JP2009158844A

JP2009158844A - 太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法

Info

Publication number: JP2009158844A
Application number: JP2007337908A
Authority: JP
Inventors: Kenji Araki; 建次荒木
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】長期間にわたる信頼性の低い太陽電池を検出することができる太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法を提供すること。
【解決手段】検査対象物である太陽電池３に直流電圧を印加できる電源１３と、直流電圧が印加された前記太陽電池３の表面を撮像する撮像手段１２と、撮像手段１２が撮像した画像を白黒二値化する二値化手段１４と、二値化された画像に基づいて前記太陽電池が良品であるか不良品であるかを判定する判定手段１５と、判定手段１５の判定結果を出力する出力手段１６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法に関するものであり、特に、太陽光を集光して発電を行う集光型の太陽光発電システムの太陽電池に好適な太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法に関するものである。

太陽光発電システムの一種として、集光型の太陽光発電システムが知られている。集光型の太陽光発電システムは、太陽光を集光する集光レンズ（フレネルレンズ、一次光学系とも称する）と、集光した太陽光を均一にする光学部材（ホモジナイザ、二次光学系とも称する）と、均一にされた太陽光を受光して発電する太陽電池（太陽電池セル）と、他の所定の部材とを備えるものがある。

図７は、太陽電池（太陽電池セル９）と、これに接続（接触）する所定の部材との接続関係とを、模式的に示した外観斜視図である。図７に示すように、太陽電池９１は、帯状の第一の電極９２の表面（上面）に接触するように配設され、さらに太陽電池９１の表面（上面）には、第二の電極９３が接触するように配設される。すなわち、太陽電池９１が、第一の電極９２および第二の電極９３に挟まれるような構成を有する。そして、これらの太陽電池９１、第一の電極９２および第二の電極９３は、裏打ち板９４の上面に配設される。この裏打ち板９４は、図示しない放熱基台などに、絶縁性の樹脂材料（接着剤や充填剤）などによって接着される。

ところで、太陽電池は半導体であり、所定の材料に不純物をドーピングすることにより製造される。不純物のドーピングが太陽電池の全体にわたって均一であると、太陽電池内を電流が均一に流れる。しかしながら実際には、不純物のドーピングが不均一となることがある。不純物のドーピングが不均一であると、太陽電池内を流れる電流も不均一になることがある。すなわち、不純物の密度が高い箇所（不純物の集積部）は、他の箇所に比較して局所的に電流が流れやすくなることがある。

太陽電池において、局所的に電流の流れやすい箇所を有すると、次のような問題が生じることがある。局所的に電流値が大きい箇所が生じると、当該箇所は電流によって発熱しやすくなり、他の箇所よりも温度が上昇する。太陽電池の発熱は、裏打ち板に接着される放熱基台などを通じて放熱される。ところが、局所的に高温の箇所が発生すると、当該高温の箇所において、放熱基台と裏打ち板とを接着している樹脂材料が、熱に起因して剥がれることがある。そうすると、当該高温の箇所の放熱が不充分となり、さらに温度が上昇する。

太陽電池の温度が上昇すると、太陽電池の不純物の濃度が高い層からの不純物の拡散が促進され、当該箇所の不純物の密度が高くなる。この結果、当該箇所を流れる電流がさらに大きくなり、発熱量も大きくなる。そして発熱量が大きくなって温度がさらに上昇すると、太陽電池と放熱基台とを接着している樹脂材料の熱に起因する剥がれが進行する。

このように、太陽電池に、ドーピングされた不純物の密度が局所的に高い箇所（不純物の集積部）が存在すると、当該箇所を流れる電流の増加、それに伴う当該箇所の発熱、発熱に起因する太陽電池と放熱基台とを接着している樹脂材料の剥がれ、放熱不足による温度上昇、温度上昇による当該箇所の不純物の密度の上昇（不純物の高い層からの不純物の拡散の促進）、不純物の密度の上昇に起因する当該箇所を流れる電流の更なる増加、という悪循環を生じる。そしてこのような状況が長期間にわたると、当該不純物の密度の高い箇所（不純物の集積部）を起点として、太陽電池にクラック（亀裂）などが生じることがある。そうすると、太陽電池の発電能力が低下するおそれがある。

このような現象は、太陽光を集光して発電する集光型の太陽光発電システムにおいて発生しやすい。特に、太陽光を１００倍以上に集光する装置の太陽電池においては重要な問題となる。たとえば、５００倍に集光して使用する太陽電池の場合、電流集中による局所的な発熱は、５００倍の自乗（２５０，０００倍）で効いてくる。つまり、通常の太陽電池では問題にならない電流不均一による太陽電池の劣化の進行が、集光型太陽電池では深刻な問題となるのである。

