(57)【要約】【課題】  低コストな擬似太陽光光源を用いて、一群の多接合光電変換素子の基準状態での出力特性を正確に測定する方法を提供することである。【解決手段】  本発明の測定方法は、複数の要素セルを積層した多接合光電変換素子からなる試験セルの基準状態での出力を、任意の試験光源下で測定した多接合光電変換素子試験セルの出力として測定する測定方法であって、前記試験セルと実質的に同等なスペクトル依存性を有する基準セルの基準状態での出力を得る工程、前記基準セルの基準状態での出力が得られるように前記試験光源の照度を調節する工程、照度調節後の前記試験光源下で前記試験セルの出力を測定する工程を含むことを特徴とする多接合光電変換素子試験セルの出力測定方法である。【選択図】    図５
2006135196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の要素セルを積層した多接合光電変換素子からなる試験セルの基準状態での出力を、任意の試験光源下で測定した多接合光電変換素子試験セルの出力として測定する測定方法であって、
前記試験セルと実質的に同等なスペクトル依存性を有する基準セルの基準状態での出力を得る工程、
前記基準セルの基準状態での出力が得られるように前記試験光源の照度を調節する工程、
照度調節後の前記試験光源下で前記試験セルの出力を測定する工程を含むことを特徴とする多接合光電変換素子試験セルの出力測定方法。
【請求項２】
前記基準セルは、前記多接合光電変換素子試験セルを構成する最もスペクトル変化に対して出力特性の変化が大きく現れる２組の要素セルについて、一つの要素セルの基準状態下で発生しうる出力電流から一定比率だけ増加させたときに、他方の要素セルの出力電流を同じ比率だけ減少するように、スペクトル条件を変更した光源の照射下で取得される出力特性である電流ミスマッチの比率を測定し、出力が最大になる該電流ミスマッチ比の値が、前記多接合光電変換素子試験セルと同等である事を特徴とする請求項１に記載の多接合光電変換素子試験セルの出力測定方法。
【請求項３】
前記基準セルは、複数の前記多接合光電変換素子からなる試験セルからそれらのスペクトル依存性を代表するものとして選別されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２いずれかに記載の多接合光電変換素子試験セルの出力測定方法。
【請求項４】
前記選別は、基準状態下での前記電流ミスマッチ比と異なる電流ミスマッチ比の２組のスペクトル条件下で、前記複数の前記多接合光電変換素子からなる試験セルの出力特性を測定し、２組のスペクトル条件下で取得された出力の電流ミスマッチ比に対する勾配率がそれらの平均に最も近い多接合太陽電池を選ぶ方法により実施されることを特徴とする請求項３に記載の多接合光電変換素子試験セルの出力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の要素セルが積層されてなる光電変換素子の基準状態での出力を評価するための出力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では薄膜太陽電池を含む光電変換素子も多様化し、例えば従来の非晶質薄膜太陽電池に加えて結晶質薄膜太陽電池も開発されている。薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２以上の光電変換ユニットを積層して多接合型（またはタンデム型とも呼ぶ）にする方法がある。この方法においては、薄膜太陽電池の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後方に順に小さなバンドギャップを有する光電変換層を含む後方ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって太陽電池全体としての変換効率の向上が図られる。このように、多接合光電変換素子とは、複数の半導体接合からなる光電変換ユニット（以下では要素セルと呼ぶ）が積層された構造を有するものである。積層した要素セルは、直列接続あるいは並列接続を形成されている。
【０００３】
多接合光電変換素子としては、太陽電池、フォトダイオード、センサー等が挙げられる。半導体接合の種類としては、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ＭＩＳ接合等が挙げられる。半導体材料としては、結晶質、多結晶質、微結晶質、非晶質のものが挙げられる。半導体物質としては、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｃなどの４族あるいは化合物、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＰ、などの２−６族化合物、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ、Ｃｕ２Ｓ、Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅなど、ＣｕＩｎ（Ｓ，Ｓｅ）２、Ｃｕ（Ｇａ，Ｉｎ）（Ｓ，Ｓｅ）２、ＩｎＧａＮなどの化合物、有機半導体など、あるいは上記の化合物が挙げられる。
【０００４】
