JP5256521B2 - Evaluation method and evaluation apparatus for solar cell using LED - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device using a new LED for evaluating a solar battery, by which the output characteristic of the solar battery is easily performed. <P>SOLUTION: The solar battery 4 is irradiated with the light from a multi-wavelength LED light emitter 2 to measure the absolute spectral sensitivity (A/W) of the solar battery, from the irradiated light intensity (W) of each wavelength from the light emitter 2 and the output the short-circuit current (A) of the solar battery 4 of each wavelength. The absolute spectral sensitivity curve of the solar battery 4 can speedily be obtained from the fitting calculation of the absolute spectral sensitivity of the solar battery 4. Furthermore, the output short-circuit current in the case of irradiation of the solar battery 4 with the reference insolation can be calculated. Thus, the solar battery can speedily and inexpensively be evaluated also at the outdoor installing place of the sollar battery. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、LEDを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置に関する。  The present invention relates to a solar cell evaluation method and an evaluation apparatus using LEDs.

地球環境を保全するために太陽エネルギーの利用が進み、一般のビルや家庭の屋根や壁にも太陽電池を複数接続した太陽電池モジュールからなる太陽電池パネルの敷設が進みつつある。しかしながら、Si(シリコン)等からなる太陽電池は、高コストのために思うように普及できていない。太陽電池が高コストである原因の一つに、太陽電池の太陽光照射の際の出力特性の検査工程がある。この太陽電池の出力特性評価は、太陽電池の製造後の検査や太陽電池の研究開発において行われる重要な測定項目である。
太陽電池への太陽光照射は天候により強度が変動することなどにより随時使用することが困難である。そのために、太陽光の替わりに、主にXe(キセノン)ランプやハロゲンランプを使用した光源、所謂、ソーラシミュレータが太陽電池の出力特性評価用の光源として用いられている(特許文献1参照)。ここで、ソーラシミュレータは、通常のキセノンランプに加えてハロゲンランプを長波長用の光源として追加することで、キセノンランプの輝線スペクトルを抑えると共に、さらに光学フィルタを使用することで自然太陽光に近似な光源としている。
The use of solar energy is progressing in order to preserve the global environment, and the installation of solar cell panels composed of solar cell modules in which a plurality of solar cells are connected to the roofs and walls of ordinary buildings and homes is also in progress. However, solar cells made of Si (silicon) or the like have not been spread as expected because of high cost. One of the reasons for the high cost of solar cells is an inspection process for output characteristics when the solar cells are irradiated with sunlight. The output characteristic evaluation of the solar cell is an important measurement item performed in the inspection after the solar cell is manufactured and in the research and development of the solar cell.
It is difficult to irradiate solar cells with solar light at any time because the intensity varies depending on the weather. For this purpose, instead of sunlight, a light source mainly using an Xe (xenon) lamp or a halogen lamp, a so-called solar simulator, is used as a light source for evaluating the output characteristics of a solar cell (see Patent Document 1). Here, the solar simulator adds a halogen lamp as a long-wavelength light source in addition to a normal xenon lamp, thereby suppressing the emission line spectrum of the xenon lamp and further approximating natural sunlight by using an optical filter. Light source.

特開2002−48704号公報(第2−3頁、第1図)          JP 2002-48704 A (page 2-3, FIG. 1)

発明が解決しようとする課題Problems to be solved by the invention

JIS規格において等級Aを満たすソーラシミュレータは数少なく、多くの太陽電池の製品検査においては、等級Aのソーラシミュレータによって一次校正された太陽電池(一次基準太陽電池)などを用いて比較測定を行うことにより、太陽光照射と等価な測定であるとしている。実際には、一次基準太陽電池によって校正された二次基準太陽電池を用いる場合が多いために、その測定誤差が大きくなり正確な測定が困難であるという課題がある。
また、ソーラシミュレータを用いた太陽電池の出力特性評価は、基準太陽光とのスペクトル不一致の問題や、大型の設備であること、ランプの寿命が短く消費電力も大きいという課題がある。
また、太陽電池の受光可能な波長領域における絶対分光感度曲線を測定する場合には、ソーラシミュレータの光を分光器で分光して受光範囲の波長全域の各波長毎の絶対分光感度を得ることにより測定を行っている。この際、ソーラシミュレータの分光された波長の出力は低下するので、雑音が大きいために、ロックインアンプを用いて太陽電池の出力短絡電流を測定している。このため、太陽電池の絶対分光感度曲線を測定する測定器自体が高額であることと、測定に時間がかかることなどから、太陽電池の製造コストのうちの検査に要するコストが低下しないという課題がある。
There are only a few solar simulators that meet Grade A in the JIS standard, and in the inspection of many solar cells, comparative measurements are performed using solar cells (primary reference solar cells) that have been primarily calibrated by a Class A solar simulator. The measurement is equivalent to sunlight irradiation. In practice, secondary reference solar cells calibrated by primary reference solar cells are often used, so that there is a problem that the measurement error becomes large and accurate measurement is difficult.
Moreover, the evaluation of the output characteristics of a solar cell using a solar simulator has problems of spectrum mismatch with reference sunlight, a large facility, and a short lamp life and high power consumption.
In addition, when measuring the absolute spectral sensitivity curve in the wavelength range where the solar cell can receive light, the light of the solar simulator is dispersed with a spectroscope to obtain the absolute spectral sensitivity for each wavelength in the wavelength range of the light receiving range. Measuring. At this time, since the output of the spectral wavelength of the solar simulator is lowered, since the noise is large, the output short-circuit current of the solar cell is measured using a lock-in amplifier. For this reason, since the measuring device itself that measures the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell is expensive and takes time to measure, there is a problem that the cost required for the inspection of the manufacturing cost of the solar cell does not decrease. is there.

本発明は上記課題に鑑み、太陽電池の出力特性の評価を容易に行い得る、新規なLEDを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置を提供することを目的とするものである。  In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solar cell evaluation method using a novel LED and an evaluation device thereof that can easily evaluate the output characteristics of the solar cell.

課題を解決するための手段Means for solving the problem

【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のLEDを用いた太陽電池評価方法は、異なる波長の光を発する複数のLEDを有するLED発光部から、離散的で異なる波長の光を、pin構造を有する太陽電池に照射して太陽電池の出力短絡電流を測定し、波長毎の絶対分光感度を求める第1のステップと、第1のステップで求めた波長毎の絶対分光感度に基づいて太陽電池の電流を与える式であって半導体の少数キャリア連続の方程式により導出される下記(式4)によるフィッティング計算を行い、太陽電池の絶対分光感度曲線を求める第2のステップと、を有し、第2のステップでは、パラメータとしての表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leについて初期値を設定することで、絶対分光感度曲線を求めるステップAと、第1のステップで求めた波長毎の絶対分光感度のうち短波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の表面再結合速度Shの大まかな近似値を求めると共に、絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び少数キャリア拡散長Leの初期値からの修正値を求めるステップBと、第1のステップで求めた波長毎の絶対分光感度のうち長波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の少数キャリア拡散長Leの大まかな近似値を求めると共に、絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び表面再結合速度Shの初期値から修正値を求めるステップCと、更に、ステップB、ステップCで求めた各パラメータの大まかな近似値及び修正値を用いて、表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leの最適値を求めるステップDと、を含むことを特徴とする。
【数1】

Figure 0005256521
ここで、ISCは太陽電池の出力短絡電流、Ihはn層の正孔電流、Idrは空乏層中の電流、Ieはp層の電子電流であり、下記(式1)(式2)(式3)を満たす。
【数2】
Figure 0005256521
【数3】
Figure 0005256521
【数4】
Figure 0005256521
ただし、αは吸収係数であり、Lh ,Le とSh ,Se とDh ,De は、それぞれ、少数キャリアの拡散長、表面再結合速度、少数キャリアの拡散定数であり、添え字のh e はそれぞれn層中における正孔とp層中の電子を示し、xj 、Wは空乏層の端、空乏層の厚さであり、H、H'は、空乏層末端の寸法である。
上記構成において、更に、第2ステップで求めた太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流を求めることが好ましい。
上記構成において、第1のステップでは、それぞれ短波長帯、中波長帯及び長波長帯の光を発光する複数のLEDを用いて、各光の波長毎の絶対分光感度を求めることが好ましい。
上記構成において、第1のステップでは一色毎に変調をかけて太陽電池の出力短絡電流を得ることが好ましい。
上記構成において、ステップDでは、n層の正孔電流Ih及びLeに関する偏微分導関数δIh/δSh及びδIe/δLeを用いて行うことが好ましい。
上記構成において、太陽電池が、Si又は化合物半導体からなる結晶又はアモルファスを用いた太陽電池であることが好ましい。
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a solar cell evaluation method using an LED of the present invention has a pin structure in which discrete and different wavelengths of light are emitted from an LED light emitting unit having a plurality of LEDs that emit light of different wavelengths. A first step of irradiating the solar cell to measure an output short-circuit current of the solar cell and obtaining an absolute spectral sensitivity for each wavelength, and a current of the solar cell based on the absolute spectral sensitivity for each wavelength obtained in the first step A second step of performing a fitting calculation according to the following (Equation 4) derived from a semiconductor minority carrier continuity equation to obtain an absolute spectral sensitivity curve of the solar cell, in step, by setting the initial value surface reflectance R as a parameter, the surface recombination velocity S h of the solar cell, the minority carrier diffusion length L e, scan for obtaining the absolute spectral sensitivity curve And-up A, the fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the short wavelength side among the absolute spectral sensitivity for each wavelength obtained in the first step, a rough approximation of the surface recombination velocity S h of the solar cell together determine the value, and step B of obtaining a correction value from the initial value of the absolute spectral sensitivity surface reflectance provides the curve R and the minority carrier diffusion length L e, among the absolute spectral sensitivity for each wavelength obtained in the first step the fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the long wavelength side, fewer with obtaining a rough approximation of the carrier diffusion length L e, surface reflectance R and the surface recombination velocity gives the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell a step C for obtaining the correction value from the initial value of S h, further steps B, and using a rough approximation and correction values of the parameters calculated in step C, the surface reflectance R, solar Characterized in that it comprises the surface recombination velocity S h, Step D to obtain the optimum value of minority carrier diffusion length L e, a.
[Expression 1]
Figure 0005256521
Here, I SC is the output short-circuit current of the solar cell, I h is the hole current of the n layer, I dr is the current in the depletion layer, I e is the electron current of the p layer, and the following (formula 1) (formula 2) (Equation 3) is satisfied.
[Expression 2]
Figure 0005256521
[Equation 3]
Figure 0005256521
[Expression 4]
Figure 0005256521
Where α is an absorption coefficient, L h , Le and S h , Se and D h , and D e are the minority carrier diffusion length, surface recombination velocity, and minority carrier diffusion constant, respectively. The letters h and e represent holes in the n layer and electrons in the p layer, respectively, x j and W are the end of the depletion layer and the thickness of the depletion layer, and H and H ′ are the end of the depletion layer. Dimensions.
In the above configuration, it is further preferable to obtain an output short-circuit current at the time of reference sunlight irradiation from the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell obtained in the second step.
In the above configuration, in the first step, it is preferable to obtain the absolute spectral sensitivity for each wavelength of each light by using a plurality of LEDs that emit light in the short wavelength band, medium wavelength band, and long wavelength band, respectively.
In the above configuration, it is preferable to obtain an output short-circuit current of the solar cell by modulating each color in the first step.
In the above configuration, in step D, it is preferably carried out using a partial differential derivative with respect to the hole current I h and L e of the n layer .delta.I h / delta] S h and δI e / δL e.
The said structure WHEREIN: It is preferable that a solar cell is a solar cell using the crystal | crystallization or amorphous which consists of Si or a compound semiconductor.

