(57)【要約】【課題】光起電力素子（１）の評価方法、交換可能な光起電力素子（１）の電流−電圧特性の時間制御による測定のための測定システム構成（８）及び測定システム構成（８）を用いる評価方法が提供される。【解決手段】当該方法は、電流−電圧特性の少なくとも電流及び／又は電圧を測定するための測定回路中に配置される光起電力素子（１）の電流−電圧特性の時間制御による測定を備え、離散的な照明継続時間を有する少なくとも一つの短い閃光中に光起電力素子（１）を露光する工程、及び上記照明継続時間中に複数の測定手順を行う工程を備える。上記短い閃光が、パルス発信可能な発光素子（２）により生成される。上記測定手順が、上記電流、上記電圧及びインピーダンス負荷のうち少なくとも一つを段階的に変化させる工程、並びに上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りのどれかに関連する少なくとも一つの値をサンプリングする工程を備える。光起電力素子（１）の電流−電圧測定における電気容量により引き起こされるヒステリシス効果は回避される。【選択図】図１
2015519864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離散的な照明継続時間を有する少なくとも一つの短い閃光中に光起電力素子（１）を露光する工程、及び
上記照明継続時間中に複数の測定手順を行う工程
を備え、
上記短い閃光がパルス発信可能な発光素子（２）により生成され、
各上記測定手順が、
上記電流、上記電圧及びインピーダンス負荷のうち少なくとも一つを段階的に変化させる工程、並びに
上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りのどれかに関連する少なくとも一つの値をサンプリングする工程
を備え、
上記光起電力素子（１）が、上記電流−電圧特性の少なくとも電流及び／又は電圧を測定するための測定回路内に配置される、上記光起電力素子（１）の電流−電圧特性の時間制御による測定を備える光起電力素子の評価方法。
【請求項２】
一の測定手順中の上記値が増加する又は減少するための反応時間が、この測定手順で決定可能な時間区分と同じかそれ以上である請求項１に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項３】
上記決定可能な時間区分が少なくとも終了する近くで上記電流及び上記電圧の両方をサンプリングする工程、並びに
上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つが意図される最大値に到達しない限り、上記電流及び上記電圧の両方の上記サンプリングする工程の少なくとも直後に次の測定手順を開始する工程
をさらに備える請求項２に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項４】
少なくとも一つの値の定常値、好ましくは上記電流及び／又は上記電圧のうち少なくとも一つの定常値が少なくともある範囲まで到達されるような条件に依存して、上記決定可能な時間区分を調節する工程を備える請求項２又は請求項３に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項５】
電気容量性素子のモデルと見なされる上記光起電力素子の飽和挙動に依存して上記決定可能な時間区分を決定する請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項６】
電気容量充電モデルを用いて上記決定可能な時間区分を決定する工程をさらに備え、上記電気容量充電モデルに適合するように上記電流及び電圧のうち少なくとも一つの時間依存的な変化の推定を行う請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項７】
電流測定手順とその前の測定手順との間で、個別の相対電気容量変化、好ましくは電流−電圧の定常状態条件に対応する個別の相対電気容量変化を用いて上記決定可能な時間区分を決定する工程をさらに備える請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項８】
下記式（１）又はこの式（１）の改変を用いて上記決定可能な時間区分を決定する工程を備える請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【数１】
2015519864.tif 000009
【請求項９】
上記電流及び／又は上記電圧の時間導関数を決定する工程、並びに
設定値と上記時間導関数との整合を確認する工程
による上記決定可能な時間区分の閉ループ制御を少なくともさらに備える請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項１０】
時間区分、好ましくは上記電流、上記電圧及び／又は上記インピーダンス負荷に依存する時間区分、好ましくは上記決定可能な時間区分の推定される依存関係を用い、好ましくは一時的エラーが無視できる条件下で、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させる値をその場で又はその場外で、好ましくは反復して、調整する工程をさらに備える請求項２から請求項９のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項１１】
上記測定の少なくとも一部において、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つの上記段階的に変化させる値を同じ変化量で変化させる工程を備える請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項１２】
単一の上記短い閃光中で上記複数の測定手順を完全に又は部分的に行なう工程を備える請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の光起電力素子の評価方法。
【請求項１３】
測定回路に光起電力素子（１）を接続するための接続システム（９）と、
パルス発信可能な発光素子（２）と、
上記接続システム（９）と並列にかつ互いに並列に接続される電圧計（３）及び電流計（４）と、
上記電流計（４）と接続する電流を制御するための電流源ユニット（５）、上記電圧計（３）と接続する電圧を制御するための電圧源ユニット（６）、並びに上記電流計（４）及び上記電圧計（３）のうち少なくとも一つと接続するインピーダンス負荷を制御するための制御可能なインピーダンス負荷ユニット（１７）のうち少なくとも一つと、
上記電流源ユニット（５）、上記電圧源ユニット（６）及び上記制御可能なインピーダンス負荷ユニット（１７）のうち少なくとも一つを制御するための制御ユニット（７）と
を少なくとも備え、
測定中上記制御ユニット（７）が、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つの段階的な変化を少なくとも開始できる、交換可能な光起電力素子（１）の電流−電圧特性の時間制御による測定を実施するための測定システム構成（８）。
【請求項１４】
上記制御ユニット（７）が、上記電流及び／又は上記電圧の定常値が少なくともある範囲まで到達される場合に上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させるための開始システムを備えることを特徴とする請求項１３に記載の測定システム構成（８）。
【請求項１５】
上記制御ユニット（７）が、少なくとも個別の設定値と上記電流及び／又は上記電圧の時間導関数との整合が上記制御ユニット（７）により決定される場合に上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させるための開始システムを備えることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の測定システム構成（８）。
【請求項１６】
上記制御ユニット（７）が、二つの後続する個別の測定手順間の個別の相対電気容量変化を用い、好ましくは定常電流−電圧条件に対応して二つの後続する個別の測定手順間の個別の相対電気容量変化を用いて決定される上記段階的な変化の時間及び／又は値だけ、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させるための開始システムを備えることを特徴とする請求項１３、請求項１４又は請求項１５のいずれか１項に記載の測定システム構成（８）。
【請求項１７】
