(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の電極間に、電流計及び負荷手段を直列に接続する直列回路と、この直列回路に対して電圧計を並列に接続する並列回路とを有し、前記負荷手段による負荷を変化させることで該太陽電池の出力特性を測定する太陽電池出力特性の測定装置であって、前記直列回路中に設けられて開放電圧（ＶOC）とは逆方向の電圧を印加可能に設けられた定電圧電源と、この直列回路の負荷手段及び定電圧電源に対し並列に設けられて、太陽電池の短絡電流（Ｉsc）とは逆方向の一定電流を印加するように設けられた定電流電源とを備えたことを特徴とする太陽電池素子の特性測定装置。
【請求項２】
前記定電圧電源は、前記負荷手段による負荷を変化させて太陽電池の出力特性を測定する際に、開放電圧（ＶOC）とは逆方向の一定電圧を常に印加するものである特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の特性測定装置。
【請求項３】
前記定電圧電源は、前記負荷手段による負荷を変化させて太陽電池の出力特性を測定する際に、前記負荷手段の出力抵抗値が最小値の時に、開放電圧（ＶOC）とは逆方向の所定電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の特性を測定する装置に関するものである。
【０００２】
なお、本明細書において「太陽電池」という場合は、太陽電池を構成する半導体単体（素子）を意味する他、この素子が機能するために必要な部材（入出力端子等）が組み合わされているもの、あるいは上記の素子や必要部材が組み合わされたものの複数個を直列，並列に接続し、環境に耐えられるように保護したもの（太陽電池モジュール）を総称するものとする。
【０００３】
【従来の技術】
太陽電池のもつ特性のうち、光が入射した時の電圧と電流の関係を示す電流−電圧曲線（以下「Ｉ−Ｖ曲線」という）の出力特性を知ることはこの太陽電池を接続した機器（負荷）を動作させる際のＩ−Ｖ曲線上の動作点（動作電圧ＶOPE ，動作電流ＩOPE ）を知り、例えば、動作点が最適動作点（最適動作電圧ＶOP，最適動作電流ＩOP）付近にある好ましい太陽電池を選択することや、あるいは製品の出荷検査（良否判断）のために重要である。また、これらと共に開放電圧（ＶOC），短絡電流（ＩSC）の値を知ることも太陽電池の特性の良否を判断する曲線因子Ｆ．Ｆ．を求めるために重要であり、これらのことから従来より上記Ｉ−Ｖ曲線を測定する装置が提案されている。
【０００４】
従来から知られているＩ−Ｖ曲線の測定装置としては、例えば本願の図４に示すように、太陽電池１と直列に負荷手段としての可変抵抗器１０を接続し、その負荷の大きさをゼロから無限大に変化させながら、そのときに流れる電流と太陽電池両端の電圧を測定してＩ−Ｖ曲線を求める方式が知られており、また、上記可変抵抗器１０に代えて回路中に設けたトランジスタのベース電流を制御することで、太陽電池を含む回路の負荷を変化させて上記素子の特性データを測定する装置も提案されている。
【０００５】
しかしこれらの方式の測定装置はいずれも太陽電池１を含む回路の負荷抵抗をゼロにすることができないために低電圧側（短絡電流近傍（ＩSC））の特性を測定できないという問題がある。そこでこの問題を解消するために、例えば、上記回路中に逆方向の電圧を作用させる内部インピーダンスの小さい定電圧電源を設けて、太陽電池１の動作点の電圧を低電圧側に移行させる測定方法も知られている（特開昭５２−１３５６８３号公報参照）。
【０００６】
また、図５に示したように、バイポーラ電源１１を用いて、太陽電池１のＩ−Ｖ曲線と交叉する電源出力電圧を順次スキャンすることで太陽電池１の出力電流からＩ−Ｖ曲線を測定する方法も提案されているが、この方法による場合、開放電圧（ＶOC）近傍の太陽電池のＩ−Ｖ曲線は電圧に対する電流の変化が極めて大きく、電圧のかけ方が難しいと言う問題がある。具体的には開放電圧（ＶOC）が６００ｍＶ程の太陽電池においてこれよりも数十ｍＶ程の僅かに高い電圧をかけた場合にも、図６に示すように太陽電池１に逆方向の大電流が流れて太陽電池を破壊する虞がある。またバイポーラ電源は順方向電圧と同等の電圧を逆電圧として出力することもできるので、この逆電圧の出力によって同様に太陽電池を破壊する虞れがある。
【０００７】
またこれらの問題とは別に、太陽電池からの出力電圧，出力電流をコンデンサに充電させる過程をサンプリングしてＩ−Ｖ曲線を測定する方法のための装置も提案されている（特開昭５２−１３５６８３号公報参照）。
【０００８】
