JPWO2010150695A1 - 光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法 - Google Patents

光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法 Download PDF

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Abstract

分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、自然太陽光に対するソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。

Description

本発明は、光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法に関し、特に太陽電池の特性を評価するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法に関する。
昨今の環境問題およびエネルギー問題への対応として、太陽電池の開発が盛んで、材料として、従来の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、色素増感型などの多くの種類が、構造としても、従来の単接合から積層型の多接合まで多くの構造が開発されている。
そこで、この太陽電池の光電変換効率を公正に評価するために、国際的に標準化された評価方法の規格が、ＩＥＣ６０７９４やＪＩＳ規格（Ｃ８９０５〜Ｃ８９９１）で定義されている。その規格を要約すると、基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）と同じ分光スペクトルおよび放射照度を模した光を照明する照明装置（以下、ソーラシミュレータと言う）の照明下で、太陽電池の発電量を測定するようになっている。
しかしながら、基準太陽光と同じ分光スペクトルおよび放射照度を有するソーラシミュレータを個々の検査機関や企業で保持、運用するのは無理がある。そこで、実際には、測定対象の太陽電池と同じ分光感度特性を持つ基準セルを作成し、公的機関（例えば、日本では産業技術総合研究所）が保有する基準太陽光に限りなく近い特性を持つ高近似シミュレータを用いて、作成した基準セルを校正する。個々の検査機関や企業では、校正された基準セルを用いて、保持、運用するソーラシミュレータの光量を調整して測定対象の太陽電池の測定を行っている。
この方法では、基準セルは測定対象の太陽電池と同じ分光感度を持つことが必要であり、新しい種類の太陽電池が開発される度に、作製した新しい太陽電池の中から標準的な分光感度を持つものを選び出して新しい基準セルとし、これを公的機関で校正する必要があり、この手間と費用は非常に大きい。
また、特に薄膜積層型の太陽電池では、入射光のスペクトルによって、出力特性が大きく変化するため、ソーラシミュレータにも、高い分光スペクトルの一致度が要求される。
そこで、例えば特許文献１には、薄膜積層型の太陽電池を構成する各要素セルのスペクトル依存性を反映させて作製された複数の基準セル（実際には、測定対象の太陽電池とは異なる種類の太陽電池を用いて作製される疑似セルである）を用いて、ソーラシミュレータの分光放射照度スペクトルを調整することで、分光スペクトルの一致度の高いソーラシミュレータを用いなくても、薄膜積層型の太陽電池の評価を行うことができる方法が示されている。
特開２００６−１４７７５５号公報
しかしながら、特許文献１の方法では、基準セル（疑似セル）の作製にあたり、各要素セルのスペクトル依存性を反映させるために意図的に半導体層の厚みを変化させたり、ガラスフィルタを貼り合わせたりしており、基準セル（疑似セル）の作製に非常に大きな手間と費用を要する。これらの問題点は、ハードウェアとしての基準セル（疑似セル）を作製することに起因している。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
１．太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価装置であって、
前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射計と、
自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶部と、
前記分光放射計で測定された前記ソーラシミュレータから放射される光の前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、前記自然太陽光に対する前記ソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算する演算部とを備えたことを特徴とする光源評価装置。
２．前記光源評価装置は、さらに表示部を備え、
前記評価値、または前記評価値に基づいた前記ソーラシミュレータの光量を調節する指標を表示することを特徴とする前記１に記載の光源評価装置。
３．前記演算部は、前記評価値として、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池の短絡電流の補正係数ｋの演算を行うことを特徴とする前記１に記載の光源評価装置。
ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
である。
４．前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、
前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節することを特徴とする前記３に記載の光源評価装置。
ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
５．太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価システムであって、
前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射計と、
前記分光放射計とは別体に設けられた制御装置とを備え、
前記制御装置は、
自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶部と、
前記分光放射計で測定された前記ソーラシミュレータから放射される光の前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、前記自然太陽光に対する前記ソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算する演算部とを備えたことを特徴とする光源評価システム。
６．前記演算部は、前記評価値として、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池の短絡電流の補正係数ｋの演算を行う演算部とを有することを特徴とする前記５に記載の光源評価システム。
ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
である。
７．前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、
前記制御装置は、前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節することを特徴とする前記６に記載の光源評価システム。
ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
８．前記５から７の何れか１項に記載の光源評価システムと、
光量を調節する光量調節部を備えたソーラシミュレータとを備えた光源調整システムであって、
前記制御装置は、前記ソーラシミュレータに対して、前記評価値に基づいて光量調節信号を生成して出力することを特徴とする光源調整システム。
９．太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価方法であって、
記憶部に、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶工程と、
分光放射計で、前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射照度測定工程と、
演算部で、前記分光放射計で測定された前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池の短絡電流の補正係数ｋの演算を行う演算工程とを備えたことを特徴とする光源評価方法。
ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
である。
１０．前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、
前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節する光量調節工程を備えたことを特徴とする前記９に記載の光源評価方法。
ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
本発明によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、自然太陽光に対するソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。
光源評価装置の第１の実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。 光源評価装置の第１の実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。 光源評価装置の第１の実施の形態の構成の他の例を示す外観模式図である。 光源評価装置の第１の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。 光源評価装置の第２の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。 光源評価システムの実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。 光源評価システムの実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。 光源評価システムの実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。 基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）を示すグラフである。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
最初に、本発明における光源評価装置の第１の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する、図１は、本発明における光源評価装置の第１の実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。また、図２は、光源評価装置の第１の実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。
図１において、光源評価装置１は、受光部１１、光ファイバ１２および光源評価装置本体１３等で構成される。受光部１１は、台板１１１、白色反射板１１２および受光光学系１１３等で構成され、ソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲを台板１１１上の白色反射板１１２で反射し、反射された光ＳＲを受光光学系１１３で集光して光ファイバ１２を介して光源評価装置本体１３内に導く。
