JP2014192444A - Inspection device and inspection method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、フォトデバイスを非接触で検査する技術に関する。 The present invention relates to a technique for inspecting a photo device in a non-contact manner.
フォトデバイスの1種である太陽電池の製造工程においては、いわゆる4端子測定法を適用して、太陽電池の電気特性を測定する検査装置が利用されている。より具体的には、太陽電池の受光面と裏面に設けられた集電電極に、電流測定用のプローブピンと電圧測定用のプローブピンとが当てられる。この状態で、疑似太陽光が照射されながら、太陽電池に印加する電圧を変化させて電流電圧の関係が測定される。これにより、太陽電池のI−V特性が測定される(例えば、特許文献1)。 In a manufacturing process of a solar cell that is one type of photo device, an inspection apparatus that measures the electrical characteristics of the solar cell by applying a so-called four-terminal measurement method is used. More specifically, a current measuring probe pin and a voltage measuring probe pin are applied to the collecting electrodes provided on the light receiving surface and the back surface of the solar cell. In this state, the voltage applied to the solar cell is changed while the simulated sunlight is irradiated, and the relationship between the current and voltage is measured. Thereby, the IV characteristic of a solar cell is measured (for example, patent document 1).
ところが、従来の太陽電池の検査装置の場合、電流測定用または電圧測定用のプローブピンを集電電極に直接接触させる必要があった。このため、プローブピンのメッキが剥がれるなど、プローブピンが摺り減るという問題があった。また、太陽電池にプローブピンを接触させるため、検査中に太陽電池素子を傷付けてしまう虞があった。 However, in the case of a conventional solar cell inspection apparatus, it is necessary to directly contact a probe pin for current measurement or voltage measurement with a collecting electrode. For this reason, there is a problem that the probe pin is rubbed off, for example, the plating of the probe pin is peeled off. Moreover, since the probe pin is brought into contact with the solar cell, the solar cell element may be damaged during the inspection.
そこで、本願出願人らは、プローブピンを接触させない検査方法を提案した(特許文献2)。具体的には、フォトデバイスにフェムト秒レーザーから出射される検査用のパルス光を照射して、光励起キャリア(自由電子および正孔)を発生させる。この光励起キャリアがフォトデバイスの空乏層などに存在する内部電界によって加速されることで、パルス電流が発生し、電磁波が発生する。このように、パルス光を照射フォトデバイスに照射することによって、光励起キャリア発生領域の特性に応じた電磁波が発生する。したがって、この発生した電磁波を解析することによって、フォトデバイスの特性(空乏層の形成状況など)を検査することが可能となる。 Therefore, the applicants of the present application have proposed an inspection method in which the probe pin is not brought into contact (Patent Document 2). Specifically, photoexcited carriers (free electrons and holes) are generated by irradiating a photo device with pulse light for inspection emitted from a femtosecond laser. This photoexcited carrier is accelerated by an internal electric field existing in a depletion layer or the like of the photo device, whereby a pulse current is generated and an electromagnetic wave is generated. Thus, by irradiating the irradiation photo device with pulsed light, an electromagnetic wave corresponding to the characteristics of the photoexcited carrier generation region is generated. Therefore, by analyzing the generated electromagnetic wave, it is possible to inspect the characteristics of the photo device (such as the depletion layer formation status).
ところで、太陽電池などのフォトデバイスは、少数キャリアを利用するデバイスである。例えば太陽電池の場合には、光照射によって発生する電子を、電極を介して効率良く外部に取り出すかが重要となる。例えば、一般的な結晶シリコン系太陽電池の場合、デバイスの大部分は、p型半導体層である。このため、受光面側にあるn型半導体層、または、空乏層付近の電子だけでなく、p型半導体層で生じた電子を、拡散によって、再結合させることなく空乏層に到達させることが重要となる。このため、p型半導体層における電子の発生、再結合を検査する技術が求められている。 By the way, photo devices such as solar cells are devices that use minority carriers. For example, in the case of a solar cell, it is important to efficiently extract electrons generated by light irradiation to the outside through an electrode. For example, in the case of a general crystalline silicon-based solar cell, most of the device is a p-type semiconductor layer. For this reason, it is important that not only the electrons near the n-type semiconductor layer on the light-receiving surface side or the depletion layer but also electrons generated in the p-type semiconductor layer reach the depletion layer without recombination by diffusion. It becomes. For this reason, a technique for inspecting the generation and recombination of electrons in the p-type semiconductor layer is required.
しかしながら、特許文献2のように、受光面に検査用のパルス光を照射しただけでは、その反対側の部分に検査用のパルス光を到達させることが通常は困難である。つまり、検査用のパルス光がほとんど届かない部分(例えば、上記結晶シリコン系太陽電池におけるp型半導体層の部分)での、光励起キャリアの発生、移動および再結合に関する検査を行うことは困難であった。このような事情は、太陽電池パネル以外のフォトデバイスにおいても、同様に成立する。 However, as in Patent Document 2, it is usually difficult to make the pulsed light for inspection reach the opposite side only by irradiating the light-receiving surface with the pulsed light for inspection. That is, it is difficult to inspect the generation, movement, and recombination of photoexcited carriers in a portion where the pulse light for inspection hardly reaches (for example, the portion of the p-type semiconductor layer in the crystalline silicon solar cell). It was. Such a situation also holds true for photo devices other than solar cell panels.
本発明は、フォトデバイスにおける、検査用のパルス光がほとんど届かない部分における、光励起キャリアの発生、移動および再結合に関する検査を行う技術を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a technique for inspecting the generation, movement, and recombination of photoexcited carriers in a portion of a photo device where pulse light for inspection hardly reaches.
上記の課題を解決するため、第1の態様は、フォトデバイスを検査する検査装置であって、フェムト秒レーザーから出射されるパルス光を、前記フォトデバイスの両面のうち一方の受光面に照射する照射部と、前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから発生する電磁波を検出する検出部と、前記パルス光が照射される前記受光面の部分に対応する、前記受光面とは反対側の裏面の部分に対して、連続光を照射する連続光照射部とを備えている。 In order to solve the above-described problem, a first aspect is an inspection apparatus that inspects a photo device, and irradiates one light receiving surface of both surfaces of the photo device with pulsed light emitted from a femtosecond laser. An irradiation unit, a detection unit that detects an electromagnetic wave generated from the photo device in response to the irradiation of the pulsed light, and a portion of the light receiving surface that is irradiated with the pulsed light, opposite to the light receiving surface A continuous light irradiating unit that irradiates the back surface with continuous light.
また、第2の態様は、第1の態様に係る検査装置において、前記連続光の照射径、強度および波長のうちの少なくとも1つを変更する照射条件変更部、をさらに備えている。 Moreover, the 2nd aspect is further provided with the irradiation condition change part which changes at least 1 among the irradiation diameter, intensity | strength, and wavelength of the said continuous light in the inspection apparatus which concerns on a 1st aspect.
また、第3の態様は、第1または第2の態様に係る検査装置において、前記連続光は、相互に異なる複数の波長を持つ光を含む。 According to a third aspect, in the inspection apparatus according to the first or second aspect, the continuous light includes light having a plurality of different wavelengths.
また、第4の態様は、第3の態様に係る検査装置において、前記フォトデバイスが太陽電池であり、かつ、前記連続光が疑似太陽光を含む。 According to a fourth aspect, in the inspection apparatus according to the third aspect, the photo device is a solar cell, and the continuous light includes pseudo-sunlight.
