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公開番号2021090320
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2019220779
出願日20191205
発明の名称光電変換素子のI-V特性データ決定プログラム及びI-V特性データ決定方法
出願人株式会社フジクラ
代理人個人
主分類H02S 50/10 20140101AFI20210514BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】正確なI-V特性データを短時間で簡便に決定できるプログラム等を提供する。
【解決手段】光電変換素子のI-V特性データ決定プログラムであって、コンピュータに対し、I-V特性データ測定装置に、特定の遅延・積算時間で、素子への印加電圧を逆方向掃引させI-V特性データを取得する処理P2、データに基づき、式(1)のRを算出する処理及びRが式(2)を満足するか判別する処理P3を実行させ、判別時に、Rが式(2)を満足しない場合、遅延・時間を変更し、満足するまで、上記処理を行うステップを繰り返す処理P4を実行させるプログラム。R=Imax(V)/Isc・・・(1)(Vは0〜Vpm、Imax(V)はVにおける最大電流値、Iscは短絡電流値、Vpmは電力を最大とする電圧)R≦1+ε/100・・・(2)(εは、データ取得時の電流値の誤差(%))
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
光電変換素子のI−V特性データを決定するための光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムであって、
コンピュータに対し、
前記光電変換素子に接続されたI−V特性データ測定装置に、特定の遅延時間及び積算時間で、前記光電変換素子に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを測定させて前記I−V特性データを取得するデータ取得処理、
前記データ取得処理で取得された前記I−V特性データに基づいて、下記式(1)で表されるRを算出する算出処理、及び、
前記Rが下記式(2)を満足するかどうかを判別する判別処理を実行させ、
前記判別処理で、前記Rが下記式(2)を満足しない場合には、前記遅延時間及び前記積算時間の少なくとも一方を変更し、前記Rが下記式(2)を満足するまで、前記データ取得処理、前記算出処理及び前記判別処理を行うステップを繰り返す繰返し処理を実行させる、光電変換素子のI−V特性データ決定プログラム。
R=Imax(V)/Isc・・・(1)
(前記式(1)中、Vは、0以上Vpm以下の範囲の印加電圧を表し、Imax(V)は、印加電圧がVであるときに測定される電流値のうち最大の電流値を表し、Iscは、Vが0であるときの電流値を表し、VpmはI−V特性データにおいて電力を最大とするときの電圧を表す。)
R≦1+ε/100・・・・・・・・・・(2)
(前記式(2)中、εは、前記データ取得処理で測定される前記電流値の誤差(単位:%)を表す。)
続きを表示(約 660 文字)【請求項2】
光電変換素子のI−V特性データを決定するための光電変換素子のI−V特性データ決定方法であって、
前記光電変換素子に接続されたI−V特性データ測定装置に、特定の遅延時間及び積算時間で、前記光電変換素子に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを測定させて前記I−V特性データを取得するデータ取得処理、
前記I−V特性データに基づいて、下記式(1)で表されるRを算出する算出処理、及び、
前記Rが下記式(2)を満足するかどうかを判別する判別処理
を行い、
前記判別処理で、前記Rが下記式(2)を満足しない場合には、前記遅延時間及び前記積算時間の少なくとも一方を変更し、前記Rが下記式(2)を満足するまで、前記データ取得処理、前記算出処理及び前記判別処理を行うステップを繰り返す繰返し処理を行う、光電変換素子のI−V特性データ決定方法。
R=Imax(V)/Isc・・・(1)
(前記式(1)中、Vは、0以上Vpm以下の範囲の印加電圧を表し、Imax(V)は、印加電圧がVであるときに測定される電流値のうち最大の電流値を表し、Iscは、Vが0であるときの電流値を表し、VpmはI−V特性において電力を最大とするときの電圧を表す。)
R≦1+ε/100・・・・・・・・・・(2)
(前記式(2)中、εは、前記データ取得処理で測定される前記電流値の誤差(単位:%)を表す。)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、光電変換素子のI−V特性データ決定プログラム及びI−V特性データ決定方法に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
光電変換素子のI−V特性データは、光電変換素子をソースメータに電気的に接続して、印加する電圧を掃引し、印加電圧に対する電流値を測定することで得られる。
【0003】
従来、光電変換素子のI−V特性データ決定方法としては、印加電圧を開放電圧Vocから0Vまで逆方向掃引した後、印加電圧を0Vから開放電圧Vocまで順方向掃引すること、すなわち往復掃引することによってI−V特性データを測定し、得られるI−V特性同士間のヒステリシスが無くなるか小さくなるI−V特性データを正確なI−V特性データとして決定する方法が知られている(例えば下記非特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
Y. Hishikawa, "Traceable Performance Characterization of State-of-the Art PV Devices", Proceedings of the 27th EUPVSEC, 2954-2960(2012)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、上記非特許文献1に記載の光電変換素子のI−V特性データ決定方法は、以下に示す課題を有していた。
【0006】
