JP2022152123A - 太陽電池検査方法、太陽電池製造方法及び太陽電池検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池の表面の傷を正確に検知できる太陽電池検査方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池検査方法は、太陽電池にそのバンドギャップの半分以下の波長の短波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの短波長フォトルミネッセンス画像を撮影する工程と、前記短波長フォトルミネッセンス画像に基づいて前記太陽電池の受光面の傷を検出する工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池検査方法、太陽電池製造方法及び太陽電池検査装置に関する。

太陽電池が幅広く利用されているが、太陽電池に美観が要求される場合も少なくない。太陽電池の表面に微細な傷がある場合、光の反射等によって美観が損なわれる場合がある。太陽電池の表面には、光の入射率を向上するためにテクスチャと呼ばれる微細な凹凸が形成されることも多い。表面にテクスチャが形成された太陽電池の表面の小さな傷は、太陽電池の表面を撮影した可視光画像の画像処理では容易に判別できない。

太陽電池に光を照射してキャリアを励起させ、キャリアが再結合する際に発する光（フォトルミネッセンス）を撮影することによって太陽電池の欠陥を検査する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。通常のフォトルミネッセンス画像では、太陽電池の内部の傷も輝度低下として現れるため、美観に影響する表面の傷と、美観に影響しない内部の傷とを判別することはできない。

特開２０１７－２１９４５８号公報

上述のような現状に鑑みて、本発明は、太陽電池の表面の傷を正確に検知できる太陽電池検査方法及び太陽電池検査装置、並びに美観に優れる太陽電池が得られる太陽電池製造方法を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る太陽電池検査方法は、太陽電池にそのバンドギャップの半分以下の波長の短波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの短波長フォトルミネッセンス画像を撮影する工程と、前記短波長フォトルミネッセンス画像に基づいて前記太陽電池の受光面の傷を検出する工程と、を備える。

上述の太陽電池検査方法は、前記太陽電池に前記短波長測定光よりも前記バンドギャップに近い波長の長波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの長波長フォトルミネッセンス画像を撮影する工程をさらに備え、前記傷を検出する工程において、前記短波長フォトルミネッセンス画像を前記長波長フォトルミネッセンス画像と比較することによって、前記受光面の傷を検出してもよい。

上述の太陽電池検査方法において、前記短波長測定光と前記長波長測定光との照度を異ならせてもよい。

本発明の一態様に係る太陽電池製造方法は、上述の太陽電池検査方法を実行する工程と、前記太陽電池検査方法の検査結果に基づいて、前記太陽電池を選別する工程と、を備える。

本発明の一態様に係る太陽電池検査装置は、太陽電池の受光面の傷を検査する太陽電池検査装置であって、前記太陽電池に第１波長の短波長測定光を照射する短波長光源と、前記太陽電池に前記第１波長よりも長い第２波長の長波長測定光を照射する長波長光源と、前記短波長測定光又は前記長波長測定光が照射された直後の前記太陽電池のフォトルミネッセンス画像を撮影する撮像部と、前記撮像部が撮影した前記フォトルミネッセンス画像を画像処理することにより、前記太陽電池の受光面の傷を検出する画像処理部と、を備える。

本発明によれば、太陽電池の表面の傷を正確に検知できる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池検査装置の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池検査方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る太陽電池製造方法の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池検査装置１の構成を示す模式図である。

太陽電池検査装置１は、太陽電池Ｓの受光面の傷を検出する装置である。太陽電池検査装置１は、太陽電池Ｓを搬送する搬送装置１０と、太陽電池Ｓに第１波長の短波長測定光を照射する短波長光源２０と、太陽電池Ｓに第１波長よりも長い第２波長の長波長測定光を照射する長波長光源３０と、短波長測定光又は長波長測定光が照射された直後の太陽電池Ｓのフォトルミネッセンスの画像を撮影する撮像部４０と、搬送装置１０、短波長光源２０、長波長光源３０及び撮像部４０を制御する撮影制御部５０と、撮像部４０が撮影したフォトルミネッセンス画像を画像処理することにより、太陽電池Ｓの受光面の傷を検出する画像処理部６０と、を備える。

搬送装置１０は、例えばベルトコンベア等によって構成され得る。搬送装置１０は、太陽電池Ｓを、短波長光源２０及び長波長光源３０により短波長測定光及び長波長測定光を照射して撮像部４０によりフォトルミネッセンスの画像を撮影できる位置に太陽電池Ｓを配置する。搬送装置１０は、太陽電池Ｓの位置を確認するセンサ等を有してもよい。