このような、多接合型の光電変換素子の出力を正確に測定することは以下の理由から非常に重要である。例えば、光電変換素子の出荷時の出力検査の際には、定格出力が性能上最も重要となるので、例えば、定格出力が規格値に満たない場合、規格外品とされることになる。しかし、出荷しようとする光電変換素子の最大出力自体が正確に測定できなければ、保証すべき規格値を満たしているのかどうかを明確にすることができない。また、出力の測定誤差が大きく、測定装置の状態によって測定結果が変化する状況においては、同等の性能の光電変換素子を製造しても、規格値を満足する光電変換素子の収率が変化し、安定製造がなされている場合であっても見掛けの歩留まりが安定していないような誤解を製造従事者に与える可能性がある。つまり、こうした状態においては、製造工程の変化に起因する収率変化と測定装置の状態に起因する収率変化との分離が不十分となりがちで、製品の出力の変化や歩留まりの変化が製造工程の指標として曖昧なものとなるため、製造工程の安定化が困難となる。
【０００５】
このような定格出力としては、通常、以下に述べる基準状態での光電変換素子の出力が用いられる。つまり、例えば、太陽電池の出力測定（ＪＩＳＣ８９３４）は、基準状態として以下の条件で実施される。
（１）セル温度  ２５℃
（２）分光分布  ＡＭ１．５全天日射基準太陽光
（３）放射照度  １００ｍＷ／ｃｍ２
スペクトル依存性を有する多接合太陽電池の評価において、特に重要となるのが分光分布の確認方法である。基準スペクトルは、エアマス及び可降水量、大気混濁度、オゾン含有量、アルベド等で定義されており、屋外太陽光から基準スペクトルを得る機会は非常に限定される。
【０００６】
しかしながら、多接合型の光電変換素子の出力特性を正確に測定することには技術的な困難性が伴う。多接合太陽電池の出力電流及び最大出力電力は、出力電流が最も小さくなる光電変換ユニット（以下単に要素セルと記す）で制限される事が、最も大きな理由である。例えば、二つの要素セルを積層し直列に接続したタンデム型の太陽電池では、各要素セルの波長感度帯域が異なるため、光源の分光放射スペクトルの変化により、電流制限を受ける要素セルがいずれかに変化する。
【０００７】
さらに、多接合太陽電池では要素セル間の電流制限の状態の程度により、短絡電流のみならず曲線因子、開放電圧も同時に影響を受けるので測定には困難が伴う。つまり、基準状態下での多接合太陽電池の正確な出力特性を取得するためには、各要素セルが基準スペクトル下で出力するはずであろう電流値並びに電流制限の状態を正確に再現させる必要がある。しかし、単接合型太陽電池で正確な短絡電流値を取得するために有効であった基準スペクトルに対する測定光源スペクトルのミスマッチ、及び基準セルに対する測定セルの分光感度スペクトルのミスマッチを含むスペクトルミスマッチ因子による補正を、多接合太陽電池の各要素セルの電流に対して同時に実施するは困難であるため、出来るだけ基準スペクトルに合致した分光放射スペクトルを有する試験光源下で出力特性を測定する必要がある。
【０００８】
ところが、試験光源として、屋外太陽光や近似太陽光光源を用いても基準スペクトルに合致する分光放射スペクトルを得ることは非常に困難である。基準スペクトルは、エアマス、大気混濁度、及び可降水量等が定められた大気条件の場合のスペクトルとして定義されており、屋外太陽光から基準スペクトルを得る機会は非常に限定されている。まして、近似太陽光光源のスペクトルは、入手可能なランプの分光放射スペクトルに光学フィルタによる修正を行って基準スペクトルに近似させているに過ぎないので、基準スペクトルそのものを得ることは不可能である。
【０００９】
さらに、多接合太陽電池の要素セルとして用いられる、アモルファス系太陽電池（ａ−Ｓｉ太陽電池及びａ−ＳｉＧｅ太陽電池等）及び微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ太陽電池）は光源の放射照度に対する非線形性が大きな太陽電池として知られている。多接合太陽電池の擬似要素セルの分光感度は、多接合太陽電池のカラーバイアス下での各要素セルの分光感度スペクトルを元にして設計されるが、分光感度測定の際の単色光の放射照度は５〜１００μＷ／ｎｍ／ｃｍ2の範囲で測定されることが多い。太陽電池の基準状態の放射用度は１００ｍＷ／ｃｍ2の高い照度が必要とされるため、放射照度に対する非線形性が顕著な太陽電池では、低照度での分光感度スペクトルに基づいて作製した基準セルを用いて、基準状態下での太陽電池の出力特性を測定した場合、正確さを維持できない。単接合型太陽電池の分光感度測定では、単色光に実質的に１００ｍＷ／ｃｍ2の放射照度の白色光を重積させるので、高照度での分光感度スペクトルを得る事が可能であるが、多接合太陽電池では、技術的に高照度での分光感度スペクトルを得る事は困難である。従って、各要素セルの擬似要素セルを用いた多接合太陽電池の出力評価法は、本質的に要素セルの非線形性に基づく不確からしさに影響される事になる。特に、標準スペクトルからずれた近似太陽光光源下での測定の場合、不確からしさは増大する事になる。
【００１０】
多接合太陽電池の出力特性を正確に測定する方法として、以下の技術が提案されている。
【００１１】
まず、多接合太陽電池の各要素セルの分光感度を模擬した複数の擬似要素セルを作製し、単一光源で構成された擬似太陽光光源下で、電流が制限される要素セルに対応する擬似要素セルの基準状態下での短絡電流値（校正値）が得られるように光源の照度を調整した後に、多接合太陽電池の出力特性を測定する方法（非特許文献１）が提案されている。
【００１２】
また、分光放射スペクトルを調整可能な近似太陽光光源を用いて、多接合太陽電池を構成する各要素セルが、基準状態下で生じるであろう電流値を得るために、複数の擬似要素セルから同時に校正値が得られるように分光放射スペクトルを調整する事によって、多接合太陽電池の基準状態下での出力特性を正確に測定しようとする手法（非特許文献２）が提案されている。すなわち、多接合太陽電池を構成する要素セルと実質的に同等の相対分光感度を有する単接合型の擬似要素セルを用いて、近似太陽光光源の各波長帯域の放射照度を調整する事により、各要素セルが基準状態で発生する電流値を同時に得るためのスペクトル条件を得ようとするものである。
