JP2004022597A - Measuring apparatus for characteristic of photovoltaic element, measuring method using the same, method and apparatus for measuring functional element and manufacturing method for solar battery using the same - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法ならびに機能素子の測定方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デバイス等の生産時における良否判定において行われるそのデバイスの特性値の測定には種々の制約が伴う。例えば、まずデバイスの特性値は製品の良否を判定に使用されるものであるからその測定は正確性を期さなければならない。
【０００３】
そのためには、測定結果に影響を及ぼす全ての測定条件を考慮し測定環境を整えなければならない。また各測定環境に求められる条件範囲も必要とされる測定精度から求められる範囲を十分に満たしている必要がある。
【０００４】
しかしながら、正確なデバイスの特性値の測定環境を整備することは、通常、測定装置コストの上昇や測定速度の低下を伴う。開発過程で行われる測定と異なり、生産時の測定は、測定装置のコストダウンやタクト時間を短縮するのための測定の高速化が生産全体のコストダウンに必須となってくる。
【０００５】
たとえば、光起電力素子のひとつである太陽電池の変換効率等の特性評価は、ＩＣ等のロジック素子の評価と異なり厳密な定量測定が必要であり、その測定量の絶対値を正確に測定することが求められる。たとえば、正確な電流値を測定するためにはノイズの影響を低下させるためにサンプリング時間を長くしなければならないし、温度条件を整える必要もある。
【０００６】
しかし、サンプリング時間を長くすることは、測定自体のタクト時間の増加を招いてしまう。また温度条件を整えるということは、高価な恒温装置を備えることによるコストの増大だけでなく、温度安定のための時間が必要であるからこれも時間の増加の要因ともなる。
【０００７】
近年、太陽電池はコスト低減のために大面積化の方向に進む傾向にあるが、太陽電池の大面積化は、それを評価するため測定装置の光源や電流・電圧源も大型化する必要がある。しかしながら、測定装置が大型化するとその価格は加速度的に高価になるため大面積化のコスト低減の効果を減殺してしまう。
【０００８】
この問題の解決策としては、例えば、特開平１１−２６７８５号公報に部分測定法が開示されている。この部分測定法は、大きな面積の太陽電池に、それより有効照射面積の小さい光源を用いて一部分にのみ光を照射して電流・電圧特性を測定し、陰になって暗状態になっている部分の暗電流を排除して、正確な光照射状態の電流・電圧特性を得るといった手法である。そのため、光源や電流・電圧電源が小容量のもので済みコスト削減に大変有効な手法である。
【０００９】
部分測定法によれば、セル特性の面内分布がある場合にもセル内の数箇所を数回に分けて測定することにより、精度よく測定することが可能である。
【００１０】
しかしながら、部分測定法においてもそれぞれの測定が時間的に一致しないために、それぞれの測定タイミングにおける測定環境パラメーターを正確に把握し、考慮する必要がある。
【００１１】
特に温度は、その測定結果に大きく影響するものであり、さらに温度は、光照射によりそれ自身の変化が引き起こされてしまう場合もあり、測定結果に与える影響は深刻である。そのため複数回の測定を行って正確な測定結果を得る場合には、各測定回ごとに、温度の影響が排除された測定を行わなければならない。
【００１２】
すなわち、部分測定法では、１箇所の特性を得るのに、温度の影響を排除するため２回の測定を行わなければならない。このために、部分測定法では、分割数が増えると全体の測定時間が著しく長くなってしまう。また温度自体の測定も比較的時間がかかってしまうため、測定回数を増やした場合には、その分全体の測定時間が増加してしまう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明したように、部分測定法では、温度の影響が排除するために行う測定回数の増加は、その分全体の測定時間（タクト時間）の増加を招き、生産効率を著しく下げてしまうという問題を引き起こす。
【００１４】
温度測定を複数回行うのを避けるために、測定環境の温度を一定にすることも考えられるが、上記説明したように大面積の太陽電池の特性値を測定するためには、大容量の恒温装置が必要となる。しかしながら、大容量の恒温装置は非常に高価であり、温度測定を減らしてコストダウンを図るために大容量の恒温装置を用いることは、結果的に太陽電池のコスト上昇を招いてしまう。
【００１５】
本発明は、上記従来技術の問題点を個々にあるいはまとめて解決するためになされたものであり、その目的は、光起電力素子の特性を精度よく、しかも短時間に測定する光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法を提供することである。また本発明の別の目的は、生産コストを低減可能とする光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法を提供することである。またさらに、本発明の別の目的は、廉価な設備で、光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の測定方法は、以下の構成を有する。すなわち、光を光起電力素子に照射する照射手段と、前記光起電力素子の電圧・電流特性を測定する電圧・電流特性手段と、前記光起電力素子の温度を測定する温度測定手段と、前記電圧・電流特性に基づいて光起電力素子の特性を算出する算出手段と、を有する光起電力素子特性の測定装置であって、前記光起電力素子の第一の領域に光を照射した状態および暗状態で、各電圧ごとに測定される電流に基づいて前記第一の領域における電圧・電流特性を測定し、並びに、前記光起電力素子の温度を測定し、前記測定された温度に基づいて、次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値を算出し、前記算出された暗状態の電流値と、前記光起電力素子の前記第一の領域以外の領域に光を照射した状態で各電圧ごとに測定される電流とに基づいて前記第一の領域以外の領域における電圧・電流特性を測定し、前記次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値の算出、並びに、前記記第一の領域以外の領域の測定を、必要に応じて繰り返し行い、それらの測定結果から前記光起電力素子の全体領域における特性を算出することを特徴とする。
【００１７】
ここで、例えば、前記測定された温度に基づいて、次の測定時の温度を算出するときに用いる関数は、前記光起電力素子の温度をパラメータとして持つ時刻の関数であることが好ましい。
【００１８】
ここで、例えば、前記次の測定時の温度における光起電力素子の暗状態における電流値は、ダイオード特性式を用いて算出することが好ましい。
【００１９】
ここで、例えば、さらに、前記全体領域における特性に基づき、前記光起電力素子の特性値を計算することが好ましい。
【００２０】
ここで、例えば、前記特性値には、短絡電流、開放電圧、直列抵抗値および短絡抵抗値の、少なくとも一つが含まれることが好ましい。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の画像形成光起電力素子特性の測定装置を用いる測定方法は、以下の構成を有する。すなわち、光起電力素子特性の測定装置を用いる測定方法であって、前記光起電力素子の第一の領域に光を照射した状態および暗状態で、各電圧ごとに測定される電流に基づいて前記第一の領域における電圧・電流特性を測定し、並びに、前記光起電力素子の温度を測定する工程と、前記測定された温度に基づいて、次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値を算出する工程と、前記算出された暗状態の電流値と、前記光起電力素子の前記第一の領域以外の領域に光を照射した状態で各電圧ごとに測定される電流とに基づいて前記第一の領域以外の領域における電圧・電流特性を測定する工程と、前記次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値の算出、並びに、前記記第一の領域以外の領域の測定を、必要に応じて繰り返し行い、それらの測定結果から前記光起電力素子の全体領域における特性を算出する工程と、を有することを特徴とする。
【００２２】
ここで、例えば、前記測定された温度に基づいて、次の測定時の温度を算出するときに用いる関数は、前記光起電力素子の温度をパラメータとして持つ時刻の関数であることを特徴とする。
【００２３】
ここで、例えば、前記次の測定時の温度における光起電力素子の暗状態における電流値は、ダイオード特性式を用いて算出することが好ましい。
【００２４】
ここで、例えば、さらに、前記全体領域における特性に基づき、前記光起電力素子の特性値を計算することをが好ましい。
【００２５】
