(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体接合を積層した光電変換装置である測定物に加える電圧を変化させて、前記測定物の電流電圧特性を測定することで、前記測定物の光電変換特性を測定する測定方法であって、
基準状態において、前記測定物と略同等の構成を有する基準物の電流電圧特性を取得し、
光照射下で、前記測定物および基準物の電流電圧特性を測定し、
前記測定物および基準物の電流電圧特性の測定結果、並びに、前記基準状態における前記基準物の電流電圧特性に基づき、前記測定物の光電変換特性を算出することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
前記基準物の短絡電流の測定結果と前記基準状態における短絡電流との比、並びに、前記基準物の曲線因子の測定結果と前記基準状態における曲線因子との比に基づき、前記測定物の電圧電流特性の測定結果を補正することで、前記測定物の光電変換特性を算出することを特徴とする請求項1に記載された測定方法。
【請求項３】
前記基準物の短絡電流の測定結果と前記基準状態における短絡電流との比、並びに、前記基準物の最大出力の測定結果と前記基準状態における最大出力との比に基づき、前記測定物の電圧電流特性の測定結果を補正することで、前記測定物の光電変換特性を算出することを特徴とする請求項1に記載された測定方法。
【請求項４】
光照射に用いる擬似太陽光の放射照度を、前記基準物の最大出力と、前記基準物の前記基準状態における最大出力とが略等しくなるように調整することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載された測定方法。
【請求項５】
前記積層された複数の半導体接合のうち少なくとも、光照射下で前記測定物の短絡電流を制限する律速セルと、前記基準物の律速セルとが同じ半導体接合であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載された測定方法。
【請求項６】
前記基準物は積層型光電変換装置であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載された測定方法。
【請求項７】
光照射下で、積層型光電変換装置である測定物の電流電圧特性を測定することで、前記測定物の光電変換特性を測定する測定方法であって、
対象物に加える電圧を変化させる電圧可変手段と、
前記対象物の電圧および電流を検出する検出手段と、
前記測定物の電圧電流特性の測定結果、前記測定物と略同等の構成を有する基準物の電流電圧特性の測定結果、並びに、基準状態において、予め測定された前記基準物の電流電圧特性に基づき、前記測定物の光電変換特性を算出する算出手段を有することを特徴とする測定装置。
【請求項８】
前記算出手段は、前記基準物の短絡電流の測定結果と前記基準状態における短絡電流との比、並びに、前記基準物の曲線因子の測定結果と前記基準状態における曲線因子との比に基づき、前記測定物の電圧電流特性の測定結果を補正することで、前記測定物の光電変換特性を算出することを特徴とする請求項7に記載された測定装置。
【請求項９】
前記算出手段は、前記基準物の短絡電流の測定結果と前記基準状態における短絡電流との比、並びに、前記基準物の最大出力の測定結果と前記基準状態における最大出力との比に基づき、前記測定物の電圧電流特性の測定結果を補正することで、前記測定物の光電変換特性を算出することを特徴とする請求項7に記載された測定装置。
【請求項１０】
さらに、光照射に用いる擬似太陽光を有し、
前記疑似太陽光の放射照度は、前記基準物の最大出力と、前記基準物の前記基準状態における最大出力とが略等しくなるように調整されることを特徴とする請求項8または請求項9に記載された測定装置。
【請求項１１】
前記基準物は積層型光電変換装置であることを特徴とする請求項7から請求項10の何れか一項に記載された測定装置。
【請求項１２】
測定装置を制御して、請求項1から請求項6の何れか一項に記載された光電変換特性の測定を実行するためのプログラム。
【請求項１３】
請求項12に記載されたプログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換特性の測定方法およびその装置に関し、例えば、太陽電池、フォトダイオード、光センサおよび電子写真感光体などの光電変換装置、とくに積層型の光電変換装置の光電変換特性の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光感度が異なる光電変換素子を複数積層した積層型の光電変換装置は、光の入射側に相当する上側の光電変換素子で吸収しきれなかった長波長の光を、下側の光電変換素子で吸収することによって、高出力化あるいは高感度化することができる。そのため、このような積層型の光電変換装置が盛んに開発されている。
【０００３】
ところで、積層型の光電変換装置の出力特性を正確に測定することは、以下のような理由から非常に重要である。
【０００４】
例えば、最大出力が重要な積層型の光電変換装置を製造し出荷する際の検査において、最大出力が定格値に満たない光電変換装置は不良品とする。しかし、正確な出力測定ができなければ、出荷する光電変換装置の最大出力を保証することができない。また、出力の測定誤差が大きく、測定装置の状態によっても測定誤差が変化すれば、同じ品質の光電変換装置を製造しても、検査のしきい値が変化することで製造の歩留まりが安定しない。さらに、出荷する光電変換装置の品質を保証するために、測定誤差分を検査しきい値に上乗せすれば、製造の歩留まりが低下することは避けられない。
【０００５】
また、積層型の光電変換装置の出力が正確に予測できなければ、積層型の光電変換装置を利用したシステムを構築する場合に、期待するシステム特性が得られなかったり、システムの効率が低下することにもなりかねない。積層型の光電変換装置が太陽電池の場合は、具体的には、太陽電池の最大出力の保証、製造の歩留まり、発電システムの発電予測、および、システム効率などに大きな影響を及ぼすことになる。
【０００６】
しかしながら、積層型の光電変換装置の出力特性を正確に測定することは非常に困難である。その最たるものは、照射する光のスペクトルによって、積層型の光電変換装置の出力特性が大きく変化するからである。例えば二つの半導体接合を積層し直列に接続したダブル型の太陽電池（以下「ダブルセル」と略記する）の場合について具体的に説明する。光の入射側に相当する上側の半導体接合をトップセル、下側の半導体接合をボトムセルとする場合、セルの分光感度が異なるため、それぞれのセルの短絡電流は照射する光のスペクトルによって変化する。その結果、ダブルセル全体の短絡電流、曲線因子および開放電圧が変化して、ダブルセルの出力特性が大きく変化する。
【０００７】
これに対して、単一の半導体接合からなる単層型の太陽電池（以下「シングルセル」と略記する）の場合は、照射する光のスペクトルによって変化するのは、短絡電流であり、曲線因子および開放電圧にはほとんど影響しないので、短絡電流のスペクトル依存性を補正すれば、ほぼ正確な出力特性を測定することができる。
【０００８】
一般に、光電変換装置の出力特性を正確に測定するためには、照射する光の強度およびスペクトル、光電変換装置の温度などの試験条件を規定する必要がある。例えば、太陽電池の場合は、このような試験条件は、基準状態(Standard Test Condition)として、以下のように規定されている。
