JP4175475B2

JP4175475B2 - 太陽電池用透明導電膜評価方法およびその装置

Info

Publication number: JP4175475B2
Application number: JP2004039051A
Authority: JP
Inventors: 暁巳高野; 政巳飯田; 良昭竹内
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: JP2005229076A

Description

本発明は、太陽電池の透明ガラス基板上に形成される透明導電膜の評価方法に関するものである。

太陽電池には、ソーダガラス等の透明ガラス基板上に透明導電膜が形成されている。透明導電膜は、光閉じ込め効果を狙って、積極的に凹凸が表面に形成される。凹凸の程度としては、例えば、０．８μｍの膜厚に対して、０．３μｍ程度の凹凸となっている。このような透明導電膜の表面凹凸を評価する特徴量として、従来から、ヘイズ率が用いられている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２３７６１０号公報（段落［０００２］〜［０００３］）

しかしながら、ヘイズ率は、透明導電膜の表面凹凸を反映するものであっても、太陽電池の重要な特性の一つである短絡電流（密度）特性との相関性が悪い。したがって、ヘイズ率によって透明導電膜を評価したとしても、製品として得られる太陽電池の特性との相関が悪いのであれば、結果的に太陽電池の品質評価に支障を来たすことになる。

また、ヘイズ率の測定は一般に市販のヘイズメータによって行われており、その装置構成からいって製造ラインに組み込むことは困難である。特に、１ｍ角程度といった大型の太陽電池基板を一度に測定するヘイズメータは市販されておらず、実際には、抜き取り検査に頼らざるを得ない。これでは、歩留まりの低下を来たし、製品保証ができないという問題がある。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって、太陽電池の特性に対して相関の良い評価値を用いて透明導電膜を評価する太陽電池用透明導電膜方法およびその装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明による太陽電池用透明導電膜評価方法によれば、太陽電池に用いる透明導電膜に光を照射し、反射または透過した光を少なくとも２つの波長に分光し、これらの波長の光強度を演算することによって得られる評価値に基づいて、前記透明導電膜を評価する太陽電池用透明導電膜評価方法において、各前記波長の前記光強度を演算することによって得られる前記評価値は、ヘイズ率を用いた場合よりも短絡電流ないし短絡電流密度に対して相関が強い演算式を用いて得られ、反射または透過した光は、赤、緑および青の三色に分光され、前記評価値は、前記透明導電膜の組成に応じて予め短絡電流ないし短絡電流密度と赤、緑および青の各光強度との関係を得て、これら赤、緑および青の各光強度から決定された最大値、中央値、最小値を適宜組み合わせた演算式から得られることを特徴とする。

発明者等は、透明導電膜からの反射光または透過光を２以上の波長に分光し、これらの強度を演算して得られる評価値が、太陽電池の特性の一つである短絡電流ないし短絡電流密度に対して、従来用いられてきたヘイズ率よりも相関が強いことを見出した。
したがって、本発明により太陽電池用透明導電膜を評価すれば、短絡電流が大きい太陽電池を得ることができる。
なお、評価値としては、例えば、各波長における光強度のうち、２番目に強い光強度を、最も強い光強度で除した値が用いられる。

また、本発明による太陽電池用透明導電膜評価方法によれば、前記透明導電膜に照射する光は、白色光とされ、反射または透過した光は、赤、緑および青の三色に分光されることを特徴とする。

透明導電膜に照射する光として白色光を用いることとすれば、一般に入手可能な安価な光源（蛍光灯等）を用いることができる。そして、白色光であれば当然、光の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の波長を有している。これら光の三原色を有する白色光の反射光を三原色に分光するには、一般のカラーカメラを用いれば良い。
このように、簡便な構成により、本発明の太陽電池用透明導電膜評価方法を実施することができる。
また、前記評価値は、赤、緑および青の三色に分光されたそれぞれの光強度のうちで２番目に大きな値を、これら三色のうちで最も大きな値で除した値とされていることが好ましい。

また、本発明による太陽電池は、上記太陽電池用透明導電膜評価方法によって評価された透明導電膜を備えていることを特徴とする。

本発明による太陽電池用透明導電膜評価方法を用いれば、透明導電膜からの反射光または透過光さえ得られれば透明導電膜の評価ができるので、太陽電池製造ラインに本評価方法を採用することが可能となる。したがって、太陽電池用透明導電膜に対して全数検査が可能となるため、歩留まりが向上し、製品保証が確実となる。