ここで、例えば、前記特性値には、短絡電流、開放電圧、直列抵抗値および短絡抵抗値のうちの少なくとも一つが含まれることが好ましい。
【００２６】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態のプログラムは、以下の構成を有する。すなわち、光起電力素子の特性測定装置を制御して、上記に記載の測定を実行することを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の記録媒体は、以下の構成を有する。すなわち、上記に記載のプログラムが記録されたことを特徴とする。上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の太陽電池の製造方法は、以下の構成を有する。すなわち、光起電力素子を作製し、前記光起電力素子に集電電極、正極リード端子および保護層を形成して太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、前記製造した太陽電池の特性値を、上記に記載の光起電力素子特性の測定方法を用いて測定することを特徴とする。
【００２８】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の測定方法は、以下の構成を有する。すなわち、温度依存性を示す機能素子の測定方法であって、第一工程と第二工程において測定対象物に温度差を許し、前記第一工程で該対象物の温度及び特性値を測定し、前記第二工程において該対象物の特性値を測定し、予め定められた関係に基づいて前記第一工程時の温度と関係づけられた前記第二工程時の温度に基づいて前記第二工程で測定された特性値が計算処理されることを特徴とする。
【００２９】
ここで、例えば、該関係は前記第一工程で測定された該測定対象物の温度をパラメーターとして持つ時刻の関数であることが好ましい。
【００３０】
ここで、例えば、前記第二工程を複数回行うが好ましい。
【００３１】
ここで、例えば、上記測定方法は、光起電力素子の電流電圧特性を測定することが好ましい。
【００３２】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の測定装置は、以下の構成を有する。すなわち、温度依存性を示す機能素子の測定装置であって、第一工程と第二工程における測定対象物の温度差を許し、前記第一工程で該対象物の温度及び特性値を測定し、前記第二工程において該対象物の特性値を測定し、予め定められた関係に基づいて前記第一工程時の温度と関係づけられた第二工程時の温度に基づいて前記第二工程で測定した特性値の計算処理が行われることを特徴とする。
【００３３】
上記目的を達成するための本発明に係る一実施形態の光起電力素子の製造方法は、以下の構成を有する。すなわち、温度依存性を示す機能素子の測定方法を用いる光起電力素子の製造方法であって、第一工程と第二工程において測定対象物に温度差を有し、前記第一工程で該対象物の温度及び特性値を測定し、前記第二工程において該対象物の特性値を測定し、予め定められた関係に基づいて前記第一工程時の温度と関係づけられた前記第二工程時の温度に基づいて前記第二工程で測定された特性値の計算処理を行うことを特徴とする測定方法を用いて光起電力素子の電流電圧特性を測定し良否判定を行う工程を有することを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明に係る実施形態の機能素子の特性値の測定方法、測定装置ならびにその測定方法を用いた機能素子の製造方法について説明する。
【００３５】
なお以下の説明では、本発明に係る機能素子の一例として、光起電力素子を用い、その特性値の測定方法および測定装置ならびに光起電力素子の製造方法について、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲を記載例に限定する趣旨のものではない。
【００３６】
［複数回の分割測定による光起電力素子の特性値測定］
最初に、本実施形態の光起電力素子の特性値測定装置を用いる光起電力素子の特性値の測定方法について説明する。
【００３７】
本測定方法では、大きな面積の光起電力素子を複数領域に分け、各領域毎に別々にそれぞれ光照射して複数回の測定を行い、次に、これらの測定値を用いて光起電力素子全体の特性値を測定する。
【００３８】
このように光起電力素子を複数領域に分け、複数回の測定をすることによって、特に装置コストの高い光源を小型化することができ、大幅なコストダウンを実現することができる。
【００３９】
なお以下の説明では、説明を簡単にするため、光起電力素子をＡ、Ｂの２領域に分ける場合について説明するが、分ける領域は３領域以上であっても良い。
【００４０】
まず、本実施形態の測定方法の説明に先だって、その理解を容易とするために、従来行われている暗電流データの測定法の問題点、すなわち暗電流データの測定に時間がかかる点について説明する。
【００４１】
［従来の暗電流測定法における問題：図２］
図２は光起電力素子１０１の模式図であり光照射面から見た図で有効部の大きさが１０ｃｍ×２０ｃｍである。
【００４２】
この光起電力素子１０１をそれぞれ１０ｃｍ×１０ｃｍの領域Ａ１０２と領域Ｂ１０３の二つの領域に分けて測定し、光起電力素子全体の光照射時の電流・電圧特性（以下光照射特性と略す）を得る説明をするが、２領域以上の複数領域であっても同様な拡張が可能である。なお領域Ａ１０２と領域Ｂ１０３は等価回路で考えた場合不図示の集電電極により並列につながっている。
【００４３】
まず、最初に領域Ａ１０２に光を照射した状態で電流・電圧特性を測定し、次に領域Ｂ１０３に光を照射した状態で電流・電圧特性の測定を行い、これらの測定データから光起電力素子１０１全体の変換効率等の諸特性値を算出する。
【００４４】
しかしこれらの測定データのままでは領域Ａ１０２、領域Ｂ１０３それぞれの領域の正しい光照射特性にはならないために、ここから正しい変換効率等の諸特性値を導き出すことはできない。これは光照射時の光起電力素子の光照射特性は、光子吸収による光励起キャリアによる光電流と熱励起に起因するキャリアによる暗電流の重ね合わせとして観測されるものであり、たとえば正しい領域Ａ１０２の光照射特性は領域Ａ１０２での光電流と領域Ａ１０２での暗電流の足し合わせとしてのみ与えられるからである。
【００４５】
しかしこのように領域Ａ１０２だけに光を照射して電流・電圧測定を行っても、領域Ａ１０２と領域Ｂ１０３は並列につながっているために領域Ｂ１０３の暗電流が測定データに余計に重畳されるため領域Ａ１０２における正しい光照射特性にはならない。
【００４６】
そこで領域Ａ１０２に光を照射した状態での電流・電圧特性データを、ある電圧時に観測される電流値から同じ電圧時の領域Ｂ１０３部に流れる暗電流の電流値を差し引いて補正をする必要がある。
【００４７】
そのために測定の際には光照射時特性の測定をするのに先立って領域Ｂ１０３の暗電流特性を測定する必要がある。ところが暗電流測定では領域Ａ１０２部と領域Ｂ１０３部を分離することができないので領域Ａ１０２部と領域Ｂ１０３部の足し合わせの暗電流特性しか測定することができない。
【００４８】
しかしながら暗電流特性に関しては場所による違いはあまり大きくないため、観測される全体の電流値を領域Ｂ１０３部の面積と全体の面積とで比例配分して考えればよい。このようにして得られた領域Ｂ１０３部の暗電流特性データを用いて、領域Ａ１０２に光を照射した状態で測定した電流・電圧データを補正することにより正しい領域Ａ１０２部の光照射特性を得る事ができる。
【００４９】
つぎに領域Ｂ１０３部の光照射特性も同様に領域Ｂ１０３部に光照射した状態での電流・電圧特性を測定し、そこから領域Ａ１０２部の暗電流成分を差し引いて補正することにより導きだすことができる。
【００５０】
ここで暗電流のデータはすでに１回測定しておりこれを領域Ａ１０２部の面積と全体の面積とで比例配分して領域Ａ１０２部の暗電流成分を導きだすことができれば全体の測定時間を大幅に短縮することができる。この時間短縮は分割する領域が多いほど省略できる時間が増えるために効果的となる。
【００５１】
しかしながら暗電流特性は非常に大きな温度依存性があるために１回目と２回目の測定時に温度差が有る場合１回目の暗電流特性のデータを単純に比例計算して使用することはできない。
【００５２】
そのため温度差が有る場合にはその都度暗電流特性を測定行いこのその都度測定した暗電流特性のデータを用いて補正をし、光照射特性を出さなければならない。すなわち温度変化がある場合には著しく測定時間がかかってしまうという問題が起きることを意味している。
【００５３】
［本実施形態に係る特性値の測定方法の概要：図１］
次に、本実施形態に係る特性値の測定方法について、まず詳細な説明の前に、その概要について説明する。
【００５４】
図１は、光起電力素子の特性値の測定方法を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、ステップＳ１００において、光起電力素子の分割された領域Ａにおいて、第１回目の光照射電流・電圧特性の測定およびその時の光起電力素子温度を測定する。第１回目の領域Ａの測定では、図２の１０２に示す領域について、図１のステップＳ１００の枠内に記載した１）〜３）の内容の測定および計算を行う。
【００５６】