また、集光型の太陽光発電システムは、基本的に太陽からの直射光を発電に用いる。したがって、太陽が雲に隠れた状態から、太陽に雲がかかっていない状態に変化すると、発電出力がゼロから急激に上昇する。発電出力が急激に変化した場合、インバータの負荷条件の応答が遅れることがある。そうすると、発電した電力を負荷に供給できずに、電流が一時的に太陽電池に逆流して、太陽電池が、発生した電力を自ら消費する状況が生じる。また、電気設備の保全上、太陽電池により発電を行っている状態にありながら、発電出力を遮断することもありえる。このような場合にも、太陽電池は、発生した電力を自ら消費する状況が生じる。

そうすると、太陽電池に電流が流れるから、太陽電池に不純物の集積部が存在すると、当該箇所を流れる電流が、他の箇所を流れる電流よりも大きくなり、前記のような問題が生じることがある。したがって、集光型の太陽光発電システムの長期的な信頼性を確保するためには、不純物のドーピングの不均一さが所定の値以上の太陽電池（すなわち、不純物の集積部が存在する太陽電池）を用いないようにすることが好ましい。

特開２００５−１４２３８６号公報特開２００７−１６５４８５号公報

上記実情に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、長期間にわたる使用において信頼性の低い太陽電池を検出することができる太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法を提供すること、または、クラック（亀裂）などが発生するおそれのある太陽電池を検出することができる太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法を提供すること、または、不純物のドーピングの密度が不均一な部分を有する太陽電池を検出することができる太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明は、集光式の太陽電池の検査装置であって、検査対象物である太陽電池に直流電圧を印加できる電源と、直流電圧が印加された前記太陽電池の表面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像を白黒二値化する二値化手段と、二値化された画像に基づいて前記太陽電池が良品であるか不良品であるかを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を出力する出力手段と、を備えることを要旨とするものである。

詳しくは、集光式の太陽電池の検査装置であって、検査対象物である太陽電池に直流電圧を印加して前記太陽電池をルミネセンス発光させる電源と、ルミネセンス発光している前記太陽電池の表面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像においてルミネセンス発光の強度が他の箇所に比較して局所的に高い箇所を白色としルミネセンス発光の強度が低い箇所を黒色とする二値化手段と、二値化された画像に白色の部分が存在する場合には前記太陽電池は不良品であると判定し前記二値化された画像に白色の部分が存在しない場合には前記太陽電池は良品であると判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を出力する出力手段と、を備えることを要旨とするものである。

本発明は、集光式の太陽電池の検査装置であって、検査対象物である太陽電池に光エネルギを照射して前記太陽電池をルミネセンス発光させる光エネルギ照射手段と、ルミネセンス発光している前記太陽電池の表面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像においてルミネセンス発光の強度が他の箇所に比較して局所的に高い箇所を白色としルミネセンス発光の強度が低い箇所を黒色とする二値化手段と、二値化された画像に白色の部分が存在する場合には前記太陽電池は不良品であると判定し前記二値化された画像に白色の部分が存在しない場合には前記太陽電池は良品であると判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を出力する出力手段と、を備えることを要旨とするものである。

ここで、検査対象物である集光式の太陽電池を冷却する冷却手段をさらに備えることが好ましい。

本発明は、集光式の太陽電池の検査方法であって、検査対象物である太陽電池に直流電圧を印加して前記太陽電池をルミネセンス発光させる段階と、ルミネセンス発光している前記太陽電池の表面を撮像する段階と、撮像された画像においてルミネセンス発光の強度が他の箇所に比較して局所的に高い箇所を白色としルミネセンス発光の強度が低い箇所を黒色とする白黒二値化の段階と、二値化された画像に白色の部分が存在する場合には前記太陽電池は不良品であると判定し前記二値化された画像に白色の部分が存在しない場合には前記太陽電池は良品であると判定する段階と、を備えることを要旨とするものである。

本発明によれば、局所的にルミネセンス発光の強さが強い箇所がある太陽電池を不良品として判定することができる。局所的にルミネセンス発光の強さが強い箇所は、電流が他の箇所に比較して大きい箇所であり、電流が大きい箇所は、ドーピングされた不純物の集積部であると考えられる。そしてドーピングされた不純物の集積部を有する太陽電池は、長期間にわたって使用すると、当該箇所（不純物の集積部）を起点としてクラック（亀裂）などが発生するおそれがある。したがって、局所的にルミネセンス発光の強さが強い箇所がある太陽電池を不良品として判定すれば、長期間の使用において信頼性の低い太陽電池を検出できる。逆に言うと、長期間の使用において信頼性の高い太陽電池を供給することができる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態にかかる太陽電池の検査装置および太陽電池の検査方法の概略は、次のとおりである。