この構成によれば、多波長のLED光を太陽電池に照射し、多波長LEDの各波長毎の照射光強度(W)と各波長毎の太陽電池の出力短絡電流(A)とから、太陽電池の絶対分光感度(A/W)を測定できる。
また、太陽電池の絶対分光感度を用い、フィッティング計算を行うことにより、太陽電池の絶対分光感度曲線を短時間で精度良く得ることができる。
さらに、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流の計算を行うことができる。
According to this configuration, the solar cell is irradiated with multi-wavelength LED light, and the solar light is output from the irradiation light intensity (W) for each wavelength of the multi-wavelength LED and the output short-circuit current (A) of the solar cell for each wavelength. The absolute spectral sensitivity (A / W) of the battery can be measured.
Further, by performing fitting calculation using the absolute spectral sensitivity of the solar cell, the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell can be accurately obtained in a short time.
Furthermore, the output short circuit current at the time of reference sunlight irradiation can be calculated from the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell.

本発明のLEDを用いた太陽電池の評価装置は、離散的で異なる波長の光を発する複数のLEDを有するLED発光部と、LED駆動部と、pin構造を有する太陽電池を載置するサンプルホルダと、信号処理部と、を備え、LED発光部がサンプルホルダ上の太陽電池に所定距離で対向するよう配置されており、信号処理部は、LED駆動部を制御して発光部から太陽電池に対して各LEDを発光させ、太陽電池に発生する短絡電流を短絡電流信号として入力し、波長毎の太陽電池の絶対分光感度を計算すると共に、絶対分光感度曲線を求めるプログラムを実行して、波長毎の太陽電池の絶対分光感度の値に基づいて太陽電池の電流を与える式であって半導体の少数キャリア連続の方程式により導出される下記(式4)によるフィッティング計算を行って絶対分光感度曲線を求め、信号処理部が、パラメータとしての表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leの初期値を設定することで、絶対分光感度曲線を求めるステップAと、波長毎の絶対分光感度の値のうち短波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の表面再結合速度Shの大まかな近似値を求めると共に、絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び少数キャリア拡散長Leの初期値からの修正値を求めるステップBと、波長毎の絶対分光感度の値のうち長波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の少数キャリア拡散長Leの大まかな近似値を求めると共に、絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び表面再結合速度Shの初期値から修正値を求めるステップCと、更に、ステップB、ステップCで求めた各パラメータの大まかな近似値及び修正値を用いて、表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leの最適値を求めるステップDと、を上記プログラムにより実行することを特徴とする。

Figure 0005256521
ここで、ISCは太陽電池の出力短絡電流、Ihはn層の正孔電流、Idrは空乏層中の電流、Ieはp層の電子電流であり、下記(式1)(式2)(式3)を満たす。
Figure 0005256521
Figure 0005256521
Figure 0005256521
ただし、αは吸収係数であり、Lh ,Le とSh ,Se とDh ,De は、それぞれ、少数キャリアの拡散長、表面再結合速度、少数キャリアの拡散定数であり、添え字のh e はそれぞれn層中における正孔とp層中の電子を示し、xj 、Wは空乏層の端、空乏層の厚さであり、H、H'は、空乏層末端の寸法である。
上記構成において、信号処理部は、得られた絶対分光感度曲線と基準太陽光放射照度分布との積を波長で積分して基準太陽光照射時の出力短絡電流を算出することが好ましい。
上記構成において、複数のLEDとしてそれぞれ短波長帯、中波長帯及び長波長帯の光を発光するLEDが配設されていることが好ましい。
上記構成において、LED発光部は、LED発光部は、正多角形の各頂点に各色のLEDが配置されるブロックから成り、ブロックが複数配置されて所定の形状に構成されていることが好ましい。
上記構成において、LED発光部は正四角形のブロックが複数配置されて成り、各ブロックの各頂点に異なる色のLEDが配設されていることが好ましい。
上記構成において、LED発光部は正六角形のブロックが複数配置され成り、各ブロックの各頂点に異なる色のLEDが配設されていることが好ましい。
A solar cell evaluation apparatus using an LED according to the present invention is a sample holder on which an LED light emitting unit having a plurality of LEDs emitting discrete and different wavelengths of light, an LED driving unit, and a solar cell having a pin structure are placed. And a signal processing unit, and the LED light emitting unit is arranged to face the solar cell on the sample holder at a predetermined distance, and the signal processing unit controls the LED driving unit to change the light emitting unit to the solar cell. Each LED is made to emit light, the short-circuit current generated in the solar cell is input as a short-circuit current signal, the absolute spectral sensitivity of the solar cell for each wavelength is calculated, the program for obtaining the absolute spectral sensitivity curve is executed, and the wavelength is A formula that gives the current of a solar cell based on the absolute spectral sensitivity value of each solar cell, and is derived from the equation of continuity of minority carriers in a semiconductor. The absolute spectral sensitivity curve by performing the calculation, by the signal processing unit sets the surface reflectance R as a parameter, the surface recombination velocity S h of the solar cell, the initial value of the minority carrier diffusion length L e, absolute a step a of finding a spectral sensitivity curve by fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the short wavelength side among the values of the absolute spectral sensitivity for each wavelength, rough approximation of the surface recombination velocity S h of the solar cell with seek, a step B of determining a correction value from the initial value of the absolute spectral sensitivity surface reflectance provides the curve R and the minority carrier diffusion length L e, measured including the longer wavelength side of the value of the absolute spectral sensitivity for each wavelength the fitting calculation using data of wavelength, together with obtaining a rough approximation of the minority carrier diffusion length L e of the solar cell, the surface reflectance R and surface recombination gives an absolute spectral sensitivity curve A step C for obtaining the correction value from the initial value of the speed S h, further steps B, and using a rough approximation and correction values of the parameters calculated in step C, the surface reflectance R, surface recombination of the solar cell Step S for obtaining the optimum value of the speed S h and the minority carrier diffusion length Le is executed by the above program.
Figure 0005256521
Here, I SC is the output short-circuit current of the solar cell, I h is the hole current of the n layer, I dr is the current in the depletion layer, I e is the electron current of the p layer, and the following (formula 1) (formula 2) (Equation 3) is satisfied.
Figure 0005256521
Figure 0005256521
Figure 0005256521
Where α is an absorption coefficient, L h , Le and S h , Se and D h , and D e are the minority carrier diffusion length, surface recombination velocity, and minority carrier diffusion constant, respectively. The letters h and e represent holes in the n layer and electrons in the p layer, respectively, x j and W are the end of the depletion layer and the thickness of the depletion layer, and H and H ′ are the end of the depletion layer. Dimensions.
In the above configuration, it is preferable that the signal processing unit calculates the output short-circuit current at the time of reference sunlight irradiation by integrating the product of the obtained absolute spectral sensitivity curve and the reference sunlight irradiance distribution with the wavelength.
In the above configuration, it is preferable that LEDs that emit light in a short wavelength band, a medium wavelength band, and a long wavelength band are disposed as the plurality of LEDs.
In the above configuration, it is preferable that the LED light emitting unit is composed of a block in which LEDs of each color are arranged at each vertex of a regular polygon, and a plurality of blocks are arranged to have a predetermined shape.
In the above configuration, it is preferable that the LED light emitting section is formed by arranging a plurality of regular square blocks, and LEDs of different colors are arranged at each vertex of each block.
In the above configuration, it is preferable that the LED light emitting section is formed by arranging a plurality of regular hexagonal blocks, and LEDs of different colors are arranged at the vertices of each block.

上記構成によれば、複数のLED光照射により太陽電池の出力短絡電流を測定し、太陽電池の絶対分光感度と絶対分光感度曲線と太陽電池の絶対分光感度曲線などを短時間で測定することができる。これにより、従来測定時間とコストがかかった太陽電池の絶対分光感度などの諸測定を、短時間で、かつ、低コストで行うことができる。  According to the above configuration, the output short-circuit current of the solar cell can be measured by irradiation with a plurality of LED lights, and the absolute spectral sensitivity, the absolute spectral sensitivity curve, the absolute spectral sensitivity curve, etc. of the solar cell can be measured in a short time. it can. Thereby, various measurements, such as the absolute spectral sensitivity of the solar cell which conventionally required the measurement time and cost, can be performed in a short time and at low cost.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
始めに、本発明の第1の実施の形態であるLEDを用いた太陽電池の評価方法を説明する。
図1は、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において用いる測定系の概略構成を示す図である。図1に示すように、LED発光部2により、測定する太陽電池4へ光照射が行われる。ここで、LED発光部2は、太陽光に含まれる波長の内の複数の波長、即ち、複数色を有する複数のLEDを有し、太陽電池4に所定の距離で対向し、照度むらのないように配置されている。ここで、太陽電池4は、単位太陽電池を複数接続した太陽電池モジュールでもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, a solar cell evaluation method using the LED according to the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a measurement system used in a solar cell evaluation method using the LED of the present invention. As shown in FIG. 1, the LED light emitting unit 2 irradiates light to the solar cell 4 to be measured. Here, the LED light emitting unit 2 has a plurality of wavelengths among the wavelengths included in sunlight, that is, a plurality of LEDs having a plurality of colors, faces the solar cell 4 at a predetermined distance, and has no uneven illuminance. Are arranged as follows. Here, the solar cell 4 may be a solar cell module in which a plurality of unit solar cells are connected.

図2は、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、図1の測定系を用いて太陽電池の絶対分光感度測定と、その測定から絶対分光感度曲線を得るための手順を示すフロー図である。
先ず、ステップST1において、複数色を有する複数のLEDを各色毎に発光させて、太陽電池の出力短絡電流ISC(A)を測定する。このときの太陽電池表面における各LEDの照度、即ち、照射電力(W)を予め測定しておけば、太陽電池の出力短絡電流ISCと各色LEDの照度の比から、LED各色毎の絶対分光感度(A/W)が得られる。
ここで、LED発光部からの照射光は、基準太陽光と異なり離散的な輝線スペクトルの照射であるので、太陽光に近似させるためにLEDの発光色は複数用いる。これらのLEDの発光色は、例えば、青(短波長帯)、赤(中波長帯)、赤外(長波長帯)、白(広波長帯)を用いることができる。
また、LEDからの各色の発光は、後述するように、白色を除いたある1色毎に変調をかけておき、他のLEDは発光させた状態、即ち、バイアス光として照射することで、白色を除く各色毎の絶対分光感度を測定してもよい。
FIG. 2 is a flowchart showing an absolute spectral sensitivity measurement of a solar cell using the measurement system of FIG. 1 and a procedure for obtaining an absolute spectral sensitivity curve from the measurement in the solar cell evaluation method using the LED of the present invention. FIG.
First, in step ST1, a plurality of LEDs having a plurality of colors are caused to emit light for each color, and the output short-circuit current I SC (A) of the solar cell is measured. If the illuminance of each LED on the surface of the solar cell at this time, that is, the irradiation power (W) is measured in advance, the absolute spectrum for each LED color is calculated from the ratio of the output short-circuit current I SC of the solar cell and the illuminance of each LED. Sensitivity (A / W) is obtained.
Here, since the irradiation light from the LED light emitting unit is irradiation of a discrete bright line spectrum unlike the reference sunlight, a plurality of LED emission colors are used in order to approximate the sunlight. For example, blue (short wavelength band), red (medium wavelength band), infrared (long wavelength band), and white (wide wavelength band) can be used as the emission color of these LEDs.
In addition, as described later, the light emission of each color from the LED is modulated for each certain color except white, and the other LEDs emit light, that is, when irradiated as bias light, The absolute spectral sensitivity for each color except for may be measured.