光源評価装置本体１３には、表示部１７、操作部１８およびインターフェース部（以下、Ｉ／Ｆ部と言う）１９等が設けられている。詳細は図２で説明する。
図２において、光源評価装置１は、受光部１１、光ファイバ１２および光源評価装置本体１３等で構成される。光源評価装置本体１３は、分光部１４、制御部１５、記憶部１６、表示部１７、操作部１８およびＩ／Ｆ部１９等で構成されている。
分光部１４は、分光デバイス１４１、光電変換素子アレイ１４２、増幅部１４３およびＡ／Ｄ変換部１４４等で構成されている。分光デバイス１４１は、回折格子やプリズム、スリット等を用いて、入射光を波長毎に分光する素子である。光電変換素子アレイ１４２は、フォトダイオードアレイやＣＣＤ型撮像素子等を用いて、分光デバイス１４１で分光された入射光を光電変換する素子である。
ソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲは、受光部１１で集光され、光ファイバ１２を介して光源評価装置本体１３内の分光部１４に導かれ、分光デバイス１４１で波長毎に分光され、光電変換素子アレイ１４２で波長毎に光電変換され、増幅部１４３で波長毎に増幅され、Ａ／Ｄ変換部１４４で波長毎にデジタルデータ化される。受光部１１、光ファイバ１２および分光部１４は分光放射計１０を構成する。
制御部１５は、表示制御部１５１、分光制御部１５２、演算部１５３、記憶制御部１５４および入出力制御部１５５等で構成されている。
表示制御部１５１は、表示部１７への表示を制御する。分光制御部１５２は、分光部１４を含む分光放射計１０の動作を制御する。演算部１５３は、自然太陽光（ここでは、基準太陽光）に対するソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲの特性の評価値Ｅｖの一例である、後述する測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋを演算する。記憶制御部１５４は、記憶部１６への記憶動作および記憶部１６に記憶されたデータの読出動作を制御する。入出力制御部１５５は、操作部１８からの入力およびＩ／Ｆ部１９を介した外部との入出力を制御する。
実際には、制御部１５は例えばＣＰＵとＲＯＭおよびＲＡＭ等で構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭ上に展開し、展開されたプログラムに従って、上述した各部の機能を果たす。ＲＯＭを書き換え可能な素子（ＰＲＯＭ）としておけば、プログラムの更新も可能である。
記憶部１６には、後述する基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）および測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋ等を記憶するための領域が設けられている。
表示部１７は、例えば液晶等の表示部材等で構成され、表示制御部１５１の制御に従って、例えば、操作部１８からの入力内容、記憶部１６に記憶された分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）、分光部１４で測定された分光放射照度Ｌ（λ）、演算部１５３で演算された補正係数ｋ等を表示する。
操作部１８は、例えば、光源評価装置１での分光動作や、補正係数ｋの演算動作、あるいはＩ／Ｆ部１９を介した外部との入出力動作等を指示するための入力部である。
Ｉ／Ｆ部１９は、外部とのプログラムやデータの入出力を行うインターフェースであり、例えば、分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）の入力、補正係数ｋの出力、制御部１５の動作を規定するプログラムの入力等を行う。
なお、第１の実施の形態および後述する第２の実施の形態で言う外部とは、光源評価装置１とプログラムやデータのやりとりを行う装置あるいはシステムであり、例えば、ソーラシミュレータＳＳの動作を制御する装置や、ソーラシミュレータＳＳや光源評価装置１を含み、太陽電池ＰＶの特性の測定や評価を行う装置あるいはシステム等のことである。
ここで、光源評価装置の第１の実施の形態の構成の他の例について、図３を用いて説明する。図３は、光源評価装置の第１の実施の形態の構成の他の例を示す外観模式図である。図３に示す第１の実施の形態の他の例は、図１では別体となっていた受光部１１を光源評価装置本体１３と一体化した所謂オールインワンタイプの装置である。
図３において、光源評価装置１は、光源評価装置本体１３に一体に組み込まれた受光部１１、表示部１７、操作部１８、Ｉ／Ｆ部１９および図示しない分光部１４、制御部１５、記憶部１６等で構成される。
受光部１１は、第１の実施の形態と同様に白色反射板および受光光学系等で構成されていてもよいが、ここでは、ソーラシミュレータＳＳからの光ＳＲを、開口部１１５を介して積分球１１４に取り込み、積分球１１４の出力部１１６から出力される光をレンズ等の光学系１１７を介して分光デバイス１４１に導く構成を例示している。
その他の光源評価装置１を構成する各部については、図１および図２に示した各部と同じであるので、説明は省略する。
次に、光源評価装置の第１の実施の形態の光源評価方法について、図４を用いて説明する。図４は、光源評価装置の第１の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。
図４において、ステップＳ１１で、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）が、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部から読み込まれ、記憶部１６に記憶されるとともに、演算部１５３に読み込まれる。基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、国際的に統一された規格として規定されている既知のデータであり、予め外部に記憶されている。基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、予め記憶部１６に記憶させておいてもよい。
図９に、基準太陽光（ＡＭ１．５）の分光放射照度Ｓ（λ）のグラフを、大気圏外の太陽光（ＡＭ０）の分光放射照度Ｓ（λ）とともに示す。本発明では、図９に示した基準太陽光（ＡＭ１．５）、大気圏外の太陽光（ＡＭ０）および地表に垂直入射する太陽光（ＡＭ１．０）等を含む全ての太陽光を総称して、自然太陽光と呼ぶことにする。
ステップＳ１３で、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）が、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部から読み込まれ、記憶部１６に記憶されるとともに、演算部１５３に読み込まれる。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、分光器を用いて、別途、予め測定されたデータであり、予め外部に記憶されている。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、予め記憶部１６に記憶させておいてもよい。ここに、ステップＳ１１およびＳ１３は、本発明における記憶工程として機能する。
ステップＳ１５（分光放射照度測定工程）で、光源評価装置１の分光放射計１０を用いて、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、演算部１５３に読み込まれるとともに、必要に応じて記憶部１６に記憶される。
ステップＳ１７（演算工程）で、演算部１５３によって、上述した基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）から、下記の（１式）に従って、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが演算され、必要に応じて記憶部１６に記憶される。ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
である。ただし、補正係数ｋの分子は基準太陽光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値であり、分母はソーラシミュレータＳＳ光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値である。
ステップＳ１９で、ステップＳ１７で演算された測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが、必要に応じて、表示部１７に表示され、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部に出力され、一連の動作が終了される。
測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めるには、上述したソーラシミュレータＳＳの放射光下で、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｍｅｓを測定し、下記の（２式）に従って、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを演算すればよい。ここに、
Ｉｓｃ＝ｋ×Ｉｍｅｓ・・・（２式）
である。
（２式）から分かるように、補正係数ｋは、基準太陽光下での短絡電流ＩｓｃとソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとを結びつける係数であり、このことから、補正係数ｋは、基準太陽光に対するソーラシミュレータＳＳから放射される光の特性の評価値Ｅｖの一例である。
ここで、基準太陽光に対するソーラシミュレータＳＳから放射される光の特性の評価値Ｅｖの、上述した補正係数ｋ以外の例について説明する。
例えば、評価値Ｅｖの他の例として、補正係数ｋの分子と分母との差である差分値ｊを考える。ここに、
ｊ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝−｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
である。
つまり、差分値ｊは、基準太陽光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値と、ソーラシミュレータＳＳ光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値との差であり、差分値ｊを０（ゼロ）に近づけることで、ソーラシミュレータＳＳから放射される光を基準太陽光に近づけることができる。
上述したように、光源評価装置の第１の実施の形態によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、既知の基準太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて（１式）で示される短絡電流の補正係数ｋを演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置および光源評価方法を提供することができる。
