WO2010058649A1 - 太陽電池評価装置および太陽電池評価方法 - Google Patents

太陽電池評価装置および太陽電池評価方法 Download PDF

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light
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宜弘 西川
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コニカミノルタセンシング株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/68—Testing of releasable connections, e.g. of terminals mounted on a printed circuit board
    • G01R31/69—Testing of releasable connections, e.g. of terminals mounted on a printed circuit board of terminals at the end of a cable or a wire harness; of plugs; of sockets, e.g. wall sockets or power sockets in appliances
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for evaluating a solar cell.
  • the Air Mass 1.5 sunlight is sunlight when light (AM0) from outside the atmosphere enters at an angle of 42 degrees with respect to the ground surface, as shown in FIG.
  • AM0 light
  • FIG. 1 The Air Mass 1.5 sunlight is sunlight when light (AM0) from outside the atmosphere enters at an angle of 42 degrees with respect to the ground surface, as shown in FIG.
  • Patent Document 1 light from each light source is selectively transmitted / reflected by a wavelength-dependent mirror to a plurality of light sources (xenon light source and halogen light source) that emit light in different wavelength ranges,
  • a solar simulator configured to generate light having a spectrum similar to sunlight from ultraviolet to infrared by combining the transmitted / reflected light has been proposed.
  • the solar simulator has a built-in relative illuminance sensor, and the power generation amount due to the fluctuation of the light source is calibrated based on the detection result.
  • Patent Document 2 in order to correct the fluctuation in the amount of light of the solar simulator, the irradiance of the light source is measured, and the response characteristic of the illuminance measurement sensor is matched with the response characteristic of the solar cell itself. Light intensity fluctuation has been canceled.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are both calibration methods using a single solar simulator.
  • the solar simulator has machine differences between manufacturers and the same manufacturer. Even if each of the solar simulators satisfies the above-mentioned characteristics, the power generation amount differs when measured with different solar simulators.
  • a battery evaluation apparatus and method is provided.
  • the spectral response P ( ⁇ ) in the solar cell to be measured is measured in advance, and the spectral irradiance L ( ⁇ ) of the illumination light is evaluated when evaluating the solar cell. Is measured, and the generated power EL of the solar cell with the illumination light is measured, and the measured generated power EL of the solar cell is irradiated with the irradiation light of the spectral irradiance S ( ⁇ ) by the reference sunlight. In this case, it is converted into generated power ES generated by the solar cell. For this reason, since the solar cell evaluation apparatus and measurement method according to the present invention perform calibration in software, even if the type of solar cell changes, calibration can be performed easily and without cost.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solar cell evaluation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a conventional solar simulator (illumination light source) 3 that generates light simulating the reference sunlight defined in the JIS standard (C8912) and irradiates the solar cell 2 to be measured
  • the spectral radiation meter 4 that can capture the light irradiated by the solar simulator 3 and monitors its spectral spectrum and irradiance, and the power for measuring the power generated by the solar cell 2 by the light irradiated from the solar simulator 3 It comprises a total of 5 and a control unit 6 that is a calculation means.
  • the spectral irradiance L ( ⁇ ) of the solar simulator (illumination light source) 3 is the standard defined in the JIS standard (C8912) as in the past. Rather than trying to match the spectral irradiance S ( ⁇ ) of sunlight under the irradiance of 1000 W / m 2 with hardware with an error of 0, the error and the light quantity fluctuation of the solar simulator 3 are spectrally radiated. A total of 4 monitors sequentially, and the controller 6 calibrates with software. There are cases where the illumination light source alone is a solar simulator and cases where the entire system including the solar battery power generation amount measurement system is a solar simulator. In this embodiment, the former is used. .
  • a mirror 7 is interposed in the optical path from the solar simulator (illumination light source) 3 to the solar cell 2, and the mirror 7 reflects a part of the light irradiated by the solar simulator 3 (for example, passes 99%). 1% is reflected) and incident on the spectral radiometer 4, and the spectral spectrum and irradiance, that is, the spectral irradiance L ( ⁇ ) are monitored. Data of the spectral irradiance L ( ⁇ ) thus obtained is input to the control unit 6.
  • data of the spectral irradiance S ( ⁇ ) shown in FIG. 6 by the reference sunlight is also input to the control unit 6 via the recording medium 8 or the like.
  • the spectral response P ( ⁇ ) is measured in advance by the spectral response measuring instrument 9, and the measurement result is sent to the control via the recording medium 10 or the like. Input to unit 6.
