JP6078869B2 - 検査装置および検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、フォトデバイスを検査する技術に関し、特に、その周囲に放物面状の反射鏡が配置されているフォトデバイスを検査する技術に関する。

近年、フォトデバイスにおいて、光検出感度を向上させたり、あるいは、光電変換効率を向上させたりするため、フォトデバイスの周囲に反射鏡（光反射部）が設置することが提案されている（例えば、特許文献１）。

具体的に、特許文献１には、複数の球状の光電変換素子の各々が、放物面状の反射鏡で囲われた太陽電池が開示されている。このような集光型太陽電池によると、従来の平面状の太陽電池に比べて、様々なメリットがあるとされている。例えば、反射鏡により効率的に集光されるため、１つの光電変換素子の出力を高めることができる。また、光電変換素子を球状とすることにより、光電変換部の厚みを薄くできるため、シリコンの使用量を軽減できる。

ところで、太陽電池の製造工程においては、いわゆる４端子測定法により、太陽電池の電気特性を測定する検査装置が用いられている（例えば、特許文献２）。具体的には、太陽電池の受光面と裏面に設けられた集電電極に、電流測定用のプローブピンと電圧測定用のプローブピンとが当てられる。この状態で、疑似太陽光が照射されながら、太陽電池に印加する電圧を変化させて電流電圧の関係を測定する。これにより、太陽電池のＩ−Ｖ特性が測定される。

特開２０１０−１９９２３８号公報 特開２０１０−１８２９６９号公報 特開２００９−１７５１２７号公報

しかしながら、上記検査方法の場合、多数のプローブピンを太陽電池に接触させる必要があった。このため、太陽電池が測定中に損傷するおそれがあった。また、電極が細い場合には、プローブを接触させることが困難となる。このため、太陽電池をなるべく非接触状態で検査する技術が要求されている。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、周囲に光反射部が設けられているフォトデバイスを、できる限り非接触で検査する技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、反射面によって集光する光反射部がその周囲に配置されているフォトデバイスを検査する検査装置であって、前記光反射部にパルス光を局所に限定して照射する照射部と、前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される電磁波パルスを検出する検出部とを備え、前記検出部は、前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて、前記電磁波パルスの電場強度を検出する検出器と、前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出器へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる遅延部と、を含み、前記検査装置は、複数の前記検出タイミングで前記検出器にて検出される電磁波パルスの電場強度から、前記電磁波パルスの時間波形を復元する時間波形復元部と、前記時間波形復元部により復元された時間波形のうち、最初に発生した電磁波パルスに相当する時間波形を抽出する時間波形抽出部と、をさらに備えている。

また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記時間波形抽出部は、前記電磁波パルスの前記時間波形において、基準となる基準電場強度よりも大きい電場強度を正の電場強度とし、前記基準電場強度よりも小さい電場強度を負の電場強度としたとき、前記パルス光の照射に応じて発生した光電流が消失する過程で発生する、前記電場強度の負のピークに基づき、前記電磁波パルスの時間波形を検出する。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る検査装置において、前記電磁波パルスの前記時間波形において、基準となる基準電場強度よりも大きい電場強度を正の電場強度とし、前記基準電場強度よりも小さい電場強度を負の電場強度としたとき、前記電場強度が正となるときの前記時間波形の波形面積、または、前記電場強度が負となるときの前記時間波形の波形面積を取得する、波形面積取得部、をさらに備えている。

また、第４の態様は、第１から第３までの態様のいずれか１態様に係る検査装置において、前記フォトデバイスが、太陽電池を構成する。

また、第５の態様は、反射面によって集光する光反射部がその周囲に配置されているフォトデバイスを検査する検査方法であって、(a)前記光反射部にパルス光を局所に限定して照射する工程と、(b)前記(a)工程における、前記パルス光の照射に応じて、前記フォトデバイスから放射される電磁波パルスを、前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて前記電磁波パルスの電場強度を検出する検出器で検出する工程と、(c)前記(b)工程において、前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出器へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる工程と、(d)複数の前記検出タイミングで前記検出器にて検出される電磁波パルスの電場強度から、前記電磁波パルスの時間波形を復元する工程と、前記(d)工程により復元された時間波形のうち、最初に発生した電磁波パルスに相当する時間波形を抽出する工程とを含む。

第１から第５までの態様によると、パルス光をフォトデバイスに照射することにより、電磁波パルスを放射させることができる。この電磁波パルスは、空乏層などの光キャリア発生領域において生じた光電流の時間微分に比例するものである。このため、電磁波パルスを解析することにより、非接触もしくは非接触に近い状態で、フォトデバイスの特性を検査することができる。したがって、フォトデバイスが損傷することを抑制することができる。

また、電磁波を検出するタイミングを変更することができる。フォトデバイスまでのパルス光の光路長は、照射位置毎に異なる。このため、光路長に応じて、電磁波パルスが放射されるタイミングも変化する。したがって、遅延部により検出タイミングを変更することで、パルス光の光路長に応じて放射される電磁波パルスに合わせて、電場強度を検出することができる。

また、１次反射のパルス光が、フォトデバイスの局所に入射することで放射される電磁波パルスを抽出することができる。このため、パルス光の照射位置を調整することによって、フォトデバイスのあらゆる箇所の特性を、局所的に検査することができる。また、光反射部の反射特性を、局所毎に解析することも可能である。

