ（λ）とする。次に、ｎ番目のコンポーネントセルの照射光の下での短絡電流をＩｎ，ｔｅｓｔとすれば、Ｉｎ，ｔｅｓｔは、以下の式
Ｉｎ，ｔｅｓｔ ＝ ∫Ｅｔ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ …（９）
によって求められる。ここで積分する波長範囲は、Ｑｎ（λ）＞０の範囲で定積分すれば良い。
【０１１６】
分光感度Ｑｎ（λ）の具体例としては、例えば２層の積層型光電変換素子で、図７のようなグラフが得られる。図７において、７０１及び７０２は、トップセル及びボトムセルの分光感度をそれぞれ示している。
【０１１７】
なお、ｎ番目のコンポーネントセルの、基準太陽光の下での短絡電流をＩｎ，ｒｅｆとすれば、Ｉｎ，ｒｅｆは、以下の式
Ｉｎ，ｒｅｆ ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ …（１０）
Ｅｏ（λ）：基準太陽光の分光放射照度分布
によって求められる。なお、ここで積分する波長範囲は、式（９）の場合と同様である。
【０１１８】
従って、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの短絡電流の比率、（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）は、上記式（９）を用いて求めることができる。そして、その比率が、基準太陽光の下での比率に等しい時、すなわち、以下の式
（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）＝（Ｉ１，ｒｅｆ：Ｉ２，ｒｅｆ：…：Ｉｎ，ｒｅｆ） …（１１）
を満たす時、合成光のスペクトルは、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定において、基準太陽光のスペクトルと等価な状態にあると言える。
【０１１９】
しかしながら、スペクトルが変動する合成光において、式（９）を用いて、各コンポーネントセルの短絡電流の比率を求め、その値を用いて、部分短絡電流比較制御手段を機能させることは、以下の点で困難なところがある。
【０１２０】
すなわち、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑｎ（λ）は、予め測定しておけば良いが、照射光のスペクトルＥｔ（λ）は、変動するので、その時点その時点で測定しなければならない。ある時点で測定した照射光のスペクトルＥｔ（λ）を用いて式（９）の計算を行うのは、積分演算の可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置が必要である。一方、合成光のスペクトル変動の周期は、後述する理由から、ミリ秒（ｍｓｅｃ）オーダーであることが多い。
【０１２１】
現状の技術では、普及型のスペクトロラジオメーターによれば、スペクトルの測定にまず、ミリ秒オーダーの積分時間を要し、また、測定装置に使用される一般的なパーソナルコンピュータの処理能力では、その積分演算をして、なおかつ、演算結果から機器の制御をミリ秒オーダーで行うのは、困難である。また、普及型とはいえ、その時点その時点のスペクトルを測定できるスペクトロラジオメーターが高価であることも問題である。ただし、将来的には、パーソナルコンピュータの機器制御の高速化や、スペクトロラジオメーターの低コスト化が進めば、前述の方法も採用可能である。
【０１２２】
以上のような理由から、本発明に係る測定方法では、各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定のために、以下で詳述するようなモニタリングセルを用い、その短絡電流を実測して、モニタリングセルの短絡電流の比率をもって、各コンポーネントセルの短絡電流の比率とする方法を採用している。この方法によれば、スペクトル測定や積分演算などを必要としないので、後述する部分短絡電流比較制御手段を高速で機能させることができ、好適である。
【０１２３】
（モニタリングセル）
モニタリングセルは、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの短絡電流を推定するために用いられ、各コンポーネントセルの分光感度と近似した分光感度を有した光電変換素子であって、各コンポーネントセルに対応して、独立に設けられる。すなわち、積層型光電変換素子が、ｎ個のコンポーネントセルから構成されておれば、ｎ個のコンポーネントセルにそれぞれ対応するｎ個のモニタリングセルを用意することが望ましい。
【０１２４】
積層型光電変換素子の各コンポーネントセルは、前述したようにそれぞれの短絡電流を直接測定することはできないが、独立に設けたモニタリングセルであれば、その短絡電流を直接測定することができる。各モニタリングセルの分光感度が、各コンポーネントセルの分光感度に近似しておれば、各コンポーネントセルの短絡電流の比率（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）は、各モニタリングセルの短絡電流の比率（Ｉ１，ｍｏｎｉ：Ｉ２，ｍｏｎｉ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ）で代用することができる。すなわち、以下の式
（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）
≒（Ｉ１，ｍｏｎｉ：Ｉ２，ｍｏｎｉ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ） …（１２）
により、式（９）の積分演算をすることなく、各コンポーネントセルの短絡電流の比率を直接測定することができる。
【０１２５】
ここで、上記の式（１２）が成り立つためには、各モニタリングセルの各コンポーネントセルに対する分光感度の近似度を高めることが重要である。その近似度の指標として、以下の式
Ｍｎ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｒｎ（λ）ｄλ／∫Ｅｔ（λ）Ｑｒｎ（λ）ｄλ× ∫Ｅｔ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ／∫Ｅｏ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ…（１３）
Ｅｏ（λ）：基準太陽光の分光放射照度分布
Ｅｔ（λ）：照射光の分光放射照度分布
Ｑｒｎ（λ）：ｎ番目のコンポーネントセル用のモニタリングセルの分光感度
Ｑｎ（λ）：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度
で定義される、ミスマッチ係数Ｍｎが、各々０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
【０１２６】
従って、各モニタリングセルは、当然、予め分光感度を測定してあることが必要である。また、照射光の分光放射照度分布は変動するが、少なくとも上記式（１１）が成り立つ時点での分光放射照度分布において、ミスマッチ係数Ｍｎが、各々０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
【０１２７】
また、各モニタリングセルは、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。例えば、アモルファス材料のように光劣化現象を有する材料で形成する場合は、予め特性が安定化するのに十分な時間光照射しておくことが望ましい。
【０１２８】
また、各モニタリングセルは、それぞれ単一の半導体接合部からなる、いわゆるシングルセルであることが望ましい。また、各モニタリングセルは、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルを形成する材料と異なる材料を用いてモニタリングセルを形成しても良い。その場合は、分光感度を近づけるために、図５のように光学フィルタを受光面側に設けても良い。
【０１２９】
図５は、モニタリングセルの具体例の一つを分解して構成を示した断面図であり、５０１は光電変換素子、５０２は光電変換素子のケース、５０３は光学フィルタ用ホルダー、５０４及び５０５は光学フィルタである。ここで、光学フィルタ５０４及び５０５は矢印のようにフィルタ用ホルダー５０３にはめ込み、フィルタ用ホルダー５０３を矢印のようにケース５０２にかぶせるようにはめ込んで用いる。
【０１３０】
モニタリングセルの分光感度Ｑｒｎ（λ）の具体例としては、例えば２層の積層型光電変換素子用のモニタリングセルでは、図８に示すようなグラフになる。図８において、８０１及び８０２は、トップセル及びボトムセル用のモニタリングセルの分光感度をそれぞれ示している。
【０１３１】
モニタリングセルは、基準状態における短絡電流があらかじめ測定されていることが望ましい。それによって、各モニタリングセルの基準状態における短絡電流の比率、（Ｉ１，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：Ｉ２，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）を求めることができる。照射光の下での各モニタリングセルの短絡電流の比率が、基準状態における短絡電流の比率に等しい時、すなわち、以下の式
（Ｉ１，ｍｏｎｉ：Ｉ２，ｍｏｎｉ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ）＝（Ｉ１，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：Ｉ２，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）…（１４）
が成り立つとき、上記式（１１）が成り立つと見なすことができる。
【０１３２】
基準状態における短絡電流（Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）の測定方法としては、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１０に記載された、公知の一次基準太陽電池用セルの校正方法によって求められる。また、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１１に記載された、公知の二次基準太陽電池用セルの校正方法によって求めても良い。
【０１３３】
また、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１５に記載された、公知の分光感度測定方法によって、各モニタリングセルの分光感度Ｑｒｎ（λ）を測定し、以下の式
Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｒｎ（λ）ｄλ …（１５）
によって、基準状態における短絡電流（Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）を求めても良い。
【０１３４】
また、モニタリングセルとしては、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。モニタリングセル自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の光電変換素子の温度係数の値を用いても良い。また、モニタリングセルは、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有る場合には、前述の温度係数によって短絡電流の温度補正を行い、２５℃における短絡電流を求めることが必要である。
【０１３５】
また、モニタリングセルは、照射光の放射照度が、１０００Ｗ／ｍ２を中心としたある範囲で、その短絡電流の、放射照度に対する変化が、直線的であること（直線性を有すること）が望ましい。モニタリングセルの短絡電流が、放射照度に対し直線性を有する範囲は、好ましくは、８００Ｗ／ｍ２以上１２００Ｗ／ｍ２以下、より好ましくは、５００Ｗ／ｍ２以上１５００Ｗ／ｍ２以下、であることが望ましい。
【０１３６】
（部分短絡電流比較制御手段）
部分短絡電流比較制御手段は、各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定結果を取得して比較し、各コンポーネントセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいかどうかを判定し、等しいと判定される場合にのみ、電圧検出手段と電流検出手段に同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号を出力し、また、電圧可変手段に、次の設定電圧への設定変更を指示する制御命令またはトリガ信号を出す機能を有するものである。
【０１３７】
本発明に係る測定において、合成光の分光放射照度分布は、所定の時間内で繰り返し変動しているので、制御命令またはトリガ信号は、上記の判定の後、できるだけ速やかに出力し、できるだけ速やかに電圧及び電流の測定と電圧の設定とを開始することが望ましい。
【０１３８】
ここで、所定の時間は、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定するために要する時間であり、積層型光電変換素子の温度上昇や、測定に要するタクトタイムの点から、通常は、十秒程度以下であることが多い。電流電圧特性の測定中の、積層型光電変換素子の温度上昇は、好ましくは、２℃以下、より好ましくは、１℃以下であることが望ましい。それによって、電流電圧特性の測定結果の温度による誤差を小さくでき、測定結果がより正確になる。一方、電流電圧特性曲線を描くための測定点数は、３０点以上であることが望ましい。それによって、Ｐｍａｘ、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ等の特性の計算結果が、より正確になる。従って、照射する合成光の変動の最大周期は、少なくとも３００ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。よって、電圧及び電流のデータ対１点あたりの測定時間は、３００ｍｓｅｃよりも十分に短いことが望ましく、制御命令またはトリガ信号が出力されてから、電圧及び電流の測定を開始するまでの時間（以下、制御実行時間とも称する）は、電圧及び電流の測定時間よりもさらに短いことが望ましい。通常の測定では、制御実行時間は、できるだけ短いことが好ましく、少なくとも数ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。
【０１３９】
部分短絡電流比較制御手段として、パーソナルコンピュータ等と計測制御ソフトウェア等のプログラムの組合せを利用することもできる。この場合、部分短絡電流比較制御手段は、上記の計測制御／データ処理手段と兼用することができる。しかしながら、現在の技術水準では、一般的なパーソナルコンピュータ等と計測制御ソフトウェアでは、制御実行時間として、ミリ秒オーダーの時間を要する。従って、このような場合は、所定の時間が、最も長い部類の場合に相当し、実際にはまれである。
【０１４０】
実際には、パルス光を利用した合成光の場合等、合成光の変動の最小周期は、ミリ秒オーダーであることが多い。その場合、制御実行時間としては、マイクロ秒（μｓｅｃ）オーダーであることが望ましい。このような制御実行時間を満足するには、プログラムによる制御命令では実現困難であり、トリガ信号を用いる方が望ましい。
【０１４１】
従って、部分短絡電流比較制御手段としては、複数の電気信号を比較して、その結果トリガ信号を出力する電気回路が望ましい。このような電気回路（トリガ出力回路とも称する）は、オペアンプあるいはＩＣ等を用いることによって、公知の技術によって構成することができる。このような、トリガ出力回路を用いることによって、部分短絡電流比較制御手段が、部分短絡電流検出手段から信号を受け取ってから、トリガ信号を出力するまで、ナノ秒（ｎｓｅｃ）オーダーで処理することができる。従って、電圧検出手段、電流検出手段及び電圧可変手段が、トリガ信号を受け取ってから、電圧測定、電流測定及び電圧設定を開始させるまでの反応時間がマイクロ秒オーダーであれば、制御実行時間をマイクロ秒オーダーにすることができる。
【０１４２】
図６は、トリガ出力回路の基本的な一例を示す回路図である。図６において、入力端子６０１から入力された信号Ｉ１は、係数増幅器６０３を通ることで指定された定数Ｋ倍されＫ×Ｉ１となり、比較器６０４の正入力に入力される。入力端子６０２から入力された信号Ｉ２はそのまま比較器６０４の負入力に入力される。ここで、係数増幅器６０３としては、例えば、オペアンプを用いることができ、比較器６０４としては、例えば、コンパレータを用いることができる。
【０１４３】
比較器６０４はＫ×Ｉ１＞Ｉ２の時にハイレベル信号を、Ｋ×Ｉ１≦Ｉ２の時にローレベル信号を出力する。比較器６０４の出力は、コンデンサ６０６、抵抗６０７で構成された微分回路を通ることで微分され、ダイオード６１０を通して出力端子６１２に接続される。
【０１４４】
また、比較器６０４の出力は、否定論理器６０５を通ったあと、コンデンサ６０８、抵抗６０９で構成された微分回路を通ることで微分され、ダイオード６１１を通して出力端子６１２に接続される。ここで、否定論理器６０５としては、例えば、インバータ７４０４を用いることができる。また、図６において、係数増幅器６０３、比較器６０４、否定論理器６０５の電源回路は、省略した。
【０１４５】
この回路によって、比較器６０４の出力が、ハイレベルからローレベルになる場合も、ローレベルからハイレベルになる場合も、Ｉ２／Ｉ１＝Ｋになった時に、出力端子６１２からはトリガパルスが出力されることになる。負論理のトリガパルスが必要な時は、否定論理器を使って出力を反転させれば良い。
【０１４６】
また、部分短絡電流比較制御手段は、好ましくは、制御命令またはトリガ信号を出力する条件（判定条件）を可変できる調整機構を有することが望ましい。具体的には、積層型光電変換素子のコンポーネントセルの数に応じて、比較する部分短絡電流の数が変わる。また、測定対象の積層型光電変換素子の違いによって、合成光照射下で出力する短絡電流の比率が変化し、部分短絡電流の判定条件も変化する。このような変化に応じて、判定条件を変化させるように調整できることが望ましい。より好ましくは、計測制御／データ処理手段に判定条件を入力し、計測制御／データ処理手段から制御命令を出力して、部分短絡電流比較制御手段の判定条件を調整することが可能であることが望ましい。
【０１４７】
また、部分短絡電流比較制御手段として、複数のチャンネルを備えたデジタルオシロスコープを用いることもできる。例えば、チャンネル１に入力したＩ１の値とチャンネル２に入力したＩ２の値を比較し、Ｉ２／Ｉ１＝Ｋになった時に、チャンネル３の電圧測定とチャンネル４の電流測定を開始するようにする。前述のプリトリガをかけることもできる。この場合は、電圧検出手段と電流検出手段についてもデジタルオシロスコープがその機能を兼ねる。
【０１４８】
（電圧検出手段と電流検出手段）
電圧検出手段及び電流検出手段は、デジタルマルチメータ、または、アナログデジタル変換機器（Ａ／Ｄボード、Ａ／Ｄ変換モジュール等のＡ／Ｄ変換器）を利用したもの、または、デジタルオシロスコープ等、公知の手段を用いれば良い。電流は、シャント抵抗を用いて、電圧に変換して測定しても良い。また、電圧検出手段と電流検出手段は、部分短絡電流比較制御手段からの制御命令またはトリガ信号を受信して、電圧または電流の測定を開始できる機能を有する要がある。また、測定結果を計測制御／データ処理手段に出力する機能を有するものが望ましい。
【０１４９】
また、好ましくは、メモリー機能を有し、前述のプリトリガをかける機能を有するものが望ましい。また、好ましくは、メモリー機能によって、測定値を一時保存し、所望の点数の電圧及び電流のデータ対の測定が終了してから、全てのデータ対を計測制御／データ処理手段に出力する機能を有するものが望ましい。それによって、計測制御／データ処理手段がデータを受け取る時間を、所望の点数のデータ対の測定終了後として、かつ一括することができるので、全体の測定を高速化することができる。また、好ましくは、放射照度比較制御手段からの制御命令またはトリガ信号を受信してから、電圧または電流の測定を開始するまでの反応時間がマイクロ秒オーダーであるものが望ましい。それによって、ミリ秒オーダーでスペクトルが変動する合成光に対応した測定を実現できる。
【０１５０】
また、測定に要する積分時間は、好ましくは、０．１ＰＬＣ（ＰＬＣは、１秒をＡＣ電源周波数で除した時間）以下、より好ましくは、０．０１ＰＬＣ以下であることが望ましい。
【０１５１】
また、測定器の確度としては、好ましくは、測定値の±１％以下、より好ましくは、±０．５％以下、最適には、±０．２％以下であることが望ましい。
【０１５２】
（電圧可変手段）
電圧可変手段は、測定対象の積層型光電変換素子の正負電極間の電圧あるいは電流を可変させる手段であり、バイポーラー電源、電子負荷、コンデンサに蓄積された電荷の放電等、公知の手段を用いればよい。また、電圧可変手段は、部分短絡電流比較制御手段からの制御命令またはトリガ信号を受信して、積層型光電変換素子の電圧あるいは電流を設定するか、または負荷抵抗の抵抗値を設定する機能を有する必要がある。また、好ましくは、計測制御／データ処理手段によって、設定値を制御できるものであることが望ましい。
【０１５３】
例えば、電源を制御する場合、電源本体はアナログ制御であっても、デジタル値を計測制御／データ処理手段から受信して、アナログ値に変換し、電源を制御することのできるプログラマーと組み合わせて使用することによって、設定値を制御することができる。
【０１５４】
また、好ましくは、積層型光電変換素子の電圧あるいは電流を可変させる場合に、複数段階で設定値を可変できるものが望ましい。より好ましくは、制御命令またはトリガ信号を受信してから、設定値を変化させるまでの上述の遅延時間ｄを設定できるものが望ましい。また、電圧可変手段の設定値の変更を開始してから、次の設定値に対して±１％の範囲に到達するまでの時間を立ち上がり時間ｑとすれば、より好ましくは、以下の式
ｉ＞ｑ＋ｐ …（１６）
が成り立つことが望ましい。
【０１５５】
また、積層型光電変換素子の電圧を測定し、所望の設定電圧になるようにフィードバックし、その時に流れる電流を測定できる機能（電圧設定電流測定機能）を有する電源を用いることもできる。この場合、電圧可変手段が、電圧検出手段と電流検出手段を兼ねる。
【０１５６】
（計測制御／データ処理手段）
計測制御／データ処理手段は、部分短絡電流検出手段、部分短絡電流比較制御手段、電圧検出手段、電流検出手段、電圧可変手段、照射光の電源、シャッター等の機器に制御命令を出力したり、機器からデータを取得して処理する機能を有する。
【０１５７】
計測制御／データ処理手段としては、計測制御あるいはデータ処理用のソフトウェアをインストールした、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。また、計測制御／データ処理手段は、計測器等と制御命令やデータをやりとりするためのインターフェイスを備えていることが望ましく、好ましくは、計測器の制御をプログラミングできるものが望ましい。
【０１５８】
また、計測制御／データ処理手段は、取得したデータを前述のごとく、適宜処理する機能と、データをハードディスク等の各種記憶媒体に保存する機能とを有する。
【０１５９】
（基準光電変換素子）
以下、太陽電池を例にとって、基準光電変換素子の要件を説明する。太陽電池の場合、基準太陽電池となるが、以下基準セルと称する。
【０１６０】
上記のモニタリングセルが、合成光の各コンポーネントセルの感度波長領域に応じた部分短絡電流を求めるために用いられるのに対し、基準セルは、合成光の波長領域の中で、積層型基準太陽電池全体の短絡電流を制限するコンポーネントセル（以下、律速セルと称する）が感度を有する波長領域の放射照度を求めるために用いられる。
【０１６１】
基準セルは、基本的に上記のモニタリングセルと同じものを用いても良い。
【０１６２】
基準セルとモニタリングセルとに同じものを用いる場合は、各モニタリングセルの中で、律速セルと近似した分光感度を有するものを基準セルと呼ぶことにする。
【０１６３】
基準セルは、サンプルセルと同じく、積層型光電変換素子であっても良いし、異なる材料によって構成されていても良い。ただし、以下のごとくサンプルセルと同等の分光感度を有していることが望ましい。
【０１６４】
第一に、基準セルがサンプルセルと同じく、積層型光電変換素子である場合には、律速セルが基準セルとサンプルセルとで同じ種類のコンポーネントセルであり、両者の律速セルが近似した分光感度を有していることが望ましい。ただし、律速セルがどのコンポーネントセルになるかは、照射する光のスペクトルによって変化するが、少なくとも、前述の基準状態において、基準セルとサンプルセルの律速セルが同じコンポーネントセルであることが望ましい。
【０１６５】
第二に、基準セルが、サンプルセルと異なる材料によって形成されている場合には、基準セルの分光感度が、サンプルセルの律速セルと近似した分光感度を有していることが望ましい。前述のモニタリングセルの内、サンプルセルの律速セルと近似した分光感度を有しているものを基準セルとして併用しても良い。
【０１６６】
以上のようにすることにより、基準セルを用いて照射光の放射照度を測定するときに、測定結果が正確になり、その結果、積層型光電変換素子の出力特性の測定が正確に行える。
【０１６７】
また、基準セルは、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。基準セルを、光、熱、湿度等に対して、安定化させることにより、基準セルの基準状態における電流電圧特性の信頼性が高まり、サンプルセルの出力特性の測定が正確になる。また、基準状態における電流電圧特性を再測定する時間間隔を広くとることができる。
【０１６８】
また、基準セルは、基準状態における短絡電流があらかじ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としては、例えば、ＪＩＳＣ ８９１０に記載された、公知の一次基準太陽電池用セルの校正方法を使用できる。また、基準セルが、積層型光電変換素子である場合には、本発明に係る測定方法を用いて電流電圧特性を測定し、基準状態における短絡電流を求めても良いし、公知の、マルチソース法、補助光源法、基準太陽光法等の方法を用いて、基準状態における短絡電流を求めても良い。
【０１６９】