  • the control unit 6 determines that the solar cell 2 having the spectral response P ( ⁇ ) is from the solar simulator 3.
  • the amount of power generated by the illumination light having the spectral irradiance L ( ⁇ ) is converted into the spectral irradiance S ( ⁇ ), that is, the generated power under the irradiance of 1000 W / m 2 of the reference sunlight. To do.
  • the conversion procedure is as follows.
  • the spectral response of the solar cell 2 measured in advance as described above is P ( ⁇ )
  • the spectral irradiance of the irradiation light of the solar simulator 3 actually measured by the spectroradiometer 4 is L ( ⁇ ).
  • the spectral irradiance of the reference sunlight given as numerical data is S ( ⁇ )
  • the value based on the conversion coefficient of the solar cell 2 is k
  • the measurement result of the wattmeter 5 is EL
  • the generated power under the irradiance of 1000 W / m 2 of the reference sunlight can be obtained as described above.
  • the spectral sensitivity (spectral responsivity P ( ⁇ )) of a solar cell is determined by the material, but the amount of power generation and the like varies due to variations in film thickness and the like.
  • the value k based on the conversion coefficient is Change.
  • the conversion result of the generated power under the reference sunlight does not include the value k, and the influence due to such manufacturing variations can be eliminated.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the estimation operation of the power generation amount ES under the reference sunlight as described above.
  • the solar simulator (illumination light source) 3 is turned on to start illumination.
  • the power generation amount EL of the solar cell 2 is measured by the wattmeter, and in parallel in step S3, the solar simulator 2 is operated by the spectroradiometer 4.
  • the spectral irradiance L ( ⁇ ) of the irradiation light 3 is measured.
  • step S11 the spectral response P ( ⁇ ) of the solar cell 2 is measured by the spectral response measuring device 9, and the measurement result is the control unit 6 together with the spectral irradiance S ( ⁇ ) of the reference sunlight.
  • step S4 the above calculation is performed based on the spectral irradiance L ( ⁇ ) of the irradiation light, and in step S5, the power generation amount ES under reference sunlight is obtained.
  • the spectral irradiance S ( ⁇ ) of the reference sunlight is that on the ground surface (AM1.5), but by changing the data of the spectral irradiance S ( ⁇ ), the control unit 6
  • the amount of power generation in the universe (AM0) or any area can also be calculated. That is, in JIS / IEC, the measurement with the reference sunlight is required, but the spectral irradiance of sunlight changes depending on the installation location of the solar cell 2.
  • the conventional solar simulator when obtaining the amount of power generation under a spectral irradiance different from that of the ground surface, it is necessary to measure using a solar simulator having a spectral irradiance suitable for each region and time.
  • the effect equivalent to having changed illumination light freely can be acquired only by changing the data of the spectral irradiance S ((lambda)) of reference
  • standard sunlight as mentioned above.
  • the spectral irradiance at the ground surface (AM1.5) in the temperate region and the spectral irradiance at the universe (AM0) are greatly different as shown in FIG.
  • this can be dealt with by software processing only by changing the data of the spectral irradiance S ( ⁇ ) of the reference sunlight.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a solar cell evaluation apparatus 21 according to another embodiment of the present invention.
  • This solar cell evaluation device 21 is similar to the above-described solar cell evaluation device 1, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • a spectral light source 23 capable of performing bright line irradiation on the solar cell 2 to be measured is incorporated.
  • the control part 26 which is a calculation means takes in the measurement result of the wattmeter 5 by the said bright line irradiation from the said spectral light source 23 as the said spectral response degree P ((lambda)) of the solar cell 2.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solar cell evaluation apparatus 21 according to another embodiment of the present invention.
  • This solar cell evaluation device 21 is similar to the above-described solar cell evaluation device 1, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the first measurement method is to perform monochromatic light irradiation (monochromatic light having a half width of 5 nm or less and sequentially irradiating light having a wavelength pitch of each monochromatic light of 25 nm), and the amount of power generated by the solar cell 2 is thereby obtained. Are obtained sequentially.
  • the second measurement method is to obtain the power generation amount of the solar cell 2 by performing the monochromatic light irradiation while irradiating the reference sunlight (white bias) from the illumination light source (solar simulator) 3. That is, the second measurement method is to maintain the solar cell 2 in the operating state by the white bias.
