JP5761343B2

JP5761343B2 - 分光感度測定装置、および、分光感度測定方法

Info

Publication number: JP5761343B2
Application number: JP2013520426A
Authority: JP
Inventors: 謙治蛤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2011-06-14
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: WO2012172767A1; JPWO2012172767A1

Description

本発明は、太陽電池の分光感度を求めるための装置および方法に関する。

近年、太陽電池は広く普及し、メーカ間、製品間の競争が激しくなっている。また、その組成も、単結晶シリコンから、アモルファスシリコン、薄膜シリコン、有機化合物等の多くの種類が開発されている。

太陽電池は、材料及び構造に起因する固有の分光感度特性を有する。従って、その光電変換特性は、性能評価用の照射光の分光放射照度に大きく依存することになる。そこで、これらの太陽電池の光電変換効率を公正に評価するために、評価方法が、ＩＥＣ６０９０４やＪＩＳ（Ｃ８９０５〜Ｃ８９９１）で定義されている。太陽電池の性能測定は、国際的に協定された標準試験条件の下で、基準太陽光の分光放射照度（＝Ｅ（λ））に近似させた分光放射照度Ｌ（λ）を持つソーラーシミュレータを用いて屋内で実施されることが多い。

このソーラーシミュレータの分光放射照度は、基準太陽光と完全には一致しておらず、異なるメーカ間ではもちろん、同じメーカにおいても機差が存在している。そのため、分光感度特性が同じ太陽電池であっても、異なるソーラーシミュレータで測定すると、太陽電池の発電量が異なってしまう。図２は、前記の基準太陽光の分光放射照度Ｅ（λ）を示すものであり、ＩＥＣ６０９０４に示されたものである。また、図３には、ソーラーシミュレータの分光放射照度Ｌ（λ）の一例を示す。図２において、横軸は、ｎｍ単位で表す波長を示し、縦軸は、μＷ／ｃｍ^２／ｎｍ単位で表す照度を示す。また、図３において、横軸はｎｍ単位で表す波長を示し、縦軸は、μＷ／ｃｍ^２／ｎｍ単位で表す照度を示す。

そこで、測定者は、例えば、産業技術総合技術研究所（＝国際的に統一された基準太陽光スペクトル等を持っている国立またはそれに準じる機関）等の公的機関に、サンプルとなる太陽電池を送付して測定を依頼する。それに応じてこれらの公的機関は、所有している限りなく基準太陽光に近い高近似のソーラーシミュレータを用いることによって自然太陽光ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ^２におけるそのサンプルの短絡電流Ｉ_ＳＴＣを求め、その測定値（＝Ａ）を記載して測定者に返送する。

これを受けて測定者は、返送されて来たサンプルを、以降、自社の基準セルとして、ソーラーシミュレータの光量調整用に使用する。すなわち、測定者は、ソーラーシミュレータの照射光を基準セルに照射し、その短絡電流Ｉが前記測定値Ａとなるように、ソーラーシミュレータの光量を調整する。そして、実際に測定すべき（検査対象の製品の）太陽電池の特性を測定する。これは、前述のように基準太陽光の分光スペクトルを厳密に再現することは困難であるが、可能な限り、各社のソーラーシミュレータをそれに合せ込むための手法である。

ところが、上述の手法では、基準セルを用いてソーラーシミュレータの校正を行う場合、事前に測定者がサンプルを作成して産業技術総合技術研究所等の公的機関に送付し、公的機関によって測定された短絡電流の測定値とサンプルとを受け取る必要がある。そのことは、手間や、時間、費用がかかってしまう。しかも、ソーラーシミュレータの校正は一度だけ行えばよいのでなく、測定すべき太陽電池の分光感度が変わる都度、新たに基準セルを作成して校正をやり直す必要がある。従って、ソーラーシミュレータの校正にかかる時間や費用は膨大なものとなっている。

そこで、ソーラーシミュレータの光量調整の際、基準セルの標準試験条件の光による短絡電流を値付けるために、すなわち、太陽電池の標準試験条件の光による短絡電流Ｉ_ＳＴＣを算出する方法として、以下の方法が提案されている（非特許文献１参照）。

太陽電池の分光感度（微分分光応答）S(I,λ)と、基準セルの標準試験条件の分光放射照度E_{AM1.5 λ}(λ)とから求めたs(I)=∫S(I,λ)・{E_{AM1.5 λ}(λ)dλ/∫E_{AM1.5 λ}(λ')dλ'}を用いて、以下の式Ａを満足するI_STCが、太陽電池の標準試験条件の光による短絡電流となる。

