JP5214777B2 - 擬似太陽光照射装置およびそのスペクトル調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、擬似太陽光を照射する擬似太陽光照射装置およびそのスペクトル調整方法に関する。

太陽電池は、クリーンなエネルギー源としての重要性が認められ、その需要が高まりつつある。太陽電池の利用分野は、大型機器類のパワーエネルギー源から、精密な電子機器類の小型電源まで、多岐に渡っている。太陽電池が様々な分野で広く利用されるには、該電池の特性、とりわけ出力特性が正確に測定されていないと、太陽電池を使用する側においても様々な不都合が予測される。このため、太陽電池の検査、測定および実験に利用可能な、高精度の擬似太陽光を大面積に照射できる技術が特に求められている。

擬似太陽光に求められる主要な要素は、その擬似太陽光の発光スペクトルが基準太陽光（日本工業規格により制定）と近いことと、擬似太陽光の照度が基準太陽光と同程度であることとである。そこで、このような擬似太陽光を照射するための装置として、擬似太陽光照射装置が開発されている。該擬似太陽光照射装置は、一般的に太陽電池の受光面に均一な照度の人工光（擬似太陽光）を照射して、太陽電池の発電量等を測定するために使用される。

例えば特許文献１には、地域差、個々の太陽電池特性値、および、設置架台等の影響を考慮して太陽電池の発電量を求めるための太陽光発電量シミュレーション計算方法が開示されている。具体的には、太陽電池基本特性式に基づいて、指定した日射強度および太陽電池温度における電圧−電流カーブ（Ｉ−Ｖカーブ）および電力−電圧カーブ（Ｐ−Ｖカーブ）を作成し、太陽電池の発電量を求める方法が開示されている。これによれば、地域差、個々の太陽電池特性値、および、設置架台等の影響を考慮した、より正確な太陽電池の発電量を求めることができる。

特開２００５−５１０１４号公報

しかしながら、国または地域によって太陽光スペクトルは変わる。そのため、国または地域ごとの、太陽電池の発電量を求める場合には、太陽電池の基準状態（基準太陽光ＡＭ１．５、日射強度１ｋＷ／ｍ^２、太陽電池温度２５℃）と、発電地における太陽光スペクトルとの差分を考慮して、特許文献１のＩ−ＶカーブおよびＰ−Ｖカーブを補正する方法が必要であるが、そのような方法は確立していない。したがって、発電地での太陽光発電量を正確にシュミレーションすることができない。よって、国または地域における太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光を照射することができる照射装置が望まれる。

また、薄膜太陽電池の場合、スペクトルが変化することによって、分光感度帯ごとの発生キャリアが変化する。そのため擬似太陽光のスペクトル合致度が低いと、膜特性の影響により、スペクトルの影響を考慮した発電量を正確に測定することができない。よって、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる照射装置が望まれる。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる擬似太陽光照射装置およびそのスペクトル調整方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る擬似太陽光照射装置は、上記の課題を解決するために、第１の光を照射する第１の光源と、第１の光とは異なるスペクトル分布を有する第２の光を照射する第２の光源と、第１の光の透過率を制御する透過率特性を有する少なくとも１つの第１の光学フィルタと、第２の光の透過率を制御する透過率特性を有する少なくとも１つの第２の光学フィルタと、上記第１の光学フィルタおよび上記第２の光学フィルタによって透過率が制御された第１の光および第２の光が入射され、入射した第１の光および第２の光から選択された光を混合することにより擬似太陽光を出射する光選択部と、上記光選択部から出射された擬似太陽光が入射する導光板と、上記導光板に入射した擬似太陽光を、上記導光板の照射面に取り出す光取り出し部とを備えた擬似太陽光照射装置であって、上記第１の光学フィルタおよび上記第２の光学フィルタの少なくともいずれかが、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明の一態様に係る擬似太陽光照射装置は、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの少なくともいずれかは、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されている。そこで、所望のスペクトル分布となるように、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの少なくともいずれかを他の光学フィルタと交換することによって、光選択部に入射する光のスペクトルを変えることができる。結果、擬似太陽光照射装置は、異なるスペクトルを有する光を照射することができる。

例えば、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタをＡＭ１．０のスペクトルに合わせて設計し、他の光学フィルタをＡＭ１．５のスペクトルに合わせて設計したとする。この場合、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの少なくともいずれかを、他の光学フィルタと交換すれば、擬似太陽光照射装置が照射する光のスペクトルをＡＭ１．０とＡＭ１．５との間で容易に切替えることができる。このように、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの少なくともいずれかを、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルムに適宜交換すれば、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる。

