(57)【要約】【課題】太陽電池の出力特性を容易に行い得る、新規なＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置を提供する。【解決手段】多波長のＬＥＤ発光部２からの光を太陽電池４に照射し、多波長ＬＥＤ発光部２からの各波長毎の照射光強度（Ｗ）と各波長毎の太陽電池４の出力短絡電流（Ａ）とから、太陽電池の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）を測定する。この太陽電池４の絶対分光感度のフィッティング計算から太陽電池４の絶対分光感度曲線を短時間で求めることができる。さらに、太陽電池４への基準太陽光照射時の出力短絡電流をも計算できる。これにより、太陽電池の評価を短時間で低コストで、また屋外の太陽電池の設置場所でも行うことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多波長のＬＥＤ発光部からの光を太陽電池に照射し、該多波長ＬＥＤ発光部からの各波長毎の照射光強度（Ｗ）と各波長毎の上記太陽電池の出力短絡電流（Ａ）とから、上記太陽電池の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）を測定することを特徴とする、ＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項２】
前記多波長のＬＥＤ発光部の白色以外のＬＥＤ光の１色毎に変調をかけて、前記太陽電池の出力短絡電流を得るように測定することを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項３】
前記太陽電池の多波長における絶対分光感度から、前記太陽電池の電流を与える計算式のフィッティング計算を行うことにより、前記太陽電池の絶対分光感度曲線を得ることを特徴とする、請求項１または２に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項４】
前記太陽電池の絶対分光感度曲線のフィッティング計算のパラメータとして、太陽電池の表面反射率、表面再結合速度、少数キャリアの拡散長を含むことを特徴とする、請求項３に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項５】
前記太陽電池の絶対分光感度曲線のフィッティング計算のパラメータとして、さらに、太陽電池の出力短絡電流に対する表面再結合速度と少数キャリアの拡散長との偏微分導関数を含むことを特徴とする、請求項４に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項６】
前記太陽電池の表面反射率と前記表面再結合速度と前記少数キャリアの拡散長のそれぞれに影響が大きい波長を、多波長のＬＥＤ光として含むことを特徴とする、請求項４または５に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項７】
前記太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流の計算を行うことを特徴とする、請求項３〜６の何れかに記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項８】
前記太陽電池が、結晶またはアモルファス結晶を用いた太陽電池であることを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項９】
前記結晶またはアモルファス結晶が、Ｓｉまたは化合物半導体からなることを特徴とする、請求項８に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法。
【請求項１０】
太陽電池の評価装置であって、
多波長のＬＥＤ発光部と、
上記多波長のＬＥＤ発光部の駆動部と、
太陽電池を載置するサンプルホルダと、
上記ＬＥＤの駆動電流から上記太陽電池への照射強度（Ｗ）と、上記太陽電池の出力短絡電流（Ａ）とから絶対分光感度を測定する信号処理部と、
からなることを特徴とする、ＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置。
【請求項１１】
前記駆動部は、前記多波長のＬＥＤ発光部の白色以外のＬＥＤ光の各色毎に、前記太陽電池の出力短絡電流が測定できるように前記信号処理部により制御されることを特徴とする、請求項１０に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置。
【請求項１２】
前記駆動部は、前記多波長のＬＥＤ発光部の白色以外のＬＥＤ光の各色毎に変調信号が印加されるように、前記信号処理部により制御されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置。
【請求項１３】
前記信号処理部はコンピュータを具備し、
上記コンピュータが前記多波長のＬＥＤ発光部の前記駆動部を制御する一方、
上記コンピュータが、前記太陽電池の出力短絡電流を測定し、
絶対分光感度、絶対分光感度曲線、基準太陽光照射時の出力短絡電流の何れかを自動的に計算することを特徴とする、請求項１０〜１２の何れかに記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置。
【請求項１４】
前記多波長のＬＥＤ発光部は、正多角形の各頂点に各色のＬＥＤが配置されるブロックから成り、該ブロックが複数配設されて所定の形状に構成されていることを特徴とする、請求項１０〜１３の何れかに記載のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境を保全するために太陽エネルギーの利用が進み、一般のビルや家庭の屋根や壁にも太陽電池を複数接続した太陽電池モジュールからなる太陽電池パネルの敷設が進みつつある。しかしながら、Ｓｉ（シリコン）等からなる太陽電池は、高コストのために思うように普及できていない。太陽電池が高コストである原因の一つに、太陽電池の太陽光照射の際の出力特性の検査工程がある。この太陽電池の出力特性評価は、太陽電池の製造後の検査や太陽電池の研究開発において行われる重要な測定項目である。