E_STC=∫₀ ^ISTC 1/s(I)dI (E_STC=∫E_{AM1.5 λ}(λ')dλ') ・・・・（式Ａ）

J.Metzdorf"Calibrationof solar cells: The differential spectral responsivity method" Applied Optics 1 May 1987 Vol.26 No.9 P.1701

ここで、太陽電池は、図４に示すように、太陽電池に照射される照射強度が増えて、短絡電流が増加するに従い、長波長の分光感度が増加する。この様子を、図５に示す。参照符号Ｆ０で示されるグラフは、図４を模式化したグラフであり、参照符号Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３等で示されるグラフはそれぞれ、図４の照射強度毎の分光感度を示すグラフである。図４において、横軸に、ｎｍ単位で表す波長を示し、縦軸に、Ａ／Ｗで表す変換効率を示す。これらのＦ１、Ｆ２、Ｆ３等のグラフを、照射強度を横軸に、短絡電流を縦軸に変換すると、照射強度がΔＥだけ変化した場合に短絡電流がΔＩ変化するグラフとなる。

ここで、線形特性の太陽電池の場合、短絡電流の変化は照射強度に依存せずに一定の値となるため、照射強度と短絡電流との関係を示すグラフは直線になる。しかし、太陽電池が非線形特性を持つ場合には、短絡電流の変化は照射強度により異なることになるため、照射強度と短絡電流との関係を示すグラフは、参照符号Ｆａで示すような曲線のグラフになる。この例では、照射光エネルギーが増えるに従い、長波長側の感度が増えて、ΔＩ／ΔＥの値が大きくなっている。

従って、上述の技術では、測定者は、非常に弱いバイアス光から略1.5・E_STC相当の強いバイアス光範囲で細かくバイアス光強度を変えて、そのときの分光感度S(I_i,λ) (i=0,1,2,・・・,N)を測定し、上記（式Ａ）を満足するI_STCを求めなければならない。

ここで、分光感度S(I_i,λ)の測定方法は、短絡電流I_iが測定されるバイアス光の照射を行いつつ、順次異なる単色光（実際には、数ｎｍの狭波長帯域を持つ波長の光）を照射し、太陽電池からの電流を逐次求めるものである。そして、分光感度S(I_i,λ)は、太陽電池の特性に応じて所定の広い波長範囲で求める必要がある。例えば、ＣＩＳ型太陽電池は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲で光感度を持つ。

従って、ある光強度のバイアス光を照射しつつ、所定の広い波長範囲において順次異なる単色光を照射して分光感度S(I_i,λ)を測定している間、そのバイアス光は安定している必要がある。

しかし、非常に弱いバイアス光から略1.5・E_STC相当の強いバイアス光範囲で細かくバイアス光強度を変えて照射し、且つ、一定期間に亘り安定したバイアス光を照射する為には、バイアス光源の駆動制御が複雑とならざるを得ず、装置が高価になってしまう。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、分光感度を測定している間にバイアス光が安定せずに短絡電流が変動したとしても、所望する短絡電流I_iにおける分光感度S(I_i,λ)を求めることができる分光感度測定装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係る分光感度測定装置は、測定対象の太陽電池に対して、光量がそれぞれ異なる複数のバイアス光を個別に照射することが可能なバイアス光光源部と、所定の波長域内の互いに異なる複数の狭波長帯域の光を個別に照射することが可能な狭波長光源部と、前記狭波長帯域の光を前記バイアス光の光軸と重畳する光学系と、前記複数の狭波長帯域の光うちのいずれかの光と前記複数のバイアス光のうちのいずれかのバイアス光との重畳光を受けたときの、前記太陽電池の短絡電流と分光感度とを測定する測定部と、前記複数の狭波長帯域の光を順次個別に照射し、前記複数の狭波長帯域の光それぞれに対する所望の短絡電流が前記測定部で測定されるときの分光感度をそれぞれ算出する分光感度算出部とを備え、前記分光感度算出部は、前記複数の狭波長帯域の光それぞれにおいて、前記複数のバイアス光を順次個別に照射したときの、前記測定部で測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて補間式を求め、当該補間式を用いて、前記所望の短絡電流が前記測定部で測定されるときの前記狭波長帯域の分光感度を算出する。そのため、このような分光感度測定装置は、分光感度を測定している間にバイアス光が安定せずに短絡電流が変動したとしても、所望する短絡電流における分光感度を求めることができる。

