JP2010278192A - 太陽電池評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池をより正確に評価することができる太陽電池評価装置を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池の評価装置は、青系の波長領域の光を照射する光源１１と、光源１１からの光を太陽電池に導く光学系と、光源１１から出射された光を太陽電池に照射したときの短絡電流を測定する検出部と、光源の代わりに配置され、光学系を用いて太陽電池に電流を流したときに発生するエレクトロルミネッセンス光の強度を測定する測定部と、短絡電流の分布及び前記エレクトロルミネッセンス光の強度分布に基づいて、太陽電池の評価を行う処理部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の評価装置に関する。

太陽電池において、光エネルギーから電気エネルギーへの変換効率は最も重要な性能の一つである。太陽電池の生産規模は発電電力の総量で評価されることが多く、生産規模を向上させるためには、変換効率の高い太陽電池を実現することが不可欠である。

この変換効率に影響を与えるパラメータの１つとして、短絡光電流がある。これは、短絡状態に接続した太陽電池に光を照射した際に発生する電流をいう。照射された光の全てが電流に変換されることが望ましいが、実際には様々な損失の過程があり、照射された光の全てが電流に変換されるわけではない。

そこで、従来から、太陽電池の変換効率の波長依存性を評価することが行われている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、太陽電池に負荷を接続した状態及び接続しない状態のそれぞれにおいて、選択された波長の光を太陽電池に照射して変換効率を求めている。また、太陽電池に照射する光の波長を選択する選択器としては、それぞれ異なる通過帯域を有する複数個のバンドパスフィルタが用いられている。

また、太陽電池を評価する他の方法として、太陽電池を順方向にバイアスすることでエレクトロルミネッセンス光（ＥＬ光）を生じさせる方法がある。ＥＬ光を観察することにより、電流密度分布の不均一性の評価や、ｐｎ接合をリークさせる欠陥の評価等を行うことができる。

特開昭６０−８３３８１号公報

しかしながら、ＥＬ光を観察する方法では、発生するＥＬ光の波長を変化させることはできないため単一の情報しか得られない。このため、ＥＬ光の観察のみでは、太陽電池の評価が正確になされているとは言い難い。

本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、本発明の目的は、太陽電池をより正確に評価することができる太陽電池評価装置を提供することである。

本発明の第１の態様に係る太陽電池評価装置は、青系の波長領域の光を照射する光源と、前記光源からの光を太陽電池に導く光学系と、前記光源から出射された光を太陽電池に照射したときの短絡電流を測定する検出部と、前記光源の代わりに配置され、前記光学系を用いて前記太陽電池に電流を流したときに発生するエレクトロルミネッセンス光の強度を測定する測定部と、前記短絡電流の分布及び前記エレクトロルミネッセンス光の強度分布に基づいて、前記太陽電池の評価を行う処理部とを備えるものである。これにより、太陽電池をより正確に評価することが可能となる。

本発明の第２の態様に係る太陽電池評価装置は、上記の装置において、前記光源は線状の光を照射するものであり、前記光学系は、前記光源から出射された線状の光を太陽電池の照射領域へ反射する円筒鏡であって、前記照射領域を焦点とする略楕円の一部である反射面を有する円筒鏡とを備えるものである。これにより、太陽電池に照射する光の強度を向上させることができる。

本発明の第３の態様に係る太陽電池評価装置は、上記の装置において、前記光源からの光を反射し、前記円筒鏡へと導く平面鏡をさらに備えることを特徴とするものである。これにより、装置の大型化を防ぐことができる。

本発明の第４の態様に係る太陽電池評価装置は、上記の装置において、前記光源からの光の波長を選択する波長選択部をさらに備えるものである。このように、線状の光のうちの所定の青系の波長を選択することができる。光源からの照明強度を向上させているため、狭い透過波長帯域の波長選択部を用いたとしても、十分な照明強度を得ることができる。このため、効率分布をより詳細に測定することが可能となる。

本発明の第５の態様に係る太陽電池評価装置は、上記の装置において、前記円筒鏡に入射する光の光軸と、前記円筒鏡から前記太陽電池の照射領域へ向かう光の光軸とのなす角は、４５°以下であることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の太陽電池評価装置。これにより、収差を抑制することができ、正確に短絡電流分布を測定することができる。

