JP2011096845A - Solar cell evaluation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell evaluation device capable of measuring efficiency of conversion with high resolution. <P>SOLUTION: The solar cell evaluation device includes: a stage 2 which holds a solar cell 1; a rotary driving device 5 which rotates the stage at a predetermined pitch; a scanning device 3 which scans the solar cell using a linear scanning beam; a lighting device 4 which is disposed between the stage and scanning device and projects planar bias light toward the solar cell; a means 8 which detects an output current output from the solar cell; and a means 6 which calculates a current density distribution and efficiency of photoelectric conversion of the solar cell based upon the detected output current. The lighting device includes a lighting light source which emits the bias light, and a surface lighting device which is optically coupled to the lighting light source, arranged opposite the solar cell, and composed of an optically transparent material, and irradiates the solar cell with the planar bias light. The linear scanning beam 17 emitted by the scanning device is transmitted through the surface lighting device of the lighting means to be incident on a solar module on the stage. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は太陽電池評価装置、特に太陽電池の変換効率を高分解能で測定できる太陽電池評価装置に関するものである。   The present invention relates to a solar cell evaluation device, and more particularly to a solar cell evaluation device capable of measuring the conversion efficiency of a solar cell with high resolution.

太陽電池の製造上の歩留りを改善するためには、太陽電池の変換効率を高分解能で測定できる評価装置が必要である。例えば、特定の半導体層の不純物濃度が局所的に高くなると半導体層中に再結合中心が形成され、変換効率が著しく低下する部位が形成されてしまう。また、半導体層に欠陥が存在する場合も同様に変換効率が局所的に低下し、不良品が発生する。これらの問題点は製造プロセスに起因するため、欠陥の原因を把握し太陽電池の製造プロセスを改善するためには、太陽電池の電流分布や変換効率を高分解能で測定できる評価装置が必須ものである。   In order to improve the yield in the production of solar cells, an evaluation device that can measure the conversion efficiency of the solar cells with high resolution is required. For example, when the impurity concentration of a specific semiconductor layer is locally increased, a recombination center is formed in the semiconductor layer, and a site where conversion efficiency is significantly reduced is formed. Similarly, when there is a defect in the semiconductor layer, the conversion efficiency is reduced locally and a defective product is generated. Since these problems are caused by the manufacturing process, an evaluation device that can measure the current distribution and conversion efficiency of the solar cell with high resolution is indispensable in order to understand the cause of the defect and improve the manufacturing process of the solar cell. is there.

多段接続された結晶系の太陽電池モジュールや薄膜太陽電池セルの電流分布を測定しようとする場合、測定される太陽電池モジュールに向けて測定光を照射し、発生した電流を検出し、検出された電流分布に基づいて変換効率が求められる。一方、測定中に直列接続されたセルのうちの1つのセルに照明光が照射されていないと、当該セルが高インピダンス状態となり、正確な電流分布を検出することが困難になってしまう。従って、モジュール全体にバイアス光を照射して、測定光の照射により発生する電子−ホールペアを十分流せるだけの光励起電流を発生させる必要がある。   When trying to measure the current distribution of a crystalline solar cell module or thin-film solar cell connected in multiple stages, the measured light was irradiated to the measured solar cell module, and the generated current was detected and detected Conversion efficiency is determined based on the current distribution. On the other hand, if one of the cells connected in series during measurement is not irradiated with illumination light, the cell becomes in a high impedance state, and it becomes difficult to detect an accurate current distribution. Therefore, it is necessary to irradiate the entire module with bias light and generate a photoexcitation current sufficient to flow electron-hole pairs generated by irradiation of measurement light.

太陽電池モジュール全体についてバイアス光を用いて照明しながら測定ビームで走査することにより、電流出力を検出する太陽電池評価装置が既知である(例えば、特許文献1参照)。この既知の太陽電池評価装置では、固定されたステージ上に測定対象となる太陽電池モジュールが配置され、その上方にモジュール全体を照明する全体照明光源と、モジュール上にスポット照明又はライン照明を行う部分照明装置とが配置されている。測定中、全体照明光源からモジュールの全面に照明光が照射され、全体照明しながら光スポット又はライン状の光ビームにより走査が行われている。
特開2009−111215号公報
A solar cell evaluation apparatus that detects a current output by scanning the entire solar cell module with a measurement beam while illuminating with bias light is known (for example, see Patent Document 1). In this known solar cell evaluation apparatus, a solar cell module to be measured is arranged on a fixed stage, and an overall illumination light source that illuminates the entire module above it and a portion that performs spot illumination or line illumination on the module And a lighting device. During the measurement, illumination light is irradiated from the entire illumination light source to the entire surface of the module, and scanning is performed with a light spot or a line-shaped light beam while illuminating the entire module.
JP 2009-11115 A

特許文献1に記載の太陽電池評価装置では、全体照明を行う全体照明光源と光走査を行う部分照明装置は、測定対象となる太陽電池の上方のほぼ同一の高さに配置されているため、全体照明光源から出射した照明光は、太陽電池の光入射面に対して斜めに入射している。このため、太陽電池モジュールの表面に輝度分布が形成されてしまい。太陽電池モジュール全体にわたって均一な輝度で全体照明されない欠点がある。この場合、均一な全体照明を得るには、全体照明装置を太陽電池から遠く離れた位置に配置する必要がある。しかしながら、全体照明装置を太陽電池から遠く離れた位置に配置したのでは、装置が大型化する欠点がある。特に、1.8m×1.8mの太陽電池モジュールについて測定する場合、全体照明装置が太陽電池から相当離れた高い位置に配置する必要があり、実用性の観点より問題がある。   In the solar cell evaluation device described in Patent Document 1, the overall illumination light source that performs overall illumination and the partial illumination device that performs optical scanning are arranged at substantially the same height above the solar cell to be measured. The illumination light emitted from the entire illumination light source is incident obliquely with respect to the light incident surface of the solar cell. For this reason, a luminance distribution is formed on the surface of the solar cell module. There is a drawback that the entire solar cell module is not illuminated with uniform brightness. In this case, in order to obtain uniform overall illumination, it is necessary to arrange the overall illumination device at a position far away from the solar cell. However, if the overall lighting device is arranged at a position far away from the solar cell, there is a drawback that the device becomes large. In particular, when measuring a solar cell module of 1.8 m × 1.8 m, it is necessary to arrange the entire illumination device at a high position considerably away from the solar cell, which is problematic from the viewpoint of practicality.

また、走査ビームについても、走査ビームを発生させる光源は、太陽電池に対して斜め上方に配置されているため、走査ビームが太陽電池の表面に対して斜めに入射し、太陽電池の走査位置に応じて走査スポット径が変化する不具合が発生する。走査スポットの径が太陽電池の位置に応じて変化したのでは、高分解能で評価することはできない。また、ライン状の光ビームを用いて走査する場合も同様に、走査ビームが太陽電池に対して斜めに入射するため、ライン状走査ビームの幅が変化してしまい、分解能の観点より問題がある。   Also, with respect to the scanning beam, the light source that generates the scanning beam is disposed obliquely above the solar cell, so that the scanning beam is incident obliquely on the surface of the solar cell and enters the scanning position of the solar cell. Accordingly, a problem that the scanning spot diameter changes occurs. If the diameter of the scanning spot changes according to the position of the solar cell, it cannot be evaluated with high resolution. Similarly, when scanning using a line-shaped light beam, the scanning beam is obliquely incident on the solar cell, so that the width of the line-shaped scanning beam changes, which is problematic in terms of resolution. .

本発明の目的は、高分解能で太陽電池の変換効率を測定できる太陽電池評価装置を実現することにある。
また、本発明の別の目的は、大型化することなく変換効率を高分解能で測定できる太陽電池評価装置を提供することにある。
An object of the present invention is to realize a solar cell evaluation apparatus capable of measuring the conversion efficiency of a solar cell with high resolution.
Another object of the present invention is to provide a solar cell evaluation apparatus capable of measuring conversion efficiency with high resolution without increasing the size.

