JP2005197432A - 太陽電池セル特性の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型のソーラーシミュレータを使って大面積の太陽電池セルの特性を、簡便かつ精度よく測定する太陽電池セル特性の測定方法を提供する。
【解決手段】複数個のユニットセルからなる太陽電池セル２０のセル特性測定方法において、個々のユニットセル特性を測定し、直列または並列に応じて定めた直列回路合成演算式または並列回路合成演算式に基づき、薄膜太陽電池群全体のセル特性を演算して求める。その際、照射パルス光は、ソーラーシミュレータ１のランプ光源からの光を、複数本の光ファイバー５の束により、ユニットセルに対向する照射ヘッド６に誘導して、ユニットセルの平面形状に合わせた均一光に変換した照射光とし、この照射光を、複数個の各ユニットセルに対して順次移動して照射して、測定装置８により電圧−電流測定を行い、ユニットセル特性を順次測定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数個に分割された単位光電変換部分としてのユニットセルを、電気的に直列または並列に接続した薄膜太陽電池群からなる太陽電池セルのセル特性の測定方法に関する。

上記薄膜太陽電池は、電気絶縁性フィルム基板上に第１電極（以下、下電極ともいう）、薄膜半導体層からなる光電変換層および第２電極（以下、透明電極ともいう）が積層されてなる光電変換素子（またはセル）が複数形成されている。ある光電変換素子の第１電極と隣接する光電変換素子の第２電極を電気的に接続することを繰り返すことにより、最初の光電変換素子の第１電極と最後の光電変換素子の第２電極とに必要な電圧を出力させることができる。例えば、インバータにより交流化し商用電力源として交流１００Ｖを得るためには、薄膜太陽電池の出力電圧は１００Ｖ以上が望ましく、実際には数１０個以上の素子が直列接続される。

このような光電変換素子とその直列接続は、電極層と光電変換層の成膜と各層のパターニングおよびそれらの組み合わせ手順により形成される。上記太陽電池の構成および製造方法の一例として、いわゆるＳＣＡＦ（Series Connection through Apertures on Film ）型の薄膜太陽電池が提案されており、例えば特許文献１に記載されている。また、かかる薄膜太陽電池のセル特性の測定方法や装置に関しては、特許文献２〜４に開示されている。

上記ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池は、電気絶縁性を有するフィルム基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層は互いに位置をずらして単位部分に分離してなり、前記透明電極層形成領域外に形成した電気的直列接続用の接続孔および前記透明電極層形成領域内に形成した集電孔を介して，前記表面上の互いに分離された隣合う単位光電変換部分を電気的に直列に接続してなるものである。

図５は、特許文献２や３に記載された薄膜太陽電池の構成図であり、構造の理解の容易化のために、前述のようなＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の構成を簡略化して斜視図で示したものである。図５において、基板６１の表面に形成した単位光電変換素子６２および基板６１の裏面に形成した接続電極層６３は、それぞれ複数の単位ユニットに完全に分離され、それぞれの分離位置をずらして形成されている。このため、光電変換素子６２のアモルファス半導体部分である光電変換層６５で発生した電流は、まず透明電極層６６に集められ、次に該透明電極層領域に形成された集電孔６７を介して背面の接続電極層６３に通じ、さらに該接続電極層領域で素子の透明電極層領域の外側に形成された直列接続用の接続孔６８を介して上記素子と隣り合う素子の透明電極層領域の外側に延びている下電極層６４に達し、両素子の直列接続が行われている。なお、前記接続電極層６３は、製造の都合上、図示しない第３電極層および第４電極層とに分けて層形成されて、一つの電極層を形成している。