すなわち、各電圧ごとに、１）光照射状態時および暗状態時における電流値を測定し、２）測定結果に基づき領域Ａにおける暗電流値を算出し、３）光照射状態時における電流値から算出された領域Ａにおける暗電流値を引いて（マイナスして）領域Ａにおける光照射電流値を算出する。
【００５７】
このようにして、測定した光電流・電圧特性の一例を図３に示す。
【００５８】
図３において、１は、領域Ａにおける光照射状態時の電流値を各電圧値ごとにプロットした一例であり、２は、領域Ａにおける暗状態時の電流値を各電圧値ごとにプロットした一例であり、３は、１−２、すなわち、各電圧値ごとに領域Ａにおける光照射状態時の電流値から暗状態時の電流流値を引いた電流値（領域Ａにおける光照射電流値）をプロットした一例である。
【００５９】
次に、ステップＳ１１０において、図１のステップＳ１１０の枠内に記載した式を用いて、第１回目の測定温度データに基づいて、第２回目の測定時刻における光起電力素子温度を予測し、さらにこの予測温度における暗状態時の電流値を算出する。
【００６０】
次に、ステップＳ１２０において、図１のステップＳ１２０の枠内に記載した１）、２）内容の測定および計算を行う。
【００６１】
すなわち、光起電力素子の分割された領域Ｂにおいて、各電圧ごとに１）光照射状態時の電流値を測定し、２）ステップＳ１１０より算出される暗状態時の電流値を用いて、領域Ｂにおける暗電流値を算出し、３）光照射状態時における電流値から算出された領域Ｂにおける暗電流値を引いて（マイナスして）領域Ｂにおける光照射電流値を算出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１３０において、領域Ａ、領域Ｂでそれぞれ求められた光電流・電圧特性を並列に加算し、光起電力素子の全領域の光電流・電圧特性を算出する。
【００６３】
次に、ステップＳ１４０において、光起電力素子の全領域の光電流・電圧特性に基づいて、光起電力素子の特性値（例えば、短絡電流、開放電圧、直列抵抗、短絡抵抗）を算出する。
【００６４】
以下、上記説明した内容について詳細に説明する。
【００６５】
［本測定方法］
次に本発明の測定方法を利用した場合について説明する。
【００６６】
本発明を利用した形態では先に言及した２回目以降の暗電流データの測定を省略することにより全体の測定時間を大幅に短縮するものである。
【００６７】
これは暗電流の温度依存性を利用して１回目の暗電流データから２回目以降の暗電流データを推測して実際の測定を行うことなく補正に用いるデータを得るものである。すなわち２回目以降の測定時刻の温度を予測し、この温度における暗電流特性を予め決定された関係式温度依存性を用い計算により暗電流特性を推定し、このデータを用いて補正を行い高速な測定を実現するものである。
【００６８】
［装置：図４〜６］
次に本発明の装置の一例の説明とその動作とあわせて更に詳細な説明をする。図４、図５は本発明の一例のそれぞれ正面図と側面図である。また図６は電気系統図である。
【００６９】
図４〜図６において、光源にはＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２のソーラーシミュレーター２０１を用い シャッター２０２はコントローラーＰＣ４０１により開閉が制御されている。２０３は搬送ベルトで、光起電力素子１０１はこの上に載せられ前工程から測定位置に搬送される。
【００７０】
測定位置に搬送されてきた光起電力素子１０１は回転機構付試料ステージ２０４が下からせりあがり搬送ベルト２０３から浮き上がりマスク２０５に押し付けられ固定される。この時には外光が光起電力素子１０１上に漏れないようになっており完全に暗状態に遮光されている。
【００７１】
またマスク２０５の光起電力素子１０１と接する底面は図７のようにオフセットされた１０ｃｍ×１０ｃｍの開口部５０１が空いておりシャッター２０２を開けることによりこの開口部５０１を通して所望の領域にのみ光を照射することができる。
【００７２】
固定された光起電力素子１０１は不図示のコンタクトプローブにより図４に示すような電気的接続が確保される。このとき放射温度計３０１により光起電力素子１０１の温度を測定しコントローラーＰＣ４０１にストアする。先の電気的接続が確保された後シャッター２０２閉のまま暗状態で直流電源４０２から電圧を掃引印可し電圧計４０３と電流計４０４で電圧及び電流を同期して読み取る。
【００７３】
この暗状態データはコントローラーＰＣ４０１に転送されストアされる。つぎにシャッター２０２を開け領域Ａに光を照射して先と同様に電圧を掃引印可して電流・電圧データを取得する。
【００７４】
次に試料ステージ２０４を半分だけ下げ１８０度回転させることにより光起電力素子１０１を反転させた後、再び試料ステージ２０４を上げ再度マスク２０５に密着固定をする。そしてシャッター２０２を開け領域Ｂのみに光を照射し先と同様に電圧を掃引印可し電圧計４０３と電流計４０４で電圧及び電流を同期して読み取る。
【００７５】
次にこれら得られたデータから補正計算して光起電力素子全体の電流・電圧特性を導出する過程を説明する。まずある電圧における一回目の領域Ａへの光照射状態時の電流値からおなじ電圧における一回目の暗状態時での電流値の全体に対する領域Ｂの面積比に相当する電流値を差し引き領域Ａの光照射電流値を算出する。これをすべての電圧について計算すれば領域Ａの光照射電流・電圧特性が得られる。
【００７６】
次に領域Ｂの光照射電流・電圧特性を計算するがこのときには一回目に測定した暗状態の電圧電流データを次のように補正をして用いる。まず二回目の測定時における光起電力素子１０１の温度を計算推定する。今回は光起電力素子１０１の温度がまわりの雰囲気とのみの熱交換により温度が変化していくといった状態での測定であるので、以下のような式（１）を適用した。
【００７７】
【数１】
ここでＴ０は二回目の測定時における光起電力素子１０１の温度、Ｔａは雰囲気温度、Ｔ０は初期温度で一回目に測定した光起電力素子１０１の温度である。ｃは光起電力素子１０１の熱容量、λは光起電力素子１０１と雰囲気との熱伝導率である。ｔは温度測定時から二回目の測定の時間である。
【００７９】
今回は先の式を適用して計算推定しているが、これは当然測定装置の熱力学的体系によって決まるものであり状況により最適な計算式が適用されるものである。また光起電力素子の初期の温度や雰囲気温度等が一定な場合等は計算をせずに予め測定しておいたデータのデータベース等を作成しそこから温度データを抽出するといった手法もとることができる。
【００８０】
先の初期温度Ｔ０と一回目の暗状態の電流・電圧特性データから温度Ｔ０における電流・電圧特性を得る。これには以下に示すダイオード特性の式（２）を用いた。
【００８１】
【数２】
Ｊは電流密度、Ｊ０はプリフィックス、ｅは電荷素量、ｎは理想定数、ｋはボルツマン定数、Ｖは電圧、Ｔは温度である。
【００８３】
この式にＴ０を代入し一回目の暗状態の電流・電圧データからフィッティングを行い、Ｊ０を決定する。この決定したＪ０と温度Ｔ０を式２に代入することによって差し引くべき領域Ａの暗電流電流・電圧特性を知ることができる。
【００８４】
なお今回はダイオード特性の式を用いているがこれは測定対象物の温度依存性によって最適な関係式が用いられるべきものであり本関係式により本発明が限定されるものではない。
【００８５】
二回目の光照射状態の各電圧における電流から先の補正した暗電流特性を用い同じ電圧における電流値に全体の面積に対する領域Ａの面積の比をかけた電流値を差し引き、これを全ての電圧値について計算することにより領域Ｂの光照射電流・電圧特性を得る。
【００８６】
最後に領域Ａと領域Ｂの光照射電流・電圧特性を並列に足し合わせることにより全体の光照射電流・電圧特性が得られる。この光照射電流・電圧特性から短絡電流、開放電圧、曲性因子、変換効率等の諸特性値を得る。これらの計算はコントローラーＰＣ４０１により測定とともにリアルタイムに実行される。
【００８７】
【実施例】
以下に実施例をあげて本発明をより詳細に説明するが、本発明がこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００８８】
【実施例１】
本例では図８に示す、有効部２０ｃｍ×１０ｃｍのトリプル構成アモルファス半導体太陽電池６０１を測定対象物とした。測定装置は発明の実施形態で説明した装置を用いた。マスク２０５の開口部は１０ｃｍ×１０ｃｍとした。この時太陽電池を予め加熱し初期温度Ｔ０が２４〜３０℃の範囲で変化させて本発明の測定を行った。
【００８９】
この時、温度及び暗特性の温度依存性の関係はそれぞれ式１、式２を用いている。式２の理想定数ｎは３．８を用いた。また雰囲気温度Ｔａは２５．０℃で行った。比較例１として本発明と違い二回目の測定時にも暗状態の電流・電圧測定を行いこのデータを二回目の光照射特性の補正に用いた方法で温度条件をそろえて測定を行った。実施例１と比較例１の測定により得られた太陽電池の各特性値の結果をそれぞれ表１と表２に示す。
【００９０】
【表１】
【表２】
各温度における実施例１と比較例１の諸特性値の値は非常によい一致をみせておりこれは本発明の測定法での測定値の正確性を示すものである。なお温度の上昇とともに変換効率が低下しているがこれは通常みられる開放電圧の低下によるものであり、通常行う補正をして２５℃の標準温度条件に合わせこめばよい。
【００９３】