本発明の第６の態様に係る太陽電池評価装置は、上記の装置において、前記太陽電池の有効面積を測定する面積測定手段をさらに備えるものである。これにより、より正確に太陽電池の効率分布を求めることができる。

本発明の第７の態様に係る太陽電離評価装置は、上記の装置において、前記太陽電池に対する線状の光の方向を変化させる手段をさらに有し、前記処理部は、前記変化手段によって線状の光を異なる方向とした時の検出結果に基づいて、前記太陽電池の短絡電流分布を算出するものである。これにより、より正確に太陽電池の効率分布を求めることが可能となる。

本発明の第８の態様に係る太陽電池評価装置は、上記の装置において、前記青系の波長域の光の波長は、４００〜４４０ｎｍであることを特徴とするものである。本発明は、このような場合に特に有効である。

前記光源は、複数本の光ファイバからなるバンドルファイバを有し、前記光ファイバの出射面はライン状に並ぶように配置されていることを特徴とするものである。これにより、略均一な光を太陽電池に照射することができる。

本発明によれば、太陽電池をより正確に評価することができる太陽電池評価装置を提供することができる。

実施の形態に係る太陽電池の評価装置の構成を模式的に示す図である。 太陽電池のカメライメージ、ＥＬイメージ、白系、青系の波長域の光をそれぞれ太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージの例を示す図である。 実施の形態に係る太陽電池評価装置において得られるフィルファクタについて説明するための図である。 太陽電池のＥＬイメージ、白系、青系の波長域の光をそれぞれ太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージ、フィルファクタイメージの例を示す図である。 太陽電池のＥＬイメージ、白系、青系の波長域の光をそれぞれ太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージ、フィルファクタイメージの例を示す図である。

発明者が鋭意検討を行った結果、太陽電池セル２０に電流を流すことにより発生する光（エレクトロルミネッセンス光：以下、ＥＬ光とする）発光強度分布と、太陽電池セル２０に青系の照明光を照射した場合の短絡電流分布とは相関が大きいことが分かった。そこで、本発明者は、ＥＬ光による太陽電池の評価と、青系の照明光を照射した場合に発生する短絡電流分布とを組み合わせて、太陽電池の評価を行うことを考えた。

また、特許文献１に記載のように、バンドパスフィルタを用いて光の波長を選択すると、太陽電池に照射される照明強度が低下し、ほとんど電流に変換されない事態が発生するという問題があった。本発明者は、この問題に鑑みて、高効率の照明光学系をさらに組み合わせることを考えた。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池評価装置について、図１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態に係る太陽電池評価装置１０の構成を模式的に示す図である。太陽電池評価装置１０は、太陽電池セル２０に光を照射したときの電流を測定する機能と、太陽電池セル２０に電流を流したときに発生する光を測定する機能とを有する。

図１（ａ）は、太陽電池セル２０に光を照射したときの電流を測定する場合の太陽電池評価装置１０の構成を示している。図１（ｂ）は、太陽電池セル２０に電流を流したときに発生する光を測定する場合の太陽電池評価装置１０の構成を示している。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、太陽電池評価装置１０は、光源１１、平面鏡１５、円筒鏡１６、光電子増倍管（Photomultiplier Tube：以下ＰＭＴとする）１７を備えている。まず、図１（ａ）を参照して説明する。図１（ａ）に示すように、太陽電池セル２０に光を照射したときの電流を測定する場合、光源１１、平面鏡１５、円筒鏡１６が用いられる。

図１（ａ）に示す太陽電池評価装置１０は、太陽電池セル２０に所定の波長の照明光を照射して電気変換させ、短絡電流分布を測定するものである。光源１１は、太陽電池セル２０に光を照射する。光源１１としては、ソーラーシミュレータ等の太陽光と同様のスペクトルの光を出射するものを用いることができる。なお、光源１１については、ソーラーシミュレータに限られるものではない。光源１１から出射される光のスペクトルは、太陽光と同様のスペクトルでなくてもよい。

本実施の形態においては、光源１１は、ランプハウス１２、バンドパスフィルタ１３、バンドルファイバ１４を有する。ランプハウス１２としては、キセノンランプハウスや、メタルハライドランプ等を用いることができる。

