JP5011486B2 - 太陽電池素子の検査方法及び検査装置 - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池素子の検査方法及び検査装置に関するものである。
太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製されるものが多く、一般的に、物理的衝撃に弱く、雨などの野外環境から保護する必要がある。
また、太陽電池素子の１枚では電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を接続導線で直列又は並列に電気的に接続して成る太陽電池モジュールとして用いることが通常行われている（例えば特許文献１又は特許文献２参照）。
ここで、太陽電池素子の接続状態を検査するために、接続導線をハンダ付けした太陽電池素子を金属製の検査台上に載置し、この金属製検査台上方に配置したカメラにより太陽電池素子の画像を撮影し、この画像により接続導線が太陽電池素子のバスバー電極上からはみ出すことなく所定の位置にハンダ付けされているかの自動検査を行うことが省力化のため望ましい。
しかしながら、接続導線を接続した太陽電池素子を金属製検査台上に載置し、画像検査を行う場合、接続導線の表面は上述のようにハンダコートを行っているため金属光沢を示すので、金属製検査台表面の金属光沢と判別がつきにくく、正確な画像検査を行うことが難しいという問題があった。
この対策として、金属製検査台の太陽電池素子を載置する面にフッ素樹脂などの樹脂膜をコーティングし、金属製検査台表面の金属光沢を無くすることが考えられる。
特開２００４−２４７５９７号公報
特開２００５−２４３８３７号公報
しかしながら、接続導線を取り付ける際、太陽電池素子の温度は２３０℃近傍と高く、このような太陽電池素子を大量に連続して処理した場合、フッ素樹脂などの樹脂膜をコーティングされた検査台では、この樹脂膜が劣化変質し、コーティングがすぐに剥がれてしまうという問題があった。
特に、最近の太陽電池モジュールでは、環境面への配慮から使用するハンダに鉛が実質的に含まれないものを使用するものが増えており、この鉛が実質的に含まれないハンダを使用した場合では、そのハンダの物性からハンダ付け温度が高くなるため、この樹脂膜のコーティング剥がれが早いものとなってしまう。
本発明は係る問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、太陽電池素子の画像検査に適した方法及び装置を提供することにある。
本発明の太陽電池素子の検査方法は、ハンダ被覆した接続導線が取付けられた太陽電池素子を準備する工程と、前記太陽電池素子を、表面の最大高さが０．１〜３μｍである粗面状を成す金属基台上に載置する工程と、前記接続導線の取付け部を、画像処理装置を用いて検査する工程と、を具備するものである。
また、前記金属基台の粗面化は、ブラスト加工法により行われることが好ましい。
さらに、前記金属基台は搬送ベルトであることが好ましい。
また本発明の太陽電池素子の検査装置は、ハンダ被覆した接続導線が取付けられた太陽電池素子を載置する金属基台と、前記太陽電池素子の上方に位置し、前記接続導線の取付け部を検査する画像処理装置と、を具備する太陽電池素子の検査装置であって、前記金属基台の表面は、最大高さが０．１〜３μｍの粗面状を成すことを特徴とするものである。
本発明の太陽電池素子の検査方法は、ハンダ被覆した接続導線が取付けられた太陽電池素子を準備する工程と、前記太陽電池素子を、表面の最大高さが０．１〜３μｍである粗面状を成す金属基台上に載置する工程と、前記接続導線の取付け部を、画像処理装置を用いて検査する工程とを具備することから、金属基台の金属光沢が低減されて、ハンダの光沢とのコントラストが向上するため、画像検査の精度を高めることが可能となる。
また金属基台の粗面化は、ブラスト加工法により行われることによって、金属基台の表面状態を画像検査に最適な状態にすることができ、上述のコントラストをより向上させることができる。
さらに金属基台は搬送ベルトとして用いられることにより、独立した金属基台を設ける必要が無く、生産性の向上および装置の小型化・簡素化が可能となる。
また本発明の太陽電池素子の検査装置は、ハンダ被覆した接続導線が取付けられた太陽電池素子を載置する金属基台と、前記太陽電池素子の上方に位置し、前記接続導線の取付け部を検査する画像処理装置とを具備するものであって、前記金属基台の表面は、最大高さが０．１〜３μｍの粗面状を成すことから、金属基台の金属光沢が低減されて、ハンダの光沢とのコントラストが向上するため、画像検査の精度を高めることが可能となる。
以下、本発明の一実施形態について添付図面を用いて詳細に説明する。
＜太陽電池素子の準備工程＞
まず、図１に示すような太陽電池素子を準備する。
まず、図１に示すような太陽電池素子を準備する。