本発明による太陽電池評価装置は、太陽電池の光電変換効率を評価する太陽電池評価装置であって、
評価されるべき太陽電池を保持するステージと、ステージを所定の回転ピッチで回転させる回転駆動装置と、ステージ上に配置された太陽電池をライン状の走査ビームにより走査する走査装置と、前記ステージと走査装置との間に配置され、ステージ上に配置された太陽電池に向けて面状のバイアス光を投射する照明装置と、前記太陽電池から出力される出力電流を検出する手段と、検出された出力電流に基づいて太陽電池の電流密度分布ないし光電変換効率を算出する手段とを具え、
前記照明装置は、バイアス光を発生する照明光源と、前記照明光源に光学的に結合され、ステージ上の太陽電池と対向するように配置されると共に光学的に透明な材料により構成され、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する面状照明体とを有し、
前記走査装置は、集束性のライン状走査ビームにより前記太陽電池に対して平行に走査し、
前記走査装置から出射したライン状の走査ビームは、照明装置の面状照明体を透過してステージ上の太陽電池に入射することを特徴とする。
A solar cell evaluation device according to the present invention is a solar cell evaluation device for evaluating the photoelectric conversion efficiency of a solar cell,
A stage for holding a solar cell to be evaluated, a rotary drive device for rotating the stage at a predetermined rotation pitch, a scanning device for scanning a solar cell arranged on the stage with a line-shaped scanning beam, and the stage An illumination device that is disposed between the scanning device and projects a planar bias light toward the solar cell disposed on the stage, and means for detecting an output current output from the solar cell, and detected Means for calculating the current density distribution or photoelectric conversion efficiency of the solar cell based on the output current,
The illumination device includes an illumination light source that generates bias light, an optically coupled material that is optically coupled to the illumination light source, and is disposed to face the solar cell on the stage, and is configured by an optically transparent material. A planar illuminator that emits a planar bias light toward the
The scanning device scans parallel to the solar cell with a converging line-shaped scanning beam,
The linear scanning beam emitted from the scanning device passes through the planar illumination body of the illumination device and enters the solar cell on the stage.

本発明の要旨は、集束性のライン状走査ビームにより太陽電池に対して平行に走査すること、及び、走査装置と太陽電池との間に平面状のバイアス光を照射する照明装置を配置したことにある。すなわち、集束性のライン状走査ビームにより太陽電池を走査することにより、光照射により太陽電池に発生する電流分布の変化を高分解能で検出することができ、太陽電池の変換効率を高分解能で測定することが可能になる。一方、ライン状走査ビームによる走査中、太陽電池の全面をほぼ均一なバイアス光で照明する必要がある。このため、本発明では、光学的に透明な材料で構成され、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する照明装置を太陽電池と走査装置との間に配置する。照明装置は透明材料で構成されているため、走査装置から出射したライン状走査ビームは、照明装置を透過して太陽電池に入射する。この結果、光ビーム走査により発生する電流分布を高分解能で検出することが可能になる。   The gist of the present invention is that the solar cell is scanned in parallel with a converging line-shaped scanning beam, and an illumination device that irradiates planar bias light is disposed between the scanning device and the solar cell. It is in. In other words, by scanning the solar cell with a converging line-shaped scanning beam, it is possible to detect changes in the current distribution generated in the solar cell by light irradiation with high resolution, and to measure the conversion efficiency of the solar cell with high resolution. It becomes possible to do. On the other hand, during scanning with a line-shaped scanning beam, it is necessary to illuminate the entire surface of the solar cell with substantially uniform bias light. For this reason, in this invention, the illuminating device which consists of an optically transparent material and irradiates planar bias light toward a solar cell is arrange | positioned between a solar cell and a scanning device. Since the illumination device is made of a transparent material, the linear scanning beam emitted from the scanning device passes through the illumination device and enters the solar cell. As a result, the current distribution generated by the light beam scanning can be detected with high resolution.

太陽電池の全面にバイアス光を照射する照明装置は、照明光源と、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する面状照明体とで構成される。面状照明体は、ライン状走査ビームの走査方向に延在する複数の光ファイバと、光ファイバを支持する透明プレートで構成される。光ファイバにV字状の溝を形成することにより、光ファイバを伝搬するバイアス光はV字状の溝で全反射し、太陽電池に向けて出射する。この場合、光ファイバは、その長手方向に屈折作用を有しないため、ライン状走査ビームは、そのまま光ファイバを透過して太陽電池に入射する。従って、光ファイバにより構成される面状照明体の上方から太陽電池に向けてライン状走査ビームを投射しても、太陽電池の表面上には数100μm程度の線幅の集束した照明ラインを形成することが可能である。   An illuminating device that irradiates the entire surface of a solar cell with bias light includes an illumination light source and a planar illuminator that irradiates a planar bias light toward the solar cell. The planar illumination body includes a plurality of optical fibers extending in the scanning direction of the linear scanning beam and a transparent plate that supports the optical fibers. By forming a V-shaped groove in the optical fiber, the bias light propagating through the optical fiber is totally reflected by the V-shaped groove and emitted toward the solar cell. In this case, since the optical fiber does not have a refractive action in the longitudinal direction, the line-shaped scanning beam passes through the optical fiber as it is and enters the solar cell. Therefore, even if a line-shaped scanning beam is projected toward the solar cell from above the planar illumination body constituted by the optical fiber, a focused illumination line having a line width of about several hundred μm is formed on the surface of the solar cell. Is possible.

さらに、面状照明体の光ファイバを支持する透明プレートを光ファイバの屈折率よりも大きい屈折率を有するガラス基板で構成すると共に、光ファイバガラス基板に固定するための透明接着剤として、ガラス基板の屈折率とほぼ同一の屈折率を有する透明接着剤を用いれば、光ファイバを伝搬するバイアス光は、光ファイバから太陽電池に向けて出射する際、光ファイバと接着剤層との間の屈折作用により光ファイバの延在方向と直交する方向に拡がるため、光ファイバの延在方向と直交する方向について均一な輝度分布が確保される。   Further, the transparent plate that supports the optical fiber of the planar illuminator is made of a glass substrate having a refractive index larger than that of the optical fiber, and the glass substrate is used as a transparent adhesive for fixing to the optical fiber glass substrate. If a transparent adhesive having substantially the same refractive index as that of the optical fiber is used, the bias light propagating through the optical fiber is refracted between the optical fiber and the adhesive layer when emitted from the optical fiber toward the solar cell. Since it spreads in the direction orthogonal to the extending direction of the optical fiber by the action, a uniform luminance distribution is ensured in the direction orthogonal to the extending direction of the optical fiber.

本発明では、ステージ上の太陽電池と走査装置との間に、光学的に透明材料で構成される照明装置を配置し、当該照明装置から平面状のバイアス光を太陽電池に向けて放出しているので、太陽電池のほぼ全面にわたってほぼ均一な輝度分布のバイアス光を照射しながら、集束性のライン状走査ビームにより太陽電池の全面を走査することができる。この結果、太陽電池の変換効率を高分解能で測定することが可能になる。さらに、太陽電池をライン状の走査ビームで走査する走査装置と太陽電池との間に、バイアス光を照射する照明装置が配置されるので、大型化することなく、高分解能で変換効率が測定される。   In the present invention, an illuminating device made of an optically transparent material is disposed between the solar cell on the stage and the scanning device, and planar bias light is emitted from the illuminating device toward the solar cell. Therefore, the entire surface of the solar cell can be scanned by the converging line-shaped scanning beam while irradiating the bias light having a substantially uniform luminance distribution over almost the entire surface of the solar cell. As a result, the conversion efficiency of the solar cell can be measured with high resolution. In addition, an illumination device that irradiates bias light is placed between the scanning device that scans the solar cell with a line-shaped scanning beam and the solar cell, so that conversion efficiency can be measured with high resolution without increasing the size. The

本発明による太陽電池評価装置の全体構成を示す線図である。It is a diagram which shows the whole structure of the solar cell evaluation apparatus by this invention. 走査装置の一例を示す線図的斜視図である。It is a diagrammatic perspective view showing an example of a scanning device. 照明装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an illuminating device. 面状照明装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a planar illuminating device. 光ファイバにV字状の溝を形成する方法を示す図である。It is a figure which shows the method of forming a V-shaped groove | channel in an optical fiber.