さらに、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）を基準太陽光（ＡＭ１．５）以外の自然太陽光、例えば図９に示した大気圏外の太陽光（ＡＭ０）の分光放射照度Ｓ（λ）に入れ替えれば、大気圏外の太陽光（ＡＭ０）の分光放射照度Ｓ（λ）と、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）と、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）とから、測定対象の太陽電池ＰＶを、例えば宇宙ステーションで使用する場合の短絡電流Ｉｓｃを、演算によって求めることができる。大気圏外の太陽光を模したソーラシミュレータＳＳを作製したり、測定対象の太陽電池を大気圏外に持ち出して測定したりする必要はない。
同様に、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）を、地表に垂直入射する太陽光（ＡＭ１．０）の分光放射照度Ｓ（λ）に入れ替えれば、黄道直下での測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃを、演算によって求めることができる。
また、例えば新しく開発された太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めたければ、新しく開発された太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）を測定して（１式）の分光感度Ｐ（λ）と入れ替え、新しく開発された太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓを測定するだけで、（１式）および（２式）から短絡電流Ｉｓｃを求めることができる。太陽電池ＰＶが新しく開発される度に、新しい太陽電池ＰＶの特性に合わせた基準セルや擬似セルを作成する必要はない。
次に、光源評価装置の第２の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、光源評価装置の第２の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態と同じである。
図４に示した第１の実施の形態の光源評価方法では、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋを求めて出力したが、測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めるためには、上述したように、別途、ソーラシミュレータＳＳの放射光下で測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｍｅｓを測定し、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを演算する必要がある。そこで、第２の実施の形態では、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めるまでを光源評価装置１で行う。
図５において、ステップＳ１１からＳ１７までは、図４と同じであるので、説明は省略する。
ステップＳ２１において、電流計等を用いて、測定対象の太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓが測定され、測定された短絡電流Ｉｍｅｓが、Ｉ／Ｆ部１９を介して演算部１５３に読み込まれるとともに、必要に応じて記憶部１６に記憶される。
ステップＳ２３において、ステップＳ１７で演算された補正係数ｋと、ステップＳ２１で測定された測定対象の太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとから、上述した（２式）に従って、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃが演算される。
ステップＳ２５で、ステップＳ２３で演算された測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃが、必要に応じて、表示部１７に表示され、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部に出力され、一連の動作が終了される。
上述したように、光源評価装置の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、（２式）で示される測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを演算することで、測定対象の太陽電池ＰＶの評価も行うことのできる光源評価装置および光源評価方法を提供することができる。
次に、本発明における光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態について、図６および図７を用いて説明する、図６は、本発明における光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。また、図７は、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。
図６において、光源評価システム２は、分光放射計２０および制御装置２３等で構成される。また、光源調整システムＬＣＳは、光源評価システム２と、光量調節部ＳＲＣを備えたソーラシミュレータＳＳ等とで構成される。
分光放射計２０は、受光部２１およびＩ／Ｆ部２４６等を備え、図７で後述する制御装置２３のＩ／Ｆ部２９と接続ケーブル２９１で接続されている。ソーラシミュレータＳＳから放射される光ＳＲは、受光部２１で受光されて、分光放射計２０内で分光され、分光の結果は、Ｉ／Ｆ部２４６および接続ケーブル２９１を介して制御装置２３に送信される。
制御装置２３は、例えばパーソナルコンピュータＰＣ等で構成され、表示部２７としてのモニタや、操作部２８としてのキーボード等を備えている。制御装置２３と分光放射計２０とは、接続ケーブル２９１で接続されている。同様に、制御装置２３は、ソーラシミュレータＳＳとも接続ケーブル２９３で接続されている。ソーラシミュレータＳＳは、光ＳＲの光量を調節する光量調節部ＳＲＣを備えており、後述するように、制御装置２３からの光量調節信号Ｌｃに従って、光量調節部ＳＲＣによって、ソーラシミュレータＳＳから放射される光ＳＲの光量が調節される。
図７において、光源評価システム２は、分光放射計２０および制御装置２３等で構成される。また、光源調整システムＬＣＳは、光源評価システム２と、光量調節部ＳＲＣを備えたソーラシミュレータＳＳ等とで構成される。
分光放射計２０は、受光部２１および分光部１４等で構成され、分光部１４は、分光デバイス２４１、光電変換素子アレイ２４２、増幅部２４３、Ａ／Ｄ変換部２４４、分光制御部２４５およびＩ／Ｆ部２４６等で構成されている。
受光部２１は、第１の実施の形態と同様に白色反射板および受光光学系等で構成されていてもよいし、第１の実施の形態の他の例と同様に、ソーラシミュレータＳＳからの光ＳＲを開口部１１５を介して積分球１１４に取り込み、積分球１１４から出力される光をレンズ等の光学系を介して分光デバイス２４１に導く構成でもよい。また、例えば、ソーラシミュレータＳＳからの光ＳＲをレンズ等の光学系により分光デバイス２４１に導く構成等、従来から知られている分光放射計の受光部の構成の何れであってもよい。
分光デバイス２４１は、回折格子やプリズム、スリット等を用いて、入射光を波長毎に分光する素子である。光電変換素子アレイ２４２は、フォトダイオードアレイやＣＣＤ型撮像素子等を用いて、分光デバイス２４１で分光された光を光電変換する素子である。
ソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲは、受光部２１で受光され、分光デバイス２４１で波長毎に分光され、光電変換素子アレイ２４２で波長毎に光電変換され、増幅部２４３で波長毎に増幅され、Ａ／Ｄ変換部２４４で波長毎にデジタルデータ化され、ソーラシミュレータの分光放射照度Ｌ（λ）として、Ｉ／Ｆ部２４６から制御装置２３へと、接続ケーブル２９１を介して出力される。これらの動作は、分光制御部２４５によって制御される。
制御装置２３は、制御部２５、記憶部２６、表示部２７、操作部２８およびＩ／Ｆ部２９等で構成される。制御部２５は、表示制御部２５１、演算部２５３、記憶制御部２５４および入出力制御部２５５等で構成される。
表示制御部２５１は、表示部２７への表示を制御する。演算部２５３は、後述する測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋを演算するとともに、補正係数ｋに基づいて、図８で後述するソーラシミュレータＳＳの光量調節信号Ｌｃを生成する。補正係数ｋの代わりに、上述した差分値ｊを用いてもよい。
記憶制御部２５４は、記憶部２６への記憶動作および記憶部２６に記憶されたデータの読出動作を制御する。入出力制御部２５５は、操作部２８からの入力およびＩ／Ｆ部２９を介した分光放射計２０やソーラシミュレータＳＳおよび外部との入出力を制御する。
記憶部２６には、後述する基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）および測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖ等を記憶するための領域が設けられている。
表示部２７は、表示制御部２５１の制御に従って、例えば、操作部２８からの入力内容、記憶部２６に記憶された分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）、分光放射計２０で測定された分光放射照度Ｌ（λ）、演算部２５３で演算された補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖ等を表示する。
操作部２８は、例えば、分光放射計２０での分光動作や、制御装置２３での補正係数ｋの演算動作、あるいはＩ／Ｆ部２９を介した外部との入出力動作等を指示するための入力部である。
Ｉ／Ｆ部２９は、外部とのプログラムやデータの入出力を行うインターフェースであり、例えば、分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）の入力、分光放射計２０からのソーラシミュレータの分光放射照度Ｌ（λ）の入力、図８で後述するソーラシミュレータＳＳの光量調節信号Ｌｃの出力、制御部２５の動作を規定するプログラムの入力等を行う。
実際には、制御装置２３は、例えばパーソナルコンピュータＰＣ等で構成され、表示部２７としてのモニタや、操作部２８としてのキーボード等を備えている。制御部２５は例えばＣＰＵとハードディスク、ＲＯＭおよびＲＡＭ等で構成され、ハードディスク上に記憶されたプログラムをＲＡＭ上に展開し、展開されたプログラムに従って、上述した各部の機能を果たす。ハードディスク上のプログラムを書き換えることで、光源評価システム２の動作の更新も可能である。
なお、光源評価システムの実施の形態で言う外部とは、光源評価システム２とプログラムやデータのやりとりを行う装置あるいはシステムであり、例えば、ソーラシミュレータＳＳの動作を制御する装置や、ソーラシミュレータＳＳや光源評価システム２を含み、太陽電池ＰＶの特性の測定や評価を行う装置あるいはシステム等のことである。
次に、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の光源評価方法について、図８を用いて説明する。図８は、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。
