WO2010146698A1 - 太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置 - Google Patents

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solar cell
defect
partition
structural
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和弘 山室
誠一 佐藤
充 矢作
純平 湯山
久三 中村
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株式会社アルバック
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus, and more particularly to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus capable of detecting and repairing structural defects at low cost.
  • a solar cell using a silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency per unit area.
  • a solar cell using a silicon single crystal uses a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal ingot, a large amount of energy is consumed for manufacturing the ingot and the manufacturing cost is high.
  • a solar cell is manufactured using a silicon single crystal, it is considerably expensive at present.
  • solar cells using amorphous (amorphous) silicon thin films that can be manufactured at lower cost are widely used as low-cost solar cells.
  • Amorphous silicon solar cells use a semiconductor film having a layer structure called a pin junction in which an amorphous silicon film (i-type) that generates electrons and holes when receiving light is sandwiched between p-type and n-type silicon films. . Electrodes are formed on both sides of the semiconductor film. Electrons and holes generated by sunlight move actively due to the potential difference between the p-type and n-type semiconductors, and this is continuously repeated, causing a potential difference between the electrodes on both sides.
  • i-type amorphous silicon film
  • a transparent electrode such as TCO (Transparent Conductive Oxide) is formed on a glass substrate as a lower electrode, and a semiconductor film made of amorphous silicon, an upper electrode, A structure in which an Ag thin film or the like is formed is employed.
  • TCO Transparent Conductive Oxide
  • an amorphous silicon solar cell having a photoelectric conversion body composed of such upper and lower electrodes and a semiconductor film there is a problem that a potential difference is small and a resistance value is large only by depositing each layer uniformly over a wide area on a substrate. .
  • an amorphous silicon solar battery is configured by forming partition elements in which photoelectric conversion bodies are electrically partitioned for each predetermined size and electrically connecting partition elements adjacent to each other.
  • a groove called a scribe line (scribe line) is formed on a photoelectric conversion body uniformly formed in a large area on a substrate using a laser beam or the like to obtain a large number of strip-shaped partition elements.
  • a structure in which the partition elements are electrically connected in series is employed.
  • an amorphous silicon solar cell having such a structure it is known that some structural defects occur in the manufacturing stage. For example, when an amorphous silicon film is formed, particles may be mixed or pinholes may be generated, so that the upper electrode and the lower electrode may be locally short-circuited.
  • the metal film constituting the upper electrode melts along the scribe line to reach the lower electrode, There may be a local short circuit with the lower electrode.
  • Patent Documents 1 and 2 a bias voltage is applied to the entire partition elements divided by a scribe line, and a Joule heat generated at a short-circuited portion is detected by an infrared sensor, whereby a partition element having a structural defect exists.
  • a method of identifying is disclosed. Further, there is a structural defect by magnifying and observing the surface of all partition elements with a CCD camera or the like, or by irradiating light and measuring and comparing FF (fill factor) for each partition element.
  • FF fill factor
  • the semiconductor film is removed over a wide range when repairing the defect portion with laser light or the like, and only the characteristics as a solar cell are obtained. There was also a problem that the appearance was not preferable. Further, when only a general defect position is specified and a defect is removed by applying a bias voltage, it is necessary to increase the bias voltage. However, when a bias voltage higher than necessary is applied, there is a problem in that a normal portion where no defect has occurred is damaged.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and accurately identifies the location of occurrence of a structural defect in a short time without damaging the photoelectric conversion body of the solar cell, and reliably identifies the identified structural defect. Another object is to provide a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing apparatus that can be removed and repaired.
  • the present invention provides the following solar cell manufacturing method. That is, the method for manufacturing a solar cell according to the first aspect of the present invention includes a plurality of partition elements, forming a photoelectric conversion body in which the partition elements adjacent to each other are electrically connected, and among the photoelectric conversion bodies, Based on the distribution of resistance values obtained by specifying the partition elements having structural defects (defect partition specifying step) and measuring the resistance values at a plurality of locations between the partition elements adjacent to each other.
  • the part where the structural defect exists in the partition element is limited (defect part specifying step), and the part where the structural defect exists is irradiated with a laser beam to remove the structural defect (repair process).