ところで、薄膜太陽電池を量産する場合に、前述のように基板は長尺基板とし、この長尺基板上に前記直列に接続してなる薄膜太陽電池と、電力を外部に取り出すための電力の取り出し用の電極層とを有する薄膜太陽電池群を、基板の長尺方向に所定の間隔をおいてパターニングして複数形成し、基板の前記間隔領域に設けた位置決め用のマーカー穴を基準点として、前記第１電極層，光電変換層，透明電極層，接続電極層などの各層の形成ならびに各パターニング等の加工、さらには、マーカー穴を基準点として素子の特性評価や薄膜太陽電池群毎に裁断を行なう等の製造方法が採用されている（詳細は、特許文献３参照）。

図４は、上記製造方法に関わり特許文献３に開示された図であって、長尺基板上に複数個の薄膜太陽電池群が形成された薄膜太陽電池の概略構成を示す模式的平面図である。図４において、１０は長尺フィルム基板、２０ａ，２０ｂは薄膜太陽電池群、２５はマーカー穴を示す。薄膜太陽電池群２０ａ，２０ｂは、パターニングライン２３により複数個のユニットセル２１と電力取出電極層２２とに、用途に応じて適宜分割されている。

２０ａ，２０ｂの薄膜太陽電池群は、図示のように、それぞれセルの配置パターンが異なる。２０ａは、基板長尺方向に２並列多数直列された薄膜太陽電池群のパターンを示し、また、２０ｂは、基板短尺方向に４並列多数直列された薄膜太陽電池群のパターンを示す。

図４において、マーカー穴２５は、薄膜太陽電池群の間隔領域に設けられ、この位置決め用のマーカー穴を、光透過型または光反射型のセンサーにより検出し、この穴を基準点として位置決めを行なった上で、薄膜太陽電池群の各層の形成や各パターニング加工等が行なわれる。

次に、太陽電池セル特性の従来の測定方法について述べる。一般に、太陽電池セル特性の測定は、太陽電池が形成された基板の搬送手段と、太陽光の模擬光照射手段（ソーラーシミュレータ）と、セルの電圧−電流測定を行うことにより各種特性パラメータを求めるセル特性測定手段とを備えた装置により、セル特性パラメータとしての短絡電流Isc、開放電圧Voc、最大出力電力Pmax、最大出力時の電流Ipm、最大出力時の電圧Vpm、シャント抵抗Rsh、直列抵抗Rs、および最大出力時の抵抗Rpmなどが計測される（詳細は、特許文献２〜４参照）。

ここでは、主に、上記各特許文献には記載のないソーラーシミュレータの詳細について、以下に述べる。太陽電池セルの特性測定はJISに規定された方法で行う。これにより、測定精度の維持と、測定基準を示して公的認証制度の信頼性を確保することが可能となる。製造段階では、前記JIS規定に準じたソーラーシミュレータを使って、製造工程が適正であることの監視と、スクリーニングによる不良品の除去により、製品の品質保証を行っている。このためのソーラーシミュレータとしては、次のようないくつかの方式が考えられ、利用されている。
（１）連続光方式の模擬太陽光シミュレータ方式
この方式は、キセノンランプを光源として一定の光量を太陽電池モジュールに照射し、その電圧−電流特性を測定する方式で、キセノンランプは連続点灯させ、基準セルで照度を監視して規定照度に維持する機構を備えた装置とし、シャッタを開閉して、測定時に光をモジュールに照射する方式である。シャッタの開閉を調整することにより、任意に一定の光を照射することができるので、高精度の測定が可能である。
（２）ロングパルス光方式の模擬太陽光シミュレータ方式
この方式は、キセノンランプを光源としてパルス光を発生させ、それを太陽電池モジュールに照射し、電圧−電流特性を測定する方式である。この方式の場合、パルス光が規定照度以上に保持されている間に測定を開始し、完了させる必要がある。また、パルス光の性質上照度が変動するので、照度を測定し、補正する必要がある。連続光方式に比較してランプの点灯時間を短くできるので、ランプ寿命を長くできる特徴がある。
（３）短パルス光方式の模擬太陽光シミュレータ方式
この方式は、キセノンランプを光源としてパルス光を発生させ、そのピーク照度が規定照度になるように制御し、それを太陽電池モジュールに複数回照射し、パルス毎に負荷を変化させて電圧−電流特性を測定する方式である。この方式の場合、負荷を連続的に変化させた場合の特性を測定することはできないが、測定データを補間することで等価な結果を得ることができる。この方式の特徴は、パルス光を短くすることでランプの冷却が簡単にでき、装置を小型にできる点である。また、前記の方式に比べてランプの寿命を最大にすることができる。