上記並びにその他の本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。

本発明の実施の一形態に係る分光感度測定装置の構成を示すブロック図である。基準太陽光による分光放射照度を示すグラフである。一例のソーラーシミュレータの分光放射照度を示すグラフである。多結晶シリコン太陽電池における分光感度の照度依存性を示すグラフである。図１の分光感度測定装置における分光感度及び短絡電流の考え方を説明するための図である。図１の太陽電池が出力する光電流のグラフの例を示す図である。図１の分光感度測定装置が行う分光感度の算出処理を説明するための図である。図１の分光感度測定装置が行う分光感度測定処理のフローチャートである。

＜実施形態＞
以下、本発明に係る実施の一形態である分光感度測定装置を説明する。

実施形態の分光感度測定装置は、例えば、上記（式Ａ）を演算する際に用いるような分光感度S(I_i,λ)を、分光感度測定中のバイアス光の時間変動を考慮して求めるものである。すなわち、実際にはバイアス光が安定していなくても、安定している場合に測定される分光感度S(I_i,λ)を求めることができる。

＜構成＞
図１は、分光感度測定装置１００の構成を示すブロック図である。

この分光感度測定装置１００は、バイアスの光の照射を行いつつ、単色光（実際には、数ｎｍの狭波長帯域を持つ波長の光）を照射し、太陽電池１１からの電流を逐次求めることで分光感度を測定し、E_{AM1.5 λ}(λ)の光による太陽電池１１の分光感度を算出するものである。

分光感度測定装置１００は、例えば、図１に示すように、光源２、分光光源駆動制御部１、光学系３ａ、光学系３ｂ、光学系３ｃ、光学系３ｄ、モノクロメータ４、モノクロメータ制御部５、サーボモータ６、光ブレード６ａ、チョッピングモータ駆動制御部７、ハーフミラー２０、ハーフミラー２１、光源９、バイアス光源駆動制御部８、放射照度測定部１０、太陽電池１１、ロックインアンプ１２、ＤＣアンプ１３、ＤＣアンプ１４、演算制御部１５、データ入出力部１６、データ記憶部１７、設定部１８、及び、表示部１９を備える。

光源２は、太陽電池１１に光を照射するキセノンランプ等であり、分光光源駆動制御部１は、光源２の出力光の強度を制御する装置である。光学系３ａ、光学系３ｂ、光学系３ｃ、光学系３ｄは、その用途に応じて光を集光、又は、コリメート（平行光化）させるためのレンズ等の光学素子である。

モノクロメータ４は、広範囲の波長の光を空間的に分散させ、それをスリット等で狭い範囲の波長のみを取り出す分光器である。モノクロメータ４は、例えば、入射スリット、第１反射鏡、回折格子、第２反射鏡、及び、出射スリットを備えて構成され、入射スリットを介して入射された入射光束を第１反射鏡で回折格子へ反射し、回折格子で回折された入射光束の回折光を第２反射鏡で出射スリットへ反射する装置である。このような構成のモノクロメータ４では、回折格子等を回転させてスリットの位置に到達する光の波長を選択させることで、所望の範囲の波長のみが取り出される。モノクロメータ制御部５は、前記所望する範囲の波長を取り出すようにモノクロメータ４を制御する機能部である。

光ブレード６ａは、所定の幅で径方向に延びる切欠き部が周方向に一定間隔に並んでいる円板状の部材であり、サーボモータ６は、サーボ機構において光ブレード６ａをその中心を回転軸として回転させるモータである。チョッピングモータ駆動制御部７は、所定周期Ｔのパルス光を生成すべく、光ブレード６ａが所望の速度で回転するようにサーボモータ６を制御する装置である。

ハーフミラー２０、及び、ハーフミラー２１は、入射した光の一部を反射し、一部を透過する光学素子であり、入射した光を２つに分配する光学素子である。光源９は、太陽電池１１に光を照射するキセノンランプ等であり、バイアス光源駆動制御部８は、光源９の出力光の強度を制御する装置である。

放射照度測定部１０は、ハーフミラー２０による反射光（モノクロメータ４から射出された単色光）の放射照度を測定する装置であり、ＤＣアンプ１４は、放射照度測定部１０で測定された、図５で示す放射照度ΔＥを出力する。