  • the measurement density of the resistance value may be changed at least two or more levels. preferable. In addition, it is preferable to use a four-probe type resistance measuring device for measuring the resistance value.
  • the solar cell manufacturing apparatus is a solar cell manufacturing apparatus having a photoelectric conversion body including a plurality of partition elements, in the partition elements having a structural defect among the photoelectric conversion bodies.
  • a resistance measurement unit that measures resistance values at a plurality of locations between adjacent partition elements, and images the region where the narrowed structural defects exist, An image capturing unit that accurately specifies the position of the defect; and a repair unit that irradiates the structural defect with a laser beam to remove the structural defect.
  • a solar cell including a partition element having a structural defect is selected in a defect partition specifying step. Then, only the sorted solar cells having defects are sent to the defect site identification process. In the defect site identification process, the site where the defect exists is accurately identified. This makes it possible to efficiently manufacture a solar cell free from structural defects.
  • a resistance value distribution between adjacent partition elements is measured to specify a region where a structural defect exists in the longitudinal direction of the partition elements. After that, by further capturing the narrowed area with the image capturing unit, it is possible to pinpoint the position where the structural defect exists in the partition element.
  • the conventional defect identification method it takes a lot of time to image a large area inspection object.
  • a method using imaging that takes a lot of time is reduced in advance by a resistance value distribution that can be measured in a short time. It is limited to imaging of area area. Therefore, the position of the structural defect can be accurately specified in a very short time. As a result, it is possible to remove only a minimum region including the defect in the repair process, and it is possible to repair the defective portion without greatly degrading the characteristics as a solar cell and without damaging the appearance.
  • the solar cell manufacturing apparatus of the second aspect of the present invention in order to specify the position of the structural defect, a resistance measuring unit that measures resistance values at a plurality of locations between the partition elements, and this resistance measurement Since the image capturing unit that captures a small area area narrowed down by the unit is provided, the position where the defect exists in the partition element can be accurately identified in a short time. Furthermore, it is possible to remove only a minimum region including a defect in the repairing process, and it is possible to repair the defective part without greatly deteriorating the characteristics as a solar cell and without damaging the appearance.
  • FIG. 1 is an enlarged perspective view showing an example of a main part of an amorphous silicon type solar cell manufactured by the method for manufacturing a solar cell of the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing the layer configuration of the solar cell of FIG.
  • FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view in which a portion indicated by reference numeral B in FIG.
  • the solar cell 10 has a photoelectric conversion body 12 formed on a first surface 11a (one surface) of a transparent insulating substrate 11.
  • substrate 11 should just be formed with the insulating material which is excellent in the transmittance
  • first electrode layer (lower electrode) 13 a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the substrate 11.
  • the first electrode layer (lower electrode) 13 may be made of a transparent conductive material, for example, a light-transmitting metal oxide such as TCO or ITO (Indium Tin Oxide).
  • the second electrode layer (upper electrode) 15 only needs to be formed of a conductive metal film such as Ag or Cu.
  • the semiconductor layer 14 has a pin junction structure in which an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18.
  • an i-type amorphous silicon film 16 is sandwiched between a p-type amorphous silicon film 17 and an n-type amorphous silicon film 18.
  • a potential difference is generated between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 (photoelectric conversion).
  • the photoelectric conversion body 12 is divided by a scribe line (scribe line) 19 into a large number of partition elements 21, 21.
  • the partition elements 21, 21,... Are electrically partitioned from each other and electrically connected in series between the partition elements 21 adjacent to each other.
  • the photoelectric conversion body 12 has a structure in which the partition elements 21, 21... Are all electrically connected in series. In this structure, a high potential difference current can be extracted.
  • the scribe line 19 is formed, for example, by forming the photoelectric conversion body 12 uniformly on the first surface 11a of the substrate 11 and then forming grooves in the photoelectric conversion body 12 at a predetermined interval by a laser beam or the like.
  • a protective layer made of an insulating resin or the like on the second electrode layer (upper electrode) 15 constituting the photoelectric converter 12.
  • FIG. 3 is a flowchart showing stepwise the manufacturing method of the first embodiment of the solar cell of the present invention. Among these, the process from detection of structural defects to repair will be described in detail.
