JPS6083381A - 太陽電池の評価方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は太陽電池の特性を評価する方法およびその装
置、とりわけ太陽電池のａ子効率（流れた電子の数／吸
収した光子の数）および／またはエネルギー変換効率（
太陽電池から出、力される電気エネルギー／入射光のエ
ネルギー）、を測定する方法および装置に関するもので
ある。・、１１艮証　・ 近年に至り、石油代替エネルギーとしての太陽エネルギ
ーの利用が重視されるようになり、その−環として太陽
電池の利用分野が急激、に・拡大１つつある。そして最
近では乾電池に代わる。小電力用の太、陽電池から中電
力用のものへも開発が進行しつつある。このような太陽
１ｉ？ｌｌ！の開発過程においては、その太陽電池の評
価、特にエネルギー変換効率や量子効率を測定すること
が極めて重要な意味を持つ。すなわち太陽電池の開発課
題としては効率の、良いものを実用化することが最：優
先されるからである。

従来、太陽電池の特性評価方法としては、光源に人工光
ｍ（ソーラシュミレータ）を用いて光□を太陽電池に照
射したときの出力（■−■）特性を用いて効率を調べる
方法が一般的である。このような評価方法では、ソーラ
シュミレータの照射による素子の温度上昇に伴う特性変
化が生じる前に測定を終了する必要があり、そのため高
速測定が必要とされており、また大電力用の太陽電池で
は高速測定に加えて大電流を測定できる機器が必要とな
り、そのため評価ｉ置が複雑かつ高価となる問題がある
。

また従来の評価方法ではソーラシュミレータの特性が必
ずしも一定ではなく、またその強度も一定ではなく、さ
らに場合によってはキセノンランプや単色光を用いる場
合もあり、このような照射光の特性のばらつきや強度、
照射光の相違などに起因して、太陽電池間の評価を客観
的かつ正確に行なうことが必ずしも容易ではなかったの
が実情である。

ｊＬＬ！久旦ｎ− この発明は以上の事情に鑑みてなされたものであって、
従来の太陽電池の評価方法、評価装置と全く異なる新し
い評価方法および装置を提供することを基本的な目的と
するものである。

柔してこの発明は、本発明者等が別途に新しく発明シタ
光熱分光法（Ｐ　Ｔ　Ｓ　：　Ｐ　ｈｏｔｏｔｈｅｒｍ
ａ１３　ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｏｙ　）を応用した新規な
太陽電池の評価方法および装置を提供することを目的と
する。

従来、各種物質の吸光スペクトルを測定するための光に
よる分光法としては、光の透過度を測定することによっ
てその逆数である吸光度をめる吸光度測定法が広（知ら
れており、また最近では光音響効果を利用して吸光度を
測定する光音響分光法が開発されている。これに対し本
発明者等は、新しい第３の分光法とも称きるべき光熱分
光法を開発している。この光熱分光法は、試料に波長の
異なる光を照射して、試料に接触して配置したサーミス
ター等の高感度感熱素子によって照射した光の波長に対
する試料の温度上昇値を直接検出して、照射光に対する
試料の温度上昇のスペクトルを測定するものである。

本発明者等は上述の光熱分光法の応用について種々検討
した結果、光熱分光法を利用することによって太陽電池
の量子効率とエネルギー変換効率が照射光の種類や強度
に関係なく導かれることを見出し、この発明をなすに至
ったのである。

したがってこの発明は太陽電池間の比較がより正確に行
なえ、かつ測定方法および装置が複雑でなく取り扱い容
易な太陽電池の評価方法および装置を提供することを目
的とする。

一１１丸」液− 上述のような目的を達成するため、この発明の太陽電池
評価方法および装置は、次のような開成とされる。

すなわち第１発明の太陽電池評価装置は、周囲から熱的
に分離さ机だ試料充内に、評価すべき太陽電池を配置し
、その太陽電池に負荷を接続した状態および接続しない
状態のそれぞれにおいて、選択された波長の光を前記太
目電池に照射してその照射光ににる太陽電池の温度上昇
を直接検出し、負荷接続状態における照射光による太陽
電池の濃度上昇値と負荷非接続状態における照射光によ
る太陽電池の測度上昇値とを用いて太ＦＭ！池のエネル
ギー変換効率をめることを特徴とするものである。　こ
こでエネルギー変換効率の具体的なめ方は次の通りであ
る。すなわちＪ負荷非接続状態における照射光による太
１ｌＪ−泊の１度上昇値から、負荷接続状態における照
射光による太陽電池の温度上昇値を差し引き、その差し
：引いた値を、負荷非接続状態における照射光によ□る
太陽電池の温度上昇値で割算した値をエネルギー変換効
率として用いる。

また第２発明の太陽電池評価方法は、周囲から熱的に分
離された試料室内にシ評価すべき太陽電池を配置し、そ
の太陽電池に可変負荷を接続した状態および接続しない
状態のそれぞ′丘において、選□択された波長の光を前
記太陽電池□に照射してその照射光による太陽電池の温
度上昇を直接検出し、可変負荷接続状態における照射光
による太陽電池の温度上昇値および苛変負荷社発生した
電圧と負荷非接続状態おける照射光による太−電池：の
温度上昇値とを用いて太陽電池の曹子効串をめることを
特徴と・するものである。１　□　□ここで量子効率の
具体的求め方は：次め通りである。すなり・ち、可変り
荷接続状態において照射光による温度上昇値を負荷を変
えて検出すると同時に負荷に発生する電圧を検出し、各
温度上昇値に照射光の波長で定まるエネルギーを粱じる
とともに負荷非接続状態における温度上昇値で規格化し
た値を縦軸に、負荷に発生した電圧を横軸にとってグラ
フを作成し、そのグラフ上において、負荷の値を実質的
に零とした時の温度上昇値に対応する点から温度上昇値
が最低となる点までの範囲内における各点を直線で近似
し、その直線の傾きにより量子効率をめる。

