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C 8944

:2009

(1) 

目  次

ページ

1

  適用範囲

1

2

  引用規格

1

3

  用語及び定義 

1

4

  測定条件

2

5

  測定装置

2

6

  測定

3

6.1

  放射照度の場所むらの測定方法

3

6.2

  分光感度の測定方法

3

6.3

  測定手順 

4

6.4

  測定上の留意点

6

7

  記録

7

附属書 A(参考)多接合太陽電池の出力特性 

8

附属書 B(参考)計測についての諸事項

13


C 8944

:2009

(2) 

まえがき

この規格は,工業標準化法第 12 条第 1 項の規定に基づき,財団法人光産業技術振興協会(OITDA)及び財

団法人日本規格協会(JSA)から,工業標準原案を具して日本工業規格を制定すべきとの申出があり,日本工

業標準調査会の審議を経て,経済産業大臣が制定した日本工業規格である。

この規格は,著作権法で保護対象となっている著作物である。

この規格の一部が,特許権,出願公開後の特許出願,実用新案権又は出願公開後の実用新案登録出願に

抵触する可能性があることに注意を喚起する。経済産業大臣及び日本工業標準調査会は,このような特許

権,出願公開後の特許出願,実用新案権及び出願公開後の実用新案登録出願にかかわる確認について,責

任はもたない。


   

日本工業規格

JIS

 C

8944

:2009

多接合太陽電池分光感度特性測定方法

Measuring methods of spectral response

for multi-junction solar cells

適用範囲 

この規格は,平面・非集光形の電力発電を目的とする地上用多接合太陽電池セルの分光感度特性を測定

する方法について規定する。

引用規格 

次に掲げる規格は,この規格に引用されることによって,この規格の規定の一部を構成する。これらの

引用規格は,その最新版(追補を含む。

)を適用する。

JIS C 8915

  結晶系太陽電池分光感度特性測定方法

JIS C 8934

  アモルファス太陽電池セル出力測定方法

JIS C 8936

  アモルファス太陽電池分光感度特性測定方法

JIS Z 8103

  計測用語

JIS Z 8113

  照明用語

JIS Z 8120

  光学用語

用語及び定義 

この規格で用いる主な用語及び定義は,JIS C 8915JIS C 8934JIS C 8936JIS Z 8103JIS Z 8113

及び JIS Z 8120 によるほか,次による。 

3.1 

カラーバイアス光 

被測定多接合太陽電池セルの特定の要素セルを測定するため,他の要素セルを動作状態とするために測

定光に重畳して照射するバイアス光で,測定対象としない要素セルの感度波長領域に分光分布をもつ光。

3.2 

放射照度の場所むら 

太陽電池セル照射面の場所による放射照度のむらの度合いを示す値。式(1)から求められる。

Δ

 spatial

100

min

max

min

max

×

+

±

=

E

E

E

E

 (1)

ここに,

Δ

 spatial

放射照度の場所むら

  (

)

E

max

照射面内の放射照度の最大値

 (W/m

2

)

E

min

照射面内の放射照度の最小値

 (W/m

2

)


2

C 8944

:2009

   

3.3 

基準検知器 

熱的検知器を使用した波長依存性がない熱形放射計で,絶対放射計で校正したもの,又は波長範囲

300

nm

1 100 nm

の場合は,分光感度が校正されたシリコンホトダイオードで,受光面積を明記したもの。

3.4 

すその透過比 

フィルタの透過中心波長から±

100 nm

以上離れた波長における透過率と最大透過率との比。

3.5 

分光感度特性 

太陽電池出力を入射光の波長依存性で表した特性で,入射単色光照度に対する短絡電流出力の値で表示

したもの。単位は,

A/W

で表す。

なお,出力のピーク値で規格化した分光感度特性を,相対分光感度特性という。

測定条件 

測定条件は,次による。

a)

多接合太陽電池セル表面に単色光を垂直方向から照射する。単色光を全面に照射できない場合には,

太陽電池セル上の

5

か所以上,かつ,総面積の

30

%以上にわたり分光感度を複数回測定し,平均す

る。

b)

単色光放射照度は,

0.2 W/m

2

以上,単色光照射面上の放射照度の場所むらは,分光感度比較測定方法

を用い,分光感度比較基準セルと被測定サンプル又は部分照射面の面積とがほぼ同一であり,かつ,

両者の測定が同一照射面上で行われるときは,±

5

%とする。それ以外の測定方法については,±

2.5

%とする。

c)

