成果報告書詳細
管理番号20150000000090
タイトル平成23年度-平成26年度成果報告書 太陽エネルギー技術研究開発 革新的太陽光発電技術研究開発 (革新型太陽電池国際研究拠点整備事業) 高効率集光型太陽電池セル、モジュール及びシステムの開発 (日 EU 共同開発) 集光型太陽電池セル、モジュールの標準測定技術の開発(WP4)
公開日2015/9/1
報告書年度2011 - 2014
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 多接合集光型太陽電池の性能評価技術において変換効率の測定再現性が±0.5%以内の測定技術を確立することを最終目標として、EU側研究機関とくにドイツのフラウンホーファー研究所と共同で研究開発を行った。
 セル測定については、集光測定のための高照度パルス光源の基本特性を詳細に評価することにより課題を抽出し、高精度で再現性の良い集光セルの評価のために必要な測定技術と評価技術を開発した。特に、(1)集光セル、照度測定のための基準セル、スペクトル測定のための分光放射計を全て同一位置に正しく設置するための機構の導入、(2)定常光ソーラーシミュレータによる電流電圧特性測定システムの高速測定での精度検証、(3)定電圧および定電流測定を利用した電流電圧特性データの補正技術の採用によって再現性の高い高精度測定を実現できた。その結果、変換効率において±0.5%以内の測定再現性が得られた。フラウンホーファー研究所とは集光セルの比較測定、研究者の相互訪問実験を繰返し実施し、最終的に、集光セル測定において良く一致する測定結果を得ることができた。ここで開発された測定技術をさらに発展させ、本プロジェクトを通じた交流を更に深めるために、今後もEU側研究機関と継続的に比較測定を続けていくことが重要であると思われる。
 ミニモジュール測定については、高照度スポットライト光源を利用して新たに高平行度光源を開発し、視野角±0.5°において良好なスペクトル合致度と照度むら±2%以下を実現できた。また、高精度な自動角度調整機構を有するミニモジュール評価ステージを開発し、光源とミニモジュール間の正確な角度調整を実現した。これらによりミニモジュールの評価を実施し、変換効率の測定再現性±0.5%以内を実現するとともに、その測定結果が屋外測定データと比較的よく一致することが確認できた。この自動ステージはミニモジュールの角度特性の測定にも有効で、ミニモジュールの角度特性を評価することにより集光モジュールの許容角は測定の容易な出力電流だけではなく出力電力でも評価する必要があることを明らかにした。また、この高平行度光源の照度が広い範囲で調整できることを利用して集光セルの照度に対する出力電流の直線性を評価し、評価したモジュールで使用されている標準的な構造の集光セルにおいては広い照度範囲で良好な直線性を有していることが確認できた。屋外測定との比較については、上記のように両者が比較的よく一致する結果も得られているが、屋外測定による特性変動が観測されるなど、海外研究機関との比較測定を含めて、測定精度の向上のために今後さらに検討を進めていくことが望ましいと考えられる。
英文要約Title:Ultra-high efficiency concentration photovoltaic’s (CPV) cells, modules and Systems WP 4:Development of characterization tools for CPV cells, modules and systems (FY2011-FY2014) Final Report

 Measurement technologies of concentration photovoltaics(CPV) were developed to realize the evaluation repeatability better than ±0.5% in conversion efficiency in a collaboration with EU research center, especially Fraunhofer ISE in Germany.
 The characteristics of a high intensity pulsed solar simulator were investigated in detail to extract the problems. We introduced a motorized positioning system to make the measurement position of CPV cell, standard cells for irradiation measurement and the spectroradiometer to be the same in order to avoid the non-uniformity of the light. The accuracy of the high-speed current-voltage (IV) measurement system was verified with a steady-state solar simulator. The IV curve correction techniques with the data measured at fixed voltages were developed to reduce the error associated with the high speed voltage sweep. The measurement repeatability of ±0.5% in conversion efficiency was obtained by these improvement. The measurement accuracy was tested through the round-robin tests with Fraunhofer ISE. The CPV cell data finally agreed well between the laboratories through the inter-visit of researches. The continuous collaboration such as the intercomparison of CPV cells would be important for the further development of measurement technologies.
 The steady-state solar simulator with a small view angle of ±0.5° was developed with a high intensity follow-spot light source. A good irradiation uniformity of ±2% was obtained with good spectral matching to the AM1.5D spectrum. A sample stage with motorized angular control systems and a temperature controller was also developed to adjust the mini-module rightly to the solar simulator. The measurement repeatability of ±0.5% in conversion efficiency was obtained with this system, and the measured value agreed relatively well with the outdoor measurement results. The angular dependence of IV characteristics, which was easily measured with the motorized sample stage, showed that the acceptance angle for the output power was smaller than that for the output current. The acceptance angle should be evaluated not only by the output current but also the output power. The CPV cell output current linearity for the irradiation was evaluated with a mini-module by changing the irradiance of the solar simulator with various transmittance metal meshes. The CPV cell used in the module showed a good linearity in the wide range of irradiances. In the comparison between indoor and outdoor measurements, some data showed a good agreement as mentioned above, but large differences were also observed for some modules. It would be expected to continue the comparative studies for the improvement of the accuracy of CPV module measurements.
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