太陽電池への太陽光照射は天候により強度が変動することなどにより随時使用することが困難である。そのために、太陽光の替わりに、主にＸｅ（キセノン）ランプやハロゲンランプを使用した光源、所謂、ソーラシミュレータが太陽電池の出力特性評価用の光源として用いられている（特許文献１参照）。ここで、ソーラシミュレータは、通常のキセノンランプに加えてハロゲンランプを長波長用の光源として追加することで、キセノンランプの輝線スペクトルを抑えると共に、さらに光学フィルタを使用することで自然太陽光に近似な光源としている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４８７０４号公報（第２−３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＪＩＳ規格において等級Ａを満たすソーラシミュレータは数少なく、多くの太陽電池の製品検査においては、等級Ａのソーラシミュレータによって一次校正された太陽電池（一次基準太陽電池）などを用いて比較測定を行うことにより、太陽光照射と等価な測定であるとしている。実際には、一次基準太陽電池によって校正された二次基準太陽電池を用いる場合が多いために、その測定誤差が大きくなり正確な測定が困難であるという課題がある。
また、ソーラシミュレータを用いた太陽電池の出力特性評価は、基準太陽光とのスペクトル不一致の問題や、大型の設備であること、ランプの寿命が短く消費電力も大きいという課題がある。
また、太陽電池の受光可能な波長領域における絶対分光感度曲線を測定する場合には、ソーラシミュレータの光を分光器で分光して受光範囲の波長全域の各波長毎の絶対分光感度を得ることにより測定を行っている。この際、ソーラシミュレータの分光された波長の出力は低下するので、雑音が大きいために、ロックインアンプを用いて太陽電池の出力短絡電流を測定している。このため、太陽電池の絶対分光感度曲線を測定する測定器自体が高額であることと、測定に時間がかかることなどから、太陽電池の製造コストのうちの検査に要するコストが低下しないという課題がある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、太陽電池の出力特性の評価を容易に行い得る、新規なＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法は、多波長のＬＥＤ発光部からの光を太陽電池に照射し、多波長ＬＥＤ発光部からの各波長毎の照射光強度（Ｗ）と各波長毎の太陽電池の出力短絡電流（Ａ）とから、太陽電池の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）を測定することを特徴とする。
上記構成において、多波長のＬＥＤ発光部の白色以外のＬＥＤ光の１色毎に、変調をかけて、太陽電池の出力短絡電流を得るように測定することができる。
また、太陽電池の多波長における絶対分光感度から、太陽電池の電流を与える計算式のフィッティング計算を行うことにより、太陽電池の絶対分光感度曲線を得るようにしてもよい。
本発明は、好ましくは、太陽電池の絶対分光感度曲線のフィッティング計算のパラメータとして、太陽電池の表面反射率、表面再結合速度、少数キャリアの拡散長を含む。
本発明は、好ましくは、太陽電池の絶対分光感度曲線のフィッティング計算のパラメータとして、さらに、太陽電池の出力短絡電流に対する表面再結合速度と少数キャリアの拡散長との偏微分導関数を含む。
また、太陽電池の表面反射率と表面再結合速度と少数キャリアの拡散長のそれぞれに影響が大きい波長を、多波長のＬＥＤ光として含んでいてもよい。
本発明は、好ましくは、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流の計算を行う。
本発明は、好ましくは、太陽電池が、結晶またはアモルファス結晶を用いた太陽電池であり、結晶またはアモルファス結晶が、Ｓｉまたは化合物半導体からなっている。
【０００７】
この構成によれば、多波長のＬＥＤ光を太陽電池に照射し、多波長ＬＥＤの各波長毎の照射光強度（Ｗ）と各波長毎の太陽電池の出力短絡電流（Ａ）とから、太陽電池の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）を測定できる。
また、太陽電池の絶対分光感度を用い、フィッティング計算を行うことにより、太陽電池の絶対分光感度曲線を短時間で精度良く得ることができる。
さらに、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流の計算を行うことができる。
【０００８】
本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置は、多波長のＬＥＤ発光部と、多波長のＬＥＤ発光部の駆動部と、太陽電池を載置するサンプルホルダと、ＬＥＤの駆動電流から太陽電池への照射強度（Ｗ）と、太陽電池の出力短絡電流（Ａ）とから絶対分光感度を測定する信号処理部と、からなることを特徴とする。
上記構成において、駆動部は、多波長のＬＥＤ発光部の白色以外のＬＥＤ光の各色毎に、太陽電池の出力短絡電流が測定できるように信号処理部により制御されればよい。上記駆動部は、多波長のＬＥＤ発光部の白色以外のＬＥＤ光の各色毎に変調信号が印加されるように、信号処理部により制御することができる。
上記構成において、信号処理部は、好ましくは、コンピュータを具備し、コンピュータが多波長のＬＥＤ発光部の駆動部を制御する一方、コンピュータが、太陽電池の出力短絡電流を測定し、絶対分光感度、絶対分光感度曲線、基準太陽光照射時の出力短絡電流の何れかを自動的に計算する。多波長のＬＥＤ発光部は、正多角形の各頂点に各色のＬＥＤが配置されるブロックから成り、ブロックが複数配設されて所定の形状に構成されていればよい。
【０００９】
上記構成によれば、複数のＬＥＤ光照射により太陽電池の出力短絡電流を測定し、太陽電池の絶対分光感度と絶対分光感度曲線と太陽電池の絶対分光感度曲線などを短時間で測定することができる。これにより、従来測定時間とコストがかかった太陽電池の絶対分光感度などの諸測定を、短時間で、かつ、低コストで行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
