JP2017219458A

JP2017219458A - 太陽電池検査装置

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Publication number: JP2017219458A
Application number: JP2016115010A
Authority: JP
Inventors: 和美高野; Kazumi Takano; 洋介松下; Yosuke Matsushita
Original assignee: AITESU KK; Ites Co Ltd
Current assignee: AITESU KK; Ites Co Ltd
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-12-14
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: JP6671798B2

Abstract

【課題】ＰＬ検査法を利用して太陽電池の検査を行う際、検査用のカメラを移動させながら連続的に検査を行っても撮影画像にピンボケが発生せず、太陽電池の欠陥や品質不良を精度よく検出可能な太陽電池検査装置を提供する。
【解決手段】フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置１００であって、フォーカス用の赤外光Ｉを発振する第一光源１１と、マーカー用の可視光Ｖを発振する第二光源１２と、太陽電池Ｍに励起光Ｌを照射するＬＥＤ光源２０と、太陽電池Ｍを撮影する撮影部３０と、を備え、第一光源１１及び第二光源１２は、赤外光Ｉ及び可視光Ｖが同一の検査対象の太陽電池Ｍに到達するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置に関する。

近年、環境に配慮したクリーンなエネルギーへの関心の高まりから、エネルギー源が無尽蔵に存在する太陽光を利用した太陽光発電が注目されている。太陽光発電によって長期的に安定したエネルギーを供給するためには、発電に使用する太陽電池に不具合が生じていないかを定期的に検査する必要がある。

太陽電池の検査では、通常、「クラック（マイクロクラックを含む）」や「断線」等の欠陥の有無の確認が行われる。太陽電池における欠陥の有無の検査を行う方法の一つに、ＰＬ（フォトルミネッセンス）を利用したＰＬ検査法が知られている。一般に、半導体に所定のエネルギーを与えると、半導体中の励起された電子が基底状態に遷移する際に光が発生する。ここで、上記の所定のエネルギーを光によって与える方法をＰＬ（フォトルミネッセンス）と言う。ＰＬは半導体中に存在する不純物や欠陥に影響を受けることが知られている。太陽電池の検査においては、半導体である太陽電池セルに禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光を照射すると、光の吸収に伴って電子と正孔が生成され、これらが再結合する際に発光する。このとき、半導体結晶中に欠陥や不純物が存在すると、これらの欠陥等は光エネルギーを与えたときに形成される電子と正孔との再結合過程に影響を及ぼし、半導体結晶はその結晶固有の発光とは異なるエネルギーの光を放出する。この現象を利用し、ＰＬ発光によって得られた情報から太陽電池の欠陥を検知することができる。

通常、太陽電池パネルは、太陽光を効率よく利用するために陰の影響の少ない場所に設置される。例えば、建物に太陽電池パネルを設置する場合、屋上等の高所に設置される。また、自動車等の乗り物に太陽電池パネルを設置する場合は、ルーフやボンネットの上に設置される。太陽電池パネルは、一度設置されると取り外すことが想定されていないため、従来の据え置き型の検査装置では太陽電池パネルの検査に時間が掛かることがあった。これに対して、リモートコントロールで地上から操作できるヘリコプターに特殊カメラを設置した太陽電池アレイ検査装置が公開されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、上記のような構成を採用することにより、適当な位置にカメラを配置して、適当な距離から適当な角度で検査画像の撮影を行うことにより、ビル屋上や個人住宅の屋根等の高所に設置された太陽電池パネルについても容易に検査を行うことが可能になるとされている。

特開２０１６−５４２６号公報

特許文献１に開示されている太陽電池アレイ検査装置は、特殊カメラを設置したヘリコプターの位置や向きをリモートコントロールすることにより、適当な位置にカメラを配置しているものの、太陽電池パネルからある程度離れた位置でカメラを移動しながら連続して撮影を行うとピントを合わせ難く、撮影画像にピンボケが発生し易くなる。また、カメラが常に移動しているため、検査対象の太陽電池パネルの正確な位置を把握し難い。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＬ検査法を利用して太陽電池の検査を行う際、検査用のカメラを移動させながら連続的に検査を行っても撮影画像にピンボケが発生せず、太陽電池の欠陥や品質不良を精度よく検出可能な太陽電池検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る太陽電池検査装置の特徴構成は、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置であって、
フォーカス用の赤外光を発振する第一光源と、
マーカー用の可視光を発振する第二光源と、
太陽電池に励起光を照射するＬＥＤ光源と、
前記太陽電池を撮影する撮影部と、
を備え、
前記第一光源及び前記第二光源は、前記赤外光及び前記可視光が同一の検査対象の太陽電池に到達するように構成されていることにある。

