WO2007129512A1 - Ｃｉｓ系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法 - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells

Definitions

  • the present invention relates to an improved durability test method for CIS-based thin-film solar cell modules.
  • the basic CIS-based thin-film solar cell modules of the present applicants have already passed IEC61646 (International Electrotechnical Commission Standard 61646) (first edition).
  • IEC61646 International Electrotechnical Commission Standard 61646
  • high-temperature and high-humidity storage test temperature of 85 ° C, relative humidity of 85% under relatively high temperature and high humidity conditions for 1,000 hours in the dark
  • the CIS-based thin-film solar cell module shows a temporary deterioration in conversion efficiency after 1,000 hours of testing, but it can be recovered by light irradiation after the test.
  • the durability test method for the CIS-based thin-film solar cell module is performed in accordance with the IEC61646 (first edition).
  • the solar cell function specified in JIS [1 S item (non-patent) Reference 1) for example, JIS C 8911: 1998 (secondary reference crystalline solar cell), JIS C 8912: 1998 (solar simulator for measuring crystalline solar cell), JIS C 8913: 1998 (crystalline solar Battery cell output measurement method), JIS C 8914: 1998 (crystal solar cell module output measurement method), etc.
  • Non-Patent Document 1 Solar Cell 3 ⁇ 4 [IS Catalog (published by Japanese Standards Association)
  • the CIS-based thin-film solar cell module is irradiated with light having an irradiance of 1, OOOWZm 2 that is strong light for 50 minutes to 300 minutes. There are cases where the performance recovers to a range of 95% or more of the initial conversion efficiency by irradiating for minutes.
  • CIS-based thin film solar cell module In order to understand such a phenomenon, the present applicants have proposed a CIS-based thin film solar cell module. In addition, we have been studying durability tests on CIS-based thin-film solar cell modules, predicting that they will not show any deterioration if they are exposed to light for a certain period of time during the high-temperature and high-humidity storage test.
  • the CIS-based thin-film solar cell module shows a temporary deterioration in conversion efficiency after 1,000 hours of testing.
  • the conventional high-temperature and high-humidity storage test method evaluates the durability of the CIS-based thin-film solar cell module appropriately as V. There was a problem.
  • the present invention solves the above problems, and the object of the present invention is a high-temperature and high-humidity storage test (temperature 85 ° C, relative humidity 85%) defined in the conventional IEC61646 (first edition).
  • CIS-based thin-film solar cell module avoids temporary deterioration of conversion efficiency of CIS-based thin-film solar cell module by a test that is stored in the dark for 1,000 hours under conditions of relatively high temperature and high humidity It is an object to provide an improved durability test method that enables proper and stable characteristic evaluation according to the characteristics that solar cell characteristics such as conversion efficiency are restored by light irradiation.
  • the present invention is a durability test method capable of appropriately evaluating the characteristic that the CIS-based thin film solar cell module recovers the conversion efficiency and the like by weak light irradiation, the durability test
  • the Da mpHeat test which is a test to store the CIS thin-film solar cell module, which is the target for 1,000 hours in the dark, at a relatively high temperature and humidity of 85 ° C and 85% relative humidity In such a case, the temperature, humidity and storage time remain the same, and the light from the simulated sunlight irradiation device (solar simulator) is weak enough to correspond to the amount of solar radiation on a cloudy day.
  • This is an improved durability test method for CIS-based thin-film solar cell modules that measures the characteristics of various solar cells by adjusting the intensity of the solar cells and continuously irradiating them during the test period.
  • the irradiance of the weak light is 100 to 300 WZm 2. This is an improved durability test method for the CIS-based thin-film solar cell module.
  • the present invention provides a heating method in which the CIS thin film solar cell module uses a CIS thin film solar cell submodule in which a plurality of CIS thin film solar cell devices are electrically connected by pattern ung as an adhesive.
  • a cover crow is attached via a crosslinked EVA resin film
  • a back sheet is attached to the glass substrate via a heated and crosslinked EVA resin film on the back side.
  • a box or the like is provided, and a frame is attached to the outer periphery of the structure via a sealant.
  • the CIS-based thin film solar cell device has an alkali barrier layer (which may not be formed) on a glass substrate.
