JP2013234895A - 太陽電池評価装置および該方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な太陽電池をより高い信頼性でより少ない手間で評価することができる太陽電池評価装置および太陽電池評価方法を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池評価装置Ｓは、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な評価対象の太陽電池に、所定波長の単色光を照射する評価光照射部と、前記単色光を受けたときの、前記太陽電池の出力を検出する検出部と、前記評価光照射部により前記単色光の照射の開始から前記検出部で検出される出力を監視し、前記検出部で検出される出力値の変化量が、所定の閾値より小さくなったときに、前記検出部で検出されている出力と、前記単色光の照射エネルギーとに基づいて前記所定波長の分光感度を算出する分光感度算出部とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池を評価するための太陽電池評価装置および太陽電池評価方法に関し、特に、単色光照射開始後に安定状態になるまで時間の必要な太陽電池を適切に評価することができる太陽電池評価装置および太陽電池評価方法に関する。

太陽電池は、光起電力効果を利用することによって光エネルギーを直接電力へ変換する素子であり、様々な太陽電池が研究、開発され、近年、広く普及し始めている。この太陽電池（以下、適宜「ＰＶ」と略記する）には、シリコン（Ｓｉ）を用いたシリコン系ＰＶ、ＩｎＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた化合物系ＰＶおよび有機半導体を用いた有機系ＰＶ等の様々な種類があり、有機系ＰＶには、２種類の有機半導体を用いてＰＮ接合を形成しＰＮ接合における電子の光励起によって光起電力を得るＰＮ接合型ＰＶと、有機色素中の電子の光励起によって光起電力を得る色素増感太陽電池とがある。

このような様々な太陽電池の中には、例えばシリコン系ＰＶに代表される、光を照射した直後に、安定した電流値（略一定の電流値）の出力電流を出力する太陽電池がある一方、例えば有機系ＰＶに代表される、図７および図８に示すように、出力電流が光の照射時間の経過に伴って徐々に大きくなり（過渡状態）、やがて飽和して安定した電流値となる（定常状態）太陽電池がある。

このような光の照射直後に定常状態にならない太陽電池を適切に評価するためには、前記定常状態で前記太陽電池を評価する必要があり、ライトソーキング（Light Soaking）と呼ばれる光の照射が評価前に太陽電池に対し行われる（例えば非特許文献１および非特許文献２参照）。

そして、このようなライトソーキングの効果は、ライトソーキングの光照射を停止した直後に失われないが、図７に示すように、徐々に失われる。このため、ライトソーキングの光照射を停止した後に、太陽電池を評価するために光を照射した場合に、太陽電池から出力される出力電流は、図７に示すように、時間経過に伴って徐々に低下する。

なお、図７は、白色光の照射に対するライトソーキングの効果を説明するための図であり、その横軸は、経過時間であり、その縦軸は、ＰＶの出力電流である。図８は、ライトソーキングの効果を示すための実測結果を示す図であり、実線は、出力電流（ｍＡ）を示し、破線は、電圧（ｍＶ）を示す。図８の横軸は、経過時間であり、その紙面右縦軸は、電圧であり、紙面左縦軸は、電流である。

太陽電池の性能を評価するための評価指標の一つである太陽電池の分光感度は、入射光の各波長での光電変換効率であり、通常Ａ／Ｗ（アンペア／ワット）の単位で表される。分光感度の測定には，測定しようとする波長の単色光を対象の太陽電池に照射し，太陽電池の出力電流を照射した単色光のエネルギーで除算することで得られる．この分光感度を測定するために太陽電池に照射する単色光に因ってもライトソーキング同様の現象が見られる。したがって、太陽電池の分光感度は、単色光照射開始後安定したのちに測定する必要がある。

「色素増感太陽電池の性能評価方法」、財団法人光産業技術振興協会発行、２００９年３月制定 「地上設置の薄膜太陽電池（ＰＶ）モジュール−設計適格性確認試験及び形式認証のための要求事項」の１０．１９．３ 手順参照、ＪＩＳ Ｃ ８９９１、２０１１年

ところで、太陽電池を評価する際に太陽電池が定常状態となっているか否かの判定は、従来、経験的に行われている。例えば、前記判定は、分光感度測定のための単色光照射を開始して所定時間後に評価を行う処理を複数回行い、その各評価結果が略同等である否かをオペレータが判断することによって行われている。その結果、各評価結果が略同等ではない場合には、単色光照射を開始後の前記所定時間を長くする対処等の様々な対処が経験的に為されている。

このように過渡状態を経て定常状態となる太陽電池の評価は、経験的に行われており、その評価結果の信頼性を保証し難い。また、評価結果を得るために、複数回の前記処理を行う必要があり、前記太陽電池の評価に手間がかかってしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、単色光照射開始後に出力電流が安定するまでに時間の必要な太陽電池をより高い信頼性でより少ない手間で評価することができる太陽電池評価装置および太陽電池評価方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる太陽電池評価装置は、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な評価対象の太陽電池に、所定波長の単色光を照射する評価光照射部と、前記単色光を受けたときの、前記太陽電池の出力を検出する検出部と、前記評価光照射部により前記単色光の照射の開始から前記検出部で検出される出力を監視し、前記検出部で検出される出力値の変化量が、所定の閾値より小さくなったときに、前記検出部で検出されている出力と、前記単色光の照射エネルギーとに基づいて前記所定波長の分光感度を算出する分光感度算出部とを備えることを特徴とする。

このような構成の太陽電池評価装置は、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な太陽電池の評価である分光感度を求める際に、検出部の出力値の変化量が所定の閾値より小さくなった時、すなわち、出力が定常状態となった時に、太陽電池の出力を検出し、その出力を基に分光感度を求める。したがって、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な太陽電池をより高い信頼性で評価することができ、また、より少ない手間で評価することが可能となる。