短波長光源２０は、太陽電池Ｓにそのバンドギャップの半分以下の波長の短波長測定光を照射する。なお、通常、バンドギャップの単位はエネルギ量［ｅＶ］であるのに対し、波長の単位は長さ［ｎｍ］であり、次元が異なるが、波長λ［ｎｍ］の光のフォトンエネルギＥ［ｅＶ］は、プランク定数ｈ、光速度ｃ［ｍ／ｓ］を用いて、Ｅ［ｅＶ］＝ｈ・ｃ／λと表すことができる。つまり、短波長光源２０は、フォトンエネルギがバンドギャップの半分以下となる波長の短波長測定光を照射する。

このように波長が短い短波長測定光は、太陽電池Ｓの受光面に付近で吸収され、深部までは到達しない。このため、短波長測定光を照射する場合、受光面の近傍の低深度領域にしかキャリアが生成されないので、キャリアが再結合するまでの太陽電池Ｓの内部での面方向の移動量が小さくなる。したがって、フォトルミネッセンス画像において、太陽電池Ｓの受光面の傷に起因するキャリアの減少が周囲のキャリアで希釈されず、明確な輝度低下として現れる。

短波長測定光の波長の下限としては、太陽電池Ｓのバンドギャップの１０％が好ましく、２０％がより好ましい。一方、短波長測定光の波長の上限としては、太陽電池Ｓのバンドギャップの５０％が好ましく、４０％がより好ましい。短波長測定光の波長を前記下限以上とすることによって、短波長光源２０が不必要に高価となることを防止できる。また、短波長測定光の波長を前記上限以下とすることによって、短波長測定光が太陽電池Ｓの深部においてキャリアを励起しないようにできるので、太陽電池Ｓの受光面の傷だけを選択的に検出できる。なお、測定光の波長は、個々の太陽電池Ｓのバンドギャップの値に応じて定める必要はなく、例えば設計値、平均値等の代表値に応じて選定することができる。

長波長光源３０は、太陽電池Ｓに、短波長測定光よりも太陽電池Ｓのバンドギャップに近い波長の長波長測定光を照射する。長波長測定光の波長の下限としては、太陽電池Ｓのバンドギャップの７５％が好ましく、８０％がより好ましい。一方、長波長測定光の波長の上限としては、太陽電池Ｓのバンドギャップの９０％が好ましく、９５％がより好ましい。長波長測定光の波長を前記下限以上とすることによって、太陽電池Ｓの受光面の傷以外の欠陥によるフォトルミネッセンスの輝度低下の確認を容易にできる。また、長波長測定光の波長を前記上限以下とすることによって、十分なキャリアを生成するために長波長光源３０に要求される出力を抑制できる。

長波長測定光は、短波長測定光と照度が異なってもよい。長波長測定光と短波長測定光との太陽電池Ｓの受光面における照度を異ならせることによって、短波長測定光と長波長測定光との間のキャリア生成効率、キャリアライフタイム等の差に起因するフォトルミネッセンス強度の差を補償し、画像処理部６０による画像解析を容易にできる。

撮像部４０は、太陽電池Ｓにおいて、短波長測定光又は長波長測定光によって励起されたキャリアが再結合して基底状態に戻る際に発する光であるフォトルミネッセンスを撮影して、太陽電池Ｓの２次元位置毎のフォトルミネッセンスの輝度を示すフォトルミネッセンス画像を取得する。撮像部４０は、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の２次元撮像素子を有する構成とされ得る。

撮影制御部５０は、搬送装置１０と同期して、短波長光源２０による短波長光の照射及び撮像部４０によるフォトルミネッセンス画像（短波長フォトルミネッセンス画像）の撮影、並びに長波長光源３０による長波長光の照射及び撮像部４０によるフォトルミネッセンス画像（長波長フォトルミネッセンス画像）の撮影を行うよう、搬送装置１０、短波長光源２０、長波長光源３０及び撮像部４０の動作タイミングを制御する。