太陽電池１１は、測定対象の太陽電池である。

光源２から射出された光は、光学系３ａを介してモノクロメータ４に入射し、モノクロメータ４で所定波長の光が切り出されて、モノクロメータ４から単色光が射出される。モノクロメータ４から射出された単色光は、光学系３ｂを介してハーフミラー２０に入射し、入射した単色光の一部が反射されて放射照度測定部１０に入射する。残余の単色光は透過して、光ブレード６ａに入射する。光ブレード６ａに入射した単色光は、サーボモータ６によって回転する光ブレード６ａの周方向に並ぶ切欠き部によって透過又は遮光されることで所定周期ＴでＯＮ／ＯＦＦされてパルス化され、光学系３ｃを介し、ハーフミラー２１を介して太陽電池１１に入射する。

一方、光源９から射出された光は、光学系３ｄを介してハーフミラー２１に入射し、ハーフミラー２１で反射されたバイアス光は太陽電池１１に入射する。すなわち、光源９から射出されたバイアス光は、モノクロメータ４から射出された単色光パルスと重畳されて、太陽電池１１に入射する。

ロックインアンプ１２、及び、ＤＣアンプ１３は太陽電池１１の光電流を取り出す装置である。ここで、図６は、太陽電池１１が出力する光電流のグラフの例を示す図である。太陽電池１１には、後述のように、光源９から射出された光（バイアス光）と、光ブレード６ａによって所定周期（周期Ｔ）でＯＮ／ＯＦＦされたパルスの単色光（単色光パルス、変調光）とが重畳された光が照射される。そのため、このグラフで示すように、太陽電池１１が出力する光電流には、バイアス光による光電流と、所定周期Ｔで入射される単色光パルスによる光電流とが含まれている。ロックインアンプ１２は、図６に示す単色光パルスによる光電流を所定周期Ｔと同期することで検出し、図５で示すΔＩ、すなわち、照射強度がΔＥ変化した場合の短絡電流の変化ΔＩを出力する。また、ＤＣアンプ１３は、図４に示すバイアス光による光電流、すなわち、図５に示す参照符号Ｆａのグラフの縦軸で示す太陽電池１１の短絡電流の値を出力する。

演算制御部１５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、ＤＣアンプ１３から取得した短絡電流Ｉとから、太陽電池１１のE_{AM1.5 λ}(λ)の光による太陽電池１１の分光感度を算出し、分光光源駆動制御部１等を制御して分光感度測定装置１００全体を制御する。分光感度の算出方法は、＜分光感度の算出方法＞の項で説明する。

データ入出力部１６は、外部の機器とデータをやり取りするための、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート等のいわゆる外部インタフェースであり、データ記憶部１７は、その用途に応じて、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶素子、ＲＯＭ（Read Only Memory）や書換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性の記憶素子、ハードディスク等により構成され、演算制御部１５が動作するのに必要なプログラムや、データを記憶している。

設定部１８は、分光感度測定処理を開始するコマンドや、処理を行う上で必要な分光光源駆動制御部１等の制御部に対するパラメータ等の各種データを、分光感度測定装置１００に入力する機器である。例えば、キーボードやマウス等である。表示部１９は、設定部１８から入力されたコマンドやデータ、及び、演算制御部１５が算出した分光感度値等を出力（提示）する機器である。例えばＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ、及び、プラズマディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

分光感度測定装置１００の演算制御部１５、データ入出力部１６、データ記憶部１７、設定部１８、及び、表示部１９等は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリおよびその周辺回路を備えるコンピュータによって構成される。前記マイクロプロセッサは、いわゆるＣＰＵ（Central Processing Unit）等であり、メモリに記憶されているプログラムを実行することにより、分光感度測定装置１００は、機能的に、演算制御部１５〜表示部１９等を備えることになる。

＜分光感度の算出方法＞
本実施形態での分光感度の算出方法を説明する。

分光感度測定装置１００は、所定の波長λ_jにおいて、一連の分光感度S_t(I_ij,λ_j) (i=0,1,2,・・・,N)を測定する。バイアス光が不安定な場合には、I_ijは変動していることになる。実施形態では、これら測定した一連の分光感度S_t(I_ij,λ_j)から、分光感度測定装置１００は、所望の短絡電流I_iにおける値S(I_i,λ_j)を推定する。そして、所望の広い波長範囲において、波長ごとに短絡電流I_iにおける値S(I_i,λ_j)を推定することで、その波長範囲における短絡電流I_iの分光感度S(I_i,λ)を求めることができる。