また、第２の態様によると、１次反射のパルス光によって放射される電磁波パルスの時間波形を精度良く抽出することができる。

また、第３の態様によると、パルス光の照射により放射される電磁波パルスは、フォトデバイスにて生じた光電流の時間微分に比例する。このため、電磁波パルスの時間波形の波形面積を取得することにより、パルス光により発生した光電流の大きさ、すなわち、発電量に関する検査を行うことができる。

また、第４の態様によると、太陽電池を構成するフォトデバイスを非接触もしくは非接触に近い状態で検査することができる。

実施形態に係る検査装置の概略構成図である。 図１に示される照射部と検出部の概略構成図である。 太陽電池一部分を示す概略斜視図である。 太陽電池素子の概略縦断面図である。 太陽電池素子に対して直接パルス光を照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１の時間波形の一例を示す図である。 光反射部に対してパルス光を照射したときに放射される電磁波パルスの時間波形の一例を示す図である。 第２検査の流れ図である。 太陽電池素子の概略縦断面図である。 光路長が相互に異なるパルス光によって放射される２つの電磁波パルスの時間波形を示す図である。 電磁波強度分布を表すイメージング画像の模式図である。 その他の電磁波強度分布を表すイメージング画像の模式図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。また、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数が誇張または簡略化されて図示されている場合がある。

＜１． 実施形態＞
＜１．１． 検査装置の構成および機能＞
図１は、実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、図１に示される照射部１２と検出部１３の概略構成図である。検査装置１００は、フォトデバイスが形成された基板の一種である太陽電池９０の空乏層の特性を検査するのに適した構成を備えている。

太陽電池などフォトデバイスは、例えば、ｐ型とｎ型の半導体が接合されたｐｎ接合部を有している。このｐｎ接合部付近では電子と正孔とが互いに拡散して結びつく拡散電流が生じることによって、ｐｎ接合部付近に電子と正孔とがほとんど存在しない空乏層が形成されている。この領域では、電子と正孔をそれぞれｎ型、ｐ型領域に引き戻す力が生じるため、フォトデバイスの内部に電場（内部電場）が生じている。

ここで、禁制帯幅を超えるエネルギーを持つ光がｐｎ接合部に照射された場合、ｐｎ接合部において発生した自由電子および自由正孔が、内部電場によって、自由電子がｎ型半導体側へ、取り残された自由正孔がｐ型半導体側へ移動する。フォトデバイスでは、この電流がｎ型半導体およびｐ型半導体のそれぞれに取り付けられた電極を介して、外部に取り出される。例えば太陽電池の場合、ｐｎ接合部の空乏層に光が照射されたときに生じる自由電子と自由正孔の移動が、直流電流として利用される。

発明者らは、フォトデバイスに所定波長のパルス光を照射したとき、特定波長の電磁波パルスが発生することを見出した。マクスウェル方程式によると、電流に変化が生じたとき、その電流の時間微分に比例した強度の電磁波が発生する。すなわち、空乏層などの光励起キャリア発生領域にパルス光が照射されることで、瞬間的に光電流の発生および消滅が起こる。この瞬間的に発生する光電流の時間微分に比例して、電磁波パルスが発生するものと考えられる。

ここで、光電流の発生は、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を反映したものである。したがって、発生した電磁波パルスを解析することによって、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性を検査することができる。このような原理に基づき、検査装置１００は、太陽電池９０に向けて所定波長のパルス光を照射したときに発生する電磁波パルスを検出するように構成されている。

図１に示されるように、検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、可視カメラ１４、モーター１５、制御部１６、モニター１７および操作入力部１８を備えている。

ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、太陽電池９０をステージ１１上に固定する。固定手段としては、基板を挟持する挟持具を利用したもの、粘着性シート、または、ステージ１１の表面に形成される吸着孔などが想定される。ただし、太陽電池９０を固定できるのであれば、これら以外の固定手段を採用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、太陽電池９０の受光面９１Ｓ側に照射部１２および検出部１３が配置されるよう、太陽電池９０を保持する。

図２に示されるように、照射部１２は、フェムト秒レーザ１２１を備えている。フェムト秒レーザ１２１は、例えば、３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下の可視光領域を含む波長のパルス光（パルス光ＬＰ１）を放射する。具体例としては、中心波長が８００ｎｍ付近であり、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光が、フェムト秒レーザから放射される。もちろん、その他の波長領域（例えば、青色波長（４５０〜４９５ｎｍ）、緑色波長（４９５〜５７０ｎｍ）などの可視光波長）のパルス光が出射されるようにしてもよい。

フェムト秒レーザ１２１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光（パルス光ＬＰ１１）は、太陽電池９０に照射される。このとき、照射部１２は、パルス光ＬＰ１１の照射を、受光面９１Ｓ側から行う。また、パルス光ＬＰ１１の光軸が、太陽電池９０の受光面９１Ｓに対して斜めに入射するように、パルス光ＬＰ１１が太陽電池９０に対して照射される。本実施形態では、入射角度が４５度となるように照射角度が設定されている。ただし、入射角度はこのような角度に限定されるものではなく、０度から９０度の範囲で適宜変更することができる。

図３は、太陽電池９０の一部分を示す概略斜視図である。また、図４は、太陽電池素子３１の概略縦断面図である。太陽電池９０は、フォトデバイスである太陽電池素子３１（光電変換素子）が光反射部３０によって囲まれている、いわゆる集光型太陽電池として構成されている。太陽電池素子３１は、略球体状に形成されている。光反射部３０は、例えばアルミニウム製の第２導電部材３２によって形成された複数の凹部３３となっている。太陽電池素子３１は、この凹部の底部に、それぞれ１つずつ固定されている。