始めに、本発明の第１の実施の形態であるＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法を説明する。
図１は、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において用いる測定系の概略構成を示す図である。図１に示すように、ＬＥＤ発光部２により、測定する太陽電池４へ光照射が行われる。ここで、ＬＥＤ発光部２は、太陽光に含まれる波長の内の複数の波長、即ち、複数色を有する複数のＬＥＤを有し、太陽電池４に所定の距離で対向し、照度むらのないように配置されている。ここで、太陽電池４は、単位太陽電池を複数接続した太陽電池モジュールでもよい。
【００１１】
図２は、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、図１の測定系を用いて太陽電池の絶対分光感度測定と、その測定から絶対分光感度曲線を得るための手順を示すフロー図である。
先ず、ステップＳＴ１において、複数色を有する複数のＬＥＤを各色毎に発光させて、太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣ（Ａ）を測定する。このときの太陽電池表面における各ＬＥＤの照度、即ち、照射電力（Ｗ）を予め測定しておけば、太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣと各色ＬＥＤの照度の比から、ＬＥＤ各色毎の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）が得られる。
ここで、ＬＥＤ発光部からの照射光は、基準太陽光と異なり離散的な輝線スペクトルの照射であるので、太陽光に近似させるためにＬＥＤの発光色は複数用いる。これらのＬＥＤの発光色は、例えば、青（短波長帯）、赤（中波長帯）、赤外（長波長帯）、白（広波長帯）を用いることができる。
また、ＬＥＤからの各色の発光は、後述するように、白色を除いたある１色毎に変調をかけておき、他のＬＥＤは発光させた状態、即ち、バイアス光として照射することで、白色を除く各色毎の絶対分光感度を測定してもよい。
【００１２】
次に、ステップＳＴ２において、上記各色ＬＥＤの絶対分光感度の値から、後述するフィッティング計算により太陽電池の絶対分光感度曲線を求める。
このようにして、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、太陽電池の絶対分光感度曲線を得ることができる。
【００１３】
次に、ステップＳＴ１における絶対分光感度の測定について詳しく説明する。
図３は、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の図２に示した評価方法において、ステップＳＴ１で、太陽電池に照射するＬＥＤ毎の絶対分光感度を測定するための手順を示すフロー図である。
ここで、ＬＥＤの発光色は、例えば、赤外、赤、青、白の４色を含む複数のｎ色であるとして説明する。
先ず、ステップＳＴ１０において、ＬＥＤ発光部の各色のＬＥＤの全てを発光させ、ステップＳＴ１１において、白色を除く任意の一色のＬＥＤに振幅変調（ＡＭ変調）をかけ、この変調信号による太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣ（Ａ）を測定する。ここで、全ＬＥＤの発光のうち、変調光以外はバイアス光として太陽電池を稼動状態にするために照射している。
次に、ステップＳＴ１２において、白色を除く任意の一色のＬＥＤの太陽電池への照射電力（Ｗ）に対する太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣ（Ａ）から、この照射波長の絶対分光感度（Ａ／Ｗ）を計算する。
【００１４】
次に、ステップＳＴ１３では、発光色の白色を除く（ｎ−１）色の全ての変調信号が測定されたか否かを判定する。そして、ステップＳＴ１３において、（ｎ−１）色が測定されていないと判定したときには、ステップＳＴ１１に戻り、白色以外の各色の測定を続け、それぞれの照射波長の絶対分光感度を計算する。
【００１５】
これに対して、ステップＳＴ１３において、白色を除く（ｎ−１）色の全ての変調信号が測定されたと判定したときには、ステップＳＴ１４において、各色の絶対分光感度測定が終了する。
このようにして、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、ＬＥＤ照射の複数の異なる色、即ち複数波長において、白色を除く各色毎に変調をかけて測定することで、太陽電池の絶対分光感度を感度よく、高精度に測定することができる。
【００１６】
次に、上記の測定によって得られる離散的な絶対分光感度に基づいて、絶対分光感度曲線を得る方法について説明する。
ここで、被測定太陽電池は、ｐｉｎ構造を有していて受光面がｎ層であるとして説明する。
太陽電池の分光感度の理論式は、下記の式（１）〜式（３）に示す半導体の少数キャリア連続の方程式より導出したモデル式を用いた（小長井誠著「半導体物性」、１９９２年、倍風館、ｐｐ．２３９〜２４１、参照）。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【数４】
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【００１７】
式（１）のＩｈ  、式（２）のＩｄｒ、式（３）のＩｅ  は、それぞれ、ｎ層の正孔電流、空乏中の電流、ｐ層の電子電流を示している。これらの式（１）〜式（３）の合計が、太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣの式（４）となる。
上記式において、αは吸収係数であり、Ｒは表面反射率であり、Ｌｈ  ，Ｌｅ  とＳｈ  ，Ｓｅ  と、Ｄｈ  ，Ｄｅ  は、それぞれ、少数キャリアの拡散長、表面再結合速度、少数キャリアの拡散定数である。
ここで、添え字のｈ  とｅ  は、それぞれ、ｎ層中における正孔とｐ層中の電子を示す。また、ｘｊ  、Ｗ、Ｈ、Ｈ’は、それぞれ、空乏層の端、空乏層の厚さ、空乏層末端の寸法である。
