JP5470541B2

JP5470541B2 - 太陽電池評価装置

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Publication number: JP5470541B2
Application number: JP2009249150A
Authority: JP
Inventors: 米澤　　良
Original assignee: Lasertec Corp
Current assignee: Lasertec Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: JP2011096845A

Description

本発明は太陽電池評価装置、特に太陽電池の変換効率を高分解能で測定できる太陽電池評価装置に関するものである。

太陽電池の製造上の歩留りを改善するためには、太陽電池の変換効率を高分解能で測定できる評価装置が必要である。例えば、特定の半導体層の不純物濃度が局所的に高くなると半導体層中に再結合中心が形成され、変換効率が著しく低下する部位が形成されてしまう。また、半導体層に欠陥が存在する場合も同様に変換効率が局所的に低下し、不良品が発生する。これらの問題点は製造プロセスに起因するため、欠陥の原因を把握し太陽電池の製造プロセスを改善するためには、太陽電池の電流分布や変換効率を高分解能で測定できる評価装置が必須ものである。

多段接続された結晶系の太陽電池モジュールや薄膜太陽電池セルの電流分布を測定しようとする場合、測定される太陽電池モジュールに向けて測定光を照射し、発生した電流を検出し、検出された電流分布に基づいて変換効率が求められる。一方、測定中に直列接続されたセルのうちの１つのセルに照明光が照射されていないと、当該セルが高インピダンス状態となり、正確な電流分布を検出することが困難になってしまう。従って、モジュール全体にバイアス光を照射して、測定光の照射により発生する電子−ホールペアを十分流せるだけの光励起電流を発生させる必要がある。

太陽電池モジュール全体についてバイアス光を用いて照明しながら測定ビームで走査することにより、電流出力を検出する太陽電池評価装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の太陽電池評価装置では、固定されたステージ上に測定対象となる太陽電池モジュールが配置され、その上方にモジュール全体を照明する全体照明光源と、モジュール上にスポット照明又はライン照明を行う部分照明装置とが配置されている。測定中、全体照明光源からモジュールの全面に照明光が照射され、全体照明しながら光スポット又はライン状の光ビームにより走査が行われている。
特開２００９−１１１２１５号公報

特許文献１に記載の太陽電池評価装置では、全体照明を行う全体照明光源と光走査を行う部分照明装置は、測定対象となる太陽電池の上方のほぼ同一の高さに配置されているため、全体照明光源から出射した照明光は、太陽電池の光入射面に対して斜めに入射している。このため、太陽電池モジュールの表面に輝度分布が形成されてしまい。太陽電池モジュール全体にわたって均一な輝度で全体照明されない欠点がある。この場合、均一な全体照明を得るには、全体照明装置を太陽電池から遠く離れた位置に配置する必要がある。しかしながら、全体照明装置を太陽電池から遠く離れた位置に配置したのでは、装置が大型化する欠点がある。特に、１．８ｍ×１．８ｍの太陽電池モジュールについて測定する場合、全体照明装置が太陽電池から相当離れた高い位置に配置する必要があり、実用性の観点より問題がある。

また、走査ビームについても、走査ビームを発生させる光源は、太陽電池に対して斜め上方に配置されているため、走査ビームが太陽電池の表面に対して斜めに入射し、太陽電池の走査位置に応じて走査スポット径が変化する不具合が発生する。走査スポットの径が太陽電池の位置に応じて変化したのでは、高分解能で評価することはできない。また、ライン状の光ビームを用いて走査する場合も同様に、走査ビームが太陽電池に対して斜めに入射するため、ライン状走査ビームの幅が変化してしまい、分解能の観点より問題がある。

本発明の目的は、高分解能で太陽電池の変換効率を測定できる太陽電池評価装置を実現することにある。
また、本発明の別の目的は、大型化することなく変換効率を高分解能で測定できる太陽電池評価装置を提供することにある。

