JP6054210B2 - 太陽電池の欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池の欠陥検査装置に関する。

近年、エネルギー問題や環境意識の高まりから、太陽電池の技術開発が急速に進められている。太陽エネルギーを有効に利用するため、太陽電池そのものの性能を検査し、欠陥のある太陽電池やその欠陥部位を製造工程で特定し、太陽電池の開発や製造に反映させることは重要である。

従来、太陽電池の検査方法としては、太陽電池受光面に発光ダイオードやレーザなどの指向性の強い光源からの光（光ビーム）を局所的に照射し、起電流成分に基づいて欠陥や不良を検査する方法が知られている。特許文献１は、そのような検査装置の一例である。

太陽電池を検査装置で検査し、その結果を、表示装置に画像として表示することも有用である。この場合には、前記光ビームによる太陽電池（セル）の走査（検査）開始を的確に知得することが要求される。
特許公報第５０１５３４１号

上述のように、光ビームによる太陽電池セルの走査開始時刻を的確に知得する必要が有る。この知得のために各種の手段を用いることが考えられるが、そのいずれの場合においても、必ずしも的確に走査開始時刻を知得できるとは言いがたかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的は、太陽電池を光ビームで検査するに当たり、光ビームが太陽電池（セル）の検査を開始する時刻を的確に把握して、例えば、検査結果を表示装置に画像として正確に表示したりすることができるようにすることにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、
複数の太陽電池セルが直列に接続されたストリングを有する太陽電池の欠陥を検査する太陽電池の欠陥検査装置であって、
検査対象とする前記ストリングをセットした状態において前記ストリングの少なくとも一端側に位置し且つ受光面を矩形とした感光素子を有するスタートセンサと、光ビームを射出する主光源と、を備え、前記主光源を主走査手段により前記ストリングの幅方向に沿って往復偏向させて前記光ビームに往復走査させる主走査を行わせると共に、前記主光源を副走査手段により長手方向へ移動させて前記光ビームに副走査を行わせ、前記主走査と前記副走査の協働によって前記光ビームにより前記スタートセンサと前記太陽電池セルとを連続的に走査させて主副走査を実行する、検査ユニットと、
前記スタートセンサからのセンサ出力に基づいて、前記光ビームの実駆動周波数、前記光ビームが最大振幅点に至る時刻、及び、前記光ビームによる前記ストリングの走査開始点を検出し、前記各太陽電池セルから出力される発電信号に基づいて、前記各太陽電池セルの形状との関係で前記各太陽電池セルの発電特性を示す画像データを演算する、画像処理装置と、
前記画像処理装置からの前記画像データを表示する表示装置と、
を備えるものとして構成される。

さらに、本発明は、
複数の太陽電池セルが直列に接続されたストリングを有する太陽電池の欠陥を検査する太陽電池の欠陥検査装置であって、
検査対象とする前記ストリングをセットした状態において前記ストリングの少なくとも一端側に位置するスタートセンサと、光ビームを射出する主光源と、を備え、前記主光源を主走査手段により前記ストリングの幅方向に沿って往復偏向させて前記光ビームに往復走査させる主走査を行わせると共に、前記主光源を副走査手段により長手方向へ移動させて前記光ビームに副走査を行わせ、前記主走査と前記副走査の協働によって前記光ビームにより前記スタートセンサと前記太陽電池セルとを連続的に走査させて主副走査を実行する、検査ユニットと、
前記検査ユニットにおける前記主走査手段に、主走査信号として複数の矩形波状のパルスを有する駆動信号を加える、主走査手段駆動回路と、
前記駆動信号の周波数と、前記各パルスの状態変化時刻から予め決めた一定時間としてのオフセット時間後として得られる前記光ビームの最大振幅点に至る時刻と、前記スタートセンサの出力に基づいて得た前記光ビームの走査位相情報と、に基づいて、前記光ビームによる前記ストリングの走査開始点を検出し、前記各太陽電池セルから出力される発電信号に基づいて、前記各太陽電池セルの形状との関係で前記各太陽電池セルの発電特性を示す画像データを演算する、画像処理装置と、
前記画像処理装置からの前記画像データを表示する表示装置と、
を備えるものとして構成される。

本発明によれば、光ビームによる太陽電池セルの検査開始を的確に知得することができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池の欠陥検査装置１の概略構成を示すブロック図。 一例としての代表的な太陽電池モジュールとの関係で前記実施形態を説明する平面説明図。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）はそれぞれ主光源と副光源の配置の一例を示す断面説明図。 （ａ）,（ｂ）はそれぞれ光源ユニット（検査ユニット）の一部を示す斜視図及びそのIV（ｂ）−IV（ｂ）線に沿った断面図。 主光源の詳細な構成を示す説明図。 １つのストリング群ＳＧにおけるあるストリングＳ１の両端のスタートセンサを光ビームが走査する様子を示した説明図。 （ａ）は前述の図６の一部としてのストリングＳ１を示す図、（ｂ）はレーザ光がスタートセンサを走査する様子の詳細図、（ｃ）はそれによって得られる出力を示す図。 （ａ）は従来の砲弾型のセンサをレーザ光が走査する場合の平面説明図、（ｂ）はそれによる出力を示す出力波形図。 （ａ）は本実施形態にかかる矩形のセンサをレーザ光が走査する場合の平面説明図、（ｂ）はそれによる出力を示す出力波形図。 （ａ）,（ｂ）,（ｃ）はそれぞれ本実施形態としてのスタートセンサの説明図であり、（ａ）は全体の縦断説明図、（ｂ）はマスクを省略した平面図、（ｃ）はマスク自体の平面図。 本願発明の異なる実施形態を説明する図であり、レーザ光がスタートセンサを走査する様子を示す平面説明図。 図１１の実施形態において、（ａ）はＭＥＭＳミラーに加える駆動信号、（ｂ）はＭＥＭＳミラーの位相を示す図、（ｃ）はスタートセンサから得られる出力信号を示す図。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る太陽電池の欠陥検査装置１の概略構成を示すブロック図である。図１の欠陥検査装置１は、太陽電池モジュールの欠陥検査を行うものである。ここで、太陽電池モジュールとは、太陽電池マトリクスをラミネートして封止したものである。太陽電池マトリクスとは、複数の太陽電池セルを直列接続したストリングを複数並べた構造体である。