上記のようなソーラーシミュレータを使って、太陽電池セルに調整可能な負荷装置と、出力電流および出力電圧の測定回路を接続し、太陽電池セルに光を照射しながら負荷を短絡から開放まで変化させることにより、太陽電池セルの動作点を変えた時の電圧−電流特性を測定する装置が種々考案されている。負荷を連続的に変化させ出力電圧、出力電流をX-Yプロッタに記録して特性を求めるアナログ方式と、サンプリングポイントを選んで出力電圧、出力電流をA/Dコンバータでディジタル値に変換して記録するディジタル方式とがあるが、データの扱い易さから後者が一般的である。太陽電池セルの動作点は電圧−電流の測定値の組で表されており、ディジタル方式の場合飛び飛びの値になっているが、補間をすることでアナログ方式と同等の測定が可能である。短パルス光方式ソーラーシミュレータでは、１パルス光につき１動作点の測定を行うため、ディジタル方式の特性測定が用いられる。

以上、要するに、太陽電池セルの特性測定装置は、規定の光を照射するソーラーシミュレータと、動作点を変化させて電圧−電流特性を測定する装置とから構成される。得られた測定データはコンピュータで解析して、最終的に太陽電池セルの特性パラメータを求める。実際の装置においては、これらの一連の処理を自動的に行うようになっている。

ところで、前述のように、太陽光発電に供する太陽電池パネルは、複数の太陽電池モジュールを直列または並列に電気的に接続して構成する。個々の太陽電池モジュールは、太陽電池パネルの設置形態に応じて種々のものが製造されているが、アモルファス太陽電池の場合、定格出力が10〜30Wのものが一般的である。このクラスは、面積が0.2ｍ²以上であり、特性を測定
するために大型のソーラーシミュレータが必要になる。

前記ＳＣＡＦ型の太陽電池セルの場合、これらの大面積モジュールに供するセルを、例えばプラスチックシート上に作り込み、100〜200Vクラスの高電圧、高出力の太陽電池セルとして、太陽電池モジュールの製造を容易にする特徴を持っている。

上記のような大面積セルの特性測定を、大型のソーラーシミュレータを用いずに行う方法として、特許文献４が公知である。特許文献４に開示された発明の方法は、同文献の記載によれば、「太陽電池の受光面の一部にのみ光を照射した状態で該特性を調べる第１の工程と、前記太陽電池の受光面に全く光を照射しない状態で該特性を調べる第２の工程と、前記第２の工程で得た各電圧における電流値に、前記第１の工程で受光面のうち光が照射されなかった領域（暗領域）の、全受光面に対する割合を、乗じて暗領域に相当する該特性を求める第３の工程と、前記第１の工程で得た各電圧における電流値から、前記第３の工程で得た各電圧における電流値を、同電圧同士減じて前記暗領域の該特性の影響を除去し、前記第１の工程で受光面のうち光の照射された領域（明領域）が単独で切り離された状態に相当する該特性を求める第４の工程とを備える。」ことを特徴とする。

上記方法により、大面積の太陽電池特性を、太陽電池の面積より小さな照射面積の光源を用いて求めることが可能な測定方法が提供できる。
特開平１０−２３３５１７号公報 特開２００２−１２４６９１号公報 特開２００２−２７０８７３号公報 特開平１１−２６７８５号公報（第３〜５頁、図１〜２）