  • the photoelectric conversion body 12 is formed on the first surface 11a of the transparent substrate 11 (photoelectric conversion body forming step: P1).
  • a first electrode layer (lower electrode) 13 As a structure of the photoelectric converter 12, for example, a first electrode layer (lower electrode) 13, a semiconductor layer 14, and a second electrode layer (upper electrode) 15 are stacked in order from the first surface 11 a of the substrate 11. I just need it.
  • the structural defect A ⁇ b> 1 caused by impurities (contamination) mixed into the semiconductor layer 14 or fine pins on the semiconductor layer 14.
  • defects such as a structural defect A2 in which holes are generated may occur.
  • Such structural defects A1 and A2 locally short-circuit (leak) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • a laser beam or the like is irradiated toward the photoelectric converter 12 to form a scribe line (scribe line) 19 and divided into a large number of strip-shaped partition elements 21, 21. : P2).
  • the metal constituting the second electrode layer 15 is melted by the deviation of the laser irradiation position and flows down into the groove of the scribe line 19.
  • defects such as structural defects A3 may occur.
  • Such a structural defect A3 locally short-circuits (leaks) between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 to reduce power generation efficiency.
  • the partition elements 21, 21,... Having the structural defects represented by the above-described A1 to A3 are specified (defect partition specifying step: P3).
  • specific methods for specifying the partition elements 21, 21... In which a structural defect exists include, for example, measurement of resistance value, measurement of FF (fill factor), and the like.
  • the partition element 21 in which a structural defect exists is specified by measuring the resistance value, as shown in FIG. 5, several measurement points are set along the longitudinal direction L of the strip-shaped partition element 21 and are adjacent to each other. A resistance value is measured between the partition elements 21 and 21, and a partition element 21s (defective partition element) in which a structural defect exists can be identified from the distribution of the measured values.
  • FIG. 6 shows an example in which the resistance value of the adjacent partition elements is measured in a solar cell composed of 120 partition elements.
  • the resistance value of the 35th partition element is clearly reduced. That is, it is predicted that a structural defect that causes a short circuit exists in the 35th partition element. Similarly, it is predicted that a structural defect also exists in the 109th partition element.
  • a defect section specifying step when a section element having a structural defect is specified by measuring a resistance value, there are several methods as a measuring method. For example, using a measuring device in which a large number of probes are arranged at a predetermined interval along the longitudinal direction L of the partition element 21, a method of completing the resistance value between the partition elements with a single vertical movement of the probe, Alternatively, any method may be used as long as the probe is scanned along the longitudinal direction L of the partition element 21 and the probe is repeatedly moved up and down at a predetermined measurement point.
  • a method of applying a bias voltage of a predetermined value and a method of a two-probe method performed by a set of two probes that serves both as a current value measurement Alternatively, any of the four-probe-type methods comprising two sets of four probes, which are performed by differentiating the probe used for applying a predetermined bias current and the probe used for measuring the voltage value, may be used. .
  • the resistance value is calculated from these voltage value and current value.
  • FF fill factor
  • the solar cell in which the partition element in which the structural defect exists is found through the defect partition specifying process as described above is sent to the defect site specifying process described below.
  • a solar cell in which a partition element having a structural defect cannot be found is commercialized as a non-defective product through a protective layer formation step P6 and the like.
  • the solar cell in which the partition element in which the structural defect exists is found in the defect partition specifying step described above is further sent to a step (defect portion specifying step: P4) for limiting the portion in which the structural defect exists in the partition element.
  • a step defect portion specifying step: P4 for limiting the portion in which the structural defect exists in the partition element.
  • this defect site specifying process first, only the partition elements that are considered to have a structural defect in the defect partition specifying process of the previous process, and between adjacent partition elements 21 along the longitudinal direction L of the partition elements. Measure the resistance value. At this time, the resistance value is measured by making the measurement interval (measurement density) of the resistance value in the longitudinal direction L finer than the measurement interval of the resistance value in the defect section specifying step of the previous step.
  • the adjacent partition elements 21 and the adjacent partition elements 21 are measured at predetermined measurement intervals T1 (measurement density) over the entire area in the longitudinal direction L of the partition elements 21s where the structural defects R are considered to exist. Measure the resistance value between. By measuring the resistance value, the approximate position of the structural defect R in the longitudinal direction L of the partition element 21s is specified.
