JP2024048407A - Performance evaluation device and performance evaluation method - Google Patents

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晶一 古川
Shoichi Furukawa
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Abstract

To quickly and contactlessly evaluate the performance of a solar cell that has a plurality of band gaps.SOLUTION: In a performance evaluation device 1, an irradiation unit 10 irradiates different irradiation areas on a solar cell with excitation light beams in a plurality of different wavelengths for causing a solar cell having a plurality of band gaps to emit photoluminescence light beams in a plurality of different wavelengths. An imaging unit 30 captures an image of the solar cell using the photoluminescence light beams in the plurality of different wavelengths emitted from the solar cell by excitation light beams in the plurality of different wavelengths, so as to acquire the captured image of the solar cell. An image processing unit 50 acquires information regarding the performance of the solar cell on the basis of the captured image.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、性能評価装置及び性能評価方法に関する。 The present invention relates to a performance evaluation device and a performance evaluation method.

太陽電池の性能を評価する技術が知られている。例えば、特許文献1は、エレクトロルミネッセンス(EL)を利用した太陽電池パネルの検査装置を開示している。また、特許文献2は、フォトルミネッセンス(PL)を利用した太陽電池セルの検査装置を開示している。 Technologies for evaluating the performance of solar cells are known. For example, Patent Document 1 discloses an inspection device for solar cell panels that uses electroluminescence (EL). Patent Document 2 discloses an inspection device for solar cell cells that uses photoluminescence (PL).

特開2021-58043号公報JP 2021-58043 A 特開2018-163059号公報JP 2018-163059 A

上記のような太陽電池の性能評価において、ELを利用する場合、以下のような課題がある。
(1)太陽電池の最終製造工程を通過した後のセル状態でなければ評価できない。そのため、製造工程の途中で発生した不良の特定が遅くなる。
(2)ELで画像化するためには太陽電池の電極に通電する必要がある。そのため、プローブ接触により太陽電池にダメージが生じる可能性があり、更には評価の段取りに時間を要する。特に、結晶格子のサイズが異なる材質を使用する場合は、プローブ接触によるダメージが大きく広がる傾向がある。
(3)ELでの画像化は正常部における輝度の安定性に欠けるため、画像処理による不良特定で不利となる。
When EL is used in the performance evaluation of the above-mentioned solar cells, the following problems arise.
(1) Evaluation is only possible after the solar cell has passed the final manufacturing process, which means that it takes time to identify defects that occur during the manufacturing process.
(2) In order to image the solar cell using EL, it is necessary to pass a current through the electrodes of the solar cell. Therefore, the solar cell may be damaged by contact with the probe, and the evaluation setup takes time. In particular, when materials with different crystal lattice sizes are used, the damage caused by the probe contact tends to spread widely.
(3) Imaging using EL lacks stability in the brightness of normal areas, which is disadvantageous in identifying defects through image processing.

これに対して、太陽電池の性能評価にPLを利用する場合、製造工程の途中でも適用可能であり、また非接触で評価できるため接触によるダメージの可能性の課題は生じない。しかしながら、PL光は微弱であるため、長時間の露光を必要とする。 In contrast, when using PL to evaluate the performance of solar cells, it can be applied even during the manufacturing process, and since it can be evaluated without contact, there is no issue of possible damage due to contact. However, because PL light is weak, it requires long periods of exposure.

特に、複数のバンドギャップを有する太陽電池の性能評価において、複数のバンドギャップに対応する複数の波長のPL光のそれぞれに対して個別に露光時間をかけると、性能評価を高速に行うことの妨げとなる。このような事情のもと、複数のバンドギャップを有する太陽電池の性能を高速に且つ非接触で評価することが求められている。 In particular, when evaluating the performance of solar cells with multiple bandgaps, applying separate exposure times to PL light of multiple wavelengths corresponding to the multiple bandgaps hinders high-speed performance evaluation. Under these circumstances, there is a demand for high-speed, non-contact evaluation of the performance of solar cells with multiple bandgaps.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数のバンドギャップを有する太陽電池の性能を高速に且つ非接触で評価することが可能な性能評価装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a performance evaluation device that can quickly and non-contactly evaluate the performance of solar cells with multiple bandgaps.

上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る性能評価装置は、
複数のバンドギャップを有する太陽電池に対して、異なる複数の波長のフォトルミネッセンス光を発させるための異なる複数の波長域の励起光を、前記太陽電池上の異なる照射エリアに照射する照射部と、
前記複数の波長域の励起光により前記太陽電池から発せられた前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を用いて前記太陽電池を撮像することで、前記太陽電池の撮像画像を取得する撮像部と、
前記撮像画像に基づいて、前記太陽電池の性能に関する情報を取得する画像処理部と、を備える。
In order to achieve the above object, a performance evaluation apparatus according to a first aspect of the present invention comprises:
an irradiation unit that irradiates different irradiation areas on a solar cell having a plurality of band gaps with excitation light of a plurality of different wavelength ranges to cause the solar cell to emit photoluminescence light of a plurality of different wavelengths;
an imaging unit that captures an image of the solar cell by imaging the solar cell using photoluminescence light of the multiple wavelengths emitted from the solar cell in response to excitation light of the multiple wavelength ranges; and
and an image processing unit that acquires information regarding the performance of the solar cell based on the captured image.

上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る性能評価方法は、
複数のバンドギャップを有する太陽電池に対して、異なる複数の波長のフォトルミネッセンス光を発させるための異なる複数の波長域の励起光を、前記太陽電池上の異なる照射エリアに照射する照射ステップと、
前記複数の波長域の励起光により前記太陽電池から発せられた前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を用いて前記太陽電池を撮像することで、前記太陽電池の撮像画像を取得する撮像ステップと、
前記撮像画像に基づいて、前記太陽電池の性能に関する情報を取得する画像処理ステップと、を含む。
In order to achieve the above object, a performance evaluation method according to a second aspect of the present invention comprises:
An irradiation step of irradiating different irradiation areas on a solar cell having a plurality of band gaps with excitation light having a plurality of different wavelength ranges to emit photoluminescence light having a plurality of different wavelengths;
an imaging step of capturing an image of the solar cell by capturing an image of the solar cell using photoluminescence light of the multiple wavelengths emitted from the solar cell in response to excitation light of the multiple wavelength ranges;
and an image processing step of acquiring information regarding the performance of the solar cell based on the captured image.

本発明によれば、複数のバンドギャップを有する太陽電池の性能を高速に且つ非接触で評価することができる。 The present invention allows the performance of solar cells with multiple bandgaps to be evaluated quickly and without contact.

実施形態に係る性能評価装置の全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a performance evaluation device according to an embodiment; 実施形態における評価対象の断面を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a cross section of an evaluation target in the embodiment. 実施形態における照射部の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an irradiation unit in the embodiment. 実施形態における励起光及びPL光の波長と輝度強度との関係の例を示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating an example of the relationship between the wavelength and the luminance intensity of excitation light and PL light in the embodiment. 実施形態における撮像部の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an imaging unit in the embodiment. 実施形態における撮像部に設けられたセンサ前フィルタの例を示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating an example of a pre-sensor filter provided in an imaging unit in the embodiment. 実施形態におけるレンズ前フィルタ及びセンサ前フィルタによりフィルタリングされる波長の例を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating examples of wavelengths filtered by a pre-lens filter and a pre-sensor filter in an embodiment. 実施形態における撮像部により撮像された撮像画像の例を示す図である。5A to 5C are diagrams illustrating examples of captured images captured by an imaging section in the embodiment. 実施形態における画像処理部の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an image processing unit in the embodiment. 実施形態において撮像画像から対象画像を切り出す手順を示す図である。5A to 5C are diagrams showing a procedure for cutting out a target image from a captured image in an embodiment. 実施形態において複数の撮像画像の輝度値を積算する処理を説明するための図である。6A to 6C are diagrams illustrating a process of accumulating luminance values of a plurality of captured images in an embodiment. (a)、(b)及び(c)は、それぞれ実施形態におけるトップセル、ミドルセル及びボトムセルの積算画像の例を示す図である。(d)は、(a)~(c)に示した積算画像を統合した統合画像を示す図である。1A, 1B, and 1C are diagrams showing examples of integrated images of a top cell, a middle cell, and a bottom cell in an embodiment, respectively, and FIG. 1D is a diagram showing an integrated image obtained by integrating the integrated images shown in 1A to 1C. 実施形態に係る性能評価装置により実行される性能評価処理の流れを示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the flow of a performance evaluation process executed by the performance evaluation device according to the embodiment. (a)は、色収差があるレンズにおける集光位置の波長による違いを模式的に示す図である。(b)は、変更例においてセンサ前フィルタにより集光位置を調整した例を示す図である。1A is a diagram showing a schematic diagram of a difference in the light-focusing position depending on the wavelength in a lens having chromatic aberration, and FIG. 1B is a diagram showing an example in which the light-focusing position is adjusted by a filter in front of the sensor in a modified example.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付す。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals.

図1に、本発明の実施形態に係る性能評価装置1の全体構成を示す。性能評価装置1は、フォトルミネッセンス光(PL光)を利用して太陽電池を撮像することで、フォトルミネッセンス画像(PL画像)を取得し、PL画像に基づいて太陽電池の性能を評価する装置である。 Figure 1 shows the overall configuration of a performance evaluation device 1 according to an embodiment of the present invention. The performance evaluation device 1 is a device that captures an image of a solar cell using photoluminescence light (PL light), obtains a photoluminescence image (PL image), and evaluates the performance of the solar cell based on the PL image.

ここで、フォトルミネッセンス(以下、“PL”という。)は、電磁波(光エネルギー)の照射に起因するルミネッセンスであって、物質に光を照射することで励起された電子が基底状態に戻る際に、励起状態と基底状態とのエネルギー差に相当する波長の光を発する現象である。 Here, photoluminescence (hereinafter referred to as "PL") is luminescence caused by irradiation with electromagnetic waves (light energy), and is a phenomenon in which electrons excited by irradiating a substance with light emit light of a wavelength corresponding to the energy difference between the excited state and the ground state when they return to the ground state.

<評価対象3>
評価対象3は、性能評価装置1による性能評価の対象となる物体であって、具体的には、複数のバンドギャップを有する太陽電池である。評価対象3となる太陽電池は、一例としてセル状態の太陽電池である。なお、評価対象3となる太陽電池は、最終製造工程を通過した後の状態であっても良いし、製造工程の途中の状態であっても良い。
<Evaluation target 3>
The evaluation object 3 is an object that is the subject of performance evaluation by the performance evaluation device 1, and specifically, is a solar cell having multiple bandgaps. One example of the solar cell that is the evaluation object 3 is a solar cell in a cell state. Note that the solar cell that is the evaluation object 3 may be in a state after having passed through the final manufacturing process, or in a state during the manufacturing process.

