WO2013084441A1 - 太陽電池の分光感度測定装置 - Google Patents

太陽電池の分光感度測定装置 Download PDF

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WO2013084441A1
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solar cell
light
light source
spectral sensitivity
bias
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宜弘 西川
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コニカミノルタ株式会社
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    • 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 a solar cell spectral sensitivity measuring device that measures spectral sensitivity of a solar cell to be measured, and more particularly to a solar cell spectral sensitivity measuring device that measures spectral sensitivity under bias light irradiation.
  • a solar cell is an element that directly converts light energy into electric power by utilizing the photovoltaic effect, and includes various types such as a single crystal silicon solar cell, an amorphous silicon solar cell, a non-silicon solar cell, and an organic compound solar cell.
  • various types have been researched and developed, and have begun to spread widely in recent years.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 2
  • JIS Japanese Industrial Standards
  • the spectral sensitivity of a solar cell is the photoelectric conversion efficiency at each wavelength of incident light in the solar cell, and is usually a unit of A / W (ampere / watt) as the output current of the solar cell with respect to the light energy incident on the solar cell. It is represented by Therefore, the spectral sensitivity of the solar cell represents how much output current the solar cell has for incident light of different wavelengths, and the spectral sensitivity of the solar cell is an evaluation for evaluating the performance of the solar cell. Can be an indicator.
  • this solar cell spectral sensitivity measuring apparatus As a device for measuring the spectral sensitivity of this solar cell, for example, there is a conventional solar cell spectral sensitivity measuring device by the DSR method.
  • this solar cell spectral sensitivity measuring apparatus first, a solar cell PV to be measured is irradiated with white light as a bias light to bring the solar cell PV into a power generation state (a biased state (bias state)).
  • this spectral sensitivity measuring apparatus further measures the sensitivity (output current) at the wavelength of the monochromatic light by irradiating the solar cell PV with monochromatic light in the bias state.
  • this spectral sensitivity measuring apparatus measures the spectral sensitivity of the solar cell PV by scanning the wavelength of the said monochromatic light.
  • the spectral sensitivity of the solar cells depends on the amount of white bias light.
  • the spectral sensitivity of the solar cell depends on the spectrum of the bias light.
  • solar cells are starting to be used in various environments.
  • solar cells are used under light sources such as indoor incandescent bulbs, fluorescent lamps, and white LEDs.
  • the reference sunlight simulating natural sunlight is compared to the solar cell having spectral sensitivity that depends on the amount and spectrum of the bias light as described above.
  • the spectral sensitivity is evaluated by the above, the evaluated spectral sensitivity includes an error.
  • the dependence of the spectral sensitivity on the light energy (light quantity) of the white bias light is considered, but the bias light is only the white bias light, and the bias light However, it is not taken into consideration or assumed to be different from such white bias light.
  • the said nonpatent literature 2 shows the several light source device, they are the light source devices prepared in order to change the light quantity of white bias light.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is a solar cell spectral sensitivity measuring apparatus capable of measuring the spectral sensitivity of a solar cell with respect to bias lights having a plurality of different radiation spectra. Is to provide.
  • the spectral sensitivity measuring apparatus for a solar cell irradiates a solar cell to be measured with a bias light, and irradiates the monochromatic light while changing the wavelength so as to be superimposed on the solar cell. , And the spectral sensitivity of the solar cell to be measured is measured based on the measured outputs. And the spectral sensitivity measuring apparatus of the solar cell concerning this invention is comprised so that the radiation spectrum of the said bias light can be changed. Therefore, such a solar cell spectral sensitivity measuring apparatus can measure the solar cell spectral sensitivity with respect to each bias light of a plurality of different radiation spectra.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1000 puts the solar cell PV in a power generation state (biased state (bias state)) by irradiating the solar cell PV to be measured with white light as bias light.
  • the monochromatic light is further irradiated to the solar cell PV to measure the sensitivity (output current) at the wavelength of the monochromatic light, and the spectral sensitivity of the solar cell PV is measured by scanning the monochromatic light wavelength. It is a device to do.
  • This solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1000 includes a white bias light source unit 1010, a monochromatic light source unit 1020, an irradiation optical system 1030, and a measurement unit 1040.
  • a white bias light source unit (Bias Unit) 1010 is a device that emits white bias light, and includes, for example, a halogen lamp 1011, an optical filter 1012, and a light amount adjustment unit 1013.
  • the optical filter 1012 uses natural sunlight AM1.5 (Air Mass 1.5) as light emitted from the halogen lamp 1011. )
  • AM1.5 Air Mass 1.5
  • the light amount adjusting unit 1013 adjusts the light amount of the filtered light so as to have various illuminances when the measurement target solar cell PV is irradiated.
  • the monochromatic light source unit (Monochrome Unit) 1020 is a device that emits monochromatic light, and is a spectroscope, for example, and includes a xenon lamp 1021 and a diffraction grating 1022.
  • the diffraction grating 1022 diffracts light emitted from the xenon lamp 1021, and diffracted light of the order corresponding to the predetermined wavelength. Inject.
  • the irradiation optical system 1030 superimposes the white bias light (reference sunlight) emitted from the white bias light source unit 1010 and the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit 1020, and superimposes the superimposed light (superimposed light). ) To the solar cell PV to be measured.
  • the irradiation optical system 1030 includes, for example, a half mirror 1031, an integrator lens 1032, and a condensing optical system 1033. In the irradiation optical system 1030, the half mirror 1031 superimposes the white bias light emitted from the white bias light source unit 1010 and the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit 1020.
  • the integrator lens 1032 emits the superimposed superimposed light so that the illuminance distribution becomes uniform.
  • the condensing optical system 1033 condenses the superimposed light with the illuminance distribution made uniform and irradiates the solar cell PV to be measured.
  • the measurement unit 1040 is a device that measures the output current of the solar cell PV to be measured.
  • the current generated in the solar cell PV to be measured by being irradiated with the superimposed light is measured by the measurement unit 1040.
  • Such a solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1000 measures the output current of the solar cell PV to be measured by the measurement unit 1040 while changing the wavelength of the monochromatic light superimposed on the superimposed light, thereby using the DSR method.
  • the spectral sensitivity of the solar cell PV to be measured is measured.
  • the spectral sensitivity of the solar cell depends on the amount of white bias light.
  • the spectral sensitivity of the solar cell depends on the spectrum of the bias light.
  • the spectral sensitivity of the solar cell increases in the wavelength range of about 500 nm or more as the amount of white bias light increases.
  • an infrared light emitting diode (IR-LED) or a halogen lamp (QHGL-Bias) having irradiation light energy in a relatively long wavelength region.
  • the spectral sensitivity of the solar cell starts to increase at a wavelength of about 750 nm and increases by about 10 to 20% in a long wavelength range of about 1050 nm or more.
  • a blue light emitting diode (blade LED) having irradiation light energy in a relatively short wavelength region starts to increase at a wavelength of about 950 nm, but is not so large even in a long wavelength range of about 1050 nm or more. It is not growing.
  • the horizontal axis in FIGS. 7 to 9 is the wavelength expressed in nm units, and the horizontal axis is the amount of change expressed in% units.
  • FIG. 9A is obtained by normalizing the spectrum shown in FIG. 9B with the peak. As described above, there is a solar cell having a spectral sensitivity having dependency on the light amount and spectrum of bias light.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1000 based on the DSR method having the basic configuration shown in FIG. 6 may not be able to appropriately measure a solar cell having a spectral sensitivity that depends on the light amount and spectrum of the bias light. .
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus according to the DSR method of the embodiment described below is an improvement of this point.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A according to the first embodiment can irradiate a plurality of bias lights having different spectra, and the plurality of biases are measured when the spectral sensitivity of the solar cell PV is measured.
  • the apparatus is capable of selecting one bias light from light and measuring the spectral sensitivity of the solar cell PV with the selected bias light.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring device 1A according to the first embodiment is substantially the same as the solar cell spectral sensitivity measuring device 1000 described with reference to FIG.
