JP2017175714A - 電流電圧測定システム及び電流電圧測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定の精度を向上させること。【解決手段】Ｉ−Ｖ測定システム１００は、試料ホルダ１０、測定装置３０及びデータ処理装置５０を有する。試料ホルダ１０は、複数の太陽電池を保持する。測定装置３０は、複数の太陽電池に光が照射されることで生じる、複数の太陽電池の電流及び電圧を並行して測定し、測定結果を測定データとして出力する。データ処理装置５０は、測定データに基づいて、複数の太陽電池で生じた電圧と電流との関係を決定する。【選択図】図１

Description

本発明は電流電圧測定システム及び電流電圧測定方法に関する。

半導体装置の特性を測定するための試験として、電流電圧測定（いわゆる、Ｉ−Ｖ測定）が広く知られている。例えば、常温や高温環境下での電流・電圧を長期間にわたって測定することで、半導体装置の経時劣化を観測することができる。通常、測定に用いられる電流電圧測定装置（Ｉ−Ｖ測定装置）は、１チャネル又は多チャネルの測定を行うことができる。但し、多チャネルの場合でも、チャネルを切り替えていずれか１つのチャネルの測定を行うものであるので、実質的には１チャネルの測定と同等となる。

また、近年では、太陽電池の普及が進んでいる。特に、単結晶シリコンなどのシリコン系太陽電池が産業用及び家庭用に広く普及している。こうした太陽電池においても、性能評価の手法としてＩ−Ｖ測定が行われる。

太陽電池としては、色素増感型太陽電池（非特許文献１）や、その発展形であるペロブスカイト型太陽電池（特許文献１及び２）などの薄膜系太陽電池の導入に向けた研究開発が進展している。

このような薄膜系太陽電池は、環境中の湿度や水分によって劣化が進行することが知られており（非特許文献２）、劣化を防止して長寿命化を実現するため、ガラスや樹脂などの部材で太陽電池を封止することが必要となっている（非特許文献１及び２）。

特開２０１５−２１１２１３号公報 特開２０１６−９７３７号公報

神戸 伸吾、関口 隆史、高濱 孝一、「色素増感太陽電池の信頼性の向上」、松下電工技法、Ｖｏｌ．５４、Ｎｏ．４、６９−７３頁 近畿経済産業局、「薄膜系太陽電池モジュールの長寿命化を可能とする高水蒸気バリア性・高耐久性バックシート用素材及びバックシート多層成形技術の開発」、平成２３年度戦略的基盤技術高度化支援事業 成果報告書、２０１４年５月、ＵＲＬ：http://www.chusho.meti.go.jp/keiei/sapoin/portal/seika/2009/21152715004.pdf

上述したように、薄膜系太陽電池や有機系太陽電池では湿度などによる経時劣化が生じるため、封止をしない複数の薄膜系太陽電池のＩ−Ｖ測定を順次に行うと、測定の順番が遅いものほど劣化が進行してしまい、Ｉ−Ｖ測定の均質性を保つことができない。この経時劣化は、特にペロブスカイト型太陽電池において速い。

これに対し、測定の均質性を保つため、測定対象となる太陽電池セルを封止すると、封止を行ったタイミングによってＩ−Ｖ測定結果にばらつきが生じ、又、封止の実施によってＩ−Ｖ測定に要する時間が延伸するなどの問題が生じてしまう。

本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定の精度を向上させることである。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本発明の第１の態様である電流電圧測定システムは、
複数の太陽電池を保持するホルダと、
前記複数の太陽電池に光が照射されることで生じる、前記複数の太陽電池の電流及び電圧を並行して測定し、測定結果を測定データとして出力する測定装置と、
前記測定データに基づいて、前記複数の太陽電池のそれぞれで生じた電圧と電流との関係を決定するデータ処理装置と、を有する、ものである。

本発明の第２の態様である電流電圧測定システムは、上記の電流電圧測定システムにおいて、
前記データ処理装置は、前記複数の太陽電池で生じた電圧及び電流を、それぞれ時間的に同期させて測定する、ことが望ましい。

