JP2005303085A

JP2005303085A - 太陽電池セルの特性測定方法および太陽電池セルの特性測定装置

Info

Publication number: JP2005303085A
Application number: JP2004118234A
Authority: JP
Inventors: Koji Funakoshi; 康志舩越
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-13
Also published as: JP4386783B2

Abstract

【課題】裏面電極セルに適した特性測定方法および特性測定装置を提供する。
【解決手段】受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する裏面電極セル１の特性を測定する方法あって、ガラスなどの透光材で構成したステージ２１に第１の主表面が対向するように、裏面電極セル１をステージ２１に設置する。第２の主表面に形成されたＰ電極およびＮ電極にプローブ２５を接触させ、ステージ２１を介して受光面に光を照射することで、裏面電極セルの特性を測定する。
【選択図】図３

Description

この発明は、受光面の反対側の面（以下、裏面と称す）に、Ｐ電極（正極）およびＮ電極（負極）が形成された太陽電池セル（以下、裏面電極セルと称す）の特性測定方法および特性測定装置に関する。

図８は、一般的な結晶シリコン太陽電池セルの受光面を示す平面図、図９は、図８におけるIX−IX矢視断面図である。

現在市販されている太陽電池セル１０１の８０％以上は、結晶シリコンにより構成されているが、そのほとんどがＰ基板１０２の受光面側にＮ＋層１０４、その上に反射防止膜１０６を形成し、その上に魚骨型の銀からなるＮ電極である電極１１１を形成したものである。太陽電池セル１０１の裏面側には、ほぼ全面にＰ＋層１０８が形成され、その略全面にＡｌからなるＰ電極である裏面電極１１３が形成されている。

図１０は、従来の太陽電池セルの特性測定工程を示す斜視図、図１１は、従来の太陽電池セルの特性測定装置のステージを示す平面図である。

上記のような構造の太陽電池セル１０１の特性は、次のように測定する。まず、特性測定装置の銅板ステージ１２１の上に太陽電池セル１０１の裏面電極１１３が接触するように設置する。受光面側に設けられた電極１１１にピンプローブ１２５を接触させる。太陽電池セル１０１の受光面にソーラーシミュレータで生成した擬似太陽光を照射する。

銅板ステージ１２１には、図１１に示すように、真空吸着用の吸着孔１２２が形成されており、この吸着孔１２２を用いて真空吸着することで、太陽電池セル１０１と銅板ステージ１２１とを確実に接触させる。この銅板ステージ１２１の全面から太陽電池セル１０１のプラスの電流を取り出し、銅板ステージ１２１の中心部にある電圧端子１２３によりプラスの電圧信号を取り出す。

受光面側のピンプローブ１２５は中心の１つがマイナスの電圧端子１２５ａとなっており、残りのピンプローブ１２５はマイナスの電流を取り出す電流端子１２５ｂとなっている。これらにより、４端子測定を行っている。

図１は、裏面電極セルの裏面側を示す平面図、図２は、図１のII−II矢視断面を示す断面図である。

一方、近年受光面側に電極が無く、Ｎ電極１５およびＰ電極１７が共に太陽電池セルの裏面側（受光面と反対側の面側）にある、図１および図２に示すような裏面電極セル１が注目されている。裏面電極セル１によると、受光面側に電極が無いことから、電極によるシャドーロスを防ぐことができる。また、太陽電池セルおよびモジュールの外観を完全に黒くすることができるなどデザイン上のメリットもある。

この裏面電極セルの特性を測定するには、従来は図１２に示すような特性測定装置を用いてきた。従来の特性測定装置は、裏面電極セルの裏面（電極が形成された側）が対向するように、裏面電極セルが配置されるステージと、そのステージ上に設けられた、裏面電極セルの電極に接触する端子を有している。

裏面電極セルの特性測定装置として、特許文献１（特開２００１−２７４４３８号公報）に記載されたようなものがある。
特開２００１−２７４４３８号公報

太陽電池セルの特性測定においては、太陽電池セルの電極とピンプローブとの接触抵抗が問題となる。太陽電池セルの生産工程では、太陽電池セルの特性測定回数は、１日に数万回におよぶ。このようにピンプローブは酷使され、変形することがあった。その場合、電極とピンプローブとの接触不良を招く恐れがあった。

また、電極の位置の誤差や、搬送時の位置合わせ工程での不良により電極とピンプローブの位置とが完全に一致しないことがあった。この場合には、ピンプローブと太陽電池セルの電極との接触が不十分となり接触抵抗が大きくなり、見かけ上太陽電池セルの直列抵抗が大きく測定されることがあった。太陽電池セルの生産で急に太陽電池セルの特性が悪くなることがあるが、この接触抵抗が原因であることが多い。