上記課題で説明したように、従来のカメラを移動させながら太陽電池を検査する装置は、ある程度離れた位置から連続して撮影を行うためピントを合わせ難く、撮影画像にピンボケが発生し易いという問題があった。
この点、本構成の太陽電池検査装置では、フォーカス用の赤外光及びマーカー用の可視光が同一の検査対象の太陽電池に到達するように構成されている。太陽電池検査装置の移動に伴い、太陽電池検査装置から発振される赤外光及び可視光が太陽電池に到達するポイントも共に移動する。これにより、ピンボケが抑えられたＰＬ発光画像が得られ、太陽電池の欠陥位置を正確に検出することが可能となる。従って、太陽電池の欠陥や品質不良の検出精度を向上することができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記第一光源から発振される前記赤外光の光軸と、前記第二光源から発振される前記可視光の光軸とが同一となるように、前記第一光源及び前記第二光源が同一直線上に配置されていることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、フォーカス用の赤外光及びマーカー用の可視光の光軸が同一であるため、常に太陽電池上のマーカーされた部分にカメラの焦点が合わされることになり、検査対象に対して正確にピントを合わせることができる。これにより、マーカーされた部分にピントが合ったＰＬ発光画像が得られ、太陽電池の欠陥や品質不良をさらに正確に検出することが可能となる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記第二光源は、前記第一光源から発振される赤外光の一部を第二高調波に変換する波長変換フィルタであることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、波長変換フィルタにより第一光源から発振される赤外光の一部を可視光に変換して用いるため、光源から発振する光は赤外光の一種で足りる。従って、光源が簡易な構造となり、装置全体の軽量化に寄与し、撮影時の移動が容易となる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記第一光源及び前記第二光源が夫々別体として構成され、前記赤外光及び前記可視光が前記太陽電池に到達する前に両者を合流させるビーム合流器が、前記第一光源又は前記第二光源から前記太陽電池までの光路上に配置されていることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、別々に発振された赤外光及び可視光がビーム合流器により合流するため、各光源から発振された初期の状態の光を太陽電池にそのまま到達させることができ、個別に光の強度や波長を調整することが可能となる。また、第一光源及び第二光源が夫々別体として構成されているため、第一光源及び第二光源を独立して取替えたり、フィルタを装着したりすることができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記赤外光の波長は１０００〜１１００ｎｍであり、前記可視光の波長は５００〜５５０ｎｍであることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置によれば、１０００〜１１００ｎｍの波長の赤外光は、作業者の目では視認できないが、カメラでは検出可能であるため、カメラのフォーカス用に好適に利用できる。５００〜５５０ｎｍの波長の可視光は、作業者の目で視認可能であるため、太陽電池における検査対象のセルをマークするために好適に利用できる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記励起光の波長は７００〜９００ｎｍであることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、ＰＬ発光に用いられる励起光の波長が７００〜９００ｎｍに設定されているため、例えば、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ｛銅（Ｃｏｐｐｅｒ）−インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ）−ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ）−セレン（Ｓｅｌｅｎｉｕｍ）｝系化合物太陽電池等を対象に欠陥検査を行うことができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記太陽電池は、太陽電池セルが複数接続された太陽電池モジュールであることが好ましい。

通常、太陽電池は複数のセルが接続された太陽電池モジュールとして製品化されている。そのため、本構成の太陽電池検査装置であれば、市販されている殆どのタイプの太陽電池を検査することができる。

図１は、本発明に係る太陽電池検査装置の説明図である。図２は、第一実施形態に係る太陽電池検査装置が備えるレーザー光源の説明図である。図３は、第二実施形態に係る太陽電池検査装置が備えるレーザー光源の説明図である。図４は、太陽電池検査方法のフローチャートである。