【００１３】
上記の多接合太陽電池の測定技術において、前提となるのは分光放射照度を調整可能な近似太陽光光源を用いることである。非特許文献２においては各擬似要素セルから基準スペクトル下で得られる電流値を得るために、エアマスフィルターが付与されたキセノンランプの照射面に補助的なスペクトルを有するランプの照射光を重積し、各ランプの照度を変更することで、分光放射スペクトルを調整する。具体的には、また大面積多接合太陽電池の測定の場合には、複数のキセノンランプと複数のハロゲンランプを組み合わせて、各ランプの照度を変更することで、照射面での分光放射スペクトルと照度むらの調整を行う。
【００１４】
つまり多接合太陽電池の出力特性の評価には近似太陽光光源を用いる事が実用的であるが、多くの近似太陽光光源はキセノンランプを用いており、特に８００ｎｍ以上の波長帯域では輝線スペクトルの影響で合致度は大きく低下する。そしてタンデム型太陽電池のボトムセルの分光感度は６００ｎｍ〜１１００ｎｍにおいて主たる感度を有するためキセノンランプの局所的な帯域の不一致の影響を受けやすい。そのため、多接合太陽電池を測定するための近似太陽光光源は８００ｎｍ以上の波長領域をフィルタやミラーを用いて分割しハロゲンランプのスペクトルを重積させる事によりスペクトル合致度の向上を図っている。
【００１５】
さらに、基準状態からのずれを補正する方法として、各要素セルの分光感度と相対的に一致した分光感度を有する擬似要素セルを用いて基準状態からのずれを定量化し、試験セルの出力特性を基準状態下で得られる値に補正する測定方法（特許文献１）が提案されている。しかしながら、補正値の正確さを向上させるためには複数のずれた放射照度スペクトル下での測定結果が必要となる。
【特許文献１】特開２００２−１１１０３０号公報
【非特許文献１】K. Emery, Co. Ro. Osterwald, T. Glatfelter, J. Burdick, G. Vishup, Solar Cells, 24 (1988) 371-380
【非特許文献２】R. Shimokawa, F. Nagamine, M. Nakata, K. Fujisawa and Y. Hamakawa: Jpn. J. Appl. Phys. 28 (1989) L845
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上述の状況を鑑みなされたものであり、多接合太陽電池の基準状態での出力を、その受光面積に関わらず、また、例えば比較的低コストの一灯式の近似太陽光光源を用いて正確に測定評価することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の測定方法は、複数の要素セルを積層した多接合光電変換素子からなる試験セルの基準状態での出力を、任意の試験光源下で測定した多接合光電変換素子試験セルの出力として測定する測定方法であって、前記試験セルと実質的に同等なスペクトル依存性を有する基準セルの基準状態での出力を得る工程、前記基準セルの基準状態での出力が得られるように前記試験光源の照度を調節する工程、照度調節後の前記試験光源下で前記試験セルの出力を測定する工程を含むことを特徴とする多接合光電変換素子試験セルの出力測定方法なので、多接合太陽電池の基準状態での出力を、その受光面積に関わらず、また、低コストで正確に測定評価することができる。
【００１８】
前記基準セルは、前記多接合光電変換素子試験セルを構成する最もスペクトル変化に対して出力特性の変化が大きく現れる２組の要素セルについて、一つの要素セルの基準状態下で発生しうる出力電流から一定比率だけ増加させたときに、他方の要素セルの出力電流を同じ比率だけ減少するように、スペクトル条件を変更した光源の照射下で取得される出力特性である電流ミスマッチの比率を測定し、出力が最大になる該電流ミスマッチ比の値が、前記多接合光電変換素子試験セルと同等である事が好ましく、より正確に多接合光電変換素子試験セルの出力測定・評価可能である。
【００１９】
特に、前記基準セルは、実際の測定対象である複数の前記多接合光電変換素子からなる試験セルからそれらのスペクトル依存性を代表するものとして選別されたものとすることができる。
【００２０】
その際、前記選別は、基準状態下での前記電流ミスマッチ比と異なる電流ミスマッチ比の２組のスペクトル条件下で、前記複数の前記多接合光電変換素子からなる試験セルの出力特性を測定し、２組のスペクトル条件下で取得された出力の電流ミスマッチ比に対する勾配率がそれらの平均に最も近い多接合太陽電池を選ぶ方法により実施されることを特徴とすると誤差の少ない測定が可能となるので好ましい
言い換えれば、本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【００２１】
本発明にかかる測定方法は、複数の半導体接合を有する多接合光電変換素子の最大出力を評価する方法であって、異なるスペクトル条件の光源の照射下で、実質的に同等なスペクトル依存性を有する基準セルを用いて、前記光電変換素子の出力特性を測定し、基準状態下での前記基準セルの出力特性から、前記光電変換素子の基準状態における最大出力を取得するので、厳密に基準スペクトル条件が得られない単一ランプの低コストな光源下で測定を行っても、被測定光電変換素子が基準セルと同様のスペクトル依存性を有するので、基準セルの出力特性を用いて正確に被測定セルの最大出力を測定できることを特徴とする。
【００２２】