ところで、前記特許文献４に記載された測定方法によれば、大面積の太陽電池特性を、太陽電池の面積より小さな照射面積の光源を用いて求めることが可能ではあるものの、特許文献４の発明の方法は、明暗特性の測定結果から補正演算を行い、間接的に全体の特性を求める方法であるので、複雑な計算が必要であって簡便な測定方法とは言えない。また、測定精度上も問題があり、直接法を使った精度の高い測定方法が望まれる。

しかしながら、直接法を使って精度の高い測定を行うためには、太陽電池セルの全面積に均一な光を照射することが必要である。例えば、セルの面積が１００ｃｍ²以下の場合には、単一のランプ光源で容易にソーラーシミュレータを構成できるが、面積が１ｍ²以上になると、単一のランプ光源で均一な光を照射することが困難になる。複数のランプ光源を使って広い面積をカバーする方法があるが、この場合、ランプのバラツキを補正して均一な照射光を作る機構が必要になる。また、単一光源から鏡やフィルタを組み合わせて分光させることで照射面積を広げる方法も考えられるが、いずれも周辺装置を含めて装置が複雑化、大型化することは避けられない。

さらに、大面積太陽電池セルでは、用途に応じて形状も多様化することを考慮する必要がある。セルの形状毎に照射装置を用意することは現実的ではなく、多様なセルの形状に対応するためには実際の面積よりも広い照射面をカバーする装置が必要である。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、小型のソーラーシミュレータを使って大面積の太陽電池セルの特性を、簡便かつ精度よく測定する太陽電池セル特性の測定方法を提供することにある。

上記課題は、以下により達成される。即ち、請求項１の発明によれば、複数個に分割された単位光電変換部分としてのユニットセルを、電気的に直列または並列に接続した薄膜太陽電池群からなる太陽電池セルのセル特性の測定方法において、前記個々のユニットセル特性を測定し、前記直列または並列に応じて定めた直列回路合成演算式または並列回路合成演算式に基づき、薄膜太陽電池群全体のセル特性を演算して求めることを特徴とする。

前記測定方法によれば、小型のソーラーシミュレータを使って大面積の太陽電池セルの特性が合成演算によって求められるので、簡便かつ精度のよい測定が可能となる。

また、前記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし５の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の測定方法において、太陽の模擬光としてパルス光を個々のユニットセルに照射し、この照射の下でユニットセルの電圧−電流測定を行うことにより、個々のユニットセルの特性パラメータを求め、前記直列または並列に応じて下記の数式４または数式５に基づいて、薄膜太陽電池群全体のセル特性パラメータとしての短絡電流Isc、開放電圧Voc、最大出力電力Pmax、最大出力時の電流Ipm、最大出力時の電圧Vpm、シャント抵抗Rsh、直列抵抗Rs、および最大出力時の抵抗Rpmを演算して求めることを特徴とする（請求項２）。

但し、下記の数式４または数式５において、Isc(i)、Voc(i)、Ipm(i)、Vpm(i)、Rsh(i)、Rs(i)、Rpm(i)は、それぞれ、i番目のユニットセルにおける特性パラメータとしての短絡電流、開放電圧、最大出力時の電流、最大出力時の電圧、シャント抵抗、直列抵抗、最大出力時の抵抗を示す。

但し、上記の数式５における各種抵抗Rsh(i)、Rs(i)、Rpm(i)に関係した式は、下記の数式６に基づき、略記して示す。

さらに、前記請求項２に記載の測定方法において、前記照射パルス光は、ランプ光源からの光を、複数本の光ファイバーの束により、ユニットセルに対向する照射ヘッドに誘導して、ユニットセルの平面形状に合わせた均一光に変換した照射光とし、この照射光を、前記複数個の各ユニットセルに対して順次移動して照射して前記電圧−電流測定を行い、ユニットセル特性を順次測定することを特徴とする（請求項３）。上記測定方法によれば、ユニットセルに対して、順次均一な光を照射し、ユニットセル特性を順次測定することが可能であり、かつ多様なセル形状にも対応可能な測定方法が提供できる。なお、前記照射パルス光は、照射回数低減の観点から前記ロングパルス光が、望ましい。