太陽電池の温度:         25℃
照射する光のスペクトル: 基準太陽光
(基準太陽光のスペクトルはJIS C 8911に規定されている)
照射する光の放射照度:   1000W/m2
【０００９】
しかしながら、以上の基準状態の内、基準太陽光のスペクトルを得ることは、屋外で太陽光を用いたとしても非常に困難である。それは基準太陽光の得られる気象条件が非常に限られるからである。まして、屋内で擬似太陽光光源を用いる場合には、基準太陽光のスペクトルを得るのは不可能である。
【００１０】
そこで、シングルセルの場合は、擬似太陽光光源（ソーラシミュレータ）を、スペクトルおよび放射照度の位置に対するむら（以下「場所むら」と呼ぶ）および時間変動率によって、基準太陽光に近い状態から順にA、B、Cに等級分けている。なお、この等級分けはJIS C 8912およびJIS C 8933に記載されている。そして、等級AまたはBのソーラシミュレータ、および、被測定太陽電池と分光感度特性が近い二次基準太陽電池を用いてソーラシミュレータの放射照度を設定することによって、スペクトルのずれによる誤差を補正する。この測定方法はJIS C 8913およびJIS C 8934に記載されている。
【００１１】
上記の測定方法は、スペクトルがほぼ短絡電流のみに影響するシングルセルであるから可能になる。しかし、積層型の太陽電池の場合は、上述したように、スペクトルが短絡電流のみならず曲線因子および開放電圧にも影響するので、上記の測定方法では出力特性を正確に測定することはできない。そのため、上述したJISでも積層型の太陽電池は除外されている。
【００１２】
積層型の太陽電池の出力特性を正確に測定する方法として、以下の技術が提案されている。
【００１３】
積層型の太陽電池を測定するときのソーラシミュレータのスペクトルを調整可能にして、スペクトルを調整することにより、積層型の太陽電池が基準太陽光の下で発生するであろう短絡電流および曲線因子の値を得て、出力特性を正確に測定しようとする技術（以下「マルチソース法」と呼ぶ）である (T. Glatfelter and J. Burdick, 19th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 1987, p.1187-1193)。
【００１４】
すなわち、積層型の太陽電池を構成する複数の半導体接合それぞれをコンポーネントセルとし、各コンポーネントセルが、積層型の太陽電池の内部で、基準太陽光の下で発生する短絡電流をIn.ref（nは各コンポーネントセルの番号）とし、ソーラシミュレータの下で発生する短絡電流をIn.testとすれば、各コンポーネントセルに対して、下式を満足するようにソーラシミュレータのスペクトルを調整することで、積層型の太陽電池の短絡電流および曲線因子が基準太陽光の下での値に一致するというものである。
In.test = In.ref    …(1)
【００１５】
上記の測定技術において前提になるのは、スペクトルを調整可能なソーラシミュレータを用いていることである。前述した文献においては、各コンポーネントセルの短絡電流を調整するため、キセノン(Xe)ランプおよび二つのハロゲンランプからなる三つの光源の光をフィルタによって三つの波長帯域に分離した後に合成する。そして、三つの光源の放射照度を調整することで、三つの波長帯域の光の強度を制御して、合成される光のスペクトルを調整する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなスペクトル可変のソーラシミュレータは、照射面積が400cm2以下の小面積では可能だが、400cm2を超える面積のソーラシミュレータを作製することは、以下の理由から非常に難しい。
(i)複数の異なるスペクトルの光を合成するので、合成された光のスペクトルおよび放射照度の場所むらが大きくなる。このむらは、照射面積が大きくなるほど深刻になる。
(ii)光源の光の一部のスペクトルを利用するため、光強度が不足しがちで、照射面積が大きくなると、基準状態の1000W/m2の放射照度を得ることが困難になる。
(iii)通常の単一光源のソーラシミュレータに比べて、構造が複雑になり、製造コストが大幅に上昇する。
(iv)スペクトル可変のソーラシミュレータは、調整が煩雑であり、制御に熟練を要する。
【００１７】
マルチソース法は、積層型の太陽電池の出力特性を正確に測定することができるが、上記の理由から、測定対象の太陽電池の受光面積が研究室レベルの極小面積に限られ、400cm2を超えるような面積をもつセル、モジュールまたはアレイを測定することは困難である。仮にマルチソース法の測定装置が製作できたとしても、そのコストは非常に高くつく。また、マルチソース法は屋外で太陽光を用いた測定には適用できない。
【００１８】
本発明は、上述の問題を個々にまたはまとめて解決するためのもので、測定物の受光面積および形態、測定場所、測定光などに影響されず、低コストで、光電変換特性を正確に測定することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【００２０】
本発明にかかる測定方法は、複数の半導体接合を積層した光電変換装置である測定物に加える電圧を変化させて、前記測定物の電流電圧特性を測定することで、前記測定物の光電変換特性を測定する測定方法であって、基準状態において、前記測定物と略同等の構成を有する基準物の電流電圧特性を取得し、光照射下で、前記測定物および基準物の電流電圧特性を測定し、前記測定物および基準物の電流電圧特性の測定結果、並びに、前記基準状態における前記基準物の電流電圧特性に基づき、前記測定物の光電変換特性を算出することを特徴とする。
【００２１】
本発明にかかる測定装置は、光照射下で、積層型光電変換装置である測定物の電流電圧特性を測定することで、前記測定物の光電変換特性を測定する測定方法であって、対象物に加える電圧を変化させる電圧可変手段と、前記対象物の電圧および電流を検出する検出手段と、前記測定物の電圧電流特性の測定結果、前記測定物と略同等の構成を有する基準物の電流電圧特性の測定結果、並びに、基準状態において、予め測定された前記基準物の電流電圧特性に基づき、前記測定物の光電変換特性を算出する算出手段を有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、太陽電池を例として、本発明にかかる一実施形態の測定システムを図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
［基準光電変換装置］
積層型の基準光電変換装置は、本実施形態において最も重要な要素である。太陽電池を例にとれば積層型の基準太陽電池と呼ぶことになるが、ここでは「基準セル」または「基準物」と略記する。同様に、測定対象の積層型の光電変換装置を「サンプルセル」または「測定物」と略記する。以下、基準セルに要求される項目を説明する。
【００２４】
（A）基準セルはサンプルセルと同等の構成を有すること。すなわち、基準セルは、サンプルセルと同じ材料によって構成されることが望ましく、少なくとも光電変換を行う半導体部分は同じ材料によって同様に構成されることが必要である。これによって、基準セルおよびサンプルセルのコンポーネントセルの分光感度が類似したものになり、サンプルセルの出力特性の補正が正確になる。ただし、半導体層の膜厚が同一である必要はない。
