CN1341863A - 光电转换器件的光电转换特性测试方法和测试设备 - Google Patents

Abstract

提供一种用价格便宜的测试系统能在户内或户外精确测试例如模块或矩阵的大面积叠层光电转换器件的光电转换特性的方法,能测有多种光谱状态的辐射光下的光电转换特性,能评估光电转换器件的每个元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移,对比测到的光电转换特性和评估的偏移,由此得到在标准测试条件下的光电转换器件的光电转换特性。

Description

光电转换器件的光电转换 特性测试方法和测试设备

技术领域

本发明涉及光电转换特性的测试方法和测试设备，更具体涉及例如太阳能电池，光电二极管，光传感器或静电复印的光敏体等的光电转换器件，特别是叠置的光电转换器件的光电转换特性的测试方法和测试设备。

背景技术

叠置的光电转换器件中，叠置有多个有不同光谱灵敏度的光电转换元件，光入射边上的上层光电转换元件没能完全吸收的长波长光由下层光电转换元件吸收，由此提高输出或灵敏度。因此，这些叠置的光电转换器件得到广泛的开发。

精确测试叠置的光电转换器件的输出特性非常重要，其原因如下：

例如，叠置的光电转换器件的最大功率在制造和运输中很重要。通过检验把那些最大功率小于阈值的光电转换器件定为次品。但是，如果不能精确测试输出，那么，不能保证待运输的光电转换器件的最大功率。此外，如果输出测试的误差大，而且，测试误差随测试设备的状态改变，那么，即使是相同质量的光电转换器件用的检验阈值也要变，这就造成生产合格率低。而且，为了保证待运输的光电转换器件的质量，如果检验阈值含测试误差，那么，必然会降低生产合格率。

如果不能正确地预测叠置的光电转换器件的输出，就不能预测系统特性，或者，用叠置的光电转换器件构成的系统的系统效率会降低。叠置的光电转换器件是太阳能电池时，明显影响例如保证太阳能电池的最大功率和生产合格率，太阳能发电系统的电功率的预测，和系统效率等。

但是，要精确测试叠置的光电转换器件的输出特性是很困难的。主要原因是，叠置的光电转换器件的输出特性随辐射光的光谱而有很大变化。例如，双层型太阳能电池(以下叫做“双电池”)中，两个半导体结叠置并串联连接，以下会详细说明。光入射边上的上半导体结叫做顶电池，下半导体结叫做底电池。由于电池有不同的光谱灵敏度，所以，每个电池的短路电流随辐射光的光谱改变。结果，整个双电池的短路电流，占空因数，和开路电压和双电池的输出特性有很大变化。

反之，有单半导体结的单层型电池(以下叫做“单电池”)，只有短路电流随辐射光的光谱变化，极少影响占空因数和开路电压。为此，校正光谱与短路电流的依赖关系，能几乎精确地测试输出特性。

通常，为了精确测试光电转换器件的输出特性，就必须确定例如辐射光的强度和光谱和光电转换器件的温度等测试条件。例如，对太阳能电池确定为标准测试条件的测试条件如下：

太阳能电池的温度：25℃

辐射光的光谱：标准的太阳光，(由JIS C 8911规定的标准太阳光的光谱)。

辐射光的辐射度：1000W/m²

但是，即使用户外的太阳光，也很难获得这些标准测试条件中的标准太阳光的光谱。其原因是，只有在限定的气象条件下才能获得标准的太阳光。因此，用室内的模拟太阳光源不可能获得标准的太阳光光谱。

就单电池而言，模拟的太阳光源(日光模拟器)的辐射度随位置的变化(以下叫“位置变化”)和时间变化率，在光谱基础上从接近标准太阳光为一级开始顺序分为A，B和C级。该分组由JISC8912和FISC8933规定。用A级或B级日光模拟器和有与待测太阳能电池相同的光谱灵敏度的辅助基准太阳能电池，设定日光模拟器的辐射度，由此校正因光谱漂移引起的误差。JISC8913和JISC8934说明了该测试方法。

上述测试方法可用于测光谱几乎只影响短路电流的单电池。但是，叠层的太阳能电池中，光谱不仅影响短路电流，还影响占空因数和开路电压，如上所述，用上述方法不能精确测试输出特性。因此，上述的JIS中排除了叠层的太阳能电池。

已提出了以下方法作为精确测试叠层太阳能电池的输出特性。

能调节用于测试叠层太阳能电池的日光模拟器，把它调节到能获得几乎是叠层太阳能电池在标准阳光下产生的短路电流和占空因数值，由此，精确测试输出特性(该方法以下叫做“多源法”)(参见T.Glatfelter and J.Burdick，19^th，IEEEPhotovoltaic Specialists Conference，1987，pp，1187-1193)。

即，叠层太阳能电池的多个半导体结中的每一个半导体结确定为元件电池。叠层太阳能电池中每个元件电池在标准太阳光下产生的短路电流是In.ref(n是每个元件电池的编号)，在目光模拟器下产生的短路电流是In.test。当光模拟器的光谱调节到满足

In.test＝In.ref    ……(1)

时，对每个元件电池而言，叠层太阳电池的短路电流和占空因数与标准太阳光下的值匹配。

上述测试方法假设用了有可调节光谱的日光模拟器。按上述标准，由一个氙(Xe)灯和两个卤灯构成的3个光源发射的光分量分成3个波(长)段，然后再合成，由此来调节每个元件电池的短路电流。通过调节3个光源的辐射度，控制3个波(长)段中光分量的强度，由此调节合成光的光谱。

有可变光谱的日光模拟器的辐射面积可以有400cm²以下的小辐射面积。但是，要制造有400cm²以上的辐射面积的日光模拟器是极困难的。其原因是：

(i)因为合成多个有不同光谱的光分量，合成光光谱中的位置变化和辐射度变大。更大的辐射面积使这些变化变得更危险。

(ii)由于用从光源发射的部分光的光谱，光强度会不足。当辐射面积变大时，不能得到标准测试条件下的辐射度1000w/cm²。

(iii)与用单光源的常规日光模拟器相比，结构变复杂，生产成本大大增加。

(iv)调节有可变光谱的日光模拟器很麻烦，它的控制需由专业人员进行。

多光源法能精确测试叠层太阳能电池的输出特性。但是，由于上述的原因，待测太阳能电池的光接收面积限制在实验室水平的最小面积，它不能测面积大于4000cm²的电池，模块或矩阵。即使能制成用于多光源方法的测试设备，其价格也极贵。

此外，多光源方法不能用于用太阳光的户外测试。但是，能用于检测太阳发电系统的输出，需要测试安装在户外的用太阳光的叠层光电转换器件叠层光电转换器件的输出特性测试中，如果不能校正由于太阳光光谱改变引起的叠层光电转换器件的输出特性的变化，则不能得到精确的测试结果。这种校正是还未解决的问题。而且，在根据地域或季节预测户外叠层光电转换器件的发电量中，考虑到因太阳光光谱变化引起的叠层光电转换器件的输出特性的变化，对精确预测发电量是很重要的。

但是，太阳光光谱的变化是不一致的。而且，太阳光光谱的变化用包括气团，浊度的许多指标表示，可降水量作为主要指标影响极大。叠层光电转换器件的输出特性的方式因各个指标不同而变化。因此，要计算或校正叠层光电转换器件的输出特性因太阳光光谱的变化而引起的变化是极困难的。

发明内容

本发明已分别地或一起克服了上述的缺点，本发明的目的是测试例如待测的叠层光电转换器件的面积中的单独的模块或矩阵的大面光电转换器件的光电转换特性。

本发明的另一目的是用便宜的测试系统精确测试叠层光电转换器件的光电转换特性。

为达到上述目的，按本发明的优选方案，公开了有多个叠置的半导体结的结构的叠层光电转换器件的光电转换特性的测试方法，包括以下步骤，在有许多不同光谱状态的辐射光下，测试光电转换器件的输出特性；评估光电转换器件的多个半导体结中的每个半导体结形成的元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移量，对比测到的光电转换特性和评估短路电流从标准的测试条件中的偏移，得出按标准测试条件的光电转换器件的光电转换特性。

本发明的另一目的是，测试户内和户外的叠层光电转换器件的光电转换特性。

为达到上述目的，按本发明的优选方案，公开的测试方法中，用模拟日光作辐射光，改变或交换用于辐射的光系统的某些光分量，以实现多个不同的光谱状态。

本发明的又一目的是，量化叠层光电转换器件的光电转换特性与光谱的依从关系。

为达到上述目的，按本发明的优选方案，公开了光谱依从关系的量化方法，包括，以元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移变化为基础，用表示辐射光的光谱变化为指标，量化光电转换器件的光电转换特性对光谱的依从关系。

