JP4153021B1 - 太陽電池の検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 太陽電池に順方向の電流を流してEL発光させる検査装置であって、構造が簡単で安価な暗室を備えた太陽電池の検査装置を提供する。
【解決手段】 平らな上面111を備えた暗室110と、該暗室110の上面に設けられ、被測定物200となる太陽電池を載せる透明板112と、前記暗室110の内部に設けられたカメラ120と、該カメラを前記暗室内で移動する駆動機構とを有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は太陽電池セル、太陽電池セルを一列に接続したストリング、ストリングを平行に複数配置した太陽電池パネルなど、太陽電池一般の性能を検査する装置に関する。
太陽エネルギーの利用方法として、シリコン型の太陽電池が知られている。太陽電池の製造においては、太陽電池が目的の発電能力を有しているかどうかの性能評価が重要である。性能評価には、通常、出力特性の測定がされる。
出力特性は、光照射下において、太陽電池の電流電圧特性を測定する光電変換特性として行われる。光源としては、太陽光が望ましいのであるが、天候により強度が変化することから、ソーラーシミュレーターが使用されている。ソーラーシミュレーターでは、太陽光に代えてキセノンランプやメタルハライドランプ等を使用している。また、これらの光源を長時間点灯していると、温度上昇などにより光量が変化する。そこで、これらのランプのフラッシュ光を用い、横軸を電圧、縦軸を電流として、収集したデータをプロットすることにより太陽電池の出力特性曲線を得ている(例えば、特許文献1参照)。
ソーラーシミュレーターと異なる方法として、特許文献2では、シリコンの多結晶型の太陽電池素子に対して順方向に電圧を印加することで、エレクトロルミネッセンス(EL)を生じさせる方法を提案している。太陽電池素子から発光されるELを観察することによって、電流密度分布が分かり、電流密度分布の不均一から太陽電池素子の欠陥を知ることができる。すなわち、発光しない部分が欠陥部分と判断でき、この欠陥部分の面積が予め決められた量より少なければ、所定の発電能力を有するものと判断できることになる。
図9は、特許文献2に記載された検査装置の構成を模式的に示す図である。検査装置10は、暗室11と、この暗室11の上部に設けられたCCDカメラ12と、暗室11の床面に載置された太陽電池セル13に電流を流す電源14と、CCDカメラ12からの画像信号を処理する画像処理装置15とから構成されている。
暗室11には窓11aがあり、ここにCCDカメラ12のファインダー12aがあって、ここから肉眼で覗くことで、CCDカメラ12の撮影画像を確認することができる。画像処理装置15としては、パソコンを使用している。
特開2007−88419 WO/2006/059615
図9に示す検査装置10は、太陽電池セル13を下に置いて、上からカメラで撮影するのであるが、太陽電池セル13から発光されるELは、1、000nmから1、300nmの波長の微弱な光であり、暗室11でなければ検知できない。被測定物が1枚の太陽電池セルであれば、100mm平方程度なので、暗室11も小さいものでよい。
しかし、太陽電池パネルになると、2m×1m程度の大きさとなり、暗室11もこれを収容できる大きさが必要となる。また、被測定物となる太陽電池パネルは、暗室内に入れなければCCDカメラ12で撮影できないので、暗室に太陽電池パネルの出し入れができる扉を設けなければならない。検査装置をこのような暗室内に搬入する構成とすると、設置した扉が閉じた場合の遮光性も確保しなければならない。また検査装置に搬入された太陽電池の位置決め部材やが搬送ガイド部材も暗室内に設ける必要がある。さらに、太陽電池に電流を通すための通電手段も暗室内に設ける必要がある。という具合に構造的に複雑になり、高価なものとなる。
本発明は、斯かる実情に鑑みてなされたもので、太陽電池に順方向の電流を流してEL発光させる検査装置であって、構造が簡単で安価な太陽電池の検査装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために本発明の太陽電池の検査装置は、平らな上面を備えた暗室と、該暗室の前記上面に設けられ、被測定物となる太陽電池を載せる透明板と、前記暗室の内部に設けられたカメラとを有することを特徴としている。