光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の光源評価方法は、上述した光源評価装置の第１および第２の実施の形態の光源評価方法と同じであってもよいが、ここでは、従来と同様に、ソーラシミュレータＳＳの光量を調節することで、測定対象の太陽電池ＰＶの、基準太陽光下での短絡電流ＩｓｃとソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとを一致させる光源評価方法を示す。なお、図８に示す光源評価方法を、上述した光源評価装置の第１の実施の形態に適用することも可能である。
図８において、ステップＳ３１で、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）が、Ｉ／Ｆ部２９を介して外部から読み込まれ、記憶部２６に記憶されるとともに、演算部２５３に読み込まれる。基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、予め記憶部２６に記憶させておいてもよい。
ステップＳ３３で、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）が、Ｉ／Ｆ部２９を介して外部から読み込まれ、記憶部２６に記憶されるとともに、演算部２５３に読み込まれる。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、分光器を用いて、別途、予め測定されたデータであり、予め外部に記憶されている。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、予め記憶部２６に記憶させておいてもよい。ここに、ステップＳ３１およびＳ３３は、本発明における記憶工程として機能する。
ステップＳ３５（分光放射照度測定工程）で、光源評価システム２の分光放射計２０を用いて、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、演算部２５３に読み込まれるとともに、必要に応じて記憶部２６に記憶される。
ステップＳ３７（演算工程）で、演算部２５３によって、上述した基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）から、上述した（１式）に従って、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが演算され、必要に応じて記憶部２６に記憶される。
ステップＳ３９で、ステップＳ３７で演算された測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが、下記の（３式）を満たしているか否かが確認される。ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
補正係数ｋが（３式）を満たしていない場合（ステップＳ３９；Ｎｏ）、測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流ＩｓｃとソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとが一致していないとみなされ、ステップＳ４１で、Ｉ／Ｆ部２９と接続ケーブル２９３とを介して、制御装置２３からソーラシミュレータＳＳに、光量の調節を指示する光量調節信号Ｌｃが出力され、ステップＳ３５に戻る。
光量調節信号Ｌｃは、補正係数ｋが１＋βよりも大きい場合には、ソーラシミュレータＳＳの光量を大きくする信号であり、補正係数ｋが１−αよりも小さい場合には、ソーラシミュレータＳＳの光量を小さくする信号である。なお、許容誤差αおよびβは、測定対象の太陽電池ＰＶが遵守すべき規格を満足することができるように、適宜決定されればよい。
ソーラシミュレータＳＳでは、光量調節信号Ｌｃに従って、自動あるいは手動で、光量を増加あるいは減少させて光量調節が行われる。光量調節は、絞りの口径の制御や濃度フィルタの使用等、ソーラシミュレータＳＳのスペクトル分布を変化させない方法で行われることが望ましいが、調節量が大きくなければ、光源として使用されているランプの点灯電圧を制御することでも可能である。
光量調節を手動で行う場合、表示部２７には、補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖではなく、評価値Ｅｖに基づいたソーラシミュレータＳＳの光量を調整するための指標、例えば、「光量増」や「光量減」等の文字による指標や、「△」や「▼」あるいは「↑」や「↓」等の方向を示す記号等の指標を表示して、調整を行うこともできる。さらに、補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖのちに基づいて、「＋５」や「−２」のように、調整の量を示してもよい。
光源評価システム２あるいは光源調整システムＬＣＳでは、ソーラシミュレータＳＳの光量調節が行われた後に、再度ステップＳ３５（分光放射照度測定工程）が実行されてソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、ステップＳ３７（演算工程）で補正係数ｋが演算され、ステップＳ３９で補正係数ｋが（３式）を満たしているか否かが確認される。
ステップＳ３５からＳ４１の動作が、補正係数ｋが（３式）を満たすまで繰り返され、補正係数ｋが（３式）を満たすと（ステップＳ３９；Ｙｅｓ）、ソーラシミュレータＳＳの光量調節が完了したとみなされて、一連の動作が終了される。ここに、ステップＳ３５からＳ４１は、本発明の光量調節工程として機能する。
この状態で、測定対象の太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓ＝基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃとしてよいので、短絡電流Ｉｍｅｓを測定することで、測定対象の太陽電池ＰＶの測定、評価を行えばよい。
上述したように、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、既知の基準太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて短絡電流の補正係数ｋを演算し、補正係数ｋが所定の許容誤差に入るようにソーラシミュレータの光量を調節することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を基準太陽光に合わせこむことのできる光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。
以上に述べたように、本発明によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、自然太陽光に対するソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。
なお、本発明に係る光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
１ 光源評価装置
２ 光源評価システム
１０、２０ 分光放射計
１１、２１ 受光部
１１１ 台板
１１２ 白色反射板
１１３ 受光光学系
１１４ 積分球
１１５ （積分球１１４の）開口部
１１６ （積分球１１４の）出力部
１１７ 光学系
１２ 光ファイバ
１３ 光源評価装置本体
１４、２４ 分光部
１４１、２４１ 分光デバイス
１４２、２４２ 光電変換素子アレイ
１４３、２４３ 増幅部
１４４、２４４ Ａ／Ｄ変換部
１５、２５ 制御部
１５１、２５１ 表示制御部
１５２、２４５ 分光制御部
１５３、２５３ 演算部
１５４、２５４ 記憶制御部
１５５、２５５ 入出力制御部
１６、２６ 記憶部
１７、２７ 表示部
１８、２８ 操作部
１９、２９、２４６ インターフェース（Ｉ／Ｆ）部
２３ 制御装置
２９１、２９３ 接続ケーブル
Ｅｖ （自然太陽光に対するソーラシミュレータＳＳから放射される光の特性を評価するための）評価値
ＬＣＳ 光源調整システム
ＳＳ ソーラシミュレータ
ＳＲ （ソーラシミュレータＳＳから放射された）光
ＳＲＣ （ソーラシミュレータの）光量調節部
Ｌｃ 光量調節信号
Ｉｓｃ （測定対象の太陽電池の基準太陽光下での）短絡電流
Ｉｍｅｓ （測定対象の太陽電池のソーラシミュレータの放射光下での）短絡電流
Ｓ（λ） 基準太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ） 測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ） ソーラシミュレータの分光放射照度
ｋ （測定対象の太陽電池の短絡電流の）補正係数
ｊ （測定対象の太陽電池の短絡電流の）差分値
本発明は、光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法に関し、特に太陽電池の特性を評価するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法に関する。
昨今の環境問題およびエネルギー問題への対応として、太陽電池の開発が盛んで、材料として、従来の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、色素増感型などの多くの種類が、構造としても、従来の単接合から積層型の多接合まで多くの構造が開発されている。
そこで、この太陽電池の光電変換効率を公正に評価するために、国際的に標準化された評価方法の規格が、ＩＥＣ６０７９４やＪＩＳ規格（Ｃ８９０５〜Ｃ８９９１）で定義されている。その規格を要約すると、基準太陽光（ＡＭ１．５の太陽光）と同じ分光スペクトルおよび放射照度を模した光を照明する照明装置（以下、ソーラシミュレータと言う）の照明下で、太陽電池の発電量を測定するようになっている。
しかしながら、基準太陽光と同じ分光スペクトルおよび放射照度を有するソーラシミュレータを個々の検査機関や企業で保持、運用するのは無理がある。そこで、実際には、測定対象の太陽電池と同じ分光感度特性を持つ基準セルを作成し、公的機関（例えば、日本では産業技術総合研究所）が保有する基準太陽光に限りなく近い特性を持つ高近似シミュレータを用いて、作成した基準セルを校正する。個々の検査機関や企業では、校正された基準セルを用いて、保持、運用するソーラシミュレータの光量を調整して測定対象の太陽電池の測定を行っている。
この方法では、基準セルは測定対象の太陽電池と同じ分光感度を持つことが必要であり、新しい種類の太陽電池が開発される度に、作製した新しい太陽電池の中から標準的な分光感度を持つものを選び出して新しい基準セルとし、これを公的機関で校正する必要があり、この手間と費用は非常に大きい。
また、特に薄膜積層型の太陽電池では、入射光のスペクトルによって、出力特性が大きく変化するため、ソーラシミュレータにも、高い分光スペクトルの一致度が要求される。
そこで、例えば特許文献１には、薄膜積層型の太陽電池を構成する各要素セルのスペクトル依存性を反映させて作製された複数の基準セル（実際には、測定対象の太陽電池とは異なる種類の太陽電池を用いて作製される疑似セルである）を用いて、ソーラシミュレータの分光放射照度スペクトルを調整することで、分光スペクトルの一致度の高いソーラシミュレータを用いなくても、薄膜積層型の太陽電池の評価を行うことができる方法が示されている。
特開２００６−１４７７５５号公報
しかしながら、特許文献１の方法では、基準セル（疑似セル）の作製にあたり、各要素セルのスペクトル依存性を反映させるために意図的に半導体層の厚みを変化させたり、ガラスフィルタを貼り合わせたりしており、基準セル（疑似セル）の作製に非常に大きな手間と費用を要する。これらの問題点は、ハードウェアとしての基準セル（疑似セル）を作製することに起因している。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することを目的とする。