本发明的又一目的是，预测叠层光电转换器件的输出特性。

为达到上述目的，按本发明的优选方案，公开了预测光电转换器件的光电转换特性，包括步骤：以元件电池的短路电流，从标准测试条件的偏移变化为基础，预测任意光谱状态中的光电转换器件的光电转换特性。

通过以下结合附图所作的说明，本发明的其它特征和优点将会清楚。其中所有附图中相同的部件用同样的符号指示。

附图说明

图1是说明按本发明实施例的叠层光电转换器件的输出特性的测试方法和测试设备的原理的示意图；

图2是标记电池的详细例的示意图；

图3是作为待测物体的叠层光电转换器件的光谱灵敏度的实例的曲线图；

图4是标记电池的光谱灵敏度的实例的曲线图；

图5是标准太阳光光谱的曲线图；

图6是太阳光的全部太阳辐射光谱的测试例的曲线图；

图7是叠层光电转换器件的输出特性的变化与光谱系数K的关系曲线图；

图8是列出例1中短路电流的计算结果的表；

图9也是一个表，列出了例1中的测试结果；

图10是一个表，列出对比例1中的测试结果；

图11是一个表，列出例1与对比例1之间的对比；

图12是一个表，列出例2中的测试结果；

图13是一个表，列出例3中的测试结果；

图14是一个表，列出例4中的测试结果；

图15是一个表，列出例5中的测试结果。

具体实施方式

下面以太阳能电池为例，参见附图详细说明按本发明的实施例的测试系统。光电转换器件的输出特性是指通常用主要参数值表示的输出特性，这些主要参数值包括最大功率Pmax，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，占空因数FF，最大功率电压Vpm，和最大功率电流Ipm，它们是从电流-电压特性计算出的，而且代表器件的特性。

[概要]

本实施例中，构成由图1所示结构的测试系统用于测试例如叠层光电转换器件的输出特性。按该测试系统，用辐射度检测器105，电压检测器101，电流检测器102，和改变待测物体104(光电转换器件)的电压的电源103，能在光辐射下测出待测物体104的输出特性。待测物体104是叠层光电转换器件时，辐射光有许多具有不同光谱的光谱状态，测试待测物体104的输出特性，同时，评估部分108用于评估待测物体104的每个半导体结(以下叫做元件电池)在多个光谱状态下测试的短路电流从标准测试条件的偏移，每个光谱状态下的待测物体104的输出特性与元件电池的每个短路电流以标准测试条件的偏移进行对比，由此得出在标准测试条件下的待测物体104(叠层光电转换器件)的输出特性。

上述测试系统中，按下述方式测试叠层光电转换器件的输出特性。

(1)首先，用辐射度检测器105测试辐射光的辐射度。辐射检测器105是基准电池时，连接电阻器106，用电压检测器107测短路电流。电阻器106的电阻值最好是0.1至1.0Ω。

(2)测待测物体104的电压和电流，同时用改变待测物体104的电压的电源103改变要加到待测物体104的电压，由此得到电流电压特性。从电流-电压特性得出输出特性。

(3)用评估辐射光下元件电池的每个短路电流与标准测试条件的偏移的评估部分108得到偏移。

(4)改变辐射光的光谱，在多种光谱状态下重复步骤(1)至(3)。

(5)用对比部分109对用步骤(1)的结果进行辐射度校正的步骤(2)的结果和步骤(3)的结果进行对比，由此进行偏移与输出特性之间的校正。因此，在元件电池的短路电流不偏移标准测试条件的状态下，即，能得到在标准测试条件下的待测物体104(叠层光电转换器件)的输出特性。此外，用关于元件电池的短路电流与标准测试条件偏移的指标表示辐射光的光谱变化时，能量化待测物体(叠层光电转换器件)的输出特性与光谱的依从关系。而且，能预测任何光谱状态中待测物体104(叠层光电转换器件)的输出特性，用于改变元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移。

[偏移评估]

用太阳能电池的实例为基础进行更详细地说明。首先要说明每个元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移的评估。这里，这是最重要的因素。每个元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移的评估方法大致分成两类，也就是说，可选择有关的方法。

下面说第1种方法，用光谱仪测试辐射光的光谱。用光谱灵敏度测试仪测叠层光电转换器件的光谱灵敏度。对辐射光的光谱强度与叠层光电转换器件的光谱灵敏度的乘积在“光谱灵敏度＞0”的波长范围内积分，由此得出每个元件电池的短路电流，即在辐射光下的短路电流。

之后，对标准太阳光谱和叠层光电转换器件的光谱灵敏度的乘积在“光谱灵敏度＞0”的波长范围内积分，从而得到各单元电池的短路电流(下文称作标准短路电流)。对比辐射光下的短路电流与标准的短路电流，评估每个元件电池的短略电流从标准测试条件的偏移。这种条件下，由光谱仪，光谱灵敏度测试仪和数据处理部分构成用于评估偏移的评估部分108。

第2种方法，用多个光电转换器件(以下叫做多个指标电池)，每个指标电池的光谱灵敏度大致等于叠层光电转换器件的每个元件电池的光谱灵敏度，在辐射光下测每个指标电池的短路电流，并与标准测试条件中的指标电池的短路电流对比，由此评估每个元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移。这种情况下，由指标电池、短路电流测试装置和数据处理部分形成用于评估偏移的评估部分108。

以下说明每种方法。

第1种方法，需要测试辐射光的光谱仪和测试光电转换器件的光谱灵敏度的测试装置。光谱仪最好用已知的包括分光镜的光谱辐射仪。光谱辐射的波长分辨率最好能达到5nm以下。因此，能提高辐射光的光谱分布的测试精度。感光波长的范围应是一个宽的波长范围，该范围应在包括叠层光电转换器件的每个元件电池的全部光谱灵敏度的波长范围以上。为了简化结构，可用诸如阳光测光仪的光电转换器件和干扰滤光镜组成的装置，或者，用光谱日温计。为了检测每个元件电池在每个感光波长的光强度的增大/减小和有足够的精度，要求测试装置能充分分割波长。用例如标准灯定期校正光谱仪的波长感光度。

辐射光随时间变化时，如日光，用光谱仪测光谱时最好同时测试待测物体(叠层光电转换器件)的输出特性。用例如能充分抑制辐射光的时间变化率的A级日光模拟器的光辐射系统时，可在测试待测物体的输出特性前后测试光谱。无论是测试户外或户内的光谱，最好在与待测物体的输出特性测试的同一平面进行测试光谱。在测户外的太阳光光谱时，最好在与待测物体的测试条件相同的条件下测太阳光光谱。即，待测物体是例如孔径角为几乎180°的扁平太阳能电池模块时，必须在平面上测全部太阳辐射光谱。为此，通过测由白色散射板散射的光，或者，用积分球面以平衡方式测试直射光和散射光。

用现有的光谱灵敏度测试方法测光电转换器件的光谱灵敏度。测试其中的叠层光电转换器件。为了测每个元件电池的光谱灵敏度，给白色光源附加一个适当的滤光镜，或者，组合多个光源产生的多个光分量，来调节偏置光(叠加在单色光上的光)的光谱。必须使不是待测元件电池的其它元件电池所产生的电流增大，用待测元件电池产生的电流值限制整个叠层光电转换器件的电流值。

由于待测物体(叠层光电转换器件)的面积大而难以测试待测物体的光谱灵敏度时，可以用按与待测物体相同的制备方法制成的小的叠层光电转换器件的光谱灵敏度测试值。要制造大量的叠层光电转换器件时，可用有代表性的叠层光电转换器件的光谱灵敏度测试值。

设Et(λ)是用上述方法测得的辐射光的光谱强度。Qn(λ)是叠层光电转换器件的第n个元件电池的光谱灵敏度。这两个参数均用波长λ的函数表示。第n个元件电池的短路电流In用下式表示： $\mathrm{In}=\∫\mathrm{Et}\left(\mathrm{\λ}\right)\·\mathrm{Qn}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}......\left(2\right)$

式中积分范围是Qn(λ)＞0。

图3是3层叠层光电转换器件的光谱灵敏度Qn(λ)的详细例的曲线图。图6是例如太阳光的辐射光的光谱强度Et(λ)的详细例的曲线图。如果测试的辐射光的光谱强度的波长分辨率低，或者，用干扰滤光镜，只能获得在离散的测试波长间隔的值，例如波长间隔为20nm以上，而不能获得元件电池本身的短路电流。代替的方法是，能计算出离散Et(λ)波长分辨率的离散光谱灵敏度Qn(λ)，In′用下式得出

In′＝Σ_mEt(λm)Qn(λm)  ……(3)