より詳細には、分光感度測定装置１００は、ある波長λ_iにおける、相異なる複数の短絡電流I_ijと、それぞれの短絡電流I_ijが測定されるときの分光感度S_t(I_ij,λ_j)とから、すなわち、
(I_ij, S_t(I_ij,λ_j)) (i=0,1,2,・・・,N (j=0,1,2,・・・,M))
から、補間多項式f_j(I,λ_j) (j=0,1,2,・・・,M)を求め、所望の短絡電流I_iにおけるf_j(I_i,λ_j)を算出し、分光感度S(I_i,λ_j)とする。

図７を用いて、分光感度の算出方法を説明する。図７（ａ）は、波長λ_jと、短絡電流I_iと、分光感度S(I_i,λ_j)とをそれぞれ互いに直交する各軸に割り当てたグラフである。分光感度測定装置１００は、波長λ₀からλ_Mへと、波長（所定の狭波長帯域）を変えながら、所望する波長範囲を走査（スキャン）して、分光感度を、順に測定していくものとする。また、図７（ｂ）は、短絡電流I₀のときの分光感度S(I₀,λ)を示す図である。図７のグラフにおいて、短絡電流I_iを示す破線は、バイアス光が安定せずに、波長λ₀からλ_Mへと順に分光感度を測定していくにつれて最初に設定した短絡電流が徐々に変動している様子を示し、実線は、最初に設定した短絡電流が変動しない場合を示す。

ここで、波長λ₂において、短絡電流I₀、I₁、I₂のときの分光感度を考える。短絡電流I₀は、波長をかえながら分光感度を測定している間に、破線で示すように徐々に変動してI₀₂になっているものとする。同様に、短絡電流I₁は、I₁₂になり、短絡電流I₂は、I₂₂になっているものとする。

短絡電流I₀₂、I₁₂、I₂₂のときのそれぞれの分光感度は、S_t(I₀₂,λ₂)、S_t(I₁₂,λ₂)、S_t(I₂₂,λ₂)となる。分光感度測定装置１００は、ここで、(I₀₂, S_t(I₀₂,λ₂))、(I₁₂, S_t(I₁₂,λ₂))、(I₂₂, S_t(I₂₂,λ₂))から補間多項式f₂(I,λ₂)を求める。そして、分光感度測定装置１００は、短絡電流I₀のときの分光感度S(I₀,λ₂)を、補間多項式f₂(I₀,λ₂)から求めることができる。

このように、分光感度測定装置１００は、波長λ毎に、f_j(I₀,λ_j) (j=0,1,2,・・・,M)を求め、短絡電流I₀のときの分光感度S(I₀,λ_j)を求めれば、図７（ｂ）に示すように、短絡電流I₀のときの分光感度S(I₀,λ)を求めることができる。すなわち、波長ごとにI_ijが変化しても、すなわちバイアス光が安定していなくても、所定の短絡電流I_iにおける値S(I_i,λ_j)を求めることができるので、分光感度測定装置１００は、所望の波長域に亘って、一定の短絡電流I_iにおける分光感度S(I_i,λ)を求めることができることになる。

以下、より詳細に説明する。

(I_{i j}, S_t(I_{i j},λ_j)), (I_{i+1 j}, S_t(I_{i+1 j},λ_j)), (I_{i+2 j}, S_t(I_{i+2 j},λ_j))を通る以下の２次補間式の、係数α_ij, β_ij, γ_ijが算出される。
f_j(I,λ_j)=α_ij・I² +β_ij・I +γ_ij (Iは、I_{i j}, I_{i+1 j}, I_{i+2 j}の近傍のIである。)
(i=0,1,2,・・・,N (j=0,1,2,・・・,M))
f_j(I,λ_j)のIにI_iが代入され
S(I_i,λ_j)=f_j(I_i,λ_j) (i=0,1,2,・・・,N (j=0,1,2,・・・,M))
とされることでS(I_i,λ_j)を推定される。

尚、短絡電流I_iと分光感度S(I_i,λ_j)を用いた補間式は、上記の２次補間式に限定するものではない。より簡便には、
ΔI_ij=I_ij -I_i
(i=0,1,2,・・・,N (j=0,1,2,・・・,M))
が算出され、1次近似式
S(I_i,λ_j)=S_t(I_ij,λ_j)-ΔI_ij・{∂S(I_ij,λ_j)/∂I}
において、
∂S(I_ij,λ_j)/∂Iを{S(I_ij,λ_j)-S(I_{i+1 j},λ_j)}/(I_ij-I_{i+1 j})で近似することによりS(I_i,λ_j)を推定してもよい。