また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、前記評価光照射部は、それぞれ異なる波長の複数の単色光を照射することが可能であり、前記評価光照射部による前記複数の単色光それぞれの照射開始時から、前記検出部で検出される出力値の変化量が所定の閾値より小さくなった時までのそれぞれの時間を、前記複数の単色光それぞれの波長に対応付けて記憶する記憶部を、更に備え、前記分光感度算出部は、前記評価光照射部による前記単色光の照射の開始から、当該単色光の波長に対応付けて記憶されている時間の経過後に前記検出部で検出された出力を用いて分光感度を算出することを特徴とする。

このような構成の太陽電池評価装置は、波長ごとに、検出部が検出する太陽電池の出力が定常状態となるまでの時間を記憶しているので、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な太陽電池の評価である分光感度を求める際に、所定波長の単色光をその波長に応じて記憶されている時間照射した後に、太陽電池の出力を検出し、その出力を基に分光感度を求めればよい。したがって、ユーザが所望する精度の分光感度が求まるような照射時間を定めておくことで、より確実に太陽電池が定常状態となった状態で、波長ごとの単色光による分光感度を得ることができ、評価前に所定時間の単色光の照射が必要な太陽電池をより高い信頼性で評価することができ、また、より少ない手間で評価することが可能となる。

また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、前記分光感度算出部は、前記複数の単色光とは異なる波長の単色光が前記評価光照射部により照射される場合には、前記記憶部に記憶されている前記複数の単色光の波長のうち、照射される単色光の波長と関連する波長および当該波長に対応付けられている時間に基づいて、照射される単色光の波長に応じた時間を算出し、前記評価光照射部による当該単色光の照射の開始から、算出した時間の経過後に前記検出部で検出された出力を用いて分光感度を算出することを特徴とする。

また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、前記分光感度算出部は、前記記憶部に記憶されている前記複数の単色光の波長のうち、前記評価光照射部により照射される単色光の波長の前後の波長および当該波長に対応付けられている時間に基づいて、補間によって、照射される単色光の波長に応じた時間を算出することを特徴とする。

また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、前記分光感度算出部は、前記記憶部に記憶されている前記複数の単色光の波長のうち、前記評価光照射部により照射される単色光の波長を含む波長範囲に属する波長および当該波長に対応付けられている時間に基づいて、波長と時間との関係式を求め、当該関係式によって、照射される単色光の波長に応じた時間を算出することを特徴とする。

このような構成の太陽電池評価装置は、検出部が検出する太陽電池の出力が定常状態となるまでの時間を測定していない波長であっても、測定した波長と時間に基づいて定常状態となるまでの時間を求めることができる。したがって、定常状態となるまでの時間を測定した波長のピッチよりも、より細かなピッチでの分光感度を得ることができ、より少ない手間で、より高い信頼性で評価することができることになる。

また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、前記評価光照射部は、それぞれ異なる波長の複数の単色光を照射することが可能であり、前記分光感度算出部は、前記評価光照射部による前記単色光の照射の開始から、特定時間の経過後に前記検出部で検出された出力を用いて分光感度を算出し、前記特定時間は、前記評価光照射部が照射する複数の単色光のうち、代表する単色光の照射開始時から、前記検出部で検出される出力値の変化量が所定の閾値より小さくなった時までの時間であり、前記代表する単色光は、前記評価光照射部が照射する複数の単色光のうち、最も長い波長の単色光であることを特徴とする。

このような構成の太陽電池評価装置は、検出部が検出する太陽電池の出力が定常状態となるまでの時間を記憶している波長よりも短波長の単色光であれば、記憶している時間を用いることで、その短波長の単色光による分光感度を正確に求めることができるので、より少ない手間によって、より高い信頼性で評価することができることになる。

本発明にかかる太陽電池評価装置および太陽電池評価方法は、単色光照射開始後に出力が安定するまでに時間の必要な太陽電池をより高い信頼性でより少ない手間で評価することができる。

太陽電池に単色光を照射した際の出力電流の遷移を説明するための図である。 照射する単色光ごとに、単色光照射開始後の待ち時間を変更した場合の太陽電池の評価時間を示す図である。 実施形態における太陽電池の太陽電池評価装置の構成を示す図である。 太陽電池評価装置の最初の太陽電池の分光感度測定処理を示すフローチャートである。 太陽電池評価装置の最初の太陽電池と同種の太陽電池の分光感度測定処理を示すフローチャートである。 太陽電池評価装置の分光感度測定処理の変形例を示すフローチャートである。 白色光の照射に対するライトソーキングの効果を説明するための図である。 ライトソーキングの効果を示すための実測結果を示す図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。
＜実施形態＞
実施形態における太陽電池の太陽電池評価装置は、太陽電池の性能を評価するための評価指標として分光感度を測定するものであり、太陽電池の分光感度の測定に要する時間を短くするものである。

図１は、太陽電池ＰＶに単色光を照射した際の出力電流の遷移を説明するための図であり、その横軸は、経過時間であり、その縦軸は、太陽電池ＰＶの出力電流である。

グラフα１は、波長が４５０ｎｍ（ナノメートル）の単色光を太陽電池ＰＶに照射したときの、出力電流の推移を示すグラフであり、グラフα２は、波長が７００ｎｍの波長の単色光を太陽電池ＰＶに照射したときの、出力電流の推移を示すグラフである。図１において、時間ｔ１０は、単色光の照射を開始した時を示し、時間ｔ１１は、波長４５０ｎｍの単色光を照射した場合に、出力電流が定常状態となった時を示す。また、時間ｔ１２は、波長７００ｎｍの単色光を照射した場合に、出力電流が定常状態となった時を示す。