以下、本発明の太陽電池検査装置に関する実施形態を、図１〜図３に基づいて説明する。さらに、太陽電池検査方法を図４に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

［太陽電池検査装置］
図１は、本発明に係る太陽電池検査装置（以下、単に「検査装置」と称する。）１００の説明図である。図１（ａ）は、太陽電池Ｍに励起光Ｌを照射した場合におけるＰＬ発光の様子を示している。図１（ｂ）は、太陽電池Ｍに向けて赤外光Ｉ及び可視光Ｖを発振している様子を示している。図１（ａ）に示すように、検査装置１００は、レーザー光源１０と、励起光Ｌを照射するＬＥＤ光源２０と、太陽電池Ｍの検査面Ｃを撮影する撮影部であるカメラ３０とを備える。レーザー光源１０及びＬＥＤ光源２０は、カメラ３０の周辺に隣接するように構成されており、カメラ３０の移動に伴ってレーザー光源１０及びＬＥＤ光源２０も同様に移動する。なお、レーザー光源１０及びＬＥＤ光源２０がカメラ３０自体の匡体内部に収まるように検査装置１００は一体として構成されていてもよい。検査装置１００は、さらに任意の構成として、不図示の画像処理部、判定部、及び表示部等を備えていてもよい。図１（ｂ）に示すように、レーザー光源１０は、太陽電池Ｍの検査対象となる検査面Ｃにフォーカス用の赤外光Ｉを発振する第一光源と、マーカー用の可視光Ｖを発振する第二光源とを備える。第一光源及び第二光源は、赤外光Ｉ及び可視光Ｖが同一の検査対象の太陽電池Ｍ、すなわち同一のセル１に到達するように構成されている。第一光源及び第二光源については、後述の第一実施形態及び第二実施形態において詳細に説明する。

図１（ａ）に示すように、太陽電池Ｍは、同一のサイズの太陽電池セル１が複数接続された太陽電池モジュールを構成する。太陽電池Ｍは、設置部２に設置される。設置部２は、建物の屋根、自動車のルーフ又はボンネット、太陽光発電設備の一部等であり得る。本発明の検査装置１００は、太陽電池Ｍを構成するセル１を一枚ずつ検査するものとし、本明細書において検査面Ｃとは、その一枚のセル全体を意味する。検査対象の太陽電池Ｍとしては、例えば、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ｛銅（Ｃｏｐｐｅｒ）−インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ）−ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ）−セレン（Ｓｅｌｅｎｉｕｍ）｝系化合物太陽電池等が挙げられる。

〔第一実施形態〕
＜レーザー光源（第一光源及び第二光源）＞
図２は、第一実施形態に係る検査装置１００が備えるレーザー光源１０Ａ（１０）の説明図である。レーザー光源１０Ａは、第一光源１１及び第二光源１２を備える。第一光源１１及び第二光源１２は、第一光源１１から発振された光が第二光源１２を通過するように、レーザー光源１０Ａ内部で同一直線上に配置されている。第一光源１１はフォーカス用の赤外光Ｉを発振するレーザー発振器である。第二光源１２は波長変換フィルタであり、第一光源１１から発振された赤外光Ｉの一部を第二高調波に変換するものである。第二光源１２としては、例えば、ＬｉＢ_３Ｏ_５結晶、β−ＢａＢ_２Ｏ結晶、及びＫＴｉＯＰＯ_４結晶等の非線形結晶が挙げられる。第一光源１１から発振された赤外光Ｉは、第二光源１２を通過する際に、その一部が第二高調波である赤外光Ｉの１／２波長の可視光Ｖに変換される。第二光源１２が赤外光Ｉを第二高調波に変換する割合（変換効率）は、第二光源１２を構成する結晶の純度等に依存する。従って、第二光源１２を構成する結晶を適宜選択することにより、レーザー光源１０Ａから発振される赤外光Ｉと可視光Ｖとの割合を適切に設定することが可能となる。

第二光源１２から発振された可視光Ｖは、変換前の赤外光Ｉの進行方向と同方向に進行する。つまり、第一光源１１から発振された赤外光Ｉと、第二光源１２から発振された可視光Ｖとは、同一の光軸に沿って同一のセル１へ到達する。このように、赤外光Ｉ及び可視光Ｖは、太陽電池Ｍにおける同一のセル１に照射されることで、カメラ３０の撮影時において、可視光Ｖによってマークされたセル１にカメラ３０の照準が合わされる。その結果、太陽電池Ｍの検査対象のセル１をピンボケすることなく確実にカメラ３０で撮影することができる。