【００１８】
図４は、結晶Ｓｉを用いた太陽電池の変数（パラメータ）と、値域、単位、分類を示す表である。分光感度曲線への影響の度合いによりパラメータをＡ群、Ｂ群に分類しており、値域は、結晶系Ｓｉの一般的な値を用いた（Ｈ．  Ｊ．  Ｈｏｖｅｌ  著”Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  Ａｎｄ  Ｓｅｍｉ−Ｍｅｔａｌｓ  Ｖｏｌ．  １１  ”，  １９７５，  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  ｐ．２６  参照）。
パラメータＡ群は材料に関する定数であり、太陽電池の種類によって固有の値とし、Ｂ群は同種セル内での個体差に依存する変数とした。Ａ群のうち吸収係数αは波長依存の値であり、短波長ほど吸収されやすいことを示す。
また、入射フォトン数Ｉ０  について、光子一個の持つエネルギーは、Ｅ（ｅＶ）＝１２３９．５／λ（ｎｍ）によって表されるため、波長が長くなるほど光子の持つエネルギーは少なくなることがわかる。これら二つのパラメータが波長に依存した関数であり、分光感度の波形を特徴づける部分である。
【００１９】
パラメータＢとして、入射フォトン数を決める表面反射率Ｒと、ｎ層における表面再結合速度Ｓｈ  と、ｐ層における少数キャリア拡散長Ｌｅ  とが出力短絡電流ＩＳＣに与える影響を図５〜図７に示す。図の縦軸は絶対分光感度、横軸は波長であり、このデータが絶対分光感度曲線を示す。図中の矢印で示すように、各変数、即ち、パラメータは依存性の高い波長帯を有している。
ここで、図５〜図７に示すように、太陽電池の短波長側と長波長側の出力短絡電流ＩＳＣは、それぞれ太陽電池の表面再結合速度Ｓｈ  と少数キャリア拡散長Ｌｅ  に大きく影響、即ち依存する。そして、絶対分光感度曲線の全体は、太陽電池の表面反射率Ｒに依存するので、分光感度の中心となる波長帯を用いてその依存性を調べるとよい。この際、短波長、長波長、分光感度の中心となる波長に適合するＬＥＤの発光色は、それぞれ、紫〜青、赤外、赤を使用できる。白色光はバイアス光として使用することができる。
これから、上記式（１）においては表面再結合速度Ｓｈ  を、上記式（３）においては少数キャリア拡散長Ｌｅ  をパラメータとし、Ｒをも用いて、実測より得られた絶対分光感度と一致するようにフィッティングをさせ、絶対分光感度曲線のフィッティング計算を行うことができる。
【００２０】
図８は、ＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、離散的な絶対分光感度から、太陽電池の絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算の方法を示すフロー図である。
先ず、ステップＳＴ２０において、Ｒ、Ｓｈ  、Ｌｅ  の初期値として理想的なパラメータを入力し、理想的な絶対分光感度曲線を計算する。ここで、絶対分光感度曲線の全体は、太陽電池の表面反射率Ｒに依存するので、分光感度の中心となる波長帯を用いてその依存性を計算してもよい。
次に、ステップＳＴ２１において、この理想的な絶対分光感度曲線が測定により得られた離散的な絶対分光感度と比較して許容範囲内の誤差に収まっているか否かを判定する。そして、ステップＳＴ２１において、得られた絶対分光感度曲線が妥当でないと判定したときには、ステップＳＴ２０に戻り再度計算を行う。この際、図３のパラーメータのうち、Ａについても見直しをしてもよい。
【００２１】
これに対して、ステップＳ２１において、初期計算が妥当であると判定したときには、ステップＳＴ２２に進む。ここでは、被測定太陽電池の表面再結合速度Ｓｈ  に影響を与える短波長側を含む測定波長における、太陽電池のＬＥＤを用いた絶対分光感度のデータを使用して、最小二乗法によりフィッティング計算を行う。これにより、Ｓｈ  のおおまかな近似値と、初期値から修正されたＲ，  Ｌｅが得られる。
【００２２】
つぎに、ステップＳＴ２３において、被測定太陽電池の小数キャリアの拡散長Ｌｅ  に影響を与える長波長側を含む測定波長における、太陽電池のＬＥＤを用いた絶対分光感度のデータを使用して、最小二乗法によりフィッティング計算を行う。これにより、Ｌｅ  のおおまかな近似値と、初期値から修正されたＲ，  Ｓｈ  が得られる。
上記のステップＳＴ２２とステップＳＴ２３において、初期値から修正されたＲ，  Ｓｈ  ，Ｌｅ  と、おおまかな絶対分光感度曲線を得ることができる。
【００２３】
次に、ステップＳＴ２４において、上記ＳＴ２２とＳＴ２３で求めたＲ、Ｓｈ  、Ｌｅ  を使用して、非線形最小二乗法により最適な値を求め、絶対分光感度曲線のフィッティング計算を行う。この際、非線形最小二乗法における計算は、特にＳｈ  が指数関数的に変化することで収束性が悪くなりやすい。このために、式（１）と式（３）のＩｈ  及びＬｅ  に関する偏微分導関数（∂Ｉｈ  ／∂Ｓｈ  、∂Ｉｅ  ／∂Ｌｅ  ）を使用すれば、収束性良くフィッティング計算を行うことができる。なお、Ｒは、式（１）〜式（３）の光電流の式における比例係数であり、偏微分導関数は１であるので、偏微分導関数を用いたフィッティング計算は省略することができる。
【００２４】
続いて、ステップＳＴ２５において、得られた絶対分光感度曲線が妥当であるか否かを判定する。そして、ステップＳＴ２５において、得られた絶対分光感度曲線が妥当でないと判定したときには、ステップＳＴ２２に戻り、再度計算を行う。
【００２５】
これに対して、ステップＳ２５において、フィッティング計算が妥当であると判定したときには、ステップＳＴ２６において、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線が得られる。フィッティング計算の判定においては、別途、太陽光シミュレータを用いた絶対分光感度曲線測定装置で測定した被測定太陽電池の絶対分光感度曲線が、校正データとして使用できる。
【００２６】