また前記検査装置は、前記暗室内に設けられた該カメラを前記暗室内で移動する駆動機構を設けた構成とすることもできる。
さらに前記透明板と前記透明板に載せられた前記太陽電池との境界の隙間から暗室内に入る光を遮光するための遮光手段を設けた構成としたり、前記上面に、前記太陽電池の搬送を案内する遮光手段を付与したガイド部材を設けた構成とすることができる。
本発明の太陽電池の検査装置によれば、暗室の外側から暗室の上面の透明板の上に被測定物となる太陽電池を置くと、暗室の中にあるカメラが太陽電池の画像を撮影することができる。撮影時には、太陽電池に電流を流しておくので、太陽電池は、EL発光をしている。この発光状態をカメラで撮影し、カメラに接続された画像処理装置で分析することによって、太陽電池の欠陥の有無を知ることができる。
太陽電池は、暗室の外から暗室の上面に載せることで検査でき、被測定物としての太陽電池を暗室に出し入れするための扉を設ける必要がない。そのため、暗室を小型化でき、その構造を簡単にすることができる。
さらに太陽電池パネルの場合、製造ライン(ラミネート装置などの製造装置など)では、受光面を下にして搬送される。したがって本発明の検査装置を暗室上面に透明板を設ける構成とすることにより、太陽電池パネルを反転することなく本検査装置に載せるとができる。
以下、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。
<1>被測定物(太陽電池モジュール)
まず本発明の検査装置が扱う対象である被測定物200の例について説明する。図8は、本発明の検査装置にて測定する太陽電池の構成の説明図で、(a)は、太陽電池の内部の太陽電池セルが分かるように記載した平面図で、(b)はその断面図である。
図8(a)の平面図に示す様に、被測定物200である太陽電池モジュールは角型の太陽電池セル28がリード線29により複数個直列に接続されたストリング25を形成し、さらにそのストリングを複数列リード線29により接続した構成となっている。
被測定物200である太陽電池としては、太陽電池セル28が1枚のみのものでもよく、太陽電池セル28を複数枚直線的につないだストリング25の状態でもよく、ストリング25を平行に複数列並べ、太陽電池セル28がマトリックス状に配置された太陽電池パネル30でもよい。
また被測定物の断面構造は、図8(b)に示す様に、上側に配置された裏面材22と下側に配置された透明カバーガラス21の間に、充填材23、24を介して複数列のストリング25をサンドイッチした構成を有する。
裏面材22は例えばポリエチレン樹脂などの材料が使用される。充填材23、24には例えばEVA樹脂(ポリエチレンビニルアセテート樹脂)などが使用される。ストリング25は、上記のように電極26、27の間に、太陽電池セル28をリード線29を介して接続した構成である。
このような太陽電池モジュールは、上記のように構成部材を積層しラミネート装置などにより、真空の加熱状態下で圧力を加え、EVAを架橋反応させてラミネート加工して得られる。
また被測定物200としては、一般に薄膜式と呼ばれる太陽電池を対象とすることができる。
この薄膜式の代表的な構造例では、下側に配置された透明カバーガラスには、予め透明電極、半導体、裏面電極からなる発電素子が蒸着してある。そして、このような薄膜型太陽電池モジュールを、透明カバーガラスを下向きに配置し、ガラス上の太陽電池素子の上に充填材を被せ、更に、充填材の上に裏面材を被せた構造で、同じようにラミネート加工することにより得られる。
このように被測定物200としての薄膜式の太陽電池モジュールは、結晶系セルが蒸着された発電素子に変わるだけで、基本的な封止構造は前記した結晶系セルの場合と同じである。
<2>検査装置の全体構造