多接合太陽電池セルの測定は,

単色光放射光源及びカラーバイアス光を用いる。

カラーバイアス光は,

特定の波長帯範囲に照度をもち,特定の要素セルを動作状態とするために使用する。カラーバイアス

光用光源の種類及びその波長範囲は,予測される各要素セルの分光感度から決定する。カラーバイア

ス光は,被測定サンプル垂直方向から

20

度以内の角度で照射する。

d)

要素セルの両端電圧が

0 V

となるように電気バイアスを印加する。その電圧値は,カラーバイアス光

照射時のセルの開放電圧,予測される要素セルの

I-V

特性及び分光感度から判断する。

e)

試料周辺の温度及び相対湿度は,

23

±

2

℃及び

50

%以下とする。

f)

単色光を得るための回折格子分光器の半値幅は,通常

10 nm

,最大値は

20 nm

,測定間隔は

10 nm

する。干渉フィルタを用いる場合は,半値幅は,

10 nm

20 nm

,すその透過比は,

350 nm

以上

400 nm

未満の領域で

0.02

%以下,

400 nm

以上で

0.2

%以下,測定波長間隔は,

40 nm

以下とする。

測定装置 

測定装置は,

図 1,図 及び次による。

a)

放射光源  単色光を取り出すための光源で,測定波長範囲に分光分布をもつハロゲンランプ,キセノ

ンランプなどの白色光源。

b)

モノクロメータ  回折格子又は干渉フィルタで構成された単色光光源で,光照度の調整及びチョッピ

ング機能をもつもの。

c)

カラーバイアス光  3.1 による。


3

C 8944

:2009

d)

基準検知器  3.3 による。

e)

短絡電流測定回路  電流は,回路に

4

端子固定抵抗器を挿入して測定する。抵抗値は,その両端の直

流電圧降下が開放電圧の

3

%を超えないような値とする。電流値は,抵抗器両端の電圧をロックイン

アンプで測定し,変換係数を使用して求める。電気バイアスを正確に印加するために,太陽電池セル

両端の直流電圧も測定する。

変換係数は,ロックインアンプ測定電圧に乗じて,直流電流値を算出するための係数である。単接

合太陽電池について,白色バイアス光がない状態で JIS C 8915 又は JIS C 8936 の 4.(測定装置)の(4)

(短絡電流測定回路)(a)(単色光をチョッピングする場合)及び(b)(単色光をチョッピングしない場

合)によって,ロックインアンプ電圧及び直流電流を実測し,その比を変換係数とする。

図 1−多接合太陽電池分光感度測定装置の構成の一例

図 2−ロックインアンプを用いた短絡電流測定回路の構成の一例

測定 

6.1 

放射照度の場所むらの測定方法 

単色光の放射照度の場所むらは,照射面積の

1/25

以下の面積の検知器によって測定し,式

(1)

によって算

出する。

6.2 

分光感度の測定方法 

分光感度の測定方法は,次の a)又は b)による。

a)

基準検知器による場合  この方法は,式

(2)

及び式

(3)

で示すように,被測定試料に入る単色光の放射照


4

C 8944

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度 E

in

(

λ)

を基準検知器で測定し,そのときの被測定多接合太陽電池セルの短絡電流値 I

sc

 (

λ)

を放射照

度及び面積で正規化した値を,更にある波長の値で規格化する。基準検知器の受光面積が単色光面積

よりも小さい場合で,単色光均一度を問題にするときは,基準検知器を被測定多接合太陽電池セルの

面内で移動して単色光各部の光量を測定し,その平均値から放射照度を算出する。

S

E

I

q

1

)

(

)

(

)

(

in

sc

×

=

λ

λ

λ

 (2)

)

(

)

(

)

(

1

λ

λ

λ

q

q

Q

=

 (3)

ここに,

q

(

λ)

分光感度

 (A/W)

Q

(

λ)

相対分光感度

E

in

(

λ)

単色光入力の放射照度

 (W/m

2

)

I

sc

(

λ)

短絡電流

 (A)

S

太陽電池の受光面積

 (m

2

)

λ

1

q

(

λ)

が最大となる波長

 (nm)

λ

測定波長

 (nm)

b)

分光感度比較用基準セルによる場合  あらかじめ a)の方法で分光感度特性を測定した分光感度比較用

基準セルと被測定多接合太陽電池セルとの比較測定から,式

(4)

及び式

(5)