  • Substrate structure pn heterojunction device Sudea is, the light absorbing layer, a multiple compound semiconductor thin film, in particular, I-III-VI chalcopyrite half
  • Conductor for example, copper indium selenide (CuInSe: hereinafter abbreviated as CISe), 2 selenium
  • Copper indium gallium (CuInGaSe: hereinafter abbreviated as CIGSe), copper diselenide
  • CGSe selenium diiodium copper indium gallium
  • CIGSSe Copper indium diiodide
  • Copper indium gallium gallium (CuInGaS: hereinafter abbreviated as CIGS), thin film 2selenium
  • the above-mentioned (1) which also has p-type semiconductor power, such as copper indium gallium (CuInGaSe: CIGSe)
  • the present invention is a high-temperature and high-humidity storage test defined in the conventional IEC61646 (1st edition) (under conditions of relatively high temperature and high humidity of temperature 85 ° C and relative humidity 85%, In the durability test method of 000 hours in the dark), the CIS-based thin film solar cell module could not be properly and stably characterized due to temporary deterioration of conversion efficiency, etc., but the temperature was 85 ° C. Under the relatively high temperature and high humidity conditions of 85% relative humidity, the CIS-based thin film solar cell module to be tested continues to receive weak light equivalent to the amount of solar radiation on cloudy days during the test period. By using the improved durability test method of irradiating, it is possible to evaluate realistic, appropriate and stable characteristics according to the characteristics of the CIS-based thin-film solar cell module that the solar cell characteristics such as conversion efficiency are restored. Can be.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of an improved durability test method (or system) for a CIS-based thin film solar cell module of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a durability test result measured by an improved durability test method of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a CIS-based thin film solar cell module which is a test object of the improved durability test method of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a CIS-based thin-film solar cell device that is a component of a CIS-based thin-film solar cell module that is a test object of the improved durability test method of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a durability test result (conversion efficiency) measured by a durability test method defined in the conventional IEC61646 (first edition).
  • n-type window layer transparent conductive film
  • the improved durability test method for a CIS-based thin film solar cell module of the present invention can appropriately evaluate the characteristic that the CIS-based thin film solar cell module recovers conversion efficiency by weak light irradiation. This is a durability test method.
  • the CIS-based thin-film solar cell module 2 that is the object of the durability test of the present invention includes a plurality of CIS-based thin-film solar cell devices 3 '(see Fig. 4).
  • CIS-based thin-film solar cell sub-module 3 that is electrically connected to each other is heated with adhesive, cover crow 5 is pasted through the crosslinked EVA resin film 4, and the back side is heated to the glass substrate 3A.
  • This is a structure in which a back sheet 6 is attached via a cross-linked EVA resin film 4 and a connection box 7 with a cable is provided below it, and a frame 9 is attached to the outer periphery of this structure via a sealing material 8. Install.
  • the CIS-based thin-film solar cell device 3 has a basic structure as shown in FIG. 4 and has a glass substrate 3A having a blue plate glass isotropic force, and an alkali barrier layer 3B (not formed). ), Metal back electrode layer (generally Mo) 3C, p-type CIS light absorption layer 3D, high-resistance buffer layer 3E, n-type window layer (transparent conductive film) 3F Is a pn heterojunction device with a sub-strate structure that is sequentially stacked.
  • Metal back electrode layer generally Mo
  • p-type CIS light absorption layer 3D p-type CIS light absorption layer 3D
  • high-resistance buffer layer 3E high-resistance buffer layer
  • n-type window layer (transparent conductive film) 3F Is a pn heterojunction device with a sub-strate structure that is sequentially stacked.
  • the CIS-based light absorption layer 3D is a multi-component compound semiconductor thin film, in particular, a group I-III-VI chalcopyrite semiconductor, for example, copper diselenide (CuInSe: hereinafter abbreviated as CISe), copper indium selenide.
  • CISe copper diselenide
  • CISe copper indium selenide.
  • CGSe Copper gallium selenide
  • CIGSSe 2 selenium, copper indium iodide, gallium
  • Copper gallium (CuGaS: hereinafter abbreviated as CGS)), copper indium diiodide gallium (Cul), Copper indium diiodide gallium (Cul), Copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul), Copper gallium (CuGaS: hereinafter abbreviated as CGS)), copper indium diiodide gallium (Cul), copper indium diiodide gallium (Cul)
  • nGaS Hereinafter, abbreviated as CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium (CIGS. ), Thin film selenium diiodium copper indium gallium
  • the CIS-based thin-film solar cell module will not show any deterioration if irradiated with light during the high-temperature and high-humidity storage test. Therefore, by adjusting the intensity of the Xe lamp etc. of the simulated solar irradiation device (solar simulator), weak light with an irradiance of 100 to 300 WZ m 2 equivalent to the amount of solar radiation on a cloudy day is tested. An improved high-temperature and high-humidity storage test in which irradiation was continued was conducted.
  • the improved durability test method for the CIS-based thin film solar cell module of the present invention is such that, as shown in Fig. 3, the CIS-based thin film solar cell module recovers its conversion efficiency and the like by weak light irradiation.
  • a durability test method capable of appropriately evaluating the characteristics of the CIS-based thin-film solar cell module, which is the subject of the durability test, under conditions of a relatively high temperature and high humidity at a temperature of 85 ° C and a relative humidity of 85%.