評価対象3となる複数のバンドギャップを有する太陽電池は、例えば、多接合型の太陽電池である。ここで、多接合型の太陽電池は、積層型、タンデム型、マルチジャンクション型等の太陽電池とも呼ばれ、異なる複数の波長域の光を吸収することを目的として、複数のp-n接合等により形成された太陽電池である。 The solar cell with multiple bandgaps that is the evaluation target 3 is, for example, a multi-junction solar cell. Here, a multi-junction solar cell is also called a stacked type, tandem type, multi-junction type, or other solar cell, and is a solar cell formed by multiple p-n junctions, etc., for the purpose of absorbing light in multiple different wavelength ranges.

多接合型の太陽電池の一例として、3-5族(III-V族)半導体太陽電池が挙げられる。3-5族半導体太陽電池は、3族の元素(例えばガリウム)と5族の元素(例えばヒ素)を中心とした原料から形成される、3層の半導体で構成された太陽電池である。 One example of a multi-junction solar cell is a group 3-5 (III-V) semiconductor solar cell. A group 3-5 semiconductor solar cell is a solar cell made up of three layers of semiconductors, formed from raw materials mainly consisting of group 3 elements (e.g. gallium) and group 5 elements (e.g. arsenic).

一例として図2に示すように、評価対象3の太陽電池は、トップセル3aとミドルセル3bとボトムセル3cという3つの層を有する積層体である。トップセル3aとミドルセル3bとボトムセル3cは、太陽光エネルギーを有効的に発電するように、それぞれ互いに異なる材料で形成されており、互いに異なるバンドギャップを有する半導体層である。 As an example, as shown in FIG. 2, the solar cell to be evaluated 3 is a laminate having three layers: a top cell 3a, a middle cell 3b, and a bottom cell 3c. The top cell 3a, the middle cell 3b, and the bottom cell 3c are each made of different materials so as to generate solar energy effectively, and are semiconductor layers having different bandgaps.

トップセル3aとミドルセル3bとボトムセル3cは、励起光を照射された場合に、それぞれのバンドギャップに対応して、互いに異なる波長のPL光を発する。一例として、トップセル3aは、その光学吸収端が約650nmであって、ピーク波長が約650nmで発光幅が約80nmのPL光を発する。ミドルセル3bは、その光学吸収端が約850nmであって、ピーク波長が約850nmで発光幅が約100nmのPL光を発する。ボトムセル3cは、その光学吸収端が約1250nmであって、ピーク波長が約1250nmで発光幅が約300nmのPL光を発する。 When irradiated with excitation light, the top cell 3a, middle cell 3b, and bottom cell 3c emit PL light of different wavelengths corresponding to their respective bandgaps. As an example, the top cell 3a has an optical absorption end of about 650 nm and emits PL light with a peak wavelength of about 650 nm and an emission width of about 80 nm. The middle cell 3b has an optical absorption end of about 850 nm and emits PL light with a peak wavelength of about 850 nm and an emission width of about 100 nm. The bottom cell 3c has an optical absorption end of about 1250 nm and emits PL light with a peak wavelength of about 1250 nm and an emission width of about 300 nm.

このように、評価対象3である太陽電池は、バンドギャップが互いに異なる複数の半導体層を有するため、励起光の照射によりPLが生じると、互いに異なる複数の波長のPL光を発する。性能評価装置1は、このような複数の波長のPL光を用いて太陽電池の各層を同時に撮像した撮像画像を取得することで、複数層を有する太陽電池の性能を非接触で且つ高速に評価する。 In this way, the solar cell to be evaluated 3 has multiple semiconductor layers with different bandgaps, and therefore emits PL light of multiple different wavelengths when PL occurs due to irradiation with excitation light. The performance evaluation device 1 uses such PL light of multiple wavelengths to simultaneously capture images of each layer of the solar cell, thereby evaluating the performance of the solar cell having multiple layers in a non-contact and high-speed manner.

図1に戻って、性能評価装置1は、搬送部5と、照射部10と、撮像部30と、画像処理部50と、を備える。照射部10と撮像部30とを合わせて、撮像装置2と呼ぶこともできる。 Returning to FIG. 1, the performance evaluation device 1 includes a transport unit 5, an irradiation unit 10, an imaging unit 30, and an image processing unit 50. The irradiation unit 10 and the imaging unit 30 can be collectively referred to as the imaging device 2.

搬送部5は、定められた搬送経路に沿って、評価対象3を定められた方向(図1の例では+X方向)に予め定められた搬送速度Vで搬送する。以下では、搬送部5により評価対象3が搬送される方向をX方向と定め、搬送部5により搬送される評価対象3の幅方向をY方向と定め、鉛直方向をZ方向と定める。 The conveying unit 5 conveys the evaluation object 3 along a predetermined conveying path in a predetermined direction (+X direction in the example of FIG. 1) at a predetermined conveying speed V. Hereinafter, the direction in which the evaluation object 3 is conveyed by the conveying unit 5 is defined as the X direction, the width direction of the evaluation object 3 conveyed by the conveying unit 5 is defined as the Y direction, and the vertical direction is defined as the Z direction.

<照射部10>
照射部10は、評価対象3に対して励起光を照射するユニットである。照射部10から照射される励起光は、評価対象3におけるトップセル3aとミドルセル3bとボトムセル3cの各層における電子を励起させて、各層においてPL光を発させるための電磁波である。照射部10は、可視光から赤外光にわたる波長域の電磁波(単に「光」とも呼ぶ。)を、搬送部5により搬送される評価対象3に対して照射する。
<Irradiation unit 10>
The irradiation unit 10 is a unit that irradiates excitation light onto the evaluation object 3. The excitation light irradiated from the irradiation unit 10 is electromagnetic waves for exciting electrons in each layer of the top cell 3a, the middle cell 3b, and the bottom cell 3c in the evaluation object 3, causing each layer to emit PL light. The irradiation unit 10 irradiates the evaluation object 3 transported by the transport unit 5 with electromagnetic waves (also simply referred to as "light") in a wavelength range from visible light to infrared light.

照射部10は、搬送部5により搬送される評価対象3の斜め上方に配置されており、評価対象3に対して斜め上方から励起光を照射する。具体的には、照射部10は、予め定められた方向(+X方向)に搬送される評価対象3の表面の垂直方向であるZ方向に対して、例えば20°~60°傾いた方向から励起光を照射する。 The irradiation unit 10 is disposed diagonally above the evaluation object 3 being transported by the transport unit 5, and irradiates the evaluation object 3 with excitation light from diagonally above. Specifically, the irradiation unit 10 irradiates the excitation light from a direction tilted, for example, by 20° to 60° with respect to the Z direction, which is the perpendicular direction to the surface of the evaluation object 3 being transported in a predetermined direction (+X direction).

照射部10は、評価対象3に対して互いに異なる複数の波長のPL光を発させるための複数の光源を有する。そして、照射部10は、複数の光源から互いに異なる複数の波長域の励起光を、評価対象3上の異なる照射エリアに照射する。具体的には図3に示すように、照射部10は、3つの光源11~13を備える。3つの光源11~13は、それぞれ互いに異なる波長域の励起光を発するLED(Light Emitting Diode)光源である。 The irradiation unit 10 has multiple light sources for emitting PL light of multiple different wavelengths toward the evaluation object 3. The irradiation unit 10 then irradiates different irradiation areas on the evaluation object 3 with excitation light of multiple different wavelength ranges from the multiple light sources. Specifically, as shown in FIG. 3, the irradiation unit 10 has three light sources 11 to 13. The three light sources 11 to 13 are LED (Light Emitting Diode) light sources that emit excitation light of different wavelength ranges.

第1の光源11は、トップセル3aに対してPLを生じさせるための励起光を発光し、搬送される評価対象3上の第1の照射エリア14に照射する。具体的に、第1の光源11は、トップセル3aの光学吸収端よりも短い波長(すなわち光学吸収端よりも高いエネルギー)にピーク波長を有する励起光を出力する。一例として、第1の光源11は、ピーク波長が約440~480nmの励起光を発する。 The first light source 11 emits excitation light for generating PL in the top cell 3a, and irradiates the first irradiation area 14 on the transported evaluation object 3. Specifically, the first light source 11 outputs excitation light having a peak wavelength at a wavelength shorter than the optical absorption edge of the top cell 3a (i.e., energy higher than the optical absorption edge). As an example, the first light source 11 emits excitation light with a peak wavelength of approximately 440 to 480 nm.

第2の光源12は、ミドルセル3bに対してPLを生じさせるための励起光を発光し、搬送される評価対象3上の第2の照射エリア15に照射する。具体的に、第2の光源12は、ミドルセル3bの光学吸収端よりも短い波長(すなわち光学吸収端よりも高いエネルギー)にピーク波長を有する励起光を出力する。一例として、第2の光源12は、ピーク波長が約730~780nmの光を励起発する。 The second light source 12 emits excitation light for generating PL in the middle cell 3b, and irradiates the second irradiation area 15 on the transported evaluation target 3. Specifically, the second light source 12 outputs excitation light having a peak wavelength at a wavelength shorter than the optical absorption edge of the middle cell 3b (i.e., energy higher than the optical absorption edge). As an example, the second light source 12 emits excitation light with a peak wavelength of approximately 730 to 780 nm.

第3の光源13は、ボトムセル3cに対してPLを生じさせるための励起光を発光し、搬送される評価対象3上の第3の照射エリア16に照射する。具体的に、第3の光源13は、ボトムセル3cの光学吸収端よりも短い波長(すなわち光学吸収端よりも高いエネルギー)にピーク波長を有する励起光を出力する。一例として、第3の光源13は、ピーク波長が約930~980nmの励起光を発する。 The third light source 13 emits excitation light for generating PL in the bottom cell 3c, and irradiates the third irradiation area 16 on the transported evaluation object 3. Specifically, the third light source 13 outputs excitation light having a peak wavelength at a wavelength shorter than the optical absorption edge of the bottom cell 3c (i.e., energy higher than the optical absorption edge). As an example, the third light source 13 emits excitation light with a peak wavelength of approximately 930 to 980 nm.

このように、照射部10は、3つの光源11~13から、それぞれトップセル3a、ミドルセル3b及びボトムセル3cに対してPLを生じさせるための複数の波長域の励起光を同時に出力し、搬送される評価対象3上の異なる3つの照射エリア14~16に照射する。 In this way, the irradiation unit 10 simultaneously outputs excitation light in multiple wavelength ranges from the three light sources 11 to 13 to generate PL in the top cell 3a, middle cell 3b, and bottom cell 3c, respectively, and irradiates three different irradiation areas 14 to 16 on the evaluation object 3 being transported.