図1は本発明による太陽電池評価装置の全体構成を示す線図的側面図である。
図2は図1の走査装置を斜視図として示す図であり、図3はバイアス光を照射する照明装置の一例を示す図である。また、図4は照明装置の面状照明装置の動作を説明するための図である。図1を参照するに、評価されるべき太陽電池1はステージ2上に載置する。太陽電池として、例えば薄膜太陽電池セルや複数の太陽電池セルが直列接続された太陽電池モジュール等の種々の太陽電池を評価の対象とする。ステージ2の上方に、ライン状光ビームにより太陽電池1を走査する走査装置3を配置する。太陽電池1と走査装置3との間に、太陽電池1全体を平面状のバイアス光により照明する照明装置4を配置する。照明装置4のステージと対向する部分は光学的に透明な材料で構成する。照明装置4は測定期間中常時点灯し、ほぼ均一な輝度のバイアス光で太陽電池のほぼ全面を照明する。従って、太陽電池1は、その全面が均一な輝度のバイアス光により照明されながら、ライン状の光ビームにより走査される。
FIG. 1 is a diagrammatic side view showing the overall configuration of a solar cell evaluation apparatus according to the present invention.
2 is a perspective view of the scanning device of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing an example of an illumination device that irradiates bias light. Moreover, FIG. 4 is a figure for demonstrating operation | movement of the planar illuminating device of an illuminating device. Referring to FIG. 1, a solar cell 1 to be evaluated is placed on a stage 2. As solar cells, for example, various solar cells such as thin-film solar cells and solar cell modules in which a plurality of solar cells are connected in series are evaluated. A scanning device 3 that scans the solar cell 1 with a linear light beam is disposed above the stage 2. Between the solar cell 1 and the scanning device 3, an illumination device 4 that illuminates the entire solar cell 1 with planar bias light is disposed. The portion of the illumination device 4 facing the stage is made of an optically transparent material. The illumination device 4 is always lit during the measurement period, and illuminates almost the entire surface of the solar cell with bias light having substantially uniform brightness. Therefore, the solar cell 1 is scanned with a line-shaped light beam while the entire surface thereof is illuminated with bias light having a uniform luminance.

回転ステージ2にはモータ5を連結する。モータ5は、信号処理装置6の制御のもとで、走査装置3の1回の走査ごとに回転ステージ2を所定の回転角度だけ回転させる。回転角度は、例えば11.25°に設定され、1回の光ビーム走査毎にステージを11.25°回転させ、太陽電池の半周について16回の光ビーム走査を行う。太陽電池1には、電極端子7a及び7bが接続される。ライン状光ビームの走査及びバイアス光による照明により太陽電池に励起された電流は、電極端子7a及び7bを介して電流−電圧変換回路8に供給され、電圧信号に変換されて信号処理装置6に出力される。   A motor 5 is connected to the rotary stage 2. The motor 5 rotates the rotary stage 2 by a predetermined rotation angle for each scan of the scanning device 3 under the control of the signal processing device 6. The rotation angle is set to 11.25 °, for example, and the stage is rotated 11.25 ° for each light beam scan, and the light beam scan is performed 16 times for a half circumference of the solar cell. Electrode terminals 7 a and 7 b are connected to solar cell 1. The current excited by the solar cell by the scanning of the line-shaped light beam and the illumination by the bias light is supplied to the current-voltage conversion circuit 8 through the electrode terminals 7a and 7b, converted into a voltage signal, and then applied to the signal processing device 6. Is output.

信号処理装置6は、ステージ2を11.25°づつ回転させ、太陽電池の半周について16回光ビーム走査を行い、各走査毎に得られた出力電流データをメモリに記憶する。信号処理装置6は、CTロジック(Computed Tomography ロジック)を用いて出力電流データを処理し、光ビーム走査により太陽電池に生じた電流分布を求め、得られた電流分布に基づいて太陽電池の各部位における光電変換効率を算出する。得られた変換効率分布は、モニタ上に表示することができる。電流分布を算出するCTロジックとして、ML−EM、MAP−EM、MAP−EMR等の各種ロジックを用いることができる。   The signal processing device 6 rotates the stage 2 by 11.25 °, performs light beam scanning 16 times for a half circumference of the solar cell, and stores output current data obtained for each scanning in a memory. The signal processing device 6 processes output current data using CT logic (Computed Tomography logic), obtains a current distribution generated in the solar cell by light beam scanning, and determines each part of the solar cell based on the obtained current distribution. The photoelectric conversion efficiency at is calculated. The obtained conversion efficiency distribution can be displayed on a monitor. Various types of logic such as ML-EM, MAP-EM, and MAP-EMR can be used as CT logic for calculating the current distribution.

図2を参照しながら、走査装置3の構成を説明する。走査装置3は、光源ハウジング10を有する。光源ハウジング10内には、キセノンランプ等の太陽光のスペクトルに近いスペクトルを有する光を放出する光源11を配置する。光源11から出射した光は、フィルタ12に入射し、太陽光のスペクトルに近いスペクトルを有する光が出射する。フィルタ12として複数のフィルタを配置し、評価の対象となる太陽電池の特性や構造等に応じて所望の波長光を選択的に出射させることができる。光源ハウジングから出射した光は、光ファイババンドル13に入射する。光ファイババンドルは、複数の光ファイバの集合体であり、可撓性を有する光伝送体である。光ファイババンドル13の光出射端は、第1の方向に沿って直線状に配列され、光放出体14により保持する。従って、光放出体14から第1の方向に延在するライン状の光ビームが出射する。   The configuration of the scanning device 3 will be described with reference to FIG. The scanning device 3 has a light source housing 10. A light source 11 that emits light having a spectrum close to the spectrum of sunlight, such as a xenon lamp, is disposed in the light source housing 10. The light emitted from the light source 11 enters the filter 12, and light having a spectrum close to that of sunlight is emitted. A plurality of filters can be arranged as the filter 12, and light having a desired wavelength can be selectively emitted according to the characteristics or structure of the solar cell to be evaluated. The light emitted from the light source housing enters the optical fiber bundle 13. The optical fiber bundle is an aggregate of a plurality of optical fibers and is an optical transmission body having flexibility. The light emitting ends of the optical fiber bundles 13 are linearly arranged along the first direction and are held by the light emitter 14. Accordingly, a linear light beam extending in the first direction is emitted from the light emitter 14.

光放出体14から出射したライン状光ビームは、平面ミラー15で反射し、円筒ミラー(シリンドリカルミラー)16に入射する。この円筒ミラー16は、第1の方向に沿って延在し、第1の方向と直交する第2の方向にだけ集束性を有するミラーである。よって、円筒ミラー16から出射したライン状光ビームは、幅が約0.2mm程度に集束したライン状走査ビーム17として太陽電池1の表面に垂直に入射する。図1を参照するに、光ファイババンドル13の光出射端に設けた光放出体14、平面ミラー15及び円筒ミラー16は、走査ヘッド18により一体的に支持する。従って、走査ヘッド18からステージ上の太陽電池1に向けて集束したライン状走査ビームが垂直に投射される。   The line-shaped light beam emitted from the light emitter 14 is reflected by the plane mirror 15 and enters a cylindrical mirror (cylindrical mirror) 16. The cylindrical mirror 16 is a mirror that extends along a first direction and has focusing properties only in a second direction orthogonal to the first direction. Therefore, the line-shaped light beam emitted from the cylindrical mirror 16 enters the surface of the solar cell 1 perpendicularly as a line-shaped scanning beam 17 having a width of about 0.2 mm. Referring to FIG. 1, the light emitter 14, the plane mirror 15, and the cylindrical mirror 16 provided at the light emitting end of the optical fiber bundle 13 are integrally supported by a scanning head 18. Therefore, the line-shaped scanning beam focused from the scanning head 18 toward the solar cell 1 on the stage is projected vertically.

