JP6104112B2 - 太陽電池検査装置、及び太陽電池検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置、及び太陽電池検査方法に関する。

近年、環境に配慮したクリーンなエネルギーへの関心の高まりから、エネルギー源が無尽蔵に存在する太陽光を利用した太陽光発電が注目されている。太陽光発電によって長期的に安定したエネルギーを供給するためには、発電に使用する太陽電池に不具合が生じていないか定期的に検査する必要がある。

太陽電池の検査では、通常、「クラック（マイクロクラックを含む）」や「断線」等の欠陥の有無の確認が行われる。太陽電池における欠陥の有無の検査を行う方法の一つに、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）検査法がある。ＥＬ検査法とは、太陽電池に電流を印加したときに太陽電池が発光する現象（これを、エレクトロルミネッセンス現象と言う。）を利用した検査法である。太陽電池パネルに欠陥等が存在すると、欠陥箇所ではＥＬの発光強度が低下する。そこで、この現象を利用し、太陽電池の欠陥を検知する。ＥＬ検査法は、太陽電池を設置した状態のまま検査ができる等、利便性に優れた検査法ではある。しかしながら、ＥＬ発光によって得られた情報が、太陽電池の電極の不良に起因する欠陥であるか、あるいは、半導体の品質不良に起因する欠陥であるかを判別することは困難である。従って、ＥＬ検査法のみでは、太陽電池の欠陥に対して適切に対処することができず、品質の劣化を見落としてしまう虞がある。

一方、ＥＬ検査法の他に、ＰＬ（フォトルミネッセンス）を利用したＰＬ検査法が知られている。一般に、物質に所定のエネルギーを与えると、物質中の励起された電子が基底状態に遷移する際に光が発生する。ここで、上記の所定のエネルギーを光によって与える方法をＰＬ（フォトルミネッセンス）と言う。ＰＬは物質中に存在する不純物や欠陥に影響を受けることが知られている。太陽電池の検査においては、半導体である太陽電池に禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光を照射すると、光の吸収に伴って電子と正孔が生成され、これらが再結合する際に発光する。このとき、半導体結晶中に欠陥や不純物が存在すると、これらの欠陥等は光エネルギーを与えたときに形成される電子と正孔との再結合過程に影響を及ぼし、半導体結晶はその結晶固有の発光とは異なるエネルギーの光を放出する。この現象を利用し、ＰＬ発光によって得られた情報から太陽電池の欠陥を検知することができる。

従来、ＰＬ検査法を利用した太陽電池の検査装置として、ＰＬ光を検出するための高速光検出器と、光源の発光の位相と高速光検出器の出力信号との位相差を求める位相比較器と、試料測定位置を移動しながら、各測定点における位相差を解析、処理してＰＬの空間的な強度分布及び寿命分布、又はその相関分布を求める信号処理装置とから構成される検査装置があった（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１によれば、上記のような構成を採用することにより、試料から発生するＰＬの蛍光強度及び蛍光寿命、又はその相関の空間的な分布像を高速で得ることが可能になるとされている。

また、ＰＬ検査法を利用して、太陽電池のクラック等の欠陥の検査を一定の判定レベルで簡単に行うことができる検査装置があった（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２によれば、ＰＬ検査装置の照射装置に２つのＬＥＤユニットを備え、撮像装置にフィルターユニットを備えていることを特徴としており、このような構成にすることによって、太陽電池の異なる層の発光を分離して撮像することができるとされている。

特開平２−２６８２５６号公報 特開２００８−２２４４３２号公報

通常、太陽電池は光を効率よく吸収するために表面に凹凸の加工が施されている。このため、ＰＬ検査装置の光源から太陽電池の検査面に検査光を照射すると、検査光の一部が太陽電池の表面で乱反射し、その乱反射光がＰＬ検査装置のカメラに入射することがある。この場合、本来撮影したいＰＬ発光画像に乱反射光がノイズとして重なることになり、太陽電池の欠陥検査の精度が劣るという問題があった。