エピタキシャル成長により製造された化合物系の太陽電池は、ドーピングされた不純物の集積部がルミネセンス（luminescence：ルミネッセンスとも称する）発光することが知られている。ルミネセンス発光は、半導体に強い光を照射したときなどに、半導体のバンドギャップに相当する波長の光を発する現象である。発明者らは、太陽電池を長期間にわたって使用すると、太陽電池に流れる電流が集中する箇所を起点として、クラック（亀裂）などが発生することを知見した。さらに本発明者らは、電流が集中する箇所と、ドーピングした不純物の集積部とが一致していることを知見した。

そこで、かかる知見に基づいて本発明においては、局所的なルミネセンス発光が検出される太陽電池は、当該局所的にルミネセンス発光する箇所が不純物の集積部であるとみなす。そして、当該不純物の集積部には、電流が集中する（他の箇所に比較して大きい電流が流れる）ものとみなす。さらに、局所的にルミネセンス発光する太陽電池を長期間にわたって使用すると、当該箇所を起点としてクラックが発生するおそれがあるとみなす。本発明においては、太陽電池に電流を流すなどする。そして太陽電池の局所的なルミネセンス発光を検出することによって、局所的に大きい電流が流れる箇所が存在するかを検出する。検出した結果に基づいて、太陽電池の良否を判定する。

図１は、本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ａの構成を、模式的に示した図である。図１に示すように、本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ａは、太陽電池３を載置できるステージ１１と、太陽電池３の表面を撮像できる撮像手段１２と、太陽電池３に電流を流すことができる電源１３と、撮像した画像を照度に応じて二値化する二値化手段１４と、二値化した画像に基づいて太陽電池３の良否を判定する判定手段１５と、判定結果を出力する出力手段１６と、を備える。

ステージ１１は、その上面に太陽電池３を載置することができる。たとえばこのステージ１１は、図略の真空吸着機構を備え、太陽電池３を吸着して保持することができる。また、このステージ１１は、図略の冷却機構を備え、ステージ１１の上面に載置される太陽電池３を冷却することができる。この冷却機構には、たとえば水冷機構やペルチェ素子を用いた冷却機構が適用できる。このように、ステージ１１は、太陽電池３を吸着しつつ冷却することができるから、太陽電池３を全面にわたって均一に効率よく冷却することができる。

撮像手段１２は、ステージ１１の上面に載置される太陽電池３の表面を撮像することができる。この撮像手段１２には、たとえばＣＣＤカメラなど、公知の各種撮像手段が適用できる。撮像手段１２の解像度（分解能）は、撮像する太陽電池３の表面におけるルミネセンス発光のスポット径よりも小さいことが好ましい。たとえば、太陽電池３のルミネセンス発光のスポット径が５００μｍ程度である場合には、撮像手段の分解能は、１００μｍ以下であることが好ましい。すなわち、撮像手段１２は、太陽電池３の表面を、１００μｍ以下の分解能で撮影できる性能を有することが好ましい。また、撮像手段１２の撮像画像の波長の範囲は、６５０〜８００ｎｍであることが好ましい。

電源１３は、太陽電池３に直流電圧を印加し直流電流を流すことができる。具体的には、電源１３は、太陽電池３の正極側に正（プラス）電圧を、負極側に負（マイナス）の直流電圧を印加し直流電流を流すことができる。この電源１３の性能は、１．７Ｖ、０．５Ａ程度の容量を有することが好ましい。

二値化手段１４は、撮像した太陽電池３の表面の画像を二値化することができる。すなわち撮像した太陽電池３の表面の画像の各ピクセルのうち、所定の閾値を超える（または所定の閾値以上）の照度のピクセルを白色のピクセルとし、所定の閾値以下の（または所定の閾値未満の）照度のピクセルを黒色のピクセルとする。

この「所定の閾値」は、電源１３が太陽電池３に電流を流し、太陽電池３がルミネセンス発光した場合において、太陽電池３のルミネセンス発光の平均照度よりは高く、局所的なルミネセンス発光の照度よりは低い値である。すなわち、撮像された太陽電池３の表面の画像の各ピクセルについて、ルミネセンス発光の平均照度程度以下の照度のピクセルを黒色とし、局所的なルミネセンス発光を検出したピクセルについては白色とする。このようにして、局所的なルミネセンス発光が存在するか否かを識別することができる。または、局所的なルミネセンス発光と他の部分とを区別することができる。