また、第5の態様は、第1または第2の態様に係る検査装置において、前記連続光は、単一波長のレーザー光である。 According to a fifth aspect, in the inspection apparatus according to the first or second aspect, the continuous light is a single-wavelength laser light.
また、第6の態様は、第1から第5までのいずれか1態様に係る検査装置において、前記フォトデバイスを逆バイアス状態とする電圧を印加する逆バイアス電圧印加部、をさらに備えている。 According to a sixth aspect, the inspection apparatus according to any one of the first to fifth aspects further includes a reverse bias voltage application unit that applies a voltage that causes the photo device to be in a reverse bias state.
また、第7の態様は、フォトデバイスを検査する検査方法であって、(a)フェムト秒レーザーから出射されたパルス光を、前記フォトデバイスの受光面に照射する工程と、(b)前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから発生する電磁波を検出する工程と、(c)前記(a)工程にて、前記パルス光が照射されている前記受光面の部分に対応する、前記受光面とは反対側の裏面の部分に対して、連続光を照射する工程とを有している。 A seventh aspect is an inspection method for inspecting a photo device, wherein (a) a step of irradiating a light receiving surface of the photo device with pulsed light emitted from a femtosecond laser; and (b) the pulse A step of detecting electromagnetic waves generated from the photo device in response to light irradiation, and (c) the light receiving surface corresponding to a portion of the light receiving surface irradiated with the pulsed light in the step (a). And a step of irradiating the back surface portion on the opposite side with continuous light.
第1から第7の態様によると、連続光が照射されることによって、検査用のパルス光が届かない部分において、光励起キャリアを発生させることができる。発生した光励起キャリアによって、内部電界の状態が変化すると、検査用のパルス光によって発生する電磁波が変化することとなる。つまり、電磁波を検出することによって、パルス光がほとんど届かない部分における光励起キャリアの発生、移動、再結合に関する検査を行うことができる。 According to the first to seventh aspects, photoexcited carriers can be generated in a portion where pulse light for inspection does not reach by being irradiated with continuous light. When the state of the internal electric field is changed by the generated photoexcited carrier, the electromagnetic wave generated by the inspection pulse light is changed. In other words, by detecting electromagnetic waves, it is possible to perform inspections related to generation, movement, and recombination of photoexcited carriers in a portion where pulsed light hardly reaches.
第2の態様に係る検査装置によると、連続光の照射径を変更することによって、連続光による起電力が発生する範囲を変更することができる。また、光強度を変更することによって、発生する起電力の大きさを任意に変更することができる。また、波長を変更することによって、連続光がフォトデバイスに侵入する長さを変更することができる。 According to the inspection apparatus which concerns on a 2nd aspect, the range which the electromotive force by continuous light generate | occur | produces can be changed by changing the irradiation diameter of continuous light. Further, the magnitude of the electromotive force generated can be arbitrarily changed by changing the light intensity. Moreover, the length by which continuous light enters the photo device can be changed by changing the wavelength.
第3の態様によると、複数の波長の連続光に曝されている状態で、フォトデバイスを検査することができる。 According to the 3rd aspect, a photo device can be test | inspected in the state exposed to the continuous light of a some wavelength.
第4の態様によると、太陽電池に疑似太陽光が照射されることで、実際の使用状態にある太陽電池を検査することができる。 According to the 4th aspect, the solar cell in an actual use state can be test | inspected because a solar cell is irradiated with pseudo-sunlight.
第5の態様によると、フォトデバイスの波長に依存する特性を検査することができる。 According to the fifth aspect, the characteristics depending on the wavelength of the photo device can be inspected.
第6の態様によると、逆バイアス状態とすることにより、空乏層などの内部電界が強められるため、発生する電磁波の強度を強めることができる。これにより、電磁波の検出感度を向上することができる。 According to the sixth aspect, by setting the reverse bias state, an internal electric field such as a depletion layer is strengthened, so that the intensity of the generated electromagnetic wave can be strengthened. Thereby, the detection sensitivity of electromagnetic waves can be improved.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The following embodiment is an example embodying the present invention, and is not an example of limiting the technical scope of the present invention.
<1. 第1実施形態>
<1.1. 構成および機能>
図1は、第1実施形態に係る検査装置100の概略構成図である。また、図2は、第1実施形態に係る照射部12および検出部13の概略構成図である。
<1. First Embodiment>
<1.1. Configuration and Function>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図1に示されるように、検査装置100は、ステージ11、照射部12、検出部13、連続光照射部14、モーター15、制御部16、モニター17および操作入力部18を備えている。検査装置100は、フォトデバイスが形成された基板である太陽電池パネル90を検査するように構成されている。
As shown in FIG. 1, the
フェムト秒レーザーから出射されたパルス光を太陽電池パネル90などのフォトデバイスに照射すると、フォトデバイスから、主にテラヘルツ波(周波数が0.1〜30THz)を含む電磁波が発生する。この電磁波は、以下の原理に基づいて発生するものと考えられる。すなわち、バンドギャップを越えるエネルギーを持ったパルス光の照射により、フォトデバイスにおいて光励起キャリアが発生する。この発生した光励起キャリアがフォトデバイスの空乏層または金属半導体界面などに生じている内部電界(ビルトイン電界)によって加速されることで、電流が発生する。このとき、照射光がパルス光である場合には、時間変化するパルス状の電流が発生することになるため、Maxwellの方程式にしたがって電磁波が発生する。
When pulsed light emitted from a femtosecond laser is applied to a photo device such as the
ここで、フォトデバイスから発生する電磁波は、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性に応じて放射されるものである。このため、放射された電磁波を検出することにより、光励起キャリア発生領域の特性を検査することができる。検査装置100は、このような原理に基づいて、所定波長のパルス光の照射に応じて太陽電池パネル90から発生する電磁波パルスを検出するように構成されている。