  • DampHeat test humidity resistance test
  • the temperature, humidity, and storage time remain the same, and the simulated solar irradiation device (Solar 'Simulator) is used.
  • An improved durability test method for the CIS thin film solar cell module of the present invention is implemented. To do so, the test was conducted with an improved durability test system 1 as shown in FIG.
  • the improved durability test system 1 is equipped with a glass window la for light irradiation (light transmission) in part of a sealed structure durability test apparatus 1A.
  • the temperature is set to 85 ° C and relative humidity to 85% by the controller 1C.
  • Durability test device 1 A force Simulated sunlight irradiation device (solar's simulator) installed at regular intervals 1D Light source 1D XE lamp etc.
  • Durability test device 1A Test object stored in 1A
  • the light-receiving surface of CIS-based thin-film solar cell module 2 ' is irradiated with weak light irradiance equivalent to the amount of solar radiation on cloudy days, that is, about 100 to 300 WZm 2 of light continuously.
  • the adjustment of the light is performed by adjusting the amount of power by the power supply control unit 1F.
  • the current and voltage from the CIS-based thin-film solar cell module 2 ′ irradiated with the light were measured by the I—V measurement unit 1B, and the measurement data for a test time of 1,000 hours were measured. (Conversion efficiency, fill factor, open circuit voltage, short circuit current).
  • the cover glass ZEVA resin ZCIS thin film solar cell sub-module Z glass substrate etc. CIS thin film solar cell module 2 ' (See Fig. 3.) When weak light of 100 to 300 WZm 2 is continuously irradiated during the test period, after the end of the test time of 1,000 hours, as shown in Fig. 2, The degradation of the solar cell characteristics (conversion efficiency Eff [%], fill factor FF, short-circuit current Isc [A], open-circuit voltage Voc [V]) of the stored solar cell module 2 'was significantly reduced.
  • the output performance of the applicant's CIS-based thin-film solar cell module 2 is basically packaged or modular for the module structure of the module after 3 years of exposure. If complete manufacturing standards are fully met, no degradation will occur I didn't.
  • the mechanism or effect that brings about the recovery of conversion efficiency by light irradiation should be understood, and for the CIS-based thin-film solar cell module 2, the improved durability test condition of the present invention is currently Compared to the actual high-temperature and high-humidity storage test, it is very close to the actual outdoor exposure condition. Therefore, it should be considered as a more practical value than the output performance value after the current high-temperature and high-humidity storage test.
  • the high-temperature and high-humidity storage test specified in the conventional IEC61646 (1st edition) (under relatively high-temperature and high-humidity conditions of temperature 85 ° C and relative humidity 85%, The high temperature and high humidity storage test (durability test) method for 000 hours in the dark) is appropriate and due to the property that temporary deterioration occurs in the conversion efficiency of the CIS thin film solar cell module 2
  • the improved durability test method of the present invention that is, the CIS thin film to be tested under the conditions of relatively high temperature and high humidity of 85 ° C and 85% relative humidity
  • the solar cell characteristics such as conversion efficiency are restored by the improved durability test method of irradiating the solar cell module 2 with weak light continuously throughout the test period. Enables realistic, appropriate and stable characterization can do.
  • the CIS-based thin-film solar cell module 2 is subjected to a high-temperature and high-humidity storage test (a temperature of 85 ° C and a relative humidity of 85% under a relatively high temperature and high humidity condition for 1,000 hours in the dark). In this test, the conversion efficiency is temporarily degraded after 1,000 hours of testing, but the conversion efficiency is restored by continuous irradiation of weak light after the test.
  • a storage or management method (or apparatus) for the CIS thin film solar cell module suitable for the characteristics (properties) of the CIS thin film solar cell module 2 will be described below.
  • the storage period from the manufacture of the CIS-based thin-film solar cell module 2 to the installation of the CIS-based thin-film solar cell module 2 is weak light corresponding to the amount of solar radiation on the light-receiving surface of each CIS-based thin-film solar cell module 2, ie Continuous irradiation with light of about 100 to 300 WZm 2 can prevent (avoid) deterioration (decrease) in conversion efficiency etc. of each CIS-based thin film solar cell module 2, and maximum conversion immediately after installation Efficiency etc. can be obtained.
  • the light source is not limited to the Xe lamp, and an appropriate light source can be appropriately selected in consideration of other costs and performance.
  • the solar cell characteristics such as the maximum conversion efficiency can be extracted by continuously irradiating weak fluorescent light.
  • a transparent material such as glass or plastic that allows sunlight to pass through the roof or walls is suitable for daytime, and the artificial light source is provided at night.
  • the light irradiance on the light receiving surface of each CIS-based thin film solar cell module 2 should be about 100 to 300 WZm 2 using a light reflection or light scattering device.