撮影制御部５０は、例えばメモリ、ＣＰＵ、入出力インターフェイス等を備えるコンピュータ装置に適切な制御プログラムを実行させることによって実現できる。

画像処理部６０は、画像処理技術を用いて、撮像部４０が撮影した短波長フォトルミネッセンス画像に基いて、好ましくは短波長フォトルミネッセンス画像と長波長フォトルミネッセンス画像を比較することによって、太陽電池Ｓの受光面の傷を検出する。

画像処理部６０は、撮影制御部５０と同様のコンピュータ装置に適切な画像処理プログラムを実行させることによって実現できる。画像処理部６０は、撮影制御部５０と同一のコンピュータ装置によって実現されてもよい。撮影制御部５０は及び画像処理部６０は、その機能において類別されるものであって、物理構成及びプログラム構成によって明確に区別できるものでなくてもよい。

太陽電池Ｓの受光面の傷は、フォトルミネッセンス画像上に輝度の変化を生じさせる。通常、受光面の傷は、全体としてはフォトルミネッセンス画像の輝度低下をもたらすため、画像処理部６０は、短波長フォトルミネッセンス画像において輝度が低い領域を傷がある領域として検出するよう構成され得る。短波長フォトルミネッセンスの輝度変化は、微細な傷でも比較的大きく現出するため、太陽電池Ｓの受光面の傷を通常の可視光画像として撮影するよりも容易且つ正確に検出することができる。

太陽電池Ｓが全面に均一なフォトルミネッセンスを生じさせる場合、画像処理部６０は、他の領域と輝度が異なる領域を抽出してもよい。また、太陽電池Ｓの構造により、フォトルミネッセンスがパターン状となる場合には、傷のない太陽電池Ｓにおいて撮影される基準となるフォトルミネッセンス画像との差分が大きい領域を抽出してもよい。

また、画像処理部６０は、短波長フォトルミネッセンス画像と長波長フォトルミネッセンス画像とを比較して、短波長フォトルミネッセンス画像の長波長フォトルミネッセンス画像よりも輝度が低い領域を傷がある領域として検出してもよい。フォトルミネッセンスの輝度は、受光面に傷がある領域だけでなく、深部や裏面に欠陥がある領域においても低下する。長波長フォトルミネッセンス画像における欠陥に対する輝度減少の感度は太陽電池Ｓの厚み方向に略均等であるが、短波長フォトルミネッセンス画像における欠陥に対する輝度減少の感度は、上述のように受光面側で大きく、裏面側で小さくなる。このため、長波長フォトルミネッセンス画像と比較して短波長フォトルミネッセンス画像における輝度の低下が大きい領域は、太陽電池Ｓの受光面に欠陥、つまり傷があると判断することができる。

また、画像処理部６０は、短波長フォトルミネッセンス画像及び長波長フォトルミネッセンス画像の少なくとも一方を用いて、太陽電池Ｓの光電変換効率を推定してもよい。短波長測定光と長波長測定光との照度が異なる場合、短波長フォトルミネッセンス画像及び長波長フォトルミネッセンス画像からそれぞれの照度における光電変換効率の推定値を算出することで、照度と光電変換効率との関係を表す関数を導出し、任意の照度における光電変換効率を推定可能とできる。

太陽電池検査装置１を用いて行うことができる本発明に係る太陽電池検査方法の一実施形態は、図２に示すように、太陽電池Ｓにそのバンドギャップの半分以下の波長の短波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの短波長フォトルミネッセンス画像を得る工程（ステップＳ０１：短波長撮影工程）と、太陽電池Ｓに短波長測定光よりもバンドギャップに近い波長の長波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの長波長フォトルミネッセンス画像を撮影する工程（ステップＳ０２：長波長撮影工程）と、短波長フォトルミネッセンス画像及び長波長フォトルミネッセンス画像に基づいて太陽電池Ｓの受光面の傷を検出する工程（ステップＳ０３：傷検出工程）と、を備える。

ステップＳ０１の短波長撮影工程では、短波長光源２０により太陽電池Ｓに短波長測定光を照射し、撮像部４０により短波長フォトルミネッセンス画像を撮影する。

ステップＳ０２の長波長撮影工程では、長波長光源３０により太陽電池Ｓに長波長測定光を照射し、撮像部４０により長波長フォトルミネッセンス画像を撮影する。長波長撮影工程と短波長撮影工程とは順番を入れ換えてもよい。

ステップＳ０３の傷検出工程では、画像処理部６０によって、短波長フォトルミネッセンス画像及び長波長フォトルミネッセンス画像を画像処理することにより、短波長フォトルミネッセンス画像において輝度が低下している領域を抽出する。