図１で示すように、太陽電池ＰＶの出力電流は、単色光の照射時間の経過に伴って徐々に大きくなり、やがて飽和して安定した電流値（定常状態）となるが、単色光の波長によって定常状態となるまでの時間が異なる。以下、この単色光の照射を開始してから出力電流が定常状態となるまでの時間を、「単色光照射開始後の待ち時間」という。すなわち、太陽電池に照射する光の波長ごとに、単色光照射開始後の待ち時間の時間が異なることになる。

したがって、実施形態の太陽電池評価装置では、太陽電池ＰＶの出力電流を測定するタイミングを単色光に応じて変えることで、高い信頼性で分光感度を求め、且つ、分光感度の測定時間を短縮するものである。

図２は、単色光に応じて太陽電池ＰＶの出力電流を測定するタイミングを変えて、太陽電池の分光感度を測定する場合の測定時間（評価時間）を説明するための図であり、その横軸は、経過時間であり、その縦軸は、太陽電池ＰＶの出力電流である。グラフα３、α４、α５は、それぞれ異なる波長の単色光であって、それぞれ波長λ３、λ４、λ５の単色光を太陽電池ＰＶに照射したときの、出力電流の推移を示すグラフである。

時間ｔ２０は、波長λ３の単色光の照射を開始した時を示し、時間ｔ２１は、太陽電池の出力電流が定常状態となった時を示す。時間ｔ２２は、時間ｔ２１の直後に波長λ４の単色光の照射を開始して、太陽電池の出力電流が定常状態となった時を示す。また、時間ｔ２３は、時間ｔ２２の直後に波長λ５の単色光の照射を開始して、太陽電池の出力電流が定常状態となった時を示す。

このように定常状態となったタイミング（直後）の時間ｔ２１、ｔ２２、ｔ２３それぞれにおいて、出力電流を測定して分光感度を求める。求めた分光感度はそれぞれ、波長λ３、λ４、λ５の単色光それぞれの分光感度となる。

すなわち、定常状態となった直後に分光感度を求めるので、必要最小限の時間で、各単色光の正確な分光感度を求めることが可能となる。

＜構成＞
図３は、実施形態における太陽電池の太陽電池評価装置の構成を示す図である。実施形態における太陽電池の太陽電池評価装置Ｓは、単色光照射開始後の待ち時間が必要な評価対象の太陽電池ＰＶを所定の評価項目で評価する装置であって、例えば、図３に示すように、評価光照射部１と、光学系２と、検出部３と、演算制御部４と、入力部５と、出力部６と、インターフェース（ＩＦ）部７と、記憶部８とを備える。

評価光照射部１は、演算制御部４の制御に従い、前記所定の評価項目で評価を行うための評価光を照射する装置である。本実施形態では、前記所定の評価項目が太陽電池の分光感度であるので、評価光は、照射光エネルギーの分かる単色光であって、さらに、その単色光の波長が可変である必要がある。前記単色光の可変波長帯域は、評価対象の太陽電池ＰＶが感度を有する波長域を含む。このため、評価光照射部１は、演算制御部４の制御に従って、単色光の波長を選択（可変）する機能、前記単色光の放射光強度を調整する機能、および、前記単色光を点灯および消灯する機能等の諸機能を備える装置である。このような分光感度で評価するための評価光照射部１は、例えば、図３に示すように、評価光光源駆動制御部１１と、評価光光源部１２と、光学系１３と、モノクロメータ１４と、光学系１５と、分岐光カプラ部１６、放射照度検知部１７と、増幅部１８とを備える。

評価光光源部１２は、モノクロメータ１４から射出される単色光の波長を含む、所定の波長帯域の光を放射する光源装置であり、例えば、キセノンランプ等である。キセノンランプは、輝度および色温度が高く、そして、紫外から可視を介して赤外までの広帯域に亘る連続スペクトルで光を放射するため、分光感度の測定に好適である。評価光光源駆動制御部１１は、演算制御部４の制御に従って、例えば前記評価光の放射（点灯）および停止（消灯）の駆動制御や前記評価光の放射光強度の調整制御等の、評価光光源部１２を駆動および制御する装置である。

光学系１３、光学系１５および光学系２は、その用途に応じて光を集中、または、コリメート（平行光化）させるためのレンズ等の光学素子である。評価光光源駆動制御部１１の制御に従って評価光光源部１２から放射された光は、光学系１３を介してモノクロメータ１４へ入射される。

モノクロメータ１４は、演算制御部４の制御に従い、評価光光源部１２から光学系１３を介して入射された光を、演算制御部４の指示（選択）に応じた所定の波長で単色光化して射出する装置である。モノクロメータ１４は、例えば、前記所定の波長帯域の前記光を空間的に分散させ、それをスリット等で狭い範囲の波長のみを取り出す分光器である。このようなモノクロメータ１４は、例えば、入射スリット、第１反射鏡、回折格子、第２反射鏡および出射スリットを備え、入射スリットを介して入射された入射光束を第１反射鏡で回折格子へ反射し、回折格子で回折された入射光束の回折光を第２反射鏡で出射スリットへ反射する装置である。モノクロメータ１４は、このような構成によって、回折格子等を回転させてスリットの位置に到達する光の波長を選択させ、所望の範囲の波長のみを取り出すこと（単色光化）ができる。モノクロメータ１４は、前記所望する範囲の波長を取り出すように演算制御部４によって制御される。モノクロメータ１４から射出された単色光は、光学系１５を介して分岐光カプラ部１６へ入射される。

分岐光カプラ部１６は、入射光を２つの光に分配して射出する光部品である。分岐光カプラ部１６に入射された単色光は、分岐光カプラ部１６で分配され、その一方は、放射照度検知部１７に入射され、その他方は、光学系２を介して、評価対象の太陽電池ＰＶへ照射される。