上方から見た光反射部３０の開口端は、正六角形を呈している。そして、複数の光反射部３０がハニカム状に相互に連なることにより、１つの太陽電池９０が形成されている。光反射部３０の底部の貫通孔から下部に突出している部分において、太陽電池素子３１の第２半導体層３６（ｎ型半導体）、および、その上に形成された不図示の導電性反射防止膜は、エッチングなどで選択的に除去されている。そのため、この部分において、第１半導体３７（ｐ型半導体）の一部が露出されている。その第１半導体３７の露出部には、電極層３８が形成されている。

光反射部３０の内面３９は放物面状を呈している。この内面３９の焦点は太陽電池素子３１の中心とほぼ同位置とされている。凹部３３の内面３９を含む第２導電部材３２の受光面側には、銀メッキ層４２が形成されている。

第２導電部材３２の凹部３３の底部における、上記貫通孔の開口部の周縁部は、太陽電池素子３１の第２半導体層３６に対し、不図示の導電性接着剤によって、通電可能に固定されている。また、第２導電部材３２の裏面には、電気絶縁層４３が接着されている。電気絶縁層４３の電極層３８周辺には、透孔が形成されている。また、電気絶縁層４３の裏側にはアルミニウム製の第１導電部材４４が接着され、第１導電部材４４のうち、電気絶縁層４３の透孔に対向する部分には、透孔が形成されている。これらの透孔によって連通孔が形成されている。電極層３８および第１導電部材４４は、上記連通孔を満たすように充填されている導電性ペースト４５を介して、電気的に接続されている。

なお、太陽電池素子３１が光反射部３０に接続された状態で、凹部３３の空間に、例えば、透光性を有する樹脂材（ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂、またはエポキシ樹脂もしくはシリコン樹脂などの熱硬化性樹脂など）などが充填されてもよい。これにより、太陽電池素子３１を光反射部３０に対して、より強固に固定することができる。

第２導電部材３２の一端は、太陽電池９０の一方の端子を構成し、これに対向する端部の裏側から突出させた第１導電部材４４の一端が他方の端子を構成する。

このような構造を有する光反射部３０に対して、パルス光ＬＰ１１が照射されると、光反射部３０の内面３９（反射面）にてパルス光ＬＰ１１が反射して、太陽電池素子３１に集光される。太陽電池素子３１に、パルス光ＬＰ１１が入射すると、第１半導体３７（ｐ型半導体）および第２半導体層３６（ｎ型半導体）の接合部分において発生した自由電子（および自由正孔）が、内部電場により加速されることで、光電流が生じる。この光電流は、瞬時電流であり、その電流量の時間微分に比例する電磁波パルスＬＴ１が放射される。より具体的に、検出部１３において検出される電磁波パルスＬＴ１は、主に周波数０．０１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの電磁波パルス（以下、テラヘルツ波パルスとも称する。）が観測される。

図２に戻って、ビームスプリッタＢ１によって分割された他方のパルス光は、プローブ光ＬＰ１２として遅延部１３１およびミラーなどを経由して、検出器１３２に入射する。また、パルス光ＬＰ１１の照射に応じて太陽電池９０から放射される電磁波パルスＬＴ１は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光され、検出器１３２に入射する。

検出器１３２は、電磁波検出素子として、例えば、光伝導スイッチを備えている。電磁波パルスが検出器１３２に入射する状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に照射されると、この光伝導スイッチに瞬間的に電磁波パルスＬＴ１の電場強度に応じた電流が発生する。この電場強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光ＬＰ１２の照射に応じて、太陽電池９０を透過した電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出する。検出器１３２に、その他の素子、例えば非線形光学結晶を適用することも考えられる。また、ショットキーバリアダイオードを用いて、電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出することも考えられる。また、複数の光伝導スイッチを平面状に並べたものを検出器１３２として用いることも考えられる。この場合、より広範囲で電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。

遅延部１３１は、ビームスプリッタＢ１から検出器１３２までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。また、遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。

遅延部１３１は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動して折り返しミラー１０Ｍを移動させることにより、プローブ光ＬＰ１２の光路長を精密に変更する。これにより、遅延部１３１は、電磁波パルスＬＴ１が検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。したがって、遅延部１３１により、プローブ光ＬＰ１２の光路長を変化させることによって、検出部１３（検出器１３２）において電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）を遅延させることができる。

なお、その他の態様でプローブ光ＬＰ１２の検出部１３への到達時間を変更することも考えられる。具体的には、電気光学効果を利用すればよい。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を、遅延素子として用いてもよい。具体的には、特許文献３（特開２００９−１７５１２７号公報）に開示されている電気光学素子を利用することができる。

また、プローブ光ＬＰ１１（ポンプ光）の光路の光路長、もしくは、太陽電池９０から放射された電磁波パルスＬＴ１の光路を変更できるようにしてもよい。この場合においても、検出器１３２に電磁波パルスＬＴ１が到達する時間と、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達する時間を相対的にずらすことができる。これにより、検出器１３２における電磁波パルスＬＴ１の電場強度の検出タイミングを遅延させることができる。

また、太陽電池９０には、検査時に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路９９が接続される。逆バイアス電圧印加回路９９は、上述した一方の端子（第２導電部材３２の一端）と、他方の端子（第１導電部材４４の一端）とに接続される。逆バイアス電圧が電極間に印加されることによって、第１半導体３７および第２半導体層３６の接合部分の空乏層を拡大することができる。これにより、検出器１３２において検出される電磁波パルスＬＴ１の電場強度を大きくすることができるため、検出部１３における電磁波パルスＬＴ１の検出感度を向上することができる。なお、この逆バイアス電圧印加回路９９は省略することも可能である。