之后，用下式得出标准太阳光下每个元件电池的短路电流InO， $\mathrm{InO}=\∫\mathrm{Eo}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qn}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}......\left(4\right)$

式中Eo(λ)是图5所示的标准太阳光的光谱，积分范围与式(2)的积分范围相同。

之后，得出n个元件电池中的每个电池在辐射光下的短路电流值In和标准太阳光下的短路电流值InO之比：

Cn＝In/InO    ……(5)

把限定整个叠层光电转换器件的短路电流的元件电池定义为电流限制电池，等式(5)表示的Cn值具体用电流限制电池的Clim表示。n个元件电池中电流限制电池的短路电流In和InO最小。常规的多源方法中，调节阳光模拟器的光谱，使所有的Cn值都变成“1”。但是，如果不用特殊的阳光模拟器，这种调节是不可能的。用常规的阳光模拟器只能使n个元件电池中的1个电池的Cn值达到1。最好调节阳光模拟器的辐射度，使电流限制电池的短路电流值与标准太阳光下的短路电流值匹配到满意的程度，

Clim＝1              ……(6)

但是，在户外测试或辐射度有测试误差时，Clim值无需总是“1”。

辐射光和标准太阳光下获得的n个元件电池的总的短路电流见等式(7)和(8)。 $\mathrm{Sum}.n=\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{In}...\left(7\right)$ $\mathrm{Sum}.\mathrm{nO}=\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{InO}$

等式(5)和(7)中，只要获得波长的离散值Et(λ)或Qn(λ)，如上所述，In用In代替。

Sum.n与Sum.nO之比Csum用下式表示，

Csum＝Sumn/Sum.nO    ……(9)

上述值代入等式10，计算出系数K： $K=(\underset{a=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ca}-\mathrm{Clim})/(n-1)/\mathrm{Clim}...\left(10\right)$

能有效地典型地表示出辐射光的光谱从标准太阳光谱的偏移。系数K以下叫做光谱系数。

用其光谱灵敏度大致是叠层光电转换器件的电流限制电池的光谱灵敏度的基准电池的短路电流基本上能较好地测试和调节辐射度。但是，不知道电流限制电池时，或者，要测有不同的多个电流限制电池的多个叠层光电转换器件时，可在包括叠层光电转换器件的全部元件电池的光谱灵敏度的波长范围内测试或调节辐射度。理论上说，光谱系数是除电流限制电池之外的多个元件电池在辐射光下的短路电流与在标准太阳光下的短路电流之比的平均值。

以下说明第2种方法。第2种方法中，用光谱灵敏度接近于每个元件电池的光谱灵敏度的上述光电转换器件(以下叫做指标电池)。最好对指标电池进行处理，使在任何时间它的特性都稳定。例如，用有光感应衰变现象的非晶型材料形成指标电池时，指标电池最好预先用光辐射足够的时间，使其特性稳定。指标电池最好是有单个半导体结的所谓的单电池。也可以用与叠层光电转换器件的每个元件电池所用的材料不同的材料形成指标电池。这种情况下，可把光学滤光镜204和205设在光接收表面一侧上，以获得相同的光谱灵敏度，如图2所示。此外，指标电池最好有用制造叠层光电转换器件的材料制成的表面。如果不可能，也至少要在光入射一侧的最上表面用形成叠层光电转换器件的材料制造。这对用太阳光的户外测试很重要，因为，半导体结上的光入射角随形成最上表面的材料变化。

图2是指标电池详细例的放大图。数字201指示光电转换器件；202指光电转换器件的外壳；203指滤光镜夹；204和205指滤光镜，不匹配系数Mn用下式表示 $\mathrm{Mn}=\∫\mathrm{Eo}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qrn}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}/\∫\mathrm{Et}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qrn}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$ $\×\∫\mathrm{Et}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qn}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}/\∫\mathrm{Eo}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qn}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}......\left(11\right)$

式中Qrn(λ)是相应第n个元件电池的指标电池的光谱灵敏度，它是表示每个基准电池对每个元件电池的近似程度的指标，该指标Qrn(λ)的范围最好是0.98至1.02。

图4是例如3层叠层光电转换器件有关的指标电池的光谱灵敏度Qrn(λ)的详细例的曲线图。

用满足上述条件的指标电池时，能得到精确的光谱系数。用指标电池用第2方法测试光谱系数，代替用第1种方法中用等式(2)和(4)得到的In和InO，用每个指标电池在辐射光和标准太阳光下的短路电流值Irn和IrnO用等式(5)进行第1种方法中的计算。

通过测试指标电池的短路电流能得到第n个基准电池在辐射光下的短路电流值Irn。为了得到指标电池的短路电流，最好用电阻值为0.1至1Ω的电阻器使指标电池几乎短路，并测电阻器上的电压。指标电池的温度最好调到25℃±2℃。如果温度不好调，则预先测试指标电池的短路电流的温度系数，并校正温度。以便得到在25℃的短路电流。用相当于基于晶体的原始基准太阳能电池的现有的标准方法的方法能得到第n号指标电池在标准太阳光下的短路电流IrnO，(如JIS C8911的附件中所述)。

用第2种方法的光谱测试的特征是，即使预先采用的辐射光的光谱有某种程度的变化时，指标电池具有的光谱灵敏度也能使上述的不匹配系数Mn保持在0.98至1.02的范围内，因此，不用光谱仪随时测试辐射光的光谱，也能容易地得到光谱系数。

[短路电流和输出特性之间的偏移对比]

以下说明短路电流和输出特性之间的偏移对比，首先，以下将说明叠层光电转换器件的输出特性与每个元件电池的短路电流从标准测试条件偏移的对比方法。

多种光谱状态下，从偏移得出多个光谱系数K。沿横坐标是光谱系数K，沿纵坐标是相对于光谱系数K的叠层光电转换器件的输出特性，画出曲线。更具体地说，沿纵坐标画出最大功率Pmax，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，占空因数FF，最大功率电压Vpm，和最大功率电流Ipm，由此画出曲线。更具体地说，画出图7所示曲线。

之后，用光滑曲线或直线连接关于多个光谱系数K的上述特性曲线图。当光谱系数K是1时，得到最接近标准太阳光的光谱。当K＝1时，用曲线图中的内插法或外插法得到有代表性的特性值，由此得到叠层光电转换器件在标准太阳光下的输出特性。此外，从曲线图得到叠层光电转换器件的输出特性的光谱依从关系。而且，计算出光谱变化时，能用光谱预测叠层光电转换器件的输出特性中的光谱系数K的变化。

有不同光谱系数K的多个光谱状态下的输出特性的数量变得越大，每根曲线图的趋势变得更清晰。因此，用光谱能得到更精确的多个标准条件下的多个输出特性，多个输出特性的光谱依从关系，和更精确地预测输出特性中的变化。例如，为了用光谱系数K检测每根特性曲线是线性变化或者是非线性变化，需要至少在有不同光谱系数的3个点的数据。为了得到K＝1时的每个特性值，最好用内插法而不用外插法得出有关K的数据。即关于K＞1的两个数据。

为了对比叠层光电转换器件的输出特性的变化的每个元件电池的短路电流从标准测试条件偏移的变化，最好用已获得的光电转换器件的输出特性数据和获得的光谱系数K构成上述的多个曲线。更具体地说，最好用例如能将数据传输至测试装置或从测试装置接收数据的个人计算机的数据处理设备。数据处理设备还有对测试装置的控制功能。

用下述数字值作为表示上述测试方法中的误差大小的指标。用等式(12)和(13)计算每个元件电池的光谱系数指标Kn。当没确定电流限制电池时，用等式(13)计算指标Kn。之后，在曲线图上画于关于光谱系数K的指标Kn。K＝1时，用内插法或外插法计算输出特性的指标Kn，并把该指标值定为Kn1。之后，用等式(14)算出n个值的Kn1的标准离差σ(Kn1)，

Kn＝Cn/Clim    ……(12)

Kn＝Cn/Csum    ……(13) $\mathrm{\σ}\left(\mathrm{Kn}1\right)=\sqrt{\underset{a=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Ka}1-1)}^2/n}---\left(14\right)$

σ(Kn1)的值变成接近0时，当K＝1时，每个元件电池的短路电流变成接近标准测试条件下的短路电流值。因此，用本发明测试方法得到的标准测试条件下的输出特性的误差减小了。

[基准光电转换器件]

以下将说明基准光电转换器件。

以下用太阳能电池为例说明基准光电转换器件的条件。太阳能电池叫做基准太阳能电池，以下叫做基准电池。作为待测物体的叠层光电转换器件以下将叫做样品电池。用与指标电池相同的电池作为基准电池。如果用彼此相同的基准电池和指标电池，那么，用于检测辐射度的指标电池将叫做基准电池。