走査ヘッド18の両側端部は、ライン状走査ビームの延在方向である第1の方向と直交する第2の方向に走行する2本のガイドベルト(1本のガイドベルト19だけを図示する)に装着する。2本のガイドベルト19は、2本の駆動ローラ20a及び20bに張架する。一方の駆動ローラ20aには、モータ21を連結し、モータ21の駆動によりガイドベルト19を矢印方向に往復移動させる。よって、モータ21の駆動により走査ヘッド18が第2の方向(矢印方向)に往復移動し、ステージ上の太陽電池1は、第1の方向(図1の紙面と直交する方向)に延在するライン状走査ビーム17により第1の方向と直交する第2の方向(図1の紙面内方向)に沿って太陽電池に対して平行に走査されることになる。   Both end portions of the scanning head 18 are two guide belts (only one guide belt 19 is illustrated) running in a second direction orthogonal to the first direction which is the extending direction of the line-shaped scanning beam. Attach to. The two guide belts 19 are stretched around the two drive rollers 20a and 20b. A motor 21 is connected to one drive roller 20a, and the guide belt 19 is reciprocated in the direction of the arrow by driving the motor 21. Therefore, the scanning head 18 reciprocates in the second direction (arrow direction) by driving the motor 21, and the solar cell 1 on the stage extends in the first direction (direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1). The line-shaped scanning beam 17 is scanned in parallel to the solar cell along a second direction (in-plane direction in FIG. 1) orthogonal to the first direction.

図3は照明装置4の一例を示す図であり、図3(A)は線図的平面図、図3(B)は側方から見た側面図、図3(C)は光ファイバの延在方向と直交する面で切って示す線図的断面図である。照明装置4は、バイアス光を放出する第1及び第2の光源30a及び30bを有する。光源として太陽光のスペクトルに近いスペクトルの光を放出する光源が用いられ、例えばキセノンランプを用いることができる。尚、第1及び第2の光源の前面にフィルタを配置し、所望の波長光を出射させることができる。第1の光源30aと第2の光源30bとの間に、複数の光ファイバの集合体である光ファイババンドル31を設ける。図面を明瞭にするため、7本の光ファイバ32a〜32gの集合体を用いたが、勿論必要に応じての多数の光ファイバの集合体を用いることができる。光ファイババンドル31の一端31aは円形に束ねて第1の光源30aと光学的に結合し、光ファイババンドルの他端31bも円形に束ねて第2の光源30bと光学的に結合する。従って、光ファイババンドルの各光ファイバには、その両端側からバイアス光が入射し、入射したバイアス光は他端側に向けて伝搬する。光ファイババンドル31の中間の部分は、第1の方向(ライン状走査ビーム17の延在方向)に沿って所定の間隔で互いに平行になるように同一平面内に配列する。そして、互いに平行に配列された光ファイバ32a〜32gは、光学的に透明なガラス基板33上に透明接着剤層34を用いて固定する。ガラス基板として、光ファイバのコアの屈折率よりも大きい屈折率(例えば、1.50)を有するガラス基板を用いる。また、透明接着剤として、ガラス基板の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する透明接着剤が用いられ、例えば室温で硬化する液状シリコン樹脂の接着剤を用いることができる。図3(C)に示すように、接着剤層34の厚さは、ガラス基板33の表面から光ファイバ32の中心軸線付近の高さレベルの厚さとする。   3A and 3B are diagrams showing an example of the lighting device 4. FIG. 3A is a schematic plan view, FIG. 3B is a side view seen from the side, and FIG. 3C is an optical fiber extension. FIG. 3 is a diagrammatic cross-sectional view cut along a plane orthogonal to a current direction. The illumination device 4 includes first and second light sources 30a and 30b that emit bias light. A light source that emits light having a spectrum close to that of sunlight is used as the light source, and for example, a xenon lamp can be used. In addition, a filter can be arrange | positioned in front of the 1st and 2nd light source, and desired wavelength light can be radiate | emitted. An optical fiber bundle 31 that is an aggregate of a plurality of optical fibers is provided between the first light source 30a and the second light source 30b. For the sake of clarity, an assembly of seven optical fibers 32a to 32g is used, but an assembly of many optical fibers can be used as required. One end 31a of the optical fiber bundle 31 is bundled in a circle and optically coupled to the first light source 30a, and the other end 31b of the optical fiber bundle is also bundled in a circle and optically coupled to the second light source 30b. Accordingly, bias light is incident on each optical fiber of the optical fiber bundle from both ends, and the incident bias light propagates toward the other end. The middle part of the optical fiber bundle 31 is arranged in the same plane so as to be parallel to each other at a predetermined interval along the first direction (extending direction of the line-shaped scanning beam 17). Then, the optical fibers 32 a to 32 g arranged in parallel with each other are fixed on the optically transparent glass substrate 33 by using the transparent adhesive layer 34. As the glass substrate, a glass substrate having a refractive index (for example, 1.50) larger than the refractive index of the core of the optical fiber is used. As the transparent adhesive, a transparent adhesive having a refractive index substantially equal to the refractive index of the glass substrate is used. For example, a liquid silicone resin adhesive that cures at room temperature can be used. As shown in FIG. 3C, the thickness of the adhesive layer 34 is set at a height level near the center axis of the optical fiber 32 from the surface of the glass substrate 33.

本例では、光ファイババンドルを構成する光ファイバとしてプラスチック製の光ファイバを用いる。一例として、プラスチック製光ファイバは、その直径が500μmで、コアの屈折率は1.46で、クラッドの屈折率は1.40である。また、クラッドの厚さは7.5μmである。光ファイバの第1の方向の配列間隔は、例えば1.75mmのピッチとする。尚、1.8m×1.8mの大きさの大型の太陽電池モジュールを測定対象とする場合、太さが1mmの光ファイバを用い、その配列間隔は3mmに設定することができる。ライン状の走査ビームは、光ファイバ及び透明プレートに対してほぼ垂直に入射すると共に、光ファイバの延在方向に対して直交する方向に延在する。また、光ファイバはその長手方向に屈折作用を有していない。よって、走査装置から出射したライン状走査ビームは、光ファイバによる第2の方向に屈折作用を受けることなく出射し、下側に配置された太陽電池1に集束したライン状光ビームとして入射する。尚、光ファイバは、その延在方向と直交する方向に屈折作用を有するが、ライン状の走査ビーム17は、光ファイバと直交する方向に延在するため、屈折作用を受けても問題は生じない。   In this example, a plastic optical fiber is used as an optical fiber constituting the optical fiber bundle. As an example, a plastic optical fiber has a diameter of 500 μm, a core refractive index of 1.46, and a cladding refractive index of 1.40. The thickness of the clad is 7.5 μm. The arrangement interval of the optical fibers in the first direction is, for example, a pitch of 1.75 mm. When a large solar cell module having a size of 1.8 m × 1.8 m is to be measured, an optical fiber having a thickness of 1 mm can be used and the arrangement interval can be set to 3 mm. The line-shaped scanning beam is incident substantially perpendicular to the optical fiber and the transparent plate, and extends in a direction perpendicular to the extending direction of the optical fiber. Further, the optical fiber has no refractive action in the longitudinal direction. Therefore, the line-shaped scanning beam emitted from the scanning device is emitted without being refracted in the second direction by the optical fiber, and is incident as a line-shaped light beam focused on the solar cell 1 disposed on the lower side. The optical fiber has a refracting action in a direction perpendicular to the extending direction, but the line-shaped scanning beam 17 extends in a direction perpendicular to the optical fiber, and therefore a problem occurs even if it receives the refracting action. Absent.

