(57)【要約】【課題】  バイアス光をできるだけ単色光と同じ条件で太陽電池に照射させたり、太陽電池の保持位置の精度を高めたりすることで、より精度の高い太陽電池分光感度特性測定を可能にする。【解決手段】  単色光用光学系１とバイアス光用光学系３とが交差する箇所に設けられたビームスプリッタ４は、バイアス光の一部を反射しつつ単色光の一部を透過させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて同じ角度で太陽電池Ｓに入射させる。電池位置モニタ６は、太陽電池Ｓの表面に入射する単色光の光軸を挟んで両側から斜めにレーザー光を照射するものであり、電池保持部２により所定位置に太陽電池Ｓが保持された際に当該太陽電池Ｓの表面上で二つのレーザー光によるビームスポットが重なるよう照射するものである。【選択図】  図１
2012195460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の表面に単色光を照射するための単色光用光学系と、単色光用光学系の光路上の単色光の進行方向における所定位置に太陽電池を保持する電池保持部と、電池保持部により所定位置に保持された太陽電池にバイアス光を照射するバイアス光用光学系とを備えており、
単色光用光学系とバイアス光用光学系とが交差する箇所にはビームスプリッタが設けられており、ビームスプリッタは、バイアス光の一部を反射しつつ単色光の一部を透過させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて同じ角度で太陽電池に入射させるものであるか、バイアス光の一部を透過しつつ単色光の一部を反射させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて同じ角度で太陽電池に入射させるものであることを特徴とする太陽電池分光感度特性測定装置。
【請求項２】
太陽電池の表面に単色光を照射するための測定光用光学系と、測定用光学系の光路上の単色光の進行方向における所定位置に太陽電池を保持する電池保持部と、所定位置に太陽電池が保持されているかをモニタする電池位置モニタとを備えており、
電池位置モニタは、単色光が入射する側を前側とした場合、前記所定位置に保持された太陽電池の斜め前方からレーザー光を照射するレーザー照射系より成るものであり、レーザー照射系は、太陽電池の表面に入射する単色光の光軸を挟んで両側からレーザー光を照射するするものであって前記所定位置に太陽電池が保持された際に当該太陽電池の表面上で二つのレーザー光によるビームスポットが重なるよう照射するものであることを特徴とする太陽電池分光感度特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、太陽電池の分光感度特性を測定する装置に関するものであって、太陽電池の表面に単色光を照射して発電特性等の分光感度特性を測定する太陽電池分光感度特性測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境に配慮した発電技術として太陽光発電に対する社会の注目は非常に高く、一般家庭への太陽光発電装置の普及も、政府による支援策等もあって目覚ましいものがある。
太陽光発電は、結晶型や薄膜型等、いくつかの種類があるが、発電効率の改善等を目的として鋭意研究開発が進められている。太陽電池の研究開発には、太陽電池の分光感度特性を調べることが不可欠であり、分光素子で分光されて単色光となった光を太陽電池に照射し、波長毎の発電特性等の特性を測定することが不可欠である。このようなことから、分光素子で分光して単色光とした光を太陽電池に照射して分光感度特性を測定する装置が開発され、使用されている。
【０００３】
上述した単色光を照射しての太陽電池の分光感度特性測定においては、測定状態を使用状態に近づけるためため、バイアス光を照射することが必要となっている。単色光については、太陽電池の表面に対して垂直に入射するよう光学系が構成されるが、バイアス光については、斜めに太陽電池の表面に入射するよう光学系が構成される。ただ、単色光の入射角度とバイアス光の入射角度の差が大きくなると、測定精度の点で問題が生じる。即ち、バイアス光には、あらゆる波長の光が含まれるが、これら波長の光の中には、角度によって太陽電池内への入射量が変わる（角度依存性がある）ものもある。このため、バイアス光の入射角度が単色光の入射角度と大きく異なると、実使用状態に近い状態での測定という趣旨に反するものになってしまう。このようなことから、単色光の入射角度に対するバイアス光の入射角度を２０度以内とするとことがＪＩＳで定められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９８４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した太陽電池分光感度特性測定では、測定精度を向上させるため、バイアス光をできるだけ単色光と同じ条件で太陽電池に照射させたり、太陽電池の保持位置の精度を高めたりすることが必要になっている。