以上の結果から本発明によれば測定対象物の温度条件の如何にかかわらず、その測定工程の短縮化を実現しながらも正確な測定値を得られることがわかった。
【実施例２】
次に本発明の測定装置を検査工程に適用した太陽電池製造法および太陽電池の生産におけるタクト時間の計測について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００９４】
ステップＳ２００において、大きさ２１ｃｍ×１１ｃｍのＳＵＳ４３０基板上６０２に反射層としてＡｌ ２００ｎｍ、反射増加層としてＺｎＯ ２μｍをスパッタリングにより形成し、その上にＣＶＤ法によりトリプル構成のアモルファス半導体光起電力層を設け、更にその上にＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２といった酸化金属の透明導電層を設けた素子を５００枚用意する。
【００９５】
次にこれらを次のような工程を持つ自動工程装置を用いて連続的に太陽電池を生産しタクト時間を計測した。
【００９６】
まずステップＳ２１０において、素子の透明導電層をエッチングにより部分的に除去し発電領域を２０ｃｍ×１０ｃｍの大きさに分離独立させる。
【００９７】
次にステップＳ２２０において、光起電力層の欠陥によりショートを起こしている部分を無効化するために発電領域にパッシベーションを施す。
【００９８】
次にステップＳ２３０において、発電した電流をロスなく収集する為に銅ワイヤーをカーボンペーストにより図６の様に接着し集電電極６０３を形成する。
【００９９】
次にステップＳ２４０において、更に銀グラッド銅箔を用いて正極リード端子６０４を取り付ける。正極リード端子６０４は集電電極６０２で集められ大きくなった電流を更にロスすることなく外部に取り出す役割を持つ。
【０１００】
次にステップＳ２５０において、この上に東燃製ハードコート材ファインハードをスプレーで塗布し熱風乾燥炉で８０℃から１９０℃にランプ状に昇温させる温度条件で乾燥硬化させて保護層を形成した。
【０１０１】
最後にステップＳ２６０において、実施例１で行った測定法で特性値を算出し良否判定を行った。特性値としては、得られた光起電力素子全体の電流・電圧特性（例えば、図３に一例を示す図）から得られる開放電圧、短絡電流、直列抵抗、短絡抵抗などの特性値を用いた。
【０１０２】
この時の５００枚完成させるまでの総時間から１枚当たりの平均タクト時間を計算した。測定結果を図１０に示す。なお図１０には、比較例２として良否判定の工程での測定方法を比較例１で行った方法を用いて同じように５００枚生産した場合についても合わせて載せた。
【０１０３】
図１０より、本発明の生産方法では完成に要した時間は約１１２分であり、１枚あたりのタクト時間は１３．４４秒となった。一方、比較例２の場合には、完成までに要した時間は約１４９分であり１枚あたりのタクト時間は１７．８８秒になった。このことから、本発明の生産方法では、従来の方法に比べ、１枚あたりのタクト時間を４．４４秒短縮することができた。
【０１０４】
以上のことから、本発明の生産方法は、大幅なタクト時間の短縮を実現できることが分かった。
【０１０５】
【他の実施形態】
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェース機器、リーダ、画像記録装置など）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適用してもよい。
【０１０６】
また、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１０７】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０１０８】
本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明した図１のフローチャートに対応するプログラムコードが格納されることになる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光起電力素子の特性を精度よく、しかも短時間に測定する光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法を提供できる。また、生産コストを低減可能とする光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法を提供できる。またさらに、廉価な設備で、光起電力素子の測定法、測定装置および製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光起電力素子の特性値の測定方法を説明するフローチャートである。
【図２】本発明に係る光起電力素子の領域を分割して、各領域毎に特性値をそれぞれ測定するため一例を示す図である。
【図３】光起電力素子の光照射状態、暗状態における電圧・電流特性を説明する図である。
【図４】本発明に係る光起電力素子の特性値測定装置の一例を示す正面図である。
【図５】本発明に係る光起電力素子の特性値測定装置の一例を示す側面図である。
【図６】本発明に係る光起電力素子の特性値測定装置の電気的接続の一例を示す系統図である。
【図７】本発明に係る光起電力素子の特性値測定装置のマスクの底面を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例２と比較例２で用いた太陽電池の正面図である。
【図９】太陽電池の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１０】太陽電池の特性値の測定時間を比較した図である。
【符号の説明】
１０１ 光起電力素子
１０２ 分割して測定する際に光を照射する領域Ａ
１０３ 分割して測定する際に光を照射する領域Ｂ
２０１ ソーラーシミュレーター
２０２ シャッター
２０３ 搬送ベルト
２０４ 回転機構付試料ステージ
２０５ マスク
３０１ 放射温度計
４０１ コントローラーＰＣ
４０２ 直流電源
４０３ 電圧計
４０４ 電流計
５０１ 開口部
６０１ 太陽電池（光起電力素子）
６０２ ＳＵＳ基板
６０３ 集電電極
６０４ 正極リード端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for measuring a photovoltaic element, a measuring apparatus and a manufacturing method, and a measuring method and a measuring apparatus for a functional element.
[0002]
[Prior art]
Various restrictions are involved in measuring the characteristic values of a device, etc., which are performed in the quality judgment at the time of production of the device or the like. For example, since the characteristic values of a device are used to determine the quality of a product, the measurement must be accurate.
[0003]
For that purpose, the measurement environment must be prepared in consideration of all measurement conditions that affect the measurement results. Also, the condition range required for each measurement environment must sufficiently satisfy the range required from the required measurement accuracy.
[0004]
However, preparing an environment for accurately measuring the characteristic values of a device usually involves an increase in the cost of the measurement apparatus and a decrease in the measurement speed. Unlike the measurement performed in the development process, in the measurement at the time of production, it is indispensable to reduce the cost of the measuring device and to increase the speed of the measurement to shorten the tact time in order to reduce the cost of the entire production.
