JP5696595B2 - 短絡電流測定装置、太陽電池評価装置、短絡電流測定方法、および、太陽電池評価方法 - Google Patents
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Description
ESTC=∫0 ISTC 1/s(I)dI (ESTC=∫EAM1.5 λ(λ')dλ') ・・・・(式A)
を満足するISTCが、太陽電池の標準試験条件の光による短絡電流となる。
本発明は、上記(式A)を演算することなく、標準試験条件の光(EAM1.5 λ(λ))による短絡電流ISTCを算出し、ソーラーシミュレータの光量調整を行うものである。従って、実施形態では、標準試験条件の光による太陽電池の短絡電流を求める短絡電流測定装置と、この短絡電流を用いてソーラーシミュレータの光量調整を行う太陽電池評価装置とを例に説明する。
<構成>
図1は、短絡電流測定装置100の構成を示すブロック図である。
本実施形態での短絡電流の算出方法を説明する。
Ki=∫S(Ii,λ)・EAM1.5 λ(λ)dλ (i=0,1,2,・・・,N)
ri=Ii/ Ki (i=0,1,2,・・・,N)
を算出する。ここで、分光感度S(Ii,λ)は、ロックインアンプ12から取得したΔIと、DCアンプ14から取得したΔEとから、S(Ii,λ)=ΔI(λ)/ΔE(λ) を用いて求める。また、短絡電流Iは、DCアンプ13から取得したものである。
具体例1は、今回測定した分光感度S(Ii,λ)を用いて、短絡電流Ki=∫S(Ii,λ)・EAM1.5 λ(λ)dλを求め、短絡電流Ki、及び、その時点以前の同様の値、すなわち、分光感度S(Ii-1,λ)、短絡電流Ki-1等から短絡電流ISTCを推定する。そして、次にバイアス光を更新してS(Ii+1,λ)を測定する際のIi+1が、推定したISTCになるようにバイアス光を更新する。これを繰り返すことで、前記推定したISTCが短絡電流ISTCに漸近するので、少ないバイアス光の変更回数で短絡電流ISTC、及び、そのときの分光感度S(ISTC,λ)を求めることができる。すなわち、測定した分光感度S(Ii,λ)を用いて、所望する短絡電流ISTCに近い値が得られる次に設定すべきバイアス光強度を決定するので、少ない分光感度S(Ii,λ)の測定回数で所望する短絡電流ISTCを得ることができることになる。図8は、具体例1のISTC測定処理を示すフローチャートである。
∫S(I0,λ)・(I0/K0)・EAM1.5 λ(λ)dλ=I0・∫S(I0,λ)・EAM1.5 λ(λ)dλ
/∫S(I0,λ')・EAM1.5 λ(λ')dλ'=I0
である。これは、分光感度S(I0,λ)が、照射光(I0/K0)・EAM1.5 λ(λ)を被試験セルに照射したときの微分分光応答であることを意味している。
∫S(I1,λ)・(I1/K1)・EAM1.5 λ(λ)dλ=I1・∫S(I1,λ)・EAM1.5 λ(λ)dλ
/∫S(I1,λ')・EAM1.5 λ(λ')dλ'=I1
だから、分光感度S(I1,λ)が、照射光(I1/K1)・EAM1.5 λ(λ)を被試験セルに照射したときの微分分光応答である。
r={(K1/I1-K0/I0)/(I1-I0)}・(I-I0)+K0/I0
を求める。そして、r=1になる短絡電流Iを求める。この短絡電流Iが所望の短絡電流ISTCとなる。
∫S(I1,λ)・(I1/K1)・EAM1.5 λ(λ)dλ=I1・∫S(I1,λ)・EAM1.5 λ(λ)dλ
/∫S(I1,λ')・EAM1.5 λ(λ')dλ'=I1
だから、S(I1,λ)が、照射光(I1/K1)・EAM1.5 λ(λ)を被試験セルに照射したときの微分分光応答である。
r=(K0/I0)・(I-I1)・(I-I2)/{(I0-I1)・(I0-I2)}
+(K1/I1)・(I-I0)・(I-I2)/{(I1-I0)・(I1-I2)}+(K2/I2)・(I-I0)・(I-I1)/{(I2-I0)・(I2-I1)}
を求め、r=1の解Ii'を求める(ステップS33)。そして、Ii'/ Ii-1 倍となるようにバイアス光源のパラメータを調整して(ステップS34)、4度目の測定(i=3)をステップS22から開始する。尚、3度目の測定(i=2)の時は、r=1になる短絡電流I=I3'を求め、この短絡電流I3'を所望の短絡電流ISTCとしてもよい。また、ステップS34において、バイアス光を(I3'/I2)倍になるようにしてもよい。さらに、バイアス光を(K2/I2)倍になるようにしてもよい。