3つの光源11~13から発せられる励起光は、図示を省略する導光部材と光源内フィルタとを介して、外部に出力される。導光部材は、励起光をライン状の出射光に導光する。導光部材を介することで、励起光が照射される照射エリア14~16は、評価対象3の幅方向(Y方向)に長く延び、且つ、搬送方向(X方向)に細いライン状のエリアとなる。 The excitation light emitted from the three light sources 11 to 13 is output to the outside via a light-guiding member and a filter within the light source (not shown). The light-guiding member guides the excitation light into a line-shaped emitted light. By passing through the light-guiding member, the irradiation areas 14 to 16 onto which the excitation light is irradiated extend long in the width direction (Y direction) of the evaluation object 3, and become a thin line-shaped area in the transport direction (X direction).

光源内フィルタは、3つの光源11~13のそれぞれから発せられる励起光の波長域を選別するための干渉フィルタである。光源内フィルタで透過する励起光の波長域は、励起光が撮像部30の画像センサ34で受光されないように、後述するセンサ前フィルタ33で透過するPL光の波長域とは(例えば25nm程度)離れた波長域に設定される。 The in-light source filter is an interference filter for selecting the wavelength range of the excitation light emitted from each of the three light sources 11 to 13. The wavelength range of the excitation light transmitted by the in-light source filter is set to a wavelength range separated (for example, by about 25 nm) from the wavelength range of the PL light transmitted by the pre-sensor filter 33 described below so that the excitation light is not received by the image sensor 34 of the imaging unit 30.

図4に、照射部10から評価対象3に照射される励起光、及び、励起光に応答して評価対象3から発せられるPL光の波長と輝度強度との関係を示す。図4では、トップセル3a、ミドルセル3b及びボトムセル3cのそれぞれに照射される励起光の波長分布を実線で表し、励起光に対する応答して発せられるPL光の波長分布を破線で表している。 Figure 4 shows the relationship between the wavelength and luminance intensity of the excitation light irradiated from the irradiation unit 10 to the evaluation object 3, and the PL light emitted from the evaluation object 3 in response to the excitation light. In Figure 4, the wavelength distribution of the excitation light irradiated to each of the top cell 3a, middle cell 3b, and bottom cell 3c is shown by a solid line, and the wavelength distribution of the PL light emitted in response to the excitation light is shown by a dashed line.

トップセル3aに対して第1の光源11から励起光が照射されると、トップセル3aの材料に含まれる電子が励起されて、PLが生じる。これにより、トップセル3aは、照射された励起光の波長よりも長い波長のPL光を発する。同様に、ミドルセル3bに対して第2の光源12から励起光が照射されると、ミドルセル3bにおいてPLが生じ、ボトムセル3cに対して第3の光源13から励起光が照射されると、ボトムセル3cにおいてPLが生じる。これにより、ミドルセル3b及びボトムセル3cは、照射された励起光の波長よりも長い波長のPL光を発する。 When the top cell 3a is irradiated with excitation light from the first light source 11, electrons contained in the material of the top cell 3a are excited, generating PL. As a result, the top cell 3a emits PL light with a wavelength longer than the wavelength of the irradiated excitation light. Similarly, when the middle cell 3b is irradiated with excitation light from the second light source 12, PL occurs in the middle cell 3b, and when the bottom cell 3c is irradiated with excitation light from the third light source 13, PL occurs in the bottom cell 3c. As a result, the middle cell 3b and the bottom cell 3c emit PL light with a wavelength longer than the wavelength of the irradiated excitation light.

なお、各光源11~13から発せられる励起光の波長の値はあくまで例示である。励起光の波長は、評価対象3となる太陽電池のバンドギャップに合わせた選定が必要となる。そのため、使用される評価対象3に応じて、評価対象3で適切にPLを生じさせるように、励起光の波長を変更することが必要である。 Note that the wavelength values of the excitation light emitted from each light source 11 to 13 are merely examples. The wavelength of the excitation light must be selected to match the band gap of the solar cell to be evaluated 3. Therefore, depending on the evaluation object 3 being used, it is necessary to change the wavelength of the excitation light so that PL is appropriately generated in the evaluation object 3.

<撮像部30>
図1に戻って、撮像部30は、評価対象3を撮像することで、評価対象3の撮像画像を取得するユニットである。撮像部30は、搬送部5により搬送される評価対象3の上方に配置されており、評価対象3から発せられるPL光を受光する。これにより、撮像部30は、PL光により評価対象3を撮像した撮像画像(PL画像)を取得する。
<Imaging unit 30>
1 , the imaging unit 30 is a unit that captures an image of the evaluation target 3 by capturing an image of the evaluation target 3. The imaging unit 30 is disposed above the evaluation target 3 transported by the transport unit 5, and receives PL light emitted from the evaluation target 3. In this way, the imaging unit 30 captures an image (PL image) of the evaluation target 3 captured with PL light.

図5に示すように、撮像部30は、レンズ前フィルタ31と、1個のレンズ32と、センサ前フィルタ33と、1台の画像センサ34と、を備える。これら各部は、搬送部5により搬送される評価対象3の表面に対して垂直に向かい合う向きに配置されており、評価対象3を真上から撮像する。 As shown in FIG. 5, the imaging unit 30 includes a pre-lens filter 31, one lens 32, a pre-sensor filter 33, and one image sensor 34. These components are arranged facing perpendicularly to the surface of the evaluation object 3 being transported by the transport unit 5, and capture an image of the evaluation object 3 from directly above.

ここで、評価対象3において、PL光は、励起光が照射される照射エリア14~16に対応するライン状の発光エリア17~19から発せられる。撮像部30は、ライン状の発光エリア17~19の全てを含む撮像エリアを撮像する。 Here, in the evaluation object 3, the PL light is emitted from linear light-emitting areas 17-19 corresponding to the irradiation areas 14-16 irradiated with the excitation light. The imaging unit 30 captures an imaging area including all of the linear light-emitting areas 17-19.

レンズ前フィルタ31は、レンズ32の手前に設置されており、レンズ32に不要な光が入らないようにするための干渉フィルタである。レンズ前フィルタ31は、評価対象3から発せられた複数の波長のPL光のうちの、所定の波長よりも短い波長成分を遮断する。所定の波長は、PL光の波長のうちのいずれよりも短い波長であって、例えば600nmに設定される。このような600nmよりも短い短波長成分は、大きなノイズ成分となるため、レンズ前フィルタ31によりレンズ32の手前で遮断する。なお、レンズ前フィルタ31は、図5ではレンズ32とは離れた位置に配置されている。しかしながら、レンズ前フィルタ31は、これに限らず、レンズ32の手前に設置されるものであれば、例えばレンズ32の下側の表面にコーティングされるものであっても良い。 The pre-lens filter 31 is an interference filter that is installed in front of the lens 32 and prevents unnecessary light from entering the lens 32. The pre-lens filter 31 blocks wavelength components shorter than a predetermined wavelength among the multiple wavelengths of PL light emitted from the evaluation target 3. The predetermined wavelength is a wavelength shorter than any of the wavelengths of the PL light, and is set to, for example, 600 nm. Such short wavelength components shorter than 600 nm become large noise components, so they are blocked by the pre-lens filter 31 in front of the lens 32. In FIG. 5, the pre-lens filter 31 is located at a position away from the lens 32. However, the pre-lens filter 31 is not limited to this, and may be, for example, a coating on the lower surface of the lens 32 as long as it is installed in front of the lens 32.

レンズ32は、評価対象3から発せられた複数の波長のPL光を集光する。レンズの光軸は、搬送される評価対象3の表面に対して垂直である。レンズ32は、評価対象3の3層のそれぞれから発せられて、レンズ前フィルタ31を透過した3つの波長のPL光を同時に集光し、画像センサ34上に結像させる。 The lens 32 collects PL light of multiple wavelengths emitted from the evaluation object 3. The optical axis of the lens is perpendicular to the surface of the evaluation object 3 being transported. The lens 32 simultaneously collects PL light of three wavelengths that are emitted from each of the three layers of the evaluation object 3 and transmitted through the pre-lens filter 31, and forms an image on the image sensor 34.

レンズ32は、3つの波長のPL光を1個のレンズで集光するために、可視光から赤外光にわたる波長域で色収差と湾曲収差とが十分に補正されている。例えば、色収差及び湾曲収差は、400nmから1600nmの波長域で±0.01%以内であることが望ましい。このように、レンズ32は、色収差及び湾曲収差に特化したレンズを用いることで、同じ撮像距離で、評価対象3の各層から発せられたPL光を画像化することができる。 Lens 32 is designed to collect PL light of three wavelengths using a single lens, and chromatic aberration and curvature aberration are sufficiently corrected in the wavelength range from visible light to infrared light. For example, it is desirable that chromatic aberration and curvature aberration are within ±0.01% in the wavelength range from 400 nm to 1600 nm. In this way, by using a lens specialized for chromatic aberration and curvature aberration as lens 32, it is possible to image the PL light emitted from each layer of evaluation target 3 at the same imaging distance.

センサ前フィルタ33は、画像センサ34に不要な光が入らないようにするため、レンズ32と画像センサ34との間に設置された干渉フィルタである。センサ前フィルタ33は、評価対象3から発せられたPL光の複数の波長に1対1で対応する複数の個別フィルタを領域別に有する。複数の個別フィルタのそれぞれは、複数の波長のうちの対応する波長のPL光を透過する。 The pre-sensor filter 33 is an interference filter installed between the lens 32 and the image sensor 34 to prevent unnecessary light from entering the image sensor 34. The pre-sensor filter 33 has a number of individual filters for each region that correspond one-to-one to the multiple wavelengths of the PL light emitted from the evaluation object 3. Each of the multiple individual filters transmits the PL light of the corresponding wavelength among the multiple wavelengths.

具体的には図6に示すように、センサ前フィルタ33は、評価対象3の3つの層から発せられるPL光に対応して、トップセル用フィルタ33aとミドルセル用フィルタ33bとボトムセル用フィルタ33cという3つの個別フィルタを、3つの領域に分けて有する。 Specifically, as shown in FIG. 6, the pre-sensor filter 33 has three individual filters, a top cell filter 33a, a middle cell filter 33b, and a bottom cell filter 33c, which are separated into three regions to correspond to the PL light emitted from the three layers of the evaluation object 3.