本発明の第３の態様である電流電圧測定システムは、上記の電流電圧測定システムにおいて、
前記データ処理装置又は前記測定装置は、前記複数の太陽電池に照射される光を出力する光源のオン／オフを制御可能に構成される、ことが望ましい。

本発明の第４の態様である電流電圧測定システムは、上記の電流電圧測定システムにおいて、
前記複数の太陽電池のそれぞれは、薄膜系太陽電池又は有機系太陽電池である、ことが望ましい。

本発明の第５の態様である電流電圧測定システムは、上記の電流電圧測定システムにおいて、
前記複数の太陽電池のそれぞれは、ペロブスカイト型太陽電池である、ことが望ましい。

本発明の第６の態様である電流電圧測定方法は、
複数の太陽電池に光が照射されることで生じる、前記複数の太陽電池の電流及び電圧を並行して測定し、
測定結果を測定データとして出力し、
前記測定の結果を示す測定データに基づいて、前記複数の太陽電池のそれぞれで生じた電圧と電流との関係を決定する、ものである。

本発明の第７の態様である電流電圧測定方法は、上記の電流電圧測定方法において、
前記複数の太陽電池で生じた電圧及び電流を、それぞれ時間的に同期させて測定する、ものである。

本発明の第８の態様である電流電圧測定方法は、上記の電流電圧測定方法において、
前記複数の太陽電池に照射される光を出力する光源のオン／オフを更に制御する、ものである。

本発明の第９の態様である電流電圧測定方法は、上記の電流電圧測定方法において、
前記複数の太陽電池のそれぞれは、薄膜系太陽電池又は有機系太陽電池である、ものである。

本発明の第１０の態様である電流電圧測定方法は、上記の電流電圧測定方法において、
前記複数の太陽電池のそれぞれは、ペロブスカイト型太陽電池である、ものである。

本発明によれば、複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定の精度を向上させることができる。

実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システム１００の構成を模式的に示す図である。 実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システム１００でのＩ−Ｖ測定の概要を示す図である。 実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システム１００の測定部の構成を模式的に示す図である。 実施の形態２にかかるＩ−Ｖ測定システム２００の構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
実施の形態１にかかる電流電圧測定システム（Ｉ−Ｖ測定システム）１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システム１００の構成を模式的に示す図である。Ｉ−Ｖ測定システム１００は、試料ホルダ１０、ケーブル２０、測定装置３０、ケーブル４０及びデータ処理装置５０を有する。

試料ホルダ１０には、２個以上の太陽電池を載置できるように構成されている。試料ホルダ１０と測定装置３０とは例えばケーブル２０で接続される。これにより、測定装置３０は、試料ホルダ１０に載置された複数の太陽電池（図１の太陽電池ユニット１１〜１４に設けられた太陽電池）のそれぞれにバイアス電圧を印加し、そのときに流れる電流を測定することで、太陽電池の電流電圧測定（Ｉ−Ｖ測定）を行うことができる。

測定装置３０は、試料ホルダ１０に載置された複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定を同時かつ並行して行うように構成される。例えば、測定装置３０は、数分〜数十分の間、連続して試料ホルダ１０に載置された複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定を並行して行う。

測定装置３０とデータ処理装置５０とは、例えばケーブル４０で接続される。測定装置３０は、試料ホルダ１０に載置された複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定結果を示す測定データを、ケーブル４０を介して、データ処理装置５０に出力する。データ処理装置５０は、受け取った測定データを処理して、測定対象の太陽電池毎に電流と電圧との関係を決定してＩ−Ｖカーブを生成し、及び、測定データやＩ−Ｖカーブを表示装置（不図示）に視認可能に表示することもできる。また、データ処理装置５０は、ケーブル４０を介して制御信号を出力することで、Ｉ−Ｖ測定の条件、測定の開始又は終了など、測定装置３０の動作を制御することも可能である。