なお上述の直線近似は例えば最小自乗法によってなされ
る。

さらに第３発明の太陽電池評価装置は、評価すべき太陽
電池を収容するための周囲から熱的に分離された試料室
と、 その試料室内に設置された太陽電池に対して選択された
波長の光を照射する照射手段と、照射光による太陽電池
の温度上昇を直接検出する温度検出手段と、 太陽電池に開閉可能に接続される可変負荷を備えた可変
負荷電圧検出手段と、 前記温度検出手段および可変負荷電圧検出手段からの検
出信号を記憶・演算する記憶演算手段とを有してなり、 前記記憶演算手段は、負荷が接続きれていない状態にお
いて前記）８度検出手段ににり検出された太陽電池の照
射光による温度上昇値と、負荷が接続されている状態に
おいて前記温度検出手段により検出された太＠電池の照
射光にＪこる温度上昇値および発生した電圧を記憶・演
算して太陽電池の量子効率および／またはエネルギー変
換効率をめるようにされていることを特徴どするもので
ある。

ここで前記記憶演算手段は、前記記憶演算手段は、負荷
非接続状態において温度検出手段により検出された太陽
電池の照射光による温度上昇値と、負荷接続状態におい
て温度検出手段により検出された太陽電池の照射光によ
る温度上昇値を記憶し、かつその記憶された負荷非接続
状態にお番プる温度上昇値から記憶された負荷接続状態
における温度上昇値を差し引き、その差し引いた値を負
荷非接続状態における温度上昇値で割り算してその値を
エネルギー変換効率としてデータ出力するようにされて
いる。

また前記記憶演算手段は、負荷非接続状態において温度
検出手段により検出された太陽電池の照射光による温度
上昇値と、負荷接続状態において可変負荷電圧検出手段
により負荷の値を変化させた各負荷値に対応する太１Ｉ
ＪｉＮ池の照射光による温度上昇値および発生した電圧
とを記憶し、かつ負荷接続状態において負荷の値を変え
て得られた照射光による温度上昇値に照射光の波長のエ
ネルギーを乗じかつその値を負荷非接続状態における照
射光による温度上昇値で規格化した値を、関数として記
憶させ、その関数における負荷を実質的に零とした状態
での前記規格化された値から温度上昇値が最低の値に対
応する前記規格化された値までの範囲内の値を直線で近
似し、その直線の傾きを演算によりめて量子効率として
データ出力するようにされている。

さらに前記照射光手段は、光源と、その光源からの光か
ら太陽電池に照射すべき波長の光を選択するための波長
選択器と、太陽電池に対する照射光を断続するための照
射光断続手段とを鮎えた構成とされている。

ここで前記波長選択器は、光源からの光を分光する分散
素子を有する分光器、もしくはそれぞれ異なる波長帯域
を有する複数個のバンドパスフィルタで構成されている
。

また前記照射光断続手段は、光遮［！７ｉ器（いわゆる
シャッター）と、その光遮断器を太陽電油に対する照射
光の光路に挿入およびＭｉ鋭させるだめの駆動手段と、
その駆動手段をＩ！Ｊｌ！！する制御部とから構成され
、その光遮断器は、その開放のタイミングが前記温度検
出手段の出力信号を処理判定した結果により制御されか
つ遮断のタイミングが予め設定した開放時間でなされる
ように構成される。

また前記照射光断続手段は、光遮断器と、その光遮断器
を太陽電池に・対する照射光め光路に挿入および離脱さ
せるための駆動手段と、その駆動手段を制御する制御部
とから構成され、その制御部は光遮断器の開放時間およ
び遮断ｖＩ間、を設定するためのタイマーを備えた構成
とされる。

あるいはまた前記照射光断続手段は、光透過部および光
遮蔽部を交番的に形成した光断続器（いわゆるチョッパ
ー）と、その光断続器、を駆動する駆動手段と、その駆
動手段を制御する制御部とによって構成され、予め設定
した速度で・前記光断続器の駆動速度を制御することに
よって照射・遮断時間が制御されるように構成される。

一方前記温度検出手段は、測定範囲内において実質的に
特性が同じ２個の感熱素子と、肉感熱素子の出力の差を
検出する回路とによつ、で構成し、一方の感熱素子は太
陽電池の温度を直接検出するべく太陽電池に接触して配
置するとと、もに、他方の・感熱素子は太ｌｌｌ電池の
周囲の温度を検出するべく太陽電池近傍に配置し、肉感
熱素子１の出力の差を検出することにより周囲の温度変
化の影響を除去した太陽電池のみの温度上昇を検出する
ように構成する。

ここで前記出力差検出回路は、前記肉感熱素子を組込ん
だ直流ブリッジもしくは交流ブリッジで構成される。

さらに前記可変負荷電圧検出手段は、前記温度検出手段
の出力信号を処理判定する判定手段の出力信号によって
負荷の値が順次変化せしめられ、その各負荷の値におい
て発生した電圧および電流値が順次記憶演算手段に送ら
れるように構成される。

一重ｍ 以下この発明の太陽電池の評価方法および評価装韓の実
施例について図面を参照して詳細に説明する。

箪１図はこの発明の太陽電池評価方法に使用される装置
の一例、すなわち第３発明の一実施例を示すものであっ
て、評価対象となる太陽電池１は、周囲から熱的に分離
された試料室２内に配置されている。前記試料室２は、
図示の例では断熱材からなる内壁２Ａと同じく断熱材か
らなる外壁２日との二重壁で構成し、その内壁２Ａと外
壁２Ｂとの間の空間に液体３を充填して、より断熱性に
優れた構成としているが、場合によっては一重の壁でも
よい。

前記試料室２の外壁２Ｂの一方の面には照射光を太陽電
池に向けて集光するための集光レンズ３が設けられてお
り、また内壁２Ａには集光レンズ３に対応する位置に透
過窓４が設けられている。

したがって試料室外部からの照射光は集光レンズ３およ
び透過窓４を介して太陽電池１に照射される。

前記太Ｉｎ電池１にはその太陽電池１の温度を検出する
ための高感度感熱素子５、例えばサーミスタが直接取付
けられ、またその太陽電池１の近傍の位置には前記太陽
電池用の感熱素子５と実質的に特性が同じサーミスタ等
の高感度感熱素子からなる参照用の感熱素子６が配置さ
れている。後者の感熱素子６は、太ＩＩＩ電池１の周囲
の温度による測定誤差への影響を除去して、太陽電池１
自体の温度上昇を検出するために設けられている。なお
いずれの感熱素子５．６も直接照射光が入射されない位
置に配置することが望ましい。