  • each module 2 when storing the CIS-based thin film solar cell module 2, if the back surface opposite to the light receiving surface of each module is placed in contact with each other, the light receiving surface of each module The light hits all over.
  • the rear surface opposite to the light-receiving surface of each module can be applied by applying the arrangement method and the transparent packaging material for storage. If they are placed in contact with each other, light uniformly strikes the light receiving surface of each module, and the maximum conversion efficiency can be obtained immediately after installation.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)

Abstract

　ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの弱い光の照射により変換効率等が回復する特性を適正に評価する。ＣＩＳ系薄膜太陽電池モジュールの従来の高温高湿保管試験条件（温度８５°C、相対湿度８５％、暗闇中に１，０００時間格納）中、前記温度、湿度及び格納時間はそのままで、擬似太陽光照射装置（ソーラー・シュミレータ）１Ｄからの光が、曇りの日の日射量に相当する弱い光の放射照度、即ち、１００～３００Ｗ／ｍ2 になるように光源１Ｅの強度を調整して試験期間中継続して照射することにより、開放状態で保管された前記モジュール２’が、１，０００時間経過後も、大幅な劣化を示さないという特性を適正に評価できる。

Description

CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法 技術分野
[0001] 本発明は、 CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法に関す る。
背景技術
[0002] 本出願人らの基本的な CIS系薄膜太陽電池モジュールは、既に、 IEC61646 (国 際電機標準会議規格 61646) (第 1版)に合格している。一般的に、 IEC61646 (第 1 版)で採用されている、高温高湿保管試験 (温度 85°C、相対湿度 85%という比較的 高温高湿度の条件下で、 1, 000時間暗闇の中で保管する試験）において、 CIS系 薄膜太陽電池モジュールは、 1, 000時間の試験後に一時的な変換効率の劣化を 示すが、試験後の光照射により、回復することがわ力つている。
[0003] 前記 CIS系薄膜太陽電池モジュールの耐久性試験方法は前記 IEC61646 (第 1 版）に従って行うが、個々の試験事項に関しては、 JISで規定された太陽電池関 ¾[1 S項目（非特許文献 1参照）、例えば、 JIS C 8911 : 1998 (二次基準結晶系太陽 電池セル）、 JIS C 8912 : 1998 (結晶系太陽電池測定用ソーラ一 ·シュミレータ）、 JIS C 8913 : 1998 (結晶系太陽電池セル出力測定方法）、 JIS C 8914 : 1998 (結晶系太陽電池モジュール出力測定方法)等に従って行う。
[0004] 非特許文献 1：太陽電池関 ¾[IS目録（日本規格協会発行）
[0005] 実際、図 5に示すように、前記高温高湿保管試験後、 CIS系薄膜太陽電池モジュ ールに、強い光である放射照度 1, OOOWZm2の光を照射時間が 50分〜 300分の 間照射することにより、初期変換効率の 95%以上の範囲まで性能が回復する事例が 存在する。
[0006] 現時点では、光照射により、何故、 CIS系薄膜太陽電池モジュールが高温高湿保 管試験後の一時的な劣化力 回復するのかは明確でなぐこのことは CIS系薄膜太 陽電池モジュール技術に関して残された課題の 1つである。
[0007] このような現象を理解するために、本出願人らは、 CIS系薄膜太陽電池モジュール に、高温高湿保管試験の間中、光を一定時間照射し続けたら、いかなる劣化も示さ ないであろうと予測し、 CIS系薄膜太陽電池モジュールに関する耐久性試験の検討 を行ってきた。