判定手段１５は、前記二値化手段１４により二値化された画像に基づいて、撮像された太陽電池３が良品であるか不良品であるかを判定する。具体的な判定方法などについては後述する。

出力手段１６は、判定手段１５の判定結果を出力する。たとえばディスプレイ装置（ＣＲＴや液晶表示装置などの公知の各種表示装置）や、印刷装置（公知の各種プリンタ）が適用できる。要は、出力手段１６は、判定手段１５の判定結果を出力することができるものであればよく、その種類や構成が限定されるものではない。

なお、二値化手段１４、判定手段１５および出力手段１６は、たとえばパーソナルコンピュータなどによって具現化されうる。

このような構成を備える太陽電池の検査装置１ａを用いた太陽電池の検査方法（すなわち、本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法）は、次のとおりである。図２は、本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法を示したフローチャートである。

ステップＳ１−１において、ステージ１１の上面に載置された太陽電池３に、電源１３から電流が流される。太陽電池３に電流が流れると、太陽電池３はルミネセンス発光する。太陽電池３にドーピングされている不純物が不均一である場合には（すなわち、ドーピングされた不純物の密度が均一ではなくムラがある場合には）、ドーピングされた不純物の密度が高い箇所（すなわち不純物の集積部）に流れる電流は、他の箇所に流れる電流よりも大きくなる。そして、流れる電流の大きさに応じて、ルミネセンス発光の強度が不均一になる。具体的には、大きい電流が流れる箇所（すなわち、不純物の集積部）は、その他の箇所に比較して、局所的に発光強度が高くなる。すなわち、不純物の集積部はスポット状の輝点となる。

ステップＳ１−２において、電流が流されている太陽電池３が撮像される。すなわち、電流が流れておりルミネセンス発光している太陽電池３の表面が撮像される。前記のとおり、太陽電池３は電流が流れるとルミネセンス発光し、各部の発光強度は各部を流れる電流の大きさに応じて異なる。そして流れる電流の大きさは、各部のドーピングされた不純物の密度に応じて異なる。したがって、撮像された画像（すなわち、ルミネセンス発光している太陽電池３の画像）は、各部を流れる電流の大きさ（すなわち、ドーピングされた不純物の各部における密度）に応じて照度が異なる画像となる。特に、ドーピングされた不純物の密度が高い箇所は、他の箇所に比較して照度が高く、輝点として撮像されることになる。

なお、撮像の実行（ステップＳ１−２）は、太陽電池３に電流を流すと同時か、または電流を流し始めた直後に行うことが好ましい。少なくとも、太陽電池３が熱的な平衡状態に達するよりも前に撮像を行うことが望ましい。具体的には、電流を流し始めてから数秒以内に撮像を行うことが好ましい。このようにする理由は、太陽電池３に電流を流し続けると、発熱によって太陽電池３の平均温度が上昇し、正常な状態ではなくなるおそれがあるためである。また、太陽電池３に電流を流すと同時かまたはその直後であれば、発熱箇所と他の箇所との温度差が大きく、電流差も大きいため、温度差や電流差のコントラストが高い状態での画像を撮像することができる。このため、正確に測定を行うことができる。

ステップＳ１−３において、所定の閾値が設定される。この「所定の閾値」は、局所的なルミネセンス発光が存在するか否かを識別するための値、または、局所的にルミネセンス発光している箇所と、他の箇所とを区別するための値である。この所定の閾値は照度値またはエネルギ密度（たとえば単位：Ｗ／ｃｍ^２）であり、電源１３が太陽電池３に電流を流し、太陽電池３がルミネセンス発光している場合において、太陽電池３のルミネセンス発光の平均照度よりは高く、局所的なルミネセンス発光（すなわち輝点）の照度よりは低い値である。すなわち、撮像した画像について、この「所定の閾値」を超える照度のピクセルは、局所的にルミネセンス発光しているピクセルであり、この「所定の閾値」以下の照度のピクセルは、局所的にルミネセンス発光していないピクセルである。

