JP5826110B2 - 太陽電池セル特性評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のプローブピンを用いて太陽電池セルの特性を測定する太陽電池セル特性評価装置に関するものである。

太陽電池セル特性評価装置での太陽電池セル特性の測定は、エミッタ電極およびベース電極のそれぞれにプローブピンを押し当てて接触させた状態で、エミッタ電極側から自然太陽光を模擬した人工太陽光を照射し太陽電池セルの発電出力の電圧と電流を測定する構成になっている。

このような太陽電池セル特性の測定において、各電極に押し当てるプローブピンは、測定回数の増加や不良の太陽電池セルの測定によって、プローブピン先端の摩耗やプローブピン先端への異物付着、プローブピン内部の摩耗などの理由から劣化する。このようなプローブピンの劣化に伴い、プローブピンと各電極との間の接触抵抗が変動することで、太陽電池セル特性の測定ばらつきが増加し、太陽電池セル特性の測定を正確に実施できない場合が起こる。

このようなプローブピンの劣化に伴う誤測定の問題に対しては、例えば特許文献１で開示されているように、プローブピンを複数個所備えた回路基板検査装置において、回路基板を異なるプローブピンで１回ずつ検査し、検査結果が「不良」、「良」と異なる結果が出た場合に、「不良」と判断したプローブピンが劣化していると判断し、プローブピンの交換を実施するとしている。

特開２００８−２４１５６８号公報

しかし、プローブピンを複数備えた回路基板検査装置での複数回検査では、プローブピンの使用本数増加や装置の巨大化、タクトタイムの増加などが考えられる。また、太陽電池セル特性の測定のように複数本のプローブピンを用いた測定においては、どのプローブピンが劣化しているのかはすぐにはわからず、問題の解決には至らない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、劣化したプローブピンの使用を抑制可能とすることで、太陽電池セル特性の正確な測定を安定して行うことを可能にする太陽電池セル特性評価装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定プローブユニットが備える複数のプローブピンを、前記測定プローブユニットに設定された太陽電池セルのエミッタ電極およびベース電極に１対１の関係で押し当てて接触させ前記太陽電池セルの特性を測定するセル特性測定回路と、前記測定プローブユニットが備える複数のプローブピンを、前記測定プローブユニットに設定された抵抗値既知の接触抵抗測定用基板に接触させ前記複数のプローブピンの合計接触抵抗値を測定する接触抵抗測定回路と、前記セル特性測定回路と前記接触抵抗測定回路とを切り替えて動作させる測定切替回路とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、プローブピンの劣化を検知できる。したがって、測定値が規格値を外れた場合に、ユーザに交換を促す、或いは、プローブピンのストローク量を増加させ接触の確実化を図るなどの措置を講ずることができるので、劣化したプローブピンの使用を抑制することができ、太陽電池セル特性の正確な測定を安定して行うことを可能にする太陽電池セル特性評価装置が得られるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１による太陽電池セル特性評価装置の構成を示す回路図である。 図２は、図１に示す太陽電池セル特性評価装置において切替形成される太陽電池セル特性測定時の回路図である。 図３は、図１に示す太陽電池セル特性評価装置において切替形成されるプローブピン接触抵抗測定時の回路図である。 図４は、本発明の実施の形態２による太陽電池セル特性評価装置における接触抵抗測定時の構成を示す回路図である。 図５は、図４に示す接触抵抗測定用基板ユニットの構成を示す断面図である。 図６は、太陽電池セルのエミッタ電極に押し当てるプローブピンの接触抵抗測定時の回路図である。 図７は、太陽電池セルのベース電極に押し当てるプローブピンの接触抵抗測定時の回路図である。 図８は、本発明の実施の形態３による太陽電池セル特性評価装置における接触抵抗測定時の構成を示す回路図である。 図９は、図８に示す接触抵抗測定用基板ユニットの構成を示す断面図である。 図１０は、１本のプローブピンの接触抵抗測定時の回路図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池セル特性評価装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による太陽電池セル特性評価装置の構成を示す回路図である。図２は、図１に示す太陽電池セル特性評価装置において切替形成される太陽電池セル特性測定時の回路図である。図３は、図１に示す太陽電池セル特性評価装置において切替形成されるプローブピン接触抵抗測定時の回路図である。