図１に戻って、可視カメラ１４は、ＣＣＤカメラで構成されており、撮影用の光源としてＬＥＤやレーザを備えている。可視カメラ１４は、太陽電池９０の全体を撮影したり、パルス光ＬＰ１１が照射される位置を撮影したりするのに用いられる。可視カメラ１４によって取得された画像データは、制御部１６へ送信され、モニター１７などに表示される。

モーター１５は、ステージ１１を二次元平面内で移動させる不図示のＸ−Ｙテーブルを駆動する。モーター１５は、このＸ−Ｙテーブルを駆動することによって、ステージ１１に保持された太陽電池９０を、照射部１２に対して相対的に移動させる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池９０を２次元平面内で任意の位置に移動させることができる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池９０の広い範囲（検査対象領域）にパルス光ＬＰ１１を照射して検査することができる。

なお、太陽電池９０を移動させる代わりに、または、太陽電池９０を移動させると共に、照射部１２を、検出部１３を２次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。これらの場合においても、太陽電池９０の各領域について、電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。また、モーター１５を省略して、ステージ１１をオペレータによって手動で移動させるようにしてもよい。

制御部１６は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび補助記憶部（例えばハードディスク）などを備えた一般的なコンピュータとしての構成を備えている。制御部１６は、照射部１２のフェムト秒レーザ１２１、検出部１３の遅延部１３１および検出器１３２、並びにモーター１５に接続されており、これらの動作を制御したり、これらからデータを受け取ったりする。

より具体的に、制御部１６は、検出器１３２から電磁波パルスＬＴ１の電場強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１３１を移動させる移動ステージ（図示せず。）の移動を制御したり、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー１０Ｍの移動距離などの遅延部１３１の位置に関連するデータを受け取ったりする。

また、制御部１６は、時間波形復元部２１、時間波形解析部２３および画像生成部２５を備えており、これらの処理部に各種演算処理を実行させる。これらの処理部はＣＰＵがプログラムにしたがって動作することにより実現される機能である。なお、これらの処理部の機能の一部または全部は、他のコンピュータが備えるＣＰＵによって実現されていてもよいし、専用の演算回路によってハードウェア的に実現されていてもよい。

時間波形復元部２１は、太陽電池９０において発生した電磁波パルスＬＴ１について、検出部１３（検出器１３２）にて検出される電場強度を元に、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を構築する。具体的には、遅延部１３１の折り返しミラー１０Ｍを移動させることによって、プローブ光ＬＰ１２の光路長（第１光路の光路長）を変更することによって、プローブ光が検出器１３２に到達する時間を変更する。これにより、検出器１３２において電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出するタイミングを変更される。これにより、時間波形復元部２１は、異なる位相での、電磁波パルスＬＴ１の電場強度を検出して、時間軸上にプロットすることにより、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する。

時間波形解析部２３は、時間波形復元部２１により復元された時間波形を解析する。詳細は後述するが、時間波形解析部２３は、本発明の時間波形抽出部および波形面積取得部として機能する。

画像生成部２５は、太陽電池９０の検査対象領域（太陽電池９０の一部または全部）に関して、パルス光ＬＰ１１を照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１の電場強度の分布を視覚化した画像を生成する。具体的には、画像生成部２５は、測定位置毎に、電場強度の相違が色または模様などで表現された電場強度分布画像を生成する。

制御部１６には、モニター１７および操作入力部１８が接続されている。モニター１７は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を表示する。モニター１７には、可視カメラ１４で撮影された太陽電池９０の受光面９１Ｓの画像、時間波形復元部２１によって復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形、時間波形解析部２３による解析結果、または画像生成部２５が生成した電場強度分布画像などが表示される。また、モニター１７には、検査の条件設定などをするために必要なＧＵＩ（Graphical User Interface）画面を表示する。

操作入力部１８は、マウスおよびキーボードなどの各種入力デバイスで構成されている。オペレータは操作入力部１８を介して所定の操作入力を行うことができる。なお、モニター１７がタッチパネルとして構成されることにより、モニター１７が操作入力部１８として機能するようにしてもよい。

以上が、検査装置１００の構成についての説明である。次に、検査装置１００を用いて行われる、太陽電池９０の検査を具体的に説明する。

＜１．２． 太陽電池の検査＞
本実施形態に係る検査装置１００は、大きく分けて２種類の検査を行うことができるように構成されている。まず第１の検査は、（１）電磁波パルスＬＴ１の時間波形に基づく検査（以下、第１検査とも称する。）である。この第１検査では、特定の領域（検査位置）にパルス光ＬＰ１１が照射したときに発生する電磁波パルスＬＴ１の時間波形が復元される。そして、この復元された時間波形に基づき、太陽電池素子３１、または、光反射部３０が局所毎に検査される。

これに対して、第２の検査は、（２）電磁波パルスＬＴ１の電場強度分布に基づいた検査（以下、第２検査とも称する。）である。この第２検査においては、比較的広範囲に渡ってパルス光ＬＰ１１を照射することで、照射位置毎に放射された電磁波パルスＬＴ１の電場強度が測定される。以下においては、第１検査および第２検査について、順番に説明する。