図1は本発明の検査装置の構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図、(c)は右側面図である。図2は、太陽電池の検査装置のカメラとカメラ駆動装置の構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。これらの図に示す本発明の太陽電池の検査装置100は、四角の箱形の暗室110およびその平らな上面111に、アクリル樹脂などの合成樹脂製又はガラス製の透明板112が取り付けられている。暗室内には、被測定物200である太陽電池を検査測定するカメラ120と、その移動機構が設けられている。ただし、カメラ120の移動機構については用途に応じて設けない場合もある。上面111の透明板112以外は、暗室110に光を入れないような遮光性の素材からなる構成にしている。もっとも、上面111に被測定物200として太陽電池を載せた後、被測定物200を含む上面111の全体を、遮光手段にて覆うことにすれば、上面111全体を透明板にしてもよい。また、上面以外の4つの側面と底面は全て遮光性の部材としている。上面111には、被測定物200の搬送をガイドする一対のガイド部材114が設けられている。ガイド部材114、114間の距離は、被測定物200のサイズに合わせて変更可能である。
<3>被測定物の搬送ガイドおよび位置決め
ガイド部材114は、矩形断面の細長いレール状で、本発明の検査装置100の上面に、被測定物200の流れ方向に沿って一対設けられている。各ガイド部材114の内側側面には、複数個のローラ115が配置され被測定物200は、このローラ115上を移動搬送される。したがって被測定物200を搬送中および測定中に下面のカバーガラス21が検査装置100の上面の透明板112に接触することはない。またこのガイド部材114は、装置の被測定物200の搬入側および搬出側に配置された移動用レール116、送りネジ117およびハンドル118により被測定物200の幅寸法に応じて調整が可能な構成となっている。すなわち、送りネジ117は、一方が右ネジで他方が左ネジとなっており、ハンドル118を回転することで、ガイド部材114、114は、中心位置が一定の状態で、相互に接近・離反するようになっている。また、搬入側および搬出側の送りネジ117は、傘歯車を備えたクロスシャフト113により連結され、ハンドル118を回転することで、両方の送りネジ117を傘歯車によって同時に回転することができる。
一方の搬送ガイド114の側面には、アクチュエーター等により出し入れ可能な位置決め金具119があり、搬送された被測定物200は、この位置決め金具119を突出させることにより搬送方向の位置決めがされる。位置決め金具119は、ガイド部材114の側面から出し入れする構成ではなく、ガイド部材の上方から上下させる方法またガイド部材から旋回下降させるなどの構成とすることも可能である。
<4>撮影用カメラ
被測定物200から発するEL発光は、1,000nmから1,300nmの波長の微弱な光であり、暗室内で発光させ、撮影用カメラ120でこの微弱な光を撮影する。このため、撮影用カメラ120としては微弱な光に対する感度の良いCCDカメラを用いる必要がある。本実施の形態例では、浜松ホトニクス製の型式C9299−02(Si−CCDカメラ)を使用している。
<5>暗室内部のカメラ移動機構
図2にカメラの移動機構の構成を示す。暗室110内には、カメラ120と、このカメラ120をy軸方向に移動するy軸ガイド部130がある。y軸ガイド部130の一端には、モータ132があり、これが回転することで、カメラ120をy軸方向に進退させることができる。
y軸ガイド部130の両端は、x軸ガイド部140、140に支持されている。そして、モータ142と両側のタイミングベルト144とによって、y軸ガイド部130は、x軸ガイド部上を、x軸方向に沿って進退可能となっている。以上の構成において、x軸ガイド部140、140、y軸ガイド部130、モータ132、142、タイミングベルト144とで、カメラ120の駆動機構を構成している。x軸ガイド部140、140及びy軸ガイド部130は、各種のリニアアクチュエータを使用することができるが、この実施例では、ボールネジを使用している。
駆動機構のモータ132、142を回転制御することで、カメラ120を、x−y平面内の任意の位置に移動し、被測定物200の隅から隅までの全面を撮影することが可能となっている。
なお、駆動方式は、モータ及びボールネジを使用した上記の実施例に限定されるものではなく、各種のリニアアクチュエータを使用することができる。
<6>その他機器
上記の他に、図示を省略するが、図9の従来例で示した電源14やパソコンを利用した画像処理装置15が設けられている。
<7>検査装置の使用方法
被測定物200として太陽電池パネルを例にして、本発明の太陽電池の検査装置の使用方法を説明する。