【００２５】
（B）基準セルの短絡電流を制限するコンポーネントセル（以下「律速セル」と略記する）は、サンプルセルの律速セルと同じであることが望ましい。律速セルがどのコンポーネントセルになるかは照射する光のスペクトルによって変化するが、少なくとも前述の基準状態においては基準セルおよびサンプルセルの律速セルが同じであることが望ましい。律速セルが同じであることによって、サンプルセルの短絡電流を正確に補正することができる。
【００２６】
（C）基準セルの発電部面積は、サンプルセルを構成する一枚の基板上に形成された最小単位部分の発電部面積と、好ましくは±20%以下、より好ましくは±10%以下、最適には±5%以下の範囲で近似していることが望ましい。基準セルおよびサンプルセルの発電部面積が近似することによって、照射される光の場所むらによる誤差が大幅に低減されるからである。サンプルセルが、積層型の光電変換装置を複数直列および/または並列に接続した形態、所謂モジュールまたはアレイである場合は、直列および/または並列に接続された単一基板上の最小単位部分（以下「サブモジュール」と略記する）の発電部面積が、基準セルの発電部面積と近似すればよい。
【００２７】
（D）基準セルの特性は経時的に安定であるように処理されていることが望ましい。基準セルの特性を光、熱および湿度などに対して安定にすることで、基準セルの基準状態における電流電圧特性の信頼性が高まり、サンプルセルの出力特性の補正が正確になる。また、基準状態における電流電圧特性を再測定する時間間隔を広くすることができる。
【００２８】
（E）基準セルの基準状態における電流電圧特性は予め測定されていること。基準状態における電流電圧特性の測定方法としては、マルチソース法を用いてもよいし、他の公知の測定方法を用いてもよい。また、基準セルの面積が大きい場合はマルチソース法で測定するのが困難であるから、屋外において基準太陽光の条件を満たす、または、それに準ずる日に測定する（基準太陽光法）ことが望ましい。また、基準太陽光の下での電流電圧特性にほぼ等しい電流電圧特性を再現できると考えられる方法であれば、基準太陽光法以外の方法を用いてもよい。
【００２９】
（F）基準セルの電流電圧特性の温度係数が分かっているものを使用することが望ましい。具体的には、開放電圧、短絡電流および曲線因子それぞれの温度係数が分かっていることが望ましい。基準セル自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の積層型の光電変換装置の温度係数値を用いてもよい。また、基準セルを用いてサンプルセルを測定する場合には、基準セルの温度を25℃に調節することが望ましい。温度調節することが困難な場合は、温度係数によって温度補正を行い、25℃における特性を求める。
【００３０】
（G）基準セルを構成するn番目のコンポーネントセルが、基準セル内部で基準状態において発生する短絡電流Jref.nは、サンプルセルのn番目のコンポーネントセルがサンプルセル内部で基準状態において発生する短絡電流Jsam.nに対して、好ましくは±20%、より好ましくは±10%の範囲にあることが望ましい、つまり、下記の式(2)または式(3)を満たすことが望ましい。ここで、Jref.nあるいはJsam.nは、直接測定することはできない。しかし、それぞれのコンポーネントセルの分光感度をQr.n(λ)およびQs.n(λ)とすれば、分光感度と基準太陽光のスペクトルEo(λ)との積を、セルの分光感度が在る波長に亘って積分することによって、Jref.nおよびJsam.nを得ることができる、つまり、下記の式(4)および式(5)によってJref.nおよびJsam.nを得ることができる。なお、分光感度の測定は公知の方法で行う。基準セルあるいはサンプルセルの面積が大きく、分光感度の測定が困難な場合は、実質的に同じ分光感度をもつと考えられる小面積のセルの分光感度の測定結果から推定してもよい。
0.8×Jsam.n≦Jref.n≦1.2×Jsam.n    …(2)
0.9×Jsam.n≦Jref.n≦1.1×Jsam.n    …(3)
Jref.n = ∫Eo(λ)Qr.n(λ)dλ        …(4)
Jsam.n = ∫Eo(λ)Qs.n(λ)dλ        …(5)
ただし、
Jref.n: 基準セルのn番目のコンポーネントセルの短絡電流
Jsam.n: サンプルセルのn番目のコンポーネントセルの短絡電流
Qr.n(λ): 基準セルのn番目のコンポーネントセルの分光感度
Qs.n(λ): サンプルセルのn番目のコンポーネントセルの分光感度
Eo(λ): 基準太陽光のスペクトル
【００３１】
（H）照射する光のスペクトルをEt(λ)として、基準セルとサンプルセルとの関係を示す式(6)で計算される所謂ミスマッチ係数Mnが0.98以上1.02以下であることが望ましい。
Mn = ∫Eo(λ)Qr.n(λ)dλ / ∫Et(λ)Qr.n(λ)dλ
×∫Et(λ)Qs.n(λ)dλ / ∫Eo(λ)Qs.n(λ)dλ  …(6)
ただし、
Et(λ): 測定時に照射される光のスペクトル
【００３２】
［補正方法］
次に、積層型の太陽電池の出力特性を測定した結果を補正する方法について説明する。
【００３３】
●放射照度が調整不可能な場合
（a）測定時の光照射下で得られたサンプルセルの電流電圧特性IVsam.t、並びに、基準セルの電流電圧特性IVref.tのデータを放射照度1000W/m2および温度25℃のデータに補正する。この補正には公知の方法を用いればよい。放射照度および温度の補正を行ったデータをIVsam.t*およびIVref.t*とする。ただし、放射照度が1000±10W/m2、セルの温度が25±2℃の範囲にあるときは補正を行わなくてもよい。その場合は次式が成り立つ。
IVsam.t* = IVsam.t
IVref.t* = IVref.t
【００３４】
（b）前述のIVsam.t*およびIVref.t*から基準セルおよびサンプルセルそれぞれの以下の放射照度と温度の補正を行った後の特性パラメータを公知の方法で求める（図2および図3参照）。
Pm.r*:  基準セルの最大出力
Pm.s*:  サンプルセルの最大出力
Voc.r*: 基準セルの開放電圧
Voc.s*: サンプルセルの開放電圧
Isc.r*: 基準セルの短絡電流
Isc.s*: サンプルセルの短絡電流
FF.r*:  基準セルの曲線因子
FF.s*:  サンプルセルの曲線因子
【００３５】
ただし、曲線因子FFは一般に以下の式から求められる。
FF = Pm/(Voc×Isc)
【００３６】
（c）予め測定された基準セルの基準状態における電流電圧特性IVref.oから求められる基準状態における基準セルの特性パラメータを以下のとおりとする。
Pm.r.o:  基準セルの基準状態における最大出力
Voc.r.o: 基準セルの基準状態における開放電圧
Isc.r.o: 基準セルの基準状態における短絡電流
FF.r.o:  基準セルの基準状態における曲線因子
【００３７】
（d）照射される光のスペクトルが基準太陽光からずれていることで、前述のIVref.t*とIVref.oとは図2に示すようなずれが生じる。そこで、式(7)または(8)によってサンプルセルの最大出力Pm.s*を補正したPm.s.oを算出する。
Pm.s.o = Pm.s*×Isc.r.o/Isc.r*×FF.r.o/FF.r*  …(7)
Pm.s.o = Pm.s*×Isc.r.o/Isc.r*×Pm.r.o/Pm.r*  …(8)
