JP5666171B2

JP5666171B2 - 太陽電池出力特性の測定装置

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Inventors: 南　功治; 功治南; 多聞井殿
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Publication date: 2015-02-12
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Description

本発明は、太陽電池出力特性の測定装置および測定方法に関するものである。

太陽電池の出力特性は、光照射下において当該太陽電池の電流電圧特性を測定することによって測定される。例えば、ソーラーシミュレータにより太陽電池の電流電圧特性を測定する際には、横軸を電圧、縦軸を電流として、収集したデータをプロットすることによる曲線を得ている。この曲線は一般に、Ｉ−Ｖ特性という。図９にその一例を示す。図９において、縦軸のＩｓｃは短絡電流を示し、横軸のＶｏｃは開放電圧を示している。また、Ｐｍａｘは、最大出力を示している。

太陽電池の電流電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定する方法には、定常光の光源を用いる方法と、フラッシュ光の光源を用いる方法とが知られている。このうち、フラッシュ光の光源を用いる方法は、フラッシュ点灯させるため光源ランプへの負荷が小さく、また発光時間が短いため、ランプ内部の状況（例えば、温度）が変化し難いのでピーク照度が安定しやすい。例えば、特許文献１には、光源ランプからのフラッシュ光の発光中に、太陽電池の負荷を制御して太陽電池から出力される電流と電圧を測定する方法が開示されている。

ところで、太陽電池の電流電圧特性を測定するために太陽電池の負荷を制御する場合、過度の逆バイアスがかかると太陽電池が短絡破壊に至る可能性がある。この結果、太陽電池の出力特性が低下してしまう。

そこで、特許文献１では、電流電圧特性の本測定に先立って、太陽電池の特性の概略値を求める予備測定を行っている。この予備測定では、本測定と同じフラッシュ発光を点灯し、掃引速度を早くして電子負荷を広範囲に変化させ、測定対象となる太陽電池の短絡電流Ｉｓｃと開放電圧Ｖｏｃの概略値を求めている。この概略値を求めることにより、電子負荷の掃引範囲が特定されるため、本測定の際には、掃引速度を遅くして、電流値がより広い範囲にあるように所望数の測定点を確保することができる。

特開２００７−８８４１９号広報（２００７年４月５日公開）

しかしながら、予備測定を実施する方法は、予備測定時にフラッシュ発光を行うため、光源ランプの発光回数を多くすることになる。このため、特に光源ランプを高出力で発光させることが必要なソーラーシミュレータでは、ランプ寿命が短くなるという問題が生じる。特に、各種太陽電池に対応できる、ロングパルスと呼ばれる発光長の長いフラッシュ光を用いる場合は、１回の発光回数を少なくすることが非常に重要である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池の出力特性を損なうことなく、フラッシュ光必要回数を減少させることができる太陽電池出力特性の測定装置および測定方法を提供することにある。

本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置は、上記課題を解決するために、太陽電池に光を照射して当該太陽電池の電流電圧特性を測定する装置であって、測定対象となる太陽電池に対してパルス波形の頂部が平坦になるフラッシュ光を照射する光源と、上記太陽電池に制御可能な負荷を与えて上記太陽電池が出力する電圧を変化させる電圧可変手段と、上記光源により照射された太陽電池が出力する電圧および電流を、上記電圧可変手段による上記電圧の増加に応じて、複数の測定点で順に測定する測定手段とを備え、上記電圧可変手段は、上記測定手段が０以下の電流値を測定した時点で上記電圧の増加を停止することを特徴としている。

上記構成において、光源からフラッシュ光を照射された太陽電池は電流及び電圧を出力する。光源がフラッシュ光を照射している間、電圧可変手段が負荷を制御して太陽電池の出力電圧を増加させると共に、測定手段が太陽電池の出力電圧および出力電流を、当該出力電圧が低い側から高い側に向かって複数の点で順に測定する。これによって太陽電池のＩ−Ｖ特性が測定される。

ここで、太陽電池の出力電圧が増加していくと、出力電力が急激に減少するときがくる。そこで、電圧可変手段は、測定手段が０以下の出力電流を測定した時点で、出力電圧の増加を停止させる。これによって、太陽電池に過度の逆バイアスがかかることを防止し、太陽電池の破壊を避けることができる。