  • the solar cell PV By irradiating the selected solar cell PV with the selected bias light, the solar cell PV is brought into a power generation state (a biased state (bias state)), and further monochromatic light is irradiated to the solar cell PV in the bias state. Is used to measure the sensitivity (output current) at the wavelength of the monochromatic light, and the spectral sensitivity of the solar cell PV is measured by scanning the wavelength of the monochromatic light.
  • a biased state bias state
  • Such a solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A includes, for example, a bias light source unit 10A, a monochromatic light source unit 20, an irradiation optical system 30, and a measurement unit 40, as shown in FIG. And a control unit 50A.
  • the bias light source unit (Bias Unit) 10A is a device that can irradiate a plurality of bias lights having different spectra, and includes, for example, a light source device 11, an optical filter device 12, and a light amount adjustment unit 13. ing.
  • the light source device 11 is a light source that emits light having an appropriate spectrum in consideration of the spectrum of the bias light and the filter wavelength characteristics of the optical filter device 12, and includes, for example, a halogen lamp or a xenon lamp. In the present embodiment, a halogen lamp 11 is used for the light source device 11.
  • the optical filter device 12 is a device that receives light emitted from the halogen lamp 11 of the light source device 11 and converts the spectrum of the incident light into a predetermined spectrum and emits it.
  • the said predetermined spectrum is a spectrum in the light source of the use environment (under assumption use environment) where use of the solar cell PV is assumed, for example. Examples of the light source under such an assumed usage environment include reference sunlight, incandescent bulbs, fluorescent lamps (for example, white daylight fluorescent lamps and D50 fluorescent lamps), and white LED bulbs.
  • Such an optical filter device 12 includes a number of optical filters 121 corresponding to the number of bias lights in order to generate a plurality of bias lights having different spectra.
  • the optical filter device 12 in order to generate three bias lights having respective spectra corresponding to AM1.5 standard sunlight, daylight fluorescent lamps, and white LED bulbs, the optical filter device 12 includes three first to thirty-first light sources. Third optical filters 121-1 to 121-3 are provided.
  • the first optical filter 121-1 is an optical element having a filter wavelength characteristic that converts the spectrum of light emitted from the light source device 11 into the spectrum of AM1.5 reference sunlight shown in FIG.
  • the first optical filter 121-1 When the light emitted from the halogen lamp 11 of the light source device 11 is incident on the first optical filter 121-1, the light is emitted from the first optical filter 121-1 in a spectrum simulating the spectrum of AM1.5 reference sunlight. Is done.
  • the second optical filter 121-2 is an optical element having a filter wavelength characteristic that converts the spectrum of light emitted from the light source device 11 into the spectrum of a daylight fluorescent lamp shown in FIG.
  • the light emitted from the halogen lamp 11 of the light source device 11 is incident on the second optical filter 121-2, the light is emitted from the second optical filter 121-2 with a spectrum simulating a daylight fluorescent lamp.
  • the third optical filter 121-3 is an optical element having a filter wavelength characteristic that converts the spectrum of the light emitted from the light source device 11 into the spectrum of the white LED bulb shown in FIG.
  • the light emitted from the halogen lamp 11 of the light source device 11 is incident on the third optical filter 121-3, the light is emitted from the third optical filter 121-3 with a spectrum simulating a white LED bulb.
  • Each of the first to third optical filters 121-1 to 121-3 is configured by appropriately combining one or a plurality of filter elements.
  • the filter element include a colored glass filter element, an optical thin film filter element, and a dielectric multilayer filter element.
  • the horizontal axis in FIGS. 2 and 3 is the wavelength in nm units, and the vertical axis is the illuminance level.
  • the illuminance level is represented by an absolute value in FIG. 2, and is represented by a relative value normalized by a peak in FIG.
  • the light amount adjusting unit 13 is an optical element for adjusting the light amount of the emitted light.
  • the light amount adjustment unit 13 includes, for example, an optical aperture, an ND filter, and the like.
  • bias light source unit 10A in order to generate bias light having a predetermined emission spectrum, first, an optical filter 121 corresponding to the predetermined emission spectrum is selected. Then, the light emitted from the halogen lamp 11 of the light source device 11 is filtered by the selected optical filter 121 in the optical filter device 12. The filtered light is adjusted by the light amount adjustment unit 13 so that the light amount is a predetermined amount when irradiated to the solar cell PV to be measured, and is emitted to the irradiation optical system 30.
  • the monochromatic light source unit (Monochrome Unit) 20 is a device that can irradiate a plurality of monochromatic lights having different wavelengths, and is, for example, a spectroscope, and includes a light source device 21 and a diffraction grating 22. ing.
  • the light source device 21 is a light source that emits light having an appropriate wavelength range in consideration of the wavelength range (for example, 300 nm to 1200 nm) of the plurality of monochromatic lights and the diffraction characteristics of the diffraction grating 22.
  • the xenon lamp 21 I have.
  • the diffraction grating 22 is an optical element that diffracts light emitted from the xenon lamp 21 of the light source device 21 in order to generate monochromatic light.
  • a monochromatic light source unit 20 in order to generate and emit monochromatic light of a predetermined wavelength, light emitted from the xenon lamp 21 of the light source device 21 is incident on the diffraction grating 22, and this incident light is The diffracted light of the order corresponding to a predetermined wavelength that is diffracted by the diffraction grating 22 is emitted to the irradiation optical system 30 through an emission slit (not shown).
  • the irradiation optical system 30 superimposes the bias light emitted from the bias light source unit 10A and the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit 20, and uses the superposed light (superimposed light) as a measurement target. It is an optical system for irradiating the solar cell PV.
  • the irradiation optical system 30 includes, for example, a half mirror 31 that superimposes each light incident from two different directions and emits the light in one direction, an integrator lens 32 that emits light with a uniform illuminance distribution of the incident light, and incident light. And a condensing optical system 33 that emits light so as to collect light. If it is not necessary to adjust the illuminance distribution, the integrator lens 32 can be omitted. If it is not necessary to collect light, the condensing optical system 33 can be omitted.
  • the bias light emitted from the bias light source unit 10A and the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit 20 are incident on the half mirror 31, and these bias light and monochromatic light are Are superimposed by the half mirror 31 and emitted to the integrator lens 32.
  • the superimposed light incident on the integrator lens 32 is made uniform in its illuminance distribution by the integrator lens 32 and is emitted to the condensing optical system 33.
  • the superimposed light that is incident on the condensing optical system 33 and has a uniform illuminance distribution is condensed by the condensing optical system 33 and irradiated to the solar cell PV to be measured.
  • the bias light emitted from the bias light source unit 10A and the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit 20 are superimposed by the half mirror 31, but other configurations may be used.
  • the bias light emitted from the bias light source unit 10A is irradiated with the bias light irradiation region in the solar cell PV to be measured so that the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit 20 is further irradiated.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A may be configured.
  • the bias light emitted from the bias light source unit 10A is incident on the measurement surface of the solar cell PV to be measured from an oblique direction, and monochromatic light is incident on the irradiation region of the bias light.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A is configured such that monochromatic light emitted from the light source unit 20 is incident in a direction perpendicular to the measurement surface (normal direction).
  • the measurement unit 40 is an apparatus that measures the output current of the solar cell PV to be measured for each wavelength of monochromatic light, and measures the spectral sensitivity of the solar cell PV to be measured by the DSR method.
  • the current generated in the solar cell PV to be measured by being irradiated with the superimposed light with the illuminance distribution made uniform is measured by the measurement unit 40.
  • Control unit 50A is a device that controls each part of solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A according to the function.
  • the control unit 50A is inputted from an input unit (not shown) out of a plurality of, in this example, three first to third optical filters 121-1 to 121-3 in the optical filter device 12 of the bias light source unit 10A.
  • the optical filter 121 is selected in accordance with the received instruction, and the optical filter device 12 is controlled so that the light emitted from the light source device 11 enters the light amount adjusting unit 13 through the selected optical filter 121.
  • the optical filter device 12 includes a rotating plate in which first to third optical filters 121-1 to 121-3 are respectively fitted in first to third openings formed at predetermined intervals in the circumferential direction, A motor that rotationally drives the rotating plate.
  • the control unit 50 ⁇ / b> A controls the motor so that the light emitted from the light source device 11 enters the light amount adjustment unit 13 through the selected optical filter 121.