トップセル用フィルタ33aは、トップセル3aから発せられたPL光を個別に透過し、それ以外の波長成分を遮断する。ミドルセル用フィルタ33bは、ミドルセル3bから発せられたPL光を個別に透過し、それ以外の波長成分を遮断する。ボトムセル用フィルタ33cは、ボトムセル3cから発せられたPL光を個別に透過し、それ以外の波長成分を遮断する。なお、3つの発光エリア17~19のそれぞれから発せられたPL光を1個のレンズ32で集光するため、評価対象3上と画像センサ34上とでX方向及びY方向における位置が反転する。そのため、3つの発光エリア17~19とセンサ前フィルタ33における3つの個別フィルタとの対応関係は、X方向において反転している。具体的には、評価対象3上における-X側の発光エリア17から発せられたPL光を透過するトップセル用フィルタ33aが+X側に位置し、評価対象3上における+X側の発光エリア19から発せられたPL光を透過するボトムセル用フィルタ33cが最も-X側に位置する。 The top cell filter 33a transmits the PL light emitted from the top cell 3a individually and blocks other wavelength components. The middle cell filter 33b transmits the PL light emitted from the middle cell 3b individually and blocks other wavelength components. The bottom cell filter 33c transmits the PL light emitted from the bottom cell 3c individually and blocks other wavelength components. Since the PL light emitted from each of the three light-emitting areas 17-19 is collected by a single lens 32, the positions in the X and Y directions on the evaluation object 3 and on the image sensor 34 are reversed. Therefore, the correspondence between the three light-emitting areas 17-19 and the three individual filters in the pre-sensor filter 33 is reversed in the X direction. Specifically, the top cell filter 33a, which transmits PL light emitted from the light emitting area 17 on the -X side of the evaluation object 3, is located on the +X side, and the bottom cell filter 33c, which transmits PL light emitted from the light emitting area 19 on the +X side of the evaluation object 3, is located closest to the -X side.

図7に、レンズ前フィルタ31及びセンサ前フィルタ33でフィルタリングされる波長域の例を示す。評価対象3からレンズ32に向かう光は、まずレンズ前フィルタ31により、その600nm以下の波長成分(図7において濃い色付きの部分)がレンズ32の手前で遮断される。 Figure 7 shows an example of the wavelength range filtered by the pre-lens filter 31 and the pre-sensor filter 33. Light traveling from the evaluation object 3 toward the lens 32 is first blocked by the pre-lens filter 31 in front of the lens 32, with wavelength components of 600 nm or less (the darkly colored parts in Figure 7).

そして、レンズ前フィルタ31を透過した光は、レンズ32を通った後、センサ前フィルタ33により、評価対象3における3つの層のそれぞれから発せられたPL光のピーク波長を含む波長域(図7において薄い色付きの部分)にフィルタリングされる。センサ前フィルタ33における各個別フィルタでフィルタリングされる波長域は、対応するPL光のピーク波長を基準として、PL光のスペクトルの強度に対して例えば50~90%をカバーするように設定される。 The light transmitted through the pre-lens filter 31 passes through the lens 32 and is then filtered by the pre-sensor filter 33 into a wavelength range (lightly colored areas in FIG. 7) that includes the peak wavelengths of the PL light emitted from each of the three layers in the evaluation target 3. The wavelength range filtered by each individual filter in the pre-sensor filter 33 is set to cover, for example, 50-90% of the intensity of the PL light spectrum, based on the peak wavelength of the corresponding PL light.

図5に戻って、画像センサ34は、可視光と赤外光との両方(例えば400~1600nmの波長域)に感度を有する1台のエリアセンサである。画像センサ34は、レンズ32による集光位置に配置されている。画像センサ34は、評価対象3から発せられて、レンズ前フィルタ31、レンズ32及びセンサ前フィルタ33を通った複数の波長のPL光を受光し、PL光による撮像画像(PL画像)を生成する。 Returning to FIG. 5, the image sensor 34 is a single area sensor that is sensitive to both visible light and infrared light (for example, in the wavelength range of 400 to 1600 nm). The image sensor 34 is disposed at the light collection position by the lens 32. The image sensor 34 receives PL light of multiple wavelengths that is emitted from the evaluation object 3 and passes through the pre-lens filter 31, the lens 32, and the pre-sensor filter 33, and generates an image captured by the PL light (PL image).

より詳細には、画像センサ34は、アレイ状に配置されたフォトダイオードと、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いた読み出し回路と、を備える。フォトダイオードは、一例として、化合物半導体であるInGaAs(インジウムガリウムヒ素)である。画像センサ34に入射されたPL光は、フォトダイオードにより光電変換され、図示を省略する読み出し回路により信号として読み出される。読み出し回路は、例えば、画像センサ34により撮像された画像を表すアナログ信号をデジタルデータに変換するA/D(Analog/Digital)変換器を含む。画像センサ34により読み出された信号は、画像処理部50に出力される。 More specifically, the image sensor 34 includes photodiodes arranged in an array and a readout circuit using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS). One example of the photodiode is InGaAs (indium gallium arsenide), which is a compound semiconductor. The PL light incident on the image sensor 34 is photoelectrically converted by the photodiode and read out as a signal by a readout circuit (not shown). The readout circuit includes, for example, an A/D (Analog/Digital) converter that converts an analog signal representing an image captured by the image sensor 34 into digital data. The signal read out by the image sensor 34 is output to the image processing unit 50.

このように広い波長域に感度を有する画像センサ34を用いることで、様々な波長のPL光で撮像可能であるため、様々な材料により形成されるマルチバンドの太陽電池の性能評価に対応可能である。 By using an image sensor 34 that has sensitivity over such a wide wavelength range, images can be captured using PL light of various wavelengths, making it possible to evaluate the performance of multi-band solar cells made of various materials.

図8に、一例として、撮像部30により撮像された撮像画像70の例を示す。撮像画像70は、評価対象3の3つの層から発せられた異なる波長のPL光を同時に用いて撮像された画像である。なお、上述したように、評価対象3上におけるPL光の発光位置と画像センサ34上におけるPL光の受光位置との対応関係は、X方向及びY方向において反転している。しかしながら、理解を容易にするため、図8に示す撮像画像70におけるXY座標は、評価対象3上におけるXY座標と一致させている。以降の図でも同様である。 Figure 8 shows an example of an image 70 captured by the imaging unit 30. The captured image 70 is an image captured simultaneously using PL light of different wavelengths emitted from three layers of the evaluation object 3. As described above, the correspondence between the emission position of the PL light on the evaluation object 3 and the reception position of the PL light on the image sensor 34 is inverted in the X and Y directions. However, to make it easier to understand, the X and Y coordinates in the captured image 70 shown in Figure 8 are made to match the X and Y coordinates on the evaluation object 3. The same applies to the subsequent figures.

具体的には、撮像画像70は、トップセル用フィルタ33aとミドルセル用フィルタ33bとボトムセル用フィルタ33cとのそれぞれに対応して、3つの領域71~73に分けられる。第1の領域71は、トップセル3aから発せられてトップセル用フィルタ33aを透過したPL光を画像センサ34が受光することにより撮像される領域である。第2の領域72は、ミドルセル3bから発せられてミドルセル用フィルタ33bを透過したPL光を画像センサ34が受光することにより撮像される領域である。第3の領域73は、ボトムセル3cから発せられてボトムセル用フィルタ33cを透過したPL光を画像センサ34が受光することにより撮像される領域である。 Specifically, the captured image 70 is divided into three regions 71 to 73 corresponding to the top cell filter 33a, the middle cell filter 33b, and the bottom cell filter 33c, respectively. The first region 71 is an area captured by the image sensor 34 receiving PL light emitted from the top cell 3a and transmitted through the top cell filter 33a. The second region 72 is an area captured by the image sensor 34 receiving PL light emitted from the middle cell 3b and transmitted through the middle cell filter 33b. The third region 73 is an area captured by the image sensor 34 receiving PL light emitted from the bottom cell 3c and transmitted through the bottom cell filter 33c.

このように評価対象3の各層から発せられたPL光により領域別に撮像するため、第1の領域71にはライン状の発光エリア17が撮像され、第2の領域72にはライン状の発光エリア18が撮像され、第3の領域73にはライン状の発光エリア19が撮像される。撮像画像70におけるライン状の発光エリア17~19に対応する部分(図8における白色部分)は、それ以外の部分(図8における色付き部分)に比べて明るい輝度値(画素値)を示す。このように、1つの撮像画像70内に、トップセル3a、ミドルセル3b及びボトムセル3cのそれぞれから発せられたPL光による画像を含む。 In this way, images are taken by region using the PL light emitted from each layer of the evaluation target 3, so that a linear light-emitting area 17 is imaged in the first region 71, a linear light-emitting area 18 is imaged in the second region 72, and a linear light-emitting area 19 is imaged in the third region 73. The portions of the captured image 70 that correspond to the linear light-emitting areas 17-19 (white portions in FIG. 8) exhibit brighter luminance values (pixel values) than the other portions (colored portions in FIG. 8). In this way, one captured image 70 contains images using the PL light emitted from each of the top cell 3a, middle cell 3b, and bottom cell 3c.

撮像部30は、このような撮像画像70を、予め定められた時間間隔Δtで繰り返し取得することで、複数の撮像画像70を取得する。より詳細には、撮像部30は、搬送部5により評価対象3が1画素に相当する距離dを搬送される毎に、撮像画像70を取得する。そのために、時間間隔Δtは、1画素に相当する距離dを搬送速度Vで除した時間“Δt=d/V”に設定される。撮像部30は、このように時間間隔Δtで繰り返し撮像することで、搬送部5により搬送される評価対象3の端から端までのエリア全体を、異なる3つの波長のPL光で撮像することができる。 The imaging unit 30 acquires multiple captured images 70 by repeatedly acquiring such captured images 70 at a predetermined time interval Δt. More specifically, the imaging unit 30 acquires an captured image 70 each time the evaluation object 3 is transported by the transport unit 5 a distance d equivalent to one pixel. For this reason, the time interval Δt is set to "Δt = d/V", which is the distance d equivalent to one pixel divided by the transport speed V. By repeatedly capturing images at time intervals Δt in this manner, the imaging unit 30 can capture an image of the entire area from one end of the evaluation object 3 transported by the transport unit 5 with PL light of three different wavelengths.

<画像処理部50>
図1に戻って、画像処理部50は、撮像部30により取得された撮像画像70に基づいて、評価対象3である太陽電池の性能に関する情報を取得するユニットである。画像処理部50は、具体的には、パーソナルコンピュータ、クラウドサーバ等の情報処理装置である。
<Image Processing Unit 50>
Returning to Fig. 1, the image processing unit 50 is a unit that acquires information on the performance of the solar cell that is the evaluation target 3, based on the captured image 70 acquired by the imaging unit 30. The image processing unit 50 is specifically an information processing device such as a personal computer or a cloud server.

