JP2006147806A - 多接合型光電変換素子の特性制限要素セルの判定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 試験セルの各要素セルと同等の分光感度を有する複数の疑似要素セルについて、特定スペクトル状態での短絡電流を測定し校正値とする工程、前記特定スペクトル条件に近い2点のスペクトル状態の試験光源下で、前記複数の疑似要素セルの短絡電流を測定し前記校正値により規格化する工程、前記特定スペクトル条件に近い2点のスペクトル状態の試験光源下で、前記試験セルの該特性を取得する工程、以上から2点のスペクトル状態間での特性の変化率である勾配を計算する工程、前記勾配の値により特性制限要素セルを判定する工程を含むことを特徴とする多接合光電変換素子試験セルの特性制限要素セルの判定方法とする。
【選択図】 図3
Description
光電変換装置においては、上述したような規格のための太陽光照射条件として、基準状態の特性を用いることが一般に行われている。基準状態とは、以下の条件で規定される状態である。
(1)セル温度 25℃
(2)分光分布 AM1.5全天日射基準太陽光
(3)放射照度 100mW/cm2
ところが、測定光源として、屋外太陽光や近似太陽光光源を用いても基準スペクトルに合致する分光放射スペクトルを得ることは非常に困難である。基準スペクトルは、エアマス、大気混濁度、及び可降水量等が一定の大気条件の場合のスペクトルとして定義されており、屋外太陽光から基準スペクトルを得る機会は非常に限定されている。まして、近似太陽光光源のスペクトルは、入手可能なランプの分光放射スペクトルに光学フィルタによる修正を行って基準スペクトルに近似させているに過ぎないので、基準スペクトルそのものを得ることは不可能である。
R. Shimokawa, F. Nagamine, M. Nakata, K. Fujisawa and Y. Hamakawa: Jpn. J. Appl. Phys. 28 (1989) L845
本発明の多接合光電変換素子の電流制限要素セルの判定方法においては、対象となる特定のスペクトル条件近傍での2点の照射光源スペクトルの状態を表す電流比の変化に対する出力特性の変化率を用いて、多接合太陽電池を構成する要素セルのうち最も出力電流が小さくなるものを判定する。
ここでまず、具体的に、多接合太陽電池のスペクトル依存性について実際の例に基づいて説明する。要素セルが直列に接続された場合、多接合太陽電池の出力特性は電流を制限する要素セルにより制限される。図2は図1で示した相対分光感度を有するタンデム型太陽電池のスペクトル依存性の一例である。
さて、多接合型光電変換素子の1例であるトップセル、及びボトムセルからなる2段タンデム太陽電池においては、短絡電流はトップセルとボトムセルの電流が一致するスペクトル条件下で最大となる。要素セル間の電流が異なる場合、多接合太陽電池の電流は出力電流が小さい方で制限される。より具体的には、最大出力Pmaxは最大出力点電圧Vmaxで得られる要素セルの出力電流の最小値で制限されることになる。Pmaxのスペクトル依存性も短絡電流のスペクトル依存性と同様に要素セル間の電流が一致するときに最大値となる。例えば、図2で例示したタンデム型太陽電池の短絡電流及び最大出力は、要素セル間の電流比(Ib/It)が1.05より大きい範囲においてはトップセルの電流(It)で制限され、以下(式1)で示される勾配率Bは負となる。
次に擬似要素セルについて説明する。本発明における、擬似要素セルは、多接合太陽電池を構成する要素セルと実質的に同等の相対分光感度を有するものである。単接合太陽電池に光学フィルタ等を重積する事により、擬似的に分光感度を模擬して作製した基準セルの一つである。さらに好ましくは、要素セルの放射照度に対する非線形性の影響を抑制するために、擬似要素セルを構成する単接合太陽電池の材料は要素セルと同じものであっても良い。
ガラス基板上にトップ層(アモルファスシリコンセル)とボトム層(薄膜微結晶シリコンセル)の積層構造を有するタンデム型太陽電池を作製した。得られたタンデム型太陽電池について、カラーバイアス光を重責しながら単色光を照射することで、図1の実線に示したトップ層とボトム層の相対分光感度特性を得た。
トップ層とボトム層の擬似要素セルは、光照射により安定化させた後に(財)日本品質機構(JQA)にて、基準状態における校正値としての短絡電流の値付けを行った。
次に、本発明の測定方法により電流律速要素セルが判定可能であることを確認するために、3個の試験セル(タンデム型太陽電池1、2、及び3)について、そのスペクトル依存性を予め測定し、スペクトル条件と電流律速要素セルとの正しい状況を把握した。
前述した1、2及び3の3種のタンデム型太陽電池について、基準スペクトル条件下で電流制限を受ける要素セルを決定するために、短絡電流の電流比に対する勾配率を求めた。
その際、照射面に校正値が44.9mAのトップ用擬似要素セルと、校正値が24.4mAのボトム用擬似要素セルを配置して短絡電流を測るとそれぞれ37.5mAと18.9mAが得られた。またタンデム型太陽電池1、2、及び3について短絡電流を測定すると、それぞれ0.499A、0.503A、及び0.478Aであった。
2 タンデム型太陽電池のボトムセルの相対分光感度
3 基準スペクトル条件下で短絡電流が電流マッチングとなるタンデム型太陽電池1のスペクトル依存性
4 基準スペクトル条件下で短絡電流がトップセルで制限されるタンデム型太陽電池2のスペクトル依存性
5 基準スペクトル条件下で短絡電流がボトムセルで制限されるタンデム型太陽電池3のスペクトル依存性
6 タンデム型太陽電池1の基準スペクトル条件での電流比に対する接線
7 タンデム型太陽電池2の基準スペクトル条件での電流比に対する接線
8 タンデム型太陽電池3の基準スペクトル条件での電流比に対する接線
Claims (3)
- 複数の要素セルを積層した多接合型光電変換素子からなる試験セルの特定スペクトル状態での特性制限要素セルの判定方法であって、
該試験セルの各要素セルと同等の分光感度を有する複数の疑似要素セルについて、該特定スペクトル状態での短絡電流を測定し校正値とする工程、
該特定スペクトル条件に近い2点のスペクトル状態の試験光源下で、該複数の疑似要素セルの短絡電流を測定し該校正値により規格化する工程
該特定スペクトル条件に近い2点のスペクトル状態の試験光源下で、該試験セルの該特性を取得する工程、
下記(式1)から勾配Bを計算する工程、
該勾配Bの値により特性制限要素セルを判定する工程を含むことを特徴とする多接合光電変換素子試験セルの特性制限要素セルの判定方法。
- 前記特性が電流であることを特徴とする請求項1に記載の多接合光電変換素子試験セルの特性制限要素セルの判定方法。
- 前記特定スペクトル条件に近い2点のスペクトル状態が、試験光源と前記試験セルとの間に光学的フィルターを挟むか、挟まないかにより得られる2点のスペクトル状態であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の多接合光電変換素子試験セルの特性制限要素セルの判定方法。
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