Here, the electromagnetic wave generated from the photo device is radiated according to the characteristics of the photoexcited carrier generation region such as a depletion layer. For this reason, the characteristics of the photoexcited carrier generation region can be inspected by detecting the emitted electromagnetic wave. Based on such a principle, the
なお、検査装置100の検査対象となる試料は、太陽電池パネル90に限定されるものではなく、可視光を含む光を電流に変換するフォトデバイスを含む試料であれば、検査装置100の検査対象物となり得る。太陽電池パネル90以外のフォトデバイスとしては、具体的には、CMOSセンサやCCDセンサなどのイメージセンサがあげられる。なお、イメージセンサの中には、使用状態においてフォトデバイスが形成された基板の裏面側となる部分に受光素子が形成されているものが知られている。このような基板であっても、使用状態において受光する側の主面を受光面として検査装置100に設置すれば、良好に電磁波を検出することができる。
Note that the sample to be inspected by the
ステージ11は、図示を省略する固定手段によって、太陽電池パネル90をステージ11上に固定する。固定手段としては、太陽電池パネル90を挟持する挟持具、太陽電池パネル90およびステージ11に接着する粘着性シート、または、ステージ11表面に形成される吸着孔を利用するものなどが考えられるが、その他の固定手段が採用されてもよい。本実施形態では、照射部12によって、太陽電池パネル90の受光面9FS側にパルス光が照射され、その受光面側9FSに放射される電磁波パルスが検出器132によって検出されるよう、ステージ11が太陽電池パネル90を保持する。図2に示されるように、検査装置100では、太陽電池パネル90の裏面9BS側から、連続光CWが照射される。このため、ステージ11は、連続光CWを透過可能に構成されている。具体的には、ステージ11に、連続光CWを透過させるための開口部が形成される。もしくは、ステージ11が、連続光CWを遮蔽しない透明性の材質などで構成される。
The
図2に示されるように、照射部12は、フェムト秒レーザー121を備えている。フェムト秒レーザー121としては、波長が360nm(ナノメートル)以上1μm(マイクロメートル)以下、周期が数kHz〜数百MHz、パルス幅が10〜150フェムト秒程度の直線偏光のパルス光を出射するものを採用することができる。
As shown in FIG. 2, the
フェムト秒レーザー121から出射されたパルス光LP1は、ビームスプリッタB1により2つに分割される。分割された一方のパルス光(以下、検査用パルス光LP11という。)は、太陽電池パネル90に照射される。このとき、照射部12は、検査用パルス光LP11の照射を受光面9FS側から行う。また、検査用パルス光LP11の光軸が、太陽電池パネル90の受光面9FSに対して斜めに入射するように、検査用パルス光LP11が太陽電池パネル90に対して照射される。なお、図2に示される例では、検査用パルス光LP11の入射角度が45度とされているが、この入射角度は0度から90度までの範囲内で適宜変更することができる。
The pulsed light LP1 emitted from the
図3は、太陽電池パネル90の概略断面図である。また、図4は、太陽電池パネル90を受光面9FS側から見たときの平面図である。さらに、図5は、太陽電池パネル90を裏面9BS側から見たときの平面図である。図3に示されるように、太陽電池パネル90は、積層構造を有しており、下から順に、アルミニウムなどで形成されたグリッド状の裏面電極92と、p型シリコン層93と、n型シリコン層94と、反射防止膜95と、アルミニウムなどで形成されるグリッド状の受光面電極96とで構成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
p型シリコン層93とn型シリコン層94との接合部分は、空乏層が形成されるpn接合部97となっている。この部分にパルス光が照射されると、発生した光励起キャリアが内部電界によって加速され、その結果、電磁波が発生する。発生した電磁波は、外部に放射されることで、電磁波パルスLT1として検出器132により観測される。
The junction between the p-
なお、太陽電池パネル90は、結晶シリコン系以外のもの(アモルファスシリコン系など)であってもよい。一般的に、アモルファスシリコン系太陽電池のバンドギャップ(例えば、1.75eV〜1.8eV)は、結晶シリコン系太陽電池のバンドギャップ(例えば、1.2eV)に比べて大きい。したがって、アモルファスシリコン系太陽電池の場合は、フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の波長を、例えば700μm以下とすることで、アモルファスシリコン系太陽電池からテラヘルツ波を含む電磁波を良好に発生させることができる。同様の原理で、その他の半導体太陽電池(例えば、化合物系(III−V族系、CIGS系およびCdTe系など)および有機系(色素増感太陽電池または有機薄膜太陽電池など))においても、テラヘルツ波を含む電磁波を良好に発生させることが可能である。
The
反射防止膜95は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化チタンなどで形成されている。太陽電池パネル90においては、集電電極(受光面電極96および裏面電極92)が設けられている主面のうち、受光面電極96が設けられている側の主面が、受光面9FSとなっている。つまり、太陽電池パネル90は、受光面9FS側から光を受けることで発電するように設計されている。受光面電極96は、採光性を向上するため、アルミニウム電極ではなく透明電極であってもよい。
The
太陽電池パネル90の受光面9FSは、光の反射損失を抑えるために、所要のテクスチャー構造を有している。具体的には、異方性エッチングなどにより形成される数μm〜数十μmの凹凸、または機械的方法によるV字状の溝などが形成されている。このように、太陽電池パネル90の受光面9FSは、一般的に、できるだけ効率良く採光できるように形成されている。したがって、太陽電池パネル90に照射される光は、pn接合部97に届きやすくなっている。太陽電池パネル90の場合、主に可視光の波長領域である波長1μm以下の光であれば、pn接合部97に容易に到達し得る。
The light receiving surface 9FS of the
また、後述するように、本実施形態では、太陽電池パネル9BSの側から、連続光CWが照射される。より詳細には、検査用パルス光LP11が照射される部分と、表裏方向において重なる裏面9BS側の部分に、連続光CWが照射される。 In addition, as will be described later, in this embodiment, continuous light CW is irradiated from the solar cell panel 9BS side. More specifically, the continuous light CW is irradiated to the portion irradiated with the inspection pulse light LP11 and the portion on the back surface 9BS side that overlaps in the front and back direction.
図2に戻って、ビームスプリッタB1によって分割された他方のパルス光は、検出用パルス光LP12として遅延部131およびミラーなどを経由し、検出器132に入射する。また、パルス光である検査用パルス光LP11の照射に応じて発生した電磁波は、放物面鏡M1,M2において集光されて検出器132に入射する。
Returning to FIG. 2, the other pulse light split by the beam splitter B <b> 1 enters the
検出器132は、光伝導スイッチなどで構成されている。太陽電池パネル90から発生した電磁波が検出器132に入射された状態で、検出用パルス光LP12が検出器132に照射されると、検出器132に瞬間的に電磁波パルスの電界強度に応じた電流が生じる。この電界強度に応じた電流は、I/V変換回路、A/D変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部13は、検出用パルス光LP12の照射に応じて、太陽電池パネル90から発生した電磁波パルスの電界強度を検出する。なお、本実施形態では、検出器132に光伝導スイッチが利用されているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。また、光伝導スイッチの代わりにショットキーバリアダイオードを用いて電磁波を検出することも考えられる。
The
なお、電磁波パルスLT1を偏光する偏光素子を設けることによって、放射された電磁波パルスLT1の特定の方向に偏光する電磁波を、検出器132にて検出するようにしてもよい。この場合、光伝導スイッチとしては、偏光依存性が小さいスパイラル型の光伝導スイッチが、検出器132として好適である。
Note that by providing a polarizing element that polarizes the electromagnetic wave pulse LT1, an electromagnetic wave polarized in a specific direction of the emitted electromagnetic wave pulse LT1 may be detected by the
