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JPH0410572B2 - - Google Patents
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JPH0410572B2 - - Google Patents

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JPH0410572B2
JPH0410572B2 JP58191207A JP19120783A JPH0410572B2 JP H0410572 B2 JPH0410572 B2 JP H0410572B2 JP 58191207 A JP58191207 A JP 58191207A JP 19120783 A JP19120783 A JP 19120783A JP H0410572 B2 JPH0410572 B2 JP H0410572B2
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irradiation light
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 この発明は太陽電池の特性を評価する方法およ
びその装置、とりわけ太陽電池の量子効率(流れ
た電子の数/吸収した光子の数)および/または
エネルギー変換効率(太陽電池から出力される電
気エネルギー/入射光のエネルギー)を測定する
方法および装置に関するものである。 従来技術 近年に至り、石油代替エネルギーとしての太陽
エネルギーの利用が重視されるようになり、その
一環として太陽電池の利用分野が急激に拡大しつ
つある。そして最近では乾電池に代わる小電力用
の太陽電池から中電力用のものへも開発が進行し
つつある。このような太陽電池の開発過程におい
ては、その太陽電池の評価、特にエネルギー変換
効率や量子効率を測定することが極めて重要な意
味を持つ。すなわち太陽電池の開発課題としては
効率の良いものを実用化することが最優先される
からである。 従来、太陽電池の特性評価方法としては、光源
に人工光源(ソーラシユミレータ)を用いて光を
太陽電池に照射したときの出力(V−I)特性を
用いて効率を調べる方法が一般的である。このよ
うな評価方法では、ソーラシユミレータの照射に
よる素子の温度上昇に伴う特性変化が生じる前に
測定を終了する必要があり、そのため高速測定が
必要とされており、また大電力用の太陽電池では
高速測定に加えて大電流を測定できる機器が必要
となり、そのため評価装置が複雑かつ高価となる
問題がある。 また従来の評価方法ではソーラシユミレータの
特性が必ずしも一定ではなく、またその強度も一
定ではなく、さらに場合によつてはキセノンラン
プや単色光を用いる場合もあり、このような照射
光の特性のばらつきや強度、照射光の相違などに
起因して、太陽電池間の評価を客観的かつ正確に
行なうことが必ずしも容易ではなかつたのが実情
である。 発明の目的 この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので
あつて、従来の太陽電池の評価方法、評価装置と
全く異なる新しい評価方法および装置を提供する
ことを基本的な目的とするものである。 そしてこの発明は、本発明者等が別途に新しく
発明した光熱分光法(PTS;Photothermal
Spectroscopy)を応用した新規な太陽電池の評
価方法および装置を提供することを目的とする。 従来、各種物質の吸光スペクトルを測定するた
めの光による分光法としては、光の透過度を測定
することによつてその逆数である吸光度を求める
吸光度測定法が広く知られており、また最近では
光音響効果を利用して吸光度を測定する光音響分
光法が開発されている。これに対し本発明者等
は、新しい第3の分光法とも称さるべき光熱分光
法を開発している。この光熱分光法は、試料に波
長の異なる光を照射して、試料に接触して配置し
たサーミスター等の高感度感熱素子によつて照射
した光の波長に対する試料の温度上昇値を直接検
出して、照射光に対する試料の温度上昇のスペク
トルを測定するものである。 本発明者等は上述の光熱分光法の応用について
種々検討した結果、光熱分光法を利用することに
よつて太陽電池の量子効率とエネルギー変換効率
が照射光の種類や強度に関係なく導かれることを
見出し、この発明をなすに至つたのである。 したがつてこの発明は太陽電池間の比較がより
正確に行なえ、かつ測定方法および装置が複雑で
なく取り扱い容易な太陽電池の評価方法および装
置を提供することを目的とする。 発明の構成 上述のような目的を達成するため、この発明の
太陽電池評価方法および装置は、次のような構成
とされる。 すなわち第1発明の太陽電池評価方法は、周囲
から熱的に分離された試料室内に、評価すべき太
陽電池を配置し、その太陽電池に負荷を接続した
状態および接続しない状態のそれぞれにおいて、
選択された波長の光を前記太陽電池に照射してそ
の照射光による太陽電池の温度上昇を直接検出
し、負荷接続状態における照射光による太陽電池
の温度上昇値と負荷非接続状態における照射光に
よる太陽電池の温度上昇値とを用いて太陽電池の
エネルギー変換効率を求めることを特徴とするも
のである。ここでエネルギー変換効率の具体的な
求め方は次の通りである。すなわち、負荷非接続
状態における照射光による太陽電池の温度上昇値
から、負荷接続状態におけ照射光による太陽電池
の温度上昇値を差し引き、その差し引いた値を、
負荷非接続状態における照射光による太陽電池の
温度上昇値で割算した値をエネルギー変換効率と
して用いる。 また第2発明の太陽電池評価方法は、周囲から
熱的に分離された試料室内に、評価すべき太陽電
池を配置し、その太陽電池に可変負荷を接続した
状態および接続しない状態のそれぞれにおいて、
選択された波長の光を前記太陽電池に照射してそ
の照射光による太陽電池の温度上昇を直接検出
し、可変負荷接続状態における照射光による太陽
電池の温度上昇値および可変負荷に発生した電圧
と負荷非接続状態おける照射光による太陽電池の
温度上昇値とを用いて太陽電池の量子効率を求め
ることを特徴とするものである。 ここで量子効率の具体的求め方は次の通りであ
る。すなわち、可変負荷接続状態において照射光
による温度上昇値を負荷を変えて検出すると同時
に負荷に発生する電圧を検出し、各温度上昇値に
照射光の波長で定まるエネルギーを乗じるととも
に負荷非接続状態における温度上昇値で規格化し
た値を縦軸に、負荷に発生した電圧を横軸にとつ
てグラフを作成し、そのグラフ上において、負荷
の値を実質的に零とした時の温度上昇値に対応す
る点から温度上昇値が最低となる点までの範囲内
における各点を直線で近似し、その直線の傾きに
より量子効率を求める。 なお上述の直線近似は例えば最小自乗法によつ
てなされる。 さらに第3発明の太陽電池評価装置は、評価す
べき太陽電池を収容するための周囲から熱的に分
離された試料室と、 その試料室内に設置された太陽電池に対して選
択された波長の光を照射する照射手段と、 照射光による太陽電池の温度上昇を直接検出す
る温度検出手段と、 太陽電池に開閉可能に接続される可変負荷を備
えた可変負荷電圧検出手段と、 前記温度検出手段および可変負荷電圧検出手段
からの検出信号を記憶・演算する記憶演算手段と
を有してなり、 前記記憶演算手段は、負荷が接続されていない
状態において前記温度検出手段により検出された
太陽電池の照射光による温度上昇値と、負荷が接
続されている状態において前記温度検出手段によ
り検出された太陽電池の照射光による温度上昇値
および発生した電圧を記憶・演算して太陽電池の
量子効率および/またはエネルギー変換効率を求
めるようにされていることを特徴とするものであ
る。 ここで前記記憶演算手段は、前記記憶演算手段
は、負荷非接続状態において温度検出手段により
検出された太陽電池の照射光による温度上昇値
と、負荷接続状態において温度検出手段により検
出された太陽電池の照射光による温度上昇値を記
憶し、かつその記憶された負荷非接続状態におけ
る温度上昇値から記憶された負荷接続状態におけ
る温度上昇値を差し引き、その差し引いた値を負
荷非接続状態における温度上昇値で割り算してそ
の値をエネルギー変換効率としてデータ出力する
ようにされている。 また前記記憶演算手段は、負荷非接続状態にお
いて温度検出手段により検出された太陽電池の照
射光による温度上昇値と、負荷接続状態において
可変負荷電圧検出手段により負荷の値を変化させ
た各負荷値に対応する太陽電池の照射光による温
度上昇値および発生した電圧とを記憶し、かつ負
荷接続状態において負荷の値を変えて得られた照
射光による温度上昇値に照射光の波長のエネルギ
ーを乗じかつその値を負荷非接続状態における照
射光による温度上昇値で規格化した値を、関数と
して記憶させ、その関数における負荷を実質的に
零とした状態での前記規格化された値から温度上
昇値が最低の値に対応する前記規格化された値ま
での範囲内の値を直線で近似し、その直線の傾き
を演算により求めて量子効率としてデータ出力す
るようにされている。 さらに前記照射光手段は、光源と、その光源か
らの光から太陽電池に照射すべき波長の光を選択
するための波長選択器と、太陽電池に対する照射
光を断続するための照射光断続手段とを備えた構
成とされている。 ここで前記波長選択器は、光源からの光を分光
する分散素子を有する分光器、もしくはそれぞれ
異なる波長帯域を有する複数個のバンドパスフイ
ルタで構成されている。 また前記照射光断続手段は、光遮断器(いわゆ
るシヤツター)と、その光遮断器を太陽電池に対
する照射光の光路に挿入および離脱させるための
駆動手段と、その駆動手段を制御する制御部とか
ら構成され、その光遮断器は、その開放のタイミ
ングが前記温度検出手段の出力信号を処理判定し
た結果により制御されかつ遮断のタイミングが予
め設定した開放時間でなされるように構成され
る。 また前記照射光断続手段は、光遮断器と、その
光遮断器を太陽電池に対する照射光の光路に挿入
および離脱させるための駆動手段と、その駆動手
段を制御する制御部とから構成され、その制御部
は光遮断器の開放時間および遮断時間を設定する
ためのタイマーを備えた構成とされる。 あるいはまた前記照射光断続手段は、光透過部
および光遮蔽部を交番的に形成した光断続器(い
わゆるチヨツパー)と、その光断続器を駆動する
駆動手段と、その駆動手段を制御する制御部とに
よつて構成され、予め設定した速度で前記光断続
器の駆動速度を制御することによつて照射・遮断
時間が制御されるように構成される。 一方前記温度検出手段は、測定範囲内において
実質的に特性が同じ2個の感熱素子と、両感熱素
子の出力の差を検出する回路とによつて構成し、
一方の感熱素子は太陽電池の温度を直接検出する
べく太陽電池に接触して配置するとともに、他方
の感熱素子は太陽電池の周囲の温度を検出するべ
く太陽電池近傍に配置し、両感熱素子の出力の差
を検出することにより周囲の温度変化の影響を除
去した太陽電池のみの温度上昇を検出するように
構成する。 ここで前記出力差検出回路は、前記両感熱素子
を組込んだ直流ブリツジもしくは交流ブリツジで
構成される。 さらに前記可変負荷電圧検出手段は、前記温度
検出手段の出力信号を処理判定する判定手段の出
力信号によつて負荷の値が順次変化せしめられ、
その各負荷の値において発生した電圧および電流
値が順次記憶演算手段に送られるように構成され
る。 実施例 以下この発明の太陽電池の評価方法および評価
装置の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。 第1図はこの発明の太陽電池評価方法に使用さ
れる装置の一例、すなわち第3発明の一実施例を
示すものであつて、評価対象となる太陽電池1
は、周囲から熱的に分離された試料室2内に配置
されている。前記試料室2は、図示の例では断熱
材からなる内壁2Aと同じく断熱材からなる外壁
2Bとの二重壁で構成し、その内壁2Aと外壁2
Bとの間の空間に液体(図示せず)を充填して、
より断熱性に優れた構成としているが、場合によ
つては一重の壁でもよい。 前記試料室2の外壁2Bの一方の面には照射光
を太陽電池に向けて集光するための集光レンズ3
が設けられており、また内壁2Aには集光レンズ
3に対応する位置に透過窓4が設けられている。
したがつて試料室外部からの照射光は集光レンズ
3および透過窓4を介して太陽電池1に照射され
る。 前記太陽電池1にはその太陽電池1の温度を検
出するための高感度感熱素子5、例えばサーミス
タが直接取付けられ、またその太陽電池1の近傍
の位置には前記太陽電池用の感熱素子5と実質的
に特性が同じサーミスタ等の高感度感熱素子から
なる参照用の感熱素子6が配置されている。後者
の感熱素子6は、太陽電池1の周囲の温度による
測定誤差への影響を除去して、太陽電池1自体の
温度上昇を検出するために設けられている。なお
いずれの感熱素子5,6も直接照射光が入射され
ない位置に配置することが望ましい。 さらに試料室2内には、集光レンズ3から太陽
電池1に至る照射光路付近に必要に応じてハーフ
ミラー7が配設されている。このハーフミラー7
は、後述する光源8の波長分布の較正を行つて、
光源8の波長による強度のばらつきに起因する測
定誤差を解消するため(すなわち出力データの規
格化のため)、照射光の一部を必要に応じて試料
室2内に設置したカーボンブラツク9に導くため
のものであり、図示しないモータ等の回転駆動手
段により、照射光路中の位置(すなわち照射光の
一部をカーボンブラツク9へ反射させる位置)
と、照射光路から離脱した位置(すなわち照射光
の一部をカーボンブラツク9へ反射させない位
置)との間で回転もしくは進退移動せしめられる
ように構成されている。そして前記カーボンブラ
ツク9にも、前述の各感熱素子5,6と実質的に
同じ特性のサーミスタ等の標準用感熱素子10
が、照射光を直接受けない位置に取付けられてい
る。なお前述のごとき光源8の波長分布の較正を
行なわない通常の測定時においてはハーフミラー
7は照射光路から離脱させておく。 前記光源8は、高輝度光源例えばキセノン光源
等からなるものであり、その前面側には光源8か
らの不要な赤外領域の光をカツトするフイルタ1
1と、集光レンズ12とがその順に配置されてい
る。さらにその集光レンズ12と試料室2の側の
集光レンズ3との間の光路には、第1の照射光断
続手段13の一部を構成する光遮断器としてのシ
ヤツター14と、第2の照射光断続手段15の一
部を構成する回転型の光断続器としてのチヨツパ
ー16と、波長選択器としての分光器17とがそ
の順に設けられている。 前記シヤツター14は、そのシヤツターを光路
中に挿入および離脱させて光路の開閉を行うため
のモータ等の駆動手段18に連結されており、そ
のシヤツター駆動手段18はこれを駆動制御する
ための駆動回路19に電気的に接続されている。
一方チヨツパー16は、回転中心に対し所定角度
をなす範囲が切欠かれて光透過部とされ、残りの
角度範囲が光遮蔽部とされて、予め設定した回転
速度で回転させることにより所要の周期で光路の
開閉が繰返されるように構成されている。このチ
ヨツパー16にはモータ等のチヨツパー駆動手段
20が連結されており、そのチヨツパー駆動手段
20にはこれを駆動制御するための駆動回路21
が電気的に接続されている。なおチヨツパー16
に対しては、そのチヨツパー16による光路の開
閉と同期した信号を出力させるための同期信号発
生器22が付設されている。 なお上述の例ではシヤツター14等からなる第
1の照射光断続手段13と、チヨツパー16等か
らなる第2の照射光断続手段15との両者を設置
した構成としたが、実際には両者をともに設置し
ておく必要はなく、いずれか一方のみを設置して
おいても良い。 前記分光器17は、光源18から太陽電池1に
照射すべき照射光の波長を選択するためのもので
あつて、平面回折格子等の分散素子17Aを回転
させて選択波長を変化させるための波長選択用駆
動器23が付設されている。なお波長選択器とし
ては、分光器17の代りに、それぞれ異なる波長
帯域を有する複数のバンドパスフイルタで構成
し、光源8からの光が通過すべきフイルタを交換
することにより太陽電池1に対する照射光の波長
を選択するように構成しても良い。この場合複数
のフイルタを例えば回転円板に取付け、例えばモ
ータ等の波長選択用駆動器によりその回転円板を
回転させることによつて太陽電池1への照射光の
波長を変えるように構成することができる。 なお場合によつては光源8として高輝度光源の
代りに単一波長レーザー光源あるいは可変波長レ
ーザー光源を用いても良く、その場合には分光器
17などの波長選択器を省くことができる。 前記太陽電池用感熱素子5および参照用感熱素