  • control part 26 takes in the measurement result of the wattmeter 5 by the said bright line irradiation as the said spectral response degree P ((lambda)), and like the above-mentioned solar cell evaluation apparatus 1, it is a solar cell in advance. It is possible to eliminate the need to measure the spectral response P ( ⁇ ) of 2.
  • a solar cell evaluation apparatus for evaluating a solar cell includes an illumination unit that irradiates a solar cell to be measured as illumination light with light simulating a predetermined reference sunlight, and a spectral spectrum of the illumination light And a spectral irradiance measuring unit that measures the spectral irradiance L ( ⁇ ) by monitoring the irradiance, a power measuring unit that measures the generated power of the solar cell by the illumination light, and a spectral response measured in advance
  • the generated electric power EL of the solar cell measured by the power measuring unit is converted into the spectral irradiance S ( ⁇ ) of the reference sunlight.
  • a calculation unit that converts the generated electric power ES generated by the solar cell when irradiated with irradiation light.
  • a solar cell evaluation method for evaluating a solar cell includes a step of obtaining a spectral response P ( ⁇ ) of the solar cell, and light simulating a predetermined reference sunlight. And measuring the spectral irradiance L ( ⁇ ) from the spectral spectrum and irradiance of the light generated as illumination light, irradiating the solar cell with the illumination light, and measuring the generated power EL of the solar cell.
  • the spectral irradiance L ( ⁇ ) of the solar simulator is the spectral irradiance under the irradiance of 1000 W / m 2 of the reference sunlight defined by the JIS standard.
  • the errors and the light amount fluctuation of the solar simulator are successively monitored and calibrated in software. That is, for example, the spectral response P ( ⁇ ) of the solar cell is measured in advance by a spectral response measuring instrument that measures the spectral response, and the solar cell is irradiated with illumination light having the spectral irradiance L ( ⁇ ).
  • the power generated by the solar cell is measured, and the measurement result is converted into the spectral irradiance S ( ⁇ ), that is, the generated power under the irradiance of 1000 W / m 2 of reference sunlight.
  • the spectral irradiance S ( ⁇ ) by giving numerical data of an arbitrary light source, for example, a D65 light source, to the spectral irradiance S ( ⁇ ), it is possible to calculate the amount of power generated when the solar cell is used with the arbitrary light source.
  • the spectral irradiance S ( ⁇ ) of the reference sunlight is on the ground surface (AM1.5), but the power generation amount in the universe (AM0) or any region can also be calculated.
  • spectral irradiance L ( ⁇ ), spectral irradiance S ( ⁇ ), and spectral response P ( ⁇ ) with respect to JIS standard (C8910) are ⁇ m ( ⁇ ), ⁇ s ( ⁇ ) and Q ( It shall be read as ⁇ ).
  • the generated electric power under the irradiance of 1000 W / m ⁇ 2 > of standard sunlight can be calculated
  • the spectral sensitivity (spectral responsivity P ( ⁇ )) of a solar cell is determined depending on the material, but the amount of power generation and the like is subject to manufacturing variations due to variations in film thickness and the like. Changes.
  • the conversion result k of the generated power under the reference sunlight does not include the conversion coefficient k, and the influence due to such manufacturing variations can be eliminated.
  • the solar cell evaluation device further includes a spectral light source capable of performing bright line irradiation on the solar cell to be measured, and the calculation unit is provided in the solar cell.
  • the measurement result measured by the power measuring unit is set as the spectral response P ( ⁇ ) of the solar cell.
  • the spectral light source which can perform a bright line irradiation with respect to the solar cell of a measuring object is provided, and a half value width is 5 nm or less from the spectral light source as prescribed
  • the monochromatic light, the wavelength pitch of each monochromatic light being sequentially irradiated with light of 25 nm, and the measurement result of the generated power measured by the power measuring unit thereby is taken as the spectral response P ( ⁇ ) of the solar cell.
  • the spectral response P ( ⁇ ) of the solar cell By taking in the calculation unit, it is possible to eliminate the need to measure the spectral response P ( ⁇ ) in advance.
  • a solar cell evaluation apparatus and a solar cell evaluation method for evaluating a solar cell can be provided.