したがって、本発明に係る測定装置によれば、予備測定を行わずとも負荷の掃引範囲は制限され、太陽電池の特性を損なうことなく、Ｉ−Ｖ特性測定時のフラッシュ光回数を減少させることができる。これによって光源ランプの寿命を延ばすことができる。

また本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置は、上記光源からの光を受光する受光部を有する照度検出器と、上記光源により照射される上記受光部の温度管理を行う上記温度管理システムとをさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、例え光源が長波長用光源を含んで構成されていたとしても、熱変動影響を抑えた照度設定を行うことができる。これによって、Ｉ−Ｖ特性をより精密に測定することができる。

また本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置において、上記温度管理システムは、上記光源により照射される上記太陽電池の照射面の温度管理をさらに行うことが好ましい。

上記構成によれば、例え光源が長波長用光源を含んで構成されていたとしても、測定データに対する熱変動影響を抑制することができる。これによって、Ｉ−Ｖ特性をより精密に測定することができる。

また本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置において、上記複数の測定点で測定された上記電圧および上記電流に対応する電圧−電流関係に基づいて、上記電圧および上記電流についての所望の測定点数のデータを取得するデータ処理手段をさらに備えることが好ましい。

上記構成によれば、最終的に得られるデータのサンプル数を常に適正化できる。このため、上記測定後、太陽電池の出力する電圧−電流のデータを容易に管理することができる。

また本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置は、上記電圧可変手段による上記電圧の増加の際、上記複数の測定点のうち、２つめ以降の各測定点において、前回測定点からの電圧増加量に対する電流変化の傾きを検出する電流変化検出手段をさらに備え、上記電流変化検出手段が、前回測定点で検出した上記傾きに対して２倍以上の上記傾きを検出したとき、上記電圧可変手段は、次回の測定点以降における上記電圧増加量を、今回測定点までの上記電圧増加量よりも減少させることが好ましい。

上記構成によれば、電流変化検出手段は、太陽電池の出力電圧が増加していく過程において、出力電流が急激に減少する測定点を検出する。このとき、次の測定点以降の電圧変化量を減少させることによって、Ｉ−Ｖ特性曲線の電流変化率が大きい範囲における測定点を増やすことができる。これによって、Ｉ−Ｖ特性をより精密に測定することができる。

また本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置において、上記電流変化検出手段が、前回測定点で検出した上記傾きに対して２倍以上の上記傾きを検出したとき、上記電圧可変手段は、上記電圧を前回測定点における値に戻してから、次回の測定点以降における上記電圧増加量を、今回測定点までの上記電圧増加量よりも減少させることが好ましい。

上記構成によれば、Ｉ−Ｖ特性曲線の電流変化率が大きく変化する範囲を含めた範囲で、より的確にデータ点を増やすことができる。これによって、Ｉ−Ｖ特性をより精密に測定することができ、太陽電池の最大電力点Ｐｍａｘを精度よく検出することができる。

本発明に係る太陽電池出力特性の測定方法は、上記課題を解決するために、測定対象となる太陽電池に対して、光源からパルス波形の頂部が平坦になるフラッシュ光を照射する照射工程と、上記照射工程の間、上記太陽電池の負荷を制御して当該太陽電池の出力電圧を増加させながら、上記太陽電池の出力電圧および出力電流を複数の測定点で順に測定する測定工程と、上記測定工程において０以下の電流値が測定された時点で当該測定工程を停止させる測定停止工程とを含むことを特徴としている。

上記方法によれば、太陽電池の特性を損なうことなく、Ｉ−Ｖ特性測定時のフラッシュ光必要回数を減少させることができる。

本発明に係る太陽電池出力特性の測定装置は、太陽電池に光を照射して当該太陽電池の電流電圧特性を測定する装置であって、測定対象となる太陽電池に対してパルス波形の頂部が平坦になるフラッシュ光を照射する光源と、上記太陽電池に制御可能な負荷を与えて上記太陽電池の出力電圧を変化させる電圧可変手段と、上記光源により照射された太陽電池の出力電圧および出力電流を、上記電圧可変手段による上記出力電圧の増加に応じて、複数の測定点で順に測定する測定手段とを備え、上記電圧可変手段は、上記測定手段が０以下の電流値を測定した時点で上記出力電圧の増加を停止することを特徴としている。これによって、太陽電池の特性を損なうことなく、Ｉ−Ｖ特性測定時のフラッシュ光回数を減少させることができる。