によって算出する。ただし,

300 nm

1 100 nm

の波長範囲の測定の場合は,分光感度比較用基準セルは,単結晶シリコンセルで,

被測定多接合太陽電池セルと同等の面積をもつものでなければならない。

( )

( )

( )

( )

scr

scr

sct

sct

r

S

I

S

I

q

q

λ

λ

λ

λ

×

=

 (4)

)

(

)

(

)

(

2

λ

λ

λ

q

q

Q

=

 (5)

ここに,

(

λ)

分光感度

 (A/W)

(

λ)

相対分光感度

q

r

 (

λ)

あらかじめ a)の方法で測定した分光感度比較用基準セル
の分光感度

 (A/W)

I

sct

 (

λ)

被測定太陽電池セルの短絡電流の測定値

 (A)

I

scr

 (

λ)

分光感度比較用基準セルの短絡電流の測定値

 (A)

S

sct

被測定太陽電池セルの受光面積

 (m

2

)

S

scr

分光感度比較用基準セルの受光面積

 (m

2

)

λ

2

  :

q

(

λ)

が最大となる波長

 (nm)

6.3 

測定手順 

測定手順は,次による。測定手順のフローを,

図 に示す。

参考として,測定手順の留意事項を

附属書 に示す。


5

C 8944

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図 3−測定手順のフロー 

a) 

太陽電池の試料台への固定  多接合太陽電池を分光感度測定装置試料室内部の試料台に固定する。

b) 

測定対象要素セルの決定  多接合太陽電池の分光感度特性測定対象の要素セル,測定波長範囲,測定

波長間隔,測定波長分解能及びその他の測定条件を決定する。

c) 

バイアス光照射  バイアス光照射は,次による。

1) 

単色光の照射部分にカラーバイアス光を照射する。

2)

測定対象の要素セルの短絡電流が最小となるよう,カラーバイアス光の分光放射照度を調整する。

測定対象の要素セルを通常の使用条件と同等の放射照度で照射し,他の要素セルは,それよりも強

い照度で照射することが望ましいが,測定対象要素セルの出力電流と照射光照度との間に直線関係

が成立する場合は,弱い照度で照射してもよい。

カラーバイアス光の分光放射照度は,要素セルの材質又は設計によって予測される分光感度特性

に応じて選択する。このとき,測定対象の要素セルの感度波長外に分光放射照度の最大値をもつカ

ラーバイアス光を選択することが望ましい。

d) 

電気バイアスの決定  電気バイアスの決定は,次による。

1)

開放電圧を測定する。

2) 

測定対象外のすべての要素セルの開放電圧

(

V

OCi

)

及び最大出力電圧

(

V

MPPi

)

を推定し,その和の平均値

又は開放電圧の和を V

BIAS

とする。

(

)

+

=

i

i

i

V

V

V

MPP

OC

BIAS

2

1

  又は

( )

=

i

i

V

V

OC

BIAS

3)

測定対象の要素セル両端電圧を 0 V とするため,2)で計算した V

BIAS

を太陽電池に印加する。

e) 

測定対象の要素セルの信号チェック  測定対象の要素セルの信号チェックは,次による。

未測定要素セル数>0

f) 4)

  を不満足

g)

の実行数=5

f)

 測定対象外の

要素セルの信号チェック

h)

 分光感度特性の測定

i)  他の要素セルの測定

j)

 記録

測定不可能

a)

 太陽電池の試料台への固定

b)

 測定対象要素セルの決定

g)

 カラーバイアス光及び

   電気バイアスの最適化

c)

 バイアス光照射

d)

 電気バイアスの決定

e)

 測定対象の要素セルの信号チェック


6

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1)

サンプル出力端子を測定装置入力端子に接続する。

2)

測定対象の要素セルの感度帯域波長であると予測した波長の単色光を照射する。

3)

予測された分光感度特性に合致した値が得られるかを確認する。

f) 

測定対象外の要素セルの信号チェック  測定対象外の要素セルの信号チェックは,次による。

1) 

測定対象外の要素セルの感度帯域内の波長の単色光を照射する。

2) 

測定信号が量子効率 1  %以内であることを確認する。

3) 1)

及び 2)をすべての測定対象外の要素セルについて行う。

4)

測定対象外の要素セルすべての量子効率が 1  %以下で,かつ,予測される分光感度特性に合致した

値が得られたら,ステップ  h)  分光感度特性の測定に進む。

5) 

それ以外の場合は,ステップ  g)  に進む。

6) 

