JP6411683B1 - 太陽電池検査装置及びカメラ付きソーラーシミュレータ - Google Patents

太陽電池検査装置及びカメラ付きソーラーシミュレータ Download PDF

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Abstract

【課題】より鮮明な画像を撮像できる太陽電池検査装置及びカメラ付きソーラーシミュレータを提供する。
【解決手段】太陽電池検査装置１０は、光源２１０と、光源２１０から照射された照射光が通過するレンズ２３０と、レンズ２３０を通過した照射光を太陽電池ＳＢに照射するコリメータレンズ２６０と、照射光の光路外に配置され太陽電池ＳＢを撮像するカメラ２７０と、を備え、カメラ２７０が、コリメータレンズ２６０を通して太陽電池ＳＢを撮像できる位置に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池検査装置及びカメラ付きソーラーシミュレータに関する。
特許文献１には、太陽電池について測定したＩＶ特性である測定ＩＶ特性を基準ＩＶ特性と比較して太陽電池の異常の有無を判定する太陽光発電システムの検査装置が記載されている。この太陽光発電システムの検査装置機は、太陽電池の出力電流を検出する電流検出手段と、太陽電池の出力電圧を検出する電圧検出手段と、太陽電池の発電量、または発電量に応じて変化する値である変化値が太陽電池の変化値の最大値よりも少ない検査可能値の範囲内であるかどうかを判定する検査可否判定部と、変化値が検査可能値の範囲内である場合に、出力電流および出力電圧から測定ＩＶ特性を求めるＩＶ特性生成手段とを備えている。
特許文献２には、太陽電池に通電することでＥＬ発光させ、発光状態から欠陥の有無などを調べ、太陽電池の良否を判定することができる太陽電池の検査装置が記載されている。この太陽電池の検査装置は、検査対象となる太陽電池セルに電流を通電する電源手段と、電源手段により通電された太陽電池セルからの発光光を撮影する撮影手段と、撮影手段で撮影した太陽電池セルの撮影画像を解析する解析手段と、を有し、解析手段は、撮影手段で撮影した太陽電池セルの撮影画像について、撮影画像中の明暗が混在する部分における平均の明るさから閾値を求め、該閾値によって撮影画像を明部と暗部とに分け、明部と暗部とを２値化表示することによって強調し、太陽電池セルごとの欠陥の有無を判定する。
このように太陽電池の検査には、太陽電池に擬似太陽光を照射し出力特性を測定する検査と、太陽電池に電流を流し、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）により赤外発光する太陽電池を観察することによって内部の欠陥を発見する検査と、があり、一般に前者はＩＶ検査、後者はＥＬ検査と呼ばれている。
なお、エレクトロルミネッセンスを利用した太陽電池の評価方法については、例えば特許文献３に記載されている。
特開２０１６−３９６８４号公報 特開２０１０−１６０１９号公報 特許第５０５１８５４号公報
ここで、太陽電池検査装置として、前述のＩＶ検査及びＥＬ検査を一台で行うことができる複合検査装置が知られている。この複合検査装置においては、ＥＬ検査にて撮像される太陽電池の画像は、一部不鮮明であった。
本発明は、より鮮明な画像を撮像できる太陽電池検査装置及びカメラ付きソーラーシミュレータを提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、太陽電池のＩＶ検査及びＥＬ検査を行うための太陽電池検査装置であって、
光源と、
前記光源から照射された照射光が通過するレンズと、
前記レンズを通過した前記照射光を前記太陽電池に照射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの方向を向き、該コリメータレンズを通して前記太陽電池を撮像できる位置に配置され、前記太陽電池を撮像するカメラと、を備えた太陽電池検査装置である。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の太陽電池検査装置において、前記レンズへ向かう前記照射光の光路を開閉するシャッターと、