さらに試料室２内には、集光レンズ３から太陽電池１に
至る照射光路付近に必要に応じてハーフミラ−７が配設
されている。このハーフミラ−７は、後述する光Ｎ８の
波長分布の較正を行って、光源８の波長による強度のば
らつきに起因する測定誤差を解消するため（すなわち出
力データの規格化のため）、照射光の一部を必要に応じ
て試料室２内に設置したカーボンブラック９に導くため
のものであり、図示しないモータ等の回転駆動手段によ
り、照射光路中の位ＩＩ（すなわち照射光の一部をカー
ボンブラック９へ反射させる位置）と、照射光路から離
脱した位置（すなわち照射光の一部をカーボンブラック
９へ反射させない位置）との間で回転もしくは進退移動
せしめられるように構成されている。そ：して前記カー
ボンブラック９にも、前述の各感熱１素子５．６と実質
的に同じ特性のサーミスタ等の・標準用感熱素子１０が
、照射光を直接受けない位置に取付けられている。なお
前述のごとき光ａｔ８の波長分布の較正を行なわない通
常の測定時においてはハーフミラ−６は照射光路から離
脱させておく。

前記光源８は、高輝度光源例えばキセノン光源等からな
るものであり、その前面側には光源８からの不要な赤外
［２の光をカットするフィルタ１１と、集光レンズ１２
とがその順に配置されている。さらにその集光レンズ１
２と試料室２の側の集光レンズ３との間の光路には、第
１の照射光断続手段１３の一部を構成する光速１ｉ器と
してのシャッター１４と、第２の照射光断続手段１５の
一部を構成する回転型の光断続器としてのチョッパー１
６と、波長選択器としての分光器１７とがその順に設け
られている。

前記シャッター１４は、そのシャッターを光路中に挿入
および離脱させて光路の開閉を行うためのモータ等の駆
動手段１８に連結されており、そのシャッター駆動手段
１８はこれを駆動制御するための駆動回路１９に電気的
に接続されている。

一方チョツバ−１６は、回転中心に対し所定角度をなす
範囲が切欠かれて光透過部とされ、残りの角度範囲が光
遮蔽部とされて、予め設定した回転速度で回転させるこ
とにより所要の周期で光路の開閉が繰返されるように構
成されている。このチョッパー１６にはモータ等のチョ
ッパー駆動手段２０が連結されており、そのチョッパー
駆動手段２０にはこれを駆動制御するための駆動回路２
１が電気的に接続されている。なおチョッパー１６に対
しては、そのチョッパー１６による光路の開閉と同期し
た信号を出力させるための同期信号発生器２２が付設さ
れている。

なお上述の例ではシャッター１４等からなる第１の照射
光断続手段１３と、チョッパー１６等からなる第２の照
射光断続手段１５との両名を設置した構成としたが、実
際には両者をともに設置しておく必要はなく、いずれか
一方のみを設置してお、いても良い。

・前記分光器１７は、光源８から太陽電池１に照射すべ
き照射光の波長を選択するためのものであって、平面回
折格子等の分散素子１７Ａを回転させて選択波長を変化
させるための波長選択用駆動器２３が付設されている。

なお波長選択器としては、分光器１７０代りに、それぞ
れ異なる波長帯域を有する複数のバンドパスフィルタで
構成し、光源８からの光が通過すべきフィルタを交換す
ることにより太ｉ電池１に対する照射光の波長を選択す
るように構成しても良い。この場合複数のフィルタを例
えば回転円板に取付け、例えばモータ等の波長選択用駆
動器によりその回転円板を回転させることによって太陽
電池１への照射光の波長を変えるように構成することが
できる。

なお場合によっては光源８として高輝度光源の代りに単
一波長レーザー光源あるいは可・変波長レーザー光源を
用いても良く、その場合には分光器１７などの波長選択
器を省くことができる。

前記太陽？Ｉ池用感熱素子５および参照用感熱素子６は
、それらの出力差を検出する出力差検出回路２３に接続
されている。この出力差検出回路２３は、周Ｉ！ｌ温度
の影響を除去した太陽電池１のみの温度上昇値を検出す
るためのもので、図示の例では前記感熱素子５．６をそ
れぞれ一端に組込んだ、交流ブリッジ２４と、その交流
ブリッジ２４を駆動するための例えば１０ｋＨｚの交流
信号を発生する発振器２５とから構成されている。この
交流ブリッジ２４の出力は同期検出回路２６に送られる
。この同期検出回路２６は、前記発振器２５の交流信号
と同期して交流ブリッジ２４の出力を同期整流（同期検
波）するためのものであり、従って同期検出回路２６の
出力レベルが周８温度を補正した太陽電池１の温度上昇
値に相当する。そしてこの同期検出回路２６の出力はデ
ータ処理・制御部２７へ送られる。

ここで・前記同期検出回路２６は、照射光断続手段とし
てチョッパー１６を用いる場合には、交流ブリッジ２４
の駆動用の交流信号とチョッパ−１６の同期信号（同期
信号発生器２２が発生する信号）との２種の信号に同期
させた二田同期検波とする。

なお上述の例では出力差検出回路２３を交流ブリッジ２
４で構成したが、場合によっては直流ブリッジで構成し
ても良いことはもちろんである。

なおまた前述のように必要に応じて設置される標準用カ
ーボンブラック９に関しても、周囲温度の影響を除去し
たカーボンブラック自体の温度上昇値を検出するように
構成する。すなわち、カーボンブラック９に取付けられ
た標準用感熱素子１０も前記出力差検出回路２３に接続
し、その出力差検出回路２３を、太陽電池用感熱素子５
と参照用感熱素子６との出力差を検出するブリッジおよ
び標準用感熱素子１０と参照用感熱素子６との出力差を
検出するブリッジを組合わせた二重のブリッジで構成す
ることができる。また場合によっては単独めブリッジの
一端を、前記六ｐ！電池用感熱素子５と参照用感熱素子
１０とで切替えるように構成しｔも良い。