具体的には前記のとおり、太陽電池３のルミネセンス発光の平均照度よりは高く、局所的なルミネセンス発光の照度よりは低い値に設定される。たとえば、撮像した画像の平均照度を算出し、この平均照度の１０倍の照度を閾値とする。また、太陽電池３における局所的なルミネセンス発光が生じた場合において、当該局所的なルミネセンス発光の発光エネルギが既知である場合または推測できる場合には、各ピクセルの発光エネルギ密度の絶対値を閾値としても良い。具体的には、局所的なルミネセンス発光の発光エネルギ密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２程度である場合には、閾値を０．００１Ｗ／ｃｍ^２としても良い。要は、局所的に強い光を発しているスポットがある場合に、そのスポットを他の部分から識別できる値であればよい。

ステップＳ１−４において、二値化手段１４は、撮像手段１２により撮像された画像（太陽電池３の画像）を二値化する。具体的には、二値化手段１４は、前記画像について、前記閾値よりも照度（またはエネルギ密度）が高いピクセルを白色と認定し、前記閾値以下の照度（またはエネルギ密度）のピクセルを黒色と認定する。そして二値化手段１４は、白黒二値化した画像を作成する。

ステップＳ１−５において、判定手段１５は、二値化手段１４が二値化した画像に白色のピクセルが含まれるか否かを判定する。すなわち、撮像された画像に、前記所定の閾値よりも照度（またはエネルギ密度）が高いピクセルが存在するかどうかを判定する。そして、二値化された画像に白色のピクセルが存在する場合には（すなわち、前記所定の閾値よりも照度またはエネルギ密度が高いピクセルが存在する場合には）、判定手段１５は、撮像手段１２が撮像した当該太陽電池３を、不良品として判断する（ステップＳ１−６へ）。一方、二値化された画像に白色のピクセルが存在しない場合には（換言すると、黒色のピクセルしか存在しない場合、または閾値を越える照度もしくはエネルギ密度のピクセルが存在しない場合には）、判定手段１５は、撮像手段１２が撮像した当該太陽電池３を、良品として判断する（ステップＳ１−７へ）。

ステップＳ１−８において、出力手段１６は、判定手段１５の判定結果を出力する。すなわち、出力手段１６は、撮像手段１２が撮像した太陽電池３が、良品であるか不良品であるかの判定結果を出力する。

このような太陽電池の検査方法によれば、局所的にルミネセンス発光の強さが強い箇所がある太陽電池を不良品として判定することができる。前記のとおり、局所的にルミネセンス発光の強さが強い箇所は、電流が他の箇所に比較して大きい箇所であり、電流が大きい箇所は、ドーピングされた不純物の集積部である。そしてドーピングされた不純物の集積部を有する太陽電池は、長期間にわたって使用すると、当該箇所（不純物の集積部）を起点としてクラック（亀裂）などが発生するおそれがある。したがって、局所的にルミネセンス発光の強さが強い箇所がある太陽電池を不良品として判定すれば、長期間の使用において信頼性の低い太陽電池を検出できる。逆に言うと、長期間の使用において信頼性の高い太陽電池のみを供給することができる。

次に、本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査装置について説明する。

図３は、本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ｂの構成を、模式的に示した図である。図３に示すように、本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ｂは、太陽電池３を載置できるステージ１１と、太陽電池３の表面を撮像できる撮像手段１２と、太陽電池３に光エネルギを照射することができる光エネルギ照射手段１７と、撮像した画像を照度に応じて二値化する二値化手段１４と、二値化した画像に基づいて太陽電池３の良否を判定する判定手段１５と、判定結果を出力する出力手段１６と、を備える。

なお、本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ｂは、主には、光エネルギ照射手段１７を備え、電源１３を備えないところが、第一実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ａと相違する。ステージ１１、撮像手段１２、二値化手段１４、判定手段１５、出力手段１６は、前記本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査装置１ａと同じものが適用できる。したがって、共通する部分については同じ符号を付して示し、説明は省略する。

光エネルギ照射手段１７は、ステージ１１の上面に載置される太陽電池３の表面に、所定の波長の光エネルギを照射することができる。この光エネルギの波長は、太陽電池３にルミネセンス発光を発生させることができる波長であって、かつ、太陽電池３のルミネッセンス発光の光の波長とは異なる波長であることが好ましい。このような波長の光エネルギが太陽電池３の表面に照射されると、太陽電池３はルミネセンス発光をする。そして、太陽電池３のルミネセンス発光による光の波長と、光エネルギ照射手段１７が発する光エネルギの波長とが相違すると、太陽電池３のルミネセンス発光の光と、光エネルギ照射手段１７が発して太陽電池３の表面で反射した光とを区別することができる。