ここで、太陽電池の性能に関する情報は、例えば、太陽電池における異物、欠陥等の有無の情報、又は、太陽電池が所定の性能基準を満たしているか否かのような、太陽電池の性能を直接的に示す情報である。或いは、太陽電池の性能に関する情報は、例えば、後述する積算画像81~83又は統合画像85のような、太陽電池の性能を評価する目的で撮像画像70から処理された画像であっても良い。 Here, the information regarding the performance of the solar cell is, for example, information regarding the presence or absence of foreign matter, defects, etc. in the solar cell, or information that directly indicates the performance of the solar cell, such as whether the solar cell meets a predetermined performance standard. Alternatively, the information regarding the performance of the solar cell may be an image processed from the captured image 70 for the purpose of evaluating the performance of the solar cell, such as the integrated images 81 to 83 or integrated image 85 described below.

より詳細には、図9に示すように、画像処理部50は、制御部51と、記憶部52と、入力受付部53と、表示部54と、通信部55と、を備える。 More specifically, as shown in FIG. 9, the image processing unit 50 includes a control unit 51, a memory unit 52, an input receiving unit 53, a display unit 54, and a communication unit 55.

制御部51は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を備える。CPUは、マイクロプロセッサ等を備えており、様々な処理や演算を実行する中央演算処理部である。制御部51において、CPUが、ROMに記憶されている制御プログラムを読み出して、RAMをワークメモリとして用いながら、画像処理部50全体の動作を制御する。なお、制御部51は、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)等の画像処理用のプロセッサを備えていても良い。 The control unit 51 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The CPU includes a microprocessor and is a central processing unit that executes various processes and calculations. In the control unit 51, the CPU reads out a control program stored in the ROM and controls the operation of the entire image processing unit 50 while using the RAM as a work memory. The control unit 51 may also include a processor for image processing, such as a DSP (Digital Signal Processor) or a GPU (Graphics Processing Unit).

記憶部52は、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリである。記憶部52は、制御部51によって実行されるプログラム及びデータ、及び、制御部51によって生成されるデータを記憶する。 The storage unit 52 is a non-volatile memory such as a flash memory or a hard disk. The storage unit 52 stores the programs and data executed by the control unit 51, and the data generated by the control unit 51.

入力受付部53は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置を備えており、ユーザからの操作入力を受け付ける。 The input reception unit 53 is equipped with input devices such as a keyboard, mouse, and touch panel, and receives operational input from the user.

表示部54は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の表示装置を備えており、制御部51による制御のもとで様々な画像を表示する。例えば、表示部54は、性能評価装置1による評価結果を表す画像を表示する。 The display unit 54 includes a display device such as a liquid crystal display or an organic EL (Electro Luminescence) display, and displays various images under the control of the control unit 51. For example, the display unit 54 displays an image showing the evaluation results obtained by the performance evaluation device 1.

通信部55は、撮像部30を含む画像処理部50の外部の機器と通信するための通信インタフェースを備える。例えば、通信部55は、LAN(Local Area Network)、USB(Universal Serial Bus)等の周知の通信規格に則って、外部の機器と通信する。 The communication unit 55 has a communication interface for communicating with devices external to the image processing unit 50, including the imaging unit 30. For example, the communication unit 55 communicates with external devices in accordance with well-known communication standards such as LAN (Local Area Network) and USB (Universal Serial Bus).

制御部51は、機能的に、切り出し部110と、積算部120と、統合部130と、評価部140と、出力部150と、を備える。制御部51において、CPUは、ROMに記憶されたプログラムをRAMに読み出して、そのプログラムを実行して制御することにより、これら各部として機能する。 The control unit 51 functionally comprises a cutout unit 110, an integration unit 120, an integration unit 130, an evaluation unit 140, and an output unit 150. In the control unit 51, the CPU reads out a program stored in the ROM into the RAM, and executes and controls the program, thereby functioning as each of these units.

切り出し部110は、撮像部30により撮像された撮像画像70から、評価対象3の性能を評価する対象となる対象画像を切り出す。具体的には、切り出し部110は、ROI(Region Of Interest)の機能を利用して、撮像画像70から、ライン状の発光エリア17~19に対応する部分を切り出す。 The cutout unit 110 cuts out a target image for evaluating the performance of the evaluation target 3 from the captured image 70 captured by the imaging unit 30. Specifically, the cutout unit 110 uses a region of interest (ROI) function to cut out a portion of the captured image 70 that corresponds to the linear light-emitting areas 17 to 19.

より詳細には図10に示すように、切り出し部110は、撮像画像70の各画素の輝度値を正規化した上で、評価対象3の幅方向(Y方向)に積算する。これにより、切り出し部110は、評価対象3の搬送方向(X方向)における1次元の輝度分布を生成する。そして、切り出し部110は、3つの領域71~73のそれぞれから、輝度分布おいて輝度値がピークとなる位置を中心としてX方向にW個(例えば32個)の画素分の幅を有する領域を切り出す。 More specifically, as shown in FIG. 10, the cutout unit 110 normalizes the luminance value of each pixel in the captured image 70 and then integrates it in the width direction (Y direction) of the evaluation object 3. In this way, the cutout unit 110 generates a one-dimensional luminance distribution in the transport direction (X direction) of the evaluation object 3. Then, from each of the three regions 71 to 73, the cutout unit 110 cuts out a region having a width of W pixels (e.g., 32 pixels) in the X direction, centered on the position where the luminance value peaks in the luminance distribution.

具体的には、切り出し部110は、撮像画像70の3つの領域71~73から、それぞれ対象画像74~76を切り出す。対象画像74~76のそれぞれは、例えば、評価対象3の幅方向(Y方向)に1024画素分の長さを有し、搬送方向(X方向)に32画素分の長さを有する。 Specifically, the cutout unit 110 cuts out the target images 74 to 76 from the three regions 71 to 73 of the captured image 70. Each of the target images 74 to 76 has a length of 1024 pixels in the width direction (Y direction) of the evaluation object 3, and a length of 32 pixels in the transport direction (X direction), for example.

積算部120は、撮像部30により取得された複数の撮像画像70において評価対象3上の同じ位置が撮像された画素の輝度値を積算することで、積算画像を生成する。複数の撮像画像70における輝度値を積算することにより、露光時間を長くし、且つ、固定ノイズを抑制することができるため、微弱なPL光を用いた撮像において感度を向上させるのに有利となる。 The accumulator 120 generates an accumulated image by accumulating the luminance values of pixels in the multiple captured images 70 acquired by the imaging unit 30 that capture the same position on the evaluation target 3. Accumulating the luminance values in the multiple captured images 70 makes it possible to lengthen the exposure time and suppress fixed noise, which is advantageous in improving sensitivity in imaging using weak PL light.

積算部120による積算手順について、図11を参照してより詳細に説明する。積算部120は、切り出し部110により複数の撮像画像70から切り出された対象画像74~76のそれぞれをTDI(Time Delay Integration)センサと見なした上で、評価対象3の搬送速度Vと同期させながら、輝度値を積算する。 The accumulation procedure performed by the accumulation unit 120 will be described in more detail with reference to FIG. 11. The accumulation unit 120 regards each of the target images 74 to 76 cut out from the multiple captured images 70 by the cutout unit 110 as a TDI (Time Delay Integration) sensor, and accumulates the brightness values while synchronizing with the transport speed V of the evaluation target 3.

ここで、複数の撮像画像70のそれぞれは、予め定められた時間間隔Δtで、評価対象3が1画素分の距離を搬送される毎に取得されるため、評価対象3上の同じ位置は、複数の撮像画像70間でX方向に1画素ずつシフトする。そのため、図11に示すように、時刻tで取得された対象画像74~76における左端の列(破線で示した列)の画素は、時刻t+Δtで取得された対象画像74~76では左端から2列目にシフトし、時刻t+Δt×2で取得された対象画像74~76では左端から3列目にシフトし、時刻t+Δt×(W-1)で取得された対象画像74~76では右端の列にシフトする。 Here, each of the multiple captured images 70 is acquired at a predetermined time interval Δt, each time the evaluation target 3 is transported a distance of one pixel, so that the same position on the evaluation target 3 shifts by one pixel in the X direction between the multiple captured images 70. Therefore, as shown in FIG. 11, the pixel in the leftmost column (the column indicated by the dashed line) in the target images 74-76 acquired at time t shifts to the second column from the left in the target images 74-76 acquired at time t+Δt, shifts to the third column from the left in the target images 74-76 acquired at time t+Δt×2, and shifts to the rightmost column in the target images 74-76 acquired at time t+Δt×(W-1).

積算部120は、このように評価対象3上の同じ位置が1画素ずつ搬送方向にシフトすることに合わせて、時系列的に連続するW個の対象画像74~76の各画素の輝度値を1画素ずつシフトさせて積算する。これにより、積算部120は、例えば図12(a)~(c)に示すような積算画像81~83を生成する。 The accumulator 120 accumulates the luminance values of each pixel of the W chronologically consecutive target images 74-76 by shifting them by one pixel at a time in accordance with the shifting of the same position on the evaluation target 3 by one pixel in the transport direction. In this way, the accumulator 120 generates accumulated images 81-83, for example, as shown in Figures 12(a)-(c).

より詳細には、評価対象3上の位置(x,y)が時刻tから時刻t+Δt×(W-1)までの時間幅Δt×Wで対象画像74内に撮像される場合、積算部120は、積算画像81における位置(x,y)の輝度値として、以下の(1)~(W)で得られる輝度値の和“P(1,y)+P(2,y)+P(3,y)+…+P(W,y)”を計算する。
(1)時刻tで取得された撮像画像70から切り出された対象画像74における位置(1,y)の輝度値P(1,y)
(2)時刻t+Δtで取得された撮像画像70から切り出された対象画像74における位置(2,y)の輝度値P(2,y)
(3)時刻t+Δt×2で取得された撮像画像70から切り出された対象画像74における位置(3,y)の輝度値P(3,y)
・・・
(W)時刻t+Δt×(W-1)で取得された撮像画像70から切り出された対象画像74における位置(W,y)の輝度値P(W,y)
More specifically, when a position (x, y) on the evaluation object 3 is captured within the target image 74 over a time period Δt×W from time t to time t+Δt×(W-1), the accumulation unit 120 calculates the sum of the luminance values obtained from (1) to (W) below, "P(1, y)+P(2, y)+P(3, y)+...+P(W, y)", as the luminance value of the position (x, y) in the accumulated image 81.
(1) A luminance value P(1, y) of a position (1, y) in a target image 74 cut out from a captured image 70 acquired at a time t
(2) The luminance value P(2, y) of the position (2, y) in the target image 74 cut out from the captured image 70 acquired at time t+Δt
(3) The luminance value P(3, y) of the position (3, y) in the target image 74 cut out from the captured image 70 acquired at time t + Δt × 2
...
(W) Brightness value P(W, y) of position (W, y) in the target image 74 cut out from the captured image 70 acquired at time t+Δt×(W−1)

積算部120は、このようなW個の輝度値の和を評価対象3上の全ての位置に対して計算することで、積算画像81の各位置の輝度値を計算する。積算部120は、対象画像74だけでなく対象画像75,76についても同様に、上記の(1)~(W)で得られる輝度値の和を評価対象3上の全ての位置に対して計算することで、積算画像82,83の各位置の輝度値を計算する。 The accumulator 120 calculates the sum of these W brightness values for all positions on the evaluation target 3, thereby calculating the brightness value of each position of the accumulated image 81. The accumulator 120 calculates the sum of the brightness values obtained in (1) to (W) above for not only the target image 74 but also the target images 75 and 76 in the same way, thereby calculating the brightness value of each position of the accumulated images 82 and 83.