また、基準セルは、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。基準セル自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の光電変換素子の温度係数の値を用いても良い。また、基準セルを用いて、サンプルセルを測定する場合に、基準セルは、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有る場合には、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。
【０１７０】
また、基準セルは、照射光の放射照度が、１０００Ｗ／ｍ２を中心としたある範囲で、その短絡電流の放射照度に対する変化が、直線的であること（直線性を有すること）が望ましい。基準セルの短絡電流が、放射照度に対し直線性を有する範囲は、好ましくは、８００Ｗ／ｍ２以上１２００Ｗ／ｍ２以下、より好ましくは、５００Ｗ／ｍ２以上１５００Ｗ／ｍ２以下、であることが望ましい。
【０１７１】
また、基準セルとサンプルセルの律速セルの関係が、以下の式
Ｍｎ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｒ（λ）ｄλ／∫Ｅｔ（λ）Ｑｒ（λ）ｄλ× ∫Ｅｔ（λ）Ｑｌｉｍ（λ）ｄλ／∫Ｅｏ（λ）Ｑｌｉｍ（λ）ｄλ…（１７）
Ｑｒ（λ）：基準セルの分光感度、または基準セルの律速セルの分光感度
Ｑｌｉｍ（λ）：サンプルセルの律速セルの分光感度
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。
【０１７２】
また、合成光の放射照度に場所むらが有る場合は、基準セルの発電部面積は、サンプルセルを構成する１枚の基板上に形成された最小単位部分の発電部面積と、好ましくは、±２０％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。このように基準セルとサンプルセルの発電部面積が近似することによって、照射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。サンプルセルが、複数の積層型光電変換素子を直列及び／または並列に接続した形態（いわゆる、モジュールまたはアレイ）である場合には、直列及び／または並列に接続された単一基板上の最小単位部分（以下、サブモジュールと略記する。）の発電部面積が、基準セルの発電部面積と近似していれば良い。
【０１７３】
（合成光）
本発明に係る出力特性測定方法に用いられる合成光は、複数の人工光源による光を合成したものである。人工光源としては、擬似太陽光光源が望ましい。光源のランプの種類としては、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等が好適に用いられる。点灯方法は、連続点灯でもパルス点灯でも良い。
【０１７４】
また、本発明に係る測定方法における合成光は、異なる分光分布を有する２以上の光を合成したものであり、合成後の分光分布が所定の時間内で繰り返し変動することに特徴がある。合成に用いる、異なる分光分布を有する２以上の光の数は、積層型光電変換素子のコンポーネントセルの数と同じとすることが望ましい。
【０１７５】
また、合成後の分光分布を変動させる方法としては、例えば、以下のようなものがある。
【０１７６】
例えば、コンポーネントセルの数が２である、いわゆるダブルセルの場合、２つの光源を用意する。図１に示した構成が、この場合に相当する。図１において、例えば、第一の光源１０１として、定常光型キセノンランプを用い、第二の光源１０４として、ハロゲンランプを用いる。この時、定常光型キセノンランプの電源１０３としてキセノンランプの発光強度にある程度の変動が出るものを用いると良い。
【０１７７】
一般にキセノンランプの発光強度は、変動することが多く、この変動を抑えて発光強度を安定化させるために電源に様々な調整機能を付加しているので、発光強度にある程度の変動を許容すれば、低コストでコンパクトな電源とすることができる。一方、ハロゲンランプの電源１０６としては、ＤＣ電源を用いるのが一般的であり、ハロゲンランプは、無視できるほどリップルの少ない定常発光をさせる。
【０１７８】
ハーフミラー１０７が、多層膜による干渉作用を利用した、いわゆるコールドミラーであれば、キセノンランプ１０１の短波長光を反射し、ハロゲンランプ１０４の長波長光を透過させる。この時、ハーフミラーの透過率が０％近くから、１００％近くに急激に変化する途中の５０％の透過率を有する波長（カットオン波長と呼ぶことにする。）は、トップセルとボトムセルの分光感度が入れ替わる付近の波長を選択して設計される。従って、ハーフミラー１０７で反射された、キセノンランプによるカットオン波長より短波長の光の強度が変動し、ハーフミラー１０７を透過したハロゲンランプの光の強度は、ほぼ一定である。この時、モニタリングセル１１４による部分短絡電流Ｉ１の値が変動し、モニタリングセル１１５による部分短絡電流Ｉ２の値は、変動が少ないことになる。従って、Ｉ２／Ｉ１の値は、図２のグラフに示したように変動する。
【０１７９】
合成光の他の例としては、前述の例において、第一及び第二の光源、及びそれらの電源を、ロングパルス発光型キセノンランプとその電源に変更したものを用いることができる。一般に、パルス発光型の光源は、発光強度が一定ではなく変動する。
【０１８０】
例えば、図１３は、いわゆるロングパルス型のパルス発光の発光強度の時間変化の一例を示すグラフである。図１３において、１３０１は、待機点灯時の発光強度を、１３０２は、パルス点灯移行時のオーバーシュートした発光強度を、１３０３は、準定常状態に移行した後の発光強度をそれぞれ示している。図１３のように、ロングパルス型と言われる発光で、１３０３のような準定常状態であっても、数％の発光強度の変動が認められる。従って、第一の光源１０１及び第二の光源１０４として、ロングパルス型の光源を用いれば、部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２のどちらの値も変動するので、Ｉ２／Ｉ１の値も変動する。もし、パルス発光型の電源の特性上、部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２の変動の位相が同じである場合は、２つの電源１０３、１０６間で、パルス発光開始のトリガのタイミングを、変動の周期が重ならないようにずらす手段を設ければ良い。
【０１８１】
合成光のさらに他の例としては、図１０にその構成例を示すように、第一及び第二の光源１００１及び１００３、及びそれらの電源１００３及び１００６を、ショートパルス発光型キセノンランプとその電源に変更したものを用いることができる。例えば、１パルスで、１対の電圧と電流のデータを取得し、所望の点数分のパルス発光を繰り返すことで、所望の点数の電圧、電流のデータ対を取得する、マルチパルス方式と呼ばれる方法を用いる場合、図１１のグラフに例を示すように、第一と第二の光源のパルス発光のタイミングを、パルス発光時間の半値幅より少ない時間幅だけずらすことによって、Ｉ２／Ｉ１の値を変動させることができる。
【０１８２】
以上の例は、２つの光源による光を合成する例であるが、同様にして、３つ以上の光を合成することも可能である。また、複数の光源からの光を合成する場合に、図１のように多層膜による干渉フィルタを用いることもできるが、十分に光路長が取れる場合は、図１２に構成例を示すように、複数の光源をなるべく近づけて設置し、できるだけ近い光路で、照射面に合成光を入射させるようにしてもよい。また、インテグレータを用いず、複数の種類の小型の光源を互い違いに多数並べることによって、照射面に合成光を照射させることもできる。また、光源のランプに流れる電流値を変化させることによって、光源ごとのスペクトルを変化させることもできる。
【０１８３】
また、前述のように複数の光源を独立して用いるのではなく、一つの光源から出た光を分岐して、別々の複数の種類のフィルタを通し、該フィルタの光路に対する挿入量を変動させたり、光路に対する該フィルタの設置角度を変動させたりして、一つの光源から分光分布の変動する合成光を作り出すこともできる。
【０１８４】
また、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させて、各コンポーネントセルが合成光照射下で出力する短絡電流の比率を変動させる場合に、該短絡電流の比率の変動が、所定の値を前後して変動するように、光源の発光強度を調整することが望ましい。例えば、図１に示した例では、Ｉ２／Ｉ１の値が、Ｃを挟んで上下するように、第一の光源１０１及び第二の光源１０４の発光強度を調整することが望ましい。
【０１８５】
また、各コンポーネントセルが合成光照射下で出力する短絡電流の比率が、所定の値に一致するときの合成光の放射照度は、１０００Ｗ／ｍ２を中心として、積層型光電変換素子の短絡電流の放射照度に対する直線性が保たれる範囲であることが望ましい。この範囲は、積層型光電変換素子の種類によって異なるが、概して、好ましくは、７００Ｗ／ｍ２以上１３００Ｗ／ｍ２以下、より好ましくは、８００Ｗ／ｍ２以上１２００Ｗ／ｍ２以下、最適には、９００Ｗ／ｍ２以上１１００Ｗ／ｍ２以下であることが望ましい。この範囲を狭くすることによって、測定した電圧及び電流のデータ対の照度補正する補正幅が小さくなり、照度補正誤差が小さくなって、測定結果がより正確になる。この時、放射照度は、前述の基準セルによって測定される。
【０１８６】
（温度測定手段）
積層型光電変換素子の温度を測定する手段としては、基準接点補償機能を持つ温度計と熱電対、あるいは白金抵抗体を利用した温度計など公知の手段を用いることができる。また、積層型光電変換素子の２５℃における開放電圧と、開放電圧の温度係数が分かっている場合には、積層型光電変換素子の開放電圧から、計算によって温度を求めることもできる。
【０１８７】
【実施例】
以下、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。
【０１８８】
【実施例１】
前述の、本発明の実施形態として説明した、図１に示した本発明に係る測定装置を用い、図３のフローチャートに示した、本発明に係る測定方法によって、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。
【０１８９】
測定対象の積層型光電変換素子（サンプルセル）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、微結晶シリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（微結晶Ｓｉセル）をこの順に積み重ねた構造の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。
【０１９０】
上記のダブル型太陽電池は、１枚のステンレス基板上に作成された、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさのセルである。サンプルの番号を＃１−１、＃１−２、＃１−３とした。サンプルセルを温度調整する機構は、特に設けていないが、熱容量の大きい、表面を絶縁材で覆った金属ブロックの上に載せて測定した。測定室を２５℃に温度調整しているので、サンプルセルも金属ブロックも温度は約２５℃になっている。
【０１９１】
前述の３枚の分光感度を直接測定することは、面積が大きすぎて困難であったので、前述の３枚と同じロットで、１ｃｍ×１ｃｍの太陽電池を作成し、この小面積サンプルの分光感度を以下の公知の分光感度測定方法によって測定した。その結果の一例を図７に示す。図７はサンプル＃１−１と同じロットで作成した太陽電池の分光感度のグラフであり、図７において、７０１は、トップセルの、７０２はボトムセルの分光感度をそれぞれ示す。ここで、分光感度は、その最大値を１として規格化された量子効率で表示している。
【０１９２】
分光感度の測定は、短波長領域に感度を有するトップセルの分光感度を測定する場合には、分光器で分光されたモノクロ光に、ボトムセルの予想感度領域の波長のバイアス光、すなわち白色光からトップセルの分光感度の大きい短波長領域をカットした光を重畳して照射し、トップセルの電流でダブル型太陽電池全体の電流が制限される状態、すなわちトップセルが律速セルになるようにして測定した。ボトムセルについても同様に、測定したいセルが律速セルになるようなバイアス光を照射して測定した。測定データは、１０ｎｍ間隔で得られた。
【０１９３】
次に、図１４に示した基準太陽光のスペクトルのデータと前述の図７に示すような分光感度の測定データの積を式（１０）にしたがって積分した。その結果、トップセル及びボトムセルの短絡電流が計算できた。その結果、本実施例のサンプルセルは、基準太陽光の下では、トップセルが律速セルであることが分かった。
【０１９４】
また、前述のモニタリングセルとしては、１ｃｍ×１ｃｍの大きさの結晶シリコン太陽電池５０１の光入射側に、色ガラスフィルタを組み合わせた、以下のものを用いた。モニタリングセルのパッケージ５０２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。
【０１９５】
トップセル用のモニタリングセル（モニタリングセル１とする）としては、光電変換素子５０１として、結晶シリコン太陽電池を用い、その光入射側に取り付ける光学フィルタ５０４、５０５として、５０×５０ｍｍのアサヒテクノ硝子（株）製のＣ−５０ＳとＨＯＹＡ（株）製のＬ３９を用いた。また、ボトムセル用のモニタリングセル（モニタリングセル２とする）としては、結晶シリコン太陽電池５０１は、モニタリングセル１と同じ型式のものを用い、その光入射側にアサヒテクノ硝子（株）製のＡ−７３ＡとＨＯＹＡ（株）製のＨＡ５０の光学フィルタを用いた。これらのフィルタは、フィルタ用のホルダー５０３にはめ込み、フィルタ用ホルダーをパッケージ５０２にかぶせるようにはめ込んだ。
【０１９６】
モニタリングセルは、予め、校正機関に、二次基準太陽電池としての校正を依頼し、基準状態における短絡電流の値（校正値）を求めたものを使用した。校正値は、それぞれ、モニタリングセル１は６．６ｍＡ、モニタリングセル２は５．２ｍＡであった。
【０１９７】
従って、この場合、前述の式（２）におけるＫは、
Ｋ＝５．２／６．６≒０．７８８
となる。
【０１９８】
また、モニタリングセル１と２の分光感度を、公知の分光感度測定方法によって測定した。その結果、図８のグラフに示すような分光感度が得られた。図８において、８０１は、モニタリングセル１の分光感度を、８０２は、モニタリングセル２の分光感度をそれぞれ示している。ここで、分光感度は、その最大値を１として規格化された量子効率で表示している。
【０１９９】
前述のごとく、本実施例のサンプルセルは、トップセルが律速セルであるので、モニタリングセル１を基準セルとし、放射照度は、モニタリングセル１によって測定された値を用いることとした。
【０２００】
また、光源１０１としては、定常点灯用のキセノンランプを用い、電源１０３によって定常発光させた。ここで、専用電源１０３の性能により、キセノンランプの発光強度には、約１００ｍｓｅｃの周期で±５％の変動が出た。
【０２０１】
また、光源１０４としては、ハロゲンランプを用い、電源１０６としてＤＣ電源を用いて、定常発光させた。ハロゲンランプの発光強度の変動は無視できるレベルであり、一定と見なすことができた。
【０２０２】
また、ハーフミラー１０７としては、カットオン波長が、６２０ｎｍのコールドミラーを用いた。コールドミラーによって、６２０ｎｍより短波長のキセノンランプの光と、６２０ｎｍより長波長のハロゲンランプの光が合成され、エアマスフィルタ１０８を通すことによって、スペクトルを基準太陽光スペクトルになるべく近似させた後、インテグレータ１０９を用いることによって、放射照度の場所むらが改善されて、光照射面１１６に合成光が入射した。合成光のサンプルセルへの照射のＯＮ／ＯＦＦは、シャッター１１０で制御した。
【０２０３】
ここで、合成光は、短波長のキセノンランプの光が変動していることにより、その分光放射照度分布が、約５０ｍｓｅｃの周期で変動した。
【０２０４】
本実施例に用いた合成光照射装置の有効照射面積は、１２０×１２０ｍｍであり、後述する比較例と比較するために、比較的小規模な装置を用いた。
【０２０５】
ここで、モニタリングセル１の両極間に、１Ωのシャント抵抗を取り付け、モニタリングセル２の両極間に、２Ωのシャント抵抗を取り付けて、シャント抵抗の両端の電圧差を、測定することで部分短絡電流検出手段とした。よって、それぞれのシャント抵抗の両端の電圧差をｍ１、ｍ２とすれば、部分短絡電流Ｉ１とＩ２は、式
Ｉ１＝ｍ１ ［ｍＡ］
Ｉ２＝ｍ２／２ ［ｍＡ］
でそれぞれ求められる
モニタリングセル１に取り付けたシャント抵抗の両端の電圧差ｍ１を、図６に示したトリガ出力回路の入力端子６０１に入力し、モニタリングセル２に取り付けたシャント抵抗の両端の電圧差ｍ２を、トリガ出力回路の入力端子６０２に入力して、部分短絡電流比較制御手段１２２であるトリガ出力回路を機能させた。
【０２０６】
ここで、係数増幅器６０３は、信号が１．５７６倍（０．７８８×２）となるものを使用した。これにより、トリガ出力回路は、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８となった時に、トリガ信号を出力する。
【０２０７】
キセノンランプとハロゲンランプの発光強度は、Ｉ２／Ｉ１の値が、おおよそ０．７９を中心に変動するようにそれぞれの電源によって、おおまかに調整した。Ｉ２／Ｉ１の値は、上記合成光のスペクトルの変動によって、±３％の範囲で変動した。この時、公知のスペクトロラジオメーターによって、合成光のスペクトルを３００ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲で測定した。スペクトル測定の積分時間は、１００ｍｓｅｃとしたので、変動する合成光の平均的スペクトルが測定された。このスペクトル測定結果をＥｔ（λ）とし、式＃１３によって、モニタリングセル１と２それぞれについて、ミスマッチ係数Ｍ１と、Ｍ２を計算したところ、それぞれ、０．９９５、１．００７であり、サンプルセルとモニタリングセルの分光感度の近似度は、良好であった。
【０２０８】
電圧検出手段１１９及び電流検出手段１２０としては、ケースレー社のデジタルマルチメータ２０００型を用い、上記のトリガ出力回路から出力されたトリガを外部トリガとして入力し、外部トリガで測定を開始するモードで使用した。なお、電流の測定は、０．１Ωのシャント抵抗に電流を流してその両端の電圧を上記のデジタルマルチメータで測定した。ここで、デジタルマルチメータによる電圧と電流測定の積分時間ｍは、０．０４ＰＬＣ（電源周波数６０Ｈｚならば、０．６７ｍｓｅｃ）に設定した。また、本実施例では、プリトリガはかけていない。しかしながら、出力電圧と出力電流を測定する積分時間ｍの間の、Ｉ２／Ｉ１の値の変化は、±０．５％未満であり、電流電圧特性の測定精度は良好であった。
【０２０９】
また、電圧可変手段としては、菊水電子工業（株）のバイポーラ電源ＰＢＸ４０−１０を用い、上記のトリガ出力回路から出力されたトリガを外部トリガとして入力して、ポーズ状態にあった電圧設定を開始するようにした。この時、トリガ出力回路とバイポーラ電源の間に、公知の部品で構成された遅延回路を挿入し、バイポーラ電源が受け取るトリガ信号に、１ｍｓｅｃの遅延時間ｄが生じるようにした。バイポーラ電源の設定電圧に対する立ち上がり時間ｑは、１ｍｓｅｃ未満であった。
【０２１０】
また、計測制御／データ処理手段１２３としては、ＧＰ−ＩＢボードを備えたパーソナルコンピュータを用い、シャッター１１０、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０、電圧可変手段１２１の制御を行い、放射照度検出手段、電圧検出手段、電流検出手段からのデータの取得と処理を行った。この時、電圧検出手段と電流検出手段は、測定開始のトリガ待ち状態に設定し、電圧可変手段に４２点の設定電圧を記憶させて、トリガ待ち状態にした。なお、パーソナルコンピュータのＯＳは、ウィンドウズ（登録商標）２０００を用い、機器の制御とデータ取得とデータ処理のプログラムは、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）を用いて作成したものを使用した。また、機器の制御とデータのやりとりは、ＧＰ−ＩＢバスを用いて行った。
【０２１１】
以上のような測定装置を用いて、積層型光電変換素子の電流電圧特性を図３のフローチャートに従って、発明の実施の形態で述べた方法で測定した。
【０２１２】
ここで、サンプルセルのＲｓ（Ω）と静電容量Ｃ（μＦ）を測定し、以下の式
τ＝Ｒｓ×Ｃ …（１８）
から、時定数τを計算したところ、０．０９μｓｅｃであった。
【０２１３】
一方、Ｉ２／Ｉ１の値が、所定の値となる時点と時点の間隔（周期）は、平均で約２５ｍｓｅｃ、最小値でも約１０ｍｓｅｃであったので、ｉ≧１０ｍｓｅｃであり、常に上記の式（７）を満たしていた。従って、図３のフローチャートにおけるステップＳ０７０は省略した。
【０２１４】
本実施例において、積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対は、４２点であり、電流電圧特性の測定に約１秒を要した。この間の積層型光電変換素子の温度上昇は、０．４℃であった。ここで、積層型光電変換素子の温度は、素子の裏面にシート型の銅−コンスタンタン熱電対を貼り付け、熱電対の電圧を横河電機（株）のデジタル温度計７５６３型を用いて測定した。また、電流電圧特性の測定は、Ｉｓｃ側からＶｏｃ側に電圧を掃引した。
【０２１５】
また、各電圧、電流のデータ対を取得した時点の放射照度（本実施例では、Ｉ１の値）は、１０００±１０Ｗ／ｍ２の範囲を外れているものがあったので、取得した全ての電圧及び電流のデータ対について、ＪＩＳ Ｃ ８９１３の６．１に記載された公知の補正式を用いて、補正した。
【０２１６】
補正後の電圧、電流のデータ対を近似曲線で結び、図９に示したような電流電圧特性曲線を求めた。図９は、サンプル＃１−１の補正後の電圧特性曲線である。この電流電圧特性曲線から、公知の算出方法により、最大出力（Ｐｍａｘ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）等の積層型光電変換素子の出力特性の各パラメータを計算した。表１にその結果をまとめた。
【０２１７】
また、本実施例の測定結果の精度を検証するため、同じサンプルを以下のような、いわゆるマルチソース法によって電流電圧特性を測定し、Ｐｍａｘ、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦの出力特性を計算し、上記本発明の測定方法で求めた出力特性値を、マルチソース法による測定値を１とした相対値で表記して、表１にその結果をまとめた。
【０２１８】
【表１】
【０２１９】
マルチソース法を用いる場合、キセノンランプ１０１を放電安定性の高い特殊なランプに交換し、キセノンランプの専用電源１０３を出力の安定性が高く、高精度の特殊な専用電源に交換して、ハロゲンランプの発光強度とキセノンランプの発光強度の微妙な調整を繰り返し行い、モニタリングセル１と２が、校正機関による校正値を再現するようにした。その上で、バイポーラ電源によって、サンプルセルの電圧を段階的に掃引し、電圧と電流を測定する、従来の測定方法によって、電流電圧特性を測定した。
【０２２０】
表１から明らかなように、本発明に係る測定装置と測定方法によれば、マルチソース法の測定結果との誤差は、±０．５％未満であり、マルチソース法のように、コストの高い高精度の装置を用いて、複雑な制御を行うことなく、安価な測定装置によって、高精度の電流電圧特性の測定を行うことができる。
【０２２１】
【比較例１】
従来の測定方法と比較するため、実施例１のサンプルを、以下の方法で測定した。
【０２２２】
実施例１において、トリガ出力回路を用いず、部分短絡電流Ｉ１とＩ２の値に関わらず、サンプルセルの電圧を段階的に掃引し、電圧と電流を測定する、従来の測定方法によって、電流電圧特性を測定した。実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表２にまとめた。
【０２２３】
また、実施例１と同様に、マルチソース法による測定値を１とした相対値も表記した。
【０２２４】
【表２】
【０２２５】
表２から明らかなように、従来の測定方法によっては、精度の高い測定はできなかった。これは、従来の測定方法では、通常使用できる光源と電源の組合せによって、定常光であってもスペクトルの変動が存在し、積層型光電変換素子の電流電圧特性の変動をうまく補償できなかったためである。積層型光電変換素子の電流電圧特性は、照射光のスペクトルに敏感に変動するため、スペクトルのバランスの最適なタイミングで測定しなければ、正確なデータは得られないことを意味する。
【０２２６】
【実施例２】
実施例１において、部分短絡電流検出手段１１７、１１８、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、絶縁アンプ４台と、メモリー機能を有する１６チャンネル１２ビットの高速Ａ／Ｄ変換器モジュールを用い、図３のフローの代わりに図４のフローに従って測定した以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じサンプルの電流電圧特性を測定した。
【０２２７】
すなわち、本実施例では、部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２、サンプルの電圧Ｖ、電流Ｉの４つのデータを同時に繰り返し継続的に測定して、測定データを全てパーソナルコンピュータに転送し、測定終了後、パーソナルコンピュータによって、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８±０．５％となる時点の電圧、電流のデータ対のみを選択して、電流電圧特性を求めた。
【０２２８】
この時、Ｉ１、Ｉ２、Ｖ、Ｉの測定は、全て同時に、積分時間０．１ＰＬＣで連続的に測定した。測定時間としては、１秒間行い、６００点の（Ｉ１、Ｉ２、Ｖ、Ｉ）のデータセットを得た。その内、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８±０．５％を満たすデータセットは、４０点あった。
【０２２９】
実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表３にまとめた。
【０２３０】
【表３】
【０２３１】