[0008] 前記のように、 CIS系薄膜太陽電池モジュールは、前記従来の暗闇の中で保管す る高温高湿保管試験では、 1, 000時間の試験後に一時的な変換効率の劣化を示 すが、試験後の光照射により、回復するという特性を有しており、前記従来の高温高 湿保管試験方法では、 CIS系薄膜太陽電池モジュールの耐久性を適正に評価して V、るとは 、えな 、と 、う問題があった。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本発明は前記問題点を解消するもので、本発明の目的は、従来の IEC61646 (第 1版)で規定されている、高温高湿保管試験 (温度 85°C、相対湿度 85%という比較 的高温高湿度の条件下で、 1, 000時間暗闇の中で保管する試験）による、 CIS系薄 膜太陽電池モジュールの変換効率の一時的な劣化を回避し、 CIS系薄膜太陽電池 モジュールの光照射により、変換効率等の太陽電池特性が回復するという特性に応 じた、適正且つ安定的な特性評価を可能にする改良された耐久性試験方法を提供 することである。
課題を解決するための手段
[0010] (1)本発明は、 CIS系薄膜太陽電池モジュールが弱い光の照射により変換効率等 が回復するという特性を適正に評価することができる耐久性試験方法であって、前記 耐久性試験の対象である CIS系薄膜太陽電池モジュールを温度 85°C、相対湿度 8 5%の比較的高温、高湿の条件下で、暗闇中に 1, 000時間格納する試験である Da mpHeat試験を行う際に、前記温度、湿度及び格納時間はそのままで、擬似太陽光 照射装置 (ソーラー ·シュミレータ）からの光が、曇りの日の日射量に相当する弱 、光 の照度になるように Xeランプ等の強度を調整して試験期間中継続して照射して各種 太陽電池特性を計測する CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験 方法である。
[0011] (2)本発明は、前記弱い光の放射照度が、 100〜300WZm2である前記（1)に記 載の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法である。
[0012] (3)本発明は、前記 CIS系薄膜太陽電池モジュールが、パターンユングにより複数 個の CIS系薄膜太陽電池デバイスを電気的に接続した CIS系薄膜太陽電池サブモ ジュールを接着剤である加熱、架橋した EVA榭脂フィルムを介してカバーカラスを貼 着し、裏面側は、ガラス基板に、加熱、架橋した EVA榭脂フィルムを介してバックシ 一トを貼着し、その下にケーブル付き接続箱等を設け、この構造体の外周囲にシー ル材を介してフレームを取り付けたものであり、前記 CIS系薄膜太陽電池デバイスは 、ガラス基板上に、アルカリバリア層（形成しなくてもよい。 )、金属裏面電極層（一般 的には、 Mo)、 p形 CIS系光吸収層、高抵抗バッファ層、 n形窓層 (透明導電膜)の順 で高品質薄膜層が順次積層されたサブストレート構造の pnヘテロ接合デバイスであ り、前記光吸収層は、多元化合物半導体薄膜、特に、 I-III-VI族カルコパイライト半
2
導体、例えば、 2セレン化銅インジウム (CuInSe：以下、 CISeと略称する。 )、 2セレン
2
化銅インジウム ·ガリウム (CuInGaSe：以下、 CIGSeと略称する。 )、 2セレン化銅ガリウ
2
ム (CuGaSe：以下、 CGSeと略称する。 )、 2セレン ·ィォゥ化銅インジウム ·ガリウム (Cu
2
(InGaXSSe)：以下、 CIGSSeと略称する。 )、 2ィォゥ化銅インジウム (CuInS：以下、 C
2 2
ISと略称する。）)、 2ィォゥ化銅ガリウム (CuGaS：以下、 CGSと略称する。 ) )、 2ィォゥ
2
化銅インジウム ·ガリウム (CuInGaS ：以下、 CIGSと略称する。 )、薄膜の 2セレン 'ィ
2
ォゥ化銅インジウム ·ガリウム (Cu(InGaXSSe) ： CIGSSe)を表面層として有する 2セレ
2
ンィ匕銅インジウム ·ガリウム (CuInGaSe： CIGSe)のような p形半導体力もなる前記（1)
2
又は（2)に記載の CIGS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法 である。
発明の効果
[0013] 本発明は、従来の IEC61646 (第 1版)で規定されている、高温高湿保管試験 (温 度 85°C、相対湿度 85%という比較的高温高湿度の条件下で、 1, 000時間暗闇の 中で保管する試験）による耐久性試験方法では、 CIS系薄膜太陽電池モジュールの 変換効率等の一時的な劣化により適正且つ安定に特性評価できな力つたが、温度 8 5°C、相対湿度 85%という比較的高温高湿度の条件下で、試験対象である CIS系薄 膜太陽電池モジュールに、曇りの日の日射量に相当する弱い光を試験期間中継続 して照射するという改良された耐久性試験方法により、変換効率等の太陽電池特性 が回復するという CIS系薄膜太陽電池モジュールの特性に応じた、現実的、適正且 つ安定的な特性評価を可能にすることができる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法 (又は システム）の概略説明図である。