また、本発明の一態様に係る擬似太陽光照射装置においては、複数の上記第１の光学フィルタと、複数の上記第２の光学フィルタとを備え、上記複数の第１の光学フィルタの少なくとも１つ、あるいは、上記複数の第１の光学フィルタの少なくとも１つが、自身とは異なる透過率特性を有する上記他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、第１光学フィルタおよび第２の光学フィルタは、それぞれ複数の光学フィルタで構成されており、それぞれが調整する透過率の波長帯域は細かく分けられている。そのため、より細かな波長帯でのスペクトル調整が可能となる。具体的には、スペクトル調整をしたい波長帯に応じて、第１の光学フィルタまたは第２の光学フィルタを構成する複数の光学フィルタの中からその波長帯の透過率を調整する光学フィルタを適宜選択し、他の光学フィルタと適宜交換すれば、所望の太陽光スペクトルにより近い擬似太陽光を生成することができる。

特に、上記の構成においては、第１の光および第２の光のいずれか一方のスペクトル調整が行われ、かつ、スペクトル調整が必要な波長帯域のみのスペクトル調整が行われているため、スペクトル調整の精度がより高まり、スペクトル合致度がより高い光を生成することができる。

また、本発明の一態様に係る擬似太陽光照射装置においては、上記光選択部は、上記第１の光学フィルタによって透過率が制御された上記第１の光における、所定の波長よりも短波長の光と、上記第２の光学フィルタによって透過率が調整された上記第２の光における、上記所定の波長よりも長波長の光とを選択し、上記第１の光学フィルタは、上記所定の波長よりも短波長帯域の透過率を制御し、上記第１の光学フィルタの少なくともいずれかが、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されていることを特徴としている。

地域ごとの太陽光スペクトルは、短波長側（６５０ｎｍ以下）の波長のスペクトルが特に大きく異なっている。そのため、上記の構成によれば、太陽光スペクトルにおいて地域ごとで変化しやすい波長帯域のスペクトル調整を行うことができる。したがって、第１の光学フィルタを、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換するだけで、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる。

また、本発明の一態様に係る擬似太陽光照射装置においては、上記第１の光学フィルタ、上記第２の光学フィルタ、および、上記光選択部は、着脱可能な保持手段に一緒に搭載されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、第１の光学フィルタまたは第２の光学フィルタの交換が非常に簡単かつ短時間で実施できる。したがって、擬似太陽光照射装置のスペクトル調整も容易に実施できる。

また、本発明の一態様に係る擬似太陽光照射装置のスペクトル調整方法は、上記の課題を解決するために、上述したいずれかの擬似太陽光照射装置のスペクトル調整方法であって、上記第１の光学フィルタおよび上記第２の光学フィルタの少なくともいずれかを、自身とは異なる透過率特性を有する上記他の光学フィルタと交換することによって、上記擬似太陽光のスペクトル分布を調整する工程を含むことを特徴としている。

上記の方法によれば、所望のスペクトル分布となるように、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの少なくともいずれかを、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルムに適宜交換すれば、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる。

本発明の一態様によれば、所望のスペクトル分布となるように、第１の光学フィルタおよび第２の光学フィルタの少なくともいずれかを、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルムに適宜交換することによって、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる。

本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置の要部構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る波長選択手段に入射角４５°で入射した光に対する透過率を示す図である。 エアマス１．０とエアマス１．５とのスペクトル分布を示す図である。 タンデム型薄膜太陽電池における分光感度とスペクトル分布との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学フィルタの交換過程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学フィルタの交換過程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学フィルタの交換過程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る光学フィルタの交換過程を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光学フィルタを搭載するホルダーを示す図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る擬似太陽光照射装置の要部構成を示す図である。

〔第１の実施形態〕
（擬似太陽光照射装置１００の構成）
本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。まず、擬似太陽光を被照射体２０に照射する擬似太陽光照射装置１００について、図２を参照して詳細に説明する。図２は、擬似太陽光照射装置１００の要部構成を示す図である。擬似太陽光とは人工光の一種であり、自然光（太陽光）の発光スペクトルに限りなく似た発光スペクトルを有している。本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１００は、キセノン光とハロゲン光との合成光を擬似太陽光として、太陽電池等の被照射体２０に照射する。

図２に示すように、擬似太陽光照射装置１００は、光を導入する光導入部２０ａ，２０ｂ、導光板８、および、光取り出し部９を備えている。擬似太陽光照射装置１００は、導光板８の照射面（上面）から擬似太陽光（図中矢印）を、被照射体２０に向けて出射する。以下、擬似太陽光照射装置１００について詳細に説明する。なお、以下の説明では、導光板８の照射面側を上方、照射面と逆側（裏側）を下方とする。

導光板８は、互いに対向して配置された光導入部２０ａ，２０ｂの間に設けられている。導光板８は、光導入部２０ａ，２０ｂから導光板８の両側面に照射される擬似太陽光を、導光板８の照射面（上面）から照射する。

光取り出し部９は、導光板８の下面（裏面）に形成されている。光取り出し部９は、光導入部２０ａ，２０ｂから出射された擬似太陽光を、導光板８の照射面に取り出す。具体的には、光導入部２０ａ，２０ｂから導光板８に入射した光（擬似太陽光）は、導光板８内部を伝搬する。このとき、光取り出し部９に当たった光は、導光板８の照射面へ出射される。これにより、より広い面積の照射面から、均一に擬似太陽光を照射することが可能となる。なお、光取り出し部９は、例えば散乱体から形成することができ、導光板８内部の擬似太陽光を散乱させて、照射面へ導くことができる。また、散乱体のパターンを変更すれば、擬似太陽光の照度ムラを調整することもできる。