上記制御ユニット（７）が処理ユニットと接続され、上記処理ユニットが上記電圧計及び／又は上記電流計で測定された値をそのまま用いて上記段階的な変化の時間及び／又は値を計算することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載の測定システム構成（８）。
【請求項１８】
上記制御ユニット（７）が上記段階的な変化の時間及び／又は値の所定値が記憶される記憶ユニットと接続されることを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載の測定システム構成（８）。
【請求項１９】
上記測定システム構成（８）が、基準測定を行なうための独立の測定回路（１０）を備え、
上記独立の測定回路が、
光起電力素子（１）として上記パルス発信可能な発光素子（２）と同等な配列に配置される基準光起電力素子、並びに
追加の電流計及び／又は追加の電圧計
を少なくとも備えることを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれか１項に記載の測定システム構成（８）。
【請求項２０】
高スループットの光起電力素子の評価を行うための標準化された光起電力素子（１）を接続するために設計された上記接続システム（９）を備える請求項１３から請求項１９のいずれか１項に記載の測定システム構成（８）。
【請求項２１】
光起電力素子（１）の製品分類の目的のため、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法を行うための請求項１３から請求項２０のいずれか１項に記載の測定システム構成（８）を用いる評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力素子に係る電流−電圧特性の時間制御による測定を行うための光起電力素子の評価方法に関する。さらに、本発明は、交換可能な光起電力素子に係る電流−電圧特性の時間制御による測定を行うための測定システム構成に関する。さらに、上記測定システム構成を使用するための評価工程が提供される。
【背景技術】
【０００２】
光起電力素子の電流−電圧特性の分類、特に測定は、一般に太陽光発光のシミュレータとして使用されるパルス発信可能な発光素子内で行われる。光起電力素子のこのタイプの測定及び分類は一般に、光起電力評価の重要要素と考えられている。それでも、ｃ−Ｓｉ技術、特にバック接点又はヘテロ接合技術に基づく高効率光起電力素子の電力測定は、少なくとも２０年間にわたり、光起電力研究関係者にとって挑戦となっている。このような技術について、試験機関は、同じ検査サンプルに対して有意に異なる公称電力を報告している。観察されたその公称電力のずれの多くは、試験で使用される光起電力素子の内部電気容量に起因している。その理由の一つは、内部電気容量が通常、標準的な工業シリコン太陽電池の内部電気容量より大きい桁の範囲内であることである。上記電気容量は通常、変化する印加電圧、変化する電流の流量及び／又は変化する光強度下での光起電力素子の反応においてヒステリシス効果をもたらす。その結果、高値の電気容量モジュールの電流−電圧測定は、掃引時間及び掃引方向の効力の影響を受ける。
【０００３】
この問題は、非常に長いパルス時間（＞１００ｍｓ）での太陽シミュレータで測定を行うことで解決される。それでもなお、この方法は非常に費用のかかる解決策であり、またモジュール加熱に起因するさらなる問題を引き起こし得る。一部の科学者は、パルス・シミュレータ及び／又は閃光シミュレータにおいて正確に高値の電気容量モジュールを評価する代替手段を提案している。ほとんどのこれらの方法は、電流−電圧の追跡をポイントごと又は複数の区分基準で分割し、１００ｍｓを超える長さの掃引時間に拡張することに依存している。このような方法は効果的であるが、キセノンランプにおける閃光間の停止時間が必要であるため、多くの時間を要する。シントン（Ｓｉｎｔｏｎ）（Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎ、２１ｔｈ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ）、２００６年、６３４−６３８ページ）は、多閃光試験中の一時的エラーの影響を最小限にすることができる方法を示唆している。その結果は、変化する強度の光パルス下で電池端子又はモジュール端子に特定の電圧変調を適用することにより達成される。試験デバイス内の蓄積電荷を一定に維持するために、上記電圧変調は光パルスと同調させる。上記操作は、非常に短いパルス及び高い繰り返し率を伴うシミュレータで行われる。しかしながら、その操作は非常に短いパルスの多閃光法においてもたらされる標準的な障害に影響され得る。
【０００４】
上述の方法は、検査サンプルの反復した複数の閃光が大抵２０回以内で用いられることにより高効率で高電気容量の結晶性光起電力素子を正確に評価する。その最終電流−電圧の依存関係は、異なる小区分を相互につなぐことで再構成される。この方法は、短い光パルス（〜１０ｍｓ）又は高い繰り返し率を有する非常に短い光パルス（〜２ｍｓ）のどちらかのシミュレータで実現することができる。しかしながら、前者は多くの時間を要し、やや高価なキセノン電球の早期の経時老化をもたらす場合がある。後者は、光均一性及びスペクトル不整合の問題を免れない。したがって、上述の技術は、当該産業におけるモジュール評価において深刻な制約を課するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】シントン（Ｓｉｎｔｏｎ）（Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎ、２１ｔｈ  ＥＵ  ＰＶＳＥＣ）、２００６年、６３４−６３８ページ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決すべき課題は、同じ検査サンプルに対してほぼ同等の結果を達成し得る標準化された方法で、光起電力素子、特に高効率及び高電気容量の光起電力素子の性能を正確に測定する、特に電流−電圧特性を測定するための解決手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１に記載の特徴を伴う光起電力素子の評価方法、請求項１３に記載の特徴を伴う測定システム構成、及び上記測定システム構成を使用する請求項２１に記載の特徴を伴う評価方法で解決される。他の有利な実施、追加の特徴及び追加の展開は、以下の記述、図及び従属クレームでも示される。
【０００８】
特定の実施態様の一部として提供される特定の特徴は分解されることができ、また提供される任意の他の実施態様と組み合わされることができる。特に、追加の解決手段は、一つの特徴又はいくつかの特徴を他の提供される特徴とで置き換えることにより生み出されることができる。記載される実施態様は、例示的な実施態様であり、他の実施態様を排除しない。
【０００９】
光起電力素子の電流−電圧特性の時間制御による測定を備える、光起電力素子の評価方法が提供される。上記光起電力素子は、上記電流−電圧特性の少なくとも電流及び／又は電圧を測定するための測定回路内に配置される。上記光起電力素子の評価方法は、離散的な照明継続時間を有する少なくとも一つの短い閃光中に光起電力素子を露光する工程、及び上記照明継続時間中に複数の測定手順を行う工程を備え、上記短い閃光がパルス発信可能な発光素子により生成される。
【００１０】
本明細書において各上記測定手順は、上記電流、上記電圧及びインピーダンス負荷のうち少なくとも一つを段階的に変化させる工程、並びに上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りのどれかに関連する少なくとも一つの値をサンプリングする工程を備える。
【００１１】
上述の光起電力素子は、光起電力効果に基づいて少なくとも部分的に作用することができる素子である。特に光起電力素子は、太陽電池として又は一つ若しくは複数のの太陽電池の集合体として具体化されることができる。後者の実施態様において、光起電力素子は頻繁に太陽モジュールと呼ばれることが多い。また、任意の光起電力素子と任意の他の光起電力素子とを組み合わせる他の実施態様が光起電力素子の語に含まれる。
【００１２】