具体的には、太陽電池３のルミネセンス発光の光の波長が７００ｎｍである場合には、光エネルギ照射手段１７が照射する光エネルギの波長は、３００〜６００ｎｍ程度であることが好ましい。なお、光エネルギ照射手段としては、具体的には、フラッシュランプ、高出力ＬＥＤ、レーザ光源などが適用できる。

このような構成を備える太陽電池の検査装置１ｂを用いた太陽電池の検査方法（すなわち、本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査方法）は、次のとおりである。図４は、本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査方法を示したフローチャートである。

ステップＳ２−１において、光エネルギ照射手段１７は、ステージ１１の上面に載置された太陽電池３に、前記所定の波長の光エネルギを照射する。太陽電池３は、光エネルギが照射されると発電する。そして太陽電池３の電極に負荷が接続されない場合には、太陽電池３が発生した電力は太陽電池３自身が消費する。すなわち太陽電池３に電流が流れ、流れた電流によって太陽電池３がルミネセンス発光する。

太陽電池３にドーピングされている不純物が不均一である場合には（すなわち、ドーピングされた不純物の密度が均一ではなくムラがある場合には）、ドーピングされた不純物の密度が高い箇所（すなわち不純物の集積部）に流れる電流は、他の箇所に流れる電流よりも大きくなる。そして、流れる電流の大きさに応じて、ルミネセンス発光の強度が不均一になる。具体的には、大きい電流が流れる箇所（すなわち、不純物の集積部）は、その他の箇所に比較して、局所的に発光強度が高くなる。すなわち、不純物の集積部はスポット状の輝点となる。

ステップＳ２−２において、光エネルギが照射されて電流が流れている太陽電池３が撮像される。すなわち、電流が流れておりルミネセンス発光している太陽電池３の表面が撮像される。このステップＳ２−２は、第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法のステップＳ１−２とほぼ同じである。

なお、撮像の実行（ステップＳ２−２）は、太陽電池３に光エネルギを照射すると同時か、または光エネルギを照射し始めた直後に行うことが好ましい。少なくとも、太陽電池３が熱的な平衡状態に達するよりも前に撮像を行うことが望ましい。具体的には、光エネルギを照射し始めてから数秒以内に撮像を行うことが好ましい。このようにする理由は、太陽電池３に光エネルギを照射し続けると、電流により太陽電池３が発熱して平均温度が上昇し、正常な状態ではなくなるおそれがあるためである。また、太陽電池３に光エネルギを照射すると同時か、またはその直後であれば、発熱箇所と他の箇所との温度差が大きく、電流差も大きいため、温度差や電流差のコントラストが高い状態での画像を撮像することができる。このため、正確に測定を行うことができる。さらに、熱の影響を除去または抑制するため、光エネルギは、連続光（時間的に連続して継続する光エネルギ）出はなく、間歇光であることが好ましい。

ステップＳ２−３において、所定の閾値が設定される。この「所定の閾値」は、局所的なルミネセンス発光が存在するか否かを識別するための値、または、局所的にルミネセンス発光している箇所と、他の箇所とを区別するための値である。この「所定の閾値」は、第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法におけるステップＳ１−３において設定される「所定の閾値」と同じである。したがって、説明は省略する（第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法におけるステップＳ１−３の説明を参照）。

ステップＳ２−４において、二値化手段１４は、撮像手段１２により撮像された画像（太陽電池３の画像）を二値化する。このステップＳ２−４は、第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法におけるステップＳ１−４とほぼ同じである。したがって説明は省略する（第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法におけるステップＳ１−４の説明を参照）。

なお、撮像された画像を二値化するに際して、反射光の影響を除去または抑制するために、ＣＣＤカメラには、フィルタが取り付けられる。このフィルタは、太陽電池３のルミネセンス発光の波長の光エネルギを透過し、太陽電池３をルミネセンス発光させるために照射した波長の光エネルギを遮断する。このようなフィルタを用いれば、太陽電池３をルミネセンス発光させるために照射した光エネルギの影響を除去できる。なお、このようなフィルタには、公知の各種バンドパスフィルタやバンドカットフィルタなどが適用できる。

ステップＳ２−５において、判定手段１５は、二値化手段１４が二値化した画像に白色のピクセルが含まれるか否かを判定する。そして判定手段１５は、この判定結果に基づいて、撮像手段１２が撮像した太陽電池３を、良品であるかまたは不良品であるか判定する。このステップＳ２−５は、第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法におけるステップＳ１−５とほぼ同じである。したがって説明は省略する（第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法におけるステップＳ１−５の説明を参照）。