具体例2では、最初に複数の分光感度を測定し、その中から短絡電流ISTCに近い短絡電流を出力する分光感度を選択し、標準試験条件の光(EAM1.5 λ(λ))による短絡電流ISTCを算出する。図9は、具体例2のISTC測定処理を示すフローチャートである。
具体例3は、最初に放射照度Ebが略標準試験条件EAM1.5 λ(λ)になるように設定されたバイアス光源下で短絡電流と分光感度とを測定してから、その短絡電流に近似の短絡電流が測定される場合の分光感度を測定し、略標準試験条件の光EAM1.5 λ(λ)による短絡電流ISTCを算出する。図10は、具体例3のISTC測定処理を示すフローチャートである。
従来技術では、
s(I)=∫S(I,λ)・{EAM1.5 λ(λ)/ESTC}dλ
から、微分方程式
dE/dI=1/s(I) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(式B)
により、次の積分方程式
E(I)=∫0 I {1/s(I')}dI'
を導き、これより
E(I)=ESTC
の解ISTCを求めている。
ここで、EAM1.5 λ(λ)は、エアーマス1.5(AM1.5)の太陽光の分光放射照度を示し、ESTCは、標準試験条件(EAM1.5 λ(λ)の光)の放射照度を示し、ISTCは、標準試験条件での太陽電池の短絡電流を示す。
dE/dI=[1-I・{ds(I)/dI}/s(I)]/s(I)=[1-ESTC・{ds(I)/dI}]/s(I)
であることを見出し、
E(I)=∫0 I [1-I'・{ds(I')/dI'}/s(I')]/s(I')dI'=ESTC ・・・・・・・(式C)
または
E(I)=∫0 I [1-ESTC・{ds(I)/dI}]/s(I')dI'=ESTC ・・・・・・・(式C')
の解ISTCを求めることにより、精度の高い短絡電流を計算する。
E(I)=E0+∫I0 I{1/s(I')}dI'=ESTC ・・・・・・・・・・・・・・(式D)
または
E(I)=E0+∫I0 I[1-I'・{ds(I')/dI'}/s(I')]/s(I')dI'=ESTC ・・・・・・(式E)
もしくは
E(I)=E0+∫I0 I[1-ESTC・{ds(I)/dI}]/s(I')dI'=ESTC ・・・・・・(式E')
を満足するIを求めてそれをISTCとする。
E0=∫0 I0[1-I'・{ds(I')/dI'}/s(I')]/s(I')dI'
または
E0=∫0 I0[1-ESTC・{ds(I)/dI}]/s(I')dI'
であるが、分光感度S(I0,λ)のパラメータの値I0が得られるAM1.5の分光放射照度に比例した光の放射照度E0は、上述の考え方から
E0=I0・∫EAM1.5 λ(λ)dλ/∫S(I0,λ)・EAM1.5 λ(λ)dλ
により算出できる。
gi(I)=αi・I2 +βi・I +γi (Ii-1<I≦Ii)
係数αi, βi, γiを1〜Nのiについて算出する(ステップS56)。
fi(Ii)=[1-Ii・{dgi(Ii)/dI}/gi(Ii)]/gi(Ii) (i=0,2,・・・,N)
を算出する(ステップS59)。
fi(Ii)=1/gi(Ii) (i=0,2,・・・,N)
を算出する(ステップS58)。
fi(I)=ai・I2 +bi・I +ci (Ii-1<I≦Ii)
係数ai, bi, ciを1〜Nのiについて算出し、
Fi=(ai/3)・(Ii 3 -Ii-1 3) +(bi/2)・(Ii 2 -Ii-1 2) +ci・(Ii-Ii-1) を1〜Nのiについて算出する(ステップS60)。Fiは ∫Ii-1 Ii fi(I)dIに対応する値である。
<構成>
図12は、太陽電池評価装置200の構成を示すブロック図である。
具体例1では、目標とする短絡電流Itになるように照射光の強度を調整するものであって、Itにおける微分分光応答S(It,λ)を用いて、ri=It/∫S(It,λ)・Ei λ(λ)dλ を算出し、riが1になるようにEi λ(λ)を調整する。図13は、具体例1のソーラーシミュレータ調整処理を示すフローチャートである。
