太陽電池分野におけるソーラーシミュレータ：基礎と測定技術

太陽電池は万能な光量計ではなく、スペクトルに対して選択的な変換器です。すなわち、どれだけの放射が当たっているかではなく、どのような放射が当たっているかに応答します。したがって、ソーラーシミュレータは1000 W/m²の全放射照度を生成するだけでは不十分であり、標準化された基準スペクトルAM1.5Gに十分に近いスペクトル分布を再現しなければなりません。中心的な課題は、スペクトル一致度、空間均一性、時間安定性という3つの独立した次元でずれが生じ、それらが互いに補い合わない点にあります。IEC 60904-9に基づくこれら3つの量の標準化された分類のみが、異なる試験機関、メーカー、認証機関の間で太陽電池およびモジュールの効率測定を比較可能にします。

国際エネルギー機関（IEA）の「Global Energy Review 2026」（IEA、2026年）によると、太陽光発電は2025年に世界最大の設置済み発電技術となり、世界の新規導入量は初めて600ギガワットを超え、累積設置容量は約2,800ギガワットに達し、太陽光発電は世界の再生可能エネルギー新規発電容量の4分の3以上を占めました。試験・測定技術にとって重要なのは規模そのものではなく、その背景にある技術の多様化です。結晶シリコンに加え、ヘテロ接合セル、CdTeおよびCIGSを用いた薄膜システム、ペロブスカイト・シリコンタンデムセルが普及しつつあり、両面受光型モジュールの比率も高まっています。

技術的な帰結は明確な連鎖をたどります。モジュールの多様化とセル効率の向上が進むほど、試験結果は試験光源のスペクトル偏差に対して敏感になります。薄膜型、両面受光型、タンデム型といった材料区分が追加されるたびに、それぞれ固有の分光応答特性が生じ、その結果、元の規格が想定していた1980年代の単純な単結晶シリコンセルと比較して、ソーラーシミュレータに許容される誤差範囲は実質的に狭まっています。

ソーラーシミュレーションにおける測定課題を変える5つの動向が挙げられます。

• 放電ランプからLED技術への移行。LED式シミュレータは、より長寿命で保守性に優れ、光学的ではなく電気的にスペクトル形状を調整できることから、キセノン式やメタルハライド式に代わって普及が進んでいます。この結果、試験の重点はフィルタ光学系から、個々のLEDグループの電子的なチャンネル制御およびソフトウェアによる分光校正へと移行しています。
• A+クラスおよび任意の分光指標の導入。IEC 60904-9:2020は評価の厳格性を倍増させ、LEDスペクトルの欠落部分によるビン分類の形式的な充足を特に防ぐための指標としてSPC/SPDを導入しました。これにより、機器メーカーはクラス表示だけでなく、カバレッジおよび偏差の値も透明性をもって示す必要が高まり、文書化の負担が増大しています。
• タンデム技術向けマルチソースシステム。ペロブスカイト・シリコンタンデムモジュールの市場投入に伴い、数十チャンネルを個別に制御可能で、波長範囲を1600ナノメートル以上に拡張したシミュレータが登場しています。分光設定はサブセルごとに個別に決定する必要があるため、シミュレータの校正とセル特性評価の結びつきがより密接になっています。
• 両面受光型モジュールの試験手順。技術仕様書IEC TS 60904-1-2は、模擬照射および自然照射下での両面受光型モジュールの測定手順を規定しています。これに伴い、裏面照射用センサへの需要が追加され、モジュールの両面を同時に制御して照射できる試験スタンドの必要性が高まっています。
• 不安定材料向けの出力安定化プロトコル。ペロブスカイトなどの準安定なセル技術については、連続照射と時間分解による出力安定化を伴うコンセンサス試験プロトコルが確立されつつあります。その結果、従来のフラッシュ測定によるスナップショット的な計測から、数分から数時間にわたって記録される出力曲線へと重点が移行しています。

この応用分野の市場規模、成長率および出典については、UV技術の市場動向のページにまとめられています。

ソーラーシミュレーターは、規定された大気条件下での自然太陽光の分光放射照度を再現する人工光を生成します。基準量となるのはAM1.5Gスペクトル（Air Mass 1.5, Global）であり、これは大気モデルから計算により導出されたスペクトルで、太陽天頂角48.2°における中央ヨーロッパから北米の緯度を代表し、積算放射照度1000.4 W/m²に規格化されています（ASTM G173-03）。光源（通常はガス放電ランプまたは多数のLEDの組み合わせ）は、光学系、フィルタ、制御電子回路によって成形され、試料面における強度、スペクトル、均一性がこの基準スペクトルにできる限り近づくようにされています。