(1)基准电池可以是叠层光电转换器件，像样品电池一样，或者，也可以是用不同材料形成的电池。基准电池的光谱灵敏度最好小于样品电池的光谱灵敏度。首先，基准电池是叠层光电转换器件时，像样品电池一样，限制整个叠层基准太阳能电池中的短路电流的基准电池的上述电流限制电池用与样品电池同类型的元件电池形成，基准电池和样品电池的电流限制电池具有接近的光谱灵敏度。作为电流限制电池的元件电池功能随入射光的光谱变化。但是，至少在标准测试条件下，基准电池的电流限制电池和样品电池用同类型的元件电池构成。第2，当构成基准电池的材料与构成样品电池的材料不同时，基准电池的光谱灵敏度最好接近样品电池的电流限制电池的光谱灵敏度。上述指标电池的光谱灵敏度接近样品电池的电流限制电池的光谱灵敏度的电池可用作基准电池。用上述配置，在用基准电池的辐射光的辐射度测试中，能得到精确的结果。随后，能精确测试叠层光电转换器件的输出特性。

(2)最好对基准电池进行处理，使其特性在任何时间都稳定。当基准电池的光、热、温度都稳定时，基准电池在标准测试条件下的电流-电压特性的可靠性提高了，而且，能精确测出样品电池的输出特性。此外，能加长标准条件下的电流-电压特性重复测试的时间间隔。

(3)最好预先测基准电池在标准测试条件下的短路电流。用相当于基于晶体的原始基准太阳能电池的已知的标准化方法的方法得出标准测试条件下的短路电流，如JIS C8911的附件所述的。基准电池是叠层光电转换器件时，最好用本发明方法得出标准测试条件下的短路电流。标准测试条件下的短路电流也可以用多源法，辅助光源法，或标准太阳光法得到。

(4)最好用其短路电流的温度系数是已知的电池作基准电池。如果测试基准电池本身的温度系数有困难，则可以用类似的光电转换器件的温度系数值。用基准电池测试样品电池时，基准电池温度最好调到25℃±2℃。如果温度不好调节，必须用上述温度系数校正温度，得出在25℃的特性。

(5)基准电池的电流限制电池与样品电池之间的关系的不匹配系数Mn用下式给出， $\mathrm{Mn}=\∫\mathrm{Eo}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qr}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}/\∫\mathrm{Et}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qr}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}$ $\×\∫\mathrm{Et}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qlim}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}/\∫\mathrm{Eo}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{Qlim}\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}......\left(15\right)$

式中，Qr(λ)：是基准电池的光谱灵敏度，或者是基准电池的电流限制电池的光谱度；

Qlim(λ)：是样品电池的电流限制电池的光谱灵敏度；

Mn的范围最好在0.98至1.02。

(6)辐射光的辐射度有位置变化时，像模拟太阳光电源一样，基准电池的有效面积约为构成样品电池的衬底上形成的最小单元部分的有效面积的±20％，为±10％更好，为±5％最好。这是因为，当基准电池的有效面积接近样品电池的有效面积时，由于辐射光中的位置变化而使误差大大减小。当样品电池有多个按串联和/或并联方式连接的叠层光电转换器件构形，即所谓的模块或矩阵形时，以串联和/或并联形式连接的多个单一衬底上的最小单元部分(以下叫做子模块)的有效面积只需要接近基准单元的有效面积。

[叠层光电转换器件]

以下说明待测叠层光电转换器件。

要用这里要说明的输出特性测试方法测试的叠层光电转换器件有多个叠层的半导体结的结构。两个叠层的半导体结的每个结引出电极时，电池叫做四端型电池。多个半导体结串联连接时，只在两端形成电极，电池叫做两端型电池。本发明的输出特性测试方法能用于任何类型的电池，对两端型器件有特别显著的效果。

叠层光电转换器件的实例有太阳能电池，光电二极管，光传感器和静电复印的光敏体。半导体结的实例有PN结，Pin结，和MIS结。

半导体材料包括单晶材料，多晶材料，微晶材料，和非晶型材料。物质的实例有IV族元素或IV族元素的化合物，如Si，SiC，SiGe，C和Ge，III-V族元素化合物，如GaAs，AlGaAs，InP和InSb，II-VI元素化合物，如ZnSe，ZnO，CdS，CdTe，和Cu₂S，I-III-VI₂族元素化合，如CuInSe₂和CuInS₂，有机半导体，和上述化合物的混合物。

按本发明的输出特性测试方法，不限制作为待测物体的叠层光电转换器件的尺寸和面积。例如，能测有各种尺寸和面积的太阳能电池，例如电池的器件，子模块，模块和矩阵。也能测按适当方式或按串联方式，或按并联方式连接多个电池，多个子模块，或多个模块构成的器件。

最好知道作为待测物体的叠层光电转换器件(以下叫做样品电池)的电流-电压特性的温度系数。更具体地说，最好知道开路电压Voc，短路电流Isc和占空因数FF的温度系数。如果不能测样品电池本身的温度系数，可以用等效的叠层光电转换器件的温度系数的代表值。样品电池测试中，样品电池的温度最好调到25℃±2℃。如果调温困难，则必须用上述温度系数校正温度，必须得到在25℃的特性。

[辐射光]

下面说明辐射光。

本发明的输出特性测试方法中用的光可以是自然光也可以是人工光源发射的光。例如，最好用太阳能电池，太阳光或模拟的日光光源。用太阳光时，应在500至1500W/m²辐射度范围内进行测试，在800至1200W/m²的辐射度范围内进行测试更好。辐射度变成接近1000w/m²时，辐射度校正量变小，因此，能减小因辐射度校正引起的误差。由于标准电池或样品电池的温度已经升高，在测试开始之前要屏蔽太阳光，当测试开始时太阳光立即照射基准电池或样品电池。用该操作，由于能减小电池温度的升高，用上述温度校正系数的校正量变小，能减小温度校正引起的任何误差，因而，能更精确测试。

用模拟阳光光源时，可用现有的阳光模拟器。如氙灯或金属卤化物灯作光源灯。照射方法可以是连续照射，或者是脉冲照射。用模拟太阳光光源时，由于光分量的变化或交换引起的光谱变化在对光谱的敏感特性的叠层光电转换器件的测试中会造成严重问题，但是，用本发明输出特性测试方法，因为光谱变化时所得到的测试值也变化，甚至当光谱变化时也能精确测试输出特性。

当故意改变或交换模拟太阳光光源的光分量时，能得到多个光谱状态。当得到上述的光谱系数K时，把叠层光电转换器件的输出特性画在曲线图上，能得到标准测试条件下的叠层光电转换器件的输出特性，能量化叠层光电转换器件的输出特性的光谱依从关系。

为改变光谱用的待变化或待交换的光分量的实例是光源灯，镜子(如椭圆形镜子或扁平形镜子)和气团滤光镜。也可以用改变流到光源灯的电流值来改变光谱。

当在户内测大面积的电池或模块时，阳光模拟器也要有大的有效辐射面积。通常要求阳光模拟器有优良的光谱匹配度和优良的辐射度的位置变化。当有效面积变大时，阳光模拟器的造价迅速增大。按本发明的输出特性测试方法，重点放在阳光模拟器的辐射度位置变化，同时兼顾了光谱匹配程度，因此，能低成本构建大面积的精确测试系统。

[辐射度检测器]

以下将说明辐射检测器。

辐射叠层光电转换器件的光的辐射度可用现有的太阳能电池，光电二极管，或使用热偶的日辐射强度计来检测，最后，可用如上所述的基准光电转换器件测试辐射度。开始可用基准光电转换器件。辐射度的测试值随检测器变化。像基准光电转换器件一样，最好用其光谱灵敏度接近光电转换器件的光谱灵敏度的器件作待测试物体。

[其它]

最好用已知装置，如数字式多用仪，或电阻器和模/数转换板(AD板)组成的装置，作电压和电流检测器。用已知装置，如双极性电源，电子负载，或累积在电容器中的电荷放电，作为改变用作待测物体的叠层光电转换器件的电压的电源。

为了控制上述的测试装置和处理测试数据。最好用例如能将数据发送到测试装置或从测试装置接收数据的个人计算机的数据处理部分。数据处理部分最好有测试装置控制功能，还要能程控测试装置。

以下将详细说明实例。这些仅仅是实例，而不是限制本发明。

[例1]

用以下方法用太阳光户外测试作为待测物体的光电转换器件(样品)的输出特性，这种情况下，是3个三层式太阳能电池模块，每个太阳能电池模块的结构是从光入射一侧开始顺序叠置用非晶硅作i-型层的Pin结(以下叫顶电池)用非晶硅锗作i-型层的Pin结(以下叫中间电池)和用非晶硅锗作i-型层的Pin结(以下叫底电池)。