ラミネート装置などで製造され搬出された太陽電池パネルは、次に、コンベアなどで本発明の太陽電池の検査装置の前まで搬送される。搬送されてきた太陽電池パネルは、一対のガイド部材114、114の間でガイドされガイド部材の内側に設けられたローラ115上を移動して暗室110の上に達する。その後ガイド部材114の側面にアクチュエーター等により出し入れ可能に設けられた位置決め金具119を突出させることにより搬送方向の位置決めがされる。
暗室110の所定の位置に達した太陽電池パネルからなる被測定物200は、透明なガラス板を下に向けて暗室110の透明板112の上で停止し、図示しない電源との間で接続がされる。被測定物200の方が透明板112より小さいので、周囲から暗室内に光が入るから、被測定物200の上から暗室110の上面全体を後述する遮光手段で覆う。被測定物200に電源から順方向の電流を流す。被測定物200がEL発光するので、カメラ120で撮影する。
本検査装置100により被測定物200の全体を撮影し、その画像により検査する場合は、移動機構を設けることなく、カメラ120を暗室110の底部に固定して撮影することができる。この場合の被測定物200としては、太陽電池セル28、太陽電池セルを複数個リード線で接続したストリング25、さらにストリング25を複数列リード線で接続したマトリックス状の太陽電池パネル30のいずれでもよい。
本検査装置100により太陽電池パネル30にマトリックス状に配置された太陽電池セルを1枚ずつ撮影してその画像により検査する場合は、暗室内でカメラを移動できるように移動機構を設けて撮影する。
駆動機構のモータ132、142の回転制御によって、カメラ120は、太陽電池パネル30にマトリックス状に配置されている太陽電池セル28を1枚ずつ撮影し、図示しないパソコンなどからなる画像処理装置に画像データを送る。画像処理装置は、各太陽電池セルの画像から発光しない部分を取り出して分析し、太陽電池セル28ごとの合否を判断し、全ての太陽電池セルについての合否の結果から、太陽電池パネル30全体としての合否を判断する。
なお、カメラ120による撮影も、カメラを移動し太陽電池セル1枚ごとでもよいし、数枚ずつでもよく、カメラの移動をせずに固定し太陽電池パネル30全体としてもよい。
<8>遮光手段
遮光手段であるが、上記では、暗室の上面110の上部全てを覆うと説明していた。しかし太陽電池パネル30の場合、裏側の樹脂製の裏面材22は、不透明であり、遮光性が十分である。また、暗室110の上面111も、透明板112以外を遮光性の部材で構成されている。したがって、被測定物200が透明板112に密着し、かつ、透明板112より大きくて、透明板112の全体が被測定物200で覆われる場合には、遮光手段は不要である。
しかし、被測定物200の方が透明板112より小さい場合や、透明板112から浮いている場合には、隙間から光が暗室110内に入るので、遮光手段で覆う必要がある。その具体的な遮光手段について以下説明する。
<8−1>遮光手段の実施の形態1
本実施の形態では、図3に示すとおり暗室の上面110の上部全てを遮光カバー302により覆う構成となっている。本検査装置100の幅方向のいずれか一端に遮光手段300のベース301を設けている。遮光カバー302は、2本のアーム303に支持されていて、このアーム303を2本のエアーシリンダー304で旋回中心軸Cを中心に旋回して上下させる構成となっている。
なお、図のWは、遮光カバー302を旋回上下させる場合のカウンターウェイトである。この遮光カバー302は、被測定物200を検査測定中は下降している。また本検査装置100に被測定物200が搬入される場合は開いて(上昇して)いる。
遮光カバー302は、鋼等の薄板製で、下方が開放された箱型をしている。またこの遮光カバー302の下方にはゴム製の密閉シート305を取りつけ、遮光を確保できるようにしている。
この密封シート305は、遮光性を有する布を短冊状にしたものを掃除用具のモップの先端の様に束ねた構成のものでもよい。またさらにこの密封シート305は、遮光性を有する繊維をブラシ状に植毛した構成のものでもよい。
なお、遮光カバー302の上下は、本実施の形態のように旋回させて上下させる方式だけでなく、図示しないが本検査装置100の4隅に遮光カバーが上下するためのガイドを兼用した支柱を設け、遮光カバーをアクチュエータにより上下させる構成とすることもできる。