既にステップ g)  が 5 回実行されている場合は,その要素セルは,低い並列抵抗,又はカラーバイ

アス光の制限のため,確からしい測定はできないと判断する。測定する場合は,ステップ  h)  に進

む。

注記 

測定対象とする多接合太陽電池の各要素セルが低い並列抵抗値のとき,測定誤差が発生す

る。カラーバイアス光は,測定対象外の要素セルの感度波長領域において十分な照度がな

いと測定値に誤差を生じる。

各要素セルの並列抵抗値及びカラーバイアス光の分光放射照度に注意して測定するこ

とが望ましい。測定されたデータの利用に当たっては,測定対象外の要素セルの特性に由

来する測定値の不確かさを十分に考慮することが望ましい。

g) 

カラーバイアス光及び電気バイアスの最適化  カラーバイアス光及び電気バイアスの最適化は,次に

よる。

1) f)

 1)

3)  で,単色光波長を測定対象外の要素セルの量子効率が最大となる波長に設定する。

2) 

カラーバイアス光の分光放射照度を測定対象外の要素セルの応答が最小となるように設定する。特

に,測定対象外の要素セルの応答波長範囲内のカラーバイアス光照度を強く,かつ,測定対象の要

素セル波長範囲内のカラーバイアス光照度を弱くする。

3) 

測定対象外の要素セルの応答が最小となるように,バイアス電圧を設定する。バイアス電圧の調整

は,セルの開放電圧の 5  %よりも小さい電圧ステップで変化させる。

4) 

単色光の波長を測定対象の要素セルの感度帯域内の波長に設定する。

5) 

カラーバイアス光及び電気バイアスを,測定対象の要素セルの応答が最大になるように調整する。

こうして最適化されたカラーバイアス光及びバイアス電圧は,2)及び 3)  で測定対象外の要素セルに

ついて調整したものとほぼ同じものとなる。

6) 

ステップ  e)  に戻り,f) 6)を満足するまで繰り返す。

h) 

分光感度特性の測定  6.2 によって分光感度の測定を実施する。

i) 

他の要素セルの測定  測定対象とする要素セルを順次変更して b)h)  を繰り返す。

j) 

記録  箇条 に示す内容を記録する。

注記 2  6.3 に規定する測定手順は,“Spectral response measurements of monolithic

GaInP/Ga(In)As/Ge triple-junction solar cells: measurement artifacts and their explanation

”,

M. Meusel, C. Baur, G. Letay et al.

(参考文献 [2])に基づき,規定した。

6.4 

測定上の留意点 

多接合太陽電池分光感度の測定上の留意点は,次による。


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C 8944

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参考として,計測についての諸事項を

附属書 に示す。

a)

ロックインアンプによる電流測定  ロックインアンプの読取値を電流値に変換するため,装置固有の

変換係数を事前に求める。この変換係数の値は,4 端子固定抵抗器の抵抗値及びチョッパによる単色

光照度の時間変化の影響を受けるので,装置固有の定数となる。

b)

チョッパ周波数  ロックインアンプで太陽電池の出力電流を測定する場合は,チョッパによって単色

光を変調する。チョッパの周波数は,電源周波数の整数倍の周波数を避ける。チョッパ周波数が太陽

電池の応答周波数以上に高い周波数を選択した場合は,分光感度測定値が低くなることに注意する。

c)

分光器の半値幅  分光器の半値幅は,通常 10 nm,最大値は 20 nm とする。

d) 

分光装置波長特性  測定システム全体の波長特性をできるだけ平たん(坦)にする。

e) 

波長間隔及び半値幅  測定波長間隔は,式(6)に示すように,半値幅の整数分の 1 とする。

n

δ

λ

=

Δ

 (6)

ここに,

Δ

λ

測定波長間隔

δ

半値幅

n

正整数  1,2,3 …

f) 

単色光の放射照度の場所むら  単色光の放射照度の場所むらは,5  %以上とすることが望ましい。

g) 

単色光の空間的波長均一度  試料照射面の各部において,照射光は,同一波長の単色光とする。回折

格子分光器の場合,回折格子表面を試料上に結像することでこれを実現できる。

h)

光源の時間的安定度  単色光は,その一部をビームスプリッタで取り出し,照度をモニタし,変動を

補正する。カラーバイアス光源は,安定度が高いことが望ましい。

i)

単色光スペクトル波形  キセノンランプのように輝線スペクトルが多数存在する光源を単色光用光源

として使用する場合,重心波長と回折格子分光器又は干渉フィルタの読み波長とには差異があるため,

分光放射計で実測して補正するなど,留意することが望ましい。

j)