上述の時間制御による測定は、一つ又はいくつかの又は多くの測定値が少なくとも時間の関数としてサンプリングされる測定である。ここで、測定値をサンプリングする工程は、値を測定することを少なくとも備える工程をいう。さらに、サンプリングする工程は、値を出力へ転送する工程を含んでもよい。例えばサンプリングする工程は、モニタ上に測定値を表示すること及び／又は記憶装置、例えばデータベースに測定値を保存することを含んでもよい。ここで、少なくとも一つの測定値をサンプリングする工程は、連続的な測定又は不連続な測定を行う工程について指してもよい。不連続な測定の場合には、ポイント測定として行われる一対の値のみの測定値をサンプリングする工程も組み込むことができる。
【００１３】
上述の電流−電圧特性は、電流及び電圧の関係である。一般的に、上記電流及び上記電圧のうちの一方と、上記電流及び上記電圧のうち残りのいずれかとの依存関係は、電流−電圧特性として示される。
【００１４】
上述の測定回路は、素子の電気特性、例えば電流−電圧特性の測定に少なくとも適した電気回路である。電気回路の語は、測定ユニットと電流の流れの形成を可能にする接続部との任意の配置を備える。好ましくは、電気接地が組み込まれるものとする。
【００１５】
上記離散的な照明継続時間は、前後の期間における閃光よりも相当明るい閃光の証明継続期間が設けられることであると定義できることを意味する。照明継続時間の開始と終了は、種々の選択肢によって定義されることができる。例えば上記照明継続時間の開始及び／又は終了は、輝度が定義された閾値を超過する時として定義されることができる。例えば上記照明継続時間の開始及び／又は終了は、基準放射照度測定ユニットを用いて測定されることが意図できる。さらに、上記照明継続時間はまた、照明に関連する単純オン・オフの定義を備えることができる。
【００１６】
上記サンプリングする工程は、時間との連続的又は準連続的な依存関係で値をサンプリングする測定継続時間で行なうことができる。さらに、上記サンプリングする工程がポイント測定として行われることができる。加えて、上記サンプリングする工程は、連続的測定及び／又は準連続的測定及び／又はポイント測定の組み合わせで行なうことができる。後続する個別の段階的な変化を行う前にサンプリングする工程を終了することが好ましいが、その代わりに、サンプリングする工程をしばらくの間継続し、後続する個別の段階的な変化の直後に終了させることができる。
【００１７】
上述のパルス発信可能な発光素子は、各閃光が離散的な照明継続時間を有する少なくとも二つの閃光を発生させる際に使用できる発光素子である。本明細書のパルス発信可能な発光素子の語は、上記閃光の直前及び直後の強度より高い強度の閃光を交互に発することができる意味で使用される。好ましくは、潜在的に広範囲の離散された照明継続時間を有する多数の閃光を生成することができる。例えばパルス発信可能な発光素子は、電子閃光電球を組み込むユニットとして具体化することができる。それらの閃光電球は、例えばガス放電の励起に基づくことができる。例えば、しかし通常、このガスは貴ガスであり、多くの場合においてアルゴン、キセノン又はクリプトンである。特に、上記発光素子は太陽シミュレータとして具体化することができる。上記太陽シミュレータは、閃光シミュレータの形態で具体化されてもよい。別の実施態様において、太陽シミュレータはパルス発信シミュレータの形態で具体化されてもよい。標準的な発光素子として、貴ガス電球、例えばキセノン電球の使用が意図されてもよい。
【００１８】
照明継続時間中、理想的な一定の上記閃光の発光及び／又はスペクトルを適用することができる。別の実施態様において、測定時間中の発光及び／又はスペクトルの任意の変化を最小限にするように上記発光及び／又は上記スペクトルを制御することが意図されてもよい。別の実施態様において、測定手順の継続時間中の発光及び／又はスペクトルの任意の変化を最小限にするように上記発光及び／又は上記スペクトルを制御することが意図されてもよい。別の実施態様において、照明継続時間中の発光及び／又はスペクトルの任意の変化を最小限にするように上記発光及び／又は上記スペクトルを制御することが意図されてもよい。
【００１９】
複数の測定手順が上記照明継続時間中に行われることが意図される。特にこれは、少なくとも一つの照明継続時間中に少なくとも二つの複数の測定手順が行われることを意味する。一つの照明継続時間中、すなわち、上記照明継続時間中の一つの時間区分、又は上記照明継続時間の一つの時間区分より少ない時間において、二つ以上又は全ての測定手順が行われることも意図される。
【００２０】
上記段階的に変化された上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りのどれか少なくとも一つに関連する少なくとも一つの値をサンプリングする工程が行われることが意図される。これは、電流、電圧及びインピーダンス負荷のうち一つに関連する少なくとも一つの値の測定を含んでもよい。例えば上記測定が、連続的若しくは準連続的な間隔又は離散的な間隔で行われることが意図されてもよい。さらに、離散された最終的な間隔が等距離で又は多様な距離で拡張されることが意図されてもよい。さらに、サンプリングする工程は一事象の一つのポイントで一つの測定だけを行なうことができる。一事象の一つのポイントでの測定は、実際に使用される測定装置の時間分解能の桁での時間尺度で測定することを備えることができる。
【００２１】
しかしながら、上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つに関連した値という語は、電流及び／又は電圧の直接測定が行われることを必ずしも義務としないことを指す。また、間接測定が適用されることができる。上記値の推定が可能なパラメーター形態を測定することができる。
【００２２】
上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つの上記変化は、上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つを積極的に変化させることにより行われてもよい。例えば上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つは、個別の制御手段により、例えば閉ループ又は開ループとして、能動的に制御することができる。
【００２３】
変化が段階的に行われるということに関しては、かなり突然な値の変化、すなわち、理想的な状態において上記変化が時間依存的な階段関数として描かれうるような突然の値の変化を指す。しかしながら、上記変化が段階的な方法で行われる場合、個別の値を非常に短い時間尺度で変化させることが含まれることになる。従って、変化を表わすグラフがわずかに階段関数から外れるような上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つの変化も起こり得、このような変化も本発明に含まれることになる。
【００２４】
別の実施態様において、上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つが、上記測定回路の少なくとも一部のインピーダンス負荷の制御により間接的に、閉ループ又は開ループとして制御されることが意図されてもよい。例えば上記インピーダンスが、少なくとも上記光起電力素子にわたるインピーダンスであることが意図されてもよい。
【００２５】
上記サンプリングする工程は、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りの少なくとも一つの特定の値を保存する工程をいうことが意図されてもよい。上記サンプリングする工程は、変化後の上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つに関連した上記電流、上記電圧及び／又は上記インピーダンス負荷の測定された及び／又はサンプリングされた値をいうことが意図される。一つ以上の値の連続的な測定及び／又は不連続な測定も含まれる。さらに、ポイント測定として一つ以上の測定が行われる、すなわち、一対の値のみが測定及び／又はサンプリングされてもよい。
【００２６】
上記サンプリングする工程は、上記段階的に変化された上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りの少なくとも一つに関連する値が、間接的に上記測定量と関連できる導関数又は他の値を例えば備えることができるような方法で、上記段階的に変化された上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りの少なくとも一つに関連する少なくとも一つの値をサンプリングする工程として行うことがさらに可能である。
【００２７】
別の実施態様において、一つの測定手順中で上記値が増加する又は減少するための反応時間が、上記測定手順で決定可能な時間区分と同じかそれ以上であることが意図される。
【００２８】
