JP2016191554A - 太陽電池モジュールの不具合検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置後においてもクラックや割れ等の不具合を簡便に検出可能な太陽電池モジュールの不具合検出方法を提供する。【解決手段】本太陽電池モジュールの不具合検出方法は、太陽電池素子が封止材によって封止された太陽電池モジュールの不具合検出方法であって、前記太陽電池モジュールに、第１の偏光板を介して可視光を照射し、前記太陽電池モジュールからの反射光を、第２の偏光板を介して撮像することによって、前記太陽電池素子のクラック又は割れを検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池モジュールの不具合検出方法に関する。

太陽電池モジュールの一般的な構造として、太陽電池素子の受光面に封止材を介して表面保護材（例えば、強化ガラス等）が接着された構造が知られている。ここで、太陽電池素子としては、シリコンウェハや、ガラス基板上に薄膜の半導体層が積層されたもの等がある。

このような太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子にクラックや割れ等の不具合が生じる場合があり、太陽電池モジュールの製造工程において、係る不具合を検出する方法が知られている。具体的には、太陽電池素子に赤外光を照射し、太陽電池素子からの反射光を撮像して、太陽電池素子のクラックを検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−５８２７０号公報

しかしながら、従来の赤外光を使用したクラック検出方法は、赤外光を照射する光源や、赤外光を撮像する特別な装置が必要となるという問題がある。更には、太陽電池素子を表面保護材が封止材によって接着された太陽電池モジュールになった場合は、赤外光は封止材や表面保護材を透過し難く、太陽電池モジュールという製品になった後は、太陽電池素子のクラックの検出が困難という問題がある。

つまり、従来の赤外光を使用したクラック検出方法は、太陽電池モジュールを製造する製造工程の途中においては適用可能であるが、太陽電池モジュールとして製品になった後、更には、太陽電池モジュールが出荷後に設置された後は、適用困難という問題がある。

ここで、太陽電池モジュールは、出荷後に設置された後、積雪による荷重や、雹等の外部衝撃に起因して、太陽電池素子にクラックや割れ等の不具合が生じることがある。

これらの設置後の太陽電池モジュールの不具合を検出する方法としては、太陽光の受光時の出力電力低下から、太陽電池モジュールに不具合があることを推測し、設置場所から太陽電池モジュールを取り外して検査する方法がある。例えば、太陽電池モジュールに対して直流バイアスを印加したときのＥＬ画像（エレクトロルミネッセンス画像）を確認することで、太陽電池モジュール内の太陽電池素子のクラックや割れを検出することが可能となる。

しかしながら、このＥＬ画像を使った不具合検出方法は、太陽電池モジュールを設置場所から取り外し、更には、ＥＬ画像を撮像可能な装置及び環境（例えば暗室等）が必要になるなど、検出方法が非常に煩雑になるという問題が生じる。

又、他の設置後の太陽電池素子のクラックや割れの検出方法としては、クラックや割れに起因する発熱をサーモグラフィを用いて検出する方法がある。しかしながら、この方法は、太陽電池素子に大きな電流集中が起こるほどのクラックや割れがないと検出できず、言い換えれば、大きな電流集中が起きない小さなクラックや割れは検出できないという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、設置後においてもクラックや割れ等の不具合を簡便に検出可能な太陽電池モジュールの不具合検出方法を提供することを課題とする。

太陽電池モジュールの不具合検出方法は、太陽電池素子が封止材によって封止された太陽電池モジュールの不具合検出方法であって、前記太陽電池モジュールに、第１の偏光板を介して可視光を照射し、前記太陽電池モジュールからの反射光を、第２の偏光板を介して撮像することによって、前記太陽電池素子のクラック又は割れを検出することを要件とする。

開示の技術によれば、設置後においてもクラックや割れ等の不具合を簡便に検出可能な太陽電池モジュールの不具合検出方法を提供できる。

一般的な太陽電池モジュールの構造を例示する図（その１）である。 一般的な太陽電池モジュールの構造を例示する図（その２）である。 本実施の形態に係る太陽電池モジュールの不具合検出方法について説明する図である。 本実施の形態に係る太陽電池モジュールの不具合検出方法の奏する効果について説明する図（その１）である。 本実施の形態に係る太陽電池モジュールの不具合検出方法の奏する効果について説明する図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