本実施形態に係るソーラーシミュレータにおける測定方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るソーラーシミュレータを概略的に示す構成図である。キセノンランプによるフラッシュ光の波形図である。図１に示す測定方法による太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。本実施形態に係るソーラーシミュレータにおける測定方法の他の態様を示すフローチャートである。図５に示す測定方法による太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。本実施形態に係るソーラーシミュレータにおける測定方法のさらに他の態様を示すフローチャートである。図７に示す測定方法による太陽電池のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。太陽電池のＩ−Ｖ特性を説明するためのグラフである。

本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、擬似太陽光を照射するソーラーシミュレータを太陽電池の出力特性の測定装置として用いている。また、本明細書において、測定対象とする「太陽電池」は、光起電力素子および光センサーなども含む全般的な光電変換素子に置き換えて測定してもよい。

〔ソーラーシミュレータ１００〕
まず、擬似太陽光を照射するソーラーシミュレータ１００の光学系の構成について、図２を参照して説明する。図２は、ソーラーシミュレータ１００を概略的に示す構成図である。

図２に示すように、本実施形態に係るソーラーシミュレータ１００は、キセノンランプ（短波長用光源）１とハロゲンランプ（長波長用光源）４とを含む光学系セット１４ａ、１４ｂ、光立ち上げ部１３を備えている。

光学系セット１４ａ、１４ｂの各々において、キセノンランプ１から出た光は、キセノン用リフレクタ２で集光され、導光路３から、エアマスフィルター８（１枚〜２枚から構成）を通して、波長選択ミラー７で反射されて、光立ち上げ部１３に導入される。同様に、ハロゲンランプ４から出た光は、ハロゲン用リフレクタ５で集光され、導光路６から、エアマスフィルター９（１枚〜３枚から構成）を通して、波長選択ミラー７を透過し、光立ち上げ部１３に導入される。

光立ち上げ部１３は、導光板１０と、太陽電池２３に光を照射するためのプリズムシートなどの光屈折部１１とを備えている。また、導光板１０には散乱体１２が印刷されており、導光板１０から光を取り出すことができる。さらに、導光板１０の下に反射板を配置（図示せず）すれば光立ち上げ効率を上げることができる。光立ち上げ部１３を出た光は太陽電池２３に照射され、これによって太陽電池２３の評価が可能になる。

続いて、ソーラーシミュレータ１００の光学系以外の構成について説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るソーラーシミュレータ１００は、キセノンランプ１に接続された電源２１Ａおよびフラッシュ発光制御回路２２Ａ、ハロゲンランプ４に接続された電源２１Ｂおよび発光時間制御回路２２Ｂ、ならびに照度検出器２４を備えている。

キセノンランプ１の光量は、電源２１Ａおよびフラッシュ発光制御回路２２Ａの制御により調整される。また、ハロゲンランプ４の光量は、電源２１Ｂおよび発光時間制御回路２２Ｂの制御により調整される。このうち、フラッシュ発光制御回路２２Ａは、パルス波形の頂部を平坦にするようにキセノンランプ１を制御する。

照度検出器２４は、照度レベルを検出する受光素子であり、導光板１０の上に配置されるプリズムシート１１の上方において、キセノンランプ１とハロゲンランプ４の双方の光源からの光が到達可能な位置に配置される。照度検出器２４は、キセノン光およびハロゲン光の各々の光量を同時モニターすることができる。

また、本実施形態に係るソーラーシミュレータ１００は、Ｉ−Ｖ特性の測定時に太陽電池２３から出力される電流・電圧を可変にする電圧可変手段として、負荷回路２５および電子負荷設定回路２８を備えている。負荷回路２５は、電子負荷２５ａ、直流電源２５ｂ、シャント抵抗２５ｃから構成されており、電子負荷２５ａは測定対象となる太陽電池２３に接続されている。電子負荷設定回路２８は、電子負荷２５ａを制御することによって、太陽電池２３の負荷を変化させることができる。なお、電子負荷２５ａと直流電源２５ｂは、バイポーラ電源等に置き換えられてもよい。