物理的に重要なのは、太陽電池自体が放射照度を積算するのではなく、分光放射照度とセルの波長依存の分光応答度との積を積算するという点です。総放射照度が同一でもスペクトルが異なる2つの光源は、同一のセルにおいて異なる光電流を生じます。したがって、ソーラーシミュレーターはランプ出力においてではなく、計量トレーサビリティのある校正済み基準太陽電池または分光放射計を用いて、試料面において校正されます。

ガス放電ランプは、最初の関連規格ASTM E927（1979年）が策定された当時、太陽光に十分近いブロードバンドスペクトルを持つ唯一の利用可能な光源であったため、歴史的に主流でした（ASTM E927-19）。過去約20年間で、LEDベースのシステムが徐々に確立され、現在では生産ラインや研究所において従来のキセノン技術に取って代わりつつあります。

キセノンランプは、その自然なブロードバンド特性から、依然として大面積モジュール生産において広く使用されていますが、特に800 nm以上の輝線が分類等級を悪化させるため（IEC 60904-9:2020）、スペクトルフィルタによる定期的な再調整が必要です。太陽電池モジュールの電流電圧特性の比較測定において、LEDシステムはキセノン光源と少なくとも同等の性能を示し、安定性とスペクトルの柔軟性においては、それを上回る場合もあることが確認されています（Chojniak et al., 2024）。

ソーラーシミュレータは単一の数値ではなく、互いに独立したいくつかの物理量によって評価されます。

• スペクトルマッチは、定義された波長区間におけるシミュレータの放射照度がAM1.5G基準スペクトルとどの程度一致するかを表します。セルの測定光電流は光源スペクトルとセル分光感度の重畳積分に依存し、光源の全出力には依存しないため、この値は決定的に重要です。
• 空間不均一性は、試験面内における放射照度のばらつきを定量化します。これは主に大型モジュールや直列接続されたセルストリングに影響します。最も照射の弱い部分領域が全体電流を制限する可能性があるためです。
• 時間的不安定性は、測定中の放射照度の変動を捉えます。パルス式シミュレータでは特に重要です。フラッシュ管の立ち上がりおよび減衰の間、ランプのスペクトルと強度が変化し続けるためです。
• 全放射照度は基準値である1000 W/m²に設定する必要があります。太陽電池の特性曲線は放射照度に対して非線形に依存するため、ずれが生じてもすべての曲線パラメータに均等に影響するわけではありません。
• セル温度は、スペクトルおよび強度とともに標準試験条件（STC）の第3の座標として固定されます（25 °C）。結晶シリコンセルの効率は温度上昇1ケルビンあたり通常0.3～0.5パーセントポイント低下するため、温度制御が不十分だとスペクトルには現れない形で測定結果が歪みます。
• 基準セルおよび被試験セルの分光感度は、光源スペクトルとともにスペクトルミスマッチ係数（下記参照）を決定します。これはセルの種類に固有の固定された特性ではなく、層構造、封止材、および劣化状態に依存します。

実務で最もよくある誤解は、ランプの電力と光学的放射照度を同一視することです。この二つの量は線形には結びついておらず、ランプの電気-光変換効率は動作時間、経年変化、フィルターの状態、温度によって変化するため、名目上一定の電力であっても光学的放射照度は変動し得ます。同様に、照射時間だけでは意味を持たず、それがどの放射照度を基準としているかが明確でなければなりません。積算光量または放射強度の値を伴わない「照射時間」は、技術的には不完全です。

第二によくある誤りは、実際の試料面の外で測定することです。ランプ出口や試験フィールド外の固定基準センサでの測定値は、光源そのものを表すものであり、被試験デバイスの実際の照射状態を表すものではありません。光路長の違い、迷光、ケラレにより、センサ上では見えない数パーセントの偏差が生じることがあります。

第三に、等級分類の形式的な達成を過大評価することがよくあります。IEC 60904-9の等級分類は、放射照度を6～12の広い分光ビンで評価しますが、そのビン内において要求される強度が実際にどこに位置するかは規定されていません。したがって、LEDシミュレータは、そのスペクトルが分光的な隙間で区切られた狭いピークで構成されていても、形式的にはクラスAまたはA+に達することがあります。比較評価によると、実際の市販システムでは分光カバー率がわずか65～79 %でありながら、同時に高い形式等級評価（IEC 60904-9:2020）を達成している例が示されています。薄膜セルや多接合セルのように広く連続的な分光感度を持つセルにとっては、狭い感度特性を持つ基準セルよりも、こうした分光的な隙間が技術的により重要な意味を持ちます。