次に、図4を参照しながら、照明装置の光放出作用について説明する。図4(A)は、本発明による光ファイバの構成を示す斜視図であり、図4(B)は光ファイバに入射した照明光の伝搬状態を示す模式図であり光ファイバの中心軸線を含む面で切って示す図である。また、図4(C)は光ファイバから出射する照明光の分布状態を示す図であり、光ファイバの中心軸線と直交する面で切って示す図である。図4(A)に示すように、本発明による光ファイバは、コア35とその外周面に形成したクラッド36とを有し、その長手方向に沿ってV字状の多数の溝37が連続的に形成される。V字状の溝は、そのV字面が光ファイバの中心軸線と交差するように形成する。また、V字状の溝37の深さは、溝の先端がコア34の表面に位置深さとする。また、V字状の溝を構成する表面の中心軸線に対する角度θは15〜25°に設定する。   Next, the light emission action of the illumination device will be described with reference to FIG. 4A is a perspective view showing a configuration of an optical fiber according to the present invention, and FIG. 4B is a schematic view showing a propagation state of illumination light incident on the optical fiber, including the central axis of the optical fiber. It is a figure cut and shown by a plane. FIG. 4C is a view showing a distribution state of illumination light emitted from the optical fiber, and is a view cut along a plane orthogonal to the central axis of the optical fiber. As shown in FIG. 4A, the optical fiber according to the present invention has a core 35 and a clad 36 formed on the outer peripheral surface thereof, and a large number of V-shaped grooves 37 are continuous along the longitudinal direction thereof. Formed. The V-shaped groove is formed so that the V-shaped surface intersects the central axis of the optical fiber. Further, the depth of the V-shaped groove 37 is set so that the tip of the groove is located at the surface of the core 34. Further, the angle θ with respect to the central axis of the surface constituting the V-shaped groove is set to 15 to 25 °.

光ファイバの両端から照明光が入射すると、照明光はコア35とクラッド36との界面で全反射しながら他端側に向けて伝搬する。一方、コア内を伝搬する光がV字状の溝37に入射すると、一部の光は、溝におけるクラッドと空気との界面で全反射して下側に向けて伝搬し、下側のクラッドを透過し、接着剤層34及びガラス基板33を透過して出射する。また、別の一部の光は、V字状の溝の空気との界面から外部に出射する。本発明者が、V字状の溝で全反射して下側から出射する光の光量と、V字状の溝から直接外部に出射する光の光量とを測定したところ、4:1〜7:1の割合であった。この実験結果によれば、V字状の溝を利用して相当な光量の照明光を下側に向けて出射させることが可能である。   When illumination light enters from both ends of the optical fiber, the illumination light propagates toward the other end side while being totally reflected at the interface between the core 35 and the clad 36. On the other hand, when light propagating in the core is incident on the V-shaped groove 37, a part of the light is totally reflected at the interface between the clad and air in the groove and propagates downward, and the lower clad , And passes through the adhesive layer 34 and the glass substrate 33 to be emitted. Another part of the light is emitted to the outside from the interface with the air in the V-shaped groove. The inventor measured the amount of light totally reflected by the V-shaped groove and emitted from the lower side, and the amount of light emitted directly from the V-shaped groove to the outside. 1 ratio. According to this experimental result, it is possible to emit a considerable amount of illumination light downward using the V-shaped groove.

V字状の溝の形成間隔は、光ファイバの中心軸線に沿って等間隔で形成する。或いは、中心軸線方向の端部側においてV字状の溝の間隔を大きくなるように設定し、光ファイバの中央において溝間の間隔が狭くなるように設定する。このようにV字状の溝の間隔、すなわち形成密度を適正に設定することにより、光ファイバの中心軸線方向にもほぼ均一な輝度分布を得ることが可能である。従って、光ファイバ列と透明プレートとにより構成される面状照明体において、
V字状の溝の間隔を適切に設定することにより、光ファイバの軸線方向において均一な輝度分布のバイアス光を照射させることができる。
The V-shaped grooves are formed at regular intervals along the central axis of the optical fiber. Alternatively, the interval between the V-shaped grooves is set to be large on the end side in the central axis direction, and the interval between the grooves is set to be narrow at the center of the optical fiber. Thus, by setting the interval between the V-shaped grooves, that is, the formation density appropriately, it is possible to obtain a substantially uniform luminance distribution also in the central axis direction of the optical fiber. Therefore, in the planar illuminating body constituted by the optical fiber array and the transparent plate,
By appropriately setting the interval between the V-shaped grooves, it is possible to irradiate bias light having a uniform luminance distribution in the axial direction of the optical fiber.

次に、光ファイバをガラス基板に固定する接着剤の作用について説明する。本例では、図3(C)に示すように、接着剤層34の厚さは、ガラス基板の表面から光ファイバの中心軸線の高さレベルまでの厚さとする。また、接着剤の屈折率は、ガラス基板の屈折率にほぼ等しく、光ファイバのコアの屈折率よりも大きい。この構造において、ガラス基板33と光ファイバのクラッド36との間に空気層が介在せず、V字状の溝37で全反射した照明光は、光ファイバのクラッド36と接着剤層34との界面を経てガラス基板側に向けて進行する。ここで、クラッドの屈折率は1.40であり、接着剤層の屈折率は1.50であり、その屈折率差は比較的小さいものである。よって、クラッドと接着剤層との界面で反射する光の光量は少なく、バイアス光の損失が低減される。一方、接着剤層が存在しない場合、クラッドとガラス基板との間には空気層が介在するため、V字状の溝で全反射した光は、クラッドと空気層との界面及び空気層とガラス基板との界面の2つの界面を通過するため、2つの界面での反射によるロスが大きいものである。従って、接着剤層34は、バイアス光の有効利用の観点より、重要な意義を有している。   Next, the effect | action of the adhesive agent which fixes an optical fiber to a glass substrate is demonstrated. In this example, as shown in FIG. 3C, the thickness of the adhesive layer 34 is a thickness from the surface of the glass substrate to the height level of the central axis of the optical fiber. Further, the refractive index of the adhesive is substantially equal to the refractive index of the glass substrate and is larger than the refractive index of the core of the optical fiber. In this structure, there is no air layer between the glass substrate 33 and the optical fiber cladding 36, and the illumination light totally reflected by the V-shaped groove 37 is formed between the optical fiber cladding 36 and the adhesive layer 34. It progresses toward the glass substrate side through the interface. Here, the refractive index of the cladding is 1.40, the refractive index of the adhesive layer is 1.50, and the refractive index difference is relatively small. Therefore, the amount of light reflected at the interface between the cladding and the adhesive layer is small, and the loss of bias light is reduced. On the other hand, when there is no adhesive layer, an air layer is interposed between the clad and the glass substrate, so that the light totally reflected by the V-shaped groove is the interface between the clad and the air layer and the air layer and the glass. Since it passes through the two interfaces with the substrate, the loss due to reflection at the two interfaces is large. Therefore, the adhesive layer 34 has an important significance from the viewpoint of effective use of bias light.

次に、光ファイバの延在方向と直交する方向(第1の方向)における光量分布について説明する。図4(C)は、V字状の溝で全反射して外部に出射する光の光量分布を示す図である。図4(C)において、破線は接着剤層が存在しない場合の光ファイバの延在方向と直交する方向の光量分布を示し、実線は接着剤層が存在する場合の光量分布を示す。クラッド36の外周には、その屈折率よりも大きい屈折率を有する接着剤層34が存在するため、V字状の溝で全反射した照明光は、クラッドと接着剤層との界面における屈折作用により、光ファイバの延在方向と直交する方向(第1の方向)に大きな角度で屈折してガラス基板に入射する。よって、各光ファイバから出射するバイアス光は、第1の方向に一層広く拡がりながらガラス基板側に伝搬する。この結果、光ファイバの第1の方向の配列間隔を適切に設定することにより、面状照明体から出射するバイアス光の光ファイバの配列方向と直交する方向における輝度分布を均一化することが可能である。   Next, the light quantity distribution in a direction (first direction) orthogonal to the extending direction of the optical fiber will be described. FIG. 4C is a diagram illustrating a light amount distribution of light that is totally reflected by the V-shaped groove and emitted to the outside. In FIG. 4C, the broken line indicates the light amount distribution in the direction orthogonal to the extending direction of the optical fiber when no adhesive layer is present, and the solid line indicates the light amount distribution when the adhesive layer is present. Since the adhesive layer 34 having a refractive index larger than the refractive index exists on the outer periphery of the clad 36, the illumination light totally reflected by the V-shaped groove is refracted at the interface between the clad and the adhesive layer. Thus, the light is refracted at a large angle in the direction (first direction) orthogonal to the extending direction of the optical fiber and enters the glass substrate. Therefore, the bias light emitted from each optical fiber propagates to the glass substrate side while spreading more widely in the first direction. As a result, by appropriately setting the arrangement interval in the first direction of the optical fibers, it is possible to make the luminance distribution uniform in the direction perpendicular to the arrangement direction of the optical fibers of the bias light emitted from the planar illumination body. It is.