光源１１には、バンドパスフィルタ１３が設けられている。バンドパスフィルタ１３は、太陽電池セル２０に照射する光の波長を選択するものである。バンドパスフィルタ１３は、それぞれ異なる通過帯域を有する複数個のフィルタを有している。バンドパスフィルタ１３により、光源１４からの波長を可変させて、太陽電池セル２０の効率の測定を行うことができる。すなわち、太陽電池セル２０からの出力電流の波長依存性を測定することができる。

なお、図１（ａ）においては、太陽電池セル２０への照明光学系のみを示している。太陽電池セル２０の出力端子には、太陽電池セル２０の出力電流を検出するための検出器（不図示）が接続されている。検出器は、照明光に対応するライン状の領域での出力電流の積算値をデジタル信号に変換して出力する。検出器からのデジタル信号は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等の記憶領域を備える処理部に入力され、効率分布を算出するために必要な処理が実行される。

ランプハウス１２には、１本のバンドルファイバ１４が接続されている。バンドルファイバ１４は、光ファイバを複数本束ねられたものである。バンドルファイバ１４を構成する複数の光ファイバの出射側端面は、図１の紙面に対して奥に向かって一列のライン上に並ぶように配置される。従って、光源１１は、太陽電池セル２０に線状の光を出射する線状光源である。光源１１から出射される光は、長辺方向に略均一なライン状の光となる。

光源１１からの光は、その光軸を中心として立体角状に広がっている。光源１１からの光のうちの大部分が、光軸を中心とした所定範囲の立体角（有効発光角）内に放射される。この光軸を中心とした有効発光角に含まれる光を有効光として利用する。図１においては、光源１１から出射される光の光軸、すなわち、光の強度分布の中心を一点鎖線で示しており、有効光を実線で示している。

なお、光源１１としては、この例に限られるものではない。例えば、複数のＬＥＤが一列のライン上に所定の間隔を隔てて並ぶように配置したものを用いることも可能である。ＬＥＤとしては、発光体が樹脂やガラスなどの透明体でモールドされたものを用いることができる。

本実施の形態では、光源１１からの有効光の全てが平面鏡１５に導かれる。バンドルファイバ１４から出射された光は、平面鏡１５で反射される。平面鏡１５は、入射する光をその入射角と反射角が同じ角度となるように反射する。

平面鏡１５で反射された光は、円筒鏡１６に入射する。円筒鏡１６は、その断面が楕円の一部である凹面状の反射面を有している。この反射面は、光源１１からのライン状の光が全て入射するように、図１の紙面に対して奥に向かって延在している。すなわち、円筒鏡１６の反射面は、楕円柱体の側面の一部を長手方向に切り出した形状を有している。

平面鏡１５で反射された有効光は全て、円筒鏡１６の反射面に導かれる。なお、円筒鏡１６の断面は、正確な楕円の一部でなくてもよく、複数の円弧を互いに接続した近似楕円の一部や、円の一部であっても構わない。ここでは、円筒鏡１６の断面が楕円、近似楕円、円をまとめて略楕円という。

円筒鏡１６の反射面は、例えばミラーシートを貼着したり、金属蒸着等を行うことにより、鏡面性が付与されている。平面鏡１５からの光は、円筒鏡１６の反射面で反射される。ここで、図１に示すように、平面鏡１５から円筒鏡１６に向かう光の光軸をｂとし、円筒鏡１６から太陽電池セル２０に向かう光の光軸をａとする。光軸ａとｂとのなす角は、４５°以下であることが好ましい。これにより、収差を少なくすることができる。

また、光軸ａが太陽電池セル２０の表面と交わる点をＡとし、平面鏡１５がない場合に、平面鏡１５から円筒鏡１６に向かう光の有効光が交わる光軸ｂ上の仮想の点をＢとする。円筒鏡１６上で光軸ａとｂとが交わる点をＣとする。円筒鏡１６の反射面に沿って規定される楕円の焦点に、点Ａ、Ｂが配置される。点Ａ−Ｃ間の距離は、点Ｂ−Ｃ間の距離と略等しくなっている。すなわち、円筒鏡１６は、入射光を太陽電池セル２０面に集光するように単位共役比デザインとなっている。

円筒鏡１６で反射された光は、太陽電池セル２０上の照射領域に集光される。すなわち、ライン状の光が、太陽電池セル２０に照射される。ライン状の光は、太陽電池セル２０の大きさに比べて充分長くなっている。従って、太陽電池セル２０の一端から他端にわたってライン状の光が照射される。