図８に示したような従来の受光面側に電極のある太陽電池セルならば、ピンプローブと電極との接触状態は目視により確認でき、素早い対応が可能である。しかし、裏面電極セルは従来の方法では図１２のように、裏面電極セルの裏面側が測定ステージと接するように設置されているため、測定中に電極とプローブとの接触状態を確認することができない。

さらに、裏面電極セル１の電極は図２のように、くし型のＰ電極１７、Ｎ電極１５が交互に向き合って設けられており、裏面電極セル１の性質上、Ｐ電極１７とＮ電極１５とははかなり狭い間隔で隣接している。このため電極と端子との位置がずれると、Ｐ電極１７に接触するべき端子がＮ電極１５に接触してリークしてしまうなど、裏面電極セル特有の問題が存在する。

このため、太陽電池セルの特性測定結果に異常があるときは、測定者が測定ステージ上の太陽電池セルの位置を微調整したり、他の測定系で再確認するなどの対処が必要であった。そのため太陽電池セル自体に問題があるのか、プローブと電極との接触の問題なのか判断するまでに長時間を要するという問題があった。そのため実際の生産において１日に数万枚処理することは到底不可能であった。

したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、裏面電極セルに適した太陽電池セルの特性測定方法および特性測定装置を提供することを目的とする。

この発明に基づいた太陽電池セルの特性測定方法に従えば、受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定方法であって、透光材で構成したステージに第１の主表面が対向するように、上記太陽電池セルを上記ステージに設置し、上記第２の主表面に形成された上記Ｐ電極およびＮ電極にプローブを接触させ、上記ステージを介して上記受光面に光を照射することで太陽電池セルの特性を測定する。

この発明に基づいた太陽電池セルの特性測定装置のある局面に従えば、受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定装置であって、上記第１の主表面が対向するように太陽電池セルが設置される、透光材で構成されたステージと、上記ステージに設置された太陽電池セルの第１の主表面に、上記ステージを介して擬似太陽光を照射する光源と、上記ステージに設置された太陽電池セルの上記Ｐ電極およびＮ電極に接触するプローブとを備えている。

この発明に基づいた太陽電池セルの特性測定装置の他の局面に従えば、受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定装置であって、上記第２の主表面が対向するように太陽電池セルが設置されるステージと、上記ステージに設置された太陽電池セルの上記第１の主表面に擬似太陽光を照射する光源と、上記ステージに設置された太陽電池セルの上記Ｐ電極およびＮ電極に接触するプローブとを備えている。上記ステージのＰ電極およびＮ電極に対向する位置には貫通孔が設けられ、上記プローブは上記貫通孔に挿入されてＰ電極およびＮ電極に接触する。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１における太陽電池セルの特性測定方法および測定装置について、図１から図５を参照して説明する。なお、上述のように、図１は、裏面電極セルの裏面側を示す平面図、図２は、図１におけるII−II矢視断面を示す断面図である。また、図３は、本実施の形態における特性測定装置を示す正面図、図４は、特性測定装置を示す斜視図、図５は、特性測定装置の変形例を示す正面図である。

本実施の形態の太陽電池セルは、基板３が結晶シリコンで構成されているが、Ｐ型およびＮ型のどちらを用いても良い。本実施の形態の太陽電池セルは、裏面電極セル１であり、図１および図２に示すように、Ｎ電極１５ｂおよびＰ電極１７ｂが共に太陽電池セルの裏面に設けられている。

図２に示すように、基板３の裏面（受光面と反対の面）側には、くし型のＰ＋層１７ａとＮ＋層１５ａとが互いに向き合った状態で形成されている。Ｐ＋層１７ａとＮ＋層１５ａにそれぞれ接するように、くし型のＰ電極１７ｂおよびＮ電極１５ｂが形成されている。裏面電極セル１の裏面は、Ｎ電極１５ｂおよびＰ電極１７ｂが設けられた箇所を除いてパッシベーション膜１９で覆われている。

受光面側には電極はなく、テクスチャー構造が形成された表面に反射防止膜６が形成されている。基板３の厚みは１００〜３００μｍ、裏面電極セルの外形は５０ｍｍ×５０ｍｍ〜１６０ｍｍ×１６０ｍｍの略四角形である。Ｐ＋層１７ａおよびＮ＋層１５ａは、０．５〜２ｍｍピッチで形成されている。