図１は、本発明の太陽電池素子の検査方法、特に接続導線を取り付ける前の太陽電池素子を示す平面図である。以下、各構成要素について説明する。
太陽電池素子１は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いて作られている。その内部には、ボロンなどのＰ型不純物を多く含んだP層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰN接合（不図示）が形成されている。
また、太陽電池素子１の表面には窒化シリコンなどで反射防止膜（不図示）が形成され、さらにその上にバスバー電極３とフィンガー電極４が形成されている。
このバスバー電極３とフィンガー電極４は、銀ペーストなどをスクリーン印刷することなどにより形成される。フィンガー電極４は、幅０．１〜０．２ｍｍ程度で、太陽電池素子１の辺に平行に、光生成キャリヤーを収集するため多数本形成され、バスバー電極３は、収集されたキャリヤーを集電し、接続導線を取り付けるために幅1〜２ｍｍ程度で、フィンガー電極４と垂直に交わるように２〜３本程度形成される。ここで、バスバー電極３の表面は、その保護と接続導線を取り付けやすくするために、そのほぼ全面にわたりハンダコートしても良い。
このようなバスバー電極３とフィンガー電極４は、太陽電池素子１の裏面（非受光面）側にも同様に形成されている。なお、太陽電池素子１の裏面側には、その発電効率向上のために、アルミニウム等のＰ型不純物を高濃度でドープしたＰ＋層が形成される。
＜接続導線の取付け工程＞
次に、上記太陽電池素子に対して、ハンダ被覆された接続導線を取り付ける。
次に、上記太陽電池素子に対して、ハンダ被覆された接続導線を取り付ける。
接続導線２は、太陽電池素子同士を互いに電気的に接続するものであり、銅などの低抵抗の金属箔をリボン状に切断し、この表面全面にハンダコートを施し、これを適当な長さに切断して用いている。
図２（ａ）は太陽電池素子への接続導線の取付け工程を説明するための概略断面図であり、（ｂ）は太陽電池素子に接続導線を取り付けた状態を示した平面図である。
まず、接続導線２の太陽電池素子１上のバスバー電極３への取り付けは、作業ステージ９上の搬送ベルトの上に載置された太陽電池素子１のバスバー電極３の上へ接続導線２を持ってくる。
その後、押しつけピン８を下ろし、接続導線２をバスバー電極３に押しつける。それと同時にノズル７から、４００から５００℃程度の熱風を数秒、上記の押しつけピン８で接続導線２をバスバー電極３に押しつけている部分に吹き付け、接続導線２のハンダとバスバー電極３のハンダを融かし両者を接合する。
その後、ハンダが固化したら、押しつけピン８を上げる。
この様にして、太陽電池素子１の受光面側と裏面側のバスバー電極にそれぞれ接続導線をハンダ付けする。図２（ｂ）は太陽電池素子に接続導線を取り付けた状態を示した平面図である。
ここで、熱風吹き出しノズル７は、直径３〜１０ｍｍ程度のステンレスパイプなどで作製され、一端は、吹き出される熱風が太陽電池素子１に当たるように太陽電池素子１のバスバー電極３の斜め上方に配置され、他端は熱風の発生装置に繋がれている。またこの熱風吹き出しノズル７の熱風吹き出し部付近には熱電対などの温度センサー（不図示）が配置され、熱風の温度が所定の温度になるように制御されている。
また、押しつけピン８は、ハンダ付け時に接続導線が動かぬ様に接続導線をバスバー電極表面に押しつけ固定するものであり、エアーシリンダーなどで上下に駆動するようになっている。
＜太陽電池素子の金属基台への載置工程＞
次に、上記の接続導線が取付けられた太陽電池素子を、表面が粗面状を成す金属基台上に載置する。
次に、上記の接続導線が取付けられた太陽電池素子を、表面が粗面状を成す金属基台上に載置する。
図３は本発明の太陽電池素子の検査方法を説明するための図であり、（ａ）は金属基台上への太陽電池素子の載置工程、（ｂ）は（ａ）の金属基台を示す斜視図である。
金属基台（検査台）１７は、接続導線を取り付けた後の高温の太陽電池素子を繰り返し載置するものであるため、例えばステンレス、アルミニウム、銅又は鉄などの金属で作製することができ、特に接続導線２のハンダが付着しないようにするためステンレスを用いることが望ましい。
ここで、本発明は、金属製検査台１７の太陽電池素子１が載置されている面側の表面が粗面化されていることを特徴とする。
粗面化とは、塩酸などの酸処理やサンドペーパーで表面を荒らすこと、またはブラスト加工法などで表面に微細な凹凸を形成することを含む概念である。特にブラスト加工法では、大面積の検査台１７でも上記の画像検査に最適な粗面化を確実に簡単、安価に行うことができることから好ましい。