上述したように、光ファイバに形成されるV字状の溝の間隔及び光ファイバの第1の方向の配列間隔を適切に設定することにより、照明装置の面状照明体からほぼ均一な輝度分布の平面状のバイアス光を照射させることが可能である。   As described above, a substantially uniform luminance distribution is obtained from the planar illumination body of the illumination device by appropriately setting the interval between the V-shaped grooves formed in the optical fiber and the arrangement interval in the first direction of the optical fiber. It is possible to irradiate the planar bias light.

次に、光ファイバにV字状の溝を形成する方法について説明する。V字状の溝の角度θは全反射する光の光量を確保する観点から重要であり、本発明者の実験結果によれば、V字状の溝の面が光ファイバの中心軸線に対して15〜25°の角度をなすように設定することが最良であることが判明した。図5は、V字状の溝を形成する方法を示す図である。プラスチック製の光ファイバ32に対して、60°の頂角を有する刃物工具40を、その刃先が光ファイバの中心軸線と直交するように位置決めし、押圧力を作用させる。この際、作用する押圧力は、刃物工具40の先端が光ファイバ32のクラッド36の表面に接する程度の押圧力とする。刃物工具の押圧力により、クラッドがV字状に変形し、V字状の溝37が形成される。別の方法として、歯車を用いる方法も利用できる。歯車として、各歯の頂角が例えば55°に設定されている歯車を用い、歯車を光ファイバに対して押圧しながらその長手軸線方向に移動させる。歯車の圧接移動により、光ファイバのクラッドには連続的なV字状の溝が形成される。   Next, a method for forming a V-shaped groove in the optical fiber will be described. The angle θ of the V-shaped groove is important from the viewpoint of securing the amount of light that is totally reflected. According to the results of experiments by the present inventors, the surface of the V-shaped groove is in relation to the central axis of the optical fiber. It has been found best to set the angle between 15 and 25 °. FIG. 5 is a diagram illustrating a method of forming a V-shaped groove. A cutting tool 40 having an apex angle of 60 ° is positioned with respect to the plastic optical fiber 32 so that the cutting edge is orthogonal to the central axis of the optical fiber, and a pressing force is applied. At this time, the acting pressing force is set to such a pressure that the tip of the blade tool 40 is in contact with the surface of the clad 36 of the optical fiber 32. Due to the pressing force of the blade tool, the clad is deformed into a V shape, and a V-shaped groove 37 is formed. As another method, a method using a gear can be used. As the gear, a gear whose apex angle of each tooth is set to 55 °, for example, is used, and the gear is moved in the longitudinal axis direction while pressing the gear against the optical fiber. Due to the pressure contact movement of the gear, a continuous V-shaped groove is formed in the clad of the optical fiber.

次に、ライン状走査ビームの輝度分布測定について説明する。ライン状走査ビームに輝度分布があると、検出される電流分布に誤差が発生してしまう。また、ライン状走査ビームの輝度値自体が変化したのでは、信号処理装置における補正処理において不具合が発生する。一方、光源は、動作環境の温度条件等により影響を放出強度が変動する可能性がある。そこで、本発明では、ライン状走査ビームの輝度分布を測定する手段を設け、各サンプルの測定に先立ってライン状走査ビームの輝度分布を測定し、輝度分布測定の測定結果を予め信号処理装置に出力する。そして、信号処理装置においては、予め測定されたライン状走査ビームの輝度分布及びその値を用い、算出された電流分布について補正を行う。このように構成すれば、ライン状走査ビームに部分的な輝度差や輝度値が変動しても、正確な電流分布を出力することができる。図1を参照するに、照明装置4のガラス基板33の下側に光検出器50を配置する。光検出器50は、ベルト駆動による移動装置51に連結され、ライン状走査ビーム17の延在方向である第1の方向に移動する。   Next, measurement of the luminance distribution of the line-shaped scanning beam will be described. If the line-shaped scanning beam has a luminance distribution, an error occurs in the detected current distribution. Further, if the luminance value itself of the line-shaped scanning beam changes, a problem occurs in the correction processing in the signal processing device. On the other hand, the emission intensity of the light source may vary depending on the temperature condition of the operating environment. Therefore, in the present invention, means for measuring the luminance distribution of the line-shaped scanning beam is provided, the luminance distribution of the line-shaped scanning beam is measured prior to the measurement of each sample, and the measurement result of the luminance distribution measurement is stored in advance in the signal processing device. Output. In the signal processing apparatus, the calculated current distribution is corrected using the luminance distribution and the value of the linear scanning beam measured in advance. With this configuration, an accurate current distribution can be output even if a partial luminance difference or luminance value fluctuates in the line-shaped scanning beam. Referring to FIG. 1, the photodetector 50 is disposed below the glass substrate 33 of the illumination device 4. The photodetector 50 is connected to a moving device 51 driven by a belt, and moves in a first direction which is an extending direction of the line-shaped scanning beam 17.

測定に際し、走査ヘッド18を図1の左端側に移動させ、走査ビーム17が光検出器50に入射するように設定する。また、照明装置3も動作させ、バイアス光と走査ビームとが重畳された光を光検出器50に入射させる。続いて、光検出器50を第1の方向に沿って走査ビームのビーム長分だけ移動させ、その間に走査ビームの輝度分布を測定し、信号処理装置6に出力する。その後、ライン状走査ビームによる測定を開始する。測定が終了した後、信号処理装置6は、算出された電流分布に対して予め検出された走査ビームの輝度分布及びその絶対値を用いて補正し、補正された電流分布を出力する。   At the time of measurement, the scanning head 18 is moved to the left end side in FIG. 1 and set so that the scanning beam 17 enters the photodetector 50. Further, the illumination device 3 is also operated, and light in which the bias light and the scanning beam are superimposed is incident on the photodetector 50. Subsequently, the photodetector 50 is moved along the first direction by the beam length of the scanning beam, during which the luminance distribution of the scanning beam is measured and output to the signal processing device 6. Thereafter, measurement with a line-shaped scanning beam is started. After the measurement is completed, the signal processing device 6 corrects the calculated current distribution using the luminance distribution of the scanning beam detected in advance and the absolute value thereof, and outputs the corrected current distribution.

本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、太陽電池に向けて面状のバイアス光を投射する面状照明装置として、光ファイバ列と透明プレートを用いたが、プレート状のコアと、その上側面に低屈折率のクラッド層を形成した2層構造のプレート状の光導波体、又は上側面及び下側面に低屈折率のクラッド層を形成した3層構造のプレート状の光導波体を用いることも可能である。この場合、上側のクラッド層に断面がV字状の溝を形成することにより、V字状の溝で全反射した照明光を他方の面から面状の照明光として出射させることが可能であり、面状照明装置が構成される。この光導波体を用いる場合でも、光導波体自体が光学的に透明であるから、上側からライン状の走査ビームで走査した際、太陽電池の表面には、均一な輝度分布のバイアス光にライン状走査ビームが重畳された光が入射する。尚、上記プレート状の光導波体を用いる場合、光源から出射したバイアス光をライン状の平行ビームに変換してからプレート状の光導波体に入射させる。尚、プレート状の光導波体の側面には、例えばアルミニウムの反射層を形成する。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made. For example, in the above-described embodiment, an optical fiber array and a transparent plate are used as a planar illumination device that projects planar bias light toward a solar cell. It is also possible to use a plate-shaped optical waveguide having a two-layer structure in which a cladding layer having a refractive index is formed, or a plate-shaped optical waveguide having a three-layer structure in which a cladding layer having a low refractive index is formed on the upper side surface and the lower side surface. is there. In this case, by forming a groove with a V-shaped cross section in the upper clad layer, it is possible to emit illumination light totally reflected by the V-shaped groove as planar illumination light from the other surface. A planar illumination device is configured. Even when this optical waveguide is used, the optical waveguide itself is optically transparent. Therefore, when scanning with a line-shaped scanning beam from above, the surface of the solar cell is lined with bias light having a uniform luminance distribution. The light on which the scanning beam is superimposed enters. When the plate-shaped optical waveguide is used, the bias light emitted from the light source is converted into a line-shaped parallel beam and then incident on the plate-shaped optical waveguide. For example, an aluminum reflective layer is formed on the side surface of the plate-like optical waveguide.

