JP2015036671A - 光起電力測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】基準電位が定められていない場合であっても測定対象の光起電力を正確に測定することができ、複数の測定点での測定を行うことも可能な光起電力測定システムを提供する。【解決手段】光起電力測定システム１は測定対象Ｍに対してパルス光Ｐを照射する励起光源１１と、測定対象Ｍに近接して配置され、測定対象Ｍで生ずる光起電力に起因する電界を検出する電界センサ１２と、励起光Ｐを照射するタイミングを規定するタイミング信号Ｔ１を出力するタイミングジェネレータ１０と、電界センサ１２から出力される検出信号Ｄ１を、タイミング信号Ｔ１を用いて信号処理することによって、測定対象Ｍで生ずる光起電力を求める信号処理部１３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光起電力測定システムに関する。

近年、環境意識の高まりから、自然エネルギーの一種である太陽光によって発電を行う太陽電池が注目されている。このような太陽電池は、シリコンや化合物半導体等の無機材料を素材としたものが殆どであったが、近年においては、有機材料を用いた色素増感型の太陽電池（有機太陽電池）の研究も行われている。これらの太陽電池は、生産効率を高めるために、ロール・ツー・ロールによる印刷法を用いて製造されることが多い。

ここで、ロール・ツー・ロールによる印刷法とは、ロール状に巻いた基板を引き出しながら連続的に電子材料を塗布することによって回路パターンを印刷し、回路パターンの印刷を終えた基板を再びロールに巻き取る方法である。このような方法を用いて製造される太陽電池の検査（予め規定された光起電力を発生するか否かの検査）は、検査効率を考えると回路パターンが印刷された基板がロールに巻き取られる直前に行うのが望ましいと考えられる。

以下の特許文献１には、試料の表面電位を測定する従来の測定装置が開示されている。具体的には、試料に近接配置した測定電極を圧電素子等によって振動させ、試料と測定電極との間の静電容量の変化によって生ずる変位電流を検出することによって試料の表面電位を測定している。また、以下の特許文献２には、被測定信号によって発生する電界と検出用の光信号とを電気光学素子に入射させ、電気光学素子に入射した電界に応じた光信号の偏光状態の変化を検出することによって被測定信号の波形を観察する電気光学プローブが開示されている。

特開平３−９４１７５号公報 特開２０００−１７１４８８号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された測定装置は、試料に近接配置される測定電極から予め設定された接地電極に流れる変位電流を測定するものであるため、試料のグランドに相当する電位(基準電位）と上記の接地電極の電位とが同じ電位でなければならない。このため、試料の基準電位が定められていない場合（試料がフローティングされた状態の場合）には、試料の電位を測定することが困難であるという問題がある。ここで、上述したロール・ツー・ロールによる印刷法を用いて製造される太陽電池は、基本的には基板が常に動き続けていることから、太陽電池の基準電位をオーミックコンタクトで定められないため、上述した特許文献１に開示された技術を応用して製造された太陽電池の検査を行うことは困難である。