図１には、３つの太陽電池セルＣ,Ｃ,Ｃを直列接続したストリングＳが図示されているが、直列接続する太陽電池セルの数には特に制限はない。

図１の欠陥検査装置１は、複数の太陽電池セルＣが直列接続されたストリングＳごとに欠陥検査を行う。より具体的には、各ストリングＳ内の個々の太陽電池セルＣを順に測定対象セルとしてレーザ光を照射し、他のすべての非測定対象セルＣにＬＥＤ光を照射した状態で測定対象セルに流れる起電流を計測して、測定対象セル内にクラック（欠陥）が存在するか否かの欠陥検査を行う。

図１の欠陥検査装置１は、主光源３と、主光源送りモータ４と、モータ制御回路５と、主光源制御回路６と、副光源７,７,・・・と、副光源制御回路８と、スタートセンサ９ａ，９ｂと、電流電圧変換回路１０と、イコライザアンプ１１と、バイアス電流キャンセル回路１２と、第１Ａ／Ｄ変換回路１３と、画像処理部１４と、表示装置１５と、バイポーラ電源１６と、セル間切替タイミング生成回路１７と、主光源スキャン振幅検出回路１８と、第２Ａ／Ｄ変換回路１９と、マイクロコンピュータ２０とを備えている。

主光源３は、測定対象セルＣにレーザ光を照射するレーザ光源である。主光源３の具体的な構成については後述する。主光源送りモータ（副走査手段）４は、主光源３をストリングＳの長手方向に移動させる駆動力を発生する。モータ制御回路５は、主光源送りモータ４の回転方向および回転速度を制御する。主光源制御回路６は、主光源３からレーザ光を発光する制御を行う。

副光源７は、非測定対象セルにＬＥＤ光を照射するＬＥＤ光源である。副光源制御回路８は、副光源７からＬＥＤ光を発光する制御を行う。副光源７は、ストリング内の各セルＣに対応づけて設けられており、副光源制御回路８は各セルＣごとに副光源の点灯／消灯を切替制御する。

検査対象とする太陽電池（ストリングＳ）をセットした状態において、ストリングＳの両端に位置することになるスタートセンサ９ａ，９ｂは、後述する光源ユニット（検査ユニット）２２の一部を構成するものである。スタートセンサ９ａ，９ｂからの信号はマイクロコンピュータ２０に供給される。且つ、検査開始側のスタートセンサ９ａからの信号は第１のＡ／Ｄ変換回路１３に、供給される。スタートセンサ９ａからの信号がマイクロコンピュータ２０に供給されることにより、マイクロコンピュータ２０は、図１からもわかるように、他の回路からの入力にも基づいて、モータ制御回路５、主光源制御回路６、副光源制御回路７を制御することになる。スタートセンサ９ａからの信号が第１のＡ／Ｄ変換回路に供給されることにより、画像処理部１４との協働により、追って詳しく述べるように、レーザ光ＬＢによるストリングＳ（太陽電池セルＣ）の走査開始点をより正確に把握して、太陽電池セルＣの欠陥を示す画像（太陽電池セルＣの平面形状との関係で欠陥を表示した画像）をより正確なものとして作成、表示できるようになる。つまり、簡単には、スタートセンサ９ａ，９ｂからの信号がマイクロコンピュータ２０に供給されることにより、太陽電池セルＣの走査開始終了点、レーザ光ＬＢの実駆動周波数及びレーザ光ＬＢが端点にくる時刻を計測器側で検出して、最終的に、より正確な画像を表示可能としている。

電流電圧変換回路１０は、測定対象セルで生じた起電流を電圧に変換する。イコライザアンプ１１は、電流電圧変換回路１０で生成した電圧のゲイン調整を行う。

バイアス電流キャンセル回路１２は、ストリングＳを流れる起電流のうち不要な起電流成分を除去する。より具体的には、測定対象セルに入り込む、隣接した非測定対象セルからのＬＥＤ光による起電流成分をバイアス電流キャンセル回路で除去する。また、バイアス電流キャンセル回路１２は、非測定対象セルの不良による短絡電流を除去することもできる。バイアス電流キャンセル回路１２を設けることで、測定対象セルに照射されたレーザ光のみによる起電流に基づく電圧を正しく検出できるようになる。

第１Ａ／Ｄ変換回路１３は、バイアス電流キャンセル回路１２の出力信号をＡ／Ｄ変換する。画像処理部１４は、第１Ａ／Ｄ変換回路１３の出力信号に基づいて画像処理を行って、表示装置１５に表示させる。これにより、測定対象セル内にクラックがあれば、そのクラックの形状が画像として表示装置に表示される。

バイポーラ電源１６は、測定対象セルの両端電極間に電圧が印可されない状態で測定対象セルの起電流を測定できるように、ストリングＳに付与する逆起電圧を生成する。

セル間切替タイミング生成回路１７は、ストリングＳ内のセルＣ間の境界を検出して、副光源７の点灯／消灯を切り替えるタイミング信号を生成する。

主光源スキャン振幅検出回路１８は、主光源３からのレーザ光を反射させる図１では不図示のＭＥＭＳミラーの振り角を検出する。

第２Ａ／Ｄ変換回路１９は、主光源スキャン振幅検出回路１８で検出したＭＥＭＳミラーの振り角に応じた値をＡ／Ｄ変換してマイクロコンピュータ２０に送る。マイクロコンピュータ２０は、第２Ａ／Ｄ変換回路１９の出力信号に応じてＭＥＭＳミラーの振り角を調整する。

本実施形態では、図２からわかるように、２つのストリングＳ（Ｓ１，Ｓ２）を直列に繋いで１つのストリング群ＳＧとしている。これは、例えばストリングＳ１中のある太陽電池セルＣの検査に当たりその太陽電池セルＣから得られる検査出力（発電信号）をストリングＳ１，Ｓ２の端子Ｔ１，Ｔ２間から得るためである。同様に、ストリングＳ２中のある太陽電池セルＣの検査出力も端子Ｔ１，Ｔ２から得られることになる。