このように、本実施の形態によれば、光軸を中心として有効光の全てを平面鏡１５、円筒鏡１６により太陽電池セル２０に導くことができる。これは、楕円の一方の焦点から発した全ての光は、楕円の内側で反射して他方の焦点に集束するという楕円の性質を利用したものである。もちろん、近似楕円、円の場合であっても同様の効果を得ることができる。これにより、光源１１からの有効光を太陽電池セル２０に効率よく光を照射することができ、照射する光の照明強度を上げることができる。

例えば、ランプハウス１２として２５０Ｗのキセノンランプハウスを用い、円筒鏡１６として半径１００ｍｍの円筒状のものにミラーシートを貼着したものを用い、光軸ａとｂとのなす角度を４５°とした場合、１Ｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ^２）以上の照明強度を得ることができる。従って、例えば、太陽電池セル２０上での照明範囲が０．５ｍｍ×１０ｍｍの長方形状であるとすると、この範囲内の照明強度は５ｍＷとなる。

従って、バンドパスフィルタ１３として例えば１０ｎｍ程度のバンド幅を有するものを用いても、充分に太陽電池セル２０からの出力が得られる。このように、バンドパスフィルタ１３のバンド幅を狭くすることによって、太陽電池セル２０からの出力電流の波長依存性を正確に測定することができる。

このライン状の照明光を太陽電池セル２０上で移動させることにより、太陽電池セル２０の異なる位置での出力電流を測定することができる。例えば、太陽電池セル２０の一辺に合わせてライン照明を照射した状態で、対向する辺に向かって照明位置を移動させることができる。これにより、太陽電池セル２０の全面をライン照明によって、スキャンすることができる。

太陽電池セル２０に対してライン状の光をスキャンさせている間、検出器からの検出データが処理部に記憶される。照明光の照射位置の制御は、例えば上述した処理部が行うことができる。これにより、処理部は、ライン状の光が太陽電池セル２０のどの位置に入射したときに、どの程度の出力があるかを測定することできる。

そして、太陽電池セル２０を所望の角度だけ回転させて、様々な角度から、同様にライン状の光で太陽電池セル２０全体をスキャンする。複数回ライン状の光をスキャンして、これらの検出結果を処理部に記憶させる。このように、太陽電池１２に対するライン状の光を異なる方向とした時の検出結果によって、短絡電流分布を測定することができる。すなわち、太陽電池１２に対するライン状の光の角度を変えて、２以上の方向にする。そして、２以上の方向を照明した時の検出結果を記憶する。

処理部は、記憶された検出結果に基づいて変換効率の空間分布を求めることができる。例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）により、二次元に広がる効率分布を得ることができる。すなわち、１次元の検出データを２次元の変換効率分布に変換して、画像化することができる。

この時、Ｘ線ＣＴにおけるＸ線の透過強度が、検出器の出力に対応する。すなわち、Ｘ線ＣＴにおける測定対象の線吸収係数がライン状の光による出力電流値に相当する。１ライン分の電流積算値が投影データとなる。Ｘ線ＣＴにおける吸収係数の２次元空間分布が変換効率の２次元空間分布に対応する。

このように、Ｘ線ＣＴにおいて投影データから断層画像を得る処理と同様の処理を出力電流の測定データに対して行うことで、変換効率の空間分布を算出することができる。すなわち、コリメートされたＸ線を照射するＸ線ＣＴと同じ処理によって、変換効率の２次元分布を算出することができる。

なお、太陽電池評価装置１０には、必要に応じてリニアエンコーダを取り付けてもよい。これにより、太陽電池セル２０上の照射位置をより正確に把握することができる。

また、本実施の形態においては、光源１１からのライン状の光は、平面鏡１５及び円筒鏡１６での反射のみで、太陽電池セル２０に照射される。すなわち、本実施の形態に係る光学系は、反射光学系のみで構成されている。このため、本実施に係る光学系では色収差が発生しない。これにより、バンドパスフィルタ１３によって、異なる波長の光を選択した場合に、焦点位置がずれるのを防止することができる。

また、微小な点状のスポット光で太陽電池セル２０を２次元走査する場合、太陽電池セル２０全面を走査する時間が長くなってしまう。本実施の形態に示すように、ライン状の光を走査することで、測定時間を大幅に短縮することができる。なお、上記の説明では、一方向にスキャンされる際に、太陽電池１２からの出力を測定したが、双方向にスキャンされる際に太陽電池セル２０からの出力を測定してもよい。