また、ソーラーシミュレータ１００は、パソコン２６およびデータ処理ボード（測定手段、データ処理ボード）２７を備える。パソコン２６は、データ収集ボード２６ａおよびアナログ出力ボード２６ｂ、ならびに、記録装置（図示しない）を備えている。データ処理ボード２７は、太陽電池２３から出力された電流および電圧のアナログ出力信号をデータ収集ボード２６ａで収集可能な信号に変換する。

パソコン２６およびデータ処理ボード２７はデータ格納システムを構成しており、太陽電池２３から出力される電流と電圧のデータ、および照度検出器２４から検出される照度のデータを記録装置などに格納する。また、パソコン２６は、他の部材を制御する制御装置を兼ねている。

本実施形態に係るソーラーシミュレータ１００によれば、電子負荷２５ａの変化速度を設定することにより、キセノンランプ１の１回のフラッシュ発光の間に、２００点以上の電圧、電流の組み合わせを測定することが容易である。

〔照度設定方法〕
本実施形態に係るソーラーシミュレータ１００では、電流電圧特性の測定する前に照度設定を行うことが好ましい。この照度設定の方法について以下に説明する。

まず、測定対象となる太陽電池２３が配置される位置に、太陽電池２３に代えて基準太陽電池を配置し、照度検出器２４を所定の位置に配置する。この所定の位置とは、立ち上げ部１３の上方であって、立ち上げ部１３による太陽電池２３への照射を阻害しない位置であればよい。基準太陽電池は規定照度（１０００Ｗ／ｍ^２）での短絡電流Ｉｓｃ又は最大出力Ｐｍａｘの校正データを有する。この校正データをデータ収集ボード２６ａに設定しておく。

次いで、ハロゲンランプ４が先行して点灯し、その後、キセノンランプ１が点灯してから、データ収集ボードが基準太陽電池の出力と、照度検出器２４の出力を測定する。そのデータを受け取るパソコン２６が、基準太陽電池の出力の測定結果が校正データと合致するように電源２１Ａ、電源２１Ｂを制御してランプ電圧又はランプ電流を逐次変更し、上記測定を繰り返えさせる。基準太陽電池の出力の測定結果が校正データと合致するに至った際、パソコン２６はそのときの照度検出器２４の出力を記憶する。以上により、照度設定は完了となる。

なお、キセノンランプ１とハロゲンランプ４と同時点灯による照度設定の前には、キセノンランプ１およびハロゲンランプ４のどちらか一方の照度設定を個別に行うことが好ましい。

また、ハロゲンランプ４は熱線を発するため、ハロゲンランプ４点灯の際には、照度検出器２４の温度を測定および確認しながら照度設定を行うことが好ましい。具体的には、ソーラーシミュレータ１００が、照度検出器２４の受光素子（受光部）の温度をモニターするような測定システムを備えることが好ましい。温度影響を考慮して照度設定を行うことによって、太陽電池２３へ照射する照度も安定して管理でき、高いスペクトル合致度を得ることができる。また、ソーラーシミュレータ１００は、温度のモニターに加えて、照度検出器２４を温度管理可能な状態にする構造（温度管理システム）を備えていてもよい。この場合、照度検出器２４としては、被測定体と同性能の太陽電池セルを使用することが望ましい。

温度管理システムは、照度検出器２４が配置された回路基板における、当該照度検出器２４の受光面の近傍箇所に対して、熱電対を接続することによって構成することができる。

また、本実施形態では、キセノンランプ１とハロゲンランプ４との両方が搭載されているため、双方の光源の点灯状態で照度設定を行っているが、本発明は複数の光源を有することに限られない。例えば、光源ランプがキセノンランプ１だけである場合、これを複数回フラッシュ点灯させることによって照度設定をしてもよい。