さらに、本発明に係る太陽電池製造方法の一実施形態は、図３に示すように、太陽電池Ｓを形成する工程（ステップＳ１１：太陽電池形成工程）と、図２の太陽電池検査方法を実行する工程（ステップＳ１２：太陽電池検査工程）と、太陽電池検査方法の検査結果に基づいて太陽電池を選別する工程（ステップＳ１３：太陽電池選別工程）と、選別した太陽電池を製品化する工程（ステップＳ１４：太陽電池製品化工程）と、を備える。

ステップＳ１１の太陽電池形成工程では、公知の方法により、太陽電池Ｓを形成する。例として、半導体基板の表裏に異なる導電型を有する半導体層を積層することによって光電変換構造を形成することで、太陽電池Ｓが得られる。

ステップＳ１２の太陽電池検査工程では、上述の太陽電池検査方法により、太陽電池Ｓの受光面の傷と考えられる領域を抽出する。

ステップＳ１３の太陽電池選別工程では、太陽電池検査工程の検査結果に基づいて、太陽電池Ｓを選別する。例として、検出された傷と考えられる領域の面積、長径等を指標として、太陽電池Ｓを順位付け又はランク分けしたり、不良品を特定して除外したりすることが考えられる。

ステップＳ１４の太陽電池製品化工程では、選別された太陽電池Ｓを製品化する。ここでいう製品化とは、太陽電池Ｓにさらなる加工を行ったり、太陽電池Ｓを電子機器に組み込んだりすることによって最終製品とすることに加えて、所定のトレイに配置したり、包装又はラベリングを行ったりすることによって、中間製品として太陽電池Ｓを利用するものに引き渡し可能な状態とすることを含む。

以上の工程を備える図３の太陽電池製造方法は、太陽電池検査工程において図２の太陽電池検査方法により太陽電池Ｓの表面の傷を正確に検知できるので、美観に優れる太陽電池Ｓを製造できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例として、本発明においては、長波長フォトルミネッセンス画像の撮影を必須としない。つまり、本発明に係る太陽電池検査方法では、短波長フォトルミネッセンス画像のみに基づいて太陽電池の受光面の傷を検出してもよく、本発明に係る太陽電池検査装置は長波長光源を有しなくてもよい。また、本発明にかかる太陽電池検査装置において、搬送装置は必須ではなく、ロボット等で太陽電池を配置する装置であってもよい。

１ 太陽電池検査装置
１０ 搬送装置
２０ 短波長光源
３０ 長波長光源
４０ 撮像部
５０ 撮影制御部
６０ 画像処理部
Ｓ 太陽電池

Claims (5)

1. 太陽電池にそのバンドギャップの半分以下の波長の短波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの短波長フォトルミネッセンス画像を撮影する工程と、
   前記短波長フォトルミネッセンス画像に基づいて前記太陽電池の受光面の傷を検出する工程と、
   を備える、太陽電池検査方法。
2. 前記太陽電池に前記短波長測定光よりも前記バンドギャップに近い波長の長波長測定光を照射することによりフォトルミネッセンスの長波長フォトルミネッセンス画像を撮影する工程をさらに備え、
   前記傷を検出する工程において、前記短波長フォトルミネッセンス画像を前記長波長フォトルミネッセンス画像と比較することによって、前記受光面の傷を検出する、請求項１に記載の太陽電池検査方法。
3. 前記短波長測定光と前記長波長測定光との照度を異ならせる、請求項２に記載の太陽電池検査方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池検査方法を実行する工程と、
   前記太陽電池検査方法の検査結果に基づいて、前記太陽電池を選別する工程と、
   を備える、太陽電池製造方法。
5. 太陽電池の受光面の傷を検査する太陽電池検査装置であって、
   前記太陽電池に第１波長の短波長測定光を照射する短波長光源と、
   前記太陽電池に前記第１波長よりも長い第２波長の長波長測定光を照射する長波長光源と、
   前記短波長測定光又は前記長波長測定光が照射された直後の前記太陽電池のフォトルミネッセンス画像を撮影する撮像部と、
   前記撮像部が撮影した前記フォトルミネッセンス画像を画像処理することにより、前記太陽電池の受光面の傷を検出する画像処理部と、
   を備える太陽電池検査装置。

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