このように、積算部120は、評価対象3から発せられるPL光の複数の波長のそれぞれについて、評価対象3上の同じ位置が撮像された画素の輝度値を積算する。これにより、積算部120は、対象画像74から図12(a)に示すようなトップセル3aの積算画像81を生成し、対象画像75から図12(b)に示すようなミドルセル3bの積算画像82を生成し、対象画像76から図12(c)に示すようなボトムセル3cの積算画像83を生成する。 In this way, the integrating unit 120 integrates the luminance values of pixels captured at the same position on the evaluation target 3 for each of the multiple wavelengths of PL light emitted from the evaluation target 3. As a result, the integrating unit 120 generates an integrated image 81 of the top cell 3a as shown in FIG. 12(a) from the target image 74, an integrated image 82 of the middle cell 3b as shown in FIG. 12(b) from the target image 75, and an integrated image 83 of the bottom cell 3c as shown in FIG. 12(c) from the target image 76.

図9に戻って、統合部130は、積算部120により生成された複数の積算画像81~83を統合することで、統合画像85を生成する。具体的に説明すると、統合部130は、図12(a)~(c)に示した3つの積算画像81~83における同じ座標の輝度値を足し合わせることで、図12(d)に示すような統合画像85を生成する。統合画像85における各画素の輝度値は、積算画像81~83における同じ座標の画素の輝度値の和となっている。 Returning to FIG. 9, the integration unit 130 generates an integrated image 85 by integrating the multiple integrated images 81-83 generated by the accumulation unit 120. Specifically, the integration unit 130 generates an integrated image 85 as shown in FIG. 12(d) by adding together the luminance values of the pixels at the same coordinates in the three integrated images 81-83 shown in FIGS. 12(a)-(c). The luminance value of each pixel in the integrated image 85 is the sum of the luminance values of the pixels at the same coordinates in the integrated images 81-83.

統合部130による統合により、3つの積算画像81~83で別々に撮像された異物X1~X3が、1つの統合画像85内に収められる。これにより、欠陥又は異物の混入が、評価対象3における1つの層に単独で生じているのか、複数の層にわたって生じているのかを確認し易くなる。 Through integration by the integration unit 130, foreign objects X1 to X3 captured separately in the three integrated images 81 to 83 are contained within a single integrated image 85. This makes it easier to check whether a defect or foreign object is present in a single layer of the evaluation object 3 or across multiple layers.

本実施形態に係る性能評価装置1では、3つの積算画像81~83を1個のレンズ32及び1台のエリアセンサである画像センサ34で取得しているため、複数の積算画像81~83間における分解能及び位置の整合性が高い。そのため、高い精度の統合画像85を生成することができる。 In the performance evaluation device 1 according to this embodiment, the three integrated images 81 to 83 are acquired using one lens 32 and one image sensor 34, which is an area sensor, so there is high consistency in resolution and position between the multiple integrated images 81 to 83. As a result, a highly accurate integrated image 85 can be generated.

図9に戻って、評価部140は、統合部130により生成された統合画像85に基づいて、評価対象3である太陽電池の性能を評価する。具体的に説明すると、評価部140は、統合画像85の輝度分布を解析し、統合画像85の輝度分布を、評価対象3である太陽電池の性能を示す情報に変換する。太陽電池の性能を示す情報は、具体的には、太陽電池に異物が混入しているか、欠陥が生じているか、太陽電池が所定の性能基準を満たすか否か等である。 Returning to FIG. 9, the evaluation unit 140 evaluates the performance of the solar cell, which is the evaluation target 3, based on the integrated image 85 generated by the integration unit 130. Specifically, the evaluation unit 140 analyzes the luminance distribution of the integrated image 85 and converts the luminance distribution of the integrated image 85 into information indicating the performance of the solar cell, which is the evaluation target 3. Specifically, the information indicating the performance of the solar cell is whether the solar cell contains foreign matter, whether a defect has occurred, whether the solar cell meets predetermined performance standards, etc.

例えば図12(d)に示したように、統合画像85に異物X1~X3が撮像された場合、評価部140は、評価対象3に異物X1~X3が含まれていることを検知する。そして、評価部140は、各異物X1~X3の形状、サイズ等の特徴量に基づいて、各異物X1~X3がボイドであるのか、不純物であるのか等の種別を特定する。 For example, as shown in FIG. 12(d), when foreign objects X1 to X3 are captured in the integrated image 85, the evaluation unit 140 detects that the evaluation target 3 contains foreign objects X1 to X3. Then, the evaluation unit 140 identifies the type of each of the foreign objects X1 to X3, such as whether it is a void or an impurity, based on the feature quantities such as the shape and size of each of the foreign objects X1 to X3.

或いは、評価対象3に異物X1~X3又は欠陥が無い場合であっても、評価部140は、統合画像85の輝度分布から、評価対象3である太陽電池が所定の性能基準を満たすか否かを判定しても良い。このように統合画像85に基づいて太陽電池の性能を評価することにより、太陽電池の製造プロセスで何らかの異常が生じているか否かを判定することができ、より高い性能の太陽電池を製造することにつなげることができる。 Alternatively, even if the evaluation object 3 does not have any foreign bodies X1 to X3 or defects, the evaluation unit 140 may determine whether the solar cell, which is the evaluation object 3, satisfies a predetermined performance standard from the luminance distribution of the integrated image 85. By evaluating the performance of the solar cell based on the integrated image 85 in this way, it is possible to determine whether any abnormality has occurred in the solar cell manufacturing process, which can lead to the manufacturing of solar cells with higher performance.

出力部150は、評価部140による評価結果を出力する。例えば、出力部150は、評価対象3の評価結果を表す画像を表示部54に表示し、ユーザに通知する。或いは、出力部150は、評価結果を、音声で出力しても良いし、通信部55を介して外部の装置に出力しても良い。 The output unit 150 outputs the evaluation result by the evaluation unit 140. For example, the output unit 150 displays an image representing the evaluation result of the evaluation target 3 on the display unit 54 and notifies the user. Alternatively, the output unit 150 may output the evaluation result by voice, or may output the evaluation result to an external device via the communication unit 55.

なお、画像処理部50は、評価部140の機能を備えていなくても良く、画像処理部50の外部の装置が、評価部140の機能を備えていても良い。その場合、出力部150は、統合部130により生成された統合画像85を、通信部55を介して外部の装置に出力する。そして、外部の装置が、統合画像85に基づいて、上述した評価部140の処理を実行しても良い。 The image processing unit 50 may not have the functionality of the evaluation unit 140, and a device external to the image processing unit 50 may have the functionality of the evaluation unit 140. In this case, the output unit 150 outputs the integrated image 85 generated by the integration unit 130 to the external device via the communication unit 55. The external device may then execute the processing of the evaluation unit 140 described above based on the integrated image 85.

次に、図13に示すフローチャートを参照して、性能評価装置1により実行される性能評価処理の流れについて説明する。 Next, the flow of the performance evaluation process executed by the performance evaluation device 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

性能評価処理を開始すると、搬送部5は、評価対象3を、予め定められた搬送経路に沿って一定の搬送速度Vで搬送する(ステップS1)。そして、照射部10は、3つの光源11~13をオンし、搬送部5により搬送される評価対象3に対して、異なる波長域の励起光を照射する(ステップS2)。ステップS1,S2は、それぞれ搬送ステップ及び照射ステップの一例である。 When the performance evaluation process starts, the transport unit 5 transports the evaluation object 3 along a predetermined transport path at a constant transport speed V (step S1). Then, the irradiation unit 10 turns on the three light sources 11 to 13 and irradiates the evaluation object 3 transported by the transport unit 5 with excitation light in different wavelength ranges (step S2). Steps S1 and S2 are examples of a transport step and an irradiation step, respectively.

照射部10により励起光が照射されると、撮像部30は、照射された励起光により評価対象3の各層から発せられるPL光を用いて、評価対象3を撮像する(ステップS3)。これにより、撮像部30は、例えば図8に示した撮像画像70を取得する。より詳細には、撮像部30は、搬送される評価対象3を一定の時間間隔Δtで繰り返し撮像することで、複数の撮像画像70を取得する。ステップS3は、撮像ステップの一例である。 When the excitation light is irradiated by the irradiation unit 10, the imaging unit 30 images the evaluation object 3 using PL light emitted from each layer of the evaluation object 3 by the irradiated excitation light (step S3). As a result, the imaging unit 30 acquires an image 70, for example, as shown in FIG. 8. More specifically, the imaging unit 30 acquires multiple images 70 by repeatedly imaging the evaluation object 3 being transported at a constant time interval Δt. Step S3 is an example of an imaging step.

次に、画像処理部50は、撮像部30により取得された複数の撮像画像70のそれぞれを解析し、評価対象3の性能に関する情報を取得する。具体的に説明すると、画像処理部50は、切り出し部110として機能し、取得された複数の撮像画像70のそれぞれから、PL光の発光エリア17~19に対応する対象画像74~76を切り出す(ステップS4)。 Next, the image processing unit 50 analyzes each of the multiple captured images 70 acquired by the imaging unit 30, and acquires information regarding the performance of the evaluation target 3. Specifically, the image processing unit 50 functions as a cutout unit 110, and cuts out target images 74-76 corresponding to the PL light emission areas 17-19 from each of the multiple captured images 70 acquired (step S4).

対象画像74~76を切り出すと、画像処理部50は、積算部120として機能し、対象画像74~76のそれぞれについて、評価対象3上における同じ位置が撮像された画素の輝度値を積算する(ステップS5)。これにより、画像処理部50は、例えば図12(a)~(c)に示した積算画像81~83を生成する。 After cutting out the target images 74 to 76, the image processing unit 50 functions as an accumulating unit 120 and accumulates the luminance values of pixels captured at the same position on the evaluation target 3 for each of the target images 74 to 76 (step S5). As a result, the image processing unit 50 generates accumulated images 81 to 83, for example, as shown in Figures 12(a) to (c).