  • the amount of rotation of the rotating plate is controlled.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A may be configured in this way.
  • a desired optical filter 121 is selected from the plurality of optical filters 121 in the optical filter device 12 of the bias light source unit 10A by manual operation of the operator, and light emitted from the light source device 11 is the selected optical filter.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1 ⁇ / b> A according to the first embodiment may be configured to be incident on the light amount adjusting unit 13 via the filter 121.
  • control unit 50A controls the monochromatic light source unit 20 to turn on the monochromatic light source unit 20 and scan the wavelength of monochromatic light.
  • the control unit 50A controls the measurement unit 40 to measure the output current of the solar cell PV to be measured for each wavelength of the scanned monochromatic light, and when the scanning of the monochromatic light wavelength is completed, the DSR The measurement unit 40 is controlled so as to obtain the spectral sensitivity of the solar cell PV to be measured by the method.
  • the solar cell PV to be measured is set at a predetermined position.
  • the control unit 50A Upon receiving a measurement start instruction and a selection instruction for selecting the optical filter 121 in the optical filter device 12 from the input unit (not shown), the control unit 50A applies bias light having a radiation spectrum corresponding to the selection instruction to a bias light source.
  • the bias light source unit 10A is controlled so that the light emitted from the light source device 11 enters the light amount adjustment unit 13 through the optical filter 121 according to the selection instruction.
  • the control unit 50A controls the bias light source unit 10A so that the halogen lamp 11 of the light source device 11 is turned on.
  • the control unit 50A scans the wavelength of the monochromatic light at a predetermined wavelength interval (for example, 10 nm or 20 nm) in a predetermined wavelength range (for example, 300 nm to 1200 nm), so that the monochromatic light having a wavelength corresponding to the start of scanning is used.
  • the monochromatic light source unit 20 is controlled so as to emit light.
  • the wavelength of the monochromatic light can be changed by changing the incident angle of the incident light incident on the diffraction grating 22.
  • the control unit 50A controls the monochromatic light source unit 20 to turn on the xenon lamp 21 of the light source device 21.
  • bias light having a radiation spectrum corresponding to the selection instruction is emitted from the bias light source unit 10A to the irradiation optical system 30, and monochromatic light having a wavelength corresponding to the start of scanning is emitted from the monochromatic light source unit. 20 is emitted to the irradiation optical system 30.
  • the half mirror 31 superimposes the bias light incident from the bias light source unit 10A and the monochromatic light incident from the monochromatic light source unit 20, and uses the superimposed superimposed light as an integrator lens. 32.
  • the integrator lens 32 makes the illuminance distribution of the superimposed light incident from the half mirror 31 uniform, and emits the uniformed superimposed light to the condensing optical system 33.
  • the condensing optical system 33 condenses the superimposed light incident from the integrator lens 32 and irradiates the collected solar light PV with the condensed light.
  • the measurement unit 40 measures the output current output from the solar cell PV to be measured based on the generated power.
  • the control unit 50A emits the monochromatic light of the next wavelength.
  • the unit 20 is controlled to cause the measuring unit 40 to measure the output current output from the solar cell PV to be measured by receiving superimposed light including monochromatic light of that wavelength. Thereafter, the same operation is performed by scanning monochromatic light at a predetermined wavelength range within a predetermined wavelength range up to monochromatic light having a wavelength corresponding to the end of scanning, and sequentially receiving superimposed light including the monochromatic light of that wavelength.
  • the output current output from the target solar cell PV is measured.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A may be configured as follows.
  • the monochromatic light source unit 20 periodically emits monochromatic light as pulsed light at a predetermined time interval, and the measuring unit 40 includes a lock-in amplifier synchronized with the predetermined time interval.
  • the output current output from the solar cell PV to be measured by receiving superimposed light including monochromatic light is measured using the lock-in amplifier.
  • the measuring unit 40 obtains the spectral sensitivity of the solar cell PV to be measured by the DSR method using bias light instead of the white bias light, and the obtained solar cell PV to be measured. Is output to an output unit (not shown).
  • This DSR method is described in detail in Non-Patent Document 1 in the case of white bias light, and the procedure is roughly as shown in FIG. In the present embodiment, the DSR method is executed using the above-described bias light instead of the white bias light.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A includes the bias light source unit 10A that can change the radiation spectrum of the bias light, so that the solar cell spectrum for each bias light having a plurality of different radiation spectra is provided. Sensitivity can be measured. For this reason, the spectral sensitivity measuring apparatus 1A of the solar cell in the present embodiment makes the radiation spectrum correspond to the spectrum of light in the usage environment, for example, the spectrum of the incandescent bulb, the spectrum of the white LED, etc. The spectral sensitivity of the solar cell in can be measured more accurately.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring device 1A in the present embodiment can effectively exhibit its performance. Can be used preferably.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A according to this embodiment can more accurately measure the spectral sensitivity of the solar cell PV having the spectral sensitivity depending on at least the change in the spectrum of the bias light.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A has a relatively simple configuration including a plurality of optical filters 121, and the bias light source unit 10A is realized.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A in the present embodiment uses the DSR method, even if the solar cell PV to be measured has a spectral sensitivity that depends on the change in the amount of bias light, The spectral sensitivity of the solar cell PV can be accurately measured.
  • the DSR method is not used by adjusting the light amount of the light amount adjusting unit 13 in the spectral sensitivity measuring device 1A of the solar cell so that the measurer has a predetermined light amount. You may measure with.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A includes a light source device 11 and a plurality of optical components that receive light emitted from the light source device 11 and emit light incident from the light source device 11 with different spectra.
  • the filter 121 is configured to include the bias light source unit 10A including the three optical filters 121-1 to 121-3 in the example illustrated in FIG. 1, the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1B according to the second embodiment. Is configured to include a bias light source unit 10B including a plurality of light source devices 141 that emit light with different spectra instead of the bias light source unit 10A.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1B includes, for example, a bias light source unit 10B, a monochromatic light source unit 20, an irradiation optical system 30, and a measurement unit 40, as shown in FIG. And a control unit 50B.
  • the monochromatic light source unit 20, the irradiation optical system 30, and the measuring unit 40 are respectively monochromatic light in the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1A of the first embodiment. Since it is the same as that of the light source part 20, the irradiation optical system 30, and the measurement part 40, the description is abbreviate
  • the bias light source unit 10B is a device that irradiates a plurality of bias lights having different spectra, and includes a plurality of light source devices 141 and a light amount adjustment unit 13, for example.
  • the plurality of light source devices 141 are, for example, light sources themselves in a use environment (under an assumed use environment) in which use of the solar cell PV is assumed. Examples of the plurality of light source devices 141 include a solar simulator simulating AM1.5 standard sunlight, an incandescent bulb, a fluorescent lamp (for example, a white daylight fluorescent lamp and a D50 fluorescent lamp), and a white LED bulb.
  • the bias light source unit 10B includes a solar simulator (AM-1.5 Light) 141-1 that simulates AM1.5 standard sunlight, a white daylight fluorescent lamp (FL Light) 141-2, and a white LED. It has three light source devices 141, which are light bulbs (LED Lights) 141-3.
  • the light amount adjusting unit 13 is the same as the light amount adjusting unit 13 in the bias light source unit 10A of the first embodiment, and is an optical element for adjusting the amount of emitted light.
  • the light amount adjustment unit 13 includes, for example, an optical aperture, an ND filter, and the like.
  • bias light source unit 10B in order to emit bias light having a predetermined emission spectrum, first, the light source device 141 corresponding to the predetermined emission spectrum is selected. Then, the amount of light emitted from the selected light source device 141 is adjusted by the light amount adjusting unit 13 so that the light amount is adjusted to a predetermined amount when irradiated to the solar cell PV to be measured. Is injected into.
  • Control unit 50B is a device that controls each part of solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1B according to the function.
  • the control unit 50B firstly selects a light source device 141 according to an instruction input from an input unit (not shown) from among a plurality of, in this example, three light source devices 141-1 to 141-3 in the bias light source unit 10B. Select.
  • the control unit 50B controls the bias light source unit 10B so that the selected light source device 141 is turned on and the bias light emitted from the selected light source device 141 is incident on the light amount adjusting unit 13.