また、上述した特許文献１では、周囲の電界の影響を排除するために、測定電極の周辺をシールドケースで遮蔽する必要がある。このため、上述した特許文献１に開示された測定装置を用いて試料の複数点における電位を測定しようとすると、測定電極及びシールドケースが相互に干渉してしまい、試料の複数点の電位を測定することが困難になる場合が考えられるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、基準電位が定められていない場合であっても測定対象の光起電力を正確に測定する測定することができ、複数の測定点での測定を行うことも可能な光起電力測定システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光起電力測定システムは、測定対象（Ｍ）に光を照射して生ずる光起電力を測定する光起電力測定システム（１）であって、前記測定対象に対して励起光（Ｐ）を照射する励起光源（１１）と、前記測定対象に近接して配置され、前記測定対象で生ずる光起電力に起因する電界を検出する電界センサ（１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）と、前記励起光を照射するタイミングを規定するタイミング信号（Ｔ１）を出力するタイミング信号発生部（１０）と、前記電界センサから出力される検出信号（Ｄ１）を、前記タイミング信号を用いて信号処理することによって、前記測定対象で生ずる光起電力を求める信号処理部（１３）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、励起光源からの励起光が測定対象に照射されると、測定対象で生ずる光起電力に起因する電界が電界センサにより検出され、電界センサからの検出信号がタイミング信号発生部からのタイミング信号を用いて信号処理されることにより測定対象で生ずる光起電力が求められる。
また、本発明の光起電力測定システムは、前記電界センサが、前記測定対象に近接する位置に配置されて前記測定対象で生ずる光起電力に起因する電界（ＥＦ）が入力される電気光学素子（２４）と、前記電気光学素子に入射させる検出光（Ｌ１）を射出する光源部（２０〜２２）と、前記電気光学素子を介した前記検出光の偏光状態を検出する検出部（２６〜２８）と、前記光源部から射出された前記検出光を、前記電気光学素子に入力される電界の向きと交差する方向に前記電気光学素子に入射させる反射部（２３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の光起電力測定システムは、前記電界センサが、前記電気光学素子の前記電界が入力される入力面の裏面側に配置された接地電極（２９）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光起電力測定システムは、前記測定対象が、表面側に第１電極（Ｅ１）が配置されるとともに裏面側に第２電極（Ｅ２）が配置され、前記励起光の照射によって前記第１，第２電極間に光起電力を生ずる複数の電池素子（Ｃ１〜Ｃ４）を備えており、前記電池素子が、前記第１，第２電極のうちの何れか一方の電極が、隣接する前記電池素子の第１，第２電極のうちの何れか他方の電極と電気的に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の光起電力測定システムは、前記電界センサが、前記測定対象の表面側に配置される第１電界センサ（１２ａ）と、前記第１電界センサと同時に同一の前記電池素子を検出可能なように前記測定対象の裏面側に配置される第２電界センサ（１２ｂ）とを備えることを特徴としている。
或いは、本発明の光起電力測定システムは、前記電界センサが、前記測定対象の表面側に配置される第１電界センサ（１２ａ）と、前記第１電界センサで検出が行われる前記電池素子に隣接する電池素子の検出を行うことが可能なように前記測定対象の表面側に配置される第２電界センサ（１２ｂ）とを備えることを特徴としている。
或いは、本発明の光起電力測定システムは、前記電界センサが、隣接する前記電池素子間に生ずる電界を検出することを特徴としている。
また、本発明の光起電力測定システムは、前記測定対象及び電界センサを覆い、前記測定対象に入射する外乱光を遮光する遮光部材（３１、３２）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光起電力測定システムは、予め規定された搬送方向に搬送される前記測定対象の前記搬送方向における位置を検出する位置検出センサ（４１）を備えており、前記位置検出センサの検出結果に基づいて前記光起電力の測定開始タイミングを制御することを特徴としている。
また、本発明の光起電力測定システムは、前記測定対象の面位置を検出する第１センサ（４２）と前記測定対象の温度を測定する第２センサ（４３）との少なくとも一方を備えており、前記第１，第２センサの少なくとも一方の検出結果に応じて、求められた光起電力の補正を行うことを特徴としている。

本発明によれば、励起光源からの励起光を測定対象に照射し、測定対象で生ずる光起電力に起因する電界を電界センサにより検出し、タイミング信号発生部からのタイミング信号を用いて電界センサからの検出信号を信号処理することによって測定対象で生ずる光起電力を求めるようにしているため、基準電位が定められていない場合であっても測定対象の光起電力を正確に測定する測定することができ、複数の測定点での測定を行うことも可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による光起電力測定システムの基本構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による光起電力測定システムに設けられる電界センサの要部構成を示す図である。 本発明の一実施形態による光起電力測定システムの基本動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における電界センサの具体的な配置例を示す図である。 本発明の一実施形態における電界センサの具体的な配置例を示す図である。 本発明の一実施形態で用いられる遮光部材の一例を示す側面図である。 本発明の一実施形態による光起電力測定システムの変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光起電力測定システムについて詳細に説明する。
〔光起電力測定システムの基本構成〕
図１は、本発明の一実施形態による光起電力測定システムの基本構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光起電力測定システム１は、タイミングジェネレータ１０（タイミング信号発生部）、励起光源１１、電界センサ１２、及び信号処理部１３を備えており、測定対象Ｍに対して励起光としてのパルス光Ｐを照射して測定対象Ｍに生ずる光起電力に起因する電界を検出し、測定対象Ｍで生ずる光起電力を測定する。

ここで、測定対象Ｍは、励起光が照射されることによって起電力を生ずるものであり、例えば太陽電池である。太陽電池としては、シリコンや化合物半導体等の無機材料を素材としたもの、及び有機材料を用いたもの（有機太陽電池）があるが、本実施形態では説明を簡単にするためにシリコンを素材とした太陽電池を例に挙げて説明する。つまり、測定対象Ｍは、ｐ型シリコンとｎ型シリコンによるｐｎ接合が形成されていて、光起電力効果によって照射した光に応じた起電力を生ずる太陽電池であるとする。

タイミングジェネレータ１０は、光起電力測定システム１の動作タイミングを規定するタイミング信号Ｔ１を出力する。具体的に、タイミング信号Ｔ１は、励起光源１１及び信号処理部１３に入力されており、励起光源１１からパルス光Ｐが射出されるタイミングを規定するとともに、信号処理部１３における信号処理タイミングを規定する。つまり、タイミング信号Ｔ１は、励起光源１１の変調信号として用いられるとともに、信号処理部１３における測定タイミングを規定する信号としても用いられる。

タイミング信号Ｔ１の周波数は、測定対象Ｍの応答速度（パルス光Ｐを照射してから所定の光起電力が発生するまでに要する時間）に応じた周波数に設定され、例えば数十Ｈｚに設定される。ここで、環境ノイズによる測定精度の低下を防止するために、タイミング信号Ｔ１の周波数は、環境ノイズの影響を受けやすい周波数を避けた周波数に設定するのが望ましい。例えば、商用電源の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の整数倍の周波数を避けた周波数に設定する。