なお前述の例では標準用カーボンブラック９の周囲温度
を検出する手段として太−ｍｌ池１０周囲温度を検出す
るための感熱素子を共通に用いているが、場合によって
は別の感熱素子をカーボンブラック９の近傍に設置して
も良い。

評価すべき太ＩＩＩ池１には、可変負荷電圧検出回路３
０が接続されている。この可変負荷電圧検出回路３０は
、基本的には、外部からの信号により制御されて太陽電
池１に対する負荷の値が変化せしめられる可変負荷３０
Ａと、その可変負荷３０Ａと前記太陽電池１との間を開
閉するスイッチ手段３０Ｂと、前記負荷に生じた太陽電
池１の起電力を検出するための電圧検出回路３０Ｃとか
ら構成されており、また図示の例ではそのほか太陽電池
に流れた電流を検出するための電流検出器３０Ｄが設け
られている。前記電圧検出回路３０Ｃの検出出力すなわ
ち太陽電池１の起電力Ｖ、および電流検出器３０Ｄの検
出出力すなわち太陽電池１に流れた電流ｉは、データ処
理・制御部２７の記憶演鼻部２７Ａに送られる。

前記データ処理・制御部２７は、前記可変負荷電圧検出
回路３０からの太陽電池１の起電力■および電流１と同
期検出回路２６の出力（太陽電池１の温度上昇値）を記
憶および演紳する記憶演算部２７Ａと、その記憶演算部
２７Ａで１＠られたデータを表示する表示部２７Ｂと、
前記記憶演算部２７Ａからの信号等に応じて前記可変負
荷電圧検出回路３０の負荷３０Ａの値、シャッター駆動
回路１９、チョッパー駆動回路２１などを制卸する制御
部２７Ｃとを有する構成とされている。

ここでシャッター駆動回路１９の制御に関しては、例え
ば制御部２７Ｃを、前記同期検出回路２６から出力され
る太陽電池自体の温度上昇値に相当する信号を処理・判
定する判定回路と、シャッター１４の開放時間を設定す
るタイマーとを備えた構成とし、温度上昇値信号を処理
判定した結果に基いてシャッター開放指令信号を出力さ
せるとともに、タイマーに設定された開放時間が経過し
た詩にシャッター遮断指令信号を出力さゼれば良い。上
述のように太陽電池温度上昇値信号を処理・判定する判
定回路としては、具体的には、温度上昇値を微分する回
路およびその微分値を基準レベルと比較判定する回路に
よって構成し、温度上昇値の微分値が負の値である場合
（すなわち温度上昇値が下降しつつあるとき）に、その
微分値の絶対値があるレベル以下となった時、にシャッ
ター開放指令信号を出力するように構成・すれば良い。

あるいはまたシャッター駆動回路・の制御に関しては、
６１迎部２７Ｇがシャッター１４の遮断時間を設定する
タイマーとシャッター１４の開放時間を設定するタイマ
ーとを備えた構成とし、設定された遮断時間が経過した
時点でシャッター開放指令信号を出力し、設定された開
放時間が経過した時点でシャッター遮断指令信号を出力
するように構成しても良い。

一方チョ７バー駆動回路２１の制御に関しては、制御部
２７Ｃを、チョッパー１６の回転速度を予め設定した速
度に制御するチョッパー回転速度制陣手段を備＆た構成
とし、その回転、速度を制御することによりチョッパー
１６による照…光の照射時間、遮断時間が定められる構
成どすれば良い。

さらに可変負荷電圧検出回路３０の負荷３０Ａの値の制
御に関し工は、例えば制御部：２７Ｃが、シャッター１
４の、開放指令信号もしくは遮断指令信号と同期して負
荷値変更指令信号を出力するように構成すれば良い。す
なわち、シャッター１４の遮断時間もしくは開放時間が
予めタイマーに設定した時間経過した時点あるいは温度
上昇値の微分値がある値以下となった時点で負荷値変更
指令信号を出力させれば良い。あるいはチョッパー１６
の同期信号発生器２２からのチョッパー１６の動作に同
期した信号を受入れて、チョッパー１６による光路の遮
断もしくは開放に同期して負荷値変更指令信号を出力し
ても良い。

第２図には、太陽電池用感熱素子５および参照用感熱素
子６の出力差を検出する□ための出力差検出回路２３に
用いられる交流ブリッジ２４の具体例を、示す。第２図
において、演算□増幅器２８は交流ブリッジの作動アン
プとして動作し、演算増幅器２９は発振器２５の発振周
波数例えば１０ｋＨ２の帯域フィルタとして動作する。

次に上述のような装置により太陽電池の評価を行なう際
の装置の全体的な動作ないし測定方法を説明する。

予め測定すべき太陽電池１に感□熱素子５を取付けると
ともに可変負荷電圧検出回路３０を接続して試料室２の
所定位置に設置しておき、波長選択器例えば分光器１７
あるいはバンドパスフィルタによって照射すべき光の波
長を設定しておく。なお最初の測定時においてはスイッ
チ手段３０Ｂを開放させて可変負荷３　Ｃ）Ａを太陽電
池１に接続しない状態、すなわちオーブンサーキットの
状態としたものとする。

そしてシャッター１４もしくはチョッパ−１６により光
路を開放させれば、前記波長の光が太陽電池１に照射さ
れ、その照射光のエネルギーのうち太陽電池１に吸収さ
れたエネルギーは全て熱となり、太陽電池１の温度が上
昇する。この太陽電池１の温度は感熱素子５によって検
出される。一方太陽電池１の周囲の温度も上昇し、その
周囲温度は感熱素子６によって検出される。両者の温度
差が出力差検出回路２３によって検出され、太陽電池１
の温度から周囲温度を差引いた温度、すなわち周囲温度
に対する補正を行なった太ｐＡ電池１のみの温度上昇値
に相当する信号が同期検出回路２６から出力されて、そ
の信号がデータ処理・制御部２７に送られる。