照度設定後は、基準太陽電池を外し、次に被測定体となる太陽電池２３を載せて接続する。これによってＩ−Ｖ特性を測定できる状態になる。

〔Ｉ−Ｖ特性の測定方法〕
次に、本実施形態に係る太陽電池のＩ−Ｖ特性の測定方法について図１を参照して説明する。図１は、太陽電池のＩ−Ｖ特性の測定方法を示すフローチャートである。

まず、ハロゲンランプ４を先行して点灯した後、キセノンランプ１をフラッシュ点灯する（ステップＳ１１）。ここで、キセノンランプ１は、パルス波形の頂部が平坦になるフラッシュ光を発光する。このフラッシュ光は、図３に示すように、ロングパルスと言われる長時間（例えば１００ｍｓｅｃ）の照度平坦部を有するパルス光であることが好ましい。ロングパルス発光には、応答の速い太陽電池から、応答の遅い太陽電池まで、多様な種類の太陽電池の測定に対応できるメリットがある。

次に、Ｉ−Ｖ特性の測定を開始する（ステップＳ１２）。本実施形態では、キセノンランプ１が１回のフラッシュ発光（ロングパルス発光）をしている間に、Ｉ−Ｖ特性の測定を完了させる。このため、ステップＳ１１にて発光された１回のフラッシュ発光中に、太陽電池２３につながる電子負荷２５ａを変化させながら、太陽電池２３から出力される電圧電流を測定する。

具体的には、電子負荷設定回路２８が、短絡から開放に向かって電子負荷２５ａを変化させることにより、太陽電池２３からの出力電圧を増加させる。ここで、電子負荷設定回路２８は、電子負荷２５ａを連続的に変化してもよいし、ステップ状に変化してもよい。

電子負荷２５ａの変化の間、データ処理ボード２７は、太陽電池２３の出力電圧および出力電流のデータを複数の測定点で順に測定、収集し、パソコン２６が当該データを記録装置に記録する。この測定結果に基づくグラフを図４に示す。

図４に示すように、電子負荷２５ａの変化により電圧値を増加させていくと、あるポイントから電流値が急減し、０の状態になるときがくる。この状態での電圧値が開放電圧Ｖｏｃとなる。ここで、電流値が０以下になり、さらに過度の逆バイアスがかかる状態になると、太陽電池２３が破損してしまう危険がある。

そこで、本実施形態に係るソーラーシミュレータ１００では、Ｉ−Ｖ特性の測定開始後、データ処理ボード２７が０以下の電流値を測定すると（ステップＳ１３でＹｅｓ）、Ｉ−Ｖ特性の測定が停止する。すなわち、電子負荷設定回路２８が電子負荷２５ａの変化を停止し、それ以上電圧が増加しないようにする。このようなリミット機能によって、過度の逆バイアスによる太陽電池２３の破損を防止できる。

一方、データ処理ボード２７の測定する電流値が０よりも大きい間は（ステップＳ１３でＮｏ）、そのまま測定が継続される。

なお、電流変化率は、電圧値が開放電圧に近づくほど大きくなる。また、電流変化率の程度は測定される太陽電池によっても異なる。このことから、電流が０になる点の検出には細心の注意を払うことが好ましい。

例えば、ソーラーシミュレータ１００では、照度の変動率が±１％以下（ソーラーシミュレータの最上等級レベル）に設定されていることが多く、この変動分の誤差を考慮して０レベルをすることが望ましい。このため、最大電流値（短絡電流値）に対して１％以下の電流値を電流値０の判定点とすることが好ましい。これは、逆バイアスをかけすぎることなく、ソーラーシミュレータの開放電圧（電流値０のときの電圧値）を確実に求めることができる利点がある。なお、本明細書において、電流値０とは、厳密に０であることに限定されない。

以上の測定方法によれば、予備測定を行わずとも過度の逆バイアスを防止できるため、キセノンランプ１およびハロゲンランプ２を発光させる回数を必要最小限に抑えることができる。すなわち、照度が狂わない限り、１回のＩ−Ｖ特性測定において１回のフラッシュ発光で済むため、キセノンランプ１およびハロゲンランプ２の寿命を大幅に延ばすことができる。