以上説明したように、ライン状の光を高い照明強度で太陽電池セル２０に照射することができる。このため、狭いバンド幅のバンドパスフィルタ１３を用いて、効率分布の波長依存性を正確に求めることができる。この結果を用いて、太陽電池セル２０の部分的に変換効率が低下している箇所や、波長に応じた特性の変化を把握することができる。これに基づいて、製造プロセスなどを最適化し、太陽電池セル２０を製造することにより、太陽電池１２の生産性を向上することができる。

本実施の形態では、後述するＥＬ光の発光強度分布と比較するため、青系の波長域の光を照射する。青系の波長域は、例えば、波長４００〜４４０ｎｍが好ましい。発明者が光源１１から出射する光の波長域を変化させて、ＥＬ光の発光強度分布と比較する実験を行った結果、上記の波長４００〜４４０ｎｍの範囲において、太陽電池の短絡電流分布とＥＬ光の発光強度分布とがよく一致することが分かった。

青系の波長域の光は、太陽電池セル２０の表面にあるＰＮジャンクションのみに当たると言われている。青系の波長域の光を照射した場合の太陽電池セル２０の出力電流を測定することにより、ＰＮジャンクションの性能を評価することができる。

次に、図１（ｂ）を参照して説明する。図１（ｂ）に示すように、太陽電池セル２０に電流を供給したときに発生するＥＬ光の強度を測定する場合、ＰＭＴ１７、平面鏡１５、円筒鏡１６が用いられる。図１（ａ）の場合と比較して、光源１１の代わりにＰＭＴ１７が用いられている。すなわち、ＥＬ光の強度を測定する場合、平面鏡１５、円筒鏡１６を含む反射光学系をそのまま使用している。

ＰＭＴ１７は、光電効果を利用して光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電管を有し、変換した電流を増幅する機能を有するものである。ここでは、太陽電池セル２０は電流を供給することにより、微弱な赤外光を発生するものとする。本実施の形態では、ＰＭＴ１７として、例えば赤外用冷却ＰＭＴを用いることができる。ＰＭＴ１７には、電圧と電子を冷却するための電流が供給されている。電子を冷却することにより、高いＳ／Ｎ比での計測が可能となる。

通常、太陽電池セル２０のＥＬ光の測定には、冷却型シリコンＣＣＤイメージセンサが用いられるが、シリコンのバンドギャップに相当する１．１μｍよりも短い波長の光しか捉えることができない。一方で、太陽電池セル２０内には、不純物が含有されていることがある。不純物によって、作られる中間的なエネルギー順位からのＥＬ発光は、例えば１．６μｍ程度のより長い波長となる。本発明によれば、このような長い波長の光でも検出することができる。

ＰＭＴ１７からは、ＥＬ光の強度信号が出力される。なお、ここでは図示していないが、ＰＭＴ１７からの強度信号は上述した処理部に入力され、ＥＬ光の強度分布が算出される。太陽電池セル２０上の位置を変化させて、それぞれの領域で発生するＥＬ光の強度分布を測定することができる。上述した効率分布の測定原理と同じように、太陽電池セル２０の全面をスキャンする間、ＰＭＴ１７からの強度信号が処理部に記憶される。

そして、太陽電池セル２０を所望の角度だけ回転させて、様々な角度から、同様に太陽電池セル２０全体をスキャンする。複数回スキャンして、これらの検出結果を処理部に記憶させる。このように、異なる方向から太陽電池１２で発生したＥＬ光の検出結果によって、ＥＬ光の強度分布を測定することができる。処理部は、例えばＣＴにより、記憶された検出結果に基づいて戻り光の強度分布を求めることができる。これに基づいて、太陽電池セル２０でのＥＬ光の強度分布を求めることが可能となる。

上述したように、青系の光を照射した場合の短絡電流分布は、ＥＬ光の発光強度分布と相関がある。このため、これらから得られるイメージを処理部で比較することにより、ＥＬ光の観察のみでは分からなかった欠陥等を発見することができ、太陽電池をより正確に評価することができる。また、ＥＬ光の強度分布、短絡電流分布をＣＴにより画像化しているため、ピクセルごとに比較をすることができる。これにより、太陽電池をより詳細に評価することが可能となる。