上記反応時間は、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち残りの少なくとも一つに関連する少なくとも一つの値の上記サンプリングする工程が行われる時の時間区分及び／又は上記サンプリングする工程後の時間区分を示すように意図される。しかしながら、これは上記反応時間前に任意の残りの値が測定されかつ／又はサンプリングされることを排除しない。反応時間の語は、上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つの段階的な変化後、測定量となりえる残りの値が反応して、新たな定常状態又は少なくとも定義された新たな状態へ移るためにしばらくの時間を必要とすることができることを指す。
【００２９】
上記決定可能な時間区分は、ある所与の条件から決定可能な時間区分である。上記決定可能な時間区分は、主に任意の恣意的な測定によっては決定されない、決定可能な時間を決定する任意の方法も備える。
【００３０】
しかしながら、いくつかの場合において、ある所与の条件から行われる決定と組み合わされる限り、決定可能な時間区分の決定に恣意的な要素を備えることができる。一の実施態様における例として、仮の決定可能な時間区分が、例えば他の測定量に依存する因数及び時定数の減法、乗法及び／又は加法により修飾されてもよい。
【００３１】
上記決定可能な時間区分は、開ループ又は閉ループで制御することができる。好ましい実施態様において、上記サンプリングする工程は最小限の時間区分後に行われる。好ましくは決定可能な時間区分は、上記最小限の時間区分である。上記最小限の時間区分は、少なくとも所定の条件が少なくとも完了されると期待されるまでの時間として具体化してもよい。別の実施態様において、上記最小限の時間区分は、少なくともある条件が少なくとも完了するために実証されるまでの時間として具体化されてもよい。
【００３２】
時間依存的な値の連続的又は準連続的なサンプリングが行われる場合において、当該方法は光起電力素子の静的な評価方法と呼ばれることがある。ポイント測定又は複数のポイント測定が行われ、反応時間が決定可能な時間区分と同じかそれ以上である場合において、当該方法は、光起電力素子の動的な評価方法と指称されてもよい。
【００３３】
一の実施態様において、上記サンプリングする工程が上記反応時間の経過後に行われることが意図される。別の実施態様において、単一値のみをサンプリングする工程が上記反応時間の経過後に行われることが意図される。
【００３４】
さらに、別の実施態様によれば、上記反応時間は、上記決定可能な時間区分に少なくとも近似し、好ましくは上記決定可能な時間区分と同一である。
【００３５】
上記反応時間が上記決定可能な時間区分に近似していることの利点は、測定手順に必要な時間区分が減少されることである。上記決定可能な時間区分に上記反応時間をさらに近づけることにより、測定手順に必要な時間区分をさらに減少させることができる。上記時間制御による測定の測定手順のいくつか又は多く又は最も好ましくは全てについて、上記決定可能な時間区分に上記反応時間を近づける場合には、上記時間制御による測定のうち一つの全持続時間をさらに最小限の持続時間に近づけることができる。
【００３６】
別の実施態様において、各測定手順中、上記決定可能な時間区分がまさに経過する時に単一の上記サンプリングする工程のみが行われることが意図される。
【００３７】
別の改良によれば、当該方法は加えて、少なくとも上記決定可能な時間区分が終了する近くで上記電流及び上記電圧の両方をサンプリングする工程、上記電流及び上記電圧のうち少なくとも一つが意図される最大値に到達しない限り、上記電流及び上記電圧の両方の上記サンプリングする工程の少なくとも直後に次の測定手順を開始する工程を備える。
【００３８】
この実施態様は、上記電流及び上記電圧の両方をサンプリングする工程によって、容易に測定可能な対の値の測定量がサンプリングされる利点を持つ。少なくとも上記決定可能な時間区分が終了する近くでの上記対の値をサンプリングする工程により、十分な値が、個別の太陽電池パネルにおける上記太陽電池素子の挙動のさらなる評価のために得られてもよい。
【００３９】
好ましくは、当該方法は、少なくとも上記決定可能な時間区分が終了する近くで上記電流及び上記電圧の両方をサンプリングする工程を備える。その結果、例えば値をサンプリングする工程に対して、最小限の時間区分に近似する時間区分しか必要とされないことになる。それにより、最終的に要求される時間区分は、各工程の時間区分で測定される決定値に基づき、そのできるだけ小さい値に極小化することに少なくとも近づく。
【００４０】
当該方法の別の実施態様は、上記電流及び上記電圧の両方をサンプリングする工程の少なくとも直後、好ましくは上記サンプリングする工程に直結して個別の次の測定手順を開始することにより、上記時間制御による測定を行うために最終的に必要とされる時間区分が減少され、好ましくは極小化されることを備える。サンプリングする工程の少なくとも直後に次の測定手順を開始するの表現は、上記サンプリングする工程の直後の最も早い時間に個別の次の測定手順が開始されるように理解される。
【００４１】
加えて、上記決定可能な時間区分が、少なくとも一つの値の定常値、好ましくは上記電流及び／又は上記電圧の定常値の特定の条件に依存して調節されてもよい。例えば定常値が、少なくともある範囲まで到達される時に測定点が得られる。
【００４２】
当該方法のこの実施態様は、例えば測定及び／又は測定手順を行なう前に、測定量の定常値が到達されているある程度の範囲を規定することができる利点がある。例えば上記電流が段階的に変化され、上記電圧の定常値の条件が少なくともある範囲にまで、例えばその最終定常値の８０％にまで到達されることに依存して上記決定可能な時間区分が調節されることが意図されてもよい。別の例によれば、上記電圧が段階的に変化され、上記電流の定常値の条件が少なくともある範囲にまで、例えばその最終定常値の８０％にまで到達されることに依存して上記決定可能な時間区分が調節されることが意図されてもよい。
【００４３】
上記光起電力素子の飽和挙動に依存して上記決定可能な時間区分が決定されることが好まれる。本明細書において、上記光起電力素子が容量性素子のモデルであると考慮されることが示めされる。
【００４４】
上記光起電力素子を容量性素子として考慮し上記決定可能な時間区分を決定する利点は、上記光起電力素子の飽和挙動を決定するために容量性素子、例えばコンデンサ又はコンデンサの組み合わせの飽和挙動の知識が使用できることである。
【００４５】
さらに、電気容量充電モデルを用いて上記決定可能な時間区分が決定されることができる。ここで、上記電流及び電圧のうち少なくとも一つの時間依存的な変化は、上記電気容量充電モデルに適合することよりに推定される。
【００４６】
適切な電気容量充電モデルを開発するために、上述及び後述される考察点の一つ以上が利用され、かつ／又は互いに及び／又は追加のモデル化とを組み合わせてもよい。
【００４７】
一実施態様によれば、ある測定継続時間にわたる電流の偏差及び／又は電圧の偏差は十分に小さく、測定構成の再現性の範囲内である。
【００４８】
さらに、当該方法の一実施態様は、上記決定可能な時間区分、好ましくは上記最小限の時間区分を個別の相対電気容量変化を用いて決定する工程を追加的に備える。上記個別の相対電気容量変化は、例えば現行の測定手順及び先行の測定手順の少なくとも両方で評価される。特定の実施態様において、相対電気容量変化は、定常電流−電圧状態に対応してもよい。別の実施態様において、上記個別の相対電気容量変化は、現行の個別の測定手順及び最後に先行する個別の測定手順の少なくとも両方で評価される。
【００４９】
上記電気容量は、ＲＣ時定数、周期信号の相、周波数変調及び／又は振幅変調を用いるような技術を用いて測定することができる。測定のために、例えば容量計が使用されてもよい。さらに、電気容量充電モデルを使用することが意図されてもよい。このモデルは、電流及び／又は電圧の測定値に上記電気容量充電モデルを適合させることを備えることができる。この方法は、コンデンサの充電及び放電が、それぞれ時定数の逆数及び時定数の逆数の負数との指数関数的な関係にある程度関連づけられるということに基づく。所与の測定回路が理想的なコンデンサを構成せず、かつ／又は備えないことを追加的に考慮し、改変された式が上記電気容量適合モデルの開発に使用されてもよい。例えば一定である因数又は他の値、例えば電流、電圧、時間及び／又は容量変化に依存する因数で時定数を乗じてもよい。さらに、測定値から部分的に約１０％以上で外れる可能性のある測定可能な値の妥当な予想値を出す場合には、所与の電気容量モデルがそのまま使用され得ることが強調される。
