JPWO2011152081A1 - ソーラーシミュレーターおよび太陽電池検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態の太陽電池検査装置100の概略構成を示す斜視図である。本実施形態の太陽電池検査装置100は、ソーラーシミュレーター10と光量制御部20と電気計測部30とを備えている。光量制御部20は、ソーラーシミュレーター10に接続され、ソーラーシミュレーター10内部の光源の配列2によって照射される光28の強度を制御する。また、電気計測部30は、被測定太陽電池200(以下、「太陽電池200」という)に電気的に接続されており、その太陽電池200に電気的な負荷を与えながら電流電圧特性(I−V特性)を測定する。この太陽電池検査装置100は、ソーラーシミュレーター10によって所定の放射照度とされた光28を有効照射域4に位置する太陽電池200の受光面220に対して照射する。この光が照射された状態で電気計測部30によって測定された太陽電池200の電流電圧特性からは、太陽電池200の光電変換特性の数値指標として、例えば開放電圧値、短絡電流値、変換効率、曲線因子などの数値指標が求められる。なお、太陽電池200は、ソーラーシミュレーター10の有効照射域4の少なくとも一部に太陽電池200の受光面220が位置するように配置されている。
ソーラーシミュレーター10の構造についてさらに説明する。図2は、本実施形態の太陽電池検査装置100のソーラーシミュレーター10の概略構成を示す概略断面図(図2(a))と概略平面図(図2(b))である。概略断面図(図2(a))には太陽電池200の配置が模式的に示されている。ソーラーシミュレーター10は、光源の配列(an array of light emitters)2と有効照射域4と反射ミラー6とを備えている。
反射ミラー6は、光源の配列2の範囲24を取り囲むように配置される。反射ミラー6の具体的な配置は典型的には以下のようなものである。まず、光源の配列2は、ある範囲24にわたって平面状に散らばって並んでいる複数の点状光源26を有している。その範囲24とは、点状光源26を含んで広がる面つまり発光面22のうちの点状光源26が並んでいる範囲の平面領域である。ここで、このように配置される光源の配列2の範囲24と有効照射域4とのうち、いずれか一方を上面とし、他方を底面とするような柱状の立体を想定する。反射ミラー6が配置されるのは、その柱状の立体の側面の位置である。例えば、図2に示したように、光源の配列2の範囲24と有効照射域4とがともに同一形状の矩形であれば、光源の配列2の範囲24と有効照射域4と反射ミラー6とが四角柱をなしており、反射ミラー6がその四角柱の側面の位置に配置される。なお、図2に示した典型例において、光源の配列2の範囲24は対応する有効照射域4と同一の形状にされている。また、有効照射域4と光源の配列2の発光面22とは、互いに対して平行を保って離間された面の対をなしていて、反射ミラー6は、有効照射域4と光源の配列の発光面22との両方に対して垂直に向いている。
光源の配列2は、発光面22の範囲24のように平面状に並ぶ複数の点状光源26を備えている。光源の配列2の範囲24は例えば矩形とされていて、その矩形の範囲24においては、点状光源26が縦横に一定のピッチにて並ぶ配列に配置されている。このピッチは、点状光源26のうち最も近接した二つの点状光源の中心の間の距離である。光源の配列2は、図2に示したように、例えば光源ユニット2Aを一つ以上含む集合からなるように構成することも可能である。図2(b)では、同一の構成の光源ユニット2Aが4つ配列されて光源の配列2を構成している。この場合の光源ユニット2Aは、例えば平板状の回路基板(circuit board)に配列された複数の点状光源26を含んでおり、各点状光源26はその回路基板に配置されて支持されている。
図5は、本実施形態のソーラーシミュレーター10の構成を示す拡大断面図であり、図2(a)に示した左下の部分を拡大して示すものである。本実施形態のソーラーシミュレーター10においては反射ミラー6が用いられるため、有効照射域4の周縁部近傍42の放射照度は中央部44に比して低下しにくくなる。有効照射域4における放射照度の均一性をより高めて放射照度の場所むらを低減するには、光源の配列2と反射ミラー6の相対的な配置を適切に設定することが重要である。図5に示したピッチaと距離Lとをどのように設定するかによって、放射照度の場所むらが影響を受けるのである。なお、ピッチaは光源ユニットの点状光源の配列のピッチであり、距離Lは、光源の配列において最もミラー寄りの最外部にある点状光源の中心位置と反射ミラー6の反射面となる面62との間の距離である。以下、ピッチaと距離Lとの関係を特定した具体的な反射ミラー6の配置を、本実施形態の構成を有するソーラーシミュレーター10の実施例に基づいてさらに説明する。