この点に関し、上記の特許文献１や特許文献２に開示されているＰＬ検査装置は、太陽電池に光を照射してＰＬ発光の強度分布を解析し、検査対象面を画像化することによって不純物等の欠陥を見つけ出しているものの、上記のようなノイズに関して何ら対策を講じていない。従って、ノイズが欠陥検査の邪魔となり、正確な検査を行うことができない場合がある。このように、従来のＰＬ検査装置では、検査精度の点において改善の余地があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＬ検査法を利用して太陽電池の検査を行う際、乱反射光によるノイズの影響を低減し、太陽電池の欠陥や品質不良を検出する精度を向上させた太陽電池検査装置、及び太陽電池検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る太陽電池検査装置の特徴構成は、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置であって、
検査対象の太陽電池に検査光を面照射するＬＥＤ光源と、
前記太陽電池に逆バイアス電流を印加する電源と、
前記太陽電池の検査面を撮影する撮影部と、
前記検査面の画像を処理する画像処理部と、
前記画像処理部によって処理された処理画像を表示する表示部と、
を備え、
前記画像処理部は、逆バイアス電流を印加していない状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第一ＰＬ発光画像と、逆バイアス電流を印加している状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第二ＰＬ発光画像との差分画像を前記処理画像として作成することにある。

上記課題で説明したように、従来のＰＬ法を用いた検査装置は、太陽電池に検査光を照射する際に同時に発生する乱反射光（ノイズ）が検査の精度を悪化させてしまうという問題があった。
この点、本構成の太陽電池検査装置では、画像処理部によって、逆バイアス電流を印加していない状態の太陽電池に検査光を面照射して得られる第一ＰＬ発光画像と、逆バイアス電流を印加している状態の太陽電池に検査光を面照射して得られる第二ＰＬ発光画像との差分画像が処理画像として作成される。ここで、第一ＰＬ発光画像はＰＬ発光と乱反射光によるノイズとからなる発光画像であり、第二ＰＬ発光画像はＰＬ発光を抑えたノイズを含むバックグラウンド画像となる。従って、この２つの画像の差分を取ることで、乱反射光によるノイズの影響を低減したＰＬ発光画像が得られ、太陽電池の欠陥等を正確に検出することが可能となる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記太陽電池は、複数のセルが接続された太陽電池モジュールとして構成されていることが好ましい。

複数のセルが連なった太陽電池モジュールでは、各セルを直列に接続するバスバーをショートさせた状態で検査対象の一つのセルに検査光を照射すると、当該セルのみでＰＬ発光が起こる。その理由は、検査対象としているセルと隣接するセルとの間には電流が非常に流れ難いため、検査対象のセル内に大部分のキャリアが溜まり、これらが再結合する際にＰＬ発光するからである。また、検査光を照射したセルの表面からは乱反射光も発生する。つまり、検査対象のセルに対して単純に検査光を照射しただけでは、適切なバックグラウンド画像を取得することができない。そのため、検査光を照射したときのＰＬ発光画像とバックグラウンド画像との差分を取っても、正味のＰＬ発光画像を取得することができず、その結果、太陽電池の検査精度が劣るという問題があった。
この点、本構成の太陽電池検査装置は、複数のセルが連なった太陽電池モジュールの検査において、第二ＰＬ発光画像を撮影する際に逆バイアス電流を印加する。複数のセルが連なった太陽電池モジュールに逆バイアス電流を印加してモジュール全体を通電可能な状態にすると、検査対象のセルにキャリアが溜まることがなく、ＰＬ発光はほぼ起こらない。本発明者は、この現象に着目し、太陽電池モジュールであっても、ＰＬ発光を利用した欠陥検査が可能となる装置を開発した。具体的には、先ず、電流を印加していない状態でのＰＬ発光による画像を取得する（第一ＰＬ発光画像）。第一ＰＬ発光画像は、ＰＬ発光とノイズとが重なった画像である。続いて、逆バイアス電流を印加した状態でＰＬ発光による画像を取得する（第二ＰＬ発光画像）。第二ＰＬ発光画像は、ＰＬ発光を抑えたノイズを含むバックグラウンド画像である。そして、これらの第一ＰＬ発光画像と第二ＰＬ発光画像との差分を解析することにより、ノイズの影響を低減した差分画像を処理画像として表示する。これにより、太陽電池モジュールの欠陥等を正確に検出することができる。
また、通常、太陽電池は複数のセルが接続された太陽電池モジュールとして製品化されている。本発明に係る太陽電池検査装置であれば、太陽電池モジュールを分解等せず、太陽電池を非破壊検査によって検査することができる。そのため、本発明の検査装置は実用性に優れており、太陽電池の長期信頼性の向上にも寄与することができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記太陽電池は、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池であることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、検査対象となる太陽電池が、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池であれば、ＰＬ法によって適切に欠陥検査を実行することができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記ＬＥＤ光源は、前記太陽電池の検査面より大きい範囲に亘って前記検査光を面照射可能に構成されていることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、太陽電池の検査面全体に亘って確実に検査光を照射することができる。そのため、検査面全体に対して欠陥の有無を確実に検出することができ、欠陥検査の精度が向上する。そして、太陽電池の品質向上に寄与することができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記差分画像に基づいて、前記太陽電池の状態を判定する判定部を備えることが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、第一ＰＬ発光画像と第二ＰＬ発光画像との差分画像（処理画像）から、太陽電池の欠陥を判定する判定部を備えているため、半導体不良に起因する太陽電池の欠陥の有無や欠陥の程度を判定することができる。

