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技術コラムを連載でお届けいたします。
「ケースレー428−PROG型電流電圧変換アンプのエミュレーション・モード搭載したA4280高速電流電圧変換アンプ」の開発現場より、不定期でお送りします。
投稿日時: 2010-11-30 0:23:43 (3037 ヒット)
今回は、太陽電池のIV測定について説明します。



太陽電池の測定には、何が必要なのでしょう。

1)効率ηを求めるには、
ソーラーシミュレータ光源 JIS C8912 に準じた装置にて太陽光と同等の光(1kw/m2)を照射し
照度計(ソーラーメーター) 太陽電池の有効面積にかかる太陽光のエネルギー(照度)の測定。
最大電力Pmaxを測定で求めて、最大電力Pmax / 1kw x (面積)で求めます。

Pmaxを求めるには、
太陽電池にバイポーラ電源、電子負荷もしくは計測電源(ソースメータ)を繋ぎ電圧を0Vから開放電圧Vocまで変化させ 電流を測定し、最大電力Pmaxを求めます。

このとき、太陽電池の電圧、電流により最適な測定装置が決まります。

直列に繋がれたものでない限り、電圧は 0.6V程度で数mA - 8A 程度のものがセルとしての発電量になることが多くあります。
太陽電池は、電流素子の測定と言っても良いと思います。
電圧が低く、電流が流れる素子の測定の注意点は、4端子測定でケーブルの誤差を最小にする必要があります。

1SUN (1サンもしくは1ソーラと言い 1kw/m2のこと)の光が照射された時に 太陽電池を短絡、つまり電圧0V印加し 短絡電流Iscを測定します。
これが精度良く測定できることが重要です。 

2)最適な装置とは
電流を精度良く測定するには計測電源が良いのですが、
現実の装置では、20 A までの装置しか 計測電源はありません。
但し、お金をかけても良いのであれば計測電源を並列運転する方法もありますが、コストがかさみます。
10 A以上の測定であれば、微小な測定が必要でなければバイポーラ電源や電子負荷で電圧を変化させて測定することができます。

計測電源の得意な測定範囲は、
数100nA- 10 A /7 V- 20 V (セル)であれば、簡単に測定でき 装置の種類も選ぶことができます。
バイポーラ電源であれば
数10mA- 40A /15V (モジュール)
電子負荷であれば
数10mA- 150A /150V (パネル)
と言った感じで使い分ける必要があります。

この他にも、JIS C8913準じたパラメータを計算する必要がありますが、
測定の精度を決めるのは、電流精度です。

太陽電池の測定システムは、アクシス・ネットにお任せください。

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【AD】太陽電池評価システムのご用命はアクシス・ネットまでお問い合わせくださいませ。
投稿者: ueda

投稿日時: 2010-11-30 0:23:25 (2103 ヒット)
太陽電池のビジネスも、単純な太陽電池の開発のフェーズが終わりつつあり
他の半導体素子がたどった過程をたどっていると言えそうです。

今年の太陽電池の展示会を見ても、太陽電池の開発よりは、
設置工事等 市場に実際に商品として展開する動きが活発化していました。
後は、国が更なる補助金や電気の買い上げ促進をするれば市場拡大も見えてくるようです。

このような状況では、太陽電池の開発で求められるものは 2極化してきます。

1)通常のデバイスとしてのコストを落とした信頼性試験

 開発したデバイスのエージング(加速試験 寿命試験)が重要になってきます。
 信頼試験は、いろいろな条件下(照度 温度など)で多数のサンプルを効率良く
 試験するこが必要です。
 高額な試験装置を何台も並べて、試験データの相関を見るのは、現実的ではありません。
 計測器は校正された正確なものを一台とし、信号の効率の良い多チャンネル切り替え装置があり、
 使いやすいソフトが装置のキーになります。

2)新しい材料を採用した太陽電池の高感度測定

 わずかな違いを計測する場合に必要なものは、高感度の電流測定技術です。
 短絡電流Isc たとえば8A だったものが バックシートの材料の反射率を変えて
 1% 80mA 改善したことを証明するには、そう簡単なことではありません。
 今までも述べましたが、電流測定にて電圧が低い太陽電池の素子では、
 シャント抵抗を使用した測定は適正とは言えません。
 電流 8Aの測定に0.01Ωを入れると80mV の電圧がロスしてしまいます。
 実際の発電電圧が600mVしか発電しないのに短絡電流の測定に80mVの誤差があると
 言うことになってしまいます。
 計測電源を使用した場合は、電圧は1mV以下で短絡電流の測定ができ、
 電流 8A測定に対しても 実質 0.2%の誤差での測定ができます。
 このあたりが測定の限界となりそうです。