（照度について）
Ｉ−Ｖ特性測定時、照度検出器２４により検出される照度が前記記憶させた照度になるように電源２１Ａ、電源２１Ｂが制御され、これによって規定照度近傍（規定範囲内）での測定が行われる。このとき、予め、ランプ電圧に関して照度がどのように変化するかの特性を把握しておくことにより照度調整精度をより高めることができる。

また、上述の照度設定時と同様に、Ｉ−Ｖ特性測定時においても、ハロゲンランプ４を点灯させることによる温度上昇の影響を排除するために、太陽電池２３の照射面における温度を管理することが好ましい。例えば、ハロゲンランプ４の光を光立ち上げ部１３に導入する前の部分であって太陽電池２３の照射面を遮らない位置に熱電対などの温度センサーを配置しておく。さらに、ハロゲンランプ４の点灯時に、照度検出器２４の温度が目標設定温度２５℃になるように、上記温度センサーの温度と照度検出器２４の温度との関係を制御系に記録しておく。これによって、ソーラーシミュレータ１００の測定機能を妨げずに、温度管理を行うことが可能になる。

具体的には、照度設定に用いた温度管理システムが、照度設定時の管理温度と、Ｉ−Ｖ特性測定時の管理温度を一致させることが好ましい。これによって、太陽電池２３に対する照度の設定照度からのずれが小さくなり、結果としてＩ−Ｖ特性の測定精度が高まることになる。また、太陽電池の動作温度として好ましい２５℃を管理設定温度とすることで、さらにＩ−Ｖ特性の測定精度を高めることができる。

〔リサンプリングを行うＩ−Ｖ特性の測定方法〕
次に、本実施形態に係る測定方法の他の例について図５および図６を参照して説明する。図５は、本実施形態に係る測定方法の他の例について示すフローチャートであり、図６はその方法により得られるＩ−Ｖ特性を示すグラフである。

例えば、複数の太陽電池２３を被測定対象とする場合、負荷を変化させた際の電流変化の様子は太陽電池２３の間で異なる場合がある。例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、２つの太陽電池２３の間で電流が０以下になる位置が異なる場合がある。この結果、一方の太陽電池２３では測定されたサンプル数がｎ_１個であり（図６（ａ）参照）、他の一方の太陽電池２３では測定されたサンプル数がｎ_２個である（図６(ｂ）参照）。なお、図６（ａ）および（ｂ）のいずれにおいても、一定の電圧増加量ΔＶ毎に電流値を計測している。

Ｉ−Ｖ特性測定後に測定データを管理するためには、被測定対象である複数の太陽電池２３の間で、サンプル数が揃っていることが好ましい。サンプル数が揃っていれば、測定後のデータの加工や測定データを用いた性能評価等が容易になる。

そこで、ソーラーシミュレータ１００は、太陽電池２３のサンプル数を一定にするために、図５に示す測定方法を行うことができる。

なお、ステップＳ１１からＳ１３までは上述の測定方法と同様であるため説明を省略する。

Ｉ−Ｖ特性の測定を開始した後、データ処理ボード２７が０以下の電流値を測定すると（ステップＳ１３でＹｅｓ）、Ｉ−Ｖ特性の測定は一旦終了する。

その後、ソーラーシミュレータ１００では、ランプを発光させないで、データ処理ボード２７が、記録された測定データに基づいて補間曲線を求め（ステップＳ１４）、当該補完曲線に基づいて、所定の電圧変化に対する電流変化の関係曲線（電圧−電流関係）をデータ化（リサンプリング）する（ステップＳ１５）。すなわち、ステップＳ１４およびＳ１５では、データ処理ボード２７により、得られた測定点数のデータを所望の測定点数（ｎ_０）のデータに変換するデータ処理が行われる。

例えば、図６（ａ）のＩ−Ｖ特性を示した太陽電池２３では、図６（ｃ）に示すように、一定の電圧増加量ΔＶ_１毎によるｎ_０個のサンプルが得られる。同様に、図６（ｂ）のＩ−Ｖ特性を示した太陽電池２３では、図６（ｄ）に示すように、一定の電圧増加量ΔＶ_２毎によるｎ_０個のサンプルが得られる。