本発明による太陽電池評価装置は、太陽電池の光電変換効率を評価する太陽電池評価装置であって、
評価されるべき太陽電池を保持するステージと、ステージを所定の回転ピッチで回転させる回転駆動装置と、ステージ上に配置された太陽電池をライン状の走査ビームにより走査する走査装置と、前記ステージと走査装置との間に配置され、ステージ上に配置された太陽電池に向けて面状のバイアス光を投射する照明装置と、前記太陽電池から出力される出力電流を検出する手段と、検出された出力電流に基づいて太陽電池の電流密度分布ないし光電変換効率を算出する手段とを具え、
前記照明装置は、バイアス光を発生する照明光源と、前記照明光源に光学的に結合され、ステージ上の太陽電池と対向するように配置されると共に光学的に透明な材料により構成され、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する面状照明体とを有し、
前記走査装置は、集束性のライン状走査ビームにより前記太陽電池に対して平行に走査し、
前記走査装置から出射したライン状の走査ビームは、照明装置の面状照明体を透過してステージ上の太陽電池に入射することを特徴とする。

本発明の要旨は、集束性のライン状走査ビームにより太陽電池に対して平行に走査すること、及び、走査装置と太陽電池との間に平面状のバイアス光を照射する照明装置を配置したことにある。すなわち、集束性のライン状走査ビームにより太陽電池を走査することにより、光照射により太陽電池に発生する電流分布の変化を高分解能で検出することができ、太陽電池の変換効率を高分解能で測定することが可能になる。一方、ライン状走査ビームによる走査中、太陽電池の全面をほぼ均一なバイアス光で照明する必要がある。このため、本発明では、光学的に透明な材料で構成され、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する照明装置を太陽電池と走査装置との間に配置する。照明装置は透明材料で構成されているため、走査装置から出射したライン状走査ビームは、照明装置を透過して太陽電池に入射する。この結果、光ビーム走査により発生する電流分布を高分解能で検出することが可能になる。

太陽電池の全面にバイアス光を照射する照明装置は、照明光源と、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する面状照明体とで構成される。面状照明体は、ライン状走査ビームの走査方向に延在する複数の光ファイバと、光ファイバを支持する透明プレートで構成される。光ファイバにＶ字状の溝を形成することにより、光ファイバを伝搬するバイアス光はＶ字状の溝で全反射し、太陽電池に向けて出射する。この場合、光ファイバは、その長手方向に屈折作用を有しないため、ライン状走査ビームは、そのまま光ファイバを透過して太陽電池に入射する。従って、光ファイバにより構成される面状照明体の上方から太陽電池に向けてライン状走査ビームを投射しても、太陽電池の表面上には数１００μｍ程度の線幅の集束した照明ラインを形成することが可能である。

さらに、面状照明体の光ファイバを支持する透明プレートを光ファイバの屈折率よりも大きい屈折率を有するガラス基板で構成すると共に、光ファイバガラス基板に固定するための透明接着剤として、ガラス基板の屈折率とほぼ同一の屈折率を有する透明接着剤を用いれば、光ファイバを伝搬するバイアス光は、光ファイバから太陽電池に向けて出射する際、光ファイバと接着剤層との間の屈折作用により光ファイバの延在方向と直交する方向に拡がるため、光ファイバの延在方向と直交する方向について均一な輝度分布が確保される。

本発明では、ステージ上の太陽電池と走査装置との間に、光学的に透明材料で構成される照明装置を配置し、当該照明装置から平面状のバイアス光を太陽電池に向けて放出しているので、太陽電池のほぼ全面にわたってほぼ均一な輝度分布のバイアス光を照射しながら、集束性のライン状走査ビームにより太陽電池の全面を走査することができる。この結果、太陽電池の変換効率を高分解能で測定することが可能になる。さらに、太陽電池をライン状の走査ビームで走査する走査装置と太陽電池との間に、バイアス光を照射する照明装置が配置されるので、大型化することなく、高分解能で変換効率が測定される。