上述した照明装置は、太陽電池評価装置に用いられるだけでなく、種々の用途の面照明装置として利用することができ、例えばLCD表示装置用のバックライトとして、或いはレーザディスプレイにも用いることが可能である。   The lighting device described above can be used not only for a solar cell evaluation device but also as a surface lighting device for various applications, for example, as a backlight for an LCD display device or a laser display. It is.

上述した実施例では、光ファイバのクラッドにV字状の溝を形成し、V字状の溝の面での全反射を利用してバイアス光を外部に放出したが、V字状の溝に限られず、光ファイバを伝搬する光を全反射させる形状であれば種々の形状の溝や凹部を形成することができ、例えばU字状の溝や湾曲面状の凹部を形成して光ファイバを伝搬する光を外部に放出させることも可能である。   In the above-described embodiment, a V-shaped groove is formed in the clad of the optical fiber, and the bias light is emitted to the outside using total reflection on the surface of the V-shaped groove. Any shape and groove can be formed as long as the light propagating through the optical fiber is totally reflected. For example, a U-shaped groove or a curved concave portion is formed to form an optical fiber. It is also possible to emit propagating light to the outside.

1 太陽電池
2 回転ステージ
3 走査装置
4 照明装置
5 モータ
6 信号処理装置
7a,7b 電極端子
8 電流−電圧変換回路
10 光源ハウジング
11 光源
12 フィルタ
13 光ファイババンドル
14 光放出体
15 平面ミラー
16 円筒ミラー
17 走査ビーム
18 走査ヘッド
19 駆動ベルト
20a,20b 駆動ローラ
21 モータ
30a,30b 光源
31 光ファイババンドル
32a〜32g 光ファイバ
33 ガラス基板
34 接着剤層
35 コア
36 クラッド
37 V字状の溝
40 刃物工具
50 光検出器
51 移動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 2 Rotation stage 3 Scanning device 4 Illumination device 5 Motor 6 Signal processing device 7a, 7b Electrode terminal 8 Current-voltage conversion circuit 10 Light source housing 11 Light source 12 Filter 13 Optical fiber bundle 14 Light emitter 15 Plane mirror 16 Cylindrical mirror 17 Scanning beam 18 Scanning head 19 Drive belt 20a, 20b Drive roller 21 Motor 30a, 30b Light source 31 Optical fiber bundles 32a-32g Optical fiber 33 Glass substrate 34 Adhesive layer 35 Core 36 Cladding 37 V-shaped groove 40 Cutting tool 50 Photodetector 51 Moving device

Claims (14)