子6は、それらの出力差を検出する出力差検出回
路23に接続されている。この出力差検出回路2
3は、周囲温度の影響を除去した太陽電池1のみ
の温度上昇値を検出するためのもので、図示の例
では前記感熱素子5,6をそれぞれ一端に組込ん
だ交流ブリツジ24と、その交流ブリツジ24を
駆動するための例えば10KHzの交流信号を発生す
る発振器25とから構成されている。この交流ブ
リツジ24の出力は同期検出回路26に送られ
る。この同期検出回路26は、前記発振器25の
交流信号と同期して交流ブリツジ24の出力を同
期整流(同期検波)するためのものであり、従つ
て同期検出回路26の出力レベルが周囲温度を補
正した太陽電池1の温度上昇値に相当する。そし
てこの同期検出回路26の出力はデータ処理・制
御部27へ送られる。 ここで前記同期検出回路26は、照射光断続手
段としてチヨツパー16を用いる場合には、交流
ブリツジ24の駆動用の交流信号とチヨツパー1
6の同期信号(同期信号発生器22が発生する信
号)との2種の信号に同期させた二重同期検波と
する。 なお上述の例では出力差検出回路23を交流ブ
リツジ24で構成したが、場合によつては直流ブ
リツジで構成しても良いことはもちろんである。 なおまた前述のように必要に応じて設置される
標準用カーボンブラツク9に関しても、周囲温度
の影響を除去したカーボンブラツク自体の温度上
昇値を検出するように構成する。すなわち、カー
ボンブラツク9に取付けられた標準用感熱素子1
0も前記出力差検出回路23に接続し、その出力
差検出回路23を、太陽電池用感熱素子5と参照
用感熱素子6との出力差を検出するブリツジおよ
び標準用感熱素子10と参照用感熱素子6との出
力差を検出するブリツジを組合わせた二重のブリ
ツジで構成することができる。また場合によつて
は単独のブリツジの一端を、前記太陽電池用感熱
素子5と参照用感熱素子10とで切替えるように
構成しても良い。 なお前述の例では標準用カーボンブラツク9の
周囲温度を検出する手段として太陽電池1の周囲
温度を検出するための感熱素子を共通に用いてい
るが、場合によつては別の感熱素子をカーボンブ
ラツク9の近傍に設置しても良い。 評価すべき太陽電池1には、可変負荷電圧検出
回路30が接続されている。この可変負荷電圧検
出回路30は、基本的には、外部からの信号によ
り制御されて太陽電池1に対する負荷の値が変化
せしめられる可変負荷30Aと、その可変負荷3
0Aと前記太陽電池1との間を開閉するスイツチ
手段30Bと、前記負荷に生じた太陽電池1の起
電力を検出するための電圧検出回路30Cとから
構成されており、また図示の例ではそのほか太陽
電池に流れた電流を検出するための電流検出器3
0Dが設けられている。前記電圧検出回路30C
の検出出力すなわち太陽電池1の起電力V、およ
び電流検出器30Dの検出出力すなわち太陽電池
1に流れた電流iは、データ処理・制御部27の
記憶演算部27Aに送られる。 前記データ処理・制御部27は、前記可変負荷
電圧検出回路30からの太陽電池1の起電力Vお
よび電流iと同期検出回路26の出力(太陽電池
1の温度上昇値)を記憶および演算する記憶演算
部27Aと、その記憶演算部27Aで得られたデ
ータを表示する表示部27Bと、前記記憶演算部
27Aからの信号等に応じて前記可変負荷電圧検
出回路30の負荷30Aの値、シヤツター駆動回
路19、チヨツパー駆動回路21などを制御する
制御部27Cとを有する構成とされている。 ここでシヤツター駆動回路19の制御に関して
は、例えば制御部27Cを、前記同期検出回路2
6から出力される太陽電池自体の温度上昇値に相
当する信号を処理・判定する判定回路と、シヤツ
ター14の開放時間を設定するタイマーとを備え
た構成とし、温度上昇値信号を処理判定した結果
に基いてシヤツター開放指令信号を出力させると
ともに、タイマーに設定された開放時間が経過し
た時にシヤツター遮断指令信号を出力させれば良
い。上述のように太陽電池温度上昇値信号を処
理・判定する判定回路としては、具体的には、温
度上昇値を微分する回路およびその微分値を基準
レベルと比較判定する回路によつて構成し、温度
上昇値の微分値が負の値である場合(すなわち温
度上昇値が下降しつつあるとき)に、その微分値
の絶対値があるレベル以下となつた時にシヤツタ
ー開放指令信号を出力するように構成すれば良
い。 あるいはまたシヤツター駆動回路の制御に関し
ては、制御部27Cがシヤツター14の遮断時間
を設定するタイマーとシヤツター14の開放時間
を設定するタイマーとを備えた構成とし、設定さ
れた遮断時間が経過した時点でシヤツター開放指
令信号を出力し、設定された開放時間が経過した
時点でシヤツター遮断指令信号を出力するように
構成しても良い。 一方チヨツパー駆動回路21の制御に関して
は、制御部27Cを、チヨツパー16の回転速度
を予め設定した速度に制御するチヨツパー回転速
度制御手段を備えた構成とし、その回転速度を制
御することによりチヨツパー16による照射光の
照射時間、遮断時間が定められる構成とすれば良
い。 さらに可変負荷電圧検出回路30の負荷30A
の値の制御に関しては、例えば制御部27Cが、
シヤツター14の開放指令信号もしくは遮断指令
信号と同期して負荷値変更指令信号を出力するよ
うに構成すれば良い。すなわち、シヤツター14
の遮断時間もしくは開放時間が予めタイマーに設
定した時間経過した時点あるいは温度上昇値の微
分値がある値以下となつた時点で負荷値変更指令
信号を出力させれば良い。あるいはチヨツパー1
6の同期信号発生器22からのチヨツパー16の
動作に同期した信号を受入れて、チヨツパー16
による光路の遮断もしくは開放に同期して負荷値
変更指令信号を出力しても良い。 第2図には、太陽電池用感熱素子5および参照
用感熱素子6の出力差を検出するための出力差検
出回路23に用いられる交流ブリツジ24の具体
例を示す。第2図において、演算増幅器28は交
流ブリツジの作動アンプとして動作し、演算増幅
器29は発振器25の発振周波数例えば10KHzの
帯域フイルタとして動作する。 次に上述のような装置により太陽電池の評価を
行なう際の装置の全体的な動作ないし測定方法を
説明する。 予め測定すべき太陽電池1に感熱素子5を取付
けるとともに可変負荷電圧検出回路30を接続し
て試料室2の所定位置に設置しておき、波長選択
器例えば分光器17あるいはバンドパスフイルタ
によつて照射すべき光の波長を設定しておく。な
お最初の測定時においてはスイツチ手段30Bを
開放させて可変負荷30Aを太陽電池1に接続し
ない状態、すなわちオープンサーキツトの状態と
したものとする。 そしてシヤツター14もしくはチヨツパー16
により光路を開放させれば、前記波長の光が太陽
電池1に照射され、その照射光のエネルギーのう
ち太陽電池1に吸収されたエネルギーは全て熱と
なり、太陽電池1の温度が上昇する。この太陽電
池1の温度は感熱素子5によつて検出される。一
方太陽電池1の周囲の温度も上昇し、その周囲温
度は感熱素子6によつて検出される。両者の温度
差が出力差検出回路23によつて検出され、太陽
電池1の温度から周囲温度を差引いた温度、すな
わち周囲温度に対する補正を行なつた太陽電池1
のみの温度上昇値に相当する信号が同期検出回路
26から出力されて、その信号がデータ処理・制
御部27に送られる。 太陽電池1に対する照射時間がタイマーで予め
設定したシヤツター14の開放時間に達した時、
あるいはチヨツパー16の回転速度で定まる光透
過時間に達した時に、太陽電池1への照射光の光
路がシヤツター14またはチヨツパー16の遮蔽
部によつて遮断される。この光路遮断によつて太
陽電池1の温度は急速に下降するのに対し周囲温
度の下降速度は極めて遅いが、前述のように周囲
温度に対する補正を行なつているから、データ処
理・制御部27には周囲温度の影響を除去した太
陽電池1自体の照射光による温度上昇値が与えら
れることになる。 このようにして測定した太陽電池1の温度変化
の時間に対する波形を第3図に示す。第3図にお
いて破線Aは周囲温度に対する補正を行なわない
場合の太陽電池1の温度変化を示し、破線Bは周
囲温度の変化を示し、実線Cは周囲温度に対する
補正を行なつた太陽電池1の温度変化すなわち同
期検出回路26の出力波形を示す。この同期検出
回路26の出力波形Cおよび各照射期間中の最大
温度上昇値(第3図のΔT)が太陽電池1の負荷
非接続状態における温度上昇値として記憶・演算
部27Bにおいて記憶される。 一方前記可変負荷電圧検出回路30におけるス
イツチ手段30Bを閉じた状態、すなわち太陽電
池1に可変負荷30Aを接続した状態において、
前述の負荷非接続状態での測定と同じ波長の光を
照射して太陽電池の温度上昇値を測定すると同時
に太陽電池1の起電力Vおよび電流iを測定し、
それらの測定値を記憶・演算部27Bに記憶させ
る。この場合、可変負荷30Aの値を順次変化さ
せ、各負荷値において太陽電池1の温度上昇値、
起電力V、電流iを測定して記憶させる。なお各
負荷の値における温度上昇値の測定は、前述の場
合と同様に周囲温度に対する補正を行なうものと
する。このように負荷を接続した状態では、吸収
したエネルギーの一部が電気エネルギーとなり、
残りのエネルギーが熱となつて太陽電池が温度上
昇する。 ここである負荷の値での測定が終了して光路が
遮断された後、次の異なる負荷の値での測定のた
めの照射が開始されるタイミングは、シヤツター
14の場合は前述のように前述のようにタイマー
の設定によつて制御されるか、あるいは温度上昇
値の微分値がある値以下となることによつて制御
され、またチヨツパー16が用いられている場合
にはその回転速度によつて定められる。いずれに
しても、光路遮断後に再び照射が開始されるタイ
ミングは、太陽電池1の温度が充分に低下して周
囲温度とほぼ同じとなつた時点となるように設定
もしくは制御される。もちろん場合によつてはあ
る負荷の値での測定を2回以上繰返しても良い。 なお実際の測定においてはシヤツター14とチ
ヨツパー16のいずれを用いても良いが通常は感
熱素子の応答速度が遅い場合にはシヤツター14
を用い、応答速度が充分に速い場合にはチヨツパ
ー16を用いることができる。 このようにして順次異なる負荷での測定が行な
われて、最終的に全負荷値領域での測定が終了す
る。 なお種々の異なる波長で上述のような測定を行
なうことができるが、その場合には太陽電池温度
上昇値の測定値は標準用カーボンブラツク9の感
熱素子10の測定値によつて規格化することが望
ましい。すなわち光源8には波長特性が存在し、
波長によつて強度が相異するから、絶対的な太陽
電池1の特性評価を行なうためには、光源8の波
長特性の影響を除去することが望ましい。前述の
装置では、ハーフミラー7を光路中に挿入して照
射光をカーボンブラツク9に導き、感熱素子10
によつて全測定波長領域の各波長についてその温
度上昇値を測定する。この場合の具体的測定方法
は太陽電池1についての測定と同様である。この
ようにして得られたカーボンブラツク9の各波長
での温度上昇値によつて前記太陽電池1の温度上
昇値を割算することによつて太陽電池1の温度上
昇値が規格化される。なおカーボンブラツク9に
ついての測定は前述のようにハーフミラー7を設
けた場合には太陽電池1についての測定と同時に
行なうことができ、このような同時測定の場合に
は太陽電池1の測定値をその場で規格化すること
ができるが、勿論カーボンブラツク9の測定を太
陽電池1の測定とは別に行ない、その測定値を記
憶させておいて太陽電池1の測定時にカーボンブ
ラツクの測定値を読み出して太陽電池1の測定値
を規格化しても良い。後者の場合にはハーフミラ
ー7の代わりに通常のミラーを用いることができ
る。 次に前述のような各測定値を用いての太陽電池
の量子効率とエネルギー変換効率の求め方の原理
を説明する。 太陽電池にある波長の光を照射すれば、その照
射エネルギーは波長に応じて定まつた値、すなわ
ちE(eV/photon)となつている。ここで太陽電
池にその波長の光をt秒間照射し、太陽電池に吸
収された光の強度をI(photon/sec)とすれば、
太陽電池が得た総エネルギーは、 EIt …(1) で表わされる。太陽電池に負荷を接続した状態で
はこの総エネルギーEItが熱エネルギーおよび太
陽電池の外部負荷に取出される電気エネルギーと
なる。ここで照射光による太陽電池の起電力を
V、太陽電池に流れた電流をiとすれば、その電
流の流れた間時は照射時間tと同じであるから、
照射光による電気エネルギーは Vit …(2) となる。照射光により発生した熱をQscとすれ
ば、(1)、(2)から EIt=(熱エネルギー)+(電気エネルギー) =Qsc+Vit …(3) となる。従つて、 Qsc=EIt−Vit …(4) となる。 負荷を接続しない状態においては太陽電池の吸
収エネルギーは全て熱となるから、負荷を接続し
ないオープンサーキツトの熱をQocとすれば、 Qoc=EIt …(5) で与えられる。従つて(4)、(5)式から、次の(6)式が
導かれる。 Qsc/Qoc=EIt−Vit/EIt …(6) この(6)式を温度変化の式に書き改めれば、 ΔTsc/ΔToc=EIt−Vit−KΔT/EIt−KΔT0 …(7) 但し(7)式において、ΔTscは負荷を接続した状
態における太陽電池の照射光による温度変化、
ΔTocは負荷を接続しない状態における太陽電池
の照射光による温度変化をあらわす。またKΔT
は負荷を接続したときの温度変化時において太陽
電池からその周囲に熱伝導によつて失われた熱、
KΔT0はオープンサーキツトでの温度変化時にお
いて周囲へ失われた熱をあらわす。しかしながら
KΔT、KΔT0はいずれも極めて小さいから、こ
れらは無視することができ、従つて(7)式は次のよ
うに表わせる。 ΔTsc/ΔToc=1−Vi/EI …(8) ここで量子効率nqは nq=i/I …(9) で表されるから、(8)から、 ΔTsc/ΔToc=1−nq・V/E …(10) となる。 なお(10)式においてnq・V/Eは、 nq・V/E=iV/IE=np …(11) であつて、エネルギー変換効率np、すなわち入
射エネルギーのうち外部へ取出された電気エネル
ギーの割合を表わしている。 (10)式に変形すれば、 E(ΔTsc/ΔToc)=−nqV+E …(12) となる。従つて横軸に起電力Vを、縦軸に E(ΔTsc/ΔToc)をプロツトして(12)式をグラフ
化すれば、その傾きがnqに相当し、その傾きを
求めることによつて量子効率が求められる。 一方エネルギー変換効率npは、(10)、(11)式から、 np(%)=(1−ΔTsc/ΔToc)×100 …(13) で表わされるから、ΔTsc、ΔTocの値から簡単
な演算によつて求めることができる。なおエネル
ギー変換効率npは、前述のV〜E(ΔTsc/
ΔToc)プロツトの各点(すなわち各負荷の値に
対応する各測定点)で求めることができるが、通
常太陽電池の評価としてはその各点のnpのうち、
最大のもので表わす。 以上のような原理に従つて実際に太陽電池の量
子効率およびエネルギー変換効率を求める具体的
フローを第4図に示す。 第4図において、太陽電池に照射する光の波長
が照射手段により選択されれば、照射エネルギー
E(ev/photon)が決定される。この波長に応じ
たエネルギーEの値は予め記憶演算部27Aその
他の適宜のメモリーに記憶させておき、波長の選
択によつて自動的に波長に応じたEの値が読み出
される。そして負荷を接続しない状態で太陽電池
に前記波長の光を照射したときの太陽電池の温度
上昇値ΔTocを測定してその値を記憶させる。ま
た負荷を接続した状態で太陽電池に同じ波長の光
を照射したときの太陽電池の温度上昇値ΔTsc
を、負荷の値を順次変化させて測定し、併せて各
負荷値において太陽電池に生じた起電力Vおよび
太陽電池に流れた電流iを測定し、各負荷値にお
ける ΔTsc、V、iを記憶させる。なおここで温度
上昇値ΔToc、ΔTscとしては、前述のように周
囲温度に対する補正を行つた後の太陽電池自体の
温度上昇値を記憶させることが望ましいことは勿
論であり、さらに望ましくはカーボンブラツクに
よつて規格化した温度上昇値を記憶させることが
好ましい。 続いて負荷を接続した状態での温度上昇値
ΔTscを、負荷を接続しない状態での温度上昇値
ΔTocで割算してΔTsc/ΔTocを求め、これに照
射光のエネルギーEを乗じてE(ΔTsc/ΔToc)
を求める。なおこの演算は各負荷値ごとに行うこ
とは勿論である。 そして縦軸yをE(ΔTsc/ΔToc)とし、横軸
xを起電力Vとして、V〜E(ΔTsc/ΔToc)を
関数化し、グラフAを求め、そのグラフAの各点
(すなわち各負荷値に対応する各測定点)を記憶
させ、記憶した各点に対して最小自乗法により直
線近似を行なう。なおここでグラフAの直線近似
は、負荷をシヨートして負荷の値を実質的の零と
