JP2024017792A - 光電変換素子の検査装置、光電変換素子の製造装置、光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、ペロブスカイト層を厚膜化すると、ペロブスカイト層にピンホールが生じやすい。厚膜化に伴うピンホールは、異物に起因するものの他、ペロブスカイトの結晶過程で生成されるものがある。ペロブスカイト層の形成を2ステップ塗布法(基板上にPBI2を塗布してからMAIの塗布を行う塗布法)で行う場合、2液目で形成されるものがある。厚膜化に伴うピンホールは、ペロブスカイト層の法線方向に対して傾斜した斜めピンホールとなりやすい。この斜めピンホールは、一定位置からの検出では発見し難く、補修の機会を失う虞がある。
実施形態において、光電変換素子とは、太陽電池、またはセンサなどの光を電気に変換する素子と、発光素子などの電気を光に変換する素子と、の両方を意味する。前記両素子は、活性層が発電層として機能するか、発光層として機能するか、の差があるが、基本的な構造は同様である。
図1は、タンデム型太陽電池に用いられる多層接合型光電変換素子(光電変換素子)1を示す。
図1に示す多層接合型光電変換素子1は、図中下側から順に、第1電極機能層2と、結晶シリコンからなる第1光活性層3と、中間機能層4と、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる第2光活性層(ペロブスカイト層)5と、第2電極機能層6と、が積層されて積層体7を構成している。図1に示す多層接合型光電変換素子1において、第1光活性層3および第2光活性層5の受光面は、第2電極機能層6側の面(図中上面)とされている。
イオンXは、ハロゲンイオンが好ましく、例えばF-、Cl-、Br-、I-、およびAt-から選択され、Cl-、Br-、I-が好ましいがこれに限定されるものではない。
図2に示す多層接合型光電変換素子11は、図中下側から順に、透明基板13と、第1電極機能層14と、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる光活性層(ペロブスカイト層)15と、第2電極機能層16と、が積層されて積層体17を構成している。図2に示す多層接合型光電変換素子11において、光活性層15の受光面は、第2電極機能層16側の面(図中上面)とされている。
第2電極機能層16は、例えば、光活性層15に接する機能層(導電層)16bと、機能層16bから突出する第2電極16cと、を含んで構成されている。
第1電極機能層14と第2電極機能層16とは、陽極または陰極となり、そこから多層接合型光電変換素子11によって生成した電気エネルギーが外部に取り出される。
次に、多層接合型光電変換素子1,11の製造課程の途中において得られる中間体8,18について説明する。中間体8は、光電変換素子1の製造過程の中間体であり、中間体18は、光電変換素子11の製造過程の中間体である。
例えば、シングル型太陽電池における中間体18は、基板18b(透明基板13)と、電極層18a(第1電極機能層14)と、ペロブスカイト層15aと、が積層されている。
次に、実施形態の光電変換素子の検査装置および製造装置について、図面を参照して説明する。
図4は、第1の実施形態における光電変換素子の製造工程を模式的に示している。
図4に示すように、第1の実施形態の光電変換素子の検査装置20は、ペロブスカイト層5a,15aが形成された中間体8,18を動かしながら、中間体8,18に検査光(例えばITO(透明導電膜)での反射が強い波長の可視光)を照射する。検査装置20は、ペロブスカイト層5a,15aを経た検査光(透過光および反射光の少なくとも一方)の色相を検出することで、ペロブスカイト層5a,15aの異常を発見する。
前述したように、ペロブスカイト構造とは、結晶構造のひとつであり、ペロブスカイトと同じ結晶構造をいう。典型的には、ペロブスカイト構造は、イオンA、BおよびXからなり、イオンBがイオンAに比べて小さい場合にペロブスカイト構造をとる場合がある。この結晶構造の化学組成は、下記一般式(1)で表すことができる。
ABX3…(1)
なお、第1の実施形態において、インクジェット装置に代わり、後述する第2の実施形態のレーザ装置を補修装置31に用いてもよい。
次に、第2の実施形態における光電変換素子の検査装置および製造装置について、図面を参照して説明する。
第2の実施形態は、第1の実施形態に対して、テーブル127aおよび中間体8,18を水平移動させるテーブル駆動装置127を備えるとともに、拡散光を照射する第一ライト121および第二ライト124を備え、さらにペロブスカイト層5a,15aの異常個所にレーザを照射するレーザ装置を備える点で特に異なる。その他の、第1の実施形態と同一構成には同一符号を付して詳細説明は省略する。
図5に示すように、第2の実施形態の光電変換素子の検査装置120は、ペロブスカイト層5a,15aが形成された中間体8,18を水平方向にのみ動かしながら、中間体8,18に検査光を照射する。検査光は拡散光であり、中間体8,18の位置に応じてペロブスカイト層5a,15aへの入射角度が異なる。検査装置120は、ペロブスカイト層5a,15aを経た検査光(透過光および反射光の少なくとも一方)の色相を検出することで、ペロブスカイト層5a,15aの異常を発見する。
テーブル127aの上方で第一ライト121の照射方向には、中間体8,18を透過した第一検査光L3(透過光L3’)が入射される第一カメラ122が配置されている。第一カメラ122は、拡散光を検知する以外は、第1の実施形態の第一カメラ22と同様の構成である。第一カメラ122と第一ライト121とは、透過式検査装置を構成している。
テーブル127aの上方で第二検査光L4の反射方向には、ペロブスカイト層5a,15aで反射した第二検査光L4(反射光L4’)が入射される第二カメラ125が配置されている。第二カメラ125は、拡散光を検知する以外は、第1の実施形態の第二カメラ25と同様の構成である。第二カメラ125と第二ライト124とは、正反射式検査装置を構成している。
計算機128は、ペロブスカイト層5a,15a上の「色相が異なる点(箇所)」の位置を定めるプログラムの詳細を除き、第1の実施形態の計算機28と同様の構成である。
なお、第2の実施形態において、レーザ装置に代わり、第1の実施形態のインクジェット装置を補修装置131に用いてもよい。
次に、第3の実施形態における光電変換素子の検査装置および製造装置について、図面を参照して説明する。
第3の実施形態は、第1の実施形態に対して、基板にペロブスカイト溶液を塗布するためのスピンコート装置をテーブル駆動装置に利用する点で特に異なる。その他の、第1の実施形態と同一構成には同一符号を付して詳細説明は省略する。