本発明に係る太陽電池検査装置において、
前記表示部は、前記判定部による判定結果を表示することが好ましい。

本構成の太陽電池検査装置は、判定部よる判定結果が表示部に表示されるため、画像処理部によって処理された処理画像と合わせて、検査面の不良箇所を容易に確認することができる。

上記課題を解決するための本発明に係る太陽電池検査方法の特徴構成は、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査方法であって、
検査対象の太陽電池に検査光を面照射する照射工程と、
前記太陽電池に逆バイアス電流を印加する電流印加工程と、
前記太陽電池の検査面を撮影する撮影工程と、
前記検査面の画像を処理する画像処理工程と、
処理された画像を表示する表示工程と、
を包含し、
前記画像処理工程において、逆バイアス電流を印加していない状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第一ＰＬ発光画像と、逆バイアス電流を印加している状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第二ＰＬ発光画像との差分画像を作成することにある。

本構成の太陽電池検査方法であれば、上記の太陽電池検査装置と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、第一ＰＬ発光画像と第二ＰＬ発光画像との差分を取ることで、乱反射光によるノイズ（以降、単に「ノイズ」と称する。）の影響を低減したＰＬ発光画像が得られ、太陽電池の欠陥等を正確に検出することが可能となる。

図１は、太陽電池のＰＬ発光に関する説明図である。 図２は、太陽電池検査装置を用いてセルに対してＰＬ検査を実施したときのＰＬ発光強度を示すグラフである。 図３は、本発明の太陽電池検査装置の概略構成図である。 図４は、太陽電池検査装置を用いて実施する太陽電池検査方法のフローチャートである。

以下、本発明の太陽電池検査装置、及び太陽電池検査方法に関する実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されることを意図しない。

〔太陽電池検査装置〕
初めに、本発明の太陽電池検査装置を開発するにあたり、本発明者はＰＬ検査法を利用した太陽電池検査装置とＰＬ発光との関係について以下のような考察をした。これについて図１に基づいて説明する。

図１は、太陽電池のＰＬ発光に関する説明図である。図１（ａ）は、１つのセルで構成されている太陽電池をオープンにした状態で検査光を照射した場合におけるＰＬ発光の様子を示している。図１（ｂ）は、１つのセルで構成されている太陽電池をショートさせた状態で検査光を照射した場合におけるＰＬ発光の様子を示している。図１（ｃ）は、複数のセルが接続された太陽電池モジュールにおいて、各セルを直列に接続するバスバーをショートさせた状態で検査対象のセルに検査光を照射した場合における当該セルのＰＬ発光の様子を示している。図２は、太陽電池検査装置を用いてセルに対してＰＬ検査を実施したときのＰＬ発光強度を示すグラフである。

図１（ａ）に示すように、１つのセルで構成されている太陽電池をオープンにした状態で検査光を照射すると、太陽電池を構成する半導体結晶中に電子と正孔（この２つを合わせてキャリアと称する。）が生成され蓄積し、それらが再結合する際にＰＬ発光が起こる。このとき、検査光の一部がセルの表面によって乱反射する。そのため、このときの太陽電池の発光の様子をカメラで撮影すると、ＰＬ発光と乱反射光（ノイズ）とが重なった発光画像が得られる。一方、図１（ｂ）に示すように、１つのセルで構成されている太陽電池をショートさせた状態で検査光を照射すると、セル内は通電可能な状態となるため、半導体結晶中のキャリアが滞留することはない。そのため、ほぼＰＬ発光は起こらず、実質的にセル表面での乱反射のみが起こる。このときの太陽電池の発光の様子をカメラで撮影すると、乱反射光（ノイズ）による画像が得られる。従って、オープン状態（図１（ａ））及びショート状態（図１（ｂ））において検査光を照射した場合の夫々の撮影画像の差分から、ノイズの影響を低減した正味のＰＬ発光画像を得ることができる。そして、このＰＬ発光画像から太陽電池の欠陥検出をすることができる。