第四に、シミュレータの強度を基準セルの校正済み短絡電流に一致させる基準セル法は、限定的な条件下でのみ有効です。基準セルと試験セルが同一の分光感度を持つ場合、またはシミュレータのスペクトルが基準スペクトルと厳密に一致する場合にのみ、正しく試験セルへ移行できます。実務においてはいずれの条件も完全には満たされることがなく、その結果生じる系統誤差は分光ミスマッチと呼ばれ、校正によって取り除くのではなく計算によって補正しなければなりません（ASTM E948）。

第五に、多くの特性値は、被試験デバイスとその環境が熱的および電気的に平衡状態にあるという前提のもとでのみ有効です。ミリ秒単位のフラッシュ持続時間を持つパルスキセノンシミュレータでは、大面積モジュールにおける容量性の影響、あるいはペロブスカイトなどの不安定な材料における過渡的な光誘起挙動が完全に落ち着くまでの時間が、しばしば十分ではありません。その場合、測定された曲線は過渡状態を表すものであり、定常的な動作点を表すものではありません。

太陽電池の分光応答性は普遍的な量ではなく、それぞれの吸収材料のバンドギャップ、層厚および光学損失によって決まります。結晶シリコンはおよそ400～1100 nmの範囲で吸収します。ASTM E927および初期のIEC 60904-9版で定義された分光区間は、まさにこの範囲を対象としていました。CdTeやCIGSといった薄膜技術は吸収端がこの範囲内にありますが、2020年に評価範囲が300～1200 nmに拡張されたことで、その短波長側の応答性がより適切に把握できるようになりました（IEC 60904-9:2020）。

ペロブスカイト・シリコンタンデムセルやIII-V多接合セルには、この拡張範囲でも十分ではありません。III-V多接合セルは最大1800 nmまでの吸収帯域幅を持ちます。タンデムセルには構造上の特殊性が加わります。サブセルは直列に接続されているため、光電流が最も低いサブセルが全体のセル電流を制限します（電流整合条件）。試験光源の分光偏差はここでは曲線全体に均一な誤差として作用するのではなく、どのサブセルが制限要因になるかを変化させます。その結果、自然太陽光下では発生しない照射状況に対応した特性曲線が得られてしまいます。このため、タンデムセルの特性評価には、各サブセルが基準条件下で生成するであろう光電流に個別に調整されたシミュレータスペクトルの分光調整が必要です（Chojniak et al., 2024）。

スペクトルミスマッチ係数Mは、シミュレータのスペクトル、基準スペクトル、および基準セルと試験セルの分光応答度が互いに乖離することで生じる系統誤差を補正します。これはASTM E948およびIEC 60904-7において規定として定義されています。

M = [ ∫ E_ref(λ)·S_ref(λ) dλ / ∫ E_sim(λ)·S_ref(λ) dλ ] × [ ∫ E_sim(λ)·S_t(λ) dλ / ∫ E_ref(λ)·S_t(λ) dλ ]

ここでE_ref(λ)は分光基準スペクトル（通常はAM1.5G）、E_sim(λ)は試料面におけるソーラーシミュレータの実際のスペクトル、S_ref(λ)は基準セルの相対分光応答度、S_t(λ)は試験セルの相対分光応答度です。この式には相対的なスペクトル形状のみが含まれるため、絶対校正係数は相殺され、曲線の形状のみが重要となります。標準試験条件下における試験セルのM補正短絡電流は、シミュレータ下で測定された電流をMで除することで得られます（ASTM E948）。

適用にあたっては、シミュレータのスペクトルと両セルの応答度が、関連する波長範囲にわたって十分な分光分解能で既知であることが必要です。分光応答度の測定不確かさは、Mの不確かさに直接影響します。このモデルの限界として、分光応答度が大きく異なり、特に構造的に異なる2つのセル—例えば薄膜セルと結晶系の基準セルの組み合わせ—では、Mは1から顕著に乖離することがあり、同時に光源の微小なスペクトル変化に対してより敏感になります。系統的な不確かさ解析により、ミスマッチ係数の合成不確かさはモンテカルロシミュレーションを用いて入力スペクトルの不確かさから導出できることが示されており、これは個々の不確かさ要因がスペクトル的にどの程度相関しているかに強く依存します。Mの拡張不確かさは、想定される相関の程度に応じて0.06〜1.26 %の範囲となりました（Maham、Kärhä & Ikonen、2023年）。Mは固定された機器定数ではなく、シミュレータ、基準セル、試験セルの組み合わせごとに新たに求める必要があり、その不確かさは校正結果に明記されなければなりません。

