(1)太陽電池評価技術の研究開発 - 新エネルギー・産業技術総合開発機構

Ⅲ．研究開発成果について
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開発項目毎
共通基盤ー事後評価分科会用資料
資料6-1
H.Kudo
第1回「太陽光発電システム共通基盤
技術研究開発」(事後評価)分科会
成 果
(1)太陽電池評価技術の研究開発
(1)太陽電池評価技術の研究開発
(独)産業技術総合研究所，(財)電気安全環境研究所
(独)産業技術総合研究所，(財)電気安全環境研究所
(2)太陽光発電システム評価技術の研究開発
(2)太陽光発電システム評価技術の研究開発
(独)産業技術総合研究所，(財)電気安全環境研究所
(独)産業技術総合研究所，(財)電気安全環境研究所
(3)太陽光発電システムのリサイクル・リユース処理技術等の研究開発
(3)太陽光発電システムのリサイクル・リユース処理技術等の研究開発
太陽光発電技術研究組合，(独)産業技術総合研究所
太陽光発電技術研究組合，(独)産業技術総合研究所
シャープ(株)，旭硝子(株)，昭和シェル石油(株)
シャープ(株)，旭硝子(株)，昭和シェル石油(株)
(4)太陽光発電システムの電磁環境性に関する研究開発
(4)太陽光発電システムの電磁環境性に関する研究開発
(財)電気安全環境研究所
(財)電気安全環境研究所
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共通基盤ー事後評価分科会用資料
(1)太陽電池評価技術の研究開発
－説明資料－
(独)産業技術総合研究所，(財)電気安全環境研究所
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(1)太陽電池評価技術の研究開発
共通基盤ー事後評価分科会用資料
H.Kudo
◆研究開発の目的と目標
◆研究開発の目的と目標
目的
太陽電池セル・モジュールの性能，長期信頼性および適合性に関する実
用的かつ汎用的な評価手法を開発する。長期信頼性については，複合加速
劣化試験方法について検討する。
目標
①セル・モジュールの性能評価技術の確立(市場投入品)
⇒評価体系の整備，標準化の推進，新型太陽電池性能評価の要素研究
②適合性評価技術の確立
⇒世界標準の認証体系の整備
③加速試験方法の基礎的検討
⇒加速試験法(100倍)の要素検討と長期曝露試験データの蓄積
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校正技術
共通基盤ー事後評価分科会用資料
校正技術に関する日本の位置付け
校正技術に関する日本の位置付け
WPVS国際比較へ参加し，国際整合性の確保と高精度化の確認
WPVS ：World PhotoVoltaic Scale(世界太陽電池標準)
• 国際持ち回り測定
• 世界12機関のうち、一次校正可能な４機関の校正値から根幹比較参照値(標準値)を決定
• 持ち回りホスト役にAISTも参画
⇒日本の校正品質：世界トップレベルを確認
⇒WPVS要求仕様に適合した基準器パッケージの標準化
日本の校正技術：国際トップレベルを確認
日本の校正技術：国際トップレベルを確認
WPVS決定の四機関
日本,ドイツ,アメリカ,中国
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校正技術
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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開発した技術と構成機器－
開発した技術と構成機器－11
高平行度ソーラシミュレータ
・光線平行度：2°以内
・視 野 角：全角 5°
標準電球群管理システム
・一度に３本のワーキング標準電球作成
・相互比較による群管理
世界初
世界初
特許出願済
特許出願済
・国際整合性の確保
・国際整合性の確保
米国屋外法と直接比較可能
米国屋外法と直接比較可能
・屋内で世界日射標準
・屋内で世界日射標準
トレーサブル校正を実現
トレーサブル校正を実現
・信頼度の向上
・信頼度の向上
・測定時間の短縮：1日⇒20分
・測定時間の短縮：1日⇒20分
・絶対分光放射計との連携による
・絶対分光放射計との連携による
高精度計測
高精度計測
25
NIST
JEMIC1
20
JEMIC2
μW/cm2/nm
JEMIC3
15
10
5
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
Wavelength (nm)
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校正技術
共通基盤ー事後評価分科会用資料
基準モジュール屋内校正技術
基準モジュール屋内校正技術
1.125