太陽電池１に対する照射時間がタイマーで予め設定した
シャッター１４の開放時間に達した時、あるいはチョッ
パー１６の回転速度で定まる光透過時間に達した時に、
太陽電池１への照射光の光路がシャッター１４またはチ
ョッパー１６の遮蔽部によって遮断される。この光路遮
断によって太陽電池１の温度は急速に下降するのに対し
周囲温度の下降速度は極めて遅いが、前述のように周囲
温度に対する補正を行なっているから、データ処理・ろ
（制御部２７には周囲温度の影響を除去した太陽電池１
自体の照射光による温度上昇値が与えられることになる
。

このようにして測定した太陽電池１の湿度変化の時間に
対する波形を第３図に示す。第３図において破線Ａは周
囲温度に対する補正を行なわない場合の太陽電池１の温
度変化を示し、破線Ｂは周囲温度の変化を示し、直線Ｃ
は周囲温度に対する補正を行なった太陽電池１の温度変
化すなわち同期検出回路２６の出力波形を示す。この同
期検出回路２６の出力波形Ｃおよび各照射期間中の最大
温度上昇値（第３図のΔ７ｏｃ）が太陽電池１の負荷非
接続状態における温度上昇値として記憶・演算部２７Ｂ
において記憶される。

一方前記可変負荷電圧検出回路３０１：　Ｊ３けるスイ
ッチ手段３０Ｂを閉じた状態、η°なわち太１’Ｍ　ｌ
ｉ！４池１に可変負荷３０Ａを接続した状態において、
前述の負荷非接続状態での比定と同じ波長の光を照射し
て太陽電池の温度上昇値を□測定すると同時に太陽電池
１の起電力■および電流１を８；す定し、それらの洞定
値を記憶・演算部２７８に記憶させる。この場合、可変
負荷３０Ａの値を順次変化させ、各負荷値において太陽
電池１の温度上昇値、起電力■、Ｎ流ｉを測定、して記
憶させる。なお各負荷の値における温度上□昇値の測定
（ま、１１述の場合と同様に周囲温度に対りる補正を行
なうものとする。このように負荷を接続した状態で【ま
、吸収したエネルギーの一部が電気エネルギーとなり、
残りのエネルギーが熱となって太陽電池が温度上昇する
。

ここである負荷の値での測定が終了して光路が遮断され
た後、次の異なる負荷の値での測定のための照射が開始
されるタイミングは、シャッター１４の場合は前述のよ
うに前述のようにタイマーの設定によって制御されるが
、あるいは温度上昇値の微分値がある値以下となること
によって制御され、またチョッパー１６が用いられてい
る場合にはその回転速度によって定められる。いずれに
しても、光路遮断後に再び照射が開始されるタイミング
は、太陽電池１の温度が充分に低下して周囲温度とほぼ
同じとなった時点となるように設定もしくはＩＩＪＩＩ
Ｉされる。もちろん場合によってはある負荷の値での測
定を２回以上繰返しても良い。

なお実際の測定においてはシャッター１４とチョッパー
１６のいずれを用いても良いが通常は感熱素子の応答速
度が遅い場合にはシャッター１４を用い、応答速度が充
分に速い場合にはチョッパー１６を用いることができる
。

このよろにして順次異なる負荷での測定が行なわれて、
最終的に全負荷Ｗ１領域での測定が終了する。

なお種々の異なる波長で上述のような測定を行なうこと
ができるが、その場合には太陽電池温度上昇値の測定値
は標準用カーボンブラック９の感熱素子１０の測定値に
よって規洛化することが望ましい。すなわち光源８には
波長性１１が存在し。

波長によって強度が相異するから、給対的な太陽電池１
の特性評価を行なうためには、光源８の波長特性の影響
を除去することが望ましい。前述の装置では、ハーフミ
ラ−７を光路中に１−０人して尽射光をカーボンブラッ
ク９に導き、感熱素子１０によって全測定波長領域の各
波長についてその）コ度上昇値を測定する。この場合の
貝体的潤定方法は太ｒｉｍ池１についての測定と同様で
ある。このようにして得られたカーボンブラック９の各
波長での温度上昇値によって前記太Ｐ！電池１の温度上
昇値を割算することによって六Ｐ！電池１の温度上昇値
が規格化される。なおり−ボンブラック９についての測
定は前述のようにハーフミラ−７を設けた場合には太陽
電池１についての測定と同時に行なうことができ、この
ような同時測定の場合には太陽電池１の測定値をその場
で規格化することができるが、勿論カーボンブラック９
の測定を太陽電池１の測定とは別に行ない、その測定値
を記憶させておいて太陽電池１の測定時にカーボンブラ
ックの測定値を読み出して太陽電池１の測定値を規格化
しても良い。後者の場合にはハーフミラ−７の代わりに
通常のミラーを用いることができる。

次に前述のような各測定値を用いての太陽電池の量子効
率とエネルギー変換効率のめ方の原理を説明する。

太陽電池にある波長の光を照射すれば、その照射エネル
ギーは波長に応じて定まった値、すなわちＥ　（ｅ　Ｖ
／１）ｈｏｔｏｎ）となっている。ここで太陽電池にそ
の波長の光をｔ秒間照射し、太陽電池に吸収された光の
強度をＩ　（ｐｈｏｔｏｎ／ｓｅａ　）とすれば、太ｔ
１電池が得た総エネルギーは、Ｅｆｔ　・・・（１） で表わされる。太陽電池に負荷を接続した状態ではこの
総エネルギーＥｆｔが熱エネル、ギーおよび太陽電池の
外部負荷に取出さ１れる電気、エネルギーとなる。ここ
で照射光による太１１ｆｆｉ、池の起電力をＶ１太、陽
電池に流れたｌｉｌを、１とすれば、・その電流の流れ
た時間は照射時間ｔと同じであるから、照射光による電
気エネルギー、は ＶＩ【　・・・（２） となる。照射光により発生した熱をＱｓｃとすれば、（
１）、（２）から、 Ｅｆｔ−（熱エネルギー）＋（電気エネルギー）−Ｑｓ
ｃ＋■ｌｔ　・・・（３） となる。従って ＱＳＣ−Ｅｆｔ−ＶＩ　・・・１４） となる。