このようにして、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、ＬＥＤ照射の複数の異なる色、即ち複数波長における太陽電池の絶対分光感度の測定値を使用して、光電流のモデル式にフィッティング計算を行わせることによって被測定太陽電池の絶対分光感度曲線を得ることができる。
なお、太陽電池の光電流はＳｉのｐｉｎ構造で説明したが、他の化合物半導体を用いた太陽電池や他の構造の太陽電池においても、それらの適切なモデル式により絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算を行うことができる。フィッティング計算を行う際のパラメータは、Ｒ，Ｓｈ  ，Ｌｅ  の場合を示したが、Ｓｅ  やＬｐ  等をも付け加えてもよい。
【００２７】
次に、太陽電池の絶対分光感度曲線から基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣを求める計算方法について説明する。
図９は、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣを求める計算のフロー図である。図において、図８で説明したと同様に、ステップＳＴ２０からステップＳＴ２４において、太陽電池の絶対分光感度曲線を求める計算が行われ、ステップＳＴ３０において、基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣの計算を行うか否かを入力する。
そして、ステップＳＴ３０において、基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣの計算をしない場合には、ステップＳＴ２５で終了する。これに対して、ステップＳ３０において、基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣの計算を行うと入力した場合には、ステップＳＴ３１において、被測定太陽電池の基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣの計算を行う。
【００２８】
この際、被測定太陽電池の基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣは、下記式（５）に示すように、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線と、基準太陽光分光放射強度曲線の積を波長領域で積分計算することにより得られる。
【数５】
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ここで、Ｑ（λ）（Ａ／Ｗｎｍ）、ＥＲｅｆ  （λ）（Ｗ／ｍ２  ｎｍ）、λ（ｎｍ）、Ａ（ｍ２  ）は、それぞれ、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線、基準太陽光分光放射強度曲線、波長、被測定太陽電池の面積である。
このようにして、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、ＬＥＤ照射の複数の異なる色、即ち複数波長において測定した太陽電池の絶対分光感度から絶対分光感度曲線を得て、さらに、基準太陽光照射時の被測定太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣの計算を短時間で得ることができる。
【００２９】
次に、上記で説明した本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法による絶対分光感度曲線の計算例について説明する。
（計算例１）
図１０は、計算に使用したＳｉ結晶（ｃ−Ｓｉ）からなる太陽電池の相対分光感度曲線である。図において縦軸が相対分光感度であり、横軸が波長（ｎｍ）である。図示するように、波長として４００ｎｍから１１００ｎｍの複数の波長において分光感度を測定したものである。計算する際に、相対分光感度曲線は、絶対分光感度曲線に変換した。
【００３０】
図１１は、図１０のＳｉ太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線である。図において縦軸が絶対分光感度（Ａ／Ｗ）であり、横軸が波長（ｎｍ）である。ＬＥＤによる絶対分光感度を青（４６０ｎｍ）、緑（５７０ｎｍ）及び２波長の赤外（８００ｎｍと１０００ｎｍ）で測定（図中＋印）したものとして、この４点の絶対分光感度から絶対分光感度曲線（太線部分）のフィッティング計算を行った結果である。
これにより、４波長の絶対分光感度より、絶対分光感度曲線が精度良くフィッティング計算できることが分かる。
【００３１】
（計算例２）
図１２は、計算に使用した結晶系Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）からなる太陽電池の相対分光感度曲線である。図において、左縦軸は相対分光感度、横軸は波長（ｎｍ）を示す。計算する際に、相対分光感度曲線は、絶対分光感度曲線に変換した。
図１３は、図１２のａ−Ｓｉ太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線である。図において縦軸が絶対分光感度（Ａ／Ｗ）、横軸が波長（ｎｍ）である。ＬＥＤによる絶対分光感度を図１１と同一波長で測定（図中＋印）したものとして、この４波長における絶対分光感度から絶対分光感度曲線（太線部分）のフィッティング計算を行った結果である。
これにより、４波長の絶対分光感度より、絶対分光感度曲線が精度良くフィッティング計算できることが分かる。
【００３２】
（計算例３）
次に、ＬＥＤの照射発光波長の影響を考慮した計算結果を説明する。
被測定太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣから絶対分光感度曲線をフィッティング計算する場合は、偏微分導関数（∂Ｉｈ  ／∂Ｓｈ  、∂Ｉｅ  ／∂Ｌｅ  ）を用いたフィッティング計算を行なうと、その計算の収束が速くなる。このとき、これらの偏微分導関数は、さらに照射波長により大きく変化する。