した点(すなわち負荷によつて測定される起電力
Vが零の点)から、温度上昇値が最低となる点付
近までの範囲内の測定点に対して行なう。そして
得られた直線y=−ax+bの傾きaを求める。
この傾きaが前記(12)式から明らかなように量子効
率nqに相当するから、この値を量子効率として
記録表示させる。 一方エネルギー効率は、前述にようにして記憶
した、負荷を接続した状態での温度上昇値
ΔTsc、負荷を接続しない状態での温度上昇値
ΔTocを用いて前記(13)式に従つて演算するこ
とによつて各負荷値ごとに求められ、その値が記
録表示される。この場合、各負荷に対応するエネ
ルギー変換効率のうちから、最大のものを抽出し
て記録表示させても良い。 第5図には、本発明者等がこの発明の方法にし
たがつてアモルフアスシリコン太陽電池に
632.8nmのHe−Neレーザー光を実際に照射した
場合の太陽電池起電力VとEΔTsc/ΔTocとの相
関特性(すなわち第4図のグラフAに対応するも
の)、および起電力Vと出力電力との相関関係を
示す。この場合最適負荷による最大エネルギー変
換効率npは19%、量子効率nqは68%と算出され
た。 また第5図の例とは別に、本発明者等がシリコ
ン(Si)太陽電池およびGaAs太陽電池について
この発明の方法にしたがつて最適負荷による最大
エネルギー変換効率npおよび量子効率nqを調べ
た結果を第1表に示す。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD This invention relates to a method and apparatus for evaluating the characteristics of a solar cell, in particular quantum efficiency (number of electrons flowing/number of photons absorbed) and/or energy conversion efficiency (output from a solar cell). The present invention relates to a method and apparatus for measuring the electric energy generated/energy of incident light. BACKGROUND ART In recent years, emphasis has been placed on the use of solar energy as an energy alternative to oil, and as part of this, the field of use of solar cells is rapidly expanding. Recently, development is progressing from small-power solar cells to medium-power solar cells to replace dry batteries. In the process of developing such solar cells, it is extremely important to evaluate the solar cells, especially to measure energy conversion efficiency and quantum efficiency. In other words, the top priority in the development of solar cells is to put highly efficient ones into practical use. Conventionally, the typical method for evaluating the characteristics of solar cells is to use an artificial light source (solar simulator) as a light source and examine the efficiency using the output (V-I) characteristics when light is irradiated onto the solar cell. It is. In this evaluation method, it is necessary to finish the measurement before the characteristics change due to the temperature rise of the element due to irradiation from the solar simulator. Therefore, high-speed measurement is required, and high-power solar Batteries require equipment that can measure large currents in addition to high-speed measurements, which poses the problem of making evaluation equipment complex and expensive. In addition, in conventional evaluation methods, the characteristics of the solar simulator are not necessarily constant, nor is its intensity constant, and in some cases xenon lamps or monochromatic light are used, and the characteristics of such irradiated light are not always constant. The reality is that it has not always been easy to objectively and accurately evaluate solar cells due to variations in solar cell intensity, intensity, and differences in irradiation light. Purpose of the Invention This invention has been made in view of the above circumstances, and its basic purpose is to provide a new evaluation method and device that are completely different from conventional solar cell evaluation methods and devices. be. This invention is based on photothermal spectroscopy (PTS), which was newly invented by the present inventors.
The purpose of this research is to provide a new method and device for evaluating solar cells using spectroscopy. Conventionally, the absorbance measurement method, which calculates the reciprocal of absorbance by measuring the transmittance of light, has been widely known as a spectroscopic method using light to measure the absorption spectrum of various substances. Photoacoustic spectroscopy has been developed to measure absorbance using the photoacoustic effect. In response, the present inventors have developed a photothermal spectroscopy method that should also be referred to as a new third spectroscopy method. This photothermal spectroscopy involves irradiating a sample with light of different wavelengths and directly detecting the temperature rise of the sample relative to the wavelength of the irradiated light using a highly sensitive thermosensitive element such as a thermistor placed in contact with the sample. This method measures the spectrum of the temperature rise of the sample in response to irradiation light. As a result of various studies on the application of the above-mentioned photothermal spectroscopy, the present inventors have found that by using photothermal spectroscopy, the quantum efficiency and energy conversion efficiency of solar cells can be derived regardless of the type and intensity of irradiated light. They discovered this and came up with this invention. Therefore, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for evaluating solar cells, which allow more accurate comparison between solar cells, and which are not complicated and easy to handle. Configuration of the Invention In order to achieve the above objects, the solar cell evaluation method and device of the present invention have the following configuration. That is, in the solar cell evaluation method of the first invention, a solar cell to be evaluated is placed in a sample chamber that is thermally isolated from the surroundings, and a load is connected to the solar cell and a load is not connected, respectively.
The solar cell is irradiated with light of a selected wavelength and the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light is directly detected, and the temperature rise value of the solar cell due to the irradiation light in the load connected state and the temperature rise value due to the irradiation light in the load disconnected state are calculated. This method is characterized in that the energy conversion efficiency of the solar cell is determined using the temperature rise value of the solar cell. Here, the specific method for determining energy conversion efficiency is as follows. In other words, the value of the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in the load connected state is subtracted from the temperature rise value of the solar cell due to the irradiation light in the load disconnected state, and the subtracted value is
The value divided by the temperature rise value of the solar cell due to the irradiation light when the load is not connected is used as the energy conversion efficiency. Further, in the solar cell evaluation method of the second invention, a solar cell to be evaluated is placed in a sample chamber that is thermally isolated from the surroundings, and a variable load is connected to the solar cell and a variable load is not connected to the solar cell.