[図 2]本発明の改良された耐久性試験方法により測定された耐久性試験結果を示す 図である。
[図 3]本発明の改良された耐久性試験方法の試験対象である CIS系薄膜太陽電池 モジュールの概略構成図である。
[図 4]本発明の改良された耐久性試験方法の試験対象である CIS系薄膜太陽電池 モジュールの構成要素である CIS系薄膜太陽電池デバイスの概略構成図である。
[図 5]従来の IEC61646 (第 1版)で規定されている耐久性試験方法により測定され た耐久性試験結果 (変換効率)を示す図である。
符号の説明
[0015] 1 改良耐久性試験システム
1A 耐久性試験装置）
la ガラス窓（光透過窓）
IB I V測定部
1C 温度 ·湿度制御部
1D 擬似太陽光照射装置
1E 光源 (Xeランプ）
1F 電力供給 ·制御部
2 CIS系薄膜太陽電池モジュール
2， 試験対象 CIS系薄膜太陽電池モジュール
3 CIS系薄膜太陽電池サブモジュール
3， CIS系薄膜太陽電池デバイス
3A ガラス基板 3B アルカリバリア層
3C 金属裏面電極層
3D p形光吸収層
3E 高抵抗バッファ層
3F n形窓層 (透明導電膜）
4 EVA榭脂フィルム
5 カバーガラス
6 バックシート
7 ケーブル付接続箱
8 シール材
9 フレーム
発明を実施するための最良の形態
[0016] 本発明の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法は、 CIS 系薄膜太陽電池モジュールが弱い光の照射により変換効率等が回復するという特性 を適正に評価することができる耐久性試験方法である。
[0017] 本発明の耐久性試験の対象である CIS系薄膜太陽電池モジュール 2は、図 3に示 すように、パターンユングにより複数個の CIS系薄膜太陽電池デバイス 3' (図 4参照。 )を電気的に接続した CIS系薄膜太陽電池サブモジュール 3を接着剤である加熱、 架橋した EVA榭脂フィルム 4を介してカバーカラス 5を貼着し、裏面側は、ガラス基板 3Aに、加熱、架橋した EVA榭脂フィルム 4を介してバックシート 6を貼着し、その下に ケーブル付き接続箱 7等を設けた構造であり、この構造体の外周囲にシール材 8を 介してフレーム 9を取り付ける。
[0018] 前記 CIS系薄膜太陽電池デバイス 3'は、図 4に示すような基本構造であり、青板ガ ラス等力もなるガラス基板 3A、その上に、アルカリバリア層 3B (形成しなくてもよい。 ) 、金属裏面電極層（一般的には、 Mo) 3C、 p形 CIS系光吸収層 3D、高抵抗バッファ 層 3E、 n形窓層 (透明導電膜) 3Fの順で高品質薄膜層が順次積層されたサブストレ ート構造の pnヘテロ接合デバイスである。前記 CIS系光吸収層 3Dは、多元化合物 半導体薄膜、特に、 I-III-VI族カルコパイライト半導体、例えば、 2セレン化銅インジ ゥム (CuInSe：以下、 CISeと略称する。 )、 2セレン化銅インジウム.ガリウム (CuInGaSe
2
：以下、 CIGSeと略称する。 )、 2セレン化銅ガリウム (CuGaSe：以下、 CGSeと略称
2 2
する。 )、 2セレン.ィォゥ化銅インジウム.ガリウム (Cu(InGaXSSe)：以下、 CIGSSeと
2
略称する。 )、 2ィォゥ化銅インジウム (CuInS ：以下、 CISと略称する。）)、 2ィォウイ匕
2
銅ガリウム (CuGaS：以下、 CGSと略称する。 ) )、 2ィォゥ化銅インジウム ·ガリウム (Cul
2
nGaS ：以下、 CIGSと略称する。 )、薄膜の 2セレン ·ィォゥ化銅インジウム ·ガリウム（
2
Cu(InGaXSSe)： CIGSSe)を表面層として有する 2セレン化銅インジウム.ガリウム (Cu
2
InGaSe： CIGSe)のような p形半導体からなる
2
[0019] 以下に本発明の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法に ついて、説明する。
本出願人らは、 CIS系薄膜太陽電池モジュールに、高温高湿保管試験の間に光を 照射し続けたら、如何なる劣化も示さないであろうと予想し、検討を行ってきたが、そ の確認のために、擬似太陽光照射装置 (ソーラー ·シミュレータ)の Xeランプ等の強 度を調整することによって、曇りの日の日射量に相当する放射照度 100〜300WZ m2の弱い光を試験期間中継続して照射する改良高温高湿保管試験を行った。
[0020] 本発明の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法は、図 3に 示すような、 CIS系薄膜太陽電池モジュールが弱い光の照射により変換効率等が回 復すると 、う特性を適正に評価することができる耐久性試験方法であって、前記耐久 性試験の対象である CIS系薄膜太陽電池モジュールを温度 85°C、相対湿度 85%の 比較的高温、高湿の条件下で、暗闇中に 1, 000時間格納する試験である DampHe at試験 (耐湿性試験)を行う際に、前記温度、湿度及び格納時間はそのままで、擬似 太陽光照射装置 (ソーラー'シユミレータ)からの光が、曇りの日の日射量に相当する 弱い光、即ち、 100〜300WZm2程度になるように Xeランプ等の強度を調整して、 試験期間中継続して照射して各種太陽電池特性を計測し、開放状態で保管された 前記 CIS系薄膜太陽電池モジュールが、前記試験時間経過後も、大幅な劣化を示 さないという特性を適正に評価する。なお、プラスマイナスのケーブルを開放状態に した CIS系薄膜太陽電池モジュールの場合は回復し易い。