ロングパルス･大面積･高均一な
モジュール用ソーラシミュレータ技術
Pulsed light
IIrradiance (kW/m2)
1.000
・ロングパルス
：～1秒
0.875
0.750
0.625
0.500
0.375
0.250
-0.5
0.0
・標準の大型化に対応
・標準の大型化に対応
・薄膜モジュールの校正可能
・薄膜モジュールの校正可能
・国際規格に完全適合
・国際規格に完全適合
世界初
世界初
特許出願済
特許出願済
0.5
1.0
1.5
Pulse duration (sec)
生産現場への校正技術の普及に対応
生産現場への校正技術の普及に対応
0.4
・高均一性：照度分布±1%以内
0.6
0.7
0.8
0.5
0.1
-0.4 -0.8
・大面積対応
：1m
x 2m
-0.4
0.3
-0.4
0.4
0.5
0.8
0.9
0.9
0.8
0.3
-0.3
-0.6
-0.8
-0.1
0.0
0.3
0.5
0.6
0.4
-0.1
-0.7
-0.9
-0.7
-0.1
0.0
0.2
0.5
0.6
0.3
-0.1
-0.6
-0.9
-0.9
-0.3
-0.3
-0.1
0.1
0.2
0.0
-0.4
-0.8
-0.9
-0.3
0.2
0.0
0.2
0.2
0.3
0.2
0.0
-0.3
-0.4
1m
2m
高再現性：±1％以内
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太陽電池性能評価
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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評価技術の実施概要
評価技術の実施概要
◆各種新型太陽電池性能評価技術の開発ー1
各種太陽電池に特有な性質を考慮した性能評価技術の検討
・多接合型 ・ＣＩＳ系 （色素増感系，高効率結晶Si系）
◆各種新型太陽電池性能評価技術の開発－2
太陽電池Ｉ－Ｖ特性の照度依存性，温度依存性の解明
◆外部サンプル評価，国際比較
他のNEDO事業における開発品の性能評価(約50サンプル/年)
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太陽電池性能評価
共通基盤ー事後評価分科会用資料
多接合太陽電池の評価技術
多接合太陽電池の評価技術
各要素セルの分光感度特性の評価技術
JIS
JIS化予定
化予定
多接合太陽電池の評価技術を確立
多接合太陽電池の評価技術を確立
各要素セルの分光感度を，“真”の値に補正可能となった
各要素セルの分光感度を，“真”の値に補正可能となった
材料・構造に関わらず各種太陽電池に適用可能となった
材料・構造に関わらず各種太陽電池に適用可能となった
n
SR meas =
dV i
dI i
.
(Example)
dV i
dI i
∑ SR
i =1
n
∑
i =1
i
= 0.07 SRtop+0.93 SRbot
∴SRbot
= (SRmeas-0.07SRtop )/0.93
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新型太陽電池の
新型太陽電池の
分光感度測定法
分光感度測定法
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太陽電池性能評価
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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CIS
CIS系太陽電池の評価技術
系太陽電池の評価技術
光照射効果の影響検討
JIS
JIS化
化
検討中
検討中
デバイス
構造毎の
検証が必要
主要な影響因子の解明
主要な影響因子の解明
デバイスの材料・構造により異なる傾向を解明
デバイスの材料・構造により異なる傾向を解明
光照射／暗状態繰り返しによる蓄積効果の解明
光照射／暗状態繰り返しによる蓄積効果の解明
光照射と暗所保存によるPmax変化例
光照射効果
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太陽電池性能評価
共通基盤ー事後評価分科会用資料
I-V
I-V特性の温度・照度依存性の検討
特性の温度・照度依存性の検討
新型太陽電池の
新型太陽電池の
IV
IV特性測定法
特性測定法
主要な影響因子の解明
主要な影響因子の解明
IV特性の直線補間による補正手法
IV特性の直線補間による補正手法
⇒補間法の開発中
⇒補間法の開発中
IEC
IEC採用審議中
採用審議中
温度照度補正法
温度照度補正法
60891
60891，
，61853
61853
0.15
●　calculated
―　measured
0.1
20°C