図２に、太陽電池セル２０の各イメージカメライメージ、ＥＬイメージ、白系、青系の波長域の光をそれぞれ太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージの例を示す。図２（ａ）は可視光カメラで撮影した画像を示す。カメラで撮影した場合、太陽電池セル２０の周辺部が歪み、正確なサイズで撮影することができない。また、図２（ａ）に示すように、太陽電池セル２０の欠陥は、検出することができない。

図２（ｂ）に、白系の波長域の光を太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージを示す。図２（ｂ）に示すように、この場合においても太陽電池セル２０の欠陥を発見することは難しい。図２（ｃ）に、ＥＬ光の強度分布を測定した結果（ＥＬイメージ）を示す。図２（ｃ）に示すように、太陽電池セル２０のひび割れや部分的に変換効率が低下している箇所を検出することができる。

図２（ｄ）に、青系の波長域の光を太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージを示す。図２（ｄ）に示すように、この場合においても図２（ｃ）と同様に、太陽電池セル２０のひび割れや部分的に変換効率が低下している箇所を検出することができる。また、図２（ｄ）によれば、図２（ｃ）では検出されなかった太陽電池セル２０の中央部における変換効率が低下している箇所を発見できる。このように、本発明によれば、ＥＬ光の強度分布と青系の波長域の光を照射したときの短絡電流分布に基づいて、より正確に太陽電池セル２０の評価を行うことが可能となる。

ここで、変換効率ηは、短絡電流密度Ｊ_ＳＣ、開放電圧Ｖｏ、ＦＦ（フィルファクタ：曲線因子）のパラメータで、以下のように表される。
η＝Ｊ_ＳＣ×Ｖｏ×ＦＦ
なお、短絡電流密度Ｊ_ＳＣは、短絡電流を有効面積で除算したものである。短絡電流は、図１（ａ）に示す構成で測定することが可能である。また、開放電圧Ｖｏは、図１（ｂ）に示す構成で測定することが可能である。このため、本発明によれば、太陽電池セル２０の変換効率を算出することが可能となる。

このように、本実施の形態によれば、短絡電流分布とＥＬ光の強度分布とを比較して、より正確に太陽電池の評価を行うことができる。また、有効面積の測定をさらに加えることで、変換効率を算出することが可能となる。

また、本実施の形態に係る太陽電池評価装置１０では、太陽電池セル２０におけるＦＦの分布も測定することができる。図３に、太陽電池セル２０のＩ−Ｖカーブを示す。なお、図３に示すＩ−Ｖカーブは、ＥＬ光の強度分布又は青系の波長域の光を照射したときの短絡電流マップから得られるものである。図３に示すグラフにおいて、横軸が印加電圧、縦軸が電流である。０Ｖを印加したときに流れる短絡電流と、０Ｖよりも高いバイアス電圧Ｖ１又はＶ２を印加したときの短絡電流布の差を取ることにより、ＦＦを求めることができる。

図４及び図５に、太陽電池セル２０のＥＬイメージ、白系、青系の波長域の光をそれぞれ太陽電池セルに照射したときに得られる短絡電流イメージ、ＦＦイメージの例を示す図である。各図において、（ａ）がＥＬイメージであり、（ｂ）青系、（ｃ）が白系の波長域の光をそれぞれ照射したときの短絡電流分布であり、（ｄ）がＦＦイメージである。

図４では、破線で囲んだ領域にシャント抵抗が存在する。太陽電池で発生した電流はシャント抵抗に流れ、電流が正確に測定できない。図４（ａ）及びこれに相関がある図４（ｂ）では、ごくわずかにシャント抵抗を確認することができるものの、他の部分の変換効率は低下している部分と識別することはできない。また、図４（ｃ）に示すように、白系の波長域の光で短絡電流を測定した場合には、シャント抵抗の存在は確認できない。

一方、図４（ｄ）に示すように、ＦＦイメージを確認すると、破線で囲んだ領域内に、黒くなっている部分が存在する。これは、ＦＦが低下している部分であり、これがシャント抵抗であるということが確認できる。

また、ＥＬイメージ（図５（ａ））、青系の波長域の光を照射したときの短絡電流分布（図５（ｂ））で、破線で示す部分より外側は暗くなっており、変換効率が低下していることが分かる。このような太陽電池セルは、ＥＬイメージのみを用いて良否判断を行った場合には、不良品と判定されるものである。