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Abstract

　太陽電池評価装置１では、測定対象の太陽電池２における分光応答度Ｐ（λ）が予め測定され、太陽電池２の評価の際には、照明光の分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、その照明光での太陽電池２の発電電力ＥＬが測定され、そして、この測定された太陽電池２の発電電力ＥＬが基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）の照射光を照射した場合に太陽電池２で発電される発電電力ＥＳに変換される。このため、太陽電池評価装置１は、ソフトウェア的に校正を行うので、太陽電池の種類が変わっても、簡単にかつ費用をかけずに校正することができる。

Description

太陽電池評価装置および太陽電池評価方法
　本発明は、太陽電池を評価するための装置および方法に関する。
　太陽電池は、近年広く普及し、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、単結晶シリコンだけでなく、アモルファスシリコン、薄膜シリコン、有機化合物などの多くの種類が開発されている。そのため、この太陽電池の光電変換効率を公正に評価するために、その評価方法が、ＩＥＣ６０７９４やＪＩＳ規格（Ｃ８９０５～Ｃ８９９１）で定義されている。この規格を要約すると、Ａｉｒ　Ｍａｓｓ１．５の太陽光（以下、「基準太陽光」と呼称する）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」と呼称する）を用いて太陽電池の発電量を測定することで、太陽電池の性能が評価される。図６には、前記基準太陽光の分光スペクトルおよび放射照度（以下、「分光放射照度Ｓ（λ）」と呼称する）が示されている。
　前記Ａｉｒ　Ｍａｓｓ１．５の太陽光とは、図７に示すように、大気圏外からの光（ＡＭ０）が、地表面に対して４２度の角度で入射する場合の太陽光である。このＡＭ０の光が大気を通過することで、散乱や吸収が起り、後述の図４に示すように、分光スペクトル、波長分布および放射照度が変化する。
　そして、発電量は、直流で出力される電流および電圧の値を測定すれば測定することができるので、所定の測定精度を得ることができる。しかしながら、発電量の測定に必要な擬似の太陽光を生成することが難しく、前記ソーラシミュレータに要求される仕様は、前記ＪＩＳ規格の中でも、Ｃ８９１２で定義されている。それによる主な要求事項は、以下の通りである。
　・放射照度を所定の値（１，０００±５０Ｗ／ｍ２）にすること
　・照度ムラを所定の値内にすること
　・分光放射照度を所定の値内にすること
　・放射照度の時間変動を所定の値内にすること
　・照明光は平行光であること
　そこで、特許文献１には、相互に異なる波長範囲の光を発する複数の光源（キセノン光源とハロゲン光源）に、各光源からの光を選択的に波長依存性を有する鏡で透過／反射させ、その透過／反射光を合成することで、紫外から赤外まで、太陽光に類似のスペクトルを有する光を発生するように構成したソーラシミュレータが提案されている。
　また、山下電装社製の品番ＹＳＳ－５０Ａでは、ソーラシミュレータに相対照度センサが内蔵されており、その検知結果から、光源の変動による発電量の校正が行われる。
　さらにまた、特許文献２では、ソーラシミュレータの光量変動を補正するために、光源の放射照度を測定し、かつこの照度測定センサの応答特性を太陽電池自体の応答特性に合わせることで、ソーラシミュレータの光量変動がキャンセルされている。
　上述の特許文献１および特許文献２に提案されている従来技術は、いずれもソーラシミュレータ単体での校正の方法である。しかしながら、ソーラシミュレータには、メーカ間、および同じメーカでも機差が存在しており、それぞれが前述の特性を満足していても、異なるソーラシミュレータで測定すると、発電量が異なってしまう。
　そこで、測定者は、たと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）に、サンプルとなる太陽電池を送付して測定を依頼する。それに応じて該機関は、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シミュレータ用いて前記サンプルの発電量を測定し、測定値（＝Ａ）を記載して依頼者に返送する。これを受けて測定者は、返送されて来た前記サンプルを、以降、自社の基準セルとして、ソーラシミュレータの校正に用いている。すなわち、測定者は、前記基準セルを用いて、発電量が前記測定値Ａとなるように、ソーラシミュレータの光量を調整した後に、実際に測定すべき太陽電池の発電量を測定している。これは、基準太陽光の分光スペクトルを厳密に再現することが困難ではあるが、可能な限り、各社のソーラシミュレータをそれに合せ込むための方法である。
　ところが、上述の方法では、基準セルによる校正が完了するまでに、測定者がサンプルを作成して郵送し、公的機関がサンプルを測定して返送することが必要であり、時間および費用が掛かってしまう。しかも、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り、前記時間および費用は、膨大なものになる。
