JP2015015879A - 太陽電池のｉ−ｖ特性測定装置、ｉ−ｖ特性測定方法、及び、ｉ−ｖ特性測定装置用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】例えばヘテロ接合型太陽電池のように印加電圧の掃引時間が短い場合、掃引方向によってＩ−Ｖ特性が異なってしまう太陽電池について、フラッシュ光タイプのソーラーシミュレータを用いながらも真のＩ−Ｖ特性を精度よく測定可能なＩ−Ｖ特性測定装置を提供する。【解決手段】各電圧値において暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値と、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩの電流値とを、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴの電流値が内分する内分比を算出する内分比算出部６８と、前記内分比と、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶと、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩと、に基づいて、前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを推定算出する明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９と、を備えた。【選択図】図1

Description

本発明は、太陽電池のＩ−Ｖ特性を測定するためのＩ−Ｖ特性測定装置、Ｉ−Ｖ特性測定方法、及び、Ｉ−Ｖ特性測定装置用プログラムに関するものである。

太陽電池のＩ−Ｖ特性は、例えば最大出力となる最適動作電流及び最適動作電圧を示すものであり、太陽電池の性能を評価するための重要な特性である。従来、太陽電池に対して疑似太陽光をフラッシュ光として照射しながら、前記太陽電池に対して短絡電流と開放電圧との間で印加電圧を掃引し、その際に太陽電池から出力される電流及び電圧を測定することで太陽電池のＩ−Ｖ特性が測定されている（特許文献１参照）。

ところで、ヘテロ接合型太陽電池等の高効率太陽電池が近年用いられるようになっているが、従来からある単結晶シリコンの太陽電池に対して用いていた上述のＩ−Ｖ特性の測定方法をこのような高効率太陽電池に対してそのまま用いると様々な問題が発生する。

具体的には、例えば疑似太陽光として０．１ｓ以下の照射時間を有するフラッシュ光を高効率太陽電池に照射し、その照射時間に合わせて短絡電流から開放電圧までの間で太陽電池への印加電圧を掃引してＩ−Ｖ特性を測定すると、その掃引方向によって測定されるＩ−Ｖ特性が大きく異なってしまう。すなわち、印加電圧の掃引時間が短い場合、高効率太陽電池のＩ−Ｖ特性は印加電圧の掃引方向に対してヒステリシスを示してしまう。

このようなヒステリシスが発生するのは、高効太陽電池は単結晶シリコンの太陽電池と比較して、静電容量が大きく、印加電圧の掃引時間を短くした場合には、その静電容量の影響が表れるからである。

一方、太陽電池への印加電圧の掃引時間を十分に長くして高効率太陽電池のＩ−Ｖ特性を測定した場合には、前述したようなヒステリシスはほぼ表れず、単結晶シリコンの太陽電池と同じようなパターンのＩ−Ｖ特性を示すことが知られている。このため、印加電圧の掃引時間を所定時間以下に短く設定した場合に、Ｉ−Ｖ特性が印加電圧の掃引方向に対してヒステリシスを示すような太陽電池については、印加電圧の掃引時間を例えば０．５ｓ以上等のように長く設定し、印加電圧の変化を緩やかにした定常状態で測定されたＩ−Ｖ特性を真の値として扱っている。

しかしながら、このように印加電圧の掃引時間を長くするのに合わせて、疑似太陽光であるフラッシュ光の照射時間を延ばし、長時間に亘って太陽電池に対して照射することは実際には難しい。より具体的には、太陽電池の生産主要国ではフラッシュ光によるＩ−Ｖ特性の測定の方が主流の為、以下の問題が発生する。

例えば、キセノンランプが用いられたソーラーシミュレータによって長時間に亘ってアーク放電を発生させて疑似太陽光を太陽電池に対して照射すると、照射時間が長くなるのに伴って加速度的にキセノンランプの寿命は短くなってしまう。すると、太陽電池の性能評価ラインでは、キセノンランプの交換が頻繁に発生することになり、単位時間当たりに評価できる太陽電池の枚数であるスループットが大幅に低下してしまう。

また、長時間の放電を可能にしようとすると、例えばコンデンサに必要な電力をチャージする時間も長くなってしまい、このこともスループットが低下してしまう原因となる。例えば充電用のコンデンサを複数設置し、交互に充電させることでスループットを改善する事は可能であるが、ソーラーシミュレータを含むＩ−Ｖ特性測定装置の大型化や製造コストの上昇を招いてしまう。

さらに、従来から単結晶シリコンの太陽電池についてＩ−Ｖ特性の評価を行っている評価ラインで用いられているソーラーシミュレータはほぼフラッシュ光タイプのものであり、長時間に亘って定常光として疑似太陽光を照射するようにはそもそも構成されていない。したがって、高効率太陽電池を上述した従来のＩ−Ｖ特性測定方法により評価しようとすると、太陽電池の評価を行ってきた既存の評価ライン等では従来のソーラーシミュレータから定常光を照射可能なソーラーシミュレータに更新しなくてはならず、導入コストが非常に高いといった問題もある。

特開２０１３−４６６４号公報

本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、例えばヘテロ接合型太陽電池のように印加電圧の掃引時間が短い場合、その掃引方向によってＩ−Ｖ特性が異なってしまう太陽電池について、フラッシュ光タイプのソーラーシミュレータを用いながらも真のＩ−Ｖ特性を精度よく測定可能なＩ−Ｖ特性測定装置、Ｉ−Ｖ特性測定方法、及び、Ｉ−Ｖ特性測定装置用プログラムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明の太陽電池のＩ−Ｖ特性測定装置は、請求項１に記載の発明のように太陽電池に対して疑似太陽光が照射される明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が所定時間以内に短絡電流側から開放電圧側へ掃引される順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態順方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間以内に開放電圧側から短絡電流側へ掃引される逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記太陽電池に対して疑似太陽光が照射されていない暗状態、かつ、前記順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記暗状態、かつ、前記逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記暗状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間より長い時間をかけて短絡電流側及び開放電圧側の間において掃引される定常掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部と、各電圧値において、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性の電流値と、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性の電流値とを、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性の電流値が内分する内分比を算出する内分比算出部と、前記内分比と、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性と、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性と、に基づいて、前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出する明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部と、を備えていることを特徴とする。