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
本発明の一態様にかかる光源評価装置は、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価装置であって、前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射計と、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶部と、前記分光放射計で測定された前記ソーラシミュレータから放射される光の前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、前記自然太陽光に対する前記ソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算する演算部とを備えたことを特徴とする。
また、他の一態様では、上述の光源評価装置において、前記演算部は、前記評価値として、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池における短絡電流の補正係数ｋの演算を行うことを特徴とする。
ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
である。
また、他の一態様では、上述の光源評価装置において、前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節することを特徴とする。
ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
また、他の一態様では、これら上述の光源評価装置において、前記光源評価装置は、さらに表示部を備え、前記評価値、または前記評価値に基づいた前記ソーラシミュレータの光量を調節する指標を表示することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様にかかる光源評価システムは、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価システムであって、前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射計と、前記分光放射計とは別体に設けられた制御装置とを備え、前記制御装置は、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶部と、前記分光放射計で測定された前記ソーラシミュレータから放射される光の前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、前記自然太陽光に対する前記ソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算する演算部とを備えたことを特徴とする。
また、他の一態様では、上述の光源評価システムにおいて、前記演算部は、前記評価値として、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池における短絡電流の補正係数ｋの演算を行うことを特徴とする。
ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
である。
また、他の一態様では、上述の光源評価システムにおいて、前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、前記制御装置は、前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節することを特徴とする。
ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
また、本発明の他の一態様にかかる光源調整システムは、これら上述の何れかの光源評価システムと、光量を調節する光量調節部を備えたソーラシミュレータとを備えた光源調整システムであって、前記制御装置は、前記ソーラシミュレータに対して、前記評価値に基づいて光量調節信号を生成して出力することを特徴とする。
また、本発明の他の一態様にかかる光源評価方法は、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価方法であって、記憶部に、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶工程と、分光放射計で、前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射照度測定工程と、演算部で、前記分光放射計で測定された前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池における短絡電流の補正係数ｋの演算を行う演算工程とを備えたことを特徴とする。
ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
である。
また、他の一態様では、上述の光源評価方法において、前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節する光量調節工程をさらに備えたことを特徴とする。
ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
本発明によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、自然太陽光に対するソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。
光源評価装置の第１の実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。 光源評価装置の第１の実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。 光源評価装置の第１の実施の形態の構成の他の例を示す外観模式図である。 光源評価装置の第１の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。 光源評価装置の第２の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。 光源評価システムの実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。 光源評価システムの実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。 光源評価システムの実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。 基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）を示すグラフである。
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
最初に、本発明における光源評価装置の第１の実施の形態について、図１および図２を用いて説明する、図１は、本発明における光源評価装置の第１の実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。また、図２は、光源評価装置の第１の実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。
図１において、光源評価装置１は、受光部１１、光ファイバ１２および光源評価装置本体１３等で構成される。受光部１１は、台板１１１、白色反射板１１２および受光光学系１１３等で構成され、ソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲを台板１１１上の白色反射板１１２で反射し、反射された光ＳＲを受光光学系１１３で集光して光ファイバ１２を介して光源評価装置本体１３内に導く。
光源評価装置本体１３には、表示部１７、操作部１８およびインターフェース部（以下、Ｉ／Ｆ部と言う）１９等が設けられている。詳細は図２で説明する。
図２において、光源評価装置１は、受光部１１、光ファイバ１２および光源評価装置本体１３等で構成される。光源評価装置本体１３は、分光部１４、制御部１５、記憶部１６、表示部１７、操作部１８およびＩ／Ｆ部１９等で構成されている。
分光部１４は、分光デバイス１４１、光電変換素子アレイ１４２、増幅部１４３およびＡ／Ｄ変換部１４４等で構成されている。分光デバイス１４１は、回折格子やプリズム、スリット等を用いて、入射光を波長毎に分光する素子である。光電変換素子アレイ１４２は、フォトダイオードアレイやＣＣＤ型撮像素子等を用いて、分光デバイス１４１で分光された入射光を光電変換する素子である。
ソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲは、受光部１１で集光され、光ファイバ１２を介して光源評価装置本体１３内の分光部１４に導かれ、分光デバイス１４１で波長毎に分光され、光電変換素子アレイ１４２で波長毎に光電変換され、増幅部１４３で波長毎に増幅され、Ａ／Ｄ変換部１４４で波長毎にデジタルデータ化される。受光部１１、光ファイバ１２および分光部１４は分光放射計１０を構成する。
制御部１５は、表示制御部１５１、分光制御部１５２、演算部１５３、記憶制御部１５４および入出力制御部１５５等で構成されている。
表示制御部１５１は、表示部１７への表示を制御する。分光制御部１５２は、分光部１４を含む分光放射計１０の動作を制御する。演算部１５３は、自然太陽光（ここでは、基準太陽光）に対するソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲの特性の評価値Ｅｖの一例である、後述する測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋを演算する。記憶制御部１５４は、記憶部１６への記憶動作および記憶部１６に記憶されたデータの読出動作を制御する。入出力制御部１５５は、操作部１８からの入力およびＩ／Ｆ部１９を介した外部との入出力を制御する。
実際には、制御部１５は例えばＣＰＵとＲＯＭおよびＲＡＭ等で構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭ上に展開し、展開されたプログラムに従って、上述した各部の機能を果たす。ＲＯＭを書き換え可能な素子（ＰＲＯＭ）としておけば、プログラムの更新も可能である。
記憶部１６には、後述する基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）および測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋ等を記憶するための領域が設けられている。
表示部１７は、例えば液晶等の表示部材等で構成され、表示制御部１５１の制御に従って、例えば、操作部１８からの入力内容、記憶部１６に記憶された分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）、分光部１４で測定された分光放射照度Ｌ（λ）、演算部１５３で演算された補正係数ｋ等を表示する。
操作部１８は、例えば、光源評価装置１での分光動作や、補正係数ｋの演算動作、あるいはＩ／Ｆ部１９を介した外部との入出力動作等を指示するための入力部である。
Ｉ／Ｆ部１９は、外部とのプログラムやデータの入出力を行うインターフェースであり、例えば、分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）の入力、補正係数ｋの出力、制御部１５の動作を規定するプログラムの入力等を行う。