図２は、実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システム１００でのＩ−Ｖ測定の概要を示す図である。図２は、それぞれ３つのペロブスカイト型太陽電池が搭載された太陽電池ユニット１１〜１４のＩ−Ｖ測定を同時に平行して行う例を示している。太陽電池ユニット１１には、ペロブスカイト型太陽電池１１Ａ〜１１Ｃが設けられている。太陽電池ユニット１２には、ペロブスカイト型太陽電池１２Ａ〜１２Ｃが設けられている。太陽電池ユニット１３には、ペロブスカイト型太陽電池１３Ａ〜１３Ｃが設けられている。太陽電池ユニット１４には、ペロブスカイト型太陽電池１４Ａ〜１４Ｃが設けられている。すなわち、この例では、測定装置３０は、１２個のペロブスカイト型太陽電池のＩ−Ｖ測定を同時に並行して行う。

測定装置３０は、１２個のチャネルを有するマルチチャネルソースメータとして構成される。測定装置３０は、入出力インターフェイス３０Ａ、制御部３０Ｂ、バス３０Ｃ及び測定部３１〜３４を有する。測定部３１〜３４は、それぞれ３つの測定チャネルを有し、太陽電池ユニット１１〜１４のペロブスカイト型太陽電池のＩ−Ｖを測定する。測定部３１〜３４は、例えば、プリント基板上に素子を集積したプリント基板回路として構成することができる。

この例では、測定部３１は、ペロブスカイト型太陽電池１１Ａ〜１１ＣのＩ−Ｖ測定を行うチャネルＣＨ１〜ＣＨ３を有する。測定部３２は、ペロブスカイト型太陽電池１２Ａ〜１２ＣのＩ−Ｖ測定を行うチャネルＣＨ４〜ＣＨ６を有する。測定部３３は、ペロブスカイト型太陽電池１３Ａ〜１３ＣのＩ−Ｖ測定を行うチャネルＣＨ７〜ＣＨ９を有する。測定部３４は、ペロブスカイト型太陽電池１４Ａ〜１４ＣのＩ−Ｖ測定を行うチャネルＣＨ１０〜ＣＨ１２を有する。

チャネルＣＨ１〜ＣＨ１２は、それぞれペロブスカイト型太陽電池１１Ａ〜１１Ｃ、１２Ａ〜１２Ｃ、１３Ａ〜１３Ｃ及び１４Ａ〜１４ＣのＩ−Ｖ測定結果を示す測定データを、バス３０Ｃを介して制御部３０Ｂへ出力し、制御部３０Ｂは測定データを入出力インターフェイス３０Ａへ転送する。

入出力インターフェイス３０Ａは、受け取った測定データをデータ処理装置５０へ出力する。また、この例では、データ処理装置５０は、入出力インターフェイス３０Ａに制御信号を出力し、入出力インターフェイス３０Ａは受け取った制御信号を制御部３０Ｂに転送する。制御部３０Ｂは、測定部３１〜３４でのＩ−Ｖ測定のモニタ結果、及び、受け取った制御信号の一方又は両方に応じて、測定部３１〜３４（チャネルＣＨ１〜ＣＨ１２）のＩ−Ｖ測定動作を制御することができる。

次いで、測定装置３０の測定部３１の構成について説明する。図３は、実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システムの測定部の構成を模式的に示す図である。測定部３１のチャネルＣＨ１は、チャネル制御部１、電圧出力部２、電圧測定部３及び電流測定部４を有する。チャネル制御部１は、電圧出力部２、電圧測定部３及び電流測定部４を制御する。

制御部３０Ｂは、制御信号をチャネル制御部１に出力することで、チャネル制御部１にチャネルＣＨ１のＩ−Ｖ測定動作を制御させる。

電圧出力部２は、チャネル制御部１による制御に応じて、ペロブスカイト型太陽電池１１ＡにバイアスｄＢを印加する。Ｉ−Ｖ測定中にバイアス電圧ＶＢを変化させることで、同一照度の光Ｌが照射されているペロブスカイト型太陽電池の電圧Ｖと電流Ｉとの関係が変化し、その結果、Ｉ−Ｖカーブを取得することが可能となる。