【００５０】
追加的に、以下の式（１）又はこの式（１）の改変を使用することにより、上記決定可能な時間区分、好ましくは上記最小限の時間区分の決定が行われることが意図されてもよい。
【数１】
2015519864.tif 000003
【００５１】
この式（１）において、ｔ（Ｉｉ，ｍｅａｓ，Ｖｉ，ｍｅａｓ）は、好ましくは電流及び電圧の上記少なくとも一つの変化後に経過される最小限の時間区分として使用されている値である。この式（１）において、（Ｉｉ，ｍｅａｓ，Ｖｉ，ｍｅａｓ）は、Ｎポイントから成る電流−電圧特性の第ｉデータポイントにおける電流−電圧の測定された対の値である。Ｃ（Ｉｉ，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）は、定常電流−電圧状態（Ｉｉ，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）に対応する相対電気容量である。Ｃ（Ｉｉ−１，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）は、その前の第（ｉ−１）データポイントの定常電流−電圧状態に対応する相対電気容量である。ｉ＝１の特別な場合について、相対電気容量Ｃ（Ｉｉ−１，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）は光起電力素子のバイアス条件に対応する。上記定数ｃは、負荷調節及び例えば実験的因子により導入される遅延に関する。時間フレームＴ内で測定されたポイント数Ｎは、適切に選ばれる。したがって、電流−電圧曲線の被測定電流−電圧の任意の対の値（Ｉｉ，ｍｅａｓ，Ｖｉ，ｍｅａｓ）は、その定常値（Ｉｉ，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）から再現可能となり、一時的エラーの有意な兆候を示さないものとする。
【００５２】
使用される測定構成に依存して、例えば以下に記載される上記式（１）の改変版を用いることが意図される。以下において、α、β、γ、δ、ε、χは、例えば実験的因数である。
【数２】
2015519864.tif 000004
又は
【数３】
2015519864.tif 000005
又は
【数４】
2015519864.tif 000006
又は
【数５】
2015519864.tif 000007
上記因数は定数であってもよいし、電流、電圧、電気容量及び／又は時間に依存してもよい。さらに、個別の上記式の任意の右辺との指数関数又は対数の関係が、考慮されてもよい。
【００５３】
さらに、上記式の任意の右辺はさらなる被加数により補正されることができ、ここで被加数は定数である。
【００５４】
上記電流及び／又は上記電圧の時間導関数を決定する工程、並びに設定値と上記時間導関数との整合を確認する工程による上記決定可能な時間区分の閉ループ制御が好ましくは少なくとも備えられる。
【００５５】
上述の事項も、提供する方法において追加的に備えられてもよい。時間導関数を決定するための例として、時間導関数は、例えば所定値を超過しない上記電流及び／又は上記電圧の偏差の条件を設定することによる線形決定アプローチにより決定されてもよい。好ましくは、この偏差の値は、決定可能な時間区分に対し０．０１％−１％の範囲内である。上記決定可能な時間区分は、例えば５μｓであるように予め決めることができる。さらに、上記決定可能な時間区分は、測定構成に依存して、自動で又は手動で調節されてもよい
【００５６】
上記決定可能な時間区分の閉ループ制御は、上記決定可能な時間区分を、設定値と上記時間導関数との整合が起こる時間に対して決められた関係を有するように調節することを追加的に備えることがさらに示めされる。実施例として、上記決定可能な時間区分は、設定値と上記時間導関数との上記整合が起こるまさにその時間として決定されてもよい。
【００５７】
さらに、追加的に、上記電流、上記電圧及び／又は上記インピーダンス負荷に依存する時間区分、好ましくは上記決定可能な時間区分の推定される依存関係を用い、好ましくは、一時的エラーが無視できる条件下で、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させる値をその場で又はその場外で、好ましくは反復して、調整する工程を好ましくはさらに備えることが示される。
【００５８】
この文脈において、一時的エラーの語は、所与の装置の特定の特性のために電流−電圧測定で入ってくる測定人為結果（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を指す。好ましくは、上記一時的エラーは、装置の容量性質をいう。このようなエラーは、ここでは光起電力素子であるような検査サンプルのみならず、例えば太陽シミュレータのような測定システムにも依存する。多くの場合における上記エラーの規模は、実値の−３０％から＋３０％まで変化することができる。ＩＥＣ６０９０４−１に応じて、「データポイント間の時間間隔は、検査サンプルの応答時間及びデータ収集の速度が一時的エラーを導入しないと確認するのに十分な長さとする」ことが考慮される。上記「十分な長さ」の語は、所要時間のことをいう。上記標準は曖昧である。特定値は与えられていない。しかしながら、測定の再現性の限界に依存して±０．５％以下の範囲内の一時的エラーは無視することが可能であることが示される。
【００５９】
さらに、上記測定の少なくとも一部において、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つの上記段階的に変化させる値を同じ変化量で変化させる工程を備え得る。
【００６０】
さらに、当該方法が単一の上記照明継続時間内で上記複数の測定手順を完全に又は部分的に行なう工程をさらに備えることが示される。上記照明継続時間の単一の範囲内で上記複数の測定手順を行なうことで、特定の測定の間の照射量が一定のままであることを確実にすることができるという利点を有する。
【００６１】
工程数及び／又は二つの後続する測定手順間の距離の両方は、その場で又はその場外で決定してもよい。その場決定は、例えば測定手順のパラメーターの所定の計算されたメッシュから追加の工程を含めることにより、又は工程数を減少することにより工程数を最適化することができる。ここで、所定の計算されたメッシュの決定のために、例えば式（１）又は上記式（１）の改変、例えば上述の任意の改変又は他の改変のような改変が使用され、さらに所与のパラメーターとして利用可能な測定時間もまた共に使用され得る。
【００６２】
本発明の別の態様は、交換可能な光起電力素子の電流−電圧特性の時間制御による測定を実施するための測定システム構成に関する。上記測定システム構成は、測定回路に光起電力素子を接続するための接続システムと、パルス発信可能な発光素子と、上記接続システムと並列にかつ互いに並列に接続される電圧計及び電流計と、上記電流計と接続する電流を制御するための電流源ユニット、上記電圧計と接続する電圧を制御するための電圧源ユニット、並びに上記電流計及び上記電圧計のうち少なくとも一つと接続するインピーダンス負荷を制御するための制御可能なインピーダンス負荷ユニットのうち少なくとも一つと、上記電流源ユニット、上記電圧源ユニット及び上記制御可能なインピーダンス負荷ユニットのうち少なくとも一つを制御するための制御ユニットとを少なくとも備える。ここで、上記測定中、制御ユニットは、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つの段階的な変化を少なくとも開始することができる。
【００６３】
一の実施態様によれば、上記電流源ユニットは直列で上記電流計と接続する。上記電圧源ユニットは上記電圧計と並列に接続される。上記制御可能なインピーダンス負荷ユニットは、上記電流計と直列及び／又は上記電圧計と並列に接続されることができる。
【００６４】
さらに、測定ユニットは少なくとも一つの調節ユニットを備える。例えば上記電流の調節のための第１の調節ユニットは、上記制御ユニット及び上記電流源ユニットの両方と直列に接続される。一実施態様において、上記第１の調節ユニットの出力は上記電流源ユニットの入力と接続することが好ましい。別の実施態様において、上記電流源ユニットの出力は上記調節ユニットの入力と接続される。それにより、上記電流源ユニットは制御された電流源ユニットとなることができる。さらに、電圧計及び電流計が同じ筺体に含まれ、電流−電圧の測定装置として具体化されることができる。
【００６５】