前述のように、検査対象とする１つのストリングＳ１（Ｓ２）の検査の始まり（光ビームによる走査の開始時刻）を検出するために、前記スタートセンサ９ａが用いられる。前記スタートセンサ９ａ，９ｂからの出力に基づき、ストリングの検査開始が、マイクロコンピュータ２０と、第１のＡ／Ｄ変換回路１３及び画像処理部１４と、により検出される。

前記スタートセンサ９ａ，９ｂは、前にも簡単に述べたように、副光源と同様に、計測器側（図４（ａ）、光源ユニット２２の筐体２２ａ）に固定されるものであるが、以下に説明する図２等では、技術的な理解を早めるべく、ストリングＳ１，Ｓ２等との関係で平面的な位置がわかるように、それらと一緒に平面説明図に図示している。よって、例えば、図２においては、スタートセンサ９ａ，９ｂは図中一番左のストリングＳ１の上下両端に図示されているが、検査の進行につれて光源ユニット（検査ユニット）２２が図中右方向に移動すれば、それとともにスタートセンサ９ａ，９ｂも右方向に移動し、例えば図中に２点鎖線で示すように左から２番目のストリングＳ２の上下両端に移動することになる。
つまり、本実施形態では、図２からわかるように、検査対象とする太陽電池モジュールＭが検査装置にセットされた状態において、各ストリングＳ（Ｓ１，Ｓ２）の始端つまり検査が開始される側と、各ストリングＳの終端つまり検査が終了する側とに、フォトダイオードあるいはその他の光感応素子によるスタートセンサ９ａ，９ｂが配設されることになる。ストリングＳ１はＹ１方向に、ストリングＳ２はＹ２方向に、それぞれ検査が開始される。ストリングＳ１の検査が終わったら、光源ユニット（検査ユニット）２２をＸ方向に１列分だけ横移動させ、ストリングＳ２の検査が行われる。

より詳しくは、スタートセンサ９ａ，９ｂは、１つのストリング群ＳＧを構成する互いに接続された２つのストリングＳ１，Ｓ２のうちの検査対象とするストリングの両端に配置されることになる。太陽電池の欠陥検査に使用されるレーザ光（光ビーム）ＬＢは、各ストリングＳ１，Ｓ２のスキャンの前に、開始側のスタートセンサ９ａ上をも、例えば、５−１２回程度スキャンすることになる。当該レーザ光ＬＢは２つの端点（最大振幅点）間で振られている（例えば図６参照）。主光源のスキャン振幅は主光源スキャン振幅検出回路１８で検出される。つまり、前記２つの端点間での振れがレーザ光の振れ幅であり、所定時間当たりの振れの回数が周波数を示す。而して、レーザ光が開始側のスタートセンサ９ａをスキャンすることにより、このスタートセンサ９ａから検出出力が得られる。この出力に基づいて、最終的に、各太陽電池セルＣの走査開始（検査開始）点を検出できる。つまり、各太陽電池セルＣの画像処理の開始ポイントを知り得る。

以下にこのことをさらに詳細に説明する。

図２は代表的な太陽電池モジュールＭの一例を示す図である。図２の例では、１０個の太陽電池セルＣがＹ方向（長手方向）に直列接続されてストリングＳ（Ｓ１，Ｓ２）を形成し、それらのストリングＳ１，Ｓ２のＸ方向（幅方向）に隣り合う２つのものの一端部同士が接続されて、２列分の計２０個の太陽電池セルＣが直列接続されて一つのストリング群ＳＧを構成している。各ストリングＳ１，Ｓ２の各両端には先に簡単に説明したスタートセンサ９ａ，９ｂが配置されている。このスタートセンサ９ａ，９ｂは、主光源３からのレーザ光を検知する受光素子（例えばフォトダイオード）を含んでいる。

本実施形態に係る欠陥検査装置では、先にも簡単に述べたように、各ストリング群ＳＧにおけるストリングＳ１，Ｓ２を個別に検査するが、各ストリングＳ１，Ｓ２の検査結果はストリング群ＳＧ毎に出力する。つまりストリング群ＳＧを構成する各ストリングＳ１，Ｓ２の検査においては、それぞれのストリングＳ１，Ｓ２における個々の太陽電池セルＣに順にレーザ光を照射して、前記端子Ｔ１，Ｔ２から出力される起電流（発電信号）を測定し、その測定結果を画像処理して表示装置１５に表示する。これにより、最終的に各セルＣのクラック（欠陥）の有無が画像として表示される。

より詳細には、測定対象セルＣに流れる起電流の大きさは、欠陥の有無で変化するため、起電流の大きさに応じて画像を変えることで、セルＣ内の欠陥部分を画像として表現できる。

上述したように、例えばあるストリング群ＳＧにおけるストリングＳ１を検査するときには、このストリングＳ１内の測定対象セル以外のすべての太陽電池セルと、ストリングＳ２の全てのセルＣには、ＬＥＤ光が照射されるが、ＬＥＤ光の照射強度は、レーザ光の照射強度よりも高くする必要がある。その理由は、測定対象セルで生じた起電流がストリングＳ内を流れるように電流経路を形成する必要があるためである。

なお、図２において、例えば、左端のストリング群ＳＧにおけるストリングＳ１は方向Ｙ１に沿って副走査され、ストリングＳ２は方向Ｙ２に沿って副走査される。よって、ストリングＳ１においてはスタートセンサ９ａが走査開始側のスタートセンサとなり、ストリングＳ２においてはスタートセンサ９ｂが検査開始側のスタートセンサとなる。