以上の方法によれば、サンプル数の揃ったデータ処理しやすい測定結果が精度良く得られる。なお、１つの太陽電池に対する測定は１回の実施で済ますことができる。

〔電流値変化率を求めるＩ−Ｖ特性の測定方法〕
次に、本実施形態に係る測定方法のさらに他の例について図７および図８を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る測定方法のさらに他の例について示すフローチャートであり、図８はその方法により得られるＩ−Ｖ特性を示すグラフである。

本実施形態では、電流値が０になる点を検出するために、電流値の変化が大きく変化する電圧範囲における測定の精度が重要になる。この測定精度が粗いと、電流値が０になる点を正確に検出できないばかりか、過度の逆バイアスがかかり、太陽電池の破損の危険さえ生じる。一方、電流値の変化が小さな電圧範囲では、それほど多くの測定点を必要としない。

そこで、ソーラーシミュレータ１００は、より精度を高めたＩ−Ｖ特性を測定するために、図５に示す測定方法を行うことができる。

なお、ステップＳ２１およびＳ２２は上述のステップＳ１１およびＳ１２と同様であるため説明を省略する。

Ｉ−Ｖ特性の測定を開始した後、パソコン２６は電流変化検出手段として、２組目の測定点からその後の各測定点において電流変化率の検出を開始する（ステップＳ２３）。ここで、電流変化率（電流変化の傾き）は、各測定点において、１つ前の測定点（前回測定点）に対する電流変化量ΔＩを、１つ前の測定点に対する電圧変化量ΔＶで割った値として求められる。その後の測定の間、パソコン２６は電流変化率ΔＩ／ΔＶをモニターする。これにより図８（ａ）に示すようなデータが得られる。

電子負荷２５ａの変化により電圧値を増加させていくと、やがて、図８（ｂ）に示すように、モニターしている電流変化率ΔＩ／ΔＶが大きく変化する点が現れる。パソコン２６が所定値以上の電流変化率ΔＩ／ΔＶを検出すると（ステップＳ２４でＹｅｓ）、次回測定点以降における電圧増加量ΔＶが減少するように設定される。この設定は、例えば、電子負荷設定回路２８が電子負荷２５ａの掃引速度を遅くすることによって行われる。これにより、次回測定点以降は、今回測定点までの電圧増加量ΔＶよりも小さな電圧増加量毎ΔＶ_Ｚ毎に測定が行われ、その後の測定点の数が増加する（ステップＳ２５）。

なお、パソコン２６が所定値以上の電流変化率ΔＩ／ΔＶを検出するまでは（ステップＳ２４でＮｏ）、それまでの測定が継続される。

ステップＳ２４において、「所定値」とは、一般的測定による太陽電池のＩ−Ｖカーブの傾き傾向に基づいて、電流変化率ΔＩ／ΔＶが大きく変化したと判断できる値に設定すればよい。例えば、「所定値」を、直前の測定点で求められた電流変化率ΔＩ／ΔＶの値に対して２倍の値に設定することが好ましい。ここで、電流変化率ΔＩ／ΔＶの変化は、開放電圧に近づくと急激に変化が大きくなる。具体的には、電圧値の変化が小さい領域であるが、電流変化率ΔＩ／ΔＶの変化が１００倍程度までの急激な変化を起こす領域が存在する。このため、直前の測定点で求められた電流変化率ΔＩ／ΔＶの値に対して１倍台の変化の差によっては、この急激な電流変化率ΔＩ／ΔＶの変化を検出するのが難しく、電流変化率ΔＩ／ΔＶの変化がより明確になる２倍を電流変化率ΔＩ／ΔＶの大きな変化の基準と見なすことができる。この設定により、電流変化率ΔＩ／ΔＶが大きく変化する点を確実に検出できる。

次いで、小さな電圧増加量毎ΔＶ_Ｚ毎に、電流値が０以下になるまで測定を継続する。データ処理ボード２７が０以下の電流値を測定すると（ステップＳ２６でＹｅｓ）、Ｉ−Ｖ特性の測定が停止される。

以上の方法によれば、サンプル数を増やすことが望ましい範囲、すなわち電流値の変化が大きい範囲において、測定精度を高めることができる。

ただし、上記方法によれば、測定対象毎に得られるサンプル数が異なる可能性が高い。このため、データ管理上の利便性を求めるならば、リサンプリング（以下のステップＳ２７およびＳ２８）を行うことが好ましい。