負荷を接続しない状態においては太陽電池の吸収エネル
ギーは全て熱となるから、負荷を接続しないオーブンサ
ーキットの熱をＱｏｃとすれば、Ｑｏｃ−Ｅｆｔ　・・
・（５） で与えられる。従って（４）、（５）式から、次の（６
）式が導かれる。

Ｑｓｃ　＝　Ｅ　Ｉｔ　−Ｖｉｔ Ｑｏｃ、　ＥＩｔ　・・・（６） この（６）式を温度変化の式に書き改めれば、ΔＴＳＣ
＝　Ｅ　Ｉｔ　−Ｖｉｔ−にΔＴΔ７ｏｃ　Ｅｌｔ−に
ΔＴ０　・・・（７）但しく７）式において、Δ７ｓｃ
は負荷を接続した状態における太１ｉ電池の照射光によ
る温度変化、Δ７ｏｃは負荷を接続しない状態における
太陽電池の照射光による温度変化をあられす。またに６
丁は負荷を接続したときの温度変化時において太陽電池
からその周囲に熱伝導によって失われた熱、）くΔＴ０
はオーブンサーキットでの温度変化時において、周囲へ
失われた熱をあられす。しかしながらにΔＴ、にΔＴ０
はいずれも極めて小さいから、これらは無視することが
でき、従って（７）式は次のように表わせる。

ΔＴｓｃ／ＡＴｏａ−１−Ｖｉ／ＥＩ　・　（８）ここ
で量子効率ｎｑは ｎｑ　−ｉ　／　Ｉ　・・・（９） で表されるから、（８）から、 ΔＴ　ＳＯ／ΔＴｏｅ−１−ｎｏ−Ｖ／Ｅ　・１１０）
となる。

なお（１０）式においてｎｑ−Ｖ／Ｅは、ｎａ−Ｖ／Ｅ
−ｉＶ／ＩＥ−ｎｐ　−・・（１１）であって、エネル
ギー変換効率ｎｐ、すなわち入射エネルギーのうち外部
へ取出された電気エネルギーの割合を表わしている。

（１０）式を変形すれば、 Ｅ（ΔＴ　ＳＣ／ΔＴｏｃ）　＝−ｎｑＶ＋Ｅ−（１２
）となる。従って横軸に起電力Ｖを、！ｌＩ軸にＥ（Δ
７　ｓｃ／ΔＴｏｅ）をブロツトシて（１２）式をグラ
フ化すれば、その傾きがｎｑに相当し、その傾きをめる
ことによって量子効率がめられる。

一方エネルギー変換効率ｎｐは、（１０）、（１１）式
から、 ｎｌ）（％）＝（１−ΔＴｓｃ／ΔＴｏｃ）　ｘ　１０
０・・・（１３） で表わされるから、ΔＴｓｃ、ΔＴＯＣの値から簡単な
演算によってめることができる。なおエネルギー変換効
率＋１ｐは、前述の■〜Ｅ（ΔＴｓｃ、／Δ丁ＯＣ，）
プロットの各点（すなわち各負荷の値に対応する各測定
点）でめることができるが、通常人Ｉ電池の評価として
はその各点のｎｐのうち、最大のもので表わす。

以上のような原理に従って実際に六ｍ電池の量子効率お
よびエネルギー変換効率をめる具体的フローを第４図に
示す。

第４図において、太陽電池に照射する光の波長が照射手
段により選択されれば、照射エネルギーＥ　（ｅｖ／　
１ｌｈｏｔｏｎ）が決定される。この波長に応じたエネ
ルギーＥの値は予め記憶演算部２７Ａその他の適宜のメ
モリーに記憶させておき、波長の選択によって自動的に
波長に応じたＥの値が読み出される。そして負荷を接続
しない状態で太＠電池に前記波長の光を照射したときの
太陽電池の温度上昇値ΔＴＯＯを測定してその値を記憶
させる。また負荷を接続した状態で太陽電池に同じ波長
の光を照射したときの太ｆ１電池のＳ度上昇籠ΔＴｓｃ
を、負荷の値を順次変化させて測定し、併せて各負荷値
において太陽電池に生じた起電力■および太陽・□電池
に流れた電流１を測定し、各負荷値におけるΔ７ｓｃ、
Ｖ、１を記憶させる。なおここで温度上昇値ΔＴｏｅ、
Δ７ｓｃとしては、前述のように周囲温度に対する補正
を行った後の太陽電池自体の温度上昇値を記憶させるこ
とが望ましいことは勿論であり、さらに望ましくはカー
ボンブラックによって規格化した温度上昇値を記憶させ
ることが好ましい。

続いて負荷を接続した状態での温度上昇値ΔＴＳＣを、
負荷を接続しない状態での温度上昇値ΔＴＯＣで割算し
てΔＴ　ｓｃ／Δ７ｏｃをめ、これに照射光のエネルギ
ーＥを乗じてＥ（ΔＴｓｃ／ΔＴ００）をめる。なおこ
の演算は各負荷値ごとに行うことは勿論である。

そして縦軸■をＥ（ΔＴｓｃ／Δ丁ＯＣ）とし、横軸Ｘ
を起電力Ｖとして、■〜Ｅ（ΔＴｓｃ、／ΔＴｏｃ）を
間数化し、グラフＡをめ、そのグラフＡの各点（すなわ
ち各負荷値に対応する各測定点）を２直線近似を行なう
。なおここでグラフＡの直線近似は、負荷をショートし
て負荷の値を実質的の零とした点（すなわち負荷によっ
て測定される起電力Ｖが零の点）から、温度上昇値が最
低となる点付近までの範囲内の測定点に対して行なう。

そして得られた直線ｙ−−ａｘ＋ｂの傾きａをめる。

この傾きａが前記（１２）式から明らかなようにｍ子効
率ｎｑに相当するから、この値を量子効率として記録表
示させる。

一方エネルギー効率は、前述のようにして記憶した、負
荷を接続した状態での温度上昇値ΔＴＳＣ１負荷を接続
しない状態での温度上貸値ΔＴＯＣを用いて前記（１３
）式に従って演算することによって各負荷値ごとにめら
れ、その値が記録表示される。この場合、各負荷に対応
するエネルギー変換効率のうちから、最大のものを抽出
して記録表示させても良い。