＜動作＞
図８は、分光感度測定装置１００の分光感度測定処理を示すフローチャートである。実施形態では、所望の波長範囲をM+1個の波長（狭波長幅）において、N+1個の短絡電流における分光感度を測定する。そして、N+1個の短絡電流それぞれにおける分光感度S(I,λ)を算出する（図７（ａ）参照）。また、M+1個の各波長λ_j (j=0,1,2,・・・,M)、及び、N+1個の短絡電流I_i (i=0,1,2,・・・,N)は、予め決められているものとする。

まず、光源９から照射されるバイアス光の放射照度E_bが略標準試験条件の光E_{AM1.5 λ}(λ)になるように、光源９の制御パラメータの値β₀が求められ、この求められた制御パラメータの値β₀がバイアス光源駆動制御部８に設定される。ここでいう光源９の制御パラメータとは光源９の電流、電圧など光源９の光量を制御するパラメータである。

測定対象の太陽電池１１がセットされ、測定開始コマンドが設定部１８から入力されると、演算制御部１５は、分光光源駆動制御部１及びバイアス光源駆動制御部８を制御して光源２及び光源９に光照射を開始させ、短絡電流Ｉのインデックスｉに０（ゼロ）を設定する（ステップＳ１０）。

次に、太陽電池１１の短絡電流、すなわち、ＤＣアンプ１３から出力される短絡電流が短絡電流I_i (i=0)とほぼ等しくなるように、バイアス光が調整される（ステップＳ１１）。

そして、演算制御部１５は、波長λのインデックスｊに０（ゼロ）を設定し、（ステップＳ１２）、再度、波長λ_j (j=0)のときの短絡電流I_ij (i=0,j=0)をＤＣアンプ１３から取得する（ステップＳ１３）。そして、演算制御部１５は、モノクロメータ制御部５を制御して、モノクロメータ４から波長λ_j (j=0)の単色光（詳細には波長帯域Δλ_jの準単色光）を出射させる（ステップＳ１４）。尚、ステップＳ１３とステップＳ１４は、順番が逆でもよい。

次に、演算制御部１５は、放射照度測定部１０が測定した放射照度ΔE(λ_j)を、ＤＣアンプ１４を介して取得し（ステップＳ１５）、ロックインアンプ１２から短絡電流の変化ΔI(λ_j)を取得する（ステップＳ１６）。

そして、演算制御部１５は、波長λ_jにおける短絡電流I_ijの分光感度S_t(I_ij,λ_j)=ΔI(λ_j)/ΔE(λ_j) (i=0,j=0)を算出する（ステップＳ１７）。

ここで、jがM以下である場合、すなわち、所望の波長範囲の分光感度を測定していない場合は（ステップＳ１８：Ｎ）、演算制御部１５は、jに１を加算して（ステップＳ１９）、波長λ_j (j=1)のときの短絡電流I_ij (i=0,j=1)をＤＣアンプ１３から取得する（ステップＳ１３）。そして、演算制御部１５は、モノクロメータ４から波長λ_j (j=1)の単色光を出射させ（ステップＳ１４）、放射照度ΔE(λ_j)、ΔI(λ_j)を取得し（ステップＳ１５、Ｓ１６）、波長λ_jにおける短絡電流I_ijの分光感度S_t(I_ij,λ_j) (i=0,j=1)を算出する（ステップＳ１７）。

このように、jがM以上になるまで、すなわち、短絡電流I_i (i=0)における所望の波長範囲での分光感度を測定するまで（ステップＳ１８：Ｙ）、ステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理が繰り返される。このステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理を繰り返している間、光源９から照射されるバイアス光の安定性が良くない場合、I_{0 j}は一定ではないことになる。

短絡電流I_i (i=0)における所望の波長範囲での分光感度の測定が終了すると（ステップＳ１８：Ｙ）、演算制御部１５は、i=0であるので（ステップＳ２０：Ｎ）、iに１を加算して(ステップＳ２１)、太陽電池１１の短絡電流が短絡電流I_i (i=1)とほぼ等しくなるように、バイアス光を調整する（ステップＳ１１）。そして、jに0を設定する(ステップＳ１２)。そして、短絡電流I_i (i=1)において、波長λ_j (j=0)から測定を開始する。

演算制御部１５は、ステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理を繰り返し、短絡電流I_i (i=1)における所望の波長範囲での分光感度を測定する（ステップＳ１８：Ｙ）。