本発明にかかる基準セルは、各要素セルの基準状態下で発生しうる出力電流を変化させた時の前記要素セル間の電流ミスマッチの変化に対する出力特性の依存性が、被測定の前記光電変換素子のものと実質的に同等であり、製造された一群の光電変換素子のスペクトル依存性を代表するものとして選別されるので、製造された多数の光電変換素子に対して正確に出力特性を測定できることを特徴する。
【００２３】
本発明にかかるスペクトル依存性は、複数の半導体接合を有する多接合光電変換素子の中で、最も出力特性の変化が大きく現れる２組の要素セルについて、基準状態下で発生しうる出力電流から微小量だけ一方を変化させたときに、他方を同じ電流量だけ逆符号で変化するように、スペクトル条件を変更した光源の照射下で取得される出力特性であり、基準状態下で取得される特性で規格化されたものであるので、想定されうるスペクトル条件下で基準セルが被測定セルと実質的に同じ依存性を有する事を検証可能であることを特徴とする。
【００２４】
本発明にかかる基準セルの選別法は、前記スペクトル依存性の最大出力におけるピーク位置が得られる前記２組の要素セル間の電流ミスマッチ比が前記一群の光電変換素子の平均であるセルを選ぶ方法であり、また、基準状態下での前記電流ミスマッチ比と異なる電流ミスマッチを与える２組のスペクトル条件下で、前記一群の光電変換素子の出力特性を測定し、２組のスペクトル条件下で取得された最大出力の電流ミスマッチ比に対する勾配率が一群の平均に最も近い多接合太陽電池を選ぶ方法である。前記勾配率の平均に近い多接合太陽電池を選ぶ方法は、スペクトル可変型近似太陽光光源が無くても、一般的な近似太陽光光源の２つの異なる分光放射スペクトルによる出力特性を解析する事で、一群の多接合太陽電池のスペクトル依存性を代表する基準セルの選別を可能とすることを特徴としている。
【００２５】
付言すれば、また、本発明の測定方法は、高コストな大面積多灯式光源を用いて、擬似要素セルで基準スペクトルを確認しなくても、低コストの大面積単一光源と実質的にスペクトル依存性が同等である基準セルを用いて、正確に大面積多接合太陽電池モジュールの出力特性を測定する事が出来る。
【００２６】
また、本発明の測定方法により、時々刻々と変換する屋外太陽光下で、実質的にスペクトル依存性が同等の基準セルを用いて、正確に多接合太陽電池の出力特性を測定する事が出来る。
【００２７】
また、本発明の基準セルは、出力特性のスペクトル依存性が被測定セルと実質的に同等であることが確認されるので、基準セルの基準状態下での出力特性を用いて補正する事で、種々のスペクトル条件下で正確に出力特性を測定する事が出来る。
また、本発明の基準セル選別法は、製造工程で生じる製品間のスペクトル依存性の差異に対して、従来技術では都度擬似要素セルを作製する必要があったが、実質的に平均的なスペクトル依存性を有する基準セルを選別する事が可能であり、選別された基準セルを用いる事で、スペクトル依存性がわずかに異なる一群の多接合太陽電池に対しても正確に出力特性を測定する事が出来る。
【００２８】
さらには、本発明においては、製造工程で大量に生産される一群の多接合太陽電池を代表するスペクトル依存性有する多接合太陽電池を基準セルとして用いる測定方法であって、各要素セルのシャント成分やダイオード因子、直列抵抗成分の分布を反映した基準セルを用いているため、近似太陽光光源の分光放射スペクトルが変化した場合においても、試験セルの基準状態下での最大出力を測定する条件を正確に再現するものである。また、基準セルの最大出力は、放射照度１００ｍＷ／ｃｍ２の基準状態下で得られたものであるため、前述の擬似要素セルの様な要素セルの非線形に基づく不確からしさが測定結果に含まれない、正確な測定を可能とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
言い換えれば、本発明の測定方法は、スペクトル調整が可能な多灯式光源を用いて、擬似要素セルで基準スペクトルを確認しなくても、スペクトル合致度が異なる単一光源と実質的にスペクトル依存性が同等である基準セルを用いて、正確に多接合太陽電池の出力特性を測定する事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明者は、上述した従来技術を大面積の多接合光電変換素子の測定に適用した結果、以下に述べる問題があることを発見し、本発明を考案するに到った。つまり
（１）上記のような複数ランプを用いるスペクトル可変型の近似太陽光光源においては、その分光放射スペクトルを基準スペクトルと十分に合致させるために、ランプの種類としてキセノンランプやハロゲンランプ等を用いる必要がある。また、基準状態の放射照度である１０００Ｗ／ｍ2を照射面位置で得るには、高い定格出力のランプを組み合わせる必要があり、さらに、大面積の多接合太陽電池モジュールを測定する場合には、数多くのランプを照度むら無く配置する必要があり、例えば、それぞれのランプに個別の電源を設け精密に調整することが必要となる。そのため、こうした大面積のスペクトル可変型近似太陽光光源は、従来の単一光源の近時光源に比べて、構造が複雑になり、製造コストが大幅に増大する。さらに、ハロゲンランプの定格出力寿命は１００時間程度であるため、基準スペクトルと所定の照度むらの状態を維持するためには、頻繁にランプ交換を行い、都度照度を調整するなど、高度な制御技術並びに熟練が必要となる。
【００３１】
スペクトル可変型の近似太陽光光源は、多接合太陽電池の出力特性を正確に測定することが出来るが、上記の理由から、研究室で開発される小面積の多接合太陽電池に用いられることが主であり、大面積太陽電池モジュール用の光源としては、非常に高コストなものとなってしまう。
【００３２】
（２）また、屋外太陽光を用いて多接合太陽電池を測定するための基準スペクトルを得るために、上述の擬似要素セルを用いて、いずれの擬似要素セルからも同時に基準スペクトル下で得られる電流値を再現するスペクトル条件を待つと言う方法が考えられる。