まず、図１及び図２を参照して、一般的な太陽電池モジュールの構造について説明する。図１は、一般的な太陽電池素子として結晶シリコンを適用した太陽電池モジュール（以下、結晶系太陽電池モジュール）を例示する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

図１を参照するに、結晶系太陽電池モジュール１は、太陽電池素子１１となるシリコンウェハが複数個マトリックス状に配置され、カバーガラス１２とバックシート１３との間に、封止材１４によって封止された構造である。表面保護材であるカバーガラス１２は、太陽電池素子１１の受光面側に、封止材１４によって接着されている。又、結晶系太陽電池モジュール１の４辺には、フレーム１５が取り付けられている。

カバーガラス１２としては、例えば、白板強化ガラスや透明な樹脂板等が用いられ、バックシート１３としては、例えば、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）や金属箔（代表的にはアルミニウム箔）を積層したものが用いられる。又、封止材１４としては、例えば、ＥＶＡ（Ethylene Vinyl Acetate）やＰＶＢ（Poly Vinyl Butyral）等が一般的に用いられる。

図２は、一般的な太陽電池素子として薄膜太陽電池素子（例えば、化合物系薄膜太陽電池等）を適用した太陽電池モジュール（以下、薄膜系太陽電池モジュール）を例示する図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

薄膜系太陽電池モジュール２の説明としては、図１に示す結晶系太陽電池モジュール１との違いについて説明する。薄膜系太陽電池モジュール２において、結晶系太陽電池モジュール１との違いは、太陽電池素子２１が、ガラス基板上に薄膜の半導体層が積層された構造である点である。なお、薄膜系太陽電池モジュール２の他の構造としては、カバーガラス１２を基板として、カバーガラス１２の裏面側（非受光面側）に太陽電池素子２１として薄膜の半導体層が製膜されたものもある。

図１に示す結晶系太陽電池モジュール１、図２に示す薄膜系太陽電池モジュール２共に、市場に設置後において、太陽電池素子にクラック又は割れが生じることがある。太陽電池素子１１や２１にクラック又は割れが生じるのは、設置後において、積雪荷重によって太陽電池モジュールに撓みが生じた場合や、雹やその他の外部衝撃による場合等である。

従来では、設置後若しくは、太陽電池モジュールとして完成品となった後において、太陽電池素子にクラック又は割れが生じた場合に、これを検出することは非常に煩雑な作業を要した。具体的には、不具合が生じている太陽電池モジュールに対して順バイアスの電圧を印加し、暗室でエレクトロルミネッセンス画像（以下、ＥＬ画像）を撮像して、太陽電池モジュールの不具合を検出していた。

従来のＥＬ画像による不具合検出方法は、順バイアスの電圧を印加する装置や、ＥＬ画像を撮像する機器及び環境が必要となる。ましてや、太陽電池モジュールが市場に設置された後で、ＥＬ画像を撮像するためには、設置場所から太陽電池モジュールを取り外し、検査可能な施設まで持っていく必要があった。

これに対して、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの不具合検出方法によれば、下記の構成によって、従来に比べて簡便な機器で、更には、太陽電池モジュールが設置された状況でも、太陽電池素子のクラック又は割れを検出可能となる。

以下に、図３を参照して、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの不具合検出方法について説明する。

図３に示すように、光源３０からの可視光を第１の偏光板である偏光フィルム４０で偏光し、偏光された可視光（以下、偏光可視光）を薄膜系太陽電池モジュール２に照射する。照射された偏光可視光は薄膜系太陽電池モジュール２で反射し、この反射した偏光可視光（以下、偏光反射光）を、第２の偏光板である偏光フィルム５０を介して撮像機器６０で撮像する。なお、検出対象は薄膜系太陽電池モジュールに限らず、結晶系太陽電池モジュールであってもよい。

