JP5288557B2 - 薄膜太陽電池の評価方法、評価装置および製造方法、並びに透明導電膜電極における直列抵抗の評価方法および評価装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る薄膜太陽電池の評価方法は、薄膜太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、少なくとも、上記薄膜太陽電池を構成する薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する電流導入工程と、上記電流導入工程によって、上記薄膜太陽電池素子から生じる光の発光強度を測定する発光強度測定工程と、上記発光強度測定工程によって測定された上記発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量を算出する変化量算出工程とを含む方法であればよい。なお、上記工程以外の具体的な工程、材料、条件、使用する機器・装置等は特に限定されるものではなく、従来公知の方法等を好適に利用可能である。
電流導入工程は、薄膜太陽電池を構成する薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する工程であればよく、その他の具体的な方法、機器、条件等は特に限定されない。
発光強度測定工程は、上記電流導入工程によって、上記薄膜太陽電池素子から生じる光の発光強度を測定する工程であればよく、その他の具体的な方法、機器、条件等は特に限定されない。
変化量算出工程は、上記発光強度測定工程において測定した発光強度について、薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量を算出する工程であればよく、その具体的な方法としては従来公知の技術を好適に用いることができる。例えば、変化量算出工程における具体的な演算として、発光強度の横方向距離に対する発光強度の微分値を算出してもよい。また、発光強度を縦軸とし太陽電池素子の横方向距離を横軸としたグラフを作成し、傾きそのものを変化量としてもよいし、傾きから変化量を算出してもよい。
さらに、本発明に係る薄膜太陽電池の評価方法では、上記変化量算出工程において算出した変化量が所定の値より大きい場合には、直列抵抗値が大きいと判定し、所定の値より小さい場合には直列抵抗値が小さいと判定する抵抗値判定工程を含むことが好ましい。抵抗値判定工程の具体的な方法としては、従来公知の技術を好適に用いることができる。
さらに、本発明に係る薄膜太陽電池の評価方法では、上記変化量算出工程において算出した変化量に基づいて、上記薄膜太陽電池の直列抵抗値を算出する抵抗値算出工程を含んでいてもよい。抵抗値算出工程の具体的な方法としては、従来公知の技術を好適に用いることができる。
本発明に係る薄膜太陽電池の評価方法では、上記電流導入工程において、直流電流の電流値を任意に設定した複数の所定の電流値にて、薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入し、上記発光強度測定工程において、上記複数の所定の電流値に対応する発光強度をそれぞれ測定し、上記変化量算出工程において、測定された各発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量をそれぞれ算出し、さらに、得られた複数の算出結果について、変化量が実質的にゼロであるかどうかを判断し、実質的にゼロと判断した変化量に対応する電流値を特定する電流値特定工程を含むことが好ましい。電流値特定工程は、その具体的な方法としては従来公知の技術を好適に用いることができる。
さらに、本発明に係る薄膜太陽電池の評価方法では、上記電流値特定工程によって、特定された電流値の中から、最も大きい電流値を上記薄膜太陽電池素子の作動電流の電流値として決定する作動電流決定工程を含むこと作動電流決定工程を含むことが好ましい。作動電流決定工程は、その具体的な方法としては従来公知の技術を好適に用いることができる。
本発明に係る薄膜太陽電池の評価装置は、薄膜太陽電池の性能評価を行う薄膜太陽電池の評価装置であって、上記薄膜太陽電池を構成する薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する電流導入部(電流導入手段)と、上記電流導入部が導入した直流電流によって、上記薄膜太陽電池素子から生じる光の発光強度を測定する発光強度測定部(発光強度測定手段)と、上記発光強度測定部が測定した上記発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量を算出する変化量算出部(変化量算出手段)とを備えるものであればよく、その他の具体的な構成、大きさ、形状等の条件は特に限定されるものではない。
電流導入部は、太陽電池素子に対して順方向に直流電流を注入するための、いわゆる直流バイアスを印加することができるものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。すなわち、本電流導入部は、上記<1−1>および<1−6>欄にて説明した「電流導入工程」を実行するものであればよい。例えば、従来公知の定電流源や定電圧源等を用いることができる。
発光強度測定部は、順方向バイアスされることによって太陽電池素子が発光した際に、その発光強度を測定することができるものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。すなわち、本発光強度測定部は、上記<1−2>および<1−6>欄にて説明した「発光強度測定工程」を実行するものであればよい。例えば、CCDカメラやイメージインテンシファイアー等の従来公知の光検出器を好適に用いることができる。