迷光  回折格子分光器は,シングルモノクロメータとする。分光器内部の迷光を低減するため,ガラ

スカットフィルタ及び内部遮光処理を施す。

照射及び集光光学系の窓板表面からの反射は,迷光の原因となるので,光軸に対して傾けて配置す

る。

k)

光量調整  単色光照度の調整に,透過率が連続的に変化する回転型透過率可変 ND フィルタを使用す

る場合には,フィルタ像が試料上に結像しないように設計する。

l)

チョッパ位相  チョッパの光学配置は,太陽電池表面に対して無限遠とし,太陽電池表面の各部に同

一位相で光をチョッピングする。

記録 

カラーバイアス光に用いた光源の種類及び形式,フィルタ形式及び特性,並びにバイアス電圧の値及び

最高感度を示す波長を付記した,次のデータを記録する。

a)

分光感度データ(波長,分光感度値)

b)

特性曲線(波長対相対分光感度)


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附属書 A

(参考)

多接合太陽電池の出力特性

序文 

この附属書は,多接合太陽電池の分光感度特性の測定のための参考として,記載するものであって,規

定の一部ではない。

A.1 

多接合太陽電池の電気出力特性 

図 A.1 の等価回路及び電気出力特性をもつ単接合太陽電池に対し,多接合太陽電池は複数の単接合太陽

電池(要素セル)が直列接続された構造をもつ(

図 A.2)。各要素セルを通過する電流値 はすべて同じで,

各要素セルの電流値 における出力電圧 V

top

(

I)

V

mid

(

I)

及び V

bot

(

I)

を加算した値が全体の出力電圧 となる。

多接合太陽電池の電気出力特性は,各要素セルの特性の結合である(

図 A.3)。その短絡電流値は,最も

小さい短絡電流をもつ要素セルの短絡電流とほぼ同じ値となる。

図 A.1−単接合太陽電池の等価回路及び電気出力特性


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C 8944

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図 A.2−多接合太陽電池の等価回路

図 A.3−多接合太陽電池の動作特性

A.2 

多接合太陽電池の分光感度測定 

多接合太陽電池の分光感度測定は,要素セルごとの分光感度特性の分離測定である。このとき,単色光

源及びカラーバイアス光を適切に組み合わせて測定しなければならない。

多接合太陽電池の出力端を短絡して電流を測定するとき,測定対象とする要素セルの短絡電流が他の要

素セルの短絡電流よりも小さい場合は,セル全体の短絡電流は,測定対象とする要素セルの短絡電流とほ

ぼ同じ値となる(

図 A.4)。カラーバイアス光の適切な選択によって,この状態を再現できる。


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図 A.4−多接合太陽電池における各要素セルの動作特性

適切なカラーバイアス光照射下では,測定対象とする要素セルの感度帯域に相当する波長の光を照射す

ると短絡電流が変化し,その変化量は,多接合太陽電池の短絡電流の変化量と等しい。測定対象外とする

要素セルの感度帯域に相当する波長の光を照射しても,測定対象外の要素セルの短絡電流は変化するが,

セル全体の短絡電流は,測定対象とする要素セルの短絡電流(最も小さい)と同等となるため,信号は観

測されない。

なお,測定対象とするセルの出力端には,測定対象外とする要素セルの開放電圧 V

oc

に等しい逆バイア

ス電圧が印加される。測定対象とするセルの出力端を短絡状態とするためには,測定対象外とする要素セ

ルの V

oc

に近い電圧を電気バイアスとしてセルに印加しなければならない。

A.3 

多接合太陽電池の分光感度測定における誤差要因 

要素セルの低い並列抵抗,大きな直列抵抗,不適切なバイアス光,又は電気バイアスによって,感度帯

域外に本来存在しない感度ピークの出現(

図 A.5 グラフ A 部分),感度帯域内での測定値の低下(図 A.5

グラフ B 部分)などの誤差が生じる。

図 A.5−測定対象外の要素セルの影響

多接合太陽電池の分光感度測定は,出力電圧一定の条件で行う。ここで,全体の出力電圧は各要素セル


11

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の出力電圧の合計であるので,ある要素セルの電圧が増加すると,他の要素セルの電圧は同じ量だけ減少