[0005]
For example, evaluation of characteristics such as conversion efficiency of a solar cell, which is one of photovoltaic elements, requires strict quantitative measurement unlike evaluation of a logic element such as an IC, and accurately measures the absolute value of the measured amount. Is required. For example, in order to measure an accurate current value, it is necessary to lengthen the sampling time in order to reduce the influence of noise, and it is necessary to adjust temperature conditions.
[0006]
However, increasing the sampling time leads to an increase in the tact time of the measurement itself. Adjusting the temperature conditions not only increases the cost due to the provision of an expensive thermostat, but also requires time for temperature stabilization, which also causes an increase in time.
[0007]
In recent years, solar cells have tended to increase in area in order to reduce costs.However, to increase the area of solar cells, it is necessary to increase the size of light sources and current / voltage sources of measuring devices to evaluate this. is there. However, when the size of the measuring device is increased, the price is rapidly increased, and the effect of reducing the cost of increasing the area is reduced.
[0008]
As a solution to this problem, for example, JP-A-11-26785 discloses a partial measurement method. In this partial measurement method, current and voltage characteristics are measured by irradiating light to only a part of a large area solar cell using a light source with a smaller effective irradiation area, and the cell is shaded and dark. In this method, a dark current in a portion is eliminated to obtain accurate current / voltage characteristics in a light irradiation state. Therefore, the light source and the current / voltage power supply need only be small in capacity, which is a very effective method for cost reduction.
[0009]
According to the partial measurement method, even when there is an in-plane distribution of the cell characteristics, the measurement can be performed with high accuracy by measuring several locations in the cell in several steps.
[0010]
However, even in the partial measurement method, since the respective measurements do not coincide with each other in time, it is necessary to accurately grasp and consider measurement environment parameters at each measurement timing.
[0011]
In particular, the temperature has a great effect on the measurement result, and furthermore, the temperature may have its own change due to light irradiation, and the influence on the measurement result is serious. Therefore, when an accurate measurement result is obtained by performing a plurality of measurements, it is necessary to perform a measurement in which the influence of the temperature is eliminated for each measurement.
[0012]
That is, in the partial measurement method, two measurements must be performed in order to eliminate the influence of temperature in order to obtain one characteristic. For this reason, in the partial measurement method, if the number of divisions increases, the entire measurement time becomes significantly longer. In addition, since the measurement of the temperature itself takes a relatively long time, when the number of times of measurement is increased, the entire measurement time increases.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the partial measurement method, an increase in the number of measurements performed to eliminate the influence of temperature causes an increase in the measurement time (tact time) of the whole, which significantly reduces the production efficiency. cause.
[0014]
It is conceivable to keep the temperature of the measurement environment constant in order to avoid performing the temperature measurement more than once, but as described above, in order to measure the characteristic value of a large-area solar cell, a large-capacity constant temperature Equipment is required. However, a large-capacity thermostat is very expensive, and using a large-capacity thermostat to reduce the temperature measurement and reduce the cost results in an increase in the cost of the solar cell.
[0015]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the related art individually or collectively. To provide a measuring method, a measuring device and a manufacturing method. Another object of the present invention is to provide a measuring method, a measuring apparatus, and a manufacturing method of a photovoltaic element which can reduce production cost. Still another object of the present invention is to provide a measuring method, a measuring device, and a manufacturing method of a photovoltaic element with inexpensive equipment.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A measuring method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, irradiation means for irradiating light to the photovoltaic element, voltage / current characteristic means for measuring voltage / current characteristics of the photovoltaic element, and temperature measuring means for measuring the temperature of the photovoltaic element, Calculating means for calculating characteristics of the photovoltaic element based on the voltage / current characteristics, and a measuring device for measuring the characteristics of the photovoltaic element, wherein the first region of the photovoltaic element is irradiated with light. In the state and the dark state, the voltage-current characteristics in the first region are measured based on the current measured for each voltage, and the temperature of the photovoltaic element is measured. Based on the temperature at the next measurement and the current value in the dark state of the photovoltaic element at the temperature, and the calculated current value in the dark state and the first region of the photovoltaic element other than the first region Each voltage is applied when light is applied to the area The voltage and current characteristics in an area other than the first area are measured based on the measured current and the current value in the dark state of the photovoltaic element at the next measurement temperature and the temperature at the next measurement. And measuring the areas other than the first area as necessary, and calculating characteristics in the entire area of the photovoltaic element from the measurement results.
[0017]
Here, for example, it is preferable that the function used when calculating the temperature at the next measurement based on the measured temperature is a time function having the temperature of the photovoltaic element as a parameter.
[0018]
Here, for example, the current value in the dark state of the photovoltaic element at the temperature at the time of the next measurement is preferably calculated using a diode characteristic equation.
[0019]
Here, for example, it is preferable to further calculate a characteristic value of the photovoltaic element based on the characteristic in the entire region.
[0020]
Here, for example, the characteristic value preferably includes at least one of a short-circuit current, an open-circuit voltage, a series resistance value, and a short-circuit resistance value.
[0021]
In order to achieve the above object, a measuring method using an image forming photovoltaic element characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention has the following configuration. That is, in a measurement method using a measurement device for photovoltaic element characteristics, in a state where light is applied to the first region of the photovoltaic element and in a dark state, based on a current measured for each voltage. Measuring the voltage-current characteristics in the first region, and measuring the temperature of the photovoltaic element; and, based on the measured temperature, the temperature at the next measurement and the photovoltaic voltage at the temperature. Calculating the current value in the dark state of the power element, and the calculated current value in the dark state, and for each voltage in a state where light is applied to an area other than the first area of the photovoltaic element. Measuring voltage-current characteristics in an area other than the first area based on the measured current, and calculating a current value in the dark state of the photovoltaic element at the temperature at the next measurement and the temperature at the next measurement , And the aforementioned The measurement area other than the areas of the repeats as necessary, a step of calculating a characteristic in the entire region of the photovoltaic element from the measurement results, characterized by having a.
[0022]
Here, for example, the function used when calculating the temperature at the next measurement based on the measured temperature is a time function having the temperature of the photovoltaic element as a parameter. .
[0023]
Here, for example, the current value in the dark state of the photovoltaic element at the temperature at the time of the next measurement is preferably calculated using a diode characteristic equation.
[0024]
Here, for example, it is preferable to further calculate a characteristic value of the photovoltaic element based on the characteristic in the entire region.
[0025]
Here, for example, the characteristic value preferably includes at least one of a short-circuit current, an open-circuit voltage, a series resistance value, and a short-circuit resistance value.
[0026]
A program according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, the above-described measurement is performed by controlling the characteristic measuring device of the photovoltaic element.
[0027]
A recording medium according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, the program described above is recorded. A method for manufacturing a solar cell according to one embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, a method for manufacturing a photovoltaic element, a method for manufacturing a solar cell by forming a current collecting electrode, a positive electrode lead terminal, and a protective layer on the photovoltaic element to manufacture a solar cell. The characteristic value is measured by using the above-described method for measuring a photovoltaic element characteristic.
[0028]
A measuring method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, a method of measuring a functional element exhibiting temperature dependency, allowing a temperature difference between the measurement target in the first step and the second step, measuring the temperature and the characteristic value of the target in the first step, The characteristic value of the object is measured in the second step, and the temperature in the second step is associated with the temperature in the first step based on a predetermined relationship. The measured characteristic value is calculated.
[0029]
Here, for example, the relationship is preferably a function of time having the temperature of the measurement object measured in the first step as a parameter.
[0030]
Here, for example, the second step is preferably performed a plurality of times.
[0031]
Here, for example, the measurement method preferably measures the current-voltage characteristics of the photovoltaic element.
[0032]
A measurement apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, a measuring device for a functional element exhibiting temperature dependency, allowing a temperature difference between the measurement target in the first step and the second step, measuring the temperature and the characteristic value of the target in the first step, The characteristic value of the object is measured in the second step, and measured in the second step based on the temperature in the second step associated with the temperature in the first step based on a predetermined relationship. A characteristic value calculation process is performed.