【００３３】
しかしながら、太陽の放射照度スペクトルは、エアマス（大気圧と太陽高度、高度）及び大気混濁度、下降水量、オゾン、アルベド等の影響を受けて変化する。一日の太陽の放射照度スペクトル範囲においても、基準スペクトル条件が得られるのは２回程度であり、測定も数分以内に完了する必要がある。さらに、季節によっては一日中基準スペクトル条件が得られないことがある。したがって、太陽光スペクトルを用いて正確に基準状態の太陽電池の出力特性を得ることは、非常に困難である。
【００３４】
（３）さらに、多接合太陽電池の出力特性は、要素セルの短絡状態のみならず、各要素セルがバイアス状態下で影響されるシャント成分及び直列抵抗成分、ダイオード因子等を考慮しなければならず、また、特に、多接合太陽電池は、その製造時の製膜工程及び加工工程等の条件変動で、前述の多接合太陽電池の出力特性に与える因子が変化するため、スペクトル依存性に一定の分布が生じるはずである。従って、各要素セルの分光感度と相対的に一致した分光感度を有する擬似要素セルを用いて基準状態からのずれを定量化し、試験セルの出力特性を基準状態下で得られる値に補正する測定方法（特許文献１）では、製造工程で大量に生産される全ての多接合太陽電池に対して、ずれを都度測定する必要があり、煩雑であり、実用性に問題がある。つまり、特許文献１で開示された手法で基準様態下での出力特性を取得する方法は、製造ラインで大量に生産される多接合太陽電池の出力特性の評価には、低コストな一般的な単一擬似太陽光源が用いる事が出来ない事や、擬似光源のずれの大きさと多接合太陽電池のスペクトル依存性の分布の影響に基づく測定精度や、補正精度を向上させるために一つの太陽電池に対して多数の測定回数及び測定時間が必要となると言う問題がある
ここで本発明の測定方法の概略を簡単に説明すると。本発明の方法は順番に以下からなる
（１）疑似要素セルの基準状態での短絡電流（校正値）を得る。
（２）疑似要素セルの校正値で二灯式光源の照度を合わせ基準状態化し、基準セル候補の基準状態での出力を得る。また、その状態から、二灯式光源を用いスペクトル条件（電流ミスマッチ比）を代えて測定することにより複数の試験セルの中の基準セル候補から基準セルを選別する。
（３）例えば一灯式光源の試験光源の照度を、前記基準セルの基準状態での出力ＰMAX（二灯式光源で測定された）がでるように調節する。
（５）調節後の例えば一灯式光源の試験光源で試験セルの測定をすることで試験セルの基準状態での出力（ＰMAX、つまり最大出力）が得られる。
【００３５】
以下、太陽電池を例として、実施の最良の形態を示して本発明をより詳細に説明する。
【００３６】
まず、多接合太陽電池のスペクトル依存性について説明する。要素セルが直列に接続された場合、多接合太陽電池の出力特性は電流を制限する要素セルにより制限される。図１はトップ層としてアモルファスシリコン太陽電池とボトム層として微結晶シリコン太陽電池を直列に接続し、９１０ｍｍ×４５５ｍｍサイズのガラス基板上に１００段の集積構造を形成したタンデム型太陽電池モジュールのスペクトル依存性を示している。キセノンランプとハロゲンランプ及び光学フィルタからなる近似太陽光光源下で、タンデム型太陽電池の要素セルのトップ層とボトム層の分光感度と相対的に一致した分光感度を有する擬似要素セルを用いて、各ランプの放射照度を変化させている。トップ用の擬似要素セルは単接合型アモルファスシリコン太陽電池に、複数の色ガラスフィルターを付与し、タンデム型太陽電池のトップ層の相対分光感度と実質的に一致させている。さらに、ボトム用の擬似要素セル：シングルのセルは単接合型微結晶シリコン太陽電池に色ガラスフィルターを付与し、タンデム型太陽電池のボトム層の相対分光感度と実質的に一致させている。図１の横軸のＩｔ及びＩｂはそれぞれ、近似太陽光光源下で各擬似要素セルが出力する短絡電流値を、基準状態下での短絡電流地（校正値）で除算したものである。Ｉｂ／Ｉｔは基準状態において各要素セルの光電流がバランスしているタンデム型太陽電池の電流ミスマッチ比に該当し、光源の基準状態からのズレを表し、１の時には基準状態である。基準状態において各要素セルの光電流がバランスしているタンデム型太陽電池に対しては、光源の基準状態からの差異により、１より小さいときにはトップ層電流過多、１より大きいときはボトム電流過多の状態を反映している状態である。
【００３７】
図１は試験セルのスペクトル依存性を表す。は、ＩｔとＩｂは疑似要素セルの電流値を反映した量である。これで光源の状態が表される。について以下の（式１）が成り立つようにランプ照度を調整した後に、タンデム型太陽電池モジュールのＩＶ測定を行い出力特性の変化を記したものである。
【００３８】
【数１】
2006135196.tif 000003
ここで、ＩｔｍとＩｂｍは基準状態に近い但し青赤比があっていない状態の近似太陽光光源下でのトップ擬似要素セルとボトム擬似要素セルの短絡電流値である。Ｉｔ０とＩｂ０は基準状態に近く青赤比があっている状態のトップ擬似要素セルとボトム擬似要素セルの短絡電流値であって一般に校正値と呼ばれる。δは基準状態からの摂動を表す。
【００３９】
上式に基づくスペクトル依存性の評価方法は、多接合太陽電池の基準状態からの摂動として出力特性のスペクトル依存性を評価する手法であるため、高精度で再現良くスペクトル依存性を提供する手法である。
【００４０】
図１の試験セルは、タンデム型太陽電池であって、基準条件（Ｉｂ／Ｉｔ＝１）で短絡電流（Ｉｓｃ）が最大となるものを選んで図示したものである。従って、基準条件でトップセルとボトムセルは所謂電流マッチングっしている。