本願の発明は、これら課題を解決するためになされたものであり、バイアス光をできるだけ単色光と同じ条件で太陽電池に照射させたり、太陽電池の保持位置の精度を高めたりすることで、より精度の高い分光感度特性測定を可能にする技術的意義を有するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の太陽電池分光感度特性測定装置の発明は、太陽電池の表面に単色光を照射するための単色光用光学系と、単色光用光学系の光路上の単色光の進行方向における所定位置に太陽電池を保持する電池保持部と、電池保持部により所定位置に保持された太陽電池にバイアス光を照射するバイアス光用光学系とを備えており、
単色光用光学系とバイアス光用光学系とが交差する箇所にはビームスプリッタが設けられており、ビームスプリッタは、バイアス光の一部を反射しつつ単色光の一部を透過させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて同じ角度で太陽電池に入射させるものであるか、バイアス光の一部を透過しつつ単色光の一部を反射させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて同じ角度で太陽電池に入射させるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の太陽電池分光感度特性測定装置の発明は、太陽電池の表面に単色光を照射するための測定光用光学系と、測定用光学系の光路上の単色光の進行方向における所定位置に太陽電池を保持する電池保持部と、所定位置に太陽電池が保持されているかをモニタする電池位置モニタとを備えており、
電池位置モニタは、単色光が入射する側を前側とした場合、前記所定位置に保持された太陽電池の斜め前方からレーザー光を照射するレーザー照射系より成るものであり、レーザー照射系は、太陽電池の表面に入射する単色光の光軸を挟んで両側からレーザー光を照射するするものであって前記所定位置に太陽電池が保持された際に当該太陽電池の表面上で二つのレーザー光によるビームスポットが重なるよう照射するものであるという構成を有する。
【発明の効果】
【０００７】
以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、単色光用光学系とバイアス光用光学系の交差箇所にビームスプリッタを設け、単色光とバイアス光とが同じ角度で太陽電池に入射するようにしたので、波長角度依存性の影響が無くなり、バイアス光と同じ条件での単色光入射時の特性を測定することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、電池位置モニタによって太陽電池の保持位置を監視し、所定位置に保持した上で測定することができるので、位置再現性の点で精度の高い測定が行える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本願発明の実施形態に係る太陽電池分光感度特性測定装置の概略構成を示した図である。
【図２】電池位置モニタの動作について示した平面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本願発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態に係る太陽電池分光感度特性測定装置の概略構成を示した図である。図１に示す太陽電池分光感度特性測定装置は、太陽電池Ｓの表面に単色光を照射するための単色光用光学系１と、単色光用光学系１の光路上の単色光の進行方向における所定位置に太陽電池Ｓを保持する電池保持部２と、電池保持部２により所定位置に保持された太陽電池Ｓにバイアス光を照射するバイアス光用光学系３とを備えている。
【００１０】
単色光用光学系１は、平板型の回折格子１１を分光素子として使用したツェルニーターナー型の光学系となっており、単色光用光源１２、入射スリット１３、第一第二の二つの凹面鏡１４，１５、回折格子（グレーティング）１１、出射スリット１６、出射スリット１６を通過した光を再度集光して太陽電池Ｓに照射する集光レンズ１７等から構成されている。単色光用光源１２からの光は、入射スリット１３を通して入射し、第一凹面鏡１４で平行光となった後に回折格子１１に照射される。回折格子１１で反射した光は単色光となり、第二凹面鏡１５に反射し、出射スリット１６を経て集光レンズ１７により再度集光されて太陽電池Ｓに入射するようになっている。
【００１１】