図３および図４に示すように、この裏面電極セル１の特性を測定する場合には、まず、裏面電極セル１を測定ステージ２１に移送する前に予め位置合わせを行なう。これは測定ステージ２１上に移送されたときにピンプローブ２５と電極１５ｂ，１７ｂの位置が一致するようにするためである。この位置合わせは様々な方法が考えられるが、本実施の形態では、位置合わせステージ６１上に設けられたピン６２を用いて位置合わせを行なっている。位置合わせステージ６１上には、裏面電極セル１の対角線方向に対向するコーナーに対応する位置に、それぞれ一対のピン６２が設けられており、このピン６２を裏面電極セル１のコーナー部に押し当てる。

位置合わせを行なった裏面電極セル１は、真空吸着アーム２９により測定ステージ２１上に移送される。裏面電極セル１は受光面側が測定ステージ２１に対向し接するように設置される。測定ステージ２１は、透明のガラス板で構成されており、このガラス板は強度と光の透過性を勘案し、２〜５ｍｍ厚の石英ガラスを使用することが好ましい。本実施の形態では、３ｍｍ厚の石英ガラスを使用している。また、サファイアガラスなど、光の透過性が良く石英ガラスより硬度の高いガラスを用いてもよい。また、ガラス以外の透光材を用いて構成することも可能である。

真空吸着アーム２９により測定ステージ２１上に移送された裏面電極セル１は、位置ずれしないように、そのまま真空吸着アーム２９により測定ステージ上に固定される。これに連動してピンプローブ２５と熱電対２８とが上下動する。これによりピンプローブ２５が電極１５ｂ，１７ｂと接触し、光源としてのソーラーシミュレータ４１から擬似太陽光を照射することにより、裏面電極セル１の特性を測定する。同時に、熱電対２８により裏面電極セル１の裏面温度を測定する。このとき、測定ステージ２１は、上記のように透明なガラスで構成されているので、ソーラーシミュレータ４１からの擬似太陽光をほとんど損失することなく、裏面電極セル１に照射することができる。

ここで使用しているピンプローブ２５は、先端が半球状または面接触可能な形状をしており、内蔵したばねで伸び縮みすることにより、電極に凹凸がある場合でも良好な接触状態を得ることができる。また、電極にピンプローブ２５を接触させる際の過剰な力を緩和することもできる。

ピンプローブ２５の端子の数は、電流値や電極の大きさに応じて決定すればよい。ピンプローブ２５は、１つを電圧端子２５ａとし、その他を電流端子２５ｂとすることで４端子測定を行なう。また、表面温度測定結果から裏面電極セル１の特性測定結果の温度補正を行なう。測定を終了した裏面電極セル１は、真空吸着アーム２９により測定ステージ２１上から搬出され、測定結果により分類される。測定済みの裏面電極セル１を搬出すると同時に、次の裏面電極セル１を測定ステージ２１上に移送し、順次測定を行なう。

以上のような手順で裏面電極セル１の特性を測定することで、作業者は、電極１５ｂ，１７ｂとピンプローブ２５の接触状態をいつでも目視により確認することができ、異常が発生したときでも迅速に対応することができる。

図３および図４に示した測定装置においては、擬似太陽光を測定ステージ２１の下側から照射しているが、装置を設置する上の何らかの制約がある場合には、図５に示すように、擬似太陽光を測定ステージ２１の上側から照射するようにしてもよい。このとき床面と測定ステージ２１との高さが十分でない場合にはピンプローブ２５と電極１５ｂ，１７ｂとの接触状態を作業者が確認しにくくなるが、測定ステージ２１と床面の間に鏡３０を設置することで、確認が容易となる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２の特性測定装置について説明する。ここで、図６は、本実施の形態の測定ステージを示す平面図、図７は、特性測定装置の構造を示す正面図である。上記実施の形態と共通する機能を有する構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態の特性測定装置においては、裏面電極セル１の裏面（電極が設けられた面）が、測定ステージ５１に対向し接するように、裏面電極セル１を設置する。

測定ステージ５１には絶縁性の材料を使用し、Ｐ電極１７ｂとＮ電極１５ｂとの間でのリークを防いでいる。本実施の形態では、測定ステージ５１として裏面電極セル１と接する面に絶縁フィルムを貼った銅板を用いている。

実施の形態１と同様、位置合わせステージで位置合わせを行った裏面電極セル１を真空吸着アームにより測定ステージ５１に搬送する。測定ステージ５１には、図６に示すように、真空吸着用の吸着孔２２が形成されており、裏面電極セル１を吸着し、位置ずれしないように固定することができる。本実施の形態の場合、真空吸着アームは裏面電極セルの固定には必要ないので、測定の邪魔にならないように測定ステージ５１の外側に待避する。