ここで、「明状態」とは例えばソーラーシミュレータからＩ−Ｖ特性の測定に適した疑似太陽光が照射されている状態を言う。具体例としては、ＩＥＣやＪＩＳにより規定される疑似太陽光の基準を満たした光が前記太陽電池に照射されている状態が挙げられる。また、「暗状態」とは、太陽電池に対して全く光が照射されていない状態だけではなく、少なくとも前記「明状態」よりも照度が低く、その照度がほぼ一定で安定しているような状態も含む概念である。つまり、「暗状態」においては例えばソーラーシミュレータを待機状態として照度を落とした状態で一定の照度で点灯していてもよい。本明細書においては、明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性は、太陽電池内の抵抗の影響が補正される前のもの、太陽電池内の抵抗の影響が補正されたものの両方を含む概念のものである。すなわち、各Ｉ−Ｖ特性は生データとしてのＩ−Ｖ特性であってもよいし、何らかの補正演算が行われた後のＩ−Ｖ特性であってもよく、生データとして測定されたときの測定条件がそれぞれ異なった５つの条件であることを特徴とする。

このようなものであれば、例えばソーラーシミュレータにより疑似太陽光を照射されている明状態においては、掃引時間が所定時間内に設定されている前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性及び前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性の２つだけを測定し、かつ、前記ソーラーシミュレータから疑似太陽光が照射されていない暗状態において、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性の３つを測定することによって、これらの５つのＩ−Ｖ特性に基づいて太陽電池の真のＩ−Ｖ特性であると考えられる前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性を直接測定することなく得ることができる。

次に、上述した５つの測定されたＩ−Ｖ特性から真のＩ−Ｖ特性であると考えられる前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性を得られる理由について定性的に説明する。

例えばヘテロ接合型太陽電池は、印加電圧の掃引方向やその掃引時間によって測定されるＩ−Ｖ特性が大きく変化してしまうが、各電圧値において測定される逆方向Ｉ−Ｖ特性の電流値から順方向Ｉ−Ｖ特性の電流値を引いた相対的な差に対してはそれほど大きな影響を受けない。

すなわち、明状態、又は、暗状態のいずれであっても、太陽電池への印加電圧の掃引方向と掃引時間が同じ条件であれば、出力される電流値にオフセットがあったとしても、各状態で測定されたＩ−Ｖ特性には同じような変化特性が表れている。

より具体的には、測定されている暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性の組で保たれている電流値間の関係性は、明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、明状態定常Ｉ−Ｖ特性の組においても同様に保たれている。

このことから、暗状態で測定された３つのＩ−Ｖ特性から算出される値であり、それぞれのグラフ形状の関係性を表す前記内分比は、明状態で測定された各Ｉ−Ｖ特性についても同様に用いることができる。

したがって、測定された前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性及び前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性と前記内分比に基づいて、未知の前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出することができ、当該明状態定常Ｉ−Ｖ特性を直接測定しなくてもよい。

しかも、前記明状態におけるＩ−Ｖ特性の測定においては、太陽電池への印加電圧の掃引時間は所定時間以内に設定されているので、疑似太陽光を定常光として保つ必要がなく、例えばフラッシュ光等の短い照射時間で測定することができる。したがって、疑似太陽光として定常光を太陽電池に照射する必要がないので、従来からあるフラッシュ光タイプのソーラーシミュレータをそのまま用いながらも例えば高効率太陽電池等の特殊なＩ−Ｖ特性の性質を持つものであっても真のＩ−Ｖ特性を精度よく測定する事が可能となる。このため、新たな設備を導入する必要がなく、例えばプログラム等の書き換えだけで済むので、導入コストを抑えながら特殊な太陽電池のＩ−Ｖ特性の測定にも対応できる。

また、フラッシュ光のみで太陽電池のＩ−Ｖ特性を測定することができるので、ソーラーシミュレータに用いられている光源の劣化を抑えることができ、長期間に亘って使用し続けることができる。このため、ソーラーシミュレータに用いられている光源の交換頻度を低減することができるので、単位時間当たりのＩ−Ｖ特性測定数であるスループットを高く保つことができる。

なお、請求項９に記載の発明であるＩ−Ｖ特性測定方法、及び、請求項１０に記載の発明であるＩ−Ｖ特性測定装置用プログラムも上述したのと同様の効果を奏し得る。

生データとして測定される各Ｉ−Ｖ特性は、太陽電池内の抵抗に影響を受けているので、直列抵抗の影響を考慮せずに明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出すると、計算結果に誤差が生じる場合がある。このような誤差を補正し、より精度よく前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部が明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出できるようにするには、請求項２に記載の発明のように前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、及び、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部が、太陽電池内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性をそれぞれ記憶するものであればよい。

各Ｉ−Ｖ特性における太陽電池内の抵抗の影響を補正するための具体的な構成としては、請求項３に記載の発明のように太陽電池内の抵抗の影響が補正される前の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、及び、太陽電池内の抵抗の影響が補正される前の暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性に基づいて太陽電池内の抵抗の値を算出する内部抵抗算出部と、前記内部抵抗算出部で算出された抵抗の値に基づいて、太陽電池内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を算出する補正Ｉ−Ｖ特性算出部をさらに備えたものが挙げられる。

生データとしてのＩ−Ｖ特性から、太陽電池内の直列抵抗の影響を差し引き、理想的なＩ−Ｖ特性へと補正し、推定算出される明状態定常Ｉ−Ｖ特性が実測される明状態定常Ｉ−Ｖ特性と略一致させることができるようにするには、請求項４に記載の発明のように前記内部抵抗算出部が、太陽電池内の直列抵抗の値を算出するように構成されており、前記補正Ｉ−Ｖ特性算出部が、太陽電池内の抵抗の影響が補正される前の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性に対して、各電圧値について前記内部抵抗算出部で算出された直列抵抗の値及び各電圧値と対となる電流値の積を足して各電圧値を補正し、太陽電池内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を算出するように構成されていればよい。

前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性を得るために必要な５つのＩ−Ｖ特性を例えば測定シーケンス等を組み、効率よく取得できるようにするには、請求項５に記載の発明のようにソーラーシミュレータが太陽電池に対して照射する疑似太陽光の照射状態を制御する照射制御部と、負荷電源が前記太陽電池に印加する印加電圧を制御する印加電圧制御部と、をさらに備え、前記照射制御部が、前記明状態と、前記暗状態と、のいずれかの状態となるように前記ソーラーシミュレータを制御するように構成されており、前記印加電圧制御部が、前記順方向掃引モードと、前記逆方向掃引モードと、前記定常掃引モードと、のいずれかの掃引モードで前記負荷電源を制御するように構成されていればよい。