  • the measurement interval T1 may be about 20 mm, for example.
  • FIG. 8 shows an example of measuring the resistance value between adjacent partition elements in a strip-shaped partition element having a length of 1400 mm in the longitudinal direction L (one defect exists).
  • the resistance value decreases as the distance from one end of the partition terminal approaches 250 mm.
  • a tendency is observed in which the resistance value gradually decreases as the position of the defect is approached. Therefore, if the resistance value is measured at a predetermined interval in the longitudinal direction L of the partition element 21s and the change in the resistance value is observed, the approximate position of the structural defect R can be known in the partition element 21s. .
  • the measurement interval T2 that is finer than the above-described measurement interval T1 is about 100 mm before and after this position. It is preferable to measure a resistance value between adjacent partition elements (see FIG. 7B).
  • the measurement interval T2 is set to about 2 mm, for example, and narrows down the region Z in which the structural defect R exists with an accuracy about 10 times finer than the above-described step of specifying the approximate defect position.
  • a method of applying a bias voltage of a predetermined value and a method of a two-probe method performed by a set of two probes that serve both as a current value measurement may be used.
  • any of the four-probe-type methods comprising two sets of four probes, which are performed by differentiating the probe used for applying a predetermined bias current and the probe used for measuring the voltage value, may be used. .
  • the resistance value is calculated from these voltage value and current value.
  • the position of the defect is specified by changing the measurement interval of the resistance value in two stages.
  • the structure in the partition element is changed by changing the measurement interval in three stages or more.
  • the region Z where the defect R exists may be narrowed down more finely.
  • a bias current (voltage) is intermittently applied only to the probe X1 intermittently at a predetermined wide measurement interval T1, and the approximate position of the structural defect R is specified.
  • the bias current is applied to the probe X2 in the section in which the structural defect R is considered to exist, that is, the section having the lowest resistance value between the probes to which the bias current (voltage) is applied. (Voltage) is applied.
  • the position of the structural defect R in the partition element is specified more accurately.
  • the probe unit U in which the probes are densely arranged at the interval T2 along the longitudinal direction L of the partitioning element 21s the probe to which the bias current (voltage) is applied is appropriately changed to thereby change the probe.
  • the position of the structural defect R can be quickly detected simply by selecting a probe that supplies a bias current without moving the needle in the longitudinal direction L.
  • a method of changing the interval between terminals to be measured during measurement may be adopted.
  • the resistance value is initially measured by setting the terminal interval to be relatively large, and the resistance value lower than the threshold value is detected or constant.
  • the distance between the terminals is narrowed to measure each terminal.
  • the measurement is performed by returning to the original interval.
  • a method may be adopted in which a plurality of threshold values are determined and the terminal measurement interval is changed for each threshold value. For example, resistance thresholds A, B, and C (A> B> C) are determined. When the resistance value is greater than or equal to the threshold A, measurement is performed with an interval of 10 terminals, and when the threshold value is less than or equal to the threshold A, measurement is performed with 5 terminals available. Measure at each terminal. When the resistance value increases, the measurement interval is increased every time the threshold value is exceeded. When there is a defect, the resistance value gradually changes (see FIG. 8), and thus the defect position can be detected quickly and accurately by changing the measurement interval for each threshold.
  • the range in which the structural defect R exists in the longitudinal direction L of the partition element 21s can be limited, but the structural defect R exists in the width direction W of the partition element 21s. It is difficult to specify the existing position. Therefore, the region Z where the structural defect R exists, which is narrowed down to a narrow range in the partition element by measuring the resistance value, is captured by the image capturing unit (see FIG. 9A).
  • the image capturing unit for example, a device in which a CCD camera 24 is combined with a high-power lens is employed.
  • the position in the region Z where the structural defect R exists in the width direction W of the partition element 21s is accurately specified.
  • a method of determining the position of the structural defect R from the image captured in this way human-made visual determination, image data of a partition element to be inspected using a computer, and a defect-free partition captured in advance. Determination by comparing with image data of the element is adopted.