本発明による太陽電池評価装置の全体構成を示す線図である。走査装置の一例を示す線図的斜視図である。照明装置の一例を示す図である。面状照明装置の動作を説明する図である。光ファイバにＶ字状の溝を形成する方法を示す図である。

図１は本発明による太陽電池評価装置の全体構成を示す線図的側面図である。
図２は図１の走査装置を斜視図として示す図であり、図３はバイアス光を照射する照明装置の一例を示す図である。また、図４は照明装置の面状照明装置の動作を説明するための図である。図１を参照するに、評価されるべき太陽電池１はステージ２上に載置する。太陽電池として、例えば薄膜太陽電池セルや複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュール等の種々の太陽電池を評価の対象とする。ステージ２の上方に、ライン状光ビームにより太陽電池１を走査する走査装置３を配置する。太陽電池１と走査装置３との間に、太陽電池１全体を平面状のバイアス光により照明する照明装置４を配置する。照明装置４のステージと対向する部分は光学的に透明な材料で構成する。照明装置４は測定期間中常時点灯し、ほぼ均一な輝度のバイアス光で太陽電池のほぼ全面を照明する。従って、太陽電池１は、その全面が均一な輝度のバイアス光により照明されながら、ライン状の光ビームにより走査される。

回転ステージ２にはモータ５を連結する。モータ５は、信号処理装置６の制御のもとで、走査装置３の１回の走査ごとに回転ステージ２を所定の回転角度だけ回転させる。回転角度は、例えば１１．２５°に設定され、１回の光ビーム走査毎にステージを１１．２５°回転させ、太陽電池の半周について１６回の光ビーム走査を行う。太陽電池１には、電極端子７ａ及び７ｂが接続される。ライン状光ビームの走査及びバイアス光による照明により太陽電池に励起された電流は、電極端子７ａ及び７ｂを介して電流−電圧変換回路８に供給され、電圧信号に変換されて信号処理装置６に出力される。

信号処理装置６は、ステージ２を１１．２５°づつ回転させ、太陽電池の半周について１６回光ビーム走査を行い、各走査毎に得られた出力電流データをメモリに記憶する。信号処理装置６は、ＣＴロジック（Computed Tomography ロジック）を用いて出力電流データを処理し、光ビーム走査により太陽電池に生じた電流分布を求め、得られた電流分布に基づいて太陽電池の各部位における光電変換効率を算出する。得られた変換効率分布は、モニタ上に表示することができる。電流分布を算出するＣＴロジックとして、ＭＬ−ＥＭ、ＭＡＰ−ＥＭ、ＭＡＰ−ＥＭＲ等の各種ロジックを用いることができる。

図２を参照しながら、走査装置３の構成を説明する。走査装置３は、光源ハウジング１０を有する。光源ハウジング１０内には、キセノンランプ等の太陽光のスペクトルに近いスペクトルを有する光を放出する光源１１を配置する。光源１１から出射した光は、フィルタ１２に入射し、太陽光のスペクトルに近いスペクトルを有する光が出射する。フィルタ１２として複数のフィルタを配置し、評価の対象となる太陽電池の特性や構造等に応じて所望の波長光を選択的に出射させることができる。光源ハウジングから出射した光は、光ファイババンドル１３に入射する。光ファイババンドルは、複数の光ファイバの集合体であり、可撓性を有する光伝送体である。光ファイババンドル１３の光出射端は、第１の方向に沿って直線状に配列され、光放出体１４により保持する。従って、光放出体１４から第１の方向に延在するライン状の光ビームが出射する。

光放出体１４から出射したライン状光ビームは、平面ミラー１５で反射し、円筒ミラー（シリンドリカルミラー）１６に入射する。この円筒ミラー１６は、第１の方向に沿って延在し、第１の方向と直交する第２の方向にだけ集束性を有するミラーである。よって、円筒ミラー１６から出射したライン状光ビームは、幅が約０．２ｍｍ程度に集束したライン状走査ビーム１７として太陽電池１の表面に垂直に入射する。図１を参照するに、光ファイババンドル１３の光出射端に設けた光放出体１４、平面ミラー１５及び円筒ミラー１６は、走査ヘッド１８により一体的に支持する。従って、走査ヘッド１８からステージ上の太陽電池１に向けて集束したライン状走査ビームが垂直に投射される。