<8−2>遮光手段の実施の形態2
図4は、遮光手段の実施の形態2の構成を示す図で、(a)は遮光手段の斜視図、(b)は遮光手段の取り付け構造を示す断面図、(c)は(b)のC−C断面図である。この遮光手段400は、透明板112と被測定物200との間に額縁状にできる隙間を遮光する部材で、金属製、合成樹脂製などの剛性のある板材401に遮光性を有するスポンジ402などを貼り付けている。スポンジ402は、透明板112と接する側の面に設ける。遮光手段400は、最低で、透明板112と被測定物200との間に額縁状にできる隙間を覆う程度の大きさがあればよい。
本実施の形態では、図4(b)のように本検査装置100の上面110の裏側に一対のL型のレール金具403、403を設け、この一対のレール金具403、403の間に、図4(a)に示すような額縁状の形状をした遮光手段400を挿入する。L型のレール金具403の一端にはストッパー404が設けられ、遮光手段400の位置決めがされる。スポンジ402が透明板112と密着する。本検査装置100の暗室110の側面を開閉式としておき、被測定物の寸法に応じて遮光手段400を交換する。
<8−3>遮光手段の実施の形態3
本実施の形態は、遮光手段の実施の形態2の別例であり、被測定物200の寸法が小ロットで変わる場合に対応したものである。遮光手段500は、2対の合計4枚の遮光板をアクチュエータにより被測定物200の寸法に応じて自動的に移動させる構成としている。
構成を図5に沿って説明する。本実施の形態では、図4(a)の額縁状の形状をした遮光板を図5(a)に示すように2対の遮光板501、501と、遮光板502、502の合計4枚に分けている。これらの遮光板を図4に示す実施の形態2と同じように本検査装置の上面110の裏側に配置する。遮光板501は、遮光性のある矩形板である。一方遮光板502には、遮光板501がはまり込みスライド可能な溝Mが設けられている。
遮光板501と502を図5(b)のように配置し被測定物200の寸法に応じてアクチュエータにより各対の遮光板501、502を接近離反させ、開口サイズを変更する。
図5の遮光板501、502の開口寸法を変更する駆動機構として図6を示す。図6(a)は平面図、(b)は左側面図、(c)は(a)のD−D断面図である。これらの図に示すように一対の遮光板501と遮光板501を2本のネジ503、503で連結する。ネジ503は、一方側が右ネジで他方側が左ネジとなっている。両方のネジ503、503をタイミングベルト505、505により1個のモータ504で回転駆動する。ネジ503を支持する8個のブラケット507と、モータ504を適当な場所に固定する。モータ504を回転駆動させことで相互を接近離反することができる。なお、遮光板501の位置は図示しないエンコーダーにより確認する。図示は省略するが、遮光板502、502の方も同じ構成とすることで、遮光板の開口寸法を被測定物200のサイズに合わせることができる。
<8−4>遮光手段の実施の形態4
本実施の形態は、透明板112と被測定物200との間に額縁状にできる隙間を遮光する手段である。本実施の形態の場合は、図7のとおり本検査装置100に搬入される太陽電池の搬送を案内するガイド部材114に以下に説明する遮光手段600を設けている。
一対のガイド部材114の各々の外側に遮光シート601を取りつける。遮光シート601は、遮光性のあるゴム状のシートで、ガイド部材114の下方に垂れ下がり、垂れ下がった部分が検査装置100の上面111と透明板112の境界部分上を覆う。この遮光シートにより額縁状にできる隙間のうち被測定物200の搬送方向の隙間を遮光することができる。一方被測定物200の搬送方向と直角な方向の隙間は、検査装置の搬入側の隙間と搬出側の隙間がある。これらを覆うために一対のガイド部材114の間の搬入側と搬出側に矩形状の遮光板602を設け遮光する。遮光板602は、透明板112上にも配置するため透明板112に傷がつかいないような遮光性のある硬質ゴムが望ましい。さらに遮光板602には、暗室110の透明板112と被測定物200の距離があるので遮光性ブロック状の部材603が接続されている。この一対のブロック状の部材603の被測定物200との接触部には、フレキシブル性を有しかつ遮光性を有するスポンジ状の部材604がとりつけられ、ブロック状の部材603と圧接して遮光できるようにしている。これにより被測定物200の搬送方向と直角な方向の隙間は、検査装置100の搬入側の隙間と搬出側の隙間が遮光される。以上の構成において、遮光シート601、遮光板602、ブロック状の部材603及びスポンジ状の部材604で遮光手段600を構成している。