  • a desired light source device 141 is selected from a plurality of light source devices 141 in the bias light source unit 10B and turned on by manual operation by an operator, and the selected light source device 141 is turned on.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1 ⁇ / b> B may be configured so that the radiated bias light is incident on the light amount adjusting unit 13.
  • control unit 50B controls the monochromatic light source unit 20 to turn on the monochromatic light source unit 20 and scan the wavelength of monochromatic light.
  • the control unit 50B controls the measurement unit 40 to measure the output current of the solar cell PV to be measured for each wavelength of the scanned monochromatic light, and when the scanning of the monochromatic light wavelength is completed, the DSR The measurement unit 40 is controlled so as to obtain the spectral sensitivity of the solar cell PV to be measured by the method.
  • the light source device 141 is selected instead of the optical filter 121 in the bias light source unit 10A of the first embodiment.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1B includes the bias light source unit 10B that can change the radiation spectrum of the bias light. Therefore, the solar cell spectrum for each bias light having a plurality of different radiation spectra is provided. Sensitivity can be measured.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1B can use the light source device of the light source under the usage environment in order to obtain a desired radiation spectrum, and thus the spectral sensitivity of the solar cell under the usage environment. Can be measured very accurately. Therefore, when the solar cell PV to be measured has a spectral sensitivity that depends at least on the change in the spectrum of the bias light, the spectral sensitivity measuring device 1B for the solar cell in this embodiment can effectively exhibit its performance. Can be used preferably.
  • the solar cell spectral sensitivity measuring apparatus 1B in this embodiment uses the DSR method, even if the solar cell PV to be measured has a spectral sensitivity that depends on the change in the amount of bias light, The spectral sensitivity of the solar cell PV can be accurately measured.
  • a spectral sensitivity measuring device for a solar cell is a spectral sensitivity measuring device for a solar cell that measures spectral sensitivity in a solar cell to be measured, and the bias light that irradiates the solar cell to be measured with bias light.
  • a monochromatic light source unit capable of changing the wavelength of the monochromatic light by irradiating the measurement target solar cell with monochromatic light so as to be superimposed on the bias light emitted from the bias light source unit; and
  • a measurement unit that measures the output of the measurement target solar cell while changing the wavelength of the monochromatic light emitted from the monochromatic light source unit, and measures the spectral sensitivity of the measurement target solar cell based on the measured outputs.
  • the bias light source unit is configured to change the emission spectrum.
  • such a solar cell spectral sensitivity measuring apparatus includes the bias light source unit capable of changing the radiation spectrum, it is possible to measure the solar cell spectral sensitivity with respect to each bias light having a plurality of different radiation spectra. Therefore, such a solar cell spectral sensitivity measuring device can more accurately measure the spectral sensitivity of the solar cell in the use environment by making the radiation spectrum correspond to the spectrum of light in the use environment. it can.
  • the above-described spectral sensitivity measuring device for a solar cell measures spectral sensitivity in a solar cell having a spectral sensitivity depending on at least a change in a spectrum of bias light as the measurement target. It is.
  • the solar cell to be measured has a spectral sensitivity that depends at least on the change in the spectrum of the bias light
  • the spectral sensitivity measuring device of the solar cell can effectively exhibit its performance, suitably Can be used.
  • the bias light source unit receives light emitted from the light source device and the light source device, and is incident from the light source. And a plurality of optical filters that emit in different spectra.
  • the bias light source unit is realized with a relatively simple configuration including a plurality of optical filters.
  • the bias light source unit includes a plurality of light source devices that emit light in different spectra.