前提条件。既知の分光感度を持つ結晶シリコン基準セルを用いて、クラスAキセノンソーラーシミュレータの強度を設定する。試験対象はCIGS薄膜セルであり、その分光感度は短波長域(400–600 nm)ではシリコンより高く、900 nm以上では低い - これは薄膜技術に典型的なパターンであり、文献にも繰り返し記載されている。

モデル。Mは上記の定義に従い、4つの分光積分から構成される。

計算(定性的、公表されている桁数に基づく)。キセノンスペクトルが固有の発光線により800 nm以上でAM1.5G基準スペクトルから数パーセント逸脱する場合、この影響はシリコン基準セルよりもCIGS試験セルに強く及ぶ。これは、この分光域における両者の相対的な重み付けが異なるためである。基準セル校正の系統的不確かさ研究では、分光特性が異なるセルの組み合わせについて、数パーセントの補正係数と、1パーセント未満から数パーセントに及ぶ分光感度に起因する不確かさ成分が報告されている(Hohl-Ebinger & Warta, 2011)。

解釈。したがって、補正されていない効率値は、曲線の形状には現れないまま、系統的に高すぎたり低すぎたりしても、もっともらしく見える可能性がある。信頼できる効率値を得るためには、分光分解されたシミュレータ測定と既知のセル感度を組み合わせることは、任意の追加測定ではなく、実際の曲線測定の一部である。

IEC 60904-9（ドイツではDIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9として採用）に基づくソーラーシミュレータの国際的に統一された分類では、分光一致度・空間不均一性・時間的不安定性の順に、3つの特性値がそれぞれ独立に評価され、例えば「クラスAAA」や「クラスA+A+A+」のように表されます。

出典：IEC 60904-9:2020。

2020年版ではさらに、分類にはまだ用いられていない2つの任意指標、すなわちスペクトルカバレッジ（SPC）とスペクトル偏差（SPD）が導入されました。SPCは、シミュレータの放射照度がAM1.5G基準値の少なくとも10パーセントに達する、300〜1200 nmの範囲におけるスペクトルの割合を示します。SPDは、この区間全体にわたる絶対分光誤差の総和です。これら2つの指標が導入されたのは、前節で説明した単純なビン分類では、スペクトルに欠落があっても「都合よく配置された」LEDシミュレータと、実際に連続的にスペクトルを再現するシミュレータとを確実に区別できないためです。

上記セクションのクラス表は許容偏差を示していますが、何に対する偏差かは示していません。それは次の通りです。AM1.5G基準スペクトルは6つの区間に分割され、各区間について全放射照度に占める割合が定められており、クラスは6つの比率の平均ではなく最悪の比率によって決まります。右側の列はパーセント表示の許容差を絶対的な割合に換算したものです。クラスB（60～140%）は読みやすさのため省略しています。

クラス評価だけでは分からない点が3つあります。

• 単一の区間が決め手となります。5つの区間で95%、残る1つの区間で130%のシミュレータはクラスBとなり、全区間で130%のシミュレータと変わりません。クラスは最低基準であり、成績評価ではありません。
• 400 nm未満はA、B、Cでは評価対象外です。これら3クラスの評価範囲は400 nmから始まります。シミュレータがクラスAであっても、UV領域では過少または過多になり得ます。シリコンのI-V測定には無関係ですが、劣化、黄変、封止材に関する評価には無関係ではありません。300 nmから評価するのはA+のみです。
• 各割合の合計は100%です。ある区間で過多になれば、必然的に別の区間で過少になります。したがってLEDシミュレータは個々のチャンネルを強めても改善されません。クラス分けはスペクトルの高さではなく形状を評価するものです。

割合はIEC 60904-9によるAM1.5G基準スペクトルに基づきます。基準となるのは規格の最新版です。

クラスAソーラーシミュレータは、シリコンセルが電流を発生させる範囲である400〜1100 nmの太陽光スペクトルを再現します。I-V測定にはそれで正確です。しかしモジュールの寿命に関する問いにとっては、それは誤った波長範囲です。封止材の黄変、剥離、バックシートのチョーキング、エッジシールの劣化は紫外線、それも主に400 nm以下で引き起こされます。A、B、Cへの分類は、そこをまったく見ていません。