每个3层式太阳能电池的模块构形是，其中，在单个不锈钢衬底上形成的尺寸为35cm×24cm的5个电池，串联连接经旁路二极管支承在支承板上，并形成表面保护层。模块的外部尺寸是140cm×42cm。把这些样品编成#1-1，#1-2和#1-3号。用阳光模拟器发射的光辐射这3个太阳能电池模块1000小时，使其恶化，同时使模块温度保持在50℃预先稳定输出特性。

由于面积大，很难直接测试3个太阳能电池模块的光谱灵敏度。代替的方法是，与3个太阳能电池模块同一批制造3个太阳能电池，每个太阳能电池的尺寸是1cm×1cm。用光辐射太阳能电池1000小时。之后，用已知的光谱灵敏度测试方法测每个小样品的光谱灵敏度。图3是结果曲线图。图3展示出了样品#1-1同批制成的太阳能电池的光谱灵敏度数据。参见图3，曲线301表示顶电池的光谱灵敏度，曲线302表示中间电池的光谱灵敏度，曲线303表示底电池的光谱灵敏度。

在对短波长范围敏感的顶电池的光谱灵敏度的测试中，偏置光叠加到用分光镜得到的单色光上，偏置光有在中间电池和底电池的预测的灵敏度波长范围中的强度，即偏置光是从白光中顶层电池的光谱灵敏度高的短波长范围内分割出的光，用光辐射顶电池，用顶电池电流限制整个三层太阳能电池模块的电流。要用测试顶电池的相同方法测试中间电池和底电池，用适当的偏置光辐射待测电池，限制整个电流。按10nm的间隔得到测试数据。

以下按等式(4)积分图5所示标准太阳光的光谱数据和图3所示的每个光谱灵敏度测试数据之积。计算3个样品中每一个样品的顶电池，中间电池和底电池的短路电流，作为结果。图8是一个表，它列出了这些结果。从图8能看出，样品#1-1，顶电池有最小的短路电流，这就是说，顶电池是电流限制电池，它限制整个光电转换器件在标准太阳光下的短路电流。#1-2号样品中，中间电池是电流限制电池，#1-3号样品中，底电池是电流限制电池。

用以下方法测3个太阳能电池模块的输出特性。为了测3个模块的输出特性，在有少量云彩的晴天，3个太能电池模块安装在安装架上(以下叫自动跟踪架)，它自动跟踪太阳，获得关于模块表面的预定的阳光入射角，使阳光总是按垂直于模块平面的方向直接进入。由于不能调节模块的户外温度，连接在模块上的挡光板从空调室里迅速移到户外，并设置在自动跟踪架上。去掉光屏蔽板后，立即测电流-电压特性，测试方法如下。

用现有的可编程双极性电源(从ADVANTEST，K，K能购到R6246型电源)作改变电压的电源。用个人计算机控制双极性电源，在构图步骤中扫描电压。上述的R6246型双极性电源因为有测试功能通常用作电压和电流检测器。电流测试中，考虑到电压上升时间和样品模块的容量，把从电压设定到电流测试的时间设定成延迟时间。设置在256个点的电压，设置的方法是，随着电压变成接近模块的开路电压Voc，电压间隔变小。该情况下，不用改变设置点的电压数，就能比按相等间隔进行电压扫描情况下更精确地测试最大功率附近的数据，能提高测试精度，用上述操作获得3个太阳能电池模块的光电流-电压特性。

此外，通过预先缩短双极性电源的存储器中的扫描电压的数据组，就能在0.5秒以下的时间进行在256个点的测试。当阳光的辐射度是1000W/m²(1个太阳)时，去掉挡光板后，由于模块温度立即以0.15℃/秒的速度升高，所以能大大降低电流-电压特性测试过程中模块温度的误差。

本例中，由于不能避免阳光使模块温度升高。如上所述，不能测试25℃时的电流-电压特性。辐射度不会总是1000W/m²。因此，必须进行已知的辐射度校正和温度校正(如JISC8934所述)。短路电流Isc的温度系数d和开路电压Voc的温度系数β是进行温度校正必需的参数。这两个参数是用已知的温度系数测试法测试的上述的尺寸为1cm×1cm的小样品的温度系数得到的值计算出来的。串联电阻值Rs是辐射度校正必需的参数。它是改变户内辐射度时用已知的模块电流-电压特性测试方法预先测出的。通过校正辐射度和校正温度，得到在1000W/m²的辐射度和25℃的模块温度的电流-电压特性。之后，计算输出特性，如最大功率Pmax，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF。用模块的孔面积4031.5cm²计算光电转换效率η。

用两种方法测模块温度：把薄片型热偶粘接到模块的下表面测试模块温度的方法，和预先测标准测试条件下的开路电压Voc，和模块的开路电压Voc的温度系数，从电流-电压特性和得到的开路电压Voc计算出模块温度的方法。标准测试条件下的开路电压Voc不知道而且无法确定的情况下用前一种方法。由于能精确地测模块的半导体结部分的平均温度，能确定标准测试条件下的开路电压Voc时，用后一种方法。本例中，用后一种方法，因为，用阳光模拟器预先进行户内测试，能确定在标准测试条件下的开路电压Voc。

用3种组合方式把滤光镜204和205接到尺寸为1cm×1cm的单晶硅太阳能电池201的光入射面上所制成的3个基准电池1，2和3作为基准光电转换器件(基准电池)，如图2所示。

其波长使顶电池敏感的兰色波通过的滤光镜和吸收红外光的滤光镜组合，用于基准电池1，用例如能从HOYA，K，K买到的HA30型和B460型滤光镜作滤光镜。用该组合，制成基准电池1，它有图4中曲线401所指的光谱灵敏度，该光谱灵敏度接近(如图3中的曲线301所示的)样品电池的顶电池的光谱灵敏度。

用其光谱灵敏度接近中间电池的光谱灵敏度，能从HOYA，K，K买到的HA30和从TOShibaGlass k.k买到的LB-A8用作滤光镜，用于第2基准电池。结果得到用图4中的曲线402指示的光谱灵敏度，它接近(图3中曲线302所指的)样品电池的中间电池的光谱灵敏度。

用其光谱灵敏度接近底电池的光谱灵敏度，从HOYA，k，k买到的CF870型(用于分割长波长一边的叫做冷滤光镜的干扰滤光镜)，和从TOShiba，Glass k.k买到的A-T3B型滤光镜作滤光镜，用于基准电池3。结果，得到用图4中的曲线403指示的光谱灵敏度，它接近(图3曲线303所指示的)样品电池的底部电池的光谱灵敏度。

日本质量保障协会(JQA)要求作为原始基准太阳能电池的每个基准电池要预先标准化。并获得标准测试条件下的短路电流值(标准化值)。因此，基准电池1的标准化值是5.17mA，基准电池2的标准化值是7.56mA，基准电池3的标准化值是7.29mA。例如JIS C8911中所述的用带黑色阳极化表面的铝板的已知封装壳作每个基准电池的封装。Poeltier(珀尔帖)元件连接到封装外边，把电池温度调到25℃±2℃。

用日辐射强度计和基准电池1，2和3作辐射度检测器。它设在装有待测模块的待清洗的自动跟踪架上。辐射度测试值随检测器变化。用基准电池1，2，3得到的测试值用在相关的作为待测模块#1-1，#1-2，#1-3的电流限制电池的顶电池，中间电池和底电池中。

同时，测试待测模块的输出特性，用以下操作，测待测模块上入射的总阳光辐射度光谱。首先，用良好平衡测太阳光的直射光和散射光，制备已知的扁平白色散光板。用光纤接收由白色散射板散射的光，并通过分光镜，用已知的有检测各个波长的多个检测器的从Otsuka Electric k.k买到的MCPD2000型分光辐射谱仪立即得到光谱。用Japan Electric Meters Inspection Corporation给出的标准化的500W卤灯的光谱辐射度标准管预先标准化白色散光板，光纤和分光辐射谱仪组的波长灵敏度。白色散光板设在装有待测模块的待清洗的自动跟踪架上，测试主表面上的总阳光辐射度光谱，同时测试模块的电流-电压特性，得到测试待测模块的电流-电压特性所需的0.5秒的平均数据。

在其它测试日和测试时间，重复上述的输出特性测试和阳光光谱测试。测试时选择辐射度在800至1200W/m²范围内的条件。此外，为了得到多个光谱状态，应在各种气团值条件下进行测试。用上述方法，在不同时间进行测试，得到图6所示的太阳光谱作为光谱的实例。

