JP6206864B2 - 太陽電池の電気的短絡欠陥を検出する方法及び装置 - Google Patents
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Description
太陽電池の電気的短絡欠陥の存在と位置を検出する方法であって、
(a)検査対象である太陽電池を準備する工程と、
(b)短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の電圧が両電極間に印加させるように、前記検査対象に、経時的に電圧を掃引印加しながら、前記検査対象の電極表面の温度分布を経時的に測定する工程と、
(c)前記工程(b)と並行して、前記測定された温度分布に基づき、周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在の有無を経時的に確認する工程であって、
(c−1)周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在が確認できた場合、これを電気的短絡欠陥のある部分と判断する工程と、
(c−2)周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在が未確認のまま、短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の全電圧を印加することができた場合、電気的短絡欠陥のある部分はないと判断する工程と、
を含むことを特徴とする方法である。
太陽電池の電気的短絡欠陥の存在と位置を検出するための装置であって、
短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の可変電圧を印加するための可変電圧供給手段と、電極表面の温度分布を経時的に測定する測定手段とを備え、
経時的に太陽電池に印加する電圧を変化させつつ、前記太陽電池の電極表面の温度分布を経時的に測定することができることを特徴とする、装置である。
本発明の第一の態様は、太陽電池の電気的短絡欠陥の存在と位置を検出する方法であって、
(a)検査対象である太陽電池を準備する工程と、
(b)電圧を掃引印加しながら前記太陽電池の電極表面温度分布を測定する工程と、
(c)電極表面温度分布を経時的に確認する工程と、
を含む。
検査対象である太陽電池を準備する工程である。
(i)電極基板である導電性基板の湾曲や
(ii)電極基板上の配線の絶縁被覆不良、
が存在した場合、両電極の間の貼り合わせ工程で、両電極同士の不完全な物理的接触による電気的短絡欠陥が発生する危険性がある。導電性基板が容易に湾曲可能なプラスチックフィルムや金属箔ではなく、堅牢なガラス板であっても僅かな反りやねじれが内在している場合があるし、加熱により前記反りやねじれが増加する危険性もあり、本質的に導電性基板の湾曲を完全に回避することは困難である。また、すべての配線部を完全に絶縁被覆するのも容易ではない。
(i)対極と光電極とを本貼り合わせ(すなわち、貼り合わせに用いた封止材を硬化させた後である等、もはや両電極の分離が困難な状態)し、電解液も注入後の状態の電池、すなわち、出荷する前の状態の完成品の電池、のみならず、
(ii)対極と光電極とを本貼り合わせしたが、電解液を注入する前の状態の電池、や
(iii)対極と光電極を仮貼り合わせ(すなわち、貼り合わせに用いた封止材を硬化させる前である等、まだ両電極の分離が容易な状態)したが、電解液を注入する前の状態の電池、
も含まれる。
短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の電圧が両電極間に印加させるように、前記検査対象に、経時的に電圧を掃引印加しながら、前記検査対象である太陽電池の電極表面の温度分布を経時的に測定する工程である。
ここで短絡時電圧とは両電極が短絡状態の電圧、すなわち両電極の電位差がゼロのことをいい、開放時電圧とは短絡不具合のない正常に動作する太陽電池の発電性能評価から規定される電圧であって、両電極間に流れる電流がゼロとなる時の電圧のことをいう。ここで、前記発電性能評価とは、100mW/cm2、A.M.1.5の擬似太陽光を照射された太陽電池の電圧−電流特性評価のことをいう。また、A.M.(エアマス)とは太陽光が大気を通過する距離を表し、より具体的にはθを太陽光の仰角として1/sinθで表す。大気圏外におけるA.M.はゼロ、赤道直下での真上からくる太陽光のA.M.が1である。A.M.1.5は東京の年間を通じて平均した太陽光に相当する。
電極間の電圧値の変化の態様としては、(i)短絡時電圧からはじめて、徐々に電圧値を開放時電圧にまで増加させる方法と、(ii)開放時電圧からはじめて、徐々に電圧値を短絡時電圧にまで減少させる方法と、が考えられる。
本工程では、上記(1−2−1)及び(1−2−2)で説明したような電圧の掃引印加と同時に、検査対象である太陽電池の電極表面の温度分布を経時的に測定する。
温度分布を測定する対象となる電極としては、電極の貼り合わせ工程に起因すると考えられる不完全短絡部分の検出のためには、いずれの電極を測定しても検出可能である。もっとも、本検出方法に入る前に開放時電圧を測定したいような場合、光電極の電極表面の温度変化を測定するように装置をセットしておくことが、手間がより省ける点では好ましい。
前記工程(b)と並行して、前記温度分布の測定結果に基づき、周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在の有無を経時的に確認する工程であって、
(c−1)周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在が確認できた場合、これを電気的短絡欠陥のある部分と判断する工程と、
(c−2)周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在が未確認のまま、開放時電圧に相当する電圧値まで電圧を増加させることができた場合、電気的短絡欠陥のある部分はないと判断する工程、である。
短絡部分により多くの電流が流れることによって、該短絡部分の周囲よりも該短絡部分の方が、熱がより多く発生するという現象を利用して、太陽電池の電気的短絡欠陥の存在とその場所を特定する工程である。