積算画像81~83を生成すると、画像処理部50は、統合部130として機能し、積算画像81~83を統合する(ステップS6)。これにより、画像処理部50は、例えば図12(d)に示した統合画像85を生成する。 After generating the integrated images 81 to 83, the image processing unit 50 functions as the integration unit 130 and integrates the integrated images 81 to 83 (step S6). As a result, the image processing unit 50 generates, for example, the integrated image 85 shown in FIG. 12(d).

統合画像85を生成すると、画像処理部50は、評価部140として機能し、統合画像85を解析することにより、評価対象3の性能を評価する(ステップS7)。具体的に説明すると、画像処理部50は、評価対象3に異物、欠陥等が存在するか、又は、評価対象3が太陽電池としての所定の性能基準を満たしているか否かを判定する。 When the integrated image 85 is generated, the image processing unit 50 functions as the evaluation unit 140 and evaluates the performance of the evaluation object 3 by analyzing the integrated image 85 (step S7). Specifically, the image processing unit 50 determines whether the evaluation object 3 contains foreign matter, defects, etc., or whether the evaluation object 3 satisfies a predetermined performance standard as a solar cell.

性能を評価すると、画像処理部50は、出力部150として機能し、ステップS7における評価結果を、表示、音声、通信等により外部に出力する(ステップS8)。以上により、図13に示した性能評価処理は終了する。なお、ステップS4~S8は、画像処理ステップの一例である。 After evaluating the performance, the image processing unit 50 functions as the output unit 150 and outputs the evaluation result in step S7 to the outside by display, sound, communication, etc. (step S8). This ends the performance evaluation process shown in FIG. 13. Note that steps S4 to S8 are an example of image processing steps.

以上説明したように、本実施形態に係る性能評価装置1は、評価対象3となる複数のバンドギャップを有する太陽電池に対して、異なる複数の波長のPL光を発光させるための異なる複数の波長域の励起光を照射し、複数の波長のPL光を用いて太陽電池を撮像することで撮像画像70を取得し、撮像画像70に基づいて太陽電池の性能に関する情報を取得する。 As described above, the performance evaluation device 1 according to this embodiment irradiates the solar cell having multiple bandgaps to be evaluated 3 with excitation light in multiple different wavelength ranges to cause the solar cell to emit PL light of multiple different wavelengths, captures an image 70 by imaging the solar cell using the PL light of multiple wavelengths, and obtains information regarding the performance of the solar cell based on the captured image 70.

本実施形態に係る性能評価装置1は、エレクトロルミネッセンス(EL)ではなくフォトルミネッセンス(PL)を利用するため、非接触での評価が可能になる。そのため、評価対象3にダメージを与えるおそれがなく、また、製造プロセスの途中でも評価が可能になるため製造プロセスの途中で生じる不良を特定することが可能になる。 The performance evaluation device 1 according to this embodiment uses photoluminescence (PL) instead of electroluminescence (EL), making it possible to perform evaluation without contact. This means that there is no risk of damaging the evaluation target 3, and evaluation is possible even during the manufacturing process, making it possible to identify defects that occur during the manufacturing process.

更に、本実施形態に係る性能評価装置1は、評価対象3に対して異なる複数の波長域の励起光を照射し、複数の波長域の励起光により発光する発光エリア17~19の全てを同時に撮像するため、1回のスキャンで複数の波長のPL光による撮像が可能になる。これにより、評価対象3を高速に評価することができ、検査時間の短縮につながる。 Furthermore, the performance evaluation device 1 according to this embodiment irradiates the evaluation object 3 with excitation light in multiple different wavelength ranges and simultaneously images all of the light-emitting areas 17-19 that emit light due to the excitation light in multiple wavelength ranges, making it possible to image using PL light of multiple wavelengths in a single scan. This allows the evaluation object 3 to be evaluated quickly, leading to a reduction in inspection time.

特に、本実施形態に係る性能評価装置1は、可視光から赤外光にわたる波長域に対応可能な1個のレンズと1台の画像センサ34という1個の撮像系により、複数の波長のPL光により評価対象3を撮像する。複数の波長のPL光による撮像のために複数の撮像系を設ける必要がないため、装置のサイズ及びコストを抑制することができ、装置の小型化及び軽量化につながる。 In particular, the performance evaluation device 1 according to this embodiment captures an image of the evaluation target 3 using PL light of multiple wavelengths with a single imaging system consisting of a single lens capable of handling wavelength ranges from visible light to infrared light and a single image sensor 34. Since there is no need to provide multiple imaging systems for capturing images using PL light of multiple wavelengths, the size and cost of the device can be reduced, leading to a smaller and lighter device.

また、本実施形態に係る性能評価装置1は、1個の撮像系により複数の波長のPL光により評価対象3を撮像するため、複数の波長のPL光により撮像された画像間における分解能及び位置の整合性が向上する。これにより、複数の波長のPL光により撮像された画像を高い精度で比較することができるため、評価対象3を評価精度が向上する。 In addition, the performance evaluation device 1 according to this embodiment uses a single imaging system to capture images of the evaluation target 3 using PL light of multiple wavelengths, improving the consistency of resolution and position between images captured using PL light of multiple wavelengths. This allows images captured using PL light of multiple wavelengths to be compared with high accuracy, improving the accuracy of evaluation of the evaluation target 3.

また、本実施形態に係る性能評価装置1は、1つのセンサ前フィルタ33により複数の波長のPL光をフィルタリングするため、フィルタを変更するためのフィルタチェンジャ等の回転機構が不要である。そのため、回転機構の駆動に起因して評価対象3にパーティクルが付着することを抑制することができ、これにより評価対象3に付着したパーティクルを後工程で洗浄する等の手間を減らすことができる。 In addition, the performance evaluation device 1 according to this embodiment filters PL light of multiple wavelengths using a single pre-sensor filter 33, so there is no need for a rotation mechanism such as a filter changer to change the filter. This makes it possible to prevent particles from adhering to the evaluation object 3 due to the operation of the rotation mechanism, thereby reducing the effort required to clean particles adhering to the evaluation object 3 in a subsequent process.

(変形例)
以上、本発明の実施形態を説明したが、各実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
(Modification)
Although the embodiments of the present invention have been described above, it is possible to combine the embodiments, or to modify or omit the embodiments as appropriate.

例えば、上記実施形態では、評価対象3は、3つの層を有する多接合型の太陽電池であった。しかしながら、評価対象3が有する層の数は3つであることに限らず、2つであっても良いし、4つ以上であっても良い。なお、評価対象3における層の数が3つ以外である場合、照射部10における光源の数、及び、センサ前フィルタ33におけるフィルタの数も3つではなく、評価対象3における層の数、すなわち評価対象3から発せられるPL光の波長の数と同じに設定される。 For example, in the above embodiment, the evaluation object 3 was a multi-junction solar cell having three layers. However, the number of layers of the evaluation object 3 is not limited to three, and may be two, or four or more. If the number of layers in the evaluation object 3 is other than three, the number of light sources in the irradiation unit 10 and the number of filters in the pre-sensor filter 33 are also not three, but are set to the same as the number of layers in the evaluation object 3, i.e., the number of wavelengths of the PL light emitted from the evaluation object 3.

或いは、評価対象3は、複数のバンドギャップを有する太陽電池であって、励起光が照射された場合に異なる複数の波長のPL光を発するものであれば、複数の層に明確に分かれていなくても良い。例えば、評価対象3は、互いに波長が異なるPL光を発する複数の材料が1つの層内に混在した、いわゆるマルチバンド型の太陽電池であっても良い。また、上記実施形態では、評価対象3は、3-5族半導体太陽電池であったが、ペロブスカイトと量子ドットセルを組み合わせたタンデム型太陽電池であっても良い。 Alternatively, the evaluation object 3 may be a solar cell with multiple bandgaps that emits PL light of multiple different wavelengths when irradiated with excitation light, and may not be clearly divided into multiple layers. For example, the evaluation object 3 may be a so-called multi-band solar cell in which multiple materials that emit PL light of different wavelengths are mixed in one layer. Also, in the above embodiment, the evaluation object 3 was a Group 3-5 semiconductor solar cell, but it may also be a tandem solar cell that combines a perovskite and a quantum dot cell.

上記実施形態では、可視光から赤外光にわたる波長域で色収差が十分に補正されたレンズ32を使用した。しかしながら、レンズ32の色収差が大きくても、センサ前フィルタ33における各個別フィルタの厚みを調整することで、レンズ32の色収差による影響を抑制することができる。具体的には、センサ前フィルタ33における複数の個別フィルタ(トップセル用フィルタ33a、ミドルセル用フィルタ33b及びボトムセル用フィルタ33c)のそれぞれ、レンズ32の光軸方向(Z方向)における厚みは、レンズ32に色収差がある条件で、各個別フィルタで透過するPL光の波長に応じて、互いに異なっていても良い。 In the above embodiment, a lens 32 was used in which chromatic aberration was sufficiently corrected in the wavelength range from visible light to infrared light. However, even if the chromatic aberration of the lens 32 is large, the influence of the chromatic aberration of the lens 32 can be suppressed by adjusting the thickness of each individual filter in the pre-sensor filter 33. Specifically, the thickness of each of the multiple individual filters (top cell filter 33a, middle cell filter 33b, and bottom cell filter 33c) in the pre-sensor filter 33 in the optical axis direction (Z direction) of the lens 32 may be different from each other according to the wavelength of the PL light transmitted by each individual filter, provided that the lens 32 has chromatic aberration.

具体的に、図14(a)に、色収差があるレンズ32により異なる波長のPL光を集光した場合における集光位置F1~F3の違いを示す。なお、図14(a)では、説明のために、レンズ32と画像センサ34との間にセンサ前フィルタ33が設けられていない場合を示している。図14(a)に示すように、レンズ32に色収差がある場合、PL光の波長によって焦点距離が変化するため、PL光の集光位置F1~F3はZ方向にずれる。 Specifically, Figure 14(a) shows the difference in focusing positions F1 to F3 when PL light of different wavelengths is focused by a lens 32 with chromatic aberration. For the sake of explanation, Figure 14(a) shows a case where a pre-sensor filter 33 is not provided between the lens 32 and the image sensor 34. As shown in Figure 14(a), when the lens 32 has chromatic aberration, the focal length changes depending on the wavelength of the PL light, so the focusing positions F1 to F3 of the PL light shift in the Z direction.