【００３８】
式(7)は、セルの曲線因子FFおよび短絡電流Iscのスペクトル依存性を補正し、開放電圧Vocのスペクトル依存性は補正しない。式(8)は、開放電圧Vocのスペクトル依存性をも補正する。
【００３９】
短絡電流Isc以外でスペクトル依存性をもつ特性は、主に曲線因子FFであり、開放電圧Vocのスペクトル依存性は少ない。また、開放電圧Vocの温度係数は短絡電流や曲線因子のそれに比べて一般的に大きいので、開放電圧Vocは温度測定誤差あるいは温度補正係数の誤差の影響を受け易いし、放射照度の影響もある。つまり、開放電圧Vocを補正する場合は、スペクトルによる影響を分離する必要があるが、分離が困難である場合はむしろ補正しない方がよい場合もある。
【００４０】
従って、セルの温度を25℃に調節することが困難な場合や、放射照度を1000W/m2に調整することが困難な場合で、放射照度の補正と温度の補正とに誤差が含まれると考え得る場合は、開放電圧Vocのスペクトルによる影響が分離不可能であるから式(7)の適用が好適である。
【００４１】
逆に、セルの温度が25℃に調節され、放射照度が1000W/m2に調整され得る場合など、放射照度の補正と温度の補正との誤差が小さいと考え得る場合は、開放電圧Vocのスペクトルによる影響が分離可能であるから式(8)の適用が好適である。
【００４２】
本実施形態に基づく測定を屋外で行う場合は、光の放射照度を測定する時刻、基準セルの電流電圧特性を取得する時刻、および、サンプルセルの電流電圧特性を取得する時刻の間のずれが、好ましくは10秒以下、より好ましくは5秒以下、最適には2秒以下であることが望ましい。屋外においては、太陽光の放射照度およびスペクトルは時々刻々と変化するので、相互に比較されるべき測定は、できるだけ同じタイミングで行うことで、ほぼ等しい太陽光の条件下で測定でき、測定精度がより向上する。
【００４３】
●放射照度が調整可能な場合
（e）前述した(a)項と同様に、基準セルの電流電圧特性を測定し、放射照度および温度の補正を行う。
【００４４】
（f）Isc.r*≧Isc.r.oであれば、光源の放射照度を減少させる。逆に、Isc.r*＜Isc.r.oであれば、光源の放射照度を増大させる。
【００４５】
（g）好ましくは±1%、より好ましくは±0.5%の精度でIsc.r*とIsc.r.oとが一致するまで、上記(e)および(f)項を繰り返す。前記の条件が満たされればIsc.r*=Isc.r.oとみなしてよい。
【００４６】
（h）前述した(a)項と同様に、サンプルセルの電流電圧特性を測定し、放射照度および温度の補正を行う。
【００４７】
（i）式(9)によって、サンプルセルの最大出力を補正する。また、式(10)によって、サンプルセルの最大出力を補正してもよい。
Pm.s.o = Pm.s*×FF.r.o/FF.r*  …(9)
Pm.s.o = Pm.s*×Pm.r.o/Pm.r*  …(10)
【００４８】
前述した式(7)および(8)の適用と同様であるが、ここでは放射照度が1000W/m2に調整されているので、温度補正に誤差を含み、開放電圧Vocのスペクトルによる影響が分離不可能な場合は式(9)の使用が好適であり、温度補正の誤差が少なく、開放電圧Vocのスペクトルによる影響が分離可能な場合は式(10)の使用が好適である。
【００４９】
（j）光源の放射照度が経時的に安定であれば、上記(e)から(g)項を省略して、連続して異なるサンプルセルを測定することができる。光源の時間安定性に応じて、ある経過時間ごとに上記(e)から(g)項に対応する工程を入れて、光源の放射照度を調整すればよい。また、サンプルセルの分光特性が変化して、律速セルが変わったり、ミスマッチ係数Mnが0.98から1.02の範囲を外れた場合は、基準セルを前述の観点から相応しいものに変更し、上記(e)から(g)項をやり直すことが望ましい。
【００５０】
●放射照度が調整可能な場合の簡易測定方法
（k）前述した(a)項と同様に、基準セルの電流電圧特性を測定し、放射照度および温度の補正を行う。
【００５１】
（l）pm.r*≧Pm.r.oであれば、光源の放射照度を減少させる。逆に、Pm.r*＜Pm.r.oであれば、光源の放射照度を増大させる。
【００５２】
（m）好ましくは±1%、より好ましくは±0.5%の精度でPm.r*とPm.r.oとが一致するまで、上記の(k)および(l)項を繰り返す。このとき式(11)とみなしてよい。
Pm.r*=Pm.r.o    …(11)
【００５３】
（n）前述した(a)項と同様に、サンプルセルの電流電圧特性を測定し、放射照度および温度の補正を行う。この場合、最大出力はPm.s.o＝Pm.s*としてよい。ただし、短絡電流Iscおよび曲線因子FFは不正確である。この方法は、測定速度を重視し、簡易的な補正で、できるだけ正確な最大出力Pm.sを測定したいときに好適である。
【００５４】
（o）前述した(f)項と同様の基準で、連続的にサンプルセルの測定を行うことができる。
【００５５】
［サンプルセル］
サンプルセルは、複数の半導体接合が積層された構造をもつ。積層された半導体接合それぞれから電極が取り出された構造をもつものは、接合が二つの場合は四端子型と呼ばれる。複数の半導体接合が直列に接続され、その両端に電極があるものは二端子型と呼ばれる。本実施形態の測定方法は、どちらのタイプのサンプルセルにも適用できるが、二端子型に適用したときに大きな効果が得られる。
【００５６】
サンプルセル（積層型の光電変換装置）の種類には、太陽電池、フォトダイオード、光センサおよび電子写真感光体などが挙げられる。
【００５７】
半導体接合の種類には、pn接合、pin接合およびMIS型接合などが拳げられる。
【００５８】
半導体材料としては、結晶質、多結晶質、微結晶質および非晶質が挙げられ、物質としてはSi、SiC、SiGe、C、GeなどのIV族あるいはIV族化合物、GaAs、AlGaAs、InP、InSbなどのIII-V族化合物、ZnSe、ZnO、CdS、CdTe、Cu2SなどのII-VI族化合物、CuInSe2、CuInS2などのI-III-VI2族化合物、有機半導体など、あるいは、上述の化合物の混合物が挙げられる。
【００５９】
また、本実施形態の測定方法には、サンプルセルの大きさや面積に制限はない。例えば太陽電池の場合、セル、サブモジュール、モジュールおよびアレイなど様々な大きさおよび面積の装置を測定することができる。
【００６０】
サンプルセルの電流電圧特性の温度係数が分かっていることが望ましい。具体的には、開放電圧、短絡電流および曲線因子それぞれの温度係数が分かっていることが望ましい。サンプルセル自体の温度係数を測定することが困難である場合は、同等の積層型の光電変換装置の温度係数の値を用いてもよい。また、サンプルセルを測定する場合、サンプルセルの温度が25℃になるように調節することが望ましい。温度調節が困難な場合は、前述の温度係数によって温度補正を行い、25℃における特性を求めることが必要である。
【００６１】
［照射光］
本実施形態の測定方法で用いる光は、自然光でも人工光源の光でもよい。例えば太陽電池の場合は太陽光を用いるか、擬似太陽光光源がよい。
【００６２】
太陽光を用いる場合、放射照度が、好ましくは500から1500W/m2、より好ましくは800から1200W/m2の範囲で測定することが望ましい。また、基準セルあるいはサンプルセルの温度は上昇し易いので、測定を開始するまでは太陽光を遮蔽しておき、測定直前に、基準セルあるいはサンプルセルに太陽光が当たるようにするとよい。こうすれば、セルの温度上昇が抑えられ、前述の温度係数による補正量が少なくなって、温度補正による誤差が減少し、測定がより正確になる。