図２では、太陽電池セル特性の測定を行う場合の構成が示されている。太陽電池セル特性の測定は、図２に示すように、太陽電池セル１の各エミッタ電極１ａに各一端を接触させた４個のプローブピン２ａの各他端と、各ベース電極１ｂに各一端を接触させた４個のプローブピン３ａの各他端との間に共通の電圧計４を接続し、同様に、エミッタ電極１ａに各一端を接触させた４個のプローブピン２ｂの各他端とベース電極１ｂに各一端を接触させた４個のプローブピン３ｂの各他端との間に共通の電流計５を接続することにより行われる。

上記した太陽電池セル特性の測定は、図示しない太陽電池セル測定プローブユニットを用いて行われる。この太陽電池セル測定プローブユニットは、エミッタ電極用測定プローブユニットとベース電極用測定プローブユニットとで構成されている。図２に示す例で言えば、エミッタ電極用測定プローブユニットは、８個のプローブピン２ａ，２ｂと、８個のプローブピン２ａ，２ｂのそれぞれを対応する太陽電池セル１のエミッタ電極１ａに接触させて保持するためのプローブホルダとを備えている。ベース電極用測定プローブユニットは、８個のプローブピン３ａ，３ｂと、８個のプローブピン３ａ，３ｂのそれぞれを対応する太陽電池セル１のベース電極１ｂに接触させて保持するためのプローブホルダとを備えている。

図１に示すように、この実施の形態１による太陽電池セル特性評価装置は、太陽電池セル特性の測定と、プローブピン接触抵抗の測定とを切り替えて行えるように、太陽電池セル測定プローブユニットのエミッタ電極用プローブユニット６のプローブピン２ａ，２ｂおよびベース電極用プローブユニット７のプローブピン３ａ，３ｂと、電圧計４および電流計５との間に、接触抵抗測定用の電源８と、接触抵抗測定用の電圧計切替スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃと、太陽電池セル測定用の電圧計切替スイッチ１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、接触抵抗測定用基板１１（図３参照）とを追加して設けた。

すなわち、太陽電池セルの特性測定時は、太陽電池セル測定プローブユニットに太陽電池セル１をセットし、エミッタ電極用プローブユニット６のプローブピン２ａ，２ｂをエミッタ電極に接触させ、ベース電極用プローブユニット７のプローブピン３ａ，３ｂをベース電極に接触させた状態にしておいて、電圧計切替スイッチ９ａ〜９ｃを開路させ、電圧計切替スイッチ１０ａ〜１０ｃを閉路させる。すると、図２に示す測定回路が形成される。

また、プローブピンの接触抵抗測定時は、図３に示すように、太陽電池セル測定プローブユニットにおいて、太陽電池セル１に代えて接触抵抗測定用基板１１をセットし、エミッタ電極用プローブユニット６の全てのプローブピン２ｂおよびベース電極用プローブユニット７の全てのプローブピン３ｂを接触抵抗測定用基板１１に接触させた状態にしておいて、電圧計切替スイッチ９ａ〜９ｃを閉路させ、電圧計切替スイッチ１０ａ〜１０ｃを開路させる。

そうすると、図３に示すように、エミッタ電極用プローブユニット６の４個のプローブピン２ｂとベース電極用プローブユニット７の４個のプローブピン３ｂとの間に、接触抵抗測定用の電源８と電流計５との直列回路と、電圧計４とが並列に接続される。接触抵抗測定用基板１１の抵抗値は予め分かっているので、電圧値Ｖと電流値Ｉとを測定取得することで、エミッタ電極用プローブユニット６の４個のプローブピン２ｂおよびベース電極用プローブユニット７の４個のプローブピン３ｂ全体の接触抵抗値ＲがＲ＝Ｖ／Ｉとして求められる。なお、エミッタ電極用プローブユニット６の４個のプローブピン２ａおよびベース電極用プローブユニット７の４個のプローブピン３ａ全体の接触抵抗値は、この測定結果から推定する。

このように、実施の形態１によれば、エミッタ電極用プローブユニット６およびベース電極用プローブユニット７が備える全てのプローブピンの合計接触抵抗値が一括して求められる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による太陽電池セル特性評価装置における接触抵抗測定時の構成を示す回路図である。図５は、図４に示す接触抵抗測定用基板ユニットの構成を示す断面図である。図６は、太陽電池セルのエミッタ電極に押し当てるプローブピンの接触抵抗測定時の回路図である。図７は、太陽電池セルのベース電極に押し当てるプローブピンの接触抵抗測定時の回路図である。

図４において、この実施の形態２による接触抵抗測定時の構成は、図１（実施の形態１）に示した構成において、接触抵抗測定用基板ユニット１２と、エミッタ電極用プローブユニット６側の接触抵抗測定切替スイッチ１３ａ，１３ｂと、ベース電極用プローブユニット７側の接触抵抗測定切替スイッチ１４ａ，１４ｂとが追加されている。

