(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒状の太陽電池の光電変換性能を測定するために前記太陽電池に光を照射してその光起電力を測定する装置において、
内部に球状の測定室が形成された開閉可能な本体ケースと、
前記測定室の内表面に形成された反射皮膜と、
前記測定室に発光部が臨むように配設されたキセノンランプと、
前記キセノンランプを電気的に駆動する駆動部と、
前記測定室の中心部に粒状の太陽電池を配置するように保持する太陽電池保持手段と、
前記太陽電池保持手段で保持された粒状の太陽電池に電気的に接続されてその光起電力を測定する光起電力測定手段と、
を備えたことを特徴とする粒状太陽電池性能測定装置。
【請求項２】
粒状の太陽電池の光電変換性能を測定するために前記太陽電池に光を照射してその光起電力を測定する装置において、
内部に球状の測定室が形成された開閉可能な本体ケースと、
前記測定室の内表面に形成された反射皮膜と、
前記本体ケースに前記測定室に連通状に形成された導光路と、
前記本体ケースの外部に配設され導光路を介して測定室へ光を供給するキセノンランプと、
前記キセノンランプを電気的に駆動する駆動部と、
前記測定室の中心部に粒状の太陽電池を配置するように保持する太陽電池保持手段と、
前記太陽電池保持手段で保持された粒状の太陽電池に電気的に接続されてその光起電力を測定する光起電力測定手段と、
を備えたことを特徴とする粒状太陽電池性能測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粒状太陽電池性能測定装置に関し、特に粒状太陽電池に全方向から光を入射させて光電変換性能を測定可能にした粒状太陽電池性能測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電池として、種々の太陽電池が実用に供されている。従来の一般的な太陽電池は、基板の表面にｐ形又はｎ形の半導体層を形成し、この半導体層にｐｎ接合と電極を形成した平面状の受光構造であり、その主面からのみ受光して光起電力を発生する。前記半導体としては、ｐ形又はｎ形の単結晶シリコン、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコン等が採用されている。実用に供されている量産型の太陽電池の場合、入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換効率は約１２〜１４％であり、種々の改良を施すことで光電変換効率が徐々に向上している。
【０００３】
太陽電池の光電変換性能を正しく評価することは、非常に重要であり、難しいことである。従来、パネル状の太陽電池の光電変換性能を測定する場合、ソーラシミュレータ内にパネル状の太陽電池を収容し、その太陽電池に片面から太陽光と同等の擬似太陽光を照射して光起電力を発生させ、その太陽電池のＶ−Ｉ特性を測定するようになっている。このソーラシミュレータは、金属製のケーシング、キセノンランプ、集光鏡、冷却用ファン、シャッター、スペクトル補正フィルタ、インデクレータ、照度モニタ、ビームスプリッター、コリメータレンズ、その他複数のミラー、制御ユニットなどを有する公知のものである。
【０００４】
一方、本願の発明者は、ＷＯ９８／１５９８３号公報に示すように、１〜３ｍｍ程度の大きさの球状のソーラセル（太陽電池）や円柱状のソーラセル（太陽電池）を提案し、多数のソーラセルをマトリックス状に配置した太陽電池パネルを開発中である。これらのソーラセルは、正負の電極を形成した部位は除いて、ほぼ全表面から受光可能に構成されているため、この開発中の太陽電池パネルでは、上面側から太陽光を受光するものの、ソーラセルの下側へ逃げた光を上方へソーラセルの方へ反射させる反射膜が形成され、ソーラセルがほぼ全表面から受光するような構造にし、太陽光を利用する光利用率を高める工夫が施される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の出願人が開発中の上記のような太陽電池パネルに適用する粒状（球状又は円柱状）のソーラセルの光電変換性能を評価するために、前記のような既存のソーラシミュレータを用いる場合には、片面側から入射する擬似太陽光による発電性能しか評価することができず、ほぼ全表面から受光できるという粒状のソーラセル特有の性能を加味した評価がなされないことになり、粒状のソーラセルの光起電力性能を正しく評価することができない。