遅延部131は、ビームスプリッタB1から検出器132までの検出用パルス光LP12の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部131は、検出用パルス光LP12の入射方向に移動する移動ステージ(図示せず)に固定されている。遅延部131は、検出用パルス光LP12を入射方向に折り返させる折り返しミラー10Mを備えている。遅延部131は、制御部16の制御に基づいて移動ステージを駆動することにより、折り返しミラー10Mを移動させて、検出用パルス光LP12の光路長を精密に変更する。このようにして遅延部131は、電磁波パルスが検出部13に到達する時間と、検出用パルス光LP12が検出部13へ到達する時間との時間差を変更する。検出用パルス光LP12の光路(第2光路)の光学的距離(光路長)を遅延部131により変化させることによって、検出部13(検出器132)における、電磁波パルスLT1の電界強度を検出するタイミング(検出タイミングまたはサンプリングタイミング)を早めたりまたは遅延させたりすることができる。
The
なお、その他の態様により、電磁波パルスLT1と検出用パルス光LP12の検出部13への到達時間の時間差を変更することも考えられる。例えば、検査用パルス光LP11の光路(第1光路)上に、遅延部131を設けることで、その光路長を変更できるようにしてもよい。この場合においても、検出器132に電磁波パルスLT1が到達する時間と、検出器132に検出用パルス光LP12が到達する時間を相対的にずらすことができる。したがって、検出器132における電磁波パルスLT1の電界強度の検出タイミングを遅延させることができる。また、電気光学効果を利用することも考えられる。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を遅延素子として用いる。具体的には、特開2009-175127号公報に開示されている電気光学素子を利用することができる。
In addition, it is also conceivable to change the time difference between the arrival times of the electromagnetic wave pulse LT1 and the detection pulse light LP12 to the
図2に示されるように、太陽電池パネル90には、検査時に裏面電極92と受光面電極96との間に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路99(逆バイアス電圧印加部)が接続されている。逆バイアス電圧が電極間に印加されることによって、pn接合部97に形成される空乏層が拡大され、内部電界が大きくなる。これにより、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する光励起キャリアの移動度を高めることができる。したがって、検出器132において検出される電磁波パルスLT1の電界強度を大きくすることができるため、検出部13における電磁波パルスLT1の検出感度を向上することができる。なお、逆バイアス電圧印加回路99は省略することもできる。
As shown in FIG. 2, the
連続光照射部14は、連続光CWを太陽電池パネル90に照射する。連続光照射部14が出射する連続光CWの種類は、検査目的に応じて適宜選択されるものであり、特に限定されるものではないが、具体的には、太陽光または太陽光を模した疑似太陽光、白熱灯のように波長分布が比較的広い光、LED照明や蛍光灯などの主にRGB3原色に対応した波長(400nm、600nmおよび800nmなど)を持つ光など、複数の波長を含む光であることが考えられる。また、連続光CWは、例えば、紫外線から近赤外までの中から選択される単一波長の光であってもよい。
The continuous
連続光照射部14は、検査に用いられる光の波長に合わせて構成されている。具体的に、連続光照射部14は、例えば、半導体レーザー、LED、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはこれらを組み合わせたもので構成される。また、連続光照射部14として、波長可変レーザーが用いられてもよい。波長可変レーザーとしては、例えば温度制御によって、出射するレーザー光の波長をほぼ連続的(例えば、2nm毎)に変更可能とされる分布帰還型(DFB)レーザーなどを利用することができる。
The continuous
太陽電池パネル90は、少数キャリアを扱うデバイスであり、光で励起される電子をいかに効率良く取り出すかが重要となる。結晶シリコン系太陽電池の場合、デバイスの大部分は、図3に示されるように、p型シリコン層93で構成されている。このため、表面のn型シリコン層94またはpn接合部97付近で発生した電子だけではなく、p型半導体で生じた電子を、再結合することなく空乏層に到達させる(拡散させる)ことが重要である。一般的には、p型シリコン層93内における、結晶の原子の並びの乱れを少なくしたり、不純物をできるだけ少なくしたりすることで、結晶の質を向上することによって、少数キャリアの拡散長をできるだけ長くする、などといった工夫がなされている。
The
本実施形態では、このp型シリコン層93における、電子の発生から再結合までのダイナミクスを観測するために、太陽電池パネル90の裏面9BSに、連続光CWが照射される。連続光CWを太陽電池パネル90の受光面9FS側に照射するのではなく、裏面9BS側に照射することによって、p型シリコン層93の内部に、連続光CWが侵入することとなる。これにより、p型シリコン層93の内部で電子を発生させることができる。
In this embodiment, in order to observe the dynamics from the generation of electrons to recombination in the p-
なお、太陽電池の性能を左右するパラメータとして、光吸収係数α(cm−1)が知られている。光が太陽電池に照射された場合、その光が太陽電池の内部に侵入するときの光侵入長Lは、光吸収係数αを用いて、以下の式で表される。 A light absorption coefficient α (cm−1) is known as a parameter that affects the performance of the solar cell. When light is irradiated on the solar cell, the light penetration length L when the light penetrates into the solar cell is expressed by the following equation using the light absorption coefficient α.
L=1/α・・・(式1) L = 1 / α (Expression 1)
例えば、太陽電池が結晶シリコンである場合、照射される光の波長が、1μmの場合、光侵入長Lは約100μm(α=約100cm−1)、800nmの場合、光侵入長Lは約10μm(α=約1000cm−1)、さらに、500nmの場合、光侵入長Lは約1μm(α=約10000cm−1)である。 For example, when the solar cell is crystalline silicon, the light penetration length L is about 100 μm (α = about 100 cm−1) when the wavelength of irradiated light is 1 μm, and the light penetration length L is about 10 μm when the wavelength is 800 nm. (Α = about 1000 cm −1) Further, in the case of 500 nm, the light penetration length L is about 1 μm (α = about 10000 cm −1).
すなわち、結晶シリコンの場合、波長が400nm〜800nmの可視光では、表面から約10μm以内で吸収されてしまう。そこで、本実施形態において、太陽電池パネル90のより深い部分(つまり、より受光面9BSに近い部分)を計測する場合には、波長が1μm以上である連続光CWを用いればよい。 That is, in the case of crystalline silicon, visible light having a wavelength of 400 nm to 800 nm is absorbed within about 10 μm from the surface. Therefore, in this embodiment, when measuring a deeper portion of the solar cell panel 90 (that is, a portion closer to the light receiving surface 9BS), a continuous light CW having a wavelength of 1 μm or more may be used.
検査装置100においては、裏面9BS側から連続光CWを照射することによって、p型シリコン層93において、光励起キャリアが発生した状態(起電力が発生した状態)を作り出すことができる。すると、発生した電子の拡散によって、起電力が発生した状態となり、空乏層の内部電界などが変化する。内部電界の変化は、検査用パルス光LP11を照射したときに放射される電磁波パルスLT1の変化として検出される。すなわち、電磁波パルスLT1の変化を観測することによって、検査用パルス光LP11とは反対側の部分における、光励起キャリアの拡散特性を検査することができる。
In the
例えば、太陽電池パネル90に対し、疑似太陽光が照射された場合、室外などで太陽光に曝された状態を再現できる。この状態で発生する電磁波パルスLT1を解析することにより、太陽電池パネル90の使用時に問題となりうる構造上の欠陥の検出、または、太陽電池パネル90の性能を評価することできる。また、連続光CWを特定の波長に限定して照射することで、波長に依存した太陽電池パネル90の特性を検査することもできる。
For example, when the
連続光照射部14は、照射条件変更部141を備えている。照射条件変更部141は、同時に太陽電池パネル90に対して照射される連続光CWのスポット径を変更する。照射条件変更部141により一度に連続光CWが照射される範囲を変更することによって、起電力が発生する領域の範囲を任意の変更することができる。
The continuous
例えば、検査用パルス光LP11のビーム径(照射径)を50μmとした場合、連続光CWのビーム径(照射径)を50μm以上とすれば、検査用パルス光LP11が照射される領域の周辺部についても、起電力が発生した状態とすることができる。ここで、検査用パルス光LP11の照射により発生した光励起キャリアは、上記周辺部の影響を受ける可能性が高い。したがって、太陽電池パネル90を使用状態で検査するためには、その周辺部についても連続光CWが照射されることが望ましい。また、連続光CWは、必ずしも局所的にスポット状に照射しなければならないものではなく、例えば、太陽電池パネル90全体に同時に照射されるようにしてもよい。