本実施形態では、分光素子としては回折格子１１が使用されており、回折格子１１の駆動系１８が付設されている。駆動系１８は、指定された波長の光が単色光として出力されるよう、回折格子１１の姿勢（光軸上での配置角度）を調節するものである。ある波長範囲における分光感度特性が測定される場合、駆動系１８は、その波長範囲において分解能が規定する波長幅毎に単色光が順次出力されるよう回折格子１１の姿勢を順次変化させる（波長掃引する）。
【００１２】
一方、バイアス光用光学系３は、バイアス光用光源３１と、バイアス光用光源３１からの光を平行光にするコリメータ素子３２と、バイアス用フィルタ３３等から構成されている。バイアス光用光源３１としては、キセノンランプのような太陽光に近い発光スペクトル分布を持つものが使用される。バイアス用フィルタ３３は、スペクトルをより実使用状態に近づけるためのフィルタであり、例えば使用場所の緯度に合わせてスペクトル分布を調整するエアマスフィルタが使用される。尚、単色光用光学系１やバイアス光用光学系３には、不図示のシャッタが配置されており、シャッタの開閉によって測定開始と停止とを制御するようになっている。
【００１３】
そして、本実施形態では、単色光とバイアス光とを同じ角度で（同軸上で）太陽電池Ｓに入射させるため、ビームスプリッタ４が設けられている。図１に示すように、ビームスプリッタ４は、単色光用光学系１の光軸とバイアス光用光学系３の光軸が直角に交差する箇所に設けられており、単色光の一部を透過させて太陽電池Ｓに指向せしめるとともにバイアス光の一部を反射して太陽電池Ｓに指向せしめるものとなっている。
【００１４】
電池保持部２は、集光レンズ１７による集光位置に太陽電池Ｓを保持するものである。電池保持部２は、太陽電池Ｓを載せる電池台２１と、電池台２１上で太陽電池Ｓを固定するクランプのような不図示の固定具と、電池台２１の位置を微調節する調節機構２２等から構成されている。調節機構２２は、マイクロメータのような精密ネジ機構を採用し、電池台２１を光軸に沿った方向と光軸に垂直な方向に変位させることができるようにしている。光軸に垂直な方向としては、光軸に垂直な面内で互いに直交する二つの方向とすることが好ましい（光軸をｚ方向とした場合のｘｙ方向）。
【００１５】
また、装置は、電池保持部２に保持されて単色光及びバイアス光の照射を受けた太陽電池Ｓにおける分光感度特性（光起電力による電流特性等）を測定する測定回路ユニット５を備えている。測定回路ユニット５は、太陽電池Ｓに接続した負荷端に生じる電圧や負荷を通して流れる電流を測定する回路、ＳＮ比を改善するための回路、測定結果を出力する出力回路等を含んでいる。
【００１６】
一方、図１に示すように、本実施形態の太陽電池分光感度特性測定装置は、所定位置に太陽電池Ｓが保持されているかを監視する電池位置モニタ６を備えている。本実施形態では単色光を集光レンズ１７により集光して用いているので、電池位置モニタ６が監視する所定位置とは集光レンズ１７による集光位置である。図１に示すように、電池位置モニタ６は、単色光が入射する側を前側とした場合、集光位置に保持された太陽電池Ｓの斜め前方からレーザー光を照射するレーザー照射系より成るものである。レーザー照射系は、単色光の光軸を挟んで両側からレーザー光を照射するするものであり、レーザー発振器６１，６２を集光位置の斜め右上と斜め左上に配置して成るものである。
各レーザー発振器６１，６２は、Ｈｅ−Ｎｅレーザや可視光半導体レーザのような可視光レーザ発振器である。二つのレーザー発振器６１，６２は、レーザー光が丁度集光位置で重なる位置に設けられている。
【００１７】
図２は、電池位置モニタ６の動作について示した平面概略図である。図２（１）は、太陽電池Ｓが集光位置に正しく位置していない状態、（２）は正しく位置した状態を示している。
電池台２１に太陽電池Ｓを載置してレーザー照射系を動作させると、レーザー光によるビームスポットＢ，Ｂ’が太陽電池Ｓの表面に現れる。太陽電池Ｓの表面が集光位置に正しく位置していない場合、図２（１）に示すように二つのビームスポットＢ，Ｂ’が分離して現れる。調節機構２２を操作して電池台２１を光軸方向に変位して微調節し、太陽電池Ｓの表面が集光位置に正しく位置させると、（２）に示すように二つのビームスポットＢ，Ｂ’が丁度重なり１つのビームスポットとなったように見えることになる。レーザー光の入射角度（光軸に垂直な面に対する角度，図１にθで示す）としては、３０〜６０度（より好ましくは４０〜５０度）にすると、ビームスポットＢ，Ｂ’の重なりを視認し易いので、好適である。
【００１８】
尚、太陽電池Ｓの表面の全面が被測定面となっており、どこに入射しても良い場合もあるが、太陽電池Ｓの表面のうち特定のエリアのみが被測定面となっており、そこに入射させなければならな場合もある。例えば、太陽電池Ｓが幾つかのエリアに区画されており、それぞれについて分光感度特性を測定しなければならない場合である。この場合は、調節機構２２を操作して光軸に垂直な方向に太陽電池Ｓを変位させ、集光位置（光軸上）に被測定面を位置させる。例えば、図２（３）に示すように、太陽電池Ｓが三つのエリアに区画されており、中央のエリアが被測定面である場合、そのエリアにおいて上記のようにビームスポットＢ，Ｂ’が１つに重なるように調節機構２２が操作される。