また、本発明による太陽電池用透明導電膜評価装置は、透明導電膜に光を照射する光照射手段と、前記透明導電膜で反射または透過した光を少なくとも２つの波長に分光する分光手段と、これら分光された光の強度を演算して前記透明導電膜の評価値を算出する評価値算出手段と、前記評価値算出手段で算出された評価値に基づいて、前記透明導電膜を評価する評価手段と、を備えている太陽電池用透明導電膜評価装置において、各前記波長の前記光強度を演算することによって得られる前記評価値は、ヘイズ率を用いた場合よりも短絡電流ないし短絡電流密度に対して相関が強い演算式を用いて得られ、反射または透過した光は、赤、緑および青の三色に分光され、前記評価値は、前記透明導電膜の組成に応じて予め短絡電流ないし短絡電流密度と赤、緑および青の各光強度との関係を得て、これら赤、緑および青の各光強度から決定された最大値、中央値、最小値を適宜組み合わせた演算式から得られることを特徴とする。

透明導電膜からの反射光または透過光を少なくとも２つの波長に分光し、これらの光強度を演算して得られる評価値を用いることとしたので、従来用いられてきたヘイズ率よりも短絡電流ないし短絡電流密度を反映した評価を行なうことができる。したがって、短絡電流密度が大きい太陽電池を得ることができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に、太陽電池パネルに用いられる透明導電膜評価装置１０の構成を示す。
この透明導電膜評価装置１０には、約１ｍ角の透明ガラス基板に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛、酸化錫等の透明導電膜（TCO：Transparent
Conductive Oxide）が製膜された透明導電膜付きガラス基板１１が搬送される。この透明導電膜付きガラス基板１１は、透明導電膜が上面となるように搬送される。なお、透明導電膜とガラス基板との間に、ガラス基板からのアルカリ成分の拡散防止のため、下地膜としてＳｉＯ_２膜を製膜しても良い。
透明導電膜評価装置１０は、搬送コンベア１ａ、カラーラインセンサカメラ（分光手段）２ａ、ライン照明器（光照射手段）３ａ、調光器４ａ、光電スイッチ５ａ、ロータリーエンコーダ６ａ、画像処理装置（評価値算出手段、評価手段）７ａ、表示装置８ａを主として具備している。

搬送コンベア１ａには、透明導電膜付きガラス基板１１を搬送するための複数のローラ１Ａ−１，１Ａ−２，・・・が設けられている。これらのローラ１Ａ−１，１Ａ−２，・・・が同時に所定の回転速度で、所定方向に回転することによって、透明導電膜付きガラス基板１１が搬送方向Ｙへ向かって搬送される。

カラーラインセンサカメラ２ａ及びライン照明器３ａは、搬送コンベア１ａの上方に位置するように設置されている。
図２には、カラーラインセンサカメラ２ａ及びライン照明器３ａの位置関係が示されている。
ライン照明器３ａは、光源が蛍光灯とされており、白色光を照射する。このライン照明器３ａは、シート状の照射光Ｌ１を照射するようになっており、透明導電膜付きガラス基板１１の表面上に、このガラス基板１１の進行方向に直交するライン状（所定幅を有する線状）の光を照射する。照射された照射光Ｌ１は、透明導電膜付きガラス基板１１によって反射され、反射光Ｌ２としてカラーラインセンサカメラ２ａに入射する。

搬送コンベア１ａに対する垂線Ｌ３と照射光Ｌ１とのなす角度α１、及び垂線Ｌ３と反射光Ｌ２とのなす角度α２の各々は、透明導電膜付きガラス基板１１に対する撮像条件を考慮して、１６〜２０°の程度の範囲内に収まるように設定されている。

図１に示されているように、カラーラインセンサカメラ２ａは、画像処理装置７ａからトリガ信号Ｔを受信すると、透明導電膜付きガラス基板１１の撮像領域を認識し、認識された撮像領域を撮像してパネル画像ＰＳを生成し、生成されたパネル画像ＰＳを画像処理装置７ａに送信する。この際に、カラーラインセンサカメラ２ａは、撮像した画像情報をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光の三原色に分光し、それぞれの輝度をパネル画像ＰＳとして画像処理装置７ａに送信する。
ライン照明器３ａからのライン状の照射領域を透明導電膜付きガラス基板１１の搬送に伴い走査することによって、透明導電膜付きガラス基板１１全体のパネル画像ＰＳが生成される。
調光器４ａは、照射光Ｌ１の強度が、所定強度となるように調節する。