図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は主光源と副光源の配置の一例を示す図である。図示のように、主光源３と副光源７を内蔵する光源ユニット（検査ユニット）２２による各ストリングＳの欠陥検査は次のように行われる。各ストリング群ＳＧは、図２からわかるように、隣り合う２つのストリングＳ１，Ｓ２からなり、各ストリングはそれぞれ１０個の太陽電池セルＣからなる。よって、例えば、光源ユニット２２は図３（ａ）に示される位置に移動して静止し、この状態で主光源３が光源ユニット２２の筐体の溝２４内をＹ（Ｙ１）方向（図２において上から下へ）に移動して、当該ストリングＳ１の１０個の太陽電池セルの検査が行われ、その後、光源ユニット２２はＸ方向（幅方向）に移動して図３（ｂ）の位置を採り、隣り合うストリングＳ２の検査態勢を採る。この状態で主光源３が再び筐体の溝内をＹ（Ｙ２）方向に（図２において下から上へ）移動して残りの１列、１０個の太陽電池セルを検査する。これにより、ストリング群ＳＧ（ストリングＳ１，Ｓ２）の検査が行われる。これを繰り返して、他のストリング群ＳＧ（ストリングＳ１，Ｓ２）も検査が行われる。図３（ｃ）は最後のストリング群ＳＧ（ストリングＳ２）を検査している状態を示す。

なお、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）では、検査するストリング群ＳＧ（ストリングユニットＳ１，Ｓ２）を切り替えるために光源ユニット２２が移動する例を示しているが、これに代えて、光源ユニット２２を固定状態とし、太陽電池モジュールＭをＸ方向（幅方向）に移動可能としてもよい。

光源ユニット（検査ユニット）２２は筐体２２ａを有し、これは互いに区画された平行する３本の溝部２４，２４Ａ、２４Ｂを備える。筐体２２ａが、上述の図３（ａ），（ｂ），（ｃ）からわかるように、Ｙ方向、つまり、ストリングＳの長手方向に延びる。前述のところからもわかるように、この筐体２２ａは、その内部に、Ｙ方向（長手方向）に伸び且つＸ方向（幅方向）に並ぶ３列の溝部２４，２４Ａ、２４Ｂを有し、各溝部の間には遮光板１１，１１が設けられている。この遮光板１１は、隣の溝部内の副光源からのＬＥＤ光が入り込まないようにするためのものである。

前述のところからもわかるように、図３（ａ）等に示すように、中央の溝部２４には主光源３がＹ方向（長手方向）に沿って往復移動可能に配置されている。これは図４（ａ），（ｂ）からもわかる。つまり、図４（ａ）に示す中央の溝部２４内には、主光源３がＹ方向（Ｙ１，Ｙ２）に移動可能に設けられている。つまり、主光源３が、図４（ｂ）中左端位置の主光源３Ａと右端位置の主光源３Ｂとの間で、移動可能に設けられている。この図４（ｂ）からわかるように、この溝部２４内のほぼ両端に位置するように、前記左端位置と前記右端位置との内側に前記スタートセンサ９ａ，９ｂが図示しない任意の手段により支持されている。

さらに、特に図３（ａ）等からわかるように、主光源３の上方両側には副光源７、７がストリングＳ１，Ｓ２の長手方向に沿って２列に固定状態に配置されている。これら副光源７，７は、その上方に配置される太陽電池セルＣの中央に向かって、斜め上方にＬＥＤ光を照射する。つまり、この副光源７は、検査対象のストリングＳ１（Ｓ２）におけるセルのうちの検査対象とするセル以外のセルを照射するものである。

図３（ａ）において、両側の溝部２４Ａ、２４Ｂにもそれぞれ、ストリングＳ１，Ｓ２の長手方向に沿って副光源７Ａ、７Ｂが設けられている。これらの溝部２４Ａ，２４Ｂの副光源７Ａ、７Ｂはいずれも、ストリングＳ１，Ｓ２を構成する各セルＣに対応づけて設けられており、各セルＣに対応する副光源７Ａ，７Ｂを個別に点灯／消灯できるようになっている。
図３（ａ）において、前述のように、光源ユニット２２における主光源３は、中央の溝部２４内で、溝に沿って、Ｙ方向（長手方向）に往復移動可能とされており、その移動方向制御は主光源送りモータ（副走査手段）４が行う。主光源３と向かい合わせに位置するセルＣが測定対象セルであり、このセルＣに対して主光源３がレーザ光を照射している間は、ストリングＳ１における他のすべてのセルＣ及びストリングＳ２の全てのセルには、光源ユニット２２の中央の溝部２４の副光源７、７からＬＥＤ光が照射され、同じストリング群ＳＧのうちの他のストリングＳ２のすべてのセルＣには、両側の溝部２４Ａ，２４Ｂのうちの一方の溝部２４Ａの副光源７ＡからＬＥＤ光が照射される。光源ユニット２２がＸ方向（幅方向）に移動して、図３（ｂ）の位置を採った場合には、それに合わせて、ＬＥＤ光を照射する副光源も、７Ａから７Ｂに切り替わり、ストリングＳ２のセルＣを照射する。

より具体的には、主光源３が隣のストリングＳ２側に移動すると、図１に示したセル間切替タイミング生成回路１７がストリングＳ１，Ｓ２間の境界を検出し、これにより、副光源７Ａ、７Ｂの点灯／消灯が切り替わる。つまり、副光源７Ａが消灯し、副光源７Ｂが点灯する。

図５は主光源３の詳細な構成を示す図である。図示のように、主光源３は、レーザ光源３２と、レーザ光源３２からのレーザ光を反射させるＭＥＭＳミラー（主走査手段、偏向手段）３３とを有する。ＭＥＭＳミラー３３は、その中心軸の回りに所定の周波数で振動（揺動回転）しており、これにより、レーザ光の反射角度が所定の周波数で切り替えられる。つまり、光ビームがストリングＳ１，Ｓ２の幅方向に往復動（往復偏向）して、主走査としての往復走査をすることになる。また、主光源３は前述のようにストリングＳ１，Ｓ２の長手方向に移動し光ビームによる副走査を行うこととなる。前記主走査と前記副走査により、光ビームがスタートセンサ９ａ及び太陽電池セル上に連続するカーブ（波形）を描く主副走査が行われる。