特開平８－２３５９０３号公報 特開２００４－１３４７４８号公報
　本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、太陽電池の種類(＝分光感度)が変わっても、簡単にかつ費用をかけずに校正を行うことができる太陽電池評価装置および方法を提供することである。
　本発明にかかる太陽電池評価装置および測定方法では、測定対象の太陽電池における分光応答度Ｐ（λ）が予め測定され、太陽電池の評価の際には、照明光の分光放射照度Ｌ（λ）が測定され、その照明光での前記太陽電池の発電電力ＥＬが測定され、そして、この測定された前記太陽電池の発電電力ＥＬが基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）の照射光を照射した場合に前記太陽電池で発電される発電電力ＥＳに変換される。このため、本発明にかかる太陽電池評価装置および測定方法は、ソフトウェア的に校正を行うので、太陽電池の種類が変わっても、簡単にかつ費用をかけずに校正を行うことができる。
　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太陽電池評価装置の構成を示すブロック図である。 基準太陽光下での太陽電池の本実施の形態による発電量の推定動作を説明するためのフローチャートである。 太陽電池を前記基準太陽光とＤ６５光源とで照射した場合の発電量の違いを示すグラフである。 温帯地域の地表（ＡＭ１．５）と、宇宙（ＡＭ０）とでの分光放射照度の違いを説明するためのグラフである。 本発明の実施の他の形態に係る太陽電池評価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。 場所の違いによる太陽光の分光放射照度の違いのメカニズムを説明するための図である。
　以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。
　［実施の形態１］
　図１は、本発明の実施の一形態に係る太陽電池評価装置１の構成を示すブロック図である。この太陽電池評価装置１では、前記ＪＩＳ規格（Ｃ８９１２）で定義されている基準太陽光を模した光を発生し、測定対象の太陽電池２に照射する従来からのソーラシミュレータ（照明光源）３と、前記ソーラシミュレータ３による照射光を取込むことができ、その分光スペクトルおよび放射照度をモニタする分光放射計４と、前記ソーラシミュレータ３からの照射光による前記太陽電池２の発電電力を測定する電力計５と、演算手段である制御部６とを備えて構成される。すなわち、本実施の形態の太陽電池評価装置１で注目すべきは、従来のようにソーラシミュレータ（照明光源）３の分光放射照度Ｌ（λ）を、前記ＪＩＳ規格（Ｃ８９１２）で定義された基準太陽光の１０００Ｗ／ｍ２の放射照度下での分光放射照度Ｓ（λ）に、誤差０でハードウェア的に一致させようとするのではなく、その誤差やソーラシミュレータ３の光量変動を分光放射計４で逐次モニタし、制御部６でソフトウェア的に校正するものである。なお、照明光源単体をソーラシミュレータとする場合と、太陽電池の発電量の測定系までを含めたシステム全体をソーラシミュレータとする場合とする場合とがあるが、本実施の形態では、前者とする。
　このため、ソーラシミュレータ（照明光源）３から太陽電池２への光路にはミラー７が介在され、そのミラー７によって、前記ソーラシミュレータ３による照射光の一部の光を反射（たとえば９９％を通過、１％を反射）させて分光放射計４に入射させ、その分光スペクトルおよび放射照度、すなわち分光放射照度Ｌ（λ）をモニタするようになっている。こうして得られた分光放射照度Ｌ（λ）のデータは、制御部６に入力される。分光放射計には、前記分光放射照度Ｌ（λ）を１ｎｍピッチで測定可能なものまであり、汎用品を用いることもできる。また、前記制御部６には、記録媒体８などを介して、前記基準太陽光による前記図６で示す分光放射照度Ｓ（λ）のデータも入力されている。一方、前記測定対象の太陽電池２については、事前に、分光応答度測定器９によって分光応答度Ｐ（λ）が測定されており、その測定結果は、記録媒体１０などを介して、前記制御部６に入力される。
　上述のように入力された各データＳ（λ）、Ｌ（λ）、Ｐ（λ）を用いて、制御部６は、前記分光応答度Ｐ（λ）の太陽電池２が前記ソーラシミュレータ３からの前記分光放射照度Ｌ（λ）の照明光で発電した電力量を、前記分光放射照度Ｓ（λ）、すなわち基準太陽光の１０００Ｗ／ｍ２の放射照度下での発電電力に換算して出力する。その換算手順は以下の通りである。
　すなわち、前述のように予め定め測定されている太陽電池２の分光応答度をＰ（λ）、実際に分光放射計４によって測定されたソーラシミュレータ３の照射光の分光放射照度をＬ（λ）、数値データとして与えられる基準太陽光の分光放射照度をＳ（λ）とし、太陽電池２の変換係数に基づく値をｋ、前記電力計５での計測結果をＥＬ、前記基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）での照射光による発電電力をＥＳとするとき、