励起光源１１は、測定対象Ｍの上面側（測定対象Ｍの受光面が向けられる側）に配置されていて、タイミングジェネレータ１０からのタイミング信号Ｔ１に同期したパルス光Ｐを測定対象Ｍに向けて射出する。上述の通り、タイミング信号Ｔ１の周波数は数十Ｈｚに設定されているため、励起光源１１からは数十Ｈｚの周波数を有するパルス光Ｐが射出される。この励起光源１１は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の光源を、測定対象Ｍの光起電力を測定するために必要な数だけ備えている。パルス光Ｐの照射エリアは、例えば測定対象Ｍの受光面の全面に設定される。尚、必要に応じてパルス光Ｐの照射エリアを、受光面の一部に設定することも可能である。

電界センサ１２は、測定対象Ｍに近接して配置され、測定対象Ｍで生ずる光起電力に起因する電界を検出し、その検出結果を示す検出信号Ｄ１を信号処理部１３に出力する。詳細は後述するが、電界センサ１２は、電気光学素子（ＥＯ素子）を備えており、この電気光学素子を通過する光（検出光）の偏光状態が、電気光学素子に入射する電界（測定対象Ｍからの電界）に応じて変化する現象（電気光学効果）を利用して測定対象Ｍで生ずる電界を検出する。

信号処理部１３は、電界センサ１２から出力される検出信号Ｄ１を、タイミングジェネレータ１０からのタイミング信号Ｔ１を用いて信号処理することによって、パルス光Ｐの照射により測定対象Ｍに生じた光起電力を求める。この信号処理部１３は、増幅器１３ａ及びロックインアンプ１３ｂを備えており、上記の光起電力を求めるために検出信号Ｄ１に対する前処理（増幅処理及びノイズ除去処理）行う。

増幅器１３ａは、電界センサ１２からの検出信号Ｄ１を、予め規定された増幅率で増幅する。ロックインアンプ１３ｂは、増幅器１３ａで増幅された検出信号Ｄ１を、タイミング信号Ｔ１に同期して検出する。このような検出が行われると、検出信号Ｄ１に重畳しているノイズ成分（電源からの容量結合性のノイズ成分や電磁誘導等によるノイズ成分）が除去される。尚、検出信号Ｄ１に重畳しているノイズは、バンドパスフィルタを用いて除去しても良く、平均化処理を行って除去しても良い。

信号処理部１３は、上記の増幅器１３ａ及びロックインアンプ１３ｂによって前処理が行われた検出信号Ｄ１に対し、予め規定された信号処理を行って測定対象Ｍに生じた光起電力を求める。例えば、予め求められた関係式やテーブル（測定対象Ｍに生じた光起電力と電界センサ１２で検出された検出信号Ｄ１との関係を示す関係式やテーブル）を用いて電界センサ１２の検出結果に応じた光起電力を求める。

〔電界センサの要部構成〕
図２は、本発明の一実施形態による光起電力測定システムに設けられる電界センサの要部構成を示す図である。図２に示す通り、電界センサ１２は、レーザダイオード２０（光源部）、コリメートレンズ２１（光源部）、１／４波長板２２（光源部）、反射プリズム２３（反射部）、電気光学素子２４、反射プリズム２５、検光子２６（検出部）、集光レンズ２７（検出部）、フォトダイオード２８（検出部）、及び接地電極２９を備える。

上記レーザダイオード２０、コリメートレンズ２１、１／４波長板２２、及び反射プリズム２３は、測定対象Ｍの表面に対して直交する（或いは、おおむね直交する）光軸ＡＸ１上に配置されている。上記反射プリズム２３、電気光学素子２４、及び反射プリズム２５は、測定対象Ｍの表面に平行な（或いは、おおむね平行な）光軸ＡＸ２上に配置されている。上記反射プリズム２５、検光子２６、集光レンズ２７、及びフォトダイオード２８は、測定対象Ｍの表面に対して直交する（或いは、おおむね直交する）光軸ＡＸ３上に配置されている。

このような配置にするのは、電気光学素子２４をできる限り測定対象Ｍに近接させることによって電界センサ１２の感度を高めるのが第１の理由である。つまり、測定対象Ｍで生ずる電界の強度は測定対象Ｍから離れるにつれて低下するため、強度の高い位置で電界を検出することによって電界センサ１２の感度を高めるためである。また、電気光学素子２４以外の部材の悪影響を極力排除するのが第２の理由である。つまり、電気光学素子２４以外の部材を測定対象Ｍから極力離間させることによって、電気光学素子２４以外の電界の測定に直接には寄与しない部材が電界に与える影響を極力排除するためである。