[0021] 前記本発明の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法を実 施するために、図 1に示すような、改良耐久性試験システム 1により試験を行った。改 良耐久性試験システム 1は、密閉構造の耐久性試験装置 1Aの一部に光照射 (光透 過）用のガラス窓 laが設けられており、耐久性試験装置 1A内は、温度'湿度制御部 1Cにより、温度 85°C、相対湿度 85%に設定されている。そして、耐久性試験装置 1 A力 一定間隔で設置された擬似太陽光照射装置 (ソーラー'シユミレータ） 1D内の 光源 1Eである Xeランプ等カゝら耐久性試験装置 1A内に保管された試験対象の CIS 系薄膜太陽電池モジュール 2'の受光面に対して曇りの日の日射量に相当する弱い 光の放射照度、即ち、 100〜300WZm2程度の光が試験期間中継続して照射され る。前記光の調整は、電力供給制御部 1Fによる電力量の調整により行われる。前記 光の照射を受けた CIS系薄膜太陽電池モジュール 2'からの電流及び電圧を I—V測 定部 1Bで、試験時間 1, 000時間についての測定データを測定し、太陽電池特性デ ータ (変換効率、曲線因子、開放電圧、短絡電流)を得る。
[0022] 前記耐久性試験システム 1を使用した前記改良された耐久試験方法により計測さ れた試験結果の一例を以下に示す。
改良された改良高温高湿保管方法にお!、て、カバーガラス ZEVA榭脂 ZCIS系 薄膜太陽電池サブモジュール Zガラス基板等力 なるサンドイッチ構造を有する試 験対象の CIS系薄膜太陽電池モジュール 2' (図 3参照。）に 100〜300WZm2の弱 い光を試験期間中継続して照射した場合、試験時間である 1, 000時間終了後でさ え、図 2に示すように、開放端状態で保管された当該太陽電池モジュール 2'の太陽 電池特性 (変換効率 Eff〔％〕、曲線因子 FF、短絡電流 Isc〔A〕、開放電圧 Voc〔V〕） の劣化は大幅に減少した。
[0023] この結果から、前記 IEC61646で規定されている、現行の DampHeat試験条件及 び期間、即ち、温度 85°C、相対湿度 85%という比較的高温高湿度の条件下で、 1, 000時間暗闇の中に保管する試験、を CIS系薄膜太陽電池モジュール 2に適用する ことは、実際に適用したり、保存したりする条件としては、相応しくないと考えられる。
[0024] 屋外曝露試験において、本出願人らの CIS系薄膜太陽電池モジュール 2の出力性 能は、曝露 3年後における前記モジュールのモジュール構造については、パッケ一 ジ化又はモジュールィ匕が基本的な製造基準を完全に満たして 、れば、全く劣化を示 さなかった。
[0025] 特に、光照射による変換効率の回復をもたらすメカニズム又は効果は理解されるべ きであり、 CIS系薄膜太陽電池モジュール 2にとつて、前記本発明の改良耐久性試 験条件は、現在の高温高湿保管試験に比べて極めて実際の屋外曝露状態に近 、 ので、現行の高温高湿保管試験実施後の出力性能値より実際的な値として考えるベ きである。
[0026] 以上のように、従来の IEC61646 (第 1版)で規定されている、高温高湿保管試験（ 温度 85°C、相対湿度 85%という比較的高温高湿度の条件下で、 1, 000時間暗闇 の中で保管する試験）による高温高湿保管試験 (耐久性試験)方法では、 CIS系薄 膜太陽電池モジュール 2の変換効率等に一時的な劣化が発生するという特性により 、適正且つ安定に特性評価できな力つたが、本発明の改良された耐久性試験方法、 即ち、温度 85°C、相対湿度 85%という比較的高温高湿度の条件下で、試験対象で ある CIS系薄膜太陽電池モジュール 2に弱い光を、試験期間中継続して照射すると いう改良された耐久性試験方法により、変換効率等の太陽電池特性が回復するとい う CIS系薄膜太陽電池モジュールの特性に応じた、現実的、適正且つ安定的な特性 評価を可能にすることができる。
[0027] また、前記のように CIS系薄膜太陽電池モジュール 2は、高温高湿保管試験 (温度 85°C、相対湿度 85%という比較的高温高湿度の条件下で、 1, 000時間暗闇の中 で保管する試験）において、 1, 000時間の試験後に一時的な変換効率の劣化を示 すが、試験後の弱い光の継続する照射により、変換効率が回復するという特性 (性質 )を有するが、前記 CIS系薄膜太陽電池モジュール 2の特性 (性質）に適した CIS系 薄膜太陽電池モジュールの保管又は管理方法 (又は装置)を以下に説明する。