表３から、明らかなように、本実施例においても、実施例１と同様に、安価な測定装置によって、高精度の電流電圧特性の測定を行うことができた。
【０２３２】
【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合成光の照射装置を以下のように変更し、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、絶縁アンプ２台と、メモリー機能を有する４チャンネル１６ビットの高速Ａ／Ｄ変換ボードを用いた以外は、実施例１と同様にして、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０２３３】
測定対象の積層型光電変換素子としては、実施例１と素子の種類は同じで、大きさが、３５×２４ｃｍのダブルセルを、支持板上でバイパスダイオードを挿入しつつ１０枚直列に接続し、表面保護層を形成した、モジュールの形態である。このモジュールは、屋根材を兼用する太陽電池モジュールであるので、屋根材としての組み込みのために、約１２１×３５ｃｍの開口部の光電変換面より大きい、約１４２ｃｍ×４２ｃｍの外形サイズを持つ。このようなモジュールを３枚作成し、サンプルの番号を＃３−１、＃３−２、＃３−３とした。
【０２３４】
また、合成光の照射装置としては、図１０に示したような、ショートパルスタイプのキセノンランプによるパルス光を２つ合成する装置を用いた。
【０２３５】
図１０において、１００１と１００４は、ショートパルス発光用のキセノンランプ、１００２と１００５は、凹面鏡、１００３と１００６は、ショートパルス発光用の専用電源、１００７と１００８は、多層膜による干渉フィルタ、１００９は、計測制御／データ処理手段、１０１０は、サンプルモジュール、１０１１と１０１２はモニタリングセル、１０１３は、光照射面をそれぞれ示す。また、点線はそれぞれの光源から出た光のおおよその広がりを示す。なお、モニタリングセル１０１１と１０１２は、紙面と垂直に、サンプルモジュール１０１０を挟む位置に配置されている。
【０２３６】
また、干渉フィルタ１００７は、実施例１と同様にカットオン波長が６２０ｎｍのコールドミラーであり、キセノンランプ１００１から出た光の６２０ｎｍより長波長の成分を透過する。また、干渉フィルタ１００８は、１００７と逆に短波長を透過し、長波長を反射する、カットオフ波長が６２０ｎｍのコールドフィルタであり、キセノンランプ１００４から出た光の６２０ｎｍより短波長の成分を透過する。光照射面１０１３には、これら２種類の光の合成光が入射する。
【０２３７】
また、ショートパルス発光型キセノンランプによる電流電圧特性の測定は、発明の実施の形態で述べた、マルチパルス方式を用い、１パルスで、１対の電圧と電流のデータを取得するタイミングを図１１で説明する。
【０２３８】
図１１において、横軸は時間、縦軸は部分短絡電流の相対値又はＩ２／Ｉ１を、実線１１０１は、モニタリングセル１による部分短絡電流Ｉ１の最大値を１とした相対値、点線１１０２は、モニタリングセル２による部分短絡電流Ｉ２の相対値、太線１１０３は、Ｉ２／Ｉ１の値をそれぞれ示す。図１１は、１パルス分の説明図であり、本実施例では、１２８パルスで、１２８点の電圧、電流のデータ対を取得した。
【０２３９】
図１１に、実施例１と同様に部分短絡電流検出手段によって、Ｉ１及びＩ２の値を検出した結果を、Ｉ１の最大値を１とした相対値で示した。ここで、Ｉ１は、トップセルの分光感度を有する波長領域の部分短絡電流を示すので、干渉フィルタ１００８を透過した短波長光の強度を主に反映している。また、Ｉ２は、ボトムセルの分光感度を有する波長領域の部分短絡電流を示すので、干渉フィルタ１００７を透過した長波長光の強度を主に反映している。
【０２４０】
ここで、専用電源１００６によるキセノンランプ１００４の発光を、キセノンランプ１００１の発光に対して、遅延回路により０．２ｍｓｅｃ遅らせた。その結果、１１０２のようにＩ２の変動は、Ｉ１の変動に対して、０．２ｍｓｅｃ遅れたものとなり、結果としてＩ２／Ｉ１の値が、１１０３に示すように変動する。そこで、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８となる時点ｔ１において、トリガ出力回路から、高速Ａ／Ｄ変換器に、測定開始のトリガをかける。ここで、高速Ａ／Ｄボードは、メモリ機能を有し、プリトリガ機能を有するので、高速Ａ／Ｄボードの測定の積分時間０．００４ＰＬＣに対し、０．００２ＰＬＣのプリトリガをかけた。その結果、ｔ１を中心とした測定時間で、モジュールの電圧及び電流を測定することができた。また、トリガ出力回路により、実施例１と同様に、１ｍｓｅｃの遅延時間を設けて、バイポーラ電源が次の電圧設定を開始するようにした。
【０２４１】
なお、本実施例では、１２８点の設定電圧を予め、パーソナルコンピュータで計算して、バイポーラ電源に記憶させておいた。また、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８となる時点ｔ１において、部分短絡電流Ｉ１とＩ２の変化率が、なだらかになるように、すなわち図１１の両パルス発光のピーク近傍になるように調整した。それによって、Ｉ２／Ｉ１の値の変化率もなだらかな時点で、電圧及び電流のデータ対の測定を行うことができ、電圧及び電流の測定中のＩ２／Ｉ１の値の変化を、±２％以下に抑えることができた。また、１２８回のパルス対発光において、各時点（ｔ１，ｔ２，…，ｔ１２８）における光照射面の放射照度は、９５０±５０Ｗ／ｍ２であった。
【０２４２】
上述のごとく、発光のタイミングをずらした１パルスずつの発光によって、１対の電圧と電流のデータを取得し、発光を１２８回繰り返すことによって、１２８点の電圧と電流のデータを取得した。このとき、発光と発光の間隔は、約５０ｍｓｅｃであり、本実施例のサンプルの時定数τは、約０．１μｓｅｃであったので、常に上記の式（７）を満たしており、図３のフローチャートにおけるステップＳ０７０は省略した。
【０２４３】
実施例１と同様にサンプルモジュールの裏面にシート型熱電対を貼り付けて、電流電圧特性測定中のモジュールの温度を測定したが、温度上昇は、０．１℃未満であった。サンプルモジュールは、２５℃に空調された実験室で測定されたので、モジュールの温度は、２５℃±２℃の範囲内であった。
【０２４４】
得られた電流電圧特性から、実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表４にまとめた。
【０２４５】
また、ショートパルス発光型キセノンランプの１パルスごとの発光強度を所望の値に制御することは、非常に困難であったため、従来のマルチソース法によって電流電圧特性を測定することはできなかった。
【０２４６】
本実施例の測定結果の精度を検証するため、同じサンプルを、前述の基準太陽光法によって、屋外で測定した。基準太陽光法の場合、快晴であるだけでなく、エアマス、混濁度、下降水量などの条件が基準に適合しなければならないので、そのような状態の得られるまで４ヶ月以上を要した。
【０２４７】
上記本発明の測定方法で求めたの出力特性値を、基準太陽光法による測定値を１とした相対値で表記して、表４にその結果をまとめた。
【０２４８】
【表４】
【０２４９】
表４から、明らかなように、本発明に係る測定装置及び測定方法によれば、基準太陽光法の測定結果との誤差は、±１％未満であり、基準太陽光法のように、測定機会の非常に少ない方法ではなく、屋内で、いつでも、なおかつ安価な測定装置によって、大面積の積層型太陽電池モジュールの電流電圧特性の測定を、高精度で行うことができる。
【０２５０】
【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合成光の照射装置と部分短絡電流比較制御手段を以下のように変更し、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、絶縁アンプ４台と、メモリー機能を有する１６チャンネル１６ビットの高速Ａ／Ｄ変換ボードを用いた以外は、実施例１と同様にして、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０２５１】
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トップセル）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ミドルセル）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ボトムセル）を、この順に積み重ねた構造のａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−ＳｉＧｅトリプル型太陽電池モジュールを用いた。
【０２５２】
このトリプル型太陽電池モジュールは、１枚のステンレス基板上に作成された、３５ｃｍ×２４ｃｍの大きさのセルを、支持板上でバイパスダイオードを挿入しつつ５枚直列に接続し、表面保護層を形成したものであり、開口部の光電変換面は、約１２０ｃｍ×３５ｃｍ、外形の大きさは、約１４０ｃｍ×４２ｃｍである。このようなモジュールを３枚作成し、サンプルの番号を＃４−１、＃４−２、＃４−３とした。
【０２５３】
また、合成光の照射装置としては、図１２に示したような、ロングパルスタイプのキセノンランプによるパルス光を４つ合成する装置を用いた。図１２において、１２０１、１２０４、１２０７、１２１０は、ロングパルス発光用のキセノンランプ、１２０２、１２０５、１２０８、１２１１は、凹面鏡、１２０３、１２０６、１２０９、１２１２は、ロングパルス発光用の専用電源、１２１３、１２１４、１２１５、１２１６は、多層膜による干渉フィルタであり、これらのパルス光源部と干渉フィルタは、紙面と垂直方向に、２セットずつ重なっている。
【０２５４】
また、１２１７は、平面ミラー、１２１８は、エアマスフィルタ、１２１９は、インテグレータ、１２２０は、シャッター、１２２１は、計測制御／データ処理手段、１２２２は、サンプルモジュール、１２２３、１２２４、１２２５はモニタリングセル、１２２６は、光照射面をそれぞれ示す。また、点線は、光軸とそれぞれの光源から出た光のおおよその広がりを、破線は計測制御命令のつながりを示す。なお、３つのモニタリングセル１２２３、１２２４、１２２５は、紙面に対し、サンプルモジュール１２２２の手前に配置されている。
【０２５５】
ここで、干渉フィルタ１２１３、１２１４、１２１５、１２１６は、枚数は４枚であるが、種類は３種類で、２枚は同じ種類のものである。本実施例では、サンプルのコンポーネントセルの数が３つなので、３種類の光を合成している。実施例１と同様に各コンポーネントセルの分光感度を測定し、各分光感度特性が、最大値となる波長をλ１、λ２、λ３とした。ここで、３種類の干渉フィルタは、分光感度最大値波長に対して±１５％以内の波長に、透過率の最小値を持ち、透過率最小値波長を中心に、透過率が、約１５０ｎｍの半値幅で低下しているものである。従って、ロングパルスタイプのキセノンランプを光源とした光は、前述の干渉フィルタを透過することによって、トップセル、ミドルセル、ボトムセルの各々の分光感度の最大値近傍の光のみ減衰したスペクトルを持つ。光照射面１２２６には、これら３種類の光の合成光が入射する。
【０２５６】
また、ロングパルスタイプのキセノンランプの点灯は、ランプが放電を維持できる最小電流に近いランプ電流値での待機点灯の後、スイッチング装置によって、定常光の点灯の場合の定格電流を超える目標電流が流されるパルス点灯に移る。このパルス点灯移行時、ランプ電流は、目標電流を超える電流値に一旦オーバーシュートした後、目標電流の準定常発光状態を、所望の時間維持し、その後、待機点灯に戻る。ここで、準定常発光状態においても、キセノンランプの発光強度は、一定ではなく、実施例１の定常光型の発光と同様に、ある程度変動している。上記の準定常発光状態における発光強度の変動は、約１０ｍｓｅｃの周期で約±３％であった。このような発光強度の変動は、ロングパルス発光用のキセノンランプ、１２０２、１２０５、１２０８、１２１１の間で同期していなかったので、上記の準定常発光状態において、合成光のスペクトルが変動した。また、発光強度の変動が同期していた場合は、キセノンランプの間で、発光開始の時点をずらすように遅延回路を入れることで、合成光のスペクトルを変動させることができる。
【０２５７】
また、モニタリングセルとしては、１ｃｍ×１ｃｍの大きさの結晶シリコン太陽電池５０１の光入射側に、以下の３つの組み合わせの光学フィルタを取り付けて、３つのモニタリングセル（モニタリングセル１，２，３）を作成した。
【０２５８】
モニタリングセル１としては、主としてトップセルの感度の高い波長である青色の光を透過させるフィルタと赤外光を吸収するフィルタを組み合わせたものを用いた。フィルタとしては、例えば、ＨＯＹＡ（株）製のＨＡ３０とＢ４６０を用いることができる。それによって、サンプルのトップセルの分光感度と近似した分光感度をもつモニタリングセル１を作成した。
【０２５９】
モニタリングセル２は、フィルタとして、ＨＯＹＡ（株）製のＨＡ３０と東芝硝子（株）製のＬＢ−Ａ８を用いた結果、サンプルのミドルセルの分光感度と近似した分光感度を得た。
【０２６０】
モニタリングセル３は、フィルタとして、ＨＯＹＡ（株）製のＣＦ８７０（長波側をカットするコールドフィルタと呼ばれる干渉フィルタ）と東芝硝子（株）製のＡ−７３Ｂを用いた結果、サンプルのボトムセルの分光感度と近似した分光感度を得た。
【０２６１】
ここで、実施例１と同様に変動する合成光の平均的スペクトルを測定し、式（１３）によって、モニタリングセル１、２、３それぞれについて、ミスマッチ係数Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を計算したところ、それぞれ、１．００４、０．９９６、０．９９２であり、サンプルセルとモニタリングセルの分光感度の近似度は、良好であった。
【０２６２】
また、それぞれのモニタリングセルは、予め、校正機関に、一次基準太陽電池としての校正を依頼し、基準状態における短絡電流の値（校正値）を求めた。その結果、それぞれのモニタリングセルの校正値は、モニタリングセル１が、５．１７ｍＡ、モニタリングセル２が、７．５６ｍＡ、モニタリングセル３が、７．２９ｍＡであった。
【０２６３】
従って、モニタリングセル１、２、３が、上記の合成光の照射下で、出力するＩｓｃ（部分短絡電流）をそれぞれ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３（ｍＡ）とすれば、以下の式
（Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３）＝５．１７：７．５６：７．２９ …（１９）
を満たす時に、各コンポーネントセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいと推定される。式（１９）は、発明の実施の形態あるいは実施例１で用いた式（２）と同等の基準を示す式である。
【０２６４】
ここで、モニタリングセル１、２、３のそれぞれの両極間に、１Ωのシャント抵抗を取り付け、シャント抵抗の両端の電圧差を、測定することで部分短絡電流検出手段とした。また、式（１９）の成立の判断としては、
７．５６／５．１７≒１．４６２
７．２９／５．１７≒１．４１０
であるので、以下の式
０．９８≦Ｉ２／Ｉ１／１．４６２≦１．０２ …（２０）
０．９８≦Ｉ３／Ｉ１／１．４１０≦１．０２ …（２１）
の両方を満たす場合に、式（１９）を満たすと判断した。
【０２６５】
部分短絡電流比較制御手段としては、上記の式（２０）と式（２１）の両方を満たす場合に、電圧検出手段と電流検出手段に、同時に、測定開始のトリガ信号を出し、電圧可変手段に、次の設定電圧に設定するトリガ信号を出す機能を有するものを用いた。
【０２６６】
ここで、高速Ａ／Ｄボードは、メモリ機能を有し、プリトリガ機能を有するので、高速Ａ／Ｄボードの測定の積分時間を０．０１ＰＬＣとし、０．００５ＰＬＣのプリトリガをかけた。また、トリガ出力回路により、実施例１と同様に、０．５ｍｓｅｃの遅延時間を設けて、バイポーラ電源が次の電圧設定を開始するようにした。なお、本実施例では、６４点の設定電圧を予め、パーソナルコンピュータで計算して、バイポーラ電源に記憶させておいた。
【０２６７】
また、上記の合成光の下で、式（２０）と式（２１）の両方を満たす時点と時点の間隔は、周期的ではなかったが、平均で、約５ｍｓｅｃ、最小約２ｍｓｅｃであり、約３２０ｍｓｅｃの間に、６４点の電圧及び電流のデータ対を取得した。なお、ロングパルス発光の準定常発光状態は、約４００ｍｓｅｃ維持し、その間の光照射面における放射照度は、１０００±５０Ｗ／ｍ２であった。一方、トリプル型太陽電池モジュールの時定数τは、約３μｓｅｃであった。よって、常に式（７）を満たしていたので、図３のフローチャートにおけるステップＳ０７０は省略した。
【０２６８】
また、測定中のトリプル型太陽電池モジュールの温度上昇は、０．２℃未満であった。トリプル型太陽電池モジュールは、２５℃に空調された実験室で測定されたので、モジュールの温度は、２５℃±２℃の範囲内であった。
【０２６９】
得られた電流電圧特性から、実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表５にまとめた。
【０２７０】
また、ロングパルス発光キセノンランプの１灯ごとの発光強度を所望の値に制御することは、非常に困難であったため、従来のマルチソース法によって電流電圧特性を測定することは、できなかった。
【０２７１】
本実施例の測定結果の精度を検証するため、同じサンプルを、前述の基準太陽光法によって、屋外で測定した。基準太陽光法の場合、快晴であるだけでなく、エアマス、混濁度、下降水量などの条件が基準に適合しなければならないので、そのような状態の得られるまで４ヶ月以上を要した。
【０２７２】
上記本発明の測定方法で求めたの出力特性値を、基準太陽光法による測定値を１とした相対値で表記して、表５にその結果をまとめた。
【０２７３】
【表５】
【０２７４】
表５から、明らかなように、本発明に係る測定装置と測定方法によれば、基準太陽光法の測定結果との誤差は、±１％未満であり、基準太陽光法のように、測定機会の非常に少ない方法ではなく、屋内で、いつでも、なおかつ安価な測定装置によって、大面積のトリプル型太陽電池モジュールの電流電圧特性の測定を、高精度で行うことができる。
【０２７５】
【実施例５】
実施例１において、被測定サンプルとモニタリングセルと基準セルと光源１０１を以下のように変更し、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、実施例４と同様の装置を用いた以外は、実施例１と同様にして、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０２７６】
被測定サンプルとして、光入射側からＡｌＧａＡｓによるｐｎ接合（ＡｌＧａＡｓセル）と、ＧａＡｓによるｐｎ接合（ＧａＡｓセル）とをこの順に積み重ねた構造のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブル型光センサー３枚を用いた。サンプル３枚の番号を＃５−１〜＃５−３とする。
【０２７７】
このダブル型光センサーは、１枚のＧａＡｓウエハー上に作成された後、１ｃｍ×１ｃｍの大きさにカットされたものであり、センサーとしてユニット化される前の状態である。
【０２７８】
上記のダブル型光センサーの分光感度を実施例１と同様の方法で測定した結果、トップセルであるＡｌＧａＡｓセルが律速セルであった。
【０２７９】
モニタリングセルとしては、光電変換素子５０１として、ＡｌＧａＡｓ（ｐ）／ＧａＡｓ（ｎ）のヘテロ接合の単接合素子を用い、光学フィルタをダブル型光センサーのＡｌＧａＡｓセルの分光感度に近似するように選択したものを、モニタリングセル１、光学フィルタをＧａＡｓセルの分光感度に近似するように選択したものを、モニタリングセル２とした。また、モニタリングセルは、予め、校正機関に、二次基準太陽電池としての校正を依頼し、基準状態における短絡電流の値（校正値）を求めたものを使用した。
【０２８０】
基準セルとしては、被測定サンプルと同じ構造で、同じ１ｃｍ×１ｃｍの大きさの積層型光センサーを、多数作成したものの中から、分光感度の測定の結果、律速セルが、被測定サンプルと同じくトップセルであって、平均的な電流電圧特性を持つものを選択した。また、基準セルは、あらかじめ、モニタリングセル１を基準セルとした本発明に係る測定方法によって、基準状態における短絡電流を測定したものを用いた。
【０２８１】
光源１０１として、定常点灯用のキセノンランプに替えて、実施例４と同様で、出力の小さいロングパルス型発光のキセノンランプを用いた。電源１０３も、ロングパルス発光用の専用電源に変更した。
【０２８２】
実施例１と同様に、ハロゲンランプの発光強度は、一定と見なすことができ、実施例４と同様に、ロングパルス型キセノンランプの発光強度は、準定常発光状態においても、約±３％の変動があったので、合成光のスペクトルが変動した。
【０２８３】
部分短絡電流比較制御手段として、Ｉ２／Ｉ１の値が所望の値になった時に、電圧検出手段と電流検出手段に、同時に、測定開始を指示するトリガ信号を出力し、電圧可変手段に、次の設定電圧への設定を指示するトリガ信号を出力する機能を有するものを用いた。実施例４と同様にして、６４点の電圧、電流のデータ対を取得した。
【０２８４】
実施例１と同様の手順で、測定するサンプル３枚の電流電圧特性を得た。得られた電流電圧特性から、実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表６にまとめた。また、実施例１と同様に、マルチソース法による測定を行い、その測定値を１とした相対値も表記した。
【０２８５】
【表６】
【０２８６】
表６から、明らかなように、本実施例においても、実施例１と同様に、安価な測定装置によって、高精度の電流電圧特性の測定を行うことができる。
【０２８７】
【発明の効果】
以上説明視聴に、本発明によれば、合成光が、常に短絡電流の比率が所定の値を満たすように制御されていない状態であっても、光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【０２８８】
また、合成光の調整方法が簡略化されるので、測定の制御性が向上すると共に、操作者の違いによる測定誤差を小さくすることができる。
【０２８９】
また、従来の屋内での測定方法では困難であった、例えば、１ｍ×１ｍ以上の大面積の光電変換素子についても正確な電流電圧特性の測定が可能となる。
【０２９０】
また、照射光としてパルス光を用いる場合であっても、積層型光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【０２９１】
更に、本発明により、正確な電流電圧特性が得られることによって、光電変換素子の製造工程の歩留まりを安定させ、製品における出力を一層確実に保証することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定装置の一例の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明における、短絡電流の比率の変化と電圧測定、電流測定、電圧設定のタイミングの一例を示したタイミングチャートである。
【図３】本発明の測定方法の一例における工程を示したフローチャートである。
【図４】本発明の測定方法の他の例における工程を示したフローチャートである。
【図５】本発明のモニタリングセルの例を分解して示した断面構成図である。
【図６】本発明の測定装置のトリガ出力回路の基本的構成を示す回路図である。
【図７】積層型光電変換素子の分光感度の例を示すグラフである。
【図８】本発明のモニタリングセルの分光感度の例を示すグラフである。
【図９】本発明の測定結果の電流電圧特性曲線の例を示すグラフである。
【図１０】本発明の測定装置の他の例を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の測定方法の一例における、パルス発光による部分短絡電流とＩ２／Ｉ１の時間変動を示すグラフである。
【図１２】本発明の測定装置のさらに他の一例を模式的に示す図である。
【図１３】ロングパルス型のパルス発光の、発光強度の時間変化の例を示すグラフである。
【図１４】エアマス１．５の基準太陽光の分光放射照度を表すグラフである。
【符号の説明】
１０１、１０４ 光源
１０２、１０５ 楕円ミラー
１０３、１０６ 光源用の電源
１０７ ハーフミラー
１０８ フィルタ
１０９ インテグレータ
１１０ シャッター
１１１ 平面ミラー
１１２ コリメーターレンズ
１１３ 積層型光電変換素子
１１４、１１５ モニタリングセル
１１６ 光照射面
１１７、１１８ 部分短絡電流検出手段
１１９ 電圧検出手段
１２０ 電流検出手段
１２１ 電圧可変手段
１２２ 部分短絡電流比較制御手段
１２３ 計測制御／データ処理手段
５０１ 光電変換素子
５０２ ケース
５０３ ホルダー
５０４、５０５ 光学フィルタ
６０１、６０２ 入力端子
６０３ 係数増幅器
６０４ 比較器
６０５ 否定論理器
６０６、６０８ コンデンサ
６０７、６０９ 抵抗
６１０ ダイオード
６１２ 出力端子
１００１、１００４ キセノンランプ
１００２、１００５ 凹面鏡
１００３、１００６ 専用電源
１００７、１００８ 干渉フィルタ
１００９ 計測制御／データ処理手段
１０１０ サンプルモジュール
１０１１、１０１２ モニタリングセル
１０１３ 光照射面
１２０１、１２０４、１２０７、１２１０ キセノンランプ
１２０２、１２０５、１２０８、１２１１ 凹面鏡
１２０３、１２０６、１２０９、１２１２ 専用電源
１２１３、１２１４、１２１５、１２１６ 干渉フィルタ
１２１７ 平面ミラー
１２１８ エアマスフィルタ
１２１９ インテグレータ
１２２０ シャッター
１２２１ 計測制御／データ処理手段
１２２２ サンプルモジュール
１２２３、１２２４、１２２５ モニタリングセル
１２２６ 光照射面
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換素子の測定方法及び測定装置に関し、特に、太陽電池、フォトダイオード、光センサー、電子写真感光体等で使用される、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光感度の異なる光電変換層を複数積み重ねた構造の光電変換素子は、光入射側の光電変換層で吸収しきれなかった波長の光を別の光電変換層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、いわゆる積層型光電変換素子が、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なるが、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