走査ヘッド１８の両側端部は、ライン状走査ビームの延在方向である第１の方向と直交する第２の方向に走行する２本のガイドベルト（１本のガイドベルト１９だけを図示する）に装着する。２本のガイドベルト１９は、２本の駆動ローラ２０ａ及び２０ｂに張架する。一方の駆動ローラ２０ａには、モータ２１を連結し、モータ２１の駆動によりガイドベルト１９を矢印方向に往復移動させる。よって、モータ２１の駆動により走査ヘッド１８が第２の方向（矢印方向）に往復移動し、ステージ上の太陽電池１は、第１の方向（図１の紙面と直交する方向）に延在するライン状走査ビーム１７により第１の方向と直交する第２の方向（図１の紙面内方向）に沿って太陽電池に対して平行に走査されることになる。

図３は照明装置４の一例を示す図であり、図３（Ａ）は線図的平面図、図３（Ｂ）は側方から見た側面図、図３（Ｃ）は光ファイバの延在方向と直交する面で切って示す線図的断面図である。照明装置４は、バイアス光を放出する第１及び第２の光源３０ａ及び３０ｂを有する。光源として太陽光のスペクトルに近いスペクトルの光を放出する光源が用いられ、例えばキセノンランプを用いることができる。尚、第１及び第２の光源の前面にフィルタを配置し、所望の波長光を出射させることができる。第１の光源３０ａと第２の光源３０ｂとの間に、複数の光ファイバの集合体である光ファイババンドル３１を設ける。図面を明瞭にするため、７本の光ファイバ３２ａ〜３２ｇの集合体を用いたが、勿論必要に応じての多数の光ファイバの集合体を用いることができる。光ファイババンドル３１の一端３１ａは円形に束ねて第１の光源３０ａと光学的に結合し、光ファイババンドルの他端３１ｂも円形に束ねて第２の光源３０ｂと光学的に結合する。従って、光ファイババンドルの各光ファイバには、その両端側からバイアス光が入射し、入射したバイアス光は他端側に向けて伝搬する。光ファイババンドル３１の中間の部分は、第１の方向（ライン状走査ビーム１７の延在方向）に沿って所定の間隔で互いに平行になるように同一平面内に配列する。そして、互いに平行に配列された光ファイバ３２ａ〜３２ｇは、光学的に透明なガラス基板３３上に透明接着剤層３４を用いて固定する。ガラス基板として、光ファイバのコアの屈折率よりも大きい屈折率（例えば、１．５０）を有するガラス基板を用いる。また、透明接着剤として、ガラス基板の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する透明接着剤が用いられ、例えば室温で硬化する液状シリコン樹脂の接着剤を用いることができる。図３（Ｃ）に示すように、接着剤層３４の厚さは、ガラス基板３３の表面から光ファイバ３２の中心軸線付近の高さレベルの厚さとする。

本例では、光ファイババンドルを構成する光ファイバとしてプラスチック製の光ファイバを用いる。一例として、プラスチック製光ファイバは、その直径が５００μｍで、コアの屈折率は１．４６で、クラッドの屈折率は１．４０である。また、クラッドの厚さは７．５μｍである。光ファイバの第１の方向の配列間隔は、例えば１．７５ｍｍのピッチとする。尚、１．８ｍ×１．８ｍの大きさの大型の太陽電池モジュールを測定対象とする場合、太さが１ｍｍの光ファイバを用い、その配列間隔は３ｍｍに設定することができる。ライン状の走査ビームは、光ファイバ及び透明プレートに対してほぼ垂直に入射すると共に、光ファイバの延在方向に対して直交する方向に延在する。また、光ファイバはその長手方向に屈折作用を有していない。よって、走査装置から出射したライン状走査ビームは、光ファイバによる第２の方向に屈折作用を受けることなく出射し、下側に配置された太陽電池１に集束したライン状光ビームとして入射する。尚、光ファイバは、その延在方向と直交する方向に屈折作用を有するが、ライン状の走査ビーム１７は、光ファイバと直交する方向に延在するため、屈折作用を受けても問題は生じない。