Current [A]
・温度依存性
・照度依存性
JIS
JIS化予定
化予定
40°C
25°C
30°C
50°C
温度依存性・照度依存性の例
0.05
60°C
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Voltage [V]
0.02
●　calculated
―　measured
0.015
Current [A]
結晶Si/a-Si太陽
電池の特性解明
20°C
25°C
40°C
0.01
50°C
0.005
30°C
60°C
0
0
0.5
1
1.5
Voltage [V]
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2
2.5
3
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太陽電池性能評価
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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国際比較
国際比較
モジュールの国際比較
高精度な国際整合性を確認完了
高精度な国際整合性を確認完了
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複合加速試験方法
共通基盤ー事後評価分科会用資料
複合加速のモデル（温度＆光照射）
複合加速のモデル（温度＆光照射）
Kh
複合加速係数：
⎡ Ea ⎛ 1
1 ⎞⎤
⎢ ⎜⎜ − ⎟⎟ ⎥
Ln ⎛ Pt ⎞
k T T
αt =
= ⎜⎜ ⎟⎟ ⋅ e ⎣⎢ ⎝ n t ⎠ ⎦⎥
Lt ⎝ Pn ⎠
Ea：活性化エネルギー(eV)、k：ボルツマン定数、T：絶対温度(K)
光照射ストレス
温度ストレス
複合加速に効果の大きい要因について検討
複合加速に効果の大きい要因について検討
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複合加速試験方法
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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加速劣化試験技術と加速係数の推算
加速劣化試験技術と加速係数の推算
温度ストレスの検討
光劣化 ：22.8
温度劣化：8.33
光ストレスの検討
10
連続3SUN （アレニウスプロット）
1.000
3000Hr
0.995
6
4
Isct/Isc0
lnHr「寿命」
8
300Hr
30Hr
2.0
2.2
2.4
2.6
90℃
21.1℃
60.3℃
111℃
2
2.8
1/T[K]
3.0
3.2
3.4x10
0.990
連続1SUN90℃
0.985
連続3SUN90℃
0.980
-3
0.975
0
200
75℃
400
600
800
加速試験結果による推定加速係数
α T(加速係数)
150
3SUN
100
αt =190
50
70
1200
光照射時間[Hr]
200
0
60
1000
環境条件：
東京の
(日)平均積算日射量と平均温度
3.6 kWh･m-2/日、60℃
3 SUN加速試験の(日)照射量：
3.0x24 kWhm-2/日=72 kWhm-2/日
80
90
100
1．光照度・温度ストレス
1．光照度・温度ストレス
の加速試験と解析より
の加速試験と解析より
加速係数を割り出した
加速係数を割り出した
：190
：190 倍
倍
加速試験条件の例示
加速試験条件の例示
：
： 33 SUN
SUN,温度90℃
,温度90℃
試験温度[℃]
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複合加速試験方法
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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加速試験装置
加速試験装置
Ea/k：8,500
Kh ：1.044
が得られた。
5000
3100
2500
2．加速試験法の確立に
2．加速試験法の確立に
活用可能な技術の完成
活用可能な技術の完成
＜仕様例＞
＜仕様例＞
温度範囲：-40～+90℃
温度範囲：-40～+90℃
槽内湿度：最大RH85±5%
槽内湿度：最大RH85±5%
光照射強度：3
光照射強度：3 sun以下
sun以下
その他
その他
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長期屋外暴露試験
共通基盤ー事後評価分科会用資料
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長期屋外曝露試験