次に、ステップST2において、上記各色LEDの絶対分光感度の値から、後述するフィッティング計算により太陽電池の絶対分光感度曲線を求める。
このようにして、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、太陽電池の絶対分光感度曲線を得ることができる。
Next, in step ST2, the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell is obtained from the absolute spectral sensitivity value of each color LED by fitting calculation described later.
Thus, in the solar cell evaluation method using the LED of the present invention, an absolute spectral sensitivity curve of the solar cell can be obtained.

次に、ステップST1における絶対分光感度の測定について詳しく説明する。
図3は、本発明のLEDを用いた太陽電池の図2に示した評価方法において、ステップST1で、太陽電池に照射するLED毎の絶対分光感度を測定するための手順を示すフロー図である。
ここで、LEDの発光色は、例えば、赤外、赤、青、白の4色を含む複数のn色であるとして説明する。
先ず、ステップST10において、LED発光部の各色のLEDの全てを発光させ、ステップST11において、白色を除く任意の一色のLEDに振幅変調(AM変調)をかけ、この変調信号による太陽電池の出力短絡電流ISC(A)を測定する。ここで、全LEDの発光のうち、変調光以外はバイアス光として太陽電池を稼動状態にするために照射している。
次に、ステップST12において、白色を除く任意の一色のLEDの太陽電池への照射電力(W)に対する太陽電池の出力短絡電流ISC(A)から、この照射波長の絶対分光感度(A/W)を計算する。
Next, the measurement of absolute spectral sensitivity in step ST1 will be described in detail.
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for measuring the absolute spectral sensitivity of each LED irradiated to the solar cell in step ST1 in the evaluation method shown in FIG. 2 for the solar cell using the LED of the present invention. .
Here, the description will be made assuming that the emission colors of the LEDs are, for example, a plurality of n colors including four colors of infrared, red, blue, and white.
First, in step ST10, all the LEDs of each color of the LED light emitting section are made to emit light, and in step ST11, any one color LED except white is subjected to amplitude modulation (AM modulation), and an output short circuit of the solar cell by this modulation signal. The current I SC (A) is measured. Here, out of the light emission of all LEDs, the light other than the modulated light is irradiated as bias light to bring the solar cell into an operating state.
Next, in step ST12, the absolute spectral sensitivity (A / W) of this irradiation wavelength from the output short-circuit current I SC (A) of the solar cell with respect to the irradiation power (W) of the LED of any one color except white is applied to the solar cell. ).

次に、ステップST13では、発光色の白色を除く(n−1)色の全ての変調信号が測定されたか否かを判定する。そして、ステップST13において、(n−1)色が測定されていないと判定したときには、ステップST11に戻り、白色以外の各色の測定を続け、それぞれの照射波長の絶対分光感度を計算する。  Next, in step ST13, it is determined whether or not all modulation signals of (n-1) colors excluding the white light emission color have been measured. If it is determined in step ST13 that the (n-1) color is not measured, the process returns to step ST11, the measurement of each color other than white is continued, and the absolute spectral sensitivity of each irradiation wavelength is calculated.

これに対して、ステップST13において、白色を除く(n−1)色の全ての変調信号が測定されたと判定したときには、ステップST14において、各色の絶対分光感度測定が終了する。
このようにして、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、LED照射の複数の異なる色、即ち複数波長において、白色を除く各色毎に変調をかけて測定することで、太陽電池の絶対分光感度を感度よく、高精度に測定することができる。
On the other hand, when it is determined in step ST13 that all modulation signals of (n-1) colors excluding white have been measured, the absolute spectral sensitivity measurement for each color is completed in step ST14.
In this way, in the solar cell evaluation method using the LED of the present invention, a plurality of different colors of LED irradiation, that is, a plurality of wavelengths, are measured with modulation for each color except white, thereby Absolute spectral sensitivity can be measured with high sensitivity and high accuracy.

次に、上記の測定によって得られる離散的な絶対分光感度に基づいて、絶対分光感度曲線を得る方法について説明する。
ここで、被測定太陽電池は、pin構造を有していて受光面がn層であるとして説明する。
太陽電池の分光感度の理論式は、下記の式(1)〜式(3)に示す半導体の少数キャリア連続の方程式より導出したモデル式を用いた(小長井誠著「半導体物性」、1992年、倍風館、pp.239〜241、参照)。

Figure 0005256521
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Figure 0005256521
Figure 0005256521
Next, a method for obtaining an absolute spectral sensitivity curve based on the discrete absolute spectral sensitivity obtained by the above measurement will be described.
Here, it is assumed that the solar cell to be measured has a pin structure and the light receiving surface is an n layer.
The theoretical formula of the spectral sensitivity of the solar cell uses a model formula derived from the equation of semiconductor minority carrier continuity shown in the following formulas (1) to (3) (Makoto Konagai, “Semiconductor physical properties”, 1992, (See Shufukan, pp. 239-241).
Figure 0005256521
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式(1)のIh 、式(2)のIdr、式(3)のIe は、それぞれ、n層の正孔電流、空乏中の電流、p層の電子電流を示している。これらの式(1)〜式(3)の合計が、太陽電池の出力短絡電流ISCの式(4)となる。
上記式において、αは吸収係数であり、Rは表面反射率であり、Lh ,Le とSh ,Se と、Dh ,De は、それぞれ、少数キャリアの拡散長、表面再結合速度、少数キャリアの拡散定数である。
ここで、添え字のhe は、それぞれ、n層中における正孔とp層中の電子を示す。また、xj 、W、H、H’は、それぞれ、空乏層の端、空乏層の厚さ、空乏層末端の寸法である。
I h in Formula (1), I dr in Formula (2), and I e in Formula (3) indicate the hole current in the n layer, the current during depletion, and the electron current in the p layer, respectively. The sum of these formulas (1) to (3) is the formula (4) of the output short-circuit current I SC of the solar cell.
In the above formula, alpha is the absorption coefficient, R is the surface reflectance, and L h, L e and S h, S e, D h , D e , respectively, the diffusion length of minority carriers, surface recombination Velocity, minority carrier diffusion constant.
Here, the subscripts h and e indicate holes in the n layer and electrons in the p layer, respectively. X j , W, H, and H ′ are the dimensions of the end of the depletion layer, the thickness of the depletion layer, and the end of the depletion layer, respectively.

図4は、結晶Siを用いた太陽電池の変数(パラメータ)と、値域、単位、分類を示す表である。分光感度曲線への影響の度合いによりパラメータをA群、B群に分類しており、値域は、結晶系Siの一般的な値を用いた(H. J. Hovel著"Semiconductors And Semi-Metals Vol.11 ",1975, Academic Press, p.26 参照)。
パラメータA群は材料に関する定数であり、太陽電池の種類によって固有の値とし、B群は同種セル内での個体差に依存する変数とした。A群のうち吸収係数αは波長依存の値であり、短波長ほど吸収されやすいことを示す。
また、入射フォトン数I0 について、光子一個の持つエネルギーは、E(eV)=1239.5/λ(nm)によって表されるため、波長が長くなるほど光子の持つエネルギーは少なくなることがわかる。これら二つのパラメータが波長に依存した関数であり、分光感度の波形を特徴づける部分である。
FIG. 4 is a table showing variables (parameters), value ranges, units, and classifications of solar cells using crystalline Si. The parameters are classified into group A and group B according to the degree of influence on the spectral sensitivity curve, and the value range is based on the general value of crystalline Si (“Semiconductors And Semi-Metals Vol.11” by HJ Hovel) , 1975, Academic Press, p.26).
The parameter A group is a constant related to the material, and is a specific value depending on the type of solar cell, and the group B is a variable depending on individual differences in the same type of cells. In the A group, the absorption coefficient α is a wavelength-dependent value, and indicates that the shorter the wavelength, the easier the absorption.
In addition, for the number of incident photons I 0 , the energy of one photon is expressed by E (eV) = 1239.5 / λ (nm), so that it can be seen that the longer the wavelength, the less the energy of the photon. These two parameters are functions depending on the wavelength, and are the parts that characterize the spectral sensitivity waveform.

パラメータBとして、入射フォトン数を決める表面反射率Rと、n層における表面再結合速度Sh と、p層における少数キャリア拡散長Le とが出力短絡電流ISCに与える影響を図5〜図7に示す。図の縦軸は絶対分光感度、横軸は波長であり、このデータが絶対分光感度曲線を示す。図中の矢印で示すように、各変数、即ち、パラメータは依存性の高い波長帯を有している。
ここで、図5〜図7に示すように、太陽電池の短波長側と長波長側の出力短絡電流ISCは、それぞれ太陽電池の表面再結合速度Sh と少数キャリア拡散長Le に大きく影響、即ち依存する。そして、絶対分光感度曲線の全体は、太陽電池の表面反射率Rに依存するので、分光感度の中心となる波長帯を用いてその依存性を調べるとよい。この際、短波長、長波長、分光感度の中心となる波長に適合するLEDの発光色は、それぞれ、紫〜青、赤外、赤を使用できる。白色光はバイアス光として使用することができる。
これから、上記式(1)においては表面再結合速度Sh を、上記式(3)においては少数キャリア拡散長Le をパラメータとし、Rをも用いて、実測より得られた絶対分光感度と一致するようにフィッティングをさせ、絶対分光感度曲線のフィッティング計算を行うことができる。
As the parameter B, fig. 5 to FIG. And the surface reflectance R for determining the number of incident photons, and the surface recombination velocity S h in the n layer, the effect in which the minority carrier diffusion length L e in p layer on the output short-circuit current I SC 7 shows. In the figure, the vertical axis represents absolute spectral sensitivity and the horizontal axis represents wavelength, and this data represents an absolute spectral sensitivity curve. As indicated by the arrows in the figure, each variable, that is, a parameter has a highly dependent wavelength band.
Here, as shown in FIGS. 5 to 7, the output short-circuit current I SC of the short wavelength side and the long wavelength side of the solar cell is greater in the surface recombination velocity S h and the minority carrier diffusion length L e of each solar cell Influence, ie dependent. Since the absolute spectral sensitivity curve as a whole depends on the surface reflectance R of the solar cell, the dependence thereof may be examined using a wavelength band that is the center of spectral sensitivity. In this case, purple to blue, infrared, and red can be used as the emission colors of the LEDs that match the short wavelength, the long wavelength, and the wavelength that is the center of the spectral sensitivity, respectively. White light can be used as bias light.
Now, the surface recombination velocity S h in the above formula (1) as a parameter minority carrier diffusion length L e in (3), also with R, consistent with absolute spectral sensitivity obtained from the measured And fitting calculation of the absolute spectral sensitivity curve can be performed.

図8は、LEDを用いた太陽電池の評価方法において、離散的な絶対分光感度から、太陽電池の絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算の方法を示すフロー図である。
先ず、ステップST20において、R、Sh 、Le の初期値として理想的なパラメータを入力し、理想的な絶対分光感度曲線を計算する。ここで、絶対分光感度曲線の全体は、太陽電池の表面反射率Rに依存するので、分光感度の中心となる波長帯を用いてその依存性を計算してもよい。
次に、ステップST21において、この理想的な絶対分光感度曲線が測定により得られた離散的な絶対分光感度と比較して許容範囲内の誤差に収まっているか否かを判定する。そして、ステップST21において、得られた絶対分光感度曲線が妥当でないと判定したときには、ステップST20に戻り再度計算を行う。この際、図3のパラーメータのうち、Aについても見直しをしてもよい。
FIG. 8 is a flowchart showing a fitting calculation method for obtaining an absolute spectral sensitivity curve of a solar cell from discrete absolute spectral sensitivity in an evaluation method of a solar cell using LEDs.
First, in step ST20, R, enter the ideal parameter as an initial value of S h, L e, calculates the ideal absolute spectral sensitivity curve. Here, since the entire absolute spectral sensitivity curve depends on the surface reflectance R of the solar cell, the dependence thereof may be calculated using the wavelength band that is the center of the spectral sensitivity.
Next, in step ST21, it is determined whether or not the ideal absolute spectral sensitivity curve is within an allowable range as compared with the discrete absolute spectral sensitivity obtained by measurement. If it is determined in step ST21 that the obtained absolute spectral sensitivity curve is not valid, the process returns to step ST20 and the calculation is performed again. At this time, among the parameters in FIG. 3, A may be reviewed.

