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光電池の評価方法、光電池の評価装置、プログラム、および光電池の製造方法 NEW 新技術説明会 実績あり

国内特許コード P180015539
整理番号 4582
掲載日 2018年11月21日
出願番号 特願2014-147216
公開番号 特開2015-228784
登録番号 特許第6411801号
出願日 平成26年7月17日(2014.7.17)
公開日 平成27年12月17日(2015.12.17)
登録日 平成30年10月5日(2018.10.5)
優先権データ
  • 特願2014-097923 (2014.5.9) JP
発明者
  • 秋山 英文
  • 吉田 正裕
  • 陳 少強
  • 朱 琳
  • 金 昌秀
  • 望月 敏光
  • 金光 義彦
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 光電池の評価方法、光電池の評価装置、プログラム、および光電池の製造方法 NEW 新技術説明会 実績あり
発明の概要 【課題】光電池の新規な評価手法に関する技術を提供する。
【解決手段】光電池の評価方法は、(a)第1のサブセルを有する光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを準備する工程と、(b)第1のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づき、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係を求め、工程(a)において発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた輻射再結合損失レートから、光電池動作時の取出電流密度の関数として、第1のサブセルから光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る工程とを有する。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要


太陽電池等の光電池について、高効率化等の技術開発が進められている。高効率太陽電池の開発において最も堅実な成功をおさめてきた方法は、多接合タンデム化である。しかし現状の多接合型太陽電池の開発は、試行錯誤によるところが大きい。作製と評価のフィードバックを強化するために、構成要素である各サブセルの品質・特性を、完成した素子に対して非破壊で評価する標準的な方法が望まれる。



近年、エレクトロルミネッセンス(EL)強度測定に基づく、各サブセルの電流電圧特性や開放電圧Vocの分析方法が提案されている(例えば非特許文献1参照)。



しかし、先行研究では、1)EL強度は任意単位あるいは相対強度として測定および定式化し、2)全体の電流電圧特性を実測し、3)全体の電流電圧特性の測定結果に理論予想が一致するようにパラメータを調節して各サブセルの電流電圧特性を推定する方法がとられた。この方法は、パラメータを人為的に調整する過程を含むため、各サブセルの電流電圧特性を実験で評価しているとは言えない。各サブセルの電流電圧特性や、各サブセルの損失内訳、ルミネッセンス結合の大きさ、材料の品質など、太陽電池内部の詳細な診断を行うためには、上記のような仮定を含まない評価手法が望まれる。



バイアス光を用いた太陽電池の外部量子効率スペクトル測定法は、多接合型太陽電池の標準的評価方法の一つである。各サブセルの個別のキャリア発生性能の評価のため非常に重要であり、短絡電流Iscや、各サブセル間の電流マッチングの診断に有用である(例えば特許文献2参照)。



単接合型光電池においても、各種の評価手法が望まれている。

産業上の利用分野


本発明は、光電池の評価方法、光電池の評価装置、プログラム、および光電池の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
(a)第1のサブセルを有する光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを準備する工程と、
(b)前記第1のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づき、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係を求め、前記工程(a)において発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた輻射再結合損失レートから、光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る工程と
を有する光電池の評価方法。

【請求項2】
前記工程(a)は、第1のサブセルを有する光電池に電圧を印加し発光ダイオードとして動作させ、前記第1のサブセルからのエレクトロルミネッセンスの絶対強度を測定することにより、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る工程を含む、
請求項1に記載の光電池の評価方法。

【請求項3】
前記光電池は、前記第1のサブセルに積層された第2のサブセルをさらに有し、
前記工程(a)は、前記第2のサブセルを有する前記光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、前記第2のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを準備する工程を含み、
前記工程(b)は、前記第2のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づき、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係を求め、前記工程(a)において発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた輻射再結合損失レートから、光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記第2のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る工程を含む、
請求項1または2に記載の光電池の評価方法。

【請求項4】
さらに、
(c)前記光電池の有する少なくとも1つのサブセルについて、前記工程(b)で光電池動作時の取出電流密度の関数として得られた輻射再結合損失レートに基づき、前記光電池の光電池動作時における特性を示す少なくとも1つの物理量を算出する工程
を有する請求項1~3のいずれか1項に記載の光電池の評価方法。

【請求項5】
前記工程(c)で算出される物理量は、光電池における透過損失、サブセルにかかる電圧、サブセルにおける熱化損失、サブセルにおける輻射再結合損失、サブセルにおける非輻射再結合損失、サブセルにおける接合損失、および、サブセルからの出力の少なくとも1つを含む、請求項4に記載の光電池の評価方法。

【請求項6】
前記工程(c)では、前記工程(b)で光電池動作時の取出電流密度の関数として得られた輻射再結合損失レートに基づいて、サブセルの光電池動作時における外部発光量子効率を算出する、請求項4または5に記載の光電池の評価方法。

【請求項7】
前記工程(c)では、前記外部発光量子効率と、輻射限界条件における理想的な外部発光量子効率と、輻射限界条件においてサブセルにかかる理想的な電圧とに基づいて、サブセルにかかる電圧を算出する、請求項6に記載の光電池の評価方法。

【請求項8】
前記工程(c)では、前記外部発光量子効率に基づいて、サブセルの内部発光量子効率を算出する、請求項6に記載の光電池の評価方法。

【請求項9】
前記工程(b)で用いられる、サブセルにおけるネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートのバランスの、ネットのキャリア損失レートを構成する項目として、
(R1)当該サブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートと、
(R2)当該サブセルにおける非輻射再結合損失レートと
が含まれ、
前記工程(b)では、サブセルについて、
前記工程(a)で得られた前記項目(R1)の輻射再結合損失レートに基づき、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として、前記項目(R2)の非輻射再結合損失レートを求め、
さらに、
発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた前記項目(R2)の非輻射再結合損失レートから、光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記項目(R2)の非輻射再結合損失レートを得る、請求項1~8のいずれか1項に記載の光電池の評価方法。

【請求項10】
第1のサブセルを有する光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートと、
前記第1のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づいて求められた、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係と
に基づいて、
光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る工程
を有する光電池の評価方法。

【請求項11】
第1のサブセルを有する光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートと、
前記第1のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づいて求められた、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係と
に基づいて、
光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得るように構成された計算装置
を有する、光電池の評価装置。

【請求項12】
さらに、
前記光電池に順方向バイアスを印加する電源と、
前記光電池のエレクトロルミネッセンスの絶対強度を測定する測定器と
を有する、請求項11に記載の光電池の評価装置。

【請求項13】
第1のサブセルを有する光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートと、
前記第1のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づいて求められた、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係と
に基づいて、
光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る手順
をコンピュータに実行させるプログラム。

【請求項14】
光電池を形成する工程と、
前記光電池の特性を評価する工程と
を有し、
前記光電池の特性を評価する工程は、
第1のサブセルを有する光電池の発光ダイオード動作時におけるエレクトロルミネッセンスの絶対強度に対応し、発光ダイオード動作時の注入電流密度の関数として得られた、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートと、
前記第1のサブセルについて、ネットのキャリア発生レートとネットのキャリア損失レートとのバランスに基づいて求められた、発光ダイオード動作時の注入電流密度と光電池動作時の取出電流密度との関係と
に基づいて、
光電池動作時の取出電流密度の関数として、前記第1のサブセルから前記光電池の外部への光放出に対応する輻射再結合損失レートを得る工程
を有する光電池の製造方法。
国際特許分類(IPC)
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