レーザダイオード２０は、電気光学素子２４に入射させるレーザ光Ｌ１（検出光）を射出する。このレーザダイオード２０から射出されるレーザ光Ｌ１は、例えば直線偏光状態の連続光（ＣＷ光：Continuous Wave 光）である。コリメートレンズ２１は、レーザダイオード２０から射出されるレーザ光Ｌ１を平行光に変換する。１／４波長板２２は、コリメートレンズ２１によって平行光に変換されたレーザ光の偏光状態を、直線偏光状態から円偏光状態に変換する。反射プリズム２３は、１／４波長板２２を介したレーザ光を反射して、電気光学素子２４に入射させる。尚、反射プリズム２３は、光軸ＡＸ１を折り曲げて光軸ＡＸ２とするものでもある。

電気光学素子２４は、電界強度に応じて複屈折率が変化する特性を有する素子であり、測定対象Ｍに近接配置されるように電界センサ１２の底部に設けられる。具体的に、電気光学素子２４は、測定対象Ｍで生ずる光起電力に起因する電界のうち、光軸ＡＸ２に交差する電界ＥＦ（光軸ＡＸ２に直交する電界及び光軸ＡＸ２におおむね直行する電界）が入力された場合に、複屈折率が大きく変化するように設定されている。この電気光学素子２４は、電界センサ１２の感度を高めるために、光軸ＡＸ２に沿う方向の長さ（相互作用長）が極力長くされている。

反射プリズム２５は、電気光学素子２４を通過したレーザ光を反射して、検光子２６に入射させる。尚、反射プリズム２５は、光軸ＡＸ２を折り曲げて光軸ＡＸ３とするものでもある。検光子２６は、レーザ光が電気光学素子２４を通過することによって生じたレーザ光の偏光状態を検出し、レーザ光の偏光状態の変化を光の強度変化に変換する。尚、検光子２６に代えてＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を設け、反射プリズム２５からのレーザ光をＰ波とＳ波とに分離するようにしても良い。集光レンズ２７は、検光子２６からのレーザ光をフォトダイオード２８の受光面に集光する。フォトダイオード２８は、集光レンズ２７で集光されたレーザ光を受光して検出信号Ｄ１を出力する。

接地電極２９は、電気光学素子２４の電界ＥＦが入力される入力面の裏面側（即ち、電気光学素子２４の上面側）に配置されており、配線２９ａによって電気的に接地されている。この接地電極２９は、電気光学素子２４に電界ＥＦを集中して入射させて電界ＥＦの入射強度を向上させるために設けられている。電気光学素子２４に対する電界ＥＦの入射強度が向上すると、電界センサ１２の感度を高めることができる。尚、電界センサ１２に金属を使用すると、測定対象Ｍで生ずる電界ＥＦが乱れたり、干渉が生じたりしてしまう。このため、電界センサ１２は、レーザダイオード２０、フォトダイオード２８、接地電極２９、及び配線２９ａ以外は金属を用いない構造とされている。

〔光起電力測定システムの基本動作〕
図３は、本発明の一実施形態による光起電力測定システムの基本動作を示すフローチャートである。光起電力測定システム１の動作が開始されると、タイミングジェネレータ１０からタイミング信号Ｔ１が出力される（ステップＳ１１）。このタイミング信号Ｔ１は、励起光源１１及び信号処理部１３にそれぞれ入力される。

タイミングジェネレータ１０からのタイミング信号Ｔ１が励起光源１１に入力されると、励起光源１１からはタイミング信号Ｔ１に同期したパルス光Ｐが射出されて測定対象Ｍに照射される（ステップＳ１２）。これにより、測定対象Ｍでは照射されたパルス光Ｐに応じた起電力（光起電力）が発生じ、測定対象Ｍからは発生した光起電力に応じた電界ＥＦが発せられる。

測定対象Ｍから電界ＥＦが発せされると、この電界ＥＦは電界センサ１２で検出される（ステップＳ１３）。測定対象Ｍから発せられた電界ＥＦは、図２に示す通り、電界センサ１２に設けられた電気光学素子２４に入力される。すると、電気光学素子２４の複屈折率が電界ＥＦに応じて変化する。これにより、電気光学素子２４の内部を伝播するレーザ光（レーザダイオード２０から射出されて１／４波長板２２によって円偏光状態に変換されたレーザ光）の偏光状態が変化する。

電気光学素子２４を透過したレーザ光は、反射プリズム２５によって反射された後に検光子２６に入射する。そして、レーザ光の偏光状態の変化が検光子２６によって検出された後（レーザ光の強度変化に変換された後）に、集光レンズ２７で集光されてフォトダイオード２８で受光される。これにより、電界センサ１２からは、測定対象Ｍから発せられた電界ＥＦに応じた大きさの検出信号Ｄ１が出力される。

測定対象Ｍから発せられた電界ＥＦの測定が完了すると、電界センサ１２の検出結果を用いて測定対象Ｍで生じた光起電力を求める処理が行われる（ステップＳ１４）。具体的には、まず電界センサ１２から出力された検出信号Ｄ１を増幅器１３ａで増幅して、タイミングジェネレータ１０からのタイミング信号Ｔ１を用いてノイズ成分を除去する前処理が行われる。