The solar cell is irradiated with light of a selected wavelength and the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light is directly detected, and the value of the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in the variable load connected state and the voltage generated in the variable load are calculated. This method is characterized in that the quantum efficiency of the solar cell is determined using the temperature rise value of the solar cell due to irradiation light in a state where no load is connected. Here, the specific method for determining the quantum efficiency is as follows. In other words, when the variable load is connected, the temperature rise value due to the irradiation light is detected by changing the load, the voltage generated in the load is detected at the same time, each temperature rise value is multiplied by the energy determined by the wavelength of the irradiation light, and the temperature rise value when the load is not connected is detected. Create a graph with the value normalized by the temperature rise value on the vertical axis and the voltage generated at the load on the horizontal axis, and on the graph, calculate the temperature rise value when the load value is set to practically zero. Each point within the range from the corresponding point to the point where the temperature rise value is the lowest is approximated by a straight line, and the quantum efficiency is determined from the slope of the straight line. Note that the above-mentioned linear approximation is performed by, for example, the method of least squares. Furthermore, the solar cell evaluation device of the third invention includes a sample chamber thermally isolated from the surroundings for accommodating the solar cell to be evaluated, and a wavelength selected for the solar cell installed in the sample chamber. irradiating means for irradiating light; temperature detecting means for directly detecting a temperature rise in the solar cell due to the irradiated light; variable load voltage detecting means having a variable load connected to the solar cell so as to be openable and closable; and the temperature detecting means. and storage and calculation means for storing and calculating the detection signal from the variable load voltage detection means, and the storage and calculation means stores and calculates the temperature of the solar cell detected by the temperature detection means in a state where no load is connected. The temperature rise value due to the irradiation light, the temperature rise value due to the irradiation light of the solar cell detected by the temperature detecting means in a state where a load is connected, and the generated voltage are stored and calculated to determine the quantum efficiency of the solar cell and/or the generated voltage. Alternatively, the method is characterized in that the energy conversion efficiency is determined. Here, the storage calculation means stores a temperature rise value due to the irradiation light of the solar cell detected by the temperature detection means in the load disconnected state, and a temperature rise value of the solar cell detected by the temperature detection means in the load connected state. The temperature rise value caused by the irradiation light is stored, and the stored temperature rise value in the load disconnected state is subtracted from the stored temperature rise value in the load disconnected state, and the subtracted value is calculated as the temperature rise value in the load disconnected state. It is designed to divide by the value and output the value as data of energy conversion efficiency. Further, the memory calculation means stores a temperature rise value due to the irradiation light of the solar cell detected by the temperature detection means in the load disconnected state, and each load value obtained by changing the load value by the variable load voltage detection means in the load connected state. The temperature rise value due to the irradiation light of the solar cell corresponding to the irradiation light and the generated voltage are memorized, and the temperature rise value due to the irradiation light obtained by changing the load value in the load connected state is multiplied by the energy of the wavelength of the irradiation light. A value obtained by normalizing this value by the temperature rise value due to irradiation light in a state where no load is connected is stored as a function, and the temperature rise from the normalized value when the load in that function is substantially zero. Values within the range up to the normalized value corresponding to the lowest value are approximated by a straight line, and the slope of the straight line is calculated and output as data as quantum efficiency. Furthermore, the irradiation light means includes a light source, a wavelength selector for selecting the light of a wavelength to be irradiated to the solar cells from the light from the light source, and an irradiation light intermittent means for intermittent the irradiation light to the solar cells. It is said to be configured with the following. Here, the wavelength selector is comprised of a spectroscope having a dispersion element that separates light from a light source, or a plurality of bandpass filters each having a different wavelength band. The irradiation light intermittent means includes a light interrupter (so-called shutter), a drive means for inserting and removing the light interrupter into and out of the optical path of the irradiation light to the solar cell, and a control section for controlling the drive means. The optical circuit breaker is configured such that the opening timing thereof is controlled by the result of processing and determining the output signal of the temperature detecting means, and the opening timing is set at a preset opening time. The irradiation light intermittent means includes a light interrupter, a drive means for inserting and removing the light interrupter into and out of the optical path of the irradiation light to the solar cell, and a control section for controlling the drive means. The control unit is configured to include a timer for setting the opening time and cut-off time of the optical interrupter. Alternatively, the irradiation light intermittent means may include an optical interrupter (so-called chopper) in which a light transmitting part and a light shielding part are alternately formed, a driving means for driving the optical interrupter, and a control section for controlling the driving means. The irradiation/interruption time is controlled by controlling the drive speed of the optical interrupter at a preset speed. On the other hand, the temperature detection means is constituted by two heat-sensitive elements having substantially the same characteristics within the measurement range, and a circuit for detecting the difference in output between the two heat-sensitive elements,
One heat-sensitive element is placed in contact with the solar cell to directly detect the temperature of the solar cell, and the other heat-sensitive element is placed near the solar cell to detect the temperature around the solar cell. By detecting the difference in output, the configuration is configured to detect the temperature rise of only the solar cells, which eliminates the influence of ambient temperature changes. Here, the output difference detection circuit is constituted by a DC bridge or an AC bridge incorporating both the heat-sensitive elements. Furthermore, the variable load voltage detection means is configured to sequentially change the value of the load based on the output signal of the determination means for processing and determining the output signal of the temperature detection means;
The voltage and current values generated at each load value are sequentially sent to the storage calculation means. Examples Examples of the solar cell evaluation method and evaluation apparatus of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of the apparatus used in the solar cell evaluation method of the present invention, that is, an embodiment of the third invention, and shows a solar cell 1 to be evaluated.