上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つの段階的な変化を少なくとも開始できる上記制御ユニットの能力は、上記制御ユニットが上記能力を発揮するような特定の配列により示される。例えば集積回路は、上記能力を与えるように設計されるプログラミング方法を有する制御ユニットと接続されることができる。上記プログラムを記憶するための記憶素子及び上記プログラムを処理するための処理装置が上記制御ユニットと相互作用するように配置される限り、さらに他の実施態様が可能である。
【００６６】
別の例で、上記電圧の調節のための第２の調節ユニットは、上記制御ユニット及び上記電圧源ユニットの両方と直列に接続する。別の実施態様において、上記第２の調節ユニットの出力は上記電圧源ユニットの入力と接続される。追加的に、上記電圧源ユニットの出力は上記調節ユニットの入力と接続されることができる。これにより、上記電圧源ユニットは制御された電圧源ユニットとなることができる。
【００６７】
さらに、上記制御ユニットは、上記電流及び／又は上記電圧の定常値が少なくともある範囲まで到達される場合に上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させるための開始システムを備えることが好ましい。
【００６８】
上記制御ユニットは、個別の設定値と上記電流及び／又は上記電圧の時間導関数との少なくとも整合が制御ユニットにより決定される場合に上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つが変化されるための開始システムを備えることが好ましい。上記制御ユニットはまた、上記設定値は正確に整合していないが、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンスの時間挙動において交差する場合に上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷を変化させることを備える。
【００６９】
さらに、上記制御ユニットが、後続する二つの個別の測定手順間の個別の相対的な定常状態電気容量変化を用いて決定される上記段階的な変化の時間及び／又は値だけ、上記電流、上記電圧及び上記インピーダンス負荷のうち少なくとも一つを変化させるための開始システムを備えることができる。
【００７０】
追加的に、上記電圧を制御する能動的構成、又は測定される光起電力素子にわたり上記インピーダンスを制御する受動的構成のうちいずれかにおいて、上記制御ユニットが操作されることができる。
【００７１】
上記制御ユニットが処理ユニットと接続され、上記処理ユニットが上記電圧計及び／又は上記電流計で測定された値をそのまま用いて上記段階的な変化の時間及び／又は値を計算することがさらに示される。
【００７２】
さらに、上記制御ユニットが上記段階的な変化の時間及び／又は値の所定値が記憶される記憶ユニットと接続されることが示される。
【００７３】
さらに、上記測定システム構成は、基準測定を行なうための独立の測定回路を備えることが好ましい。本発明において、上記独立の測定回路は、光起電力素子として上記パルス発信可能な発光素子と同等な配列に配置される基準光起電力素子、並びに追加の電流計及び／又は追加の電圧計を少なくとも備えることが意図される。
【００７４】
上記例において、処理装置と接続される上記制御ユニットは、上記処理装置を備えるような上記制御ユニットとして具体化される。すなわち、それらは一つの集合体として具体化されてもよい。
【００７５】
上記独立の測定回路は、一つ以上の測定手順中、放射照度のレベルが一定に保持されるように制御するため好ましくは使用される。さらに、この独立の測定回路は、光強度を理想値、すなわちＳＴＣ放射照度に較正するために使用されることができる。このＳＴＣ放射照度は、ＳＴＣによる１０００Ｗ／ｍ２の値を例えば有している。
【００７６】
ＳＴＣは、モジュール温度２５℃、ＩＥＣ９０４−３（１９８９年）ＩＩＩ部で定義されるような光のスペクトル及び１．５の気団ＡＭを伴う、太陽電池モジュールの試験の際の基礎となる標準試験条件である。
【００７７】
本発明の別の側面は、高スループットの光起電力素子の評価を行うための標準化された光起電力素子を接続するために設計された上記接続システムを備える測定システム構成に関する。
【００７８】
標準化された光起電力素子を接続するために設計された接続システムを備えるこのような測定システム構成の利点は、本発明が、例えば標準的な太陽電池のような、標準的な光起電力素子と共に使用されることができる点である。
【００７９】
本発明の別の側面は、特に上述及び後述するような光起電力素子の評価方法を行うため、好ましくは、本明細書で提供されるように、光起電力素子の製品分類の目的のために、測定システム構成配置を使用する方法に関する。
【００８０】
本発明の追加の利点及び詳細は、以下の図面で示す実施態様を参照して説明される。一つの図面で示され、個別に説明される一つ以上の特徴は、別の実施態様において、個別に記載される別の図面の一つ以上の特徴と組み合わされることができる。本明細書で示す実施態様は、例として与えられ、本発明を制限するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】測定手順の理想化された説明図である。
【図２】時間依存的な光起電力素子の、標準化された電流及び標準化された電圧である。
【図３】時間依存的な光起電力素子の電圧である。
【図４】電流源ユニット及び上記電流源ユニットの調節のための調節ユニットを有する第１の測定システム構成である。
【図５】電圧源ユニット及び上記電圧源ユニットの調節のための調節ユニットを有する第２の測定システム構成である。
【図６】インピーダンス負荷を有する別の測定システム構成である。
【図７】部分的に緩和した測定電流反応により決定された、時間依存的な光起電力素子のモデル化された電流である。
【図８】完全に緩和した反応の測定電流に対する部分的に緩和した測定電流反応により決定された、時間依存的な光起電力素子のモデル化された電流である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
本発明は、図に示す特徴の組み合わせに限定されないことが留意される。代わりに、特徴の記述を含む本明細書で開示する特徴は、図で特定される特徴と組み合わされることができる。加えて、特許請求の範囲で列記される参照記号は、本発明の保護の範囲を決して限定しないことが留意されるべきである。それは単に、図で示す実施形態を示すのみである。
【００８３】
図１では、例えば図２で示すような測定のための例示として測定手順の理想化された説明が示される。測定構成の実施態様の例示的な提示の説明については、後に示される。示した説明において、上述の段階的な変化の例として、電圧が段階的に変化される。時間の関数としての上記電圧は、関数１”により描写される。電圧の第１の段階的な変化は、時間ｔＢで行われる。段階的に変化された電圧への反応として、電流の時間依存的な変化が観察されることができる。時間の関数としての上記電流は、関数１’により描写される。時間区分ΔｔＭＳは、示される説明において電圧のさらなる段階的な変化で終了する特定の測定手順の期間である。ΔｔＲの語は、反応時間の実施態様を描写する。上記反応時間は、段階的に変化させる値、所与の場合では電圧の段階的な変化の後で依存的な測定量、所与の場合では電流が反応するのを待つ時間である。上記決定可能な時間区分の実施態様は、ΔｔＤとして描写される。上述のように、上記決定可能な時間区分は、反応時間が決定可能な時間区分と同じかそれ以上であることにより特徴づけられる時間区分である。さらに、上記サンプリングする工程は反応時間に及び／又は反応時間後に行われる。さらに、示される実施態様において、測定継続時間ΔｔＭは、示される例において標準化された電流をサンプリングする工程が行われる間の時間区分として示される。ΔｔＭが無限に短い測定継続時間にまで減少される場合、示される測定はポイント測定となるか、又はそれに類似するであろう。
【００８４】