これに対して、ステップS21において、初期計算が妥当であると判定したときには、ステップST22に進む。ここでは、被測定太陽電池の表面再結合速度Sh に影響を与える短波長側を含む測定波長における、太陽電池のLEDを用いた絶対分光感度のデータを使用して、最小二乗法によりフィッティング計算を行う。これにより、Sh のおおまかな近似値と、初期値から修正されたRLeが得られる。On the other hand, when it is determined in step S21 that the initial calculation is appropriate, the process proceeds to step ST22. We use in measuring wavelengths including short wavelength side to influence the surface recombination velocity S h of the measured solar cell, the data of the absolute spectral sensitivity using LED of the solar cell, fitting calculation by the least square method I do. Thus, a rough approximation of S h, R, which is modified from the initial value, Le is obtained.

つぎに、ステップST23において、被測定太陽電池の小数キャリアの拡散長Le に影響を与える長波長側を含む測定波長における、太陽電池のLEDを用いた絶対分光感度のデータを使用して、最小二乗法によりフィッティング計算を行う。これにより、Le のおおまかな近似値と、初期値から修正されたRh が得られる。
上記のステップST22とステップST23において、初期値から修正されたRh ,Le と、おおまかな絶対分光感度曲線を得ることができる。
Next, in step ST23, using the measured wavelengths, including the long wavelength side that affect diffusion length L e of the minority carriers of the measured solar cell, the data of the absolute spectral sensitivity using LED of the solar cell, the minimum Fitting calculation is performed by the square method. Thus, a rough approximation of L e, R, which is modified from the initial value, S h is obtained.
In step ST22 and step ST23 of the above, it is possible to obtain R which is modified from the initial value, S h, and L e, a rough absolute spectral sensitivity curve.

次に、ステップST24において、上記ST22とST23で求めたR、Sh 、Le を使用して、非線形最小二乗法により最適な値を求め、絶対分光感度曲線のフィッティング計算を行う。この際、非線形最小二乗法における計算は、特にSh が指数関数的に変化することで収束性が悪くなりやすい。このために、式(1)と式(3)のIh 及びLe に関する偏微分導関数(∂Ih /∂Sh 、∂Ie /∂Le )を使用すれば、収束性良くフィッティング計算を行うことができる。なお、Rは、式(1)〜式(3)の光電流の式における比例係数であり、偏微分導関数は1であるので、偏微分導関数を用いたフィッティング計算は省略することができる。Next, in step ST24, R obtained in the above ST22 and ST23, by using the S h, L e, determine the optimum value by the nonlinear least squares method, performs fitting calculation of absolute spectral sensitivity curve. At this time, calculation of the nonlinear least squares method, convergence is likely deteriorated by particular S h varies exponentially. For this, I h and L e about partial differential derivative (∂I h / ∂S h, ∂I e / ∂L e) of formula (1) and (3) With the convergence good fit Calculations can be made. Note that R is a proportional coefficient in the equations of photocurrents of formulas (1) to (3), and the partial differential derivative is 1, so that the fitting calculation using the partial differential derivative can be omitted. .

続いて、ステップST25において、得られた絶対分光感度曲線が妥当であるか否かを判定する。そして、ステップST25において、得られた絶対分光感度曲線が妥当でないと判定したときには、ステップST22に戻り、再度計算を行う。  Subsequently, in step ST25, it is determined whether or not the obtained absolute spectral sensitivity curve is valid. When it is determined in step ST25 that the obtained absolute spectral sensitivity curve is not valid, the process returns to step ST22 and the calculation is performed again.

これに対して、ステップS25において、フィッティング計算が妥当であると判定したときには、ステップST26において、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線が得られる。フィッティング計算の判定においては、別途、太陽光シミュレータを用いた絶対分光感度曲線測定装置で測定した被測定太陽電池の絶対分光感度曲線が、校正データとして使用できる。  On the other hand, when it is determined in step S25 that the fitting calculation is appropriate, an absolute spectral sensitivity curve of the solar cell to be measured is obtained in step ST26. In the determination of the fitting calculation, an absolute spectral sensitivity curve of the solar cell to be measured measured by an absolute spectral sensitivity curve measuring apparatus using a solar simulator can be used as calibration data.

このようにして、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、LED照射の複数の異なる色、即ち複数波長における太陽電池の絶対分光感度の測定値を使用して、光電流のモデル式にフィッティング計算を行わせることによって被測定太陽電池の絶対分光感度曲線を得ることができる。
なお、太陽電池の光電流はSiのpin構造で説明したが、他の化合物半導体を用いた太陽電池や他の構造の太陽電池においても、それらの適切なモデル式により絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算を行うことができる。フィッティング計算を行う際のパラメータは、R,Sh ,Le の場合を示したが、Se やLp 等をも付け加えてもよい。
In this way, in the solar cell evaluation method using the LED of the present invention, a photocurrent model equation is obtained by using a plurality of different colors of LED irradiation, that is, measured absolute spectral sensitivity of the solar cell at a plurality of wavelengths. By performing the fitting calculation, the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell to be measured can be obtained.
In addition, although the photocurrent of the solar cell has been described with the Si pin structure, the fitting for obtaining an absolute spectral sensitivity curve by using an appropriate model formula also for solar cells using other compound semiconductors and solar cells having other structures. Calculations can be made. Parameters when performing the fitting calculation, R, S h, shows the case of L e, may be added that the S e and L p and the like.

次に、太陽電池の絶対分光感度曲線から基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCを求める計算方法について説明する。
図9は、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCを求める計算のフロー図である。図において、図8で説明したと同様に、ステップST20からステップST24において、太陽電池の絶対分光感度曲線を求める計算が行われ、ステップST30において、基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCの計算を行うか否かを入力する。
そして、ステップST30において、基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCの計算をしない場合には、ステップST25で終了する。これに対して、ステップS30において、基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCの計算を行うと入力した場合には、ステップST31において、被測定太陽電池の基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCの計算を行う。
Next, a calculation method for obtaining the output short-circuit current I SC at the time of reference sunlight irradiation from the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell will be described.
FIG. 9 is a calculation flow chart for obtaining the output short-circuit current I SC at the time of reference solar light irradiation from the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell in the solar cell evaluation method using the LED of the present invention. In the figure, in the same manner as described with reference to FIG. 8, in step ST20 to step ST24, calculation for obtaining an absolute spectral sensitivity curve of the solar cell is performed, and in step ST30, calculation of the output short-circuit current I SC at the time of reference sunlight irradiation. Enter whether or not to perform.
And in step ST30, when not calculating the output short circuit current I SC at the time of reference sunlight irradiation, the process ends in step ST25. On the other hand, if it is input in step S30 that the output short-circuit current I SC at the time of reference sunlight irradiation is calculated, in step ST31, the output short-circuit current I at the time of reference sunlight irradiation of the solar cell to be measured. Calculate the SC .

この際、被測定太陽電池の基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCは、下記式(5)に示すように、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線と、基準太陽光分光放射強度曲線の積を波長領域で積分計算することにより得られる。

Figure 0005256521
ここで、Q(λ)(A/Wnm)、ERef (λ)(W/m2 nm)、λ(nm)、A(m2 )は、それぞれ、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線、基準太陽光分光放射強度曲線、波長、被測定太陽電池の面積である。
このようにして、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、LED照射の複数の異なる色、即ち複数波長において測定した太陽電池の絶対分光感度から絶対分光感度曲線を得て、さらに、基準太陽光照射時の被測定太陽電池の出力短絡電流ISCの計算を短時間で得ることができる。
At this time, the output short-circuit current I SC at the time of reference solar light irradiation of the solar cell to be measured is the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell to be measured and the reference solar spectral radiation intensity curve as shown in the following formula (5). It is obtained by integrating the product in the wavelength region.
Figure 0005256521
Here, Q (λ) (A / Wnm), E Ref (λ) (W / m 2 nm), λ (nm), and A (m 2 ) are respectively the absolute spectral sensitivity curves of the solar cells to be measured, Reference solar spectrum radiant intensity curve, wavelength, area of solar cell to be measured.
In this way, in the solar cell evaluation method using the LED of the present invention, the absolute spectral sensitivity curve is obtained from the absolute spectral sensitivity of the solar cell measured at a plurality of different colors of LED irradiation, that is, at a plurality of wavelengths, Calculation of the output short-circuit current I SC of the solar cell to be measured at the time of reference sunlight irradiation can be obtained in a short time.

次に、上記で説明した本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法による絶対分光感度曲線の計算例について説明する。
(計算例1)
図10は、計算に使用したSi結晶(c−Si)からなる太陽電池の相対分光感度曲線である。図において縦軸が相対分光感度であり、横軸が波長(nm)である。図示するように、波長として400nmから1100nmの複数の波長において分光感度を測定したものである。計算する際に、相対分光感度曲線は、絶対分光感度曲線に変換した。
Next, a calculation example of the absolute spectral sensitivity curve by the solar cell evaluation method using the LED of the present invention described above will be described.
(Calculation Example 1)
FIG. 10 is a relative spectral sensitivity curve of a solar cell made of Si crystal (c-Si) used for calculation. In the figure, the vertical axis represents relative spectral sensitivity, and the horizontal axis represents wavelength (nm). As shown in the figure, the spectral sensitivity is measured at a plurality of wavelengths from 400 nm to 1100 nm. In calculating, the relative spectral sensitivity curve was converted to an absolute spectral sensitivity curve.

図11は、図10のSi太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線である。図において縦軸が絶対分光感度(A/W)であり、横軸が波長(nm)である。LEDによる絶対分光感度を青(460nm)、緑(570nm)及び2波長の赤外(800nmと1000nm)で測定(図中+印)したものとして、この4点の絶対分光感度から絶対分光感度曲線(太線部分)のフィッティング計算を行った結果である。
これにより、4波長の絶対分光感度より、絶対分光感度曲線が精度良くフィッティング計算できることが分かる。
FIG. 11 is an absolute spectral sensitivity curve obtained by calculation from the data of the Si solar cell of FIG. In the figure, the vertical axis represents absolute spectral sensitivity (A / W), and the horizontal axis represents wavelength (nm). Assuming that absolute spectral sensitivity by LED is measured in blue (460 nm), green (570 nm), and infrared of two wavelengths (800 nm and 1000 nm) (+ in the figure), the absolute spectral sensitivity curve from the absolute spectral sensitivity of these four points It is the result of having performed fitting calculation of (thick line part).
Thus, it can be seen that the absolute spectral sensitivity curve can be fitted and calculated with higher accuracy than the absolute spectral sensitivity of the four wavelengths.