[0033]
A method for manufacturing a photovoltaic element according to an embodiment of the present invention for achieving the above object has the following configuration. That is, a method for manufacturing a photovoltaic element using a method for measuring a functional element exhibiting temperature dependency, wherein the object to be measured has a temperature difference between the first step and the second step, and the object is measured in the first step. Measuring the temperature and characteristic value of the object, measuring the characteristic value of the object in the second step, and relating the temperature in the first step to the temperature in the first step based on a predetermined relationship. Having a step of measuring the current-voltage characteristics of the photovoltaic element using a measuring method characterized by performing a calculation process of the characteristic value measured in the second step based on the temperature, and performing a pass / fail judgment. Features.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for measuring a characteristic value of a functional element, a measuring device, and a method for manufacturing a functional element using the measuring method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
In the following description, a photovoltaic element is used as an example of a functional element according to the present invention, and a method for measuring a characteristic value of the photovoltaic element and a method for manufacturing the photovoltaic element will be described. This will be described in more detail, but is not intended to limit the scope of the present invention to the described examples.
[0036]
[Measurement of characteristic value of photovoltaic element by multiple measurement]
First, a method for measuring the characteristic value of a photovoltaic element using the photovoltaic element characteristic value measuring device of the present embodiment will be described.
[0037]
In this measurement method, a large-area photovoltaic element is divided into a plurality of regions, each region is separately irradiated with light, and a plurality of measurements are performed. Measure the overall characteristic value.
[0038]
By dividing the photovoltaic element into a plurality of regions and performing a plurality of measurements in this way, it is possible to reduce the size of the light source, which is particularly expensive, and to realize a significant cost reduction.
[0039]
In the following description, for the sake of simplicity, the case where the photovoltaic element is divided into two regions A and B will be described, but the region to be divided may be three or more regions.
[0040]
First, prior to the description of the measurement method of the present embodiment, in order to facilitate its understanding, a description will be given of a problem of a conventional method of measuring dark current data, that is, a point that measurement of dark current data takes time. I do.
[0041]
[Problem in the conventional dark current measurement method: FIG. 2]
FIG. 2 is a schematic view of the
[0042]
The
[0043]
First, current / voltage characteristics are measured in a state where the region A102 is irradiated with light, and then current / voltage characteristics are measured in a state where the region B103 is irradiated with light. Various characteristic values such as the conversion efficiency of the whole 101 are calculated.
[0044]
However, if these measurement data are not used, correct light irradiation characteristics of the regions A102 and B103 will not be obtained, so that it is not possible to derive correct characteristic values such as conversion efficiency therefrom. This is because the light irradiation characteristic of the photovoltaic element during light irradiation is observed as a superposition of a photocurrent due to photoexcitation carriers due to photon absorption and a dark current due to carriers due to thermal excitation. This is because the light irradiation characteristics are given only as a sum of the photocurrent in the region A102 and the dark current in the region A102.
[0045]
However, even when the current / voltage measurement is performed by irradiating light only to the region A102, the dark current of the region B103 is superimposed on the measurement data because the region A102 and the region B103 are connected in parallel. The correct light irradiation characteristics in the region A102 are not obtained.
[0046]
Therefore, it is necessary to correct the current / voltage characteristic data when the area A102 is irradiated with light by subtracting the dark current flowing in the area B103 at the same voltage from the current value observed at a certain voltage. .
[0047]
Therefore, at the time of measurement, it is necessary to measure the dark current characteristics of the region B103 before measuring the characteristics at the time of light irradiation. However, in the dark current measurement, the region A102 and the region B103 cannot be separated, so that only the dark current characteristic of the sum of the region A102 and the region B103 can be measured.
[0048]
However, since the difference in dark current characteristics between places is not so large, the observed whole current value may be proportionally distributed between the area of the region B103 and the entire area. Using the dark current characteristic data of the area B103 obtained in this way, the current / voltage data measured in a state where the area A102 is irradiated with light is corrected to obtain the correct light irradiation characteristic of the area A102. Can be.
[0049]
Next, similarly, the light irradiation characteristics of the region B103 can be derived by measuring the current / voltage characteristics when the region B103 is irradiated with light, and subtracting the dark current component of the region A102 therefrom to correct. it can.
[0050]
Here, the dark current data has already been measured once, and if the dark current component of the area A102 can be derived by proportionally distributing the data to the area of the area A102 and the entire area, the entire measurement time will be greatly increased. Can be shortened. This shortening of time is effective because the time that can be omitted increases as the number of regions to be divided increases.
[0051]
However, since the dark current characteristic has a very large temperature dependency, if there is a temperature difference between the first and second measurements, the data of the first dark current characteristic cannot be simply calculated and used.
[0052]
Therefore, when there is a temperature difference, the dark current characteristics must be measured each time, and correction must be performed using the data of the dark current characteristics measured each time to obtain light irradiation characteristics. In other words, it means that when there is a temperature change, a problem that the measurement time significantly takes place.
[0053]
[Overview of the method for measuring characteristic values according to the present embodiment: FIG. 1]
Next, an outline of a method for measuring a characteristic value according to the present embodiment will be described before a detailed description.
[0054]
FIG. 1 is a flowchart showing a method for measuring the characteristic value of the photovoltaic element.
[0055]
First, in step S100, in the divided area A of the photovoltaic element, the first measurement of the light irradiation current / voltage characteristic and the temperature of the photovoltaic element at that time are measured. In the first measurement of the region A, the contents of 1) to 3) described in the frame of step S100 in FIG. 1 are measured and calculated for the region indicated by 102 in FIG.
[0056]
That is, for each voltage, 1) the current value in the light irradiation state and in the dark state is measured, 2) the dark current value in the region A is calculated based on the measurement result, and 3) the current value in the light irradiation state is calculated. The light irradiation current value in the area A is calculated by subtracting (minus) the calculated dark current value in the area A.
[0057]
FIG. 3 shows an example of the photocurrent / voltage characteristics thus measured.
[0058]
In FIG. 3, 1 is an example in which the current value in the light irradiation state in the area A is plotted for each voltage value, and 2 is an example in which the current value in the dark state in the area A is plotted for each voltage value. 3 is 1-2, that is, a current value (light irradiation current value in the area A) obtained by subtracting a current flow value in the dark state from a current value in the light irradiation state in the area A for each voltage value. It is an example of plotting.
[0059]
Next, in step S110, the photovoltaic element temperature at the second measurement time is predicted based on the first measurement temperature data using the equation described in the frame of step S110 in FIG. Further, the current value in the dark state at the predicted temperature is calculated.
[0060]
Next, in step S120, the contents 1) and 2) described in the frame of step S120 in FIG. 1 are measured and calculated.
[0061]
That is, in the divided area B of the photovoltaic element, 1) the current value in the light irradiation state is measured for each voltage, and 2) the current value in the dark state calculated in step S110 is used. The dark current value in the region B is calculated, and the light current value in the region B is calculated by subtracting (minus) the calculated dark current value in the region B from the current value in the light irradiation state.
[0062]
Next, in step S130, the photocurrent / voltage characteristics obtained in the regions A and B are added in parallel to calculate the photocurrent / voltage characteristics of the entire region of the photovoltaic element.
[0063]
Next, in step S140, characteristic values (for example, short-circuit current, open-circuit voltage, series resistance, and short-circuit resistance) of the photovoltaic element are calculated based on the photocurrent / voltage characteristics of the entire region of the photovoltaic element.
[0064]
Hereinafter, the contents described above will be described in detail.
[0065]
[Main measurement method]
Next, the case where the measurement method of the present invention is used will be described.
[0066]
In the embodiment using the present invention, the measurement of the dark current data after the second time mentioned above is omitted, thereby greatly reducing the entire measurement time.