その理由から、モジュール規格は両者を切り分けています。IEC 61215は、モジュール温度60 ± 5 ℃において、280〜400 nmの範囲で15 kWh/m²、うち少なくとも5 kWh/m²は280〜320 nmでの紫外線前処理を要求しています。これは、モジュールが温度サイクルおよび高温高湿凍結の試験シーケンスに入る前の話です。この前処理を生成できるソーラーシミュレータは存在せず、それ専用に構築されたランプを備えたUV試験チャンバーが行います。

まさにそこにOpsytecの照射チャンバーが位置しています。

• BS-04 – UVA-351、UVB-313、UVCを切り替え可能な大型UV試験チャンバー。ここで重要なのは切り替え可能であることです。UVBにおける5 kWh/m²は、UVA専用ランプでは到達できません。
• BS-05 – 試料面全体にわたる高い均一性を備えた、劣化試験および光安定性試験用のUV試験チャンバー。積算光量は数週間かけて蓄積されるため、不均一性はそのまま結果に反映されます。試料面内で10%の偏差があれば、最終的な積算光量にも10%の差が生じ、平均化されて消えるノイズではありません。

両モデルともUV-MATによる積算光量管理で動作します。試験は日数ではなく、kWh/m²で到達した積算光量で終了します。これが、要求値を実証する試験と、それを推定するだけの試験との違いです。ランプは経年劣化するため、6週間にわたって一定と仮定された放射照度は、実際には一定ではありません。

セルおよびモジュール製造。工業生産では、フラッシュテスターが模擬照射下で測定された性能に基づいてモジュールを電力クラスに分類します。ここで重要なのは、何よりも短いフラッシュ時間中の時間的安定性であり、スループットと再現性はフラッシュの繰り返し精度に直接依存するためです。

研究開発。大学や研究機関の実験室では、例えば新しい吸収材料を開発する際に、多くの場合連続運転される分光的に柔軟なシミュレータが必要とされます。ペロブスカイト・シリコンタンデムのような新しいセルコンセプトは、準安定効果を捉えるために定常光下で特性評価しなければならないためです。ここでの重要な工程パラメータは、それぞれのサブセルに対する分光可変性です。

認定校正・認証機関。メーカーに依存しない効率検証には、トレーサブルな基準セルと、シミュレータ光源の文書化された分光分解された特性評価が必要です。ここでの重要な工程パラメータは、校正証明書に記載されなければならない分光ミスマッチ係数の測定不確かさです。

宇宙用太陽電池。衛星や宇宙機用セルの場合、基準はAM1.5GではなくAM0地球外スペクトルであり、放射照度は約1367 W/m²で、地球大気がスペクトルをもはや濾過しないため、短波長成分はAM1.5Gよりも強くなります。ここで決定的に重要なのは、UVおよび青色領域における分光一致です。

集光型太陽光発電（CPV）。太陽光を光学的に集光するシステムには、数百から数千「太陽」に及ぶ高い放射照度を持つシミュレータが必要です。ここでの重要な工程パラメータは、強く集束された光スポットの均一性であり、高集光時の不均一性は局所的な熱的・電気的影響として不釣り合いに大きく現れるためです。

材料劣化と封止。電気性能試験に隣接する分野として、封止フィルム、接着剤、バックシート材料、反射防止コーティングのUV照射下での促進劣化試験があります。ここで重要なのは電気的出力ではなく光化学的作用です。詳しい背景については、紫外線劣化、耐光堅牢性、光安定性をご覧ください。

タンデムおよび多接合太陽電池には、通常数十個の独立制御可能な分光チャンネルを備えたマルチソースシミュレータが必要です。フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所（ISE）がペロブスカイト・シリコンタンデムモジュール向けに構築したシステムは、40個の光源にわたる28個の分光調整可能な光チャンネルと、合計18,400個のLEDを組み合わせ、320～1650 nmの波長範囲をカバーするとともに、異なる時刻および地域のスペクトルのシミュレーションも可能にしています（Fraunhofer ISE, 2023）。

両面受光型モジュールでは、表面と裏面の両方を制御照射する必要があります。これは、実地における裏面側の追加発電量が拡散光および反射光に依存するためです。技術仕様書IEC TS 60904-1-2には、自然照射および模擬照射の両方の下で両面受光型セルおよびモジュールの特性曲線を測定する手順が記載されています。

不安定な材料（ペロブスカイト）。シリコン製造に用いられる従来のフラッシュシミュレータは、ペロブスカイトベースのセルには容易には適用できません。フラッシュの照射時間が短すぎて、この材料クラス特有の光誘起準安定挙動を捉えられないためです。一定期間にわたる安定化出力測定を伴う連続照射下での特性評価が必要であり、国際研究コンソーシアムが合意した手順では、光源の分光特性を記録した上で800～1000 W/m²の光強度を用いることなどが推奨されています（Khenkin et al., 2020）。