光導入部２０ａ，２０ｂは、導光板８の両側面に配置されている。擬似太陽光照射装置１００では、光導入部２０ａ，２０ｂが、導光板８の両端に擬似太陽光を出射する。このため、より多くの光量（照度）の擬似太陽光を、照射面から出射することが可能となる。ただし、光導入部２０ａ，２０ｂは、導光板８の両端に設ける必要はなく、導光板８の一方の端部にのみ設けられていてもよい。つまり、擬似太陽光照射装置１００は、光導入部２０ｂを備えていなくてもよい。なお、光導入部２０ｂの光学部品構成は、光導入部２０ａの構成と同一である。そのため、以下では光導入部２０ａを例に挙げて、光導入部２０ａ，２０ｂの構成について説明する。

具体的には、光導入部２０ａは、ハロゲン光源１（第２の光源）、集光素子２、テーパカプラ３、光学フィルタ４（第２の光学フィルタ）、波長選択手段５（光選択部）、光学フィルタ６（第１の光学フィルタ）、遮光部材７ａ，７ｂ、キセノン光源１１（第１の光源）、集光素子１２、テーパカプラ１３、および、遮光部材１７ａ，１７ｂから構成されている。

光導入部２０ａは、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１からそれぞれ出射された光を波長選択手段５で混合することにより擬似太陽光を生成し、擬似太陽光を導光板８の端面（入射面）に照射する。具体的には、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は、擬似太陽光照射装置１００に設けられた光源である。ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は、擬似太陽光を生成するために必要な分光分布（スペクトル分布）を有する光を照射する。ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から照射される光は、互いに異なるスペクトル分布を有している。ハロゲン光源１は、擬似太陽光に必要な長波長成分の光を多く照射する。一方、キセノン光源１１は、擬似太陽光に必要な短波長成分の光を多く照射する。

（光導入部２０ａ，２０ｂの構成）
光導入部２０ａ，２０ｂの構成について、図３および４を参照して説明する。図３および４は、擬似太陽光照射装置１００における光導入部２０ａの一部を示す図である。図３は、光導入部２０ａを導光板８の照射面（上面）側からみた図であり、図４は、光導入部２０ａを側面からみた図である。

図３に示すように、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は、テーパカプラ３，１３への出射方向以外が、集光素子２，１２に包囲されている。これにより、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射される光のうち、テーパカプラ３，１３に向かわない光が、集光素子２，１２で反射し、テーパカプラ３，１３に向かって出射する。つまり、集光素子２，１２は、各光源から出射された光を集めて出射させる。集光素子２，１２は、楕円ミラーまたは放物面ミラー等であり、各光源から出射された光の放射指向性を揃える。その結果、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から直接出射される光、および、集光素子２，１２により反射された光が、テーパカプラ３，１３に向かって出射される。したがって、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１からの出射光が有効に利用される。

テーパカプラ３，１３は、光導入部２０ａに設けられた光学素子である。テーパカプラ３は、ハロゲン光源１と波長選択手段５との間に設けられている。テーパカプラ１３は、キセノン光源１１と波長選択手段５との間に設けられている。テーパカプラ３，１３の一方の端部は、ハロゲン光源１またはキセノン光源１１と近接して配置され、他方の端部は波長選択手段５に近接して配置されている。テーパカプラ３，１３は、テーパカプラ３から出射される光（ハロゲン光源１からの光）の出射方向と、テーパカプラ１３から出射される光（キセノン光源１１からの光）の出射方向との成す角が、９０°になるように配置されている。

ここで図４に示すように、光導入部２０ａは、擬似太陽光のスペクトル分布を基準太陽光のスペクトル分布に近似させるために、光学フィルタ４，６を備えている。光学フィルタ４，６は、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１（テーパカプラ３，１３）から出射された光のスペクトル分布を調整（透過率を制御）する光学素子である。光学フィルタ４，６は、通常エアマスフィルタ（スペクトル調整フィルタ）と称される。本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１００では、光学フィルタ４，６は他の光学フィルタと交換可能に構成されているが、図の簡略化のために図４では光学フィルタ４，６のみを図示している。光学フィルタ４，６の詳しい構成については、後ほど詳しく説明する。

光学フィルタ４は、ハロゲン光源１に対応するテーパカプラ３の出射面に近接して設けられている。光学フィルタ４は、テーパカプラ３から出射されるキセノン光のスペクトル分布を調整する。同様に、光学フィルタ６は、キセノン光源１１に対応するテーパカプラ１３の出射面に近接して設けられている。光学フィルタ６は、テーパカプラ１３から出射されるハロゲン光のスペクトル分布を調整する。これにより、光学フィルタ４，６によりスペクトル調整された光が、波長選択手段５に入射する。