本実施形態のソーラーシミュレーター10のある実施例(実施例1)においては、反射ミラー6がa/2=Lを満たすように配置される。なお、反射ミラー6はいわゆる表面鏡であり、有効照射域4のある内側表面62が反射性を示す面となっている。その反射ミラー6には、発光波長帯域において垂直入射光に対して90%の反射率を示す金属蒸着面を用いた。
現実の反射ミラーには完全な反射すなわち100%の反射率は期待し得ない。反射損失が完全には防ぎきれないためである。そこで、発明者らは、現実の反射ミラーの特性を考慮した上で、有効照射域4における放射照度の一様性をさらに高めるための方策を検討した。特に注目したのは、現実の反射ミラー6において生じる反射損失を補償するような構造が実現可能かどうかである。発明者らは、反射ミラー6の位置をさらに精密に調整することによってそのような補償効果を発揮する構成を見出した。以下、実施例2としてその構成を示す。
上述した第1実施形態は、その利点を維持したまま様々に変形することができる。代表的な変形例を以下説明する。
第1実施形態として上述した実施形態は、ソーラーシミュレーターにおける反射ミラーの構成を別の観点から規定することによって別の実施態様としても把握される。すなわち、第1実施形態のソーラーシミュレーター10において、反射ミラー6が有効照射域4を取り囲むように配置されている点に注目する。反射ミラー6がこのように構成されていることは、ソーラーシミュレーター10が第1実施形態にて上述した効果を奏する理由の一つである。というのは、反射ミラー6のうち、有効照射域4に近い部分つまり図2(b)の上方の部分66は、光源の配列2に近い部分つまり図2(a)の下方の部分64に比べると、有効照射域4の周縁部近傍42の放射照度に対して大きい影響を及ぼすためである。反射ミラー6のうち上方の部分66は、有効照射域4を囲む部分であるため、有効照射域4を取り囲む部分の反射ミラー6も有効照射域4の放射照度の均一化に寄与している。このように、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置することは、放射照度の場所むらを軽減するために有用である。なお、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置する場合であっても、有効照射域の外周を隙間無く完全に反射ミラーが囲むことは必須とはされない。典型的には、図2(a)に示したように、有効照射域4がガラス製の天板48の上面に位置していて、反射ミラー6がその天板48の下面まで延びている構成では、有効照射域4と反射ミラーの上端との間には、天板48の厚みだけの光学的な隙間が存在してしまう。このような隙間が存在する第1実施形態のソーラーシミュレーター10の反射ミラー6であっても、有効照射域4を取り囲むように配置されている例となる。
10 ソーラーシミュレーター
2 光源の配列
2A 光源ユニット
2B 光源の像
20 光量制御部
22 発光面
24 範囲
26、26A 点状光源
28、28A 光
200 太陽電池
220 受光面
30 電気計測部
4 有効照射域
42 周縁部近傍
44 中央部
46 外縁
48 天板
6 反射ミラー
62 面
70 面領域
8 照射面
光源の配列2は、発光面22の範囲24に平面状に並ぶ複数の点状光源26を備えている。光源の配列2の範囲24は例えば矩形とされていて、その矩形の範囲24においては、点状光源26が縦横に一定のピッチにて並ぶ配列に配置されている。このピッチは、点状光源26のうち最も近接した二つの点状光源の中心の間の距離である。光源の配列2は、図2に示したように、例えば光源ユニット2Aを一つ以上含む集合からなるように構成することも可能である。図2(b)では、同一の構成の光源ユニット2Aが4つ配列されて光源の配列2を構成している。この場合の光源ユニット2Aは、例えば平板状の回路基板(circuit board)に配列された複数の点状光源26を含んでおり、各点状光源26はその回路基板に配置されて支持されている。