is arranged in a sample chamber 2 that is thermally isolated from the surroundings. In the illustrated example, the sample chamber 2 is composed of a double wall including an inner wall 2A made of a heat insulating material and an outer wall 2B made of a heat insulating material.
Filling the space between B with a liquid (not shown),
Although the structure is designed to have better heat insulation, a single wall may be used in some cases. On one side of the outer wall 2B of the sample chamber 2 is a condenser lens 3 for concentrating the irradiated light toward the solar cell.
A transmission window 4 is provided on the inner wall 2A at a position corresponding to the condenser lens 3.
Therefore, the irradiated light from outside the sample chamber is irradiated onto the solar cell 1 through the condenser lens 3 and the transmission window 4. A highly sensitive heat-sensitive element 5, such as a thermistor, for detecting the temperature of the solar cell 1 is directly attached to the solar cell 1, and a heat-sensitive element 5 for the solar cell is installed near the solar cell 1. A reference heat-sensitive element 6 made of a highly sensitive heat-sensitive element such as a thermistor having substantially the same characteristics is arranged. The latter heat-sensitive element 6 is provided to eliminate the influence of the temperature around the solar cell 1 on measurement errors and to detect a temperature rise in the solar cell 1 itself. Note that it is desirable that both of the heat-sensitive elements 5 and 6 be arranged at a position where the irradiation light is not directly incident. Further, in the sample chamber 2, a half mirror 7 is disposed as necessary near the irradiation optical path from the condenser lens 3 to the solar cell 1. This half mirror 7
After calibrating the wavelength distribution of the light source 8, which will be described later,
In order to eliminate measurement errors caused by variations in intensity due to the wavelength of the light source 8 (i.e., to standardize output data), a part of the irradiated light is guided to a carbon black 9 installed in the sample chamber 2 as necessary. The position in the irradiation optical path (i.e., the position where part of the irradiation light is reflected to the carbon black 9) is determined by a rotational drive means such as a motor (not shown).
and a position away from the irradiation optical path (that is, a position where a part of the irradiation light is not reflected to the carbon black 9). The carbon black 9 also includes a standard heat sensitive element 10 such as a thermistor having substantially the same characteristics as each of the heat sensitive elements 5 and 6 described above.
However, it is installed in a position where it is not directly exposed to the irradiation light. Note that during normal measurement without performing the calibration of the wavelength distribution of the light source 8 as described above, the half mirror 7 is kept out of the irradiation optical path. The light source 8 is a high-intensity light source, such as a xenon light source, and a filter 1 is provided on the front side of the light source 8 to cut out unnecessary infrared light from the light source 8.
1 and a condenser lens 12 are arranged in that order. Further, in the optical path between the condenser lens 12 and the condenser lens 3 on the sample chamber 2 side, there is a shutter 14 as a light interrupter that constitutes a part of the first irradiation light interrupting means 13, and a second A chopper 16 as a rotary optical interrupter constituting a part of the irradiation light interrupter 15 and a spectrometer 17 as a wavelength selector are provided in that order. The shutter 14 is connected to a driving means 18 such as a motor for opening and closing the optical path by inserting and removing the shutter into and out of the optical path, and the shutter driving means 18 includes a driving circuit for driving and controlling the shutter. It is electrically connected to 19.
On the other hand, the chopper 16 is cut out at a predetermined angle with respect to the center of rotation to serve as a light transmitting section, and the remaining angle range is used as a light shielding section. The optical path is configured to be repeatedly opened and closed. A chopper driving means 20 such as a motor is connected to the chopper 16, and a drive circuit 21 for controlling the chopper driving means 20 is connected to the chopper 16.
are electrically connected. In addition, Chiyotsupa 16
A synchronizing signal generator 22 is provided for outputting a signal synchronized with the opening and closing of the optical path by the chopper 16. In the above example, the first irradiation light intermittent means 13 consisting of the shutter 14 etc. and the second irradiation light intermittent means 15 consisting of the chopper 16 etc. are both installed, but in reality both are installed. It is not necessary to install them, and only one of them may be installed. The spectroscope 17 is for selecting the wavelength of the irradiation light to be irradiated onto the solar cell 1 from the light source 18, and is for changing the selected wavelength by rotating the dispersion element 17A such as a plane diffraction grating. A selection driver 23 is attached. Note that the wavelength selector is composed of a plurality of bandpass filters each having a different wavelength band instead of the spectrometer 17, and by replacing the filter through which the light from the light source 8 should pass, the light irradiated to the solar cell 1 can be changed. The configuration may be such that the wavelength of the wavelength is selected. In this case, a plurality of filters may be attached to a rotating disk, for example, and the wavelength of the light irradiated to the solar cell 1 may be changed by rotating the rotating disk using a wavelength selection driver such as a motor. I can do it. Note that in some cases, a single wavelength laser light source or a variable wavelength laser light source may be used as the light source 8 instead of the high-intensity light source, and in that case, a wavelength selector such as the spectrometer 17 can be omitted. The solar cell heat-sensitive element 5 and the reference heat-sensitive element 6 are connected to an output difference detection circuit 23 that detects the output difference between them. This output difference detection circuit 2
Reference numeral 3 is for detecting the temperature rise value of only the solar cell 1 with the influence of ambient temperature removed. The oscillator 25 generates an AC signal of, for example, 10 KHz to drive the bridge 24. The output of this AC bridge 24 is sent to a synchronization detection circuit 26. This synchronous detection circuit 26 is for synchronous rectification (synchronous detection) of the output of the AC bridge 24 in synchronization with the AC signal of the oscillator 25, and therefore the output level of the synchronous detection circuit 26 corrects the ambient temperature. This corresponds to the temperature rise value of the solar cell 1. The output of this synchronization detection circuit 26 is sent to a data processing/control section 27. Here, when the chopper 16 is used as the irradiation light intermittent means, the synchronization detection circuit 26 outputs an AC signal for driving the AC bridge 24 and the chopper 16.
Double synchronous detection is performed in synchronization with two types of signals: 6 and 6 synchronous signals (signals generated by the synchronous signal generator 22). In the above-described example, the output difference detection circuit 23 is constituted by the AC bridge 24, but it goes without saying that it may be constituted by a DC bridge depending on the case. Furthermore, as mentioned above, the standard carbon black 9 installed as necessary is also configured to detect the temperature rise value of the carbon black itself, which is free from the influence of ambient temperature. That is, the standard heat-sensitive element 1 attached to the carbon black 9
0 is also connected to the output difference detection circuit 23, and the output difference detection circuit 23 is connected to a bridge that detects the output difference between the solar cell thermal element 5 and the reference thermal element 6, and the standard thermal element 10 and the reference thermal element 6. It can be configured with a double bridge that is a combination of bridges that detect the output difference with the element 6. In some cases, one end of a single bridge may be configured to be switched between the solar cell heat-sensitive element 5 and the reference heat-sensitive element 10. In the above example, a heat-sensitive element for detecting the ambient temperature of the solar cell 1 is commonly used as a means for detecting the ambient temperature of the standard carbon black 9, but in some cases another heat-sensitive element may be used for carbon black. It may be installed near the black 9. A variable load voltage detection circuit 30 is connected to the solar cell 1 to be evaluated. This variable load voltage detection circuit 30 basically includes a variable load 30A whose load value for the solar cell 1 is changed by being controlled by an external signal, and a variable load 3
It is composed of a switch means 30B for opening and closing between 0A and the solar cell 1, and a voltage detection circuit 30C for detecting the electromotive force of the solar cell 1 generated in the load. Current detector 3 for detecting the current flowing through the solar cell
0D is provided. The voltage detection circuit 30C
The detection output of the solar cell 1, that is, the electromotive force V of the solar cell 1, and the detection output of the current detector 30D, that is, the current i flowing through the solar cell 1, are sent to the storage calculation section 27A of the data processing/control section 27. The data processing/control unit 27 is a memory that stores and calculates the electromotive force V and current i of the solar cell 1 from the variable load voltage detection circuit 30 and the output of the synchronization detection circuit 26 (temperature rise value of the solar cell 1). A calculation unit 27A, a display unit 27B that displays data obtained by the storage calculation unit 27A, and a display unit 27B that displays the value of the load 30A of the variable load voltage detection circuit 30 and shutter drive according to signals from the storage calculation unit 27A. The configuration includes a control section 27C that controls the circuit 19, the chopper drive circuit 21, and the like. Regarding the control of the shutter drive circuit 19, for example, the control section 27C is controlled by the synchronization detection circuit 2.