【００６３】
擬似太陽光光源を用いる場合は公知のソーラシミュレータが適している。光源のランプとしては、キセノンランプ、メタルハライドランプなどが好適に用いられる。点灯方法は、連続点灯でもパルス点灯でもよい。擬似太陽光光源を用いた場合、ランプの使用時間に応じて、大なり小なりスペクトルが変化する。本実施形態の測定方法は、スペクトルによる誤差を補正するので、スペクトルに敏感な積層型の光電変換装置の出力特性を正確に測定することが可能である。
【００６４】
面積の大きなセルあるいはモジュールを測定する場合、ソーラシミュレータの有効照射面積も大きくしなければならず、さらに、スペクトルの合致度および放射照度の場所むらの両方が優れたソーラシミュレータが求められ、面積が増大するにつれてソーラシミュレータの製造コストが加速度的に高価になることは前述した。本実施形態の測定方法の場合は、ソーラシミュレータの放射照度の場所むらを重視し、スペクトルの合致度は妥協することができるので、大面積に対応した正確な測定システムを低コストで実現することができる。
【００６５】
［放射照度検出器］
セルに照射される光の放射照度は、公知の太陽電池、フォトダイオード、熱電対を利用する日射計などを用いることができるが、最終的には、基準セルによって放射照度が校正される。従って、最初から基準セルを放射照度検出器に用いてもよい。
【００６６】
［電圧検出器および電流検出器］
図1に示す電圧および電流の検出器101および102は、ディジタルマルチメータ、あるいは、抵抗器とアナログ-ディジタル変換カードとを組み合わたものなど、公知の手段を用いればよい。
【００６７】
［電源］
図1に示すセル104または105に電力を供給する電源103は、電圧が可変可能なバイポーラ電源などを用いる。また、セル104または105に加える電圧が可変または掃引可能であれば電子負荷、キャパシタに蓄積された電荷の放電などの公知の手段を電源103の代わりに用いることができる。
【００６８】
［スペクトル測定器］
前述したミスマッチ係数Mnを計算する場合は、照射される光のスペクトルを測定する必要がある。その場合は、公知のスペクトルラジオメータが好適に用いられる。
【００６９】
［計測制御およびデータ処理部］
以上の計測器を制御する手段および計測されたデータを処理する手段として、パーソナルコンピュータなどの計測制御およびデータ処理部を設けることが望ましい。
【００７０】
［測定手順］
図19は本実施形態の測定手順の一例を示すフローチャートである。
【００７１】
まず、放射照度検出器によって、照射される光の放射照度を測定または調整する(S1)。次に、基準セルの電流電圧特性を測定し(S2)、サンプルセルの電流電圧特性を測定する(S3)。つまり、測定対象に加わえる電圧を可変させつつ、測定対象に加わる電圧および供給される電流を測定して、電流電圧特性を得る。なお、ステップS2およびS3はほぼ同時、少なくとも短時間内に実行されるのが好ましい。
【００７２】
次に、基準セルの基準状態における電流電圧特性と、基準セルの電流電圧特性の測定結果とを比較することによって、照射光の基準状態からのずれに基づく測定結果の基準状態からのずれを得る(S4)。そして、得られた測定結果のずれに基づき、サンプルセルの電流電圧特性の測定結果を補正し(S5)、サンプルセルの光電変換特性を求める(S6)。
【００７３】
【実施例１】
アモルファスシリコン（以下「a-Si」と記載する）をi層に用いたpin接合のトップセル、アモルファスシリコンゲルマニウム（以下「a-SiGe」と記載する）をi層に用いたpin接合のミドルセル、および、a-SiGeをi層に用いたpin接合のボトムセルの三層構造のトリプル型太陽電池の出力特性をキセノンランプを光源に用いた公知のパルス光型ソーラシミュレータによって測定した。
【００７４】
トリプル型太陽電池は、一枚のステンレス基板上に作成された約1cm×1cmの大きさのセルであり、直列または並列に接続される前の単一ユニットの状態である。また、表面保護層は形成されていない。ソーラシミュレータは、約10cm×10cmの有効照射面積をもち、放射照度の時間変動率は±1%以下、放射照度の場所むらは±2%以下である。
【００７５】
電源103には公知のバイポーラ電源を用い、パーソナルコンピュータによって電圧を掃引させた。また、電圧および電流検出器101および102には公知のディジタルマルチメータを用い、測定される電圧および電流のデータをパーソナルコンピュータにより取得した。以上の構成によってセルの電流電圧特性を取得した。
【００７６】
基準セルには、サンプルセルと同じ構造、同じ大きさのトリプル型太陽電池を、ソーラシミュレータによって1000時間光照射して光劣化させ、特性の経時変化を安定化したものを用いた。また、基準セルは、マルチソース法によって、基準状態における電流電圧特性が予め測定されている。基準セルの特性を安定化させることによって、測定時に基準セルに光を照射しても、基準セルの特性が変化しないので測定結果が正確になる。また、基準セルの基準状態における電流電圧特性を再測定する時間間隔を広くすることができる。
【００７７】
放射照度検出器には基準セルを用い、基準セルの短絡電流が基準状態における短絡電流に一致するように、ソーラシミュレータの放射照度を1000W/m2に調整した。従って、本実施例の場合は、前述の補正方法で説明したように、Isc.r*=Isc.r.oとみなせる。
【００７８】
サンプルセルおよび基準セルのステンレス基板の裏面には、銅のブロックおよびペルチェ素子を設け、セルの温度が25℃±1℃になるように調節した。従って、本実施例は、前述の補正方法で説明した「放射照度が調整可能な場合」に当たるとともに、放射照度およびセルの温度を基準状態に合わせて1000W/m2および25℃に調整しているので、得られる電流電圧特性を照度補正および温度補正する必要はない。
【００７９】
そこで、サンプルセルの電流電圧特性から最大出力Pm.s*、基準セルの電流電圧特性からFF.r*を求め、予め測定してあった基準状態における基準セルの電流電圧特性からFF.r.oを求め、式(9)によって補正を行い最大出力Pm.s.oを求めた。この結果を図5に示す。
【００８０】
サンプルセルと同時に作成し、サンプルセルと同じ特性をもつと考えられる試料の分光感度特性を公知の方法によって測定したところ、図4に示す実線401から403のような特性を得た。また、基準セルの分光感度特性を測定したところ、図4に示す破線404から406のような特性を得た。基準セルは、特性が安定化するまで光劣化させているので、各コンポーネントセルの分光感度および短絡電流がそれぞれサンプルセルよりも若干小さくなっている。
【００８１】
測定された分光感度特性と、基準太陽光のスペクトルとを式(4)および(5)に従って波長で積分したところ、図6に示す結果を得た。また、ソーラシミュレータのスペクトルを公知のスペクトルラジオメータによって測定し、式(6)によってミスマッチ係数を算出した結果も図6にまとめた。
【００８２】
図6から、サンプルセル、基準セルともに、トリプル型太陽電池全体の電流を律速するコンポーネントセルはトップセルであることが分かる。また、サンプルセルおよび基準セルの各コンポーネントセルの短絡電流の比は±10%以内であることが分かる。さらに、光照射下におけるサンプルセルの各コンポーネントセルの基準セルに対するミスマッチ係数は0.99〜1.00である。