放射照度検知部１７は、分岐光カプラ部１６によって分配された単色光（モノクロメータ１４から射出された単色光）の放射照度（分光放射照度ではない）を測定する装置（基準検知器）であり、その測定結果を増幅部１８へ出力する。増幅部１８は、放射照度検知部１７で測定された放射照度を所定の増幅率で増幅して演算制御部４へ出力する。単色光の放射照度は、予め測定する等して分かっている場合には、放射照度検知部１７、増幅部１８および分岐光カプラ部１６は、無くてもよい。

検出部３は、評価項目に応じた前記太陽電池ＰＶの出力を検出する装置である。本実施形態では、前記所定の評価項目が太陽電池の分光感度であるので、検出部３は、前記太陽電池ＰＶの電圧および電流が分かる装置である。より具体的には、検出部３は、演算制御部４の制御に従った所定の電圧値の電圧を前記太陽電池ＰＶに印加して前記太陽電池ＰＶの出力電流を測定することができるとともに、前記所定の電圧値を変えることができる、いわゆるソースメータである。検出部３は、所定のサンプリング間隔で検出した前記太陽電池の出力を演算制御部４へ出力する。

入力部５は、外部からコマンド（命令）やデータ等を、太陽電池評価装置Ｓに入力するための機器であり、例えばキーボードやマウスやタッチパネル等である。

出力部６は、入力部５から入力されたコマンドやデータおよび演算制御部４の演算結果等を出力するための装置であり、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や有機ＥＬディスプレイ等の表示装置や、例えばプリンタ等の印刷装置である。

ＩＦ部７は、本太陽電池評価装置Ｓと外部の他の装置との間で互いにデータを交換するための通信インターフェースであり、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格に対応した装置やＲＳ２３２Ｃ規格に対応した装置である。

記憶部８は、例えばハードディスク装置等の外部記憶装置であり、例えば、検出部３の検出結果、演算制御部４の動作に必要なプログラムやデータおよび演算制御部４の演算結果等を記憶するものである。

実施形態では、記憶部８には、分光感度の測定処理に必要なデータとして、測定する全波長域、測定する波長のピッチ、ピッチごとの波長範囲（単色光）と対応付けた照射時間、太陽電池ＰＶの照射面積Ａが記憶される。例えば、測定する全波長域として３００〜１２００ｎｍ、ピッチとして５ｎｍが記憶される。この場合、測定すべき単色光の数は、１８１個となり、各単色光と対応付けて１８１個の照射時間が記憶される。照射時間は、単色光の照射を開始してから定常状態となるまでの時間である。また、記憶部８には、測定された分光感度が記憶される。

測定する全波長域、測定する波長のピッチ、太陽電池ＰＶの照射面積Ａは、太陽電池ＰＶの評価処理が開始される前に記憶される。また、各単色光と対応付けた照射時間は、最初の太陽電池ＰＶを評価する際に記憶され、最初の太陽電池ＰＶと同種の太陽電池ＰＶの分光感度を測定する際に用いられる。なお、各単色光の放射照度を、予め測定して記憶しておく場合は、測定した放射照度も、分光感度測定処理が開始される前に記憶される。

演算制御部４は、各部を当該機能に応じてそれぞれ制御することによって太陽電池評価装置Ｓの全体の動作を司るとともに、太陽電池ＰＶの評価を求める装置である。演算制御部４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶素子およびこれらの周辺回路とを備えて構成されるマイクロプロセッサ等である。

演算制御部４には、プログラムが実行されることによって、分光感度算出部４１および時間計測部４２が機能的に構成される。

分光感度算出部４１は、検出部３の出力である電流値ｄＩと、増幅部１８の出力である放射照度から算出した単位面積あたりの放射照度ｄＥと、記憶部８に記憶されている太陽電池ＰＶに照射される単色光の照射面積Ａとから、分光感度Ｓ（Ｉ、λ）＝ｄＩ（λ）×Ａ／ｄＥ（λ）を算出する。

時間計測部４２は、いわゆるタイマーであり、２つの機能を有する。１つ目は、演算制御部４から時間の計測（計時）が指示されると、時間の計測を開始し、演算制御部４から計測終了が指示されると、計測した経過時間を演算制御部４に通知する計時機能である。２つ目は、演算制御部４から計測時間を渡されて時間の計測が指示されると、経過時間の計測を開始し、渡された計測時間が経過すると演算制御部４に通知するタイムアップ通知機能である。

演算制御部４は、評価光光源駆動制御部１１およびモノクロメータ１４を制御し、記憶部８に記憶されているピッチごとの単色光を順次照射させ、単色光ごとに分光感度算出部４１に分光感度を算出させ、算出された分光感度を記憶部８に記憶する。

また、演算制御部４は、太陽電池ＰＶに単色光の照射を開始してから出力電流を監視し、出力電流が定常状態となると分光感度を求め、また、単色光の照射開始から定常状態となるまでの時間を測定しておき、照射時間として記憶部８に記憶する機能を有する。更に、太陽電池ＰＶと同種の太陽電池ＰＶの分光感度を測定する際には、記憶部８に各単色光と対応付けて記憶されている照射時間の照射を行った後に、出力電流を測定する機能を有する。

＜動作＞
次に、実施形態の太陽電池評価装置Ｓの動作について説明する。図４および図５は、ある種類の太陽電池ＰＶの評価を行う場合に行われる処理のフローチャートである。図４は、最初の太陽電池ＰＶの分光感度測定処理、すなわち、照射時間の取得と分光感度の測定とを行う処理のフローチャートである。図５は、最初の太陽電池ＰＶと同種の太陽電池ＰＶの分光感度測定処理のフローチャートである。