前記レンズの前記光源の側の周囲を覆い、前記シャッターが閉じている際に、該シャッターから前記照射光が漏れることを抑制する遮蔽部材と、を更に備えている。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の太陽電池検査装置において、閉じている前記シャッターと前記遮蔽部材の先端との間の距離が８ｍｍ以下となるように設定されている。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の太陽電池検査装置において、前記カメラに内蔵された撮像素子の焼き付きを抑制するシャッターを更に備えている。
請求項５に記載の発明は、太陽電池のＩＶ検査及びＥＬ検査を行うためのカメラ付きソーラーシミュレータであって、
光源と、
前記光源から照射された照射光を前記太陽電池に照射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの方向を向き、該コリメータレンズを通して前記太陽電池を撮像するカメラと、を備えたカメラ付きソーラーシミュレータである。
請求項６に記載の発明は、太陽電池のＩＶ検査及びＥＬ検査を行うための太陽電池検査装置であって、
光源と、
前記光源から照射された照射光を前記太陽電池に照射するコリメータレンズと、
前記コリメータレンズの方向を向き、該コリメータレンズを通して前記太陽電池を撮像するカメラと、を備えた太陽電池検査装置である。
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の太陽電池検査装置において、前記カメラに内蔵された撮像素子の焼き付きを抑制するシャッターを更に備えている。
本発明によれば、より鮮明な画像を撮像できる太陽電池検査装置及びカメラ付きソーラーシミュレータを提供できる。
本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池検査装置の説明図である。 同太陽電池検査装置が備えるシャッター及び遮蔽部材の説明図である。 同太陽電池検査装置が備えるシャッター及び遮蔽部材の側面図である。 同太陽電池検査装置によって行われるＥＬ検査の説明図である。 同太陽電池検査装置によって行われるＩＶ検査の説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池検査装置の説明図である。 同太陽電池検査装置によって行われるＥＬ検査の説明図である。 同太陽電池検査装置によって行われるＩＶ検査の説明図である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池検査装置１０は、一台で被検査対象物である太陽電池ＳＢのＩＶ検査及びＥＬ検査を行うことができる複合検査装置である。
太陽電池検査装置１０は、図１に示すように、疑似太陽光を照射するカメラ付きのソーラシミュレータ２０を備えている。このソーラシミュレータ２０は、筐体２０２を有し、この筐体２０２の内部に光源２１０、楕円ミラー２２０、インテグレータレンズ２３０、シャッター２４０、覆い部２５０（図２及び図３参照）、コリメータレンズ２６０、及びカメラ２７０が配置されている。
なお、筐体２０２の内部には、第１の部屋２０２ａと、第１の部屋２０２ａの下側に配置された第２の部屋２０２ｂと、が形成されている。
光源２１０は、連続点灯するランプであり、例えばキセノンランプやメタルハライドランプである。ただし光源２１０は、連続点灯するランプに限定されるものではなく、フラッシュ光を発生する光源であってもよい。
光源２１０は、第１の部屋２０２ａに配置されている。
楕円ミラー２２０は、光源２１０の上側周囲を覆うように配置されたミラーである。楕円ミラー２２０によって、光源２１０から照射された一部の照射光がインテグレータレンズ２３０に向かって反射される。楕円ミラー２２０は、第１の部屋２０２ａに配置されている。
インテグレータレンズ（レンズの一例）２３０は、光源２１０の下方に配置され、照射光が通過する。詳細には、インテグレータレンズ２３０は、第１の部屋２０２ａと第２の部屋２０２ｂとを仕切る隔壁ＢＷ１に設けられている。インテグレータレンズ２３０は、コリメータレンズ２６０へ向かう照射光の照度の均一性を高めることができる。
なお、インテグレータレンズ２３０は、ロッドレンズであっても良い。
シャッター２４０は、図２及び図３に示すように、モータ（不図示）によって駆動され、回転軸ＡＸ１回りに回転することで、光源２１０又は楕円ミラー２２０からインテグレータレンズ２３０へ向かう照射光の光路ＯＰ（図１に示す破線参照）を開閉できる。シャッター２４０は、第１の部屋２０２ａの内部に配置され、照射光の光路ＯＰを閉じた状態において、インテグレータレンズ２３０よりの上方側（光源２１０の側）に位置する。