【００４１】
また、３層以上の半導体接合を有する多接合太陽電池については、３つの疑似要素セルを用いても、最もスペクトル依存性が大きく現れる２つの擬似要素セルを用いて電流ミスマッチ比を定める事により、高い精度で再現良くスペクトル依存性の評価が可能となる。
【００４２】
次に基準セルについて説明する。本発明における、基準セルは、試験セルと実質的に同等のスペクトル依存性を有するものである。対象となる多接合太陽電池の各要素セルの相対分光感度が実質的に一致しており、各要素セルのバイアス電圧化での電流電圧特性に影響する、シャント成分やダイオード因子、直列抵抗成分が実質的に一致し、放射照度に対する線形性も実質的に同等であることが望ましい。基準セルは、前記の各要素セルの特性を等価回路的に再現する一群の光電変換素子の組み合わせであっても良い。さらに好ましくは、対象となる一群の多接合太陽電池を代表するスペクトル依存性を有する試験セルそのものから、分割、分離されたものであっても良い。
【００４３】
基準セルの基準状態下の出力特性は、前記の基準状態が確認された条件下で測定されて得られたものでなければならない。前期の擬似太陽光光源の放射照度は、基準セルの基準状態下でのＰｍａｘ、Ｉｓｃ、ＦＦ、Ｖｏｃの内の一つあるいはそれ以上が、再現されるように調整される必要がある。
【００４４】
さらに、基準セルの選別法について説明する。本発明における、基準セルの選別法は、製造された一群の多接合太陽電池のスペクトル依存性の分布に基づき、平均的なスペクトル依存性を有する多接合太陽電池を選別する方法である。
【００４５】
つまり、本発明による基準セルの選別方法は、一群の多接合太陽電池からなる試験セルの後述する勾配率の平均値に最も近い多接合太陽電池を基準セルとして選ぶ事により、一群の多接合太陽電池のスペクトル依存性を代表する基準セルを選別する方法であり、前記要素セルの分光感度の差異や要素セルのバイアス電圧下での電流ミスマッチ比が、一群の太陽電池から代用的なものを正確かつ効果的に選ぶ具体的な手法を提供する。
【００４６】
具体的には最大出力のスペクトル依存性について平均的なものを選別する場合は、図１の最大出力のスペクトル依存性においてピーク位置に相当する電流ミスマッチ比が、一群の太陽電池の平均値に相当する多接合太陽電池を基準セルに選ぶ。好ましくは、多接合太陽電池の母集団の統計を反映する一群の太陽電池を無作為に抽出し、一群の多接合太陽電池について、前期スペクトル依存性を評価し、最大出力のピークが得られる電流ミスマッチ比の平均値と一致する位置に最大出力のピークが得られている多接合太陽電池を基準セルとして選別する。
【００４７】
本発明による選別法を用いる事で、安価な単一光源の疑似太陽光光源で、試験セルのスペクトル依存性を代表する基準セルを選別する事が可能である。電流ミスマッチ比が１より小さくなる放射照度分布を有する近似太陽光光源１と、電流ミスマッチ比が１より大きくなる放射照度分布を有する近似太陽光光源２とを用いてＰｍａｘを測定し、以下の（式２）、（式３）、及び（式４）を用いて、基準スペクトル条件（Ib/It=1）近傍での勾配率Ｒを求める。
【００４８】
【数２】
2006135196.tif 000004
ここで、Ｐｍａｘ１とＰｍａｘ２は、それぞれ近似太陽光光源１と近似太陽光光源２で測定した最大出力を表す。（Ｉｂ／Ｉｔ）１と（Ｉｂ／Ｉｔ）２はそれぞれ近似太陽光光源１と近似太陽光光源２の電流ミスマッチ比を表す。ＲａｖｅはＮ個の多接合太陽電池の勾配率の平均値、ｉは平均の勾配率に最も近い勾配率を有する多接合太陽電池の番号に対応する。勾配率Ｒは図２に破線で示した多接合太陽電池の最大出力のスペクトル依存性の基準スペクトル条件近傍の勾配率に相当する。
【実施例】
【００４９】
従来の擬似要素セルを用いて基準状態（ＳＴＣ）を確認して得られた多接合太陽電池の変換効率と、ＳＴＣでの変換効率が分かっている多接合太陽電池を基準セルとして異なる放射照度スペクトル下で取得された変換効率との誤差を検証する事により本測定法の有効性を確認した。
【００５０】
（実施例１）
実施例１の多接合太陽電池を基準セルとして用いる事により、多接合太陽電池の最大出力を測定する方法について、図３を用いて説明する。
【００５１】
まず、疑似要素セルの作製した。つまり、ガラス基板上にトップ層（アモルファスシリコンセル）とボトム層（薄膜微結晶シリコンセル）の積層構造を有するタンデム型太陽電池を作製した。得られたタンデム型太陽電池について、カラーバイアス光を重責しながら単色光を照射することで、図４に示したトップ層とボトム層の相対分光感度特性を得た。
【００５２】
トップ層の分光感度と相対的に一致する擬似要素セルを作製するために、ガラス基板上に単接合型アモルファスシリコン太陽電池を作製し、ＣＡＷ５００（ＨＯＹＡ製）のガラスフィルターをセル上面に取り付けた。相対分光感度の合致度を向上させるために、アモルファスシリコンｉ層の膜厚について３０００Ａを中心に変化させた。
【００５３】
また、ボトム層の分光感度と相対的に一致する擬似要素セルを作製するために、ガラス基板上に単接合型薄膜微結晶シリコン太陽電池を作製し、Ａ７１（ＡＴＧ製）とＭ３０（ＨＯＹＡ製）のガラスフィルターをセル上面に取り付けた。相対分光感度の合致度を向上させるために、薄膜微結晶シリコンｉ層の膜厚について２μｍを中心に変化させた。
【００５４】
トップ層とボトム層の擬似要素セルは、光照射により安定化させた後に（財）日本品質機構（ＪＱＡ）にて、基準状態における校正値としての短絡電流の値付けを行った。
【００５５】
キセノンランプとハロゲンランプとで構成され図５で示した分光放射分布を有する２灯式光源下で、トップ層用擬似要素セルとボトム層用擬似要素セルからＪＱＡで値付けされた校正値が得られるように、キセノンランプとハロゲンランプの照度を調整した。