第一実施形態の検査装置１００によれば、太陽電池Ｍに対して欠陥の有無及びセル１の位置を確実に検出することができるため、欠陥検査の精度が向上し、太陽電池Ｍの品質向上に寄与することができる。また、当該第一実施形態の検査装置１００においては、第一光源１１から発振された赤外光Ｉの一部を可視光Ｖに変換して用いるため、初めに光源から発振する光は赤外光Ｉの一種類で足りる。従って、レーザー光源１０Ａが簡易な構造となり、検査装置１００が軽量化され、移動が容易となる。

第一光源１１から発振される赤外光Ｉの波長は、好ましくは１０００〜１１００ｎｍであり、より好ましくは１０５０〜１０８０ｎｍであり、さらに好ましくは１０６４ｎｍである。１０００〜１１００ｎｍの波長の光はヒトの目では視認できないが、赤外線カメラでは検出することができる。このため、赤外光Ｉはカメラ３０においてフォーカス用に好適に利用可能である。なお、赤外光Ｉの波長が１０６４ｎｍであれば、汎用のＹＡＧレーザー発振器を第一光源１１としてそのまま利用できる。また、第二光源から発振される可視光Ｖの波長は、好ましくは５００〜５５０ｎｍであり、より好ましくは５２５〜５４０ｎｍであり、さらに好ましくは５３２ｎｍである。５００〜５５０ｎｍの波長の光はヒトの目で視認可能である。このため、可視光Ｖは検査対象のセル１のマーク用に好適に利用可能である。

＜ＬＥＤ光源＞
従来の太陽電池のＰＬ検査装置では、励起光としてレーザー光を使用するものが知られている。レーザー光はエネルギー強度が大きく、コヒーレント性に優れている等の利点がある。ところが、レーザー光は照射面積を大きくすることが難しいため、検査対象のセルの面積が広範囲になると、検査に長時間を要したり、装置が大規模になるといった問題があった。そこで、本発明の検査装置１００では、励起光ＬとしてＬＥＤを採用し、広い範囲に亘って光を照射可能な面光源を使用している。ＰＬ発光を発生させるための照射光の波長は、太陽電池半導体の種類によって固有のものである。例えば、本発明の検査装置が対象とする単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池等であれば、７００〜９００ｎｍの波長領域の光を照射光（励起光Ｌ）として使用することが好ましい。励起光Ｌの波長領域は、ＬＥＤ光源から発振された光のうち不要な領域をフィルタによりカットして調整することができる。

図１（ａ）に示すように、第一実施形態の検査装置１００においては、ＬＥＤ光源２０はカメラ３０と一体に構成され、検査面Ｃに励起光Ｌを確実に面照射できるように最適な方向にセットされる。ＬＥＤ光源２０は、太陽電池Ｍの検査面Ｃより一回り程度大きい範囲（図１（ａ）の破線で囲っている部分）に亘って、励起光Ｌを面照射することができる。これにより、ＬＥＤ光源２０から照射される励起光Ｌは、検査面Ｃ全体を含むように確実に面照射される。ＬＥＤ光源２０から励起光Ｌを面照射すると検査面Ｃの半導体結晶中にキャリアが生成し、蓄積される。そして、これらのキャリアが再結合すると、ＰＬ発光が起こる。この発光をＰＬ発光Ｌ１とする。ここで、図１（ａ）中の破線で囲っている部分に示されているように、検査面Ｃからはみ出した部分にも励起光Ｌが照射されることがある。このため、当該部分においてもＰＬ発光が起こり、後述するＰＬ発光時の検査面Ｃの様子を撮影した画像に影響を与えるのではないか、という懸念が生じる。しかし、検査面Ｃからはみ出した部分に多少の光が照射されたとしても、当該部分を有するセルでは発生したキャリアは直ちに拡散してしまうため、キャリアの再結合は起こらない。このため、検査対象のセルの周囲のセルではＰＬ発光には至らない。従って、検査面Ｃ以外のセル１（検査面Ｃと隣接するセル）において、励起光Ｌによって照射される可能性のある部分に、励起光Ｌが照射されないように予めマスク等で覆いを設ける必要はない。

