JP2012114227A - 太陽電池モジュールの信頼性試験装置、及び太陽電池モジュールの信頼性試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試験時間の短縮を図ることを可能にすると共に太陽電池モジュールのはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等の異常を検出することが可能な太陽電池モジュールの信頼性試験装置及び太陽電池モジュールの信頼性試験方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、空間１２内に太陽電池モジュール５０を配置した状態で当該空間１２の雰囲気温度条件を第１の温度とこの第１の温度よりも高い第２の温度とを周期的に繰り返す温度サイクル条件にし、雰囲気温度が第１の温度から第２の温度へ変化することにより太陽電池モジュール５０の温度が変化する温度過渡期、及び雰囲気温度が第２の温度から第１の温度へ変化することにより太陽電池モジュール５０の温度が変化する温度過渡期の少なくとも一方の温度過渡期に太陽電池モジュール５０の抵抗値を３回以上測定しその測定結果を出力することを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、温度変化の繰り返しに起因する熱的不整合や疲労等のストレスに対する太陽電池モジュールのはんだ接合部の信頼性を調べる信頼性試験装置、及びこの装置で用いられる信頼性試験方法に関する。

従来、太陽電池モジュールのはんだ接合部の信頼性を調べる方法として、ＩＥＣ６１２１５という国際規格によって規定される温度サイクル試験がある。

この温度サイクル試験は、太陽電池モジュールの周囲の温度（雰囲気温度）を周期的に変化させることにより当該太陽電池モジュールのはんだ接合部に熱的なストレスを繰り返し加え、これにより、実際に野外に太陽電池モジュールを設置した場合の経年劣化等による当該モジュールのはんだ接合部の信頼性を評価する。

具体的に、ＩＥＣ６１２１５に規定される温度サイクル試験では、太陽電池モジュールの温度が−４０℃となる雰囲気温度（第１の状態）と８５℃になる雰囲気温度（第２の状態）とが交互に繰り返される温度サイクル条件下に太陽電池モジュールを配置する。雰囲気温度が第１の状態から第２の状態になるときの太陽電池モジュールの温度変化、及び第２の状態から第１の状態になるときの太陽電池モジュールの温度変化が１時間当たり１００℃以下となるように、雰囲気温度が制御される。

そして、温度サイクルを２００サイクル行った後にこの温度サイクル条件下に置かれた太陽電池モジュールの出力を測定し、この出力が初期値に比べて低下していないか若しくは低下量が所定値以内であれば、この太陽電池モジュールのはんだ接合部に剥がれやタブ線等の断裂等が生じていないと判断され、当該モジュールのはんだ接合部が所定の信頼性（所定の耐用年数）を有するものと評価される。即ち、この温度サイクル試験では、２００サイクル後の太陽電池モジュールの出力の低下を検出することにより、太陽電池モジュールのはんだ接合部における経年劣化による剥がれやタブ線等の断裂等の検出を行っている。

このＩＥＣ６１２１５に規定される温度サイクル試験は、最低限必要な試験であって、下記の非特許文献１〜３では、温度サイクルのサイクル数を増やして試験を行うことが開示されている。

例えば、非特許文献１では、上記の温度サイクル試験と同じ条件の温度サイクルを５００サイクル行うことにより、２００サイクルでは検出できない接合部の一部に生じていた劣化や損傷等の異常を検出できることが開示されている。

J.H.Wohlgemuth et al.,"Long term reliability of photovoltaic modules", Proceeding of the 4th World Conference on PV Energy Conversion, 2006, pp.2050-2053. J.H.Wohlgemuth et al.,"Using accelerated tests and field data to predict module reliability and lifetime", Proceedings of the 23rd European PVSEC, 2008, # 4EP1.2, pp.2663-2669 C.R. Osterwald et al.,"Forward-biased thermal cycling: a new module qualification test", Proceedings of the 2000 NCPV Program Review Meeting NREL BK-520-28064, 2000.

しかしながら、４００〜５００サイクルの温度サイクル試験を１回行うためには、通常、半年程度の期間が必要となる。

しかも、上記の５００サイクルの温度サイクル試験においても検出できない程度の異常が、その後に熱的なストレスがさらに加わると進行して太陽電池モジュールの出力が大きく低下するような状態（はんだ接合部の剥がれやタブ線の断裂等）に至る場合もある。従って、太陽電池モジュールを野外に設置したときの経年劣化に対する十分な信頼性を評価するには十分ではなかった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、試験時間の短縮を図ることを可能にすると共に太陽電池モジュールのはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等の異常を検出することが可能な太陽電池モジュールの信頼性試験装置及び太陽電池モジュールの信頼性試験方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解消すべく鋭意研究を行った結果、上記のように周囲の温度を周期的に変化させる温度サイクル条件下に太陽電池モジュールをおいた状態で当該モジュールの抵抗値を測定すると、太陽電池モジュールの温度が変化しているときに特徴的な抵抗値の変化が現れることを発見した。この抵抗値の変化は、具体的には、図７及び図８に示されるような温度サイクル条件下において太陽電池モジュールの温度が低温から高温又は高温から低温に変化するときの期間である温度過渡期に現れ、波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減（一旦増加した抵抗値が元の値近傍まで減少するような増減）である。

この原因を調べるために、前記のスパイク状の抵抗値の増減が現れた太陽電池モジュールに対して温度サイクルによる熱的なストレスをさらに与え続けると、当該モジュールのはんだ接合部において剥がれやタブ線等の断裂等が生じた。このことから、熱的なストレスを繰り返し与え続けることによりはんだ接合部の剥がれやタブ線等の断裂等に至る劣化や損傷等の異常がはんだ接合部の一部に生じると、太陽電池モジュールが温度変化する際に当該モジュールを構成する各部材の熱膨張率の違いに起因するずれ等がはんだ接合部の前記劣化や損傷等した部位において生じ、これにより、太陽電池モジュールの温度変化時に前記波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減が観測されたと推測される。

そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、太陽電池モジュールにおけるはんだ接合部の信頼性を調べるための装置であって、内部空間を有し、この内部空間の雰囲気温度を変更可能な試験槽と、前記試験槽の内部空間内に配置された状態の前記太陽電池モジュールの抵抗値を測定可能な抵抗測定部と、前記試験槽と前記抵抗測定部とを制御する制御部と、前記抵抗測定部によって測定された前記抵抗値を出力する出力部と、を備える。そして、前記制御部は、前記内部空間の雰囲気温度が所定の第１の温度とこの第１の温度よりも高い第２の温度とを周期的に繰り返す温度サイクル条件となるように前記試験槽を制御する温度サイクル部と、前記内部空間の温度が前記第１の温度から前記第２の温度へ変化することによって前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期、及び前記内部空間の温度が前記第２の温度から前記第１の温度へ変化することによって前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期の少なくとも一方の温度過渡期において当該太陽電池モジュールの抵抗値を３回以上測定するように前記抵抗測定部を制御する抵抗測定制御部と、を有する。

この発明によれば、温度サイクル条件下において太陽電池モジュールの温度が変化する温度過渡期に３回以上の抵抗値の測定が行われることで、当該モジュールの温度が変化するときに生じて波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減を検出する、即ち、ある抵抗値が極端に大きくなる変化を検出することが可能となる。これにより、太陽電池モジュールの出力が大きく低下する当該モジュールのはんだ接合部に生じる剥がれやタブ線等の断裂等に加え、これらに至る前の太陽電池モジュールの出力が殆ど低下しないはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等の異常も検出することが可能となる。

尚、温度過渡期において抵抗値を測定する回数を３回以上としたのは、１回では測定時の抵抗値しかわからず、２回では抵抗値の上昇、下降、及び維持のいずれかしかわからないが、３回以上とすることで、抵抗値の上下動（スパイク状となる抵抗値の増減）の検出が可能となるからである。

また、前記のスパイク状の抵抗値の増減の有無を検出することにより、温度サイクル試験における所定回数の温度サイクル（例えば、ＩＥＣ６１２１５に規定される温度サイクル試験では２００サイクル）が終了する前にはんだ接合部の剥がれやタブ線等の断裂等に至る前のはんだ接合部の一部の劣化や損傷等の異常を検出することが可能となるため、所定回数の温度サイクルを行う前に温度サイクル試験を終了することができ、試験時間の短縮を図ることが可能となる。

尚、当該太陽電池モジュールの信頼性試験装置では、出力部から出力される温度サイクル条件下に配置された太陽電池モジュールの抵抗値の変化に基づいて、当該装置の操作者等がスパイク状の抵抗値の増減の検出を行ってもよく、自動でスパイク状の抵抗値の増減の検出を行ってもよい。

前記抵抗測定制御部は、前記内部空間の温度が前記第１の温度から前記第２の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である第１の温度過渡期と、前記内部空間の温度が前記第２の温度から前記第１の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である第２の温度過渡期とにおいて、当該太陽電池モジュールの抵抗値を３回以上ずつ測定するように前記抵抗測定部を制御することが好ましい。

かかる構成によれば、試験槽内の雰囲気温度の変化（温度サイクル）に伴って太陽電池モジュールの温度が上昇するとき及び下降するときの両方の温度変化時における前記の波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減を検出することが可能となる。これにより、当該モジュールのはんだ接合部の信頼性をより精度よく評価することが可能となる。即ち、太陽電池モジュールによって生ずる現象が異なる場合にも対応できる。

前記抵抗測定制御部は、前記太陽電池モジュールの抵抗値を前記抵抗測定部によって所定時間の経過毎に測定し、前記所定時間は、１分以内であることが好ましい。

このように、１分以内の所定時間の経過毎に抵抗値を測定することにより、波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減を検出可能となる。即ち、所定時間が長すぎると短い時間で増減するスパイク状の抵抗値の増減を検出できない場合が多くなり検出精度が低下するが、所定時間を１分以内にすることで検出精度を十分に確保することができる。

前記制御部は、前記抵抗測定部によって測定された抵抗値の推移から、前記温度過渡期において、抵抗値の推移波形がスパイク状となる抵抗値の増減が検出された場合に、前記太陽電池モジュールのはんだ接合部に異常が生じたと判断する判断部を有してもよい。

かかる構成によれば、温度サイクル試験において、太陽電池モジュールの抵抗値の前記スパイク状の増減を当該信頼性試験装置が検出することが可能となるため、太陽電池モジュールのはんだ接合の一部に劣化や損傷等の異常が生じたか否かが自動的に判断される。

詳しくは、はんだ接合部の剥がれやタブ線等の断裂等が生じると、はんだ接合部に異常が無い状態で温度サイクル条件下に配置されたときの太陽電池モジュールの抵抗値（正常値：図６参照）よりも常に検出される抵抗値が大きい状態となる場合や、図１０に示されるように、検出される抵抗値が、雰囲気温度が第２の温度のときには正常値よりも大きくなる一方で雰囲気温度が第１の温度のときにおいては正常値と同じになる場合等がある。一方、はんだ接合部の一部に、剥がれやタブ線等の断裂等に至る前の劣化や損傷等が生じている場合には、温度サイクル条件下に配置された太陽電池モジュールの抵抗値を測定すると前記の抵抗値の増減よりも短い時間内で増減するスパイク状の抵抗値の増減が現れる（図７及び図８参照）。そこで、当該信頼性試験装置では、このスパイク状の抵抗値の増減を検出可能な判断部を設けることで、温度サイクル試験において太陽電池モジュールのはんだ接合部の一部に劣化や損傷等の異常が生じたか否かを自動的に判断することが可能となる。