ステップＳ２−８において、出力手段１６は、判定手段１５の判定結果を出力する。すなわち、出力手段１６は、撮像手段１２が撮像した太陽電池３が、良品であるか不良品であるかの判定結果を出力する。

このような方法によっても、第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法と同様の作用効果を奏することができる。

次いで、本発明の実施例について説明する。

２４個の太陽電池セルについて、本発明の実施形態にかかる集光式の太陽電池の検査方法を用いて検査を実施し、その後、各太陽電池セルについて耐久試験（エージング）を実施した。そして、各太陽電池セルの検査結果と耐久試験結果とを対比し、本発明の有効性について検証した。

本発明の実施条件は次のとおりである。各太陽電池セルに１．８Ｖの直流電圧を順方向に印加し、電圧を印加開始してから３秒後に撮像を行う。そして撮像した画像を白黒二値化し、白色のピクセルが存在するものを不良品、白色のピクセルが存在しないものを良品とする。なお、撮像の画素数は１０２４×７６８ピクセルである。検査対象とした太陽電池セルは、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／Ｇｅの格子整合でＭＯＣＶＤによりエピキシャル成長させた３接合モノリシックセルである。太陽電池セルのサイズは、７ｍｍ×９ｍｍであり、このうち受光部のサイズは７ｍｍ×７ｍｍであり、残りの部分は電極部である。

耐久試験（エージング）の方法は次のとおりである。図５は、耐久試験（エージング）の内容を模式的に示したタイムチャートである。最高温度が１１０℃、最低温度が−４０℃で、２時間周期で最高温度と最低温度とを交互に繰り返す環境下に、太陽電池セルを置く。なお、最高温度に達した状態および最低温度に達した状態は、各サイクルにおいて１０分間維持される。この温度変化のサイクルは、実際の使用状態における「季節」による温度変化を模擬的に作りだしたものである。すなわち、高温に達した状態が模擬的な「夏」であり、低温に達した状態が模擬的な「冬」である。

そして、その環境下に置かれた太陽電池セルに、６分周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すように（各ＯＮ時間、ＯＦＦ時間が３分ずつ）、４Ａの電流を順方向に流す。これは、この電流のＯＮ／ＯＦＦは、実際の使用状態における「１日」を模擬的に作りだしたものである。すなわち、電流を流している間が太陽が出ている模擬的な「昼間」であり、電流を流していない間が、太陽の出ていない模擬的な「夜間」である。

まず、２４個の太陽電池セルについて、本発明の実施例にかかる太陽電池の検査方法を用いて前記条件で検査を実施した。その結果、そのうちの１６個が良品として判定され、残りの８個が不良品として判定された。次いで、各太陽電池セルについて、耐久試験（エージング）を実施した。その結果、良品として判定された１６個の太陽電池セルは、温度変化のサイクルを５００サイクル繰り返しても、いずれも異常は発生しなかった。これに対して不良品と判断された８個の太陽電池セルは、そのうちの１個が温度変化のサイクルを５００サイクル繰り返しても異常は発生しなかったが、その他の７個の太陽電池セルは、５００サイクルに到達する前に異常が発生した。具体的には、１個が３７サイクル目、１個が１１６サイクル目、１個が１４５サイクル目、１個が１９７サイクル目、１個が３６９サイクル目、１個が４２０サイクル目、１個が４５２サイクル目で異常が発生した。

このように、本発明の実施例によれば、使用開始後早期に異常が発生するであろう太陽電池セルを、高い精度で検出することができることが確認された。換言すると、長期間の使用に対して信頼性の高い太陽電池を抽出することができることが確認された。

図６は、異常が発生した太陽電池セルを撮影した画像である。具体的にはそれぞれ、図６（ａ）は、ルミネセンス発光をしている太陽電池を撮像した画像であり、図６（ｂ）は、この画像を二値化した画像であり、図６（ｃ）は、この太陽電池を長期間にわたって使用した後のクラックが入った画像である。

図６（ａ）に示すように、太陽電池に電流を流すと、局所的にルミネセンス発光の強度が強い箇所が見出された。当該箇所は、他の箇所に比較して電流が多く流れている箇所であると考えられ、また、ドーピングされた不純物の集積部であると考えられる。そして、この画像を二値化すると、図６（ｂ）に示すように、ルミネセンス発光の強度が強い箇所が白色ピクセルとして認識された。さらに図６（ｃ）に示すように、このような太陽電池を長期間にわたって使用し続けると、前記局所的にルミネセンス発光の強度が強い箇所を起点として、クラック（亀裂）が生じた。

