Echemソフトウエア -太陽電池のI-Vカーブの取り方-
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このアプリケーションノートはeDAQのEChemソフトウエアを使用して、太陽電池のI-Vカーブをプロットする手順について記載しています。
緒言
EChemソフトウエアでの線形掃引ボルタンメトリーは太陽電池のI-Vカーブをプロットすることに使用できます。このソフトウエアでは異なる条件下で記録した複数のI-Vカーブを重ね表示することができます。 EChem基本システム は太陽電池の評価を安価で簡単なセットアップで行えます。
背景
太陽電池の発達や試験(その他の発電やバッテリーなど)は異なる負荷条件下での駆動時間や特性の調査が求められています。このような調査は昔、電気抵抗 (疑似的な負荷)をデバイスについでその電圧と電流を計っていました。この場合、必要とする測定範囲をカバーするのに様々な値の抵抗器を使って計測します。従って多数の抵抗が必要となります。
Ohmの法則 に従えば電流は電圧を抵抗で割った値に比例します。即ち電流は i = V/R 、同様に i と V から R は R = V/i です。
ポテンショスタット と呼ばれる装置を使って電圧を制御すれば、連続的に電流値を測定することができます。従ってポテンショスタットを使って電池の電位を変化させ、その時の電流の変動を測定することで太陽電池の特性を調べるのことができます。同時に、様々な抵抗値に対する電気的な特性を迅速に測定することができます。
使用する装置
次の装置が必要です:
- EChem と Chart ソフトウェアをインストールしたコンピュータ
- ER466 ポテンショスタットデータシステム, または EA163 ポテンショスタット と e-corder
- ET325 フィルムソーラセル
手順
EChem ソフトウェアを使てIV曲線をプロットするには、まずソーラセルの開回路電位を測定します:
- ポテンショスタットの電極ケーブルを次の様にソーラセルにつなぎます:作用電極(緑のクリップ)をソーラセルの一方につなぎ、参照電極(黄のクリップ) を別の片方につなぎます。この時は、補助電極(赤のクリップ)はソーラセルにはつなぎません。
- Chart ソフトウェアを開きポタンショスタットのHigh Z モード (High Impedance Voltmeter)を使います。ポテンショスタットの設定画面から Mode = High Z、Range = 10 V 、 Cell = Real のように設定します。電圧は画面の左上に表示します。この電圧がソーラセルの開回路電位で、電流が流れない時のセルにかかる電圧です。ポテンショスタットの操作の詳細は各ポテンショスタットのマニュアルを参照ください。日本語マニュアルもeDAQ サポート ページのマニュアルからリンクします。
- 使用するポテンショスタットに High Z モードが無い場合は、 pH メータを電圧表示で使うかボルトメータでソーラセルの開回路電位を計ります。
- 測定した開回路電位を記録し Chart ソフトウェアを閉じます。
- 次にポテンショスタットの電極ケーブルを以下の様にソーラセルにつなぎます:作用電極(緑のクリップ)をソーラセルの一方につなぎ、参照電極と補助電極(黄と赤のクリップ) を別の片方につなぎます
- EChem ソフトウェアをオープンし、Technique メニューから “Linear Sweep” を選びます。
- Select a voltage range which is higher than the open circuit potential. Enter the value of the open circuit potential in “Initial” and zero in “Final”.
- Chose an appropriate rate. Click View to see how long the sweep will take. Click OK.
- Click Start to perform a scan.
- Expand the y-axis (current) to see the maximum current recorded.
- Change the current range of the potentiostat; the range must be higher than the maximum current, otherwise you will lose data points.
- Click Start to repeat the scan using the new current range setting.
- Check to see if the current reaches zero in the bottom right of the IV curve; if the current is always positive and never reached zero, you must increase the “initial” value in the Linear sweep window; if the current falls a lot below zero, do the opposite by decreasing the “initial” value, as this may damage your solar cell.
Notes
- You can copy and paste the voltage and current values, or the IV picture, into third party software using the Copy Special command in the Edit menu.
- Transfer the voltage and current data of an IV curve to Excel and create new columns for resistance, R = V/i, and work, W = i x V
- Make a graph that shows i, R, and W versus V. Determine the conditions that provide for maximum work by the solar cell.
- Use the Show Overlay command in the Display menu, to overlay the IV curves you have collected; if you would like to delete a scan, use the Cut command in the Edit Menu.