次いで、この前処理が行われた検出信号Ｄ１に対し、例えば前述した関係式やテーブル（測定対象Ｍに生じた光起電力と電界センサ１２で検出された検出信号Ｄ１との関係を示す関係式やテーブル）を用いて電界センサ１２の検出結果に応じた光起電力を求める処理が行われる。このようにして、パルス光Ｐを測定対象Ｍに照射することによって、測定対象Ｍに生じた光起電力が測定される。

〔光起電力測定システムの具体的構成〕
次に、上述した光起電力測定システム１を、ロール・ツー・ロールによる印刷法を用いて製造される太陽電池の検査に適用した具体的構成について説明する。図４，図５は、本発明の一実施形態における電界センサの具体的な配置例を示す図である。まず、図４，図５を参照して、上述したロール・ツー・ロールによる印刷法を用いて製造される太陽電池としての測定対象Ｍの具体的構成について説明する。

図４，図５に示す通り、測定対象Ｍは、電気的に直列接続された複数の電池セルＣ１，Ｃ２（電池素子）を備える。尚、これら図４，図５では、説明を簡単にするために２つの電池セルＣ１，Ｃ２のみを図示しているが、測定対象Ｍに設けられる電池セルは３つ以上であっても良い。電池セルＣ１は、ｐｎ接合が形成された基板の表面側及び裏面側に正電極Ｅ１（第１電極）及び負電極Ｅ２（第２電極）がそれぞれ設けられており、励起光源１１からパルス光Ｐが照射されると正電極Ｅ１と負電極Ｅ２との間にパルス光Ｐに応じた起電力を生ずる。電池セルＣ２も、電池セルＣ１と同様の構成である。

図４，図５に示す例では、電池セルＣ１の正電極Ｅ１と電池セルＣ２の負電極Ｅ２とが接続線Ｌによって接続されることによって、電池セルＣ１，Ｃ２は直列接続されている。尚、図４，図５に示す例とは逆に、電池セルＣ１の負電極Ｅ２と電池セルＣ２の正電極Ｅ１とが接続線Ｌによって接続されることによって、電池セルＣ１，Ｃ２が直列接続されていても良い。

次に、図４，図５を参照して、上述した測定対象Ｍに対する電界センサの具体的な配置について説明する。尚、図４，図５においては、電界センサを簡略化して図示している。図４に示す配置例は、２つの電界センサの検出結果の差分から測定対象Ｍに生ずる光起電力を求める場合の配置例である。図４（ａ）に示す例では、測定対象Ｍの表面側に電界センサ１２ａ（第１電界センサ）が配置されるとともに、測定対象Ｍの裏面側に電界センサ１２ｂ（第２電界センサ）が配置されている。

具体的に、これら電界センサ１２ａ，１２ｂは、同時に同一の電池セルを検出可能なように測定対象Ｍの表面側及び裏面側にそれぞれ配置される。つまり、電界センサ１２ａ，１２ｂは、図４（ａ）に示す通り、電池セルＣ２の表面側から発せられる電界（電池セルＣ２の表面におおむね垂直な電界（縦電界））を電界センサ１２ａで検出すると同時に、電池セルＣ２の裏面側から発せられる電界（電池セルＣ２の裏面におおむね垂直な電界（縦電界））を電界センサ１２ｂで検出可能なように配置される。

図４（ｂ）に示す例では、測定対象Ｍの表面側に電界センサ１２ａ（第１電界センサ）と電界センサ１２ｂ（第２電界センサ）とが配置されている。具体的に、これら電界センサ１２ａ，１２ｂは、隣接する電池セルＣ１，Ｃ２の検出を同時に行うことが可能なように測定対象Ｍの表面側に配置される。つまり、電界センサ１２ａ，１２ｂは、図４（ｂ）に示す通り、電池セルＣ２の表面側から発せられる縦電界を電界センサ１２ａで検出すると同時に、電池セルＣ１の表面側から発せられる縦電界を電界センサ１２ｂで検出可能なように配置される。

ここで、図４に示す例では、電池セルＣ１の正電極Ｅ１と電池セルＣ２の負電極Ｅ２とが接続線Ｌによって接続されているため、電池セルＣ１の正電極Ｅ１と電池セルＣ２の負電極Ｅ２とは等電位である。このため、図４（ａ）の通りに配置された電界センサ１２ａ，１２ｂを用いて求められる光起電力と、図４（ｂ）の通りに配置された電界センサ１２ａ，１２ｂを用いて求められる光起電力とは、照射するパルス光Ｐが全く同一であれば等しくなる。

図４（ａ），（ｂ）に示す例の通り、２つの電界センサ１２ａ，１２ｂが用いられる場合には、電界センサ１２ａ，１２ｂから出力される検出信号が信号処理部に入力されて、前述した前処理（増幅処理及びノイズ除去処理）がそれぞれ個別に行われる。そして、前処理が行われた検出信号の差分が求められ、その差分から光起電力（図４（ａ），（ｂ）に示す例では電池セルＣ２の光起電力）が求められる。