電圧測定部３は、ペロブスカイト型太陽電池１１Ａに光Ｌが照射されたときのペロブスカイト型太陽電池１１Ａに生じる電圧Ｖを測定する。

電流測定部４は、ペロブスカイト型太陽電池１１Ａに光Ｌが照射されたときのペロブスカイト型太陽電池１１Ａに流れる電流Ｉを測定する。

なお、測定装置３０に設けられるチャネルＣＨ１以外のチャネルは、上述のチャネルＣＨ１と同様の構成を有する。つまり、ペロブスカイト型太陽電池１１Ｂ及び１１ＣのそれぞれのＩ−Ｖ測定を行うチャネルＣＨ２及びＣＨ３は、チャネルＣＨ１と同様の構成を有する。測定部３２のチャネルＣＨ４〜ＣＨ６、測定部３３のチャネルＣＨ７〜ＣＨ９及び測定部３４のチャネルＣＨ１０〜ＣＨ１２は、上述のチャネルＣＨ１と同様の構成を有する。

ペロブスカイト型太陽電池などの薄膜系太陽電池は、時間の経過に伴う劣化が激しいため、劣化を防ぐにはペロブスカイト型太陽電池を樹脂などで封止し、雰囲気中の酸素や湿度の影響を排除する必要が有る。このため、Ｉ−Ｖ測定には本来は必要ない封止を行なわなければならず、作製したペロブスカイト型太陽電池の性能評価のためにＩ−Ｖ測定を行うには、長時間を要することとなる。従って、封止を行うことなくペロブスカイト型太陽電池のＩ−Ｖ測定を行えることが望ましい。

しかし、測定対象となるペロブスカイト型太陽電池が複数有る場合、封止を行わずに順次Ｉ−Ｖ測定を行うと、測定順序が後のものほど劣化が進んでしまう。そのため、ペロブスカイト型太陽電池ごとに劣化の度合いが異なってしまい、複数のペロブスカイト型太陽電池にかかるＩ−Ｖ測定のデータを比較することができなくなってしまう。しかし、本構成によれば、複数（上記の例では１２個）のペロブスカイト型太陽電池のＩ−Ｖを同時並行で測定することができる。よって、複数のペロブスカイト型太陽電池のそれぞれの劣化度合いが均質な条件でＩ−Ｖ測定を行うことができる。これにより、真に同じ条件で複数のペロブスカイト型太陽電池の性能評価を行うことができる。その結果、経時劣化による影響を受けることなく、複数のペロブスカイト型太陽電池間の性能のばらつきを比較評価することができる。

Ｉ−Ｖ測定の対象となる太陽電池が色素増感型太陽電池などの他の種類の太陽電池である場合でも、複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定を同時並行で行えるので、Ｉ−Ｖ測定に要する時間を短縮することができる。

また、異なる種類の太陽電池にＩ−Ｖ測定を同時並行で行ってもよい。この場合、同一の条件下での異なる種類の太陽電池の性能を比較評価することが可能となる。

更に、一般的なＩ−Ｖ測定装置や測定システムにおいても、複数のチャネルを有するものは存在しているが、これらは複数の太陽電池と接続されるものの、Ｉ−Ｖ測定を行う測定部は１つ又は太陽電池の試料数よりも数が少なく、測定部と太陽電池との間の接続を切り替えてＩ−Ｖ測定を行うものである。よって、本実施の形態にかかるＩ−Ｖ測定システムにおけるように、複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定を同時並行して継続的に行うことはできない。そのため、一般的なＩ−Ｖ測定装置は測定システムを用いて複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定を同時並行して継続的に行う場合、Ｉ−Ｖ測定装置は測定システムを多数用意する必要が有る。これに対し、本実施の形態では、複数の太陽電池のＩ−Ｖ測定を１つのＩ−Ｖ測定装置で行うことができるので、小型のシステムとすることができ、測定コストの低減を実現できる。