(計算例2)
図12は、計算に使用した結晶系Si(c−Si)からなる太陽電池の相対分光感度曲線である。図において、左縦軸は相対分光感度、横軸は波長(nm)を示す。計算する際に、相対分光感度曲線は、絶対分光感度曲線に変換した。
図13は、図12のa−Si太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線である。図において縦軸が絶対分光感度(A/W)、横軸が波長(nm)である。LEDによる絶対分光感度を図11と同一波長で測定(図中+印)したものとして、この4波長における絶対分光感度から絶対分光感度曲線(太線部分)のフィッティング計算を行った結果である。
これにより、4波長の絶対分光感度より、絶対分光感度曲線が精度良くフィッティング計算できることが分かる。
(Calculation Example 2)
FIG. 12 is a relative spectral sensitivity curve of a solar cell made of crystalline Si (c-Si) used for calculation. In the figure, the left vertical axis represents relative spectral sensitivity, and the horizontal axis represents wavelength (nm). In calculating, the relative spectral sensitivity curve was converted to an absolute spectral sensitivity curve.
FIG. 13 is an absolute spectral sensitivity curve obtained by calculation from the data of the a-Si solar cell of FIG. In the figure, the vertical axis represents absolute spectral sensitivity (A / W), and the horizontal axis represents wavelength (nm). This is a result of fitting calculation of the absolute spectral sensitivity curve (bold line portion) from the absolute spectral sensitivity at the four wavelengths, assuming that the absolute spectral sensitivity by the LED is measured at the same wavelength as that in FIG.
Thus, it can be seen that the absolute spectral sensitivity curve can be fitted and calculated with higher accuracy than the absolute spectral sensitivity of the four wavelengths.

(計算例3)
次に、LEDの照射発光波長の影響を考慮した計算結果を説明する。
被測定太陽電池の出力短絡電流ISCから絶対分光感度曲線をフィッティング計算する場合は、偏微分導関数(∂Ih /∂Sh 、∂Ie /∂Le )を用いたフィッティング計算を行なうと、その計算の収束が速くなる。このとき、これらの偏微分導関数は、さらに照射波長により大きく変化する。
図14と図15はそれぞれ、偏微分導関数∂Ih /∂Sh と∂Ie /∂Le のそれらの大きさSh とLe と波長依存性を計算した図である。図14に示すように、∂Ih /∂Sh は、波長λ=350nm付近において大きくなる。これから、太陽電池の出力短絡電流ISCにおける表面再結合速度の影響の大きい短波長側の波長としては、350nm近辺の波長を有するLEDを使用することが好ましいことが分かる。また、図15に示すように、∂Ih /∂Le は、波長λ=800nm付近において大きくなる。これから、太陽電池の出力短絡電流ISCにおける少数キャリア拡散長の影響の大きい長波長側の波長としては、800nm近辺の波長を有するLEDを使用することが好ましいことが分かる。
(Calculation Example 3)
Next, calculation results in consideration of the influence of the light emission wavelength of the LED will be described.
When the absolute spectral sensitivity curve is calculated from the output short-circuit current I SC of the solar cell to be measured, the fitting calculation using partial differential derivatives (微分 I h / ∂S h , ∂I e / ∂L e ) is performed. And the convergence of the calculation becomes faster. At this time, these partial differential derivatives further vary greatly depending on the irradiation wavelength.
14 and 15 are diagrams to calculate their size S h and L e and the wavelength dependence of the partial differential derivative ∂I h / .differential.S h and ∂I e / ∂L e. As shown in FIG. 14, ∂I h / ∂S h is greater in the vicinity of a wavelength lambda = 350 nm. From this, it can be seen that it is preferable to use an LED having a wavelength around 350 nm as the wavelength on the short wavelength side, which is greatly influenced by the surface recombination rate in the output short-circuit current I SC of the solar cell. Further, as shown in FIG. 15, ∂I h / ∂L e increases near the wavelength λ = 800 nm. From this, it can be seen that it is preferable to use an LED having a wavelength in the vicinity of 800 nm as the wavelength on the long wavelength side where the influence of the minority carrier diffusion length in the output short-circuit current I SC of the solar cell is large.

上記の波長依存性により、LEDの波長として、350nm(紫)、460nm(青)、640nm(橙)、800nm(赤外)の4波長を用いて、図12のc−Si太陽電池の相対分光感度曲線のデータから、絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算を行った。
図16は、図12のc−Si太陽電池のデータを用いて、波長を最適化した4波長の絶対分光感度の値から、計算により求めた絶対分光感度曲線のグラフである。図において縦軸が絶対分光感度(A/W)であり、横軸が波長(nm)である。
LEDによる絶対分光感度を上記の波長で測定(図中+印)したものとして、この4波長における絶対分光感度から絶対分光感度曲線(太線部分)のフィッティング計算を行った結果である。図から、実測値とフィッティング計算が良くあっていることが分かる。
これにより、Si太陽電池の出力短絡電流ISCへのLe とSh による影響が大きい長波長側と短波長側の波長において、偏微分導関数∂Ih /∂Sh と∂Ie /∂Le が大きくなる波長を少なくとも含む多波長で絶対分光感度を得れば、絶対分光感度曲線のフィッティング計算をさらに収束性良く得ることができる。
Due to the above wavelength dependence, the relative spectrum of the c-Si solar cell in FIG. 12 is used using four wavelengths of 350 nm (purple), 460 nm (blue), 640 nm (orange), and 800 nm (infrared) as the wavelength of the LED. Fitting calculation for obtaining an absolute spectral sensitivity curve was performed from the sensitivity curve data.
FIG. 16 is a graph of an absolute spectral sensitivity curve obtained by calculation from the value of the absolute spectral sensitivity of the four wavelengths whose wavelengths are optimized using the data of the c-Si solar cell of FIG. In the figure, the vertical axis represents absolute spectral sensitivity (A / W), and the horizontal axis represents wavelength (nm).
This is a result of fitting calculation of an absolute spectral sensitivity curve (thick line portion) from absolute spectral sensitivity at these four wavelengths, assuming that the absolute spectral sensitivity of the LED is measured at the above wavelength (+ mark in the figure). From the figure, it can be seen that the measured value and the fitting calculation are in good agreement.
Thus, in the L e and S h by the wavelength of the high impact long wavelength side and the short wavelength side to the output short-circuit current I SC of the Si solar cell, partial differential derivative ∂I h / .differential.S h and ∂I e / If absolute spectral sensitivity is obtained at multiple wavelengths including at least a wavelength at which ∂L e increases, fitting calculation of the absolute spectral sensitivity curve can be obtained with better convergence.

次に、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価装置に係る第2の実施の形態を示す。
図17は、本発明に係る第2の実施の形態によるLEDを用いた太陽電池の評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。LEDを用いた太陽電池の評価装置1は、LED発光部2と、LED駆動部3と、測定する太陽電池4を載置するサンプルホルダ9と、信号処理部5と、から構成されている。LED発光部2は、太陽光に含まれる波長の内の複数の波長、即ち、複数色を有する複数のLEDを有し、被測定太陽電池4に所定の距離で対向するように配置されている。
Next, 2nd Embodiment which concerns on the evaluation apparatus of the solar cell using LED of this invention is shown.
FIG. 17 is a block diagram schematically showing a configuration of a solar cell evaluation apparatus using LEDs according to the second embodiment of the present invention. A solar cell evaluation apparatus 1 using an LED includes an LED light emitting unit 2, an LED driving unit 3, a sample holder 9 on which a solar cell 4 to be measured is placed, and a signal processing unit 5. The LED light emitting unit 2 includes a plurality of LEDs having a plurality of wavelengths among wavelengths included in sunlight, that is, a plurality of colors, and is disposed so as to face the measured solar cell 4 at a predetermined distance. .

LED駆動部3は、信号処理部5により制御されて、上記LED発光部2の各色毎のLEDに発光に必要な電圧と電流を供給し、必要に応じて変調信号を重畳して印加できる。ここで、LEDに供給する電圧と電流(以下、単に駆動電流と呼ぶ)は、直流またはパルスでよい。また、変調方式は、AM変調やパルス変調などが使用できる。LED駆動部3は、上記LED発光部2の各色毎のLEDの駆動電流を信号処理部5に出力信号6として出力する。ここで、予め、上記LED発光部2の各色毎のLEDの駆動電流と、被測定太陽電池4への照射電力(W)の関係、所謂、IL特性が測定されることにより、LEDの駆動電流値から太陽電池への照射電力が分かる。  The LED driving unit 3 is controlled by the signal processing unit 5 to supply a voltage and a current necessary for light emission to the LEDs of the respective colors of the LED light emitting unit 2, and can apply a modulation signal in a superimposed manner as necessary. Here, the voltage and current supplied to the LED (hereinafter simply referred to as drive current) may be direct current or pulse. As the modulation method, AM modulation, pulse modulation, or the like can be used. The LED driving unit 3 outputs an LED driving current for each color of the LED light emitting unit 2 to the signal processing unit 5 as an output signal 6. Here, the LED driving current is measured by measuring the relationship between the LED driving current for each color of the LED light emitting unit 2 and the irradiation power (W) to the solar cell 4 to be measured, the so-called IL characteristic, in advance. The irradiation power to the solar cell is known from the value.

被測定太陽電池4にLED発光部2から被測定太陽電池4へLED光が照射されると、被測定太陽電池4に短絡電流ISCが発生し、評価装置用コンピュータに短絡電流信号7として出力される。When the measured solar cell 4 is irradiated with LED light from the LED light emitting unit 2 to the measured solar cell 4, a short-circuit current I SC is generated in the measured solar cell 4 and is output as a short-circuit current signal 7 to the evaluation device computer. Is done.

信号処理部5は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータと、LED駆動部3からの出力信号6と被測定太陽電池4に発生する短絡電流信号7からの直流電流や変調信号を復調して電流値に変換するインターフェース回路8などから構成されている。  The signal processing unit 5 demodulates a DC current or a modulation signal from a computer such as a personal computer, an output signal 6 from the LED driving unit 3 and a short-circuit current signal 7 generated in the solar cell 4 to be measured, and converts it into a current value. Interface circuit 8 and the like.

図18は、太陽電池の評価装置1における絶対分光感度の測定を行うときの動作を示すタイムチャートである。図18のタイムチャートは、図17で説明したLED発光部が白色を含む4色からなる場合である。横軸は時間軸tであり、縦軸はLED発光部の各色LEDの駆動電流と、被測定太陽電池の出力短絡電流である。図18(a)〜(d)はLED1からLED4の駆動電流であり、LED4が白色である。(e)は被測定太陽電池の出力短絡電流ISCである。
図18のt1の時間に示すように、(a)に示すLED1には、AM変調を印加して、それ以外の(b)〜(c)に示すLED2〜LED4は直流電流で駆動している。このとき、被測定太陽電池の出力短絡電流は、点線より上部がLED1のAM変調を復調した出力短絡電流成分であり、点線より下部が、LED2〜LED4による出力短絡電流成分である。
このように、LEDの白色を除く各色に変調をかけて測定することで、太陽電池の出力短絡電流を感度よく、かつ、高速に測定できる。
FIG. 18 is a time chart showing an operation when measuring the absolute spectral sensitivity in the solar cell evaluation apparatus 1. The time chart of FIG. 18 is a case where the LED light emission part demonstrated in FIG. 17 consists of four colors including white. The horizontal axis is the time axis t, and the vertical axis is the drive current of each color LED of the LED light emitting section and the output short-circuit current of the solar cell to be measured. 18A to 18D show drive currents from LED1 to LED4, and LED4 is white. (E) is the output short-circuit current I SC of the solar cell to be measured.
As shown at time t1 in FIG. 18, AM modulation is applied to the LED 1 shown in (a), and the other LEDs 2 to 4 shown in (b) to (c) are driven by a direct current. . At this time, the output short-circuit current of the solar cell to be measured is the output short-circuit current component obtained by demodulating the AM modulation of the LED 1 above the dotted line, and the output short-circuit current component by the LEDs 2 to LED 4 is below the dotted line.
Thus, by measuring each color except the white color of the LED, the output short circuit current of the solar cell can be measured with high sensitivity and at high speed.