尚、前記スパイク状となる抵抗値の増減は、具体的には、前記温度サイクルの１／２周期以下の時間内に、前回のデータから所定割合以上増加して戻る挙動である。

前記出力部は、前記抵抗測定部によって測定された抵抗値の推移を波形表示によって出力することが好ましい。

かかる構成によれば、はんだ接合部の一部に劣化や損傷等の異常が生じたときに、出力部によってスパイク状の波形が表示されるため、前記異常がより把握し易くなる。

また、上記課題を解消すべく、本発明は、 太陽電池モジュールにおけるはんだ接合部の信頼性を調べる方法であって、所定の空間内に前記太陽電池モジュールを配置した状態で当該空間の雰囲気温度条件を所定の第１の温度と前記第１の温度よりも高い第２の温度とを周期的に繰り返す温度サイクル条件にする温度サイクル工程と、雰囲気温度が前記第１の温度から前記第２の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期、及び前記雰囲気温度が前記第２の温度から前記第１の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期の少なくとも一方の温度過渡期において当該太陽電池モジュールの抵抗値を３回以上測定しその測定結果を出力する抵抗値出力工程と、を備える。

この発明によれば、温度サイクル条件下において太陽電池モジュールの温度が変化する温度過渡期に３回以上の抵抗値の測定を行うことで、当該モジュールの温度が変化するときに生じて波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減（ある抵抗値が極端に大きくなる変化）を検出することが可能となる。これにより、太陽電池モジュールの出力が大きく低下する当該モジュールのはんだ接合部に生じる剥がれやタブ線等の断裂等に加え、これらに至る前の太陽電池モジュールの出力が殆ど低下しないはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等の異常も検出することが可能となる。

また、前記のスパイク状の抵抗値の増減の有無を検出することにより、温度サイクル試験における所定回数の温度サイクルが終了する前にはんだ接合部の剥がれやタブ線等の断裂等に至る前のはんだ接合部の一部の劣化や損傷等の異常を検出することが可能となるため、所定回数の温度サイクルを行う前に温度サイクル試験を終了することができ、試験時間の短縮を図ることが可能となる。

尚、前記抵抗値出力工程では、当該工程において測定した抵抗値の推移を波形表示することが好ましい。

以上より、本発明によれば、試験時間の短縮を図ることを可能にすると共に太陽電池モジュールのはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等の異常を検出することが可能な太陽電池モジュールの信頼性試験装置及び太陽電池モジュールの信頼性試験方法を提供することができる。

本実施形態に係る太陽池モジュールの概略平面図である。 前記太陽電池モジュールの中央縦断面図である。 前記太陽電池モジュールにおいて、（Ａ）は隣り合うセル（太陽電池）同士のタブ線による接続状態を説明するための図であり、（Ｂ）はセルとタブ線との接合状態を説明するための図である。 本実形態の太陽電池モジュールの信頼性試験装置において温度サイクル試験が可能な太陽電池モジュールの大きさを説明するための図である。 前記太陽電池モジュールの信頼性試験装置の概略構成図である。 温度サイクル試験時の試験槽の内部空間の雰囲気温度の推移、及び温度サイクル条件下に配置された太陽電池モジュールの抵抗値（正常値）を示す図である。 スパイク状の抵抗値の増減の出現パターンにおける第１のパターンを示す模式図である。 スパイク状の抵抗値の増減の出現パターンにおける第２のパターンを示す模式図である。 スパイク状の抵抗値の増減の出現パターンにおける第３のパターンを示す模式図である。 はんだ接合部に剥がれやタブ線等の断裂等が生じたときに現れる抵抗値の増減のパターンの一例（第４のパターン）を示す模式図である。 温度サイクル条件下に配置された太陽電池モジュールの抵抗値の実測値を示す図である。 図１１のＡ領域の拡大図である。 図１１のＢ領域の拡大図である。 前記太陽電池モジュールの信頼性試験装置での温度サイクル試験において実測された太陽電池モジュールの抵抗値の推移を示す図である。 図１４における２４０サイクル付近を拡大すると共に、試験槽の内部空間の雰囲気温度の推移を示した図である。 図１４における３００サイクル付近を拡大すると共に、試験槽の内部空間の雰囲気温度の推移を示した図である。 図１４における４２０サイクル付近を拡大すると共に、試験槽の内部空間の雰囲気温度の推移を示した図である。 図１４における４６０サイクル付近を拡大すると共に、試験槽の内部空間の雰囲気温度の推移を示した図である。 温度サイクル試験前後の太陽電池モジュールのＩ−Ｖ特性を示す図である。 温度サイクル試験後の太陽電池モジュールにおいて、ＥＬイメージングと電流密度イメージングから求めた発電状態が低下している領域を示す図である。 他実施形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験装置の概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る太陽電池モジュールの信頼性試験装置（以下、単に「試験装置」とも称する。）は、太陽電池モジュール（供試体）の周囲の温度（雰囲気温度）を周期的に変化させることにより当該太陽電池モジュールのはんだ接合部に熱的なストレスを繰り返し加える温度サイクル試験を行うものである。

まず、当該試験装置によって温度サイクル試験が行われる太陽電池モジュールについて説明する。

図１乃至図３（Ｂ）に示されるように、太陽電池モジュール（以下、単に「モジュール」とも称する。）５０は、複数のセル（太陽電池）５１，５１，…がバックシート５４上に配列され、各セル５１がタブ線５２や配線材５３等によって電気的に接続されたパネルである。具体的に、モジュール５０は、板状のバックシート５４と、バックシート５４上に配列される複数のセル５１と、隣り合うセル５１，５１同士を電気的に接続するためのタブ線５２及び配線材５３と、セル５１及びタブ線５２等をバックシート５４と共に封止（ラミネート）する樹脂部５５と、セル５１及びタブ線５２等を保護するためのガラス板５６と、これらの周囲を囲むフレーム５７とを備える。