なお、第１の実施の形態および後述する第２の実施の形態で言う外部とは、光源評価装置１とプログラムやデータのやりとりを行う装置あるいはシステムであり、例えば、ソーラシミュレータＳＳの動作を制御する装置や、ソーラシミュレータＳＳや光源評価装置１を含み、太陽電池ＰＶの特性の測定や評価を行う装置あるいはシステム等のことである。
ここで、光源評価装置の第１の実施の形態の構成の他の例について、図３を用いて説明する。図３は、光源評価装置の第１の実施の形態の構成の他の例を示す外観模式図である。図３に示す第１の実施の形態の他の例は、図１では別体となっていた受光部１１を光源評価装置本体１３と一体化した所謂オールインワンタイプの装置である。
図３において、光源評価装置１は、光源評価装置本体１３に一体に組み込まれた受光部１１、表示部１７、操作部１８、Ｉ／Ｆ部１９および図示しない分光部１４、制御部１５、記憶部１６等で構成される。
受光部１１は、第１の実施の形態と同様に白色反射板および受光光学系等で構成されていてもよいが、ここでは、ソーラシミュレータＳＳからの光ＳＲを、開口部１１５を介して積分球１１４に取り込み、積分球１１４の出力部１１６から出力される光をレンズ等の光学系１１７を介して分光デバイス１４１に導く構成を例示している。
その他の光源評価装置１を構成する各部については、図１および図２に示した各部と同じであるので、説明は省略する。
次に、光源評価装置の第１の実施の形態の光源評価方法について、図４を用いて説明する。図４は、光源評価装置の第１の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。
図４において、ステップＳ１１で、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）が、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部から読み込まれ、記憶部１６に記憶されるとともに、演算部１５３に読み込まれる。基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、国際的に統一された規格として規定されている既知のデータであり、予め外部に記憶されている。基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、予め記憶部１６に記憶させておいてもよい。
図９に、基準太陽光（ＡＭ１．５）の分光放射照度Ｓ（λ）のグラフを、大気圏外の太陽光（ＡＭ０）の分光放射照度Ｓ（λ）とともに示す。本発明では、図９に示した基準太陽光（ＡＭ１．５）、大気圏外の太陽光（ＡＭ０）および地表に垂直入射する太陽光（ＡＭ１．０）等を含む全ての太陽光を総称して、自然太陽光と呼ぶことにする。
ステップＳ１３で、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）が、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部から読み込まれ、記憶部１６に記憶されるとともに、演算部１５３に読み込まれる。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、分光器を用いて、別途、予め測定されたデータであり、予め外部に記憶されている。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、予め記憶部１６に記憶させておいてもよい。ここに、ステップＳ１１およびＳ１３は、本発明における記憶工程として機能する。
ステップＳ１５（分光放射照度測定工程）で、光源評価装置１の分光放射計１０を用いて、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、演算部１５３に読み込まれるとともに、必要に応じて記憶部１６に記憶される。
ステップＳ１７（演算工程）で、演算部１５３によって、上述した基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）から、下記の（１式）に従って、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが演算され、必要に応じて記憶部１６に記憶される。ここに、
ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
である。ただし、補正係数ｋの分子は基準太陽光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値であり、分母はソーラシミュレータＳＳ光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値である。
ステップＳ１９で、ステップＳ１７で演算された測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが、必要に応じて、表示部１７に表示され、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部に出力され、一連の動作が終了される。
測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めるには、上述したソーラシミュレータＳＳの放射光下で、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｍｅｓを測定し、下記の（２式）に従って、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを演算すればよい。ここに、
Ｉｓｃ＝ｋ×Ｉｍｅｓ・・・（２式）
である。
（２式）から分かるように、補正係数ｋは、基準太陽光下での短絡電流ＩｓｃとソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとを結びつける係数であり、このことから、補正係数ｋは、基準太陽光に対するソーラシミュレータＳＳから放射される光の特性の評価値Ｅｖの一例である。
ここで、基準太陽光に対するソーラシミュレータＳＳから放射される光の特性の評価値Ｅｖの、上述した補正係数ｋ以外の例について説明する。
例えば、評価値Ｅｖの他の例として、補正係数ｋの分子と分母との差である差分値ｊを考える。ここに、
ｊ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝−｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
である。
つまり、差分値ｊは、基準太陽光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値と、ソーラシミュレータＳＳ光下での測定対象の太陽電池ＰＶの単位面積当たりの換算短絡電流値との差であり、差分値ｊを０（ゼロ）に近づけることで、ソーラシミュレータＳＳから放射される光を基準太陽光に近づけることができる。
上述したように、光源評価装置の第１の実施の形態によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、既知の基準太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて（１式）で示される短絡電流の補正係数ｋを演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置および光源評価方法を提供することができる。
さらに、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）を基準太陽光（ＡＭ１．５）以外の自然太陽光、例えば図９に示した大気圏外の太陽光（ＡＭ０）の分光放射照度Ｓ（λ）に入れ替えれば、大気圏外の太陽光（ＡＭ０）の分光放射照度Ｓ（λ）と、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）と、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）とから、測定対象の太陽電池ＰＶを、例えば宇宙ステーションで使用する場合の短絡電流Ｉｓｃを、演算によって求めることができる。大気圏外の太陽光を模したソーラシミュレータＳＳを作製したり、測定対象の太陽電池を大気圏外に持ち出して測定したりする必要はない。
同様に、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）を、地表に垂直入射する太陽光（ＡＭ１．０）の分光放射照度Ｓ（λ）に入れ替えれば、黄道直下での測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｓｃを、演算によって求めることができる。
また、例えば新しく開発された太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めたければ、新しく開発された太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）を測定して（１式）の分光感度Ｐ（λ）と入れ替え、新しく開発された太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓを測定するだけで、（１式）および（２式）から短絡電流Ｉｓｃを求めることができる。太陽電池ＰＶが新しく開発される度に、新しい太陽電池ＰＶの特性に合わせた基準セルや擬似セルを作成する必要はない。
次に、光源評価装置の第２の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、光源評価装置の第２の実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。第２の実施の形態の構成は、第１の実施の形態と同じである。
図４に示した第１の実施の形態の光源評価方法では、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋを求めて出力したが、測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めるためには、上述したように、別途、ソーラシミュレータＳＳの放射光下で測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流Ｉｍｅｓを測定し、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを演算する必要がある。そこで、第２の実施の形態では、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを求めるまでを光源評価装置１で行う。
図５において、ステップＳ１１からＳ１７までは、図４と同じであるので、説明は省略する。
ステップＳ２１において、電流計等を用いて、測定対象の太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓが測定され、測定された短絡電流Ｉｍｅｓが、Ｉ／Ｆ部１９を介して演算部１５３に読み込まれるとともに、必要に応じて記憶部１６に記憶される。
ステップＳ２３において、ステップＳ１７で演算された補正係数ｋと、ステップＳ２１で測定された測定対象の太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとから、上述した（２式）に従って、基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃが演算される。
ステップＳ２５で、ステップＳ２３で演算された測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃが、必要に応じて、表示部１７に表示され、Ｉ／Ｆ部１９を介して外部に出力され、一連の動作が終了される。