また、前記請求項３に記載の測定方法において、前記薄膜太陽電池群は、長尺基板の長尺方向に所定の間隔をおいて複数形成してなるものとし、薄膜太陽電池群が形成された前記基板を、各ユニットセルが前記照射ヘッドに対向する位置に、ロール搬送手段によって順次搬送し、基板の太陽電池の受光面側に前記照射ヘッドから模擬光を順次照射して、ユニットセル特性を、順次、連続的に測定することを特徴とする（請求項４）。これによれば、量産プロセスに適した測定が可能となる。

さらにまた、上記測定方法をＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池に適用した発明としては下記請求項５の発明が好ましい。即ち、前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の測定方法において、前記薄膜太陽電池群は、電気絶縁性を有する基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングしてなり、前記光電変換層形成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、前記表面上の互いにパターニングされて隣合う単位光電変換部分（ユニットセル）を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池と、この薄膜太陽電池の電力取り出し用の電力取出電極層とを有し、全体的に直列または並列に接続するものとしたことを特徴とする（請求項５）。

この発明によれば、小型のソーラーシミュレータを使って大面積の太陽電池セルのセル特性が、簡便かつ精度よく測定できる。また、ソーラーシミュレータを光ファイバーを介して照射するものとすることにより、多様なセル形状にも対応可能となる。

本発明の太陽電池セル特性の測定方法を実施するための装置は、前述のように、小型ソーラーシミュレータと小容量の電圧−電流特性測定装置を組み合わせた装置であり、前者は１００ｃｍ²以下の面積に均一な疑似太陽光を照射する手段を有し、後者は光照射下で太陽電池セルの動作点を変化させた時の出力電流−出力電圧を測定する手段を有する。

ソーラーシミュレータは、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの単一ランプを光源として、フィルタと組み合わせて自然太陽光に近似した疑似太陽光を発生させる。これを太陽電池セルに直接照射させると、均一に照射可能な領域が円形になり、例えば太陽電池セルが矩形の場合に均一な照射ができない。そこで、光ファイバーを介在させることで均一な照射を可能にする。光ファイバーは複数の光ケーブルを束ねた構造であり、光源からの疑似太陽光を導くために入射側は円形に束ねてあり、照射側は太陽電池セルに合わせた形状に束ねている。

これにより、異なる太陽電池セルの形状に対しても容易に調整が可能である。また、光ファイバーの照射側に移動機構を持たせることで、照射面を自由に移動させることができる。大面積太陽電池セルは、前述のように、光電変換素子の最小単位であるユニットに区分されており、複数のユニットが直列に接続された構造である。各ユニットが、例えば、１００ｃｍ²以下の面積で区分されていれば、このソーラーシミュレータでユニット毎に切換えながら均一光を照射できる。照射面積が１００ｃｍ²以下であれば、小型ソーラーシミュレータは容易に実現できる。

電圧−電流特性測定装置は、大面積太陽電池の場合に数十ワットの大容量となり、広い測定レンジを備える必要がある。しかしながら、前述のように、小面積のユニットセル単位で均一光照射下の測定を行えば、広い測定レンジは不要であり、精度の高い測定を高速で実行でき、装置の小型化も容易である。例えば、電圧レンジを０〜３Ｖ、電流レンジを０〜０．５Ａにとれば、１Ｗ程度のユニットセルを測定可能である。