For example, when the beam diameter (irradiation diameter) of the inspection pulse light LP11 is 50 μm, if the beam diameter (irradiation diameter) of the continuous light CW is 50 μm or more, the peripheral portion of the region irradiated with the inspection pulse light LP11 Also, the state where an electromotive force is generated can be obtained. Here, the photoexcited carriers generated by the irradiation with the inspection pulse light LP11 are highly likely to be affected by the peripheral portion. Therefore, in order to inspect the
また、照射条件変更部141は、連続光CWの光強度を変更する。太陽電池パネル90に照射される連続光CWの光強度を変更することで、発生する起電力の大きさを任意に変更することができる。これにより、発電状態に応じた太陽電池パネル90の検査を実現することができる。なお、連続光CWの強度を変更する手段としては、例えば遮光性のフィルタなどを用いることが考えられるが、これに限定されるものではない。無論、連続光照射部14から出力される連続光CWの光強度が直接変更されるようにしてもよい。
Further, the irradiation
また、照射条件変更部141は、連続光CWの波長を変更する機能を変更する。具体的には、例えば照射条件変更部141がフィルタを備えていることによって、特定波長のみを透過させることができる。あるいは、異なる波長を出射する複数の光源を予め用意しておき、照射条件変更部141が複数の光源のうちの特定の光源から出射された連続光CWを、太陽電池パネル90に導くようにしてもよい。
Further, the irradiation
なお、照射条件変更部141は、上記のように、照射径、強度および波長を変更するように構成されているが、これらのうち少なくとも1つを変更するように構成されておればよい。
The irradiation
モーター15は、ステージを二次元平面内で移動させるX−Yテーブル(図示せず)を駆動する。モーター15は、このX−Yテーブルを駆動することによって、ステージ11に保持された太陽電池パネル90を、照射部12に対して相対移動させる。検査装置100は、モーター15によって、太陽電池パネル90を二次元平面内で任意の位置に移動させることができる。検査装置100は、モーター15により、太陽電池パネル90の広い範囲にわたって、連続光CWおよび検査用パルス光LP11を照射することができる。なお、オペレータが手動でステージ11を移動させられるようにしてもよい。また、太陽電池パネル90を移動させる代わりに、または、太陽電池パネル90を移動させると共に、照射部12および連続光照射部14を二次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。さらに、検査用パルス光LP11の光路を変更するガルバノミラー、ポリゴンミラーなどを設けることによって、太陽電池パネル90を検査用パルス光LP11で走査するようにしてもよい。
The
制御部16は、図示を省略するCPUやRAM、補助記憶装置(例えば、ハードディスク)などを備えた一般的なコンピュータとしての構成を備えている。制御部16は、図1に示されるように、照射部12、検出部13、連続光照射部14およびモーター15に接続されており、これらの動作を制御する。具体的に、制御部16は、検出器132から電磁波パルスLT1の電界強度に関するデータを受け取る。また、制御部16は、遅延部131を移動させる移動ステージ(図示せず。)の移動を制御したり、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー10Mの移動距離などの遅延部131の位置に関連するデータを受け取ったりする。
The
また、制御部16は、時間波形復元部21、スペクトル解析部23および画像生成部25に接続されており、これら各部に各種演算処理を行わせる。時間波形復元部21、スペクトル解析部23および画像生成部25は、図示しないCPUがプログラムにしたがって動作することによってソフトウェア的に実現されてもよいし、これらの機能の一部または全部が専用の回路によってハードウェア的に実現されてもよい。
The
時間波形復元部21は、太陽電池パネル90において発生した電磁波パルスLT1について、検出部13(検出器132)にて検出される電界強度を元に、電磁波パルスLT1の時間波形を構築する。具体的には、遅延部131を移動させることによって、相互に異なる複数の検出タイミングで電磁波パルスLT1の電界強度が検出されることにより、時間波形が復元される。この復元方法については、後述する。
The time waveform restoration unit 21 constructs a time waveform of the electromagnetic wave pulse LT1 based on the electric field strength detected by the detection unit 13 (detector 132) for the electromagnetic wave pulse LT1 generated in the
スペクトル解析部23は、電磁波パルスLT1の時間波形に基づいて、スペクトル解析を行う。具体的には、スペクトル解析部23は、電磁波パルスLT1の時間波形をフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトルを取得する。
The
画像生成部25は、太陽電池パネル90上の検査対象領域(太陽電池パネル90の一部または全部)に関して、発生した電磁波パルスLT1の電界強度分布を視覚化した画像を生成する。具体的には、太陽電池パネル90の受光面9FSを表す画像について、各測定地点に対応する部分が実際に測定された電磁波パルスLT1の電界強度に応じた色で塗り分けられる。これにより、電界強度分布画像が生成される。
The
図1に示されるように、制御部16には、モニター17および操作入力部18が接続されている。モニター17は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を提示する。モニター17には、カメラで撮影された太陽電池パネル90の受光面9FSの画像、画像生成部25が生成した電界強度分布画像などが表示される。また、検査の条件設定(太陽電池パネル90における検査領域の設定、連続光CWの照射強度または照射範囲の設定など)を実行するためのGUI画面がモニター17に表示されてもよい。
As shown in FIG. 1, a
<1.2. フォトデバイスの検査>
次に、フォトデバイスである太陽電池パネル90の検査の流れについて説明する。本実施形態に係る検査装置100は、大きく分けて2種類の検査(第1検査および第2検査)を行うことができるように構成されている。
<1.2. Photo device inspection>
Next, the flow of inspection of the
第1検査は、電磁波パルスLT1の時間波形に基づいた検査である。この第1検査においては、太陽電池パネル90上の検査されるべき特定の位置(関心位置)に、連続光CWおよびパルス光である検査用パルス光LP11が照射される。そして、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1の時間波形が復元される。また、復元された時間波形に関して、スペクトル解析が行われる。
The first inspection is an inspection based on the time waveform of the electromagnetic wave pulse LT1. In the first inspection, a specific position (interesting position) to be inspected on the
また第2検査は、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1の電界強度分布を取得する検査である。この第2検査においては、太陽電池パネル90上の各地点に対して、連続光CWおよび検査用パルス光LP11が照射される。そして、各地点で発生した電磁波パルスLT1の電界強度が集計される。以下においては、まず第1検査について説明し、次に第2検査について説明する。なお、以下の説明において、検査装置100の各動作は、特に断らない限り制御部16により制御されるものとする。
The second inspection is an inspection for acquiring the electric field intensity distribution of the electromagnetic wave pulse LT1 generated in response to the irradiation with the inspection pulse light LP11. In the second inspection, the continuous light CW and the inspection pulse light LP11 are irradiated to each point on the
<第1検査>
図6は、第1検査の流れ図である。なお、図6に示される第1検査の流れは一例である。したがって、いくつかの工程が並列的に実行され、または、いくつかの工程の実行順序が適宜変更されることも考えられる。
<First inspection>
FIG. 6 is a flowchart of the first inspection. The flow of the first inspection shown in FIG. 6 is an example. Therefore, some processes may be executed in parallel, or the execution order of some processes may be appropriately changed.