  • the defect identification method In the conventional defect identification method, it takes a lot of time to image a large area inspection object. On the other hand, in the present embodiment, the defect identification method is limited to imaging of a small-area region Z that is narrowed down in advance by a distribution of resistance values that can be measured in a short time. Therefore, it becomes possible to specify the exact position of the structural defect R in a very short time.
  • the structural defect R of the solar cell is repaired (repair process: P5).
  • the laser beam Q is irradiated from the laser device 25 in the minimum range toward the structural defect R pinpointed by measuring the resistance value and capturing the image (see FIG. 9B). ).
  • the semiconductor layer and the electrode where the structural defect R exists are evaporated and removed (see FIG. 9C and FIG. 4B).
  • each of the structural defects A1 to A3 shown in FIG. 4A is removed as shown by reference numerals E1 to E3 in FIG. 4B.
  • the structural defects existing in the partition elements in the solar cell are identified and removed through the defect partition identification step (P3), the defect site identification step (P4), and the repair step (P5).
  • the solar cell from which the structural defects have been removed is sent to the protective layer forming step (P6), and the subsequent process is performed.
  • a solar cell including a partition element having a structural defect is selected in a defect partition specifying step. Then, only the selected solar cells having structural defects are sent to the defect site identification process.
  • the defect site specifying step the existence site of the structural defect is accurately specified by measuring the resistance value and imaging the region narrowed down by this. This makes it possible to efficiently manufacture a solar cell free from structural defects.
  • the solar cell manufacturing apparatus of the present invention A resistance measurement unit that measures resistance values at a plurality of locations between 21 and an image imaging unit (CCD camera 24) that captures only the region Z where the structural defect R narrowed down by the resistance measurement unit exists are provided. That's fine.
  • the resistance measurement unit may be configured by a two-probe or four-probe resistance measurement device and a moving device that relatively moves the partition element 21 and the probe along the length direction L.
  • Examples of the image capturing unit include an optical camera and a CCD camera.
  • the position of the structural defect R is accurately specified by the image capturing unit.
  • a laser device 25 is used as a repairing unit for irradiating the laser beam Q toward the structural defect R that is accurately specified.
  • a repairing unit may further include a scanning mechanism that scans the laser beam within a predetermined range, or may include a moving table on which a solar cell that is a repaired object is placed and moved horizontally.