[0067]
This is to obtain data to be used for correction without performing actual measurement by estimating the second and subsequent dark current data from the first dark current data using the temperature dependence of the dark current. That is, the temperature at the second and subsequent measurement times is predicted, and the dark current characteristic at this temperature is estimated by calculation using a predetermined relational expression, temperature dependence, and the dark current characteristic is estimated using this data. This is to realize the measurement.
[0068]
[Apparatus: FIGS. 4 to 6]
Next, a more detailed description will be given together with a description of an example of the apparatus of the present invention and its operation. 4 and 5 are a front view and a side view, respectively, of an example of the present invention. FIG. 6 is an electric system diagram.
[0069]
4 to 6, the light source is AM1.5, 100 mW / cm. 2 The opening and closing of the
[0070]
The
[0071]
The bottom surface of the
[0072]
An electric connection as shown in FIG. 4 is secured to the fixed
[0073]
This dark state data is transferred to the
[0074]
Next, after lowering the
[0075]
Next, a process of deriving the current-voltage characteristics of the entire photovoltaic element by performing a correction calculation from the obtained data will be described. First, a current value corresponding to the area ratio of the region B to the entire current value in the first dark state at the same voltage is subtracted from the current value in the first light irradiation state to the region A at a certain voltage. The light irradiation current value is calculated. If this is calculated for all voltages, the light irradiation current / voltage characteristics of the region A can be obtained.
[0076]
Next, the light irradiation current / voltage characteristic of the region B is calculated. At this time, the voltage / current data in the dark state measured for the first time is corrected and used as follows. First, the temperature of the
[0077]
(Equation 1)
Where T 0 Is the temperature of the
[0079]
In this case, the calculation and estimation are performed by applying the above formula. However, this is naturally determined by the thermodynamic system of the measurement device, and the optimum calculation formula is applied depending on the situation. In addition, when the initial temperature and the ambient temperature of the photovoltaic element are constant, a method of creating a database of data measured in advance and extracting temperature data therefrom without performing calculations may be used. it can.
[0080]
Initial temperature T 0 And the temperature T from the current / voltage characteristic data in the first dark state. 0 The current-voltage characteristics at are obtained. For this, the following equation (2) of the diode characteristic was used.
[0081]
(Equation 2)
J is the current density, J 0 Is a prefix, e is an elementary charge, n is an ideal constant, k is a Boltzmann constant, V is a voltage, and T is a temperature.
[0083]
In this equation, T 0 And perform fitting from the current / voltage data in the first dark state. 0 To determine. This decided J 0 And temperature T 0 Is substituted into
[0084]
In this case, the equation of the diode characteristic is used. However, this equation should use an optimal relational equation depending on the temperature dependency of the object to be measured, and the present invention is not limited by the relational equation.
[0085]
A current value obtained by multiplying the current value at the same voltage by the ratio of the area of the region A to the entire area to the current value at the same voltage is subtracted from the current at each voltage in the second light irradiation state using the corrected dark current characteristic, and this is subtracted from all currents The light irradiation current / voltage characteristics of the region B are obtained by calculating the values.
[0086]
Finally, the light irradiation current / voltage characteristics of the region A and the region B are added in parallel to obtain the entire light irradiation current / voltage characteristics. From the light irradiation current / voltage characteristics, various characteristic values such as a short-circuit current, an open-circuit voltage, a curvature factor, and conversion efficiency are obtained. These calculations are executed by the
[0087]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0088]
Embodiment 1
In this example, a triple configuration amorphous semiconductor
[0089]
At this time,
[0090]
[Table 1]
[Table 2]
The values of the various characteristic values of Example 1 and Comparative Example 1 at each temperature show a very good agreement, which indicates the accuracy of the measured values in the measurement method of the present invention. Although the conversion efficiency decreases with an increase in temperature, this is due to a decrease in the open-circuit voltage, which is usually observed, and may be adjusted to a standard temperature condition of 25 ° C. by performing a normal correction.
[0093]
From the above results, it has been found that according to the present invention, an accurate measured value can be obtained irrespective of the temperature condition of the object to be measured, while shortening the measuring process.
Next, a solar cell manufacturing method in which the measuring apparatus of the present invention is applied to an inspection process and measurement of tact time in solar cell production will be described with reference to a flowchart shown in FIG.
[0094]
In step S200, 200 nm of Al as a reflective layer and 2 μm of ZnO as a reflection-enhancing layer are formed on a
[0095]
Next, the solar cells were continuously produced using an automatic process apparatus having the following steps, and the tact time was measured.
[0096]
First, in step S210, the transparent conductive layer of the element is partially removed by etching to separate and independently generate a power generation area of 20 cm × 10 cm.
[0097]
Next, in step S220, passivation is performed on the power generation region to invalidate a portion in which a short circuit has occurred due to a defect in the photovoltaic layer.
[0098]
Next, in step S230, in order to collect the generated current without loss, a copper wire is bonded with a carbon paste as shown in FIG. 6 to form a collecting
[0099]
Next, in step S240, the positive
[0100]
Next, in Step S250, a hard coat material made of Tonen Co., Ltd. was applied by spraying, and dried and cured in a hot-air drying furnace under a temperature condition of raising the temperature from 80 ° C to 190 ° C in the form of a ramp to form a protective layer.
[0101]
Finally, in step S260, the characteristic values were calculated by the measurement method performed in Example 1 and the quality was determined. As characteristic values, characteristic values such as open-circuit voltage, short-circuit current, series resistance, and short-circuit resistance obtained from the current-voltage characteristics of the entire photovoltaic element obtained (for example, a diagram showing an example in FIG. 3) were used. .
[0102]
The average tact time per sheet was calculated from the total time required to complete 500 sheets at this time. FIG. 10 shows the measurement results. Note that FIG. 10 also shows a case where 500 pieces were produced in the same manner using the method used in Comparative Example 1 as the measurement method in the pass / fail judgment process as Comparative Example 2.
[0103]
As shown in FIG. 10, in the production method of the present invention, the time required for completion was about 112 minutes, and the tact time per sheet was 13.44 seconds. On the other hand, in the case of Comparative Example 2, the time required for completion was about 149 minutes, and the tact time per sheet was 17.88 seconds. From this, the production method of the present invention was able to reduce the takt time per sheet by 4.44 seconds as compared with the conventional method.
[0104]
From the above, it was found that the production method of the present invention can realize a significant reduction in tact time.
[0105]
[Other embodiments]
The present invention may be applied to a system including a plurality of devices (for example, a host computer, an interface device, a reader, and an image recording device) or may be applied to an apparatus including a single device.
[0106]
Further, an object of the present invention is to supply a storage medium (or a recording medium) in which a program code of software for realizing the functions of the above-described embodiments is recorded to a system or an apparatus, and a computer (or a CPU or a CPU) of the system or the apparatus. Needless to say, the present invention can also be achieved by an MPU) reading and executing a program code stored in a storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the function of the above-described embodiment, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention. When the computer executes the readout program code, not only the functions of the above-described embodiments are realized, but also an operating system (OS) running on the computer based on the instruction of the program code. It goes without saying that a part or all of the actual processing is performed and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing.
[0107]
Further, after the program code read from the storage medium is written into a memory provided in a function expansion card inserted into the computer or a function expansion unit connected to the computer, the function is executed based on the instruction of the program code. It goes without saying that the CPU included in the expansion card or the function expansion unit performs part or all of the actual processing, and the processing realizes the functions of the above-described embodiments.
[0108]
When the present invention is applied to the storage medium, the storage medium stores program codes corresponding to the flowchart of FIG. 1 described above.
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a measuring method, a measuring apparatus, and a manufacturing method of a photovoltaic element for measuring the characteristics of the photovoltaic element with high accuracy and in a short time. Further, it is possible to provide a photovoltaic element measuring method, a measuring apparatus, and a manufacturing method that can reduce production cost. Still further, a method for measuring a photovoltaic element, a measuring apparatus, and a manufacturing method can be provided with inexpensive equipment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for measuring a characteristic value of a photovoltaic element.