ヘテロ接合型太陽電池等の高効率太陽電池の明状態定常Ｉ−Ｖ特性を実測することなく、精度よく得ることができ、ソーラーシミュレータの寿命を長くし、スループットを高めるのに適した所定時間としては、請求項６に記載の発明のように前記所定時間が、前記順方向掃引モードで測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性と、前記逆方向掃引モードで測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性とが異なるように設定されていればよい。

例えば、太陽電池の評価ライン上において太陽電池への疑似太陽光の照射を行いながら、すぐに前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性を算出できるようにしつつ、ソーラーシミュレータに用いられている光源の劣化を防ぎ長期間に亘って交換を必要がないようにしてスループットを高いものとするための具体的な実施の態様としては、請求項７に記載の発明のように前記ソーラーシミュレータと、前記負荷電源と、前記太陽電池から出力される電流及び電圧を測定する電流電圧測定機構をさらに備え、前記ソーラーシミュレータが、前記疑似太陽光としてフラッシュ光を前記太陽電池に照射するように構成されているものが挙げられる。

前記太陽電池への印加電圧の掃引において、例えば太陽電池から出力される電圧による影響やその他の外乱による影響を受けにくくして、最も好ましい態様で印加電圧が掃引されるようにし、その結果、前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性が正確な値として得られるようにするには、請求項８に記載の発明のように前記負荷電源から出力されている電圧である負荷電源電圧を測定する負荷電源電圧測定機構をさらに備え、前記印加電圧制御部が、掃引する印加電圧の目標値である印加電圧目標値と、前記負荷電源電圧測定機構で測定される負荷電源測定電圧との偏差が小さくなるように前記負荷電源を制御するように構成されていればよい。このようなものであれば、負荷電源を制御するフィードバックループの外に前記太陽電池は置かれることになるので、太陽電池の出力やその他の外光等の影響は前記負荷電源には入力されず、制御が安定し、Ｉ−Ｖ特性の測定に理想的な印加電圧の掃引が可能となる。

このように本発明のＩ−Ｖ特性測定装置によれば、フラッシュ光タイプの疑似太陽光を用いて測定される２つの明状態でのＩ−Ｖ特性と、疑似太陽光を照射せずに想定される３つの暗状態でのＩ−Ｖ特性に基づいて、太陽電池の真のＩ−Ｖ特性であると考えられる前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性を得ることができる。したがって、定常光を照射できるソーラーシミュレータ等を新たに導入する必要がなく、例えばプログラムの書き換え等だけで既存のＩ−Ｖ特性測定装置でも高効率太陽電池等の真のＩ−Ｖ特性を測定することができ、導入コストを低減することができる。また、フラッシュ光タイプのソーラーシミュレータを用いることができ、そのメンテナンス頻度を低くすることができるので、スループットも高い状態にできる。

本発明の一実施形態に係るＩ−Ｖ特性測定装置の全体構成を示す模式図。 同実施形態における測定回路の構成について示す模式的回路図。 同実施形態における演算部の構成について示す機能ブロック図。 同実施形態におけるＩ−Ｖ特性測定時の動作について示すタイムチャート。 同実施形態における５つのＩ−Ｖ特性の測定結果の一例を示すグラフ。 同実施形態における暗状態で測定されたＩ−Ｖ特性から算出される内分比について示すグラフ。 同実施形態における算出された明状態定常Ｉ−Ｖ特性について示すグラフ。 本発明の別の実施形態に係るＩ−Ｖ特性測定装置の全体構成を示す模式図。 別の実施形態における太陽電池内の直列抵抗の影響が補正される前の５つのＩ−Ｖ特性の測定結果の一例を示すグラフ。 別の実施形態における太陽電池内の直列抵抗の影響が補正される前のＩ−Ｖ特性から太陽電池の直列抵抗の値を算出する手順、及び、算出結果を示すグラフ。 別の実施形態における太陽電池内の直列抵抗の影響が補正された５つのＩ−Ｖ特性を示すグラフ。 別の実施形態における暗状態で測定され、太陽電池内の直列抵抗の影響が補正されたＩ−Ｖ特性から算出される内分比と、その内分比により算出された明状態定常Ｉ−Ｖ特性について示すグラフ。

本発明の一実施形態に係るＩ−Ｖ特性測定装置１００について各図を参照しながら説明する。

本実施形態のＩ−Ｖ特性測定装置１００は、太陽電池のＩ−Ｖ特性を測定するためのものであり、例えば、製造された太陽電池について評価し、その特性ごとに分類するために用いられるものである。本実施形態では、前記太陽電池として、例えばヘテロ接合型太陽電池等の高効率太陽電池のＩ−Ｖ特性の測定を目的としている。

ここで、測定対象とする太陽電池の特性としては、Ｉ−Ｖ特性の測定時において太陽電池への印加電圧の掃引時間が所定時間よりも短い場合（掃引速度が速い場合）、印加電圧の掃引方向に対して測定されるＩ−Ｖ特性がヒステリシスを示す点が挙げられる。一方、前記所定時間よりも長い十分な時間をかけて印加電圧が掃引された場合、ヒステリシスはほとんど発生せず、掃引方向によらずほぼ同じＩ−Ｖ特性が測定される。また、本実施形態では測定対象を太陽電池セルＳＣとしているが、太陽電池セルＳＣを複数枚組み合わせた太陽電池パネルのＩ−Ｖ特性の測定についても本発明を適用することができる。すなわち、本明細書では太陽電池とは太陽電池セルＳＣ及び太陽電池パネルの両方の概念を含むものである。

次に前記Ｉ−Ｖ特性測定装置１００を構成する各部の概略について説明すると、当該Ｉ−Ｖ特性測定装置１００は、図１に示すように疑似太陽光を太陽電池セルＳＣに対して照射するソーラーシミュレータ１と、前記ソーラーシミュレータ１を制御する照射制御部１３と、前記太陽電池セルＳＣが載置される試料台２と、前記太陽電池セルＳＣの表面に形成されたフィンガー電極又はバスバー電極と接触するプローブバー３と、太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性を測定するＩ−Ｖテスタ５と、各部の制御及び各種演算を行う制御演算装置６（パソコン）を少なくとも備えたものである。