しかしながら、図５（ｃ）に示すように白系の波長域の光で短絡電流を測定した場合、には短絡電流分布は略均一である。太陽電池セル２０は、太陽光（白色光）で使用されるものであるため、本太陽電池セルは良品であると判定できる。また、図５（ｄ）に示すようにＦＦイメージでも、ＦＦが低下している部分がなく、良品であると判定できる。

このように本発明によれば、短絡電流分布やＥＬ光の強度分布、ＦＦ等を総合的に判断して、太陽電池セルの評価を正確に行うことができる。なお、以上の説明においては、ＥＬ光と青系の波長域の光を照射したときの短絡電流分布とを比較した場合について説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、ＥＬ光に限定されず、ＰＬ（Photo-Luminescence）光を用いて、太陽電池セルを評価してもよい。なお、ＰＬ光とは、励起光の照射に伴い、電子−正孔対が過剰に生成され、これらが再結合する際に発生する光をいう。また、ＥＬ光の測定はＰＭＴに限定されるものではない。例えば、赤外領域に感度を有するＩｎＧａＡｓカメラを用いることも可能である。

なお、太陽電池セル２０セルの有効面積測定機能を取り付けることが好ましい。薄膜型の太陽電池セル２０の場合、外周部には絶縁体が設けられており、発光部内においてもグリッドラインやバスラインといわれる表面電極が設けられている。太陽電池セル２０の有効面積とは、全体の面積から、これらの絶縁体、グリッドライン、バスラインの面積を除いた面積である。

上述したようにＣＴで効率分布を測定する機能は、測定結果の位置精度が高い。従って、ＣＴを用いて得られた結果を用いて、太陽電池セル２０の有効面積を算出することができる。特に、リニアエンコーダを搭載したライン照明ヘッドを使えば、１ｍを越すストロークでも、１０μｍ単位の精度を得ることができる。これにより、さらに正確に太陽電池セル２０の有効面積を算出することが可能である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ 太陽電池評価装置
１１ 光源
１２ ランプハウス
１３ バンドパスフィルタ
１４ バンドルファイバ
１５ 平面鏡
１６ 円筒鏡
１７ ＰＭＴ
２０ 太陽電池セル

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源からの光を太陽電池に導く光学系と、
   前記光源から出射された光を太陽電池に照射したときの電流を測定する検出部と、
   前記光源の代わりに配置され、前記太陽電池に電流を流したとき、又は励起光を照射したときに発生するルミネッセンス光の強度を、記光学系を用いて測定する測定部と、
   前記電流の分布及び前記ルミネッセンス光の強度分布の少なくともいずれか一方に基づいて前記太陽電池の評価を行う処理部と、
   を備える太陽電池評価装置。
2. 前記光源は線状の光を照射するものであり、
   前記光学系は、
   前記光源から出射された線状の光を太陽電池の照射領域へ反射する円筒鏡であって、前記照射領域を焦点とする略楕円の一部である反射面を有する円筒鏡を備える太陽電池評価装置。
3. 前記光源からの光を反射し、前記円筒鏡へと導く平面鏡をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池評価装置。
4. 前記光源からの光の波長を選択する波長選択部をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池評価装置。
5. 前記円筒鏡に入射する光の光軸と、前記円筒鏡から前記太陽電池の照射領域へ向かう光の光軸とのなす角は、４５°以下であることを特徴とする請求項２、３又は４に記載の太陽電池評価装置。
6. 前記太陽電池の有効面積を測定する面積測定手段をさらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池評価装置。
7. 前記太陽電池に対する線状の光の方向を変化させる手段をさらに有し、
   前記処理部は、前記変化手段によって線状の光を異なる方向とした時の検出結果に基づいて、前記太陽電池の短絡電流の分布を算出する請求項２〜６のいずれか１項に記載の太陽電池評価装置。
8. 前記光源は、青系の波長領域の光を照射するものであり、
   前記処理部は、前記青系の波長域の光を照射したときの電流の分布及び前記太陽電池に電流を流したときに発生するエレクトロルミネッセンス光の強度分布に基づいて太陽電池の評価を行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池評価装置。
9. 前記青系の波長域の光の波長は、４００〜４４０ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池評価装置。
10. 前記光源は、複数本の光ファイバからなるバンドルファイバを有し、
    前記光ファイバの出射面はライン状に並ぶように配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池評価装置。