次に、複数のセルが接続された太陽電池モジュールにおいて、各セルを直列に接続するバスバーをオープンにした状態で検査対象のセルに検査光を照射した場合、上記の図１（ａ）で説明した現象と同様の現象が起こる。つまり、当該検査対象のセルでＰＬ発光が起こるのと同時に、セル表面では乱反射も起こるため、この発光の様子を撮影すると、ＰＬ発光とノイズとが重なった発光画像が得られる。このときの発光強度は、例えば、図２のグラフ中にＸで示したプロフィールのようになる。続いて、図１（ｃ）に示すように、複数のセルが連なった太陽電池モジュールにおいて、各セルを直列に接続するバスバーをショートさせた状態で検査対象のセルに検査光を照射すると、この場合でも当該セルにおいてＰＬ発光が起こる。その理由は、検査光を照射したセルに隣接するセルには電流が非常に流れ難いため、検査光を照射したセルの半導体結晶中のキャリアは隣接するセルへ移動することが困難となるからである。従って、検査光を照射したセルに大部分のキャリアが溜まることとなり、これらのキャリアが再結合することにより、ＰＬ発光が起こる。一方、この場合もセル表面での乱反射は起こるため、このときの検査対象セルを撮影すると、ＰＬ発光とノイズとが重なった発光画像となり、図２のグラフ中にＹで示したプロフィールのような発光強度が観測される。ただし、バスバーをショートさせたことによりキャリアの拡散が若干許容されるため、プロフィールＹはプロフィールＸと比べてＰＬ発光強度は若干低くなっている。しかしながら、図２のプロフィールＸ及びプロフィールＹを見ると、太陽電池モジュールでは、オープン状態であってもショート状態であっても、両者の発光強度は大きくは変わらない。これは、太陽電池モジュールでは、回路の状態に関わらず、一つのセルに検査光を照射しただけでは回路全体が通電可能な状態とはならないため、オープン状態であってもショート状態であっても検査対象のセルにＰＬ発光が起こり、さらに、当該セルの表面では乱反射が発生し、ＰＬ発光画像とノイズとが重なった画像が検出されるためである。従って、太陽電池モジュールの欠陥検査では、図１（ａ）及び（ｂ）で説明したような一つのセルのみで構成される太陽電池と同様の方法でＰＬ検査を行っても、各画像の差分からノイズの影響を低減した正味のＰＬ発光画像を取得することは困難である。そのため、太陽電池モジュールでは、ＰＬ検査法による太陽電池検査を正確に実施できないという問題があった。

そこで、本発明の太陽電池検査装置は、上記のような問題を解決するため、以下に説明する構成を採用した。図３は、本発明の太陽電池検査装置（以下、単に「検査装置」と称する。）１００の説明図である。図３（ａ）は、検査装置１００の概略構成図である。図３（ｂ）は、太陽電池Ｍの一部（一列のモジュール）を示したものであり、検査対象セルの検査面Ｃに対してＰＬ検査を行ったときのセルの様子を示した説明図である。図３（ａ）に示すように、検査装置１００は、太陽電池Ｍの検査対象となる検査面Ｃに検査光Ｌを面照射するＬＥＤ光源１０と、太陽電池Ｍに逆バイアス電流を印加する電源２０と、太陽電池Ｍの検査面Ｃを撮影する撮影部であるカメラ３０と、カメラ３０で撮影された検査面Ｃの画像を処理する画像処理部４０と、処理画像を表示する表示部であるディスプレイ５０とを備えている。また、任意の構成要素として、画像処理部４０によって作成された差分画像により太陽電池Ｍの状態を判定する判定部６０を備えている。以下、検査装置１００の各構成について詳細に説明する。

＜太陽電池＞
図３（ａ）に示すように、本実施形態の太陽電池Ｍは、同一のサイズの太陽電池セル１が６×１０＝６０枚接続された太陽電池モジュールを構成する。太陽電池Ｍは、載置台２に載置される。本発明の検査装置１００は、太陽電池Ｍを構成するセル１を一枚ずつ検査するものとし、本明細書において検査面Ｃとは、その一枚のセル全体を意味する。太陽電池Ｍは、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池｛銅（Ｃｏｐｐｅｒ）−インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ）−ガリウム（Ｇａｌｌｉｕｍ）−セレン（Ｓｅｌｅｎｉｕｍ）系化合物太陽電池｝のいずれかの太陽電池である。これらの種類の太陽電池であれば、検査装置１００により、太陽電池Ｍの半導体不良に起因する欠陥を検出することができる。