前記ソーラーシミュレータ１は、底面が開口した概略直方体形状の筐体１１と、前記筐体１１の内部の上面側に収容された光源１２とから構成してある。前記光源１２は、概略リング状に形成されたロングアークキセノンランプであり、疑似太陽光をフラッシュ光（パルス光）として前記太陽電池セルＳＣに対して照射する。ここでフラッシュ光とは、その発光時間が０．０１〜０．１ｓ程度に設定された光である。言い換えると、このソーラーシミュレータ１はいわゆるフラッシュ光タイプのものであり、定常光タイプのものとは異なり、前記光源１２の寿命を長く保つのに適した照射時間でのみ疑似太陽光の照射が行われるようにしてある。

前記照射制御部１３は、前記ソーラーシミュレータ１が前記太陽電池セルＳＣに対して照射する疑似太陽光の照射状態を制御するものである。

より具体的には、前記照射制御部１３は、前記太陽電池セルＳＣに対して疑似太陽光が照射される明状態と、前記太陽電池セルＳＣに対して疑似太陽光が照射されていない暗状態と、のいずれかの状態となるように前記ソーラーシミュレータ１を制御するように構成してある。ここで、前記照射制御部１３は、明状態においては前記ソーラーシミュレータ１を予め定めた発光時間のみ発光させ、暗状態においては前記ソーラーシミュレータ１が完全に消灯した状態を維持するように制御する。

前記試料台２は、前記太陽電池セルＳＣの裏面を吸着保持できるように真空ポンプ２１に接続されているとともに、Ｉ−Ｖ特性測定時において前記太陽電池セルＳＣの温度を測定条件として推奨される温度で一定に保つため、チラー２２により冷却してある。なお、本実施形態では前記ソーラーシミュレータ１はフラッシュ光タイプのものであるので、疑似太陽光の照射によって前記太陽電池セルＳＣへ加えられる熱量は定常光タイプのものと比べて小さくでき、前記チラー２２による温度制御も省エネルギーで精度よく行うことができる。また、この試料台２に前記太陽電池セルＳＣが載置され、当該太陽電池セルＳＣの表面に前記プローブバー３が接触した状態において、図２に示すようなＩ−Ｖ特性測定回路が形成されるようにしてある。

より具体的には、図２に示す前記Ｉ−Ｖ特性測定回路は、左半分が太陽電池セルＳＣの電気的特性を示すものであり、右半分が前記Ｉ−Ｖテスタ５、前記プローブバー３によって構成されるものである。すなわち、前記Ｉ−Ｖテスタ５、及び、前記プローブバー３によって、四端子法によって前記太陽電池セルＳＣから出力される電流及び電圧を測定するものである。

図２においては、太陽電池セルＳＣはダイオード、コンデンサ、並列抵抗Ｒｓｈ、直列抵抗Ｒｓによりモデル化してある。本実施形態では、並列抵抗が実質的に無限大、直列抵抗が実質的にゼロの理想電池として取り扱っている。すなわち、本実施形態ではＩ−Ｖテスタ５で測定されるＩ−Ｖ特性には太陽電池内の内部抵抗による電力の損失の影響が略無視できる程度であると想定して、明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出するようにしてある。

前記Ｉ−Ｖテスタ５は、前記太陽電池セルＳＣが前記試料台２に対して載置されると当該太陽電池セルＳＣに電気的に接続されるとともに、前記太陽電池セルＳＣに対して印加電圧を掃引する負荷電源７と、前記負荷電源７が前記太陽電池セルＳＣに対して印加する電圧を制御する印加電圧制御部７１と、前記負荷電源７により太陽電池セルＳＣに対して印加電圧の掃引が行われている間に当該太陽電池セルＳＣから出力される電流、電圧を測定する電流計Ｍ１、電圧計Ｍ２からなる電流電圧測定機構Ｍと、を少なくとも備えたものである。

前記印加電圧制御部７１は、前記Ｉ−Ｖテスタ５内の制御基板によってその機能が実現されるものであり、太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性測定時において前記負荷電源７が前記太陽電池セルＳＣに印加する印加電圧を制御するものである。より具体的には、前記印加電圧制御部７１は、所定時間以内に短絡電流Ｉ_ＳＣ側から開放電圧Ｖ_ＯＣ側へ印加電圧を掃引する順方向掃引モードと、前記所定時間以内に開放電圧Ｖ_ＯＣ側から短絡電流Ｉ_ＳＣ側へ印加電圧を掃引する逆方向掃引モードと、前記所定時間より長い時間をかけて短絡電流Ｉ_ＳＣ側及び開放電圧Ｖ_ＯＣ側の間において印加電圧を掃引する定常掃引モードと、のいずれかの掃引モードで前記負荷電源７を制御するように構成してある。

ここで、前記所定時間については、前記ソーラーシミュレータ１を発光させる前記発光時間よりも短く設定してある。また、この所定時間でヘテロ接合型太陽電池等の高効率太陽電池を測定した場合には、前記順方向掃引モードで測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性と、前記逆方向掃引モードで測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性とは異なっている。すなわち、前記所定時間は、掃引方向に対して太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性がヒステリシスを示す程度に短い時間である。

逆に前記定常掃引モードでは、印加電圧の掃引時間は前記所定時間より長い時間であって、前記太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性に掃引方向に対するヒステリシスがほぼ表れない時間に設定してある。

そして、前記照射制御部１３及び前記印加電圧制御部７１が協業することによって、例えば図４のタイミングチャートに示すように、照射状態及び掃引モードの組み合わせがそれぞれ異なる５組のＩ−Ｖ特性について測定が行えるようにしてある。より具体的には、最初に暗状態における順方向掃引モード、逆方向掃引モード、及び、定常掃引モードでの３つのＩ−Ｖ特性の測定が行われ、その後、明状態における順方向掃引モード、逆方向掃引モードでの２つのＩ−Ｖ特性の測定が行われる。

図４を見れば明らかなように、明状態及び暗状態のいずれであっても順方向掃引モード及び逆方向掃引モードでの太陽電池セルＳＣへの印加電圧の掃引時間、変化させる電圧のレンジは揃えてあり、照射状態以外の測定条件は極力揃えるようにしてある。