＜１．２．１ 第１検査＞
上述したように、第１検査では、パルス光ＬＰ１１の照射が局所に限定して行われる。具体的には、太陽電池素子３１にパルス光ＬＰ１１を直接照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１が検出されたり（図５参照）、もしくは、光反射部３０にパルス光ＬＰ１１を照射して、そこで反射したパルス光ＬＰ１１が太陽電池素子３１に入射することで放射される電磁波パルスＬＴ１が検出されたりする（図６参照）。

図５は、太陽電池素子３１に対して直接パルス光ＬＰ１１を照射したときに放射される電磁波パルスＬＴ１の時間波形５１の一例を示す図である。また、図６は、光反射部３０に対してパルス光ＬＰ１１を照射したときに放射された電磁波パルスＬＴ１の時間波形５３の一例を示す図である。図５および図６に示されるグラフにおいて、横軸は時間軸を示し、縦軸は電場強度を示している。また、図５および図６に示されるベースラインＢＬ１は、電場強度が発生していない平常状態のときの電場強度（以下、「基準電場強度」とも称する。）を示している。また、以下の説明においては、この基準電場強度よりも大きい電場強度を正の電場強度とし、基準電場強度よりも小さい電場強度を負の電場強度とする。

図４に示されるように、太陽電池素子３１の一部（図４に示される例では、頂点部）のみにパルス光ＬＰ１１が直接照射されると、時間波形復元部２１によって、図５に示される時間波形５１が復元される。上述したように、電磁波パルスＬＴ１は、パルス光ＬＰ１１の照射により生じた光電流の発生と消失により生じる。このため、図５に示されるように、時間波形５１は、光電流の発生する過程で発生する電場強度の正のピークＰ１１と、光電流が消失する過程で発生する電場強度の負のピークＰ１２とを持つこととなる。

太陽電池素子３１に直接パルス光ＬＰ１１が照射された場合、パルス光ＬＰ１１が、太陽電池素子３１および光反射部３０を反射して、再び太陽電池素子３１に入射するパルス光ＬＰ１１はほとんど生じない。したがって、この場合に復元される時間波形は、図５に示される時間波形５１のように、太陽電池素子３１にパルス光ＬＰ１１が直接照射されたときに放射される電磁波パルスＬＴ１に由来するものとなる。

時間波形解析部２３は、このような時間波形を解析する場合、電場強度が正となるときの時間波形の波形面積、電場強度が負となるときの時間波形の波形面積、または、これらの波形面積の和（もしくは、平均）を取得する。上述したように、放射される電磁波パルスＬＴ１は、太陽電池素子３１において発生した光電流の時間微分に比例するものである。このため、電磁波パルスＬＴ１の時間波形の波形面積を取得することによって、パルス光ＬＰ１１の照射により発生した光電流の大きさ、すなわち、発電量に関する検査を行うことができる。

また、時間波形をフーリエ変換することで、周波数スペクトル解析を行うことも可能である。例えば、不純物が混入している場合、特定の周波数で吸収が起こっている場合が考えられる。そこで、周波数スペクトル解析を行うことで、吸収が起こっている周波数を検出することにより、混入した不純物の検出またはその種類の特定などが可能となる。

また、太陽電池素子３１に直接ではなく、光反射部３０にパルス光ＬＰ１１が照射された場合、図４に示されるように、光反射部３０にて反射した後、太陽電池素子３１に入射することになる。しかしながら、この場合、パルス光ＬＰ１１の照射位置によっては、その一部が光反射部３０（または太陽電池素子３１）を複数回反射した後に、太陽電池素子３１に入射する可能性がある。したがって、図６に示されるように、復元された時間波形５３において、正の電場強度のピーク（例えば、ピークＰ２１，Ｐ３１・・・）、および、負の電場強度のピーク（ピークＰ２２，Ｐ３２・・・）が、交互に出現する場合がある。これは、パルス光ＬＰ１１が、太陽電池素子３１に対して、時間差をおいて複数回入射することで、その都度、太陽電池素子３１から電磁波パルスＬＴ１が放射されるためである。

より具体的に、時間波形５３のうち、最初に現れる正のピークＰ２１および負のピークＰ２２を含む期間ＴＲ１の部分は、パルス光ＬＰ１１の照射により最初に放射された電磁波パルスＬＴ１の時間波形（第１時間波形）に相当する。これに対して、時間波形５３のうち、二番目に現れる正のピークＰ３１および負のピークＰ３２を含む期間ＴＲ２の部分は、最初に放射された電磁波パルスＬＴ１の時間波形のみならず、二番目に放射された電磁波パルスＬＴ１の時間波形（第２時間波形）を含むものとなっている。この二番目に放射された電磁波パルスＬＴ１は、換言すると、２次反射のパルス光ＬＰ１１の入射により放射されたものである。

この時間波形５３についても、例えば、太陽電池素子３１の発電量に関する検査を行う場合には、時間波形５１の解析時と同様に、時間波形５３が正のときの波形面積、時間波形５３が負の時の波形面積、または、これらの波形面積の和（もしくは平均）を取得するようにすればよい。なるべく光の反射が多く起こる光反射部３０の部分に、パルス光ＬＰ１１を照射することで、太陽電池素子３１の多くの部分に、パルス光ＬＰ１１が入射しやすくなる。

一方、時間波形５３のように、複数の電磁波パルスＬＴ１が重なっているような場合、そのままでは、太陽電池素子３１の局所部分のみの特性を検査することは困難である。そこで、時間波形解析部２３は、時間波形５３のうち、最初に発生する電磁波パルスＬＴ１に相当する時間波形を抽出する。詳細には、時間波形解析部２３は、時間波形５３のうち、期間ＴＲ１の時間波形を抽出する。