  • Such a solar cell spectral sensitivity measuring apparatus includes a plurality of light source devices, the spectral sensitivity of the solar cell under the light source corresponding to the light source device can be accurately measured.
  • the above-described spectral sensitivity measuring device for a solar cell measures the spectral sensitivity of the solar cell to be measured by a DSR method (differential spectral responsivity method).
  • a spectral sensitivity measuring device for a solar cell by the DSR method is provided, and even when the solar cell to be measured has a spectral sensitivity that depends on a change in the amount of bias light, the spectral sensitivity of the solar cell can be measured more accurately. Is done.
  • a spectral sensitivity measuring device for a solar cell can be provided.

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Abstract

　本発明の太陽電池の分光感度測定装置は、測定対象の太陽電池にバイアス光を照射し、これに重畳されるように、波長を変更しながら単色光を照射し、前記太陽電池における出力をそれぞれ測定し、これら測定した各出力に基づいて前記太陽電池における分光感度を測定する。そして、この分光感度測定装置は、前記バイアス光の放射スペクトルを変更可能に構成されている。したがって、この分光感度測定装置は、互いに異なる複数の放射スペクトルの各バイアス光に対する太陽電池の分光感度を測定することができる。

Description

太陽電池の分光感度測定装置
　本発明は、測定対象の太陽電池における分光感度を測定する太陽電池の分光感度測定装置に関し、特に、バイアス光照射下における分光感度を測定する太陽電池の分光感度測定装置に関する。
　太陽電池は、光起電力効果を利用することによって光エネルギーを直接電力へ変換する素子であり、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、非シリコン系太陽電池および有機化合物系太陽電池等の様々な種類が研究、開発され、近年、広く普及し始めている。
　このような太陽電池の性能を評価するために、例えばＩＥＣ６０９０４やＪＩＳ（Ｃ８９０５～Ｃ８９９１）で定義された評価方法等があり、太陽電池の評価方法の一つとして、ＤＳＲ法（differential spectral responsivity method）による太陽電池の分光感度の測定方法がある（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。なお、ＩＥＣは、International Electrotechnical Commission （国際電気標準会議）の略称であり、ＪＩＳは、Japanese Industrial Standards （日本工業規格）の略称である。
　太陽電池の分光感度は、太陽電池における、入射光の各波長での光電変換効率であり、太陽電池に入射される光エネルギーに対する太陽電池の出力電流として通常Ａ／Ｗ（アンペア／ワット）の単位で表される。したがって、太陽電池の分光感度は、異なる波長の入射光に対し、太陽電池がどの程度の出力電流を有するかを表しており、太陽電池の分光感度は、太陽電池の性能を評価するための評価指標になり得る。
　この太陽電池の分光感度を測定する装置として、例えば、ＤＳＲ法による従来の太陽電池の分光感度測定装置がある。この太陽電池の分光感度測定装置は、まず、測定対象の太陽電池ＰＶにバイアス光として白色光を照射することによって太陽電池ＰＶを発電状態（バイアスのかかった状態（バイアス状態））とする。次に、この分光感度測定装置は、そのバイアス状態でさらに単色光を太陽電池ＰＶに照射することによって当該単色光の波長での感度（出力電流）を測定する。そして、この分光感度測定装置は、前記単色光の波長を走査することによって太陽電池ＰＶの分光感度を測定する。
　ところで、太陽電池には、上述したように、種々の種類があり、各種の太陽電池を検討したところ、太陽電池の分光感度は、白色バイアス光の光量に依存性がある。その一方で、太陽電池の分光感度は、バイアス光のスペクトルに依存性がある。
　他方、太陽電池の普及に伴い太陽電池は、様々な環境の下で使用され始めている。例えば、屋内の白熱電球、蛍光灯および白色ＬＥＤ等の光源下で太陽電池が使用されている。このような自然太陽光ではない光源下で使用される場合、上述のような、バイアス光の光量やスペクトルに依存性を持つ分光感度を有する太陽電池に対し、自然太陽光を模した基準太陽光で分光感度を評価する場合、その評価した分光感度には、誤差が含まれてしまう。
　なお、前記非特許文献１および非特許文献２では、分光感度における白色バイアス光の光エネルギー（光量）に対する依存性は、考慮されているが、バイアス光は、白色バイアス光のみであり、バイアス光がこのような白色バイアス光とは異なることは、考慮されておらず、想定もされていない。また、前記非特許文献２では、複数の光源装置が示されているが、それらは、白色バイアス光の光量を変更するために用意された光源装置である。
Ｊ．Ｍｅｔｚｄｏｒｆ，"Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．１：Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ"、１　Ｍａｙ　１９８７／Ｖｏｌ．２６　Ｎｏ．９　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ　１７０１－１７０８ Ｓ．Ｗｉｎｔｅｒ，Ｔ．Ｗｉｔｔｃｈｅｎ，Ｊ．Ｍｅｔｚｄｏｒｆ，"Ｐｒｉｍａｒｙ　Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｃｅｌｌ　Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ＰＴＢ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ＤＳＲ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ"，１６ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　Ｇａｌｓｇｇｏｏ　２０００
　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、互いに異なる複数の放射スペクトルの各バイアス光に対する太陽電池の分光感度を測定することができる太陽電池の分光感度測定装置を提供することである。
　本発明にかかる太陽電池の分光感度測定装置は、測定対象の太陽電池にバイアス光を照射し、これに重畳されるように、波長を変更しながら単色光を照射し、前記測定対象の太陽電池における出力をそれぞれ測定し、これら測定した各出力に基づいて前記測定対象の太陽電池における分光感度を測定する。そして、本発明にかかる太陽電池の分光感度測定装置は、前記バイアス光の放射スペクトルを変更可能に構成されている。したがって、このような太陽電池の分光感度測定装置は、互いに異なる複数の放射スペクトルの各バイアス光に対する太陽電池の分光感度を測定することができる。
　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。
本発明にかかる第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置の構成を示す図である。 ＡＭ１．５の基準太陽光のスペクトルを示す図である。 白色ＬＥＤ電球のスペクトルおよび蛍光灯のスペクトルを示す図である。 前記太陽電池の分光感度測定装置に用いられるＤＳＲ法を示すフローチャートである。 本発明にかかる第２実施形態における太陽電池の分光感度測定装置の構成を示す図である。 ＤＳＲ法による太陽電池の分光感度測定装置の基本構成を示す図である。 太陽電池の分光感度における白色バイアス光の光量に対する依存性を示すための図である。 太陽電池の分光感度におけるバイアス光のスペクトルに対する依存性を示すための図である。 前記バイアス光の分光放射スペクトルを示す図である。
　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。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
　まず、ＤＳＲ法の基本について説明し、その次に、実施形態について説明する。
　（ＤＳＲ法の基本）
　図６において、太陽電池の分光感度測定装置１０００は、測定対象の太陽電池ＰＶにバイアス光として白色光を照射することによって太陽電池ＰＶを発電状態（バイアスのかかった状態（バイアス状態））とし、そのバイアス状態でさらに単色光を太陽電池ＰＶに照射することによって当該単色光の波長での感度（出力電流）を測定し、前記単色光の波長を走査することによって太陽電池ＰＶの分光感度を測定する装置である。この太陽電池の分光感度測定装置１０００は、白色バイアス光光源部１０１０と、単色光光源部１０２０と、照射光学系１０３０と、測定部１０４０とを備えている。
　白色バイアス光光源部（Ｂｉａｓ　Ｕｎｉｔ）１０１０は、白色バイアス光を照射する装置であり、例えば、ハロゲンランプ１０１１と、光学フィルタ１０１２と、光量調整部１０１３とを備えている。この白色バイアス光光源部１０１０では、例えば、白色バイアス光としての基準太陽光とするために、光学フィルタ１０１２は、ハロゲンランプ１０１１から放射された光を自然太陽光ＡＭ１．５（Ａｉｒ　Ｍａｓｓ　１．５）のスペクトルに擬するように濾波（フィルタリング）する。光量調整部１０１３は、この濾波した光の光量を、測定対象の太陽電池ＰＶに照射された場合に様々な照度になるように、調整する。