タブ線５２は、幅に対して厚み寸法の小さなリボン状の形状を有し、導電性の素材により形成される。このタブ線５２は、隣り合うセル５１，５１同士を電気的に接続することにより、バックシート５４上に配列された複数のセル５１，５１，…を直列に接続する。具体的に、タブ線５２は、隣り合うセル５１，５１同士の一方のセル５１の表面５１ａと他方のセル５１の裏面５１ｂとを接続している。このリボン状のタブ線５２は、セル５１の表面５１ａ又は裏面５１ｂに対して平行な姿勢でセル５１と対向する面の略全体がはんだ（タブ線接合材料）６０によって当該セル５１の表面５１ａ又は裏面５１ｂに接合されている。

配線材５３は、タブ線５２によって直列に接続されたセル５１の列同士を電気的に接続する。この配線材５３も、幅に対して厚み寸法の小さなリボン状の形状を有し、タブ線５２と同様にしてセル５１等とはんだ６０によって接続される。

他にモジュール５０の出力端子（図示省略）等もはんだ６０によってセル５１や配線材５３等と接続されている。

尚、本実施形態のモジュール５０は、試験用の小型モジュール（セル５１の数が少ない（本実施形態では９個）モジュール）であるが、製品として販売されるサイズ（例えば、図４示すような畳程度のサイズ）のフルモジュール５０Ａであってもよく、また、研究開発でよく用いられるセル５１が１個のモジュール（図示省略）であってもよい。また、本実施形態のモジュール５０は、いわゆる結晶系の太陽電池（セル）５１を用いたものであるが、これに限定されず、いわゆる薄膜系の太陽電池を用いたモジュールであってもよい。

本実施形態の試験装置では、上記のように構成されるモジュール５０を温度サイクル条件下に配置してその抵抗値を測定することにより、はんだ接合部（例えば、セルとタブ線との接合部、セルと配線部材との接合部、配線部材同士の接合部、セル又は配線部材と出力端子との接合部）における劣化や損傷等の異常を検出する。そして、これに基づいて当該モジュール５０のはんだ接合部の信頼性が評価される。

試験装置は、図５に示されるように、温度サイクル負荷部１１と、制御処理部２０とを備える。温度サイクル負荷部１１は、モジュール５０を出し入れ自在に収容可能な内部空間１２を有すると共に内部空間１２の雰囲気温度を変更可能な試験槽１３を備える。この試験槽１３は、内部空間１２の雰囲気温度を変更するための空調部である加熱部（図示省略）や冷却部（図示省略）、空気の温度を一様にするために内部空間１２内に空気の流れを形成する送風部（図示省略）等を有する。

制御処理部２０は、試験槽１３内（即ち、試験槽１３の内部空間１２）に収容された状態のモジュール５０の抵抗値を測定可能な抵抗測定部２１と、当該試験装置１０の各構成要素を制御する制御部２２と、抵抗測定部２１によって測定された抵抗値を外部に出力する出力部２５と、を備える。

抵抗測定部２１は、試験槽１３内に収容されたモジュール５０の抵抗値を測定するための部位であり、モジュール５０の出力端子に接続可能となっている。本実施形態の抵抗測定部２１は、モジュール５０の端子間に定電流の交流負荷又は直流負荷をかけ、そのときの電圧を測定することにより当該モジュール５０のインピーダンスを測定する。

制御部２２は、試験槽１３の内部空間１２の雰囲気温度を制御する温度サイクル部２３と、抵抗測定部２１を制御する抵抗測定制御部２４とを有する。

温度サイクル部２３は、試験槽１３の内部空間１２の雰囲気温度が第１の温度（例えば、−４０℃）とこの第１の温度よりも高い第２の温度（例えば、８５℃）とを周期的に繰り返す温度サイクル条件となるように試験槽１３を制御する。具体的には、温度サイクル部２３は、図６に示されるように、内部空間１２の雰囲気温度が第１の温度で所定時間、例えば３０分間（低温安定期Ｐ１）安定し、所定の温度上昇率で第２の温度まで上昇し（第１の温度移行期Ｐ２）、この第２の温度で所定時間、例えば３０分間（高温安定期Ｐ３）安定し、所定の温度下降率で第１の温度まで下降する（第２の温度移行期Ｐ４）温度変化を１サイクルとし、このサイクルが繰り返されるように試験槽１３を制御する。ここで、本実施形態の温度サイクル部２３は、第１の温度移行期Ｐ２の温度上昇率、及び第２の温度移行期Ｐ４の温度下降率が試験槽１３内に収容されたモジュール５０の温度が１時間当たり４００℃以上の一定値で変化するように設定されている。尚、第１及び第２の温度移行期Ｐ２，Ｐ４における温度変化率（温度上昇率及び温度下降率）は、試験槽１３内に収容されたモジュール５０の温度が１時間当たり４００℃よりも小さい値（例えば、ＩＥＣ６１２１５に規定される温度サイクル試験のように１００℃以下の所定値）で変化するように設定されてもよい。

また、本実施形態の温度サイクル部２３は、操作者等によって当該温度サイクル部２３に接続された入力部２３ａ等から温度サイクル試験の終了指示が入力されなければ、予め設定されたサイクル、例えば５００サイクル終了後に温度サイクルを停止して温度サイクル試験を終了する。一方、温度サイクル部２３は、操作者等によって入力部２３ａ等から終了指示が入力されると、その時点で温度サイクルを停止して温度サイクル試験を終了する。

抵抗測定制御部２４は、試験槽１３内で温度サイクル条件下に配置されたモジュール５０の抵抗値を抵抗測定部２１に測定させる。この抵抗測定制御部２４は、少なくとも、試験槽１３の内部空間１２の温度が第１の温度から第２の温度へ変化することにより試験槽１３内に収容されたモジュール５０の温度が変化する期間である第１の温度過渡期と、試験槽１３の内部空間１２の温度が第２の温度から第１の温度へ変化することにより試験槽１３内に収容されたモジュール５０の温度が変化する期間である第２の温度過渡期とにおいて、当該モジュール５０の抵抗値を所定時間毎に測定する。この時間間隔は、各温度過渡期において少なくとも３回ずつ測定できる間隔に設定されている。詳しくは、抵抗測定制御部２４は、抵抗測定部２１により、モジュール５０の抵抗値を１分経過毎に測定する。即ち、本実施形態の抵抗測定制御部２４では、モジュール５０の温度が変化する第１及び第２温度過渡期以外（モジュール５０の温度が安定しているとき）でも、モジュール５０の抵抗値を抵抗測定部２１により１分経過毎に測定させる。