  • the present invention provides a method for manufacturing a solar cell in which damage to a photoelectric conversion body is suppressed, the occurrence location of a structural defect is accurately identified, and the specific structural defect is reliably removed and repaired. Useful for equipment.

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Abstract

 この太陽電池の製造方法は、複数の区画素子(21,21s)を含み、互いに隣接する前記区画素子(21,21s)どうしが電気的に接続された光電変換体(12)を形成し、前記光電変換体(12)のうち、構造欠陥(R,A1,A2,A3)を有する前記区画素子(21s)を特定し、互いに隣接する前記区画素子(21,21s)どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布に基づき、前記区画素子内(21s)で前記構造欠陥の存在する領域(Z)を絞り込み、この絞り込まれた前記構造欠陥が存在する前記領域(Z)内を画像撮像部(24)によって撮像し、得られた画像から前記構造欠陥の位置を正確に特定することにより、前記区画素子(21s)内で前記構造欠陥が存在する部位を限定し、前記構造欠陥が存在する部位にレーザー光線を照射し前記構造欠陥を除去する。

Description

太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置
 本発明は、太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に関し、詳しくは、低コストで構造欠陥を検出し、修復することが可能な太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置に関する。
 エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。特に、シリコン単結晶を利用した太陽電池は単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れている。しかし、一方でシリコン単結晶を利用した太陽電池は、シリコン単結晶インゴットをスライスしたシリコンウエハを用いるため、インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされ、製造コストが高い。特に、屋外などに設置される大面積の太陽電池を実現する場合、シリコン単結晶を利用して太陽電池を製造すると、現状では相当にコストが掛かる。そこで、より安価に製造可能なアモルファス(非晶質)シリコン薄膜を利用した太陽電池が、ローコストな太陽電池として普及している。
 アモルファスシリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜(i型)が、p型およびn型のシリコン膜によって挟まれたpin接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いている。この半導体膜の両面には、それぞれ電極が形成されている。太陽光によって発生した電子とホールは、p型・n型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
 こうしたアモルファスシリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、ガラス基板にTCO(Transparent Conductive Oxide)などの透明電極を下部電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるAg薄膜などが形成された構成が採用される。
 このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えたアモルファスシリコン太陽電池においては、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値が大きくなる問題がある。そのため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続することにより、アモルファスシリコン太陽電池が構成されている。
 具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体にレーザー光などを用いてスクライブ線(スクライブライン)と称される溝を形成し、多数の短冊状の区画素子を得て、この区画素子どうしを電気的に直列に接続した構造が採用される。
 ところで、こうした構造のアモルファスシリコン太陽電池においては、製造段階で幾つかの構造欠陥が生じることが知られている。例えば、アモルファスシリコン膜の成膜時にパーティクルが混入したりピンホールが生じたりすることにより、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することがある。また、基板上に光電変換体を形成した後に、スクライブ線によって多数の区画素子に分割する際に、このスクライブ線に沿って上部電極を成す金属膜が溶融して下部電極に達し、上部電極と下部電極とが局所的に短絡することもある。
 このように、光電変換体において、半導体膜を挟んで上部電極と下部電極との間で局所的に短絡するような構造欠陥が生じると、発電電圧の低下や光電変換効率が低下するといった不具合を引き起こす。このため、従来のアモルファスシリコン太陽電池の製造工程においては、こうした短絡等の構造欠陥を検出し、構造欠陥が生じている箇所を除去することにより、不具合を修復している。
 例えば、特許文献1、2には、スクライブ線で分割されたそれぞれの区画素子全体にバイアス電圧を印加し、短絡箇所で生じるジュール熱を赤外線センサによって検出することで、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法が開示されている。また、全ての区画素子の表面をCCDカメラ等で拡大観察する方法、或いは光を照射して区画素子ごとのFF(fill factor:曲線因子)を測定して比較することにより、構造欠陥が存在する区画素子を特定する方法も知られている。
特開平9-266322号公報 特開2002-203978号公報
 しかしながら、上述したような区画素子全体にバイアス電圧を印加して欠陥を検出する方法では、区画素子内の大よその欠陥位置の特定はできるが、細かい位置を特定することが困難であり、また赤外線センサのスキャニングも必要であるなど、検出精度や検出のための装置コストが大きいという問題があった。