これに対し、図５に示す配置例は、１つの電界センサのみを用いて測定対象Ｍに生ずる光起電力を求める場合の配置例である。図５に示す例では、測定対象Ｍの表面側に電界センサ１２ｃが配置される。ここで、図４（ａ），（ｂ）に示した電界センサ１２ａ，１２ｂは、電池セルＣ１，Ｃ２で生じた縦電界を検出するものであったが、図５に示す電界センサ１２ｃは、隣接する電池セルＣ１，Ｃ２間に生ずる電界（横電界）を検出するものである。このような電界センサ１２ｃは、図２を用いて説明した電気光学素子２４の結晶方向を９０度回転させることによって実現することができる。

ここで、図５に示す例では、電池セルＣ２の正電極Ｅ１と電池セルＣ１の正電極Ｅ１との間に生ずる横電極を検出している。上述の通り、電池セルＣ１の正電極Ｅ１と電池セルＣ２の負電極Ｅ２とは等電位であるため、図５の通りに配置された電界センサ１２ｃを用いて求められる光起電力と、図４（ａ）又は図４（ｂ）の通りに配置された電界センサ１２ａ，１２ｂを用いて求められる光起電力とは、照射するパルス光Ｐが全く同一であれば原理的には等しくなる。

図５に示す例の通り、１つの電界センサ１２ｃのみが用いられる場合には、電界センサ１２ｃから出力される検出信号が信号処理部に入力されて、前述した前処理（増幅処理及びノイズ除去処理）がそれぞれ個別に行われる。そして、前処理が行われた検出信号から直接光起電力（図５に示す例では電池セルＣ２の光起電力）が求められる。

図６は、本発明の一実施形態で用いられる遮光部材の一例を示す側面図である。図６に示す通り、太陽電池としての測定対象Ｍは、ロール・ツー・ロールによる印刷法を用いて製造されるため、少なくとも２つのローラーＲ１，Ｒ２が設けられている。ローラーＲ１は、太陽電池としての測定対象Ｍが製造される基板ＳＢが巻回された供給ローラーであり、ローラーＲ２は、測定対象Ｍが製造された基板ＳＢを巻き取るための巻取ローラーである。

光起電力測定システム１は、これらローラーＲ１，Ｒ２の間に配置される。図６に示す例では、図示を簡略化するために、光起電力測定システム１が備える電界センサ１２のみを図示している。尚、図６中の領域Ａ１は、電界センサ１２の測定エリアを示している。また、図６では図示を簡略化しているが、光起電力測定システム１は、製造された太陽電池としての測定対象Ｍの測定を行うものであるため、ローラーＲ１よりもローラーＲ２の側に配置される。

図６に示す通り、基板ＳＢの上面側には、基板ＳＢ上の測定対象Ｍ（図６では図示省略）の上方と電界センサ１２とを覆う遮光カバー３１（遮光部材）が設けられており、基板ＳＢの底面側には、基板ＳＢ上の測定対象Ｍの下方を覆う遮光カバー３２（遮光部材）が設けられている。尚、遮光カバー３１，３２は一体化することも可能であるが、メンテナンスを容易にするために別体とされている。

遮光カバー３１，３２は、測定対象Ｍに入射する外乱光ＮＬを遮光して、光起電力測定システム１で測定される光起電力の測定精度を高めるために設けられる。これら遮光カバー３１，３２の大きさは、少なくとも直列接続されている電池セル（図４，図５中の電池セルＣ１，Ｃ２）の上面全体及び底面全体を覆うことができる程度の大きさである。

また、遮光カバー３１の開口部付近の底面端部には光吸収シート３３が設けられており、遮光カバー３２の開口部付近の上面端部には光吸収シート３４が設けられている。これら光吸収シート３３，３４は、外乱光ＮＬが、測定エリアＡ１内に進入するのを防止するために設けられる。尚、外乱光ＮＬの多重反射を避けるため、遮光カバー３１の内側全面及び遮光カバー３２の上面全面に吸光シートを設けても良い。

遮光カバー３１，３２は、例えば樹脂等の非金属の材料を用いて形成されている。ここで、環境ノイズの影響を避ける必要がある場合のように電磁シールドが必要な場合には、金属材料や磁性材料を用いて形成された遮光カバーを用いることができる。但し、金属材料を用いて形成された遮光カバーを用いる場合には、遮光カバーを接地して帯電しないようにする必要がある。これは、帯電した遮光カバーから発せられる電界の影響を排除する必要があるためである。

尚、図４（ａ）に示す通り、基板ＳＢの表面側及び裏面側に電界センサが設けられる場合には、遮光カバー３１と同様の遮光カバーが基板ＳＢの裏面側にも設けられる。また、図４（ｂ）に示す通り、基板ＳＢの一面側に複数の電界センサが設けられる場合には、全ての電界センサが遮光カバーによって覆われるようにされる。