なお、上記期間ＴＲ１は、電場強度が基準電場強度から変化し始めるタイミングＴ１を始点とし、正のピークＰ２１のタイミングＴ２および負のピークＰ２２のタイミングＴ３を経て、再び基準電場強度となるタイミングＴ４を終点としている。しかしながら、期間ＴＲ１の間に、最初に発生した電磁波パルスＬＴ１以外の時間波形が含まないように、期間ＴＲ１の終点を決定すればよい。このため、期間ＴＲ１の終点を、例えば、電場強度が負のピークＰ２２となるタイミングＴ３などとしてもよい。いずれの場合においても、負のピークＰ２２を基準にして、期間ＴＲ１を確定することにより、時間波形解析部２３が最初に発生する単一の電磁波パルスＬＴ１を精度良く抽出することができる。

以上のように、第１検査では、光反射部３０または太陽電池素子３１に局所的にパルス光ＬＰ１１を照射して、発生する電磁波パルスＬＴ１の時間波形を解析する。この時間波形を解析することにより、例えば、波形面積から太陽電池素子３１の発電に関する情報を局所毎に取得することができる。

また、最初に発生する電磁波パルスＬＴ１は、光反射部３０に対して１回だけ反射したパルス光ＬＰ１１（つまり、１次反射のパルス光ＬＰ１１）が、太陽電池素子３１の局所に入射することで放射される電磁波パルスである。このため、パルス光ＬＰ１１の照射位置を調整することによって、太陽電池素子３１のあらゆる箇所の特性を、局所的に解析することができる。また、第１検査によると、光反射部３０の反射特性を局所的に解析することを目的とすることもできる。以上が第１検査についての説明である。

＜１．２．２ 第２検査＞
図７は、第２検査の流れ図である。なお、図７に示される流れ図は、第２検査の一例であり、矛盾が生じない限りにおいて、各工程の実行順序が適宜変更されてもよい。

上記第１検査では、太陽電池９０の局所に限定してパルス光ＬＰ１１が照射される。これに対して、本第２検査では、太陽電池９０の全面など、比較的広範囲に渡ってパルス光ＬＰ１１が照射される。なお、第２検査における検査対象領域は、太陽電池９０の全部とされてもよいし、または、その一部とされてもよい。

第２検査では、まず、太陽電池９０がステージ１１に固定される（図７：ステップＳ１１）。このとき、搬送ロボットなどの搬送手段を用いて太陽電池９０がステージ１１に搬送されてもよいし、オペレータ自身が搬送するようにしてもよい。そして、太陽電池９０の各端子に逆バイアス電圧印加回路９９が接続され、逆バイアス電圧が印加される（図７：ステップＳ１２）。なお、このステップＳ１２は、省略することも可能である。

次に、検出部による検出タイミングが設定される（図７：ステップＳ１３）。具体的には、制御部１６が遅延部１３１を調整して、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に到達するタイミングが固定されるように、折り返しミラー１０Ｍの位置が固定される。

なお、太陽電池素子３１から放射される電磁波パルスＬＴ１を、なるべく高い強度で検出するためには、発生した電磁波パルスＬＴ１が最大となるときに検出することが望ましい。例えば、図５に示される電磁波パルスＬＴ１の時間波形５１の場合、電場強度が正のピークＰ１１のタイミングで、検出することが望ましい。

しかしながら、パルス光ＬＰ１１を照射する位置によって、パルス光ＬＰ１１の光路長（具体的には、ビームスプリッタＢ１から太陽電池素子３１までの光学的距離）が変化する。光路長が異なる場合、発生した電磁波パルスＬＴ１が検出器１３２に到達するタイミングも変わる。したがって、パルス光ＬＰ１１を２次元走査させて、照射位置を変更させた場合、太陽電池素子３１から放射される電磁波パルスを、常に最大強度となるタイミングで検出することはできない。この点について、具体的に、図８および図９を参照しつつ説明する。

図８は、太陽電池素子３１の概略縦断面図である。第２検査において、検査装置１００は、太陽電池９０に対して常に一定の角度（４５度）でパルス光ＬＰ１１を入射させ、太陽電池９０を照射部１２に対して相対的に２次元的に移動させる。また、太陽電池素子３１は、略球体である。したがって、太陽電池素子３１の頂点部にパルス光ＬＰ１１（図８に示されるパルス光ＬＰ１１ａ）が入射するとき、パルス光ＬＰ１１の光路長が最小となる。一方、光反射部３０の開口端付近にパルス光ＬＰ１１（図８に示される、パルス光ＬＰ１１ｂ）が照射されるとき、パルス光ＬＰ１１の光路長が最大となる。

図９は、光路長が相互に異なるパルス光ＬＰ１１によって放射される２つの電磁波パルスＬＴ１の時間波形５５，５７を示す図である。図９に示されるグラフにおいて、横軸は時間を示し、縦軸は電場強度を示している。また、図９に示される時間波形５５は、図８に示されるパルス光ＬＰ１１ａによって放射される電磁波パルスＬＴ１に対応している。また、図９に示される時間波形５７は、図８に示されるパルス光ＬＰ１１ｂによって放射される電磁波パルスＬＴ１に対応している。

パルス光ＬＰ１１の光路長が延びると、電磁波パルスＬＴ１が検出器１３２に到達するタイミングが遅延する。このため、図９に示されるように、時間波形５５と時間波形５７とでは、電場強度が最大となるタイミングが異なっている。具体的に、時間波形５５の電場強度が正のピークＰ４１となるタイミングＴ５は、時間波形５７の電場強度が正のピークＰ５１となるタイミングＴ６よりも早いタイミングとなっている。