図６は、レーザ光ＬＢが、１つのストリング群ＳＧ（ストリングＳ１，Ｓ２）と各ストリングＳ１，Ｓ２の両端のスタートセンサ９ａ，９ｂを光ビームが走査する様子を示した説明図である。図６からわかるように、先ずストリングＳ１についてみれば、光ビームは図中上下に主走査しながら、Ｙ１方向へ、つまり、図中上の列においては右端から左方向へ副走査し、ストリングＳ１と両端のスタートセンサ９ａ，９ｂを主副走査する。ストリングＳ１の主副走査が終わったら光源ユニット（検査ユニット）２２は図中下方へ移動する。この移動に伴ってスタートセンサ９ａ，９ｂも図中に想像線で示すスタートセンサ９ａ，９ｂの位置へ移動する。この後、前記と同様に、スタートセンサ９ａ，９ｂとストリングＳ２を、Ｙ２方向へ、つまり、右端から左方向へ副走査する。このようにスタートセンサ９ａ，９ｂの走査により各ストリングＳの前記走査開始時点、走査終了時点が検出される。

而して、図６においては、光ビームの描く波形をピッチの詰まったサイン波形状のものとして示しているが、サイン波状の波形に限ることなく、各種の矩形状の波形やその他の任意の波形とすることができる。

上述のように、ＭＥＭＳミラー３３で反射するレーザ光が測定対象セルに照射される。つまり、前記走査開始時点から走査終了時点との間においては、前記主副走査における前記各ストリングＳ１，Ｓ２の各太陽電池セルＣの前記光ビームでの走査による、各太陽電池セルから出力される発電特性に応じた発電信号に基づいて各太陽電池セルＣの欠陥の有無が検査される。

図６において、前述のように、各ストリングＳ１，Ｓ２のＹ方向（長手方向）両側には順次スタートセンサ９ａ，９ｂが位置することになる。これにより、同じく前述のようにレーザ光がスタートセンサ９ａ，９ｂを走査することにより、ストリング群ＳＧ（ストリングＳ１）の検査開始終了が知得される。より詳しくは、スタートセンサ９ａ，９ｂの走査によりストリングＳ１の図６中右方向Ｙ１への検査開始及び走査終了が知得され、終了検知後に光源ユニット２２は図６中下側、つまりＸ方向（幅方向）に移動して次のストリングＳ２の検査が行われる。

より詳しくは、図６では、主光源３からのレーザ光ＬＢの軌跡を矢印で示している。図５に示すように、ＭＥＭＳミラー３３は一定の振れ角α、αで振動する。このため、図６に示すように、レーザ光は、ストリングＳ１の測定対象セルをＸ方向を高速にスキャンしながら、主光源のＹ１方向（右側）への移動に伴ってＹ１方向（右側）に移動する。ＭＥＭＳミラー３３の振れ角の制御は、図１の主光源スキャン振幅検出回路１８によって行われる。なお、この図６からわかるように、レーザ光は例えばｓｉｎｅ駆動されながらＸ方向（幅方向）に振幅を繰り返している。

図６において、上述のように、主光源３がストリングＳ１の図６中右側の端部に達すると、右端のスタートセンサ９ｂからの出力に基づいて、マイクロコンピュータ２０は、主光源送りモータ４に主光源３の進行方向を今度は左方向へ切り替えるように指示するとともに、副光源制御回路８に対して副光源７の点灯／消灯の切替を指示する。また、マイクロコンピュータ２０は、光源ユニット２２を図中下向きのＸ方向（幅方向）に１セル分移動させる制御も行う。

以上の動作が繰り返されて、Ｘ方向（幅方向）に隣り合う次のストリング群ＳＧ（ストリングＳ１，Ｓ２）の検査が順次行われ、やがて検査が終了する。スタートセンサ９ａ，９ｂの構造については追って詳しく述べる。

副光源７としてＬＥＤ光源を用いる理由は、指向性の高いものを比較的安価に入手できることと、白熱電球やキセノンランプと比べて熱の発生が少ないことと、光源を小型化できることと、単色光であること等による。

太陽電池はその種類ごとに分光感度が異なっている。結晶シリコン型とＣＩＧＳ型の太陽電池では、９００ｎｍ〜１０００ｎｍの発光波長の光に対して最も感度が高い。

そこで、本実施形態では、８７０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の発光波長を持つＬＥＤ光源を用いることにした。より具体的には、安価でかつ省スペースという観点から、９４０ｎｍ程度の発光波長を持つＧａＡｓ発光ダイオードまたは８７０ｎｍ程度の発光波長を持つＧａＡｌＡｓ発光ダイオードを用いることにした。

上述したように、非測定対象セルにはＬＥＤ光が照射され、測定対象セルにはレーザ光が照射されるが、ＬＥＤ光の照射強度がレーザ光の照射強度よりも十分に高くないと、レーザ光の照射により測定対象セルで生じた起電流を、同じストリング内の非測定対象セルを介して外部に取り出せなくなる。よって、ＬＥＤ光の照射強度は、レーザ光の照射強度よりも十分に高くする必要がある。

レーザ光の発光波長は、可視光の中では長波長であり、入手性がよくスポット径の調整がしやすいという観点で、本実施形態では、発光波長が６６０ｎｍの赤色レーザを用いることにした。図７（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して前記したスタートセンサ９ａ，９ｂの役割をより詳しく説明する。

簡単には、本実施形態では、検査開始側のスタートセンサ９ａを、図７（ｂ）からわかるように、光ビームが描く走査線の図中上下方向において上側に寄った位置に配置している。つまり、スタートセンサ９ａを、光ビームの主走査における両側の端点（最大振幅点）の中央よりも一端側に寄った位置にくるようにしている。これにより、このスタートセンサ９ａから、図７（ｃ）に示すように、例えば、パルスＰ０とＰ１との幅と、パルスＰ１とＰ２との幅とが異なる出力波形が得られる。これにより、スタートセンサ９ａからの出力を以下に述べるような処理をすることにより、所期の情報を得られる。