＜ＬＥＤ光源＞
従来の太陽電池のＰＬ検査装置は、検査光としてレーザー光を使用するものであった。レーザー光は強度が強く、エネルギーが高い等の利点がある。ところが、レーザー光は照射面積を大きくすることが難しいため、検査対象のセルの面積が広範囲になると、検査に長時間を要したり、装置が大規模になってコストが掛かるといった問題があった。そこで、本発明の検査装置１００では、検査光としてＬＥＤを採用し、広い範囲に亘って光を照射可能な面光源を使用している。ＰＬ発光を発生させるための照射光の波長は、太陽電池半導体の種類によって固有のものである。例えば、上掲の太陽電池であれば、８００〜８５０ｍｍの波長領域の光を照射光（検査光）とすることが好ましい。

図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源１０は、太陽電池Ｍの検査面Ｃより一回り程度大きい範囲（図３（ａ）の破線で囲っている部分）に亘って、検査光Ｌを面照射することができる。これにより、ＬＥＤ光源１０から照射される検査光Ｌは、検査面Ｃ全体を含むように確実に面照射される。ここで、図３（ａ）中の破線で囲っている部分に示されているように、検査面Ｃからはみ出した部分にも検査光Ｌが照射されることがある。このため、当該部分においてもＰＬ発光が起こり、後述するＰＬ発光時の検査面Ｃの様子を撮影した画像に影響を与えるのではないか、という懸念が生じる。しかし、検査面Ｃからはみ出した部分に光が照射されたとしても、当該部分を有するセルでは発生したキャリアは直ちに拡散してしまうため、キャリアの再結合は起こらない。このため、検査対象のセルの周囲のセルではＰＬ発光には至らない。従って、検査面Ｃ以外のセル１（検査面Ｃと隣接するセル）において、検査光Ｌによって照射される可能性のある部分に、検査光Ｌが照射されないように予めマスク等で覆いを設ける必要はない。

ＬＥＤ光源１０は、検査面Ｃに検査光Ｌを確実に面照射できるように最適な位置にセットされる。さらに、ＬＥＤ光源１０は、太陽電池Ｍを構成する各セル１を一枚ずつ検査できるように、縦横方向に移動可能に構成される。ただし、載置台２の方を移動可能に構成し、載置台２を動かして検査対象のセル１を変更することも可能である。ＬＥＤ光源１０の最適な位置への設定や検査対象面の移動は、手動で操作してもコンピューターで制御しても構わない。

＜電源＞
電源２０は、太陽電池Ｍに逆バイアス電流を印加するため、太陽電池Ｍのバスバーに接続される。なお、太陽電池Ｍに元々電源が接続されている場合は、その電源を逆バイアス電流印加用の電源として利用することも可能である。電源２０をオフにした状態では（太陽電池Ｍに逆バイアス電流を印加しない状態）、太陽電池Ｍには電流が流れないため、ＬＥＤ光源１０から検査光Ｌを面照射すると検査面Ｃの半導体結晶中にキャリアが生成し、蓄積される。そして、これらのキャリアが再結合すると、ＰＬによる発光が起こる。この発光をＰＬ発光Ｌ１とする。このとき、検査光Ｌの一部は検査面Ｃにより乱反射した乱反射光Ｌ２となる。従って、電源２０をオフにした状態で検査光Ｌを照射すると、検査面Ｃからの光は、ＰＬ発光Ｌ１と乱反射光Ｌ２とが重なったものとなる。これを、第一ＰＬ発光とする。一方、図３（ｂ）に示すように、電源２０をオンにした状態では（太陽電池Ｍに逆バイアス電流を印加した状態）、太陽電池Ｍが通電可能な状態となるため、ＬＥＤ光源１０から検査光Ｌを面照射しても検査面Ｃの半導体結晶中にキャリアは生成され難い。そのため、キャリアの再結合による発光（ＰＬ発光）はほぼ起こらない。このときの検査面Ｃからの光は、実質的に検査面Ｃにより乱反射した乱反射光Ｌ２のみである。これを第二ＰＬ発光とする。このように、電源２０をオン又はオフの状態にしてＰＬ検査を行うと、夫々異なったＰＬ発光現象が観測される。

＜撮影部＞
撮影部であるカメラ３０は、第一ＰＬ発光（電源２０オフの状態）及び第二ＰＬ発光（電源２０オンの状態）における検査面Ｃの様子を夫々撮影する。上記にて説明したとおり、第一ＰＬ発光は、検査光ＬよってＰＬ発光Ｌ１と乱反射光Ｌ２とが重なった光であり、このときの検査面Ｃの様子がカメラ３０で撮影される。この撮影画像を第一ＰＬ発光画像とする。一方、第二ＰＬ発光は、太陽電池Ｍに逆バイアス電流を印加した状態（電源２０オンの状態）で検査光Ｌを面照射するため、ＰＬ発光Ｌ１が抑えられ、乱反射光Ｌ２のみの様子、つまり検査面Ｃのバックグラウンド画像がカメラ３０で撮影される。この撮影画像を第二ＰＬ発光画像とする。第一ＰＬ発光画像及び第二ＰＬ発光画像は、次に説明する画像処理部４０で処理されるため、例えば、ハードディスク等にデータとして記憶される。