次に、図４を参照しながら、照明装置の光放出作用について説明する。図４（Ａ）は、本発明による光ファイバの構成を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は光ファイバに入射した照明光の伝搬状態を示す模式図であり光ファイバの中心軸線を含む面で切って示す図である。また、図４（Ｃ）は光ファイバから出射する照明光の分布状態を示す図であり、光ファイバの中心軸線と直交する面で切って示す図である。図４（Ａ）に示すように、本発明による光ファイバは、コア３５とその外周面に形成したクラッド３６とを有し、その長手方向に沿ってＶ字状の多数の溝３７が連続的に形成される。Ｖ字状の溝は、そのＶ字面が光ファイバの中心軸線と交差するように形成する。また、Ｖ字状の溝３７の深さは、溝の先端がコア３４の表面に位置深さとする。また、Ｖ字状の溝を構成する表面の中心軸線に対する角度θは１５〜２５°に設定する。

光ファイバの両端から照明光が入射すると、照明光はコア３５とクラッド３６との界面で全反射しながら他端側に向けて伝搬する。一方、コア内を伝搬する光がＶ字状の溝３７に入射すると、一部の光は、溝におけるクラッドと空気との界面で全反射して下側に向けて伝搬し、下側のクラッドを透過し、接着剤層３４及びガラス基板３３を透過して出射する。また、別の一部の光は、Ｖ字状の溝の空気との界面から外部に出射する。本発明者が、Ｖ字状の溝で全反射して下側から出射する光の光量と、Ｖ字状の溝から直接外部に出射する光の光量とを測定したところ、４：１〜７：１の割合であった。この実験結果によれば、Ｖ字状の溝を利用して相当な光量の照明光を下側に向けて出射させることが可能である。

Ｖ字状の溝の形成間隔は、光ファイバの中心軸線に沿って等間隔で形成する。或いは、中心軸線方向の端部側においてＶ字状の溝の間隔を大きくなるように設定し、光ファイバの中央において溝間の間隔が狭くなるように設定する。このようにＶ字状の溝の間隔、すなわち形成密度を適正に設定することにより、光ファイバの中心軸線方向にもほぼ均一な輝度分布を得ることが可能である。従って、光ファイバ列と透明プレートとにより構成される面状照明体において、
Ｖ字状の溝の間隔を適切に設定することにより、光ファイバの軸線方向において均一な輝度分布のバイアス光を照射させることができる。

次に、光ファイバをガラス基板に固定する接着剤の作用について説明する。本例では、図３（Ｃ）に示すように、接着剤層３４の厚さは、ガラス基板の表面から光ファイバの中心軸線の高さレベルまでの厚さとする。また、接着剤の屈折率は、ガラス基板の屈折率にほぼ等しく、光ファイバのコアの屈折率よりも大きい。この構造において、ガラス基板３３と光ファイバのクラッド３６との間に空気層が介在せず、Ｖ字状の溝３７で全反射した照明光は、光ファイバのクラッド３６と接着剤層３４との界面を経てガラス基板側に向けて進行する。ここで、クラッドの屈折率は１．４０であり、接着剤層の屈折率は１．５０であり、その屈折率差は比較的小さいものである。よって、クラッドと接着剤層との界面で反射する光の光量は少なく、バイアス光の損失が低減される。一方、接着剤層が存在しない場合、クラッドとガラス基板との間には空気層が介在するため、Ｖ字状の溝で全反射した光は、クラッドと空気層との界面及び空気層とガラス基板との界面の２つの界面を通過するため、２つの界面での反射によるロスが大きいものである。従って、接着剤層３４は、バイアス光の有効利用の観点より、重要な意義を有している。