これに対して、図14(b)に、レンズ32と画像センサ34との間にセンサ前フィルタ33を設置し、その上で、センサ前フィルタ33における3つの個別フィルタの厚みを異なるようにしたことで、波長毎の集光位置F1~F3を調整した例を示す。なお、図14(b)は、理解を容易にするために3つの個別フィルタと画像センサ34付近のみを示しており、レンズ32は省略している。また、実際の寸法とは必ずしも一致しない。 In contrast to this, FIG. 14(b) shows an example in which a pre-sensor filter 33 is placed between the lens 32 and the image sensor 34, and the thicknesses of three individual filters in the pre-sensor filter 33 are made different, thereby adjusting the focusing positions F1 to F3 for each wavelength. Note that, for ease of understanding, FIG. 14(b) only shows the three individual filters and the vicinity of the image sensor 34, and the lens 32 is omitted. Also, the dimensions do not necessarily match the actual dimensions.

図14(b)の例では、3つの個別フィルタのうちのトップセル用フィルタ33aの厚みを最も厚くし、ボトムセル用フィルタ33cの厚みを最も薄くしている。これにより、トップセル3aから発せられたPL光の集光位置F1は、レンズ32に対してからより遠くに調整され、ボトムセル3cから発せられたPL光の集光位置F3は、レンズ32に対してより近くに調整される。その結果、3つのセルのそれぞれから発せられたPLの集光位置F1~F3のZ方向におけるずれを小さくすることができる。 In the example of FIG. 14(b), of the three individual filters, the filter 33a for the top cell is made the thickest, and the filter 33c for the bottom cell is made the thinnest. This allows the focusing position F1 of the PL light emitted from the top cell 3a to be adjusted farther away from the lens 32, and the focusing position F3 of the PL light emitted from the bottom cell 3c to be adjusted closer to the lens 32. As a result, it is possible to reduce the deviation in the Z direction of the focusing positions F1 to F3 of the PL light emitted from each of the three cells.

このように、レンズ32の色収差が大きくても、センサ前フィルタ33における個別フィルタ間で厚みに差を設けることで、評価対象3の3つの層のそれぞれから発せられたPL光の焦点位置を共に画像センサ34上に調整することができる。そのため、同じ撮像距離で、評価対象3の3つの層のそれぞれから発せられたPL光を画像化することができる。 In this way, even if the chromatic aberration of the lens 32 is large, by providing a difference in thickness between the individual filters in the pre-sensor filter 33, the focal positions of the PL light emitted from each of the three layers of the evaluation object 3 can be adjusted on the image sensor 34. Therefore, the PL light emitted from each of the three layers of the evaluation object 3 can be imaged at the same imaging distance.

なお、波長毎の色収差の大小は、レンズ32の設計(レンズ32のコーティングの設計を含む)によって変わるため、個別フィルタの厚みの差は、図14(b)に示した例に限ない。例えば、レンズ32の設計に応じて、3つの個別フィルタのうちのトップセル用フィルタ33aの厚みを最も薄くし、ボトムセル用フィルタ33cの厚みを最も厚くしても良い。 The magnitude of chromatic aberration for each wavelength varies depending on the design of the lens 32 (including the design of the coating of the lens 32), so the difference in thickness of the individual filters is not limited to the example shown in FIG. 14(b). For example, depending on the design of the lens 32, the thickness of the top cell filter 33a of the three individual filters may be the thinnest, and the bottom cell filter 33c may be the thickest.

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。 The present invention allows for various embodiments and modifications without departing from the broad spirit and scope of the present invention. Furthermore, the above-described embodiments are intended to explain the present invention and do not limit the scope of the present invention. In other words, the scope of the present invention is indicated by the claims, not the embodiments. Various modifications made within the scope of the claims and within the scope of the meaning of the invention equivalent thereto are considered to be within the scope of the present invention.

1 性能評価装置、2 撮像装置、3 評価対象、3a トップセル、3b ミドルセル、3c ボトムセル、5 搬送部、10 照射部、11~13 光源、14~16 照射エリア、17~19 発光エリア、30 撮像部、31 レンズ前フィルタ、32 レンズ、33 センサ前フィルタ、33a トップセル用フィルタ、33b ミドルセル用フィルタ、33c ボトムセル用フィルタ、34 画像センサ、50 画像処理部、51 制御部、52 記憶部、53 入力受付部、54 表示部、55 通信部、70 撮像画像、71~73 領域、74~76 対象画像、81~83 積算画像、85 統合画像、110 切り出し部、120 積算部、130 統合部、140 評価部、150 出力部、F1~F3 集光位置、X1~X3 異物 1 Performance evaluation device, 2 Imaging device, 3 Evaluation target, 3a Top cell, 3b Middle cell, 3c Bottom cell, 5 Transport unit, 10 Irradiation unit, 11-13 Light source, 14-16 Irradiation area, 17-19 Light emission area, 30 Imaging unit, 31 Lens front filter, 32 Lens, 33 Sensor front filter, 33a Top cell filter, 33b Middle cell filter, 33c Bottom cell filter, 34 Image sensor, 50 Image processing unit, 51 Control unit, 52 Memory unit, 53 Input reception unit, 54 Display unit, 55 Communication unit, 70 Captured image, 71-73 Area, 74-76 Target image, 81-83 Accumulated image, 85 Integrated image, 110 Cutout unit, 120 Accumulation unit, 130 Integration unit, 140 Evaluation unit, 150 Output unit, F1-F3 Light collection position, X1 to X3 Foreign matter

Claims (8)

複数のバンドギャップを有する太陽電池に対して、異なる複数の波長のフォトルミネッセンス光を発させるための異なる複数の波長域の励起光を、前記太陽電池上の異なる照射エリアに照射する照射部と、
前記複数の波長域の励起光により前記太陽電池から発せられた前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を用いて前記太陽電池を撮像することで、前記太陽電池の撮像画像を取得する撮像部と、
前記撮像画像に基づいて、前記太陽電池の性能に関する情報を取得する画像処理部と、を備える、
性能評価装置。
an irradiation unit that irradiates different irradiation areas on a solar cell having a plurality of band gaps with excitation light of a plurality of different wavelength ranges to cause the solar cell to emit photoluminescence light of a plurality of different wavelengths;
an imaging unit that captures an image of the solar cell by imaging the solar cell using photoluminescence light of the multiple wavelengths emitted from the solar cell in response to excitation light of the multiple wavelength ranges; and
and an image processing unit that acquires information regarding the performance of the solar cell based on the captured image.
Performance evaluation device.
前記撮像部は、
前記太陽電池から発せられた前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を集光するレンズと、
前記レンズにより集光された前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を受光する、可視光と赤外光との両方に感度を有する画像センサと、を備える、
請求項1に記載の性能評価装置。
The imaging unit includes:
a lens that collects the photoluminescence light of the multiple wavelengths emitted from the solar cell;
an image sensor having sensitivity to both visible light and infrared light, the image sensor receiving the photoluminescence light of the multiple wavelengths collected by the lens;
The performance evaluation device according to claim 1 .
前記撮像部は、前記レンズと前記画像センサとの間にセンサ前フィルタを更に備え、
前記センサ前フィルタは、それぞれが、前記複数の波長のうちの対応する波長のフォトルミネッセンス光を透過する個別フィルタである、前記複数の波長に1対1で対応する複数の個別フィルタを、領域別に有する、
請求項2に記載の性能評価装置。
the imaging unit further includes a pre-sensor filter between the lens and the image sensor;
The pre-sensor filter has a plurality of individual filters for each region, each of which is an individual filter that transmits photoluminescence light of a corresponding wavelength among the plurality of wavelengths, the individual filters corresponding to the plurality of wavelengths in a one-to-one relationship.
The performance evaluation device according to claim 2 .
前記複数の個別フィルタのそれぞれの厚みは、前記レンズに色収差がある条件で、各個別フィルタで透過するフォトルミネッセンス光の波長に応じて、互いに異なる、
請求項3に記載の性能評価装置。
the thicknesses of the individual filters are different from one another depending on the wavelength of the photoluminescence light transmitted through each individual filter under the condition that the lens has chromatic aberration;
The performance evaluation device according to claim 3 .
前記撮像部は、前記レンズの手前にレンズ前フィルタを更に備え、
前記レンズ前フィルタは、前記太陽電池から発せられた前記複数の波長のフォトルミネッセンス光のうちの、所定の波長よりも短い波長成分を遮断する、
請求項2から4のいずれか1項に記載の性能評価装置。
The imaging unit further includes a pre-lens filter in front of the lens,
The pre-lens filter blocks wavelength components shorter than a predetermined wavelength among the photoluminescence light of the plurality of wavelengths emitted from the solar cell.
The performance evaluation device according to claim 2 .
前記照射部は、予め定められた搬送速度で搬送される前記太陽電池に対して、前記複数の波長域の励起光を照射し、
前記撮像部は、前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を用いて、前記搬送速度で搬送される前記太陽電池を予め定められた時間間隔で繰り返し撮像することで、複数の撮像画像を取得し、
前記画像処理部は、前記複数の撮像画像において前記太陽電池上の同じ位置が撮像された画素の輝度値を積算した積算画像を生成する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の性能評価装置。
The irradiation unit irradiates the solar cell transported at a predetermined transport speed with excitation light in the plurality of wavelength ranges,
the imaging unit repeatedly images the solar cell transported at the transport speed at a predetermined time interval using the photoluminescence light of the plurality of wavelengths, thereby obtaining a plurality of captured images;
the image processing unit generates an integrated image by integrating luminance values of pixels in the plurality of captured images in which the same position on the solar cell is captured.
The performance evaluation device according to claim 1 .
前記画像処理部は、前記積算画像を前記複数の波長のそれぞれについて生成し、前記複数の波長のそれぞれについて生成された前記積算画像を統合した統合画像を生成する、
請求項6に記載の性能評価装置。
the image processing unit generates the integrated image for each of the plurality of wavelengths, and generates an integrated image by integrating the integrated images generated for each of the plurality of wavelengths.
The performance evaluation device according to claim 6.
複数のバンドギャップを有する太陽電池に対して、異なる複数の波長のフォトルミネッセンス光を発させるための異なる複数の波長域の励起光を、前記太陽電池上の異なる照射エリアに照射する照射ステップと、
前記複数の波長域の励起光により前記太陽電池から発せられた前記複数の波長のフォトルミネッセンス光を用いて前記太陽電池を撮像することで、前記太陽電池の撮像画像を取得する撮像ステップと、
前記撮像画像に基づいて、前記太陽電池の性能に関する情報を取得する画像処理ステップと、を含む、
性能評価方法。
An irradiation step of irradiating different irradiation areas on a solar cell having a plurality of band gaps with excitation light having a plurality of different wavelength ranges to emit photoluminescence light having a plurality of different wavelengths;
an imaging step of capturing an image of the solar cell by capturing an image of the solar cell using photoluminescence light of the multiple wavelengths emitted from the solar cell in response to excitation light of the multiple wavelength ranges;
and an image processing step of acquiring information regarding performance of the solar cell based on the captured image.
Performance evaluation method.
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