この際、信号処理部5は、予めメモリに記憶させたLED1の駆動電流と照射電力強度と、LED1のAM変調による太陽電池の出力短絡電流成分から、LED1の波長における太陽電池の絶対分光感度を計算して、信号処理部のメモリに保存すると共に、ディスプレー装置やプリンタに出力する。
同様にして、LED1の波長の絶対分光感度を得た後で、tsの時間の経過後のt2で(b)のLED2にAM変調を印加して、それ以外の(a)、(c)、(d)に示すLED1、LED3、LED4は直流電流で駆動し、そのときの被測定太陽電池の出力短絡電流におけるLED2の出力短絡電流から、LED2の波長における太陽電池の絶対分光感度が得られる。さらに、t3の時間において、LED3の波長における太陽電池の絶対分光感度が測定される。
At this time, the signal processing unit 5 calculates the absolute spectral sensitivity of the solar cell at the wavelength of the LED 1 from the drive current and irradiation power intensity of the LED 1 stored in the memory in advance and the output short-circuit current component of the solar cell due to AM modulation of the LED 1. It is calculated and stored in the memory of the signal processing unit, and is output to a display device or a printer.
Similarly, after obtaining the absolute spectral sensitivity of the wavelength of the LED 1, AM modulation is applied to the LED 2 of (b) at t 2 after elapse of time ts, and the other (a), (c), LED1, LED3, and LED4 shown in (d) are driven by a direct current, and the absolute spectral sensitivity of the solar cell at the wavelength of LED2 is obtained from the output short-circuit current of LED2 at the output short-circuit current of the solar cell to be measured at that time. Further, the absolute spectral sensitivity of the solar cell at the wavelength of the LED 3 is measured at time t3.

次に、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法による、絶対分光感度曲線を求めるプログラムが信号処理部において実行されることにより、上記測定で得られた絶対分光感度から、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線がフィッティング計算される。
さらに、この得られた絶対分光感度曲線と、IECによる基準太陽光放射照度分布との積の波長に関しての積分計算が、信号処理部において実行されることにより、被測定太陽電池の基準太陽光放射による絶対分光感度曲線が計算される。ここで、被測定太陽電池の各パラメータと、予め太陽光シミュレータにより測定した校正用の絶対分光感度曲線や、IECによる基準太陽光放射照度分布(IEC904−3“Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) Solar devices with reference spectral irradiance data”参照)は、予めメモリに記憶させておけばよい。
Next, a program for obtaining an absolute spectral sensitivity curve by the solar cell evaluation method using the LED of the present invention is executed in the signal processing unit, so that the measured solar cell is obtained from the absolute spectral sensitivity obtained in the above measurement. The absolute spectral sensitivity curve is fitted and calculated.
Further, an integral calculation regarding the wavelength of the product of the obtained absolute spectral sensitivity curve and the reference solar irradiance distribution by IEC is executed in the signal processing unit, so that the reference solar radiation of the solar cell to be measured is obtained. The absolute spectral sensitivity curve by is calculated. Here, each parameter of the solar cell to be measured, an absolute spectral sensitivity curve for calibration previously measured by a solar simulator, and a standard solar irradiance distribution (IEC904-3 , “Measurement principles for terrestrial photovoltaic (PV) by IEC) "Solar devices with reference spectral irradiance data") may be stored in advance in memory.

次にLED発光部は、被測定太陽電池に照度むらのない均一な光照射を行う必要があるので、その構成についてさらに詳しく説明する。
図19はLEDを4色使用したときのLED発光部のLEDの配置を模式的に示す平面図である。図19に示すLED発光部2において、図中の点線部で示す一辺がL1の正四角形のブロック2aが複数配置されて構成されている(この配置を、正方配置と呼ぶ)。LED発光部2の外形は一辺がL2の正方形である。ここで、ブロック2aの各頂点に4色のLED11a、11b、11c、11dが配設されている。
Next, since it is necessary for the LED light emitting unit to perform uniform light irradiation without uneven illuminance on the solar cell to be measured, the configuration will be described in more detail.
FIG. 19 is a plan view schematically showing the arrangement of the LEDs of the LED light emitting section when four colors of LEDs are used. The LED light emitting unit 2 shown in FIG. 19 includes a plurality of square blocks 2a each having a side L1 indicated by a dotted line in the drawing (this arrangement is referred to as a square arrangement). The outer shape of the LED light emitting unit 2 is a square having a side L2. Here, LEDs 11a, 11b, 11c, and 11d of four colors are arranged at each vertex of the block 2a.

図20はLEDを6色使用したときのLED発光部のLEDの配置を模式的に示す平面図である。図20に示すLED発光部2において、図中の点線部で示す一辺がL3の正六角形のブロック2bが複数配置されて構成されている。LED発光部2の外形は、一辺がL4の正方形である。ここで、ブロック2bの各頂点に6色のLED11e、11f、11g、11h、、11i、11jが配設されている。  FIG. 20 is a plan view schematically showing the arrangement of the LEDs of the LED light emitting section when six colors of LEDs are used. The LED light emitting unit 2 shown in FIG. 20 includes a plurality of regular hexagonal blocks 2b each having a L3 side indicated by a dotted line in the drawing. The outer shape of the LED light emitting unit 2 is a square having a side L4. Here, six colors of LEDs 11e, 11f, 11g, 11h, 11i, and 11j are arranged at each vertex of the block 2b.

上記の例では、LEDのブロックを正四角形と正六角形の場合を示したが、LEDのブロックは各色の配置を均一にするために正多角形としてもよい。また、LEDの色は、赤外、赤、橙、黄、緑、青、紫、白などを使用できる。この際、LEDは、点光源として近似できるので、被測定太陽電池の表面の照度は、LED発光部との距離の二乗に逆比例して変化することと、配光曲線の半値幅角度(前方方向の光強度が中心軸に対して半分の電力となる角度)を考慮して、上記LED発光部2の各寸法L1〜L4を決めればよい。例えば、LEDは半値幅を与える角度の比較的広い、広指向角のチップ型LEDなどを使用すればよい。このように配置することにより、各色LEDの個数は同じで、かつ、等間隔に配置されるので、被測定太陽電池への照射光強度を均一とすることができる。  In the above example, the case where the LED blocks are regular squares and regular hexagons is shown, but the LED blocks may be regular polygons in order to make the arrangement of the respective colors uniform. Moreover, infrared, red, orange, yellow, green, blue, purple, white, etc. can be used for the color of LED. At this time, since the LED can be approximated as a point light source, the illuminance on the surface of the solar cell to be measured changes in inverse proportion to the square of the distance to the LED light emitting unit, and the half-value width angle (front) of the light distribution curve. The dimensions L1 to L4 of the LED light emitting unit 2 may be determined in consideration of the angle at which the light intensity in the direction is half the power with respect to the central axis. For example, a chip type LED having a relatively wide angle giving a half width and a wide directivity angle may be used. By arrange | positioning in this way, since the number of each color LED is the same and arrange | positioned at equal intervals, the irradiation light intensity to a to-be-measured solar cell can be made uniform.

図21〜図23は、図19及び図20のLED発光部による被測定太陽電池への照度むらを計算した結果を示す表と図である。
図21は、LED発光部2の外形寸法と1色当たりの使用LED数を示す表である。図21に示すように、LED発光部2の外形の正方形の一辺を130mm〜170mmまで10mm間隔で変化させときに、正方配置における一色当たりの使用LED数は、289個〜484個となる。また、六角配置における一色当たりの使用LED数は、133個〜243個となる。ここで、各LEDの配置間隔であるL1とL3は、4mmである。
FIGS. 21 to 23 are tables and diagrams showing the results of calculating the illuminance unevenness on the solar cell to be measured by the LED light emitting unit of FIGS. 19 and 20.
FIG. 21 is a table showing the external dimensions of the LED light emitting unit 2 and the number of LEDs used per color. As shown in FIG. 21, when one side of the outer shape of the LED light emitting unit 2 is changed from 130 mm to 170 mm at intervals of 10 mm, the number of LEDs used per color in the square arrangement is 289 to 484. In addition, the number of LEDs used per color in the hexagonal arrangement is 133 to 243. Here, L1 and L3 which are the arrangement | positioning intervals of each LED are 4 mm.

図22及び図23は、それぞれ、正方配置と六角配置におけるLED発光部の被測定素子への照度むらを計算した結果を示す図である。図において、縦軸は照度むら(%)で、横軸はLED発光部と被測定素子との距離、即ち、照射高さ(mm)である。ここで、照射むらは、LEDを点光源で近似し、照度が点光源からの距離の二乗に逆比例し、指向角が120°として計算した。また、被測定素子への照射面積は、100mm×100mmとした。
図22に示す正方配置の場合において、照射高さが11mm〜17mmで、LED発光部の面積が150mm×150mmから170mm×170mmと大きくなるにつれて照度むらが小さくなる。また、照度むらの最小値が得られる照射高さは、LED発光部の面積により変化する。LED発光部の面積が160mm×160mmと170mm×170mmの場合には、照度むらは、5%以下となることがわかる。
22 and 23 are diagrams showing the results of calculating the illuminance unevenness to the measured element of the LED light emitting unit in the square arrangement and the hexagonal arrangement, respectively. In the figure, the vertical axis represents illuminance unevenness (%), and the horizontal axis represents the distance between the LED light emitting unit and the element to be measured, that is, the irradiation height (mm). Here, the irradiation unevenness was calculated by approximating the LED with a point light source, the illuminance being inversely proportional to the square of the distance from the point light source, and the directivity angle being 120 °. Moreover, the irradiation area to a to-be-measured element was 100 mm x 100 mm.
In the case of the square arrangement shown in FIG. 22, the illuminance unevenness decreases as the irradiation height is 11 mm to 17 mm and the area of the LED light emitting portion increases from 150 mm × 150 mm to 170 mm × 170 mm. The irradiation height at which the minimum illuminance unevenness is obtained varies depending on the area of the LED light emitting unit. When the area of the LED light emitting part is 160 mm × 160 mm and 170 mm × 170 mm, it can be seen that the illuminance unevenness is 5% or less.

図23に示す六角配置の場合において、LED発光部の面積が150mm×150mmから170mm×170mmと大きくなるにつれて照度むらが小さくなるが、照度むらの最小値が得られる照射高さは、図23で示した正方配置よりも低い8mm〜12mmとなることが分かる。LED発光部の面積が150mm×150mmと160mm×160mmの場合には、照度むらは、5%以下となることがわかる。  In the case of the hexagonal arrangement shown in FIG. 23, the illuminance unevenness decreases as the area of the LED light emitting portion increases from 150 mm × 150 mm to 170 mm × 170 mm, but the irradiation height at which the minimum value of the illuminance unevenness is obtained is shown in FIG. It turns out that it becomes 8 mm-12 mm lower than the square arrangement shown. When the area of the LED light emitting part is 150 mm × 150 mm and 160 mm × 160 mm, it can be seen that the illuminance unevenness is 5% or less.

上記のLED発光部の照射強度は、連続動作で約10mW/cm2 、パルス動作で約100mW/cm2 である。このように、LED発光部は、被測定素子への照射面積に対して、適当なLED発光部の面積と照射高さの選択により、ソーラシミュレータのJIS規格である照度むら5%以内という基準Bの範囲に入ることが予想できる。Irradiation intensity of the above LED light-emitting section is about 10 mW / cm 2 for continuous operation, is about 100 mW / cm 2 at pulsed operation. In this way, the LED light-emitting part has a standard B of illuminance unevenness within 5%, which is a JIS standard of a solar simulator, by selecting an appropriate LED light-emitting part area and irradiation height with respect to the irradiation area to the element to be measured. Can be expected to be in the range.