集光照射。CPVシステムには、均一化ロッドとコリメーション光学系を備えた連続キセノンシミュレータ、または被試験デバイスを熱的に過負荷にすることなく短時間に数百倍の太陽光を生成するパルス式高光束装置が用いられます。

ソーラーシミュレータの特性評価において出発点となるのは、どの測定量が当該用途にとって実際に意味を持つかという問いであり、たまたま利用可能な機器がどれかということではありません。日常生産における純粋な強度監視については、光源スペクトルが既知かつ安定している限り、試料面において校正済みのシリコンまたはサーモパイルセンサによる広帯域の放射計測で十分な場合が多くあります。ソーラーシミュレータを新規に導入する場合、ランプ交換後に再適格化する場合、あるいは認証に使用する場合には、分光分解測定が必要になります。これは、IEC 60904-9に基づく分類やスペクトルミスマッチファクターの算出が、分光分解測定によってのみ可能となるためです。

試験面積が光源の均一性ゾーンに対して大きくなる場合、たとえば個々のセルではなくモジュール全体を対象とする場合には、空間分布測定が必要になります。規格では、定義された最小数の位置におけるラスタ測定が求められています。パルス光源や熱的な立ち上がりに依存する光源では、測定窓内で強度、場合によってはスペクトルも変化し得るため、時間分解測定が不可欠です。

自動化された生産ラインでは、ソーラーシミュレータは通常、ラミネーション後に短い光パルスで各モジュールを試験し、測定曲線に基づいて自動的に出力クラスに分類するインラインフラッシュテスタの一部として使用されます。技術的に重要なのは、単なるネットワーク接続性よりもむしろ、数千回の試験サイクルにわたって光源の分光的および強度的な安定性を監視する必要性です。ランプの経年劣化、光学部品の汚染、熱ドリフトは、機器の外観からは分からないまま、実効放射照度を徐々に変化させます。

そのため、生産指向の監視コンセプトでは、より長い間隔での完全な分光基準測定と、完全な校正サイクルの間に固定波長域で行う連続的な広帯域監視測定とを組み合わせます。これにより、毎回の試験サイクルごとに時間のかかる完全な分光測定を実施することなく、緩やかなスペクトル変化を早期に検出できます。このような監視測定を設備制御システムに組み込むことで、保存された基準スペクトルからの逸脱を、誤って分類されたモジュールとして表面化する前に自動的に検出することが可能になります。

これらの測定それぞれについて、測定不確かさを明示的に考慮する必要があります。これには、センサの校正不確かさ、基準スペクトルに対するセンサ自体の分光ミスマッチ、そして効率の算出値については、ミスマッチファクターの不確かさが含まれます。使用する計測機器が国家標準または国際標準にトレーサブルであることは、異なる試験機関が比較可能な値を報告するための前提条件です。

以下の論文は、特にタンデム太陽電池向けにLEDベースのマルチソースシミュレータのスペクトルを精密に調整する手法を開発しており、ペロブスカイト・シリコンモジュールの測定技術に直接関連しています:

"A precise method for the spectral adjustment of LED and multi-light source solar simulators", Chojniak, D., Schachtner, M., Reichmuth, S. K., Bett, A. J., Rauer, M., Hohl-Ebinger, J., Schmid, A., Siefer, G., Glunz, S. W., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 32(6), 372-389, 2024, DOI: 10.1002/pip.3776。

本研究は、モンテカルロ法を用いて、関与するスペクトルの不確かさから分光ミスマッチ係数の不確かさをどのように算出できるかを体系的に調査し、校正の不確かさバジェットの定量的基盤を提供しています:

"Spectral Mismatch Uncertainty Estimation in Solar Cell Calibration Using Monte Carlo Simulation", Maham, K., Kärhä, P., Ikonen, E., IEEE Journal of Photovoltaics, 13(6), 899-904, 2023, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2023.3311890。

以下の頻繁に引用される基礎的研究は、標準試験条件（STC）下での分光ミスマッチ係数の不確かさを初めて体系的に扱ったものであり、今日でも校正機関にとって方法論的な参考文献となっています:

"Uncertainty of the spectral mismatch correction factor in STC measurements on photovoltaic devices", Hohl-Ebinger, J., Warta, W., Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 19(5), 573-579, 2011, DOI: 10.1002/pip.1059。