より詳しくは、図７（ａ）は前述の図６の一部としてのストリングＳ１を示す図である。図７（ａ）では、図示を簡略化するため、スキャンするレーザ光がスタートセンサ９ａを図中上下方向に１回しか横切っていないものとして示しているが、実際は図中上下方向に複数回横切っている。レーザ光がｓｉｎｅ駆動されてスタートセンサ９ａを繰り返し横切る態様の詳細は図７（ｂ）に例示される。この例示ではレーザ光が図中上下に往復動して都合６回、つまり、６つの走査線Ｓ０−Ｓ５がスタートセンサ９ａを横切る（走査する）場合を示している。レーザ光が６回スタートセンサ９ａを横切ることにより図７（ｃ）に示すように６つのパルスＰ０−Ｐ５が検出される。これらのパルスＰ０−Ｐ５の隣り合うものの同士の中間点から端点つまりｓｉｎｅカーブにおける最大振幅点ＰＭＯ０−ＰＭＯ４がわかる。これらの端点の情報が画像解析に有効に用いられる。

即ち、前記端点の情報をもとに、上記スタートセンサ９ａからの出力を解析することにより、ＭＥＭＳミラー３３の実駆動周波数及びレーザ光が端点に来る時刻を計測器側で検出することができる。これにより、レーザ光による太陽電池セルの走査によって得られる画像の起点を定めることができる。つまり、レーザ光による太陽電池セルの走査によって得られる画像の起点を第１のＡ／Ｄ変換回路１３により取り込み、画像処理部１４にて検出することができる。これにより、太陽電池モジュールＭの発電信号をセルＣの形状として画面上に表示することができる。つまり、各太陽電池セルＣの発電特性を各太陽電池セルＣの形状との関係で画面に表示することができる。また、レーザ光による太陽電池セルの走査開始時刻を得ることができる。これに基づき、それ以前の信号（ノイズや光の反射に起因する太陽電池信号等）を意図的にカットすることも可能となる。

次に、スタートセンサ９ａ，９ｂ自体の受光部分の構造及びスタートセンサ９ａ，９ｂへ照射する好ましいレーザ光について説明する。

スタートセンサとして汎用の砲弾型のセンサＳ０を用いると、レーザ光がセンサの端部を走査する時に、検出信号が乱れるのが避けられない。つまり、追って詳述するが、図８（ａ）からわかるように、光ビームは砲弾型のセンサＳ０を走査するときは、センサＳ０上を走査する光ビームの軌跡長さはそれぞれ異なるものとなるのが避けられない。このため、図８（ｂ）からわかるように、センサＳ０からの出力パルスの幅がそれぞれ異なるものとなり、前記ｓｉｎｅカーブの端点の位置が把握しにくい。

この点に着目し、本実施形態では、センサとしてフラット型のものを用い、且つ、センサの受光面の直前に拡散板を設けることで、検出信号の乱れを可及的に抑制するようにしている。これにより、センサＳ１からより安定した検出信号が得られるようになる。加えて、このようにフラット型のセンサＳ１を用いることにより、センサとしての高さを低くすることができ、装置全体の小型化が可能である。また、矩形状の開口を有するマスクを用いたので、センサの受光面をより厳密に矩形状として、出力信号をより精度の高いものとすることができる。

以下にこのことを詳細に説明する。

上述のように、レーザ光方式による太陽電池の欠陥検査装置は、検査開始信号としてフォトセンサによる信号検出を行っている。フォトセンサ自体の形状としては、基板実装型、砲弾型などの様々な形状がある。レーザ光を直接センサに入力させる方式では、太陽電池の欠陥検査装置においてはレーザ光がスキャン方向（Ｘ方向）と垂直方向（Ｙ方向）にサーボによって移動しているため、センサの真ん中と端部では、たとえスキャンが等速で行われているとしても、レーザ光がセンサに当たっている時間にばらつきが生じてしまう。また、フォトセンサの回りに金属部分が存在する場合には、その金属部分でレーザ光が反射して、いわゆる誤検出をしてしまう。このような問題を解決すべくなされたのが本実施形態である。

このことを、前にも簡単に説明したが、図８（ａ），（ｂ）と図９（ａ）,（ｂ）を用いてより詳しく説明する。

図８（ａ）,（ｂ）は従来の砲弾型のセンサＳ０をレーザ光が走査する場合を示し、図９（ａ）,（ｂ）は本実施形態にかかる矩形のセンサＳ１をレーザ光が走査する場合を示す。

図８（ａ）において、偏向手段により往復動するレーザ光の軌跡を、振れ幅を３分割して、Ａ，Ｂ，Ｃの３つの領域に分ける。領域Ｂはレーザ光がセンサＳ０を走査する領域、領域Ａ，Ｃはレーザ光がセンサＳ０を走査していない領域である。各領域Ａ，Ｂ，Ｃを通るレーザ光を、レーザ光ａ１０−ａ６０、ｂ１０−ｂ６０，ｃ１０−ｃ６０と呼ぶ。これらのレーザ光ａ１０−ａ６０、ｂ１０−ｂ６０，ｃ１０−ｃ６０によるセンサＳ０の出力は図８（ｂ）に示される。この図８（ｂ）からわかるように、センサＳ０を走査するレーザ光ｂ１０−ｂ６０の軌跡としての長さがばらばらである。つまり、レーザ光がセンサＳ０上を通過する時間がばらばらである。このため、センサＳ０の出力からレーザ光の端点（最大振幅点）を認識するのが実際上著しく困難である。

これに着目し、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、センサＳ１の受光面を矩形のものとした。つまり、センサの前面に拡散板を付設し、且つ、矩形の開口を有するマスクを用いた。これにより、図９（ｂ）からわかるように、レーザ光ｂ１１−ｂ６１がセンサＳ１上を通過する時間が一定となり、端点を認識するのが実際上容易且つ高精度で行える。

つまり、本実施形態は、スタートセンサによるレーザ光の取り込み信号が不安定で、画像が乱れ、測定毎にスタート信号が変化するのを防ぎ、ソフト側にて検出しやすくするため、センサの受光面の形状を最適形状としている。つまり、センサ回りに工夫を凝らすことにより、取り込み信号をシャープなものとし、ソフト側にて検出処理し易くしたものである。