【００５６】
このようにして照度及びスペクトル合わせを行った二灯式光源を用いて、図４で示した分光感度が得られたタンデム型太陽電池をセル温度が２５℃になるように水冷しながらＩＶ特性を測定すると変換効率１０．５６％が得られた。
【００５７】
基準セルのＩＶ特性のスペクトル依存性を評価するために、２灯式光源のキセノンランプとハロゲンランプの照度を変化させタンデム型太陽電池の測定を実施した。具体的には、電流ミスマッチ比が０．８１８となる放射照度条件となるように、トップ層用擬似要素セルから校正値の１．１倍の短絡電流が、ボトム層用擬似要素セルから校正値の０．９倍の短絡電流が同時に得られるように調整し、タンデム型太陽電池のＩＶ特性を測定した。
【００５８】
電流ミスマッチ比が０．８から１．２の範囲で２灯式光源のスペクトル条件を変化させる事により、図３の実線で示したスペクトル依存性がえられた。ここで、電流ミスマッチ比の範囲は、各要素セルの電流値の変化の範囲が約±１０％である事を前提としている。電流ミスマッチ比が０．８より小さいか、または１．２より大きい範囲では要素セルの出力電流が基準状態で得られる電流値に対して１０％以上変化するため、要素セルの放射照度に対する線形性が保証されなくなる事が理由である。各要素セルの最大出力のピークが得られる電流ミスマッチ比は１．０であった。
【００５９】
前記のタンデム型太陽電池を基準セルとして、２種類のタンデム型太陽電池の最大出力を測定した。基準セルと同等の膜厚構成を有するタンデム型太陽電池の試験セル２と異なる膜厚構成を有する試験セル１について、高近似２灯式光源とそれぞれの要素セルの相対分光感度と実質的に一致する擬似要素セル並びに校正値を用いて、基準状態（ＳＴＣ）でＩＶ測定を行うとそれぞれの変換効率は試験セル１が１０．５３％、試験セル２が１０．５６％であった。
【００６０】
次に、２灯式光源の放射照度スペクトルを、疑似要素セルの値を用いて電流ミスマッチ比として０．８から１．２となるように意図的に変化させつつ、各放射照度スペクトル条件下で基準セルから１０．５６％の変換効率が得られるように光強度のみを調整した。
その後で、試験セル１試験セル２に対してＩＶ測定を行い、変換効率を測定した結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2006135196.tif 000005
試験セル２では、全てのスペクトル条件下でＳＴＣで得られる変換効率と同一の測定結果が得られた。また、試験セル１では、電流ミスマッチ比が１となる条件では、ＳＴＣと同一の変換効率が得られたが、異なるスペクトル条件下でも−１％から＋１．４％の範囲の誤差での変換効率の測定結果となった。
【００６２】
ところで、試験セル１と試験セル２のスペクトル依存性を評価すると図３でしめした黒丸と白丸の結果であった。試験セル１は、変換効率のピークが得られる電流ミスマッチ比が０．９６と基準セルより０．０４だけ低い値を示している。図３から電流ミスマッチ比が０．９６より小さくなるスペクトル条件下では基準セルより試料１の変換効率が大きくなり、一方電流ミスマッチ比が１より大きくなるスペクトル条件下では、試料１の変換効率が小さくなることが判る。ただし、その差異は±２％未満であることが確認できる。一方、試験セル２は、基準セルと同一のスペクトル依存性を有するため全てのスペクトル条件下で同一の変換効率を示した。
【００６３】
以上から、本発明による測定方法により、試料と実質的に同一のスペクトル依存性を有する基準セルを用いることにより、基準スペクトルに近いスペクトル条件下で正確な変換効率を測定する事が出来た。
【００６４】
（比較例１）
非特許文献１に示される従来の照度調整法により、与えられた光源の分光放射照度下で電流が制限される要素セルに対応する擬似要素セルを用いて擬似太陽光光源の放射照度を調整した後に、多接合太陽電池の変換効率を測定した。
【００６５】
表２は、電流ミスマッチ比が０．８、０．９、１．０、１．１、１．２となる擬似太陽光光源の放射照度下で試料２の変換効率を測定した結果を示している。
【００６６】
【表２】
2006135196.tif 000006
電流ミスマッチ比として０．８、０．９、１．０が得られる分光放射スペクトル条件下では、試料２はボトム層で電流制限されるため、ボトム用擬似要素セルを基準セルとして用い、その校正値が得られるように放射照度を調整した。その後に試料２の出力特性を測定すると、１１．１４％、１０．９７％、１０．５６％の変換効率となった。
【００６７】
また、電流ミスマッチ比として、１．０、１．１、１．２が得られる分光放射スペクトル条件下で、試料２はトップ層で電流制限されるため、トップ用擬似要素セルを基準セルとして用い、その校正値が得られるように放射照度を調整し、出力特性を測定すると、１０．５６％、１０．７３％、１１．０６％の変換効率となった。
【００６８】
電流ミスマッチ比として、１．０が得られる光源の分光放射スペクトル条件下では、実質的に基準スペクトル条件と一致するため、STCでの変換効率と一致するが、基準スペクトル条件からずれた分光放射スペクトル条件下では測定される変換効率には大きな誤差を生じている。これは、律速要素セル短絡電流マッチの方法では、タンデム太陽電池の各要素セルのＦＦ値は光源スペクトル条件毎に異なるので、それが変換効率の測定結果の誤差を生じる原因となっていることを示している。特に、デバイス品質の優れた要素セルを含む多接合太陽電池では、ＦＦ値のスペクトル依存性が大きくなるので、変換効率の測定誤差はより大きくなる傾向があると考えられる。
【００６９】
（実施例２）