図５に示すように、接触抵抗測定用基板ユニット１２は、エミッタ電極用プローブユニット６のプローブピンを押し当てて接触させる抵抗値が既知である基板１５ａと、ベース電極用プローブユニット７のプローブピンを押し当てて接触させる抵抗値が既知である基板１５ｂと、基板１５ａ，１５ｂの間に介在させ絶縁物１６とで構成され、基板１５ａ，１５ｂの一端側に配線１７ａ，１７ｂが設けられている。配線１７ａは、基板１５ｂの一端と接触抵抗測定切替スイッチ１４ｂとを接続する配線である。配線１７ｂは、基板１５ａの一端と接触抵抗測定切替スイッチ１３ｂとを接続する配線である。

この構成により、太陽電池セル測定プローブユニットに接触抵抗測定用基板ユニット１２をセットすることにより、エミッタ電極用プローブユニット６の全プローブピン２ｂの合計接触抵抗値と、ベース電極用プローブユニット７の全プローブピン３ｂの合計接触抵抗値とが個別に測定取得される。

すなわち、エミッタ電極用プローブユニット６のプローブピンの接触抵抗を求める場合は、プローブピン２ｂを基板１５ａに接触させ、電圧計切替スイッチ９ａ〜９ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１３ａ，１３ｂとを閉路し、電圧計切替スイッチ１０ａ〜１０ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１４ａ，１４ｂとを開路する。そうすると、図６に示す測定回路が形成され、電圧計４と電流計５との測定値からＲ＝Ｖ／Ｉを求めることで、エミッタ電極用プローブユニット６の全プローブピン２ｂの合計接触抵抗値を一括測定する。

また、ベース電極用プローブユニット７のプローブピンの接触抵抗を求める場合は、プローブピン３ｂを基板１５ｂに接触させ、電圧計切替スイッチ１０ａ〜１０ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１４ａ，１４ｂとを閉路し、電圧計切替スイッチ９ａ〜９ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１３ａ，１３ｂとを開路する。そうすると、図７に示す測定回路が形成され、電圧計４と電流計５の測定値からＲ＝Ｖ／Ｉを求めることで、ベース電極用プローブユニット６の全プローブピン３ｂの合計接触抵抗値を一括測定する。

そして、エミッタ電極用プローブユニット６が備える全てのプローブピン２ａの合計接触抵抗値は、求められたプローブピン２ｂの合計接触抵抗値から推定する。また、ベース電極用プローブユニット７が備える全てのプローブピン３ａの合計接触抵抗値は、求められたプローブピン３ｂの合計接触抵抗値から推定する。

このように、実施の形態２によれば、エミッタ電極用プローブユニット６が備える全てのプローブピンの合計接触抵抗値と、ベース電極用プローブユニット７が備える全てのプローブピンの合計接触抵抗値とが個別に一括して求められる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３による太陽電池セル特性評価装置における接触抵抗測定時の構成を示す回路図である。図９は、図８に示す接触抵抗測定用基板ユニットの構成を示す断面図である。図１０は、１本のプローブピンの接触抵抗測定時の回路図である。

図８において、この実施の形態３による接触抵抗測定時の構成は、図４（実施の形態２）に示した構成において、接触抵抗測定用基板ユニット１２に代えて、接触抵抗測定ユニット１８が設けられている。接触抵抗測定ユニット１８は、接触抵抗測定用基板ユニット１９と、測定切替スイッチ群２０とで構成される。

図９に示すように、接触抵抗測定用基板ユニット１９は、エミッタ電極用プローブユニット６の全組のプローブピン（図示例では４組のプローブピン（２ａ，２ｂ））と１対１対応で設けられる４個の基板２１ａと、ベース電極用プローブユニット７の全組のプローブピン（図示例では４組のプローブピン（３ａ，３ｂ））と１対１対応で設けられる４個の基板２１ｂとをコ字状の絶縁物枠体２２の対向辺に嵌め込んだ構成になっていて、コ字状の絶縁物枠体２２の対向辺から対向側に臨む基板２１ａ，２１ｂの側端に、測定切替スイッチ群２０の対応する測定切替スイッチの一端と接続するための配線２３ａ，２３ｂが用意されている。