これらのソーラーシミュレータと電圧−電流特性測定装置を用いて、大面積太陽電池の特性を次のようにして求めることができる。

大面積太陽電池は、ほぼ同じ特性のｎ個のユニットセルに分割されており、直列に接続されているものとする。まず、前記のソーラーシミュレータで１個のユニットセルを照射し、電圧−電流特性を測定して、このユニットセルの特性パラメータを求める。特性パラメータは、短絡電流Isc、開放電圧Voc、最大出力電力Pmax、最大出力時の電流Ipm、最大出力時の電圧Vpm、シャント抵抗Rsh、直列抵抗Rs、および最大出力時の抵抗Rpmからなり、電圧−電流特性測定データから計算することができる。

Iscは短絡時、すなわち電圧が０Ｖの時の出力電流であり、その近傍では、電圧ｖと電流ｉの関係を、ｉ＋（ｖ／Rsh）＝Iscと近似することができる。前式におけるRshをシャント抵抗と呼ぶ。Vocは開放時、すなわち電流が０Ａの時の出力電圧であり、その近傍では、Rs×ｉ＋ｖ＝Vocと近似することができ、係数Rsを直列抵抗と呼ぶ。なお、Pmax=Ipm×Vpmの関係があり、Rpm=Vpm／Ipmと略記する。

ソーラーシミュレータの光ファイバーを移動して次のユニットセルを照射し、同様に特性パラメータを求める。このようにして複数個（ｎ個）のユニットセルの特性パラメータを求めることができる。ここで、ｉ番目のユニットセルの特性パラメータを、それぞれ、Isc(i)、Voc(i)、Pmax(i)、Ipm(i)、Vpm(i)、Rsh(i)、Rs(i)、Rpm(i)とする。大面積太陽電池全体の特性パラメータ、Isc、Voc、Pmax、Ipm、Vpm、Rsh、Rs、Rpmは、ユニットセルが直列接続されている場合、近似的に、それぞれ、前述の数式４の直列回路合成演算式で計算できる。

上記のように、大面積太陽電池セルがほぼ同じ特性のユニットセルに分割され直列に接続されている時、個々のユニットセルの特性を測定し、太陽電池セル全体の特性を求めることができる。なお、ユニットセルが並列に接続されている場合は、前述の数式５の並列回路合成演算式で計算できる。但し、並列接続の場合には、個々のユニットセルの特性を測定する時、一旦接続を切り離す仕組みが必要である。

次に、この発明の実施例に関して、図１ないし図３に基いて説明する。図１は本発明の実施例に係る単一の太陽電池セル特性の測定方法の概念的説明図、図２は図１における太陽電池セルの模式的構成図、図３は長尺基板に形成された太陽電池セル特性の連続測定方法の概念的説明図である。

図２に示す太陽電池セルの模式的構成図は、図５に示す前記ＳＣＡＦ型の太陽電池を模式的に示し、図２（ａ）は受光面側の平面図、図（ｂ）は非受光面側の平面図であり、図５に示す部材と同一機能を有する部材には、同一番号を付してその詳細説明を省略する。

次に、図１により、太陽電池セル特性の測定方法について具体的に述べる。なお、図２に示す太陽電池セルは、図１において、部番２０で示す。

図１において、ソーラーシミュレータ１は、光源として、キセノンランプからなるフラッシュランプ２を備える。このランプのロングパルス光を、集光レンズ３およびキセノンランプ特有の輝線スペクトルを除去するための光学フィルタ４を介して、光ファイバー５の入射側に照射する。光ファイバー５の入射側は、直径１０ｃｍの円形に光ケーブルを束ねてあり、他側は２４ｃｍ×３ｃｍの長方形に束ねて照射ヘッド６を構成している。そのため、太陽電池セル２０の１つのユニットセルに対して均一な照射を行うことができる。

光ケーブルの一部５ａは照度測定部に導かれ、照度測定用基準セル７を照射する。光ケーブルの照射側は、図示しない移動ステージに取り付けられており、照射ヘッド６を自動的に移動させて光照射するユニットセルを切換えることができる。