変化量算出部は、発光強度測定部が測定した発光強度について、薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量を算出することができるものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。すなわち、変化量算出部は、上記<1−3>および<1−6>欄にて説明した「変化量算出工程」を実行するものであればよい。例えば、PCなどの従来公知の演算装置などを好適に用いることができる。
また、本発明に係る薄膜太陽電池の評価装置では、さらに、上記変化量算出部が算出した変化量が所定の値より大きい場合には、直列抵抗値が大きいと判定し、所定の値より小さい場合には直列抵抗値が小さいと判定する抵抗値判定部(抵抗値判定手段)を備えることが好ましい。
また、本発明に係る薄膜太陽電池の評価装置では、さらに、上記変化量算出部が算出した変化量に基づいて、上記薄膜太陽電池の直列抵抗値を算出する抵抗値算出部(抵抗値算出手段)を備えていてもよい。
また、本発明に係る薄膜太陽電池の評価装置では、上記電流導入部は、直流電流の電流値を任意に設定した複数の所定の電流値にて、薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入するものであり、上記発光強度測定部は、上記複数の所定の電流値に対応する発光強度をそれぞれ測定するものであり、上記変化量算出部は、上記発光強度測定部が測定した各発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量をそれぞれ算出するものであり、さらに、得られた複数の算出結果について、変化量が実質的にゼロであるかどうかを判断し、実質的にゼロと判断した変化量に対応する電流値を特定する電流値特定部(電流値特定手段)を備えることが好ましい。
また、本発明に係る薄膜太陽電池の評価装置では、さらに、上記電流値特定部が特定した電流値の中から、最も大きい電流値を上記薄膜太陽電池素子の作動電流の電流値として決定する作動電流決定部(作動電流決定手段)を備えることが好ましい。
次に、薄膜太陽電池7の直列抵抗を評価する評価装置10の概要について、図3を用いて説明する。図3は、本発明に係る薄膜太陽電池の評価装置10の一実施形態を示す図である。同図に示すように、本実施形態に係る薄膜太陽電池7の評価装置10は、暗箱1、発光強度測定部12、くし型プローブ4、5、直流電源6、電極8、9および演算部20を備えている。また、薄膜太陽電池7を評価対象としている。薄膜太陽電池7は、薄膜太陽電池素子が複数個連結した構成である。なお、薄膜太陽電池7は、薄膜太陽電池素子が複数個連結したモジュールであってもよい。
・画像の8bit(28=256階調)または16bit(216=65536階調)保存可能なもの。
・薄膜太陽電子素子の発光特性を検出(撮影)後、画面上で範囲選択して、輝度プロファイルデータを取得・保存できるもの。
・分光可能なもの。
・高感度画像を取得できるもの(image intensifierカメラ)、例えば、逆方向電流印加時のエミッション測定ができるもの。
・データを表計算ソフトで読み込み、画像とすると、撮影像の90度回転した状態になっている点を改善したもの。
・ビニングモードの簡易な切り替えが可能なもの。
・発光強度のヒストグラムの自動作成プログラム。
・発光強度の弱い部分(暗い部分)の長さや幅の自動測定。1センチ以上のものの自動検出。
・選択範囲の発光強度の平均値算出。グリッド部分の値を差し引いた平均値も測定できることが好ましい。
次に、図1に基づいて、評価装置10の機能について説明する。図1は、評価装置10の要部構成を示す機能ブロック図である。図1に示すとおり、評価装置10は、電流導入部11、発光強度測定部12、演算部20を備える構成となっている。
次に、評価装置10が行う変化量の算出および抵抗値の判定/算出に関する具体的な処理について図4に基づいて説明する。図4は、変化量の算出および抵抗値の判定/算出に関する評価装置10の処理を示すフローチャートである。
次に、評価装置10が行う電流値の特定および作動電流の決定に関する具体的な処理について図5に基づいて説明する。図5は、電流値の特定および作動電流の決定に関する評価装置10の処理を示すフローチャートである。
上述したように、本発明に係る薄膜太陽電池の評価方法及び評価装置は、従来行うことができなかった、製品レベルでの直列抵抗成分について、簡便かつ正確に評価することができる。
まず、薄膜太陽電池に順方向に電流を導入し、発光した薄膜太陽電池モジュールの様子をCCDカメラにより観察した。具体的には、8枚の薄膜太陽電池素子で構成されている薄膜太陽電池モジュール(試料番号:J24)に対して、順方向に直流電流200mAが流れるように、電圧8.6Vを印加し、Si CCDカメラを用いて薄膜太陽電池モジュールの発光の様子を観察した。その結果を図6(a)に示す。電流は、図6(a)に示す各薄膜太陽電池素子の右側から左側に注入した。
第2の実施例では、波長1000nm〜1400nm付近にピークを有する光の検出に有用なInGaAs CCDカメラを用いて、薄膜太陽電池素子の発光強度を測定し、変化量が実質的にゼロとなる電流値を探すことにした。具体的には、薄膜太陽電池モジュール(試料番号:J24)に対して様々な電流値の電流を導入し、InGaAs CCDカメラを用いて、発光した薄膜太陽電池モジュールの様子を上記のCCDカメラにより観察した。まず、薄膜太陽電池モジュールに対して、20mA、30mA、80mAの電流を導入した。その結果を図9(a)〜(c)に示す。また、各電流値における、横方向上の薄膜太陽電池モジュールの発光強度を測定した。その結果を図9(d)〜(f)に示す。
7a 薄膜太陽電池素子