このブラスト処理は、例えば＃２４０のジルコニアの粉体を２〜７ｋｇ／ｃｍ２ほどの圧力で、ほぼ直角に金属製検査台１７に吹き付ける事で行われる。これにより金属製検査台１７の表面は、微細な凹凸が形成されて粗面化される。この粗面化された金属製検査台１７の表面状態は、Ｖｅｅｃｏ社製触針式表面形状測定装置Ｄｅｋｔａｋ８０００で調べたところ、その凹凸の最大高さ（Ｒｍａｘ）は、０．１〜３μｍ程度である。
接続導線２ａ、２ｂをハンダ付けした後の太陽電池素子１を、金属製検査台１７の粗面化表面に載置して後述の画像検査を行った場合、金属製検査台１７の表面に形成された微細な凹凸のために金属製検査台１７の光の反射が変わり、接続導線２ａ、２ｂと金属製検査台１７のコントラストが向上し、検査での誤りが無くなる。さらに、金属製検査台１７の表面を直接粗面化加工しているため、耐久性が良く、熱や磨耗による劣化や剥がれが全く無い。
＜接続導線の取付け部についての検査工程＞
次に、接続導線の取付け部を、画像処理装置を用いて検査する。
次に、接続導線の取付け部を、画像処理装置を用いて検査する。
図４（ａ）は、本発明の太陽電池素子の検査方法、特に接続導線の取付け部の検査工程を説明するための模式図であり、（ｂ）は特に画像処理装置のカメラから見た太陽電池素子を示す平面図である。
画像処理装置２０は、カメラ２１と画像を解析するコンピューター２２と検査結果を出力するディスプレー２３からなっている。
本発明に係る画像処理装置２０は、２次元撮像装置としてのカメラ２１の映像をＡ／Ｄ変換して得た濃淡の多値画像に基づいて、接続導線２ａ、２ｂがバスバー電極３の所定の位置にハンダ付けされているかを検出するものである。即ち、上記多値画像を、太陽電池素子１のバスバー電極３と接続導線２ａ、２ｂの位置を示す濃淡レベルに対応した閾値を設けて２値化することで、バスバー電極３と接続導線２ａ、２ｂを２値化画像として抽出し、その２値化画像と予め定めておいた基準画像とをコンピューター２２を用いて比較することにより異常の有無を検出するものである。すなわち、画像検査部１５ｂにおける接続導線２ａ、２ｂを認識し、さらに画像検査部１５ａ、１５ｃにおける接続導線２ａ、２ｂの他端部を認識し、この三つの画像検査部１５ａ、１５ｂ、１５ｃの接続導線の位置が予め定められた範囲の位置にあることを判断する。
本発明によれば、特に金属製検査代１７の表面を粗面化していることから、接続導線２ａ、２ｂをハンダ付けした後の太陽電池素子１を上述の金属製検査台１７上に載置し、上記の画像検査を行った場合、微細な凹凸のために金属製検査台１７の光の反射が変わって、接続導線２ａ、２ｂのハンダと金属製検査台１７の粗面とのコントラストが明確になり、検査での精度が向上する。
＜太陽電池モジュールの形成工程＞
次に、上記検査工程を経た複数の太陽電池素子を接続などして太陽電池モジュールを形成する。
次に、上記検査工程を経た複数の太陽電池素子を接続などして太陽電池モジュールを形成する。
図５は、本発明の太陽電池素子の検査方法を経て得られた太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
まず、図２（ｂ）に示すように接続導線２を太陽電池素子１の受光面と裏面のバスバー電極上にハンダ付けすることにより取り付け、この接続導線２の他端部をさらに隣接する太陽電池素子に取り付けることにより太陽電池素子同士を電気的に接続する。
次に、透光性基板２５上に受光面側充填材２６を置き、さらにその上に接続導線２により接続した太陽電池素子１を置く。さらにその上に裏面側充填材２７、裏面シート２８を順次積層する。
このような状態にして、ラミネーターにセットし、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間加熱することにより、これらが一体化し太陽電池パネルが出来上がる。この太陽電池パネルの外周部にモジュール枠を嵌め込み、その角部をビスなどで固定して太陽電池モジュールが完成する。
ここで、透光性基板２５としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ガラス板ついては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用される。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。
受光面側充填材２６及び裏面側充填材２７は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。
ＥＶＡやＰＶＢは、酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させることがあるが、本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法における受光面側充填材２２においては、着色させると太陽電池素子に入射する光量が減少し、発電効率が低下するため透明とする。