図6に示すように、第3の実施形態の光電変換素子の検査装置220は、ペロブスカイト層5a,15aが形成された中間体8,18を垂直軸回りに回転させながら、中間体8,18に検査光を照射する。検査光は拡散光であり、中間体8,18の位置に応じてペロブスカイト層5a,15aへの入射角度が異なる。検査装置220は、ペロブスカイト層5a,15aを経た検査光(透過光および反射光の少なくとも一方)の色相を検出することで、ペロブスカイト層5a,15aの異常を発見する。
テーブル227aの上方で第一ライト221の照射方向には、中間体8,18を透過した第一検査光L5(透過光L5’)が入射される第一カメラ222が配置されている。第一カメラ222は、拡散光を検知する以外は、第1の実施形態の第一カメラ22と同様の構成である。第一カメラ222と第一ライト221とは、透過式検査装置を構成している。
テーブル227aの上方で第二検査光L6の反射方向には、ペロブスカイト層5a,15aで反射した第二検査光L6(反射光L6’)が入射される第二カメラ225が配置されている。第二カメラ225は、拡散光を検知する以外は、第1の実施形態の第二カメラ25と同様の構成である。第二カメラ225と第二ライト224とは、正反射式検査装置を構成している。
計算機228は、ペロブスカイト層5a,15a上の「色相が異なる点(箇所)」の位置を定めるプログラムの詳細を除き、第1の実施形態の計算機28と同様の構成である。
上記各実施形態では、主に検査装置と補修装置とについて説明したが、補修を行った場合に補修の成否を確認する装置をさらに備えてもよい。具体的には、補修装置の後工程に検査装置と同等の装置を備えて検査してもよいし、補修装置で補修を行った場合に前工程の検査装置に戻して再度検査を行ってもよい。また、補修後の検査を行う際は、補修を行った箇所(補修前に異常ありと判定した箇所)に重点的に検査をおこなってもよい。さらに、補修の内容によっては、補修箇所は異常判定時とも周囲の正常な箇所とも色相が異なるので、その場合は補修前の異常判定時の色相と補修後の色相を比較して補修成否を判定してもよい。
Claims (8)
- ペロブスカイト層に、前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射の少なくとも一方が可能な検査光を照射する、一つまたは複数の光源と、
前記ペロブスカイト層を有する基板と前記光源との間の距離または角度の少なくとも一方を変化させる駆動装置と、
前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射した前記検査光の少なくとも一方の色相を検出するカメラと、
前記カメラの検出情報から、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置を算出する計算機と、を備える、光電変換素子の検査装置。 - ペロブスカイト層に、前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射の少なくとも一方が可能な検査光を照射する、一つまたは複数の光源と、
前記ペロブスカイト層を有する基板と前記光源との間の距離または角度の少なくとも一方を変化させる駆動装置と、
前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射した前記検査光の少なくとも一方の色相を検出するカメラと、
前記カメラが検出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置を算出する計算機と、
前記計算機が算出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置に,予め定めた溶液を付着させる補修装置と、を備える、光電変換素子の製造装置。 - 前記溶液は、絶縁性を有する乾燥物を形成する、請求項2に記載の光電変換素子の製造装置。
- 前記溶液は、ペロブスカイト構造を有する乾燥物を形成する、請求項2に記載の光電変換素子の製造装置。
- ペロブスカイト層に、前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射の少なくとも一方が可能な検査光を照射する、一つまたは複数の光源と、
前記ペロブスカイト層を有する基板と前記光源との間の距離または角度の少なくとも一方を変化させる駆動装置と、
前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射した前記検査光の少なくとも一方の色相を検出するカメラと、
前記カメラが検出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置を算出する計算機と、
前記計算機が算出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置に,予め定めたレーザを照射するレーザ装置と、を備える、光電変換素子の製造装置。 - 基板の表面に、ペロブスカイト構造を形成する原材料の溶液を塗布可能とし、かつ、前記基板を回転させながら、前記基板の表面に形成されたペロブスカイト層の検査を可能とするスピンコート装置と、
前記ペロブスカイト層に、前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射の少なくとも一方が可能な検査光を照射する、一つまたは複数の光源と、
前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射した前記検査光の少なくとも一方の色相を検出するカメラと、
前記カメラが検出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置を算出する計算機と、を備える、光電変換素子の製造装置。 - ペロブスカイト層と、
前記ペロブスカイト層の法線方向に対して斜めに延びるピンホールに形成された絶縁部と、を備える、光電変換素子。 - ペロブスカイト層に、前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射の少なくとも一方が可能な検査光を光源から照射し、
前記ペロブスカイト層を有する基板と前記光源との間の距離または角度の少なくとも一方を駆動装置で変化させ、
前記ペロブスカイト層を透過または前記ペロブスカイト層で反射した前記検査光の少なくとも一方の色相をカメラで検出し、
前記カメラが検出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置を計算機で算出し、
前記計算機が算出した、前記ペロブスカイト層上の色相が異なる点の位置に,予め定めたレーザを照射する、光電変換素子の製造方法。
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