具体的には、先にも簡単に述べたように、
− センサの形状を、砲弾型でなく、平らな形状のセンサとし、
− 前記センサの上方に、拡散板を具備させることにより、レーザ光を拡散させて、均一な光でセンサを照射するようにし、
− さらに、前記拡散板の上方に、矩形の開口を有するマスクを用いることにより、拡散板における前記光ビームの受光領域を定める。つまり、前記開口により、センサ（拡散板）における実質的な受光面の形状、大きさを最適なものとする。つまり、マスクの開口の形状、大きさを種々変えて、つまり拡散板の受光面の形状、大きさを種々変えて実験をして、得られるセンサ信号の違いを検証することにより、マスクの開口つまり前記受光面の形状、大きさとして最適なものを得た。

図１０（ａ）,（ｂ）,（ｃ）はそれぞれ本実施形態としてのスタートセンサ９ａ，９ｂの説明図であり、（ａ）は全体の縦断説明図、（ｂ）はマスクを省略した平面図、（ｃ）はマスク自体の平面図である。即ち、図１０（ａ）からわかるように、レーザ光ＬＢを受光するスタートセンサ９ａ，９ｂは、基台４１を備え、この基台４１表面に形成した溝４１ａ内に平坦なセンサ本体４２が収納されている。このセンサ本体４２の上方に拡散板４３が配置されている。この拡散板４３の上方にはマスク４４が配置されている。このマスク４４は上述のように開口４４ａを備える。図１０（ｂ）のマスク４４を除去した状態の平面図からわかるように、レーザ光ＬＢはマスク４４の開口４４ａを通って拡散板４３に至り、そこで拡散したのちにセンサ本体４２を照射する。

本実施形態では、マスクとして図１０（ｃ）に示すマスク４４を用いたが、それは本発明者が行った実験結果によるものである。つまり、本発明者は、拡散板もマスクも用いない場合、拡散板は用いるもののマスクは用いない場合、拡散板を用い且つマスクとして各種マスクを用いた場合についての実験を行った。マスクの開口は、縦型スリット、横型スリット、矩形スリットとした。その結果としての各種の出力から、図１０（ｃ）の場合、つまり、矩形の開口４４ａを有するマスク４４を用いた場合が最適であるのがわかった。

図１１及び図１２（ａ）−（ｃ）は、本願発明の異なる実施形態を説明する図である。

先に説明した実施形態の装置においては、例えば図７（ａ）,（ｂ）,（ｃ）からわかるように、光ビーム（レーザ光）が端点（最大振幅点ＰＭ００、ＰＭ０１、・・・）へ来る時刻をスタートセンサ（フォトセンサ）９ａ，９ｂからの出力に基づいて検出していた。しかし、以下に説明する異なる実施形態では、前記時刻をスタートセンサ（フォトセンサ）９ａ，９ｂからの出力に基づいて検出するのに代え、前記時刻を、マイクロコンピュータ（主走査手段駆動回路）２０からＭＥＭＳミラー（主走査手段）３３へ加える駆動信号（制御信号）に基づいて、前記駆動信号との関係で、オフセット時間が一定で、予め計算した決められた時刻、として検出することができるようにしている。このため、図１に示すように、マイクロコンピュータ２０から、前記駆動信号を第１のＡ／Ｄ変換回路１３を介して画像処理部１４にも加えるようにしている。これにより、画像処理部１４で前記の処理が行われる。

より詳しくは、図１１は、一例として、レーザ光（走査線Ｓ０−Ｓ３）がスタートセンサ（フォトセンサ）９ａ（９ｂ）を２周期分だけ走査する場合を示している。この図１１は、先に説明した図７（ｂ）の一部と同等の内容を示す図である。この走査により、レーザ光（走査線Ｓ０−Ｓ３）は、端点（最大振幅点）ＰＭ００、ＰＭ０１、ＰＭ０２を通過する。

上記のような走査は図１２（ａ）に示す駆動信号をマイクロコンピュータ２０（図１）から主光源３（ＭＥＭＳミラー３３）に加えることによりなされる。この印加によりＭＥＭＳミラー３３は図１２（ｂ）に示すミラー位相をとって駆動される。

つまり、図１２（ａ）の駆動信号をＭＥＭＳミラー３３に加えることにより、図１２（ｂ）からわかるように、その駆動信号との関係で、状態がＬからＨへ変化した時刻から一定のオフセット時間ｔ１後に端点（最大振幅点）ＰＭ００、ＰＭ０１、ＰＭ０２の時刻となる。このオフセット時間ｔ１は、実験等によって、予め算出し、設定したものであるため、前記端点（最大振幅点）ＰＭ００、ＰＭ０１、ＰＭ０２に至る時刻は、前記駆動信号のとの関係で確定したものとして得られる。つまり、前記端点（最大振幅点）ＰＭ００、ＰＭ０１、ＰＭ０２に至る時刻は、前記駆動信号の立ち上がり時刻から予め決定されたオフセット時間ｔ１後の確定したものとして得られる。このようにして得られる端点（最大振幅点）ＰＭ００、ＰＭ０１、ＰＭ０２の時刻情報を用いることにより、各ストリングＳ１，Ｓ２の検査結果を画像としてより正確なものとして表示することが可能である。

このことをより詳しく説明する。先に説明した図７（ａ）,（ｂ）,（ｃ）等に示される実施形態では、スタートセンサ（光感応素子）９ａ（９ｂ）を使用して、ＭＥＭＳミラー（スキャナミラー）３３の振動に起因する光ビームの往復走査によって得られる往復信号の中間点を計算し、レーザ光が端点に来る時刻［スキャナミラーの位相が９０°，−９０°（２７０°）となる時刻］を検知する方式を採用している。しかしながら、この方式では、レーザ光が端点にくる時刻を的確に把握できない場合も考えられる。それは以下の理由による。光感応素子は、自己に入力される光信号のレベル（レーザパワー）によって、応答性が同じでない場合もある。このため、前記方式を採用している場合には、入力されるレーザパワーに応じ、光感応素子の応答性に起因してオフセット時間がばらつくこともある。このため、レーザ光が端点に至る時間が一定ではなくなり、検出位相がずれてしまうこともある。このため、光感応素子の出力に基づいてセンサの検査結果を画像とした場合には、センサの発電特性をその正しい位置関係で把握、表示することができなくなることもありうる。