具体例2は、基準太陽電池の標準試験条件での短絡電流ISTC、及び、分光感度S(Ik,λ) (k=0,1,2,・・・,N)が測定、算出されているときに、ソーラーシミュレータの放射照度を、基準太陽電池の短絡電流Iが標準試験条件での短絡電流ISTCになるように短時間で調整する。図14は、具体例2のソーラーシミュレータ調整処理を示すフローチャートである。
∫S(Ik,λ)・ESS λ(λ)dλ (k=0,1,2,・・・,N)
から補間などで算出し、短絡電流Iと標準試験条件での短絡電流ISTCを比較することでソーラーシミュレータを調整する。
I0=IN+{1-(I0 SSN/IN)}・(IN-I0)/{(I0 SSN/IN)-(I0 SS0/I0)}
次に、Ij-1<Ij<I0≦Ij+1<Ij+2 を満たすIj-1, Ij, Ij+1, Ij+2を求め(ステップS85)、それぞれ以下の式でr0を算出する(ステップS86)。
r0 j-1=Ij-1/∫S(Ij-1,λ')・E0 SS λ(λ')dλ'
r0 j=Ij/∫S(Ij,λ')・E0 SS λ(λ')dλ'
r0 j+1=Ij+1/∫S(Ij+1,λ')・E0 SS λ(λ')dλ'
r0 j+2=Ij+2/∫S(Ij+2,λ')・E0 SS λ(λ')dλ'
次に、(r0 j-1, Ij-1), (r0 j, Ij), (r0 j+1, Ij+1), (r0 j+2, Ij+2)の4点から、3次補間式f(r)を求める(ステップS87)。そして、分光放射照度E0 SS λ(λ)を照射したときの短絡電流I0 SS=f(1)を算出する(ステップS88)。
r1 j=Ij/∫S(Ij,λ')・E1 SS λ(λ')dλ'
r1 j+1=Ij+1/∫S(Ij+1,λ')・E1 SS λ(λ')dλ'
r1 j+2=Ij+2/∫S(Ij+2,λ')・E1 SS λ(λ')dλ'
を求める(ステップS86)。
2 9 32 光源
3a 3b 3c 3d 33 光学系
4 モノクロメータ
5 モノクロメータ制御部
6 サーボモータ
6a 光ブレード
7 チョッピングモータ駆動制御部
8 バイアス光源駆動制御部
10 放射照度測定部
11 太陽電池
12 ロックインアンプ
13 14 DCアンプ
15 36 演算制御部
16 37 データ入出力部
17 38 データ記憶部
18 39 設定部
19 40 表示部
20 21 ハーフミラー
31 光源駆動制御部
35 分光放射照度測定部
35a 光ファイバー
Claims (9)
- 測定対象の太陽電池を照明し、光量がそれぞれ異なる複数の照射光を照射する光源部と、
前記複数の照射光を受けたときの、前記太陽電池のそれぞれの短絡電流とそれぞれの分光感度とを測定する測定部と、
前記測定部で測定されたそれぞれの分光感度と予め定められている所定の分光放射照度とを用いて、前記それぞれの分光感度における短絡電流を算出する算出電流算出部と、
前記測定部で測定された少なくとも2つの短絡電流と、前記算出電流算出部が算出した当該少なくとも2つの短絡電流が測定されたときのそれぞれの分光感度における短絡電流とに基づいて、前記所定の分光放射照度の光を前記太陽電池に照射した場合の短絡電流を算出する短絡電流算出部と
を備えることを特徴とする短絡電流測定装置。 - 前記光源部は、ある光量の照射光を照射した場合に前記測定部が測定した分光感度と前記所定の分光放射照度とを用いて前記算出電流算出部が算出した短絡電流と、当該ある光量の照射光を照射した場合に前記測定部が測定した短絡電流とに基づいて求められた光量の照射光を照射する
ことを特徴とする請求項1記載の短絡電流測定装置。 - 前記光源部は、ある光量の照射光を照射した場合に前記測定部が測定した第1短絡電流と、当該ある光量の照射光を照射した場合に前記測定部が測定した第1分光感度と前記所定の分光放射照度とを用いて前記算出電流算出部が算出した第2短絡電流と、当該ある光量と微小量異なる光量の照射光を照射した場合に前記測定部が測定した第3短絡電流と、当該ある光量と微小量異なる光量の照射光を照射した場合に前記測定部が測定した第2分光感度と前記所定の分光放射照度とを用いて前記算出電流算出部が算出した第4短絡電流と、に基づいて求められた光量の照射光を照射する
ことを特徴とする請求項1記載の短絡電流測定装置。 - 前記短絡電流算出部は、前記所定の分光放射照度の光を前記太陽電池に照射した場合の短絡電流として、前記測定部が測定した短絡電流と前記算出電流算出部が算出した短絡電流とに基づいた補間式を用いて、前記測定部が測定した短絡電流と前記算出電流算出部が算出した短絡電流とが等しくなるような短絡電流を算出する