【００８３】
以上のように、基準セルがサンプルセルに近似した分光感度特性をもち、律速セルが同じであり、ミスマッチ係数が1に近いことにより、サンプルセルの出力特性の補正結果の精度が向上する。
【００８４】
【比較例１】
上述の実施例1の測定結果の精度を検証するために、実施例1のサンプルセルをマルチソース法によって測定した。
【００８５】
すなわち、スペクトルが調整可能なソーラシミュレータ（マルチソースシミュレータ）によって、サンプルセルのトップセル、ミドルセルおよびボトムセルそれぞれの電流が、基準状態における値に等しくなるように、ソーラシミュレータのスペクトルを調整した。このときのソーラシミュレータのスペクトルは、公知のスペクトルラジオメータによって測定した。
【００８６】
マルチソースシミュレータを用いた以外は、実施例1と同様にして、基準セルには実施例1と同じセルを用い、ソーラシミュレータの放射照度を基準セルによって1000W/m2に調整し、基準セルが25℃に温度調整された状態で電流電圧特性を測定した。ただし、今回は基準セルによる出力特性の補正は行っていない。その測定結果を図7に示す。
【００８７】
実施例1の補正前後の結果を図7に示される各値で除して、値の増減を百分率で表すと図8に示すようになる。図8に示される結果から、マルチソースシミュレータのような装置を用いない本実施形態の測定方法、つまり、一般的なソーラーシミュレータを用いて測定した結果を補正する測定方法により、マルチソース法による測定結果に近い正確な測定結果が得られることが明らかになった。
【００８８】
【実施例２】
実施例1と同じサンプルセルを実施例1と同様に測定し、測定結果を式(9)を用いて補正する代わりに、式(10)を用いて補正した結果を図9に示す。図9に示される実施例2の補正前後の結果を図7に示される各値で除して、値の増減を百分率で表示すると図10に示すようになる。図10に示される結果から、式(10)を用いる本実施形態の測定方法によっても、マルチソース法による測定結果に近い正確な測定結果が得られることが明らかになった。
【００８９】
【実施例３】
a-Siをi層に用いたpin接合のトップセル、微結晶シリコン（以下「μc-Si」と記する）をi層に用いたpin接合のボトムセルの二層構造のダブル型太陽電池の出力特性をキセノンランプを光源に用いた公知のソーラシミュレータによって測定した。
【００９０】
ダブル型太陽電池は、一枚のステンレス基板上に作成された約25cm×18cmの大きさのサブモジュールであり、直列または並列に接続される前の単一ユニットの状態である。また、表面保護層は形成されていない。ソーラシミュレータは、約130cm×80cmの有効照射面積をもち、放射照度の場所むらは±3%以下、サブモジュールの面積内における放射照度の場所むらは±1.5%以下である。測定時におけるキセノンランプの累積点灯時間は400時間であった。
【００９１】
電源103には公知の電子負荷を用い、パーソナルコンピュータによって電圧を掃引させた。また、電圧および電流検出器101および102には抵抗器とアナログ-ディジタル変換カードとの組み合わせを用い、測定される電圧および電流のデータをパーソナルコンピュータにより取得した。以上にの構成によってサブモジュールの電流電圧特性を取得した。
【００９２】
基準サブモジュールには、サンプルサブモジュールと同じ構造、同じ大きさのダブル型太陽電池サブモジュールを、ソーラシミュレータによって1000時間光照射して光劣化させ、特性の経時変化を安定化したものを用いた。また、基準サブモジュールの電圧電流特性が、予め屋外で、太陽光が基準太陽光条件を満たす、または、それに準ずる気象条件において測定され、放射照度および温度の補正が行われて、基準状態における電流電圧特性が得られている。
【００９３】
基準サブモジュールの面積をサンプルサブモジュールと一致させることで、ソーラシミュレータの放射照度の場所むらによる誤差を大幅に低減させることができた。
【００９４】
放射照度検出器には基準サブモジュールを用い、基準サブモジュールの短絡電流が基準状態における短絡電流に一致するように、ソーラシミュレータの放射照度を1000W/m2に調整した。従って、本実施例の場合は、前述の補正方法で説明したように、Isc.r*=Isc.r.oとみなせる。
【００９５】
サンプルサブモジュールの温度は27℃、基準サブモジュールの温度は27.5℃であった。両サブモジュールの電流電圧特性は、同じ構造のダブル型太陽電池を用いて予め求めた温度補正係数によって補正した。
【００９６】
温度補正後の、サンプルサブモジュールの電流電圧特性から最大出力Pm.s*、基準サブモジュールの電流電圧特性からFF.r*を求め、予め測定してあった基準状態における基準サブモジュールの電流電圧特性からFF.r.oを求め、式(9)によって補正を行い最大出力Pm.s.oを求めた。この結果を図11に示す。
【００９７】
サンプルサブモジュールの電流電圧特性を、屋外で、太陽光が基準太陽光条件を満たす、または、それに準ずる気象条件において測定し、放射照度および温度の補正を行って、基準状態における電流電圧特性を取得した。その結果から求まるPm、Voc、IscおよびFFの出力特性と、図11に示す測定時および補正後の出力特性とを比較した結果を図12にまとめた。
【００９８】
図12に示される結果から、本実施形態の測定方法によって、気象条件を厳選して基準太陽光による屋外測定を行わなくても、一般的なソーラシミュレータを用いて測定した結果を補正することで、基準太陽光法の測定結果に近い正確な測定結果が得られることが明らかになった。
【００９９】
【実施例４】
a-Siをi層に用いたpin接合のトップセル、単結晶シリコン（以下「c-Si」と記する）をi層に用いたpin接合のボトムセルの二層構造のダブル型太陽電池モジュールの出力特性を屋外で測定した。
【０１００】
ダブル型太陽電池モジュールは、約10cm×10cmの単結晶シリコンウエハ上に作成されたダブル型太陽電池を15直列×3並列に接続し、大きさ約95cm×55cmの所謂スーパストレート形のモジュールに形成したものである。屋外測定は、晴天時、太陽光の直達日射の入射角が10度以内、放射照度は800W/m2以上で行った。ただし、基準太陽光法のような限定された気象条件よりも汎用的な気象条件における測定なので、太陽光スペクトルは基準太陽光の条件を満たしていない。
【０１０１】
電源103には公知の電子負荷を用い、電子負荷の機能により電圧を掃引させた。また、電圧および電流検出器101および102には公知のディジタルマルチメータを用い、測定される電圧および電流のデータをノート型パソコンにより取得した。以上の構成によってモジュールの電流電圧特性を取得した。
【０１０２】
基準モジュールとしては、同じモジュール構造で、約10cm×10cmの大きさのダブル型太陽電池サブモジュールを、ソーラシミュレータによって1000時間光照射して光劣化させ、特性の経時変化を安定化したものを用いた。また、基準モジュールの基準状態における電流電圧特性は、マルチソース法によって予め測定されている。
【０１０３】
基準モジュールの面積と、サンプルモジュールの太陽電池の面積とを一致させることによって、温度補正の誤差が少なくなり、出力特性の測定誤差が少なくなる。基準モジュールおよびサンプルモジュールを同じ架台の同じ平面に設置し、直達日射の入射角を揃え、同時に電流電圧特性を測定して測定条件を揃えた。