以上のように、パルス光ＬＰ１１の照射位置が変更されると、パルス光ＬＰ１１の光路長に応じて、電磁波パルスＬＴ１が放射されるタイミングも変化する。このため、電磁波パルスＬＴ１の電場強度が最大となるタイミングも変化することとなる。

そこで、図７に示されるステップＳ１３において、検出タイミングを設定する際、その設定例として、（Ａ）太陽電池素子３１までのパルス光ＬＰ１１の光路長が、最小となるときに太陽電池素子３１から放射される電磁波パルスＬＴ１が、最大強度となるときの第１検出タイミング（すなわち、図９に示されるタイミングＴ５）を、検出タイミングに設定することが考えられる。

また、（Ｂ）太陽電池素子３１までのパルス光ＬＰ１１の光路長が、最大となるときに、太陽電池素子３１から放射される電磁波パルスＬＴ１の電場強度が最大となるときの第２検出タイミング（すなわち、図９に示されるタイミングＴ６）を、検出タイミングに設定することも考えられる。

もちろん、検出タイミングが上記（Ａ），（Ｂ）以外のタイミングに設定されて、第２検査が行われてもよいことはいうまでもない。

ステップＳ１３において、検出タイミングが設定されると、モーター１５が駆動されることにより、太陽電池９０を２次元平面内で移動させる（図７：ステップＳ１４）。このとき、パルス光ＬＰ１１が太陽電池９０に向けて照射され、放射される電磁波パルスＬＴ１の電場強度が測定される。これにより、太陽電池９０の検査対象領域についての電場強度分布が取得される。

なお、ステップＳ１４における、太陽電池９０の移動例として、例えば、太陽電池９０を所定の第一方向（主走査方向）に移動させることで、この、検査対象領域の端部から端部までパルス光ＬＰ１１を走査させる。その後、太陽電池９０を、この第一方向に直交する第二方向（副走査方向）に所要距離分移動させて（ずらして）、再び上記第一方向に沿って太陽電池９０を移動させる。これを繰り返し行うことにより、太陽電池９０の検査対象領域について、パルス光ＬＰ１１を走査させることができる。

ステップＳ１４において、電磁波パルスＬＴ１の電界強度が取得されると、画像生成部２５により、電界強度分布を示す画像（イメージング画像）が作成され、モニター１７に表示される（図７：ステップＳ１５）。また、検出タイミングを変更するかどうか、判定される（図７：ステップＳ１６）。検出タイミングを変更する場合は（ステップＳ１６においてＮＯ）、ステップＳ１３に戻って、検出タイミングの設定が行われる。検出タイミングを変更しない場合は（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、第２検査が完了することとなる。

なお、複数の検出タイミングステップＳ１６における判定に基づいて、検出タイミングを変更するのではなく、例えば、ステップＳ１４の測定中、遅延部１３２を制御することで、２（もしくは３以上）の検出タイミングで切り替えながら、パルス光ＬＰ１１の照射を行うようにすることも考えられる。

図１０は、電磁波強度分布を表すイメージング画像６１の模式図である。また図１１は、その他の電磁波強度分布を表すイメージング画像６３の模式図である。図１０に示されるイメージング画像６１は、ステップＳ１３において、検出タイミングが第１検出タイミング（図９に示される、タイミングＴ５）に設定されたときの、電磁波パルスＬＴ１の検出結果に対応している。また、図１１に示されるイメージング画像６３は、ステップＳ１３において、検出タイミングが第２検出タイミング（図９に示されるタイミングＴ６）に設定されたときの、電磁波パルスＬＴ１の検出結果に対応している。また、イメージング画像６１，６３においては、説明の都合上、電場強度の大きさが３段階で示されているが、より多くの階級で示されていてもよい。

例えば、イメージング画像６１では、電場強度が比較的強い領域が、光路長が比較的短くなる太陽電池素子３１の頂点部周辺となっている。一方、イメージング画像６３では、電場強度が比較的強い領域が、太陽電池素子３１の頂点部周辺ではなく、その周辺部、特に、光反射部３０の右側開口端付近となっている。

このようなイメージング画像６１（またはイメージング画像６３）を、例えば、良品を検査したときに取得されるイメージング画像と比較することで、異常箇所もしくは欠陥箇所などを容易に特定することができる。また、光反射部３０の形状を様々に変更して、その都度、イメージング画像を取得し、それらを比較することもできる。このような検査により、例えば、太陽電池素子３１に対して効率的に集光する光反射部３０の構造決定を行う上で、有用な情報を得ることが期待される。

以上のように、第２検査の場合、第１検査に比べて、一度に広範囲を検査することができる。しかも、第２検査では、検出タイミングが固定される。このため、第２検査は、比較的短時間で行うことができる。

＜１．３． 効果＞
以上のように、本実施形態に係る検査装置１００によると、太陽電池９０にパルス光ＬＰ１１が照射されることにより放射される電磁波パルスＬＴ１を検出することで、光励起キャリア発生領域（例えば空乏層）の特性を検査することができる。したがって、従来の検査方法（多数のプローブピンを太陽電池９０に当接させて検査する、いわゆる４端子測定法）に比べて、非接触もしくは非接触に近い状態で、太陽電池９０の検査を行うことが可能である。したがって、太陽電池９０の故障、不良判定の効率化や、接触などによる損傷事故の防止を図ることができる。