これに着目し、本実施形態では、前記端点の時刻を光感応素子（感光素子）の出力から求めるのに代え、ＭＥＭＳミラー３３へ加える駆動信号を基準とし、駆動信号との関係で一定のオフセット時間後にレーザ光が前記端点に来るように、各種のパラメータを予め設定している。つまり、前記ＭＥＭＳミラー３３への前記駆動信号の印加後の、予め算出・設定した一定のオフセット時間ｔ１後に、レーザ光が前記端点にくるようにしている。つまり、ＭＥＭＳミラー３３への駆動信号の印加時刻から、前記一定時間後に、必然的に、ＭＥＭＳミラー３３の位相が９０°，−９０°（２７０°）となるように予め設定している。前記端点の時刻は、マイクロコンピュータ２０からＭＥＭＳミラー３３へ加える駆動信号を第１のＡ／Ｄ変換回路１３を介して画像処理部１４に加えることにより、画像処理部１４において知得される。さらに、このようにして得られる端点の時刻を基にして、画像処理部１４が、スタートセンサ９ａ（９ｂ）からの出力（図１２（ｃ））を参照しながら、ＭＥＭＳミラー３３の位相（走査位相情報）を算出し、算出した位相との関係で、セルＣからの出力を解析することにより、セルＣから取得した発電特性のデータを、セルＣ（ストリングＳ１，Ｓ２）の幾何学的位置（平面形状）との関係を保って画像化する。

つまり、先の実施形態と同様に本実施形態においても、スタートセンサ（光感応素子）９ａ（９ｂ）が光ビームによって走査される。その結果、図１２（ｃ）に示すように、スタートセンサ９ａ（９ｂ）から出力が得られる。この出力によって、光ビームが現在９０°，−９０°のどちら側の位相に動いているかを、画像処理部１４が検出する。つまり、スタートセンサ９ａ（９ｂ）の出力を第１のＡ／Ｄ変換回路１３に取り込み、画像処理部１４で処理することにより、光ビームが現在９０°，−９０°のどちら側の位相に動いているかを検出可能である。この図１２（ｃ）は先に説明した図７（ｃ）に対応するものである。なお、図１２（ｂ）において、ラインＬＮ１とＬＮ２に挟まれた部分が、レーザ光がスタートセンサ９ａ（９ｂ）を走査（照射）する時間を示している。

３ 主光源
９ａ，９ｂ スタートセンサ
１５ 表示装置
２２ 光源ユニット（検査ユニット）
３２ レーザ光源
４３ 拡散板
４４ マスク
４４ａ 開口
Ｓ１，Ｓ２ ストリング
Ｃ 太陽電池セル

Claims (5)

1. 複数の太陽電池セルが直列に接続されたストリングを有する太陽電池の欠陥を検査する太陽電池の欠陥検査装置であって、
   検査対象とする前記ストリングをセットした状態において前記ストリングの少なくとも一端側に位置し且つ受光面を矩形とした感光素子を有するスタートセンサと、光ビームを射出する主光源と、を備え、前記主光源を主走査手段により前記ストリングの幅方向に沿って往復偏向させて前記光ビームに往復走査させる主走査を行わせると共に、前記主光源を副走査手段により長手方向へ移動させて前記光ビームに副走査を行わせ、前記主走査と前記副走査の協働によって前記光ビームにより前記スタートセンサと前記太陽電池セルとを連続的に走査させて主副走査を実行する、検査ユニットと、
   前記スタートセンサからのセンサ出力に基づいて、前記光ビームの実駆動周波数、前記光ビームが最大振幅点に至る時刻、及び、前記光ビームによる前記ストリングの走査開始点を検出し、前記各太陽電池セルから出力される発電信号に基づいて、前記各太陽電池セルの形状との関係で前記各太陽電池セルの発電特性を示す画像データを演算する、画像処理装置と、
   前記画像処理装置からの前記画像データを表示する表示装置と、
   を備えることを特徴とする太陽電池の欠陥検査装置。
2. 複数の太陽電池セルが直列に接続されたストリングを有する太陽電池の欠陥を検査する太陽電池の欠陥検査装置であって、
   検査対象とする前記ストリングをセットした状態において前記ストリングの少なくとも一端側に位置するスタートセンサと、光ビームを射出する主光源と、を備え、前記主光源を主走査手段により前記ストリングの幅方向に沿って往復偏向させて前記光ビームに往復走査させる主走査を行わせると共に、前記主光源を副走査手段により長手方向へ移動させて前記光ビームに副走査を行わせ、前記主走査と前記副走査の協働によって前記光ビームにより前記スタートセンサと前記太陽電池セルとを連続的に走査させて主副走査を実行する、検査ユニットと、
   前記検査ユニットにおける前記主走査手段に、主走査信号として複数の矩形波状のパルスを有する駆動信号を加える、主走査手段駆動回路と、
   前記駆動信号の周波数と、前記各パルスの状態変化時刻から予め決めた一定時間としてのオフセット時間後として得られる前記光ビームの最大振幅点に至る時刻と、前記スタートセンサの出力に基づいて得た前記光ビームの走査位相情報と、に基づいて、前記光ビームによる前記ストリングの走査開始点を検出し、前記各太陽電池セルから出力される発電信号に基づいて、前記各太陽電池セルの形状との関係で前記各太陽電池セルの発電特性を示す画像データを演算する、画像処理装置と、
   前記画像処理装置からの前記画像データを表示する表示装置と、
   を備えることを特徴とする太陽電池の欠陥検査装置。
3. 前記スタートセンサは、前記感光素子の上方に、前記光ビームを拡散させる拡散板と、前記拡散板における前記光ビームの受光領域を定める開口を有するマスクと、を順次配置したものとして構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池の欠陥検査装置。
4. 前記スタートセンサは、前記光ビームの前記主走査における振れの両端としての最大振幅点間の中央よりも一端側に寄った位置に配置されるように前記検査ユニットに設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の太陽電池の欠陥検査装置。
5. 前記検査ユニットは、検査対象とする前記ストリングをセットした状態において前記ストリングの他端側に位置する第２のスタートセンサをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の太陽電池の欠陥検査装置。

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