カメラ３０は、ＬＥＤ光源１０と同様に、検査面Ｃ全体を確実に撮影できるように、最適な位置にセットされる。一つセル１の検査面Ｃの撮影が完了したら、カメラ３０は、ＬＥＤ光源１０とともに、次の検査対象となるセル１に応じた所定の位置に移動する。そして、この移動を繰り返して太陽電池Ｍの全体の走査が行われる。カメラ３０の最適な位置への設定や検査対象面への移動は、手動で操作してもコンピューターで制御しても構わない。

＜画像処理部＞
画像処理部４０は、カメラ３０にて撮影され、データとして記憶されている第一ＰＬ発光画像及び第二ＰＬ発光画像から、両者の発光画像の差分画像を作成する。第一ＰＬ発光画像は、ＰＬ発光Ｌ１の発光画像と乱反射光Ｌ２の画像（ノイズ）とが重なった画像である。第一ＰＬ発光画像の断面は、図２ではプロフィールＸとして示されている。一方、第二ＰＬ発光画像は、ＰＬ発光Ｌ１を抑えたノイズを含むバックグラウンド画像である。第二ＰＬ発光画像の断面は、図２ではプロフィールＺとして示されている。プロフィールＸとプロフィールＺとでは、発光強度に大きな差があることが示されている。従って、この第一ＰＬ発光画像及び第二ＰＬ発光画像の差分画像を作成することにより、ノイズが低減されたＰＬ発光画像を取得することができる。なお、画像処理部４０によって作成された差分画像が鮮明であれば、検査面Ｃの状態をより正確に把握することができる。そのため、例えば、この差分画像について移動平均によるスムージング処理を施して差分画像の粗さを調整することが好ましい。また、差分画像に対して所定の閾値を設定し、この閾値より大きい強度のノイズを差分画像から排除することも有効である。このように、差分画像に対して適切な処理を施すことによって、検査面Ｃの欠陥を判定することが可能な処理画像、つまり正味のＰＬ発光画像を取得することができる。

＜表示部＞
表示部であるディスプレイ５０は、画像処理部４０で作成された処理画像を表示する。画像処理部４０による処理画像がディスプレイ５０に表示されることにより、検査面Ｃの欠陥箇所を容易に特定することができる。また、ＰＬ検査によれば、ＥＬ検査では電極に起因する欠陥であるか、または半導体不良に起因する欠陥なのかを判別することが困難であった欠陥原因を明らかにすることができる。従って、ＰＬ検査画像をディスプレイ５０に表示することにより、太陽電池Ｍの不具合について欠陥原因に応じて対処し易くなり、太陽電池Ｍの品質向上に大きく寄与することができる。

＜判定部＞
上記のように、検査面Ｃの欠陥の有無や欠陥箇所の特定は、画像処理部４０から取得した処理画像（ＰＬ発光画像）をディスプレイ５０に表示させることにより目視で確認することができる。しかし、目視による確認は検査員の目に依るため、微小な欠陥を見落としてしまう虞がある。そこで、検査装置１００には、太陽電池Ｍの半導体に起因する欠陥をより確実に検出できるように判定部６０を設けることができる。判定部６０は、画像処理部４０によって作成された差分画像から太陽電池Ｍの状態を判定する。例えば、サンプルとして欠陥の無い良品の太陽電池にＰＬを行ったときのＰＬ発光画像（サンプル画像とする。）を予め撮影し、ハードディスク等に記憶させておく。判定部６０は、このサンプル画像と、画像処理部４０で得られた処理画像（ＰＬ発光画像）とを比較する。このとき、ディスプレイ５０に判定部６０の判定結果を表示することが好ましい。この場合、ディスプレイ５０には、画像処理部４０による処理画像（ＰＬ発光画像）とともに、判定部６０による欠陥判定結果が同時に表示されるため、検査面Ｃの欠陥の有無や欠陥の程度を容易に判断することが可能となる。その結果、太陽電池Ｍの欠陥検出の精度、及び検査の信頼性が向上する。