ステップＳ２０において、演算制御部１５は、iがN以上になるまで（ステップＳ２０：Ｙ）、ステップＳ１１〜ステップＳ２０の処理を繰り返す。すなわち、各波長λ_j (j=0,1,2,・・・,M)の各短絡電流I_i (i=0,1,2,・・・,N)の分光感度が測定されることになる。

ステップＳ２０において、演算制御部１５は、iがN以上になったら（ステップＳ２０：Ｙ）、jに0を設定し(ステップＳ２２)、波長λ_j (j=0)における、補間多項式f(I,λ₀)を求め、各短絡電流I_i (i=0,1,2,・・・,N)の分光感度S(I_i,λ₀)を算出する（ステップＳ２３）。

次に、演算制御部１５は、jに1を加算し(ステップＳ２５)、波長λ_j (j=1)における、補間多項式f(I,λ₁)を求め、各短絡電流I_i (i=0,1,2,・・・,N)の分光感度S(I_i,λ₀)を算出する（ステップＳ２３）。演算制御部１５は、jがM以上になるまで（ステップＳ２４：Ｙ）、ステップＳ２３〜Ｓ２５までの処理を繰り返す。

演算制御部１５は、M+1個の波長(j=0,1,2,・・・,M)において、N+1個の短絡電流I_i(i=0,1,2,・・・,N)における分光感度S(I_i,λ_j)を算出すると（ステップＳ２４：Ｙ）、分光感度測定処理を終了する。

以上のように、波長ごとの分光感度を測定している間に短絡電流が変化してしまったとても、安定しているとした場合のI_iにおけるS(I_i,λ_j)が求められたことになる。従って、∫S(I_i,λ_j)・{E_{AM1.5 λ}(λ)/E_STC}dλを用いてE_{AM1.5 λ}(λ)のときの短絡電流を正しく求めることが可能となる。

尚、E_{AM1.5 λ}(λ)に限定されるものではなく、任意の分光放射照度E_λ(λ)を仮想的に太陽電池に照射したときの、短絡電流を算出することも可能である。

本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に示す。

一態様に係る分光感度測定装置は、測定対象の太陽電池に、狭波長帯域の光と重畳して、光量がそれぞれ異なる複数の照射光を個別に照射することが可能な光源部と、前記複数の照射光のうちのいずれかの照射光を受けたときの、前記太陽電池の短絡電流と分光感度とを測定する測定部と、前記複数の照射光を順次個別に照射したときの、前記測定部で測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて、所望する短絡電流が測定されたとしたときの前記所定の狭波長帯域の分光感度を算出する分光感度算出部とを備える。

また、他の一態様に係る分光感度測定装置は、測定対象の太陽電池に、所定の波長範囲で狭波長帯域の光の波長を変えることによって走査し、前記狭波長帯域の光と重畳して、光量がそれぞれ異なる複数のバイアス光を個別に照射することが可能な光源部と、前記複数のバイアス光のうちのいずれかのバイアス光を受けたときの、前記太陽電池の短絡電流と分光感度とを測定する測定部と、前記走査における狭波長帯域の光のうちのいずれかの狭波長範囲の光を重畳して、光量がそれぞれ異なるバイアス光を個別に照射したときに、前記測定部で測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて、所望する短絡電流が測定されたとしたときの前記所定の狭波長帯域の分光感度を算出する分光感度算出部とを備える。

また、他の一態様では、上述の分光感度測定装置において、前記分光感度算出部は、前記測定部が測定した短絡電流と分光感度とに基づいた補間式を用いて、所望する短絡電流が測定されたとしたときの前記所定の狭波長帯域の分光感度を算出する。

そして、他の一態様に係る分光感度測定方法は、測定対象の太陽電池に、狭波長帯域の光と重畳して、光量がそれぞれ異なる複数の照射光を個別に照射することが可能な光源部を備える分光感度測定装置で用いられる分光感度測定方法であって、前記複数の照射光のうちのいずれかの照射光を受けたときの、前記太陽電池の短絡電流と分光感度とを測定する測定ステップと、前記複数の照射光を順次個別に照射したときの、前記測定ステップで測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて、所望する短絡電流が測定されたとしたときの前記所定の狭波長帯域の分光感度を算出する分光感度算出ステップとを備える。