また、裏面側充填材２７に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わないし、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ酸化チタンや顔料等を含有させ白色等に着色させても構わない。
裏面シート２８は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜修正及び変更を加えることができる。
上述した実施形態においては検査台を用いたが、それに代えて、工程間の移動に用いる搬送ベルトに検査台の機能を兼ねるようにしても良い。即ち、搬送ベルト１８表面を粗面化し、この上で画像検査することにより、独立した検査台を設ける必要が無く、装置の小型化、簡素化が可能となり、さらにフッ素樹脂のコーティングのように剥離することが無いので長寿命で、搬送ベルトを頻繁に交換することがなくなる。
図６は、本発明の太陽電池素子の検査方法の他の実施形態、特に上述の金属基台を搬送ベルトとして用いた例を説明するための模式図である。
搬送ベルト１８は、厚さ０．０５〜０．３ｍｍ程度のステンレスなどで作製された金属製のベルトであり、その両端は溶接などで接続され、サーボモーターなどがつながれた二つの駆動ドラム（不図示）により支持台１９上を一定方向に動いている。その幅は太陽電池素子１が全て載置されるように太陽電池素子１の大きさ以上にしても良く、また複数のベルトで太陽電池素子１を搬送するようにしても良い。例えば１５０ｍｍ角の太陽電池素子の場合では、搬送ベルト１８の幅は、１５０〜１６０ｍｍ程度にして１枚のベルトで搬送するようにしても良いし、また１０〜５０ｍｍ程度の複数本のベルトを間隔を空けて配置するようにしても良い。
ここで、搬送ベルト１８の太陽電池素子１の載置される面は、上述のようにブラスト処理などにより粗面化されている。このブラスト処理は、発明者らが繰り返し行ったテストでは、＃２４０のジルコニアの粉体を２Ｋｇ／ｃｍ以上、４ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で、ほぼ直角に搬送ベルト１８に吹き付ける事で行うことが最適である。この圧力が４ｋｇ／ｃｍ２を超えると上記厚みの搬送ベルト１８は変形して、水平に太陽電池素子１を載置することができなくなり、画像検査が正確にでき無くなり、また２Ｋｇ／ｃｍ未満では粗面化が不十分となって、接続導線２と搬送ベルト表面のコントラストが不明確になり、画像検査が正確にでき無くなるためである。
その他、太陽電池素子は接続導線を用いて接続するものであれば、単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池などでも適用可能である。
また、ハンダ付けに使用するハンダは、錫−鉛の共晶ハンダ等の他鉛フリーハンダでも実施可能である。
１；太陽電池素子
２；接続導線
３；バスバー電極
４；フィンガー電極
７；熱風吹き出しノズル
８；押しつけピン
９；作業ステージ
１５；主たる画像検査部
１７；金属基台（検査台）
１８；金属基台（搬送ベルト）
１９；支持台
２０；画像処理装置
２１；カメラ
２２；コンピューター
２３；ディスプレー
２５；透光性基板
２６；受光面側充填材
２７；裏面側充填材
２８；裏面シート
２；接続導線
３；バスバー電極
４；フィンガー電極
７；熱風吹き出しノズル
８；押しつけピン
９；作業ステージ
１５；主たる画像検査部
１７；金属基台（検査台）
１８；金属基台（搬送ベルト）
１９；支持台
２０；画像処理装置
２１；カメラ
２２；コンピューター
２３；ディスプレー
２５；透光性基板
２６；受光面側充填材
２７；裏面側充填材
２８；裏面シート
Claims (4)
- ハンダ被覆した接続導線が取付けられた太陽電池素子を準備する工程と、
前記太陽電池素子を、表面の最大高さが０．１〜３μｍである粗面状を成す金属基台上に載置する工程と、
前記接続導線の取付け部を、画像処理装置を用いて検査する工程と、を具備する太陽電池素子の検査方法。 - 前記金属基台の粗面化は、ブラスト加工法により行われることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の検査方法。
- 前記金属基台は搬送ベルトであることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子の検査方法。
- ハンダ被覆した接続導線が取付けられた太陽電池素子を載置する金属基台と、
前記太陽電池素子の上方に位置し、前記接続導線の取付け部を検査する画像処理装置と、を具備する太陽電池素子の検査装置であって、
前記金属基台の表面は、最大高さが０．１〜３μｍの粗面状を成すことを特徴とする太陽電池素子の検査装置。
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