第５図には、本発明者等がこの発明の方法にしたがって
アモルファスシリコン太陽電池に６３２．８ｎ霞のｌ−
４ｅ−Ｎｅレーザー光を零際に照射した場合の太ｒａ電
池起電力■とＥΔＴｓｃ／ΔＴｏｃどの相関特性（すな
わち第４図のグラフ八に対応するもの）、および起電力
■と出力電力との相関関係を示す。

この場合最適負荷による最大エネルギー変換効率ｎｐは
１９％、量子効率ｎｑは６８％と算出された。

また第５図の例とは別に、木光明者等がシリコン（Ｓｉ
）太陽電池およびＱａ　ＡＳ太陽電池についてこの発明
の方法にしたがって最適負荷による最大エネルギー変換
効率ｎｐおよびｍ子効率ｎｑを調べた結果を第１表に示
す。

この発明の太陽電池評価方法おＪ：び装置によれば、照
射光の定量的値すなわち強さや特性の相違などに無関係
に太１ｔｊｉ電池の量子効率および／またはエネルギー
変換効率を正確にめることができ、したがって太陽電池
の客観的評価を行なうことができ、しかも装置的にも比
較的簡単かつ低コスト化されるなどの効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の太陽電池評価方法の一例を示す略解
図、第２図は第１図の装置に使用される出力差検出回路
としての交流ブリッジの一例を示す結線図、第３図は太
＠電池の検出温度の変化を示す波形図、第４図はこの発
明の方法により太陽電池のエネルギー効率ｎｐおよびｍ
子効ｌｎｏをめる具体的フローを示すフローチャー１〜
、第５図はこの発明の方法にしたがって実際に太陽電池
の量子効率をめるためのグラフを示す図であるっ１・・
・太陽電池、　２・・・試料室、　５・・・太陽電池用
の感熱素子、　６・・・参照用の感熱素子、　８・・・
光源、　９・・・カーボンブラック、１０・・・標準用
感熱素子、　１３−・・第１の照射光断続手段、　１４
・・・シャッター（光遮断器）、　１５・・・第２の照
射光断続手段、　１６・・・チョッパー（光断続器）、
１７・・・波長選択器としての分光器、　１７Ａ・・・
分散素子、　２２・・・出力差検出回路、　２４・・・
交流ブリッジ、　２６・・・同期検出回路、　２７・・
・データ処理・制御□部、　２７Ａ・・・記憶ｉｖｉ算
部、　３０・・・可変負荷電□圧検出回路、　３０Ａ・
・・可変負荷、３０Ｂ・・・スイッチ手段、　３０Ｃ・
・・電圧検出回路。 出願人　藤　嶋　昭 〃　本　多　健　− 〃　日本分光工業株式会社 代理人　弁理士　豊　１）武　久 ・（ばか１名） 手　続　補　正　１ｌｌ（自発） 昭和５８年丁Ｏ月１４日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 ２、発明の名称 太陽電池の評価方法およびその装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　神奈川県用崎市中原区中丸子７１０−５氏　名
　藤　嶋　昭 （ばか２名） ４、代理人 住　所　東京都港区三田３丁目４番１８＠二葉ビル８０
３号　電話（４５３）　６５９１５、補正の対象 図面 ６、補正の内容 手　続　補　正　９！１（ｙ）式） 特許ｎ長官　若杉和夫殿 １、Ｄｉ（’ｌの表示 昭和５８年！ｌＳｊ晶′１願第１９１２０７号２、発明
の名称 太陽電池の評価方法おＪ、びでの装Ｆｉ”３、補正をす
る者 事イ′１どの関係　１コＴ　ｉｉ’ｌ出願人住　所　神
奈川県用崎市中原区中丸ｒ７１０−５氏　名　胚　鴨　
１ｌｉ７ （（まかン名） ４、代理人 住　所　東宗都港区三口］　３−Ｊ−［１ｌｌ伍１８　
′／シフ、補正の内容 （１）別紙の通り委任状３通を提出りる５、。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）周囲から熱的に分離された試料空白に、評価すべ
   き太陽電池を配置し、その太陽電池に負荷を接続した状
   態および接続しない状態のそれぞれにおいて、選択され
   た波長の光を前記太陽電池に照射してその照射光による
   太陽電池の温度上昇を直接検出し、負荷接続状態におけ
   る照射光による太ｌＩ！電池の温度上昇値と負荷非接続
   状態における照射光による太陽電池の温度上昇値とを用
   いて太陽電池のエネルギー変換効率をめることを特徴と
   する太陽電池の評価方法。 （，２）負荷非接続状態における照射光による太陽電池
   の温度上昇値から、負荷接続状態における照射光による
   太陽電池の温度上昇値を差し引き、その差し引いた値を
   、負荷非接続状態における照射光による太陽電池の温度
   上昇値で割算した値をエネルギー変換効率として用いる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の太陽電池
   評価方法。 （３）周囲から熱的に分離された試料寮内に、評価すべ
   き太陽電池を配置し、その太陽電池に可変負荷を接続し
   た状態および接続しない状態のそれぞれにおいて、選択
   された波長の光を前記太陽電池に照射してその照射光に
   よる太陽電池の温度上昇を直接検出し、可変負荷接続状
   態における照射光による太陽電池の温度上昇値および可
   変負荷に発生した電圧：と負荷非接続状態おける照射光
   による太陽電池の温度上昇値とを用いて太陽電池の」子
   効率をめることを特徴とする太陽電池の評価方法。 （４）可変負荷接続状態において照射光による温度上昇
   峰を負荷を変えて検出すると同時に負荷に発生する電圧
   を検出し、各温度上昇値に照射光の波長で定まるエネル
   ギーを乗じるとともに負荷非接続状態における温度上昇
   値で規格化した値を縦軸に、負荷に発生した電圧を横軸
   にとってグラフを作成（、そのグラフ上において、負荷
   の値を実質的に零とした時の温度上昇値に対応する点か
   ら温度上昇値が最低となる点までの範囲内における各点
   を直線で近似し、その直線の傾きにより量子効率をめる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の太陽電池