The structure includes a determination circuit that processes and determines a signal corresponding to the temperature rise value of the solar cell itself outputted from 6, and a timer that sets the opening time of the shutter 14, and the result of processing and determination of the temperature rise value signal. It is only necessary to output a shutter open command signal based on this, and output a shutter cutoff command signal when the opening time set in the timer has elapsed. Specifically, the determination circuit that processes and determines the solar cell temperature increase value signal as described above is configured by a circuit that differentiates the temperature increase value and a circuit that compares and determines the differential value with a reference level, When the differential value of the temperature rise value is a negative value (that is, when the temperature rise value is decreasing), the shutter open command signal is output when the absolute value of the differential value falls below a certain level. Just configure it. Alternatively, regarding the control of the shutter drive circuit, the control section 27C may be configured to include a timer for setting the shutoff time of the shutter 14 and a timer for setting the open time of the shutter 14, and when the set shutoff time has elapsed. The shutter opening command signal may be output, and the shutter shutoff command signal may be output when a set opening time has elapsed. On the other hand, regarding the control of the chopper drive circuit 21, the control section 27C is configured to include chopper rotation speed control means for controlling the rotation speed of the chopper 16 to a preset speed, and by controlling the rotation speed, the chopper 16 is A configuration may be adopted in which the irradiation time and cutoff time of the irradiation light are determined. Furthermore, the load of the variable load voltage detection circuit 30 is 30A.
Regarding the control of the value of, for example, the control unit 27C,
The load value change command signal may be configured to be output in synchronization with the opening command signal or the shutoff command signal of the shutter 14. That is, shutter 14
The load value change command signal may be output when the cut-off time or open time of the timer has elapsed for a time set in advance on a timer, or when the differential value of the temperature rise value becomes less than or equal to a certain value. Or Chiyotsupa 1
The chopper 16 receives a signal synchronized with the operation of the chopper 16 from the synchronization signal generator 22 of the chopper 16.
The load value change command signal may be output in synchronization with the blocking or opening of the optical path. FIG. 2 shows a specific example of the AC bridge 24 used in the output difference detection circuit 23 for detecting the output difference between the solar cell heat-sensitive element 5 and the reference heat-sensitive element 6. In FIG. In FIG. 2, an operational amplifier 28 operates as an AC bridge operational amplifier, and an operational amplifier 29 operates as a bandpass filter at the oscillation frequency of the oscillator 25, for example, 10 KHz. Next, the overall operation and measurement method of the apparatus described above when evaluating a solar cell will be explained. The heat-sensitive element 5 is attached to the solar cell 1 to be measured in advance, and the variable load voltage detection circuit 30 is connected to the sample chamber 2 at a predetermined position. Set the wavelength of the light to be irradiated. At the time of the first measurement, the switch means 30B is opened so that the variable load 30A is not connected to the solar cell 1, that is, an open circuit is established. And Shutter 14 or Chotsupar 16
When the optical path is opened, the solar cell 1 is irradiated with light of the above wavelength, and all of the energy absorbed by the solar cell 1 out of the energy of the irradiated light becomes heat, causing the temperature of the solar cell 1 to rise. The temperature of this solar cell 1 is detected by a heat sensitive element 5. On the other hand, the temperature around the solar cell 1 also rises, and the surrounding temperature is detected by the heat sensitive element 6. The temperature difference between the two is detected by the output difference detection circuit 23, and the temperature of the solar cell 1 is calculated by subtracting the ambient temperature from the temperature of the solar cell 1, that is, the temperature of the solar cell 1 is corrected for the ambient temperature.
A signal corresponding to the temperature rise value is output from the synchronization detection circuit 26, and the signal is sent to the data processing/control section 27. When the irradiation time for the solar cell 1 reaches the opening time of the shutter 14 preset by the timer,
Alternatively, when the light transmission time determined by the rotation speed of the chopper 16 is reached, the optical path of the light irradiated to the solar cell 1 is blocked by the shutter 14 or the shielding part of the chopper 16. Although the temperature of the solar cell 1 rapidly decreases due to this optical path interruption, the rate of decrease of the ambient temperature is extremely slow. However, since the ambient temperature is corrected as described above, the data processing/control unit 27 is given as the temperature rise value due to the irradiation light of the solar cell 1 itself, with the influence of the ambient temperature removed. FIG. 3 shows the waveform of the temperature change of the solar cell 1 measured in this way with respect to time. In FIG. 3, the broken line A shows the temperature change of the solar cell 1 without correction for the ambient temperature, the broken line B shows the change of the ambient temperature, and the solid line C shows the temperature change of the solar cell 1 with the correction made for the ambient temperature. 3 shows a temperature change, that is, an output waveform of the synchronization detection circuit 26. The output waveform C of the synchronization detection circuit 26 and the maximum temperature rise value (ΔT in FIG. 3) during each irradiation period are stored in the storage/calculation unit 27B as the temperature rise value when the solar cell 1 is in a load-unconnected state. On the other hand, when the switch means 30B in the variable load voltage detection circuit 30 is closed, that is, when the variable load 30A is connected to the solar cell 1,
Measure the temperature rise value of the solar cell by irradiating light with the same wavelength as in the measurement in the load disconnected state described above, and at the same time measure the electromotive force V and current i of the solar cell 1,
These measured values are stored in the storage/calculation section 27B. In this case, the value of the variable load 30A is sequentially changed, and at each load value, the temperature rise value of the solar cell 1,
Measure and store the electromotive force V and current i. Note that the measurement of the temperature rise value at each load value is corrected for the ambient temperature as in the case described above. When a load is connected in this way, some of the absorbed energy becomes electrical energy,
The remaining energy turns into heat, increasing the temperature of the solar cell. After the measurement at a certain load value is completed and the optical path is cut off, the timing at which irradiation for measurement at the next different load value is started is as described above in the case of the shutter 14. It is controlled by the setting of a timer, or by the differential value of the temperature rise being less than a certain value, and if the chopper 16 is used, it is controlled by its rotation speed. It is determined that In any case, the timing at which irradiation is restarted after the optical path is interrupted is set or controlled so that the temperature of the solar cell 1 has sufficiently decreased to become approximately the same as the ambient temperature. Of course, depending on the case, the measurement at a certain load value may be repeated two or more times. In actual measurements, either the shutter 14 or the chopper 16 may be used, but usually the shutter 14 is used when the response speed of the heat sensitive element is slow.
If the response speed is sufficiently fast, a chopper 16 can be used. In this way, measurements are sequentially performed under different loads, and finally the measurements over the entire load value range are completed. Note that the above-mentioned measurements can be performed at various different wavelengths, but in that case, the measured value of the solar cell temperature rise value should be normalized by the measured value of the heat-sensitive element 10 of the standard carbon black 9. is desirable. That is, the light source 8 has wavelength characteristics,
Since the intensity differs depending on the wavelength, it is desirable to eliminate the influence of the wavelength characteristics of the light source 8 in order to perform an absolute evaluation of the characteristics of the solar cell 1. In the above-mentioned device, the half mirror 7 is inserted into the optical path to guide the irradiated light to the carbon black 9, and the heat-sensitive element 10
The temperature rise value is measured for each wavelength in the entire measurement wavelength range. The specific measurement method in this case is the same as the measurement for solar cell 1. The temperature rise value of the solar cell 1 is normalized by dividing the temperature rise value of the solar cell 1 by the temperature rise value of the carbon black 9 obtained in this way at each wavelength. Note that the measurement of the carbon black 9 can be performed simultaneously with the measurement of the solar cell 1 when the half mirror 7 is provided as described above, and in such a simultaneous measurement, the measured value of the solar cell 1 can be Although it is possible to standardize on the spot, it is of course necessary to measure carbon black 9 separately from the measurement of solar cell 1, store the measured value, and read out the measured value of carbon black when measuring solar cell 1. The measured values of the solar cell 1 may be standardized by In the latter case, a normal mirror can be used instead of the half mirror 7. Next, the principle of how to determine the quantum efficiency and energy conversion efficiency of a solar cell using each measurement value as described above will be explained. When a solar cell is irradiated with light of a certain wavelength, the irradiation energy is a fixed value depending on the wavelength, that is, E (eV/photon). If the solar cell is irradiated with light of that wavelength for t seconds and the intensity of the light absorbed by the solar cell is I (photon/sec), then
The total energy obtained by the solar cells is expressed as EIt...(1). When a load is connected to the solar cell, this total energy EIt becomes thermal energy and electrical energy taken out to the external load of the solar cell. Here, if the electromotive force of the solar cell due to the irradiation light is V and the current flowing through the solar cell is i, the time during which the current flows is the same as the irradiation time t, so
The electrical energy due to the irradiation light is Vit...(2). If the heat generated by the irradiation light is Qsc, then from (1) and (2) EIt = (thermal energy) + (electrical energy) = Qsc + Vit...(3). Therefore, Qsc=EIt−Vit…(4). When no load is connected, all the energy absorbed by the solar cell becomes heat, so if Qoc is the heat of an open circuit with no load connected, it is given by Qoc = EIt...(5). Therefore, the following equation (6) is derived from equations (4) and (5). Qsc/Qoc=EIt−Vit/EIt …(6) If we rewrite this equation (6) as an expression for temperature change, ΔTsc/ΔToc=EIt−Vit−KΔT/EIt−KΔT 0 …(7) However, (7 ), ΔTsc is the temperature change due to the solar cell irradiation light when the load is connected,
ΔToc represents the temperature change due to the irradiation light of the solar cell when no load is connected. Also KΔT
is the heat lost by heat conduction from the solar cell to its surroundings when the temperature changes when a load is connected,
KΔT 0 represents the heat lost to the surroundings when the temperature changes in an open circuit. however
Since both KΔT and KΔT 0 are extremely small, they can be ignored, and therefore equation (7) can be expressed as follows. ΔTsc/ΔToc=1−Vi/EI…(8) Here, quantum efficiency nq is expressed as nq=i/I…(9) From (8), ΔTsc/ΔToc=1−nq・V/E …(10) becomes. In equation (10), nq・V/E is nq・V/E=iV/IE=np (11), which is the energy conversion efficiency np, that is, the electric energy extracted to the outside out of the incident energy. It represents a percentage. If transformed into equation (10), E(ΔTsc/ΔToc)=−nqV+E (12). Therefore, if we graph equation (12) by plotting the electromotive force V on the horizontal axis and E (ΔTsc/ΔToc) on the vertical axis, the slope corresponds to nq, and by finding the slope, we can calculate the quantum Efficiency is required. On the other hand, the energy conversion efficiency np is expressed as np (%) = (1 - ΔTsc / ΔToc) × 100 (13) from equations (10) and (11), so it can be easily calculated from the values of ΔTsc and ΔToc. You can ask for it. Note that the energy conversion efficiency np is the above-mentioned V~E (ΔTsc/
ΔToc) plot (that is, each measurement point corresponding to each load value), but usually when evaluating a solar cell, it is calculated from np at each point.