まず、ステージ11に検査対象となる太陽電池パネル90が固定される(図6:ステップS10)。なお、オペレータによって太陽電池パネル90がステージ11に搬入されるようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置などによって太陽電池パネル90がステージ11に搬入されるようにしてもよい。このとき、上述したように、太陽電池パネル90の受光面9FSに向けて、検査用パルス光LP11が照射されるように太陽電池パネル90が設置される。
First, the
太陽電池パネル90がステージ11に固定されると、検査装置100は、関心位置に合わせて太陽電池パネル90を移動させる(図6:ステップS11)。この関心位置は、あらかじめ、検査を行うべき太陽電池パネル90上の位置に関するデータ(座標データ)として、オペレータが操作入力部18を介して入力する情報に基づいている。制御部16は、この座標データに基づいて、モーター15を駆動することにより、関心位置に検査用パルス光LP11が照射されるようにステージ11を移動させる。なお、オペレータ自身が、ステージ11を手動で移動させることによって、太陽電池パネル90を関心位置に合わせて移動させるようにしてもよい。
When the
次に、連続光CWの照射条件の設定が行われる(図6:ステップS12)。具体的には、連続光CWの照射範囲の設定、連続光CWの強度などが設定される。また、連続光照射部14が異なる波長の連続光CWを照射できるように構成されている場合は、このステップで出射する連続光CWの波長が設定される。また、照射条件変更部141は、連続光CWの照射径が設定されたものとなるように、遮光領域の変更などを適宜行う。そして、設定された連続光CWの照射条件に基づいて、連続光照射部14により連続光CWの照射が開始される(図6:ステップS13)。
Next, the irradiation conditions for the continuous light CW are set (FIG. 6: Step S12). Specifically, the setting of the irradiation range of the continuous light CW, the intensity of the continuous light CW, and the like are set. Moreover, when the continuous
次に、検査装置100は、太陽電池パネル90の検査位置に向けて検査用パルス光LP11の照射を行う(図6:ステップS14)。図7は、太陽電池パネル90における、連続光CWが照射されている部分を模式的に示す平面図である。連続光CWは、太陽電池パネル90における、検査用パルス光LP11が照射される受光面9FSの部分(パルス光照射部分83)に対応した、受光面9FSとは反対側の裏面9BSの部分(連続光照射部分81)に照射される。ここで、「連続光照射部分81」が、「パルス光照射部分83パルス光照射部分83」に対応するとは、図7に示されるように、「連続光照射部分81」が、太陽電池パネル90の受光面9FSに垂直な方向において、「パルス光照射部分83」と重なっていることを意味する。換言すると、裏面9BSから見たときに、連続光照射部分81とパルス光照射部分83に重なっている状態である。このように、連続光照射部分81を設定することによって、検査用パルス光LP11の照射で発生する電子が、連続光CWの照射によって発生した電子の移動の影響を受けやすくなる。つまり、連続光CWによる起電力の影響を受けた電磁波パルスLT1が発生しやすくなる。したがって、検査用パルス光LP11が到達できない部分における、光励起キャリアの発生、再結合を検査することができる。
Next, the
また、検査装置100は、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1の電界強度を検出する(図6:ステップS15)。ステップS15において電磁波パルスLT1の電界強度が検出される際、制御部16は、遅延部131を制して、検出器132に検出用パルス光LP12が到達するタイミングを遅延させる。これにより、相互に異なる複数の検出タイミングで、電磁波パルスLT1の電界強度が検出される。なお、太陽電池パネル90に検査用パルス光LP11を照射する際、逆バイアス電圧印加回路99を駆動して、太陽電池パネル90の電極間に逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。
Further, the
検査装置100は、ステップS15において取得された電界強度の検出結果に基づいて、電磁波パルスLT1の時間波形を復元する(図6:ステップS16)。具体的には、時間波形復元部21が、ステップS15において検出された電界強度の値を時間軸に沿ってプロットすることにより、電磁波パルスLT1の時間波形を復元する。
The
図8は、時間波形復元部21により復元された電磁波パルスLT1の時間波形を示す図である。図8中、横軸は時間を示し、縦軸は電界強度を示している。また、下段には、遅延部131によって、検出器132に到達するタイミング(すなわち、検出タイミング)の異なる複数の検出用パルス光LP12が概念的に示されている。
FIG. 8 is a diagram showing a time waveform of the electromagnetic wave pulse LT1 restored by the time waveform restoration unit 21. As shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates electric field strength. In the lower stage, a plurality of detection pulse lights LP12 having different timings (that is, detection timings) reaching the
関心位置に対して検査用パルス光LP11が照射されることにより、検出器132には、図8に示されるような時間波形41の電磁波パルスLT1が所定の周期で繰り返し到来する。ここで、例えば検出器132に対して検出タイミングt1でプローブ光が到達するように遅延部131が調整された場合、検出器132においては値E1の電界強度が検出されることとなる。また検出タイミングがt2〜t8となるように遅延部131が調整された場合、それぞれ値E2〜E8の電界強度が検出されることとなる。このようにして取得された電界強度値E1〜E8が、時間軸に沿ってグラフにプロットされることによって、電磁波パルスLT1の時間波形41が復元される。
When the inspection pulse light LP11 is irradiated to the position of interest, the electromagnetic wave pulse LT1 having the
時間波形41が復元されることにより、関心位置における光励起キャリア発生領域の特性について検査することができる。例えば、電磁波パルスLT1の検出の有無、または、復元された電磁波パルスLT1の電界強度の振幅などから、光励起キャリア発生領域の形成不良を検出することができる。
By restoring the
図6に戻って、検査装置100は、電磁波パルスLT1の時間波形41が復元すると、スペクトル解析を行う(図6:ステップS17)。具体的には、ステップS16において取得された時間波形に基づき、スペクトル解析部23がフーリエ変換を実行する。これにより、電磁波パルスLT1のスペクトル分布が取得される。なお、このステップS17は、省略することも可能である。
Returning to FIG. 6, when the
図9は、電磁波パルスLT1のスペクトル分布51を示す図である。図9中、縦軸はスペクトル強度を示し、横軸は周波数を示している。スペクトル分布51に示されるように、太陽電池パネル90から発生する電磁波パルスLT1の場合、0.1THz〜1THzにわたって比較的強いスペクトル強度を有している。
FIG. 9 is a diagram showing the
このようなスペクトル分布51が取得されることにより、太陽電池パネル90における関心位置に関して、様々な物性情報を取得することができる。例えば、図9に示されるスペクトル分布51と、基準となる他のスペクトル分布とが比較されることによって、太陽電池パネル90の関心位置の物性情報を相対的に評価することが可能となる。また、スペクトル分布51においては、矢印で示されるように、特定周波数の電磁波に関して吸収が起こっている。このことから、該特定周波数を吸収する不純物が関心位置に形成されていることが推定されるとともに、吸収された電磁波の周波数から不純物の種類や濃度なども推定される。
By acquiring such a
図6に戻って、スペクトル解析が完了すると、モニター17に検査結果を示す画像が表示される(図6:ステップS18)。具体的には、ステップS16において取得された電磁波パルスLT1の時間波形41(図8参照)や、ステップS17において取得されたスペクトル分布51(図9参照)などが解析結果としてモニター17に表示される。
Returning to FIG. 6, when the spectrum analysis is completed, an image showing the inspection result is displayed on the monitor 17 (FIG. 6: step S18). Specifically, the time waveform 41 (see FIG. 8) of the electromagnetic wave pulse LT1 acquired in step S16, the spectrum distribution 51 (see FIG. 9) acquired in step S17, and the like are displayed on the
次に、検査装置100は、連続光CWの照射条件を変更して追加の検査を行うかどうか判定する(図6:ステップS19)。追加の検査が必要な場合(ステップS19においてYES)、検査装置100はステップS12に戻って、連続光CWの照射条件の設定が行われる。また、追加の検査が不要である場合は(ステップS19においてNO)、検査装置100は第1検査に関する動作を終了する。
Next, the
図10は、電磁波パルスLT1の時間波形61,62を示す図である。なお、時間波形61は、連続光CWが照射されていないときに検出される電磁波パルスLT1に対応しており、時間波形62は、連続光CWが照射されているときに検出される電磁波パルスLT1に対応している。
FIG. 10 is a diagram illustrating
図10に示されるように、時間波形61,62を比較すると、連続光CWが照射されることによって、電磁波パルスLT1の振幅が相対的に小さくなっている。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、連続光CWが照射されることにより、連続光CWによって励起された光励起キャリアが伝導帯に充満した状態となる。このため、検査用パルス光LP11によって発生する光励起キャリアの電流変化が、相対的に弱められてしまい、発生する電磁波パルスLT1の電界強度も弱められるものと考えられる。しかしながら、このような連続光CWの照射による、電磁波パルスLT1の振幅の変化の傾向は、必ずしも、太陽電池パネル90の全地点において共通するわけではない。すなわち、空乏層などの形成状況に応じて、その傾向が異なる場合もあり得る。
As shown in FIG. 10, when the
<第2検査>
次に、第2検査について説明する。図11は、第2検査の流れ図である。第2検査においては、まず、太陽電池パネル90がステージ11に固定される(図11:ステップS21)。この工程は、図6に示される第1検査のステップS11と同様である。次に、太陽電池パネル90の裏面電極92と受光面電極96との間に、逆バイアス電圧が印加される(図11:ステップS22)。なお、この逆バイアス電圧の印加は必ずしも行われる必要はなく、無バイアス状態で第2検査が行われることも考えられる。