波長選択手段５の透過特性を図５に示す。図５は、波長選択手段５に入射角４５度で入射した光に対する透過率を示す図である。図５に示すように、波長選択手段５は、波長選択の機能を有する。つまり、波長選択手段５は、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射される光から擬似太陽光に必要な光を選択（抽出）すると共に、選択された光を混合して擬似太陽光を合成する。具体的には、波長選択手段５は、所定波長未満（所定波長（図５では６５０ｎｍ）よりも短波長側）の光を反射する一方、所定波長以上（所定波長よりも長波長側）の光を透過する。言い換えれば、波長選択手段５は、擬似太陽光に必要な長波長側の光を透過する一方、短波長側の光を反射する機能を有する。そして、長波長側の光と短波長側の光とを混合して擬似太陽光を合成する。

より詳細には、ハロゲン光源１からの出射光は、擬似太陽光に必要な長波長側の成分を多く含む。一方、キセノン光源１１からの出射光は、擬似太陽光に必要な短波長側の成分を多く含む。波長選択手段５は、６００〜８００ｎｍの範囲で境界波長が設定されており、この境界波長未満の光を反射する一方、境界波長以上の光を透過する。つまり、ハロゲン光源１からの出射光のうち、境界波長以上の光（長波長側の成分の光）のみが、波長選択手段５により透過する。一方、キセノン光源１１からの出射光のうち、境界波長未満の光（短波長側の成分の光）のみが、波長選択手段５により反射する。

例えば、７００ｎｍ以上の波長の光をハロゲン光源１の光で使用し、キセノン光源１１の光を波長７００ｎｍ未満で使用するとする。この場合、波長選択手段５の反射と透過との境界波長は波長７００ｎｍである。つまり、波長選択手段５は、波長７００ｎｍより短波長の光を反射させ、７００ｎｍ以上の長波長の光を透過する特性を持っている。これにより、擬似太陽光に必要な波長の光のみが、波長選択手段５により選択される。そして、選択された光が合成され、擬似太陽光として出射される。なお、波長選択手段５が反射または透過させる光の境界波長は、任意に設定すればよい。ただし、キセノン光源１１の発光スペクトルの輝線成分を低減するために、６００〜７００ｎｍの範囲で選択することが好ましい。さらに、波長選択手段５としては、波長依存性のある鏡またはフィルタを用いることができる。例えば、コールドミラー、ホットミラー等を用いることができる。

このように、波長選択手段５は、光ハロゲン光源１の出射光に含まれる擬似太陽光の合成に必要な長波長成分の光と、キセノン光源１１の出射光に含まれる擬似太陽光の合成に必要な短波長成分の光とを抽出して、擬似太陽光を生成する。この際、スペクトル制御されていないハロゲン光源１の短波長成分の光が除かれ、同様に、スペクトル制御されていないキセノン光源１１の長波長成分の光が除かれることになる。したがって、擬似太陽光の発光スペクトルを基準太陽光の発光スペクトルにより近似させることが可能となる。

（擬似太陽光照射の原理）
ハロゲン光源１およびキセノン光源１１は無指向性の光源であるため、各光源の出射光は、拡がりを持った拡散光となる。このため、各光源の出射光が、所定の角度で波長選択手段５に入射するように、各光源の出射光の指向性を制御することが好ましい。ここで、図３に示したように、テーパカプラ３，１３は、対向する１対の面が、テーパ形状（台形形状）になっている。すなわち、テーパカプラ３，１３の入射面から出射面に向かって、テーパカプラ３，１３の幅（断面積）が徐々に増加する。このような構造によって、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射された光は、テーパカプラ３，１３の側面で複数回反射するうちに、指向性（放射角）が改善される。これにより、指向性が揃った（放射角が制御された）光が、テーパカプラ３，１３の出射面から出射される。なお、テーパカプラ３，１３から出射される光の放射角は、テーパカプラ３，１３の側面の傾斜角と、テーパカプラ３，１３における光の進行方向の長さとによって制御される。

したがって、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射された光は、集光素子２，１２によって、放射指向性が揃えられる。さらに、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１から出射された光は、テーパカプラ３，１３によっても放射指向性が揃えられる。指向性が揃えられた光は、発光スペクトルを調整する光学フィルタ４，６を透過した後、波長選択手段５に入射する。

テーパカプラ３，１３によって、光の指向性を揃える利点は、光学フィルタ４，６の構造と関係する。具体的には、光学フィルタ４，６は、複数の薄膜が積層された構造になっている。このため、光学フィルタ４，６への入射角が光学フィルタ４，６への垂直入射よりもずれが大きいほど、透過率特性も変化してしまう。つまり、光学フィルタ４，６に指向性の悪い光が入射すると、基準太陽光のスペクトル分布と乖離したスペクトル分布を有する擬似太陽光を生成してしまう。