光源３０は、可視光を照射可能な光源であり、例えば、白色ＬＥＤライト等、市販されている簡便な装置を適用可能である。撮像機器６０としては、例えば、市販されているデジタルカメラ等の簡便な装置を適用可能である。なお、図３では、可視光を照射する照射側の偏光フィルム４０の偏光角度に対して、反射光を偏光する偏光フィルム５０の偏光角度を９０°ずらしている。

以下、従来例及び比較例を交えながら、図３に示す構成による太陽電池モジュールの不具合検出方法の奏する効果について説明する。まず、図４を参照して、検出対象が薄膜系太陽電池モジュールである場合の例を示す。

図４（ａ）は、太陽電池素子に割れが生じている薄膜系太陽電池モジュールのＥＬ画像である（従来例）。図４（ｂ）は、図４（ａ）で示す薄膜系太陽電池モジュールに偏光フィルムを介さずに可視光を照射し、偏光フィルムを介さずに撮像機器で撮像した画像である（比較例）。

図４（ａ）のＥＬ画像からわかるように、図中に示す四角を起点に、太陽電池素子に放射状の割れが発生している。これに対して、図４（ａ）のＥＬ画像を取った薄膜系太陽電池モジュールに、偏光フィルムを介さずに可視光を照射し、薄膜系太陽電池モジュールで反射した可視光を撮像しても、図４（ｂ）に示すように、太陽電池素子の割れは確認できない。

一方、図４（ｃ）は、図３に示す構成で撮像した画像、言い換えるなら、偏光フィルム４０で偏光した可視光を図４（ａ）で示す薄膜系太陽電池モジュールに照射し、薄膜系太陽電池モジュールから反射された偏光反射光を、偏光フィルム５０を介して撮像機器６０で撮像した画像である。図４（ｃ）では、図中の四角を起点として、放射状に太陽電池素子に割れが発生している様子が確認できる。

なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）の画像には、対角線状にうすく痕があるが、これは、太陽電池モジュールの表面に養生テープを貼った痕であり、割れとは関係ない。

図３に示す構成により太陽電池素子のクラック又は割れが検出できる原理として、発明者は、偏光可視光を太陽電池モジュールに照射することにより、太陽電池素子にクラック又は割れが発生している箇所において封止材の歪みが発生し、太陽電池モジュールからの偏光反射光（太陽電池素子のクラック又は割れに起因する封止材の歪みで屈折）を偏光フィルムを介して撮像すると、太陽電池素子のクラック又は割れに起因する封止材の歪みを顕著に検出できるためと考えた。

なお、この方法では、太陽電池モジュールで屈折した偏光反射光を浮き彫りにして太陽電池素子のクラック又は割れを確認するので、照射する可視光が太陽光よりも光強度が低いと、浮き彫りとなる屈折した偏光反射光が太陽光に邪魔されてしまい、屈折した偏光反射光が確認し難くなる。一方、照射する可視光が太陽光の光強度よりも強いと、屈折した偏光反射光は見やすくなり、結果、太陽電池素子のクラック又は割れの検出がより容易になる。そのため、太陽電池モジュールに照射する可視光は、太陽電池モジュールが受光する太陽光よりも光強度が強いことが好ましい。

次に、図５を参照して、検出対象が結晶系太陽電池モジュールである場合の例を示す。図５（ａ）は、太陽電池素子（具体的には、シリコンウェハ）にクラックが生じている結晶系太陽電池モジュールのＥＬ画像である（従来例）。図５（ｂ）は、図５（ａ）で示す結晶系太陽電池モジュールに偏光フィルムを介さずに可視光を照射し、偏光フィルムを介さずに撮像機器で撮像した画像である（比較例）。

図５（ａ）に示すように、ＥＬ画像では、太陽電池素子にクラックが存在することが明らかにわかる。これに対して、図５（ａ）のＥＬ画像を取った結晶系太陽電池モジュールに、偏光フィルムを介さずに可視光を照射し、結晶系太陽電池モジュールで反射した可視光を撮像しても、図５（ｂ）に示すように、太陽電池素子のクラックの存在は確認できない。