次に、光ファイバの延在方向と直交する方向（第１の方向）における光量分布について説明する。図４（Ｃ）は、Ｖ字状の溝で全反射して外部に出射する光の光量分布を示す図である。図４（Ｃ）において、破線は接着剤層が存在しない場合の光ファイバの延在方向と直交する方向の光量分布を示し、実線は接着剤層が存在する場合の光量分布を示す。クラッド３６の外周には、その屈折率よりも大きい屈折率を有する接着剤層３４が存在するため、Ｖ字状の溝で全反射した照明光は、クラッドと接着剤層との界面における屈折作用により、光ファイバの延在方向と直交する方向（第１の方向）に大きな角度で屈折してガラス基板に入射する。よって、各光ファイバから出射するバイアス光は、第１の方向に一層広く拡がりながらガラス基板側に伝搬する。この結果、光ファイバの第１の方向の配列間隔を適切に設定することにより、面状照明体から出射するバイアス光の光ファイバの配列方向と直交する方向における輝度分布を均一化することが可能である。

上述したように、光ファイバに形成されるＶ字状の溝の間隔及び光ファイバの第１の方向の配列間隔を適切に設定することにより、照明装置の面状照明体からほぼ均一な輝度分布の平面状のバイアス光を照射させることが可能である。

次に、光ファイバにＶ字状の溝を形成する方法について説明する。Ｖ字状の溝の角度θは全反射する光の光量を確保する観点から重要であり、本発明者の実験結果によれば、Ｖ字状の溝の面が光ファイバの中心軸線に対して１５〜２５°の角度をなすように設定することが最良であることが判明した。図５は、Ｖ字状の溝を形成する方法を示す図である。プラスチック製の光ファイバ３２に対して、６０°の頂角を有する刃物工具４０を、その刃先が光ファイバの中心軸線と直交するように位置決めし、押圧力を作用させる。この際、作用する押圧力は、刃物工具４０の先端が光ファイバ３２のクラッド３６の表面に接する程度の押圧力とする。刃物工具の押圧力により、クラッドがＶ字状に変形し、Ｖ字状の溝３７が形成される。別の方法として、歯車を用いる方法も利用できる。歯車として、各歯の頂角が例えば５５°に設定されている歯車を用い、歯車を光ファイバに対して押圧しながらその長手軸線方向に移動させる。歯車の圧接移動により、光ファイバのクラッドには連続的なＶ字状の溝が形成される。

次に、ライン状走査ビームの輝度分布測定について説明する。ライン状走査ビームに輝度分布があると、検出される電流分布に誤差が発生してしまう。また、ライン状走査ビームの輝度値自体が変化したのでは、信号処理装置における補正処理において不具合が発生する。一方、光源は、動作環境の温度条件等により影響を放出強度が変動する可能性がある。そこで、本発明では、ライン状走査ビームの輝度分布を測定する手段を設け、各サンプルの測定に先立ってライン状走査ビームの輝度分布を測定し、輝度分布測定の測定結果を予め信号処理装置に出力する。そして、信号処理装置においては、予め測定されたライン状走査ビームの輝度分布及びその値を用い、算出された電流分布について補正を行う。このように構成すれば、ライン状走査ビームに部分的な輝度差や輝度値が変動しても、正確な電流分布を出力することができる。図１を参照するに、照明装置４のガラス基板３３の下側に光検出器５０を配置する。光検出器５０は、ベルト駆動による移動装置５１に連結され、ライン状走査ビーム１７の延在方向である第１の方向に移動する。

測定に際し、走査ヘッド１８を図１の左端側に移動させ、走査ビーム１７が光検出器５０に入射するように設定する。また、照明装置３も動作させ、バイアス光と走査ビームとが重畳された光を光検出器５０に入射させる。続いて、光検出器５０を第１の方向に沿って走査ビームのビーム長分だけ移動させ、その間に走査ビームの輝度分布を測定し、信号処理装置６に出力する。その後、ライン状走査ビームによる測定を開始する。測定が終了した後、信号処理装置６は、算出された電流分布に対して予め検出された走査ビームの輝度分布及びその絶対値を用いて補正し、補正された電流分布を出力する。