光電スイッチ５ａは、撮像対象である透明導電膜付きガラス基板１１が所定位置に所在するか否かを検出する。光電スイッチ５ａは、その検出を行ったときに、透明導電膜付きガラス基板１１が所定位置にあることを通知する通知信号Ｎを画像処理装置７ａに送信する。

ローラ１Ａ−１，１Ａ−２，・・・には、ロータリーエンコーダ６ａが設けられており、ローラの回転速度および回転角を検出する。このロータリーエンコーダ６ａの出力は、パルス信号Ｐとして画像処理装置７ａに送信される。

画像処理装置７ａは、カラーフィルタにおいて分光されたＲ，Ｇ，Ｂの各輝度を用いて評価値を演算する評価値演算手段と、この評価値演算手段で得られた評価値に基づいて透明導電膜付きガラス基板１１を評価する評価手段とを備えている。
また、画像処理装置７ａには、表示装置８ａおよび印字装置９ａが接続されており、画像処理結果が出力されるようになっている。

上記構成の透明導電膜評価装置１０は、製造ライン上に透明導電膜評価装置１０が設けられているので、全ての透明導電膜付きガラス基板１１について検査が行われるようになっている。
その後、下流側に位置するプラズマＣＶＤ装置によってアモルファスシリコン薄膜を製膜することにより光電変換層が形成され、裏面電極等が取り付けられて太陽電池が製造される。

次に、上記構成の透明導電膜評価装置１０によって行われる透明導電膜の評価方法について説明する。
透明導電膜付きガラス基板１１から反射した反射光は、カラーラインセンサカメラ２ａに撮像されることによって、光の三原色であるＲ、Ｇ、Ｂの３色に分光される。そして、撮像領域の各画素ごとに、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの輝度（強度）が画像処理装置７ａに取り込まれる。
そして、Ｒ，Ｇ，Ｂの各輝度を、５０ｍｍ角の範囲で平均化した後に、評価値を算出するため、以下の演算を行う。５０ｍｍ角で平均化したのは、最も誤差が少ない結果が得られるからである。
画像処理装置７ａでは、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれの輝度を下式により演算することによって透明導電膜の評価値を算出する。
評価値＝Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度のうち２番目に大きな値／Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度の最大値
この評価値は、太陽電池の特性を示す短絡電流密度Ｊｓｃに対して強い相関を示す。
したがって、画像処理装置７ａにおいて算出した評価値が基準値以下の場合は、その後得られる太陽電池の短絡電流密度Ｊｓｃが基準値以下と判断できるので、当該透明導電膜付きガラス基板１１は不良と判断されることになる。
このように、上記評価値を用いて透明導電膜を評価すれば、基準値以上の短絡電流密度Ｊｓｃを有する太陽電池が得られることになる。

次に、図３を用いて、実際にＲ，Ｇ，Ｂの各輝度から透明導電膜の評価値を算出した具体例を示す。
同図において、（ａ）には本実施形態にかかる評価値（Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度のうち２番目に大きな値／Ｒ，Ｇ，Ｂの輝度の最大値）と短絡電流密度Ｊｓｃとの関係が示されており、（ｂ）には従来から用いられているヘイズ率と短絡電流密度Ｊｓｃとの関係が示されている。すなわち、（ａ）では、横軸が本実施形態にかかる評価値、縦軸が短絡電流密度Ｊｓｃとなっており、（ｂ）では、横軸がヘイズ率、縦軸が短絡電流密度Ｊｓｃとなっている。
短絡電流密度Ｊｓｃは、透明導電膜付きガラス基板１１に光電変換層、裏面電極を取り付けた後、２５℃にてAM１．５、１０００W／ｍ^２という条件の下で測定した。
同図（ｂ）から、従来から用いられているヘイズ率は、短絡電流密度Ｊｓｃに対してかなりのバラツキがあり、相関が非常に悪いことが分かる。
これに対して、同図（ａ）では、本実施形態にかかる評価値が短絡電流密度Ｊｓｃに対して相関が強いことが分かる。つまり、評価値の増大に伴い、短絡電流密度Ｊｓｃが増大することが示されている。
したがって、本実施形態にかかる評価値を用いて透明導電膜の評価を行なえば、太陽電池の短絡電流ないし短絡電流密度を反映した評価が行なわれることになる。

以上説明したように、本実施形態にかかる透明導電膜評価装置１０によれば、以下の効果を奏する。

透明導電膜からの反射光をＲ、Ｇ、Ｂの３波長に分光し、これらの輝度を演算して得られる評価値を用いることとしたので、従来用いられてきたヘイズ率よりも短絡電流密度を反映した評価を行なうことができる。したがって、短絡電流密度が大きい太陽電池を得ることができる。