本発明の目的は、粒状のソーラセルに、擬似太陽光を全方向から受光させて光電変換性能の測定が可能な粒状太陽電池性能測定装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の粒状太陽電池性能測定装置は、粒状の太陽電池の光電変換性能を測定するために前記太陽電池に光を照射してその光起電力を測定する装置において、内部に球状の測定室が形成された開閉可能な本体ケースと、前記測定室の内表面に形成された反射皮膜と、前記測定室に発光部が臨むように配設されたキセノンランプと、前記キセノンランプを電気的に駆動する駆動部と、前記測定室の中心部に粒状の太陽電池を配置するように保持する太陽電池保持手段と、前記太陽電池保持手段で保持された粒状の太陽電池に電気的に接続されてその光起電力を測定する光起電力測定手段とを備えたものである。
【０００７】
粒状の太陽電池の光電変換性能を測定する際、駆動部によりキセノンランプを電気的に駆動すると、キセノンランプから出射した光が、本体ケースの内部の球状の測定室の内表面の反射皮膜で反射され、測定室の内部の全域に亙ってほぼ一様な光強度になる。その光強度が、自然太陽光の光強度（例えば、１００ｍＷ／ｃｍ2 ）と同様の強さになるように、キセノンランプが駆動制御される。
【０００８】
そして、太陽電池保持手段により測定室の中心部に配置されるように保持された粒状の太陽電池は全方向から受光して光起電力を発生し、その光起電力が太陽電池に電気的に接続された光起電力測定手段で測定される。こうして、太陽電池に全方向から光を受光させて光起電力を発生させ、その光起電力を測定することができ、粒状の太陽電池の実際の使用態様とほぼ同じ態様で、粒状の太陽電池の光電変換性能を評価可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の粒状太陽電池性能測定装置は、粒状の太陽電池の光電変換性能を測定するために前記太陽電池に光を照射してその光起電力を測定する装置において、内部に球状の測定室が形成された開閉可能な本体ケースと、前記測定室の内表面に形成された反射皮膜と、前記本体ケースに前記測定室に連通状に形成された導光路と、前記本体ケースの外部に配設され導光路を介して測定室へ光を供給するキセノンランプと、前記キセノンランプを電気的に駆動する駆動部と、前記測定室の中心部に粒状の太陽電池を配置するように保持する太陽電池保持手段と、前記太陽電池保持手段で保持された粒状の太陽電池に電気的に接続されてその光起電力を測定する光起電力測定手段とを備えたものである。
【００１０】
駆動部によってキセノンランプを駆動してキセノンランプを発光させると、その光が導光路から測定室内へ導入され、測定室の内表面の反射皮膜で反射され、測定室の全域に亙ってほぼ一様な光強度になる。つまり、請求項１の発明とは、測定室内に光を導入する手段が相異するのみで、その他の構成は同様であるので、その他の請求項１の発明と同様の作用を奏する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に示すように、粒状太陽電池性能測定装置１は、本体ケース１０、この本体ケース１０内に形成された球状の測定室２、キセノンランプ４およびスペクトル補正用フィルタ４ａ、測定室２内の照度を測定する照度計５、冷却用ファン６、太陽電池３で発生した光起電力検出用の導電パイプ７および導電ロッド８、導電パイプ７内に組み込まれ太陽電池３の温度測定用のサーミスタ、測定用制御装置１７、駆動部１８などを有する。