第一実施形態の検査装置１００では、カメラ３０の移動に伴って、太陽電池Ｍに照射される励起光Ｌの領域も移動する。従って、カメラ３０を移動させながら連続的に検査を行っても常に検査対象のセル１にＰＬ発光が発生し、連続する検査面Ｃの欠陥や品質不良を精度よく検出することができる。なお、設置部２の方を移動可能に構成し、設置部２を動かして検査対象のセル１を変更することも可能である。例えば、設置部２が自動車のルーフやボンネットである場合、特定の高さに固定したカメラ３０を用いて走行中の自動車を撮影することで、特定の高さに設置された太陽電池Ｍを連続的に検査することが可能となる。

＜撮影部＞
図１（ａ）に示すように、撮影部であるカメラ３０は、ＰＬ発光している検査面Ｃを撮影し、ＰＬ発光画像を取得する。このＰＬ発光画像を予め撮影しておいた正常なセルのＰＬ発光画像と比較し、セル１に含まれる欠陥を検出することができる。ＰＬ発光画像は、後に説明する画像処理部で処理されるため、例えば、ハードディスク等にデータとして記憶される。カメラ３０は、検査面Ｃ全体を確実に撮影できるように、最適な位置に移動することができる。一つセル１の検査面Ｃの撮影が完了したら、カメラ３０は、ＬＥＤ光源２０とともに、次の検査対象となるセル１に応じた所定の位置に移動する。そして、この移動を繰り返して太陽電池Ｍの全体の走査が行われる。カメラ３０の最適な位置への移動は、撮影者が手動で行ってもよいし、コンピューター制御で自動で行ってもよい。カメラ３０を移動することにより、複数のセル１が接続された太陽電池モジュール全体としてのＰＬ発光画像を得ることができるため、太陽電池Ｍを設置部２から取り外すことなく欠陥検査の実施が可能となる。

＜画像処理部＞
画像処理部は、カメラ３０又は不図示の外部コンピューターに内蔵されており、例えば、カメラ３０にて撮影された画像から検査装置１００固有のノイズを含むバックグラウンド画像を差し引くことにより、ノイズが低減されたＰＬ発光画像へと加工することができる。このように、撮影された画像に対して適切な処理を施すことによって、検査面Ｃの欠陥の判定に利用可能な鮮明な処理画像を得ることができる。なお、カメラ３０による撮影画像が鮮明である場合は、撮影画像の画像処理は不要である。従って、画像処理部は、必要に応じて設ければよい。

＜表示部＞
表示部は、カメラ３０で撮影された撮影画像、又は画像処理部で作成された処理画像を表示する。表示部は、カメラ３０に内蔵されているディスプレイであってもよいし、外部接続されるモニタであってもよい。カメラ３０で撮影された撮影画像、又は画像処理部によって得られた処理画像が表示部に表示されることにより、検査面Ｃの半導体不良に起因する欠陥箇所を容易に特定することができる。このように、表示部を設けることにより、太陽電池Ｍの欠陥原因に応じた対応が容易なものとなり、太陽電池Ｍの品質向上に大きく寄与することができる。

＜判定部＞
検査面Ｃの欠陥の有無や欠陥箇所の特定は、カメラ３０で撮影された撮影画像、又は画像処理部から取得した処理画像（ＰＬ発光画像）を表示部に表示させることにより目視で行うことができる。しかし、目視による確認は検査員の目に依るため、微小な欠陥を見落としてしまう虞がある。そこで、検査装置１００には、太陽電池Ｍの欠陥をより確実に検出できるように判定部を設けることができる。判定部は、カメラ３０で撮影された撮影画像、又は画像処理部によって作成された処理画像から太陽電池Ｍの状態を判定する。例えば、サンプルとして欠陥の無い良品の太陽電池にＰＬ検査を行ったときのＰＬ発光画像（サンプル画像とする。）を予め撮影し、ハードディスク等に記憶させておく。判定部は、このサンプル画像と、カメラ３０で撮影された撮影画像、又は画像処理部で得られた処理画像（ＰＬ発光画像）とを比較し、両者の差異から欠陥の有無を判定する。このとき、表示部に判定部の判定結果を表示することが好ましい。この場合、表示部には、カメラ３０で撮影された撮影画像、又は画像処理部による処理画像（ＰＬ発光画像）とともに、判定部による欠陥判定結果が同時に表示され、検査面Ｃの欠陥の有無や欠陥の程度を容易に判断することが可能となる。その結果、太陽電池Ｍの欠陥検出の精度、及び検査の信頼性が向上する。