この国際的に合意されたポジションペーパーは、ペロブスカイト太陽電池の安定性試験に関する測定・報告プロトコルを定めており、とりわけ短時間のフラッシュ測定ではなく、スペクトルを継続的に記録した連続照射が必要であることを裏付けています:

"Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures", Khenkin, M. V., Katz, E. A., Abate, A. et al., Nature Energy, 5(1), 35-49, 2020, DOI: 10.1038/s41560-019-0529-5。

太陽光発電は弊社の顧客論文発表においても、モジュール封止材のUV劣化からセル層のUV加工、宇宙飛行用太陽電池アレイの試験まで、さまざまな側面で取り上げられています。

アタカマ砂漠――モジュール劣化試験において世界で最もUV強度の高い試験地の一つ――におけるUV照射下で、太陽光発電モジュール用の4種類の封止材を比較しています。
Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert
Correa-Puerta, Jonathan, et al. "Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert." Solar Energy 228 (2021): 625-635.

シリコンヘテロ接合セル――このページで分光的に区別されるセル技術の一種として明示的に挙げられているセル――のパッシベーション接点においてUV誘起劣化がどのように進行するかを調査しています。
Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells
Xu, Binbin, et al. "Passivating Contacts-Related Ultraviolet-Induced Degradation in Silicon Heterojunction Solar Cells." Small Structures 7.6 (2026).

ペロブスカイト太陽電池の層選択的アニールにUV-LED照射を意図的に用い、必要な結晶化エネルギーを求めています――UVが試験方法としてだけでなく、製造ツールとしても使われる一例です。
Rapid Layer-Specific Annealing Enabled by Ultraviolet LED with Estimation of Crystallization Energy for High-Performance Perovskite Solar Cells
Ouyang, Zhongliang, et al. "Rapid Layer-Specific Annealing Enabled by Ultraviolet LED with Estimation of Crystallization Energy for High-Performance Perovskite Solar Cells." Advanced Energy Materials 10.4 (2020): 1902898.

有機太陽電池の精密に制御された促進光劣化のための専用高放射照度装置を開発しています――本ページで説明されている集光型太陽光発電用の高光束ソーラーシミュレータと方法論的に関連しています。
Development of a High Irradiance Setup for Precisely Controlled Accelerated Photo-Degradation of Organic Solar Cells
Burlafinger, Klaus. Development of a High Irradiance Setup for Precisely Controlled Accelerated Photo-Degradation of Organic Solar Cells. Diss. Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), 2020.

ESAのBepiColomboミッション用太陽電池アレイ材料を高強度・高温下で試験しています――本ページの応用分野の節で説明されている宇宙用太陽光発電の実例です。
High-intensity high-temperature testing of materials for the Bepi Colombo MPO and MTM solar arrays
Tighe, Adrian, et al. "High-intensity high-temperature testing of materials for the Bepi Colombo MPO and MTM solar arrays." CEAS Space Journal 13 (2021): 475-492.

関連するテーマ分野のさらなる研究は、テーマ別に整理された顧客の論文発表にまとめられています。

論文検索ツールには、弊社が把握している太陽光発電に関する論文発表がすべて掲載されており、機器、分野、キーワードで検索できます。

• IEC 60904-9:2020, Photovoltaic devices - Part 9: Solar simulator performance requirements（国内規格：DIN EN IEC 60904-9 VDE 0126-4-9）、加えてIEC TS 60904-1-2:2024（両面受光型モジュール）およびASTM E927-19 / ASTM G173-03。
• International Energy Agency（IEA）：Global Energy Review 2026 - Technology: Solar PV and wind, 2026年。https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2026/technology-solar-pv-and-wind
• Khenkin, M. V.; Katz, E. A.; Abate, A. et al.: Consensus statement for stability assessment and reporting for perovskite photovoltaics based on ISOS procedures, Nature Energy 5(1), 35-49, 2020年。https://doi.org/10.1038/s41560-019-0529-5
• Chojniak, D.; Schachtner, M.; Reichmuth, S. K. et al.: A precise method for the spectral adjustment of LED and multi-light source solar simulators, Progress in Photovoltaics 32(6), 372-389, 2024年。https://doi.org/10.1002/pip.3776
• Hohl-Ebinger, J.; Warta, W.: Uncertainty of the spectral mismatch correction factor in STC measurements on photovoltaic devices, Progress in Photovoltaics 19(5), 573-579, 2011年。https://doi.org/10.1002/pip.1059
• Maham, K.; Kärhä, P.; Ikonen, E.: Spectral Mismatch Uncertainty Estimation in Solar Cell Calibration Using Monte Carlo Simulation, IEEE Journal of Photovoltaics 13(6), 899-904, 2023年。https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2023.3311890