キセノンランプのロングパルス光は、照度が１００ｍＷ／ｃｍ²以上の期間が少なくとも５００ｍｓになるように調整される。この調整されたパルス幅を、有効パルス幅と呼ぶ。

図１における電圧−電流特性装置８の測定端子は、太陽電池セル２０の背面側に接続する。各ユニットセルの電極が受光面とは反対の背面側にあるためで、光照射されるユニットセルに対応して自動的に切換えられる。

ユニットセルに対する特性測定は、次のようにして行われる。まず、１番目のユニットの位置に照射ヘッド６を移動して、対応する背面電極に測定端子を接続する。次にパルス光を発生させて、有効パルス幅が少なくとも５００ｍｓの光照射を行う。電圧−電流測定は、これに同期して、有効パルス幅の期間に行う。背面電極に接続された測定端子には調整可能な負荷が接続されており、短絡から開放までを２５０段階に変化させ、それぞれのポイントで電圧、電流を測定する。同時に照度測定を行い、それらをメモリに記憶する。

次に、２番目のユニットセルに照射ヘッド６を移動させ、測定端子を切換えるが、移動が完了するまでの間に、１番目のユニットセルの特性パラメータを計算する。この場合、既に、２５０ポイントの電圧、電流、照度の組が得られている。特性測定は照度が１００ｍＷ／ｃｍ²を基準にするため、照度測定値をもとに電流値の補正を行う。これで基準照度における電圧−電流特性データが得られ、ユニットセルの特性パラメータを求めることができる。

上記計算を２番目のユニットセルについても行い、以後、ユニットセル全部に対して順次実行する。こうしてｎ個のユニットセルについて特性パラメータの組が得られ、前述の方法により、大面積太陽電池セル全体のパラメータ特性を合成演算する。

以上の一連の動作は、コンピュータにより自動的に実行する。なお、この実施例では、太陽電池セル２０を固定して照射ヘッド６と測定端子を移動させた例について述べたが、大面積太陽電池セルの形状によっては、逆に照射ヘッド６と測定端子を固定して太陽電池セル２０を移動させて位置合わせを行う方法の方が有効な場合もある。また、両方を組み合わせて行う方法も、場合により有効である。

次に、図３について述べる。図３は長尺基板に形成された太陽電池セル群のセル特性の連続測定方法の概念的説明図であり、図１に示された部材と同一機能を有する部材には同一番号を付して、その詳細説明は省略する。

前記特許文献３に記載され、図４に示したように、ロール状のシート基板の上に多数の大面積太陽電池セル群が一定の間隔で配置して製造される。図３に示すように、その一つ一つは独立した太陽電池セル２０であり、ロール３０から巻き出しながら太陽電池セル２０を測定可能な位置に移動させ、電圧−電流特性測定装置８により、前記特性パラメータの測定を行う。これを自動的に繰り返すことで、大面積太陽電池セル群の連続測定を行うことができる。

上記のように、本発明によれば、ほぼ同じ特性のユニットセルに分割された大面積太陽電池セルの特性を、小型ソーラーシミュレータと小容量の電圧−電流特性測定装置を用いた個々のユニットセルの特性測定結果から、演算により求めることができる。この場合の測定精度は、ユニットセルの測定精度によって決まり、太陽電池セルの面積にはよらない。

また、光ファイバーを用いた移動可能な照射ヘッドを用いることにより、ユニットセルの形状にフレキシブルに対応でき、多様な大面積太陽電池に適用可能となる。

この発明の実施例に係る単一の太陽電池セル特性の測定方法の概念的説明図。 図１における太陽電池セルの模式的構成図。 長尺基板に形成された太陽電池セル特性の連続測定方法の概念的説明図。 長尺基板上に複数個の薄膜太陽電池群が形成された薄膜太陽電池の概略構成を示す模式的平面図。 ＳＣＡＦ型の薄膜太陽電池の構成を簡略化して示す斜視図。