一方、図５（ｃ）は、図４（ｃ）と同様に、図３に示す構成で撮像した画像、言い換えるなら、偏光フィルム４０で偏光した可視光を図５（ａ）で示す結晶系太陽電池モジュールに照射し、結晶系太陽電池モジュールから反射された偏光反射光を、偏光フィルム５０を介して撮像機器６０で撮像した画像である。図５（ｃ）では、図面上では分かりにくいが、同図中に記載した点線に囲まれた箇所に、クラックに対応する筋が確認できる。

なお、図４に示す薄膜太陽電池モジュールの場合は、図５に示す結晶系太陽電池モジュールのクラックよりも、割れの変位が大きいため、より効果（割れの検出）が明確にわかる。

このように、本実施の形態に係る太陽電池モジュールの不具合検出方法は、太陽電池モジュールに第１の偏光板を介して可視光を照射し、太陽電池モジュールからの反射光を第２の偏光板を介して撮像することによって、太陽電池素子のクラック又は割れを検出する。

これにより、従来のＥＬ画像を使った不具合検出方法のように、太陽電池モジュールを設置場所から取り外し、ＥＬ画像を撮像可能な装置及び環境（例えば暗室等）に移動する等の煩雑な作業が不要となり、太陽電池モジュールの設置後においても、太陽電池素子のクラック又は割れ等の不具合を簡便に検出可能となる。

又、従来のサーモグラフィを用いて検出する方法のように、太陽電池素子に大きな電流集中が起きない比較的小さなクラック又は割れも検出することができる。

又、太陽電池モジュールには、可視光を照射するため、可視光を照射する光源として、従来技術のような赤外光を照射する光源と異なり、簡便な光源を用いることができる。

又、太陽電池素子上に封止材（ＥＶＡ等の透明樹脂材）を介して表面保護材（白板強化ガラス等）が接着された太陽電池モジュールにおける、太陽電池素子のクラック又は割れを検出することが可能となる。

又、光源として可視光を適用したことにより、反射光を撮像する撮像手段は、従来技術のような赤外光を撮像する撮像手段と異なり、簡便な撮像手段、又は、人間の肉眼で、太陽電池素子のクラック又は割れを検出可能となる。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図３では、偏光フィルム４０及び５０として線偏光フィルムを適用したが、これに限らず、偏光フィルム４０及び５０に円偏光フィルムを適用してもよい。

又、図３では、偏光フィルム４０の偏光角度に対して偏光フィルム５０の偏光角度を９０°ずらしているが、この角度は９０°に限らず、０〜１８０°の範囲で角度をずらすだけでも、太陽電池素子のクラック又は割れを検出可能である。図３に示すように、第１の偏光板の偏光角度に対して、第２の偏光板の偏光角度を９０°ずらした場合は、正常部は暗く、クラック又は割れが発生している異常部は明るく見える。これに対して、第２の偏光板の偏光角度を、第１の偏光板の偏光角度と平行（偏光角度をずらさない、つまり、第１の偏光板と第２の偏光板の偏光角度の差が０°）とした場合は、正常部が明るく、異常部が暗く見える。

３０ 光源
４０、５０ 偏光フィルム
６０ 撮像機器

Claims (4)

1. 太陽電池素子が封止材によって封止された太陽電池モジュールの不具合検出方法であって、
   前記太陽電池モジュールに、第１の偏光板を介して可視光を照射し、
   前記太陽電池モジュールからの反射光を、第２の偏光板を介して撮像することによって、前記太陽電池素子のクラック又は割れを検出することを特徴とする太陽電池モジュールの不具合検出方法。
2. 前記太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子の受光面側に、表面保護材が封止材によって接着された構造であって、
   前記太陽電池モジュールの反射光を前記第２の偏光板を介して撮像することにより、前記太陽電池素子のクラック又は割れに起因する前記封止材の歪みを検出することを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュールの不具合検出方法。
3. 前記太陽電池モジュールに照射する可視光は、前記太陽電池モジュールが受光する太陽光よりも光強度が強いことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュールの不具合検出方法。
4. 前記太陽電池素子は、ガラス基板上に薄膜の半導体層が積層された構造であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の太陽電池モジュールの不具合検出方法。