10 評価装置
11 電流導入部(電流導入手段)
12 発光強度測定部(発光強度測定手段)
20 演算部
21 変化量算出部(変化量算出手段)
22 抵抗値判定部(抵抗値判定手段)
23 抵抗値算出部(抵抗値算出手段)
24 電流値特定部(電流値特定手段)
25 作動電流決定部(作動電流決定手段)
32 上部透明導電膜電極(透明導電膜電極)
Claims (13)
- 薄膜太陽電池の性能評価を行う薄膜太陽電池の評価方法であって、
上記薄膜太陽電池を構成する薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する電流導入工程と、
上記電流導入工程によって、上記薄膜太陽電池素子から生じる光の発光強度を測定する発光強度測定工程と、
上記発光強度測定工程によって測定された上記発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量を算出する変化量算出工程とを含むことを特徴とする評価方法。 - さらに、上記変化量算出工程において算出した変化量が所定の値より大きい場合には、直列抵抗値が大きいと判定し、所定の値より小さい場合には直列抵抗値が小さいと判定する抵抗値判定工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の評価方法。
- さらに、上記変化量算出工程において算出した変化量に基づいて、上記薄膜太陽電池の直列抵抗値を算出する抵抗値算出工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の評価方法。
- 上記電流導入工程において、直流電流の電流値を任意に設定した複数の所定の電流値にて、薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入し、
上記発光強度測定工程において、上記複数の所定の電流値に対応する発光強度をそれぞれ測定し、
上記変化量算出工程において、測定された各発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量をそれぞれ算出し、
さらに、得られた複数の算出結果について、変化量が実質的にゼロであるかどうかを判断し、実質的にゼロと判断した変化量に対応する電流値を特定する電流値特定工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の評価方法。 - さらに、上記電流値特定工程によって、特定された電流値の中から、最も大きい電流値を上記薄膜太陽電池素子の作動電流の電流値として決定する作動電流決定工程を含むことを特徴とする請求項4に記載の評価方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の評価方法を用いて、薄膜太陽電池素子における透明導電膜電極の直列抵抗を評価する透明導電膜電極における直列抵抗の評価方法。
- 薄膜太陽電池の性能評価を行う薄膜太陽電池の評価装置であって、
上記薄膜太陽電池を構成する薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入する電流導入手段と、
上記電流導入手段が導入した直流電流によって、上記薄膜太陽電池素子から生じる光の発光強度を測定する発光強度測定手段と、
上記発光強度測定手段が測定した上記発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量を算出する変化量算出手段とを備えることを特徴とする評価装置。 - さらに、上記変化量算出手段が算出した変化量が所定の値より大きい場合には、直列抵抗値が大きいと判定し、所定の値より小さい場合には直列抵抗値が小さいと判定する抵抗値判定手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の評価装置。
- さらに、上記変化量算出手段が算出した変化量に基づいて、上記薄膜太陽電池の直列抵抗値を算出する抵抗値算出手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の評価装置。
- 上記電流導入手段は、直流電流の電流値を任意に設定した複数の所定の電流値にて、薄膜太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入するものであり、
上記発光強度測定手段は、上記複数の所定の電流値に対応する発光強度をそれぞれ測定するものであり、
上記変化量算出手段は、上記発光強度測定手段が測定した各発光強度について、上記薄膜太陽電池素子の横方向の距離に対する変化量をそれぞれ算出するものであり、
さらに、得られた複数の算出結果について、変化量が実質的にゼロであるかどうかを判断し、実質的にゼロと判断した変化量に対応する電流値を特定する電流値特定手段を備えることを特徴とする請求項7に記載の評価装置。 - さらに、上記電流値特定手段が特定した電流値の中から、最も大きい電流値を上記薄膜太陽電池素子の作動電流の電流値として決定する作動電流決定手段を備えることを特徴とする請求項10に記載の評価装置。
- 請求項7〜11のいずれか1項に記載の評価装置を備え、さらに当該評価装置の結果に基づき、透明導電膜電極における直列抵抗を評価する評価手段を備えることを特徴とする透明導電膜電極における直列抵抗の評価装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜太陽電池の評価方法を一工程として含むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
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