測定切替スイッチ群２０は、図８に示すように、基板２１ａ，２１ｂと同数の測定切替スイッチで構成される。図示例では、エミッタ電極用プローブユニット６側の４個の基板２１ａに一端が接続される４個の測定切替スイッチ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、ベース電極用プローブユニット７側の４個の基板２１ｂに一端が接続される４個の測定切替スイッチ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄとで構成される。４個の測定切替スイッチ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの各他端は共通接続され、同様に４個の測定切替スイッチ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの各他端は共通接続され、それぞれ、接触抵抗測定切替スイッチ１３ｂ、１４ｂの一端に接続されている。

以上の構成において、例えば、エミッタ電極用プローブユニット６の最左端プローブピン２ｂの接触抵抗を測定する場合、電圧計切替スイッチ９ａ，９ｂ，９ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１３ａ，１３ｂとを閉路し、接触抵抗測定切替スイッチ１４ａ，１４ｂを開路した状態で、測定切替スイッチ２４ａを閉路すると、図１０に示す測定回路が形成される。

図１０に示す測定回路において、電圧計４と電流計５を用い、電圧値Ｖと電流値Ｉを測定する。測定された電圧値Ｖを電流値Ｉで除すことで、エミッタ電極用プローブユニット６の最左端プローブピン２ｂ１本の接触抵抗値Ｒを求める。最左端プローブピン２ａの接触抵抗値は、対応する最左端プローブピン２ｂの測定値から推定する。

このとき、エミッタ電極用プローブユニット６の最左端プローブピン２ｂ以外のプローブピンと、ベース電極用プローブユニット７のプローブピンとは、それぞれ対応する基板に接触していても構わない。

このように、エミッタ電極用プローブユニット６のプローブピン２ｂの１本１本を測定する場合には、電圧計切替スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１３ａ，１３ｂとを閉路状態にしたままで、測定切替スイッチ群１９の測定切替スイッチ２４ａから測定切替スイッチ２４ｄまでを順番に切り替え測定していく。プローブピン２ａ個々の接触抵抗値は、対応するプローブピン２ｂ個々の測定値から推定する。

また、ベース電極用プローブユニット７のプローブピン３ｂの１本１本を測定する場合には、電圧計切替スイッチ６ａ，６ｂ，６ｃと接触抵抗測定切替スイッチ１４ａ，１４ｂとを閉路状態にしたままで、測定切替スイッチ群１９の測定切替スイッチ２５ａから測定切替スイッチ２５ｄまでを順番に切り替え、接触抵抗を測定していく。プローブピン３ａ個々の接触抵抗値は、対応するプローブピン３ｂ個々の測定値から推定する。

このように、実施の形態３によれば、エミッタ電極用プローブユニット６が備える全てのプローブピン個々の接触抵抗値と、ベース電極用プローブユニット７が備える全てのプローブピンの個々の接触抵抗値とが個別に求められる。

次に、上記した３つの接触抵抗測定方法により求めた接触抵抗値が、各方法において予め決めておいた接触抵抗値を外れた場合の対処方法としては、２つの方法がある。

第１の方法は、プローブピンの交換を促すメッセージ又はアラームをユーザに示し、プローブピンの交換を促す方法である。ユーザがメッセージ又はアラームに気付いてプローブピンを交換し、太陽電池セル特性の測定を再開することで、接触抵抗値の変動を抑制しつつ、安定した太陽電池セル特性の測定を実施することができる。

第２の方法は、まずプローブピンのストローク量を増加させることで、プローブピンの接触圧を増加させる方法である。プローブピンは、接触圧を上げることで、太陽電池セルの各電極との接触がよくなるため、接触圧を上げた状態で、再度、接触抵抗値を測定し、決められた接触抵抗値以内に入れば、接触圧を上げた状態で太陽電池セル特性の測定を実施する。接触圧を上げた状態であっても決められた規定接触抵抗値から外れた場合には、プローブピンの交換を促すメッセージ又はアラームを出力する。プローブピンの交換を実施することで、安定した太陽電池セル特性の測定を実施することができる。なお、プローブピンの接触圧を増加させるためには、サーボモータ等を用い、プローブピンのストローク量を制御する構造を用いる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池セル特性評価装置は、劣化したプローブピンの使用を抑制可能とすることで、太陽電池セル特性の正確な測定を安定して行うことを可能にする太陽電池セル特性評価装置として有用である。