　単色光光源部（Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ　Ｕｎｉｔ）１０２０は、単色光を照射する装置であり、例えば、分光器であり、キセノンランプ１０２１と、回折格子１０２２とを備えている。この単色光光源部１０２０では、所定の波長の単色光を生成し射出するために、回折格子１０２２は、キセノンランプ１０２１から放射された光を回折し、前記所定の波長に相当する次数の回折光を射出する。
　照射光学系１０３０は、白色バイアス光光源部１０１０から出射された白色バイアス光（基準太陽光）と、単色光光源部１０２０から出射された単色光とを重畳し、この重畳された光（重畳光）を測定対象の太陽電池ＰＶへ照射するための光学系である。照射光学系１０３０は、例えば、ハーフミラー１０３１と、インテグレータレンズ１０３２と、集光光学系１０３３とを備えている。この照射光学系１０３０では、ハーフミラー１０３１は、白色バイアス光光源部１０１０から出射された白色バイアス光と、単色光光源部１０２０から出射された単色光とを重畳する。インテグレータレンズ１０３２は、この重畳された重畳光をその照度分布が均一となるように射出する。集光光学系１０３３は、この照度分布を均一化した重畳光を集光して測定対象の太陽電池ＰＶに照射する。
　測定部１０４０は、測定対象の太陽電池ＰＶの出力電流を測定する装置である。前記重畳光が照射されることによって測定対象の太陽電池ＰＶで生成された電流は、測定部１０４０で測定される。
　このような太陽電池の分光感度測定装置１０００は、重畳光に重畳されている単色光の波長を変えながら、測定対象の太陽電池ＰＶの出力電流を測定部１０４０で測定することによって、ＤＳＲ法により測定対象の太陽電池ＰＶにおける分光感度を測定する。
　ところで、上述したように、太陽電池の分光感度は、白色バイアス光の光量に依存性がある。その一方で、太陽電池の分光感度は、バイアス光のスペクトルに依存性がある。例えば、図７に示す例の太陽電池では、太陽電池の分光感度は、白色バイアス光の光量が大きくなるに従って、波長約５００ｎｍ以上の波長範囲において、大きくなっている。その一方で、図８に示す例の太陽電池では、図９を見ると分かるように比較的長波長領域に照射光エネルギーを持つ例えば赤外線発光ダイオード（ＩＲ－ＬＥＤ）、ハロゲンランプ（ＱＨＧＬ－Ｂｉａｓ）およびＫＳＬ光源（ＫＳＬ－Ｂｉａｓ）では、太陽電池の分光感度は、波長約７５０ｎｍで大きくなり始め、波長約１０５０ｎｍ以上の長波長範囲において、約１０～２０％も大きくなっている。一方、図９を見ると分かるように比較的短波長領域に照射光エネルギーを持つ例えば青色発光ダイオード（ｂｌａｕｅ　ＬＥＤ）では、波長約９５０ｎｍで大きくなり始めるものの、波長約１０５０ｎｍ以上の長波長範囲でもそれほど大きくなっていない。なお、図７ないし図９の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、それらの横軸は、％単位で示す変化量である。また、図９Ａは、図９Ｂに示すスペクトルをそのピークで規格化したものである。このようにバイアス光の光量やスペクトルに依存性を持つ分光感度の太陽電池がある。
　このため、図６に示す基本構成のＤＳＲ法による太陽電池の分光感度測定装置１０００では、バイアス光の光量やスペクトルに依存性を持つ分光感度の太陽電池を適切に測定することができない場合がある。以下に示す実施形態のＤＳＲ法による太陽電池の分光感度測定装置は、この点を改良したものである。
　（第１実施形態）
　第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、互いに異なるスペクトルである複数のバイアス光を照射することが可能であって、太陽電池ＰＶの分光感度を測定する場合に、前記複数のバイアス光の中から１つのバイアス光を選択し、この選択したバイアス光での太陽電池ＰＶの分光感度を測定することができる装置である。そして、この選択したバイアス光での測定では、図６を用いて説明した太陽電池の分光感度測定装置１０００と略同様に、この第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、測定対象の太陽電池ＰＶに、前記選択したバイアス光を照射することによって太陽電池ＰＶを発電状態（バイアスのかかった状態（バイアス状態））とし、そのバイアス状態でさらに単色光を太陽電池ＰＶに照射することによって当該単色光の波長での感度（出力電流）を測定し、前記単色光の波長を走査することによって太陽電池ＰＶの分光感度を測定する。
　このような第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、例えば、図１に示すように、バイアス光光源部１０Ａと、単色光光源部２０と、照射光学系３０と、測定部４０と、制御部５０Ａとを備えている。
　バイアス光光源部（Ｂｉａｓ　Ｕｎｉｔ）１０Ａは、互いに異なるスペクトルを持つ複数のバイアス光を照射することができる装置であり、例えば、光源装置１１と、光学フィルタ装置１２と、光量調整部１３とを備えている。
　光源装置１１は、前記バイアス光のスペクトルおよび光学フィルタ装置１２のフィルタ波長特性等を考慮した適宜なスペクトルを持つ光を放射する光源であり、例えばハロゲンランプやキセノンランプ等を備えている。本実施形態では、光源装置１１には、ハロゲンランプ１１が用いられている。
　光学フィルタ装置１２は、光源装置１１のハロゲンランプ１１から放射された光が入射され、この入射光のスペクトルを所定のスペクトルに変換して射出する装置である。前記所定のスペクトルは、例えば、太陽電池ＰＶの使用が想定される使用環境下（想定使用環境下）の光源におけるスペクトルである。このような想定使用環境下の光源として、例えば、基準太陽光、白熱電球、蛍光灯（例えば白昼色蛍光灯やＤ５０蛍光灯等）および白色ＬＥＤ電球等が挙げられる。このような光学フィルタ装置１２は、前記互いに異なるスペクトルの複数のバイアス光を生成するために、前記バイアス光の個数に対応する個数の光学フィルタ１２１を備えている。
　本実施形態では、ＡＭ１．５の基準太陽光、白昼色蛍光灯および白色ＬＥＤ電球に対応する各スペクトルを持つ３つのバイアス光を生成するために、光学フィルタ装置１２は、３個の第１ないし第３光学フィルタ１２１－１～１２１－３を備えている。
　第１光学フィルタ１２１－１は、光源装置１１から放射された光のスペクトルを、図２に示すＡＭ１．５の基準太陽光のスペクトルに変換するようなフィルタ波長特性を持つ光学素子である。光源装置１１のハロゲンランプ１１から放射された光は、第１光学フィルタ１２１－１に入射されると、ＡＭ１．５の基準太陽光のスペクトルを模したスペクトルで第１光学フィルタ１２１－１から射出される。
　第２光学フィルタ１２１－２は、光源装置１１から放射された光のスペクトルを、図３に示す白昼色蛍光灯のスペクトルに変換するようなフィルタ波長特性を持つ光学素子である。光源装置１１のハロゲンランプ１１から放射された光は、第２光学フィルタ１２１－２に入射されると、白昼色蛍光灯を模したスペクトルで第２光学フィルタ１２１－２から射出される。
　第３光学フィルタ１２１－３は、光源装置１１から放射された光のスペクトルを、図３に示す白色ＬＥＤ電球のスペクトルに変換するようなフィルタ波長特性を持つ光学素子である。光源装置１１のハロゲンランプ１１から放射された光は、第３光学フィルタ１２１－３に入射されると、白色ＬＥＤ電球を模したスペクトルで第３光学フィルタ１２１－３から射出される。
　これら第１ないし第３光学フィルタ１２１－１～１２１－３のそれぞれは、１または複数のフィルタ素子を適宜に組み合わせて構成される。前記フィルタ素子として、例えば、色ガラスフィルタ素子、光学薄膜フィルタ素子および誘電体多層膜フィルタ素子等が挙げられる。
　なお、図２および図３の横軸は、ｎｍ単位で表す波長であり、これらの縦軸は、照度レベルである。照度レベルは、図２では、絶対値で表されており、図３では、ピークで規格化した相対値で表されている。
　光量調整部１３は、射出光の光量を調整するための光学素子である。光量調整部１３は、例えば、光学絞りやＮＤフィルタ等を備えている。
　このようなバイアス光光源部１０Ａでは、所定の放射スペクトルを持つバイアス光を生成するために、まず、前記所定の放射スペクトルに対応する光学フィルタ１２１が選択される。そして、光源装置１１のハロゲンランプ１１から放射された光は、光学フィルタ装置１２における前記選択された光学フィルタ１２１で濾波される。この濾波された光は、測定対象の太陽電池ＰＶに照射された場合に所定の光量となるようにその光量が光量調整部１３で調整され、照射光学系３０へ射出される。
　また、単色光光源部（Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ　Ｕｎｉｔ）２０は、互いに異なる波長を持つ複数の単色光を照射することができる装置であり、例えば、分光器であり、光源装置２１と、回折格子２２とを備えている。
　光源装置２１は、前記複数の単色光の波長範囲（例えば３００ｎｍ～１２００ｎｍ等）および回折格子２２の回折特性等を考慮した適宜な波長範囲を持つ光を放射する光源であり、例えばキセノンランプ２１を備えている。回折格子２２は、単色光を生成するために、光源装置２１のキセノンランプ２１から放射された光を回折する光学素子である。
　このような単色光光源部２０では、所定の波長の単色光を生成し射出するために、光源装置２１のキセノンランプ２１から放射された光は、回折格子２２に入射され、この入射光は、回折格子２２によって回折され、所定の波長に相当する次数の回折光は、図略の出射スリット等を介して照射光学系３０へ射出される。
　また、照射光学系３０は、バイアス光光源部１０Ａから出射されたバイアス光と、単色光光源部２０から出射された単色光とを重畳し、この重畳された光（重畳光）を測定対象の太陽電池ＰＶへ照射するための光学系である。照射光学系３０は、例えば、異なる２方向から入射された各光を重畳して１方向へ射出するハーフミラー３１と、入射光の照度分布を均一化して射出するインテグレータレンズ３２と、入射光を集光するように射出する集光光学系３３とを備えている。なお、照度分布を調整する必要がない場合には、インテグレータレンズ３２は、省略可能であり、また、集光する必要がない場合には、集光光学系３３は、省略可能である。