実施の形態２
実施の形態２にかかるＩ−Ｖ測定システムについて説明する。図４は、実施の形態２にかかるＩ−Ｖ測定システム２００の構成を模式的に示す図である。Ｉ−Ｖ測定システム２００は、実施の形態１にかかるＩ−Ｖ測定システム１００に、光源６０を追加した構成を有する。

光源６０は、例えばデータ処理装置５０とケーブル６１によって接続され、データ処理装置５０によってオン／オフが可能に構成される。これにより、データ処理装置５０は、試料ホルダ１０上に載置された太陽電池に光Ｌを照射する光源６０のオン／オフをＩ−Ｖ測定に同期させて制御することができる。その結果、より時間的な精度の高いＩ−Ｖ測定を実現することができる。

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、試料ホルダ１０と測定装置３０、測定装置３０とデータ処理装置５０、データ処理装置５０と光源６０とをケーブルで接続する例について説明したが、これは例示に過ぎない。電気ケーブルや光ファイバなどの信号が伝達可能な各種のケーブルを用いてもよく、あるいは、ケーブルに代えて無線伝送を用いてもよい。

実施の形態２では、光源６０はデータ処理装置５０によってオン／オフが制御されるものとして説明したが、測定装置３０によってオン／オフが制御されてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ チャネル制御部
２ 電圧出力部
３ 電圧測定部
４ 電流測定部
１０ 試料ホルダ
１１〜１４ 太陽電池ユニット
１１Ａ〜１１Ｃ、１２Ａ〜１２Ｃ、１３Ａ〜１３Ｃ、１４Ａ〜１４Ｃ ペロブスカイト型太陽電池
２０、４０、６１ ケーブル
３０ 測定装置
３０Ａ 入出力インターフェイス
３０Ｂ 制御部
３０Ｃ バス
３１〜３４ 測定部
５０ データ処理装置
６０ 光源
１００、２００ Ｉ−Ｖ測定システム

Claims (10)

1. 複数の太陽電池を保持するホルダと、
   前記複数の太陽電池に光が照射されることで生じる、前記複数の太陽電池の電流及び電圧を並行して測定し、測定結果を測定データとして出力する測定装置と、
   前記測定データに基づいて、前記複数の太陽電池のそれぞれで生じた電圧と電流との関係を決定するデータ処理装置と、を備える、
   電流電圧測定システム。
2. 前記データ処理装置は、前記複数の太陽電池で生じた電圧及び電流を、それぞれ時間的に同期させて測定する、
   請求項１に記載の電流電圧測定システム。
3. 前記データ処理装置又は前記測定装置は、前記複数の太陽電池に照射される光を出力する光源のオン／オフを制御可能に構成される、
   請求項１又は２に記載の電流電圧測定システム。
4. 前記複数の太陽電池のそれぞれは、薄膜系太陽電池又は有機系太陽電池である、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電流電圧測定システム。
5. 前記複数の太陽電池のそれぞれは、ペロブスカイト型太陽電池である、
   請求項４に記載の電流電圧測定システム。
6. 複数の太陽電池に光が照射されることで生じる、前記複数の太陽電池の電流及び電圧を並行して測定し、
   測定結果を測定データとして出力し、
   前記測定の結果を示す測定データに基づいて、前記複数の太陽電池のそれぞれで生じた電圧と電流との関係を決定する、
   電流電圧測定方法。
7. 前記複数の太陽電池で生じた電圧及び電流を、それぞれ時間的に同期させて測定する、
   請求項６に記載の電流電圧測定方法。
8. 前記複数の太陽電池に照射される光を出力する光源のオン／オフを更に制御する、
   請求項６又は７に記載の電流電圧測定方法。
9. 前記複数の太陽電池のそれぞれは、薄膜系太陽電池又は有機系太陽電池である、
   請求項６乃至８のいずれか一項に記載の電流電圧測定方法。
10. 前記複数の太陽電池のそれぞれは、ペロブスカイト型太陽電池である、
    請求項９に記載の電流電圧測定方法。

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