按等式(15)计算基准电池1，2，3和样品的顶电池，中间电池和底电池之间的不匹配系数。全部值认为均在0.99至1.01的范围内。如上所述，由于基准电池的光谱灵敏度接近那些样品的电流限制电池的光谱灵敏度，不匹配系数几乎是“1”，提高了样品的输出特性的测试结果的精度。

之后，用上述的等式(2)积分测到的总阳光辐射度和上述的光谱灵敏度之积。由总的值In，用等式(10)得到每个光谱状态下的光谱系数K。图7所示的曲线上画出了关于3个模块在各个光谱状态下获得的光谱系数K，和上述处理中获得的输出特性，即，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF。

从图7中所示曲线获得光谱系数K是“1”时的输出特性值。这些值示于图9中。当光谱系数K是“1”时的输出特性最接近标准太阳光光谱下的输出特性。因此，用本发明的方法能测标准测试条件中的叠层太阳能电池模块的输出特性，如图9所示。由于全部样品的上述值σ(Kn1)是0.01，用本发明方法估计能使误差很小。

而且，从图7中的曲线能量化因光谱变化而引起的每个输出特性的变化。从图7可明显看出，光谱引起的3层太阳能电池模块的光电转换效率η的变化主要取决于占空因数FF的变化，与光谱系数K具有很强的正相关而与电流限制电池无关。开路电压Voc很少根据光谱系数K变化，而且，短路电流Isc的变化也小。

此外，当用等式(10)计算任何光谱状态中的光谱系数K时，从图7所示曲线图能预测任何光谱状态下的3层太阳能电池的输出特性。

[对比例1]

对比例1中，为了验证用本发明例1的测试方法得到的测试结果的精度，用与标准太阳光方法相同的方法测例1的多个样品。与标准太阳光方法相同的方法不仅要求睛天，还要求气团，混浊度，和可降水量接近标准值。因此，需要6个月以上的时间，直至达到这种条件为止。图10展示测试结果。

图11示出用图10所示值分割图9中所示例1的结果得到的结果，并用百分比表示每个值的增大/减小。

从图11所示结果看出，例1的测试结果与相当于标准太阳光方法的方法得出的结果之间的误差是1％以下。从图11所示结果看出，不用例如只有少数测试机会的标准太阳光法的任何方法，即用本发明的测试方法，就能获得精确的测试结果。此外，按本发明的测试方法，测试机会能大大增加，而不限于只是睛天的太阳光光谱条件。

[例2]

用与例1相同的方法测标准测试条件下的叠层光电转换器件的输出特性，只是作为待测物体的叠层光电转换器变成a-Si/c-Si双层太阳能电池模块，其中，Pin结(以下叫a-Si电池)用非晶硅作i-型层，Pn结(以下叫c-Si电池)用单晶硅作n-型层，Pin结和Pn结按此顺序从光入射边叠置，而且改变用于标准电池的滤光镜。

双层太阳能电池模块是所谓的高可靠模块，该模块的尺寸是95cm×55cm，其中有15个串联双层太阳能电池的电池串×3个并联双层太阳能电池相互连接，每个双层电池能电池形成在10cm×10cm大小的单晶硅片上。像实例1一样测小样的光谱灵敏度时，电流限制电池是a-Si电池。

像例1一样，用单晶太阳能电池的光入射边上的光纤组合用于基准电池。用从HOYA，K，K买的HA30和从TOShiba Glass k k买的C-50S作光纤。由于与例1的顶电池相比，光谱灵敏度延伸到长波长范围，改变光纤使基准电池的光谱灵敏度延伸到长波长范围，所以，光谱灵敏度接近本例的a-Si电池的光谱灵敏度。

像例1一样，在测光谱的同时，获得在多个光谱状态中的太阳能电池的输出特性，和光谱系数K。沿横坐标画光谱系数K，形成最大功率Pmax、光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF等曲线，从这些曲线图用内插法得到K＝1的值，由此得到的值如图12所示。按该方式，能测到标准测试条件下的输出特性。上述的σ(Kn1)值是“0”。用本发明方法能容易地得到精确的测试结果。

[例3]

例3中，用叠层光电转换器件(样品电池)作待测物体，10个a-Si/μc-Si双层太阳能电池按顺序从光入射边叠置，其中每个a-Si/μc-Si双层太阳能电池的结构是，Pin结(以下叫a-Si电池)用非晶硅作i-型层，和Pin结(以下叫μc-Si电池)用微晶硅作i-型层，用本发明方法用现有的固定光阳光模拟器用氙灯作光源进行测试。10个样品的编号是#3-1……#3-10。

a-Si/μc-Si双层太阳能电池是其尺寸为15cm×15cm的在单个不锈钢衬底上形成的电池，电池在没串联或并联连接之前是单个单元状态。太阳光模拟器的有效辐射面积是15cm×15cm。辐射度的时间变化率是±1％以下，位置变化率是±2％以下。这相当于已知阳光模拟器的评估A级。阳光模拟器的评估A级已在JISC8912中说明。与多个太阳能电池同批制造3个小样，测试3个小样的光谱灵敏度。像例1一样。两个小样的电流限制电池是a-Si电池，剩下一个小样的电流限制电池是μc-Si电池。因此，两个双层太阳能电池的电流限制电池既可以是a-Si电池，也可以是μc-Si电池。

制备其光谱灵敏度接近a-Si电池和μc-Si电池的光谱灵敏度之和的电池作基准电池。即，单晶硅太阳能电池的光入射边上用从HOYA.K K买的HA50和L39滤光镜的组合。日本质量保障协会(Japan Aualitg Assurance Organization)(JQA)要求预先标准化用作基准太阳能电池的基准电池，标准测试条件下的短路电流Isc的标准化值是15.9mA。该基准电池用作辐射度检测器，阳光模拟器的辐射度调到1000W/m²，所以，基准电池的短路电流Isc与标准测试条件下短路电流Isc匹配。当用有这种光谱灵敏度的基准电池调阳光模拟器的辐射度时，在a-Si/μc-Si双层太阳能电池有光谱灵敏度的平均波长范围内得到接近标准太阳光的光量。因此，甚至不知道样品的电流限制电池时，像本例中，也能得到接近标准太阳光的平均短路电流Isc。

用以下的电池作上述指标电池。用单晶硅太阳能电池的光入射边上的从TOShiba Glass k.k买的C50S和从HOYA K K买的L39的滤光镜组合用于a-Si电池的指标电池(指标电池1)。单晶硅太阳能电池的光入射边上的从TOShibaGlass k.k买的A-73A和从HOYA K K买的HA50的滤光镜组合用于μc-Si电池的指标电池(指标电池2)。JQA要求预先标准化用作基准太阳能电池的每个指标电池，得到标准测试条件下的短路电流Isc的标准化值。指标电池1和2的标准化值分别是6.3mA和5.3mA。

用与例1中相同的改变电压的电压源，电压检测器和电流检测器测双层太阳能电池的电流电压特性。用在控制到25℃±2℃的室温中的送风机把每个样品电池的温度控制到25℃±5℃。用辐射温度计测温度，对电流电压特性进行温度校正。用小样用已知方法测到的值作温度系数。温度校正后，从电流-电压特性得到输出特性值，即，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF。

用等式(5)得出阳光模拟器下基准电池的短路电流Isc与标准化值之比Cn，用等式(10)计算用阳光模拟器的辐射光的光谱系数K的值，得到K＝1.04。这时，氙灯的累计光照时间是400小时。之后，用新灯替换氙灯，再测10个样品电池的电流-电压特性，得到输出特性值。用指标电池计算出光谱系数K＝1.01。此外，用新镜子替换阳光模拟器的椭圆镜子，再测电流-电压特性，得到输出特性值。用指标电池计算出光谱系数K＝0.95。

用上述处理，得到3种光谱状态中的样品电池的输出特性值。像例1一样，画出用内插法得出K＝1时的每个样品电池的光谱系数K，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF的曲线图。图13是结果图。用样品电池的光入射部分的面积210cm²计算光电转换效率η。

按此方式，能测出标准测试条件下的10个双层太阳能电池的输出特性。从上述结果，能够量化诸如灯或阳光模拟器的光学元件更换时的每个样品电池的输出特性与光谱的依从关系。因此，与上述样品同类型的叠层光电转换器件的测试中，若为了定期维护阳光模拟器而必须更换光学元件时，用上述方法用得到的光谱系数K能预测样品电池的输出特性变化。此外，要测上述样品同类型的大量叠层光电转换器件时，能校正因维护阳光模拟器造成光谱改变所引起的输出特性的变化，评估值是长期评估值的平均值。而且，与上述器件同类型的叠层光电转换器件用上述处理得到的光谱依从关系表明，它叠加有上述的相同的光谱依从关系，因此，只用测试时获到的光谱系数K，就能把输出特性测试结果校正到标准测试条件下的输出特性，不必制造多个光谱状态。