図２の回路図に示すように前記印加電圧制御部７１は、前記負荷電源７から出力されている電圧である負荷電源電圧を測定する負荷電源電圧測定機構７２と、掃引する印加電圧の目標値である印加電圧目標値を生成する指令値生成部７３と、を備え、前記負荷電源電圧と前記印加電圧目標値の偏差が前記負荷電源７へフィードバックされるようにしてある。

すなわち、図４では見やすさのために掃引電圧波形については掃引区間において直線でその変化を表しているが、実際の掃引指令については階段状に変化する目標電圧目標値を入力している。より具体的には、前記印加電圧制御部７１は、掃引する印加電圧の目標値である印加電圧目標値と、負荷電源電圧測定機構７２で測定される負荷電源測定電圧との偏差が小さくなるように前記負荷電源７を制御するように構成してある。

前記負荷電源電圧測定機構７２は、前記電流電圧測定機構Ｍの前記電圧計Ｍ２の測定点よりも前記負荷電源７に近い場所に設定してあり、前記太陽電池セルＳＣからの出力が前記負荷電源７のフィードバック系に入力されないようにしてある。また、前記負荷電源電圧測定機構７２の測定点と、前記電圧計Ｍ２の測定点とは十分な配線距離を取ってある。

すなわち、印加電圧の掃引に関するフィードバック制御については、前記電流電圧測定機構Ｍで測定される前記太陽電池セルＳＣから出力される電圧を用いていない。したがって、印加電圧の掃引に関するフィードバックループ系は、前記太陽電池セルＳＣからの出力の影響を受けることなく、前記負荷電源７から出力される電圧のみを参照して、前記印加電圧目標値の通りの出力が負荷電源７からされるようにしてある。このようにフィードバック系が構成されているので、制御が安定し、理想的なＩ−Ｖ特性の測定を実現でき、ひいてはＩ−Ｖ特性の測定も正確なものにできる。

さらに前記Ｉ−Ｖテスタ５は、図２の回路図における電流計Ｍ１と電圧計Ｍ２により測定される前記太陽電池セルＳＣの出力に基づいて、当該太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性に関するデータを作成し、グラフとして前記制御演算装置６の表示画面にプロットするものである。

前記制御演算装置６は、ＣＰＵ、メモリ、表示デバイス、入出力手段、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａコンバータ等を具備するいわゆるコンピュータであって、前記メモリに格納されたＩ−Ｖ特性測定装置用プログラムを実行することにより、図３の機能ブロック図に示すように少なくともＩ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａ、内分比算出部６８、明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９としての機能を発揮するように構成してある。

各部について詳述する。

前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａは、前記照射制御部１３により設定されている照射状態及び前記印加電圧制御部７１により設定されている掃引モードを取得し、その組み合わせごとに測定されたＩ−Ｖ特性について記憶するものである。より具体的には、図３に示すように前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａは、明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６３、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６４、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６５、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６６、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部６７とからなり、それぞれ測定条件の異なるＩ−Ｖ特性を記憶するものである。なお、照射状態が２通り、掃引モードが３通りあるので、６通りの測定条件が考えられるが、明状態、かつ、定常掃引モードでのＩ−Ｖ特性の測定は本実施形態ではフラッシュ光タイプのソーラーシミュレータ１を用いているので測定は行っていない。また、本実施形態では、図３の機能ブロック図からわかるように、各Ｉ−Ｖ特性記憶部６３、６４、６５、６６、６７は、電流電圧測定機構Ｍで測定される電圧値及び電流値の生データをそれぞれの測定条件ごとに分類して記憶するように構成してある。

前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６３は、前記明状態、かつ、前記順方向掃引モードにおいて前記電流電圧測定機構Ｍにより測定される前記太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性である明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶを記憶するものである。

前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６４は、前記明状態、かつ、前記逆方向掃引モードにおいて前記電流電圧測定機構Ｍにより測定される前記太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性である明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩを記憶するものである。

前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６５は、前記暗状態、かつ、前記順方向掃引モードにおいて前記電流電圧測定機構Ｍにより測定される前記太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性である暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶを記憶するものである。

前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６６は、前記暗状態、かつ、前記逆方向掃引モードにおいて前記電流電圧測定機構Ｍにより測定される前記太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性である暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩを記憶するものである。

前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部６７は、前記暗状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて前記電流電圧測定機構Ｍにより測定される前記太陽電池セルＳＣのＩ−Ｖ特性である暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴを記憶するものである。

ここで、前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａに記憶されている測定された各Ｉ−Ｖ特性の一例についてグラフにより図示すると、図５のようになる。図５に示した暗状態において測定されたＩ−Ｖ特性から分かるように、最大出力点の近傍を見た場合に下側から順方向Ｉ−Ｖ特性、定常Ｉ−Ｖ特性、逆方向Ｉ−Ｖ特性の順番でプロットされ、この傾向については照射状態に関わりなく成り立つ。また明状態と暗状態においては、電流値についてオフセットは発生しているものの、グラフの外形はよく似た傾向を示すことが分かる。さらに、測定していない前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるはずのＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴについては、明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶと、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩの間を内分するように表れる。

以下に詳述する前記内分比算出部６８及び前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９では、この測定していない明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴについて、測定した５つのＩ−Ｖ特性に基づいて算出するように構成してある。

前記内分比算出部６８は、図６のグラフに示すように各電圧値において、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値と、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩの電流値とを、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴの電流値が内分する内分比を算出する。本実施形態では、内分比として前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩの電流値から前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値を引いた値であるａと、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴの電流値から前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値を引いた値であるｂの比ｂ／ａを各電圧値において算出するように前記内分比算出部６８を構成してある。なお、ゼロ割が発生する電圧値の区間については内分比を１として扱っている。

前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９は、前記内分比と、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶと、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩと、に基づいて、前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを推定算出するものである。より具体的には、前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９は、各電圧値において前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩの電流値から前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶの電流値を引いた値であるｃを算出し、各電圧値におけるｃに各電圧値における前記内分比ｂ／ａを乗じて補正量ｄを得る。さらに前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９は、図７のグラフに示すように前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶの各電圧値における電流値に対して補正量ｄを足し、それを前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴとして出力するようにしてある。

このように本実施形態のＩ−Ｖ特性測定装置１００によれば、定常光タイプのソーラーシミュレータを用いることなくフラッシュ光タイプのソーラーシミュレータ１によって、前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを推定算出することができる。