まず、図４を用いて、最初の太陽電池ＰＶの分光感度測定処理、すなわち、照射時間の取得と分光感度の測定とを行う処理について説明する。

オペレータ（ユーザ）によって評価対象の太陽電池ＰＶが所定の位置に配置され（ステップＳ１０）、最初の太陽電池ＰＶの測定開始の指示を入力部５から受け付けると、演算制御部４は、各機能部に動作開始を指示する。その後、演算制御部４は、測定する全波長域および測定する波長のピッチを、記憶部８から読み出し、最初の波長の単色光を評価光光源部１２が照射するよう評価光光源駆動制御部１１およびモノクロメータ１４を制御し（ステップＳ１１）、単色光の照射開始を指示する（ステップＳ１２）。照射させる最初の単色光は、測定する全波長域のうちの最も短波長の波長の単色光を照射させるものとし、長波長の方向にピッチ分ずらした波長の単色光を順次照射させるものとする。尚、長波長から短波長の方向にピッチ分ずつずらした波長の単色光を順次照射させることとしてもよく、また、照射する単色光の順序をランダムに決めておいてもよい。

単色光の照射開始を指示した演算制御部４は、時間計測部４２に時間の計測を指示する。指示を受けた時間計測部４２は、経過時間のカウントを開始する。また演算制御部４は、検出部３が所定のサンプリング間隔で検出する太陽電池ＰＶの出力電流を取得し、取得した出力電流が定常状態となったか否かを判断する（ステップＳ１４）。

この判断は、所定の単位時間変化に対する太陽電池の出力電流の変化が無いまたは所定の範囲内であるか否かによって判断され、所定の単位時間変化に対する太陽電池の出力電流の変化が無いまたは所定の範囲内である場合では、太陽電池ＰＶが定常状態になっている（安定した）と判定され、それ以外の場合では、太陽電池ＰＶが過渡状態である（安定していない）と判定される。

より具体的には、検出部３が所定のサンプリング間隔で太陽電池ＰＶの出力電流をサンプリング（検出）している場合に、前記所定の単位時間は、このサンプリング間隔とされる。そして、演算制御部４は、今回ｊのサンプリング（検出）によって検出部３で得られた太陽電池ＰＶの出力電流Ｉ_ｊから前回ｊ−１のサンプリング（検出）によって検出部３で得られた太陽電池ＰＶの出力電流Ｉ_ｊ−１を減算し、その減算結果の絶対値（＝｜（Ｉ_ｊ−Ｉ_ｊ−１）／（（Ｉ_ｊ＋Ｉ_ｊ−１）／２）｜）が予め設定された所定の閾値Ｔｈ以下であるか否かを判断する（｜（Ｉ_ｊ−Ｉ_ｊ−１）／（（Ｉ_ｊ＋Ｉ_ｊ−１）／２）｜≦Ｔｈ？）。この判断の結果、前記減算結果の絶対値が前記所定の閾値以下である場合（｜（Ｉ_ｊ−Ｉ_ｊ−１）／（（Ｉ_ｊ＋Ｉ_ｊ−１）／２）｜≦Ｔｈ）には、演算制御部４は、太陽電池ＰＶが定常状態になっている（安定した）と判断し、前記減算結果の絶対値が前記所定の閾値を超えている場合（｜（Ｉ_ｊ−Ｉ_ｊ−１）／（（Ｉ_ｊ＋Ｉ_ｊ−１）／２）｜＞Ｔｈ）には、演算制御部４は、太陽電池ＰＶが過渡状態である（安定していない）と判断する。また例えば、ＪＩＳ Ｃ ８９９１によれば、温度が４０〜６０℃の範囲で、４３ｋＷｈ・ｍ^−２以上の積算照射量を１つの区間として、２つの連続する区間の測定値が（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐａｖｅｒａｇ＜２％を満足する場合に、安定したと見なされる。なお、積算照射量は、評価光光源部１２から放射される単色光の放射照度、太陽電池ＰＶにおける単色光の照射領域面積およびサンプリング回数（１つの区間における単色光の照射時間）に基づいて求められ、太陽電池ＰＶの出力電力Ｐは、検出部３の印加電圧Ｖｂおよび検出部３で得られた太陽電池ＰＶの出力電流Ｉに基づいて求められる。

なお、ステップＳ１４の判断は、上述した、太陽電池ＰＶが定常状態になっている（安定した）と判定される条件を、複数回（例えば３回や５回等）、満たした場合に、初めて、太陽電池ＰＶが定常状態になっている（安定した）と判断してもよい。

また、判断基準の数値は、ユーザの所望する精度に応じて変更してもよく、ユーザが入力部５を介して入力できるようにしてもよい。また、太陽電池評価装置Ｓが仕様によって規定された測定精度から、自動的に決定されてもよい。この場合の測定精度は、検出部３の電流レンジや、測定回路系のインピーダンスで変わることになる。

判定基準を満たしていないと判断した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、演算制御部４は、更に検出部３から出力電流を取得して判定を行い、判定基準を満たしている判断した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、演算制御部４は、時間計測部４２に計測終了を指示して経過時間を受け取り、受け取った経過時間を照射時間として、現在照射させている単色光と対応付けて記憶部８に記憶させる（ステップＳ１５）。例えば、図３において、波長λ３の単色光の照射開始時間が時間ｔ２０であり、時間ｔ２１に定常状態となった場合には、時間ｔ２０〜ｔ２１の時間が波長λ３の単色光の照射時間となる。また、同様に、時間ｔ２１〜ｔ２２の時間が波長λ４の単色光の照射時間となる。

照射時間を記憶部８に記憶させた演算制御部４は、分光感度算出部４１に分光感度の算出を依頼する。

依頼を受けた分光感度算出部４１は、増幅部１８から放射照度を取得して単位面積あたりの放射照度ｄＥを算出し、記憶部８から太陽電池ＰＶの照射面積Ａを読み出し、検出部３から電流値ｄＩを取得して、分光感度Ｓ（Ｉ、λ）＝ｄＩ（λ）×Ａ／ｄＥ（λ）を算出し、演算制御部４に渡す（ステップＳ１６）。