しかし、テーパカプラ３，１３によって、光の指向性を揃えれば、基準太陽光のスペクトル分布に近い擬似太陽光を生成することが可能となる。具体的には、テーパカプラ３，１３から出射された光は、光学フィルタ４，６に対して、入射角範囲が±３０°以下になる。この光学フィルタ４，６は入射角０°、つまり光学フィルタ４，６に対して垂直で入射する場合に所定の透過特性が得られるように設計されているため、入射光の光学フィルタ４，６への垂直方向の位相ずれ（１−ｃｏｓ３０°で近似）は最大で１４％であり、入射角が０°から３０°まで広がった場合でも、位相ずれは０％から１４％までの平均的な値となる。したがって、入射角が０°で入射した場合の、光学フィルタ４，６の透過率の変動が小さくなる。

このように、光学フィルタ４，６に対して、指向性の高い光が入射するので、スペクトルの制御性が高まり、より基準太陽光に近い擬似太陽光を形成することができる。その結果、光学フィルタ４，６を通過することで得られる光は、実際の太陽光により近くなり、結果として擬似太陽光を、基準太陽光からのずれ（スペクトル合致度）が±５％以内の日本工業規格（ＪＩＳ）ＭＳ級の光にすることができる。

また、擬似太陽光照射装置１００は、テーパカプラ３，１３を備えるため、キセノン光およびハロゲン光が所定の角度で光学フィルタ４，６および波長選択手段５に入射するように、光の指向性が制御される。このため、キセノン光およびハロゲン光の光量が、波長選択手段５に到達するまでに、損失が抑制される。

なお、テーパカプラ３，１３の一方のみでも、キセノン光またはハロゲン光の指向性を制御し、所定の角度で波長混合フィルタ７に入射できる。また、擬似太陽光照射装置１００では、擬似太陽光を得るための光源として、ハロゲン光源１およびキセノン光源１１を用いた。しかし、光源の種類および光源の組み合わせはこれらに限定されるものではなく、基準太陽光の発光スペクトルと近似または同一となるように、任意に選択することができる。また、光源の種類としては、棒状光源以外にも点光源等を用いてもよい。

（所望のスペクトルに応じた擬似太陽光の形成）
図６は、赤道近辺地域のエアマス１．０（以下、ＡＭ１．０と称す）と、中緯度地域エアマス１．５（以下、ＡＭ１．５と称す）とのスペクトル分布を示す図である。図６に示すように、太陽光は、地域ごとの緯度の違いによりスペクトルが変化する。具体的には、６５０ｎｍ以下の波長のスペクトルが地域間で特に大きく異なっており、このスペクトルの強さの違いは発電特性に影響を及ぼす。その理由を以下に説明する。

一般的に、薄膜太陽電池の分光感度は特定のスペクトル分布に合わせて設計されているため、このスペクトルが変化してしまうと、目的どおりの発電量を得ることができない原因となる。例えば、トップ層およびボトム層の双方の分光感度をＡＭ１．５に合わせて設計されたタンデム型薄膜太陽電池における分光感度とスペクトル分布との関係を図７に示す。図７に示すように、タンデム型薄膜太陽電池のトップ層およびボトム層の双方の分光感度は、ＡＭ１．５に適合しているため、スペクトルがＡＭ１．０の太陽下において、上記のタンデム型薄膜太陽電池を用いても目的どおりの発電量を得ることができない。したがって、分光感度がＡＭ１．５に合わせて設計されている薄膜太陽電池の、スペクトルがＡＭ１．０の太陽下における発電量を評価する場合は、薄膜太陽電池に照射する光（擬似太陽光）のスペクトルをＡＭ１．０に制御しなければ、正確に発電量を評価することができない。

そこで、本実施形態では、光学フィルタ４，６を他の光学フィルタに交換することによって、擬似太陽光照射装置１００が照射する光のスペクトルを制御している。具体的には、光学フィルタ４，６について、それぞれハロゲン光源１の光と、キセノン光源１１の光とを独立に透過率制御できることを利用している。これについて、図１を参照して詳細に説明する。図１は、擬似太陽光照射装置１００における光導入部２０ａの一部を示す図である。

図１に示すように、擬似太陽光照射装置１００では、光学フィルタ４，６の少なくともいずれかは、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されている。具体的には、光学フィルタ４は光学フィルタ１４（他の光学フィルタ）と交換可能になっており、光学フィルタ６は光学フィルタ１６（他の光学フィルタ）と交換可能になっている。光学４，６は、それぞれ光学フィルタ１４，１６とは異なる透過率特性を有している。したがって、光学フィルタ４，６の少なくともいずれかを他の光学フィルタ（光学フィルタ１４，１６）と交換することによって、透過される光のスペクトルが変化する。すなわち、擬似太陽光照射装置１００では、光学フィルタ４と光学フィルタ１４との交換、および、光学フィルタ６と光学フィルタ１６との交換のいずれかを行うことによって、異なるスペクトルを有する光を照射することを実現している。