したがって、太陽電池セルＳＣの評価ラインにおいて導入されている既存のフラッシュ光タイプのソーラーシミュレータ１をそのまま用いながら、ヘテロ接合型太陽電池のように印加電圧の掃引時間が短い場合に掃引方向によってヒステリシスを示すような太陽電池セルＳＣについてその真のＩ−Ｖ特性である前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを得ることができる。

また、Ｉ−Ｖ特性を測定するために疑似太陽光を長時間に亘って定常的に照射する必要がなく、短時間の照射のみを行えばよいので前記光源１２の劣化の進行を抑えやすく、当該光源１２の交換頻度を低減することができる。したがって、太陽電池セルＳＣの評価ラインにおいて全体の処理時間における前記光源１２の交換が占める割合を低下させ、単位時間当たりの評価枚数等のスループットを向上させることができる。

本発明の別の実施形態について図８乃至図１２を参照しながら説明する。なお、前記実施形態に対応する部材には同じ符号を付すこととする。

この別の実施形態においては、太陽電池の内部抵抗による各Ｉ−Ｖ特性への影響を補正し、５つのＩ−Ｖ特性からより精度よく明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを推定算出できるように構成してある。

より具体的には、図８に示すようにこの別の実施形態のＩ−Ｖ特性測定装置１００の制御演算装置６は、電流電圧測定機構Ｍで測定される生データのＩ−Ｖ特性について太陽電池セルＳＣの直列抵抗Ｒｓの影響を補正演算部６Ｃにおいて補正した後に前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａに各Ｉ−Ｖ特性を記憶させるように構成してある。なお、内分比算出部６８、明状態定常Ｉ−Ｖ特性算出部６９については前記実施形態と同様の構成を有し、同様の動作を行う。

すなわち、補正演算部６Ｃは図８に示すように生データであり、直列抵抗Ｒｓの影響が補正される前のＩ−Ｖ特性を測定条件ごとに記憶する補正前データ記憶部６Ｘと、補正前データ記憶部６Ｘに記憶されているＩ−Ｖ特性に基づいて、太陽電池セルＳＣの直列抵抗Ｒｓを推定算出する内部抵抗算出部６Ｙと、前記補正前データ記憶部６Ｘに記憶されている補正前のＩ−Ｖ特性について、前記内部抵抗算出部６Ｙで算出された直列抵抗Ｒｓの値に基づいてその影響を補正する補正Ｉ−Ｖ特性算出部６Ｚとから構成してある。

前記補正前データ記憶部６Ｘは、図９のグラフに示すような太陽電池セルＳＣ内の抵抗の影響が補正される前の生データとしての明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶ、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩ、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶ、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩ、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴをそれぞれ記憶するものである。太陽電池セルＳＣ内の抵抗が生データの測定結果に影響を与えている場合、明状態で測定されたＩ−Ｖ特性と、暗状態で測定されたＩ−Ｖ特性は短絡電流ＳＣ分だけ電流軸方向に平行移動したような単純な相似関係とはならない。これは、図９のグラフに示すように明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶと暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの差のグラフＰＩＶ−ＤＩＶにおける形状と、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩと暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩの差のグラフＰＶＩにおける形状が大きく異なっていることからも分かる。この別の実施形態では、明状態で測定されたＩ−Ｖ特性のグラフと、暗状態で測定されたＩ−Ｖ特性のグラフが略同じ形状を取っているという前提が成り立つように生データを補正し、明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを算出するための条件がより厳密に整うようにして、推定算出精度をさらに高められるようにしてある。

前記内部抵抗算出部６Ｙは、生データのＩ−Ｖ特性に基づいて太陽電池セルＳＣの内部抵抗について推定算出するものである。より具体的には、太陽電池セルＳＣ内の直列抵抗Ｒｓの影響が補正される前のものであり、生データの明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶ、及び、生データの暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶに基づいて太陽電池セルＳＣ内の直列抵抗ＲＳの値を算出するように構成してある。より具体的には、前記内部抵抗算出部６Ｙは、図９（ａ）に示すように、生データの明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶを短絡電流Ｉｓｃ分だけ各電圧値において引き、電流軸方向に平行移動させた平行移動後の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶ−Ｉｓｃと、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶについて比較し、各電流値におけるそれぞれの電圧差ΔＶを算出する。そして、前記内部抵抗算出部６Ｙは、各電流値における電圧差ΔＶを各電流値で割ることで直列抵抗Ｒｓの値を算出するようにしてある。各電流値において算出される直列抵抗Ｒｓの値は図９（ｂ）のようにばらつきが生じるが、この別の実施形態では前記内部抵抗算出部６Ｙは、高電圧側において算出された直列抵抗Ｒｓの値の平均値を最終結果として出力するようにしてある。これは低電圧側においてはＩ−Ｖ特性の傾きが小さく、電圧差ΔＶの誤差が大きくなりやすいこと、最大動作点Ｐｍａｘの近傍では太陽電池セルＳＣによっては大きな誤差が生じることを考慮し、誤差影響を少なくするためである。

前記補正Ｉ−Ｖ特性算出部６Ｚは、前記内部抵抗算出部６Ｙで算出された直列抵抗Ｒｓの値に基づいて、太陽電池セルＳＣ内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶ、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩ、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶ、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩ、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴを算出するように構成してある。より具体的には、前記補正前データ記憶部６Ｘに記憶されている生データの各Ｉ−Ｖ特性について太陽電池セルＳＣの直列抵抗Ｒｓによる電力消失の影響を補正するように、各電圧値について前記内部抵抗算出部６Ｘで算出された直列抵抗Ｒｓの値及び各電圧値と対となる電流値の積を足し、補正後のＩ−Ｖ特性として算出するようにしてある。すなわち、補正前のＩ―Ｖ特性が（Ｖ，Ｉ）で表される場合、補正後のＩ−Ｖ特性は（Ｖ＋Ｉ×Ｒｓ，Ｉ）として算出される。前記補正Ｉ−Ｖ特性算出部６Ｚによって、図９に示されるような生データの各Ｉ−Ｖ特性は、図１１に示されるような直列抵抗Ｒｓの影響が補正され、明状態と暗状態において各Ｉ−Ｖ特性のグラフの形が良く似た状態となる。このように補正Ｉ−Ｖ特性算出部６Ｚで算出された補正後の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶ、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩ、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶ、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩ、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴが、前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａにそれぞれ記憶される。