FIG. 2 is a diagram showing an example for dividing a region of a photovoltaic element according to the present invention and measuring a characteristic value for each region.
FIG. 3 is a diagram illustrating voltage-current characteristics of a photovoltaic element in a light irradiation state and a dark state.
FIG. 4 is a front view showing an example of a photovoltaic element characteristic value measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a side view showing an example of a characteristic value measuring device for a photovoltaic element according to the present invention.
FIG. 6 is a system diagram showing an example of an electrical connection of the photovoltaic element characteristic value measuring device according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing a bottom surface of a mask of the photovoltaic element characteristic value measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a front view of a solar cell used in Example 2 and Comparative Example 2 of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a solar cell.
FIG. 10 is a diagram comparing measurement times of characteristic values of a solar cell.
[Explanation of symbols]
101 Photovoltaic element
102 Area A to be irradiated with light when divided and measured
103 Area B to be irradiated with light when dividing and measuring
201 Solar Simulator
202 Shutter
203 conveyor belt
204 Sample stage with rotation mechanism
205 mask
301 radiation thermometer
401 Controller PC
402 DC power supply
403 voltmeter
404 ammeter
501 opening
601 solar cell (photovoltaic element)
602 SUS board
603 current collecting electrode
604 Positive lead terminal
Claims (22)
前記光起電力素子の第一の領域に光を照射した状態および暗状態で、各電圧ごとに測定される電流に基づいて前記第一の領域における電圧・電流特性を測定し、並びに、前記光起電力素子の温度を測定し、
前記測定された温度に基づいて、次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値を算出し、
前記算出された暗状態の電流値と、前記光起電力素子の前記第一の領域以外の領域に光を照射した状態で各電圧ごとに測定される電流とに基づいて前記第一の領域以外の領域における電圧・電流特性を測定し、
前記次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値の算出、並びに、前記記第一の領域以外の領域の測定を、必要に応じて繰り返し行い、それらの測定結果から前記光起電力素子の全体領域における特性を算出することを特徴とする光起電力素子特性の測定装置。Irradiating means for irradiating light to the photovoltaic element, voltage / current characteristic means for measuring voltage / current characteristics of the photovoltaic element, temperature measuring means for measuring the temperature of the photovoltaic element, and the voltage Calculating means for calculating the characteristics of the photovoltaic device based on the current characteristics, and a measuring device for measuring the characteristics of the photovoltaic device,
In a state where light is applied to the first region of the photovoltaic element and in a dark state, a voltage / current characteristic in the first region is measured based on a current measured for each voltage, and the light Measure the temperature of the electromotive element,
Based on the measured temperature, calculate the current value in the dark state of the photovoltaic element at the next measurement temperature and the temperature at the next measurement,
Based on the calculated current value in the dark state and the current measured for each voltage in a state where light is applied to an area other than the first area of the photovoltaic element, except for the first area. Measure the voltage and current characteristics in the area of
Calculation of the current value in the dark state of the photovoltaic element at the temperature and the temperature at the next measurement, and the measurement of the area other than the first area are repeated as necessary, and the measurement results are obtained. A characteristic of the photovoltaic element in the entire area thereof is calculated from the following.
前記光起電力素子の第一の領域に光を照射した状態および暗状態で、各電圧ごとに測定される電流に基づいて前記第一の領域における電圧・電流特性を測定し、並びに、前記光起電力素子の温度を測定する工程と、
前記測定された温度に基づいて、次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値を算出する工程と、
前記算出された暗状態の電流値と、前記光起電力素子の前記第一の領域以外の領域に光を照射した状態で各電圧ごとに測定される電流とに基づいて前記第一の領域以外の領域における電圧・電流特性を測定する工程と、
前記次の測定時の温度並びに該温度における光起電力素子の暗状態における電流値の算出、並びに、前記記第一の領域以外の領域の測定を、必要に応じて繰り返し行い、それらの測定結果から前記光起電力素子の全体領域における特性を算出する工程と、
を有することを特徴とする光起電力素子特性の測定方法。A measurement method using a measurement device for photovoltaic element characteristics,
In a state where light is applied to the first region of the photovoltaic element and in a dark state, a voltage / current characteristic in the first region is measured based on a current measured for each voltage, and the light Measuring the temperature of the electromotive element;
Based on the measured temperature, a step of calculating a current value in the dark state of the photovoltaic element at the next measurement temperature and the temperature at the next measurement,
Based on the calculated current value in the dark state and the current measured for each voltage in a state where light is applied to an area other than the first area of the photovoltaic element, except for the first area. Measuring voltage-current characteristics in the region of
Calculation of the current value in the dark state of the photovoltaic element at the temperature and the temperature at the next measurement, and the measurement of the area other than the first area are repeated as necessary, and the measurement results are obtained. Calculating the characteristics in the entire region of the photovoltaic element from;
A method for measuring characteristics of a photovoltaic element, comprising:
前記製造した太陽電池の特性値を、請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の光起電力素子特性の測定方法を用いて測定することを特徴とする太陽電池の製造方法。A method for manufacturing a solar cell, comprising: forming a photovoltaic element; forming a current collecting electrode, a positive electrode lead terminal, and a protective layer on the photovoltaic element to produce a solar cell;
A method for manufacturing a solar cell, comprising: measuring a characteristic value of the manufactured solar cell by using the method for measuring characteristics of a photovoltaic element according to any one of claims 6 to 10.
第一工程と第二工程において測定対象物に温度差を許し、
前記第一工程で該対象物の温度及び特性値を測定し、
前記第二工程において該対象物の特性値を測定し、
予め定められた関係に基づいて前記第一工程時の温度と関係づけられた前記第二工程時の温度に基づいて前記第二工程で測定された特性値が計算処理される、ことを特徴とする測定方法。A method for measuring a functional element exhibiting temperature dependency,
In the first step and the second step, allow a temperature difference to the measurement object,
Measuring the temperature and characteristic values of the object in the first step,
Measuring the characteristic value of the object in the second step,
The characteristic value measured in the second step is calculated based on the temperature in the second step associated with the temperature in the first step based on a predetermined relationship, Measurement method to be performed.
第一工程と第二工程における測定対象物の温度差を許し、
前記第一工程で該対象物の温度及び特性値を測定し、
前記第二工程において該対象物の特性値を測定し、
予め定められた関係に基づいて前記第一工程時の温度と関係づけられた第二工程時の温度に基づいて前記第二工程で測定した特性値の計算処理が行われる、
ことを特徴とする測定装置。A device for measuring a functional element exhibiting temperature dependency,
Allow the temperature difference of the measurement object in the first step and the second step,
Measuring the temperature and characteristic values of the object in the first step,
Measuring the characteristic value of the object in the second step,
Calculation processing of the characteristic value measured in the second step is performed based on the temperature in the second step that is related to the temperature in the first step based on a predetermined relationship,
A measuring device, characterized in that:
第一工程と第二工程において測定対象物に温度差を有し、
前記第一工程で該対象物の温度及び特性値を測定し、
前記第二工程において該対象物の特性値を測定し、
予め定められた関係に基づいて前記第一工程時の温度と関係づけられた前記第二工程時の温度に基づいて前記第二工程で測定された特性値の計算処理を行う、ことを特徴とする測定方法を用いて光起電力素子の電流電圧特性を測定し良否判定を行う工程を有する光起電力素子の製造方法。A method for manufacturing a photovoltaic element using a method for measuring a functional element exhibiting temperature dependency,
In the first step and the second step, the measurement object has a temperature difference,
Measuring the temperature and characteristic values of the object in the first step,
Measuring the characteristic value of the object in the second step,
Performing a calculation process of the characteristic value measured in the second step based on the temperature in the second step associated with the temperature in the first step based on a predetermined relationship, A method for manufacturing a photovoltaic device, comprising the steps of: measuring current-voltage characteristics of the photovoltaic device using a measuring method to determine whether the device is good or bad.
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