尚、モジュール５０の抵抗値を測定する時間間隔は、１分に限定されるものではない。例えば、抵抗値を測定する時間間隔は、０．１秒でもよく、数秒でもよく、又は、３分等であってもよい。また、モジュール５０の抵抗値を測定する時間間隔は、０．１秒間隔から３分間隔までの任意の時間間隔で設定可能に構成されてもよい。

ここで、波形で表した場合にスパイク状となる抵抗値の増減（以下、単に「スパイク状の抵抗値の増減」とも称する。）とは、図７に示されるように、縦軸を抵抗測定部２１によって測定されたモジュール５０の抵抗値とし、横軸をサイクル数（又は経過時間）とした時間推移グラフにおいて、温度サイクルの１周期に比べて短い時間の間に一旦増加した抵抗値が元の値近傍まで減少するような増減である。本実施形態のスパイク状の抵抗値の増減は、温度サイクルの１／２周期よりも短い時間内に、前回のデータ（抵抗測定部２１による前回の測定結果）から所定割合以上増加して戻る挙動である。より詳しくは、スパイク状の抵抗値の増加が生じたサイクル及びその前後のサイクルにおいて、雰囲気温度が低温で安定している時に抵抗値が略一定となる安定した状態があり、且つ、この安定した抵抗値に対して所定割合以上増加して戻る抵抗値の挙動である。この所定割合としては、例えば、１０％、５０％、１００％、２００％、５００％等を挙げることができる。

出力部２５は、抵抗測定部２１によって測定された抵抗値の推移を波形表示する。具体的に、出力部２５は、液晶画面等の表示部２６を有し、縦軸を抵抗測定部２１によって測定された抵抗値とし、横軸をサイクル数（又は経過時間）とした時間推移グラフを表示する。尚、出力部２５は、抵抗測定部２１による測定結果を画像によって波形表示するものに限定されず、数値等を表示してもよく、紙等に波形や数値等を印刷することによって表示してもよく、これらを組み合わせてもよい。また、出力部２５は、抵抗測定部２１によって測定した結果を出力信号（データ）として、例えば、スパイク状の抵抗値の増減が現れたか否かを判定する判断装置等に出力するように構成されてもよい。

本実施形態の出力部２５は、試験槽１３の内部空間１２の雰囲気温度もモジュール５０の抵抗値と共に表示することができる。本実施形態の出力部２５は、試験槽１３の内部空間１２の雰囲気温度を表示するが、これに限定されない。例えば、制御処理部が試験槽１３内に収容されたモジュール５０の温度を測定可能な温度測定部を有していれば、温度サイクルに伴うモジュール５０の温度の推移を表示してもよい。即ち、出力部２５は、モジュール５０の温度が雰囲気温度の変化に伴って変化している期間（第１及び第２の温度過渡期）にスパイク状の抵抗値の増減が現れているか否かを判断することができる波形や数値等を出力（表示等）できればよい。

このように構成される試験装置１０では、以下のようにして、モジュール５０のはんだ接合部の信頼性を評価する。

温度サイクル負荷部１１の試験槽１３内に試験対象となるモジュール５０を配置する。試験槽１３内にモジュール５０が配置されると、制御処理部２０（詳しくは、温度サイクル部２３）は、内部空間１２の雰囲気温度が上記の温度サイクル条件となるように試験槽１３を制御する。即ち、内部空間１２の雰囲気温度が低温安定期（雰囲気温度が−４０℃で３０分間）Ｐ１、第１の温度移行期（モジュール５０の温度上昇率が１時間当たり４００℃）Ｐ２、高温安定期（雰囲気温度が８５℃で３０分間）Ｐ３、第２の温度移行期（モジュール５０の温度下降率が１時間当たり４００℃）Ｐ４を１サイクルとし、このサイクルが繰り返される温度条件となるように試験槽１３が制御される。

制御処理部２０（詳しくは、抵抗測定制御部２４）は、この温度サイクル条件下に配置されたモジュール５０の抵抗値を抵抗測定部２１によって所定時間の経過毎（本実施形態では１分経過毎）に測定する。モジュール５０のはんだ接合部に劣化や損傷等の異常が生じていないとき、即ち、温度サイクル試験の初期のフェーズでは、出力部２５は、図６に示されるように、モジュール５０の抵抗値が雰囲気温度の変化に対応して周期的に上下する波形を表示する。本実施形態では、このような波形の抵抗値を正常値ということがある。

サイクル数が増加しても抵抗値が正常値のまま推移する場合（図６に示される波形で推移する場合）、制御処理部２０は、所定のサイクル数（本実施形態では、例えば５００サイクル）が終了した時点で温度サイクル試験を終了する。これにより、試験対象のモジュール５０のはんだ接合部は、所定の信頼性を有していると評価される。

一方、サイクル数の増加により、モジュール５０の温度変化時にスパイク状の抵抗値の増減が現れた場合（例えば、図７に示される波形が現れた場合）、操作者等が出力部２５の表示部２６でそれを確認して入力部２３ａ等から停止指示を入力し、これにより、温度サイクル試験が終了する。そして、そのときのサイクル数が試験対象のモジュール５０のはんだ接合部における劣化・損傷を示す指標となる。この指標に基づき、当該モジュール５０のはんだ接合の信頼性が評価される。このとき、試験装置１０がモジュール５０の抵抗値をサイクル数と関連付けて制御処理部２０等に設けられた記憶部等に記憶するように構成されてもよい。