すなわち、例えば光増感色素を用いた光電変換素子では、光に対する応答が遅い場合があり、その場合には、数百個の光電変換素子のI−V特性データを上記I−V特性データ決定方法で測定すると、往復掃引が行われるため極めて時間がかかる。また、I−V特性データに基づいてI−V曲線を出力し、オペレータが確認すれば、I−V特性データの異常を容易に評価できる。しかし、この場合も、数多くの光電変換素子について正確なI−V特性データを決定するのに極めて時間がかかる。さらに、光電変換素子について長期の耐久性試験を行い、I−V特性データを経時的に測定する場合、光劣化や熱劣化を起こした光電変換素子では、初期状態に比べて光応答がさらに遅くなることがある。この場合、印加電圧の掃引速度に関する測定条件である遅延時間や積算時間を初期値のままで引き続き電圧掃引を行うと、掃引速度が速すぎることとなり、不正確なI−V特性データが得られるおそれがある。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、正確なI−V特性データを短時間で簡便に決定することができる光電変換素子のI−V特性データ決定プログラム及びI−V特性データ決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するため、本発明は、光電変換素子のI−V特性データを決定するための光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムであって、コンピュータに対し、前記光電変換素子に接続されたI−V特性データ測定装置に、特定の遅延時間及び積算時間で、前記光電変換素子に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを測定させて前記I−V特性データを取得するデータ取得処理、前記データ取得処理で取得された前記I−V特性データに基づいて、下記式(1)で表されるRを算出する算出処理、及び、前記Rが下記式(2)を満足するかどうかを判別する判別処理を実行させ、前記判別処理で、前記Rが下記式(2)を満足しない場合には、前記遅延時間及び前記積算時間の少なくとも一方を変更し、前記Rが下記式(2)を満足するまで、前記データ取得処理、前記算出処理及び前記判別処理を行うステップを繰り返す繰返し処理を実行させる、光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムである。
R=Imax(V)/Isc・・・(1)
(前記式(1)中、Vは、0以上Vpm以下の範囲の印加電圧を表し、Imax(V)は、印加電圧がVであるときに測定される電流値のうち最大の電流値を表し、Iscは、Vが0であるときの電流値を表し、VpmはI−V特性データにおいて電力を最大とするときの電圧を表す。)
R≦1+ε/100・・・・・・・・・・(2)
(前記式(2)中、εは、前記データ取得処理で測定される前記電流値の誤差(単位:%)を表す。)
【0009】
この光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムによれば、光電変換素子に接続されたI−V特性データ測定装置に、特定の遅延時間及び積算時間で、光電変換素子に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを測定させる処理をコンピュータに実行させる。すなわち、印加電圧については往復掃引ではなく片道掃引にしてI−V特性データを測定させる。また、I−V特性データに基づいてI−V曲線を出力し、オペレータが確認する必要もなくなる。このため、I−V特性データを短時間で測定することができる。また、Rが式(2)を満足するかどうかを判別することで、取得されるI−V特性データが不正確であるかどうかを簡便に判別することができる。さらに、Rが式(2)を満足しない場合には、上記繰返し処理で、遅延時間及び積算時間の少なくとも一方を変更した上で、Rが式(2)を満足するまでデータ取得処理、算出処理及び判別処理を行うステップが繰り返される。このため、最終的に正確なI−V特性データを決定することができる。従って、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムは、正確なI−V特性データを短時間で簡便に決定することができる。
【0010】
なお、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムによれば、I−V特性データを短時間で測定することができるため、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムは、光応答が遅い光電変換素子のI−V特性データを取得する場合や、大量の光電変換素子についてI−V特性データを取得する場合に有用である。また、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムでは、Rが式(2)を満足しない場合には、上記繰返し処理で、遅延時間及び積算時間の少なくとも一方を変更した上で、Rが式(2)を満足するまでデータ取得処理、算出処理及び判別処理を行うステップが繰り返される。このため、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムは、光応答が経時的に遅くなる光電変換素子について特に有効である。さらに、Rが上記式(2)を満足しない場合とは、電流値の誤差εが十分小さいことから、実質的にはImax(V)がIscを超える場合である。このため、データ取得処理において印加電圧の遅延時間及び積算時間が短すぎる場合に特徴的な、一部の電流値が高くなるI−V特性データのうちImax(V)がIscを超えて特異的に高くなるI−V特性データについては、不正確なI−V特性データとして判別処理において容易に判別することができる。
【0011】
また、本発明は、光電変換素子のI−V特性データを決定するための光電変換素子のI−V特性データ決定方法であって、前記光電変換素子に接続されたI−V特性データ測定装置に、特定の遅延時間及び積算時間で、前記光電変換素子に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを測定させてI−V特性データを取得するデータ取得処理、前記I−V特性データに基づいて、下記式(1)で表されるRを算出する算出処理、及び、前記Rが下記式(2)を満足するかどうかを判別する判別処理を行い、前記判別処理で、前記Rが下記式(2)を満足しない場合には、前記遅延時間及び前記積算時間の少なくとも一方を変更し、前記Rが下記式(2)を満足するまで、前記データ取得処理、前記算出処理及び前記判別処理を行うステップを繰り返す繰返し処理を行う、光電変換素子のI−V特性データ決定方法である。
R=Imax(V)/Isc・・・(1)
(前記式(1)中、Vは、0以上Vpm以下の範囲の印加電圧を表し、Imax(V)は、印加電圧がVであるときに測定される電流値のうち最大の電流値を表し、Iscは、Vが0であるときの電流値を表し、VpmはI−V特性において電力を最大とするときの電圧を表す。)