〔太陽電池検査方法〕
次に、検査装置１００を用いた太陽電池検査方法について、図４に示したフローチャートに基づいて説明する。

＜照射工程（ステップ１）＞
初めに、複数のセル１が直接に接続されたモジュールとして構成される太陽電池Ｍを、検査装置１００の載置台２に載置する。太陽電池Ｍは、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池のいずれかの太陽電池である。太陽電池Ｍを構成するセル１のうち、検査対象となるセルを選択し、当該セルを検査面Ｃとする。次に、検査光Ｌを検査面Ｃに面照射するように、ＬＥＤ光源１０を最適な位置にセットする。ステップ１では、太陽電池Ｍに電流を印加しない状態でＰＬ検査を行う。このため、電源２０をオフにしておく。検査光Ｌの波長領域は、太陽電池の種類によって固有の波長領域がある。例えば、上掲の太陽電池であれば、８００〜８５０ｍｍの波長領域の検査光を使用する。検査光Ｌを検査面Ｃに面照射すると、太陽電池Ｍには電流が印加されていないため、検査面Ｃのセル１にはキャリアが生成され、蓄積し、キャリアの再結合によってＰＬ発光Ｌ１が起こる。このとき、検査光Ｌが検査面Ｃに乱反射することによって乱反射光Ｌ２が同時に発生する。そのため、このときの検査面Ｃからの光は、ＰＬ発光Ｌ１と乱反射光Ｌ２とが重なった光となる。これを第一ＰＬ発光とする。

＜撮影工程（ステップ２）＞
ステップ２では、第一ＰＬ発光における検査面Ｃの様子をカメラ３０で撮影する。カメラ３０で撮影するにあたって、検査面Ｃのセル１全体を確実に撮影するように、カメラ３０を最適な位置にセットする。撮影された画像はＰＬ発光Ｌ１と乱反射光Ｌ２に由来するノイズとが重なった光であり、これを第一ＰＬ発光画像とする。第一ＰＬ発光画像は、データとしてハードディスク等に記憶される。

＜逆バイアス電流印加工程（ステップ３）＞
第一ＰＬ発光画像を取得した後、ステップ３では、太陽電池Ｍに逆バイアス電流を印加して太陽電池Ｍを通電可能な状態にする。これは、ステップ１で行った照射工程によるＬＥＤ光源１０から検査光Ｌを検査面Ｃに照射した状態で、電源２０をオンにする。太陽電池Ｍに逆バイアス電流が印加されると、生成されたキャリアは直ちに拡散するため、検査面Ｃにおいてキャリアの再結合は起こらない。そのため、検査対象のセル１に検査光Ｌを面照射してもＰＬ発光Ｌ１はほぼ起こらず、実質的に乱反射光Ｌ２のみが起こる。これを第二ＰＬ発光とする

＜撮影工程（ステップ４）＞
ステップ４では、第二ＰＬ発光における検査面Ｃの様子をカメラ３０で撮影する。第二ＰＬ発光は第一ＰＬ発光とは異なり、検査光Ｌの面照射によってＰＬ発光Ｌ１はほぼ起こらない。そのため、ステップ４で撮影された画像は、ＰＬ発光Ｌ１が抑えられ、実質的にノイズのみからなる検査面Ｃのバックグラウンド画像となる。これを第二ＰＬ発光画像とする。第二ＰＬ発光画像は、データとしてハードディスク等に記憶される。

＜画像処理工程（ステップ５）＞
ステップ５では、ステップ２及びステップ４で撮影され、データとして記憶されている第一ＰＬ発光画像と第二ＰＬ発光画像との差分を取って差分画像（処理画像）を作成する。２つの画像の差分を取ることで、ノイズの影響を低減したＰＬ発光画像が得られる。画像処理工程で作成した差分画像は、必要に応じて、移動平均によるスムージング処理を行ったり、差分画像に対して設定された所定の閾値との比較から余分なノイズを排除することによって、検査面Ｃの欠陥を判定することが可能な処理画像、つまり正味のＰＬ発行画像に加工することも可能である。

＜欠陥判定工程（ステップ６）＞
ステップ５の画像処理工程で取得した処理画像（ＰＬ発光画像）を目視で確認することにより、欠陥の有無の判定、及び欠陥箇所の確認をすることができる。しかし、上述したように、より正確な欠陥検査を行うため、ステップ６として、判定部６０による欠陥判定工程を行うことが好ましい。
ステップ６では、ステップ５で得られた処理画像から、検査面Ｃの欠陥の有無を判定部６０によって判定する。例えば、サンプルとして欠陥の無い良品の太陽電池のＰＬ発光画像を予め取得しておき、処理画像と比較することにより、欠陥の有無の判定を行う。検査面Ｃに半導体不良に起因する欠陥がある場合、当該欠陥がある箇所はサンプル画像とは異なって見える。これにより、太陽電池Ｍの欠陥箇所を発見することができる。