〔第二実施形態〕
＜レーザー光源（第一光源及び第二光源）＞
第二実施形態は、レーザー光源の構成が第一実施形態とは異なる。従って、第二実施形態の説明においては、レーザー光源についてのみ説明する。図３は、第二実施形態に係る検査装置１００が備えるレーザー光源１０Ｂ（１０）の説明図である。レーザー光源１０Ｂは、第一光源１１、第二光源１３、及びビーム合流器１４を備える。第一光源１１及び第二光源１３は、夫々別体として構成されている。ビーム合流器１４は、第一光源１１から太陽電池Ｍのセル１までの光路上に配置され、かつ第二光源１３から太陽電池Ｍのセル１までの光路上に配置されている。ビーム合流器１４は、進行方向が異なる二つの光を合流させて一定の方向へ導くように機能する。ビーム合流器１４としては、例えば、入射光を特定の方向に屈折させるレンズやプリズム等が挙げられる。

第一光源１１は、フォーカス用の赤外光Ｉを発振する。第二光源１３は、マーカー用の可視光Ｖを発振する。第一光源１１から発振された赤外光Ｉは、ビーム合流器１４を通過する際に屈折されることなく直進する。このため、赤外光Ｉは、第一光源１１から発振された方向に沿って直進し、そのまま太陽電池Ｍのセル１に到達する。一方、第二光源１３から発振された可視光Ｖは、ビーム合流器１４を通過する際に赤外光Ｉの光軸と同一の方向に屈折されて、赤外光Ｉの光軸と同一の光軸に沿ってセル１に到達する。このように、赤外光Ｉ及び可視光Ｖは、太陽電池Ｍにおける同一のセル１に照射されることで、カメラ３０の撮影時において、可視光Ｖによってマークされたセル１にカメラ３０の照準が合わされる。その結果、太陽電池Ｍの検査対象のセル１をピンボケすることなく確実にカメラ３０で撮影することができる。

第二実施形態の検査装置１００によれば、太陽電池Ｍに対して欠陥の有無及びセル１の位置を確実に検出することができるため、欠陥検査の精度が向上し、太陽電池Ｍの品質向上に寄与することができる。また、当該第二実施形態の検査装置１００においては、第一光源１１と、第二光源１３とが別体として構成されているため、夫々の光源から発振された初期の状態の光を太陽電池Ｍにそのまま到達させることができ、個別に光の強度や波長を調整することが可能となる。また、第一光源１１及び第二光源１３が夫々別体として構成されているため、第一光源１１及び第二光源１３を独立して取替えたり、フィルタを装着したりすることができる。なお、第一光源１１及び第二光源１３の位置は、図３に示した第一光源１１及び第二光源１３を入れ替えた位置としてもよい。すなわち、第一光源１１をビーム合流器１４の側方に配置し、第二光源１３をビーム合流器１４に対向する側（正面）に配置することも可能である。

［太陽電池検査方法］
本発明に係る太陽電池検査装置を用いた検査方法について説明する。ここでは、代表的に第一実施形態に係る検査装置１００を用いた太陽電池検査方法について説明する。図４は、太陽電池検査方法のフローチャートである。太陽電池検査方法は、主な工程として、照射工程（Ｓ１）、撮影工程（Ｓ２）、画像処理工程（Ｓ３）、欠陥判定工程（Ｓ４）、及び表示工程（Ｓ５）を包含する。