覆い部２５０は、閉じているシャッター２４０から照射光が漏れることを抑制できる。覆い部２５０は、インテグレータレンズ２３０の上方側（光源２１０の側）の周囲を覆う筒状の遮蔽部材である。覆い部２５０は、第１の部屋２０２ａの側の隔壁ＢＷ１（図１参照）に設けられている。
閉じているシャッター２４０と遮蔽部材の先端との間の距離ｇ（図３参照）は、予め決められた寸法となるように設定されている。この予め決められた寸法は、例えば８ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以下であることが更に好ましい。
コリメータレンズ２６０は、図１に示すように、シャッター２４０及びインテグレータレンズ２３０の下方に配置され、インテグレータレンズ２３０を通過した照射光を太陽電池ＳＢに照射できる。コリメータレンズ２６０は、通過する光を平行光にすることができる。コリメータレンズ２６０は、第２の部屋２０２ｂを構成する下側の壁面ＢＷ２に設けられている。
カメラ２７０は、赤外発光する太陽電池ＳＢを撮像し、太陽電池ＳＢの内部に存在するクラックを可視化できる。
カメラ２７０は、第２の部屋２０２ｂの内部に配置されている。また、カメラ２７０は、インテグレータレンズ２３０からコリメータレンズ２６０へと向かう照射光の光路ＯＰの外であって、コリメータレンズ２６０を通して太陽電池ＳＢを撮像できる位置に配置されている。詳細には、カメラ２７０は、コリメータレンズ２６０の表面の中心から延び光軸ＡＸ２と角度θをなす軸ＡＸ３の上に位置し、この軸ＡＸ３が延びる方向を向いて配置されている。角度θは、例えば、５度以下となるように設定されている。
次に、太陽電池検査装置１０による太陽電池ＳＢの検査方法について説明する。
太陽電池検査装置１０の支持部（不図示）に太陽電池ＳＢが載置されると、まずＥＬ検査が行われる。
図４に示すＥＬ検査においては、光源２１０は発光しているものの、シャッター２４０が閉じられ、覆い部２５０（図２及び図３参照）の作用と相まって、カメラ２７０が配置された第２の部屋２０２ｂへの照射光が漏れることが抑制された状態となっている。この状態で太陽電池ＳＢに電流を流すと、太陽電池ＳＢはエレクトロルミネッセンスにより赤外発光する。カメラ２７０は、この赤外発光する太陽電池ＳＢを撮像する。
その際、前述の通り、カメラ２７０がソーラシミュレータ２０の外部ではなく内部に配置されているので、コリメータレンズ２６０を通して太陽電池ＳＢが撮像される。
従って、カメラ２７０がソーラシュミレータの外部に配置されている場合と比較して、角度θ（図１参照）がより小さくなる位置にカメラ２７０が配置されるので、アウトフォーカスとなることが抑制され、より鮮明なクラックの画像が得られる。
ＥＬ検査が終了した後、続いてＩＶ検査が行われる。
図５に示すＩＶ検査においては、シャッター２４０を開いて光源２１０から照射光を太陽電池ＳＢに照射し、例えばＪＩＳ−Ｃ８９１３及びＩＥＣ６０９０４−１に規定された測定方法に従って、太陽電池ＳＢの出力を測定する。
なお、本ＩＶ検査においては、カメラ２７０は使用されない。
このように、太陽電池検査装置１０によれば、一台で太陽電池ＳＢのＩＶ検査及びＥＬ検査を行うことができる複合検査装置であるにも関わらず、ＥＬ検査において従来よりもより鮮明な太陽電池ＳＢの撮像画像が得られる。
〔第２の実施の形態〕
続いて、本発明の第２の実施の形態に係るカメラ付きのソーラシミュレータ４０を備えた太陽電池検査装置３０について説明する。第１の実施の形態に係る太陽電池検査装置１０と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
前述のＩＶ検査において、カメラ２７０に内蔵されている撮像素子２７２は、第２の部屋２０２ｂにて反射した強い照射光に曝されるため、焼き付いてしまう場合がある。
そこで、ソーラシミュレータ４０は、図６に示すように、第２の部屋２０２ｂの内部に、カメラ２７０のレンズの前面を覆うことができるシャッター３４０を有している。
シャッター３４０は、モータ（不図示）によって駆動され、回転軸ＡＸ４回りに回転することで、カメラ２７０に入る反射光の光路を開閉できる。
なお、シャッターは、カメラ２７０に内蔵されていてもよい。
次に、太陽電池検査装置３０による太陽電池ＳＢの検査方法について説明する。
太陽電池検査装置３０の支持部（不図示）に太陽電池ＳＢが載置されると、まずＥＬ検査が行われる。