１ 太陽電池セル
１ａ エミッタ電極
１ｂ ベース電極
２ａ，２ｂ プローブピン（エミッタ電極用）
３ａ，３ｂ プローブピン（ベース電極用）
４ 電圧計
５ 電流計
６ 太陽電池セル測定プローブユニットのエミッタ電極用プローブユニット
７ 太陽電池セル測定プローブユニットのベース電極用プローブユニット
８ 接触抵抗測定用の電源
９ａ，９ｂ，９ｃ 接触抵抗測定用の電圧計切替スイッチ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 太陽電池セル測定用の電圧計切替スイッチ
１１ 接触抵抗測定用基板
１２ 接触抵抗測定用基板ユニット
１３ａ，１３ｂ エミッタ電極用プローブユニット側の接触抵抗測定切替スイッチ
１４ａ，１４ｂ ベース電極用プローブユニット側の接触抵抗測定切替スイッチ
１５ａ，１５ｂ 基板
１６ 絶縁物
１７ａ，１７ｂ 配線
１８ 接触抵抗測定ユニット
１９ 接触抵抗測定用基板ユニット
２０ 測定切替スイッチ群
２１ａ，２１ｂ 基板
２２ コ字状の絶縁物枠体
２３ａ，２３ｂ 配線
２４ａ〜２４ｄ，２５ａ〜２５ｄ 測定切替スイッチ

Claims (4)

1. 測定プローブユニットが備える複数のプローブピンを、前記測定プローブユニットに設定された太陽電池セルのエミッタ電極およびベース電極に１対１の関係で押し当てて接触させ前記太陽電池セルの特性を測定するセル特性測定回路と、
   前記測定プローブユニットに設定された抵抗値既知の接触抵抗測定用基板に、前記測定プローブユニットが備える複数のプローブピンが接触した状態で、前記複数のプローブピンの合計接触抵抗値を測定する接触抵抗測定回路と、
   接触抵抗測定用の電圧計スイッチの開閉と太陽電池セル測定用の電圧計切替スイッチの開閉とを切り替えることにより、前記セル特性測定回路と前記接触抵抗測定回路とを切り替えて動作させる測定切替回路と
   を備えたことを特徴とする太陽電池セル特性評価装置。
2. 測定プローブユニットが備える複数のプローブピンを、前記測定プローブユニットに設定された太陽電池セルのエミッタ電極およびベース電極に１対１の関係で押し当てて接触させ前記太陽電池セルの特性を測定するセル特性測定回路と、
   前記エミッタ電極用プローブユニットに設定された抵抗値既知の第１の接触抵抗測定用基板に、前記測定プローブユニットのエミッタ電極用プローブユニットが備える複数のプローブピンが接触した状態で、前記エミッタ電極用プローブユニットが備える複数のプローブピンの合計接触抵抗値を測定する第１の接触抵抗測定回路と、
   前記ベース電極用プローブユニットに設定された抵抗値既知の第２の接触抵抗測定用基板に、前記測定プローブユニットのベース電極用プローブユニットが備える複数のプローブピンが接触した状態で、前記ベース電極用プローブユニットが備える複数のプローブピンの合計接触抵抗値を測定する第２の接触抵抗測定回路と、
   接触抵抗測定用の電圧計スイッチの開閉と太陽電池セル測定用の電圧計切替スイッチの開閉とを切り替えることにより、前記セル特性測定回路と前記第１および第２の接触抵抗測定回路とを切り替えて動作させる測定切替回路と
   を備えたことを特徴とする太陽電池セル特性評価装置。
3. 測定プローブユニットが備える複数のプローブピンを、前記測定プローブユニットに設定された太陽電池セルのエミッタ電極およびベース電極に１対１の関係で押し当てて接触させ前記太陽電池セルの特性を測定するセル特性測定回路と、
   前記測定プローブユニットに前記測定プローブユニットが備える複数のプローブピンと１対１の関係で互いの絶縁を保って設定された複数の抵抗値既知単独接触抵抗測定用基板に、前記測定プローブユニットが備える複数のプローブピンが接触した状態で、前記測定プローブユニットが備える複数のプローブピン個々の接触抵抗値を測定する個別接触抵抗測定回路と、
   接触抵抗測定用の電圧計スイッチの開閉と太陽電池セル測定用の電圧計切替スイッチの開閉とを切り替えることにより、前記セル特性測定回路と前記個別接触抵抗測定回路とを切り替えて動作させる測定切替回路とを備ることを特徴とする太陽電池セル特性評価装置。
4. 前記接触抵抗値の測定において、測定された接触抵抗値が規定値を外れた場合にその外れ量に応じてプローブピンのストローク量を増加させ、接触抵抗値の変動を抑制する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の太陽電池セル特性評価装置。

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