また、従来の検査方法では、太陽電池９０に対して、疑似太陽光を定常的に照射して検査を行うことになる。このため、集光型の太陽電池９０の場合、光反射部３０において、反射を繰り返した疑似太陽光が、太陽電池素子３１に入射する場合の測定結果しか得ることができない。これに対して、検査装置１００の場合、パルス光ＬＰ１１を用いるため、最初に発生した電磁波パルスＬＴ１の測定結果のみを抽出することができる。したがって、検査装置１００によると、太陽電池素子３１を局所毎に検査することが可能となっている。また、光反射部３０の局所的な解析する際にも有効である。このような局所的な検査を行うことにより、太陽電池素子３１、または、光反射部３０の構造の最適化、あるいは、材料の最適化を局所毎に図ることができる。

＜２． 変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態に係る検査装置１００において、検査対象物は、太陽電池９０に限定されるものではない。可視光を含む光を電流に変換するフォトデバイス（光電変換素子）を含むものであれば、検査装置１００の検査対象物となり得る。太陽電池以外のフォトデバイスとしては、具体的には、フォトダイオードやＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどのイメージセンサが想定される。なお、イメージセンサの中には、使用状態においてフォトデバイスが形成された基板の裏面側となる部分に受光素子が形成されているものが知られている。このような基板であっても、使用状態において受光する側の主面を受光面として検査装置１００に設置すれば、良好にテラヘルツ波パルスを検出することができる。

また、上記実施形態では、太陽電池素子３１が略球体に形成されているが、その他の形状のもの（板状体、直方体、円柱体、円錐体、角錐体など）であってもよい。また、上記実施形態では、光反射部３０の内面３９は、放物面を呈するものとしているが、平滑面を呈していてもよい。つまり、太陽電池素子３１に集光できるのであれば、光反射部はどのように構成されていてもよい。

さらに、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。

１００ 検査装置
１０Ｍ ミラー
１２ 照射部
１２１ フェムト秒レーザ
１３ 検出部
１３１ 遅延部
１３２ 検出器
１５ モーター
１６ 制御部
２１ 時間波形復元部
２３ 時間波形解析部（時間波形抽出部、波形面積取得部）
２５ 画像生成部
３０ 光反射部
３１ 太陽電池素子
３６ 第２半導体層
３７ 第１半導体
３９ 内面（反射面）
４２ 銀メッキ層
５１，５３，５５，５７ 時間波形
６１，６３ イメージング画像
９０ 太陽電池
ＢＬ１ ベースライン
ＬＰ１，ＬＰ１１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ パルス光
ＬＰ１２ プローブ光
ＬＴ１ 電磁波パルス
Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１ 正のピーク
Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２ 負のピーク
Ｔ１〜Ｔ６ タイミング
ＴＲ１，ＴＲ２ 期間

Claims (5)

1. 反射面によって集光する光反射部がその周囲に配置されているフォトデバイスを検査する検査装置であって、
   前記光反射部にパルス光を局所に限定して照射する照射部と、
   前記パルス光の照射に応じて前記フォトデバイスから放射される電磁波パルスを検出する検出部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて、前記電磁波パルスの電場強度を検出する検出器と、
   前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出器へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる遅延部と、
   を含み、
   前記検査装置は、
   複数の前記検出タイミングで前記検出器にて検出される電磁波パルスの電場強度から、前記電磁波パルスの時間波形を復元する時間波形復元部と、
   前記時間波形復元部により復元された時間波形のうち、最初に発生した電磁波パルスに相当する時間波形を抽出する時間波形抽出部と、
   をさらに備えている、検査装置。
2. 請求項１に記載の検査装置において、
   前記時間波形抽出部は、
   前記電磁波パルスの前記時間波形において、基準となる基準電場強度よりも大きい電場強度を正の電場強度とし、前記基準電場強度よりも小さい電場強度を負の電場強度としたとき、前記パルス光の照射に応じて発生した光電流が消失する過程で発生する、前記電場強度の負のピークに基づき、前記電磁波パルスの時間波形を検出する、検査装置。
3. 請求項１または２に記載の検査装置において、
   前記電磁波パルスの前記時間波形において、基準となる基準電場強度よりも大きい電場強度を正の電場強度とし、前記基準電場強度よりも小さい電場強度を負の電場強度としたとき、前記電場強度が正となるときの前記時間波形の波形面積、または、前記電場強度が負となるときの前記時間波形の波形面積を取得する、波形面積取得部、
   をさらに備えている、検査装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の検査装置において、
   前記フォトデバイスが、太陽電池を構成する、検査装置。
5. 反射面によって集光する光反射部がその周囲に配置されているフォトデバイスを検査する検査方法であって、
   (a) 前記光反射部にパルス光を局所に限定して照射する工程と、
   (b) 前記(a)工程における、前記パルス光の照射に応じて、前記フォトデバイスから放射される電磁波パルスを、前記パルス光の光源から出射されるプローブ光の照射に応じて前記電磁波パルスの電場強度を検出する検出器で検出する工程と、
   (c) 前記(b)工程において、前記電磁波パルスが前記検出器へ到達する時間と、前記プローブ光が前記検出器へ到達する時間との時間差を変更することによって、前記検出器による前記電磁波パルスの検出タイミングを遅延させる工程と、
   (d) 複数の前記検出タイミングで前記検出器にて検出される電磁波パルスの電場強度から、前記電磁波パルスの時間波形を復元する工程と、
   (e) 前記(d)工程により復元された時間波形のうち、最初に発生した電磁波パルスに相当する時間波形を抽出する工程と、
   を含む、検査方法。

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