<Second inspection>
Next, the second inspection will be described. FIG. 11 is a flowchart of the second inspection. In the second inspection, first, the
次に、連続光CWの照射条件が設定される(図11:ステップS23)。またステップS23において設定された照射条件に基づく連続光CWの照射、および、検査用パルス光LP11の照射が開始される(図11:ステップS24)。ステップS23,S24は、図6に示される第1検査のステップS12,S13およびS14とほぼ同様である。すなわち、検査用パルス光LP11は、太陽電池パネル90の受光面9FSの所定の位置に照射される。この所定の位置は、後述する、ステップS25における検出タイミングを決定するために選択された、太陽電池パネル90上の位置であり、電界強度が検出可能な大きさである電磁波パルスLT1が発生する位置とされる。そして、連続光CWは、検査用パルス光LP11が照射される部分に対応する、裏面9BS側の部分に照射される。
Next, the irradiation condition of the continuous light CW is set (FIG. 11: Step S23). Further, the irradiation of the continuous light CW and the irradiation of the inspection pulse light LP11 based on the irradiation conditions set in step S23 are started (FIG. 11: step S24). Steps S23 and S24 are substantially the same as steps S12, S13 and S14 of the first inspection shown in FIG. That is, the inspection pulse light LP11 is applied to a predetermined position of the light receiving surface 9FS of the
また、検査装置100は、遅延部131を調整することにより、検出器132において検出される電磁波パルスLT1の電界強度が最大となるようにする(図11:ステップS25)。具体的には、遅延部131における折り返しミラー10Mの位置が調整され、検出用パルス光LP12の検出器132に到達するタイミングが変更される。
In addition, the
例えば、図8に示される時間波形41のような電磁波パルスLT1の場合、検出タイミングt3において電磁波パルスLT1が検出されるようにすれば、電磁波パルスLT1の最大強度を検出器132において検出することができる。したがって、検査装置100は、この場合、検出タイミングt3に対応する位置に折り返しミラー10Mを移動させる。
For example, in the case of the electromagnetic wave pulse LT1 such as the
このように、電磁波パルスLT1の最大強度が検出されるようにすることで、電磁波パルスLT1を検出しやすくなる。このため、電磁波パルスLT1の検出感度を向上することができ、太陽電池パネル90の検査を適切に行うことができる。なお、必ずしも電磁波パルスLT1の最大強度が検出器132にて検出される必要はない。つまり、検出器132において、少なくとも測定が可能であれば、検出タイミングは任意に設定することができる。
Thus, it becomes easy to detect the electromagnetic wave pulse LT1 by detecting the maximum intensity of the electromagnetic wave pulse LT1. For this reason, the detection sensitivity of electromagnetic wave pulse LT1 can be improved and the test | inspection of the
また、ステップS25の検出タイミングを設定する上では、連続光CWの照射は必ずしも必要ではない。このため、ステップS25が実行されている間、連続光照射部14による連続光CWの照射を省略することも可能である。
In setting the detection timing in step S25, irradiation with continuous light CW is not necessarily required. For this reason, it is also possible to omit the continuous light CW irradiation by the continuous
検査装置100は、遅延部131の調整を完了すると、モーター15を駆動することによって、太陽電池パネル90を2次元平面内で移動させる(図11:ステップS26)。このとき、連続光CWと検査用パルス光LP11とが太陽電池パネル90に向けて照射される。そして、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1の電界強度が検出器132により検出される。これにより、太陽電池パネル90上の検査対象領域の各地点から発生した電磁波パルスLT1の電界強度が取得される。
When the adjustment of the
検査装置100は、取得された電界強度に基づいて、電界強度分布を示す画像を生成し、その画像をモニター17に表示する(図11:ステップS27)。図12は、電界強度分布画像71の一例を示す図である。電界強度分布画像71は、観測された電磁波パルスLT1の電界強度の大きさに応じて、太陽電池パネル90を表す画像の対応する部分を複数の色で塗り分けた画像となっている。なお、図12においては、色の相違がハッチングの相違で表現されている。電界強度分布画像71においては、電界強度の大きさが3段階(強度0〜4,強度4〜8,強度8〜10)に区分され、各区分に応じて色が塗り分けられている。ただし、電界強度の大きさが2段階もしくは4段階以上に区分されて、塗り分けが行われるようにしてもよい。
The
図12に示されるように、電界強度分布画像71においては、受光面電極96の周辺部において比較的強い電磁波パルスLT1が検出され、受光面電極96から離間する程、検出される電界強度が弱まっている。これは、受光面電極96などの電極に近い部分で、比較的強い内部電界が作用するために、発生する電磁波パルスLT1の電界強度も相対的に強くなったと考えられる。
As shown in FIG. 12, in the electric field
このような電界強度分布画像71が生成されることによって、太陽電池パネル90の広い範囲にわたって、光励起キャリア発生領域の形成状況を一度に把握することができる。特に、本実施形態においては、連続光CWの照射も行われるため、使用時に問題となりうる構造上の欠陥部分の検出、または、太陽電池パネル90の各部分の性能の評価を効率的に行うことができる。
By generating such an electric field
また、第2検査においては、電磁波パルスLT1のうち、瞬間的な電界強度のみが検出されているが、例えば第1検査で説明したように、遅延部131が制御されることで、各地点毎に、電磁波パルスLT1の時間波形が復元されるようにしてもよい。取得された時間波形をフーリエ変換して得られるスペクトル分布に基づいて、例えば、特定周波数のスペクトル強度を色の濃淡で表現した画像などが生成されるようにすることも考えられる。
Further, in the second inspection, only the instantaneous electric field strength is detected in the electromagnetic wave pulse LT1, but for example, as described in the first inspection, the
<2. 第2実施形態>
図13は、第2実施形態に係る検査装置100Aの照射部12Aおよび検出部13Aの概略構成図である。なお、以下の説明において、第1実施形態に係る検査装置100の構成要素と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。
<2. Second Embodiment>
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the
検査装置100Aにおいても、フェムト秒レーザー121から出射されたパルス光LP1がビームスプリッタB1によって検査用パルス光LP11と検出用パルス光LP12に分割される。ただし、本実施形態では、分割された検査用パルス光LP11は、透明導電膜基板(ITO)19を透過して、太陽電池パネル90の受光面9FSに対して垂直に入射する。また、連続光照射部14は、太陽電池パネル90の裏面9BSの側から、連続光CWを所要の入射角(図示の例では、裏面9BSの法線方向に平行となる角度)で照射する。そして、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1のうち、受光面9FS側に放射される電磁波パルスLT1が、透明導電性基板19を反射して、レンズなどを介して検出器132に入射する。
Also in the
このような照射部12Aおよび検出部13Aを備える検査装置100Aにおいても、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1を検出することができる。したがって、検査装置100Aは、第1実施形態に係る検査装置100と同様に、太陽電池パネル90を非接触状態で検査することができる。
Also in the
<3. 第3実施形態>
図14は、第3実施形態に係る検査装置100Bの照射部12Bと検出部13Bの概略構成図である。検査装置100Bにおいても、フェムト秒レーザー121から出射されたパルス光LP1がビームスプリッタB1によって検査用パルス光LP11と検出用パルス光LP12に分割される。本実施形態においては、検査用パルス光LP11は、太陽電池パネル90の裏面9BSに対して垂直に入射する。また、連続光照射部14は、太陽電池パネル90の受光面9FSに対して、斜めに入射するように連続光CWを照射する。そして、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生した電磁波パルスLT1のうち、太陽電池パネル90の裏面側に出射される(透過する)電磁波パルスLT1が、放物面鏡M1,M2によって集光され、検出器132に入射する。
<3. Third Embodiment>
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of the irradiation unit 12B and the
このような検査装置100Bにおいても、検査用パルス光LP11の照射に応じて発生する電磁波パルスLT1を検出することができる。したがって、検査装置100Bは、第1実施形態に係る検査装置100と同様に、太陽電池パネル90を非接触状態で検査することができる。
Also in such an
<4. 変形例>
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
<4. Modification>
Although the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above, and various modifications are possible.