[例4]

在尺寸大小为24cm×35cm的单个不锈钢衬底上形成与例1同样的3层太阳能电池，制备子模块。用镀锌钢板作支承板串联连接5个子模块，表面保护层，旁路二极管，连接盒等加在一起构成尺寸为140cm×42cm的屋顶材料成型模块。20个模块串联连接构成一串模块，5串模块并联连接构成输出功率为3.2Kw的太阳能电池矩阵，该矩阵用作待测样品。太阳能电池矩阵边有屋顶材料功能，它作为建筑物的屋顶，它通过连接盒连接到如变压器的功率调节器，所以具有太阳能发电站的功能。

用太阳光测安装在屋顶上的太阳能电池矩阵的输出特性。入射光垂直于太阳能电池光接收面的光入射角规定为0°，在直射阳光的光入射角在10°以下，在睛天，辐射度在800w/m²以上在多种光谱状态下进行测试。由于本例的测试没限制在标准太阳光方法用的气象条件下进行，而是在更普通的条件下进行测试，所以太阳光光谱不满足标准太阳光条件。

太阳能电池矩阵从连接盒中的功率调节器断开后，太阳能电池矩阵的输出连接到改变电压用的电源。电源用现有的累集在电容器中的电荷放电方法扫描电压。用现有的数字式多用途仪作电压和电流检测器，测到的电压和电流数据输入笔记本个人计算机，用上述安排得到待测太阳能电池矩阵的电流-电压特性。

如上所述，用有相同结构的3层太阳能电池已经获得的温度校正系数值和串联电阻值Rs经面积转换得到的值，测试太阳能电池矩阵的电流-电压特性，实施温度校正和辐射度校正。此外，要确定太阳能电池矩阵弄脏的程度，并用弄脏校正系数校正电流-电压特性。用辐射温度计，按确定的角度，测试太阳能电池矩阵表面上没遮盖区中的多个测试点的温度，取这些点上测到的温度的加权平均值得到太阳能电池矩阵的温度。对比辐射温度计测到的温度与用粘在子模块下表面中心附近的薄片型康铜(铜镍合金)热偶和数字式温度计测到的温度，得到辐射系数ε。像图1一样，通过测小样的光谱灵敏度，获得太阳能电池矩阵的太阳能电池模块的有代表性的光谱灵敏度。但是，由于太阳能电池矩阵的太阳能电池模块的数量大，还包括不同批次生产的电池，模块混有不同电流限制电池，而且不知道整个太阳能电池矩阵的电流限制电池。

因此，用光谱灵敏度接近3层太阳能电池的顶电池，中部电池和底电池的光谱灵敏度的Sum的电池作基准电池。更具体地说，像例3一样，在单晶硅太阳能电池的光入射边上用从HOYA，K，K买的HA50和L39滤光镜组合。

用与3层太阳能电池模块相同的材料制备尺寸为1cm×1cm的小面积3层太阳能电池作为子基准电池，它已经用光辐射了1000小时，使其稳定。测该子基准电池的光谱灵敏度，该子基准电池与电流限制电池是顶电池的电池相反。按例1中基准电池的标准化值，用其辐射度调到1000W/m²的阳光模拟器，测在标准测试条件下的子基准电池的短路电流Isc，得到的值用作子基准电池的标准化值。用与例1中基准电池1，2和3同样的电池作为用于顶电池，中间电池和底电池的指标电池。基准电池用作辐射度检测器，基准电池的短路电流Isc与标准化值比较，由此测辐射度。

同样，用子基准电池的基准标准化值测到的辐射度作基准辐射度1。用指标电池1测到的辐射度作基准辐射度2。得到基准辐射度1与基准辐度2之比。选择多个光谱状态中该比值的变化为3％以下的比值作相对比值。并测太阳能电池的输出特性。尽管子基准电池的电流限制电池(顶电池)与有接近的光谱灵敏度的指标电池1用的材料不同。用上述处理，能消除因例如散射光吸收的不同的材料不同所引起的误差。因而，能更精确地测试太阳能电池矩阵的输出特性。

把基准电池，子基准电池和指标电池的阳光入射角设置成与作为样品的太阳能电池矩阵的直射阳光的入射角相等，在测太阳能电池矩阵的输出特性的同时测短路电流Isc，由此量化测试条件。用帕耳贴元件把基准电池，子基准电池和指标电池的温度调到25℃±2℃。

像例3一样，用等式(5)得出阳光下的短路电流Isc与指标电池的标准化值之比Cn，用等式(10)用上述方法算出多个光谱状态下阳光的光谱系数K。用上述处理，获得多种光谱状态中太阳能电池矩阵的光谱系数K和输出特性值。像例1一样，用内插法得到K＝1时，画出每个样品电池的光谱系数K，最大功率Pmax，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF的曲线图。结果如图14所示。

按该方式，能测出太阳能电池矩阵在标准测试条件下的输出特性。按本发明的测试方法，校正户外测试结果时，在严酷的气象条件下得到标准太阳光条件时，不必等天气也能得到精确的测试结果。

[例5]

从光入射边按顺序叠置的5个光传感器用作待测样品，其中，每个光传感器的结构是，用AlGaAs形成的Pn结和用GaAs形成和Pn结叠置，用金属卤化物灯作光源的阳光模拟器测它们的输出特性。5个样品的编号是#5-1至#5-5。每个光传感器形成在单个GaAs晶片上，之后，切割成1cm×1cm，处于形成传感器单元之前的状态。阳光模拟器的有效辐射面积是10cm×10cm。辐射度的时间变化率是±1％以下，辐射度的位置变化率是±2％以下。

制备与上述传感器有同样结构和尺寸(1cm×1cm)的多个叠层光传感器，从中选出有平均输出特性和平均光谱灵敏度的光传感器作基准电池。用上述的有可变光谱的阳光模拟器用多源法预先测试在标准测试条件下基准电池的短路电流Isc。用现有方法测光谱灵敏度。用基准电池作辐射度检测器，阳光模拟器的辐射度调到1000w/m²，使基准电池的短路电流Isc与标准测试条件下的短路电流值匹配。在衬底下表面上设置用于每个样品和基准电池的铜块和帕耳贴元件，把电池温度调到25℃±1℃。

用现有的电子负载作改变电压的电源。用个人计算机扫描电压。用电阻器和AD转换卡作电压和电流检测器，测到的电压和电流数据输入个人计算机。此时，电子负载的设定电压变化时，输出完全信号，外部触发AD转换卡。考虑到样品电池的设置电压和电容量的上升时间，之后，设定延迟时间，由此测试同一时刻的电流和电压。用上述处理得到待测的5个样品的电流-电压特性。此外，从电流-电压特性计算输出特性值，即，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF。

用现有的分光辐射谱仪测阳光模拟器的光谱。用上述的等式(2)积分测到的光谱和上述光谱灵敏度的乘积，从各个总值获得光谱系数K＝1.07。此时，金属卤化物灯的累计光照时间为1100小时。

之后，用新灯替换光模拟器的金属卤化物灯，以改变光谱，测5个样品的电流-电压特性，再测阳光模拟器的光谱。用等式(10)从光谱测试结构与光谱灵敏度之积再得到光谱系数K＝1.02。用上述处理，得到两种光谱状态下的5个样品的输出特性值。

像例1一样，当用外插法得到K＝1时，画出每个样品电池的光谱系数K，光电转换效率η，开路电压Voc，短路电流Isc，和占空因数FF的曲线图。图15画出结果。

按该方式，能得到标准测试条件下的5个叠置光传感器的输出特性。

如上述的测试方法，即使对例如待测的叠层光电转换器件面积的单独的模块或矩阵的大面积器件，也能用便宜的测试系统在户内或户外进行精确测试，而且，用输出特性测试方法的测试设备，用输出特性预测法，能实施输出特性的光谱依从关系的量化方法。

即，叠层光电转换器件的输出特性与元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移进行对比时，能实现它们之间的校正，因此能获得在元件电池的短路电流没有偏离标准测试条件的状态下，即叠层光电转换器件在标准测试条件下的输出特性。因此，能得到叠层光电转换器件的精确输出特性，能提高叠层光电转换器件的生产合格率，能提供有合格输出的大量产品。此外，由于按元件电池的短路电流Isc从标准测试条件的偏移的变化，用单个参数指标表示辐射光的光谱变化，因而，容易量化叠层光电转换器件的输出特性与光谱的依从关系。