分光感度算出部４１から分光感度を受け取った演算制御部４は、照射している単色光と対応付けて記憶部８に記憶させる（ステップＳ１７）。

分光感度を記憶部８に記憶させた演算制御部４は、測定対象の全波長についてのすべての単色光について分光感度を測定し終わったか否かを判断する（ステップＳ１８）。全ての単色光について測定していないと判断した場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、演算制御部４は、ステップＳ１１からステップＳ１８までの処理を、全ての単色光について行う。

測定対象の全波長についてのすべての単色光について分光感度を測定し終わったと判断した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、演算制御部４は、記憶部８から全ての単色光の分光感度を読み出し、読み出した分光感度および分光感度の測定が終了した旨を、出力部６に表示し（ステップＳ１９）、処理を終了する。

次に、図５を用いて、最初の太陽電池ＰＶと同種の太陽電池ＰＶの分光感度測定処理、すなわち、照射時間を用いた分光感度の測定処理について説明する。

オペレータ（ユーザ）によって評価対象の太陽電池ＰＶが所定の位置に配置され（ステップＳ２０）、照射時間を用いた太陽電池ＰＶの測定開始の指示を入力部５から受け付けると、演算制御部４は、各機能部に動作開始を指示する。その後、演算制御部４は、測定する全波長域および測定する波長のピッチ、および、各単色光と対応付けて記憶してある照射時間を、記憶部８から読み出し、最初の波長の単色光を評価光光源部１２が照射するよう評価光光源駆動制御部１１およびモノクロメータ１４を制御し（ステップＳ２１）、単色光の照射開始を指示する（ステップＳ２２）。照射させる単色光の順序は、最初の太陽電池ＰＶの測定時と同じであることが望ましい。具体的には、最初の太陽電池ＰＶの測定処理において、測定する全波長域のうちの最も短波長から長波長の方向にピッチ分ずらした波長の単色光を順次照射した場合は、短波長から順にピッチ分ずらして単色光を照射する。先に照射した単色光により履歴効果が生じ、かつ、安定化待ち時間が波長依存性を有しているからである。

単色光の照射開始を指示した演算制御部４は、照射した単色光と対応付けて記憶部８に記憶されている照射時間を時間計測部４２に渡し、カウントを依頼する。

依頼を受けた時間計測部４２は、時間のカウントを開始し（ステップＳ２３：Ｎｏ）、演算制御部４から渡された照射時間が経過したら（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、その旨を演算制御部４に通知する。例えば、図３において、時間ｔ２０に、波長λ３の単色光の照射が開始された場合、時間ｔ２１に時間計測部４２は演算制御部４に通知することになる。また、同様に、波長λ４の単色光の照射が時間ｔ２１に開始された場合には、時間ｔ２２に時間計測部４２は演算制御部４に通知する。

照射時間が経過した旨の通知を受けた演算制御部４は、分光感度算出部４１に分光感度の算出を依頼する。

依頼を受けた分光感度算出部４１は、増幅部１８から放射照度を取得して単位面積あたりの放射照度ｄＥを算出し、記憶部８から太陽電池ＰＶの照射面積Ａを読み出し、検出部３から電流値ｄＩを取得して（ステップＳ２４）、分光感度Ｓ（Ｉ、λ）＝ｄＩ（λ）×Ａ／ｄＥ（λ）を算出し、演算制御部４に渡す（ステップＳ２５）。

分光感度算出部４１から分光感度を受け取った演算制御部４は、現在測定中の太陽電池ＰＶの分光感度として、照射している単色光と対応付けて記憶部８に記憶させる（ステップＳ２６）。

分光感度を記憶部８に記憶させた演算制御部４は、測定対象の全波長についてのすべての単色光について分光感度を測定し終わったか否かを判断する（ステップＳ２７）。全ての単色光について測定していないと判断した場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、演算制御部４は、ステップＳ２１からステップＳ２７までの処理を、全ての単色光について行う。

測定対象の全波長についてのすべての単色光について分光感度を測定し終わったと判断した場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、演算制御部４は、記憶部８から全ての単色光の分光感度を読み出し、読み出した分光感度および分光感度の測定が終了した旨を、出力部６に表示し（ステップＳ２８）、処理を終了する。

図５に示すフローチャートの処理によって、最初の太陽電池ＰＶと同種の太陽電池ＰＶの分光感度を、短時間で求めることが可能となる。

上述のような太陽電池評価装置Ｓにおいては、太陽電池ＰＶの出力電流が定常状態となるまでの待ち時間を試行錯誤で決定するための手間を省くことができ、また、単色光ごとに最適な照射時間を決定することができるので、分光感度の測定において無駄な待ち時間をなるべく少なくし迅速な測定を行うことが可能となる。

また、太陽電池評価装置Ｓにおいては、ピッチごとの全ての単色光の照射時間を計測することとしているが、一部の単色光について照射時間を計測して記憶しておき、計測した波長と照射時間とに基づいて、測定していない単色光の照射時間を算出することとしてもよい。例えば、ピッチが１つ置き波長の単色光の照射時間を計測して求め、飛ばした波長の単色光の照射時間を、その単色光の前後の波長の単色光の照射時間から、補間（例えば、線形補間）により算出することとしてもよい。ピッチが等しい場合は、前後の波長の単色光の照射時間を足して、２で割ればよい。また、ピッチが等しくない場合は、波長間隔による加重平均で求める。また、測定した波長と照射時間との関係式を求め、関係式から、飛ばした波長の単色光の照射時間を求めることとしてもよい。例えば、飛ばした波長を含む波長範囲内で測定した波長とその照射時間とから、関係式を求める。なお、飛ばした波長を含む波長範囲は、飛ばした波長よりも短波長の波長のみを含む場合、飛ばした波長よりも長波長の波長のみを含む場合、飛ばした波長よりも短波長の波長および長波長の波長を含む場合がある。