このとき、スパイク状の抵抗値の増減の現れ方のパターンを複数のパターンに分類することができ、いずれのパターンが生じたときのサイクル数をはんだ接合部における劣化・損傷を示す指標とするかは、当該装置１０の操作者等が知見や取り決め等によって決定する。

例えば、図７に示されるように、低温安定期Ｐ１から高温安定期Ｐ３へ移行することによりモジュール５０の温度が変化する期間である第１の温度過渡期にスパイク状の抵抗値の増減が現れる場合（第１のパターン）、又は、図８に示されるように、高温安定期Ｐ３から低温安定期Ｐ１へ移行することによりモジュール５０の温度が変化する期間である第２の温度過渡期にスパイク状の抵抗値の増減が現れる場合（第２のパターン）のいずれかのパターンが生じたときのサイクル数をはんだ接合部における劣化・損傷を示す指標としてもよい。この第１のパターンと第２のパターンとでは、はんだ接合部の一部に生じている劣化や損傷等の異常の度合いは同じ程度であり、モジュール５０によっていずれかのパターンとなる。

さらに、劣化や損傷等の異常の程度が進行すると、図９に示されるように、第１及び第２の温度過渡期の両温度過渡期において、それぞれスパイク状の抵抗値の増減が現れ（第３のパターン）る。このパターンが生じたときのサイクル数をはんだ接合部における劣化・損傷を示す指標としてもよい。

このようなスパイク状の抵抗値の増減は、はんだ接合部の一部の劣化や損傷等の異常に起因して現れると推測される。詳しくは、温度サイクルが５００サイクルになる前に第１のパターン又は第２のパターンでスパイク状の抵抗値の増減が現れたモジュール５０に対し、上記の温度サイクル試験を続けた。そうすると、スパイク状の抵抗値の増減が現れるパターンが第１のパターン又は第２のパターンから、第３のパターンとなり、さらに温度サイクル試験を続けることで、図１０に示されるようなパターン（第４のパターン）となる。この第４のパターンは、はんだ接合部に剥がれやタブ線５２等の断裂等が生じたときに現れる抵抗値の増減のパターンである。この抵抗値の増減が第４パターンとなったモジュール５０の出力を測定すると温度サイクル試験前の初期値に比べて大きく低下している。

この第４のパターンは、雰囲気温度が高くなって（第２の温度になって）モジュール５０の各構成要素が熱膨張することにより、剥がれたセル５１とタブ線５２との間が離間し又は断裂したタブ線５２等の断裂部位同士が離間することにより抵抗値が大きくなり、雰囲気温度が低くなって（第１の温度になって）モジュール５０の各構成要素の前記熱膨張が納まることにより前記の離間していた部位が接触して抵抗値が元に戻ることで生じる。又は、その逆、即ち、温度が低くなることによりセル５１とタブ線５２とが離間等して抵抗値が高くなり、温度が高くなって熱膨張することにより離間していた部位が接触して抵抗値が元に戻ることで生じる。

このことから、抵抗値の推移を示す波形において、第１のパターンや第２のパターンが現れたときにはモジュール５０の出力を測定しても初期値とほぼ同じ出力が得られるが、このモジュール５０に周期的に変化する熱的なストレスを加え続けると、やがて出力が初期値に比べて大きく低下するようなはんだ接合部の剥がれやタブ線５２等の断裂等に至る劣化や損傷等の異常がはんだ接合部の一部に生じ、これにより、モジュール５０の温度が変化する際に当該モジュール５０を構成する各部材の熱膨張率の違いに起因するずれ等が前記はんだ接合部の劣化部位や損傷部位において生じてスパイク状の抵抗値の増減が観測されたものと推測される。

尚、図６乃至図１０は、試験槽１３内の雰囲気温度の変化と、これに伴うモジュール５０の抵抗値の増減とを模式的に表した図であり、実際の抵抗値の増減は、例えば、図１１（図８に相当する）及びこの図１１の一部を拡大した図１２及び図１３に示すようになる。

上記実施形態の試験装置１０によれば、温度サイクル条件下においてモジュール５０の温度が変化する第１及び第２温度過渡期の少なくとも一方の温度過渡期において３回以上のモジュール５０の抵抗値の測定が行われるため、当該モジュール５０の温度が変化するときに生じるスパイク状の抵抗値の増減を検出する、即ち、ある抵抗値が極端に大きくなる変化を検出することが可能となる。これにより、モジュール５０の出力が大きく低下する当該モジュール５０のはんだ接合部に生じる剥がれやタブ線５２等の断裂等に加え、これらに至る前のモジュール５０の出力が殆ど低下しないはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等の異常も検出することが可能となる。

また、スパイク状の抵抗値の増減の有無を検出することにより、温度サイクル試験における所定回数の温度サイクル（例えば、ＩＥＣ６１２１５に規定される温度サイクル試験では２００サイクル）が終了する前にはんだ接合部の剥がれやタブ線５２等の断裂等に至る前のはんだ接合部の一部の劣化や損傷等の異常を検出することが可能となるため、所定回数の温度サイクルを行う前に温度サイクル試験を終了することができ、試験時間の短縮を図ることが可能となる。

上記実施形態の試験装置１０によれば、温度サイクル条件下のモジュール５０の抵抗値を１分経過毎に測定するため、試験槽１３内の雰囲気温度の変化（温度サイクル）に伴ってモジュール５０の温度が上昇するとき及び下降するときの両方の温度変化時（第１及び第２の温度過渡期）におけるスパイク状の抵抗値の増減を検出することが可能である。そのため、当該モジュール５０のはんだ接合部の信頼性をより精度よく評価することが可能となる。即ち、モジュール５０によって生ずる現象が異なる場合（スパイク状の抵抗値の増減が現れるパターンが第１のパターン（図７参照）や第２のパターン（図８参照）のいずれの場合）にも対応できる。