符号の説明

１ ソーラーシミュレータ
２ フラッシュランプ
３ 集光レンズ
４ 光学フィルタ
５ 光ファイバー
６ 照射ヘッド
８ 電圧−電流特性測定装置
１０ 長尺基板
２０ 太陽電池セル
３０ ロール

Claims (5)

1. 複数個に分割された単位光電変換部分としてのユニットセルを、電気的に直列または並列に接続した薄膜太陽電池群からなる太陽電池セルのセル特性の測定方法において、前記個々のユニットセル特性を測定し、前記直列または並列に応じて定めた直列回路合成演算式または並列回路合成演算式に基づき、薄膜太陽電池群全体のセル特性を演算して求めることを特徴とする太陽電池セル特性の測定方法。
2. 請求項１に記載の測定方法において、太陽の模擬光としてパルス光を個々のユニットセルに照射し、この照射の下でユニットセルの電圧−電流測定を行うことにより、個々のユニットセルの特性パラメータを求め、前記直列または並列に応じて下記の数式１または数式２に基づいて、薄膜太陽電池群全体のセル特性パラメータとしての短絡電流Isc、開放電圧Voc、最大出力電力Pmax、最大出力時の電流Ipm、最大出力時の電圧Vpm、シャント抵抗Rsh、直列抵抗Rs、および最大出力時の抵抗Rpmを演算して求めることを特徴とする太陽電池セル特性の測定方法。
   但し、下記の数式１または数式２において、Isc(i)、Voc(i)、Ipm(i)、Vpm(i)、Rsh(i)、Rs(i)、Rpm(i)は、それぞれ、i番目のユニットセルにおける特性パラメータとしての短絡電流、開放電圧、最大出力時の電流、最大出力時の電圧、シャント抵抗、直列抵抗、最大出力時の抵抗を示す。
   

   

   

   但し、上記の数式２における各種抵抗Rsh(i)、Rs(i)、Rpm(i)に関係した式は、下記の数式３に基づき、略記して示す。
   

   
3. 請求項２に記載の測定方法において、前記照射パルス光は、ランプ光源からの光を、複数本の光ファイバーの束により、ユニットセルに対向する照射ヘッドに誘導して、ユニットセルの平面形状に合わせた均一光に変換した照射光とし、この照射光を、前記複数個の各ユニットセルに対して順次移動して照射して前記電圧−電流測定を行い、ユニットセル特性を順次測定することを特徴とする太陽電池セル特性の測定方法。
4. 請求項３に記載の測定方法において、前記薄膜太陽電池群は、長尺基板の長尺方向に所定の間隔をおいて複数形成してなるものとし、薄膜太陽電池群が形成された前記基板を、各ユニットセルが前記照射ヘッドに対向する位置に、ロール搬送手段によって順次搬送し、基板の太陽電池の受光面側に前記照射ヘッドから模擬光を順次照射して、ユニットセル特性を、順次、連続的に測定することを特徴とする太陽電池セル特性の測定方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の測定方法において、前記薄膜太陽電池群は、電気絶縁性を有する基板の表面に下電極層としての第１電極層，光電変換層，透明電極層（第２電極層）を順次積層してなる光電変換部と、前記基板の裏面に形成した接続電極層としての第３電極層および第４電極層とを備え、前記光電変換部および接続電極層を互いに位置をずらして単位部分にパターニングしてなり、前記光電変換層形成領域内に形成した接続孔ならびに集電孔を介して、前記表面上の互いにパターニングされて隣合う単位光電変換部分（ユニットセル）を電気的に直列に接続してなる薄膜太陽電池と、この薄膜太陽電池の電力取り出し用の電力取出電極層とを有し、全体的に直列または並列に接続するものとしたことを特徴とする太陽電池セル特性の測定方法。
   
   

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