Expressed as the largest. FIG. 4 shows a specific flow for actually determining the quantum efficiency and energy conversion efficiency of a solar cell according to the above principles. In FIG. 4, if the wavelength of the light irradiated to the solar cell is selected by the irradiation means, the irradiation energy E (ev/photon) is determined. The value of the energy E corresponding to this wavelength is stored in advance in the memory calculation section 27A or other appropriate memory, and the value of E corresponding to the wavelength is automatically read out by selecting the wavelength. Then, the temperature rise value ΔToc of the solar cell when the solar cell is irradiated with light of the wavelength with no load connected is measured and the value is stored. Also, the temperature rise value ΔTsc of the solar cell when the solar cell is irradiated with light of the same wavelength with a load connected.
is measured by sequentially changing the load value, and the electromotive force V generated in the solar cell and the current i flowing through the solar cell at each load value are also measured, and ΔTsc, V, and i at each load value are memorized. let Note that it is of course desirable to store the temperature rise values ΔToc and ΔTsc of the solar cell itself after correction for the ambient temperature as described above, and more preferably to store the temperature rise values of the solar cell itself after making corrections for the ambient temperature as described above. Therefore, it is preferable to store the standardized temperature rise value. Next, divide the temperature rise value ΔTsc when the load is connected by the temperature rise value ΔToc when the load is not connected to obtain ΔTsc/ΔToc, and multiply this by the energy E of the irradiated light to obtain E(ΔTsc /ΔToc)
seek. Note that this calculation is of course performed for each load value. Then, with the vertical axis y as E (ΔTsc/ΔToc) and the horizontal axis x as electromotive force V, V~E (ΔTsc/ΔToc) is converted into a function to obtain a graph A, and each point on the graph A (i.e., each load value (corresponding to each measurement point) is stored, and linear approximation is performed to each stored point by the least squares method. Note that the linear approximation of graph A indicates that the temperature rise value is the lowest from the point where the load value is effectively zero by shooting the load (i.e., the point where the electromotive force V measured by the load is zero). Perform this on measurement points within the range up to the point where . Then, the slope a of the obtained straight line y=-ax+b is determined.
Since this slope a corresponds to the quantum efficiency nq as is clear from equation (12), this value is recorded and displayed as the quantum efficiency. On the other hand, energy efficiency is calculated according to the above equation (13) using the temperature rise value ΔTsc with the load connected and the temperature rise value ΔToc with the load not connected, which are stored as described above. is determined for each load value, and the value is recorded and displayed. In this case, the highest energy conversion efficiency may be extracted from among the energy conversion efficiencies corresponding to each load and recorded and displayed. FIG. 5 shows that the present inventors have produced an amorphous silicon solar cell according to the method of the present invention.
Correlation characteristics between solar cell electromotive force V and EΔTsc/ΔToc when actually irradiated with 632.8 nm He-Ne laser light (i.e., corresponding to graph A in Figure 4), and electromotive force V and output power shows the correlation between In this case, the maximum energy conversion efficiency np under the optimal load was calculated to be 19%, and the quantum efficiency nq was calculated to be 68%. In addition, apart from the example shown in FIG. 5, the present inventors investigated the maximum energy conversion efficiency np and quantum efficiency nq under optimal load for silicon (Si) solar cells and GaAs solar cells according to the method of this invention. are shown in Table 1.

【表】 発明の効果 この発明の太陽電池評価方法および装置によれ
ば、照射光の定量的値すなわち強さや特性の相違
などに無関係に太陽電池の量子効率および/また
はエネルギー変換効率を正確に求めることがで
き、したがつて太陽電池の客観的評価を行なうこ
とができ、しかも装置的にも比較的簡単かつ低コ
スト化されるなどの効果を奏し得る。
[Table] Effects of the Invention According to the solar cell evaluation method and device of the present invention, the quantum efficiency and/or energy conversion efficiency of a solar cell can be accurately determined regardless of the quantitative value of irradiated light, that is, differences in intensity or characteristics. Therefore, the solar cell can be objectively evaluated, and the apparatus can be relatively simple and cost-effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の太陽電池評価装置の一例を
示す略解図、第2図は第1図の装置に使用される
出力差検出回路としての交流ブリツジの一例を示
す結線図、第3図は太陽電池の検出温度の変化を
示す波形図、第4図はこの発明の方法により太陽
電池のエネルギー効率npおよび量子効率nqを求
める具体的フローを示すフローチヤート、第5図
はこの発明の方法にしたがつて実際に太陽電池の
量子効率を求めるためのグラフを示す図である。 1…太陽電池、2…試料室、5…太陽電池用の
感熱素子、6…参照用の感熱素子、8…光源、9
…カーボンブラツク、10…標準用感熱素子、1
3…第1の照射光断続手段、14…シヤツター
(光遮断器)、15…第2の照射光断続手段、16
…チヨツパー(光断続器)、17…波長選択器と
しての分光器、17A…分散素子、23…出力差
検出回路、24…交流ブリツジ、26…同期検出
回路、27…データ処理・制御部、27A…記憶
演算部、30…可変負荷電圧検出回路、30A…
可変負荷、30B…スイツチ手段、30C…電圧
検出回路。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the solar cell evaluation device of the present invention, FIG. 2 is a wiring diagram showing an example of an AC bridge as an output difference detection circuit used in the device of FIG. 1, and FIG. A waveform diagram showing changes in the detected temperature of a solar cell, FIG. 4 is a flowchart showing a specific flow for determining the energy efficiency np and quantum efficiency nq of a solar cell by the method of this invention, and FIG. Therefore, it is a diagram showing a graph for actually determining the quantum efficiency of a solar cell. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Solar cell, 2...Sample chamber, 5...Thermosensitive element for solar cell, 6...Thermosensitive element for reference, 8...Light source, 9
...Carbon black, 10...Standard heat-sensitive element, 1
3...First irradiation light intermittent means, 14...Shutter (light interrupter), 15...Second irradiation light intermittent means, 16
...Chopper (optical interrupter), 17...Spectroscope as a wavelength selector, 17A...Dispersive element, 23...Output difference detection circuit, 24...AC bridge, 26...Synchronization detection circuit, 27...Data processing/control unit, 27A ...Memory operation section, 30...Variable load voltage detection circuit, 30A...
Variable load, 30B...switch means, 30C...voltage detection circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 周囲から熱的に分離された試料室内に、評価
すべき太陽電池を配置し、その太陽電池に負荷を
接続した状態および接続しない状態のそれぞれに
おいて、選択された波長の光を前記太陽電池に照
射してその照射光による太陽電池の温度上昇を直
接検出し、負荷接続状態における照射光による太
陽電池の温度上昇値と負荷非接続状態における照
射光による太陽電池の温度上昇値とを用いて太陽
電池のエネルギー変換効率を求めることを特徴と
する太陽電池の評価方法。 2 負荷非接続状態における照射光による太陽電
池の温度上昇値から、負荷接続状態における照射
光による太陽電池の温度上昇値を差し引き、その
差し引いた値を、負荷非接続状態における照射光
による太陽電池の温度上昇値で割算した値をエネ
ルギー変換効率として用いることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の太陽電池評価方法。 3 周囲から熱的に分離された試料室内に、評価
すべき太陽電池を配置し、その太陽電池に可変負
荷を接続した状態および接続しない状態のそれぞ
れにおいて、選択された波長の光を前記太陽電池
に照射してその照射光による太陽電池の温度上昇
を直接検出し、可変負荷接続状態における照射光
による太陽電池の温度上昇値および可変負荷に発
生した電圧と負荷非接続状態おける照射光による
太陽電池の温度上昇値とを用いて太陽電池の量子
効率を求めることを特徴とする太陽電池の評価方
法。 4 可変負荷接続状態において照射光による温度
上昇値を負荷を変えて検出すると同時に負荷に発
生する電圧を検出し、各温度上昇値に照射光の波
長で定まるエネルギーを乗じるとともに負荷非接
続状態における温度上昇値で規格化した値を縦軸
に、負荷に発生した電圧を横軸にとつてグラフを
作成し、そのグラフ上において、負荷の値を実質
的に零とした時の温度上昇値に対応する点から温
度上昇値が最低となる点までの範囲内における各
点を直線で近似し、その直線の傾きにより量子効
率を求めることを特徴とする特許請求の範囲第3
項記載の太陽電池の評価方法。 5 前記グラフ上における負荷の値を実質的に零
とした時の温度上昇値に対応する点から温度上昇
値が最低となる点までの範囲内における各点を、
最小自乗法により直線近似してその傾きを求める
特許請求の範囲第4項記載の太陽電池の評価方
法。 6 評価すべき太陽電池を収容するための周囲か
ら熱的に分離された試料室と、 その試料室内に設置された太陽電池に対して選
択された波長の光を照射する照射手段と、 照射光による太陽電池の温度上昇を直接検出す
る温度検出手段と、 太陽電池に開閉可能に接続される可変負荷を備
えた可変負荷電圧検出手段と、 前記温度検出手段および可変負荷電圧検出手段
からの検出信号を記憶・演算する記憶演算手段と
を有してなり、 前記記憶手段は、負荷が接続されていない状態
において前記温度検出手段により検出された太陽
電池の照射光による温度上昇値と、負荷が接続さ
れている状態において前記温度検出手段により検
出された太陽電池の照射光による温度上昇値およ
び発生した電圧を記憶・演算して太陽電池の量子
効率および/またはエネルギー変換効率を求める
ようにされていることを特徴とする太陽電池評価
装置。 7 前記記憶演算手段は、負荷非接続状態におい
て温度検出手段により検出された太陽電池の照射
光による温度上昇値と、負荷接続状態において温
度検出手段により検出された太陽電池の照射光に
よる温度上昇値を記憶し、かつその記憶された負
荷非接続状態における温度上昇値から記憶された
負荷接続状態における温度上昇値を差し引き、そ
の差し引いた値を負荷非接続状態における温度上
昇値で割り算してその値をエネルギー変換効率と
してデータ出力するようにされている特許請求の
範囲第6項記載の太陽電池評価装置。 8 前記記憶演算手段は、負荷非接続状態におい
て温度検出手段により検出された太陽電池の照射
光による温度上昇値と、負荷接続状態において可
変負荷電圧検出手段により負荷の値を変化させた
各負荷値に対応する太陽電池の照射光による温度
上昇値および発生した電圧とを記憶し、かつ負荷
接続状態において負荷の値を変えて得られた照射
光による温度上昇値に照射光の波長のエネルギー
を乗じかつその値を負荷非接続状態における照射
光による温度上昇値で規格化した値を、関数とし
て記憶させ、その関数における負荷を実質的に零
とした状態での前記規格化された値から温度上昇
値が最低の値に対応する前記規格化された値まで
の範囲内の値を直線で近似し、その直線の傾きを
演算により求めて量子効率としてデータ出力する
ようにされている特許請求の範囲第6項記載の太
陽電池評価装置。 9 前記照射光手段が、光源と、その光源からの
光から太陽電池に照射すべき波長の光を選択する
ための波長選択器と、太陽電池に対する照射光を
断続するための照射光断続手段とを備えた構成と
されている特許請求の範囲第6項記載の太陽電池
評価装置。 10 前記波長選択器が、光源からの光を分光す
る分散素子を有する分光器、もしくはそれぞれ異
なる波長帯域を有する複数個のバンドパスフイル
タで構成されている特許請求の範囲第9項記載の
太陽電池評価装置。 11 前記照射光断続手段が、光遮断器と、その
光遮断器を太陽電池に対する照射光の光路に挿入
および離脱させるための駆動手段と、その駆動手
段を制御する制御部とから構成され、その光遮断
器は、その開放のタイミングが前記温度検出手段
の出力信号を処理判定した結果により制御されか
つ遮断のタイミングが予め設定した開放時間でな
されるように構成されている特許請求の範囲第9
項記載の太陽電池評価装置。 12 前記照射光断続手段が、光遮断器と、その
光遮断器を太陽電池に対する照射光の光路に挿入
および離脱させるための駆動手段と、その駆動手
段を制御するための制御手段とから構成され、光
遮断器の開放時間および遮断時間が、制御手段に
設けられたタイマーにより制御されるように構成
されている特許請求の範囲第9項記載の太陽電池
評価装置。 13 前記照射光断続手段が、光透過部および光
遮蔽部を交番的に形成した光断続器と、その光断
続器を駆動する駆動手段と、その駆動手段を制御
する制御部とによつて構成され、予め設定した速
度で前記光断続器の駆動速度を制御することによ
つて照射・遮断時間が制御されるように構成され
ている特許請求の範囲第9項記載の太陽電池評価
装置。 14 前記温度検出手段を、測定範囲内において
実質的に特性が同じ2個の感熱素子と、両感熱素
子の出力の差を検出する回路とによつて構成し、
一方の感熱素子は太陽電池の温度を直接検出する
べく太陽電池に接触して配置するとともに、他方
の感熱素子は太陽電池の周囲の温度を検出するべ
く太陽電池近傍に配置し、両感熱素子の出力の差
を検出することにより周囲の温度変化の影響を除
去した太陽電池のみの温度上昇を検出するように
構成した特許請求の範囲第6項記載の太陽電池評
価装置。 15 前記出力差検出回路が、前記両感熱素子を
組込んだ直流ブリツジもしくは交流ブリツジで構
成されている特許請求の範囲第6項記載の太陽電
池評価装置。 16 前記可変負荷電圧手段は、前記温度検出手
段の出力信号を処理判定する判定手段の出力信号
によつて負荷の値が順次変化せしめられ、その各
負荷の値において発生した電圧および電流値が順
次記憶演算手段に送られるように構成されている