以上、図４〜図６を用いて説明した具体的構成の光起電力測定システムにおいても、基本的には図３に示すフローチャートに示す動作が行われて、測定対象Ｍで発生する光起電力が測定される。このため、上述した具体的構成の光起電力測定システムの動作の詳細については説明を省略する。

以上の通り、本実施形態では、測定対象Ｍに励起光としてのパルス光Ｐを照射し、このパルス光Ｐの照射によって測定対象Ｍで生ずる光起電力に起因する電界を電界センサ１２（電界センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）で検出し、電界センサ１２等から出力される検出信号Ｄ１を、タイミング信号Ｔ１を用いて信号処理することによって測定対象Ｍで生ずる光起電力を求めるようにしている。このため、基準電位が定められていない場合であっても測定対象Ｍの光起電力を正確に測定する測定することができる。

また、電界センサ１２等は、電気光学素子２４に入射する電界に起因するレーザ光の偏光状態の変化に基づいて電界を検出するものであるため、外部の電気的なノイズの影響を受けにくいという特質がある。この電界センサ１２等で用いる金属部品を最小限にすることにより、測定対象Ｍから発せられる電界を極力乱すことなく測定を行うことができる。このため、複数の測定点での測定を行うことが可能であり、例えば面分布を求めることも可能である。

〔変形例〕
図７は、本発明の一実施形態による光起電力測定システムの変形例を示す図である。図７に示す通り、本変形例に係る光起電力測定システムは、複数の電界センサ１２に加えて、カメラ４１（位置検出センサ）、距離計４２（第１センサ）、表面温度計４３（第２センサ）、及び制御部４４を備えており、ローラーＲ３によって搬送される基板ＳＢ上に製造された測定対象Ｍの検査を行う。尚、図７に示す測定対象Ｍは、直列接続された４つの電池セルＣ１〜Ｃ４を備える。また、図７では、図１に示した励起光源１１の図示を省略している。

電界センサ１２は、図１に示す電界センサ１２と同様のものである。図７に示す例では、測定対象Ｍに設けられる電池セルＣ１〜Ｃ４に対応する４つの電界センサ１２が、基板ＳＢの搬送方向と直交する方向に一定の間隔をもって配列されている。これら電界センサ１２は、対応する電池セルＣ１〜Ｃ４の表面から発せられる電界をそれぞれ検出し、その検出結果を示す検出信号を制御部４４に出力する。

カメラ４１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）等の撮像素子を備えており、電界センサ１２よりも上流側（基板ＳＢの搬送方向の上流側）に配置されて、測定対象Ｍが形成された基板ＳＢを撮影する。カメラ４１で撮影された画像の画像信号は、制御部４４に出力される。このカメラ４１は、制御部４４が、カメラ４１で撮影された画像から基板ＳＢ上に形成された測定対象Ｍの端部位置を検出して、測定対象Ｍの測定開始タイミングを制御するために設けられる。

距離計４２は、測定対象Ｍが形成された基板ＳＢの面位置（基板ＳＢに直交する鉛直方向の位置）を計測し、その計測結果を示す信号を制御部４４に出力する。表面温度計４３は、測定対象Ｍが形成された基板ＳＢの表面温度を計測し、その計測結果を示す信号を制御部４４に出力する。電界センサ１２の測定結果は基板ＳＢの面位置及び表面温度によって変化するため、この電界センサ１２の測定結果の変化を補正するために、距離計４２及び表面温度計４３が設けられている。

制御部４４は、図１に示すタイミングジェネレータ１０及び信号処理部１３を備えており、本変形例に係る光起電力測定システムの動作を統括して制御する。具体的に、制御部４４は、カメラ４１で撮影された画像から基板ＳＢ上に形成された測定対象Ｍの端部位置を検出する処理を行うとともに、この検出結果に基づいて測定対象Ｍの測定開始タイミングを制御する。つまり、タイミングジェネレータ１０からタイミング信号Ｔ１を出力させる時期を制御する。

また、制御部４４は、距離計４２の計測結果に基づいて、電界センサ１２からの検出信号を用いて信号処理部１３で測定された光起電力を補正する。また、制御部４４は、表面温度計４３の計測結果に基づいて、電界センサ１２からの検出信号を用いて信号処理部１３で測定された光起電力を補正する。つまり、制御部４４は、測定対象Ｍが備える電池セルＣ１〜Ｃ４の温度依存性を補正する。このような補正を行うことで、測定対象Ｍで生ずる光起電力を正確に測定することができる。

ここで、制御部４４が、カメラ４１で撮影された画像から電池セルのサイズを検出し、この検出結果に応じて不図示の励起光源１１や電界センサ１２を制御するようにしても良い。例えば、励起光源１１を制御してパルス光Ｐのスポットサイズの大きさやパルス光Ｐの照射位置を変更しても良く、電界センサ１２を制御して電界の検出位置を変更しても良い。

以上、本発明の一実施形態による光起電力測定システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、説明を簡単にするために、測定対象Ｍがシリコンを素材とした太陽電池である場合を例に挙げて説明したが、本発明は測定対象Ｍが有機太陽電池であっても良い。