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の短絡電流測定装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の短絡電流測定装置によって、予め定められている所定の短絡電流が測定されるときの、太陽電池の分光感度を測定する分光感度測定部と、
ある分光放射照度の照射光を照射する光源部と、
前記ある分光放射照度と前記分光感度測定部で測定した分光感度とから求めた短絡電流と、前記所定の短絡電流とが近似するように、前記光源部が照射する照射光の分光照射照度を変更する調整部と
を備えることを特徴とする太陽電池評価装置。 - ある分光放射照度の照射光を照射する光源部と、
前記ある分光放射照度の照射光が照射されたときの、複数の短絡電流を測定する短絡電流測定部と、
前記短絡電流測定部が測定したそれぞれの短絡電流が測定されるときのそれぞれの分光感度を測定する分光感度測定部と、
前記分光感度測定部が測定したそれぞれの分光感度と前記ある分光放射照度とから、それぞれの短絡電流を算出する算出電流算出部と、
短絡電流測定部が測定した短絡電流と前記算出電流算出部が算出した短絡電流値とに基づいて、予め定められている分光放射照度の照射光を前記太陽電池に照射した場合の短絡電流を算出する短絡電流算出部と、
前記短絡電流算出部が算出した短絡電流と、予め定められている短絡電流とに基づいて、前記光源部が照射する照射光の分光照射照度を変更する調整部と
を備えることを特徴とする太陽電池評価装置。 - 測定対象の太陽電池を照明する光源から、光量がそれぞれ異なる複数の照射光を照射する光源部を備える短絡電流測定装置で用いられる短絡電流測定方法であって、
前記複数の照射光を受けたときの、前記太陽電池のそれぞれの短絡電流とそれぞれの分光感度とを測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定されたそれぞれの分光感度と予め定められている所定の分光放射照度とを用いて、前記それぞれの分光感度における短絡電流を算出する算出電流算出ステップと、
前記測定ステップで測定された少なくとも2つの短絡電流と、前記算出電流算出ステップで算出した当該少なくとも2つの短絡電流が測定されたときのそれぞれの分光感度における短絡電流とに基づいて、前記所定の分光放射照度の光を前記太陽電池に照射した場合の短絡電流を算出する短絡電流算出ステップと
を備えることを特徴とする短絡電流測定方法。 - ある分光放射照度の照射光を照射する光源部を備える太陽電池評価装置で用いられる太陽電池評価方法であって、
請求項1ないし4のいずれかに記載の短絡電流測定装置によって、予め定められている所定の短絡電流が測定されるときの、太陽電池の分光感度を測定する分光感度測定ステップと、
前記ある分光放射照度と前記分光感度測定ステップで測定した分光感度とから求めた短絡電流と、前記所定の短絡電流とが近似するように、前記光源部が照射する照射光の分光照射照度を変更する調整ステップと
を備えることを特徴とする太陽電池評価方法。 - ある分光放射照度の照射光を照射する光源部を備える太陽電池評価装置で用いられる太陽電池評価方法であって、
前記ある分光放射照度の照射光が照射されたときの、複数の短絡電流を測定する短絡電流測定ステップと、
前記短絡電流測定ステップが測定したそれぞれの短絡電流が測定されるときのそれぞれの分光感度を測定する分光感度測定ステップと、
前記分光感度測定ステップで測定したそれぞれの分光感度と前記ある分光放射照度とから、それぞれの短絡電流を算出する算出電流算出ステップと、
短絡電流測定ステップで測定した短絡電流と前記算出電流算出ステップで算出した短絡電流値とに基づいて、予め定められている分光放射照度の照射光を前記太陽電池に照射した場合の短絡電流を算出する短絡電流算出ステップと、
前記短絡電流算出ステップで算出した短絡電流と、予め定められている短絡電流とに基づいて、前記光源部が照射する照射光の分光照射照度を変更する調整ステップと
を備えることを特徴とする太陽電池評価方法。
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