しかしこの公報で提案されるコンデンサ負荷方式のものは、太陽電池からの出力電圧，出力電流を、コンデンサが充電される過程、つまりコンデンサに対して蓄電される過程をその回路における蓄電の開始時から終了時に渡りサンプリングしてＩ−Ｖ曲線を求めるものであり、測定方式の性格上、太陽電池の開放電圧よりも大きな定格電圧を有するコンデンサが必要になって、形状，重量が大きく、大型で重い装置になるという問題があり、特に大出力の太陽電池が求められている近時の状況ではその難点が顕著になっている。またコンデンサ負荷方式の測定装置では、大電圧，大電流が流れる回路の開閉を行うためのスイッチ手段も必要になるという問題もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような問題点に鑑み、本発明は、太陽電池の特性測定時にこれを破壊する虞を実質的になくすことができる新たな測定装置の提供を目的としてなされたものである。
【００１０】
また本発明の別の目的は、測定するＩ−Ｖ曲線の特に開放電圧（ＶOC），短絡電流（ＩSC）近傍において高精度の測定を行うことができる測定装置を提供するところにある。
【００１１】
また更に本発明の別の目的は、小型で低コストであり、しかもランニングコストも低廉な上記測定装置を提供するところにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１の太陽電池の特性測定装置の発明は、太陽電池の電極間に、電流計及び負荷手段を直列に接続する直列回路と、この直列回路に対して電圧計を並列に接続する並列回路とを有し、上記負荷手段による負荷を変化させることで該太陽電池の出力特性を測定する太陽電池出力特性の測定装置であって、上記直列回路中に設けられて開放電圧（ＶOC）とは逆方向の電圧を印加可能に設けられた定電圧電源と、この直列回路の負荷手段及び定電圧電源に対し並列に設けられて、太陽電池の短絡電流（ＩSC）とは逆方向の一定電流を印加するように設けられた定電流電源とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記発明における「負荷を変化させる」ことができる負荷手段は、例えば、可変抵抗器、パワーＦＥＴ，トランジスタ等の半導体素子から構成される可変不可デバイスまたはこれらとコンピュータ等の制御装置が組合わせられた電子負荷装置を例示することができ、限定されるものではないが、操作，制御の容易性という理由で電子負荷装置が特に好ましく用いられる。
【００１４】
本発明において特徴的な構成である一定電流を印加する定電流電源は、測定装置で測定しようとする太陽電池の容量に応じて、特に開放電圧（ＶOC）近傍での測定が可能であるように設定される必要がある。すなわち、太陽電池の特性を測定する場合には、開放電圧（ＶOC）近傍の電流値を高精度に測定することは、短絡電流（ＩSC）と併せて太陽電池の重要なパラメータであるから、本発明の新規な構成を採用するものとしたのである。
【００１５】
かかる観点からなされた請求項２に記載の開放電圧（ＶOC）とは逆方向の一定電圧を常に印加する方式のもの、あるいは請求項３に記載の前記負荷手段の出力抵抗値が最小値の時に、開放電圧（ＶOC）とは逆方向の所定電圧を印加する方式のもののいずれであってもよく、前者の場合には、定電流電源と定電圧電源により一定の電流分及び一定の電圧分だけＩ−Ｖ曲線を負側に移行させ、負荷を変化させて得られる各負荷直線との交点により太陽電池のＩ−Ｖ曲線が求められることになり、開放電圧及び短絡電流の近傍における高精度な測定が実現される。
【００１６】
また上記後者の場合には、定電圧電源による逆方向の電圧を印加せずに開放電圧（ＶOC）から低負荷側に渡り負荷を変化させて得た各負荷直線によりＩ−Ｖ曲線を求め、また短絡電流（ＩSC）近傍のＩ−Ｖ曲線は、低負荷側の負荷直線を求める際に所定の逆方向電圧を印加して該負荷直線を実質的に負電圧側に移行させて求めることでＩ−Ｖ曲線全体の特性曲線を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を更に詳細に説明する。
【００１８】
実施形態１
図１において、１は被測定対象の太陽電池であり、その一対の電極（＋，−）間には、電流計２、定電圧電源３、半導体素子とパソコン等からなる電子負荷装置４が直列に接続されていると共に、この直列回路に対して電圧計５が並列に接続されている。また、上記定電圧電源３及び電子負荷装置４に対して並列に定電流電源６が接続されている。７は定電流電源６の電流が太陽電池の電流の順方向には流れないことを保証するためのダイオードである。
【００１９】