【０１０４】
放射照度検出器には基準モジュールを用い、基準モジュールの短絡電流によって放射照度を測定した。
【０１０５】
サンプルモジュールの温度は、屋内で25℃に温度制御された状態でパルス型ソーラシミュレータを用いて測定した開放電圧Vocと、屋外測定時の開放電圧Vocとから、温度係数に基づき計算した。基準モジュールの温度も、屋内で25℃に温度制御された状態でマルチソース法によって測定した開放電圧Vocと、屋外測定時の開放電圧Vocとから、温度係数に基づき計算した。その後、同じ構造のダブル型太陽電池を用いて求めた温度補正係数値およびシリーズ抵抗値によって、両モジュールの電流電圧特性の温度補正および放射照度補正を行った。
【０１０６】
温度補正および放射照度補正後の、サンプルモジュールの電流電圧特性から最大出力Pm.s*、基準モジュールの電流電圧特性からFF.r*を求め、予め測定した基準状態における基準モジュールの電流電圧特性からFF.r.oを求め、式(7)によって補正を行い最大出力Pm.s.oを求めた。また、本実施例の場合、式(8)を用いて補正を行っても、式(7)を用いた場合と同値であった。この結果を図13に示す。
【０１０７】
サンプルモジュールの電流電圧特性を、屋外で、太陽光が基準太陽光条件を満たす、または、それに準ずる気象条件で測定し、放射照度および温度の補正を行って、基準状態における電流電圧特性を得た。その結果から求まるPm、Voc、IscおよびFFの出力特性と、図13に示す測定時および補正後の出力特性とを比較した結果を図14にまとめた。
【０１０８】
図14に示される結果から、本実施形態の測定方法によって、気象条件を厳選して基準太陽光条件が得られる日を待たなくても、屋外測定によって測定した結果を補正することで、基準太陽光法の測定結果に近い正確な測定結果を得られることが明らかになった。
【０１０９】
基準太陽光法に合致する気象条件に巡り会えるのは、日本では年に数回でしかないが、本実施形態の測定方法によれば、晴天で放射照度800W/m2以上の条件が得られれば、一日に何度でも測定が可能で、屋外測定の可能な日数を大幅に増加させることができる。
【０１１０】
【実施例５】
実施例1のトリプル型太陽電池を大きさ約25cm×35cmの一枚のステンレス基板上に作成してサブモジュールとした。亜鉛メッキ鋼板を支持体として、サブモジュール五枚を直列に接続し、表面保護層、バイパスダイオードおよびジャンクションボックスなどを付加して約140cm×42cmの屋根材型モジュールを形成した。このモジュールを20枚直列に接続したストリングを、五本並列に接続して太陽電池アレイを形成した。この太陽電池アレイの出力は3.2kWである。この太陽電池アレイは、屋根材としても機能し、建物の屋根として設置され、接続箱を介してインバータなどのパワーコンディショナと接続されて、太陽光発電システムの一部として機能する。
【０１１１】
太陽電池アレイの出力特性を、屋根に設置された状態のまま、太陽光によって測定した。測定は、晴天時、太陽光の直達日射の入射角は10度以内になる時間を選び、放射照度は800W/m2以上で行った。ただし、基準太陽光法のような限定された気象条件よりも汎用的な気象条件における測定なので、太陽光スペクトルは基準太陽光の条件を満たしていない。
【０１１２】
接続箱において、太陽電池アレイとパワーコンディショナとの接続を断った後、太陽電池アレイの出力を電源103に接続した。電源103にはキャパシタに蓄積した電荷を放電させる公知の方法を用い、キャパシタの放電により電圧を掃引した。また、電圧および電流検出器101および102には公知のディジタルマルチメータを用い、測定される電圧および電流のデータをノート型パソコンにより取得した。以上の構成によって太陽電池アレイの電流電圧特性を取得した。
【０１１３】
基準モジュールとしては、サンプルと同じモジュール構造をもち、約25cm×35cmの大きさのトリプル型太陽電池サブモジュールを、公知の順バイアス電流注入法によって1500時間電流注入して劣化させ、特性の経時変化を安定化したものを用いた。また、基準モジュールの基準状態における電流電圧特性は、基準太陽光法によって予め測定されている。
【０１１４】
基準モジュールの面積と、サンプルである太陽電池アレイのサブモジュールの面積とを一致させることによって、温度補正の誤差が少なくなり、出力特性の測定誤差が少なくなる。基準モジュールおよびサンプルである太陽電池アレイは、太陽光に対して同じ角度で設置し、直達日射の入射角を揃え、同時に電流電圧特性を測定して測定条件を揃えた。
【０１１５】
放射照度検出器には基準モジュールを用い、基準モジュールの短絡電流によって放射照度を測定した。
【０１１６】
太陽電池アレイの温度は、アレイの表面側から、アレイに陰を生じないような見込み角で、放射温度計によって複数点測定した温度を加重平均して求めた。基準モジュールの温度は、モジュールの裏面ほぼ中央に貼り付けた銅コンスタンタンのシート型熱電対とディジタル温度計とにより測定した。その後、同じ構造のトリプル型太陽電池を用いて求めた温度補正係数値およびシリーズ抵抗値により、両モジュールの電流電圧特性の温度補正および放射照度補正を行った。さらに、太陽電池アレイの汚れ具合を推定し、汚れ補正係数によって電流電圧特性を補正した。
【０１１７】
温度補正、放射照度補正および汚れ補正後の太陽電池アレイの電流電圧特性から最大出力Pm.s*、温度補正および放射照度補正後の基準モジュールの電流電圧特性からFF.r*を求め、予め測定した基準状態における基準モジュールの電流電圧特性からFF.r.oを求め、式(7)によって補正を行い最大出力Pm.s.oを求めた。この結果を図15に示す。
【０１１８】
太陽電池アレイの電流電圧特性を、屋外で、太陽光が基準太陽光を満たす気象条件で測定することは困難であった。そこで、太陽電池アレイを構成する太陽電池モジュールを製造した際に、パルス光型のソーラシミュレータを用いて、一枚ずつ電流電圧特性を測定し、実施例4の方法と同様に出力特性を求めた。モジュール一枚ずつの出力特性を20縦列、五並列に合成して、太陽電池アレイの出力特性を求めた。最後に、太陽電池アレイを設置後の光劣化率および接続ケーブルと逆流防止ダイオードによるロス分を補正して、太陽電池アレイを構成後の補正出力特性を求めた。この出力特性と、図15に示す測定時および補正後の出力特性とを比較した結果を図16にまとめた。
【０１１９】
図16に示す結果から、本実施形態の測定方法によって、気象条件を厳選して基準太陽光条件が得られる日を待たなくても、屋外測定の測定結果を補正することで、基準太陽光法を用いて測定した結果を合成した結果に近い正確な測定結果が得られること明らかになった。
【０１２０】
【実施例６】
AlGaAsによるpn接合のトップセル、および、GaAsによるpn接合のボトムセルを有する積層型の光センサの出力特性をメタルハライドランプを光源に用いた公知のソーラシミュレータによって測定した。
【０１２１】
光センサは、一枚のGaAsウエハ上に作成された後、約1cm×1cmの大きさにカットされたものであり、センサとしてユニット化される前の状態である。ソーラシミュレータは約10cm×10cmの有効照射面積をもち、放射照度の時間変動率は±1%以下、放射照度の場所むらは±2%以下である。
【０１２２】