図２では、光起電力素子１の評価方法の実施態様の結果が示される。当該方法は、図５で示すものに類似する、後述する光起電力素子１の評価方法の例示的な実施を用いて行っている。示した測定は、およそ１０ｍｓの一回の閃光の照明継続時間における単一閃光中に行った。示される実施例で評価された上記光起電力素子１は、市場における生産者、例えば三洋エナジー社、サンパワー社、インリー・グリーンエナジー株式会社により現在入手可能な標準的な高効率で高い電気容量のｃ−Ｓｉモジュールである。電力測定は、ＳＴＣとして略される標準試験条件下で順の掃引方向へ掃引時間１０ｍｓと時間間隔１２μｓで値Ｇ＝１’０００Ｗ／ｍ２、Ｔ＝２５℃、スペクトルＡＭ１．５を備える最先端技術の市販のパセン・パルスシミュレータ（Ｐａｓａｎ  ｐｕｌｓｅｄ  ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）中で行った。上記放射照度は、基礎的なＰＴＢ基準装置と対照して較正した。ＰＴＢは、ドイツ連邦物理工学研究所（Ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈ−Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ｂｕｎｄｅｓａｎｓｔａｌｔ）であり、計測学及び物理安全工学（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｓａｆｅｔｙ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）の分野における最高技術の権限である。
【００８５】
全ての測定は、間接照明の広範囲の光トラッピングを提供するために設計した、温度制御された暗室中で行われた。測定について、光起電力素子１にわたる電圧を独立的に変化するように選び、これは、示した実験では、あらかじめ計算された電圧ポイントで構成される、制御された市販のパセン電圧源ユニット（Ｐａｓａｎ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｕｎｉｔ）を用いて行った。従って、電流は依存的な測定量であった。最小限の時間区分の経過としてこの場合具体化される個別の決定可能な時間区分の後、電流及び電圧の両方の個別の値をサンプリングする工程が、電流計及び電圧計の実施態様として１２ビット、７チャンネルの市販のパセン電流−電圧測定装置（Ｐａｓａｎ  ｃｕｒｒｅｎｔ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ）により行われた。電流は電圧の変化と共に強力なヒステリシス効果を示すことがわかる。示した実施例において、サンプリングする工程の個別の時間は、個別の工程及び直前の工程の両方の個別の定常状態の容量変化を用いて最小限の時間をその場外で計算することにより、疑その場外（ｑｕａｓｉ  ｅｘ−ｓｉｔｕ）で導かれた。これについて、後述の式（１）に類似した式を使用した。これについて、電圧が後続する二つの測定手順の間で変化される個別の変化値は、一時的エラーが省略されるように選んだ。図２では、記載される測定の結果は、標準化された値として、すなわち、標準化された電圧及び標準化された電流として説明され、すなわち、個別の実値は個別の最大値により除算される。
【００８６】
図３では、上述及び図２で示す測定系に従った測定の結果が説明される。これについて、標準化された電流は、標準化された電圧の関数として示される。すなわち、個別の光起電力素子の電流−電圧特性が示される。比較のために、図２で示される継続時間１０ｍｓの単一閃光中でサンプリングされた交差データポイントと共に示される動的電流−電圧測定の結果が比較され、その示された結果は、定常状態の測定から得られ実線として示すモジュールの定常電流−電圧特性と同一のように見える。モジュールの上記定常特性は、合計で測定時間１００ｍｓとなる、１０回の複数回の閃光から構成される電流−電圧線形掃引測定を用いて測定した。直接、線形掃引期間１０ｍｓの従来の順方向掃引の単一閃光における測定で得られた同じモジュールのＩＶ曲線も、実線の曲線として示し、振動及び大きい偏差値を示す。当該方法が単一閃光中における高電気容量光起電力モジュールの定常特性を正確にかつ迅速にもたらすことができることがこの実施例で示された。従って、図３で示す結果は、本発明によって使用される当該方法の精度を実証する。
【００８７】
図４では、光起電力素子の評価方法の例示的な実施が示される。図４で示す測定システム構成８の例示的な実施態様は、電圧計３及び電流計４と接続し、電圧計３及び電流計４が互いに並列に接続される光起電力素子１を示す。測定回路への光起電力素子１の接続のために、接続システム９を使用する。さらに、電流源ユニット５は電流計４と直列に接続する。電流源ユニット５の入力は、上記電流源ユニット５の調節のための調節ユニット１６と接続する。この部分での調節ユニット１６の入力は、上記調節ユニット１６の制御のための制御ユニット７と接続する。制御ユニット７のための入力として、電流−電圧フィードバック１１及び動的設定（ｄｙｎａｍｉｃ  ｓｅｔｔｉｎｇｓ）１２の両方がある。上記調節ユニット１６は電流フィードバック１４により供給する。さらに、電流計１３を備える独立の測定回路１０を図４に示す。光起電力素子１の前に発光素子２が示される。
【００８８】
一例として、例えば図４で示す実施、すなわち電流が直接制御され、電圧が依存値である実施を用い、本発明の実施態様として以下の第１の動作原理を行うことができる。第１の動作原理を用い、負荷変動は、測定システム構成の電圧依存性の電気容量Ｃ（Ｖ）のある推定に基づき制御される。
【００８９】
上記動作方法は本質的に三段階を伴う。
【００９０】
（ｉ）第１段階において、電位依存性の相対電気容量Ｃ（Ｖ）の変動が推定される。必須情報は絶対的ではないため、多くの方法により値を近似することができる。装置の電気インピーダンスを測定する従来方法に加えて、電気容量の相対的変動も、光電流応答測定により、又は単に異なる掃引時間又は掃引方向で獲得した電流−電圧特性を比較することにより測定することができる。当該方法の成功のために、相対電気容量変化の近似値のみが必要とされる。したがって、十分なデータが、暗状態下で迅速に収集されることもできる。次に、導かれた上記相対電気容量は自律的に使用するか、又は太陽電池又は太陽モジュールの電気容量モデリングによりさらに精緻化することができる。このような修正反復は即座に実現することができる。
【００９１】
（ｉｉ）第２段階において、電子負荷の動的設定が計算される。加えられる負荷メッシュ（ｌｏａｄ  ｍｅｓｈ）は適切な式を用いて計算する。示す測定において、以下の式（１）を使用した。
【数６】
2015519864.tif 000008
この式（１）において、ｔ（Ｉｉ，ｍｅａｓ，Ｖｉ，ｍｅａｓ）は、好ましくは変化後に経過される最小限の時間区分として使用される値である。この式（１）において、（Ｉｉ，ｍｅａｓ，Ｖｉ，ｍｅａｓ）は、Ｎポイントから成る電流−電圧特性の第ｉデータポイントの電流−電圧の対の測定値である。Ｃ（Ｉｉ，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）は、定常電流−電圧状態（Ｉｉ，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）に対応する相対電気容量である。Ｃ（Ｉｉ−１，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）は、その前の第（ｉ−１）データポイントの定常電流−電圧状態に対応する相対電気容量である。ｉ＝１の特別な場合について、相対電気容量Ｃ（Ｉｉ−１，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）は光起電力素子のバイアス条件に対応する。上記定数ｃは、負荷調節により導入される遅延に関する。時間フレームＴ内で測定されるポイントＮの数は、適切に選ばれる。したがって、電流−電圧曲線の任意の対の被測定電流−電圧（Ｉｉ，ｍｅａｓ，Ｖｉ，ｍｅａｓ）は、その定常値（Ｉｉ，ＳＳ，Ｖｉ，ＳＳ）から再現可能であり、一時的エラーの有意な兆候を示さないことになる。
【００９２】
上記式（１）と、時間及び推定される電圧依存的な相対電気容量、すなわち図２で示すＶ（ｔ）曲線の関数として加えられる電流の変化のメッシュが計算されることができる。
【００９３】
（ｉｉｉ）第３段階において、次に、制御ユニット７は、後続の工程で、また時間ｔｉの経過後の電圧計３を用いた電圧の測定と共に光起電力素子１に計算された負荷メッシュを加えるために使用できる。
【００９４】
さらに次の実施例として、例えば図４で示す実施、すなわち電流が直接制御され、電圧が依存値である実施を用い、本発明の実施態様として以下の第２の動作原理が行われることができる。
【００９５】
上記第２の方法は、電流−電圧データをサンプリングする工程を引き起こすためにリアルタイムフィードバックを使用する。当該方法は二段階を伴う。
【００９６】