具体的には、例えば２つの半導体接合部を積み重ねて直列に接続したダブル型太陽電池（以下、ダブルセルと称する）の場合について説明する。光入射側の半導体接合部をトップセル、反対側の半導体接合部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。
【００１０】
これに対し、単一の半導体接合部からなる単層型太陽電池（以下、シングルセルと称する）の場合、照射する光のスペクトルによって変化するのは、短絡電流のみであり、曲線因子と開放電圧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。
【００１１】
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よって大きく影響を受ける。
【００１２】
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とも称する）として、ＪＩＳ Ｃ ８９６０に、
太陽電池の温度：２５℃
照射する光の分光放射照度分布（スペクトル）：基準太陽光
（基準太陽光は、ＪＩＳ Ｃ ８９１１に規定されており、図１４に示すようなスペクトルを有している。）
照射する光の放射照度：１０００Ｗ／ｍ２
と規定されている。
【００１３】
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、上記の基準状態の内、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。これは、基準太陽光の得られる気象条件が、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。
【００１４】
従って、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。一方、屋内で擬似太陽光光源を用いる場合には、基準太陽光のスペクトルを得るのは、ほとんど不可能である。
【００１５】
ところで、シングルセルの場合は、擬似太陽光光源（ソーラーシミュレータ）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（具体的には、ＪＩＳ Ｃ ８９１２、ＪＩＳ Ｃ ８９３３に記載されている）、等級ＡまたはＢのソーラーシミュレータを用い、測定対象の太陽電池と分光感度の近い二次基準太陽電池を用いて、ソーラーシミュレータの放射照度を設定することによって、スペクトルの基準太陽光からのずれによる誤差を補正している。これは例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１３、ＪＩＳ Ｃ ８９３４に記載されている。このような方法は、シングルセルでは、スペクトルの影響がほぼ短絡電流のみであるので可能となる。
【００１６】
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。
【００１７】
そこで、積層型太陽電池を正確に測定する方法として、以下のような方法が開示されている。
【００１８】
この方法は、マルチソース法とも呼ばれ、積層型太陽電池を測定するときの疑似太陽光のスペクトルを調整可能にし、スペクトルを調整することによって、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方法である。このようなマルチソース法は、例えば、Ｔ．Ｇｌａｔｆｅｌｔｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｂｕｒｄｉｃｋ，１９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８７，ｐｐ１１８７−１１９３（非特許文献１）に記載されている。
【００１９】
すなわち、積層型太陽電池を構成する、複数の光電変換機能を有する半導体接合部の各々をコンポーネントセルとし、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、疑似太陽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）
となるように疑似太陽光の放射照度と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。
【００２０】
このマルチソース法においては、疑似太陽光のスペクトルを調整できるソーラーシミュレータを用いることを前提としている。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つの波長帯域の光の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。
【００２１】
ところで、近年、上述の光電変換素子の実用化が進むにつれて、受光面積の大きな光電変換素子の電流電圧特性を、太陽光の標準的な放射照度である１０００Ｗ／ｍ２程度の放射照度の下で測定する必要が増している。
【００２２】
しかるに、大面積の光電変換素子の電流電圧特性を光照射下で測定するためには、１０００Ｗ／ｍ２程度の強度の光を、大面積に均一に照射する必要がある。人工的な光源を利用する場合、そのためには、例えば照射面積１ｍ２あたり数十ｋｗ程度の大電力の放電灯が必要となる。しかしながら、そのような大電力の放電灯で定常光を発生させるには、大電力を定常的に供給せねばならないことから、非常に大規模な設備が必要であり、現実的ではない。
【００２３】
そこで、定常光ではなく、パルス光を発生させることによって、大面積の光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法が知られている。パルス光を発生させる疑似太陽光光源としては、正確な定義はないが、一般的に、パルス光の持続時間がおおよそ２０ｍｓｅｃ以上のものがロングパルスソーラシミュレータ、持続時間が数ｍｓｅｃのものがショートパルスソーラシミュレータと呼ばれている。パルス光によって、光電変換素子の電流電圧特性を測定する場合は、定常光の場合のような測定中の光電変換素子の温度上昇の問題がほとんどなく、温度補正をほとんど必要としないという長所もある。
【００２４】
以上のようなパルス型ソーラシミュレータにおいて、積層型光電変換素子を測定するために、複数のパルス光源を備えたものが、米国特許第６１５４０３４号明細書（特許文献１）に開示されている。該特許文献のパルス型ソーラシミュレータでは、積層型光電変換素子の、各々のコンポーネントセルの分光感度に応じて、スペクトルを調整することができる。この文献に記載されたパルス型ソーラシミュレータは、前述のマルチソース法を、パルス型ソーラシミュレータに応用したものと言える。
【００２５】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｇｌａｔｆｅｌｔｅｒ ａｎｄ Ｊ．Ｂｕｒｄｉｃｋ，１９ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８７，ｐｐ１１８７−１１９３
【特許文献１】
米国特許第６１５４０３４号明細書
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソーラシミュレータの光が定常光であっても、パルス光であっても、複数の光源によってスペクトルを調整する場合、複数の光源各々の光強度を独立に制御できるようにする必要がある。そのためには、各光源ごとに光強度を制御する構成が必要である。そのため、マルチソース法によるソーラシミュレータは構成が複雑となり、調整が煩雑で、制御に熟練を要する。また、各光源ごとに制御部分を備える必要があるため、装置の構成が複雑となってコストも非常に高価なものとなる。
【００２７】
さらに、上記のマルチソース法によるソーラシミュレータにおいて、合成された疑似太陽光のスペクトルを良好なスペクトルに調整するためには、各光源ごとの光強度を、±１％以下の高い精度で制御する必要がある。
【００２８】
ここで、光源が定常光であれば、各光源による各々の光の時間安定性を向上させるように、複雑な電源と複雑な制御機構を併用することにより、各光源ごとの光強度を、±１％以下の高い精度で制御することが可能である。しかしながら、上述のように定常光では、照射する面積に実質的な限界がある。
【００２９】
一方、光源がパルス光の場合は、一般的にパルス光は光強度の再現性に２〜３％のバラツキがあることが多いので、±１％以下の高精度で各光源ごとの光強度を制御することは非常に困難である。
【００３０】
本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであり、上述した問題点を解決し、測定対象である積層型光電変換素子の面積にかかわらず、モジュールあるいはアレイ等の大面積のものでも測定でき、低コストの測定装置を用いながら、正確に積層型光電変換素子の出力特性を測定することのできる方法及び測定装置を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の一態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定方法は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、前記光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法であって、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる工程と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する工程と、
前記短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する工程と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記推定する工程、前記測定する工程、及び前記変化させる工程を複数回繰り返す工程と、
前記繰り返す工程で得られた測定値に基づいて、前記光電変換素子の電流電圧特性を求める工程と、を備えている。
【００３２】
すなわち、本発明では、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、光電変換素子の電流電圧特性を測定するときに、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させ、複数の半導体接合部の各々において、合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定し、短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、合成光の照射による光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定し、出力電圧及び出力電流の少なくとも一方を変化させるようにし、短絡電流の推定、短絡電流の測定、及び出力電圧又は出力電流を変化させるのを複数回繰り返し、得られた測定値に基づいて、光電変換素子の電流電圧特性を求める。
【００３３】
このようにすると、合成光が、常に短絡電流の比率が所定の値を満たすように制御されていない状態であっても、光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【００３４】
また、合成光の調整方法が簡略化されるので、測定の制御性が向上すると共に、操作者の違いによる測定誤差を小さくすることができる。
【００３５】
また、従来の屋内での測定方法では困難であった、例えば、１ｍ×１ｍ以上の大面積の光電変換素子についても正確な電流電圧特性の測定が可能となる。
【００３６】
また、照射光としてパルス光を用いる場合であっても、積層型光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【００３７】
更に、本発明により、正確な電流電圧特性が得られることによって、光電変換素子の製造工程の歩留まりを安定させ、製品における出力を一層確実に保証することが可能となる。
【００３８】
また、合成光として、１０００Ｗ／ｍ２の放射照度を中心として、光電変換素子の短絡電流の放射照度に対する直線性が保たれる範囲において、複数の半導体接合部の各々における短絡電流の比率が、所定の値となるような合成光を照射すると、放射照度補正による補正誤差が少なくなるので、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００３９】
また、合成光を、光電変換素子の温度が２℃上昇するまでの間に、複数の半導体接合部の各々における短絡電流の比率が所定の値に、少なくとも３０回以上等しくなるように分光分布を変動させるようにすると、温度補正による補正誤差が少なくなり、電流電圧特性曲線を形成する測定点が十分な点数になるので、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４０】
また、測定時間内での複数の半導体接合部の各々の短絡電流の比率の変化が、基準太陽光を照射した場合の比率に対して±２％以内であると、１点１点の出力電圧と出力電流の測定が正確になり、積層型光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４１】
また、出力電圧を段階的に変化させ、電圧を設定してから、測定を開始するまでの時間が、光電変換素子の充放電の時定数の４倍以上であるようにすると、測定中の電圧値及び電流値の充放電による変動が無視できるほど少なくなり、１点１点の出力電圧と出力電流の測定が正確になり、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４２】
また、上記目的を達成する本発明の別の態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定方法は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、前記光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法であって、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる工程と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する工程と、
前記推定された短絡電流の比率を記録する工程と、
前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する工程と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記推定する工程、前記記録する工程、前記測定する工程、及び前記変化させる工程を、前記所定の時間よりも短い時間で複数回繰り返す工程と、
前記繰り返す工程で得られた測定値のうち、前記記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択する工程と、
前記選択された測定値に基づいて、前記光電変換素子の電流電圧特性を求める工程と、を備えている。
【００４３】
この態様では、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させ、複数の半導体接合部の各々において、合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定し、推定された短絡電流の比率を記録し、合成光の照射による光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定し、出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させるようにし、短絡電流の推定、短絡電流の記録、出力電圧及び出力電流の測定、及び出力電圧又は出力電流を変化させるのを所定の時間よりも短い時間で複数回繰り返し、得られた測定値のうち、記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択し、選択された測定値に基づいて、光電変換素子の電流電圧特性を求める。
【００４４】
このようにすると、上記の効果に加え、半導体接合部の各々の短絡電流の比率をその時点その時点で判定しなくても、光電変換素子の電流電圧特性を正確に測定することができるという効果が得られる。
【００４５】
また、電変換素子の近傍に設けられ、複数の半導体接合部の各々の分光感度に近似した分光感度を有する複数のモニタリングセルの短絡電流の比率から、短絡電流の比率を推定するようにすると、半導体接合部の各々の短絡電流の比率の推定が正確になり、光電変換素子の電流電圧特性をより正確に測定することができる。
【００４６】
更に、上記目的を達成する本発明の更に別の態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定装置は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する装置であって、
異なる分光分布を有する２以上の光を合成して合成光を得る手段と、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる手段と、
前記光電変換素子に前記合成光を照射する手段と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する手段と、
前記短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する手段と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる手段と、を備えている。
【００４７】
更にまた、上記目的を達成する本発明の更に別の態様としての光電変換素子の電流電圧特性の測定装置は、複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する装置であって、
異なる分光分布を有する２以上の光を合成して合成光を得る手段と、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる手段と、
前記光電変換素子に前記合成光を照射する手段と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する手段と、
前記推定された短絡電流の比率を記録する手段と、
前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する手段と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる手段と、
前記測定お擦る手段によって測定された測定値のうち、前記記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択する手段と、を備えている。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００４９】
なお、本明細書では、複数の半導体接合部が積み重ねられた構造を有する光電変換素子を積層型光電変換素子と称する。
【００５０】
まず、図１、図２、図３、図４を参照して、本発明に係る測定装置の基本的構成及び該装置による測定方法を詳細に説明する。
【００５１】
図１は、本発明に係る測定装置の一実施形態の構成を模式的に示す図である。図１において、１０１は第一の光源、１０２は第一の楕円ミラー、１０３は第一の光源用の電源、１０４は第二の光源、１０５は第二の楕円ミラー、１０６は第二の光源用の電源、１０７はハーフミラー、１０８はフィルタ、１０９はインテグレータ、１１０はシャッター、１１１は平面ミラー、１１２はコリメーターレンズ、１１３は測定対象である積層型光電変換素子、１１４は第一のモニタリングセル、１１５は第二のモニタリングセル、１１６は光照射面、１１７は第一の部分短絡電流検出手段、１１８は第二の部分短絡電流検出手段、１１９は積層型光電変換素子の電圧検出手段、１２０は積層型光電変換素子の電流検出手段、１２１は積層型光電変換素子の電圧可変手段、１２２は部分短絡電流比較制御手段、１２３は計測制御／データ処理手段である。
【００５２】
なお、図１において、点線は照射光の光路、実線は素子を測定する部分の電気的な接続、破線はデータ及び計測制御信号のやり取りの経路、矢印付き一点鎖線はトリガ信号または制御命令の流れを、それぞれ示している。
【００５３】
ここで、部分短絡電流とは、測定対象の積層型光電変換素子を構成する複数の半導体接合部の各々で、光照射の際に発生する短絡電流を指す。しかしながら、これらの短絡電流の各々を分離して検出することは困難であるため、後述する複数のモニタリングセルによって、複数の半導体接合部の各々が発生する短絡電流に相当する短絡電流を擬似的に検出する。この場合、複数のモニタリングセルの各々が出力する短絡電流を部分短絡電流と呼ぶことにする。
【００５４】
本実施形態では、以上のような構成において、複数の半導体接合部が積み重ねられた積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定するときに、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射する。
【００５５】
図１において、例えば、第一の光源１０１として短波長光の光源、第二の光源１０４として長波長光の光源を用いる。第一の光源１０１から出射した光は、楕円鏡１０２で集光され、ハーフミラー１０７で反射される。一方、第二の光源１０４から出射した光は、楕円鏡１０５で集光され、ハーフミラー１０７を透過する。ここで、例えば、ハーフミラー１０７として、多層膜による干渉作用を利用した、いわゆるコールドミラーを用いれば、第一の光源１０１の短波長光を反射し、第二の光源１０４の長波長光を透過して、両光源の光を合成することができる。合成された光は、所望に応じて選択されるフィルタ１０８を透過して、シャッター１１０で制御され、インテグレータ１０９を通り、平面ミラー１１１で反射され、コリメーターレンズ１１２で平行光に近い状態に整えられて、光照射面１１６に入射する。
【００５６】
以上のようにして合成光を照射した状態で、積層型光電変換素子１１３の電流電圧特性を測定する。ここで、モニタリングセルを図１には２つ示しているが、実際には積層型光電変換素子１１３の積み重ねられた半導体接合部の数に応じた数のモニタリングセルを用意する。モニタリングセル１１４、１１５は、例えば、積層型光電変換素子１１３が２つの半導体接合部が積み重ねられたいわゆるダブルセルの場合、それぞれの半導体接合部をトップセルとボトムセルとすれば、トップセルとボトムセルの分光感度に近似した分光感度をそれぞれ有する。モニタリングセル１１４、１１５によって、合成された光のトップセルの感度波長領域の光とボトムセルの感度波長領域の光が、それぞれ光電変換され、部分短絡電流検出手段１１７、１１８によって、それぞれの波長領域の光による部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２が検出される。
【００５７】
ここで、光照射面１１６内の分光放射照度分布の場所むらは、測定に支障がない程度に小さいことを前提とする。特に、モニタリングセル１１４、１１５と積層型光電変換素子１１３の間の分光放射照度分布の場所むらは、Ｉ２／Ｉ１−１の値で表現すれば、好ましくは、±２％、より好ましくは、±１％の範囲内にあることが望ましい。このように、モニタリングセルと積層型光電変換素子とにおける分光放射照度分布の場所むらが小さいと、積層型光電変換素子の電流電圧特性が、より正確になる。
【００５８】
検出された部分短絡電流は、部分短絡電流比較制御手段１２２において比較されて、トップセルとボトムセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいと推定された時に、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に測定開始の制御命令またはトリガ信号を出す。また、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧に設定する制御命令またはトリガ信号を出す。
【００５９】
図２は、短絡電流の比率の変化と電圧測定、電流測定、電圧設定のタイミングの一例を示したタイミングチャートである。図２において、横軸は、時間ｔを示し、各グラフは、上段から、波長領域別の部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の比であるＩ２／Ｉ１、電圧測定信号、電流測定信号、及び電圧設定信号の時間的変化をそれぞれ示している。
【００６０】
図３は、本実施形態における測定方法の一例を工程順に説明した、フローチャートである。
【００６１】
以下、図２のタイミングチャートを参照しながら、図３のフローチャートを用いて、本実施形態の測定方法における各工程について順に詳細に説明する。
【００６２】
まず測定を開始する前に、図３のステップＳ０１０において、上述したように、予め、分光分布が所定の時間内で変動する合成光とモニタリングセルを準備しておく。
【００６３】
測定開始後、ステップＳ０２０において、合成光を測定対象の積層型光電変換素子に照射する。この時、定常光であればシャッターを開にする。また、パルス光であればパルス発光を開始させても良いし、シャッターを併用しても良い。
【００６４】
次に、ステップＳ０３０において、電圧可変手段１２１によって、積層型光電変換素子の電圧Ｖを測定開始時の電圧（Ｖ＝Ｖ１）に設定する。
【００６５】
次に、ステップＳ０４０において、上述したように、モニタリングセル１１４及び１１５と、部分短絡電流検出手段１１７及び１１８によって、それぞれの半導体接合部が分光感度を有する波長領域の光による部分短絡電流Ｉ１及びＩ２を検出する。ここで、好ましくは、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２は、アナログ量として連続的に検出することが望ましい。こうすることによって、実際の部分短絡電流の変動に対する検出量Ｉ１及びＩ２の変動の遅れが、モニタリングセルの光応答性による時間だけとなり、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定上無視できるほど小さくなるので、測定した電流電圧特性が、より正確となる。また、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の検出をデジタル量として検出する場合には、検出のための測定時間ｔＬは、Ｉ２／Ｉ１の変化（周期）に対して十分に短い測定時間とし、繰り返し継続的に測定することが望ましい。