また、太陽電池評価装置Ｓにおいては、照射時間を用いて太陽電池ＰＶの分光感度を測定する場合に（図５の分光感度測定処理）、同種の太陽電池ＰＶを用いて最初に照射時間を測定する（図４の分光感度測定処理）こととしているが、図４のフローチャートで示すような照射時間を求める処理は行わずに、同種の又は同類の太陽電池ＰＶの照射時間を用いたり、同種の又は同類の太陽電池ＰＶの照射時間から推定した時間を用いることとしてもよい。

＜変形例＞
実施形態では、測定する全波長域におけるピッチごとの単色光すべてについて、照射時間を計測し、単色光ごとに照射時間を変えて太陽電池ＰＶの分光感度を測定した。

変形例では、測定する単色光を複数含むように、全波長を複数のブロックに分け、ブロックごとに１つの照射時間を用いる場合を説明する。ブロック化は、単色光照射開始後の待ち時間が所定の時間範囲に入る単色光を一つのブロックとすることで行う。例えば、所定の時間範囲が３秒〜６秒である場合には、単色光照射開始後の待ち時間が３秒より長く、６秒以下となる単色光の波長が、１つのブロックに属することとなる。

図６は、最初の太陽電池ＰＶの分光感度測定処理、すなわち、照射時間の取得と分光感度の測定とを行う処理のフローチャートである。最初の太陽電池ＰＶと同種の太陽電池ＰＶは、図５を用いて説明した処理と同様に、単色光ごとに照射時間の照射を行って分光感度を算出することになる。但し、図５と異なるのは、照射時間が、単色光ごとではなく、ブロックごとに異なる点である。

以下、図６のフローチャートを用いて、分光感度測定処理を説明する。

オペレータ（ユーザ）によって評価対象の太陽電池ＰＶが所定の位置に配置され（ステップＳ３０）、最初の太陽電池ＰＶの測定開始の指示を入力部５から受け付けると、演算制御部４は、各機能部に動作開始を指示する。その後、演算制御部４は、測定する全波長域および測定する波長のピッチを、記憶部８から読み出し、全波長域を複数のブロックに分割する（ステップＳ３１）。実施形態では、ブロックに属する単色光は、その波長が連続するものであるとする。なお、ユーザが、入力部５および出力部６を介してブロック分割を行うこととしてもよい。

ブロックに分割した演算制御部４は、最初のブロックを構成する複数の単色光のうち、代表の単色光を評価光光源部１２が照射するよう評価光光源駆動制御部１１およびモノクロメータ１４を制御し、単色光の照射開始を指示する（ステップＳ３２）。実施形態では、代表の単色光は、ブロックを構成する単色光のうち、最も長波長の単色光とする。一般に、長波長の単色光を照射した方が、短波長の単色光を照射した場合に比べて、太陽電池ＰＶの出力電流が定常状態となるまでの時間が長いからである。

単色光の照射開始を指示した演算制御部４は、時間計測部４２に時間の計測を指示する。指示を受けた４２は、経過時間のカウントを開始する。また、演算制御部４は、検出部３から太陽電池ＰＶの出力電流を取得し（ステップＳ３３）、取得した出力電流が定常状態となったか否かを判断する（ステップＳ３４）。

演算制御部４は、定常状態となっていないと判断する場合は（ステップＳ３４：Ｎｏ）、更に検出部３から出力電流を取得して判定を行い、定常状態であると判断した場合は（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、時間計測部４２に計測終了を指示し、時間計測部４２から経過時間を受け取り、受け取った経過時間を照射時間として、現在照射させている単色光が属するブロックと対応付けて記憶部８に記憶させる（ステップＳ３５）。

照射時間を記憶部８に記憶させた演算制御部４は、分光感度算出部４１に分光感度の算出を依頼する。

依頼を受けた分光感度算出部４１は、増幅部１８から放射照度を取得して単位面積あたりの放射照度ｄＥを算出し、記憶部８から太陽電池ＰＶの照射面積Ａを読み出し、検出部３から電流値ｄＩを取得して、分光感度Ｓ（Ｉ、λ）＝ｄＩ（λ）×Ａ／ｄＥ（λ）を算出し、演算制御部４に渡す（ステップＳ３６）。

分光感度算出部４１から分光感度を受け取った演算制御部４は、照射している単色光と対応付けて記憶部８に記憶させる（ステップＳ３７）。

次に、演算制御部４は、ブロック内のまだ測定していない単色光を評価光光源部１２が照射するよう評価光光源駆動制御部１１およびモノクロメータ１４を制御し（ステップＳ３８）、単色光の照射開始を指示する（ステップＳ３９）。

単色光の照射開始を指示した演算制御部４は、照射している単色光が属するブロックと対応付けて記憶部８に記憶されている照射時間、すなわち、ステップＳ３５で記憶部８に記憶した照射時間を時間計測部４２に渡し、カウントを依頼する。

依頼を受けた時間計測部４２は、時間のカウントを開始し（ステップＳ４０：Ｎｏ）、演算制御部４から渡された照射時間が経過したら（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、その旨を演算制御部４に通知する。

照射時間が経過した旨の通知を受けた演算制御部４は、分光感度算出部４１に分光感度の算出を依頼する。

依頼を受けた分光感度算出部４１は、増幅部１８から放射照度を取得して単位面積あたりの放射照度ｄＥを算出し、記憶部８から太陽電池ＰＶの照射面積Ａを読み出し、検出部３から電流値ｄＩを取得して（ステップＳ４１）、分光感度Ｓ（Ｉ、λ）＝ｄＩ（λ）×Ａ／ｄＥ（λ）を算出し、演算制御部４に渡す（ステップＳ４２）。