本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置は、例えば、次のような用途に使用することができる。
太陽電池の製造に際して、同じロットでの太陽電池セルは同一の絶対分光感度を有すると仮定した場合に、代表的な一つの太陽電池セルを本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法により絶対分光感度測定を行い、さらに、基準太陽光照射時の被測定太陽電池の出力短絡電流ISCの計算をする。同一ロットの他の太陽電池セルは、分光分布が既知である光の照射を行うことにより、同一ロット間の絶対分光感度曲線や基準太陽光照射時の被測定太陽電池の出力短絡電流ISCのバラツキなどを短時間で推定できる。
本発明のLEDを用いた太陽電池の評価装置においては、LED発光部の各LEDを電流駆動で制御できるので、LED発光部の照射可能な面積を変えて太陽電池の微小領域毎の絶対分光感度を測定することができる。これにより、太陽電池の不良個所の測定などを短時間で行うことができる。
また、本発明のLEDを用いた太陽電池の評価装置は、小型軽量であるので、屋外の太陽電池の設置場所においても使用できる。これにより、太陽電池発電プラントなどの従来、ソーラシミュレータが使用できなかった設備の現場の保守作業にも容易に使用することができる。
The solar cell evaluation method and the evaluation apparatus using the LED of the present invention can be used for the following applications, for example.
When manufacturing solar cells, assuming that solar cells in the same lot have the same absolute spectral sensitivity, one representative solar cell is determined by the solar cell evaluation method using the LED of the present invention. Spectral sensitivity measurement is performed, and the output short circuit current I SC of the solar cell to be measured at the time of reference sunlight irradiation is calculated. Other solar cells in the same lot irradiate light with a known spectral distribution, so that the absolute spectral sensitivity curve between the same lot and the output short-circuit current I SC of the solar cell to be measured during reference solar irradiation Variations can be estimated in a short time.
In the solar cell evaluation apparatus using the LED of the present invention, each LED of the LED light-emitting unit can be controlled by current drive, so that the area that can be irradiated by the LED light-emitting unit is changed and the absolute spectral sensitivity for each minute region of the solar cell. Can be measured. Thereby, the measurement of the defective part of a solar cell, etc. can be performed in a short time.
Moreover, since the evaluation apparatus of the solar cell using LED of this invention is small and light, it can be used also in the installation place of an outdoor solar cell. Thereby, it can be easily used for on-site maintenance work of facilities where solar simulators could not be used conventionally, such as solar cell power plants.

本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。LEDの照射により得られた絶対分光感度から絶対分光感度曲線を得るモデル式やフィッティング計算は、被測定太陽電池に応じて、適宜適当なモデル式や収束計算方法を使用できることはいうまでもない。  The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention. Needless to say, the model formula and fitting calculation for obtaining the absolute spectral sensitivity curve from the absolute spectral sensitivity obtained by the irradiation of the LED can appropriately use an appropriate model formula or convergence calculation method according to the solar cell to be measured.

発明の効果Effect of the invention

上記説明から理解されるように、本発明によれば、複数の発光波長を有するLEDを太陽電池などに照射することにより、太陽電池の絶対分光感度、絶対分光感度曲線、被測定太陽電池の基準太陽光照射時の出力短絡電流などを短時間で得ることができる。
したがって、本発明を現状の太陽電池の製造後の検査に適用すれば、太陽電池の評価を、短時間で、低コストで実施することが可能である。また、本発明の評価装置は小型軽量であるので、屋外に設置した太陽電池の測定や検査にも使用することができる。
As understood from the above description, according to the present invention, by irradiating a solar cell or the like with an LED having a plurality of emission wavelengths, the absolute spectral sensitivity of the solar cell, the absolute spectral sensitivity curve, the reference of the solar cell to be measured The output short circuit current at the time of sunlight irradiation can be obtained in a short time.
Therefore, if the present invention is applied to the inspection after the manufacture of the current solar cell, the solar cell can be evaluated in a short time and at a low cost. Moreover, since the evaluation apparatus of this invention is small and light, it can be used also for the measurement and test | inspection of the solar cell installed outdoors.

本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において用いる測定系の概略構成を示す図である。  It is a figure which shows schematic structure of the measurement system used in the evaluation method of the solar cell using LED of this invention. 本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、図1の測定系を用いて太陽電池の絶対分光感度測定と、その測定から絶対分光感度曲線を得るための手順を示すフロー図である。  In the solar cell evaluation method using LED of this invention, it is a flowchart which shows the procedure for obtaining an absolute spectral sensitivity curve from the absolute spectral sensitivity measurement of a solar cell using the measurement system of FIG. 1, and the measurement. 本発明のLEDを用いた太陽電池の図2に示した評価方法において、ステップST1で、太陽電池に照射するLED毎の絶対分光感度を測定するための手順を示すフロー図である。  In the evaluation method shown in FIG. 2 of the solar cell using the LED of the present invention, in step ST1, it is a flowchart showing a procedure for measuring the absolute spectral sensitivity for each LED irradiated to the solar cell. 結晶Siを用いた太陽電池の変数(パラメータ)と、値域、単位、分類を示す表である。  It is a table | surface which shows the variable (parameter) of a solar cell using crystalline Si, a value range, a unit, and classification. 入射フォトン数を決める表面反射率Rが太陽電池の出力短絡電流ISCに与える影響を示す図である。Surface reflectance R for determining the number of incident photons is a diagram showing the effect on the output short-circuit current I SC of the solar cell. n層における表面再結合速度Sh が太陽電池の出力短絡電流ISCに与える影響を示す図である。surface recombination velocity S h in the n layer is a diagram showing the effect on the output short-circuit current I SC of the solar cell. p層における少数キャリア拡散長Le が太陽電池の出力短絡電流ISCに与える影響を示す図である。minority carrier diffusion length L e in p layer is a diagram showing the effect on the output short-circuit current I SC of the solar cell. 本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、離散的な絶対分光感度から被測定太陽電池の絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算の方法を示すフロー図である。  In the solar cell evaluation method using LED of this invention, it is a flowchart which shows the method of the fitting calculation which calculates | requires the absolute spectral sensitivity curve of a to-be-measured solar cell from discrete absolute spectral sensitivity. 本発明のLEDを用いた太陽電池の評価方法において、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流ISCを求める計算のフロー図である。In the evaluation method of the solar cell using the LED of the present invention, the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell, a flow diagram of a calculation for obtaining the output short-circuit current I SC during standard sunlight irradiation. 計算に使用したSi結晶による太陽電池の相対分光感度曲線を示す図である。  It is a figure which shows the relative spectral sensitivity curve of the solar cell by the Si crystal used for calculation. 図11のSi太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線を示す図である。  It is a figure which shows the absolute spectral sensitivity curve calculated | required by calculation from the data of the Si solar cell of FIG. 計算に使用した結晶系Si(c−Si)による太陽電池の相対分光感度曲線を示す図である。  It is a figure which shows the relative spectral sensitivity curve of the solar cell by crystal system Si (c-Si) used for calculation. 図12のc−Si太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線を示す図である。  It is a figure which shows the absolute spectral sensitivity curve calculated | required by calculation from the data of the c-Si solar cell of FIG. 偏微分導関数∂Ih /∂Sh に対するSh と波長との依存性の計算結果を示す図である。Is a diagram showing the dependence of the calculation result of S h and the wavelength for partial differential derivative ∂I h / ∂S h. 偏微分導関数∂Ie /∂Le に対するLe と波長との依存性の計算結果を示す図である。It is a diagram showing the dependence of the calculation result between L e and wavelength for partial differential derivative ∂I e / ∂L e. 図12のc−Si太陽電池のデータを用いて、波長を最適化した4波長の絶対分光感度の値から、計算により求めた絶対分光感度曲線を示す図である。  It is a figure which shows the absolute spectral sensitivity curve calculated | required from the value of the absolute spectral sensitivity of 4 wavelengths which optimized the wavelength using the data of the c-Si solar cell of FIG. 本発明に係る第2の実施の形態によるLEDを用いた太陽電池の評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。  It is a block diagram which shows typically the structure of the evaluation apparatus of the solar cell using LED by 2nd Embodiment which concerns on this invention. LEDを用いた太陽電池の評価装置における絶対分光感度の測定を行うときの動作を示すタイムチャートである。  It is a time chart which shows operation | movement when measuring the absolute spectral sensitivity in the evaluation apparatus of the solar cell using LED. LEDを4色使用したときのLED発光部のLEDの配置を模式的に示す平面図である。  It is a top view which shows typically arrangement | positioning of LED of the LED light emission part when four colors of LED are used. LEDを6色使用したときのLED発光部のLEDの配置を模式的に示す平面図である。  It is a top view which shows typically LED arrangement | positioning of the LED light emission part when six colors of LED are used. LED発光部の外形寸法と一色当たりの使用LED数を示す表である。  It is a table | surface which shows the external dimension of a LED light emission part, and the number of use LED per color. 正方配置におけるLED発光部の被測定素子への照度むらを計算した結果を示す図である。  It is a figure which shows the result of having calculated the illumination intensity nonuniformity to the to-be-measured element of the LED light emission part in square arrangement | positioning. 六角配置におけるLED発光部の被測定素子への照度むらを計算した結果を示す図である。  It is a figure which shows the result of having calculated the illumination intensity nonuniformity to the to-be-measured element of the LED light emission part in hexagonal arrangement | positioning.

1 LEDを用いた太陽電池の評価装置
2 LED発光部
2a ブロック
3 LED駆動部
4 太陽電池
5 信号処理部
6 出力信号
7 短絡電流信号
8 インターフェイス回路
9 サンプルホルダ
11 LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Evaluation apparatus of solar cell using LED 2 LED light emission part 2a Block 3 LED drive part 4 Solar cell 5 Signal processing part 6 Output signal 7 Short-circuit current signal 8 Interface circuit 9 Sample holder 11 LED

Claims (12)