例えば、表１に示すような透過率特性を持つフィルタを光学フィルタ６，１６に用いたとする。具体的には、光学フィルタ６としてＡＭ１．０のスペクトルに最適化されたフィルタ（すなわち、キセノン光がＡＭ１．０のスペクトルとなるような透過率特性を持つフィルタ）を用い、光学フィルタ１６としてＡＭ１．５のスペクトルに最適化されたフィルタ（すなわち、キセノン光がＡＭ１．５のスペクトルとなるような透過率特性を持つフィルタ）を用いたとする。この場合、光学フィルタ６と光学フィルタ１６とを交換することによって、キセノン光源１１からの光の透過率が制御され、キセノン光源１１からの光のスペクトルをＡＭ１．０とＡＭ１．５との間で切替えることができる。

図６に示したように、ＡＭ１．０とＡＭ１．５とのスペクトルでは、６５０ｎｍ以下の波長のスペクトルが大きく異なっている。そのため、ＡＭ１．０のスペクトルに最適化された光学フィルタ６と、ＡＭ１．５のスペクトルに最適化された光学フィルタ１６とを交換するだけでも、擬似太陽光照射装置１００が照射する光のスペクトルをＡＭ１．０とＡＭ１．５との間で容易に切替えることができる。

ここで、図６に示したように、ＡＭ１．０とＡＭ１．５とのスペクトルでは、６５０ｎｍ以上の波長のスペクトルにも僅かに違いが生じている。そこで、光学フィルタ４としてＡＭ１．０のスペクトルに最適化されたフィルタ（すなわち、ハロゲン光がＡＭ１．０のスペクトルとなるような透過率特性を持つフィルタ）を用い、光学フィルタ１４としてＡＭ１．５のスペクトルに最適化されたフィルタ（すなわち、ハロゲン光がＡＭ１．５のスペクトルとなるような透過率特性を持つフィルタ）を用い、光学フィルタ４と光学フィルタ１４とを交換することによって、ハロゲン光源１からの光のスペクトルをＡＭ１．０とＡＭ１．５との間で切替えることもできる。すなわち、ＡＭ１．０のスペクトルに最適化された光学フィルタ４と、ＡＭ１．５のスペクトルに最適化された光学フィルタ１４とを交換することによって、６５０ｎｍ以上の波長のスペクトルを微調整することができる。したがって、擬似太陽光照射装置１００が照射する光のスペクトルをＡＭ１．０およびＡＭ１．５それぞれにより近づけることができ、スペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる。

このように、したがって、擬似太陽光照射装置１００では、光学フィルタ４，６のうち、光学フィルタ６の交換を行うだけでも、所望のスペクトルを持つ擬似太陽光を生成することができる。しかしながら、光学フィルタ４と光学フィルタ１４とを交換することで擬似太陽光のスペクトルをより所望のスペクトルに近づけることができる。

よって、擬似太陽光照射装置１００では、異なるスペクトルに最適化された光学フィルタ４，６および光学フィルタ１４，１６を用意しておき、得たいスペクトルに応じて使用する光学フィルタを選択すればよい。すなわち、スペクトル調整をしたい波長帯域に応じて光学フィルタを適宜切替えればよい。これによれば、光学フィルタ４，６の少なくともいずれかを他の光学フィルタ（光学フィルタ１４，１６）と交換することによって、所望の太陽光スペクトルに応じた擬似太陽光であって、そのスペクトル合致度が高い擬似太陽光を照射することができる。

（フィルタの交換方法）
以下には、光学フィルタ４，６と光学フィルタ４，１６との交換方法について、図８〜１２を参照して説明する。図８および１１は、それぞれ光学フィルタの交換過程を示す断面図である。図９は、擬似太陽光照射装置１００における光導入部２０ａの一部を示す図である。図１０および１２は、それぞれ光学フィルタの交換過程を示す斜視図である。

図８に示すように、光学フィルタ６および光学フィルタ１６を搭載したフィルタスライダ２６をテーパカプラ１３と波長選択手段５との間に配置している。このフィルタスライダ２６が紙面左右方向に移動することによって、テーパカプラ１３と波長選択手段５との間を光学フィルタ６および光学フィルタ１６に移動させる。したがって、テーパカプラ１３と波長選択手段５との間に光学フィルタ６が位置する状態（図８中の左の状態）と、テーパカプラ１３と波長選択手段５との間に光学フィルタ１６が位置する状態（図８中の右の状態）との間を切替えている。すなわち、テーパカプラ１３からの光が光学フィルタ６を通る状態と、テーパカプラ１３からの光が光学フィルタ１６を通る状態との間を切替えている。このようにして、光学フィルタ６と光学フィルタ１６とを交換し、キセノン光源１１からの光のスペクトルを調整している。

この際フィルタスライダ２６は、図９に示すように、ガイド部２７を利用して移動させることができる。本図は、図８に示す光導入部２０ａを、紙面垂直方向に切断した際の断面図である。ガイド部２７が移動することによって、図１０に示すように、フィルタスライダ２６を紙面左右方向に移動させることができる。