長期屋外曝露試験
狙い
複合加速劣化試験方法確立に向けた基礎的データを収集する。
モジュールの劣化状況データベースの作成する。
出力への影響(劣化現象：白濁現象，直列抵抗増加現象)
10年以上経過したモジュールの状況
(関電･六甲実験センタ，JQA浜松サイト)
長期曝露試験の劣化状況
北見(北海道)，鳥栖(九州)，宮古(宮古島)
(試験モジュール：4タイプ，59台)
白濁：宮古＜鳥栖＜北見，抵抗：差無し
白濁：宮古＜鳥栖＜北見，抵抗：差無し
出力影響：低下なし
出力影響：低下なし
最長15年の
最長15年の
基礎データ取得
基礎データ取得
出力低下率(10年間換算)
出力低下率(10年間換算)
結晶系：5
結晶系：5 %
% 以下、サイト間に差無し
以下、サイト間に差無し
薄膜系：5
薄膜系：5 %
% 以上
以上
北見＜鳥栖＜宮古で低下率大
北見＜鳥栖＜宮古で低下率大
劣化データベース化
劣化データベース化
劣化現象発生状況
約8,000台の劣化状況調査
(四国,沖縄,栃木： 2タイプ，9形式)
オマーンサイトの曝露試験
日本以上に劣化
日本以上に劣化
・白濁現象は形式に依存
・白濁現象は形式に依存
・EVAの黄変は調査全型式に発生
・EVAの黄変は調査全型式に発生
・発熱現象は全ての型式に散見
・発熱現象は全ての型式に散見
出力低下
出力低下 ：p-Si＜a-Si<a-Si/a-SiGeの順
：p-Si＜a-Si<a-Si/a-SiGeの順
砂塵の影響：Max0.88,Min0.58
砂塵の影響：Max0.88,Min0.58(出力低下率)
(出力低下率)
日本と異なる過酷条件での劣化状況
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適合性評価技術
共通基盤ー事後評価分科会用資料
適合性評価手法
適合性評価手法(IEC
(IEC規格妥当性
規格妥当性))の開発
の開発
狙い
太陽電池モジュールが安心できる製品として具備すべき
＜信頼性・安全性＞を確認する適合性評価技術を開発する
検討項目
1)高温高湿ストレスに対するモジュールの耐性検討
2)ホットスポット現象再現に必要な手法の開発
3)紫外線スぺクトルの影響の検討
4)機械的荷重による影響
5)温湿度ストレスへの耐性
6)実環境試験による劣化特性
7)サージ電圧への耐性
8)接地連続性の検討
9)耐火性の検討
≪検討結果≫
≪検討結果≫
試験条件，方法，基準等の妥当性や必要性等を明確にした。
試験条件，方法，基準等の妥当性や必要性等を明確にした。
≪成果の活用≫
≪成果の活用≫
日本国内における認証体系の整備を完了し，運用を開始した。
日本国内における認証体系の整備を完了し，運用を開始した。
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(1)太陽電池評価技術の研究開発
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適合性評価技術
共通基盤ー事後評価分科会用資料
適合性評価手法の開発
適合性評価手法の開発
認証体系確立
認証体系確立
結晶系太陽電池モジュールの性能･信頼性に関する
結晶系太陽電池モジュールの性能･信頼性に関する
認証試験シーケンス図
認証試験シーケンス図
目視検査
UV試験
IEC 61215
JIS 8990
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温度サイクル試験
劣化特性試験
STCの特性
絶縁
コントロール
屋外曝露試験
温度係数の測定
UV
NOCT★
温度サイクル
NOCTの特性
温度サイクル
高温高湿
結露凍結
機械的荷重
降雹
端子強度
ねじり
機械的荷重試験
低照度の特性
屋外暴露★
ホットスポット
結露凍結試験
ホットスポット
目視検査
STCの特性
絶縁試験
その他
その他
IEC
IEC 61646/JIS
61646/JIS 8991
8991
IEC
IEC 61730
61730
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(1)太陽電池評価技術の研究開発
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適合性評価技術
共通基盤ー事後評価分科会用資料
適合性評価手法の開発例－耐火性の検討
適合性評価手法の開発例－耐火性の検討
耐火性試験(火種の大小)
燃焼状況
火炎伝播試験
耐火性
結果
クラスＡ
無し
(火種：大)
クラスＢ
無し
1.8m
(火種：中)
クラスＣ
有り
(火種：小)
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火災を想定した試験法
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