【００６６】
次に、ステップＳ０５０において、部分短絡電流比較制御手段１２２によって、上記Ｉ１及びＩ２のデータを比較する。
【００６７】
ここで、基準太陽光の下でのＩ２／Ｉ１の値をＫとすれば、式
Ｉ２／Ｉ１＝Ｋ …（２）
を満たしたとき、トップセルとボトムセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいと推定される。
【００６８】
次に、ステップＳ０６０において、上述の式（２）を満たすかどうか判定し、満たしていると判定された場合には、次のステップＳ０７０に進み、満たしていないと判定された場合には、前述のステップＳ０４０に戻る。
【００６９】
ここで、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の検出をデジタル量として検出する場合は、検出されたＩ１及びＩ２の値は、離散的な値となる。ところが、一般に測定量には、様々な誤差要因が含まれるので、Ｉ２／Ｉ１の値とＫとが、測定の不確かさの範囲内に含まれれば、式（２）を満たすと判定して良い。例えば、測定の不確かさが、±２％と推定される場合には、以下の式
０．９８≦Ｉ２／Ｉ１／Ｋ≦１．０２ …（３）
を満たす時に、式（２）を満たすと判定する。また、測定の不確かさが、±１％と推定される場合には、以下の式
０．９９≦Ｉ２／Ｉ１／Ｋ≦１．０１ …（４）
を満たす時に、式（２）を満たすと判定する。
【００７０】
次に、ステップＳ０７０において、後述する式（７）を満たすかどうか判定し、満たすと判定された場合には次のステップＳ０８０に進み、満たしていないと判定された場合には、前述のステップＳ０４０に戻る。なお、このステップは、後述するように省略することもできる。
【００７１】
次に、ステップＳ０８０において、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に、同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号を出力し、積層型光電変換素子の電圧と電流を測定させる。
【００７２】
次に、ステップＳ０９０において、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧への設定を指示する制御命令またはトリガ信号を出力する。ここで、計測制御／データ処理手段１２３によって、予め、測定する積層型光電変換素子の開放電圧に応じて、所望の点数の設定電圧のデータ（Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｎ）を計算し、その順に電圧可変手段１２１を制御するようにするのが望ましい。
【００７３】
以下、ステップＳ０８０とステップＳ０９０の工程での処理を、図２を参照して詳述する。
【００７４】
Ｉ２／Ｉ１の値が、上記式（２）を満たしたと判定された時点（ｔ＝ｔ１）で、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に、同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号がそれぞれ出力される。図２ではこのタイミングを、時間ｔ＝ｔ１上の一点鎖線で示しており、電圧検出手段１１９に出力される測定開始を指示する信号をＶｍｅａｓｕｒｅ、電流検出手段１２０に出力される測定開始を指示する信号をＩｍｅａｓｕｒｅで示している。また、同時に、部分短絡電流比較制御手段１２２から、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧（Ｖ＝Ｖ２）に設定するよう指示する制御命令またはトリガ信号が出力される。
【００７５】
この時、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０が、メモリー機能を有するものであれば、好ましくは、トリガ信号Ｖｍｅａｓｕｒｅ及びＩｍｅａｓｕｒｅに対して、図２に示したように、時間ｐだけプリトリガをかけることが望ましい。また、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０の測定時間は、等しいことが望ましく、電圧測定と電流測定の時間（データ測定の積分時間）をｍとすれば、好ましくは、時間ｐは、トリガ信号全体の幅を示す時間ｍ未満であることが望ましく、最適には、以下の式
ｐ＝ｍ／２ …（５）
を満たすことが望ましい。
【００７６】
ここで、使用する機器の機能によっては、プリトリガをかける時間ｐの分解能が不足することがある。その場合は、式（５）の両辺は、必ずしも等しくなくてもよく、設定可能な時間分解能の範囲で近似しておれば良い。また、部分短絡電流Ｉ１及びＩ２の検出をデジタル量として検出する場合には、測定の積分時間ｍは、電圧測定と電流測定の時間に、部分短絡電流検出のための測定時間ｔＬを加えたものとすることが望ましい。
【００７７】
以上のごとくプリトリガをかけることによって、測定の積分時間ｍの間に、Ｉ２／Ｉ１の値が変化しても、その間のＩ２／Ｉ１の平均値が、プリトリガをかけない場合に比べて、所定の値Ｋに近くなるので、電流電圧特性をより正確に測定することができる。また、式（５）を満たすことによって、式（２）を満たす時点の前後のＩ２／Ｉ１の値の変動が相殺されて、測定の積分時間ｍの間のＩ２／Ｉ１の平均値が、所定の値Ｋにさらに近くなるので、電流電圧特性が一層正確に測定できる。
【００７８】
また、上記のプリトリガがかけられない場合には、測定の積分時間ｍの経過中のＩ２／Ｉ１の値が式（３）を満たすことが望ましく、式（４）を満たすことがより望ましい。それによって、プリトリガが、かけられない場合であっても、電流電圧特性が正確に測定できる。
【００７９】
また、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧への設定を指示する制御命令またはトリガ信号を出力してから、電圧可変手段が設定電圧の変更を開始する、すなわち、図２においてＶｓｅｔがハイレベルとなるまでの間に、遅延時間ｄを設けることが望ましい。この時、遅延時間ｄと測定の積分時間ｍとプリトリガ時間ｐとが、以下の式
ｄ＞ｍ−ｐ …（６）
を満たすことが望ましい。このようにすると、電圧測定と電流測定の終了した後に、次の設定電圧への電圧変更を開始することを確実にすることができる。ただし、プリトリガがかけられない場合は、ｐ＝０とする。
【００８０】
また、図２に示したように設定電圧の変更開始後、次に、式（２）を満たす時点（ｔ＝ｔ２）までの時間をｉとし、積層型光電変換素子の充放電の時定数をτとすれば、以下の式
ｉ≧４×τ＋ｐ …（７）
を満たすことが、望ましい。このようにすると、積層型光電変換素子の設定電圧の変化に対する過渡的応答による電圧測定と電流測定の誤差を排除することができ、電流電圧特性をより正確に測定することができる。また、合成光の分光分布の変動の周期が短く、式（７）を満たすことができない場合、ステップＳ０４０に戻るようにして、その時点の電圧測定、電流測定及び電圧設定を指示する制御命令またはトリガ信号を、部分短絡電流比較制御手段１２２が出力しないようにすれば、式（７）を満たすようにすることができる。
【００８１】
なお、Ｉ２／Ｉ１の変動の周期が、式（７）の右辺４×τ＋ｐの値より、十分に大きいことが分かっている場合は、ステップＳ０７０を省略することができる。
【００８２】
次に、ステップＳ１００において、測定した積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対が、所望の測定点数ｎに達したかどうか判定する。所望の測定点数ｎに達していないと判定された場合、ステップＳ０４０に戻る。具体的には、最初に式（２）を満たす時点（図２におけるｔ＝ｔ１）から、ｎ番目に式（２）を満たす時点（図２におけるｔ＝ｔｎ）まで、ステップＳ０４０からステップＳ０９０までの処理をｎ回繰り返すことによって、所望の点数ｎの積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対が得られる。
【００８３】
一方、ステップＳ１００において所望の測定点数ｎに達したと判定された場合、ステップＳ１１０において、設定電圧を、待機電圧（Ｖｒｅｓｅｔ）に設定する。
【００８４】
次に、ステップＳ１２０において、計測制御／データ処理手段１２３によって、上述の工程で得られた、ｎ点の積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対を取得する。
【００８５】
次に、ステップＳ１３０において、取得したｎ点の電圧及び電流のデータ対を記憶手段に保存する。この時、必要に応じて、適宜データを補正処理し、補正後のデータを保存しても良い。ここで、補正処理の具体的な例としては、電圧及び電流のデータ対の温度補正と照度補正による基準状態への補正がある。例えば、積層型光電変換素子の電流電圧特性測定中の温度が、２５±２℃の範囲外であった場合は、データを温度補正する必要がある。また、放射照度が、１０００±１０Ｗ／ｍ２の範囲外であった場合は、データを照度補正する必要がある。補正方法は、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１３の６．１に記載された公知の補正式を用いて、補正することができる。
【００８６】
また、ここで同時に、モニタリングセルの部分短絡電流のデータ、電流電圧特性測定中の積層型光電変換素子の温度のデータ等、他の測定データも取得し、電圧及び電流のデータと伴に保存しても良い。なお、照度補正に用いる放射照度用のデータとしては、モニタリングセルによる部分短絡電流のデータを用いても良いし、モニタリングセルと別に基準光電変換素子を準備して、該基準光電変換素子の短絡電流を、電圧及び電流のデータ対の測定と同じタイミングで測定したデータを用いてよい。
【００８７】
次に、ステップＳ１４０において、取得された電圧及び電流のデータは、計測制御／データ処理手段１２３において、必要に応じて、適宜ソフトウェアで処理され、積層型光電変換素子の電流電圧特性を表示する。この場合、必要に応じて、補正された電圧及び電流のデータ対、（Ｉ１，Ｖ１），（Ｉ２，Ｖ２），…，（Ｉｎ，Ｖｎ）を直線または近似曲線で結べば、電流電圧特性曲線（ＩＶカーブ）が得られる。また、電流電圧特性から、公知の算出方法により、最大出力（Ｐｍａｘ）、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）、最大出力動作電圧（Ｖｐｍ）、最大出力動作電流等（Ｉｐｍ）等の積層型光電変換素子の出力特性の各パラメータを計算することができる。
【００８８】
以上の工程を実行することにより、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定することができる。
【００８９】
以上説明したように、本実施形態による積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定では、常に、上記式（２）を満たす状態、すなわち積み重ねられた各々の半導体接合部の短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に実質的に等しい場合にのみ測定されているので、基準太陽光の下で測定した特性と同等に正確な電流電圧特性を得ることができる。
【００９０】
（変形例）
ところで、上述した、電圧測定と電流測定の積分時間ｍ、及び積層型光電変換素子の充放電の時定数τの４倍が、式（２）を満たすある時点と次に満たす時点との時間間隔である（ｔｎ−ｔ（ｎ−１））よりも十分に小さい場合、すなわち、次の式
ｔｎ−ｔ（ｎ−１）＞＞ｍ，４×τ …（８）
を満たす場合においては、以下で詳述するように図４のフローチャートに示す工程によって、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定することができる。
【００９１】
以下、本実施形態の変形例の測定方法における各工程について図４のフローチャートを参照して順に詳細に説明する。なお、図示されたように、ステップＳ０４０までは、上記で図３に関して説明した工程と同様であるので、説明を省略する。
【００９２】
ステップＳ２００において、電圧検出手段１１９と電流検出手段１２０に、同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号を出力し、積層型光電変換素子の電圧と電流を測定させる。
【００９３】
次に、ステップＳ２１０において、電圧可変手段１２１に、次の設定電圧への設定を指示する制御命令またはトリガ信号を出力する。
【００９４】
次に、ステップＳ２２０において、測定した電圧及び電流のデータ対の数が所定の測定点数ｍに達したかどうか判定し、達していないと判定された場合には、ステップＳ０４０に戻り、ステップＳ０４０からステップＳ２１０までの処理を繰り返す。これは、すなわち、Ｉ２／Ｉ１の値に関わらず、積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定と設定電圧の変更とをｍ回繰り返すことを意味する。
【００９５】
この時、設定電圧が変更されてから、次の電圧と電流の測定が開始されるまでの時間間隔が時定数τの４倍よりも大きいと、各時点での出力電圧及び出力電流の測定が正確になるので、望ましい。また、ここで、測定点数ｍは、所望の測定点数ｎよりも十分大きい数にしておくことが望ましい。
【００９６】
ステップＳ２２０で、所定の測定点数ｍに達したと判定された場合には、次のステップＳ２３０に進む。次のステップＳ２３０では、図３に示したステップＳ１１０と同様の処理を行う。
【００９７】
次に、ステップＳ２４０において、計測制御／データ処理手段１２３によって、積層型光電変換素子の電圧、電流、及び、Ｉ１、Ｉ２のｍ点のデータセットを取得する。
【００９８】
次に、ステップＳ２５０において、Ｉ１及びＩ２のデータを比較し、ステップＳ２６０において、上述の式（２）を満たすかどうかを判定する。
【００９９】
式（２）を満たすと判定された場合は、ステップＳ２８０で、ｎ点の電圧及び電流のデータ対を記憶手段に保存し、満たさないと判定された場合は、ステップＳ２７０で、該当する電圧及び電流のデータを使用しないようにする。
【０１００】
すなわち、本変形例では所望の測定点数ｎよりも十分多い測定点数ｍのデータを取得しておき、所得した後に、Ｉ２／Ｉ１の値を調べて、データを取捨選択するようにする。それによって、積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定値として、常に、上記式（２）を満たすものが選択されることになる。
【０１０１】
最後の工程であるステップＳ２９０での処理は、図３におけるステップＳ１４０での処理と同様である。
【０１０２】
なお、図４のフローチャートに示した工程では、図１における部分短絡電流比較制御手段１２２は、計測制御／データ処理手段１２３によって兼ねられることになる。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態の変形例による積層型光電変換素子の電圧及び電流の測定では、常に、上記式（２）を満たす状態、すなわち積み重ねられた各々の半導体接合部の短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に実質的に等しい場合に測定されたデータを用いているので、基準太陽光の下で測定した特性と同等に正確な電流電圧特性を得ることができる。
【０１０４】
＜各構成要素の説明＞
以下、本発明に係る測定装置の各構成要素について、さらに詳細に説明する。
【０１０５】
（積層型光電変換素子）
本発明に係る測定方法において、測定対象の積層型光電変換素子（以下、サンプルセルとも称する）は、複数の光電変換機能を有する半導体接合部（以下、コンポーネントセルとも称する）を積み重ねた構造である。積み重ねたコンポーネントセルの各々から電極が取り出されている構造のものは、接合が２つの場合、４端子型と呼ばれる。複数のコンポーネントセルが、直列に接続され、電極が両端だけにある場合、２端子型と呼ばれる。本発明に係る出力特性測定方法は、どちらのタイプにも適用できるが、２端子型に適用したときに特に効果が大きい。
【０１０６】
積層型光電変換素子のデバイスの種類としては、太陽電池、フォトダイオード、光センサー、電子写真感光体等が挙げられる。
【０１０７】
半導体接合部の種類としては、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ型接合などが挙げられる。
【０１０８】
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ＩＩＶＩ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。
【０１０９】
また、本発明に係る測定方法によれば、例えば、太陽電池の場合、セル、サブモジュール、モジュール、など様々な形態のものを測定することができる。また、セル、サブモジュール、モジュール等を適宜直列あるいは並列に接続した状態のものも測定することができる。
【０１１０】
ここで、サンプルセルは、各コンポーネントセルの分光感度が分かっていることが望ましい。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。１〜ｎ番目のコンポーネントセルについて、バイアス光の分光放射照度分布をそれぞれの測定に適したものに変更して、上記工程を繰り返すことにより、全てのコンポーネントセルの分光感度が得られる。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測定しても良い。
【０１１１】
また、サンプルセルは、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。サンプルセル自体の温度係数を測定することが困難である場合には、同等の特性を有する積層型光電変換素子群の温度係数の代表値を用いても良い。また、サンプルセルを測定する場合に、サンプルセルが、２５±２℃と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有る場合には、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。
【０１１２】
また、電流電圧特性の測定結果に照度補正を行う必要がある場合には、積層型光電変換素子のシリーズ抵抗Ｒｓの値が、分かっていることが望ましい。シリーズ抵抗Ｒｓの測定方法は、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１３の６．３に記載された二つの異なった放射照度のＩＶカーブから求める方法などの公知の方法によって、求められる。また、簡易的には、ＩＶカーブのＶｏｃ近傍の接線の傾きから、求めることもできる。
【０１１３】
（各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定）
以下、本発明に係る測定方法の重要な要素である各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定方法について、詳述する。
【０１１４】
一般に、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルは、積み重ねられ直列に接続されているので、その短絡電流を直接測定することは困難である。そこで、以下のような方法で、その短絡電流が推定される。
【０１１５】
すなわち、まず上述の分光感度測定方法によって、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの分光感度を測定し、波長λにおける、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度をＱｎ（λ）とする。次に、照射光（本発明においては、合成光）の分光放射照度分布（スペクトル）を公知のスペクトル測定手段によって測定し、波長λにおける照射光の分光放射照度をＥｔ（λ）とする。次に、ｎ番目のコンポーネントセルの照射光の下での短絡電流をＩｎ，ｔｅｓｔとすれば、Ｉｎ，ｔｅｓｔは、以下の式
Ｉｎ，ｔｅｓｔ ＝ ∫Ｅｔ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ …（９）
によって求められる。ここで積分する波長範囲は、Ｑｎ（λ）＞０の範囲で定積分すれば良い。
【０１１６】
分光感度Ｑｎ（λ）の具体例としては、例えば２層の積層型光電変換素子で、図７のようなグラフが得られる。図７において、７０１及び７０２は、トップセル及びボトムセルの分光感度をそれぞれ示している。
【０１１７】
なお、ｎ番目のコンポーネントセルの、基準太陽光の下での短絡電流をＩｎ，ｒｅｆとすれば、Ｉｎ，ｒｅｆは、以下の式
Ｉｎ，ｒｅｆ ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ …（１０）
Ｅｏ（λ）：基準太陽光の分光放射照度分布
によって求められる。なお、ここで積分する波長範囲は、式（９）の場合と同様である。
【０１１８】
従って、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの短絡電流の比率、（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）は、上記式（９）を用いて求めることができる。そして、その比率が、基準太陽光の下での比率に等しい時、すなわち、以下の式
（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）＝（Ｉ１，ｒｅｆ：Ｉ２，ｒｅｆ：…：Ｉｎ，ｒｅｆ） …（１１）
を満たす時、合成光のスペクトルは、積層型光電変換素子の電流電圧特性の測定において、基準太陽光のスペクトルと等価な状態にあると言える。
【０１１９】
しかしながら、スペクトルが変動する合成光において、式（９）を用いて、各コンポーネントセルの短絡電流の比率を求め、その値を用いて、部分短絡電流比較制御手段を機能させることは、以下の点で困難なところがある。
【０１２０】
すなわち、ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度Ｑｎ（λ）は、予め測定しておけば良いが、照射光のスペクトルＥｔ（λ）は、変動するので、その時点その時点で測定しなければならない。ある時点で測定した照射光のスペクトルＥｔ（λ）を用いて式（９）の計算を行うのは、積分演算の可能なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置が必要である。一方、合成光のスペクトル変動の周期は、後述する理由から、ミリ秒（ｍｓｅｃ）オーダーであることが多い。
【０１２１】
現状の技術では、普及型のスペクトロラジオメーターによれば、スペクトルの測定にまず、ミリ秒オーダーの積分時間を要し、また、測定装置に使用される一般的なパーソナルコンピュータの処理能力では、その積分演算をして、なおかつ、演算結果から機器の制御をミリ秒オーダーで行うのは、困難である。また、普及型とはいえ、その時点その時点のスペクトルを測定できるスペクトロラジオメーターが高価であることも問題である。ただし、将来的には、パーソナルコンピュータの機器制御の高速化や、スペクトロラジオメーターの低コスト化が進めば、前述の方法も採用可能である。
【０１２２】
以上のような理由から、本発明に係る測定方法では、各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定のために、以下で詳述するようなモニタリングセルを用い、その短絡電流を実測して、モニタリングセルの短絡電流の比率をもって、各コンポーネントセルの短絡電流の比率とする方法を採用している。この方法によれば、スペクトル測定や積分演算などを必要としないので、後述する部分短絡電流比較制御手段を高速で機能させることができ、好適である。
【０１２３】
（モニタリングセル）
モニタリングセルは、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルの短絡電流を推定するために用いられ、各コンポーネントセルの分光感度と近似した分光感度を有した光電変換素子であって、各コンポーネントセルに対応して、独立に設けられる。すなわち、積層型光電変換素子が、ｎ個のコンポーネントセルから構成されておれば、ｎ個のコンポーネントセルにそれぞれ対応するｎ個のモニタリングセルを用意することが望ましい。
【０１２４】
積層型光電変換素子の各コンポーネントセルは、前述したようにそれぞれの短絡電流を直接測定することはできないが、独立に設けたモニタリングセルであれば、その短絡電流を直接測定することができる。各モニタリングセルの分光感度が、各コンポーネントセルの分光感度に近似しておれば、各コンポーネントセルの短絡電流の比率（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）は、各モニタリングセルの短絡電流の比率（Ｉ１，ｍｏｎｉ：Ｉ２，ｍｏｎｉ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ）で代用することができる。すなわち、以下の式
（Ｉ１，ｔｅｓｔ：Ｉ２，ｔｅｓｔ：…：Ｉｎ，ｔｅｓｔ）
≒（Ｉ１，ｍｏｎｉ：Ｉ２，ｍｏｎｉ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ） …（１２）
により、式（９）の積分演算をすることなく、各コンポーネントセルの短絡電流の比率を直接測定することができる。
【０１２５】
ここで、上記の式（１２）が成り立つためには、各モニタリングセルの各コンポーネントセルに対する分光感度の近似度を高めることが重要である。その近似度の指標として、以下の式
Ｍｎ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｒｎ（λ）ｄλ／∫Ｅｔ（λ）Ｑｒｎ（λ）ｄλ× ∫Ｅｔ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ／∫Ｅｏ（λ）Ｑｎ（λ）ｄλ…（１３）