光学フィルタ４および光学フィルタ１４の交換も同様であり、図１１に示すように、光学フィルタ４および光学フィルタ１４を搭載したフィルタスライダ２８をテーパカプラ３と波長選択手段５との間に配置している。このフィルタスライダ２８が紙面上下方向に移動することによって、テーパカプラ３と波長選択手段５との間を光学フィルタ４および光学フィルタ１４に移動させる。したがって、テーパカプラ３と波長選択手段５との間に光学フィルタ４が位置する状態（図１１中の左の状態）と、テーパカプラ３と波長選択手段５との間に光学フィルタ１４が位置する状態（図１１中の右の状態）との間を切替えている。すなわち、テーパカプラ３からの光が光学フィルタ４を通る状態と、テーパカプラ３からの光が光学フィルタ１４を通る状態との間を切替えている。このようにして、光学フィルタ４と光学フィルタ１４とを交換し、ハロゲン光源１からの光のスペクトルを調整している。

この際フィルタスライダ２８も、図１２に示すように、ガイド部２９を利用して移動させることができ、ガイド部２７が移動することによって、フィルタスライダ２８を紙面上下方向に移動させることができる。

〔第２の実施形態〕
（複数の光学フィルタ）
本発明に係る他の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、光学フィルタの交換によるスペクトルの変化をより高精度に制御することができる構成を示す。図１３は、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置における光導入部の一部を示す図である。

第１の実施形態の擬似太陽光照射装置１００では、各光源に対して１枚のフィルタで構成された光学フィルタ４，６を備えている。しかし、光学フィルタ４，６は、図１３に示すように、複数枚のフィルタで構成されていてもよい。本図では、光学フィルタ４は２枚の光学フィルタ４ａ，４ｂによって構成されており、光学フィルタ６は２枚の光学フィルタ６ａ，６ｂによって構成されている。

例えば、透過率調整波長帯域がそれぞれ３５０〜５００ｎｍ、５００〜６５０ｎｍであるフィルタを光学フィルタ６ａ，６ｂとして用いたとする。この場合、光学フィルタ６ａ，６ｂがＡＭ１．０に最適化されたフィルタであれば、それぞれをＡＭ１．５に最適化された光学フィルタ１６ａ，１６ｂ（図示せず）と交換することによって、キセノン光源１１からの光のスペクトルをＡＭ１．０とＡＭ１．５との間で切替えることができる。特に、光学フィルタ６ａ，６ｂそれぞれが調整する透過率の波長帯域は細かく分けられているため、より細かな波長帯でのスペクトル調整が可能となる。具体的には、スペクトル調整をしたい波長帯に応じて、光学フィルタ６ａ，６ｂの中からその波長体の透過率を調整する光学フィルタを適宜選択し、他の光学フィルタ（光学フィルタ１６ａ，１６ｂ）と交換すればよい。これによって、より所望の太陽光スペクトルに近い擬似太陽光を生成することができる。

光学フィルタ４ａ，４ｂについても同様に、それぞれが調整する透過率の波長帯域を細かく分けることによって、より細かな波長帯でのスペクトル調整が可能となる。なお、光学フィルタ４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂの透過率調整波長帯域には特に限定はなく、所望の太陽光スペクトルに応じて設定すればよい。すなわち、光学フィルタ４，６は必要に応じて複数枚の光学フィルタで構成すればよく、その数は３枚以上でもよく、２枚に限定されるわけではない。

なお、光学フィルタ４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂのうち、他の光学フィルタに交換可能なものは、少なくともいずれかであればよい。すなわち、光学フィルタ４を構成する複数の光学フィルタ４ａ，４ｂの少なくとも１つ、あるいは、光学フィルタ６を構成する複数の光学フィルタ６ａ，６ｂの少なくとも１つが、他の光学フィルタ（光学フィルタ１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ）と交換可能であればよい。これによれば、ハロゲン光およびキセノン光のいずれか一方のスペクトル調整が行われ、かつ、スペクトル調整が必要な波長帯域のみのスペクトル調整が行われているため、スペクトル調整の精度がより高まり、スペクトル合致度がより高い光を生成することができる。

（光学フィルタの保持方法）
さらにスペクトルの調整精度を改善するために、光学フィルタ４，６および波長選択手段５を共に着脱可能なホルダー３０（保持手段）に図１４に示すように格納してもよい。本図では、光学フィルタ４，６はそれぞれ３枚のフィルタで構成されており、ホルダー３０に光学フィルタ４ａ〜４ｃ，６ａ〜６ｃおよび波長選択手段５が格納されている。

例えば、光学フィルタ６ａを光学フィルタ１６ａ（図示せず）と交換してスペクトルを変更する場合、上記のホルダー３０を一度外し、その後にキセノン光源１１側の光学フィルタ６ａを光学フィルタ１６ａに交換してホルダー３０を元に戻す。このように、ホルダー３０の位置を擬似太陽光照射装置の中で一定の位置に位置決めしておけば、光学フィルタの交換が非常に簡単かつ短時間で実施できる。したがって、擬似太陽光照射装置のスペクトル調整も容易に実施できる。