このように、太陽電池をルミネセンス発光させた場合において、局所的にルミネセンス発光の強度の強い箇所を有する場合には、長期間使用すると、当該箇所を起点としてクラックが生じる。したがって、本発明のように、太陽電池をルミネセンス発光させた場合において、局所的にルミネセンス発光の強度が強い箇所を有する場合には、当該太陽電池を不良品と判断する構成であると、長期的な信頼性の高い太陽電池を提供することができる（換言すると、長期的な信頼性の低い太陽電池を検出して除去することができる）。

以上、本発明の各種実施形態および実施例について説明したが、本発明は、前記実施形態または実施例に何ら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることはいうまでもない。

たとえば、前記実施形態においては、太陽電池セルの表面を撮像する構成を示したが、表面の温度分布（発熱分布）を検出する構成であっても良い。太陽電池セルの表面の温度分布（発熱分布）を検出する手段としては、たとえば赤外線などを用いた熱画像撮像装置が適用できる。このような構成においても、所定の温度を閾値として二値化することによって、局所的な発熱部分を検出することができる。

本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査装置の構成を、模式的に示した図である。本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査方法の流れを、模式的に示したフローチャートである。本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査装置の構成を、模式的に示した図である。本発明の第二実施形態にかかる太陽電池の検査方法の流れを、模式的に示したフローチャートである。太陽電池セルの耐久試験（エージング）の条件を、模式的に示したグラフ（タイムチャート）である。（ａ）は電流が流されて局所的にルミネセンス発光している太陽電池の画像、（ｂ）は、（ａ）を白黒二値化した画像、（ｃ）は、当該局所的にルミネセンス発光する箇所を起点としてクラックが入った太陽電池の画像である。太陽電池組立体の構成の従来例を、模式的に示した外観斜視図である。

符号の説明

１ａ本発明の第一実施形態にかかる太陽電池の検査装置
１１ステージ
１２撮像手段
１３電源
１４二値化手段
１５判定手段
１６出力手段
１７光エネルギ照射手段
３太陽電池
９太陽電池の一般的な構成例
９１太陽電池セル
９２第一の電極
９３第二の電極
９４裏打ち板

Claims

集光式の太陽電池の検査装置であって、検査対象物である太陽電池に直流電圧を印加できる電源と、直流電圧が印加された前記太陽電池の表面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像を白黒二値化する二値化手段と、二値化された画像に基づいて前記太陽電池が良品であるか不良品であるかを判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする太陽電池の検査装置。
集光式の太陽電池の検査装置であって、検査対象物である太陽電池に直流電圧を印加して前記太陽電池をルミネセンス発光させる電源と、ルミネセンス発光している前記太陽電池の表面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像においてルミネセンス発光の強度が他の箇所に比較して局所的に高い箇所を白色としルミネセンス発光の強度が低い箇所を黒色とする二値化手段と、二値化された画像に白色の部分が存在する場合には前記太陽電池は不良品であると判定し前記二値化された画像に白色の部分が存在しない場合には前記太陽電池は良品であると判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする太陽電池の検査装置。
集光式の太陽電池の検査装置であって、検査対象物である太陽電池に光エネルギを照射して前記太陽電池をルミネセンス発光させる光エネルギ照射手段と、ルミネセンス発光している前記太陽電池の表面を撮像する撮像手段と、該撮像手段が撮像した画像においてルミネセンス発光の強度が他の箇所に比較して局所的に高い箇所を白色としルミネセンス発光の強度が低い箇所を黒色とする二値化手段と、二値化された画像に白色の部分が存在する場合には前記太陽電池は不良品であると判定し前記二値化された画像に白色の部分が存在しない場合には前記太陽電池は良品であると判定する判定手段と、該判定手段の判定結果を出力する出力手段と、を備えることを特徴とする太陽電池の検査装置。
前記集光式の太陽電池を冷却する冷却手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽電池の検査装置。
集光式の太陽電池の検査方法であって、検査対象物である太陽電池に直流電圧を印加して前記太陽電池をルミネセンス発光させる段階と、ルミネセンス発光している前記太陽電池の表面を撮像する段階と、撮像された画像においてルミネセンス発光の強度が他の箇所に比較して局所的に高い箇所を白色としルミネセンス発光の強度が低い箇所を黒色とする白黒二値化の段階と、二値化された画像に白色の部分が存在する場合には前記太陽電池は不良品であると判定し前記二値化された画像に白色の部分が存在しない場合には前記太陽電池は良品であると判定する段階と、を備えることを特徴とする太陽電池の検査方法。