＜照射工程（ステップ１）＞
本発明の太陽電池検査方法を開始すると（Ｓ０）、初めに照射工程（Ｓ１）が実行される。太陽電池検査方法においては、図１（ａ）に示すように、初めに、検査装置１００の撮影部であるカメラ３０を太陽電池Ｍと対向するように配置する。検査装置１００が検査対象とする太陽電池Ｍは、複数の同一形状の太陽電池セル１が直接に接続された太陽電池モジュールとして構成されている。太陽電池Ｍは、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池である。太陽電池Ｍを構成するセル１のうち、検査対象となるセル１を選択し、当該セル１を検査面Ｃとする。検査面Ｃを特定するにあたり、レーザー光源１０Ａの第一光源１１から１０００〜１１００ｎｍの波長の赤外光Ｉが発振される。第一光源１１から発振された赤外光Ｉは、波長変換フィルタである第二光源１２において、一部が赤外光Ｉの第二高調波である５００〜５５０ｎｍの波長の可視光Ｖに変換される。これにより、検査装置１００の第二光源１２からマーカー用の可視光Ｖが発振される。検査面Ｃに照射されたマーカー用の可視光Ｖは視認可能であるため、どの検査面Ｃが選択されているかを特定することができる。次に、励起光Ｌを検査面Ｃに面照射するように、ＬＥＤ光源２０の位置をセットする。励起光Ｌの波長領域は、太陽電池の種類によって固有の波長領域がある。例えば、上掲の太陽電池であれば、７００〜９００ｎｍの波長領域の励起光を使用する。このとき、太陽電池Ｍは電流が流れない状況としておく。励起光Ｌを検査面Ｃに面照射すると、太陽電池Ｍには電流が流れることができないため、検査面Ｃのセル１にはキャリアが生成され、蓄積し、キャリアの再結合によってＰＬ発光（Ｌ１）が起こる。

＜撮影工程（ステップ２）＞
ステップ２では、ＰＬ発光時の検査面Ｃの様子をカメラ３０で撮影する。このとき、検査面Ｃのセル１全体を確実に撮影できるように、カメラ３０を適切な位置にセットする。ここで、検査面Ｃに照射されているマーカー用の可視光Ｖは、第一光源１１から発振されたフォーカス用の赤外光Ｉの一部が波長変換フィルタである第二光源１２によって変換されたものであるため、可視光Ｖは赤外光Ｉの光軸と同一の光軸に沿ってセル１に到達する。これにより、赤外光Ｉ及び可視光Ｖは、太陽電池Ｍにおける同一のセル１へ照射され、可視光Ｖによってマークされたセル１にカメラ３０の照準が自動的に合わされる。その結果、検査対象のセル１をピンボケすることなく確実にカメラ３０で撮影することができる。撮影された画像は、次のステップ３の画像処理工程、又はステップ４の欠陥判定工程で使用されるため、例えば、カメラ３０に内蔵されたハードディスク等にデータとして記憶される。

＜画像処理工程（ステップ３）＞
ステップ３の画像処理工程は、必要に応じて実施される任意の工程である。ステップ３では、ステップ２で撮影され、データとして記憶されているＰＬ発光画像から予め撮影された検査装置１００特有のノイズを含むバックグラウンド画像を差し引くことにより、ノイズが低減された処理画像に加工することが可能である。

＜欠陥判定工程（ステップ４）＞
ステップ４では、カメラ３０で撮影された撮影画像、又はステップ３で取得した処理画像（ＰＬ発光画像）を目視で確認することにより、欠陥の有無の判定、及び欠陥箇所の確認をすることができる。上述したように、より正確な欠陥検査を行うためには、個人差がある作業者の目に頼らず、判定部による欠陥判定工程を行うことが好ましい。ステップ４ではカメラ３０で撮影された撮影画像、又はステップ３で得られた処理画像から、検査面Ｃの欠陥の有無を判定部によって判定する。例えば、サンプルとして欠陥の無い良品の太陽電池のＰＬ発光画像を予め取得しておき、撮影画像又は処理画像と比較することにより、欠陥の有無の判定を行う。検査面Ｃに半導体不良に起因する欠陥がある場合、当該欠陥がある箇所はサンプル画像とは異なって見える。これにより、太陽電池Ｍの欠陥箇所を発見することができる。