また、上述した実施形態では、電界センサ１２の電気光学素子２４に接地電極２９が設けられている例について説明したが、必要な感度が得られるのであれば、接地電極２９は省略することが可能である。また、上述した変形例では、カメラ４１で撮影された画像から測定対象Ｍの端部位置を検出する例について説明したが、カメラ４１に代えてフォトセンサ等のセンサを用いて測定対象Ｍの端部位置を検出しても良い。

また、図４（ｂ）に示した例では、電池セルＣ２，Ｃ１の表面側から発せられる縦電界を２つの電界センサ１２ａ，１２ｂによって同時に検出していたが、これらの縦電界を１つの電界センサ（例えば、電界センサ１２ａ）のみで測定しても良い。例えば、電池セルＣ２の表面側から発せられる縦電界を電界センサ１２ａで測定した後、図４（ｂ）に示す電界センサ１２ｂの位置まで電界センサ１２ａを移動させ、電池セルＣ１の表面側から発せられる縦電界を電界センサ１２ａで測定するようにしても良い。

１ 光起電力測定システム
１０ タイミングジェネレータ
１１ 励起光源
１２ 電界センサ
１２ａ〜１２ｃ 電界センサ
１３ 信号処理部
２０ レーザダイオード
２１ コリメートレンズ
２２ １／４波長板
２３ 反射プリズム
２４ 電気光学素子
２６ 検光子
２７ 集光レンズ
２８ フォトダイオード
２９ 接地電極
３１，３２ 遮光部材
４１ カメラ
４２ 距離計
４３ 表面温度計
Ｃ１〜Ｃ４ 電池セル
Ｄ１ 検出信号
Ｅ１ 正電極
Ｅ２ 負電極
ＥＦ 電界
Ｌ１ レーザ光
Ｍ 測定対象
Ｐ パルス光
Ｔ１ タイミング信号

Claims (10)

1. 測定対象に光を照射して生ずる光起電力を測定する光起電力測定システムであって、
   前記測定対象に対して励起光を照射する励起光源と、
   前記測定対象に近接して配置され、前記測定対象で生ずる光起電力に起因する電界を検出する電界センサと、
   前記励起光を照射するタイミングを規定するタイミング信号を出力するタイミング信号発生部と、
   前記電界センサから出力される検出信号を、前記タイミング信号を用いて信号処理することによって、前記測定対象で生ずる光起電力を求める信号処理部と
   を備えることを特徴とする光起電力測定システム。
2. 前記電界センサは、前記測定対象に近接する位置に配置されて前記測定対象で生ずる光起電力に起因する電界が入力される電気光学素子と、
   前記電気光学素子に入射させる検出光を射出する光源部と、
   前記電気光学素子を介した前記検出光の偏光状態を検出する検出部と、
   前記光源部から射出された前記検出光を、前記電気光学素子に入力される電界の向きと交差する方向に前記電気光学素子に入射させる反射部と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の光起電力測定システム。
3. 前記電界センサは、前記電気光学素子の前記電界が入力される入力面の裏面側に配置された接地電極を備えることを特徴とする請求項２記載の光起電力測定システム。
4. 前記測定対象は、表面側に第１電極が配置されるとともに裏面側に第２電極が配置され、前記励起光の照射によって前記第１，第２電極間に光起電力を生ずる複数の電池素子を備えており、
   前記電池素子は、前記第１，第２電極のうちの何れか一方の電極が、隣接する前記電池素子の第１，第２電極のうちの何れか他方の電極と電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光起電力測定システム。
5. 前記電界センサは、前記測定対象の表面側に配置される第１電界センサと、
   前記第１電界センサと同時に同一の前記電池素子を検出可能なように前記測定対象の裏面側に配置される第２電界センサと
   を備えることを特徴とする請求項４記載の光起電力測定システム。
6. 前記電界センサは、前記測定対象の表面側に配置される第１電界センサと、
   前記第１電界センサで検出が行われる前記電池素子に隣接する電池素子の検出を行うことが可能なように前記測定対象の表面側に配置される第２電界センサと
   を備えることを特徴とする請求項４記載の光起電力測定システム。
7. 前記電界センサは、隣接する前記電池素子間に生ずる電界を検出することを特徴とする請求項４記載の光起電力測定システム。
8. 前記測定対象及び電界センサを覆い、前記測定対象に入射する外乱光を遮光する遮光部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光起電力測定システム。
9. 予め規定された搬送方向に搬送される前記測定対象の前記搬送方向における位置を検出する位置検出センサを備えており、
   前記位置検出センサの検出結果に基づいて前記光起電力の測定開始タイミングを制御することを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光起電力測定システム。
10. 前記測定対象の面位置を検出する第１センサと前記測定対象の温度を測定する第２センサとの少なくとも一方を備えており、
    前記第１，第２センサの少なくとも一方の検出結果に応じて、求められた光起電力の補正を行うことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の光起電力測定システム。

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