【００１２】
本体ケース１０は、適当な金属材料（例えば、アルミニウムやスチール）で構成され、３つのブロック（下部ブロック１０ａ、上部固定ブロック１０ｂ、開閉ブロック１０ｃ）からなり、上部固定ブロック１０ｂは下部ブロック１０ａに複数のボルト１１により固定されている。開閉ブロック１０ｃはヒンジ部１２を介して開閉可能に連結され、図示のように閉じた使用位置と、鎖線で図示のように測定室２を開放する開放位置に切換え可能である。上部固定ブロック１０ｂの上端面には開閉ブロック１０ｃを使用位置にロック可能なロック片１３が鉛直軸回りに回動可能に設けてある。
【００１３】
本体ケース１０の内部には、粒状の太陽電池３を収容する為の球状の測定室２であって、例えば直径約５〜１０ｃｍ程度の測定室２が形成され、この測定室２の内表面にはＭｇＯ薄膜やニッケルメッキ膜からなる反射皮膜２ａが形成されている。キセノンランプ４は、例えば１００Ｗ程度のものであり、その発光部が測定室２に臨む状態に壁部に取付けられている。このキセノンランプ４は、駆動部１８に電気的に接続され、駆動部１８により駆動される。
【００１４】
キセノンランプ４からの出射光が直接太陽電池３に入射するのを防ぐ遮蔽板４ｂが設けられている。スペクトル補正用フィルタ４ａは、キセノンランプ４の出射光のうちの太陽光にない特定の複数のスペクトル成分を除去して擬似太陽光に変換するためのもので、遮蔽板４ｂの外側を覆うように部分球面状に形成され、その下端部が測定室２の壁部に固定されている。キセノンランプ４からの出射光は遮蔽板４ｂにより反射皮膜２ａの方へ反射し、測定室２の内表面の反射皮膜２ａで反射してからフィルタ４ａを通過し、太陽光に近い擬似太陽光となって出射していき、反射皮膜２ａで反射を繰り返しつつ、測定室２の全域に一様に充満し、太陽電池３に全方向から入射し、一部の光は照度計５に入射する。
【００１５】
照度計５は、測定室２内の照度（光強度）を測定するものであり、太陽電池３に直接向けずに太陽電池３の付近の方向へ向けて配置され、測定室２の壁面に取付けられ、この照度計５は測定用制御装置１７に電気的に接続されている。
多数の太陽電池３について、連続的に長時間測定を行なうような場合に、本体ケース１０を冷却する為に、本体ケース１０の下部ブロック１０ａの外面部にファン６が設けられ、このファン６から測定室２へ通ずる送風路１４と、排気路１５とが本体ケース１０に形成されている。
【００１６】
導電パイプ７は、測定室２の中心の直下に鉛直に配置され、本体ケース１０の下端壁部を貫通して測定室２の中心付近まで延びている。この導電パイプ７は本体ケース１０や反射皮膜２ａとは絶縁されると共に、測定用制御装置１７に電気的に接続されている。導電パイプ７の上端には、太陽電池３の正極３ａ（又は負極）に電気的に接続される載置部７ａが形成され、この載置部７ａには３つの尖鋭部が形成されている。この導電パイプ７は測定用制御装置１７に電気的に接続されている。この導電パイプ７の載置部７ａの内部には、太陽電池３の温度測定用のサーミスタ（図示略）が設けられ、このサーミスタも測定用制御装置１７に電気的に接続されている。
【００１７】
導電ロッド８は、測定室２の中心の直上に鉛直に配置され、本体ケース１０の上部固定ブロック１０ｂの上端壁部を貫通して測定室２の中心付近まで延びている。導電ロッド８の上部は本体ケース１０の外側へ所定長さ突出し、この導電ロッド８は本体ケース１０や反射皮膜２ａとは電気的に絶縁され測定用制御装置１７に電気的に接続されている。導電ロッド８の下端には、太陽電池３の負極３ｂ（又は正極）に電気的に接続される当接部８ａが形成され、この当接部８ａには３つの尖鋭部が形成されている。
【００１８】