Ｅｏ（λ）：基準太陽光の分光放射照度分布
Ｅｔ（λ）：照射光の分光放射照度分布
Ｑｒｎ（λ）：ｎ番目のコンポーネントセル用のモニタリングセルの分光感度
Ｑｎ（λ）：ｎ番目のコンポーネントセルの分光感度
で定義される、ミスマッチ係数Ｍｎが、各々０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
【０１２６】
従って、各モニタリングセルは、当然、予め分光感度を測定してあることが必要である。また、照射光の分光放射照度分布は変動するが、少なくとも上記式（１１）が成り立つ時点での分光放射照度分布において、ミスマッチ係数Ｍｎが、各々０．９８以上１．０２以下であることが望ましい。
【０１２７】
また、各モニタリングセルは、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。例えば、アモルファス材料のように光劣化現象を有する材料で形成する場合は、予め特性が安定化するのに十分な時間光照射しておくことが望ましい。
【０１２８】
また、各モニタリングセルは、それぞれ単一の半導体接合部からなる、いわゆるシングルセルであることが望ましい。また、各モニタリングセルは、積層型光電変換素子の各コンポーネントセルを形成する材料と異なる材料を用いてモニタリングセルを形成しても良い。その場合は、分光感度を近づけるために、図５のように光学フィルタを受光面側に設けても良い。
【０１２９】
図５は、モニタリングセルの具体例の一つを分解して構成を示した断面図であり、５０１は光電変換素子、５０２は光電変換素子のケース、５０３は光学フィルタ用ホルダー、５０４及び５０５は光学フィルタである。ここで、光学フィルタ５０４及び５０５は矢印のようにフィルタ用ホルダー５０３にはめ込み、フィルタ用ホルダー５０３を矢印のようにケース５０２にかぶせるようにはめ込んで用いる。
【０１３０】
モニタリングセルの分光感度Ｑｒｎ（λ）の具体例としては、例えば２層の積層型光電変換素子用のモニタリングセルでは、図８に示すようなグラフになる。図８において、８０１及び８０２は、トップセル及びボトムセル用のモニタリングセルの分光感度をそれぞれ示している。
【０１３１】
モニタリングセルは、基準状態における短絡電流があらかじめ測定されていることが望ましい。それによって、各モニタリングセルの基準状態における短絡電流の比率、（Ｉ１，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：Ｉ２，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）を求めることができる。照射光の下での各モニタリングセルの短絡電流の比率が、基準状態における短絡電流の比率に等しい時、すなわち、以下の式
（Ｉ１，ｍｏｎｉ：Ｉ２，ｍｏｎｉ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ）＝（Ｉ１，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：Ｉ２，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ：…：Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）…（１４）
が成り立つとき、上記式（１１）が成り立つと見なすことができる。
【０１３２】
基準状態における短絡電流（Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）の測定方法としては、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１０に記載された、公知の一次基準太陽電池用セルの校正方法によって求められる。また、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１１に記載された、公知の二次基準太陽電池用セルの校正方法によって求めても良い。
【０１３３】
また、例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９１５に記載された、公知の分光感度測定方法によって、各モニタリングセルの分光感度Ｑｒｎ（λ）を測定し、以下の式
Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｒｎ（λ）ｄλ …（１５）
によって、基準状態における短絡電流（Ｉｎ，ｍｏｎｉ，ｒｅｆ）を求めても良い。
【０１３４】
また、モニタリングセルとしては、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。モニタリングセル自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の光電変換素子の温度係数の値を用いても良い。また、モニタリングセルは、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有る場合には、前述の温度係数によって短絡電流の温度補正を行い、２５℃における短絡電流を求めることが必要である。
【０１３５】
また、モニタリングセルは、照射光の放射照度が、１０００Ｗ／ｍ２を中心としたある範囲で、その短絡電流の、放射照度に対する変化が、直線的であること（直線性を有すること）が望ましい。モニタリングセルの短絡電流が、放射照度に対し直線性を有する範囲は、好ましくは、８００Ｗ／ｍ２以上１２００Ｗ／ｍ２以下、より好ましくは、５００Ｗ／ｍ２以上１５００Ｗ／ｍ２以下、であることが望ましい。
【０１３６】
（部分短絡電流比較制御手段）
部分短絡電流比較制御手段は、各コンポーネントセルの短絡電流の比率の推定結果を取得して比較し、各コンポーネントセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいかどうかを判定し、等しいと判定される場合にのみ、電圧検出手段と電流検出手段に同時に、測定開始を指示する制御命令またはトリガ信号を出力し、また、電圧可変手段に、次の設定電圧への設定変更を指示する制御命令またはトリガ信号を出す機能を有するものである。
【０１３７】
本発明に係る測定において、合成光の分光放射照度分布は、所定の時間内で繰り返し変動しているので、制御命令またはトリガ信号は、上記の判定の後、できるだけ速やかに出力し、できるだけ速やかに電圧及び電流の測定と電圧の設定とを開始することが望ましい。
【０１３８】
ここで、所定の時間は、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定するために要する時間であり、積層型光電変換素子の温度上昇や、測定に要するタクトタイムの点から、通常は、十秒程度以下であることが多い。電流電圧特性の測定中の、積層型光電変換素子の温度上昇は、好ましくは、２℃以下、より好ましくは、１℃以下であることが望ましい。それによって、電流電圧特性の測定結果の温度による誤差を小さくでき、測定結果がより正確になる。一方、電流電圧特性曲線を描くための測定点数は、３０点以上であることが望ましい。それによって、Ｐｍａｘ、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ等の特性の計算結果が、より正確になる。従って、照射する合成光の変動の最大周期は、少なくとも３００ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。よって、電圧及び電流のデータ対１点あたりの測定時間は、３００ｍｓｅｃよりも十分に短いことが望ましく、制御命令またはトリガ信号が出力されてから、電圧及び電流の測定を開始するまでの時間（以下、制御実行時間とも称する）は、電圧及び電流の測定時間よりもさらに短いことが望ましい。通常の測定では、制御実行時間は、できるだけ短いことが好ましく、少なくとも数ｍｓｅｃ以下であることが望ましい。
【０１３９】
部分短絡電流比較制御手段として、パーソナルコンピュータ等と計測制御ソフトウェア等のプログラムの組合せを利用することもできる。この場合、部分短絡電流比較制御手段は、上記の計測制御／データ処理手段と兼用することができる。しかしながら、現在の技術水準では、一般的なパーソナルコンピュータ等と計測制御ソフトウェアでは、制御実行時間として、ミリ秒オーダーの時間を要する。従って、このような場合は、所定の時間が、最も長い部類の場合に相当し、実際にはまれである。
【０１４０】
実際には、パルス光を利用した合成光の場合等、合成光の変動の最小周期は、ミリ秒オーダーであることが多い。その場合、制御実行時間としては、マイクロ秒（μｓｅｃ）オーダーであることが望ましい。このような制御実行時間を満足するには、プログラムによる制御命令では実現困難であり、トリガ信号を用いる方が望ましい。
【０１４１】
従って、部分短絡電流比較制御手段としては、複数の電気信号を比較して、その結果トリガ信号を出力する電気回路が望ましい。このような電気回路（トリガ出力回路とも称する）は、オペアンプあるいはＩＣ等を用いることによって、公知の技術によって構成することができる。このような、トリガ出力回路を用いることによって、部分短絡電流比較制御手段が、部分短絡電流検出手段から信号を受け取ってから、トリガ信号を出力するまで、ナノ秒（ｎｓｅｃ）オーダーで処理することができる。従って、電圧検出手段、電流検出手段及び電圧可変手段が、トリガ信号を受け取ってから、電圧測定、電流測定及び電圧設定を開始させるまでの反応時間がマイクロ秒オーダーであれば、制御実行時間をマイクロ秒オーダーにすることができる。
【０１４２】
図６は、トリガ出力回路の基本的な一例を示す回路図である。図６において、入力端子６０１から入力された信号Ｉ１は、係数増幅器６０３を通ることで指定された定数Ｋ倍されＫ×Ｉ１となり、比較器６０４の正入力に入力される。入力端子６０２から入力された信号Ｉ２はそのまま比較器６０４の負入力に入力される。ここで、係数増幅器６０３としては、例えば、オペアンプを用いることができ、比較器６０４としては、例えば、コンパレータを用いることができる。
【０１４３】
比較器６０４はＫ×Ｉ１＞Ｉ２の時にハイレベル信号を、Ｋ×Ｉ１≦Ｉ２の時にローレベル信号を出力する。比較器６０４の出力は、コンデンサ６０６、抵抗６０７で構成された微分回路を通ることで微分され、ダイオード６１０を通して出力端子６１２に接続される。
【０１４４】
また、比較器６０４の出力は、否定論理器６０５を通ったあと、コンデンサ６０８、抵抗６０９で構成された微分回路を通ることで微分され、ダイオード６１１を通して出力端子６１２に接続される。ここで、否定論理器６０５としては、例えば、インバータ７４０４を用いることができる。また、図６において、係数増幅器６０３、比較器６０４、否定論理器６０５の電源回路は、省略した。
【０１４５】
この回路によって、比較器６０４の出力が、ハイレベルからローレベルになる場合も、ローレベルからハイレベルになる場合も、Ｉ２／Ｉ１＝Ｋになった時に、出力端子６１２からはトリガパルスが出力されることになる。負論理のトリガパルスが必要な時は、否定論理器を使って出力を反転させれば良い。
【０１４６】
また、部分短絡電流比較制御手段は、好ましくは、制御命令またはトリガ信号を出力する条件（判定条件）を可変できる調整機構を有することが望ましい。具体的には、積層型光電変換素子のコンポーネントセルの数に応じて、比較する部分短絡電流の数が変わる。また、測定対象の積層型光電変換素子の違いによって、合成光照射下で出力する短絡電流の比率が変化し、部分短絡電流の判定条件も変化する。このような変化に応じて、判定条件を変化させるように調整できることが望ましい。より好ましくは、計測制御／データ処理手段に判定条件を入力し、計測制御／データ処理手段から制御命令を出力して、部分短絡電流比較制御手段の判定条件を調整することが可能であることが望ましい。
【０１４７】
また、部分短絡電流比較制御手段として、複数のチャンネルを備えたデジタルオシロスコープを用いることもできる。例えば、チャンネル１に入力したＩ１の値とチャンネル２に入力したＩ２の値を比較し、Ｉ２／Ｉ１＝Ｋになった時に、チャンネル３の電圧測定とチャンネル４の電流測定を開始するようにする。前述のプリトリガをかけることもできる。この場合は、電圧検出手段と電流検出手段についてもデジタルオシロスコープがその機能を兼ねる。
【０１４８】
（電圧検出手段と電流検出手段）
電圧検出手段及び電流検出手段は、デジタルマルチメータ、または、アナログデジタル変換機器（Ａ／Ｄボード、Ａ／Ｄ変換モジュール等のＡ／Ｄ変換器）を利用したもの、または、デジタルオシロスコープ等、公知の手段を用いれば良い。電流は、シャント抵抗を用いて、電圧に変換して測定しても良い。また、電圧検出手段と電流検出手段は、部分短絡電流比較制御手段からの制御命令またはトリガ信号を受信して、電圧または電流の測定を開始できる機能を有する要がある。また、測定結果を計測制御／データ処理手段に出力する機能を有するものが望ましい。
【０１４９】
また、好ましくは、メモリー機能を有し、前述のプリトリガをかける機能を有するものが望ましい。また、好ましくは、メモリー機能によって、測定値を一時保存し、所望の点数の電圧及び電流のデータ対の測定が終了してから、全てのデータ対を計測制御／データ処理手段に出力する機能を有するものが望ましい。それによって、計測制御／データ処理手段がデータを受け取る時間を、所望の点数のデータ対の測定終了後として、かつ一括することができるので、全体の測定を高速化することができる。また、好ましくは、放射照度比較制御手段からの制御命令またはトリガ信号を受信してから、電圧または電流の測定を開始するまでの反応時間がマイクロ秒オーダーであるものが望ましい。それによって、ミリ秒オーダーでスペクトルが変動する合成光に対応した測定を実現できる。
【０１５０】
また、測定に要する積分時間は、好ましくは、０．１ＰＬＣ（ＰＬＣは、１秒をＡＣ電源周波数で除した時間）以下、より好ましくは、０．０１ＰＬＣ以下であることが望ましい。
【０１５１】
また、測定器の確度としては、好ましくは、測定値の±１％以下、より好ましくは、±０．５％以下、最適には、±０．２％以下であることが望ましい。
【０１５２】
（電圧可変手段）
電圧可変手段は、測定対象の積層型光電変換素子の正負電極間の電圧あるいは電流を可変させる手段であり、バイポーラー電源、電子負荷、コンデンサに蓄積された電荷の放電等、公知の手段を用いればよい。また、電圧可変手段は、部分短絡電流比較制御手段からの制御命令またはトリガ信号を受信して、積層型光電変換素子の電圧あるいは電流を設定するか、または負荷抵抗の抵抗値を設定する機能を有する必要がある。また、好ましくは、計測制御／データ処理手段によって、設定値を制御できるものであることが望ましい。
【０１５３】
例えば、電源を制御する場合、電源本体はアナログ制御であっても、デジタル値を計測制御／データ処理手段から受信して、アナログ値に変換し、電源を制御することのできるプログラマーと組み合わせて使用することによって、設定値を制御することができる。
【０１５４】
また、好ましくは、積層型光電変換素子の電圧あるいは電流を可変させる場合に、複数段階で設定値を可変できるものが望ましい。より好ましくは、制御命令またはトリガ信号を受信してから、設定値を変化させるまでの上述の遅延時間ｄを設定できるものが望ましい。また、電圧可変手段の設定値の変更を開始してから、次の設定値に対して±１％の範囲に到達するまでの時間を立ち上がり時間ｑとすれば、より好ましくは、以下の式
ｉ＞ｑ＋ｐ …（１６）
が成り立つことが望ましい。
【０１５５】
また、積層型光電変換素子の電圧を測定し、所望の設定電圧になるようにフィードバックし、その時に流れる電流を測定できる機能（電圧設定電流測定機能）を有する電源を用いることもできる。この場合、電圧可変手段が、電圧検出手段と電流検出手段を兼ねる。
【０１５６】
（計測制御／データ処理手段）
計測制御／データ処理手段は、部分短絡電流検出手段、部分短絡電流比較制御手段、電圧検出手段、電流検出手段、電圧可変手段、照射光の電源、シャッター等の機器に制御命令を出力したり、機器からデータを取得して処理する機能を有する。
【０１５７】
計測制御／データ処理手段としては、計測制御あるいはデータ処理用のソフトウェアをインストールした、パーソナルコンピュータ等を用いることができる。また、計測制御／データ処理手段は、計測器等と制御命令やデータをやりとりするためのインターフェイスを備えていることが望ましく、好ましくは、計測器の制御をプログラミングできるものが望ましい。
【０１５８】
また、計測制御／データ処理手段は、取得したデータを前述のごとく、適宜処理する機能と、データをハードディスク等の各種記憶媒体に保存する機能とを有する。
【０１５９】
（基準光電変換素子）
以下、太陽電池を例にとって、基準光電変換素子の要件を説明する。太陽電池の場合、基準太陽電池となるが、以下基準セルと称する。
【０１６０】
上記のモニタリングセルが、合成光の各コンポーネントセルの感度波長領域に応じた部分短絡電流を求めるために用いられるのに対し、基準セルは、合成光の波長領域の中で、積層型基準太陽電池全体の短絡電流を制限するコンポーネントセル（以下、律速セルと称する）が感度を有する波長領域の放射照度を求めるために用いられる。
【０１６１】
基準セルは、基本的に上記のモニタリングセルと同じものを用いても良い。
【０１６２】
基準セルとモニタリングセルとに同じものを用いる場合は、各モニタリングセルの中で、律速セルと近似した分光感度を有するものを基準セルと呼ぶことにする。
【０１６３】
基準セルは、サンプルセルと同じく、積層型光電変換素子であっても良いし、異なる材料によって構成されていても良い。ただし、以下のごとくサンプルセルと同等の分光感度を有していることが望ましい。
【０１６４】
第一に、基準セルがサンプルセルと同じく、積層型光電変換素子である場合には、律速セルが基準セルとサンプルセルとで同じ種類のコンポーネントセルであり、両者の律速セルが近似した分光感度を有していることが望ましい。ただし、律速セルがどのコンポーネントセルになるかは、照射する光のスペクトルによって変化するが、少なくとも、前述の基準状態において、基準セルとサンプルセルの律速セルが同じコンポーネントセルであることが望ましい。
【０１６５】
第二に、基準セルが、サンプルセルと異なる材料によって形成されている場合には、基準セルの分光感度が、サンプルセルの律速セルと近似した分光感度を有していることが望ましい。前述のモニタリングセルの内、サンプルセルの律速セルと近似した分光感度を有しているものを基準セルとして併用しても良い。
【０１６６】
以上のようにすることにより、基準セルを用いて照射光の放射照度を測定するときに、測定結果が正確になり、その結果、積層型光電変換素子の出力特性の測定が正確に行える。
【０１６７】
また、基準セルは、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。基準セルを、光、熱、湿度等に対して、安定化させることにより、基準セルの基準状態における電流電圧特性の信頼性が高まり、サンプルセルの出力特性の測定が正確になる。また、基準状態における電流電圧特性を再測定する時間間隔を広くとることができる。
【０１６８】
また、基準セルは、基準状態における短絡電流があらかじ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としては、例えば、ＪＩＳＣ ８９１０に記載された、公知の一次基準太陽電池用セルの校正方法を使用できる。また、基準セルが、積層型光電変換素子である場合には、本発明に係る測定方法を用いて電流電圧特性を測定し、基準状態における短絡電流を求めても良いし、公知の、マルチソース法、補助光源法、基準太陽光法等の方法を用いて、基準状態における短絡電流を求めても良い。
【０１６９】
また、基準セルは、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。基準セル自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の光電変換素子の温度係数の値を用いても良い。また、基準セルを用いて、サンプルセルを測定する場合に、基準セルは、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有る場合には、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。
【０１７０】
また、基準セルは、照射光の放射照度が、１０００Ｗ／ｍ２を中心としたある範囲で、その短絡電流の放射照度に対する変化が、直線的であること（直線性を有すること）が望ましい。基準セルの短絡電流が、放射照度に対し直線性を有する範囲は、好ましくは、８００Ｗ／ｍ２以上１２００Ｗ／ｍ２以下、より好ましくは、５００Ｗ／ｍ２以上１５００Ｗ／ｍ２以下、であることが望ましい。
【０１７１】
また、基準セルとサンプルセルの律速セルの関係が、以下の式
Ｍｎ＝ ∫Ｅｏ（λ）Ｑｒ（λ）ｄλ／∫Ｅｔ（λ）Ｑｒ（λ）ｄλ× ∫Ｅｔ（λ）Ｑｌｉｍ（λ）ｄλ／∫Ｅｏ（λ）Ｑｌｉｍ（λ）ｄλ…（１７）
Ｑｒ（λ）：基準セルの分光感度、または基準セルの律速セルの分光感度
Ｑｌｉｍ（λ）：サンプルセルの律速セルの分光感度
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。
【０１７２】
また、合成光の放射照度に場所むらが有る場合は、基準セルの発電部面積は、サンプルセルを構成する１枚の基板上に形成された最小単位部分の発電部面積と、好ましくは、±２０％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。このように基準セルとサンプルセルの発電部面積が近似することによって、照射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。サンプルセルが、複数の積層型光電変換素子を直列及び／または並列に接続した形態（いわゆる、モジュールまたはアレイ）である場合には、直列及び／または並列に接続された単一基板上の最小単位部分（以下、サブモジュールと略記する。）の発電部面積が、基準セルの発電部面積と近似していれば良い。
【０１７３】
（合成光）
本発明に係る出力特性測定方法に用いられる合成光は、複数の人工光源による光を合成したものである。人工光源としては、擬似太陽光光源が望ましい。光源のランプの種類としては、キセノンランプ、メタルハライドランプ、ハロゲンランプ等が好適に用いられる。点灯方法は、連続点灯でもパルス点灯でも良い。
【０１７４】
また、本発明に係る測定方法における合成光は、異なる分光分布を有する２以上の光を合成したものであり、合成後の分光分布が所定の時間内で繰り返し変動することに特徴がある。合成に用いる、異なる分光分布を有する２以上の光の数は、積層型光電変換素子のコンポーネントセルの数と同じとすることが望ましい。
【０１７５】
また、合成後の分光分布を変動させる方法としては、例えば、以下のようなものがある。
【０１７６】
例えば、コンポーネントセルの数が２である、いわゆるダブルセルの場合、２つの光源を用意する。図１に示した構成が、この場合に相当する。図１において、例えば、第一の光源１０１として、定常光型キセノンランプを用い、第二の光源１０４として、ハロゲンランプを用いる。この時、定常光型キセノンランプの電源１０３としてキセノンランプの発光強度にある程度の変動が出るものを用いると良い。
【０１７７】
一般にキセノンランプの発光強度は、変動することが多く、この変動を抑えて発光強度を安定化させるために電源に様々な調整機能を付加しているので、発光強度にある程度の変動を許容すれば、低コストでコンパクトな電源とすることができる。一方、ハロゲンランプの電源１０６としては、ＤＣ電源を用いるのが一般的であり、ハロゲンランプは、無視できるほどリップルの少ない定常発光をさせる。
【０１７８】
ハーフミラー１０７が、多層膜による干渉作用を利用した、いわゆるコールドミラーであれば、キセノンランプ１０１の短波長光を反射し、ハロゲンランプ１０４の長波長光を透過させる。この時、ハーフミラーの透過率が０％近くから、１００％近くに急激に変化する途中の５０％の透過率を有する波長（カットオン波長と呼ぶことにする。）は、トップセルとボトムセルの分光感度が入れ替わる付近の波長を選択して設計される。従って、ハーフミラー１０７で反射された、キセノンランプによるカットオン波長より短波長の光の強度が変動し、ハーフミラー１０７を透過したハロゲンランプの光の強度は、ほぼ一定である。この時、モニタリングセル１１４による部分短絡電流Ｉ１の値が変動し、モニタリングセル１１５による部分短絡電流Ｉ２の値は、変動が少ないことになる。従って、Ｉ２／Ｉ１の値は、図２のグラフに示したように変動する。
【０１７９】
合成光の他の例としては、前述の例において、第一及び第二の光源、及びそれらの電源を、ロングパルス発光型キセノンランプとその電源に変更したものを用いることができる。一般に、パルス発光型の光源は、発光強度が一定ではなく変動する。
【０１８０】
例えば、図１３は、いわゆるロングパルス型のパルス発光の発光強度の時間変化の一例を示すグラフである。図１３において、１３０１は、待機点灯時の発光強度を、１３０２は、パルス点灯移行時のオーバーシュートした発光強度を、１３０３は、準定常状態に移行した後の発光強度をそれぞれ示している。図１３のように、ロングパルス型と言われる発光で、１３０３のような準定常状態であっても、数％の発光強度の変動が認められる。従って、第一の光源１０１及び第二の光源１０４として、ロングパルス型の光源を用いれば、部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２のどちらの値も変動するので、Ｉ２／Ｉ１の値も変動する。もし、パルス発光型の電源の特性上、部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２の変動の位相が同じである場合は、２つの電源１０３、１０６間で、パルス発光開始のトリガのタイミングを、変動の周期が重ならないようにずらす手段を設ければ良い。
【０１８１】
合成光のさらに他の例としては、図１０にその構成例を示すように、第一及び第二の光源１００１及び１００３、及びそれらの電源１００３及び１００６を、ショートパルス発光型キセノンランプとその電源に変更したものを用いることができる。例えば、１パルスで、１対の電圧と電流のデータを取得し、所望の点数分のパルス発光を繰り返すことで、所望の点数の電圧、電流のデータ対を取得する、マルチパルス方式と呼ばれる方法を用いる場合、図１１のグラフに例を示すように、第一と第二の光源のパルス発光のタイミングを、パルス発光時間の半値幅より少ない時間幅だけずらすことによって、Ｉ２／Ｉ１の値を変動させることができる。