以上の構成の太陽電池の特性測定装置において、定電流電源６に太陽電池とは逆方向の一定電流を印加し、かつ定電圧電源３に太陽電池１とは逆方向に一定電圧を印加して、電子負荷装置４の負荷を変化させてＩ−Ｖ曲線を測定したときの負荷直線とＩ−Ｖ曲線の一例の関係図を図２に示す。
【００２０】
測定はコンピュータまたはマイクロ  プロセッサ  ユニット（ＭＰＵ）に設定した制御プログラムに従って行われ、まず、開始時において電子負荷装置４は高抵抗状態で、かつ太陽電池１に定電流電源６からの微小電流（数ｍＡ程度）が流れる設定にしておく。この設定により太陽電池出力電圧は、開放電圧（ＶOC）よりも少し高い電圧に自動的に設定されることになる。
【００２１】
この後、電子負荷装置４の抵抗値を次第に低い値となるようにすることで、電圧値が低くなり、電流値は次第に増加して短絡電流（ＩSC）に近づき、本例においては、定電圧電源３によって−３００ｍＶ〜−４００ｍＶの逆方向の電圧が印加されているので、更に抵抗値を低い値にすることができて、負側に至る領域まで測定を行って終了する。
【００２２】
このように、本例では負荷直線のゼロ点（図２中に（０）で示す）を電圧・電流のそれぞれ負側にずらせて各負荷直線をひくので、開放電圧から短絡電流に渡ってＩ−Ｖ曲線を求めることができ、
したがって、本例の方式によれば、太陽電池に順方向の大電流を流したり、高い電圧をかけたりする虞れがなく、値用電池を破壊せずに安全に測定を行えるという利点がある。また、この方式は、大容量バイポーラ電源に比較して、消費電力も少なく、安定性にも優れている点で有利である。
【００２３】
実施形態２
本例の測定装置の構成は上記図１と同様であるが、定電圧電源３による電圧印加が実施形態１と異なるものである。
【００２４】
すなわち本例においては、測定は上記と同様にＭＰＵに設定した制御プログラムに従って行われ、まず、太陽電池の特性測定装置の定電流電源６に太陽電池とは逆方向の一定電流を印加するが、他方、定電圧電源３による太陽電池１とは逆方向の一定電圧の印加はせずに、電子負荷装置４の負荷を変化させてＩ−Ｖ曲線を測定を行う。図３はこのようにしたときの負荷直線とＩ−Ｖ曲線の一例の関係を示した図である。
【００２５】
この操作により、測定開始時において電子負荷装置４は高抵抗状態で、かつ太陽電池１に定電流電源６からの微小電流（数ｍＡ程度）が流れる設定にし、これにより太陽電池出力電圧は、開放電圧（ＶOC）よりも少し高い電圧に自動的に設定されることになる。
【００２６】
この後、電子負荷装置４の抵抗値を次第に低い値となるようにすることで、電圧値が低くなり、電流値は次第に増加して短絡電流（ＩSC）に近づく。そして、電子負荷装置出力抵抗値が最小値に達した後は、定電圧電源３の出力電圧（太陽電池との出力電圧とは逆方向）を次第に増加し、電圧を負側に移行させて負電圧の領域までのＩ−Ｖ曲線を求めて測定を終了する。
【００２７】
本例の方式によっても、太陽電池に順方向の大電流を流したり、高い電圧をかけたりする虞れがなく、太陽電池を破壊せずに安全に測定を行えるという利点がある。また、この方式は、大容量バイポーラ電源に比較して、消費電力も少なく、安定性にも優れている点で有利である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明より分かるように、本発明の太陽電池の特性測定装置によれば、太陽電池の特性測定時にこれを破壊する虞れが実質的にないという効果が奏される。
【００２９】
また、測定するＩ−Ｖ曲線の特に開放電圧（ＶOC），短絡電流（ＩSC）近傍において高精度の測定を行うことができるという効果が奏される。
【００３０】
更に、小型でかつコストが安価であると共に、ランニングコストも低廉な測定装置を提供することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の測定装置の構成概要一例を示した図。
【図２】実施形態１の装置を用いて行われる測定操作によりＩ−Ｖ曲線を測定したときの負荷直線とＩ−Ｖ曲線の関係の一例を示した図。
【図３】実施形態１の装置を用いて行われる測定操作によりＩ−Ｖ曲線を測定したときの負荷直線とＩ−Ｖ曲線の関係の他の一例を示した図。
【図４】従来の測定装置の一例の構成概要を示した図。
【図５】従来の測定装置の他の例の構成概要を示した図。
【図６】図５の例の測定装置でＩ−Ｖ曲線の測定を行ったときの問題を説明するための図。
【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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