第1実施形態として上述した実施形態は、ソーラーシミュレーターにおける反射ミラーの構成を別の観点から規定することによって別の実施態様としても把握される。すなわち、第1実施形態のソーラーシミュレーター10において、反射ミラー6が有効照射域4を取り囲むように配置されている点に注目する。反射ミラー6がこのように構成されていることは、ソーラーシミュレーター10が第1実施形態にて上述した効果を奏する理由の一つである。というのは、反射ミラー6のうち、有効照射域4に近い部分つまり図2(a)の上方の部分66は、光源の配列2に近い部分つまり図2(a)の下方の部分64に比べると、有効照射域4の周縁部近傍42の放射照度に対して大きい影響を及ぼすためである。反射ミラー6のうち上方の部分66は、有効照射域4を囲む部分であるため、有効照射域4を取り囲む部分の反射ミラー6も有効照射域4の放射照度の均一化に寄与している。このように、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置することは、放射照度の場所むらを軽減するために有用である。なお、有効照射域を取り囲むように反射ミラーを配置する場合であっても、有効照射域の外周を隙間無く完全に反射ミラーが囲むことは必須とはされない。典型的には、図2(a)に示したように、有効照射域4がガラス製の天板48の上面に位置していて、反射ミラー6がその天板48の下面まで延びている構成では、有効照射域4と反射ミラーの上端との間には、天板48の厚みだけの光学的な隙間が存在してしまう。このような隙間が存在する第1実施形態のソーラーシミュレーター10の反射ミラー6であっても、有効照射域4を取り囲むように配置されている例となる。
Claims (9)
- ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、
該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、
該光源の配列における前記範囲を取り囲むように配置される反射ミラーと
を備える
ソーラーシミュレーター。 - ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、
該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、
該有効照射域を取り囲むように配置される反射ミラーと
を備える
ソーラーシミュレーター。 - ある範囲に平面状に並ぶ複数の点状光源を有する光源の配列と、
該光源の配列において点状光源が並ぶ面から離間して配置され、該光源の配列からの光を受け、少なくとも一部に検査対象の太陽電池の受光面が配置される有効照射域と、
該光源の配列から該有効照射域に向かう光が横切る面領域を取り囲むように配置される反射ミラーと
を備える
ソーラーシミュレーター。 - 前記点状光源が前記範囲において一定のピッチにて並んでおり、
前記点状光源のうち前記範囲の最外部に位置する点状光源の中心位置と前記反射ミラーの光反射面との間の距離が前記点状光源の前記ピッチの半分にされている
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソーラーシミュレーター。 - 前記点状光源が前記範囲において一定のピッチにて並んでおり、
前記点状光源のうち前記範囲の最外部に位置する点状光源と前記反射ミラーの光反射面との間の距離が、最外部に位置する各点状光源自体の幅の半分より大きく、前記点状光源の前記ピッチの半分よりも小さくされている
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソーラーシミュレーター。 - 前記点状光源が、単色の発光ダイオード、または、蛍光体と単色発光のチップとが一体化された発光ダイオードである
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソーラーシミュレーター。 - 前記点状光源が、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはメタルハライドランプである
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソーラーシミュレーター。 - 前記点状光源が、同一の発光態様の光源のみからなる
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソーラーシミュレーター。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のソーラーシミュレーターと、
該ソーラーシミュレーターに接続され、該ソーラーシミュレーターの前記光源の配列によって照射される光の量を制御する光量制御部と、
該ソーラーシミュレーターの前記有効照射域の少なくとも一部に受光面が配置される検査対象の太陽電池に電気的に接続され、電気的な負荷を与えながら該太陽電池の光電変換特性を測定する電気計測部と
を備える
太陽電池検査装置。
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