　このような照射光学系３０では、バイアス光光源部１０Ａから出射されたバイアス光と、単色光光源部２０から出射された単色光とは、ハーフミラー３１に入射され、これらバイアス光および単色光は、ハーフミラー３１で重畳され、インテグレータレンズ３２へ射出される。インテグレータレンズ３２に入射された重畳光は、インテグレータレンズ３２でその照度分布が均一化されて集光光学系３３へ射出される。集光光学系３３に入射された、照度分布を均一化した重畳光は、集光光学系３３で集光され、測定対象の太陽電池ＰＶに照射される。
　なお、上述では、バイアス光光源部１０Ａから出射されたバイアス光と、単色光光源部２０から出射された単色光とは、ハーフミラー３１によって重畳されたが、他の構成であってもよい。例えば、バイアス光光源部１０Ａから出射されたバイアス光が照射される、測定対象の太陽電池ＰＶにおけるバイアス光照射領域に、単色光光源部２０から出射された単色光がさらに照射されるように、太陽電池の分光感度測定装置１Ａが、構成されてもよい。より具体的には、例えば、バイアス光光源部１０Ａから出射されたバイアス光が、測定対象の太陽電池ＰＶの測定面に対し斜め方向から入射され、そして、そのバイアス光の照射領域に、単色光光源部２０から出射された単色光が、前記測定面に対し垂直方向（法線方向）から入射されるように、太陽電池の分光感度測定装置１Ａが、構成される。
　測定部４０は、単色光の各波長について、測定対象の太陽電池ＰＶの出力電流をそれぞれ測定し、ＤＳＲ法により測定対象の太陽電池ＰＶにおける分光感度を測定する装置である。前記照度分布を均一化した重畳光が照射されることによって測定対象の太陽電池ＰＶで生成された電流は、測定部４０で測定される。
　制御部５０Ａは、太陽電池の分光感度測定装置１Ａにおける各部を当該機能に応じて制御する装置である。
　制御部５０Ａは、バイアス光光源部１０Ａの光学フィルタ装置１２における複数、この例では３個の第１ないし第３光学フィルタ１２１－１～１２１－３の中から、図略の入力部から入力された指示に応じた光学フィルタ１２１を選択し、光源装置１１から放射された光が前記選択した光学フィルタ１２１を介して光量調整部１３に入射されるように、光学フィルタ装置１２を制御する。
　例えば、光学フィルタ装置１２は、周方向に所定の間隔を空けて形成された第１ないし第３開口に第１ないし第３光学フィルタ１２１－１～１２１－３がそれぞれ嵌め込まれた回転板と、前記回転板を回転駆動するモータとを備える。そして、太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、制御部５０Ａが前記モータを制御することによって、光源装置１１から放射された光が前記選択した光学フィルタ１２１を介して光量調整部１３に入射するように、前記回転板の回転量を制御する。太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、このように構成されてもよい。
　なお、オペレータの手動操作によって、バイアス光光源部１０Ａの光学フィルタ装置１２における複数の光学フィルタ１２１の中から、所望の光学フィルタ１２１を選択し、光源装置１１から放射された光が前記選択した光学フィルタ１２１を介して光量調整部１３に入射されるように、第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａが構成されてもよい。
　また、制御部５０Ａは、単色光光源部２０を点灯し、単色光の波長を走査するように、単色光光源部２０を制御する。制御部５０Ａは、前記走査された単色光の各波長について、測定対象の太陽電池ＰＶの出力電流をそれぞれ測定するように、測定部４０を制御し、単色光の波長の走査が終了すると、ＤＳＲ法により測定対象の太陽電池ＰＶにおける分光感度を求めるように、測定部４０を制御する。
　このような構成の太陽電池の分光感度測定装置１Ａでは、まず、測定対象の太陽電池ＰＶが所定の位置にセットされる。図略の前記入力部から測定開始の指示および光学フィルタ装置１２における光学フィルタ１２１を選択する選択指示を受け付けると、制御部５０Ａは、前記選択指示に対応する放射スペクトルを持つバイアス光をバイアス光光源部１０Ａから射出するために、光源装置１１から放射された光が前記選択指示に応じた光学フィルタ１２１を介して光量調整部１３に入射されるように、バイアス光光源部１０Ａを制御する。制御部５０Ａは、光源装置１１のハロゲンランプ１１を点灯するように、バイアス光光源部１０Ａを制御する。そして、制御部５０Ａは、所定の波長範囲（例えば３００ｎｍ～１２００ｎｍ等）で単色光の波長を所定の波長間隔（例えば１０ｎｍや２０ｎｍ等）で走査するために、走査開始に対応する波長の単色光を射出するように、単色光光源部２０を制御する。上記構成の単色光光源部２０では、回折格子２２に入射される入射光の入射角を変更することで、単色光の波長を変更することができる。そして、制御部５０Ａは、光源装置２１のキセノンランプ２１を点灯するように、単色光光源部２０を制御する。
　このように制御されると、前記選択指示に対応する放射スペクトルを持つバイアス光がバイアス光光源部１０Ａから照射光学系３０へ射出され、前記走査開始に対応する波長の単色光が単色光光源部２０から照射光学系３０へ射出される。照射光学系３０では、ハーフミラー３１は、バイアス光光源部１０Ａから入射された前記バイアス光と、単色光光源部２０から入射された前記単色光とを重畳し、この重畳した重畳光をインテグレータレンズ３２へ射出する。インテグレータレンズ３２は、ハーフミラー３１から入射された重畳光の照度分布を均一化し、この均一化した重畳光を集光光学系３３へ射出する。集光光学系３３は、インテグレータレンズ３２から入射された前記重畳光を集光し、この集光した前記重畳光を測定対象の太陽電池ＰＶに照射する。
　測定対象の太陽電池ＰＶは、この集光した前記重畳光を受光すると、光起電力効果により、前記重畳光に応じた電力を生成する。測定部４０は、前記生成した電力に基づき測定対象の太陽電池ＰＶから出力される出力電流を測定する。
　前記走査開始に対応する波長の単色光の測定が終了すると、次の波長の単色光の測定を実施するために、制御部５０Ａは、次の波長の単色光を射出するように、単色光光源部２０を制御し、測定部４０に、その波長の単色光を含む重畳光を受光することによって測定対象の太陽電池ＰＶから出力される出力電流を測定させる。以下同様の動作によって、走査終了に対応する波長の単色光まで、単色光が所定の波長範囲において所定の波長間隔で走査され、順次、その波長の単色光を含む重畳光を受光することによって測定対象の太陽電池ＰＶから出力される出力電流が測定される。
　なお、出力電流におけるバイアス光の寄与分と単色光の寄与分とをより明確に区別するために、次のように太陽電池の分光感度測定装置１Ａが構成されてよい。単色光光源部２０は、単色光を所定の時間間隔で周期的にパルス光で射出し、測定部４０は、前記所定の時間間隔に同期したロックインアンプを備える。そして、単色光を含む重畳光を受光することによって測定対象の太陽電池ＰＶから出力される出力電流は、前記ロックインアンプを用いて測定される。
　そして、単色光の走査が終了すると、測定部４０は、白色バイアス光に代えてバイアス光を用いたＤＳＲ法により測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度を求め、この求めた測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度を図略の出力部へ出力する。
　このＤＳＲ法は、白色バイアス光の場合について、前記非特許文献１に詳述されており、その手順は、大略、図４に示す通りである。本実施形態では、この白色バイアス光に代え、上述のバイアス光を用いてＤＳＲ法が実行される。
　このように本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、バイアス光の放射スペクトルを変更可能なバイアス光光源部１０Ａを備えるので、互いに異なる複数の放射スペクトルの各バイアス光に対する太陽電池の分光感度を測定することができる。このため、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、前記放射スペクトルを使用環境下の光のスペクトル、例えば白熱電球のスペクトルや白色ＬＥＤのスペクトル等に対応させることにより、当該使用環境下における太陽電池の分光感度をより正確に測定することができる。
　特に、測定対象の太陽電池ＰＶが少なくともバイアス光のスペクトルの変化に依存する分光感度を持つ場合に、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、効果的にその性能を発揮することができ、好適に使用され得る。しかも、このような少なくともバイアス光のスペクトルの変化に依存する分光感度を持つ太陽電池ＰＶの分光感度を、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、より正確に測定することができる。
　また、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、複数の光学フィルタ１２１を備えるという、比較的簡易な構成で、そのバイアス光光源部１０Ａが実現されている。
　また、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、ＤＳＲ法を用いているので、測定対象の太陽電池ＰＶがバイアス光の光量変化に依存する分光感度を持つ場合であっても、より正確に太陽電池ＰＶの分光感度を測定することができる。また、太陽電池の分光感度がバイアス光に依存しない場合は、測定者が所定の光量になるように太陽電池の分光感度測定装置１Ａにおける光量調整部１３の光量を調整してＤＳＲ方式を用いないで測定してもよい。
　（第２実施形態）
　次に、別の実施形態について説明する。第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａは、光源装置１１と、光源装置１１から放射された光が入射され、光源装置１１から入射された光を互いに異なるスペクトルで射出する複数の光学フィルタ１２１、図１に示す例では３個の光学フィルタ１２１－１～１２１－３とを備えるバイアス光光源部１０Ａを備えて構成されたが、第２実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂは、バイアス光光源部１０Ａに代え、互いに異なるスペクトルで光を放射する複数の光源装置１４１を備えるバイアス光光源部１０Ｂを備えて構成される。