つまり、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６３、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６４、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６５、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部６６、及び、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部６７が、太陽電池セルＳＣ内の直列抵抗Ｒｓの影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶ、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩ、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶ、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩ、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴをそれぞれ記憶している。そして、前記内分比算出部６８は、図１２（ａ）に示すように補正後の暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶ、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩ、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴに基づいて、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩの電流値から前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値を引いた値であるａと、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴの電流値から前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値を引いた値であるｂの比ｂ／ａを各電圧値において算出する。

この内分比を用いて、前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性算出部６９は、前記実施形態と同様に図１２（ｂ）に示すように補正後の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶと明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩとから、明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出する。

この別の実施形態においては、太陽電池セルＳＣの直列抵抗Ｒｓによる各Ｉ−Ｖ特性への測定結果への影響を補正した上で、明状態定常Ｉ−Ｖ特性を算出するようにしているので、前記実施形態と比較してさらに推定算出精度をさらに高めることができる。

なお、前記内部抵抗算出部６Ｙによる直列抵抗Ｒｓの算出方法は一例を示したものであり、例えばＪＩＳなどに記載されている方法によって測定や算出を行ってもかまわない。また、太陽電池の内部抵抗として直列抵抗Ｒｓの値を算出するようにしていたが、並列抵抗Ｒｓｈやその他の静電容量の影響などを含めて生データの各Ｉ−Ｖ特性を補正するようにしてもよい。内部抵抗算出部６Ｙが、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＰＶＩと暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩを比較して、電圧差ΔＶを算出し、直列抵抗Ｒｓの値を推定算出するものであってもよい。

その他の実施形態について説明する。

前記実施形態では、Ｉ−Ｖ特性測定装置１００は前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを推定算出するために、各測定条件でのＩ−Ｖ特性を自身で測定し、その測定されたデータに基づいて前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを推定算出するように構成していたが、例えば、必要なＩ−Ｖ特性の実測値については他の測定器で測定されたものを用いても構わない。すなわち、前記Ｉ−Ｖ特性測定装置１００として、前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａと、前記内分比算出部６８と、前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９と、だけからなるもので構成しても構わない。加えて、前記実施形態における照射制御部１３、印加電圧制御部７１については前記実施形態では、前記制御演算装置６とは別体として構成していたが、当該制御演算装置６に統合して構成しても構わない。

また、本発明の前記Ｉ−Ｖ特性測定結果記憶部６Ａと、前記内分比算出部６８と、前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部６９としての機能を発揮させるように本発明のＩ−Ｖ特性測定装置用プログラムが記録されたＣＤ、ＤＶＤ等のプログラム記録媒体等により既存のＩ−Ｖ特性測定装置１００にインストールしてもよい。要するに定常光の疑似太陽光を用いなくても測定することができる５つのＩ−Ｖ特性を示すデータから前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを算出するように構成してもよい。

前記実施形態では、図３のタイミングチャートに示したような順番で５つのＩ−Ｖ特性について測定しているが、本発明はこの順番の通りに各Ｉ−Ｖ特性を測定する必要はない。実施形態に記載したそれぞれ照射条件、及び、掃引モードの異なる５つのＩ−Ｖ特性があれば、真のＩ−Ｖ特性であると考えられる前記明状態定常Ｉ−Ｖ特性ＰＳＴを得ることができる。また、図３のタイミングチャートに示した時間間隔等は説明の便宜上記載したものであり、適宜Ｉ−Ｖ特性の測定に適したものを選択すればよく、図３に示したものに限定されるものではない。さらに、図３のタイミングチャートでは前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴについては、短絡電流Ｉ_ＳＣ側から開放電圧Ｖ_ＯＣ側へと印加電圧を掃引する順方向掃引モードでの測定を行っているが、これは逆方向掃引モードで測定してもよい。なぜなら、十分に印加電圧の掃引時間を長く取ってあるならば、掃引方向によらずほぼ同じＩ−Ｖ特性を得ることができるからである。また、前記実施形態では１回の疑似太陽光の照射の間に前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＰＩＶと前記明状態逆方向ＰＶＩを両方とも測定していたが、疑似太陽光を２回照射するようにして、それぞれ別々に順方向と逆方向のＩ−Ｖ特性を測定するようにしてもよい。加えて、１つの明状態においてＩ−Ｖ特性を測定する際に、フラッシュ光を照射し続けてもよいし、照射時間を極短いものにして複数回の照射をしながら印加電圧を掃引して、明状態のＩ−Ｖ特性を測定してもよい。また、印加電圧の掃引時間や疑似太陽光の照射時間として０．０１〜０．１ｓを本発明の効果を奏するのに適した所定時間として例示したが、０．１ｓ以下の所定時間であればよい。

前記実施形態において示した前記内分比の算出方法も一例である。例えば、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴの電流値から前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性ＤＩＶの電流値を引いた値をａ、前前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性ＤＶＩの電流値から前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性ＤＳＴの電流値を引いた値をｂとして内分比を計算してもよいし、その他のものであっても構わない。

本発明に好適に用いられる太陽電池の例としてヘテロ接合型のものを挙げたが、その他の印加電圧の掃引方向によってＩ−Ｖ特性にヒステリシスが表れるような太陽電池についても同様の効果を本発明は奏し得る。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行うことができる。

１００・・・Ｉ−Ｖ特性測定装置
１ ・・・ソーラーシミュレータ
２ ・・・試料台
１１ ・・・ランプハウス
１２ ・・・光源
１３ ・・・照射制御部
２１ ・・・真空ポンプ
２２ ・・・チラー
３ ・・・プローブバー
５ ・・・Ｉ−Ｖテスタ
６ ・・・制御演算装置
６３ ・・・明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部
６４ ・・・明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部
６５ ・・・暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部
６６ ・・・暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部
６７ ・・・暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部
６８ ・・・内分比算出部
６９ ・・・明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部
６Ｘ ・・・補正前Ｉ−Ｖ特性記憶部
６Ｙ ・・・内部抵抗算出部
６Ｚ ・・・補正Ｉ−Ｖ特性算出部
７１ ・・・印加電圧制御部
７２ ・・・負荷電源電圧測定機構
７３ ・・・指令値生成部
ＰＩＶ・・・明状態順方向Ｉ−Ｖ特性
ＰＶＩ・・・明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性
ＰＳＴ・・・明状態定常Ｉ−Ｖ特性
ＤＩＶ・・・暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性
ＤＶＩ・・・暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性
ＤＳＴ・・・暗状態定常Ｉ−Ｖ特性
ＳＣ ・・・太陽電池セル
Ｍ ・・・電流電圧測定機構
Ｍ１ ・・・電流計
Ｍ２ ・・・電圧計