また、上記実施形態の試験装置１０では、１分以内の所定時間の経過毎に抵抗値を測定するため、スパイク状の抵抗値の増減を検出することが可能である。即ち、所定時間が長すぎると短い時間で増減するスパイク状の抵抗値の増減を検出できない場合が多くなり検出精度が低下するが、所定時間を１分以内にすることで検出精度を十分に確保することができる。

ここで、上記実施形態の試験装置を用いて、太陽電池ミニモジュール（以下、単に「ミニモジュール」とも称する。）の温度サイクル試験を実際に行った結果について説明する。

ミニモジュールは、４００ｍｍ角の太陽電池パネルで、ＴＰＴ（テドラー（登録商標）／ＰＥＴ／テドラー（登録商標））バックシート上に配置された９個（３×３セル）の多結晶シリコンセル（１００ｍｍ角）が銅／はんだタブ線によって結合されている。このセル等は、ＴＰＴバックシートとＥＶＡ（樹脂部）とによりラミネートされている。

このミニモジュールを試験槽内に収容して上記実施形態の温度サイクル条件下に配置した状態でこのミニモジュールに対して１分毎に１ｋＨｚ交流負荷（１μＡの定電流）を行い、その際の電圧を測定することによりミニモジュールの抵抗値を測定した。その結果を図１４乃至図１８に示す。

温度サイクル試験の前後におけるミニモジュールのＩ−Ｖ特性をＳＰＩ−ＳＵＮ社のソーラシミュレータを用いてそれぞれ測定し、その結果を図１９に示す。また、５００サイクルの温度サイクル試験後のミニモジュールの電流負荷時（８ｍＡの電流負荷）の表面温度をＡＶＩＯＳ社のサーモグラフィー装置を用いて測定すると共に、ＥＬ測定装置・電流密度測定装置を用いてセルごとの発電状況を観察した。この発電状況を図２０に示す。

図１４から、温度サイクル試験においてスパイク状の抵抗値の増減が現れると、サイクル数の増加に伴ってスパイク状の抵抗値の増減が有意に増加していることがわかる。尚、温度サイクル試験を中断（室内アニーリング）することで、一旦、温度変化に伴う抵抗値の増加現象（スパイク状の抵抗値の増減）が消失するが、試験再開により、前回よりも少ないサイクル数でスパイク状の抵抗値の増減が生じ、且つその強度も増加することが確認できた。

この抵抗値の増減を詳細に解析すると、スパイク状の抵抗値の増減が現れ始めたときには、図１５及び図１６に示されるように、雰囲気温度の変化に伴うミニモジュールの温度上昇時又は温度下降時にスパイク状の抵抗値の増減が現れた（フェーズ１：上記実施形態の第１のパターン又は第２のパターンに相当）。そして、温度サイクルのサイクル数が増加するのに伴い、図１７に示されるように、雰囲気温度の変化に伴うミニモジュールの温度上昇時及び温度下降時の両方においてスパイク状の抵抗値の増減が現れた（フェーズ２：上記実施形態の第３のパターンに相当）。最終的には、図１８に示されるように、雰囲気温度の変化に伴うミニモジュールの温度上昇時から下降時に亘る連続的な抵抗値の増大が観察された（フェーズ３：上記実施形態の第４パターンに相当）。尚、温度サイクルの低温安定期の間の抵抗値は、サイクル数の増大に伴って、僅かに増加することが観察されたが、この増加は、フェーズ１からフェーズ３で観察されたスパイク状の抵抗値の増減及び連続的抵抗値の増大に比べて極めて小さい増加であった。

図１９に示されるように、試験前後のミニモジュールのＩ−Ｖ特性（光照射時のＩ−Ｖスイープ曲線）を比較したところ、Ｖｏｃ及びＩｓｃの値は殆ど変化していないが、Ｐｍａｘ及びＦＦの各値で３０％以上の低下が観測された。ここで、Ｉｓｃ（短絡電流）は外部にかかる電圧が０Ｖのときの電流であり、Ｖｏｃ（開放電圧）は外部に流す電流が０Ａのときの電圧であり、Ｐｍａｘは最大出力である。また、ＦＦは太陽電池の品質の目安となる曲線因子であり、Ｐｍａｘ（最大出力）をＶｏｃ（開放電圧）とＩｓｃ（短絡電流）との積に相当する理論出力と比較することにより導出される。

また、図１８のグラフが得られたミニモジュールについて、試験後に順方向に電流を流し、その表面温度を測定することで、同一セル上にある一対のタブ線の片側にあたる部分がその周囲の部分に比べて大きく発熱しており、同一セル上の別のタブ線にあたる部分（図２０において発電状態が低下している領域）がその周囲の部分に比べて発熱量が小さいことが確認できた。同様に、図１８のグラフが得られたミニモジュールについて、ＥＬ測定及び電流密度測定を行うと、前記周囲の部分に比べて低温度を示すタブ線により集電されているセルの発電特性が著しく低下していることが確認できた（図２０参照）。このように、スパイク状の抵抗値の増減がインタコネクタ部やセルと配線材との接合部、配線材同士の接合部、出力端子の接続部等のはんだ接合部の一部に生じた劣化や損傷等に起因して生じる可能性が強く示唆された。

尚、本発明の太陽電池モジュールの信頼性試験装置及び太陽電池モジュールの信頼性試験方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態の試験装置１０では、操作者等が表示部２６に表示された波形を目視することによってスパイク状の抵抗値の増減を検出しているが、これに限定されず、例えば、図２１に示されるように、試験装置１０Ａが判断部２７を備え、この判断部２７がスパイク状の抵抗値の増減が生じたか否かを判断してもよい。この判断部２７は、具体的には、第１又は第２の温度過渡期において、温度サイクルの１／２周期よりも短い時間内に、抵抗測定部２１が前回の測定時に測定したデータから１０％以上増加して戻る抵抗値の挙動を検出したときに、スパイク状の抵抗値の増減が生じたと判断する。詳しくは、判断部２７は、抵抗測定部２１により測定された抵抗値の推移から、スパイク状の抵抗値の増加が生じたサイクル及びその前後のサイクルにおいて雰囲気温度が低温で安定している時に抵抗値が略一定となる安定した状態があり、且つこの安定した抵抗値に対して所定割合以上増加して戻る抵抗値の挙動を検出するか否かで判断する。この所定割合としては、例えば、１０％、５０％、１００％、２００％、５００％等がある。