Ｉ−Ｖ特性の測定を停止した後、ソーラーシミュレータ１００は、上述したように測定値から補間曲線を求め（ステップＳ２７）、これに基づいてサンプル数を調整してリサンプリングを行う（ステップＳ２８）。これによって、得られるサンプル数を一定にすることができる。

なお、ステップＳ２７では、高い精度を有する測定結果に基づいて補間曲線が求められるため、ステップＳ２８におけるリサンプリング誤差は小さくなる。したがって、より精度の高いＩ−Ｖ特性を測定することができる。

また、上記方法において、ステップＳ２５を以下のように行ってもよい。

すなわち、パソコン２６が所定値以上、例えば前述のように電流変化率ΔＩ／ΔＶが２倍になるところを検出したとき（ステップＳ２４でＹｅｓ）、電子負荷設定回路２８は、１つ前の測定点における電圧になるように電子負荷２５ａを戻してから、電圧増加のための掃引速度を遅くすることが好ましい。これによって、Ｉ−Ｖ特性曲線において電流変化率ΔＩ／ΔＶが大きく変化する近傍に現れる最大電力点Ｐｍａｘを精度よく検出することができる。

本発明は、フラッシュ発光を用いる太陽電池の測定方法として好適に利用することができる。

１キセノンランプ（光源）
４ハロゲンランプ（光源）
１４ａ、１４ｂ光学系セット
２１Ａ電源
２１Ｂ電源
２２Ａフラッシュ発光制御回路
２２Ｂ発光時間制御回路
２３太陽電池
２４照度検出器
２５負荷回路（電圧可変手段）
２５ａ電子負荷
２６パソコン（電流変化検出手段）
２６ａデータ収集ボード
２６ｂアナログ出力ボード
２７データ処理ボード（測定手段、データ処理手段）
２８電子負荷設定回路（電圧可変手段）
１００ソーラーシミュレータ（測定装置）

Claims

太陽電池に光を照射して当該太陽電池の電流電圧特性を予備測定不実施にて測定する装置であって、
測定対象となる太陽電池に対して、パルス波形の頂部が平坦になり、かつ照度の変動率が１％以下に設定されているフラッシュ光を照射する光源と、
上記太陽電池に制御可能な負荷を与えて上記太陽電池が出力する電圧を変化させる電圧可変手段と、
上記光源により照射された上記太陽電池が出力する電圧および電流を、上記電圧可変手段による上記電圧の増加に応じて、複数の測定点で順に測定する測定手段とを備え、
上記電圧可変手段は、上記出力される電圧を増加させたときの上記太陽電池が出力した最大電流値に対して１％以下の電流値を上記測定手段が測定した時点で上記電圧の増加を停止する共に、
上記電圧可変手段による上記電圧の増加の際、上記複数の測定点のうち、２つめ以降の各測定点において、前回測定点からの電圧増加量に対する電流変化の傾きを検出する電流変化検出手段をさらに備え、
上記電流変化検出手段が、前回測定点で検出した上記傾きに対して２倍以上の上記傾きを検出したとき、上記電圧可変手段は、次回の測定点以降における上記電圧増加量を、今回測定点までの上記電圧増加量よりも減少させることを特徴とする太陽電池出力特性の測定装置。
上記光源からの光を受光する受光部を有する照度検出器と、
上記光源により照射される上記受光部の温度管理を行う温度管理システムとをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池出力特性の測定装置。
上記温度管理システムは、上記光源により照射される上記太陽電池の照射面の温度管理をさらに行うことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池出力特性の測定装置。
上記複数の測定点で測定された上記電圧および上記電流に対応する電圧−電流関係に基づいて、上記電圧および上記電流についての所望の測定点数のデータを取得するデータ処理手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池出力特性の測定装置。
上記電流変化検出手段が、前回測定点で検出した上記傾きに対して２倍以上の上記傾きを検出したとき、上記電圧可変手段は、上記電圧を前回測定点における値に戻してから、次回の測定点以降における上記電圧増加量を、今回測定点までの上記電圧増加量よりも減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池出力特性の測定装置。