【０１８２】
以上の例は、２つの光源による光を合成する例であるが、同様にして、３つ以上の光を合成することも可能である。また、複数の光源からの光を合成する場合に、図１のように多層膜による干渉フィルタを用いることもできるが、十分に光路長が取れる場合は、図１２に構成例を示すように、複数の光源をなるべく近づけて設置し、できるだけ近い光路で、照射面に合成光を入射させるようにしてもよい。また、インテグレータを用いず、複数の種類の小型の光源を互い違いに多数並べることによって、照射面に合成光を照射させることもできる。また、光源のランプに流れる電流値を変化させることによって、光源ごとのスペクトルを変化させることもできる。
【０１８３】
また、前述のように複数の光源を独立して用いるのではなく、一つの光源から出た光を分岐して、別々の複数の種類のフィルタを通し、該フィルタの光路に対する挿入量を変動させたり、光路に対する該フィルタの設置角度を変動させたりして、一つの光源から分光分布の変動する合成光を作り出すこともできる。
【０１８４】
また、合成光の分光分布を所定の時間内で変動させて、各コンポーネントセルが合成光照射下で出力する短絡電流の比率を変動させる場合に、該短絡電流の比率の変動が、所定の値を前後して変動するように、光源の発光強度を調整することが望ましい。例えば、図１に示した例では、Ｉ２／Ｉ１の値が、Ｃを挟んで上下するように、第一の光源１０１及び第二の光源１０４の発光強度を調整することが望ましい。
【０１８５】
また、各コンポーネントセルが合成光照射下で出力する短絡電流の比率が、所定の値に一致するときの合成光の放射照度は、１０００Ｗ／ｍ２を中心として、積層型光電変換素子の短絡電流の放射照度に対する直線性が保たれる範囲であることが望ましい。この範囲は、積層型光電変換素子の種類によって異なるが、概して、好ましくは、７００Ｗ／ｍ２以上１３００Ｗ／ｍ２以下、より好ましくは、８００Ｗ／ｍ２以上１２００Ｗ／ｍ２以下、最適には、９００Ｗ／ｍ２以上１１００Ｗ／ｍ２以下であることが望ましい。この範囲を狭くすることによって、測定した電圧及び電流のデータ対の照度補正する補正幅が小さくなり、照度補正誤差が小さくなって、測定結果がより正確になる。この時、放射照度は、前述の基準セルによって測定される。
【０１８６】
（温度測定手段）
積層型光電変換素子の温度を測定する手段としては、基準接点補償機能を持つ温度計と熱電対、あるいは白金抵抗体を利用した温度計など公知の手段を用いることができる。また、積層型光電変換素子の２５℃における開放電圧と、開放電圧の温度係数が分かっている場合には、積層型光電変換素子の開放電圧から、計算によって温度を求めることもできる。
【０１８７】
【実施例】
以下、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。
【０１８８】
【実施例１】
前述の、本発明の実施形態として説明した、図１に示した本発明に係る測定装置を用い、図３のフローチャートに示した、本発明に係る測定方法によって、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。
【０１８９】
測定対象の積層型光電変換素子（サンプルセル）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、微結晶シリコンをｉ層に用いたｐｉｎ接合（微結晶Ｓｉセル）をこの順に積み重ねた構造の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。
【０１９０】
上記のダブル型太陽電池は、１枚のステンレス基板上に作成された、１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさのセルである。サンプルの番号を＃１−１、＃１−２、＃１−３とした。サンプルセルを温度調整する機構は、特に設けていないが、熱容量の大きい、表面を絶縁材で覆った金属ブロックの上に載せて測定した。測定室を２５℃に温度調整しているので、サンプルセルも金属ブロックも温度は約２５℃になっている。
【０１９１】
前述の３枚の分光感度を直接測定することは、面積が大きすぎて困難であったので、前述の３枚と同じロットで、１ｃｍ×１ｃｍの太陽電池を作成し、この小面積サンプルの分光感度を以下の公知の分光感度測定方法によって測定した。その結果の一例を図７に示す。図７はサンプル＃１−１と同じロットで作成した太陽電池の分光感度のグラフであり、図７において、７０１は、トップセルの、７０２はボトムセルの分光感度をそれぞれ示す。ここで、分光感度は、その最大値を１として規格化された量子効率で表示している。
【０１９２】
分光感度の測定は、短波長領域に感度を有するトップセルの分光感度を測定する場合には、分光器で分光されたモノクロ光に、ボトムセルの予想感度領域の波長のバイアス光、すなわち白色光からトップセルの分光感度の大きい短波長領域をカットした光を重畳して照射し、トップセルの電流でダブル型太陽電池全体の電流が制限される状態、すなわちトップセルが律速セルになるようにして測定した。ボトムセルについても同様に、測定したいセルが律速セルになるようなバイアス光を照射して測定した。測定データは、１０ｎｍ間隔で得られた。
【０１９３】
次に、図１４に示した基準太陽光のスペクトルのデータと前述の図７に示すような分光感度の測定データの積を式（１０）にしたがって積分した。その結果、トップセル及びボトムセルの短絡電流が計算できた。その結果、本実施例のサンプルセルは、基準太陽光の下では、トップセルが律速セルであることが分かった。
【０１９４】
また、前述のモニタリングセルとしては、１ｃｍ×１ｃｍの大きさの結晶シリコン太陽電池５０１の光入射側に、色ガラスフィルタを組み合わせた、以下のものを用いた。モニタリングセルのパッケージ５０２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。
【０１９５】
トップセル用のモニタリングセル（モニタリングセル１とする）としては、光電変換素子５０１として、結晶シリコン太陽電池を用い、その光入射側に取り付ける光学フィルタ５０４、５０５として、５０×５０ｍｍのアサヒテクノ硝子（株）製のＣ−５０ＳとＨＯＹＡ（株）製のＬ３９を用いた。また、ボトムセル用のモニタリングセル（モニタリングセル２とする）としては、結晶シリコン太陽電池５０１は、モニタリングセル１と同じ型式のものを用い、その光入射側にアサヒテクノ硝子（株）製のＡ−７３ＡとＨＯＹＡ（株）製のＨＡ５０の光学フィルタを用いた。これらのフィルタは、フィルタ用のホルダー５０３にはめ込み、フィルタ用ホルダーをパッケージ５０２にかぶせるようにはめ込んだ。
【０１９６】
モニタリングセルは、予め、校正機関に、二次基準太陽電池としての校正を依頼し、基準状態における短絡電流の値（校正値）を求めたものを使用した。校正値は、それぞれ、モニタリングセル１は６．６ｍＡ、モニタリングセル２は５．２ｍＡであった。
【０１９７】
従って、この場合、前述の式（２）におけるＫは、
Ｋ＝５．２／６．６≒０．７８８
となる。
【０１９８】
また、モニタリングセル１と２の分光感度を、公知の分光感度測定方法によって測定した。その結果、図８のグラフに示すような分光感度が得られた。図８において、８０１は、モニタリングセル１の分光感度を、８０２は、モニタリングセル２の分光感度をそれぞれ示している。ここで、分光感度は、その最大値を１として規格化された量子効率で表示している。
【０１９９】
前述のごとく、本実施例のサンプルセルは、トップセルが律速セルであるので、モニタリングセル１を基準セルとし、放射照度は、モニタリングセル１によって測定された値を用いることとした。
【０２００】
また、光源１０１としては、定常点灯用のキセノンランプを用い、電源１０３によって定常発光させた。ここで、専用電源１０３の性能により、キセノンランプの発光強度には、約１００ｍｓｅｃの周期で±５％の変動が出た。
【０２０１】
また、光源１０４としては、ハロゲンランプを用い、電源１０６としてＤＣ電源を用いて、定常発光させた。ハロゲンランプの発光強度の変動は無視できるレベルであり、一定と見なすことができた。
【０２０２】
また、ハーフミラー１０７としては、カットオン波長が、６２０ｎｍのコールドミラーを用いた。コールドミラーによって、６２０ｎｍより短波長のキセノンランプの光と、６２０ｎｍより長波長のハロゲンランプの光が合成され、エアマスフィルタ１０８を通すことによって、スペクトルを基準太陽光スペクトルになるべく近似させた後、インテグレータ１０９を用いることによって、放射照度の場所むらが改善されて、光照射面１１６に合成光が入射した。合成光のサンプルセルへの照射のＯＮ／ＯＦＦは、シャッター１１０で制御した。
【０２０３】
ここで、合成光は、短波長のキセノンランプの光が変動していることにより、その分光放射照度分布が、約５０ｍｓｅｃの周期で変動した。
【０２０４】
本実施例に用いた合成光照射装置の有効照射面積は、１２０×１２０ｍｍであり、後述する比較例と比較するために、比較的小規模な装置を用いた。
【０２０５】
ここで、モニタリングセル１の両極間に、１Ωのシャント抵抗を取り付け、モニタリングセル２の両極間に、２Ωのシャント抵抗を取り付けて、シャント抵抗の両端の電圧差を、測定することで部分短絡電流検出手段とした。よって、それぞれのシャント抵抗の両端の電圧差をｍ１、ｍ２とすれば、部分短絡電流Ｉ１とＩ２は、式
Ｉ１＝ｍ１ ［ｍＡ］
Ｉ２＝ｍ２／２ ［ｍＡ］
でそれぞれ求められる
モニタリングセル１に取り付けたシャント抵抗の両端の電圧差ｍ１を、図６に示したトリガ出力回路の入力端子６０１に入力し、モニタリングセル２に取り付けたシャント抵抗の両端の電圧差ｍ２を、トリガ出力回路の入力端子６０２に入力して、部分短絡電流比較制御手段１２２であるトリガ出力回路を機能させた。
【０２０６】
ここで、係数増幅器６０３は、信号が１．５７６倍（０．７８８×２）となるものを使用した。これにより、トリガ出力回路は、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８となった時に、トリガ信号を出力する。
【０２０７】
キセノンランプとハロゲンランプの発光強度は、Ｉ２／Ｉ１の値が、おおよそ０．７９を中心に変動するようにそれぞれの電源によって、おおまかに調整した。Ｉ２／Ｉ１の値は、上記合成光のスペクトルの変動によって、±３％の範囲で変動した。この時、公知のスペクトロラジオメーターによって、合成光のスペクトルを３００ｎｍから１１００ｎｍの波長範囲で測定した。スペクトル測定の積分時間は、１００ｍｓｅｃとしたので、変動する合成光の平均的スペクトルが測定された。このスペクトル測定結果をＥｔ（λ）とし、式＃１３によって、モニタリングセル１と２それぞれについて、ミスマッチ係数Ｍ１と、Ｍ２を計算したところ、それぞれ、０．９９５、１．００７であり、サンプルセルとモニタリングセルの分光感度の近似度は、良好であった。
【０２０８】
電圧検出手段１１９及び電流検出手段１２０としては、ケースレー社のデジタルマルチメータ２０００型を用い、上記のトリガ出力回路から出力されたトリガを外部トリガとして入力し、外部トリガで測定を開始するモードで使用した。なお、電流の測定は、０．１Ωのシャント抵抗に電流を流してその両端の電圧を上記のデジタルマルチメータで測定した。ここで、デジタルマルチメータによる電圧と電流測定の積分時間ｍは、０．０４ＰＬＣ（電源周波数６０Ｈｚならば、０．６７ｍｓｅｃ）に設定した。また、本実施例では、プリトリガはかけていない。しかしながら、出力電圧と出力電流を測定する積分時間ｍの間の、Ｉ２／Ｉ１の値の変化は、±０．５％未満であり、電流電圧特性の測定精度は良好であった。
【０２０９】
また、電圧可変手段としては、菊水電子工業（株）のバイポーラ電源ＰＢＸ４０−１０を用い、上記のトリガ出力回路から出力されたトリガを外部トリガとして入力して、ポーズ状態にあった電圧設定を開始するようにした。この時、トリガ出力回路とバイポーラ電源の間に、公知の部品で構成された遅延回路を挿入し、バイポーラ電源が受け取るトリガ信号に、１ｍｓｅｃの遅延時間ｄが生じるようにした。バイポーラ電源の設定電圧に対する立ち上がり時間ｑは、１ｍｓｅｃ未満であった。
【０２１０】
また、計測制御／データ処理手段１２３としては、ＧＰ−ＩＢボードを備えたパーソナルコンピュータを用い、シャッター１１０、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０、電圧可変手段１２１の制御を行い、放射照度検出手段、電圧検出手段、電流検出手段からのデータの取得と処理を行った。この時、電圧検出手段と電流検出手段は、測定開始のトリガ待ち状態に設定し、電圧可変手段に４２点の設定電圧を記憶させて、トリガ待ち状態にした。なお、パーソナルコンピュータのＯＳは、ウィンドウズ（登録商標）２０００を用い、機器の制御とデータ取得とデータ処理のプログラムは、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ（登録商標）を用いて作成したものを使用した。また、機器の制御とデータのやりとりは、ＧＰ−ＩＢバスを用いて行った。
【０２１１】
以上のような測定装置を用いて、積層型光電変換素子の電流電圧特性を図３のフローチャートに従って、発明の実施の形態で述べた方法で測定した。
【０２１２】
ここで、サンプルセルのＲｓ（Ω）と静電容量Ｃ（μＦ）を測定し、以下の式
τ＝Ｒｓ×Ｃ …（１８）
から、時定数τを計算したところ、０．０９μｓｅｃであった。
【０２１３】
一方、Ｉ２／Ｉ１の値が、所定の値となる時点と時点の間隔（周期）は、平均で約２５ｍｓｅｃ、最小値でも約１０ｍｓｅｃであったので、ｉ≧１０ｍｓｅｃであり、常に上記の式（７）を満たしていた。従って、図３のフローチャートにおけるステップＳ０７０は省略した。
【０２１４】
本実施例において、積層型光電変換素子の電圧及び電流のデータ対は、４２点であり、電流電圧特性の測定に約１秒を要した。この間の積層型光電変換素子の温度上昇は、０．４℃であった。ここで、積層型光電変換素子の温度は、素子の裏面にシート型の銅−コンスタンタン熱電対を貼り付け、熱電対の電圧を横河電機（株）のデジタル温度計７５６３型を用いて測定した。また、電流電圧特性の測定は、Ｉｓｃ側からＶｏｃ側に電圧を掃引した。
【０２１５】
また、各電圧、電流のデータ対を取得した時点の放射照度（本実施例では、Ｉ１の値）は、１０００±１０Ｗ／ｍ２の範囲を外れているものがあったので、取得した全ての電圧及び電流のデータ対について、ＪＩＳ Ｃ ８９１３の６．１に記載された公知の補正式を用いて、補正した。
【０２１６】
補正後の電圧、電流のデータ対を近似曲線で結び、図９に示したような電流電圧特性曲線を求めた。図９は、サンプル＃１−１の補正後の電圧特性曲線である。この電流電圧特性曲線から、公知の算出方法により、最大出力（Ｐｍａｘ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）等の積層型光電変換素子の出力特性の各パラメータを計算した。表１にその結果をまとめた。
【０２１７】
また、本実施例の測定結果の精度を検証するため、同じサンプルを以下のような、いわゆるマルチソース法によって電流電圧特性を測定し、Ｐｍａｘ、Ｖｏｃ、Ｉｓｃ、ＦＦの出力特性を計算し、上記本発明の測定方法で求めた出力特性値を、マルチソース法による測定値を１とした相対値で表記して、表１にその結果をまとめた。
【０２１８】
【表１】
マルチソース法を用いる場合、キセノンランプ１０１を放電安定性の高い特殊なランプに交換し、キセノンランプの専用電源１０３を出力の安定性が高く、高精度の特殊な専用電源に交換して、ハロゲンランプの発光強度とキセノンランプの発光強度の微妙な調整を繰り返し行い、モニタリングセル１と２が、校正機関による校正値を再現するようにした。その上で、バイポーラ電源によって、サンプルセルの電圧を段階的に掃引し、電圧と電流を測定する、従来の測定方法によって、電流電圧特性を測定した。
【０２２０】
表１から明らかなように、本発明に係る測定装置と測定方法によれば、マルチソース法の測定結果との誤差は、±０．５％未満であり、マルチソース法のように、コストの高い高精度の装置を用いて、複雑な制御を行うことなく、安価な測定装置によって、高精度の電流電圧特性の測定を行うことができる。
【０２２１】
【比較例１】
従来の測定方法と比較するため、実施例１のサンプルを、以下の方法で測定した。
【０２２２】
実施例１において、トリガ出力回路を用いず、部分短絡電流Ｉ１とＩ２の値に関わらず、サンプルセルの電圧を段階的に掃引し、電圧と電流を測定する、従来の測定方法によって、電流電圧特性を測定した。実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表２にまとめた。
【０２２３】
また、実施例１と同様に、マルチソース法による測定値を１とした相対値も表記した。
【０２２４】
【表２】
表２から明らかなように、従来の測定方法によっては、精度の高い測定はできなかった。これは、従来の測定方法では、通常使用できる光源と電源の組合せによって、定常光であってもスペクトルの変動が存在し、積層型光電変換素子の電流電圧特性の変動をうまく補償できなかったためである。積層型光電変換素子の電流電圧特性は、照射光のスペクトルに敏感に変動するため、スペクトルのバランスの最適なタイミングで測定しなければ、正確なデータは得られないことを意味する。
【０２２６】
【実施例２】
実施例１において、部分短絡電流検出手段１１７、１１８、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、絶縁アンプ４台と、メモリー機能を有する１６チャンネル１２ビットの高速Ａ／Ｄ変換器モジュールを用い、図３のフローの代わりに図４のフローに従って測定した以外は、実施例１と同様にして、実施例１と同じサンプルの電流電圧特性を測定した。
【０２２７】
すなわち、本実施例では、部分短絡電流Ｉ１、Ｉ２、サンプルの電圧Ｖ、電流Ｉの４つのデータを同時に繰り返し継続的に測定して、測定データを全てパーソナルコンピュータに転送し、測定終了後、パーソナルコンピュータによって、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８±０．５％となる時点の電圧、電流のデータ対のみを選択して、電流電圧特性を求めた。
【０２２８】
この時、Ｉ１、Ｉ２、Ｖ、Ｉの測定は、全て同時に、積分時間０．１ＰＬＣで連続的に測定した。測定時間としては、１秒間行い、６００点の（Ｉ１、Ｉ２、Ｖ、Ｉ）のデータセットを得た。その内、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８±０．５％を満たすデータセットは、４０点あった。
【０２２９】
実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表３にまとめた。
【０２３０】
【表３】
表３から、明らかなように、本実施例においても、実施例１と同様に、安価な測定装置によって、高精度の電流電圧特性の測定を行うことができた。
【０２３２】
【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合成光の照射装置を以下のように変更し、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、絶縁アンプ２台と、メモリー機能を有する４チャンネル１６ビットの高速Ａ／Ｄ変換ボードを用いた以外は、実施例１と同様にして、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０２３３】
測定対象の積層型光電変換素子としては、実施例１と素子の種類は同じで、大きさが、３５×２４ｃｍのダブルセルを、支持板上でバイパスダイオードを挿入しつつ１０枚直列に接続し、表面保護層を形成した、モジュールの形態である。このモジュールは、屋根材を兼用する太陽電池モジュールであるので、屋根材としての組み込みのために、約１２１×３５ｃｍの開口部の光電変換面より大きい、約１４２ｃｍ×４２ｃｍの外形サイズを持つ。このようなモジュールを３枚作成し、サンプルの番号を＃３−１、＃３−２、＃３−３とした。
【０２３４】
また、合成光の照射装置としては、図１０に示したような、ショートパルスタイプのキセノンランプによるパルス光を２つ合成する装置を用いた。
【０２３５】
図１０において、１００１と１００４は、ショートパルス発光用のキセノンランプ、１００２と１００５は、凹面鏡、１００３と１００６は、ショートパルス発光用の専用電源、１００７と１００８は、多層膜による干渉フィルタ、１００９は、計測制御／データ処理手段、１０１０は、サンプルモジュール、１０１１と１０１２はモニタリングセル、１０１３は、光照射面をそれぞれ示す。また、点線はそれぞれの光源から出た光のおおよその広がりを示す。なお、モニタリングセル１０１１と１０１２は、紙面と垂直に、サンプルモジュール１０１０を挟む位置に配置されている。
【０２３６】
また、干渉フィルタ１００７は、実施例１と同様にカットオン波長が６２０ｎｍのコールドミラーであり、キセノンランプ１００１から出た光の６２０ｎｍより長波長の成分を透過する。また、干渉フィルタ１００８は、１００７と逆に短波長を透過し、長波長を反射する、カットオフ波長が６２０ｎｍのコールドフィルタであり、キセノンランプ１００４から出た光の６２０ｎｍより短波長の成分を透過する。光照射面１０１３には、これら２種類の光の合成光が入射する。
【０２３７】
また、ショートパルス発光型キセノンランプによる電流電圧特性の測定は、発明の実施の形態で述べた、マルチパルス方式を用い、１パルスで、１対の電圧と電流のデータを取得するタイミングを図１１で説明する。
【０２３８】
図１１において、横軸は時間、縦軸は部分短絡電流の相対値又はＩ２／Ｉ１を、実線１１０１は、モニタリングセル１による部分短絡電流Ｉ１の最大値を１とした相対値、点線１１０２は、モニタリングセル２による部分短絡電流Ｉ２の相対値、太線１１０３は、Ｉ２／Ｉ１の値をそれぞれ示す。図１１は、１パルス分の説明図であり、本実施例では、１２８パルスで、１２８点の電圧、電流のデータ対を取得した。
【０２３９】
図１１に、実施例１と同様に部分短絡電流検出手段によって、Ｉ１及びＩ２の値を検出した結果を、Ｉ１の最大値を１とした相対値で示した。ここで、Ｉ１は、トップセルの分光感度を有する波長領域の部分短絡電流を示すので、干渉フィルタ１００８を透過した短波長光の強度を主に反映している。また、Ｉ２は、ボトムセルの分光感度を有する波長領域の部分短絡電流を示すので、干渉フィルタ１００７を透過した長波長光の強度を主に反映している。
【０２４０】
ここで、専用電源１００６によるキセノンランプ１００４の発光を、キセノンランプ１００１の発光に対して、遅延回路により０．２ｍｓｅｃ遅らせた。その結果、１１０２のようにＩ２の変動は、Ｉ１の変動に対して、０．２ｍｓｅｃ遅れたものとなり、結果としてＩ２／Ｉ１の値が、１１０３に示すように変動する。そこで、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８となる時点ｔ１において、トリガ出力回路から、高速Ａ／Ｄ変換器に、測定開始のトリガをかける。ここで、高速Ａ／Ｄボードは、メモリ機能を有し、プリトリガ機能を有するので、高速Ａ／Ｄボードの測定の積分時間０．００４ＰＬＣに対し、０．００２ＰＬＣのプリトリガをかけた。その結果、ｔ１を中心とした測定時間で、モジュールの電圧及び電流を測定することができた。また、トリガ出力回路により、実施例１と同様に、１ｍｓｅｃの遅延時間を設けて、バイポーラ電源が次の電圧設定を開始するようにした。
【０２４１】
なお、本実施例では、１２８点の設定電圧を予め、パーソナルコンピュータで計算して、バイポーラ電源に記憶させておいた。また、Ｉ２／Ｉ１の値が、０．７８８となる時点ｔ１において、部分短絡電流Ｉ１とＩ２の変化率が、なだらかになるように、すなわち図１１の両パルス発光のピーク近傍になるように調整した。それによって、Ｉ２／Ｉ１の値の変化率もなだらかな時点で、電圧及び電流のデータ対の測定を行うことができ、電圧及び電流の測定中のＩ２／Ｉ１の値の変化を、±２％以下に抑えることができた。また、１２８回のパルス対発光において、各時点（ｔ１，ｔ２，…，ｔ１２８）における光照射面の放射照度は、９５０±５０Ｗ／ｍ２であった。
【０２４２】
上述のごとく、発光のタイミングをずらした１パルスずつの発光によって、１対の電圧と電流のデータを取得し、発光を１２８回繰り返すことによって、１２８点の電圧と電流のデータを取得した。このとき、発光と発光の間隔は、約５０ｍｓｅｃであり、本実施例のサンプルの時定数τは、約０．１μｓｅｃであったので、常に上記の式（７）を満たしており、図３のフローチャートにおけるステップＳ０７０は省略した。
【０２４３】
実施例１と同様にサンプルモジュールの裏面にシート型熱電対を貼り付けて、電流電圧特性測定中のモジュールの温度を測定したが、温度上昇は、０．１℃未満であった。サンプルモジュールは、２５℃に空調された実験室で測定されたので、モジュールの温度は、２５℃±２℃の範囲内であった。
【０２４４】
得られた電流電圧特性から、実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表４にまとめた。
【０２４５】
また、ショートパルス発光型キセノンランプの１パルスごとの発光強度を所望の値に制御することは、非常に困難であったため、従来のマルチソース法によって電流電圧特性を測定することはできなかった。
【０２４６】
本実施例の測定結果の精度を検証するため、同じサンプルを、前述の基準太陽光法によって、屋外で測定した。基準太陽光法の場合、快晴であるだけでなく、エアマス、混濁度、下降水量などの条件が基準に適合しなければならないので、そのような状態の得られるまで４ヶ月以上を要した。
【０２４７】
上記本発明の測定方法で求めたの出力特性値を、基準太陽光法による測定値を１とした相対値で表記して、表４にその結果をまとめた。
【０２４８】
【表４】
表４から、明らかなように、本発明に係る測定装置及び測定方法によれば、基準太陽光法の測定結果との誤差は、±１％未満であり、基準太陽光法のように、測定機会の非常に少ない方法ではなく、屋内で、いつでも、なおかつ安価な測定装置によって、大面積の積層型太陽電池モジュールの電流電圧特性の測定を、高精度で行うことができる。
【０２５０】