R≦1+ε/100・・・・・・・(2)
(前記式(2)中、εは、前記データ取得処理で測定される前記電流値の誤差(単位:%)を表す。)
【0012】
この光電変換素子のI−V特性データ決定方法によれば、光電変換素子に接続されたI−V特性データ測定装置に、特定の遅延時間及び積算時間で、前記光電変換素子に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを測定させる。すなわち、印加電圧については往復掃引ではなく片道掃引にしてI−V特性データを測定させる。このため、I−V特性データを短時間で測定することができる。また、Rが式(2)を満足するかどうかを判別することで、取得されるI−V特性データが不正確であるかどうかを簡便に判別することができる。さらに、Rが式(2)を満足しない場合には、上記繰返し処理で、遅延時間及び積算時間の少なくとも一方を変更した上で、Rが式(2)を満足するまでデータ取得処理、算出処理及び判別処理を行うステップが繰り返される。このため、最終的に正確なI−V特性データを決定することができる。従って、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法は、正確なI−V特性データを短時間で簡便に決定することができる。
【0013】
なお、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法によれば、I−V特性データを短時間で測定することができるため、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法は、光応答が遅い光電変換素子のI−V特性データを測定する場合や、大量の光電変換素子についてI−V特性データを測定する場合に有用である。また、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法では、Rが式(2)を満足しない場合には、上記繰返し処理で、遅延時間及び積算時間の少なくとも一方を変更した上で、Rが式(2)を満足するまでデータ取得処理、算出処理及び判別処理を行うステップが繰り返される。このため、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法は、光応答が経時的に遅くなる光電変換素子について特に有効である。さらに、Rが上記式(2)を満足しない場合とは、電流値の誤差εが十分小さいことから、実質的にはImax(V)がIscを超える場合である。このため、データ取得処理において印加電圧の遅延時間及び積算時間が短すぎる場合に特徴的な、一部の電流値が高くなるI−V特性データのうちImax(V)がIscを超えて特異的に高くなるI−V特性データについては、不正確なI−V特性データとして判別処理において容易に判別することができる。
【0014】
なお、本明細書において、電圧の単位は「ボルト」とし、電流の単位は「アンペア」とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、正確なI−V特性データを短時間で簡便に決定することができる光電変換素子のI−V特性データ決定プログラム及びI−V特性データ決定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法を実施する光電変換素子のI−V特性データ決定システムの一例を示す概略図である。
本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法の一実施形態を示すフローチャートである。
I−V特性データ測定装置において、印加電圧の設定値を、時間の経過とともにステップ状に変化させたときのグラフである。
正確なI−V特性データの一例を示すグラフである。
不正確なI−V特性データの一例を示すグラフである。
不正確なI−V特性データの他の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法を実施する光電変換素子のI−V特性データ決定システムの一例を示す概略図である。
【0018】
図1に示すように、光電変換素子のI−V特性データ決定システム100は、光電変換素子10と、I−V特性データ測定装置20と、入力部30と、コンピュータ40と、出力部50とを備える。コンピュータ40は、メモリ41と、記憶部42と、演算部43とを有し、記憶部42は、光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムを格納している。光電変換素子10とI−V特性データ測定装置20とは互いに電気的に接続され、I−V特性データ測定装置20とコンピュータ40も互いに電気的に接続されている。また、コンピュータ40は、入力部30及び出力部50に電気的に接続されている。
【0019】
光電変換素子10は、光を照射されて発電した状態となっている。光電変換素子10としては、例えば有機太陽電池及び色素増感太陽電池が挙げられる。
【0020】
I−V特性データ測定装置20は、光電変換素子10に印加する電圧を変化させ、印加電圧に対応する電流値を測定することによりI−V特性データを取得するものである。
【0021】
I−V特性データ測定装置20としては、例えばソースメータが挙げられる。
【0022】
入力部30は、コンピュータ40に測定条件としての遅延時間及び積算時間を入力させるものである。
【0023】
出力部50は、コンピュータ40の演算部43で演算された結果を出力するものである。
【0024】
次に、上述した光電変換素子のI−V特性データ決定システム100における光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムを用いたI−V特性データ決定方法について図2及び図3を参照しながら説明する。図2は、本発明の光電変換素子のI−V特性データ決定方法の一実施形態を示すフローチャート、図3は、I−V特性データ測定装置20において、印加電圧の設定値を、時間の経過とともにステップ状に変化させたときのグラフである。
【0025】
まず、入力部30を用いて、コンピュータ40の記憶部42に格納された光電変換素子のI−V特性データ決定プログラムを起動させる。
【0026】
このとき、上記プログラムの入力画面が出力部50に表示される。出力部50には、測定条件を入力させる画面が表示される。測定条件としては、具体的には、I−V特性データ測定装置20による印加電圧の掃引速度に関する遅延時間T