太陽電池の光電変換効率を評価する太陽電池評価装置であって、
評価されるべき太陽電池を保持するステージと、ステージを所定の回転ピッチで回転させる回転駆動装置と、ステージ上に配置された太陽電池をライン状の走査ビームにより走査する走査装置と、前記ステージと走査装置との間に配置され、ステージ上に配置された太陽電池に向けて面状のバイアス光を投射する照明装置と、前記太陽電池から出力される出力電流を検出する手段と、検出された出力電流に基づいて太陽電池の電流密度分布ないし光電変換効率を算出する手段とを具え、
前記照明装置は、バイアス光を発生する照明光源と、前記照明光源に光学的に結合され、ステージ上の太陽電池と対向するように配置されると共に光学的に透明な材料により構成され、太陽電池に向けて平面状のバイアス光を照射する面状照明体とを有し、
前記走査装置は、集束性のライン状走査ビームにより前記太陽電池に対して平行に走査し、
前記走査装置から出射したライン状の走査ビームは、照明装置の面状照明体を透過してステージ上の太陽電池に入射することを特徴とする太陽電池評価装置。
A solar cell evaluation apparatus for evaluating photoelectric conversion efficiency of a solar cell,
A stage for holding a solar cell to be evaluated, a rotary drive device for rotating the stage at a predetermined rotation pitch, a scanning device for scanning a solar cell arranged on the stage with a line-shaped scanning beam, and the stage An illumination device that is disposed between the scanning device and projects a planar bias light toward the solar cell disposed on the stage, and means for detecting an output current output from the solar cell, and detected Means for calculating the current density distribution or photoelectric conversion efficiency of the solar cell based on the output current,
The illumination device includes an illumination light source that generates bias light, an optically coupled material that is optically coupled to the illumination light source, and is disposed to face the solar cell on the stage, and is configured by an optically transparent material. A planar illuminator that emits a planar bias light toward the
The scanning device scans parallel to the solar cell with a converging line-shaped scanning beam,
The linear scanning beam emitted from the scanning device passes through the planar illumination body of the illumination device and is incident on the solar cell on the stage.
請求項1に記載の太陽電池評価装置において、前記走査装置は、光源装置と、光源装置から出射した光ビームを第1の方向に延在するライン状の光ビームに変換するライン状光ビーム変換手段と、ライン状光ビームを前記第1の方向と直交する第2の方向に走査する走査手段とを有することを特徴とする太陽電池評価装置。   2. The solar cell evaluation apparatus according to claim 1, wherein the scanning device includes a light source device and a linear light beam conversion that converts a light beam emitted from the light source device into a linear light beam extending in a first direction. And a scanning means for scanning the linear light beam in a second direction orthogonal to the first direction. 請求項2に記載の太陽電池評価装置において、前記ライン状光ビーム変換手段として光ファイババンドルを用い、光ファイババンドルの一端は前記光源装置に光学的に結合され、光ファイババンドルを構成する光ファイバの光出射端は前記第1の方向に沿って直線状に配列され、光ファイババンドルの光出射端から出射したライン状光ビームは、第1の方向に延在し第2の方向に集束性を有する円筒ミラーに入射し、円筒ミラーから前記第2の方向に集束したライン状光ビームとしてステージ上の太陽電池に入射することを特徴とする太陽電池評価装置。   3. The solar cell evaluation apparatus according to claim 2, wherein an optical fiber bundle is used as the line-shaped light beam converting means, and one end of the optical fiber bundle is optically coupled to the light source device to form an optical fiber bundle. The light emitting ends of the optical fiber bundles are linearly arranged along the first direction, and the linear light beam emitted from the light emitting end of the optical fiber bundle extends in the first direction and converges in the second direction. A solar cell evaluation apparatus, which is incident on a solar cell on a stage as a linear light beam that is incident on a cylindrical mirror having a beam and is focused in the second direction from the cylindrical mirror. 請求項3に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイババンドルの光出射端及び円筒ミラーは走査ヘッドに搭載され、走査ヘッドを前記第2の方向に移動させることにより、ステージ上に配置された太陽電池を集束性ライン状光ビームにより走査することを特徴とする太陽電池評価装置。   4. The solar cell evaluation apparatus according to claim 3, wherein the light emitting end and the cylindrical mirror of the optical fiber bundle are mounted on a scanning head, and are arranged on the stage by moving the scanning head in the second direction. A solar cell evaluation apparatus that scans a solar cell with a converging line-shaped light beam. 請求項1から4までのいずれか1項に記載の太陽電池評価装置において、前記光源装置は、走査光を発生する光源と、光源から出射した光を太陽光のスペクトルに近いスペクトルを有する光に変換するフィルタとを有することを特徴とする太陽電池評価装置。   5. The solar cell evaluation device according to claim 1, wherein the light source device is a light source that generates scanning light, and the light emitted from the light source is converted into light having a spectrum close to the spectrum of sunlight. A solar cell evaluation apparatus comprising a filter for conversion. 請求項1に記載の太陽電池評価装置において、前記照明装置の面状照明体は、前記ライン状走査ビームの延在方向である第1の方向に沿って所定の間隔で配列され、前記ライン状走査ビームの走査方向である第2の方向に沿って延在する複数の光ファイバを含む光ファイババンドルと、前記第1の方向に沿って配列された光ファイバを支持する透明プレートとを有し、
前記光ファイババンドルの一端は前記照明光源に光学的に結合され、
各光ファイバのステージ上の太陽電池から離れた側には、伝搬光を全反射させる溝又は凹部が前記第2の方向に沿って所定の間隔で連続的に形成され、
前記照明光源から出射したバイアス光は、光ファイバを伝搬する間にステージ上の太陽電池に向けて出射することを特徴とする太陽電池評価装置。
2. The solar cell evaluation device according to claim 1, wherein the planar illuminating body of the illuminating device is arranged at a predetermined interval along a first direction that is an extending direction of the linear scanning beam. An optical fiber bundle including a plurality of optical fibers extending along a second direction that is a scanning direction of the scanning beam; and a transparent plate that supports the optical fibers arranged along the first direction. ,
One end of the optical fiber bundle is optically coupled to the illumination light source;
On the side away from the solar cell on the stage of each optical fiber, grooves or recesses that totally reflect the propagating light are continuously formed at predetermined intervals along the second direction,
The solar cell evaluation apparatus, wherein the bias light emitted from the illumination light source is emitted toward the solar cell on the stage while propagating through the optical fiber.
請求項6に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイバに形成される溝としてV字状の溝が形成され、V字状の溝を形成する面は光ファイバの中心軸線と交差するように形成され、光ファイバの中心軸線に対して15〜25°の角度をなすことを特徴とする太陽電池評価装置。   7. The solar cell evaluation apparatus according to claim 6, wherein a V-shaped groove is formed as a groove formed in the optical fiber, and a surface on which the V-shaped groove is formed intersects with the central axis of the optical fiber. A solar cell evaluation apparatus formed and having an angle of 15 to 25 degrees with respect to the central axis of the optical fiber. 請求項6又は7に記載の太陽電池評価装置において、前記走査装置から出射したライン状の走査ビームは、光ファイバにより前記第2の方向に屈折作用をほとんど受けることなく集束したライン状の光ビームとして太陽電池に入射することを特徴とする太陽電池評価装置。   8. The solar cell evaluation apparatus according to claim 6 or 7, wherein the line-shaped scanning beam emitted from the scanning apparatus is a line-shaped light beam that is focused by the optical fiber in the second direction with almost no refracting action. The solar cell evaluation apparatus characterized by being incident on the solar cell. 請求項6、7又は8に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイバとして、コアとコアの外周面に形成されたクラッドとを有するプラスチック製の光ファイバが用いられ、前記透明プレートとしてプラスチック製の光ファイバのコアの屈折率よりも大きい屈折率を有するガラス基板が用いられ、前記光ファイババンドルの各光ファイバは、ガラス基板の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する透明接着剤層によりガラス基板に固定され、前記V字状の溝により全反射した光は、光ファイバと透明接着剤層との間の屈折作用により、光ファイバの延在方向と直交する第1の方向に拡がりながら太陽電池に向けて出射することを特徴とする太陽電池評価装置。   9. The solar cell evaluation apparatus according to claim 6, 7 or 8, wherein the optical fiber is a plastic optical fiber having a core and a clad formed on an outer peripheral surface of the core, and the transparent plate is made of plastic. A glass substrate having a refractive index larger than the refractive index of the core of the optical fiber is used, and each optical fiber of the optical fiber bundle is made of a glass substrate by a transparent adhesive layer having a refractive index substantially equal to the refractive index of the glass substrate. The light that is fixed to the V-shaped groove and totally reflected by the V-shaped groove spreads in a first direction orthogonal to the extending direction of the optical fiber by the refracting action between the optical fiber and the transparent adhesive layer. The solar cell evaluation apparatus characterized by emitting toward 請求項9に記載の太陽電池評価装置において、前記透明接着剤として、液状のシリコン系接着剤が用いられ、当該接着剤層は、ガラス基板の表面から光ファイバの中心軸線が位置する高さレベルの近傍まで、互いに隣接する光ファイバ間の空間を充填するように形成されていることを特徴とする太陽電池評価装置。   The solar cell evaluation apparatus according to claim 9, wherein a liquid silicon-based adhesive is used as the transparent adhesive, and the adhesive layer has a height level at which the central axis of the optical fiber is located from the surface of the glass substrate. The solar cell evaluation device is formed so as to fill a space between optical fibers adjacent to each other up to the vicinity. 請求項6から10までのいずれか1項に記載の太陽電池評価装置において、前記照明装置の面状照明装置を構成する光ファイババンドルの他端には、前記照明光源と同様な照明光源が光学的に結合され、前記光ファイバには、その両端からバイアス光が入射することを特徴とする太陽電池評価装置。   11. The solar cell evaluation device according to claim 6, wherein an illumination light source similar to the illumination light source is optical at the other end of the optical fiber bundle constituting the planar illumination device of the illumination device. The solar cell evaluation apparatus is characterized in that bias light is incident on both ends of the optical fiber. 請求項11に記載の太陽電池評価装置において、前記光ファイバに形成されるV字状の溝の形成間隔は、光ファイバの中軸線に沿って、端部から中央部分に向けて徐々に短くなるように設定されていることを特徴とする太陽電池評価装置。   The solar cell evaluation apparatus according to claim 11, wherein a formation interval of the V-shaped grooves formed in the optical fiber is gradually shortened from the end portion toward the central portion along the central axis of the optical fiber. The solar cell evaluation apparatus characterized by being set as follows. 請求項1から12までのいずれか1項に記載の太陽電池評価装置において、前記ライン状走査ビームの第1の方向の輝度分布を測定する輝度分布測定手段を有し、当該輝度分布測定手段の出力信号は前記信号処理装置に供給され、信号処理装置は、輝度分布測定手段からの出力信号を用いて、算出された電流分布について補正処理を行うことを特徴とする太陽電池評価装置。   13. The solar cell evaluation apparatus according to claim 1, further comprising: a luminance distribution measuring unit that measures a luminance distribution in a first direction of the linear scanning beam, wherein the luminance distribution measuring unit includes: The output signal is supplied to the signal processing device, and the signal processing device performs correction processing on the calculated current distribution using the output signal from the luminance distribution measuring means. 面状の照明光を放出する照明装置であって、
第1の方向に沿って所定の間隔で配列され、第1の方向と直交する第2の方向に延在する複数の光ファイバを有する光ファイバアレイと、光ファイバアレイを支持する透明プレートと、光ファイバアレイの一端に光学的に結合され、前記光ファイバに照明光を供給する照明光源とを有し
前記光ファイバは、透明プレートの屈折率とほぼ同一の屈折率を有する透明接着剤により透明プレートに固定され、
各光ファイバの透明プレートとから離れた側には、第2の方向に沿ってV字状の溝が連続的に形成され、
前記照明光源から光ファイバアレイに供給された照明光は、光ファイバを伝搬する間にV字状の溝が形成されている側とは反対側から透明プレートを透過して外部に出射し、
前記光ファイバアレイから面状の照明光が出射することを特徴とする照明装置。
An illumination device that emits planar illumination light,
An optical fiber array having a plurality of optical fibers arranged at predetermined intervals along the first direction and extending in a second direction orthogonal to the first direction; a transparent plate supporting the optical fiber array; And an illumination light source that is optically coupled to one end of the optical fiber array and supplies illumination light to the optical fiber. The optical fiber is transparent by a transparent adhesive having a refractive index substantially the same as the refractive index of the transparent plate. Fixed to the plate,
On the side away from the transparent plate of each optical fiber, a V-shaped groove is continuously formed along the second direction,
The illumination light supplied to the optical fiber array from the illumination light source is transmitted through the transparent plate from the side opposite to the side where the V-shaped groove is formed while propagating through the optical fiber, and is emitted to the outside.
Planar illumination light is emitted from the optical fiber array.
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