　　ＥＬ＝ｋ・｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
　　ＥＳ＝ｋ・｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
であるので、
　　ｋ＝ＥＬ／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
から、
　　ＥＳ＝ＥＬ・｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
によって求める。
　こうして、前記のように基準太陽光の１０００Ｗ／ｍ２の放射照度下での発電電力を求めることができる。また、一般に太陽電池の分光感度（分光応答度Ｐ（λ））は材料によって決まるが、発電量等は、膜厚等のバラツキによる製造バラツキが生じ、上式では、変換係数に基づく値ｋが変化する。しかしながら、前記基準太陽光下での発電電力の換算結果には前記値ｋが含まれておらず、そのような製造バラツキによる影響を排除することができる。
　図２は、上述のような基準太陽光下での発電量ＥＳの推定動作を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１でソーラシミュレータ（照明光源）３が点灯されて照明を開始し、ステップＳ２では電力計によって太陽電池２の発電量ＥＬが計測され、また並列にステップＳ３で、分光放射計４によってソーラシミュレータ３の照射光の分光放射照度Ｌ（λ）が測定される。
　一方、ステップＳ１１では分光応答度測定器９によって太陽電池２の分光応答度Ｐ（λ）が測定されており、その測定結果は、前記基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）と共に制御部６に入力され、ステップＳ４で前記照射光の分光放射照度Ｌ（λ）とによって上述の演算が行われ、ステップＳ５で基準太陽光下での発電量ＥＳが求められる。
　このように構成することで、従来技術で述べたような基準セルを用いたソーラシミュレータ（照明光源）３の事前校正が不要になり、太陽電池２の種類(＝分光感度)が変わっても、実測値から基準太陽光下で予想される測定値に簡単に校正（前記換算）を行うことができる。また、ソーラシミュレータ（照明光源）３に、その分光放射照度Ｌ（λ）が基準太陽光源による分光放射照度Ｓ（λ）に必要以上に高い精度で一致しているような必要はなく、該ソーラシミュレータ（照明光源）３の低コスト化を図ることができる。
　また、前記分光放射照度Ｓ（λ）に、任意の光源、たとえばＤ６５光原の数値データを与えることで、前記太陽電池２を、その任意の光源で使用した場合の発電量も演算することができる。図３には、太陽電池を基準太陽光とＤ６５光源とで照射した場合の発電量の違いを示す。参照符号α１は前記図６で示す基準太陽光のスペクトルであり、参照符号α２は前記Ｄ６５光源のスペクトルである。そして、シリコン太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）が参照符号αで示すとき、
　　ＥＬ＝∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ＝１１０
　　ＥＳ＝∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ＝１２０
となり、前記Ｄ６５光源による発電量を１２０／１１０倍することで、前記基準太陽光で照明した場合の発電量を推定することができる。この図３では、ソーラシミュレータ（照明光源）３の長波長側の分光放射照度が、基準太陽光より少ないために、乗算する値が１より大きくなっていることが理解される。
　同様に、前記基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、地表（ＡＭ１．５）でのものであるが、その分光放射照度Ｓ（λ）のデータを変更することで、制御部６は、宇宙（ＡＭ０）や、任意の地域での発電量も演算することができる。すなわち、ＪＩＳ／ＩＥＣでは、前記基準太陽光での測定を要求しているけれども、太陽電池２の設置場所によって太陽光の分光放射照度は変化する。この点、従来のソーラシミュレータでは、前記地表とは異なる分光放射照度下での発電量を求める場合、各々の地域、時間に合った分光放射照度のソーラシミュレータを用いて測定する必要があった。これに対して本実施の形態では、前記のように基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）のデータを変更するだけで、自由に照明光を変更したのに等しい効果を得ることができる。たとえば、温帯地域の前記地表（ＡＭ１．５）での分光放射照度と、前記宇宙（ＡＭ０）での分光放射照度とでは、図４で示すように大きく異なる。これに本実施の形態の太陽電池評価装置１では、前記基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）のデータを変更するだけで、ソフトウェア処理によって対応することができる。
　［実施の形態２］