なお、第１の実施形態の光学フィルタ４，６も、図１４に示すようなホルダー３０に格納してもよい。この場合は、スペクトルを変更するときに上記のホルダー３０を一度外し、その後に光学フィルタ４，６のいずれかを他の光学フィルタ（光学フィルタ１４，１６）と交換してホルダー３０を元に戻せばよい。逆に、本実施形態の光学フィルタ４ａ〜４ｃ，６ａ〜６ｃも、第１の実施形態のようなフィルタスライダ２６，２８およびガイド２７，２９を利用して、光学フィルタ１４ａ〜１４ｃ，１６ａ〜１６ｃに交換してもよい。

〔第３の実施形態〕
本発明に係るさらに他の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、照射範囲を広げるための構成を示す。図１５は、本実施形態に係る擬似太陽光照射装置１１０の要部構成を示す図である。

図１５に示すように、擬似太陽光照射装置１１０では、擬似太陽光照射装置１００における導光板８が、複数（図９では８枚）の導光部材６０ａ…６０ｈに分割されている。さらに、各導光部材６０ａ…６０ｈに対し、擬似太陽光照射装置１００における光導入部２０ａ，２０ｂに対応する複数（図１０では４セット）の光導入部６１ａ〜６４ａ，…６１ｈ〜６４ｈが設けられている。

擬似太陽光照射装置１１０では、導光板８を複数の導光部材６０ａ…６０ｈに分割することによって、導光部材６０ａ…６０ｈ全体としての投入光量を高めることができる。また、擬似太陽光照射装置１１０では、複数の光導入部６１ａ〜６４ａを１つの導光部材６０ａに設ることによって、光量増加を確保することができる。このように、各導光部材６０ａ…６０ｈからのスペクトル合致度の高い擬似太陽光を、大面積に照射することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、太陽電池の検査、測定、及び実験に利用できる。また、化粧品、塗料、接着剤、各種材料の退色および耐光試験にも利用できる。さらに、光触媒の検査および実験、ならびに自然光を必要とするその他の各種実験にも利用できる。

１ ハロゲン光源
２，１２ 集光素子
３，１３ テーパカプラ
４，４ａ〜４ｃ，６，６ａ〜６ｃ 光学フィルタ
５ 波長選択手段
７ａ，７ｂ，１７ａ，１７ｂ 遮光部材
８ 導光板
９ 光取り出し部
１１ キセノン光源
２０ 被照射体
２０ａ，２０ｂ 光導入部
６０ａ…６０ｂ 導光部材
６１ａ〜６４ａ，…６１ｈ〜６４ｈ 光導入部
１００，１１０ 擬似太陽光照射装置

Claims (5)

1. 第１の光を照射する第１の光源と、
   第１の光とは異なるスペクトル分布を有する第２の光を照射する第２の光源と、
   第1の光に指向性を付与する第１の光学部材と、
   第２の光に指向性を付与する第２の光学部材と、
   第１の光の透過率を制御する透過率特性を有する少なくとも１つの第１の光学フィルタと、
   第２の光の透過率を制御する透過率特性を有する少なくとも１つの第２の光学フィルタと、
   上記第１の光学フィルタおよび上記第２の光学フィルタによって透過率が制御された第１の光および第２の光が入射され、入射した第１の光および第２の光から選択された光を混合することにより擬似太陽光を出射する光選択部と、
   上記光選択部から出射された擬似太陽光が入射する導光板と、
   上記導光板に入射した擬似太陽光を、上記導光板の照射面に取り出す光取り出し部とを備えた擬似太陽光照射装置であって、
   上記第１の光学フィルタが、上記指向性を付与する第１の光学部材の光出射端側に配置され、上記第２の光学フィルタが、上記指向性を付与する第２の光学部材の光出射端側に配置され、かつ、上記第１の光学フィルタおよび上記第２の光学フィルタの少なくともいずれかが、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されていることを特徴とする擬似太陽光照射装置。
2. 複数の上記第１の光学フィルタと、複数の上記第２の光学フィルタとを備え、
   上記複数の第１の光学フィルタの少なくとも１つ、あるいは、上記複数の第１の光学フィルタの少なくとも１つが、自身とは異なる透過率特性を有する上記他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の擬似太陽光照射装置。
3. 上記光選択部は、上記第１の光学フィルタによって透過率が制御された上記第１の光における、所定の波長よりも短波長の光と、上記第２の光学フィルタによって透過率が調整された上記第２の光における、上記所定の波長よりも長波長の光とを選択し、
   上記第１の光学フィルタは、上記所定の波長よりも短波長帯域の透過率を制御し、
   上記第１の光学フィルタの少なくともいずれかが、自身とは異なる透過率特性を有する他の光学フィルタに交換可能な状態で配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の擬似太陽光照射装置。
4. 上記第１の光学フィルタ、上記第２の光学フィルタ、および、上記光選択部は、着脱可能な保持手段に一緒に搭載されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の擬似太陽光照射装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の擬似太陽光照射装置のスペクトル調整方法であって、
   上記第１の光学フィルタおよび上記第２の光学フィルタの少なくともいずれかを、自身とは異なる透過率特性を有する上記他の光学フィルタと交換することによって、上記擬似太陽光のスペクトル分布を調整する工程を含むことを特徴とするスペクトル調整方法。

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