＜表示工程（ステップ５）＞
ステップ５では、カメラ３０で撮影された撮影画像、又はステップ３の画像処理工程で取得したＰＬ発光画像とともに、ステップ４の欠陥判定工程で判定部が行った欠陥判定の結果をディスプレイに表示する。これにより、カメラ３０で撮影された撮影画像、又はステップ３において作成された検査面ＣのＰＬ発光画像（処理画像）と併せて、検査面Ｃの不良箇所を容易に視認することができる。なお、ＰＬ発光画像や欠陥判定の結果をディスプレイに表示する場合、カメラ３０に内蔵されているディスプレイに限定されず、無線又は有線で外部接続されるモニタに表示してもよい。

＜検査続行の判定（ステップ６）＞
ステップ６では、検査面Ｃについて照射工程（ステップ１）ないし表示工程（ステップ５）の一連の検査工程が終了すると、他のセル１についても欠陥検査を続行するか判断する。太陽電池（太陽電池モジュール）Ｍを構成するセル１の検査が全て終了した、あるいは、他のセル１の検査を行わない場合（Ｓ６；ＮＯ）は、欠陥検査を終了する（ステップ８）。他のセル１について検査をする場合（Ｓ６；ＹＥＳ）は、ステップ７のセルの移動の工程へと進む。

＜セルの移動（ステップ７）＞
ステップ７では、ステップ６において欠陥検査続行と判断されたら（Ｓ６；ＹＥＳ）、次の検査対象となるセル１に対してＰＬ検査を行うために最適な位置へ検査装置１００を移動する。検査装置１００の移動に伴い、レーザー光源１０Ａ、ＬＥＤ光源２０、及びカメラ３０も移動するため、フォーカス用の赤外光Ｉ及びマーカー用の可視光Ｖが次の検査対象となる同一のセル１に同時に到達する状態が維持される。検査装置１００の移動は、手動で、又はコンピューター制御によって行うことができる。検査装置１００を所定の位置に移動させた後は、新たに検査対象となるセル１の検査面Ｃに対して照射工程（ステップ１）ないし表示工程（ステップ５）の各工程を実施する。このように、各工程を繰り返すことにより、太陽電池Ｍを構成する全てのセル１の欠陥検査を行うことができる。その結果、検査装置１００の移動に伴い、赤外光Ｉ及び可視光Ｖが太陽電池Ｍに到達するポイントも共に移動する。従って、ピンボケが抑えられたＰＬ発光画像が得られ、太陽電池Ｍの欠陥位置を正確に検出することが可能となる。

本発明の太陽電池検査装置は、太陽電池の検査に利用されるものであるが、フォトルミネッセンスにより検査可能な半導体であれば、太陽電池以外のデバイスの検査に利用することも可能である。

１セル
１０（１０Ａ，１０Ｂ）レーザー光源
１１第一光源
１２，１３第二光源
１４ビーム合流器
２０ＬＥＤ光源
３０カメラ（撮影部）
１００太陽電池検査装置
Ｃ検査面
Ｉ赤外光
Ｌ励起光
Ｌ１ＰＬ発光
Ｍ太陽電池
Ｖ可視光

Claims

フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置であって、
フォーカス用の赤外光を発振する第一光源と、
マーカー用の可視光を発振する第二光源と、
太陽電池に励起光を照射するＬＥＤ光源と、
前記太陽電池を撮影する撮影部と、
を備え、
前記第一光源及び前記第二光源は、前記赤外光及び前記可視光が同一の検査対象の太陽電池に到達するように構成されている太陽電池検査装置。
前記第一光源から発振される前記赤外光の光軸と、前記第二光源から発振される前記可視光の光軸とが同一となるように、前記第一光源及び前記第二光源が同一直線上に配置されている請求項１に記載の太陽電池検査装置。
前記第二光源は、前記第一光源から発振される赤外光の一部を第二高調波に変換する波長変換フィルタである請求項１又は２に記載の太陽電池検査装置。
前記第一光源及び前記第二光源が夫々別体として構成され、前記赤外光及び前記可視光が前記太陽電池に到達する前に両者を合流させるビーム合流器が、前記第一光源又は前記第二光源から前記太陽電池までの光路上に配置されている請求項１に記載の太陽電池検査装置。
前記赤外光の波長は１０００〜１１００ｎｍであり、前記可視光の波長は５００〜５５０ｎｍである請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池検査装置。
前記励起光の波長は７００〜９００ｎｍである請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池検査装置。
前記太陽電池は、太陽電池セルが複数接続された太陽電池モジュールである請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池検査装置。