する。したがって,測定対象外とする要素セルの電圧変化をΔとすると,測定対象とする要素セルの電

圧変化は,全体の出力電圧を一定に保つために−Δとなる。また,各要素セルの電流変化Δは,それぞ

れが直列に接続されているため,すべて同じ値となる。

測定対象外とする要素セルに,その感度帯域の波長の単色光を照射すると,特性は,

図 A.6 の点線のよ

うに変化する。出力端を短絡し,電気バイアスを 0 V にした場合,その動作点は,

図 A.6 の小さい四角形

部分にある。また,単色光がない場合の動作点は星印マークの位置となる。単色光が入射し,測定対象外

要素セルの特性が点線のように変化すると,動作点は,黒丸印の点に変化する。この場合,測定対象とす

る要素セルの電圧変化と,測定対象外とする要素セルの電圧変化とは,逆方向の同じ値となるが,電流変

化はどちらも同じ値となる。

図 A.6 に示すように,測定対象とする要素セルの特性は単色光の存在によっ

て変化しないにもかかわらず,電流の変化が観測される。これが,感度帯域外の波長で信号が発生する理

由である。

図 A.6−測定対象外の要素セルの影響 A


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図 A.7−測定対象外の要素セルの影響 B

測定対象とする要素セルに感度帯域の波長の単色光を照射すると,実際の電流変化は,

図 A.7 のΔI

photo

となるが,測定される電流変化Δはそれよりも小さい値となる。これが,測定対象とする要素セルの分

光感度測定値が,真の値よりも小さい値として観測される理由である。

これらの現象は,要素セルの特性である低い並列抵抗及び高い直列抵抗に起因するため不可避であるが,

できるだけ弱い照度の単色光で測定すること,測定対象外とする要素セルへのバイアス光照度を高くする

こと,適切な電気バイアスを選択することなどによって誤差は低減できる。

以上の説明は,接合の数が増加しても同じである。多接合太陽電池の分光感度測定値は,各要素セルの

分光感度(SR

i

)

に対して,各要素セルの I-V 特性曲線動作点における電圧電流微分係数(dV

i

/d

I

i

)

の値の重み付

けをすることによって表現する。各要素セルの電圧電流微分係数は,カラーバイアス光照度によって変化

する。カラーバイアス光照度を調整して測定対象外とする要素セルの微分係数をゼロとすれば,式(A.1)に

よって測定された値は,特定の要素セルの分光感度となる(参考文献 [1])

=

=

=

n

i

i

n

i

i

i

i

i

I

V

I

V

SR

SR

1

1

d

d

d

d

meas

(A.1)

ここに,

SR

meas

多接合太陽電池全体の分光感度測定値

SR

i

   

i

番目要素セルの分光感度

dV

i

/dI

i

i

番目要素セルの電気出力特性の電流対電圧微分係数

(カラーバイアス光照度の影響を受ける。

測定対象外の要素セルの電圧電流微分係数を推定できる場合は,他のセルからの影響を除去できる。


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附属書 B

(参考)

計測についての諸事項

序文 

この附属書は,多接合太陽電池分光感度の測定条件及び測定装置に起因して問題となる諸事項を記載す

るものであって,規定の一部ではない。

B.1 

測定条件の設定 

B.1.1 

半値幅 

半値幅をあまりに大きな値とすると,スペクトルがひずみ,誤差が大きくなる。この誤差の大きさは,

分光感度スペクトルの波形の波長依存性にも大きく影響を受ける。これは,実際のスペクトルに対して波

長を変数としてフーリエ展開を行い,数値的に解析することで算出できる。

この誤差は,半値幅が小さいほど小さくなるが,それに応じて測定信号が小さくなるため,SN 比の低

下が起きる。この規格では,実用的に必要な精度を勘案し,分光感度測定のときの半値幅(波長分解能)

を通常 10 nm,最大値は 20 nm としている。このような選択においては,半値幅が大きいことによる誤差

は,最大でも 0.2  %を超えることはない。

B.1.2 

分光装置波長特性及び半値幅 

分光感度特性の絶対値は,試料太陽電池と基準検知器との比較によって求められるが,各々の波長特性

の違いによって,比較の過程で誤差が発生する。試料太陽電池と基準検知器とが同一の波長特性をもつ場

合には,この誤差は発生しない。そのため,シリコンホトダイオードを基準検知器として使用することも

規定した。また,この誤差は B.1.1 と同様に半値幅が小さいほど小さくなるが,20 nm の半値幅の場合に

0.03

%程度となる。

B.1.3 

波長間隔及び半値幅 

スペクトルを測定する場合は,各波長のスペクトル要素は均等に評価される必要があるが,そのために

は,式(B.1)に示すように測定波長間隔は,半値幅の整数分の 1 とする。

n

δ

λ

=

Δ

(B.1)