[0028] CIS系薄膜太陽電池モジュール 2を製造後、設置するまでの保管期間は、各 CIS 系薄膜太陽電池モジュール 2の受光面に曇りの日の日射量に相当する弱い光、即ち 、放射照度 100〜300WZm2程度の光を継続して照射することにより、各 CIS系薄 膜太陽電池モジュール 2の変換効率等の劣化 (低下)を防止（回避)することができ、 設置直後から最大の変換効率等を得ることができる。なお、光源としては、 Xeランプ に限らず、他のコスト及び性能を考慮して適宜適当な光源を選択することができる。 [0029] 前記 CIS系薄膜太陽電池モジュール 2を保管する際、弱 ヽ光を継続して照射する ことにより最大限の変換効率等の太陽電池特性を引き出すことができることから、保 管装置又は保管庫は、昼間は太陽光が照射されるような構造、例えば、屋根又は壁 面を太陽光が透過するようなガラス、プラスチック等の透明な素材が適当であり、夜 間は、前記人工光源を設けると共に光反射、又は光散乱装置により各 CIS系薄膜太 陽電池モジュール 2の受光面の放射照度が 100〜300WZm2程度となるようにする
[0030] また、前記 CIS系薄膜太陽電池モジュール 2を保管する際の各モジュール 2の配置 方法としては、各モジュールの受光面と反対の背面同士が接するように配置すると、 各モジュールの受光面に光が万遍なくあたる。
[0031] また、前記 CIS系薄膜太陽電池モジュール 2を設置場所に運搬する場合も、前記 保管する際の配置方法及び透明な梱包材料を適用することにより、各モジュールの 受光面と反対の背面同士が接するように配置すると、各モジュールの受光面に光が 万遍なくあたり、設置直後から最大の変換効率等を得ることができる。

Claims

請求の範囲
[1] CIS系薄膜太陽電池モジュールが弱い光の照射により変換効率等が回復するという 特性を適正に評価することができる耐久性試験方法であって、前記耐久性試験の対 象である CIS系薄膜太陽電池モジュールを温度 85°C、相対湿度 85%の比較的高 温、高湿の条件下で、暗闇中に 1, 000時間格納する試験である DampHeat試験を 行う際に、前記温度、湿度及び格納時間はそのままで、擬似太陽光照射装置 (ソー ラー ·シュミレータ)からの光が、曇りの日の日射量に相当する弱 、光になるように Xe ランプ等の強度を調整して試験期間中継続して照射して各種太陽電池特性を計測 することを特徴とする CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法
[2] 前記弱い光の放射照度が、 100〜300WZm2であることを特徴とする請求項 1に記 載の CIS系薄膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法。
[3] 前記 CIS系薄膜太陽電池モジュールは、パターンユングにより複数個の CIS系薄膜 太陽電池デバイスを電気的に接続した CIS系薄膜太陽電池サブモジュールを接着 剤である加熱、架橋した EVA榭脂フィルムを介してカバーカラスを貼着し、裏面側は 、ガラス基板に、加熱、架橋した EVA榭脂フィルムを介してバックシートを貼着し、そ の下にケーブル付き接続箱等を設け、この構造体の外周囲にシール材を介してフレ ームを取り付けたものであり、前記 CIS系薄膜太陽電池デバイスは、ガラス基板上に 、アルカリバリア層、金属裏面電極層（一般的には、 Mo)、 p形 CIS系光吸収層、高抵 抗バッファ層、 n形窓層 (透明導電膜)の順で高品質薄膜層が順次積層されたサブス トレート構造の pnヘテロ接合デバイスであり、前記光吸収層は、多元化合物半導体 薄膜、特に、 I-III-VI族カルコパイライト半導体、例えば、 2セレン化銅インジウム (Cul
2
nSe：以下、 CISeと略称する。 )、 2セレン化銅インジウム ·ガリウム (CuInGaSe：以下、
2 2
CIGSeと略称する。 )、 2セレン化銅ガリウム (CuGaSe：以下、 CGSeと略称する。 )、
2
2セレン ·ィォゥ化銅インジウム ·ガリウム (Cu(InGaXSSe)：以下、 CIGSSeと略称する。
2
)、 2ィォゥ化銅インジウム (CuInS ：以下、 CISと略称する。）)、 2ィォゥ化銅ガリウム (C
2
uGaS：以下、 CGSと略称する。 ) )、 2ィォゥ化銅インジウム ·ガリウム (CuInGaS ：以
2 2 下、 CIGSと略称する。 )、薄膜の 2セレン.ィォゥ化銅インジウム.ガリウム (Cu(InGa)(S Se)： CIGSSe)を表面層として有する 2セレン化銅インジウム ·ガリウム (CuInGaSe： C
2 2
IGSe)のような p形半導体力もなることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の CIS系薄 膜太陽電池モジュールの改良された耐久性試験方法。
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