＜表示工程（ステップ７）＞
ステップ７では、ステップ５で取得したＰＬ発光画像とともに、ステップ６で判定部６０が行った欠陥判定の結果をディスプレイ５０に表示する。これにより、画像処理部４０によって作成された検査面ＣのＰＬ発光画像（処理画像）と併せて、検査面Ｃの不良箇所を容易に視認することができる。

＜検査続行の判定（ステップ８）＞
ステップ８では、検査面Ｃについてステップ１〜ステップ７の一連の検査工程が終了すると、他のセル１についても欠陥検査を続行するか判断する。太陽電池Ｍを構成するセル１の検査が全て終了した、あるいは、他のセル１の検査を行わない場合（Ｓ８；ＮＯ）は、欠陥検査を終了する。他のセル１について検査をする場合（Ｓ８；ＹＥＳ）は、ステップ９の工程へと進む。

＜セルの移動（ステップ９）＞
ステップ８で、欠陥検査続行と判断されたら、次の検査対象となるセル１に対してＰＬ検査を行うために最適な位置へＬＥＤ光源１０及びカメラ３０が移動する。ＬＥＤ光源１０及びカメラ３０の移動は、手動で、又はコンピューター制御によって行うことができる。ＬＥＤ光源１０及びカメラ３０を所定の位置に移動させた後は、新たに検査対象となるセル１の検査面Ｃに対してステップ１〜ステップ７の各工程を実施する。このように、各ステップの工程を繰り返すことにより、太陽電池Ｍを構成する全てのセル１の欠陥検査を行うことができる。その結果、太陽電池Ｍの半導体不良に起因する欠陥を確実に検出することができる。本発明の太陽電池検査方法によれば、欠陥原因に応じて適切に対処することができるため、太陽電池Ｍの品質維持及び品質向上を実現することができる。

本発明の太陽電池検査装置、及び太陽電池検査方法は、太陽電池の検査に利用されるものであるが、フォトルミネッセンスにより検査可能な半導体であれば、太陽電池以外のデバイスの検査に利用することも可能である。

１ セル
１０ ＬＥＤ光源
２０ 電源
３０ カメラ（撮影部）
４０ 画像処理部
５０ ディスプレイ（表示部）
６０ 判定部
１００ 太陽電池検査装置
Ｃ 検査面
Ｌ 検査光
Ｌ１ ＰＬ発光
Ｌ２ 乱反射光（ノイズ）
Ｍ 太陽電池

Claims (7)

1. フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査装置であって、
   検査対象の太陽電池に検査光を面照射するＬＥＤ光源と、
   前記太陽電池に逆バイアス電流を印加する電源と、
   前記太陽電池の検査面を撮影する撮影部と、
   前記検査面の画像を処理する画像処理部と、
   前記画像処理部によって処理された処理画像を表示する表示部と、
   を備え、
   前記画像処理部は、逆バイアス電流を印加していない状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第一ＰＬ発光画像と、逆バイアス電流を印加している状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第二ＰＬ発光画像との差分画像を前記処理画像として作成する太陽電池検査装置。
2. 前記太陽電池は、複数のセルが接続された太陽電池モジュールとして構成されている請求項１に記載の太陽電池検査装置。
3. 前記太陽電池は、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池、又はＣＩＧＳ系化合物太陽電池である請求項１又は２に記載の太陽電池検査装置。
4. 前記ＬＥＤ光源は、前記太陽電池の検査面より大きい範囲に亘って前記検査光を面照射可能に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池検査装置。
5. 前記差分画像に基づいて、前記太陽電池の状態を判定する判定部を備える請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池検査装置。
6. 前記表示部は、前記判定部による判定結果を表示する請求項５に記載の太陽電池検査装置。
7. フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池検査方法であって、
   検査対象の太陽電池に検査光を面照射する照射工程と、
   前記太陽電池に逆バイアス電流を印加する電流印加工程と、
   前記太陽電池の検査面を撮影する撮影工程と、
   前記検査面の画像を処理する画像処理工程と、
   処理された画像を表示する表示工程と、
   を包含し、
   前記画像処理工程において、逆バイアス電流を印加していない状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第一ＰＬ発光画像と、逆バイアス電流を印加している状態の太陽電池に前記検査光を面照射して得られる第二ＰＬ発光画像との差分画像を作成する太陽電池検査方法。

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