　図５は、本発明の実施の他の形態に係る太陽電池評価装置２１の構成を示すブロック図である。この太陽電池評価装置２１は、前述の太陽電池評価装置１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この太陽電池評価装置２１では、前記測定対象の太陽電池２に対して輝線照射を行うことができる分光光源２３が内蔵されている。そして、演算手段である制御部２６は、前記分光光源２３からの前記輝線照射による電力計５の計測結果を、太陽電池２の前記分光応答度Ｐ（λ）として取込んで行く。
　前記輝線照射による太陽電池２の分光応答度Ｐ（λ）の測定方法は、ＪＩＳ規格（Ｃ８９１５）に２つ定義されている。先ず第１の測定方法は、単色光照射（半値幅が５ｎｍ以下の単色光であって、各単色光の波長ピッチが２５ｎｍの光を順次に照射）を行い、それによる太陽電池２の発電量を逐次求めるものである。第２の測定方法は、照明光源（ソーラシミュレータ）３からの前記基準太陽光（白色バイアス）の照射を行いつつ、前記単色光照射を行い、太陽電池２の発電量を求めるものである。すなわち、第２の測定方法は、前記白色バイアスによって、太陽電池２を動作状態に維持するものである。
　そして、前記輝線照射による電力計５の計測結果を前記分光応答度Ｐ（λ）として前記制御部２６が取込んで行くことで、前述の太陽電池評価装置１のように、事前に、太陽電池２の前記分光応答度Ｐ（λ）を測定しておく必要を無くすことができる。
　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纏める。
　一態様では、太陽電池を評価するための太陽電池評価装置は、予め定められた基準太陽光を模した光を照明光として測定対象の太陽電池に照射する照明部と、前記照明光の分光スペクトルおよび放射照度をモニタすることによって分光放射照度Ｌ（λ）を測定する分光放射照度測定部と、前記照明光による前記太陽電池の発電電力を測定する電力測定部と、予め測定されている分光応答度Ｐ（λ）を有する前記太陽電池に前記照明光を照射することで、前記電力測定部で測定された前記太陽電池の発電電力ＥＬを、前記基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）の照射光を照射した場合に前記太陽電池で発電される発電電力ＥＳに変換する演算部とを含む。
　また、他の一態様では、太陽電池を評価するための太陽電池評価方法は、前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）を取得するステップと、予め定められた基準太陽光を模した光であって照明光として発生された光の分光スペクトルおよび放射照度から分光放射照度Ｌ（λ）を測定するステップと、前記照明光を前記太陽電池に照射し、前記太陽電池の発電電力ＥＬを測定するステップと、この得られた前記発電電力ＥＬを、前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）および前記照明光の分光放射照度Ｌ（λ）から、前記基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）の照射光を照射した場合に前記太陽電池で発電される発電電力ＥＳに変換するステップとを含む。
　上記の構成によれば、従来のようにソーラシミュレータ（照明光源）の分光放射照度Ｌ（λ）が、ＪＩＳ規格で定義された基準太陽光の１０００Ｗ／ｍ２の放射照度下での分光放射照度Ｓ（λ）に、誤差０でハードウェア的に一致させようとされるのではなく、その誤差やソーラシミュレータの光量変動が逐次モニタされ、ソフトウェア的に校正される。すなわち、例えば分光応答度を測定する分光応答度測定器などによって太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）が予め測定され、その太陽電池が前記分光放射照度Ｌ（λ）の照明光で照射され、前記太陽電池で発電した電力が測定され、そして、その測定結果が、前記分光放射照度Ｓ（λ）、すなわち基準太陽光の１０００Ｗ／ｍ２の放射照度下での発電電力に換算される。
　したがって、前述のような基準セルを用いたソーラシミュレータ（照明光源）の事前校正が不要になり、太陽電池の種類(＝分光感度)が変わっても、実測値から基準太陽光下で予想される測定値に簡単に校正を行うことができる。また、ソーラシミュレータ（照明光源）に、その分光放射照度Ｌ（λ）が基準太陽光源による分光放射照度Ｓ（λ）に必要以上に高い精度で一致しているような必要はなく、該ソーラシミュレータ（照明光源）の低コスト化を図ることができる。また、前記分光放射照度Ｓ（λ）に、任意の光源、たとえばＤ６５光源の数値データを与えることで、前記太陽電池を、その任意の光源で使用した場合の発電量も演算することができる。同様に、前記基準太陽光の分光放射照度Ｓ（λ）は、地表（ＡＭ１．５）でのものであるが、宇宙（ＡＭ０）や、任意の地域での発電量も演算することができる。
　なお、ＪＩＳ規格（Ｃ８９１０）に対して、前記分光放射照度Ｌ（λ）、分光放射照度Ｓ（λ）および分光応答度Ｐ（λ）は、それぞれφｍ（λ）、φｓ（λ）およびＱ（λ）に読替えるものとする。
　また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、好ましくは、前記演算部は、