最終的には、高精度な測定器を効率よい切り替え器に接続した太陽電池評価システムが必要です。
太陽電池の総合的評価はアクシス・ネットにご相談ください。

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投稿者: ueda

投稿日時: 2010-11-30 0:02:19 (2549 ヒット)
色素増感タイプの太陽電池は、まだまだ研究段階のものが多く
大きさも数mm□−1cm□で 発電量の測定範囲も
電圧 1V 以下 電流10mA 以下になることがほとんどです。

色素増感太陽電池では、 IPCE特性を測定するには大変高額な
装置が必要ですが、キセノンランプを使用した一般的な太陽電池の
評価システムでも測定評価が可能です。

測定のポイントは、

1)計測電源では、4端子測定により電圧100μV 電流100pA分解能で測定ができます。
実質的には、誤差 200μV 100nA 程度の測定が可能です。

2)シャッターの開閉もソフトでコントロールし、測定タイミングを設定できることが重要です。
光が照射されてから、50ms-100msの遅延時間が設定でき、測定時間も15s-25sに設定できる必要があります。

3)IV測定の電圧印加の方向でヒステリシスが発生します。
往復スイープにより平均値でパラメータ計算をする。

4)泥臭い話ですが色素増感の試作品では、ITOなどの透明電極が使われますが、
電極にうまくコンタクトできるがどうかで測定結果が大きく変わります。

直列抵抗が数10Ωで接触抵抗10Ω程度あると効率も曲線因子FFも低く出てしまいます。

適正な治具で良好なコンタクトを確保し、測定条件を調整しやすいソフトで計測電源(ソースメータ)で
測定することが色素増感太陽電池の性能評価には重要です。

アクシス・ネットは、治具製作も含めた総合評価システムを提供します。

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投稿者: ueda

投稿日時: 2010-11-28 0:08:21 (2255 ヒット)
太陽電池測定とシミュレーション

太陽電池の測定でコストがかかるのは、
ソーラーシミュレーター(キセノン光源)で
ランプ寿命は1000時間程度のものがほとんどです。

JIS にて規定されている測定は 1SUN (1kw/m2)の光での測定ですが、
実際には、晴れたり曇ったり部分的な影がでたり、パネルの部分的な故障等、
いろいろな現象が起こります。

パネルの検査では、100msのパルス光源を使用しますが、
いろいろなパターンで最大電力を求める試験は困難を極めます。

通常のDC電源を使用すると、CVモードにて 最大電圧x最大電流=最大電力か
ちょっと高級な電源で電力一定の設定であっても、太陽電池の特性とは違います。

一番良いのは、実際の太陽電池のデータを測定し電源の電流リミッタをそのIVカーブと
同じようにプログラムできればよいのです。
IVカーブの再現には、電源の出力電圧に対して太陽電池と同じ電流リミットが設定できる必要があります。

太陽電池のIV計測システムとアジレントE4360シリーズを組み合わせると
太陽電池の総合的なシミュレーションが可能です。

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投稿者: ueda

投稿日時: 2010-11-28 0:05:13 (3535 ヒット)
CV測定について

太陽電池とは、電気的にはダイオードなのですが
ダイオードの特性評価としては、IV測定によるものが第一です。

薄膜太陽電池では、薄膜の評価方法としてCV測定があります。
半導体計測では、ドーピングの深さの評価に使われますが
薄膜の定量測定ができます。

シリコンの半導体では、測定する周波数は、100kHz 1MHzとなっていましたが
太陽電池では、スイッチングをしないのでさほど高くない周波数での測定でも良いと思います。

測定装置としては、高額な半導体パラメータ・アナライザもありますが、
1MHzまでのダイオードのCV測定であればLCRメータが最適な装置とも言えます。
(筆者としては、アジレントE4980をお勧めします。と言うかこれしかないと思っています)

実際、E4980では、プローバーを使用して100 mV以下の電圧での10pFの測定ができます。

なかなか、技術資料も少ないのですが、薄膜の性能評価としてCV測定は有用です。

特殊な場合も、アクシス・ネットにご相談ください。

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投稿者: ueda

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