この導電ロッド８は上下動自在に本体ケース１０に装着され、引っ張りバネ１６で下方へ付勢されている。測定室２内に太陽電池３をセットする際には、ロック片１３を回動させてロック解除後、開閉ブロック１０ｃを開放位置へ切換え、導電ロッド８を上方へ持ち上げてから、載置部７ａと当接部８ａの間に太陽電池３を図１のようにセットし、導電ロッド８を引っ張りバネ１６の付勢力で下方移動させて当接部８ａを負極３ｂに当接させると、載置部７ａで支持しながら載置部７ａと当接部８ａとで太陽電池３を挟持した状態になり、太陽電池３が図１に示すように測定室２の中心部に保持され、導電パイプ７と導電ロッド８が太陽電池３の正負の電極３ａ、３ｂに電気的に接続される。尚、導電パイプ７と導電ロッド８が太陽電池保持手段に相当する。
【００１９】
測定用制御装置１７は、マイクロコンピュータ、入出力インタフェース、太陽電池３で発生した光起電力の電圧Ｖと電流Ｉとを検出するＶ−Ｉ検出器、ファン用の駆動回路、外部のパソコンへデータを送信する為のデータ通信用モデム１７ａなどを有する。この制御装置１７のマイクロコンピュータには、キセノンランプ４を駆動制御するプログラム、照度計５の検出信号に基づいて測定室２内の照度を計測するプログラム、太陽電池３で発生した光起電力のＶとＩを検出するプログラム、サーミスタの検出信号から太陽電池３の温度を測定するプログラム、ファン６を駆動制御するプログラムなどの種々の制御プログラムが予め入力格納されている。駆動部１８は、制御装置１７による制御の下でキセノンランプ４を駆動させる。
【００２０】
次に、前記の粒状の太陽電池３の例について、図２に基づき説明する。
この太陽電池３は、例えばｐ形シリコン半導体からなる直径約１．５ｍｍの球状結晶３ｃと、その表層部にリンなどを拡散させて形成したｎ形のほぼ球面状の拡散層３ｄと、球状結晶３ｃと拡散層３ｄとの境界部のほぼ球面状のｐｎ接合３ｅと、表面保護と反射防止用の絶縁被膜３ｆと、球状結晶３ｃに電気的に接続された正極３ａと、ｎ形拡散層３ｄに電気的に接続された負極３ｂなどを有するものである。正極３ａと負極３ｂは球状結晶３ｃの中心を挟んでほぼ対称に位置している。この太陽電池３は、擬似太陽光を受光すると、ｐｎ接合３ｅにより正孔と電子が光励起されて分離し光起電力を発生させる。この太陽電池３においては、正負の電極３ａ、３ｂのある部位を除き、ほぼ全方向から光を受光可能である。
【００２１】
次に、以上説明した粒状太陽電池性能測定装置１により、太陽電池３の光電変換性能を測定する作用について説明する。
まず、最初に、開閉ブロック１０ｃを開放してから、太陽電池３を載置部７ａと当接部８ａの間に挟持状態にセットし、正極３ａを載置部７ａに当接させ、負極３ｂを当接部８ａに当接させ、開閉ブロック１０ｃを閉じ、ロック片１３をロック位置に切換える。次に、制御装置１７に設けられたスタートスイッチが操作されると、測定装置１が作動開始し、制御装置１７から駆動部１８に制御信号を出力し、駆動部１８からキセノンランプ４に所定の駆動電力を通電してキセノンランプ４を発光させ、制御装置１７によりファン６を作動させ、照度計５を作動させる。
【００２２】
キセノンランプ４への通電開始後所定時間経過してキセノンランプ４の作動が安定し、測定室２内に光が充満してから、照度計５で検出する測定室２内の光強度が、所定値（例えば、１００ｍＷ／ｃｍ2 ）に達しない場合には、キセノンランプ４へ出力する駆動電流を調整し、光強度が所定値に達した時点において、制御装置１７により、太陽電池３の光起電力（電圧Ｖと電流Ｉ）を測定し、そのデータをメモリに記憶する。これと同時に、サーミスタの検出信号から太陽電池３の温度を検出し、その温度データもメモリに格納する。
【００２３】
尚、制御装置１７は、パソコンに接続されており、メモリに格納された諸データ（少なくとも、照度データ、電圧データ、電流データ、温度データ）が、パソコンに送信出力される。以上を繰り返すことで、多数の太陽電池３について順々に測定を実行し、太陽電池３の光起電力を測定し、そのデータを蓄積していくことができる。
【００２４】