例えば、上記実施形態では、図3に示されるように、pn接合部が形成された太陽電池パネル90を例にしている。しかしながら、p型半導体層とn型半導体層との間に真性半導体層が挟み込まれた、いわゆるpin接合部が形成されている太陽電池パネルについても、検査装置100の検査対象とすることができる。
For example, in the said embodiment, as FIG. 3 shows, the
また、上記実施形態に係る検査装置100において、検査対象とされている太陽電池パネル90は、受光面が一方の表面のみに設定された、いわば片面受光型太陽電池パネルとして構成されている。しかしながら、両面(すなわち表面および裏面)が受光面として設定されている、両面受光型太陽電池パネルについても、太陽電池パネル90と同様にして検査することが可能である。すなわち、両面受光型太陽電池パネルの両面の受光面のうち、一方の表面にパルス光(検査用パルス光LP11)を照射し、他方の裏面から連続光CWを照射すればよい。
In the
また、上記実施形態では、ステージ11を移動させることで、検査用パルス光LP11および連続光CWの照射位置を変更している。しかしながら、照射部12または連続光照射部14が備える光学素子を制御するなどして、検査用パルス光LP11および連続光CWの照射位置を光学的に変更することも考えられる。
In the above embodiment, the irradiation position of the inspection pulse light LP11 and the continuous light CW is changed by moving the
また、検査対象物である太陽電池90の裏面電極92は透明電極で構成されていてもよい。この場合、連続光CWが裏面電極92を容易に透過できるため、グリッド状などの形状の制約を減らせる点で、有利である。
Moreover, the
また、上記実施形態に係る検査装置100,100A,100Bは、受光面電極96および裏面電極92が未形成である太陽電池パネルも検査対象とすることができる。この場合は、検査用パルス光LP11および連続光CWの照射を妨げない形状の電極を、太陽電池の受光面側および裏面側にそれぞれ接触させることで、光励起キャリアを各電極に向けて移動させることができる。もちろん、受光面電極96および裏面電極92のどちらか一方が未形成である場合も、未形成である面側に、電極を接触させればよい。
In addition, in the
また、上記各実施形態および各変形例で説明した構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、または、省略したりすることができる。 In addition, the configurations described in the above embodiments and modifications can be appropriately combined or omitted as long as they do not contradict each other.
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations that are not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the present invention.
100,100A,100B 検査装置
11 ステージ
12,12A,12B 照射部
121 フェムト秒レーザー
13,13A,13B 検出部
131 遅延部
132 検出器
14 連続光照射部
141 照射条件変更部
16 制御部
21 時間波形復元部
23 スペクトル解析部
25 画像生成部
41,61,62 時間波形
51 スペクトル分布
71 電界強度分布画像
81 連続光照射部分
83 パルス光照射部分
90 太陽電池パネル
9FS 受光面
9BS 裏面
92 裏面電極
93 p型シリコン層
94 n型シリコン層
96 受光面電極
97 pn接合部
99 逆バイアス電圧印加回路
CW 連続光
LP11 検査用パルス光
LP12 検出用パルス光
LT1 電磁波パルス
100, 100A,
Claims (7)
フェムト秒レーザーから出射されるパルス光を、前記フォトデバイスの両面のうち一方の受光面に照射する照射部と、
前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから発生する電磁波を検出する検出部と、
前記パルス光が照射される前記受光面の部分に対応する、前記受光面とは反対側の裏面の部分に対して、連続光を照射する連続光照射部と、
を備えている、検査装置。 An inspection apparatus for inspecting a photo device,
An irradiation unit that irradiates one light receiving surface of both sides of the photo device with pulsed light emitted from a femtosecond laser;
A detection unit for detecting electromagnetic waves generated from the photo device in response to the irradiation of the pulsed light;
A continuous light irradiating unit that irradiates continuous light to a portion of the back surface opposite to the light receiving surface, corresponding to the portion of the light receiving surface irradiated with the pulsed light,
An inspection device.
前記連続光の照射径、強度および波長のうちの少なくとも1つを変更する照射条件変更部、をさらに備えている、検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1,
An inspection apparatus further comprising: an irradiation condition changing unit that changes at least one of the irradiation diameter, intensity, and wavelength of the continuous light.
前記連続光は、相互に異なる複数の波長を持つ光を含む、検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1 or 2,
The inspection apparatus, wherein the continuous light includes light having a plurality of different wavelengths.
前記フォトデバイスが太陽電池であり、かつ、前記連続光が疑似太陽光を含む、検査装置。 The inspection apparatus according to claim 3, wherein
The inspection apparatus, wherein the photo device is a solar cell and the continuous light includes pseudo-sunlight.
前記連続光は、単一波長のレーザー光である、検査装置。 The inspection apparatus according to claim 1 or 2,
The said continuous light is a test | inspection apparatus which is a laser beam of a single wavelength.
前記フォトデバイスを逆バイアス状態とする電圧を印加する逆バイアス電圧印加部、
をさらに備えている、検査装置。 In the inspection apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A reverse bias voltage application unit for applying a voltage for setting the photo device in a reverse bias state;
An inspection device further comprising:
(a) フェムト秒レーザーから出射されたパルス光を、前記フォトデバイスの受光面に照射する工程と、
(b) 前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから発生する電磁波を検出する工程と、
(c) 前記(a)工程にて、前記パルス光が照射されている前記受光面の部分に対応する、前記受光面とは反対側の裏面の部分に対して、連続光を照射する工程と、
を有している、検査方法。 An inspection method for inspecting a photo device,
(a) irradiating the light receiving surface of the photo device with pulsed light emitted from a femtosecond laser;
(b) detecting an electromagnetic wave generated from the photo device in response to the irradiation of the pulsed light;
(c) in the step (a), a step of irradiating continuous light to a portion of the back surface opposite to the light receiving surface corresponding to the portion of the light receiving surface irradiated with the pulsed light; ,
Having an inspection method.
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