ここに,

Δ

λ

測定波長間隔

δ

半値幅

n

正整数  1,2,3 …

B.2 

装置使用上の注意点   

B.2.1 

単色光の放射照度の場所むら 

分光感度測定装置において単色光の放射照度の場所むらは重要である。基準検知器は,校正精度を維持

するため受光面積は小さく,一般的に,分光応答度標準として供給されるシリコンホトダイオードの受光

面積は 50 mm

2

程度である。単色光ビームの寸法は通常,数センチ程度なので,このような基準検知器を

使用して照射単色光照度を測定すると,単色光の放射照度の場所むらが誤差の原因となる。

基準検知器の位置を移動して単色光ビーム全面積の照度を測定することで,このような誤差を回避する

ことも可能であるが,測定に長時間が必要となる。また,太陽電池の分光感度の面内均一性が低い場合は,


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この方法は無意味となる。

回折格子分光器は非対称光学系であるため,単色光の放射照度の場所むらを小さくすることは困難であ

る。分光器内部で発生した放射照度の場所むらを照射光学系の反射鏡軸外しの組合せによって補償し小さ

くすることができるが,

それを実施しても特定波長において±2.5  %程度が限界で,

装置全体としては 5  %

程度が実際に到達可能なレベルの上限である。

B.2.2 

単色光の空間的波長均一度 

分光器出射スリット上では,出射光の中心波長はスリット半値幅の範囲でスリット幅方向の位置に応じ

変化している。スリット像を太陽電池の上に直接結像すると,空間的に波長の差異が発生する。キセノン

ランプを光源として使用した場合,800 nm∼1 000 nm の間に輝線スペクトルが多く,出射スリット開口上

においては,位置による波長ずれと同時に,特定の位置に強い輝線スペクトルが存在することによる照度

の不均一が発生する。出射スリットが太陽電池の表面上に結像されると,大きな不均一が発生し,異常な

測定結果を与えることとなる。

単色光照射光学系は,分光器内部の回折格子表面が太陽電池の上に結像するようにし,太陽電池の表面

上に空間的な波長の差異を発生しない光学設計が必要である。

B.2.3 

光源の時間的安定度 

単色光用光源の照度は時間とともに変動するので,光をビームスプリッタによって取り出し,照度をモ

ニタして変動を補正すれば,0.5  %程度の安定度が得られる。

カラーバイアス光は,特定の要素セルの電流律束条件を実現させるために使用する。このカラーバイア

ス光によって測定信号中に直流成分を発生させる。そのため,カラーバイアス光照度信号の安定度が低く

時間的に変動すると,その変動分が分光感度測定のときに雑音として信号に混入し,測定結果の SN 比を

低下させる。したがって,カラーバイアス光の光源には,できる限り安定度の高い光源を使用することが

望ましい。

B.2.4 

単色光スペクトル波形 

波長純度は,分光器の半値幅に依存して決定され,スリット関数と光源スペクトルとを乗じた波形のス

ペクトルとなる。キセノンランプのように輝線スペクトルが多数存在する光源の場合には,単色光の重心

波長が分光器の読み波長と異なる場合が発生する。

ハロゲンランプを使用した場合でも,光源のスペクトルの傾きと回折格子反射率特性とから,波長のず

れが生じることがある。

このような場合,単色光の分光放射照度を測定すれば,これらの困難は回避できる。

B.2.5 

迷光 

分光感度特性測定のときに発生する迷光は,光学素子表面上の散乱ではなく,主に分光器内部の多重回

折である。この迷光は,適切なカットフィルタの使用と内部遮光処理とによって,実用上問題がない程度

に回避できる。ダブルモノクロメータの使用でも迷光を低減させることができるが,光量の低減及び光学

素子の増加によって発生する単色光の放射照度の場所むらの増大が免れない。

また,照射及び集光光学系において窓板表面からの反射は,迷光の原因となることがあるので,光軸に

対し角度をもって配置するなどの配慮が必要である。特に光量を調整する ND フィルタ,セル表面の反射

光などには注意が必要である。

B.2.6 

光量調整 

単色光照度は,波長によって大きく変動する。これは光源スペクトル,分光器,その他の光学系に依存

する。太陽電池の分光感度特性を全波長領域において安定に測定するためには,単色光の照度を調整し,


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一定に保つ機能を搭載することが望ましく,透過率が連続的に変化する回転型透過率可変 ND フィルタを