   の評価方法。 （５）前記グラフ上における負荷の値を実質的に零とし
   た時の温度上昇値に対応する点から温度上昇値が最低と
   なる点までの範囲内における各点を、最小自乗法により
   直線近似してその傾きをめる特許請求の範囲第４項記載
   の太陽電池の評価方法。 （６）評価すべき太陽電池を収容するための周囲から熱
   的に分離された試料室と、 その試料室内に設置された太陽電池に対して選択された
   波長の光を照射する照射手段と、照射光による太陽電池
   の温度上昇を直接検出する温度検出手段と、 太陽電池に開閉可能に接続される可変負荷を備えた可変
   負荷電圧検出手段と、 前記温度検出手段および可変負荷電圧検出手段からの検
   出信号を記憶・演算する記憶演算手段とを有してなり、 前記記憶演算手段は、負荷が接続されていない状態にお
   いて前記温度検出手段により検出された太陽電池の照射
   光による温度上昇値と、負荷が接続されている状態にお
   いて前記温度検出手段により検出された太Ｉｌｉ！電池
   の照射光による温度上昇値および発生した電圧を記憶・
   演算して太陽電池の量子効率および／またはエネルギー
   変換効率をめるようにされていることを特徴とする太陽
   電池評価装置。 （７）前記記憶演算手段は、負荷非接続状態において温
   度検出手段により検出された太陽電池の照射光による温
   度上昇値と、負荷接続状態において温度検出手段により
   検出された太陽電池の照射光による温度上昇値を記憶し
   、かつその記憶された負荷非接続状態における温度上昇
   値から記憶された負荷接続状態における温度上昇値を差
   し引き、その差し引いた値を負荷非接続状態におけるｍ
   度上昇値で割り算してその値をエネルギー変換効率とし
   てデータ出力するようにされている特許請求の範囲第６
   項記載の太陽電池評価装置。 （８）前記記憶演算手段は、負荷非接続状態において温
   度検出手段により検出された太ｗＡＷ１池の照射光によ
   る温度上昇値と、負荷接続状態において可変負荷電圧検
   出手段により負荷の値を変化させた各負荷値に対応する
   太陽電池の照射光による温度・上昇値および発生した電
   圧とを記憶し、かつ負荷接続状態において負荷の値を変
   えて得：られた照射光による温度上昇値に照射光の波長
   のエネルギーを乗じかつその値を負荷非接続状態におけ
   る照射光による温度上昇値で規格化し□た値を、：関数
   とし・て記憶させ、その関数における負荷を□実□質的
   に零とした状態での前記規格化された値から温度上昇値
   が最低の値に対応する前記規：格化さ東た値までの範囲
   内の値を直線で近似し、そのＷｌ−の傾きを演算により
   めｔ−子効率としてデータ出力するようにされている特
   許請求の範囲第６塙記載の太陽電池評価側Ｌ （９）前記照射光手段が、光源と、そめ光源からの光か
   ら太陽電池に照射すべき波長の光を選択するための波長
   選択器と、太陽電池に対す為照射光を断続するための照
   射光断続手段とを備えた構成とされている特許請求の範
   囲第６項記載の太陽電池評価側Ｌ （１ｏ）前記波長選択器が、光源からの光を分光する分
   散素子を有する分光器、もしくはそれぞれ異なる波長帯
   域を有する複数個のバンドパスフィルタで構成されてい
   る特許請求の範囲第９項記載の太陽電池評価装置。 （１１）前記照射光断続手段が、光遮断器と、その光遮
   断器を太１１を池に対する照射光の光路に挿入および離
   脱させるための駆動手段と、その駆動手段を制御する制
   御部とから構成され、その光遮断器は、その開放のタイ
   ミングが前記温度検出手段の出力信号を処理判定した結
   果により制御されかつ遮断のタイミングが予め設定した
   開放時間でなされるように構成されている特許請求の範
   囲第９項記載の太陽電池評価装置。 （１２）前記照射光断続手段が、光遮断器と、その光遮
   断器を太陽電池に対する照射光の光路に挿入および離脱
   させるための駆動手段と、その駆動手段を１ｌｉｌｌｌ
   ｌするための制御手段とから構成され、光遮断器の開放
   時間および遮断時間が、制御手段に設けられたタイマー
   により制御されるように構成されている特許請求の範囲
   第９項記載の太陽電池評価装置。 （１３）前記照射光断続手段が、光透過部および光遮蔽
   部を交番的に形成した光断続器と、その光断続器を駆動
   する駆動手段と、その駆動手段を制御する制御部とによ
   って構成され、予め設定した速度で前記光断続器の駆動
   速度を制御することによって照射・遮断時間が制卸され
   るように構成されている特許請求の範囲第９項記載の太
   陽電池評価装置。 （１４）前記温度検出手段を、測定範囲内において実質
   的に特性が同じ２個の感熱素子と、肉感熱素子の出力の
   差を検出する回路とによって構成し、一方の感熱素子は
   太陽電池の温度を直接検出するべく太陽電池に接触して
   配置するとともに、他方の感熱素子は太陽電池の周囲の
   温度を検出するべく太１ｌＩＮ池近傍に配置し、肉感熱
   素子の出力の差を検出することにより周囲の温度変化の
   影響を除去した太陽電池のみの温度上昇を検出するよう
   に構成した特許請求の範囲第６項記載の太陽電池評価装
   置。 （１５）前記出力差検出回路が、前記肉感熱素子を組込
   んだ直流ブリッジもしくは交流ブリッジで構成されてい
   る特許請求の範囲第６項記載の太目電池評価装置。 （１６）前記可変負荷電圧手段は、前記温度検出手段の
   出力信号を処理判定する判定手段の出力信号によって負
   荷の値が順次変化せしめられ、その各負荷の値において
   発生した電圧および電流値が順次記憶演舞手段に送られ
   るように構成されている特許請求の範囲第６項記載の太
   陽電池の評価装置。