上述したように、光源評価装置の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加えて、（２式）で示される測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃを演算することで、測定対象の太陽電池ＰＶの評価も行うことのできる光源評価装置および光源評価方法を提供することができる。
次に、本発明における光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態について、図６および図７を用いて説明する、図６は、本発明における光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の構成の一例を示す外観模式図である。また、図７は、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の内部構成の一例を示すブロック図である。
図６において、光源評価システム２は、分光放射計２０および制御装置２３等で構成される。また、光源調整システムＬＣＳは、光源評価システム２と、光量調節部ＳＲＣを備えたソーラシミュレータＳＳ等とで構成される。
分光放射計２０は、受光部２１およびＩ／Ｆ部２４６等を備え、図７で後述する制御装置２３のＩ／Ｆ部２９と接続ケーブル２９１で接続されている。ソーラシミュレータＳＳから放射される光ＳＲは、受光部２１で受光されて、分光放射計２０内で分光され、分光の結果は、Ｉ／Ｆ部２４６および接続ケーブル２９１を介して制御装置２３に送信される。
制御装置２３は、例えばパーソナルコンピュータＰＣ等で構成され、表示部２７としてのモニタや、操作部２８としてのキーボード等を備えている。制御装置２３と分光放射計２０とは、接続ケーブル２９１で接続されている。同様に、制御装置２３は、ソーラシミュレータＳＳとも接続ケーブル２９３で接続されている。ソーラシミュレータＳＳは、光ＳＲの光量を調節する光量調節部ＳＲＣを備えており、後述するように、制御装置２３からの光量調節信号Ｌｃに従って、光量調節部ＳＲＣによって、ソーラシミュレータＳＳから放射される光ＳＲの光量が調節される。
図７において、光源評価システム２は、分光放射計２０および制御装置２３等で構成される。また、光源調整システムＬＣＳは、光源評価システム２と、光量調節部ＳＲＣを備えたソーラシミュレータＳＳ等とで構成される。
分光放射計２０は、受光部２１および分光部１４等で構成され、分光部１４は、分光デバイス２４１、光電変換素子アレイ２４２、増幅部２４３、Ａ／Ｄ変換部２４４、分光制御部２４５およびＩ／Ｆ部２４６等で構成されている。
受光部２１は、第１の実施の形態と同様に白色反射板および受光光学系等で構成されていてもよいし、第１の実施の形態の他の例と同様に、ソーラシミュレータＳＳからの光ＳＲを開口部１１５を介して積分球１１４に取り込み、積分球１１４から出力される光をレンズ等の光学系を介して分光デバイス２４１に導く構成でもよい。また、例えば、ソーラシミュレータＳＳからの光ＳＲをレンズ等の光学系により分光デバイス２４１に導く構成等、従来から知られている分光放射計の受光部の構成の何れであってもよい。
分光デバイス２４１は、回折格子やプリズム、スリット等を用いて、入射光を波長毎に分光する素子である。光電変換素子アレイ２４２は、フォトダイオードアレイやＣＣＤ型撮像素子等を用いて、分光デバイス２４１で分光された光を光電変換する素子である。
ソーラシミュレータＳＳから放射された光ＳＲは、受光部２１で受光され、分光デバイス２４１で波長毎に分光され、光電変換素子アレイ２４２で波長毎に光電変換され、増幅部２４３で波長毎に増幅され、Ａ／Ｄ変換部２４４で波長毎にデジタルデータ化され、ソーラシミュレータの分光放射照度Ｌ（λ）として、Ｉ／Ｆ部２４６から制御装置２３へと、接続ケーブル２９１を介して出力される。これらの動作は、分光制御部２４５によって制御される。
制御装置２３は、制御部２５、記憶部２６、表示部２７、操作部２８およびＩ／Ｆ部２９等で構成される。制御部２５は、表示制御部２５１、演算部２５３、記憶制御部２５４および入出力制御部２５５等で構成される。
表示制御部２５１は、表示部２７への表示を制御する。演算部２５３は、後述する測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋを演算するとともに、補正係数ｋに基づいて、図８で後述するソーラシミュレータＳＳの光量調節信号Ｌｃを生成する。補正係数ｋの代わりに、上述した差分値ｊを用いてもよい。
記憶制御部２５４は、記憶部２６への記憶動作および記憶部２６に記憶されたデータの読出動作を制御する。入出力制御部２５５は、操作部２８からの入力およびＩ／Ｆ部２９を介した分光放射計２０やソーラシミュレータＳＳおよび外部との入出力を制御する。
記憶部２６には、後述する基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）および測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖ等を記憶するための領域が設けられている。
表示部２７は、表示制御部２５１の制御に従って、例えば、操作部２８からの入力内容、記憶部２６に記憶された分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）、分光放射計２０で測定された分光放射照度Ｌ（λ）、演算部２５３で演算された補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖ等を表示する。
操作部２８は、例えば、分光放射計２０での分光動作や、制御装置２３での補正係数ｋの演算動作、あるいはＩ／Ｆ部２９を介した外部との入出力動作等を指示するための入力部である。
Ｉ／Ｆ部２９は、外部とのプログラムやデータの入出力を行うインターフェースであり、例えば、分光放射照度Ｓ（λ）や分光感度Ｐ（λ）の入力、分光放射計２０からのソーラシミュレータの分光放射照度Ｌ（λ）の入力、図８で後述するソーラシミュレータＳＳの光量調節信号Ｌｃの出力、制御部２５の動作を規定するプログラムの入力等を行う。
実際には、制御装置２３は、例えばパーソナルコンピュータＰＣ等で構成され、表示部２７としてのモニタや、操作部２８としてのキーボード等を備えている。制御部２５は例えばＣＰＵとハードディスク、ＲＯＭおよびＲＡＭ等で構成され、ハードディスク上に記憶されたプログラムをＲＡＭ上に展開し、展開されたプログラムに従って、上述した各部の機能を果たす。ハードディスク上のプログラムを書き換えることで、光源評価システム２の動作の更新も可能である。
なお、光源評価システムの実施の形態で言う外部とは、光源評価システム２とプログラムやデータのやりとりを行う装置あるいはシステムであり、例えば、ソーラシミュレータＳＳの動作を制御する装置や、ソーラシミュレータＳＳや光源評価システム２を含み、太陽電池ＰＶの特性の測定や評価を行う装置あるいはシステム等のことである。
次に、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の光源評価方法について、図８を用いて説明する。図８は、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の光源評価方法を示すフローチャートである。
光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態の光源評価方法は、上述した光源評価装置の第１および第２の実施の形態の光源評価方法と同じであってもよいが、ここでは、従来と同様に、ソーラシミュレータＳＳの光量を調節することで、測定対象の太陽電池ＰＶの、基準太陽光下での短絡電流ＩｓｃとソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとを一致させる光源評価方法を示す。なお、図８に示す光源評価方法を、上述した光源評価装置の第１の実施の形態に適用することも可能である。
図８において、ステップＳ３１で、基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）が、Ｉ／Ｆ部２９を介して外部から読み込まれ、記憶部２６に記憶されるとともに、演算部２５３に読み込まれる。基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、予め記憶部２６に記憶させておいてもよい。
ステップＳ３３で、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）が、Ｉ／Ｆ部２９を介して外部から読み込まれ、記憶部２６に記憶されるとともに、演算部２５３に読み込まれる。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、分光器を用いて、別途、予め測定されたデータであり、予め外部に記憶されている。測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）は、予め記憶部２６に記憶させておいてもよい。ここに、ステップＳ３１およびＳ３３は、本発明における記憶工程として機能する。
ステップＳ３５（分光放射照度測定工程）で、光源評価システム２の分光放射計２０を用いて、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、演算部２５３に読み込まれるとともに、必要に応じて記憶部２６に記憶される。
ステップＳ３７（演算工程）で、演算部２５３によって、上述した基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度Ｐ（λ）、ソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）から、上述した（１式）に従って、測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが演算され、必要に応じて記憶部２６に記憶される。
ステップＳ３９で、ステップＳ３７で演算された測定対象の太陽電池ＰＶの短絡電流の補正係数ｋが、下記の（３式）を満たしているか否かが確認される。ここに、
１−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
α、β：許容誤差
である。
補正係数ｋが（３式）を満たしていない場合（ステップＳ３９；Ｎｏ）、測定対象の太陽電池ＰＶの基準太陽光下での短絡電流ＩｓｃとソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓとが一致していないとみなされ、ステップＳ４１で、Ｉ／Ｆ部２９と接続ケーブル２９３とを介して、制御装置２３からソーラシミュレータＳＳに、光量の調節を指示する光量調節信号Ｌｃが出力され、ステップＳ３５に戻る。
光量調節信号Ｌｃは、補正係数ｋが１＋βよりも大きい場合には、ソーラシミュレータＳＳの光量を大きくする信号であり、補正係数ｋが１−αよりも小さい場合には、ソーラシミュレータＳＳの光量を小さくする信号である。なお、許容誤差αおよびβは、測定対象の太陽電池ＰＶが遵守すべき規格を満足することができるように、適宜決定されればよい。
ソーラシミュレータＳＳでは、光量調節信号Ｌｃに従って、自動あるいは手動で、光量を増加あるいは減少させて光量調節が行われる。光量調節は、絞りの口径の制御や濃度フィルタの使用等、ソーラシミュレータＳＳのスペクトル分布を変化させない方法で行われることが望ましいが、調節量が大きくなければ、光源として使用されているランプの点灯電圧を制御することでも可能である。