使用してこの機能を実現する場合が多い。このフィルタは,場所によって透過率が変わるので,フィルタ

が試料上に結像しないように設計する。光を低レベルに押さえるときは,透過光よりも反射光が多くなり

迷光となる可能性があるので,考慮して設計することが必要である。

B.2.7 

チョッパ位相 

チョッパによって光を断続的に遮断するが,そのチョッパ羽根形状が太陽電池表面に結像されると,太

陽電池表面の各部からの電流信号に位相差が生じる。これらの電流に対してロックインアンプは一つの位

相しか設定できないため,太陽電池表面で位相の合致しない部分からの電流信号は,小さい値として測定

される。このような状況では正確な電流値が測定できない。スリット結像位置にチョッパを配置し大きな

直径のチョッパを使用することによって,立ち上がり時間及び立ち下がり時間を小さくして,位相ずれを

小さくすることができる。この他に,太陽電池表面に対し,チョッパが結像しないで,無限大位置となる

ように設計することによって,太陽電池にすべて同じ位相の光が照射されるので,位相ずれを回避するこ

とができる。

B.3 

測定誤差 

分光感度測定における計測誤差の原因としては,次の項目が考えられる。測定データを使用するときに

は,これらの影響をよく吟味して誤差を評価しておく必要がある。

誤差要素は,測定ごとのばらつきを発生し,測定再現性を低下させるもの(A)と,固定的に分光感度波形

の偏りを発生させるもの(B)との二つの種類がある。前者については,繰り返し測定することによって低減

することができる。後者の誤差は,波形のひずみを生み,太陽電池の校正値に影響を及ぼす可能性がより

大きい。

a)

放射光源安定度(A)  単色光源の発光照度が変動すると,測定値が影響を受ける。光源照度をモニタし

変動を補正することによって,これは低減することができる。しかし,あまりに安定度が低いときは,

測定データの不確かさの値は大きくなる。

b)

カラーバイアス安定度(A)  カラーバイアス光照度が変動すると,チョッパと同じ周波数成分の変動は

ロックインアンプを通り,雑音として信号に重畳する。これが不確かさを増加させる。

c)

測定回路(A)  ロックインアンプその他の信号処理回路のもつ雑音は,測定値の不確かさの原因となる。

d)

基準検知器(B)  基準検知器の校正の不確かさは,測定値の不確かさに伝ぱ(播)する。

e)

カラーバイアス光照度及び要素セルの並列抵抗(B)  カラーバイアス光照度が不足したり,要素セルの

並列抵抗が低い場合,測定された分光感度特性が他の要素セルの影響を受けるため,スペクトル波形

がひずむ。

f)

モノクロメータの半値幅(B)  半値幅が拡大すると,測定する分光感度波形がひずみ,誤差を発生する。

また,波長特性が波長によって大きく変化する場合,半値幅が拡大すると更に誤差を大きくする。

g)

単色光の放射照度の場所むら(B)  単色光の放射照度の場所むらが大きく,基準検知器で全面積を測定

しない場合は,放射照度の場所むらが系統的な誤差となる。太陽電池内部での照射光照度が異なるた

め,単色光照度の測定精度が低下し,太陽電池分光感度の場所による違いもそのまま誤差となる。


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参考文献   

[1]

  ASTM E 2236-05a

,Standard Test Methods for Measurement of Electrical Performance and Spectral Response

of Nonconcentrator Multijunction Photovoltaic Cells and Modules

[2]

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”,

M. Meusel, C. Baur, G. Letay et al.

  Prog. Photovol: Res. Appl. 11 (2003) 499-514

[3]

  Characterization of the Silicon-Based Thin Film Multi-Junction Solar Cells

Yoshihiro Hishikawa   Proceeding of the MRS2005 Spring Meeting    Symposium A

[4]

 WCPEC-3

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 World Conference on Photovoltaic Energy Conversion May 11

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SPECTRAL MEASURING CONDITION FOR SOLAR CELL

Tsutomu Okura1, Mitsuru Imaizumi : Poster Presentation 1P-D3-35 WCPEC 3 (2003)

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  CIE Publication 63, The Spectroradiometric Measurement of Light Sources,CIE 63-1984

[6]

  Optimization of measurement condition of photovoltaic devices by Fourier analysis (to be Published)

Tsutomu Okura , Sanekazu Igari, Mitsuru Imaizumi

[7]

  ISO Guide of the expression of uncertainty in measurement (1995)