　このような第２実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂは、例えば、図５に示すように、バイアス光光源部１０Ｂと、単色光光源部２０と、照射光学系３０と、測定部４０と、制御部５０Ｂとを備える。第２実施形態の太陽電池の分光感度測定装置１Ｂにおける、これら単色光光源部２０、照射光学系３０および測定部４０は、それぞれ、第１実施形態の太陽電池の分光感度測定装置１Ａにおける単色光光源部２０、照射光学系３０および測定部４０と同様であるので、その説明を省略する。
　バイアス光光源部１０Ｂは、互いに異なるスペクトルを持つ複数のバイアス光を照射する装置であり、例えば、複数の光源装置１４１と、光量調整部１３とを備えている。これら複数の光源装置１４１は、例えば、太陽電池ＰＶの使用が想定される使用環境下（想定使用環境下）の光源そのものである。複数の光源装置１４１として、例えば、ＡＭ１．５の基準太陽光を模したソーラシミュレータ、白熱電球、蛍光灯（例えば白昼色蛍光灯やＤ５０蛍光灯等）および白色ＬＥＤ電球等が挙げられる。本実施形態では、バイアス光光源部１０Ｂは、ＡＭ１．５の基準太陽光を模したソーラシミュレータ（ＡＭ－１．５　Ｌｉｇｈｔ）１４１－１、白昼色蛍光灯（ＦＬ　Ｌｉｇｈｔ）１４１－２および白色ＬＥＤ電球（ＬＥＤ　Ｌｉｇｈｔ）１４１－３の３個の光源装置１４１を備えている。
　光量調整部１３は、第１実施形態のバイアス光光源部１０Ａにおける光量調整部１３と同様であり、射出光の光量を調整するための光学素子である。光量調整部１３は、例えば、光学絞りやＮＤフィルタ等を備えている。
　このようなバイアス光光源部１０Ｂでは、所定の放射スペクトルを持つバイアス光を射出するために、まず、前記所定の放射スペクトルに対応する光源装置１４１が選択される。そして、前記選択された光源装置１４１から放射された光は、測定対象の太陽電池ＰＶに照射された場合に所定の光量となるようにその光量が光量調整部１３で調整され、照射光学系３０へ射出される。
　制御部５０Ｂは、太陽電池の分光感度測定装置１Ｂにおける各部を当該機能に応じて制御する装置である。
　制御部５０Ｂは、まず、バイアス光光源部１０Ｂにおける複数、この例では３個の光源装置１４１－１～１４１－３の中から、図略の入力部から入力された指示に応じた光源装置１４１を選択する。制御部５０Ｂは、この選択した光源装置１４１を点灯させ、この選択した光源装置１４１から放射されたバイアス光を光量調整部１３に入射させるように、バイアス光光源部１０Ｂを制御する。なお、第１実施形態と同様に、オペレータの手動操作によって、バイアス光光源部１０Ｂにおける複数の光源装置１４１の中から、所望の光源装置１４１を選択して点灯させ、この選択した光源装置１４１から放射されたバイアス光を光量調整部１３に入射させるように、第２実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂが構成されてもよい。
　また、制御部５０Ｂは、単色光光源部２０を点灯し、単色光の波長を走査するように、単色光光源部２０を制御する。制御部５０Ｂは、前記走査された単色光の各波長について、測定対象の太陽電池ＰＶの出力電流をそれぞれ測定するように、測定部４０を制御し、単色光の波長の走査が終了すると、ＤＳＲ法により測定対象の太陽電池ＰＶにおける分光感度を求めるように、測定部４０を制御する。
　このような構成の第２実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂでは、第１実施形態のバイアス光光源部１０Ａにおける光学フィルタ１２１の選択に代え、光源装置１４１の選択が行われ、第１実施形態のバイアス光光源部１０Ａにおける光源装置１１の点灯に代え、前記選択された光源装置１４１の点灯が行われる点を除き、第１実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ａと同様の動作が行われ、測定対象の太陽電池ＰＶの分光感度が測定される。
　このように本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂは、バイアス光の放射スペクトルを変更可能なバイアス光光源部１０Ｂを備えるので、互いに異なる複数の放射スペクトルの各バイアス光に対する太陽電池の分光感度を測定することができる。
　特に、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂは、所望の放射スペクトルを得るために使用環境下の光源そのものの光源装置を用いることができるので、当該使用環境下における太陽電池の分光感度を極めて正確に測定することができる。したがって、測定対象の太陽電池ＰＶが少なくともバイアス光のスペクトルの変化に依存する分光感度を持つ場合に、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂは、効果的にその性能を発揮することができ、好適に使用され得る。
　また、本実施形態における太陽電池の分光感度測定装置１Ｂは、ＤＳＲ法を用いているので、測定対象の太陽電池ＰＶがバイアス光の光量変化に依存する分光感度を持つ場合であっても、より正確に太陽電池ＰＶの分光感度を測定することができる。
　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。
　一態様にかかる太陽電池の分光感度測定装置は、測定対象の太陽電池における分光感度を測定する太陽電池の分光感度測定装置であって、前記測定対象の太陽電池に、バイアス光を照射するバイアス光光源部と、前記バイアス光光源部から照射される前記バイアス光に重畳するように前記測定対象の太陽電池に単色光を照射し、該単色光の波長を変更可能な単色光光源部と、前記単色光光源部から照射される単色光の波長を変更しながら前記測定対象の太陽電池における出力を測定し、前記測定した各出力に基づいて前記測定対象の太陽電池における分光感度を測定する測定部とを備え、前記バイアス光光源部は、放射スペクトルを変更可能に構成されている。
　このような太陽電池の分光感度測定装置は、放射スペクトルを変更可能な前記バイアス光光源部を備えるので、互いに異なる複数の放射スペクトルの各バイアス光に対する太陽電池の分光感度を測定することができる。このため、このような太陽電池の分光感度測定装置は、前記放射スペクトルを使用環境下の光のスペクトルに対応させることにより、当該使用環境下における太陽電池の分光感度をより正確に測定することができる。
　また、他の一態様では、好ましくは、上述の太陽電池の分光感度測定装置は、前記測定対象として、少なくともバイアス光のスペクトルの変化に依存する分光感度を持つ太陽電池における分光感度を測定するものである。
　これによれば、測定対象の太陽電池が少なくともバイアス光のスペクトルの変化に依存する分光感度を持つので、太陽電池の分光感度測定装置は、効果的にその性能を発揮することができ、好適に使用され得る。
　また、他の一態様では、これら上述の太陽電池の分光感度測定装置において、前記バイアス光光源部は、光源装置と、前記光源装置から放射された光が入射され、前記光源から入射された光を互いに異なるスペクトルで射出する複数の光学フィルタとを備える。
　これによれば、複数の光学フィルタを備えるという、比較的簡易な構成で、前記バイアス光光源部が実現される。
　また、他の一態様では、これら上述の太陽電池の分光感度測定装置において、前記バイアス光光源部は、互いに異なるスペクトルで光を放射する複数の光源装置を備える。
　このような太陽電池の分光感度測定装置は、複数の光源装置を備えるので、その光源装置に対応した光源下における太陽電池の分光感度を正確に測定することができる。
　また、他の一態様では、好ましくは、これら上述の太陽電池の分光感度測定装置は、ＤＳＲ法（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｓｐｅｃｔｒａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ）で前記測定対象の太陽電池における分光感度を測定するものである。
　これによれば、ＤＳＲ法による太陽電池の分光感度測定装置が提供され、測定対象の太陽電池がバイアス光の光量変化に依存する分光感度を持つ場合でも、より正確に太陽電池の分光感度が測定される。
　この出願は、２０１１年１２月５日に出願された日本国特許出願特願２０１１－２６６０２０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、太陽電池の分光感度測定装置を提供することができる。

Claims (5)

  1. 　測定対象の太陽電池における分光感度を測定する太陽電池の分光感度測定装置であって、
    　前記測定対象の太陽電池に、バイアス光を照射するバイアス光光源部と、
    　前記バイアス光光源部から照射される前記バイアス光に重畳するように前記測定対象の太陽電池に単色光を照射し、該単色光の波長を変更可能な単色光光源部と、
    　前記単色光光源部から照射される単色光の波長を変更しながら前記測定対象の太陽電池における出力を測定し、前記測定した各出力に基づいて前記測定対象の太陽電池における分光感度を測定する測定部とを備え、
    　前記バイアス光光源部は、前記バイアス光の放射スペクトルを変更可能であること
    　を特徴とする太陽電池の分光感度測定装置。
  2. 　前記測定対象の太陽電池は、少なくともバイアス光のスペクトルの変化に依存する分光感度を持つものであること
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池の分光感度測定装置。
  3. 　前記バイアス光光源部は、
    　光源装置と、
    　前記光源装置から放射された光が入射され、前記光源から入射された光を互いに異なるスペクトルで射出する複数の光学フィルタとを備えること
    　を特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池の分光感度測定装置。
  4. 　前記バイアス光光源部は、互いに異なるスペクトルで光を放射する複数の光源装置を備えること
    　を特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池の分光感度測定装置。
  5. 　前記測定部は、前記測定した各出力に基づいて、ＤＳＲ法で前記測定対象の太陽電池における分光感度を求めること
    　を特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池の分光感度測定装置。
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