光量調節を手動で行う場合、表示部２７には、補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖではなく、評価値Ｅｖに基づいたソーラシミュレータＳＳの光量を調整するための指標、例えば、「光量増」や「光量減」等の文字による指標や、「△」や「▼」あるいは「↑」や「↓」等の方向を示す記号等の指標を表示して、調整を行うこともできる。さらに、補正係数ｋや差分値ｊ等の評価値Ｅｖのちに基づいて、「＋５」や「−２」のように、調整の量を示してもよい。
光源評価システム２あるいは光源調整システムＬＣＳでは、ソーラシミュレータＳＳの光量調節が行われた後に、再度ステップＳ３５（分光放射照度測定工程）が実行されてソーラシミュレータＳＳの分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、ステップＳ３７（演算工程）で補正係数ｋが演算され、ステップＳ３９で補正係数ｋが（３式）を満たしているか否かが確認される。
ステップＳ３５からＳ４１の動作が、補正係数ｋが（３式）を満たすまで繰り返され、補正係数ｋが（３式）を満たすと（ステップＳ３９；Ｙｅｓ）、ソーラシミュレータＳＳの光量調節が完了したとみなされて、一連の動作が終了される。ここに、ステップＳ３５からＳ４１は、本発明の光量調節工程として機能する。
この状態で、測定対象の太陽電池ＰＶのソーラシミュレータＳＳの放射光下での短絡電流Ｉｍｅｓ＝基準太陽光下での短絡電流Ｉｓｃとしてよいので、短絡電流Ｉｍｅｓを測定することで、測定対象の太陽電池ＰＶの測定、評価を行えばよい。
上述したように、光源評価システムおよび光源調整システムの実施の形態によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、既知の基準太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて短絡電流の補正係数ｋを演算し、補正係数ｋが所定の許容誤差に入るようにソーラシミュレータの光量を調節することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を基準太陽光に合わせこむことのできる光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。
以上に述べたように、本発明によれば、分光放射計で測定されたソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度と、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、自然太陽光に対するソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算することで、測定対象の太陽電池の分光感度に合わせた基準セルや擬似セルを作製することなく、太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価することのできる光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を提供することができる。
なお、本発明に係る光源評価装置、光源評価システム、光源調整システムおよび光源評価方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
１ 光源評価装置
２ 光源評価システム
１０、２０ 分光放射計
１１、２１ 受光部
１１１ 台板
１１２ 白色反射板
１１３ 受光光学系
１１４ 積分球
１１５ （積分球１１４の）開口部
１１６ （積分球１１４の）出力部
１１７ 光学系
１２ 光ファイバ
１３ 光源評価装置本体
１４、２４ 分光部
１４１、２４１ 分光デバイス
１４２、２４２ 光電変換素子アレイ
１４３、２４３ 増幅部
１４４、２４４ Ａ／Ｄ変換部
１５、２５ 制御部
１５１、２５１ 表示制御部
１５２、２４５ 分光制御部
１５３、２５３ 演算部
１５４、２５４ 記憶制御部
１５５、２５５ 入出力制御部
１６、２６ 記憶部
１７、２７ 表示部
１８、２８ 操作部
１９、２９、２４６ インターフェース（Ｉ／Ｆ）部
２３ 制御装置
２９１、２９３ 接続ケーブル
Ｅｖ （自然太陽光に対するソーラシミュレータＳＳから放射される光の特性を評価するための）評価値
ＬＣＳ 光源調整システム
ＳＳ ソーラシミュレータ
ＳＲ （ソーラシミュレータＳＳから放射された）光
ＳＲＣ （ソーラシミュレータの）光量調節部
Ｌｃ 光量調節信号
Ｉｓｃ （測定対象の太陽電池の基準太陽光下での）短絡電流
Ｉｍｅｓ （測定対象の太陽電池のソーラシミュレータの放射光下での）短絡電流
Ｓ（λ） 基準太陽光の分光放射照度
Ｐ（λ） 測定対象の太陽電池の分光感度
Ｌ（λ） ソーラシミュレータの分光放射照度
ｋ （測定対象の太陽電池の短絡電流の）補正係数
ｊ （測定対象の太陽電池の短絡電流の）差分値

Claims (10)

  1. 太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価装置であって、
    前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射計と、
    自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶部と、
    前記分光放射計で測定された前記ソーラシミュレータから放射される光の前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、前記自然太陽光に対する前記ソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算する演算部とを備えたことを特徴とする光源評価装置。
  2. 前記光源評価装置は、さらに表示部を備え、
    前記評価値、または前記評価値に基づいた前記ソーラシミュレータの光量を調節する指標を表示することを特徴とする請求項１に記載の光源評価装置。
  3. 前記演算部は、前記評価値として、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池の短絡電流の補正係数ｋの演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の光源評価装置。
    ここに、
    ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
    Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
    Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
    Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
    である。
  4. 前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、
    前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節することを特徴とする請求項３に記載の光源評価装置。
    ここに、
    １−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
    α、β：許容誤差
    である。
  5. 太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価システムであって、
    前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射計と、
    前記分光放射計とは別体に設けられた制御装置とを備え、
    前記制御装置は、
    自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶部と、
    前記分光放射計で測定された前記ソーラシミュレータから放射される光の前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、前記自然太陽光に対する前記ソーラシミュレータから放射される光の特性の評価値を演算する演算部とを備えたことを特徴とする光源評価システム。
  6. 前記演算部は、前記評価値として、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池の短絡電流の補正係数ｋの演算を行う演算部とを有することを特徴とする請求項５に記載の光源評価システム。
    ここに、
    ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
    Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
    Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
    Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
    である。
  7. 前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、
    前記制御装置は、前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節することを特徴とする請求項６に記載の光源評価システム。
    ここに、
    １−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
    α、β：許容誤差
    である。
  8. 請求項５から７の何れか１項に記載の光源評価システムと、
    光量を調節する光量調節部を備えたソーラシミュレータとを備えた光源調整システムであって、
    前記制御装置は、前記ソーラシミュレータに対して、前記評価値に基づいて光量調節信号を生成して出力することを特徴とする光源調整システム。
  9. 太陽電池の特性を測定するための光源であるソーラシミュレータの特性を評価する光源評価方法であって、
    記憶部に、自然太陽光の分光放射照度と、予め測定された測定対象の太陽電池の分光感度とを記憶する記憶工程と、
    分光放射計で、前記ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度を測定する分光放射照度測定工程と、
    演算部で、前記分光放射計で測定された前記分光放射照度と、前記記憶部に記憶された、前記自然太陽光の分光放射照度と前記測定対象の太陽電池の分光感度とに基づいて、下記の（１式）で示される前記測定対象の太陽電池の短絡電流の補正係数ｋの演算を行う演算工程とを備えたことを特徴とする光源評価方法。
    ここに、
    ｋ＝｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝・・・（１式）
    Ｓ（λ）：自然太陽光の分光放射照度
    Ｐ（λ）：測定対象の太陽電池の分光感度
    Ｌ（λ）：ソーラシミュレータから放射される光の分光放射照度
    である。
  10. 前記ソーラシミュレータは、光量を調節する光量調節部を備え、
    前記補正係数ｋが下記の（３式）を満足するように、前記光量調節部を用いて前記ソーラシミュレータの光量を調節する光量調節工程を備えたことを特徴とする請求項９に記載の光源評価方法。
    ここに、
    １−α≦ｋ≦１＋β・・・（３式）
    α、β：許容誤差
    である。
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