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、太陽電池に向けて面状のバイアス光を投射する面状照明装置として、光ファイバ列と透明プレートを用いたが、プレート状のコアと、その上側面に低屈折率のクラッド層を形成した２層構造のプレート状の光導波体、又は上側面及び下側面に低屈折率のクラッド層を形成した３層構造のプレート状の光導波体を用いることも可能である。この場合、上側のクラッド層に断面がＶ字状の溝を形成することにより、Ｖ字状の溝で全反射した照明光を他方の面から面状の照明光として出射させることが可能であり、面状照明装置が構成される。この光導波体を用いる場合でも、光導波体自体が光学的に透明であるから、上側からライン状の走査ビームで走査した際、太陽電池の表面には、均一な輝度分布のバイアス光にライン状走査ビームが重畳された光が入射する。尚、上記プレート状の光導波体を用いる場合、光源から出射したバイアス光をライン状の平行ビームに変換してからプレート状の光導波体に入射させる。尚、プレート状の光導波体の側面には、例えばアルミニウムの反射層を形成する。

上述した照明装置は、太陽電池評価装置に用いられるだけでなく、種々の用途の面照明装置として利用することができ、例えばＬＣＤ表示装置用のバックライトとして、或いはレーザディスプレイにも用いることが可能である。

上述した実施例では、光ファイバのクラッドにＶ字状の溝を形成し、Ｖ字状の溝の面での全反射を利用してバイアス光を外部に放出したが、Ｖ字状の溝に限られず、光ファイバを伝搬する光を全反射させる形状であれば種々の形状の溝や凹部を形成することができ、例えばＵ字状の溝や湾曲面状の凹部を形成して光ファイバを伝搬する光を外部に放出させることも可能である。

１太陽電池
２回転ステージ
３走査装置
４照明装置
５モータ
６信号処理装置
７ａ，７ｂ電極端子
８電流−電圧変換回路
１０光源ハウジング
１１光源
１２フィルタ
１３光ファイババンドル
１４光放出体
１５平面ミラー
１６円筒ミラー
１７走査ビーム
１８走査ヘッド
１９駆動ベルト
２０ａ，２０ｂ駆動ローラ
２１モータ
３０ａ，３０ｂ光源
３１光ファイババンドル
３２ａ〜３２ｇ光ファイバ
３３ガラス基板
３４接着剤層
３５コア
３６クラッド
３７Ｖ字状の溝
４０刃物工具
５０光検出器
５１移動装置