図１４と図１５はそれぞれ、偏微分導関数∂Ｉｈ  ／∂Ｓｈ  と∂Ｉｅ  ／∂Ｌｅ  のそれらの大きさＳｈ  とＬｅ  と波長依存性を計算した図である。図１４に示すように、∂Ｉｈ  ／∂Ｓｈ  は、波長λ＝３５０ｎｍ付近において大きくなる。これから、太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣにおける表面再結合速度の影響の大きい短波長側の波長としては、３５０ｎｍ近辺の波長を有するＬＥＤを使用することが好ましいことが分かる。また、図１５に示すように、∂Ｉｈ  ／∂Ｌｅ  は、波長λ＝８００ｎｍ付近において大きくなる。これから、太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣにおける少数キャリア拡散長の影響の大きい長波長側の波長としては、８００ｎｍ近辺の波長を有するＬＥＤを使用することが好ましいことが分かる。
【００３３】
上記の波長依存性により、ＬＥＤの波長として、３５０ｎｍ（紫）、４６０ｎｍ（青）、６４０ｎｍ（橙）、８００ｎｍ（赤外）の４波長を用いて、図１２のｃ−Ｓｉ太陽電池の相対分光感度曲線のデータから、絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算を行った。
図１６は、図１２のｃ−Ｓｉ太陽電池のデータを用いて、波長を最適化した４波長の絶対分光感度の値から、計算により求めた絶対分光感度曲線のグラフである。図において縦軸が絶対分光感度（Ａ／Ｗ）であり、横軸が波長（ｎｍ）である。
ＬＥＤによる絶対分光感度を上記の波長で測定（図中＋印）したものとして、この４波長における絶対分光感度から絶対分光感度曲線（太線部分）のフィッティング計算を行った結果である。図から、実測値とフィッティング計算が良くあっていることが分かる。
これにより、Ｓｉ太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣへのＬｅ  とＳｈ  による影響が大きい長波長側と短波長側の波長において、偏微分導関数∂Ｉｈ  ／∂Ｓｈ  と∂Ｉｅ  ／∂Ｌｅ  が大きくなる波長を少なくとも含む多波長で絶対分光感度を得れば、絶対分光感度曲線のフィッティング計算をさらに収束性良く得ることができる。
【００３４】
次に、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置に係る第２の実施の形態を示す。
図１７は、本発明に係る第２の実施の形態によるＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。ＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置１は、ＬＥＤ発光部２と、ＬＥＤ駆動部３と、測定する太陽電池４を載置するサンプルホルダ９と、信号処理部５と、から構成されている。ＬＥＤ発光部２は、太陽光に含まれる波長の内の複数の波長、即ち、複数色を有する複数のＬＥＤを有し、被測定太陽電池４に所定の距離で対向するように配置されている。
【００３５】
ＬＥＤ駆動部３は、信号処理部５により制御されて、上記ＬＥＤ発光部２の各色毎のＬＥＤに発光に必要な電圧と電流を供給し、必要に応じて変調信号を重畳して印加できる。ここで、ＬＥＤに供給する電圧と電流（以下、単に駆動電流と呼ぶ）は、直流またはパルスでよい。また、変調方式は、ＡＭ変調やパルス変調などが使用できる。ＬＥＤ駆動部３は、上記ＬＥＤ発光部２の各色毎のＬＥＤの駆動電流を信号処理部５に出力信号６として出力する。ここで、予め、上記ＬＥＤ発光部２の各色毎のＬＥＤの駆動電流と、被測定太陽電池４への照射電力（Ｗ）の関係、所謂、ＩＬ特性が測定されることにより、ＬＥＤの駆動電流値から太陽電池への照射電力が分かる。
【００３６】
被測定太陽電池４にＬＥＤ発光部２から被測定太陽電池４へＬＥＤ光が照射されると、被測定太陽電池４に短絡電流ＩＳＣが発生し、評価装置用コンピュータに短絡電流信号７として出力される。
【００３７】
信号処理部５は、パーソナルコンピュータなどのコンピュータと、ＬＥＤ駆動部３からの出力信号６と被測定太陽電池４に発生する短絡電流信号７からの直流電流や変調信号を復調して電流値に変換するインターフェース回路８などから構成されている。
【００３８】
図１８は、太陽電池の評価装置１における絶対分光感度の測定を行うときの動作を示すタイムチャートである。図１８のタイムチャートは、図１７で説明したＬＥＤ発光部が白色を含む４色からなる場合である。横軸は時間軸ｔであり、縦軸はＬＥＤ発光部の各色ＬＥＤの駆動電流と、被測定太陽電池の出力短絡電流である。図１８（ａ）〜（ｄ）はＬＥＤ１からＬＥＤ４の駆動電流であり、ＬＥＤ４が白色である。（ｅ）は被測定太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣである。
図１８のｔ１の時間に示すように、（ａ）に示すＬＥＤ１には、ＡＭ変調を印加して、それ以外の（ｂ）〜（ｃ）に示すＬＥＤ２〜ＬＥＤ４は直流電流で駆動している。このとき、被測定太陽電池の出力短絡電流は、点線より上部がＬＥＤ１のＡＭ変調を復調した出力短絡電流成分であり、点線より下部が、ＬＥＤ２〜ＬＥＤ４による出力短絡電流成分である。
このように、ＬＥＤの白色を除く各色に変調をかけて測定することで、太陽電池の出力短絡電流を感度よく、かつ、高速に測定できる。
【００３９】
この際、信号処理部５は、予めメモリに記憶させたＬＥＤ１の駆動電流と照射電力強度と、ＬＥＤ１のＡＭ変調による太陽電池の出力短絡電流成分から、ＬＥＤ１の波長における太陽電池の絶対分光感度を計算して、信号処理部のメモリに保存すると共に、ディスプレー装置やプリンタに出力する。
同様にして、ＬＥＤ１の波長の絶対分光感度を得た後で、ｔｓの時間の経過後のｔ２で（ｂ）のＬＥＤ２にＡＭ変調を印加して、それ以外の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すＬＥＤ１、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４は直流電流で駆動し、そのときの被測定太陽電池の出力短絡電流におけるＬＥＤ２の出力短絡電流から、ＬＥＤ２の波長における太陽電池の絶対分光感度が得られる。さらに、ｔ３の時間において、ＬＥＤ３の波長における太陽電池の絶対分光感度が測定される。
【００４０】