尚、判断部２７におけるスパイク状の抵抗値の増減が生じたか否かの判断方法は、これに限定されない。例えば、判断部は、温度サイクル試験の最初の数サイクルにおけるモジュール５０の抵抗値の推移等から図６に示す抵抗値の波形（増減曲線）を導出してこれを記憶し、この増減曲線とサイクル数が進んだときの抵抗値の推移を示す波形との比較に基づいてスパイク状の抵抗値の増減が生じたか否かの判断を行ってもよい。また、シミュレーションや事前の実験等によって図６に示す抵抗値の増減曲線を予め求めてこれを判断部に記憶させておき、判断部がこの記憶した抵抗値の増減曲線と、抵抗測定部２１により測定された抵抗値の推移を示す波形とを比較することにより、スパイク状の抵抗値の増減が生じたか否かを判断してもよい。

また、検出すべきスパイク状の抵抗値の増減は、上記の温度サイクルの１／２周期よりも短い時間内に、抵抗測定部２１が前回の測定時に測定したデータから１０％以上増加して戻る抵抗値の挙動に限定されず、モジュールの構成や知見等に基づき操作者等が温度サイクル試験毎に決定してもよい。

また、上記実施形態の試験装置１０では、温度サイクルの低温安定期Ｐ１や高温安定期Ｐ３におけるモジュール５０の温度が安定しているときにもその抵抗値を１分毎に測定しているが、これに限定されない。例えば、試験装置が温度サイクル条件下に配置されたモジュール５０の温度を測定する手段を備え、雰囲気温度の変化に伴ってモジュール５０の温度が変化する期間（第１の温度過渡期間、及び第２の温度過渡期間）内のみで抵抗値の測定が行われてもよい。また、第１の温度過渡期及び第２の温度過渡期の一方のみで抵抗値の測定が行われてもよい。

１０ 太陽電池モジュールの信頼性試験装置
１１ 温度サイクル負荷部
１２ 内部空間
１３ 試験槽
２１ 抵抗測定部
２２ 制御部
２３ 温度サイクル部
２４ 抵抗測定制御部
２５ 出力部
２７ 判断部
５０ 太陽電池モジュール（太陽電池パネル）
５１ セル（太陽電池）
５２ タブ線
５３ 配線材

Claims (8)

1. 太陽電池モジュールにおけるはんだ接合部の信頼性を調べるための装置であって、
   内部空間を有し、この内部空間の雰囲気温度を変更可能な試験槽と、
   前記試験槽の内部空間内に配置された状態の前記太陽電池モジュールの抵抗値を測定可能な抵抗測定部と、
   前記試験槽と前記抵抗測定部とを制御する制御部と、
   前記抵抗測定部によって測定された前記抵抗値を出力する出力部と、を備え、
   前記制御部は、前記内部空間の雰囲気温度が所定の第１の温度とこの第１の温度よりも高い第２の温度とを周期的に繰り返す温度サイクル条件となるように前記試験槽を制御する温度サイクル部と、
   前記内部空間の温度が前記第１の温度から前記第２の温度へ変化することによって前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期、及び前記内部空間の温度が前記第２の温度から前記第１の温度へ変化することによって前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期の少なくとも一方の温度過渡期において当該太陽電池モジュールの抵抗値を３回以上測定するように前記抵抗測定部を制御する抵抗測定制御部と、を有する太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
2. 前記抵抗測定制御部は、前記内部空間の温度が前記第１の温度から前記第２の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である第１の温度過渡期と、前記内部空間の温度が前記第２の温度から前記第１の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である第２の温度過渡期とにおいて、当該太陽電池モジュールの抵抗値を３回以上ずつ測定するように前記抵抗測定部を制御する請求項１に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
3. 前記抵抗測定制御部は、前記太陽電池モジュールの抵抗値を前記抵抗測定部によって所定時間の経過毎に測定し、
   前記所定時間は、１分以内である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
4. 前記制御部は、前記抵抗測定部によって測定された抵抗値の推移から、前記温度過渡期において、抵抗値の推移波形がスパイク状となる抵抗値の増減が検出された場合に、前記太陽電池モジュールのはんだ接合部に異常が生じたと判断する判断部を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
5. 前記スパイク状となる抵抗値の増減は、前記温度サイクルの１／２周期以下の時間内に、前回のデータから所定割合以上増加して戻る挙動である請求項４に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
6. 前記出力部は、前記抵抗測定部によって測定された抵抗値の推移を波形表示によって出力する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの信頼性試験装置。
7. 太陽電池モジュールにおけるはんだ接合部の信頼性を調べる方法であって、
   所定の空間内に前記太陽電池モジュールを配置した状態で当該空間の雰囲気温度条件を所定の第１の温度と前記第１の温度よりも高い第２の温度とを周期的に繰り返す温度サイクル条件にする温度サイクル工程と、
   雰囲気温度が前記第１の温度から前記第２の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期、及び前記雰囲気温度が前記第２の温度から前記第１の温度へ変化することにより前記太陽電池モジュールの温度が変化する期間である温度過渡期の少なくとも一方の温度過渡期において当該太陽電池モジュールの抵抗値を３回以上測定しその測定結果を出力する抵抗値出力工程と、を備える太陽電池モジュールの信頼性試験方法。
8. 前記抵抗値出力工程では、当該工程において測定した抵抗値の推移を波形表示する太陽電池モジュールの信頼性試験方法。

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