また、他の一態様に係る分光感度測定方法は、太陽電池の分光感度測定方法であって、測定対象の太陽電池に、所定の波長範囲で狭波長帯域の光の波長を変えることによって走査し、前記狭波長帯域の光と重畳して、光量がそれぞれ異なる複数のバイアス光を個別に照射する照射ステップと、前記複数のバイアス光のうちのいずれかのバイアス光を受けたときの、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、前記走査における狭波長帯域の光のうちのいずれかの狭波長範囲の光を重畳して、光量がそれぞれ異なるバイアス光を個別に照射したときに、前記測定ステップで測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて、所望する短絡電流が測定されたとしたときの前記所定の狭波長帯域の分光感度を算出する分光感度算出ステップとを備える。

このような構成の分光感度測定装置及び分光感度測定方法では、所定の狭波長帯域の光が重畳され、光量がそれぞれ異なる複数の照射光（バイアス光）を個別に太陽電池に照射した場合に、測定されたそれぞれの短絡電流とその分光感度とに基づいて、所望する短絡電流の分光感度を算出するので、所望する短絡電流が測定されていない場合であっても、その分光感度を算出することが可能となる。従って、分光感度を測定している間にバイアス光が安定せずに短絡電流が変動したとしても、所望する短絡電流における分光感度を求めることが可能となる。また、例えば、所望する短絡電流における、広い波長範囲の分光感度を求めようとする場合では、重畳する光の波長帯域を変えて測定し、波長帯域毎に所望する短絡電流における分光感度を算出すればよい。

分光感度測定装置は、分光感度を測定している間バイアス光が安定しておらずに短絡電流が変動したとしても、所望する短絡電流I_iにおける分光感度S(I_i,λ)を求めることが可能となる。

この出願は、２０１１年６月１４日に出願された日本国特許出願特願２０１１−１３１９５５を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

本発明は、分光感度を測定している間にバイアス光が安定せずに短絡電流が変動したとしても、所望する短絡電流I_iにおける分光感度S(I_i,λ)を求めることができる分光感度測定装置及び方法を提供することができる。

Claims

測定対象の太陽電池に対して、光量がそれぞれ異なる複数のバイアス光を個別に照射することが可能なバイアス光光源部と、
所定の波長域内の互いに異なる複数の狭波長帯域の光を個別に照射することが可能な狭波長光源部と、
前記狭波長帯域の光を前記バイアス光に重畳する光学系と、
前記複数の狭波長帯域の光うちのいずれかの光と前記複数のバイアス光のうちのいずれかのバイアス光との重畳光を受けたときの、前記太陽電池の短絡電流と分光感度とを測定する測定部と、
前記複数の狭波長帯域の光を順次個別に照射し、前記複数の狭波長帯域の光それぞれに対する所望の短絡電流が前記測定部で測定されるときの分光感度をそれぞれ算出する分光感度算出部とを備え、
前記分光感度算出部は、前記複数の狭波長帯域の光それぞれにおいて、前記複数のバイアス光を順次個別に照射したときの、前記測定部で測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて補間式を求め、当該補間式を用いて、前記所望の短絡電流が前記測定部で測定されるときの前記狭波長帯域の分光感度を算出する
ことを特徴とする分光感度測定装置。
測定対象の太陽電池に対して、光量がそれぞれ異なる複数のバイアス光を個別に照射することが可能なバイアス光光源部と、所定の波長域内の互いに異なる複数の狭波長帯域の光を個別に照射することが可能な狭波長光源部と、前記狭波長帯域の光を前記バイアス光に重畳する光学系とを備える分光感度測定装置で用いられる分光感度測定方法であって、
前記複数の狭波長帯域の光うちのいずれかの光と前記複数のバイアス光のうちのいずれかのバイアス光との重畳光を受けたときの、前記太陽電池の短絡電流と分光感度とを測定する測定ステップと、
前記複数の狭波長帯域の光を順次個別に照射し、前記複数の狭波長帯域の光それぞれに対する所望の短絡電流が前記測定ステップで測定されるときの分光感度をそれぞれ算出する分光感度算出ステップ部とを備え、
前記分光感度算出ステップでは、前記複数の狭波長帯域の光それぞれにおいて、前記複数のバイアス光を順次個別に照射したときの、前記測定ステップで測定されたそれぞれの短絡電流と、当該短絡電流が測定されたときの分光感度とに基づいて補間式を求め、当該補間式を用いて、前記所望の短絡電流が前記測定ステップで測定されるときの前記狭波長帯域の分光感度を算出する
ことを特徴とする分光感度測定方法。