【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合成光の照射装置と部分短絡電流比較制御手段を以下のように変更し、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、絶縁アンプ４台と、メモリー機能を有する１６チャンネル１６ビットの高速Ａ／Ｄ変換ボードを用いた以外は、実施例１と同様にして、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０２５１】
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トップセル）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ミドルセル）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ボトムセル）を、この順に積み重ねた構造のａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−ＳｉＧｅトリプル型太陽電池モジュールを用いた。
【０２５２】
このトリプル型太陽電池モジュールは、１枚のステンレス基板上に作成された、３５ｃｍ×２４ｃｍの大きさのセルを、支持板上でバイパスダイオードを挿入しつつ５枚直列に接続し、表面保護層を形成したものであり、開口部の光電変換面は、約１２０ｃｍ×３５ｃｍ、外形の大きさは、約１４０ｃｍ×４２ｃｍである。このようなモジュールを３枚作成し、サンプルの番号を＃４−１、＃４−２、＃４−３とした。
【０２５３】
また、合成光の照射装置としては、図１２に示したような、ロングパルスタイプのキセノンランプによるパルス光を４つ合成する装置を用いた。図１２において、１２０１、１２０４、１２０７、１２１０は、ロングパルス発光用のキセノンランプ、１２０２、１２０５、１２０８、１２１１は、凹面鏡、１２０３、１２０６、１２０９、１２１２は、ロングパルス発光用の専用電源、１２１３、１２１４、１２１５、１２１６は、多層膜による干渉フィルタであり、これらのパルス光源部と干渉フィルタは、紙面と垂直方向に、２セットずつ重なっている。
【０２５４】
また、１２１７は、平面ミラー、１２１８は、エアマスフィルタ、１２１９は、インテグレータ、１２２０は、シャッター、１２２１は、計測制御／データ処理手段、１２２２は、サンプルモジュール、１２２３、１２２４、１２２５はモニタリングセル、１２２６は、光照射面をそれぞれ示す。また、点線は、光軸とそれぞれの光源から出た光のおおよその広がりを、破線は計測制御命令のつながりを示す。なお、３つのモニタリングセル１２２３、１２２４、１２２５は、紙面に対し、サンプルモジュール１２２２の手前に配置されている。
【０２５５】
ここで、干渉フィルタ１２１３、１２１４、１２１５、１２１６は、枚数は４枚であるが、種類は３種類で、２枚は同じ種類のものである。本実施例では、サンプルのコンポーネントセルの数が３つなので、３種類の光を合成している。実施例１と同様に各コンポーネントセルの分光感度を測定し、各分光感度特性が、最大値となる波長をλ１、λ２、λ３とした。ここで、３種類の干渉フィルタは、分光感度最大値波長に対して±１５％以内の波長に、透過率の最小値を持ち、透過率最小値波長を中心に、透過率が、約１５０ｎｍの半値幅で低下しているものである。従って、ロングパルスタイプのキセノンランプを光源とした光は、前述の干渉フィルタを透過することによって、トップセル、ミドルセル、ボトムセルの各々の分光感度の最大値近傍の光のみ減衰したスペクトルを持つ。光照射面１２２６には、これら３種類の光の合成光が入射する。
【０２５６】
また、ロングパルスタイプのキセノンランプの点灯は、ランプが放電を維持できる最小電流に近いランプ電流値での待機点灯の後、スイッチング装置によって、定常光の点灯の場合の定格電流を超える目標電流が流されるパルス点灯に移る。このパルス点灯移行時、ランプ電流は、目標電流を超える電流値に一旦オーバーシュートした後、目標電流の準定常発光状態を、所望の時間維持し、その後、待機点灯に戻る。ここで、準定常発光状態においても、キセノンランプの発光強度は、一定ではなく、実施例１の定常光型の発光と同様に、ある程度変動している。上記の準定常発光状態における発光強度の変動は、約１０ｍｓｅｃの周期で約±３％であった。このような発光強度の変動は、ロングパルス発光用のキセノンランプ、１２０２、１２０５、１２０８、１２１１の間で同期していなかったので、上記の準定常発光状態において、合成光のスペクトルが変動した。また、発光強度の変動が同期していた場合は、キセノンランプの間で、発光開始の時点をずらすように遅延回路を入れることで、合成光のスペクトルを変動させることができる。
【０２５７】
また、モニタリングセルとしては、１ｃｍ×１ｃｍの大きさの結晶シリコン太陽電池５０１の光入射側に、以下の３つの組み合わせの光学フィルタを取り付けて、３つのモニタリングセル（モニタリングセル１，２，３）を作成した。
【０２５８】
モニタリングセル１としては、主としてトップセルの感度の高い波長である青色の光を透過させるフィルタと赤外光を吸収するフィルタを組み合わせたものを用いた。フィルタとしては、例えば、ＨＯＹＡ（株）製のＨＡ３０とＢ４６０を用いることができる。それによって、サンプルのトップセルの分光感度と近似した分光感度をもつモニタリングセル１を作成した。
【０２５９】
モニタリングセル２は、フィルタとして、ＨＯＹＡ（株）製のＨＡ３０と東芝硝子（株）製のＬＢ−Ａ８を用いた結果、サンプルのミドルセルの分光感度と近似した分光感度を得た。
【０２６０】
モニタリングセル３は、フィルタとして、ＨＯＹＡ（株）製のＣＦ８７０（長波側をカットするコールドフィルタと呼ばれる干渉フィルタ）と東芝硝子（株）製のＡ−７３Ｂを用いた結果、サンプルのボトムセルの分光感度と近似した分光感度を得た。
【０２６１】
ここで、実施例１と同様に変動する合成光の平均的スペクトルを測定し、式（１３）によって、モニタリングセル１、２、３それぞれについて、ミスマッチ係数Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を計算したところ、それぞれ、１．００４、０．９９６、０．９９２であり、サンプルセルとモニタリングセルの分光感度の近似度は、良好であった。
【０２６２】
また、それぞれのモニタリングセルは、予め、校正機関に、一次基準太陽電池としての校正を依頼し、基準状態における短絡電流の値（校正値）を求めた。その結果、それぞれのモニタリングセルの校正値は、モニタリングセル１が、５．１７ｍＡ、モニタリングセル２が、７．５６ｍＡ、モニタリングセル３が、７．２９ｍＡであった。
【０２６３】
従って、モニタリングセル１、２、３が、上記の合成光の照射下で、出力するＩｓｃ（部分短絡電流）をそれぞれ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３（ｍＡ）とすれば、以下の式
（Ｉ１：Ｉ２：Ｉ３）＝５．１７：７．５６：７．２９ …（１９）
を満たす時に、各コンポーネントセルの短絡電流の比率が、基準太陽光の下での値に等しいと推定される。式（１９）は、発明の実施の形態あるいは実施例１で用いた式（２）と同等の基準を示す式である。
【０２６４】
ここで、モニタリングセル１、２、３のそれぞれの両極間に、１Ωのシャント抵抗を取り付け、シャント抵抗の両端の電圧差を、測定することで部分短絡電流検出手段とした。また、式（１９）の成立の判断としては、
７．５６／５．１７≒１．４６２
７．２９／５．１７≒１．４１０
であるので、以下の式
０．９８≦Ｉ２／Ｉ１／１．４６２≦１．０２ …（２０）
０．９８≦Ｉ３／Ｉ１／１．４１０≦１．０２ …（２１）
の両方を満たす場合に、式（１９）を満たすと判断した。
【０２６５】
部分短絡電流比較制御手段としては、上記の式（２０）と式（２１）の両方を満たす場合に、電圧検出手段と電流検出手段に、同時に、測定開始のトリガ信号を出し、電圧可変手段に、次の設定電圧に設定するトリガ信号を出す機能を有するものを用いた。
【０２６６】
ここで、高速Ａ／Ｄボードは、メモリ機能を有し、プリトリガ機能を有するので、高速Ａ／Ｄボードの測定の積分時間を０．０１ＰＬＣとし、０．００５ＰＬＣのプリトリガをかけた。また、トリガ出力回路により、実施例１と同様に、０．５ｍｓｅｃの遅延時間を設けて、バイポーラ電源が次の電圧設定を開始するようにした。なお、本実施例では、６４点の設定電圧を予め、パーソナルコンピュータで計算して、バイポーラ電源に記憶させておいた。
【０２６７】
また、上記の合成光の下で、式（２０）と式（２１）の両方を満たす時点と時点の間隔は、周期的ではなかったが、平均で、約５ｍｓｅｃ、最小約２ｍｓｅｃであり、約３２０ｍｓｅｃの間に、６４点の電圧及び電流のデータ対を取得した。なお、ロングパルス発光の準定常発光状態は、約４００ｍｓｅｃ維持し、その間の光照射面における放射照度は、１０００±５０Ｗ／ｍ２であった。一方、トリプル型太陽電池モジュールの時定数τは、約３μｓｅｃであった。よって、常に式（７）を満たしていたので、図３のフローチャートにおけるステップＳ０７０は省略した。
【０２６８】
また、測定中のトリプル型太陽電池モジュールの温度上昇は、０．２℃未満であった。トリプル型太陽電池モジュールは、２５℃に空調された実験室で測定されたので、モジュールの温度は、２５℃±２℃の範囲内であった。
【０２６９】
得られた電流電圧特性から、実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表５にまとめた。
【０２７０】
また、ロングパルス発光キセノンランプの１灯ごとの発光強度を所望の値に制御することは、非常に困難であったため、従来のマルチソース法によって電流電圧特性を測定することは、できなかった。
【０２７１】
本実施例の測定結果の精度を検証するため、同じサンプルを、前述の基準太陽光法によって、屋外で測定した。基準太陽光法の場合、快晴であるだけでなく、エアマス、混濁度、下降水量などの条件が基準に適合しなければならないので、そのような状態の得られるまで４ヶ月以上を要した。
【０２７２】
上記本発明の測定方法で求めたの出力特性値を、基準太陽光法による測定値を１とした相対値で表記して、表５にその結果をまとめた。
【０２７３】
【表５】
表５から、明らかなように、本発明に係る測定装置と測定方法によれば、基準太陽光法の測定結果との誤差は、±１％未満であり、基準太陽光法のように、測定機会の非常に少ない方法ではなく、屋内で、いつでも、なおかつ安価な測定装置によって、大面積のトリプル型太陽電池モジュールの電流電圧特性の測定を、高精度で行うことができる。
【０２７５】
【実施例５】
実施例１において、被測定サンプルとモニタリングセルと基準セルと光源１０１を以下のように変更し、電圧検出手段１１９、電流検出手段１２０として、実施例４と同様の装置を用いた以外は、実施例１と同様にして、積層型光電変換素子の電流電圧特性を測定した。
【０２７６】
被測定サンプルとして、光入射側からＡｌＧａＡｓによるｐｎ接合（ＡｌＧａＡｓセル）と、ＧａＡｓによるｐｎ接合（ＧａＡｓセル）とをこの順に積み重ねた構造のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓダブル型光センサー３枚を用いた。サンプル３枚の番号を＃５−１〜＃５−３とする。
【０２７７】
このダブル型光センサーは、１枚のＧａＡｓウエハー上に作成された後、１ｃｍ×１ｃｍの大きさにカットされたものであり、センサーとしてユニット化される前の状態である。
【０２７８】
上記のダブル型光センサーの分光感度を実施例１と同様の方法で測定した結果、トップセルであるＡｌＧａＡｓセルが律速セルであった。
【０２７９】
モニタリングセルとしては、光電変換素子５０１として、ＡｌＧａＡｓ（ｐ）／ＧａＡｓ（ｎ）のヘテロ接合の単接合素子を用い、光学フィルタをダブル型光センサーのＡｌＧａＡｓセルの分光感度に近似するように選択したものを、モニタリングセル１、光学フィルタをＧａＡｓセルの分光感度に近似するように選択したものを、モニタリングセル２とした。また、モニタリングセルは、予め、校正機関に、二次基準太陽電池としての校正を依頼し、基準状態における短絡電流の値（校正値）を求めたものを使用した。
【０２８０】
基準セルとしては、被測定サンプルと同じ構造で、同じ１ｃｍ×１ｃｍの大きさの積層型光センサーを、多数作成したものの中から、分光感度の測定の結果、律速セルが、被測定サンプルと同じくトップセルであって、平均的な電流電圧特性を持つものを選択した。また、基準セルは、あらかじめ、モニタリングセル１を基準セルとした本発明に係る測定方法によって、基準状態における短絡電流を測定したものを用いた。
【０２８１】
光源１０１として、定常点灯用のキセノンランプに替えて、実施例４と同様で、出力の小さいロングパルス型発光のキセノンランプを用いた。電源１０３も、ロングパルス発光用の専用電源に変更した。
【０２８２】
実施例１と同様に、ハロゲンランプの発光強度は、一定と見なすことができ、実施例４と同様に、ロングパルス型キセノンランプの発光強度は、準定常発光状態においても、約±３％の変動があったので、合成光のスペクトルが変動した。
【０２８３】
部分短絡電流比較制御手段として、Ｉ２／Ｉ１の値が所望の値になった時に、電圧検出手段と電流検出手段に、同時に、測定開始を指示するトリガ信号を出力し、電圧可変手段に、次の設定電圧への設定を指示するトリガ信号を出力する機能を有するものを用いた。実施例４と同様にして、６４点の電圧、電流のデータ対を取得した。
【０２８４】
実施例１と同様の手順で、測定するサンプル３枚の電流電圧特性を得た。得られた電流電圧特性から、実施例１と同様に、出力特性の各パラメータを計算し、測定結果を表６にまとめた。また、実施例１と同様に、マルチソース法による測定を行い、その測定値を１とした相対値も表記した。
【０２８５】
【表６】
表６から、明らかなように、本実施例においても、実施例１と同様に、安価な測定装置によって、高精度の電流電圧特性の測定を行うことができる。
【０２８７】
【発明の効果】
以上説明視聴に、本発明によれば、合成光が、常に短絡電流の比率が所定の値を満たすように制御されていない状態であっても、光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【０２８８】
また、合成光の調整方法が簡略化されるので、測定の制御性が向上すると共に、操作者の違いによる測定誤差を小さくすることができる。
【０２８９】
また、従来の屋内での測定方法では困難であった、例えば、１ｍ×１ｍ以上の大面積の光電変換素子についても正確な電流電圧特性の測定が可能となる。
【０２９０】
また、照射光としてパルス光を用いる場合であっても、積層型光電変換素子の電流電圧特性を基準太陽光の下で測定するのと同様に正確に測定することができる。
【０２９１】
更に、本発明により、正確な電流電圧特性が得られることによって、光電変換素子の製造工程の歩留まりを安定させ、製品における出力を一層確実に保証することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る測定装置の一例の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明における、短絡電流の比率の変化と電圧測定、電流測定、電圧設定のタイミングの一例を示したタイミングチャートである。
【図３】本発明の測定方法の一例における工程を示したフローチャートである。
【図４】本発明の測定方法の他の例における工程を示したフローチャートである。
【図５】本発明のモニタリングセルの例を分解して示した断面構成図である。
【図６】本発明の測定装置のトリガ出力回路の基本的構成を示す回路図である。
【図７】積層型光電変換素子の分光感度の例を示すグラフである。
【図８】本発明のモニタリングセルの分光感度の例を示すグラフである。
【図９】本発明の測定結果の電流電圧特性曲線の例を示すグラフである。
【図１０】本発明の測定装置の他の例を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の測定方法の一例における、パルス発光による部分短絡電流とＩ２／Ｉ１の時間変動を示すグラフである。
【図１２】本発明の測定装置のさらに他の一例を模式的に示す図である。
【図１３】ロングパルス型のパルス発光の、発光強度の時間変化の例を示すグラフである。
【図１４】エアマス１．５の基準太陽光の分光放射照度を表すグラフである。
【符号の説明】
１０１、１０４ 光源
１０２、１０５ 楕円ミラー
１０３、１０６ 光源用の電源
１０７ ハーフミラー
１０８ フィルタ
１０９ インテグレータ
１１０ シャッター
１１１ 平面ミラー
１１２ コリメーターレンズ
１１３ 積層型光電変換素子
１１４、１１５ モニタリングセル
１１６ 光照射面
１１７、１１８ 部分短絡電流検出手段
１１９ 電圧検出手段
１２０ 電流検出手段
１２１ 電圧可変手段
１２２ 部分短絡電流比較制御手段
１２３ 計測制御／データ処理手段
５０１ 光電変換素子
５０２ ケース
５０３ ホルダー
５０４、５０５ 光学フィルタ
６０１、６０２ 入力端子
６０３ 係数増幅器
６０４ 比較器
６０５ 否定論理器
６０６、６０８ コンデンサ
６０７、６０９ 抵抗
６１０ ダイオード
６１２ 出力端子
１００１、１００４ キセノンランプ
１００２、１００５ 凹面鏡
１００３、１００６ 専用電源
１００７、１００８ 干渉フィルタ
１００９ 計測制御／データ処理手段
１０１０ サンプルモジュール
１０１１、１０１２ モニタリングセル
１０１３ 光照射面
１２０１、１２０４、１２０７、１２１０ キセノンランプ
１２０２、１２０５、１２０８、１２１１ 凹面鏡
１２０３、１２０６、１２０９、１２１２ 専用電源
１２１３、１２１４、１２１５、１２１６ 干渉フィルタ
１２１７ 平面ミラー
１２１８ エアマスフィルタ
１２１９ インテグレータ
１２２０ シャッター
１２２１ 計測制御／データ処理手段
１２２２ サンプルモジュール
１２２３、１２２４、１２２５ モニタリングセル
１２２６ 光照射面
Claims (20)
- 複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、前記光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法であって、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる工程と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する工程と、
前記短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する工程と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記推定する工程、前記測定する工程、及び前記変化させる工程を複数回繰り返す工程と、
前記繰り返す工程で得られた測定値に基づいて、前記光電変換素子の電流電圧特性を求める工程と、を備えることを特徴とする光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。 - 前記合成光として、１０００Ｗ／ｍ２の放射照度を中心として、前記光電変換素子の短絡電流の放射照度に対する直線性が保たれる範囲において、前記複数の半導体接合部の各々における短絡電流の比率が、前記所定の値となるような合成光を照射することを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 前記変動させる工程で、前記光電変換素子の温度が２℃上昇するまでの間に、前記複数の半導体接合部の各々における短絡電流の比率が前記所定の値に、少なくとも３０回以上等しくなるように分光分布を変動させることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 前記測定する工程における測定時間内での前記複数の半導体接合部の各々の短絡電流の比率の変化が、基準太陽光を照射した場合の比率に対して±２％以内であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 前記測定する工程で、前記複数の半導体接合部の各々の短絡電流の比率が所定の値となると推定されるタイミングより、測定時間より短い時間だけ先行させて測定を開始することを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 前記変化させる工程において、前記出力電圧を段階的に変化させ、該工程において電圧を設定してから、前記測定する工程で測定を開始するまでの時間が、前記光電変換素子の充放電の時定数の４倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子に、異なる分光分布を有する２以上の光を合成した合成光を照射して、前記光電変換素子の電流電圧特性を測定する方法であって、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる工程と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する工程と、
前記推定された短絡電流の比率を記録する工程と、
前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する工程と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる工程と、
前記推定する工程、前記記録する工程、前記測定する工程、及び前記変化させる工程を、前記所定の時間よりも短い時間で複数回繰り返す工程と、
前記繰り返す工程で得られた測定値のうち、前記記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択する工程と、
前記選択された測定値に基づいて、前記光電変換素子の電流電圧特性を求める工程と、を備えることを特徴とする光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。 - 前記推定する工程で、前記光電変換素子の近傍に設けられ、前記複数の半導体接合部の各々の分光感度に近似した分光感度を有する複数のモニタリングセルの短絡電流の比率から、前記短絡電流の比率を推定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光電変換素子の電流電圧特性の測定方法。
- 請求項１から８のいずれか１項に記載された光電変換素子の電流電圧特性の測定方法をコンピュータ装置に実行させるコンピュータプログラム。
- 複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する装置であって、
異なる分光分布を有する２以上の光を合成して合成光を得る手段と、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる手段と、
前記光電変換素子に前記合成光を照射する手段と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する手段と、
前記短絡電流の比率が所定の値となるのに応じて、前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する手段と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる手段と、を備えることを特徴とする光電変換素子の測定装置。 - 前記測定する手段は、前記短絡電流の比率が所定の値となったときに、前記測定の開始を指示する信号を出力する手段を含むことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子の測定装置。
- 前記信号を出力する手段は、所望の時間だけ先行して前記信号を出力することが可能であることを特徴とする請求項１１に記載の光電変換素子の測定装置。
- 前記測定する手段による前記測定の終了後に、前記変化させる手段に、設定電圧及び設定電流の少なくとも一方の変更を指示する信号を出力する手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子の測定装置。
- 複数の半導体接合部が積み重ねられた光電変換素子の電流電圧特性を測定する装置であって、
異なる分光分布を有する２以上の光を合成して合成光を得る手段と、
前記合成光の分光分布を所定の時間内で変動させる手段と、
前記光電変換素子に前記合成光を照射する手段と、
前記複数の半導体接合部の各々において、前記合成光の照射によって出力される短絡電流の比率を推定する手段と、
前記推定された短絡電流の比率を記録する手段と、
前記合成光の照射による前記光電変換素子の出力電圧及び出力電流を測定する手段と、
前記出力電圧及び前記出力電流の少なくとも一方を変化させる手段と、
前記測定お擦る手段によって測定された測定値のうち、前記記録された短絡電流の比率が所定の範囲内にあることを条件として測定値を選択する手段と、を備えることを特徴とする光電変換素子の測定装置。 - 前記合成光を得る手段が、複数の光源を備えた疑似太陽光照射装置であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか１項に記載の光電変換素子の測定装置。
- 前記合成光を得る手段が、単一の光源から射出し、複数の種類のフィルタを通った光を合成する疑似太陽光照射装置であることを特徴とする請求項１０から１４のいずれか１項に記載の光電変換素子の測定装置。
- 前記疑似太陽光照射装置が、ショートパルス型ソーラシミュレータを用い、前記複数の光源の間で、パルス発光のタイミングをずらすことが可能に構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の光電変換素子の測定装置。
- 前記疑似太陽光照射装置が、定常光型ソーラシミュレータ又はロングパルス型ソーラシミュレータを用い、実質的に定常発光をしている時間における光強度を変動させることを特徴とする請求項１５に記載の光電変換素子の測定装置。
- 前記推定する手段が、前記光電変換素子の近傍に設けられ、前記複数の半導体接合部の各々の分光感度に近似した分光感度を有する複数のモニタリングセルの短絡電流の比率から、前記短絡電流の比率を推定することを特徴とする請求項１０から１８のいずれか１項に記載の光電変換素子の測定装置。
- 測定データをグラフとして表示させる手段を更に備えることを特徴とする請求項１０から１９のいずれか１項に記載の光電変換素子の測定装置。
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