（ｉ）第１段階では、調節アルゴリズムが光起電力素子１への負荷の印加を開始し、条件ｄＩ／ｄｔ→０及びｄＶ／ｄｔ→０が同時に満たされるまでその負荷を一定に維持する。ここで、ｄＩ／ｄｔは、測定される電流の時間導関数を表し、ｄＶ／ｄｔは、測定される電圧の時間導関数を表す。測定されるＩＶデータポイントの数を増加させるために、代替方法も実現することができる。当該方法は、ｄＩ／ｄｔが完全に安定化されていない間に測定を行うことを可能にする。このような方法は、図７で示すような電気容量に基づく適合アルゴリズムを用い、部分的に安定したデータから安定した電流を計算する。当該方法は、リアルタイム基準又は測定を行った後のいずれかで適用することができる。図８は、電気容量充電モデルを用いて達成することができる時間最適化を示す。グラフは、電気容量モデルに基づき計算されるモデル化されたデータと実際の測定値とを比較する。装置の動的特性をうまく予測することができ、また時間管理がさらに最適化され得ることが示される。しかしながら、装置反応の完全な及び部分的な緩和を可能にする両方の方法が、当該方法の信頼性を向上するために同じ測定で組み合わせて使用することができる。図７及び図８の両方において、時間はａ．ｕ．に略される任意ユニット（ａｒｂｉｔｒａｒｙ  ｕｎｉｔｓ）で描写される。
【００９７】
（ｉｉ）条件が満たされる時に、第２段階が始まる。上記電流及び電圧測定がサンプリングされ、調節アルゴリズムが試験装置に新たな負荷を印加する。上記手順は完全な電流−電圧追跡を達成するまで繰り返される。すなわち、時間依存的な電流−電圧特性を得られたデータから構成することができる。理論的観点、すなわち等価回路シミュレーションから見て、この方法がポイントの数及び各加えられる負荷の必要な期間をその場で最適化することができることから、当該方法は最適化された結果を示す。この場合、電流−電圧―放射照度振動は、加えられる負荷における変化を引き起こし、最終結果を精緻化すると考えられなければならない。当該方法は独立して適用することができるが、負荷信号の継続時間及び測定地点間の加えられる負荷の間隔を最適化するための第１のアルゴリズム法と連結しても上手く機能することができる。上記点密度は、暗部ＩＶ測定の前に通常５０ミリ秒から１秒までの遅い電流掃引又は電圧掃引を用いて行うことにより、特定の目的領域において増加することができ、次に標的の領域を設置するために光下での測定中に、定時に計算される。さらに、ＭＰＰ及びＶＯＣの動的追跡アルゴリズムは、個別の又は周囲のＩＶ特性を正確に決定するための時間で使用することができる。
【００９８】
さらに、他の方法及び／又は追加のアルゴリズムと、説明する二つの方法の一つ又は両方との組み合わせが意図されることができる。
【００９９】
例えば記載される二つの方法の一つ又は両方がまた、多閃光の測定の時間効率を向上するために使用されることができる。この場合、時間フレームＴは用いられる閃光の全測定時間である。
【０１００】
上述する二つの提供する測定法はまた、例えば性能パラメータＩＳＣ、ＭＰＰ、ＶＯＣに対して目的領域での電流−電圧のデータポイント密度を増加させるアルゴリズムとの組み合わせで使用することができる。このような方法の適用は、より高い精度での性能パラメータの推定を可能にし、また単一閃光中での完全な電流−電圧追跡の達成を可能にする。一実施例は、サンプリングされたポイントＮの数及びそれらの継続時間を決定する式（１）を用いると同時に、１／（ｄＰ／ｄＶ）に関連する因数により点密度に重みを加えるアルゴリズムの実施である。
【０１０１】
図５では、光起電力素子の評価方法の例示的な実施が示される。図５で示す第１の測定システム構成の例示的な実施態様は、電圧計３及び電流計４と接続し、電圧計３及び電流計４が互いに並列に接続される光起電力素子１を示す。さらに、電圧源ユニット６は電流計４に沿って接続される。電圧源ユニット６の入力は、上記電圧源ユニット６の調節のための調節ユニット１６と接続される。この部分での調節ユニット１６の入力は、上記調節ユニット１６の制御のための制御ユニット７と接続される。制御ユニット７への入力として、電流−電圧フィードバック１１及び動的設定１２の両方がある。上記調節ユニット１６は電圧フィードバック１５により供給される。図５で示す実施態様の別の特徴は、図４で示すものに類似する。
【０１０２】
図６では、光起電力素子１の評価方法の例示的な実施が示される。図６で示す第２の測定システム構成８の例示的な実施態様は、電圧計３及び電流計４と接続し、電圧計３及び電流計４が互いに並列に接続される光起電力素子１を示す。さらに、制御可能なインピーダンス負荷ユニット１７は電流計４に沿って接続する。この部分での調節ユニット１６の入力は、上記制御可能なインピーダンス負荷ユニット１７の制御のための制御ユニット７と接続する。制御ユニット７への入力として、電流−電圧フィードバック１１及び動的設定１２の両方がある。図６で示す実施態様の別の特徴は図４で示すものに類似している。
【０１０３】
記載する本発明の利点は、光起電力素子の評価方法と同様に、通常５〜１０ｍｓ前後の数ミリ秒のみ継続する単一閃光で、特に高容量の太陽電池又は太陽モジュールとしての光起電力素子の電流−電圧特性の正確な測定を可能にする適切な設備も提供することである。この目的は、ＩＥＣ６０９０４−１（２００６年）で指摘される、検査サンプルの応答時間及びデータ収集の速度がエラーを導入しないことを確実にする方法において達成される。結果として得られる電流−電圧特性は、定電圧、定電流及び定光条件と密接に対応することが示された。従って、個別の同じ検査サンプルの定常電流−電圧曲線はよく再現されることが示された。
【０１０４】
光起電力素子の電気容量は一般に、印加電圧に対してほぼ指数関数的に増加することが知られている。したがって、電流−電圧データのポイントの独立かつ容量の人為的影響のない（ｆｒｅｅ  ｏｆ  ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  ａｒｔｉｆａｎｃｔｓ）測定に必要とする時間もまた、ほぼ指数関数的に増加することになる。上記記載する方法の革新的な点は、光起電力素子が実質的に電気容量のない反応に安定するまで、測定量、電流及び／又は電圧を動的に記録しつつ、装置の電気容量に比例する継続時間の間、負荷源ユニット（ｌｏａｄ  ｓｏｕｒｃｅ  ｕｎｉｔ）に関連する照射量、電圧及び／又は電流を一定に維持することである。従って、記載する技術は、測定時間の効率的な管理を実現し、単一閃光中ＩＳＣとして略される短絡からＶＯＣとして略される開回路の条件の完全な電流−電圧の追跡を達成する。
【０１０５】
記載する本発明の新規性は、電流−電圧測定中の独立変数として時間を導入することである。この理由で、当該方法は、動的電流−電圧測定又は動的ＩＶ測定と呼ぶことができる。測定データは、その反応が加えられる負荷の変化及び光起電力素子の電気容量より引き起こされるヒステリシスの両方と共に変化する、時間依存的な電圧Ｖ（ｔ）及び時間依存的な電流Ｉ（ｔ）の曲線である。光起電力素子で蓄えられる電荷は、一定に加えられる負荷下で、時間に対してほぼ指数関数的に減衰することになる。従って、動的に記録される依存性の測定量もまた、減衰性質を示すことになる。あるいは、時間依存的な電流Ｉ（ｔ）を制御し、時間依存的な電圧Ｖ（ｔ）を監視することで同様の測定の戦略もまた実現することができる。同様に、最終値に安定するまで、電圧は時間減衰を示すことになる。理論上、負荷信号は、サンプリングされた測定結果に一時的エラーが影響しないことを確実にするするため最小限の継続時間を有するが、使用者は、測定されたＶ（ｔ）及びＩ（ｔ）の特性を観察することにより、測定の精度について自足的な評価（ｓｅｌｆ−ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｆｅｅｄｂａｃｋ）を受けることになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明の出願は、光起電力素子、特に高効率かつ高電気容量の結晶光起電力素子の測定、試験及び／又は分類に有意に優れる点を提供する。本発明は特に、研究開発、産業及び認定においてコスト効率が良く、迅速かつ正確な単一閃光中の電力測定の基礎を提供する。あるいは、提供する光起電力素子の評価方法は、多閃光の電流−電圧測定の効率を向上するために代替的に使用されることができる。
【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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【国際調査報告】
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