Claims

太陽電池の光電変換効率を評価する太陽電池評価装置であって、
評価されるべき太陽電池を保持するステージと、ステージを所定の回転ピッチで回転させる回転駆動装置と、ステージ上に配置された太陽電池をライン状の走査ビームにより走査する走査装置と、前記ステージと走査装置との間に配置され、ステージ上に配置された太陽電池に向けて面状のバイアス光を投射する照明装置と、前記太陽電池から出力される出力電流を検出する手段と、検出された出力電流に基づいて太陽電池の電流密度分布ないし光電変換効率を算出する手段とを具え、
前記照明装置は、バイアス光を発生する照明光源と、前記照明光源に光学的に結合され、ステージ上の太陽電池と対向するように配置されると共に光学的に透明な材料により構成され、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する面状照明体とを有し、
前記走査装置は、集束性のライン状走査ビームにより前記太陽電池に対して平行に走査し、
前記走査装置から出射したライン状の走査ビームは、照明装置の面状照明体を透過してステージ上の太陽電池に入射することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項１に記載の太陽電池評価装置において、前記走査装置は、光源装置と、光源装置から出射した光ビームを第１の方向に延在するライン状の光ビームに変換するライン状光ビーム変換手段と、ライン状光ビームを前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する走査手段とを有することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項２に記載の太陽電池評価装置において、前記ライン状光ビーム変換手段として光ファイババンドルを用い、光ファイババンドルの一端は前記光源装置に光学的に結合され、光ファイババンドルを構成する光ファイバの光出射端は前記第１の方向に沿って直線状に配列され、光ファイババンドルの光出射端から出射したライン状光ビームは、第１の方向に延在し第２の方向に集束性を有する円筒ミラーに入射し、円筒ミラーから前記第２の方向に集束したライン状光ビームとしてステージ上の太陽電池に入射することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項３に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイババンドルの光出射端及び円筒ミラーは走査ヘッドに搭載され、走査ヘッドを前記第２の方向に移動させることにより、ステージ上に配置された太陽電池を集束性ライン状光ビームにより走査することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の太陽電池評価装置において、前記光源装置は、走査光を発生する光源と、光源から出射した光を太陽光のスペクトルに近いスペクトルを有する光に変換するフィルタとを有することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項１に記載の太陽電池評価装置において、前記照明装置の面状照明体は、前記ライン状走査ビームの延在方向である第１の方向に沿って所定の間隔で配列され、前記ライン状走査ビームの走査方向である第２の方向に沿って延在する複数の光ファイバを含む光ファイババンドルと、前記第１の方向に沿って配列された光ファイバを支持する透明プレートとを有し、
前記光ファイババンドルの一端は前記照明光源に光学的に結合され、
各光ファイバのステージ上の太陽電池から離れた側には、伝搬光を全反射させる溝又は凹部が前記第２の方向に沿って所定の間隔で連続的に形成され、
前記照明光源から出射したバイアス光は、光ファイバを伝搬する間にステージ上の太陽電池に向けて出射することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項６に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイバに形成される溝としてＶ字状の溝が形成され、Ｖ字状の溝を形成する面は光ファイバの中心軸線と交差するように形成され、光ファイバの中心軸線に対して１５〜２５°の角度をなすことを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項６又は７に記載の太陽電池評価装置において、前記走査装置から出射したライン状の走査ビームは、光ファイバにより前記第２の方向に屈折作用をほとんど受けることなく集束したライン状の光ビームとして太陽電池に入射することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項６、７又は８に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイバとして、コアとコアの外周面に形成されたクラッドとを有するプラスチック製の光ファイバが用いられ、前記透明プレートとしてプラスチック製の光ファイバのコアの屈折率よりも大きい屈折率を有するガラス基板が用いられ、前記光ファイババンドルの各光ファイバは、ガラス基板の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する透明接着剤層によりガラス基板に固定され、前記Ｖ字状の溝により全反射した光は、光ファイバと透明接着剤層との間の屈折作用により、光ファイバの延在方向と直交する第１の方向に拡がりながら太陽電池に向けて出射することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項９に記載の太陽電池評価装置において、前記透明接着剤として、液状のシリコン系接着剤が用いられ、当該接着剤層は、ガラス基板の表面から光ファイバの中心軸線が位置する高さレベルの近傍まで、互いに隣接する光ファイバ間の空間を充填するように形成されていることを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項６から１０までのいずれか１項に記載の太陽電池評価装置において、前記照明装置の面状照明装置を構成する光ファイババンドルの他端には、前記照明光源と同様な照明光源が光学的に結合され、前記光ファイバには、その両端からバイアス光が入射することを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項１１に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイバに形成されるＶ字状の溝の形成間隔は、光ファイバの中軸線に沿って、端部から中央部分に向けて徐々に短くなるように設定されていることを特徴とする太陽電池評価装置。
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の太陽電池評価装置において、前記ライン状走査ビームの第１の方向の輝度分布を測定する輝度分布測定手段を有し、当該輝度分布測定手段の出力信号は前記信号処理装置に供給され、信号処理装置は、輝度分布測定手段からの出力信号を用いて、算出された電流分布について補正処理を行うことを特徴とする太陽電池評価装置。