及び積算時間T

などを入力する(P1)。
【0027】
図3において、両矢印の区間は電流が測定されている状態にあることを示している。図3に示すように、遅延時間T

とは、印加電圧が設定値に到達してから電流値測定が開始されるまでの時間であり、積算時間T

とは、電流値を測定している時間である。印加電圧は、ある設定値に変化させられて遅延時間及び積算時間が経過した後、次の異なる設定値に変化させられる。
【0028】
遅延時間T

及び積算時間T

は、I−V特性データの取得を行う光電変換素子10の中から3個以上の光電変換素子10を抽出し、これらの各々について印加電圧を往復掃引することにより得られる2つのI−V曲線にヒステリシスが生じないような遅延時間及び積算時間とすればよい。このとき抽出する光電変換素子10の個数は3個以上であればよいが、10個以上であることが好ましい。
【0029】
そして、上記プログラムによって、コンピュータ40に対して以下の(A)データ取得処理、(B)算出処理、(C)判別処理及び(D)繰返し処理、を実行させる。
【0030】
(A)データ取得処理
光電変換素子10に接続されたI−V特性データ測定装置20に、光電変換素子10に印加する電圧を逆方向掃引させ、印加電圧に対応する電流値を測定させることによりI−V特性データを取得する処理(P2)
(【0031】以降は省略されています)

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