測定ステージ５１には、裏面電極セル１の電極１５ｂ，１７ｂに対応する位置に貫通孔５３が形成されており、この貫通孔５３を介してピンプローブ２５と電極１５ｂ，１７ｂとを接触させる。本実施の形態の貫通孔５３は、図６に示すように、略長方形である。この略長方形の貫通孔５３には、本実施の形態では、５本の端子を有するピンプローブ２５が挿入される。ピンプローブ２５の各端子の直径より、貫通孔５３は十分に大きいので、貫通孔５３を介してピンプローブ２５と電極１５ｂ，１７ｂとの接触状態を確認することができる。

作業者が目視確認するために、測定ステージ５１の厚みは１５ｍｍ以下とし、貫通孔５３の幅はあまり大きいと裏面電極セル１を吸着固定することができなくなるので、１０ｍｍ以下にするのが好ましい。このとき実施の形態１と同様、床面と測定ステージ５１との高さが十分でないとピンプローブ２５と電極１５ｂ，１７ｂとの接触状態を確認しづらいので、測定ステージ５１と床面との間に鏡３０を設置することで、確認を容易にすることができる。

また、測定ステージ５１に熱伝導性の高い銅板を使用しているので、恒温装置４５により銅板の温度を一定に保つことによって、測定する裏面電極セル１の温度を一定に保つことができる。このようにして測定が終了した裏面電極セルは、再度真空吸着アームにより搬出され、測定結果により分類される。同時に次の裏面電極セル１が測定ステージ５１に移送され、順次測定を行なう。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

裏面電極セルの裏面側を示す平面図である。図１におけるII−II矢視断面を示す断面図である。この発明に基づいた実施の形態１における特性測定装置を示す正面図である。この発明に基づいた実施の形態１における特性測定装置を示す斜視図である。この発明に基づいた実施の形態１における特性測定装置の変形例を示す正面図である。この発明に基づいた実施の形態２における測定ステージを示す平面図である。この発明に基づいた実施の形態２における特性測定装置の構造を示す正面図である。一般的な結晶シリコン太陽電池セルの受光面を示す平面図である。図８におけるIX−IX矢視断面図である。従来の太陽電池セルの特性測定工程を示す斜視図である。従来の太陽電池セルの特性測定装置のステージを示す平面図である。従来技術における裏面電極セルの特性測定工程を示す斜視図である。

符号の説明

１裏面電極セル、１５ｂＮ電極、１７ｂＰ電極、２１，５１測定ステージ、２５ピンプローブ、４１ソーラーシミュレータ（光源）、５３貫通孔。

Claims

受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定方法であって、
透光材で構成したステージに第１の主表面が対向するように、前記太陽電池セルを前記ステージに設置し、前記第２の主表面に形成された前記Ｐ電極およびＮ電極にプローブを接触させ、前記ステージを介して前記受光面に光を照射することで太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定方法。
前記ステージを構成する透光材はガラスである、請求項１に記載の太陽電池セルの特性測定方法。
前記ガラスは、石英ガラスまたはサファイアガラスである、請求項２に記載の太陽電池セルの特性測定方法。
受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定装置であって、
前記第１の主表面が対向するように太陽電池セルが設置される、透光材で構成されたステージと、
前記ステージに設置された太陽電池セルの第１の主表面に、前記ステージを介して擬似太陽光を照射する光源と、
前記ステージに設置された太陽電池セルの前記Ｐ電極およびＮ電極に接触するプローブとを備えた、太陽電池セルの特性測定装置。
前記ステージを構成する透光材はガラスである、請求項４に記載の太陽電池セルの特性測定装置。
前記ガラスは、石英ガラスまたはサファイアガラスである、請求項５に記載の太陽電池セルの特性測定装置。
受光面を構成する第１の主表面とＰ電極およびＮ電極が形成された第２の主表面とを有する太陽電池セルの特性を測定する、太陽電池セルの特性測定装置であって、
前記第２の主表面が対向するように太陽電池セルが設置されるステージと、
前記ステージに設置された太陽電池セルの前記第１の主表面に擬似太陽光を照射する光源と、
前記ステージに設置された太陽電池セルの前記Ｐ電極およびＮ電極に接触するプローブとを備え、
前記ステージのＰ電極およびＮ電極に対向する位置には貫通孔が設けられ、前記プローブは前記貫通孔に挿入されてＰ電極およびＮ電極に接触する、太陽電池セルの特性測定装置。