光源として白色光を用い、分光器としてカラーカメラ（カラーラインセンサカメラ２ａ）を用いたので、簡便な構成によって透明導電膜の評価を行なうことができる。

また、簡便な構成が可能であるとともに、透明導電膜からの反射光さえ得られれば透明導電膜の評価ができるので、太陽電池製造ラインに本評価方法を容易に採用することができる。
したがって、全数検査が可能となるので、歩留まりが向上し、太陽電池の製品保証が確実となる。

なお、本発明は、評価値算出のための演算式について本実施形態において用いた演算式に限定されるものではなく、透明導電膜の組成等によって異なり、予め短絡電流とＲ，Ｇ，Ｂの輝度との関係を調べておくことによって決定される演算式を用いれば良い。具体的には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各輝度から最大値、中央値、最小値を決定し、これらを適宜組み合わせて実際の短絡電流に最も適合する演算式を用いれば良い。
また、Ｒ，Ｇ，Ｂの３波長を用いて評価値を算出することとしたが、本発明は特にＲ，Ｇ，Ｂの３波長に限定されるものではなく、Ｒ，Ｇ，Ｂ程度に離れた波長であれば２波長の光を用いて評価値を算出しても良く、あるいは、補色であるＣ（Cyan）、Ｍ（Magenta），Ｙ（Yellow）及びＧ（Green）の４波長を用いても良い。
また、本実施形態において、透明導電膜からの反射光によって透明導電膜を評価することとしたが、透過光によって透明導電膜を評価することとしても良い。

本発明の透明導電膜評価装置を示した斜視図である。図１の要部を示した側面図である。短絡電流密度Ｊｓｃに対して、（ａ）は本実施形態にかかる評価値との関係、（ｂ）は従来から用いられているヘイズ率との関係が示された図である。

符号の説明

２ａカラーラインセンサカメラ（分光手段）
３ａライン照明器（光照射手段）
７ａ画像処理装置（評価値算出手段、評価手段）
１０透明導電膜評価装置
１１透明導電膜付きガラス基板

Claims

太陽電池に用いる透明導電膜に光を照射し、反射または透過した光を少なくとも２つの波長に分光し、これらの波長の光強度を演算することによって得られる評価値に基づいて、前記透明導電膜を評価する太陽電池用透明導電膜評価方法において、
各前記波長の前記光強度を演算することによって得られる前記評価値は、ヘイズ率を用いた場合よりも短絡電流ないし短絡電流密度に対して相関が強い演算式を用いて得られ、
反射または透過した光は、赤、緑および青の三色に分光され、
前記評価値は、前記透明導電膜の組成に応じて予め短絡電流ないし短絡電流密度と赤、緑および青の各光強度との関係を得て、これら赤、緑および青の各光強度から決定された最大値、中央値、最小値を適宜組み合わせた演算式から得られることを特徴とする太陽電池用透明導電膜評価方法。
前記透明導電膜に照射する光は、白色光とされることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用透明導電膜評価方法。
前記評価値は、赤、緑および青の三色に分光されたそれぞれの光強度のうちで２番目に大きな値を、これら三色のうちで最も大きな値で除した値とされていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池用透明導電膜評価方法。
請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池用透明導電膜評価方法によって評価された透明導電膜を備えていることを特徴とする太陽電池。
透明導電膜に光を照射する光照射手段と、
前記透明導電膜で反射または透過した光を少なくとも２つの波長に分光する分光手段と、
これら分光された光の強度を演算して前記透明導電膜の評価値を算出する評価値算出手段と、
前記評価値算出手段で算出された評価値に基づいて、前記透明導電膜を評価する評価手段と、
を備えている太陽電池用透明導電膜評価装置において、
各前記波長の前記光強度を演算することによって得られる前記評価値は、ヘイズ率を用いた場合よりも短絡電流ないし短絡電流密度に対して相関が強い演算式を用いて得られ、
反射または透過した光は、赤、緑および青の三色に分光され、
前記評価値は、前記透明導電膜の組成に応じて予め短絡電流ないし短絡電流密度と赤、緑および青の各光強度との関係を得て、これら赤、緑および青の各光強度から決定された最大値、中央値、最小値を適宜組み合わせた演算式から得られることを特徴とする太陽電池用透明導電膜評価装置。