実施例２では、トップ層アモルファスシリコンセルとボトム層薄膜微結晶シリコンセルからなるタンデム型太陽電池モジュール製品から無作為に２０個を基準セル候補として抽出し、それらの基準セル候補から代表的なスペクトル依存性を有する２個を基準セルとして用いて、その他の４５０個の類似のスペクトル依存性を有する製品の測定を実施した。
【００７０】
図５に抽出した基準セル候補２０個のスペクトル依存性の結果を示す。また、これらの基準セル候補の最大出力がピークとなる電流ミスマッチ比を表３に示した。２０個の電流ミスマッチ比の平均として０．９５０が得られた。
【００７１】
【表３】
2006135196.tif 000007
これらの基準セル候補２０個から、最も平均値に近い基準セルとして、ＨＭＡ１１４２２４２２１、及びＨＭＡ１１４２２４０２２をさらに選別し基準セルとしたこれらは図５で、３と４で示したスペクトル依存性を有し、以下では基準セル３、及び基準セル４で参照する。基準セル３および基準セル４の基準状態での出力特性をＪＱＡで測定した結果、それぞれ最大出力として４１．２Ｗおよび４０．５Ｗが得られた。
【００７２】
４５０個のタンデム型太陽電池製品の出力を、一灯式のスペクトルが変更できないキセノンパルス式光源を用いて測定した。ちなみに、キセノンパルス式光源の電流ミスマッチ比は０．９０であった。
【００７３】
具体的には、まず、このキセノンパルス式光源の照度を、基準セル３が出力４１．２Ｗとなるように照度調整を行った。次に、その状態のキセノンパルス式光源下、４５０個のタンデム型太陽電池製品の出力測定を実施した。この測定結果を本発明の測定方法の結果とする。
【００７４】
比較の為に、同一の４５０個のタンデム型太陽電池製品について、電流ミスマッチ比が１．００となる様にキセノンランプとハロゲンランプの照度を調整した大面積２灯式光源下で最大出力を測定した。この測定結果をほぼ基準状態で測定された結果と考える。
【００７５】
これら、本発明の測定方法の結果と、ほぼ基準状態で測定された結果とを比較すると１％以内の誤差で一致した。つまり、安価な一灯式光源を用いても、本発明の測定方法を用いることで、高価な２灯式光源と遜色なく正確に多接合光電変換素子の出力が測定可能であることが判った。
【００７６】
試みに図５中の５で示される平均的な電流ミスマッチ比から外れたタンデム型太陽電池を基準セルとして照度調整を行い４５０個のモジュールの最大出力の測定結果を得て、それらと前記ほぼ基準状態で測定された結果とを比較すると、５％以上の誤差があることが確認された。つまり、本発明による基準セルの選別法により選別された基準セルを用いいることで、スペクトル調整ができない安価な一灯式光源を用いてもその照度調整のみを行う事により、一群の多接合太陽電池の最大出力を正確に測定する事が出来た。
【００７７】
（実施例３）
実施例３では、基準セルの選別に際して無作為に抽出されたタンデム型太陽電池のスペクトル依存性並びに出力特性のピークが得られる電流ミスマッチ比が測定できない際に、一般的な擬似太陽光光源を用いて一群のタンデム型太陽電池のスペクトル依存性を代表する基準セルを選別する方法を例示する。
【００７８】
前記実施例２で無作為に抽出した２０個のタンデム型太陽電池について、製造工程で用いられるキセノンパルス式光源を用いて最大出力を測定した。測定時の前記光源の電流ミスマッチ比は０．９６であった。前記光源のエアマスフィルターを交換し、前期光源の分光放射スペクトルを変更し電流ミスマッチ比を測定すると１．０７であった。エアマスフィルター交換後の前記光源を用いて前記２０個のタンデム型太陽電池について最大出力の測定を行い、以下の（式２）で示される勾配率Ｒの評価を行った。
【００７９】
【数３】
2006135196.tif 000008
表４は、２０個のタンデム型太陽電池の勾配率Ｒを示したものである。勾配率Ｒの平均値として−０．１６が得られ、平均値に近いタンデム型太陽電池としてＨＭＡ１１４２２４２２１、及びＨＭＡ１１４２２４０２２が選別された。これらのタンデム型太陽電池は実施例２のスペクトル依存性の評価結果から得られたものと同一である。本発明による基準セルの選別法により、一般的な擬似太陽光光源を用いて一群のタンデム型太陽電池のスペクトル依存性を代表するものが選別する事ができた。
【００８０】
【表４】
2006135196.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】タンデム型太陽電池のスペクトル依存性の一例である。
【図２】本発明の基準セル選別法に関する概略図である。
【図３】異なるスペクトル依存性の基準セルを用いた場合の測定誤差を示す図である。
【図４】タンデム型太陽電池の相対分光感度の一例である。
【図５】一群のタンデム型太陽電池の最大出力のスペクトル依存性の一例である。
【符号の説明】
【００８２】
１    基準セルと異なる膜厚構成を有するタンデム型太陽電池のスペクトル依存性
２    基準セルと同じ膜厚構成を有するタンデム型太陽電池のスペクトル依存性
３    一群のタンデム型太陽電池の最大出力電流ミスマッチ比の平均値に近いスペクトル依存性を有する太陽電池のスペクトル依存性（太い実線）
４    一群のタンデム型太陽電池の最大出力電流ミスマッチ比の平均値に近いスペクトル依存性を有する太陽電池のスペクトル依存性（太い破線）
５    一群のタンデム型太陽電池の最大出力電流ミスマッチ比の平均値から外れたスペクトル依存性を有する太陽電池のスペクトル依存性
【図１】
2006135196.tif 000010
【図２】
2006135196.tif 000011
【図３】
2006135196.tif 000012
【図４】
2006135196.tif 000013
【図５】
2006135196.tif 000014