この測定装置１においては、球状の測定室２内にキセノンランプ４で発生した擬似太陽光を充満させ、自然の太陽光と同じ光強度にし、太陽電池３に全方向から受光させる状態にして、太陽電池３の光起電力を測定することができる。そのため、太陽電池３の光起電力を正確に測定し、太陽電池の光電変換性能を正確に評価することができる。以上からも判るように、この粒状太陽電池性能測定装置１は、粒状太陽電池の性能を検査する検査装置としても使用されるものである。
【００２５】
次に、前記実施形態を部分的に変更した例について説明する。
図３に示す粒状太陽電池性能測定装置１Ａは、前記の測定装置１とほぼ同様の構造のものであるので、異なる構造についてのみ説明し、前記実施形態の測定装置１と同様の構造については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図３に示すように、キセノンランプ４Ａが本体ケース１０の外部に配設される。遮蔽板４ｂの下方において、本体ケース１０の下部ブロック１０ａには、テーパ穴からなる導光路１９が形成され、この導光路１９の外側に前記と同様のキセノンランプ４Ａが配設され、キセノンランプ４Ａで発生した光を導光路１９の方へ反射させる部分球面状の反射板４ｃが設けられている。尚、遮蔽板４ｂやフィルター４ａについては前記と同様である。
【００２７】
キセノンランプ４Ａで発生した光は、導光路１９から測定室２内へ導入され、遮蔽板４ｂで方向変換後にフィルタ４ａを通ってフィルタ４ａの外側へ導入される。このように、キセノンランプ４Ａを本体ケース１０の外部に設置する為、キセノンランプ４Ａの熱負荷が軽減され、キセノンランプ４Ａの保守、点検が簡単になる。その他、球状の太陽電池３の光電変換性能を測定する作用、効果については前記の粒状太陽電池性能測定装置１の作用、効果と同様である。
【００２８】
尚、前記の実施形態では、粒状の太陽電池として、球状の太陽電池を例として説明したが、粒状の太陽電池は球状の太陽電池に限定されるものではなく、直径約１〜３ｍｍ程の高さが１〜３ｍｍ位の円柱状の粒状太陽電池の場合もある。本発明の粒状太陽電池性能測定装置は、上述の実施形態のもののみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加した形態で実施可能であることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の粒状太陽電池性能測定装置によれば、球状の測定室の内表面に反射皮膜を形成し、キセノンランプで発生させた光を測定室内の全域に充満させ、太陽電池保持手段により測定室の中心部に配置されるように保持された粒状の太陽電池に全方向から光を受光させ、その太陽電池の光起電力を光起電力測定手段で測定可能にしたので、粒状の太陽電池を実際に使用する使用形態に合わせて光起電力を発生させ、太陽電池の光起電力性能を評価することができる。
【００３０】
請求項２の粒状太陽電池性能測定装置によれば、基本的に請求項１の発明と同様の効果が得られる上、キセノンランプを本体ケースの外部に設置するため、キセノンランプの熱負荷が軽減され、キセノンランプの保守、点検が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る粒状太陽電池性能測定装置の断面図である。
【図２】球状の太陽電池の断面図である。
【図３】変更形態に係る粒状太陽電池性能測定装置の断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ      粒状太陽電池性能測定装置
２            測定室
３            太陽電池
２ａ          反射皮膜
４、４Ａ      キセノンランプ
１０          本体ケース
１７          測定用制御装置（光起電力測定手段）
１８          駆動部
１９          導光路
【図１】
0004180295.tif 000002
【図２】
0004180295.tif 000003
【図３】
0004180295.tif 000004