異なる波長の光を発する複数のLEDを有するLED発光部から、離散的で異なる波長の光を、pin構造を有する太陽電池に照射して太陽電池の出力短絡電流を測定し、波長毎の絶対分光感度を求める第1のステップと、
上記第1のステップで求めた波長毎の絶対分光感度に基づいて太陽電池の電流を与える式であって半導体の少数キャリア連続の方程式により導出される下記(式4)によるフィッティング計算を行い、太陽電池の絶対分光感度曲線を求める第2のステップと、
を有し、
上記第2のステップでは、
パラメータとしての表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leについて初期値を設定することで、絶対分光感度曲線を求めるステップAと、
上記第1のステップで求めた波長毎の絶対分光感度のうち短波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の表面再結合速度Shの大まかな近似値を求めると共に、上記絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び少数キャリア拡散長Leの初期値からの修正値を求めるステップBと、
上記第1のステップで求めた波長毎の絶対分光感度のうち長波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の少数キャリア拡散長Leの大まかな近似値を求めると共に、上記絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び表面再結合速度Shの初期値からの修正値を求めるステップCと、
更に、上記ステップB、上記ステップCで求めた各パラメータの大まかな近似値及び修正値を用いて、表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leの最適値を求めるステップDと、
を含む、LEDを用いた太陽電池評価方法。
【数1】
Figure 0005256521
ここで、ISCは太陽電池の出力短絡電流、Ihはn層の正孔電流、Idrは空乏層中の電流、Ieはp層の電子電流であり、下記(式1)(式2)(式3)を満たす。
【数2】
Figure 0005256521
【数3】
Figure 0005256521
【数4】
Figure 0005256521
ただし、αは吸収係数であり、Lh ,Le とSh ,Se とDh ,De は、それぞれ、少数キャリアの拡散長、表面再結合速度、少数キャリアの拡散定数であり、添え字のh e はそれぞれn層中における正孔とp層中の電子を示し、xj 、Wは空乏層の端、空乏層の厚さであり、H、H'は、空乏層末端の寸法である。
A light emitting unit having a plurality of LEDs that emit light of different wavelengths is irradiated with light of discrete and different wavelengths to a solar cell having a pin structure to measure the output short-circuit current of the solar cell, and absolute spectroscopy for each wavelength. A first step for determining sensitivity;
A formula that gives the current of the solar cell based on the absolute spectral sensitivity for each wavelength obtained in the first step, and performs a fitting calculation according to the following (formula 4) derived by the equation of semiconductor minority carrier continuity: A second step of determining an absolute spectral sensitivity curve of the battery;
Have
In the second step,
Surface reflectance as the parameter R, the surface recombination velocity S h of the solar cell, the minority carrier diffusion length L e by setting the initial value, a step A for obtaining the absolute spectral sensitivity curve,
The fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the short wavelength side among the absolute spectral sensitivity for each wavelength determined in the first step, along with obtaining a rough approximation of the surface recombination velocity S h of the solar cell a step B of obtaining a correction value from the initial value of the surface reflectance R and the minority carrier diffusion length L e gives the absolute spectral sensitivity curve,
The fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the longer wavelength side of the absolute spectral sensitivity for each wavelength determined in the first step, along with obtaining a rough approximation of the minority carrier diffusion length L e of the solar cell a step C for obtaining the correction value from the initial value of the surface reflectance R and the surface recombination velocity S h gives the absolute spectral sensitivity curve,
Further, by using the rough approximate value and the corrected value of each parameter obtained in Step B and Step C, the optimum values of the surface reflectance R, the solar cell surface recombination velocity Sh , and the minority carrier diffusion length Le are used. Step D for obtaining
The solar cell evaluation method using LED including this.
[Expression 1]
Figure 0005256521
Here, I SC is the output short-circuit current of the solar cell, I h is the hole current of the n layer, I dr is the current in the depletion layer, I e is the electron current of the p layer, and the following (formula 1) (formula 2) (Equation 3) is satisfied.
[Expression 2]
Figure 0005256521
[Equation 3]
Figure 0005256521
[Expression 4]
Figure 0005256521
Where α is an absorption coefficient, L h , Le and S h , Se and D h , and D e are the minority carrier diffusion length, surface recombination velocity, and minority carrier diffusion constant, respectively. The letters h and e represent holes in the n layer and electrons in the p layer, respectively, x j and W are the end of the depletion layer and the thickness of the depletion layer, and H and H ′ are the end of the depletion layer. Dimensions.
更に、前記第2ステップで求めた太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流を求める、請求項1に記載のLEDを用いた太陽電池評価方法。
Furthermore, the solar cell evaluation method using LED of Claim 1 which calculates | requires the output short circuit current at the time of reference | standard sunlight irradiation from the absolute spectral sensitivity curve of the solar cell calculated | required by the said 2nd step.
前記第1のステップでは、それぞれ短波長帯、中波長帯及び長波長帯の光を発光する複数のLEDを用いて、各光の波長毎の絶対分光感度を求める、請求項1又は2に記載のLEDを用いた太陽電池評価方法。
3. The absolute spectral sensitivity for each wavelength of each light is obtained in the first step using a plurality of LEDs that emit light in a short wavelength band, a medium wavelength band, and a long wavelength band, respectively. Solar cell evaluation method using the LED.
前記第1のステップでは、一色毎に変調をかけて太陽電池の出力短絡電流を得る、請求項3に記載のLEDを用いた太陽電池評価方法。
The solar cell evaluation method using an LED according to claim 3, wherein in the first step, an output short circuit current of the solar cell is obtained by performing modulation for each color.
前記ステップDでは、n層の正孔電流Ih及びLeに関する偏微分導関数δIh/δSh及びδIe/δLeを用いて行う、請求項1に記載のLEDを用いた太陽電池の評価方法。
In the step D, performed using the partial differential derivative with respect to the hole current I h and L e of the n layer .delta.I h / delta] S h and δI e / δL e, the solar cell using an LED as claimed in claim 1 Evaluation method.
前記太陽電池が、Si又は化合物半導体からなる結晶又はアモルファスを用いた太陽電池である、請求項1乃至5の何れかに記載のLEDを用いた太陽電池の評価方法。
The solar cell evaluation method using an LED according to any one of claims 1 to 5, wherein the solar cell is a solar cell using a crystal or amorphous made of Si or a compound semiconductor.
離散的で異なる波長の光を発する複数のLEDを有するLED発光部と、LED駆動部と、pin構造を有する太陽電池を載置するサンプルホルダと、信号処理部と、を備え、上記LED発光部が上記サンプルホルダ上の太陽電池に所定距離で対向するよう配置されており、
上記信号処理部は、上記LED駆動部を制御して上記発光部から太陽電池に対して各LEDを発光させ、太陽電池に発生する短絡電流を短絡電流信号として入力し、波長毎の太陽電池の絶対分光感度を計算すると共に、絶対分光感度曲線を求めるプログラムを実行して、波長毎の太陽電池の絶対分光感度の値に基づいて太陽電池の電流を与える式であって半導体の少数キャリア連続の方程式により導出される下記(式4)によるフィッティング計算を行って絶対分光感度曲線を求め、
上記信号処理部が、
パラメータとしての表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leの初期値を設定することで、絶対分光感度曲線を求めるステップAと、
波長毎の絶対分光感度の値のうち短波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の表面再結合速度Shの大まかな近似値を求めると共に、上記絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び少数キャリア拡散長Leの初期値からの修正値を求めるステップBと、
波長毎の絶対分光感度の値のうち長波長側を含む測定波長のデータを使用してフィッティング計算により、太陽電池の少数キャリア拡散長Leの大まかな近似値を求めると共に、上記絶対分光感度曲線を与える表面反射率R及び表面再結合速度Shの初期値から修正値を求めるステップCと、
更に、上記ステップB、上記ステップCで求めた各パラメータの大まかな近似値及び修正値を用いて、表面反射率R、太陽電池の表面再結合速度Sh、少数キャリア拡散長Leの最適値を求めるステップDと、
を上記プログラムにより実行する、LEDを用いた太陽電池の評価装置。
【数5】
Figure 0005256521
ここで、ISCは太陽電池の出力短絡電流、Ihはn層の正孔電流、Idrは空乏層中の電流、Ieはp層の電子電流であり、下記(式1)(式2)(式3)を満たす。
【数6】
Figure 0005256521
【数7】
Figure 0005256521
【数8】
Figure 0005256521
ただし、αは吸収係数であり、Lh ,Le とSh ,Se とDh ,De は、それぞれ、少数キャリアの拡散長、表面再結合速度、少数キャリアの拡散定数であり、添え字のh e はそれぞれn層中における正孔とp層中の電子を示し、xj 、Wは空乏層の端、空乏層の厚さであり、H、H'は、空乏層末端の寸法である。
An LED light emitting unit having a plurality of LEDs emitting discrete and different wavelengths of light, an LED driving unit, a sample holder on which a solar cell having a pin structure is placed, and a signal processing unit, the LED light emitting unit Is arranged to face the solar cell on the sample holder at a predetermined distance,
The signal processing unit controls the LED driving unit to cause each LED to emit light from the light emitting unit to the solar cell, inputs a short circuit current generated in the solar cell as a short circuit current signal, and the solar cell for each wavelength. The absolute spectral sensitivity is calculated and a program for obtaining an absolute spectral sensitivity curve is executed to give the solar cell current based on the absolute spectral sensitivity value of the solar cell for each wavelength. The absolute spectral sensitivity curve is obtained by performing the fitting calculation by the following (formula 4) derived from the equation,
The signal processing unit is
Surface reflectance as the parameter R, the surface recombination velocity S h of the solar cell, by setting the initial value of the minority carrier diffusion length L e, a step A for obtaining the absolute spectral sensitivity curve,
The fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the short wavelength side among the values of the absolute spectral sensitivity for each wavelength, with obtaining a rough approximation of the surface recombination velocity S h of the solar cell, the absolute spectral sensitivity curve a step B of determining a correction value from the initial value of the surface reflectance R and the minority carrier diffusion length L e give,
The fitting calculation using data of the measuring wavelengths, including the longer wavelength side of the value of the absolute spectral sensitivity for each wavelength, with obtaining a rough approximation of the minority carrier diffusion length L e of the solar cell, the absolute spectral sensitivity curve a step C for obtaining the correction value from the initial value of the surface reflectance R and the surface recombination velocity S h give,
Further, by using the rough approximate value and the corrected value of each parameter obtained in Step B and Step C, the optimum values of the surface reflectance R, the solar cell surface recombination velocity Sh , and the minority carrier diffusion length Le are used. Step D for obtaining
The evaluation apparatus of the solar cell using LED which performs this by the said program.
[Equation 5]
Figure 0005256521
Here, I SC is the output short-circuit current of the solar cell, I h is the hole current of the n layer, I dr is the current in the depletion layer, I e is the electron current of the p layer, and the following (formula 1) (formula 2) (Equation 3) is satisfied.
[Formula 6]
Figure 0005256521
[Expression 7]
Figure 0005256521
[Equation 8]
Figure 0005256521
Where α is an absorption coefficient, L h , Le and S h , Se and D h , and D e are the minority carrier diffusion length, surface recombination velocity, and minority carrier diffusion constant, respectively. The letters h and e represent holes in the n layer and electrons in the p layer, respectively, x j and W are the end of the depletion layer and the thickness of the depletion layer, and H and H ′ are the end of the depletion layer. Dimensions.
前記信号処理部は、得られた絶対分光感度曲線と基準太陽光放射照度分布との積を波長で積分して基準太陽光照射時の出力短絡電流を算出する、請求項7に記載のLEDを用いた太陽電池の評価装置。
The LED according to claim 7, wherein the signal processing unit calculates the output short-circuit current at the time of reference sunlight irradiation by integrating the product of the obtained absolute spectral sensitivity curve and the reference sunlight irradiance distribution with a wavelength. The solar cell evaluation device used.
前記LED発光部には、前記複数のLEDとしてそれぞれ短波長帯、中波長帯及び長波長帯の光を発するLEDが配設されている、請求項7又は9に記載のLEDを用いた太陽電池の評価装置。
The solar cell using the LED according to claim 7 or 9, wherein the LED light emitting unit is provided with LEDs that emit light in a short wavelength band, a medium wavelength band, and a long wavelength band, respectively, as the plurality of LEDs. Evaluation device.
前記LED発光部は、正多角形の各頂点に各色のLEDが配置されるブロックから成り、該ブロックが複数配置されて所定の形状に構成されている、請求項7又は8に記載のLEDを用いた太陽電池の評価装置。
9. The LED according to claim 7, wherein the LED light emitting unit includes a block in which LEDs of each color are arranged at each vertex of a regular polygon, and the plurality of blocks are arranged in a predetermined shape. The solar cell evaluation device used.
前記LED発光部は正四角形のブロックが複数配置されて成り、各ブロックの各頂点に異なる色のLEDが配設されている、請求項7又は8に記載のLEDを用いた太陽電池の評価装置。
The solar cell evaluation apparatus using LEDs according to claim 7 or 8, wherein the LED light emitting unit is formed by arranging a plurality of regular square blocks, and LEDs of different colors are arranged at the vertices of the blocks. .
前記LED発光部は正六角形のブロックが複数配置され成り、各ブロックの各頂点に異なる色のLEDが配設されている、請求項7又は8に記載のLEDを用いた太陽電池の評価装置。
The said LED light emission part consists of a plurality of regular hexagonal blocks, and the evaluation device for solar cells using LEDs according to claim 7 or 8, wherein LEDs of different colors are arranged at each vertex of each block.
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