電源103には公知の電子負荷を用い、パーソナルコンピュータによって電圧を掃引させた。電圧および電流検出器101および102には公知の抵抗器とアナログ-ディジタル変換カードの組み合わせを用い、測定される電圧および電流のデータをパーソナルコンピュータにより取得した。以上の構成によって光センサの電流電圧特性を取得した。
【０１２３】
基準セルには、同じ構造で、同じ大きさの積層型の光センサを100個作成したものの中から、平均的な出力特性および分光感度特性をもつものを選択して使用した。基準セルの基準状態における電流電圧特性は、マルチソース法によって予め測定されている。
【０１２４】
基準セルの面積と、サンプルの面積と一致させることによって、ソーラシミュレータの放射照度の場所むらによる誤差を大幅に低減させることができた。
【０１２５】
放射照度検出器には基準セルを用い、基準セルの最大出力が基準状態における最大出力に一致するように、すなわち、前述した補正方法の式(11)を満たすように、ソーラシミュレータの放射照度を1000W/m2に調整した。
【０１２６】
サンプルおよび基準セルの温度は、ステンレス基板の裏面に銅ブロックおよびベルチェ素子を設けて25℃±1℃になるように温度調節した。
【０１２７】
従って、本実施例は、前述した放射照度が調整可能な場合に当たり、放射照度およびセルおよびサンプルの温度を基準状態に合わせて1000W/m2および25℃に調整しているので、得られる電流電圧特性を照度補正および温度補正する必要はない。
【０１２８】
以上の測定で得られた光センサの電流電圧特性から出力特性を算出した結果を図17の出力校正測定の欄に示す。
【０１２９】
また、本実施形態の測定方法と比較するために、ソーラシミュレータの放射照度を、式(11)を満たすように最大出力を一致させるのではなく、基準セルの短絡電流を一致させるように調整した以外は上述の実施例と全く同様に測定した結果を図17の電流校正測定の欄に示す。
【０１３０】
光センサの基準状態における電流電圧特性をマルチソース法によって測定した。その結果から求まるPm、Voc、IscおよびFFの出力特性と、図17に示す出力校正測定時および電流校正測定時の出力特性とを比較した結果を図18にまとめた。
【０１３１】
図18に示す結果から、前述した補正方法の式(11)を用いた、基準セルの最大出力を一致させる本実施形態の測定方法によって、マルチソース法による測定を行わず一般的なソーラシミュレータを用いても、マルチソース法の測定結果に近い正確な最大出力の測定結果が得られること明らかになった。
【０１３２】
本実施例の出力校正測定では、最大出力の測定を重視しているので、短絡電流および曲線因子の誤差はあるが、従来の電流校正測定に比較して、最大出力の測定精度が向上する。
【０１３３】
また、本実施例の出力校正測定では、シンプルな測定工程であるため、測定に要する時間が短縮され、短時間に多数のサンプルを測定することができる。従って、多数のサンプルを自動的に測定する必要がある製造ラインの検査システムなどに好適である。
【０１３４】
このように、本実施形態の測定方法によれば、積層型の光電変換装置の出力特性の測定が正確になる。また、マルチソース法などのように高価な測定装置を用いずに、同等の測定精度が得られ、低コスト化が図れる。また、マルチソース法あるいは基準太陽光法などのように、複雑な制御を要したり、測定条件の厳選を必要とせず、同等の測定精度が得られ、測定方法の容易化が図れる。
【０１３５】
さらに、積層型の光電変換装置を構成する個々の半導体接合の内、光照射下で、積層型の光電変換装置の短絡電流を制限している半導体接合を律速セルとすれば、測定対象の積層型の光電変換装置と、基準となる積層型の光電変換装置との間で、律速セルが同じ半導体接合であることにより、分光感度の近似度が向上し、短絡電流および曲線因子の誤差が減少して、積層型の光電変換装置の出力特性の測定精度が向上する。
【０１３６】
【他の実施形態】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【０１３７】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはCPUやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム(OS)などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１３８】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１３９】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【０１４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定物の受光面積および形態、測定場所、測定光などに影響されず、低コストで、光電変換特性を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の測定装置の構成例を説明する図、
【図２】基準セルの光照射下における電流電圧特性(IVref.t*)および基準状態における電流電圧特性(IVref.o)の一例を示す図、
【図３】サンプルセルの光照射下における電流電圧特性(IVsam.t*)の一例を示す図、
【図４】実施例1におけるサンプルセルの分光感度特性（実線）および基準セルの分光感度特性（破線）を示す図、
【図５】実施例1における測定結果を示す図、
【図６】実施例1において、コンポーネントセルがセル内部で基準状態において発生する短絡電流の計算結果を示す図、
【図７】比較例1における測定結果を示す図、
【図８】実施例1の検証結果を示す図、
【図９】実施例2における測定結果を示す図、
【図１０】実施例2の検証結果を示す図、
【図１１】実施例3における測定結果を示す図、
【図１２】実施例3の検証結果を示す図、
【図１３】実施例4における測定結果を示す図、
【図１４】実施例4の検証結果を示す図、
【図１５】実施例5における測定結果を示す図、
【図１６】実施例5の検証結果を示す図、
【図１７】実施例6における測定結果を示す図、
【図１８】実施例6の検証結果を示す図、
【図１９】本実施形態の測定手順の一例を示すフローチャートである。
【図１】
0005013637.tif 000002
【図２】
0005013637.tif 000003
【図３】
0005013637.tif 000004
【図４】
0005013637.tif 000005
【図５】
0005013637.tif 000006
【図６】
0005013637.tif 000007
【図７】
0005013637.tif 000008
【図８】
0005013637.tif 000009
【図９】
0005013637.tif 000010
【図１０】
0005013637.tif 000011
【図１１】
0005013637.tif 000012
【図１２】
0005013637.tif 000013
【図１３】
0005013637.tif 000014
【図１４】
0005013637.tif 000015
【図１５】
0005013637.tif 000016
【図１６】
0005013637.tif 000017
【図１７】
0005013637.tif 000018
【図１８】
0005013637.tif 000019
【図１９】
0005013637.tif 000020