特許請求の範囲第6項記載の太陽電池の評価装
置。
[Claims] 1. A solar cell to be evaluated is placed in a sample chamber that is thermally isolated from the surroundings, and a selected wavelength is measured with and without a load connected to the solar cell. By irradiating the solar cell with light and directly detecting the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light, the value of the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in a load connected state and the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in a load disconnected state are determined. A solar cell evaluation method characterized by determining the energy conversion efficiency of a solar cell using a value. 2. Subtract the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in the load connected state from the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in the load disconnected state, and use the subtracted value as the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light in the load disconnected state. 2. The solar cell evaluation method according to claim 1, wherein a value divided by a temperature increase value is used as the energy conversion efficiency. 3 Place the solar cell to be evaluated in a sample chamber that is thermally isolated from the surroundings, and apply light of a selected wavelength to the solar cell with and without a variable load connected to the solar cell. directly detects the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light when the variable load is connected, the voltage generated in the variable load, and the temperature rise of the solar cell due to the irradiation light when the load is not connected. 1. A solar cell evaluation method characterized by determining quantum efficiency of a solar cell using a temperature rise value of . 4 In the variable load connected state, the temperature rise value due to the irradiation light is detected by changing the load, and at the same time the voltage generated in the load is detected, and each temperature rise value is multiplied by the energy determined by the wavelength of the irradiation light, and the temperature in the load disconnected state is detected. Create a graph with the value normalized by the rise value on the vertical axis and the voltage generated at the load on the horizontal axis, and on the graph, correspond to the temperature rise value when the load value is set to practically zero. Claim 3, characterized in that each point within the range from the point where the temperature rise value is the lowest to the point where the temperature rise value is the lowest is approximated by a straight line, and the quantum efficiency is determined from the slope of the straight line.
Method for evaluating solar cells described in Section 1. 5 Each point within the range from the point corresponding to the temperature rise value when the load value is substantially zero on the graph to the point where the temperature rise value is the lowest,
5. The solar cell evaluation method according to claim 4, wherein the slope of the linear approximation is determined by a least squares method. 6. A sample chamber thermally isolated from the surroundings for accommodating the solar cells to be evaluated; irradiation means for irradiating the solar cells installed in the sample chamber with light of a selected wavelength; and irradiation light. temperature detection means for directly detecting the temperature rise of the solar cell caused by the solar cell; variable load voltage detection means having a variable load connected to the solar cell so as to be openable and closable; and detection signals from the temperature detection means and the variable load voltage detection means. and storage/calculation means for storing and calculating the temperature increase value due to the solar cell irradiation light detected by the temperature detection means when the load is not connected, and the temperature increase value due to the irradiation light of the solar cell detected by the temperature detection means when the load is not connected. The quantum efficiency and/or energy conversion efficiency of the solar cell is determined by storing and calculating the temperature rise value caused by the irradiation light of the solar cell and the generated voltage detected by the temperature detection means in the state where A solar cell evaluation device characterized by: 7. The storage calculation means stores a temperature rise value caused by the solar cell irradiation light detected by the temperature detection means in a load disconnected state, and a temperature rise value caused by the solar cell irradiation light detected by the temperature detection means in the load connected state. , and subtract the stored temperature rise value in the load connected state from the stored temperature rise value in the load disconnected state, and divide the subtracted value by the temperature rise value in the load disconnected state. 7. The solar cell evaluation device according to claim 6, which outputs data as energy conversion efficiency. 8. The storage calculation means stores the temperature rise value due to the solar cell irradiation light detected by the temperature detection means in the load disconnected state, and each load value obtained by changing the load value by the variable load voltage detection means in the load connected state. The temperature rise value due to the irradiation light of the solar cell corresponding to the irradiation light and the generated voltage are memorized, and the temperature rise value due to the irradiation light obtained by changing the load value in the load connected state is multiplied by the energy of the wavelength of the irradiation light. A value obtained by normalizing this value by the temperature rise value due to irradiation light in a state where no load is connected is stored as a function, and the temperature rise from the normalized value when the load in that function is substantially zero. A claim in which values within a range up to the normalized value corresponding to the lowest value are approximated by a straight line, and the slope of the straight line is calculated and output as data as quantum efficiency. The solar cell evaluation device according to item 6. 9. The irradiation light means includes a light source, a wavelength selector for selecting a wavelength of light to be irradiated onto the solar cells from the light from the light source, and an irradiation light intermittent means for intermittent the irradiation light to the solar cells. A solar cell evaluation device according to claim 6, which is configured to include the following. 10. The solar cell according to claim 9, wherein the wavelength selector includes a spectroscope having a dispersion element that separates light from a light source, or a plurality of bandpass filters each having a different wavelength band. Evaluation device. 11 The irradiation light intermittent means is composed of a light interrupter, a drive means for inserting and removing the light interrupter into and out of the optical path of the irradiation light to the solar cell, and a control section for controlling the drive means, and Claim 9: The optical circuit breaker is configured such that the opening timing thereof is controlled by the result of processing and determining the output signal of the temperature detecting means, and the opening timing is set at a preset opening time.
Solar cell evaluation device described in section. 12. The irradiation light intermittent means comprises a light interrupter, a drive means for inserting and removing the light interrupter into and out of the optical path of the irradiation light to the solar cell, and a control means for controlling the drive means. 10. The solar cell evaluation device according to claim 9, wherein the opening time and cut-off time of the optical circuit breaker are controlled by a timer provided in the control means. 13. The irradiation light intermittent means is constituted by a light interrupter in which a light transmitting part and a light shielding part are formed alternately, a driving means for driving the optical interrupter, and a control part for controlling the driving means. 10. The solar cell evaluation device according to claim 9, wherein the irradiation/interruption time is controlled by controlling the driving speed of the optical interrupter at a preset speed. 14. The temperature detection means is constituted by two heat-sensitive elements having substantially the same characteristics within the measurement range, and a circuit for detecting the difference in output between the two heat-sensitive elements,
One heat-sensitive element is placed in contact with the solar cell to directly detect the temperature of the solar cell, and the other heat-sensitive element is placed near the solar cell to detect the temperature around the solar cell. 7. The solar cell evaluation device according to claim 6, wherein the solar cell evaluation device is configured to detect a temperature rise of only the solar cell with the influence of ambient temperature change removed by detecting a difference in output. 15. The solar cell evaluation device according to claim 6, wherein the output difference detection circuit is constituted by a DC bridge or an AC bridge incorporating both the heat-sensitive elements. 16 The variable load voltage means is configured such that the load value is sequentially changed by the output signal of the determination means for processing and determining the output signal of the temperature detection means, and the voltage and current value generated at each load value are sequentially changed. 7. The solar cell evaluation device according to claim 6, wherein the solar cell evaluation device is configured to be sent to the storage calculation means.
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