本発明においては、遮光手段は本実施の形態の1から4をそれぞれ単独で使用してもよいし、遮光特性を向上させるために本実施の形態の1から4を複数個組み合わせて使用することも可能である。
本発明の太陽電池の検査装置100では、太陽電池を暗室の外側に載置すればよいので、暗室には被測定物200を出し入れするためのドアは不要となる。また、太陽電池に電流を流す電源や配線も暗室110の外でよく、暗室内には一切不要である。そのため、暗室の構造を簡単にすることができる。
また、本発明の太陽電池の検査装置100は、太陽電池パネルなどの製造工程中に配置して使用するが、このとき、暗室110の上面111に太陽電池の受光面を下側にして載置している。太陽電池パネルのラミネート加工など、通常の加工工程では、太陽電池の受光面を下にして搬送しているので、検査装置100に載置するとき、反転する必要がないので製造工程を簡略化できる。
本発明の太陽電池の検査装置を示す図で、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B断面図、(c)は右側面図である。 太陽電池の検査装置のカメラとカメラ駆動装置の構成を示す図で、(a)は平面図、(b)は正面図、(c)は右側面図である。 本発明の検査装置の遮光手段の実施の形態1の斜視図である。 本発明の検査装置の遮光手段の実施の形態2の構成図で、(a)は遮光手段の斜視図、(b)は遮光手段の取り付け構造を示す断面図、(c)は(b)のC−C断面図である。 本発明の検査装置の遮光手段の実施の形態3の構成図で、(a)は分解状態を示す斜視図、(b)は組立状態を示す平面図である。 図5の遮光手段の駆動機構を示す図で、(a)は平面図、(b)は左側面図、(c)は(a)のD−D断面図である。 本発明の検査装置の太陽電池の搬送を案内するガイド部材に遮光手段を設けた実施の形態例4の構成図で、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E断面図である。 本発明の検査装置にて測定する太陽電池の構成の説明図で(a)は平面図、(b)は断面図である。 従来の太陽電池の検査装置の構成を模式的に示す図である。
符号の説明
100 太陽電池の検査装置
110 暗室
111 上面
112 透明板
114 ガイド部材
115 ローラ
116 移動用レール
117 送りネジ
118 ハンドル
119 位置決め金具
120 カメラ
130 y軸ガイド部
132、142 モータ
140 x軸ガイド部
144 タイミングベルト
200 被測定物
300 遮光手段
301 ベース
302 遮光カバー
303 アーム
304 エアーシリンダー
305 密封シート
400 遮光板
401 L型金具
402 スポンジ
403 ストッパー
500 遮光手段
501、502 遮光板
503 送りネジ
504 モータ
505 タイミングベルト
600 遮光手段
601 遮光シート
602 遮光板
603 ブロック状部材
604 遮光性スポンジ部材

Claims (4)

  1. 平らな上面を備えた暗室と、該暗室の前記上面に設けられ、被測定物となる太陽電池を載せる透明板と、前記暗室の内部に設けられたカメラと、を有することを特徴とする太陽電池の検査装置。
  2. 前記暗室内に、前記カメラを前記暗室内で移動する駆動機構を設けたことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の検査装置。
  3. 前記透明板と前記透明板上に載せられた前記太陽電池との境界の隙間から暗室内に入る光を遮光するための遮光手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池の検査装置。
  4. 前記上面に、前記太陽電池の搬送を案内する遮光手段を付与したガイド部材を設けたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池の検査装置。
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