太陽電池シミュレータは太陽光発電においてどのように機能しますか？
太陽電池シミュレータは、定義された基準条件（通常はAM1.5G、1000 W/m²、セル温度25 ℃）のもとで太陽光の分光放射照度を再現します。光源は光学系、フィルタ、またはLEDシステムの場合は電子的なチャンネル制御によって調整され、スペクトル、空間分布、および放射照度の時間特性が規格で定められた許容範囲内に収まるようにします。

光起電力試験にはどの波長範囲またはスペクトルが適していますか？
AM1.5Gは地上用途の標準であり、AM0は宇宙用途の標準です。関連する波長範囲はセルの種類によって異なります。従来型シリコンでは400～1100 nm、薄膜および現代のシリコンセルでは300～1200 nm、III-V族多接合セルでは最大1800 nmです。

標準試験条件（Standard Test Conditions）にはどの放射照度が必要ですか？
標準試験条件（STC）では、セル温度25 ℃において1000 W/m²のAM1.5G放射照度が規定されています。これら3つの量、すなわちスペクトル、強度、温度は同時に満たされなければならず、いずれか1つでも欠けると、測定結果は他の測定と比較できなくなります。

クラスAAAとクラスA+A+A+の違いは何ですか？
両者はIEC 60904-9における最高等級、または拡張された等級を示します。クラスAAAは3つの基準（スペクトル、均一性、安定性）すべてでクラスAを満たします。クラスA+は2020年に導入され、クラスAの2倍厳しい許容差が要求され、300～1200 nmの拡張された分光範囲で実証される必要があります。

ランプの電力が名目上十分であるにもかかわらず、太陽電池シミュレータが誤った測定値を示すのはなぜですか？
ランプの電気出力と試料面における光学的放射照度は線形には結びついておらず、経年劣化、フィルタの状態、温度が電気光学効率を変化させます。さらに、光源のスペクトルとセルの応答特性が基準条件から外れると、分光ミスマッチ誤差が生じることがあります。この誤差は強度に依存せず、計算によって補正する必要があります。電気出力から電気光学効率を経て作用点における測定量に至る一般的な導出は、放射量の項をご参照ください。

太陽電池シミュレータの分光放射照度はどのように測定されますか？
分光特性評価は、試料面において校正済みの分光放射計を用いて行われ、さらに試験面全体にわたるラスタ測定によって空間的均一性を求め、パルス光源の場合はフラッシュ持続時間中の時間分解測定を行うことで補完されます。

タンデム型太陽電池にはどのシミュレータ技術が適していますか？
ペロブスカイト・シリコンタンデム型セルおよび多接合太陽電池には、各サブセルを個別にその基準光電流に調整する必要があるため、独立して制御可能な分光チャンネルを備えたマルチソースLEDシミュレータが必要です。従来の単灯式または二灯式のキセノンシステムでは、一般にこの要件を満たすことができません。

ペロブスカイトセルにフラッシュテスタによる瞬間測定だけでは不十分なのはなぜですか？
ペロブスカイト材料は、数秒から数分間にわたる連続照射の後に初めて安定する、準安定的で光誘起の挙動を示します。ミリ秒オーダーのフラッシュでは過渡的な状態しか捉えられないため、合意された試験プロトコルでは定常光下での時間分解出力測定が求められています。

太陽光の制御された再現は、複数の分野で必要とされています。光およびディスプレイ測定は分光放射測定と校正チェーンを共有し、電子機器・半導体製造はセルの元となるプロセスを提供し、光触媒水素生成は効率を比較可能にするため同じAM1.5条件で作業を行います。全体像についてはUV応用分野の概要をご覧ください。

公称クラスの表示だけでは、ソーラシミュレータが実際の連続運転中にどれほど安定し、スペクトル的に均一であるかはほとんど分かりません。セルやモジュール、新しい材料クラスについて信頼できる効率値を必要とする方は、サンプル面における分光分解特性評価と、それに用いる測定機器のトレーサビリティのある校正を避けて通ることはできません。ソーラシミュレータおよび全天日射照度の分光特性評価にはSR900を、完全な校正サイクルの間における特定波長範囲の連続モニタリングにはRMD Proを、封止材の管理されたUV曝露試験にはUV-MATによる積算光量管理運転が可能な照射チャンバーをご用意しております。貴社の試験要件についてお問い合わせください。