分光感度算出部４１から分光感度を受け取った演算制御部４は、現在測定中の太陽電池ＰＶの分光感度として、照射している単色光と対応付けて記憶部８に記憶させる（ステップＳ４３）。

分光感度を記憶部８に記憶させた演算制御部４は、ブロックに属する単色光について分光感度を測定し終わったか否かを判断する（ステップＳ４４）。全ての単色光について測定していないと判断した場合（ステップＳ４４：Ｎｏ）、演算制御部４は、ステップＳ３８からステップＳ４４までの処理を、ブロックに属する全ての単色光について行う。

ブロック内の全単色光について分光感度を測定し終わったと判断した場合（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、演算制御部４は、測定対象の全波長について、すなわち、全ブロックの単色光について分光感度を測定し終わったか否かを判断する（ステップＳ４５）。全てのブロックについて測定していないと判断した場合（ステップＳ４５：Ｎｏ）、演算制御部４は、ステップＳ３２からステップＳ４５までの処理を、全てのブロックについて行う。

全ブロックについてのすべての単色光について分光感度を測定し終わったと判断した場合（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、演算制御部４は、記憶部８から全ての単色光の分光感度を読み出し、読み出した分光感度および分光感度の測定が終了した旨を、出力部６に表示し（ステップＳ４６）、処理を終了する。

変形例の太陽電池評価装置Ｓにおいては、波長が近い単色光は、定常状態となるまでの照射時間も差が少ないことから、複数の単色光をまとめてブロック化することにより、効率的な分光感度の測定を行うことが可能となる。

実施形態では、単色光ごとに照射時間を決定し、実施形態の変形例では、ブロックごとに照射時間を決定したが、全単色光のうち最も長かった照射時間を用いて、全単色光の測定を行ってもよい。各単色光の照射時間は最短とはならないが、試行錯誤によって照射時間の決定に要する時間が不要となる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｓ 太陽電池評価装置
ＰＶ 太陽電池
１ 評価光照射部
３ 検出部
４ 演算制御部
８ 記憶部
１２ 評価光光源部
１７ 放射照度検知部
４１ 分光感度算出部
４２ 時間計測部

Claims (7)

1. 評価前に所定時間の単色光の照射が必要な評価対象の太陽電池に、所定波長の単色光を照射する評価光照射部と、
   前記単色光を受けたときの、前記太陽電池の出力を検出する検出部と、
   前記評価光照射部により前記単色光の照射の開始から前記検出部で検出される出力を監視し、前記検出部で検出される出力値の変化量が、所定の閾値より小さくなったときに、前記検出部で検出されている出力と、前記単色光の照射エネルギーとに基づいて前記所定波長の分光感度を算出する分光感度算出部と
   を備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
2. 前記評価光照射部は、それぞれ異なる波長の複数の単色光を照射することが可能であり、
   前記評価光照射部による前記複数の単色光それぞれの照射開始時から、前記検出部で検出される出力値の変化量が所定の閾値より小さくなった時までのそれぞれの時間を、前記複数の単色光それぞれの波長に対応付けて記憶する記憶部を、更に備え、
   前記分光感度算出部は、前記評価光照射部による前記単色光の照射の開始から、当該単色光の波長に対応付けて記憶されている時間の経過後に前記検出部で検出された出力を用いて分光感度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池評価装置。
3. 前記分光感度算出部は、前記複数の単色光とは異なる波長の単色光が前記評価光照射部により照射される場合には、前記記憶部に記憶されている前記複数の単色光の波長のうち、照射される単色光の波長と関連する波長および当該波長に対応付けられている時間に基づいて、照射される単色光の波長に応じた時間を算出し、前記評価光照射部による当該単色光の照射の開始から、算出した時間の経過後に前記検出部で検出された出力を用いて分光感度を算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池評価装置。
4. 前記分光感度算出部は、前記記憶部に記憶されている前記複数の単色光の波長のうち、前記評価光照射部により照射される単色光の波長の前後の波長および当該波長に対応付けられている時間に基づいて、補間によって、照射される単色光の波長に応じた時間を算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池評価装置。
5. 前記分光感度算出部は、前記記憶部に記憶されている前記複数の単色光の波長のうち、前記評価光照射部により照射される単色光の波長を含む波長範囲に属する波長および当該波長に対応付けられている時間に基づいて、波長と時間との関係式を求め、当該関係式によって、照射される単色光の波長に応じた時間を算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池評価装置。
6. 前記評価光照射部は、それぞれ異なる波長の複数の単色光を照射することが可能であり、
   前記分光感度算出部は、前記評価光照射部による前記単色光の照射の開始から、特定時間の経過後に前記検出部で検出された出力を用いて分光感度を算出し、
   前記特定時間は、前記評価光照射部が照射する複数の単色光のうち、代表する単色光の照射開始時から、前記検出部で検出される出力値の変化量が所定の閾値より小さくなった時までの時間であり、
   前記代表する単色光は、前記評価光照射部が照射する複数の単色光のうち、最も長い波長の単色光である
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池評価装置。
7. 評価前に所定時間の単色光の照射が必要な評価対象の太陽電池に、所定波長の単色光を照射する評価光照射工程と、
   前記単色光を受けたときの、前記太陽電池の出力を検出する検出工程と、
   前記評価光照射工程により前記単色光の照射の開始から前記検出工程で検出される出力を監視し、前記検出工程で検出される出力値の変化量が、所定の閾値より小さくなったときに、前記検出工程で検出されている出力と、前記単色光の照射エネルギーとに基づいて前記所定波長の分光感度を算出する分光感度算出工程と
   を備えることを特徴とする太陽電池評価方法。

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