図７に示すＥＬ検査においては、光源２１０は発光しているものの、シャッター２４０が閉じられ、覆い部２５０（図２及び図３参照）の作用と相まって、カメラ２７０が配置された第２の部屋２０２ｂへの照射光が漏れることが抑制された状態となっている。この状態で太陽電池ＳＢに電流を流すと、太陽電池ＳＢはエレクトロルミネッセンスにより赤外発光する。
シャッター３４０は回転軸ＡＸ４回りに回転して開かれ、カメラ２７０は、赤外発光する太陽電池ＳＢを撮像する。
その際、前述の通り、カメラ２７０がソーラシミュレータ２０の外部ではなく内部に配置されているので、コリメータレンズ２６０を通して太陽電池ＳＢが撮像される。
従って、カメラ２７０がソーラシュミレータの外部に配置されている場合と比較して、角度θ（図６参照）がより小さくなる位置にカメラ２７０が配置されるので、アウトフォーカスとなることが抑制され、より鮮明なクラックの画像が得られる。
ＥＬ検査が終了した後、続いてＩＶ検査が行われる。
図８に示すＩＶ検査においては、シャッター２４０を開いて光源２１０から照射光を太陽電池ＳＢに照射し、例えばＪＩＳ−Ｃ８９１３及びＩＥＣ６０９０４−１に規定された測定方法に従って、太陽電池ＳＢの出力を測定する。
ＩＶ検査においては、カメラ２７０による撮像は行われない。ただし、シャッター３４０が回転軸ＡＸ４回りに回転してカメラ２７０のレンズの前面を覆うので、カメラ２７０に内蔵された撮像素子２７２が第２の部屋２０２ｂにて反射した強い照射光に曝されることが抑制される。
従って、太陽電池検査装置３０によれば、ＥＬ検査において従来よりもより鮮明な太陽電池ＳＢの撮像画像が得られることに加え、撮像素子２７２の焼き付きが抑制される。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
１０、３０ 太陽電池検査装置
２０、４０ ソーラシミュレータ
２０２ 筐体
２０２ａ 第１の部屋
２０２ｂ 第２の部屋
２１０ 光源
２２０ 楕円ミラー
２３０ インテグレータレンズ
２４０ シャッター
２５０ 覆い部
２６０ コリメータレンズ
２７０ カメラ
２７２ 撮像素子
３４０ シャッター
ＡＸ１ 回転軸
ＡＸ２ 光軸
ＡＸ３ 軸
ＡＸ４ 回転軸
ＢＷ１ 隔壁
ＢＷ２ 壁面
ＯＰ 光路
ＳＢ 太陽電池

Claims (7)

  1. 太陽電池のＩＶ検査及びＥＬ検査を行うための太陽電池検査装置であって、
    光源と、
    前記光源から照射された照射光が通過するレンズと、
    前記レンズを通過した前記照射光を前記太陽電池に照射するコリメータレンズと、
    前記コリメータレンズの方向を向き、該コリメータレンズを通して前記太陽電池を撮像できる位置に配置され、前記太陽電池を撮像するカメラと、を備えた太陽電池検査装置。
  2. 請求項１記載の太陽電池検査装置において、
    前記レンズへ向かう前記照射光の光路を開閉するシャッターと、
    前記レンズの前記光源の側の周囲を覆い、前記シャッターが閉じている際に、該シャッターから前記照射光が漏れることを抑制する遮蔽部材と、を更に備えた太陽電池検査装置。
  3. 請求項２記載の太陽電池検査装置において、
    閉じている前記シャッターと前記遮蔽部材の先端との間の距離が８ｍｍ以下となるように設定されている太陽電池検査装置。
  4. 請求項１記載の太陽電池検査装置において、
    前記カメラに内蔵された撮像素子の焼き付きを抑制するシャッターを更に備えた太陽電池検査装置。
  5. 太陽電池のＩＶ検査及びＥＬ検査を行うためのカメラ付きソーラーシミュレータであって、
    光源と、
    前記光源から照射された照射光を前記太陽電池に照射するコリメータレンズと、
    前記コリメータレンズの方向を向き、該コリメータレンズを通して前記太陽電池を撮像するカメラと、を備えたカメラ付きソーラーシミュレータ。
  6. 太陽電池のＩＶ検査及びＥＬ検査を行うための太陽電池検査装置であって、
    光源と、
    前記光源から照射された照射光を前記太陽電池に照射するコリメータレンズと、
    前記コリメータレンズの方向を向き、該コリメータレンズを通して前記太陽電池を撮像するカメラと、を備えた太陽電池検査装置。
  7. 請求項６記載の太陽電池検査装置において、
    前記カメラに内蔵された撮像素子の焼き付きを抑制するシャッターを更に備えた太陽電池検査装置。
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