次に、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法による、絶対分光感度曲線を求めるプログラムが信号処理部において実行されることにより、上記測定で得られた絶対分光感度から、被測定太陽電池の絶対分光感度曲線がフィッティング計算される。
さらに、この得られた絶対分光感度曲線と、ＩＥＣによる基準太陽光放射照度分布との積の波長に関しての積分計算が、信号処理部において実行されることにより、被測定太陽電池の基準太陽光放射による絶対分光感度曲線が計算される。ここで、被測定太陽電池の各パラメータと、予め太陽光シミュレータにより測定した校正用の絶対分光感度曲線や、ＩＥＣによる基準太陽光放射照度分布（ＩＥＣ９０４−３，  “Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｆｏｒ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  （ＰＶ）  Ｓｏｌａｒ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ  ｄａｔａ”参照）  は、予めメモリに記憶させておけばよい。
【００４１】
次にＬＥＤ発光部は、被測定太陽電池に照度むらのない均一な光照射を行う必要があるので、その構成についてさらに詳しく説明する。
図１９はＬＥＤを４色使用したときのＬＥＤ発光部のＬＥＤの配置を模式的に示す平面図である。図１９に示すＬＥＤ発光部２において、図中の点線部で示す一辺がＬ１の正四角形のブロック２ａが複数配置されて構成されている（この配置を、正方配置と呼ぶ）。ＬＥＤ発光部２の外形は一辺がＬ２の正方形である。ここで、ブロック２ａの各頂点に４色のＬＥＤ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが配設されている。
【００４２】
図２０はＬＥＤを６色使用したときのＬＥＤ発光部のＬＥＤの配置を模式的に示す平面図である。図２０に示すＬＥＤ発光部２において、図中の点線部で示す一辺がＬ３の正六角形のブロック２ｂが複数配置されて構成されている。ＬＥＤ発光部２の外形は、一辺がＬ４の正方形である。ここで、ブロック２ｂの各頂点に６色のＬＥＤ１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ、、１１ｉ、１１ｊが配設されている。
【００４３】
上記の例では、ＬＥＤのブロックを正四角形と正六角形の場合を示したが、ＬＥＤのブロックは各色の配置を均一にするために正多角形としてもよい。また、ＬＥＤの色は、赤外、赤、橙、黄、緑、青、紫、白などを使用できる。この際、ＬＥＤは、点光源として近似できるので、被測定太陽電池の表面の照度は、ＬＥＤ発光部との距離の二乗に逆比例して変化することと、配光曲線の半値幅角度（前方方向の光強度が中心軸に対して半分の電力となる角度）を考慮して、上記ＬＥＤ発光部２の各寸法Ｌ１〜Ｌ４を決めればよい。例えば、ＬＥＤは半値幅を与える角度の比較的広い、広指向角のチップ型ＬＥＤなどを使用すればよい。このように配置することにより、各色ＬＥＤの個数は同じで、かつ、等間隔に配置されるので、被測定太陽電池への照射光強度を均一とすることができる。
【００４４】
図２１〜図２３は、図１９及び図２０のＬＥＤ発光部による被測定太陽電池への照度むらを計算した結果を示す表と図である。
図２１は、ＬＥＤ発光部２の外形寸法と１色当たりの使用ＬＥＤ数を示す表である。図２１に示すように、ＬＥＤ発光部２の外形の正方形の一辺を１３０ｍｍ〜１７０ｍｍまで１０ｍｍ間隔で変化させときに、正方配置における一色当たりの使用ＬＥＤ数は、２８９個〜４８４個となる。また、六角配置における一色当たりの使用ＬＥＤ数は、１３３個〜２４３個となる。ここで、各ＬＥＤの配置間隔であるＬ１とＬ３は、４ｍｍである。
【００４５】
図２２及び図２３は、それぞれ、正方配置と六角配置におけるＬＥＤ発光部の被測定素子への照度むらを計算した結果を示す図である。図において、縦軸は照度むら（％）で、横軸はＬＥＤ発光部と被測定素子との距離、即ち、照射高さ（ｍｍ）である。ここで、照射むらは、ＬＥＤを点光源で近似し、照度が点光源からの距離の二乗に逆比例し、指向角が１２０°として計算した。また、被測定素子への照射面積は、１００ｍｍ×１００ｍｍとした。
図２２に示す正方配置の場合において、照射高さが１１ｍｍ〜１７ｍｍで、ＬＥＤ発光部の面積が１５０ｍｍ×１５０ｍｍから１７０ｍｍ×１７０ｍｍと大きくなるにつれて照度むらが小さくなる。また、照度むらの最小値が得られる照射高さは、ＬＥＤ発光部の面積により変化する。ＬＥＤ発光部の面積が１６０ｍｍ×１６０ｍｍと１７０ｍｍ×１７０ｍｍの場合には、照度むらは、５％以下となることがわかる。
【００４６】
図２３に示す六角配置の場合において、ＬＥＤ発光部の面積が１５０ｍｍ×１５０ｍｍから１７０ｍｍ×１７０ｍｍと大きくなるにつれて照度むらが小さくなるが、照度むらの最小値が得られる照射高さは、図２３で示した正方配置よりも低い８ｍｍ〜１２ｍｍとなることが分かる。ＬＥＤ発光部の面積が１５０ｍｍ×１５０ｍｍと１６０ｍｍ×１６０ｍｍの場合には、照度むらは、５％以下となることがわかる。
【００４７】
上記のＬＥＤ発光部の照射強度は、連続動作で約１０ｍＷ／ｃｍ２  、パルス動作で約１００ｍＷ／ｃｍ２  である。このように、ＬＥＤ発光部は、被測定素子への照射面積に対して、適当なＬＥＤ発光部の面積と照射高さの選択により、ソーラシミュレータのＪＩＳ規格である照度むら５％以内という基準Ｂの範囲に入ることが予想できる。
【００４８】
本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法及びその評価装置は、例えば、次のような用途に使用することができる。
太陽電池の製造に際して、同じロットでの太陽電池セルは同一の絶対分光感度を有すると仮定した場合に、代表的な一つの太陽電池セルを本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法により絶対分光感度測定を行い、さらに、基準太陽光照射時の被測定太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣの計算をする。同一ロットの他の太陽電池セルは、分光分布が既知である光の照射を行うことにより、同一ロット間の絶対分光感度曲線や基準太陽光照射時の被測定太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣのバラツキなどを短時間で推定できる。