ＥＳ＝ＥＬ・｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
を用いて、前記太陽電池の発電電量ＥＬを前記太陽電池の発電電力ＥＳに変換する。
　上記の構成によれば、上式によって、基準太陽光の１０００Ｗ／ｍ２の放射照度下での発電電力を求めることができる。また、一般に太陽電池の分光感度（分光応答度Ｐ（λ））は、材料によって決まるが、発電量等は、膜厚等のバラツキによる製造バラツキが生じ、上式では、変換係数ｋに基づく値が変化する。しかしながら、前記基準太陽光下での発電電力の換算結果には前記変換係数ｋが含まれておらず、そのような製造バラツキによる影響を排除することができる。
　また、他の一態様では、上述の太陽電池評価装置において、好ましくは、前記測定対象の太陽電池に対して輝線照射を行うことができる分光光源をさらに備え、前記演算部は、前記太陽電池に前記分光光源による前記輝線照射を行うことで、前記電力測定部で測定された測定結果を前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）とする。
　上記の構成によれば、測定対象の太陽電池に対して輝線照射を行うことができる分光光源を設け、その分光光源から、例えばＪＩＳ規格（Ｃ８９１５）で規定された通り、半値幅が５ｎｍ以下の単色光であって、各単色光の波長ピッチが２５ｎｍの光を順次に照射し、それによって電力測定部で測定された発電電力の測定結果を前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）として前記演算部が取込んで行くことで、事前に前記分光応答度Ｐ（λ）を測定しておく必要を無くすことができる。なお、上記輝線照射にあたって、前記ソーラシミュレータから照射光（白色光）を与えることで、太陽電池を動作状態に維持するようにしてもよい。
　この出願は、２００８年１１月１９日に出願された日本国特許出願特願２００８－２９５４９９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。
　本発明によれば、太陽電池を評価する太陽電池評価装置および太陽電池評価方法を提供することができる。

Claims (5)

  1. 　予め定められた基準太陽光を模した光を照明光として測定対象の太陽電池に照射する照明部と、
    　前記照明光の分光スペクトルおよび放射照度をモニタすることによって分光放射照度Ｌ（λ）を測定する分光放射照度測定部と、
    　前記照明光による前記太陽電池の発電電力を測定する電力測定部と、
    　予め測定されている分光応答度Ｐ（λ）を有する前記太陽電池に前記照明光を照射することで、前記電力測定部で測定された前記太陽電池の発電電力ＥＬを、前記基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）の照射光を照射した場合に前記太陽電池で発電される発電電力ＥＳに変換する演算部とを含むこと
    　を特徴とする太陽電池評価装置。
  2. 　前記演算部は、
    ＥＳ＝ＥＬ・｛∫Ｓ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝／｛∫Ｌ（λ）・Ｐ（λ）ｄλ｝
    を用いて、前記太陽電池の発電電量ＥＬを前記太陽電池の発電電力ＥＳに変換すること
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池評価装置。
  3. 　前記測定対象の太陽電池に対して輝線照射を行うことができる分光光源をさらに備え、
    　前記演算部は、前記太陽電池に前記分光光源による前記輝線照射を行うことで、前記電力測定部で測定された測定結果を前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）とすること
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池評価装置。
  4. 　前記太陽電池の前記分光応答度Ｐ（λ）は、分光応答度を測定する分光応答度測定器によって予め測定され、前記演算部に設定されること
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池評価装置。
  5. 　太陽電池を評価するための方法において、
    　前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）を取得するステップと、
    　予め定められた基準太陽光を模した光であって照明光として発生された光の分光スペクトルおよび放射照度から分光放射照度Ｌ（λ）を測定するステップと、
    　前記照明光を前記太陽電池に照射し、前記太陽電池の発電電力ＥＬを測定するステップと、
    　この得られた前記発電電力ＥＬを、前記太陽電池の分光応答度Ｐ（λ）および前記照明光の分光放射照度Ｌ（λ）から、前記基準太陽光による分光放射照度Ｓ（λ）の照射光を照射した場合に前記太陽電池で発電される発電電力ＥＳに変換するステップとを含むこと
    　を特徴とする太陽電池評価方法。
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