Claims (10)

1. 太陽電池に対して疑似太陽光が照射される明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が所定時間以内に短絡電流側から開放電圧側へ掃引される順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態順方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、
   前記明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間以内に開放電圧側から短絡電流側へ掃引される逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、
   前記太陽電池に対して疑似太陽光が照射されていない暗状態、かつ、前記順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、
   前記暗状態、かつ、前記逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、
   前記暗状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間より長い時間をかけて短絡電流側及び開放電圧側の間において掃引される定常掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部と、
   各電圧値において、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性の電流値と、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性の電流値とを、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性の電流値が内分する内分比を算出する内分比算出部と、
   前記内分比と、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性と、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性と、に基づいて、前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出する明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部と、を備えていることを特徴とする太陽電池のＩ−Ｖ特性測定装置。
2. 前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部、及び、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部が、太陽電池内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性をそれぞれ記憶する請求項１記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
3. 太陽電池内の抵抗の影響が補正される前の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、及び、太陽電池内の抵抗の影響が補正される前の暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性に基づいて太陽電池内の抵抗の値を算出する内部抵抗算出部と、
   前記内部抵抗算出部で算出された抵抗の値に基づいて、太陽電池内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を算出する補正Ｉ−Ｖ特性算出部をさらに備えた請求項１又は２記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
4. 前記内部抵抗算出部が、太陽電池内の直列抵抗の値を算出するように構成されており、
   前記補正Ｉ−Ｖ特性算出部が、太陽電池内の抵抗の影響が補正される前の明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性に対して、各電圧値について前記内部抵抗算出部で算出された直列抵抗の値及び各電圧値と対となる電流値の積を足して各電圧値を補正し、太陽電池内の抵抗の影響が補正された明状態順方向Ｉ−Ｖ特性、明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性、暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性、及び、暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を算出するように構成されている請求項３記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
5. ソーラーシミュレータが太陽電池に対して照射する疑似太陽光の照射状態を制御する照射制御部と、負荷電源が前記太陽電池に印加する印加電圧を制御する印加電圧制御部と、をさらに備え、
   前記照射制御部が、前記明状態と、前記暗状態と、のいずれかの状態となるように前記ソーラーシミュレータを制御するように構成されており、
   前記印加電圧制御部が、前記順方向掃引モードと、前記逆方向掃引モードと、前記定常掃引モードと、のいずれかの掃引モードで前記負荷電源を制御するように構成されている請求項１乃至４いずれかに記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
6. 前記所定時間が、前記順方向掃引モードで測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性と、前記逆方向掃引モードで測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性とが異なるように設定されている請求項１乃至５いずれかに記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
7. 前記ソーラーシミュレータと、前記負荷電源と、前記太陽電池から出力される電流及び電圧を測定する電流電圧測定機構をさらに備え、
   前記ソーラーシミュレータが、前記疑似太陽光としてフラッシュ光を前記太陽電池に照射するように構成されている請求項５又は６に記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
8. 前記負荷電源から出力されている電圧である負荷電源電圧を測定する負荷電源電圧測定機構をさらに備え、
   前記印加電圧制御部が、掃引する印加電圧の目標値である印加電圧目標値と、前記負荷電源電圧測定機構で測定される負荷電源測定電圧との偏差が小さくなるように前記負荷電源を制御するように構成されている請求項５乃至７いずれかに記載のＩ−Ｖ特性測定装置。
9. 太陽電池に対して疑似太陽光が照射される明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が所定時間以内に短絡電流側から開放電圧側へ掃引される順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態順方向Ｉ−Ｖ特性を測定する明状態順方向Ｉ−Ｖ特性測定ステップと、
   前記明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間以内に開放電圧側から短絡電流側へ掃引される逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を測定する明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性測定ステップと、
   前記太陽電池に対して疑似太陽光が照射されていない暗状態、かつ、前記順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性を測定する暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性測定ステップと、
   前記暗状態、かつ、前記逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を測定する暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性測定ステップと、
   前記暗状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間より長い時間をかけて短絡電流側及び開放電圧側の間において掃引される定常掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態定常Ｉ−Ｖ特性測定ステップと、
   各電圧値において、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性の電流値と、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性の電流値とを、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性の電流値が内分する内分比を算出する内分比算出ステップと、
   前記内分比と、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性と、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性と、に基づいて、前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出する明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出ステップと、を備えていることを特徴とする太陽電池のＩ−Ｖ特性測定方法。
10. 太陽電池に対して疑似太陽光が照射される明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が所定時間以内に短絡電流側から開放電圧側へ掃引される順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態順方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記明状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間以内に開放電圧側から短絡電流側へ掃引される逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記太陽電池に対して疑似太陽光が照射されていない暗状態、かつ、前記順方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する明状態順方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記暗状態、かつ、前記逆方向掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性記憶部と、前記暗状態、かつ、前記太陽電池への印加電圧が前記所定時間より長い時間をかけて短絡電流側及び開放電圧側の間において掃引される定常掃引モードにおいて測定される前記太陽電池のＩ−Ｖ特性である暗状態定常Ｉ−Ｖ特性を記憶する暗状態定常Ｉ−Ｖ特性記憶部と、を備えた太陽電池のＩ−Ｖ特性測定装置に用いられるプログラムであって、
    各電圧値において、前記暗状態順方向Ｉ−Ｖ特性の電流値と、前記暗状態逆方向Ｉ−Ｖ特性の電流値とを、前記暗状態定常Ｉ−Ｖ特性の電流値が内分する内分比を算出する内分比算出部と、
    前記内分比と、前記明状態順方向Ｉ−Ｖ特性と、前記明状態逆方向Ｉ−Ｖ特性と、に基づいて、前記明状態、かつ、前記定常掃引モードにおいて測定されるＩ−Ｖ特性である明状態定常Ｉ−Ｖ特性を推定算出する明状態定常Ｉ−Ｖ特性推定算出部と、としての機能を発揮させることを特徴とする太陽電池のＩ−Ｖ特性測定装置用プログラム。