本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置においては、ＬＥＤ発光部の各ＬＥＤを電流駆動で制御できるので、ＬＥＤ発光部の照射可能な面積を変えて太陽電池の微小領域毎の絶対分光感度を測定することができる。これにより、太陽電池の不良個所の測定などを短時間で行うことができる。
また、本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置は、小型軽量であるので、屋外の太陽電池の設置場所においても使用できる。これにより、太陽電池発電プラントなどの従来、ソーラシミュレータが使用できなかった設備の現場の保守作業にも容易に使用することができる。
【００４９】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。ＬＥＤの照射により得られた絶対分光感度から絶対分光感度曲線を得るモデル式やフィッティング計算は、被測定太陽電池に応じて、適宜適当なモデル式や収束計算方法を使用できることはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明によれば、複数の発光波長を有するＬＥＤを太陽電池などに照射することにより、太陽電池の絶対分光感度、絶対分光感度曲線、被測定太陽電池の基準太陽光照射時の出力短絡電流などを短時間で得ることができる。
したがって、本発明を現状の太陽電池の製造後の検査に適用すれば、太陽電池の評価を、短時間で、低コストで実施することが可能である。また、本発明の評価装置は小型軽量であるので、屋外に設置した太陽電池の測定や検査にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において用いる測定系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、図１の測定系を用いて太陽電池の絶対分光感度測定と、その測定から絶対分光感度曲線を得るための手順を示すフロー図である。
【図３】本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の図２に示した評価方法において、ステップＳＴ１で、太陽電池に照射するＬＥＤ毎の絶対分光感度を測定するための手順を示すフロー図である。
【図４】結晶Ｓｉを用いた太陽電池の変数（パラメータ）と、値域、単位、分類を示す表である。
【図５】入射フォトン数を決める表面反射率Ｒが太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣに与える影響を示す図である。
【図６】ｎ層における表面再結合速度Ｓｈ  が太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣに与える影響を示す図である。
【図７】ｐ層における少数キャリア拡散長Ｌｅ  が太陽電池の出力短絡電流ＩＳＣに与える影響を示す図である。
【図８】本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、離散的な絶対分光感度から被測定太陽電池の絶対分光感度曲線を求めるフィッティング計算の方法を示すフロー図である。
【図９】本発明のＬＥＤを用いた太陽電池の評価方法において、太陽電池の絶対分光感度曲線から、基準太陽光照射時の出力短絡電流ＩＳＣを求める計算のフロー図である。
【図１０】計算に使用したＳｉ結晶による太陽電池の相対分光感度曲線を示す図である。
【図１１】図１１のＳｉ太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線を示す図である。
【図１２】計算に使用した結晶系Ｓｉ（ｃ−Ｓｉ）による太陽電池の相対分光感度曲線を示す図である。
【図１３】図１２のｃ−Ｓｉ太陽電池のデータから、計算により求めた絶対分光感度曲線を示す図である。
【図１４】偏微分導関数∂Ｉｈ  ／∂Ｓｈ  に対するＳｈ  と波長との依存性の計算結果を示す図である。
【図１５】偏微分導関数∂Ｉｅ  ／∂Ｌｅ  に対するＬｅ  と波長との依存性の計算結果を示す図である。
【図１６】図１２のｃ−Ｓｉ太陽電池のデータを用いて、波長を最適化した４波長の絶対分光感度の値から、計算により求めた絶対分光感度曲線を示す図である。
【図１７】本発明に係る第２の実施の形態によるＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図１８】ＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置における絶対分光感度の測定を行うときの動作を示すタイムチャートである。
【図１９】ＬＥＤを４色使用したときのＬＥＤ発光部のＬＥＤの配置を模式的に示す平面図である。
【図２０】ＬＥＤを６色使用したときのＬＥＤ発光部のＬＥＤの配置を模式的に示す平面図である。
【図２１】ＬＥＤ発光部の外形寸法と一色当たりの使用ＬＥＤ数を示す表である。
【図２２】正方配置におけるＬＥＤ発光部の被測定素子への照度むらを計算した結果を示す図である。
【図２３】六角配置におけるＬＥＤ発光部の被測定素子への照度むらを計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
１    ＬＥＤを用いた太陽電池の評価装置
２    ＬＥＤ発光部
２ａ    ブロック
３    ＬＥＤ駆動部
４    太陽電池
５    信号処理部
６    出力信号
７    短絡電流信号
８    インターフェイス回路
９    サンプルホルダ
１１    ＬＥＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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