光谱变化时，从元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移变化，能预测任何光谱状态下的叠层光电转换器件的输出特性。通过量化和预测光谱依从关系，当辐射光是模拟阳光时，能得到模拟阳光辐射系统(阳光模拟器)的光学元件变化或更换引起光谱变化时的测试值变化，并能校正测试值变化。而且，能精确测试任何区域的阳光下和任何季节和任何时间的叠层光电转换器件的输出特性。

不用任何价格昂贵的测试系统，在保持输出特性结果的精度的同时能价格便宜地进行测试。能精确测试叠层光电转换器件的单独面积的，如电池，模块或矩阵的任何面积的叠层光电转换器件的输出特性。与多源方法不同，不需要复杂的控制。与标准的太阳光法不同，不需要选择严格的测试条件。因此，简化了测试方法，增加了测试机会，同时保持了输出特性结果的精度。

把限制叠层光电转换器在光辐射下的短路电流Isc的叠层光电转换器件中的半导体结规定为电流限制电池，用其光谱灵敏度接近电流限制电池的光谱灵敏度的光电转换器件(基准电池)测辐射度。用该安置，能更精确测试辐射度，能更精确测试叠层光电转换器件的输出特性。由于基准电池可以是有单个半导体结的光电转换器件(单电池)，因此，能由如日本质量保障协会(JQA)的公共机构测出标准化值，能建立叠层光电转换器件的输出特性测试的传递。用分光仪测辐射光的光谱。用光谱灵敏度测试器测叠层光电转换器件的光谱灵敏度。积分“光谱灵敏度＞0”的波长范围内的辐射光的光谱强度和叠层光电转换器件的光谱灵敏度的积，由此得到元件电池的短路电流。用该排列能更精确地评估每个元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移，由此，能更精确地预测由光谱引起的叠层光电转换器件的输出特性或输出特性的变化。

制备其光谱灵敏度接近叠层光由转换器件的每个元件电池的光谱灵敏度的指标电池，用辐射光下的指标电池的短路电流Isc建立每个元件电池的短路电流Isc。用此安置，由于不需要测试辐射光谱本身就能评估元件电池的短路电流Isc从标准测试条件的偏移，所以，能简化测试系统，能在任何地方容易地精确测试。

用模拟阳光作辐射光，改变或更换光学系统的一些光学元件，以产生模拟光，由此制造多个光谱状态，因而，不用任何价格昂贵的阳光模拟器，低成本地容易而稳定的测试叠层光电转换器件的输出特性，它与多光源方法或辅助光源方法不同。当用阳光作辐射光源造成多种光谱状态时，改变测试的季节，测试时间和测试地方，在辐射表面上的阳光辐射度的变化可能性都极小。因而能更精确测试叠层光电转换器件的输出特性。此外，能精确测试叠层光电转换器件的面积中的任何单独区域中的输出特性，和诸如电池，模块，或矩阵的各类光电转换器件的输出特性。

在不脱离本发明精神和范围的情况下还会有很多不同的本发明的实施例，应该知道，本发明不限于这些具体实例，只是所附的权利要求书确定了本发明的范围和精神。

Claims (21)

1、叠层光电转换器件的光电转换特性的测试方法，该光电转换器件具有多个叠置的半导体结的结构，该测试方法包括以下步骤：

在有多个不同光谱状态的辐射光下测试光电转换器件的输出特性；

评估由光电转换器件的多个半导体结中的每个半导体结形成的元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移；和

将测得的光电转换特性与评估的短路电流从标准测试条件的偏移进行比较，得到光电转换器件在标准测试条件下的光电转换特性。

2、按权利要求1的方法，其中，在改变光辐射下的光电转换器件的电压的同时测试光电转换器件的电流和电压，由此测试光电转换特性。

3、按权利要求1的方法，其中：

测试步骤包括以下步骤：

检测辐射光的辐射度；和

以检测到的辐射度为基础，校正光电转换特性的测试结果。

4、按权利要求3的方法，其中，用其光谱灵敏度与限制光电转换器件在标准测试条件下的短路电流的元件电池的光谱灵敏度接近的光电转换电池，测辐射光的辐射度。

5、按权利要求1的方法，其中：

评估偏移的步骤包括以下步骤：

测辐射光的光谱强度；

测光电转换器件的光谱灵敏度；

通过将在光谱灵敏度为正值的波长范围内积分测到的光谱强度和光谱灵敏度的乘积而得到的短路电流与标准测试条件下的短路电流进行对比，评估偏移。

6、按权利要求1的方法，其中，

评估偏移的步骤包括以下步骤：

测指标电池的短路电流，所述指标电池是光谱灵敏度接近辐射光下的光电转换器件的元件电池的光谱灵敏度的光电转换电池；和

将指标电池的短路电流与标准测试条件下的指标电池的短路电流进行对比，评估偏移。

7、按权利要求1的方法，其中，用模拟太阳光作辐射光和改变或更换用于辐射的光学系统的一些光元件，由此实现多个不同的光谱状态。

8、按权利要求1的方法，其中，通过用太阳光作辐射光并改变测试季节，测试时间和测试地点来实现多个不同的光谱状态。

9、用权利要求1的测试方法量化光谱依从关系的方法，包括，在元件电池的短路电流从标准测试条件偏移的变化的基础上，以代表辐射光的光谱变化作为参数指标，量化光电转换器件的光电转换特性对光谱的依从关系。

10、用权利要求1的测试方法预测光电转换器件的光电转换特性的方法，包括，在元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移的变化的基础上，预测任何光谱状态下光电转换器件的光电转换特性的步骤。

11、用来测试叠层光电转换器件的光电转换特性的测试设备，叠层光电转换器件具有多个叠置的半导体结的结构，该测试设备包括：

测试单元，安置成在多个不同光谱状态的辐射光下测试光电转换器件的输出特性；

评估单元，安置成评估由光电转换器件的多个半导体结中的每个半导体结形成的元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移；和

获得单元，安置成通过对测到的光电转换特性与所评估的短路电流从标准测试条件的偏移进行对比，获得标准测试条件下光电转换器件的光电转换特性。

12、按权利要求11的设备，其中，所述测试单元包括：

电压控制器、安置成改变光电转换器件在光辐射下的电压；和

电压和电流检测器，安置成测试光电转换器件的电压和电流。

13、按权利要求11的设备，还包括辐射度检测器，安置成检测辐射光的辐射度，其中，所述获得单元，在检测到的辐射度基础上，校正光电转换特性的测试结果。

14、按权利要求13的设备，其中，所述辐射度检测器，其用光谱灵敏度与限制光电转换器件在标准测试条件下的短路电流的元件电池的光谱灵敏度的光电转换电池，测试辐射光的辐射度。

15、按权利要求11的设备，其中，所述评估单元包括光谱检测器，安置成测试辐射光的光谱强度；和测试装置，安置成测试光电转换器件的光谱灵敏度，其中，所述评估单元，通过将在光谱灵敏度是正值的波长范围内积分测到的光谱强度和光谱灵敏度的乘积所得到的短路电流与标准测试条件的短路电流进行对比，由此评估偏移。

16、按权利要求11的设备，其中，所述评估单元包括电流检测器，安置成测试光电转换电池的短路电流，该电池的光谱灵敏度接近辐射光下的光电转换器件的元件电池的光谱灵敏度，其中，所述评估单元，通过对比指标电池的短路电流与标准测试条件下的指标电池的短路电流，评估偏移。

17、按权利要求11的设备，还包括阳光模拟单元，它用于发射辐射光，其中，通过改变或更换所述阳光模拟单元的光学系统的某些元件，以此实现多个不同的光谱状态。

18、按权利要求11的设备，其中，用太阳光作辐射光，并改变测试季节，测试时间和测试地点，以此实现多个不同的光谱状态。

19、用权利要求11的设备量化光谱依从关系的方法，包括，在元件电池的短路电流从标准测试条件偏移的变化的基础上，用代表辐射光的光谱变化参数作指标，量化光电转换器件的光电转换特性的光谱依从关系。

20、用权利要求11的设备预测光电转换器件的光电转换特性的方法，包括，在元件电池的短路电流从标准测试条件偏移的变化的基础上，预测任何光谱状态下光电转换器件的光电转换特性。

21、计算机编程产品，包括计算机可读介质，它存储计算机程序编码，用于叠层光电转换器件的光电转换特性的测试方法，叠层光电转换器件具有多个叠置的半导体结的结构，所述计算机程序编码包括处理程序码，用于：

在有多个不同光谱状态的辐射光下测光电转换器件的输出特性；

评估用光电转换器件的多个半导体结中的每个半导体结形成的元件电池的短路电流从标准测试条件的偏移；和

通过对比测到的光电转换特性与所评估的短路电流从标准测试条件的偏移，得到标准测试条件下光电转换器件的光电转换特性。

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