【００１９】
上述した構成に係る本実施形態の太陽電池分光感度特性測定の動作について、以下に説明する。測定を行う場合、太陽電池Ｓを上述したように電池台２１に載置し、電池位置モニタ６を操作して太陽電池Ｓの表面を所定位置（この実施形態では集光レンズ１７による集光位置）に位置させる。その後、電池位置モニタ６の各レーザー発振器６１，６２を停止させ、単色光用光源１２及びバイアス用光源３１を点灯させる。分光素子としての回折格子１１の駆動系１８を操作して所定の単色光が出力される姿勢に回折格子１１を制御した後、各光学系１，３に配置された不図示のシャッタを開き、測定を行う。太陽電池Ｓには、単色光及びバイアス光が入射し、光起電力が生じて各特性が測定回路ユニット５において測定される。
【００２０】
単色光とバイアス光とを統合するために用いたビームスプリッタ４としては、一例としてはハーフミラーが使用できる。但し、５０％の透過率（反射率）の場合もあるが、単色光とバイアス光とが所定の割合になるよう、例えば、２０％の反射率（８０％の透過率）にしたり、逆に７０％の反射率（３０％の透過率）にしたりする場合もある。
【００２１】
上述した構成及び動作に係る本実施形態の太陽電池分光感度特性測定装置によれば、単色光用光学系１とバイアス光用光学系３の交差箇所にビームスプリッタ４を設け、単色光とバイアス光とが同じ角度で太陽電池Ｓに入射するようにしたので、波長角度依存性の影響が無くなり、バイアス光と同じ条件での単色光入射時の特性を測定することができる。
【００２２】
また、電池位置モニタ６によって配置位置を監視しながら太陽電池Ｓを所定位置に配置することができるので、位置再現性の点で精度の高い測定が行えるようになっている。上記実施形態では、集光レンズ１７による集光位置が所定位置であったが、例えばコリメータ素子（コリメータレンズ又はコリメータミラー）を使用して平行光にする場合も、完全な平行度というのは望み得ないから、常に同じ位置で太陽電池Ｓを保持して測定を行う必要があり、そのように設定される位置が所定位置ということになる。
【００２３】
次に、他の実施形態の構成について説明する。
図１に示す実施形態では、バイアス光の一部を反射しつつ単色光の一部を透過させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて太陽電池Ｓに入射させるものであったが、ビームスプリッタ４は、バイアス光の一部を透過しつつ単色光の一部を反射させてバイアス光及び単色光を同じ向きに進ませて太陽電池Ｓに入射させるものであっても良い。この場合も、単色光とバイアス光とが所定の割合になるよう、例えば２０％の透過率（８０％の反射率）にしたり、逆に７０％の透過率（３０％の反射率）にしたりする場合がある。
【００２４】
また、電池位置モニタ６の構成としては、レーザー照射系が一つのみのレーザー発振器を備える構成であっても良い。この場合、一つのレーザー発振器からのレーザー光をビームスプリッタで分割し、図１に示すのと同じ位置及び角度で光軸上の所定位置に到達するよう光学系が構成される。
また、上記各実施形態の構成において、単色光用光源１２とバイアス光用光源３１との二つを用いたが、一つの光源を兼用して用いることもできる。この場合は、ビームスプリッタを使用して二つに分け、一方を前述したように分光素子を経由させて分光して用いることになる。
【００２５】
また、単色光用光学系としては、前述したツェルニーターナー型の他、エバート型、ファスティー・エバート型等、任意のものを採用し得る。特開２０００−５５７３３号公報所載の光学系を採用すると、収差が小さく分解能が高くなるので好適である。また、分光素子のとしての回折格子を走査せず、各波長域が入射する位置に太陽電池を保持して（または一つの太陽電池の各エリアを配置して）各波長を同時に測定することも可能である。
電池台が上面に太陽電池を載置して保持する構造となっていることは何ら必須の要件ではなく、電池台を垂直に立てて配置し、太陽電池を立てて保持しながら測定する構造が採用されることもある。ないしは、電池台の下面に太陽電池を保持する場合もある。
【符号の説明】
【００２６】
１  単色光用光学系
１１  回折格子
１２  単色光用光源
２  電池保持部
２１  電池台
２２  調節機構
３  バイアス光用光学系
３１  バイアス光用光源
４  ビームスプリッタ
５  測定回路ユニット
６  電池位置モニタ
６１  レーザー発振器
６２  レーザー発振器
【図１】
2012195460.tif 000003
【図２】
2012195460.tif 000004