太陽電池の電気的短絡欠陥の存在と位置を検出するための装置であって、
短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の可変電圧を掃引印加するための可変電圧供給手段と、電極表面の温度分布を経時的に測定する測定手段とを備え、
経時的に太陽電池に印加する電圧を変化させつつ、前記太陽電池の電極表面の温度分布を経時的に測定することができることを特徴とする、装置である。
図3に本態様の装置の具体例を挙げる。
本態様の装置には、任意に擬似太陽光源及び光電変換効率測定装置を備えることもできる。これにより、電圧掃引に必要な短絡時電圧及び開放時電圧を、同じ装置内で測定でき便利である。具体的には、擬似太陽光源としてはキセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ等を挙げることができ、光電変換効率測定装置としては一般的な直流電圧源及び電流モニタのセットを挙げることができ、上記(2−1)で説明した電流計及び電圧計を活用するのでもよい。
陽極用基板及び陰極用基板としてFTO膜付きのガラス板(FTO基板、市販品、12cm角サイズ)を用意した。
暗所にて、両電極間に0Vから0.7V(開放時電圧)までの電圧が印加されるように、直流電圧を徐々に増加させつつ印加した(連続的階段状電圧印加:9.9mV/step、216msec/step)。直流電圧印加と同時に、赤外線サーモグラフィー(NECavio赤外線テクノロジー社製TVS−8500)で陰極の熱分布測定を行なった。ここで、少なくとも0.1秒間、周囲よりも少なくとも0.1℃高くなったかどうかを基準にして、周囲よりも温度が高くなった電極表面の領域の検出を行なった(図4参照)。
(a)電流−電圧曲線による検査で完全短絡の不具合があると判断されたサンプル(図1の完全短絡状態参照)については、すべて本発明のサーモグラフィー法によってもその短絡の存在と位置を検出できた。
(b)電流−電圧曲線による検査で不完全短絡の不具合があると判断されたサンプル(図1の不完全短絡状態参照)については、9割以上の高い割合で本発明のサーモグラフィー法によってもその短絡の存在と位置を検出できた。
なお、電流−電圧曲線による検査で不完全短絡の不具合があると判断されたものの、本発明のサーモグラフィー法では未検出であったサンプルについては、ほぼ正常品に近い不完全短絡であったため発熱による検出ができなかったものと考えられる。
(c)本発明のサーモグラフィー法で検出された短絡不具合のほとんど大部分は、集電配線が配置されている部分(集電配線部)であった。集電配線の被覆不良に基づく短絡欠陥と考えられた(図5に表示される櫛状に形成された集電配線参照)。
Claims (8)
- 色素増感太陽電池の電気的短絡欠陥の存在と位置を検出する方法であって、
(a)検査対象である色素増感太陽電池を準備する工程と、
(b)短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の電圧が両電極間に印加させるように、前記検査対象に、経時的に電圧を掃引印加しながら、前記検査対象の電極表面の温度分布を経時的に測定する工程と、
(c)前記工程(b)と並行して、前記測定された温度分布に基づき、周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在の有無を経時的に確認する工程であって、
(c−1)周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在が確認できた場合、これを電気的短絡欠陥のある部分と判断する工程と、
(c−2)周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域の存在が未確認のまま、短絡時電圧〜開放時電圧に相当する範囲の全電圧を掃引印加することができた場合、電気的短絡欠陥のある部分はないと判断する工程と、
を含み、
前記工程(a)における色素増感太陽電池が、
(i)対極と光電極とを本貼り合わせし、電解液も注入後の状態の電池;
(ii)対極と光電極とを本貼り合わせしたが、電解液を注入する前の状態の電池;又は
(iii)対極と光電極を仮貼り合わせしたが、電解液を注入する前の状態の電池である、ことを特徴とする方法。 - 前記工程(a)における色素増感太陽電池が、
(ii)対極と光電極とを本貼り合わせしたが、電解液を注入する前の状態の電池;又は
(iii)対極と光電極を仮貼り合わせしたが、電解液を注入する前の状態の電池である、ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記電圧値の変化が、電圧値の増加であり、
前記工程(c)の(c−1)において、さらに直ちに印加する電圧値の増加を止めることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。 - 前記工程(b)において、電圧を1mV/sec〜1000mV/secの速度で増加ないし減少させることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記工程(c)において、周囲よりも少なくとも0.1℃、温度が高くなった前記電極表面の領域を特定することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記工程(c)において、少なくとも0.1秒の時間の間、周囲よりも温度が高くなった前記電極表面の領域を特定することを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- 赤外線サーモグラフィにより、前記検査対象の電極表面の温度分布の変化を経時的に測定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1の測定に加えて、検査対象の電流−電圧曲線をも同時に測定することにより、色素増感太陽電池の電気的短絡欠陥の存在につき重複して検査することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
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