 また、欠陥箇所が発熱する程度にバイアス電圧を印加するため、半導体膜にダメージを与える虞もあった。
 CCDカメラ等で拡大観察して欠陥を検出する方法では、カメラを太陽電池の全域に渡って走査させる必要があり、特に太陽電池が大面積である場合、構造欠陥の検出に手間と時間がかかるという課題があった。また、表層に現れない欠陥は検出されない虞もあった。
 光を照射して区画素子ごとのFFを測定する方法では、欠陥が存在する区画素子自体は検出できるが、区画素子内のどこに欠陥が存在するかを特定することは困難であった。
 そして、これら上述した欠陥検出方法では、大よその欠陥位置しか特定できないために、レーザー光などで欠陥箇所を修復する際に、広範囲に半導体膜を除去することとなり、太陽電池としての特性だけでなく外観上も好ましくないという問題があった。
 また、大よその欠陥位置しか特定しないで、バイアス電圧を印加して欠陥を除去する場合、バイアス電圧を高くする必要があった。しかし、必要以上に高いバイアス電圧を印加すると、欠陥が生じていない正常な部分にダメージを与えるという問題があった。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、太陽電池の光電変換体に大きなダメージを与えることなく、短時間で構造欠陥の発生箇所を正確に特定し、特定した構造欠陥を確実に除去、修復が可能な太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明は次のような太陽電池の製造方法を提供する。即ち、本発明の第1態様の太陽電池の製造方法は、複数の区画素子を含み、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する前記区画素子を特定(欠陥区画特定工程)し、互いに隣接する前記区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布に基づき、前記区画素子内で前記構造欠陥の存在する領域を絞り込み、この絞り込まれた前記構造欠陥が存在する前記領域内を画像撮像部によって撮像し、得られた画像から前記構造欠陥の位置を正確に特定することにより、前記区画素子内で前記構造欠陥が存在する部位を限定(欠陥部位特定工程)し、前記構造欠陥が存在する部位にレーザー光線を照射し前記構造欠陥を除去する(修復工程)。
 本発明の第1態様の太陽電池の製造方法においては、前記構造欠陥が存在する部位を限定する際(欠陥部位特定工程)に、抵抗値の測定密度を少なくとも2段階以上変えて測定することが好ましい。また、抵抗値の測定には4探針式の抵抗測定装置が用いられることが好ましい。
 また、本発明は次のような太陽電池の製造装置を提供する。
 即ち、本発明の第2態様の太陽電池の製造装置は、複数の区画素子を含む光電変換体を有する太陽電池の製造装置であって、前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する区画素子内で構造欠陥の存在する領域を絞り込むために、互いに隣接する区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部と、前記絞り込まれた構造欠陥が存在する領域内を撮像し、構造欠陥の位置を正確に特定する画像撮像部と、前記構造欠陥に向けてレーザー光線を照射し前記構造欠陥を除去する修復部と、を含む。
 本発明の第1態様の太陽電池の製造方法によれば、最初に欠陥区画特定工程において、構造欠陥を有する区画素子を含む太陽電池を選別している。そして、選別された、欠陥を有する太陽電池だけを欠陥部位特定工程に送っている。欠陥部位特定工程においては、欠陥の存在部位が正確に特定される。これによって、構造欠陥の無い太陽電池を効率的に製造することが可能になる。
 しかも、欠陥部位特定工程においては、隣接する区画素子どうしの間の抵抗値の分布を測定して、区画素子の長手方向において構造欠陥の存在する領域を特定している。その後、更にこの絞り込まれた領域を画像撮像部で撮像することによって、区画素子内で構造欠陥の存在する位置をピンポイントで正確に特定することが可能になる。
 従来の欠陥特定方法においては、大面積の被検査物を撮像する場合には、多大な時間が掛かっていた。これに対し、本発明においては、欠陥特定の手法として、被検査物が大面積の場合には多大な時間の掛かる撮像による方法を、短時間で測定可能な抵抗値の分布によって予め絞り込んだ小面積の領域の撮像だけに限定している。従って、極めて短時間で迅速に構造欠陥の位置を正確に特定することが可能になる。これにより、修復工程で欠陥を含む最小限の領域だけを除去することが可能となり、太陽電池としての特性を大きく低下させず、かつ外観も損なうことなく欠陥箇所を修復することができる。
 また、本発明の第2態様の太陽電池の製造装置によれば、構造欠陥の位置を特定するために、区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部と、この抵抗測定部によって絞り込まれた小面積の領域を撮像する画像撮像部を備えているので、区画素子内において欠陥が存在する位置を正確に、かつ短時間で特定できる。更に、修復工程で欠陥を含む最小限の領域だけを除去することが可能となり、太陽電池としての特性を大きく低下させず、かつ外観も損なうことなく欠陥箇所の修復することができる。
アモルファスシリコン型太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。 アモルファスシリコン型太陽電池の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。 構造欠陥の存在例と欠陥修復後の様子を示す断面図である。 欠陥区画特定工程の様子を示す説明図である。 欠陥区画特定工程での抵抗値の測定例を示す図である。 欠陥部位特定工程の様子を示す説明図である。 欠陥部位特定工程での抵抗値の測定例を示す図である。 欠陥部位特定工程及び修復工程の一例を示す説明図である。 欠陥部位特定工程の一例を示す説明図である。
 以下、本発明に係る太陽電池の製造方法、およびこれに用いられる本発明の太陽電池の製造装置について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
 図1は、本発明の太陽電池の製造方法により製造されるアモルファスシリコン型の太陽電池の要部の一例を示す拡大斜視図である。また、図2(a)は、図1の太陽電池の層構成を示す断面図である。図2(b)は、図2(a)の符号Bで示された部分が拡大された断面拡大図である。太陽電池10は、透明な絶縁性の基板11の第1面11a(一方の面)に形成された光電変換体12を有する。基板11は、例えば、ガラスや透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性を有する絶縁材料で形成されていればよい。この基板11の第2面11b(他方の面)には太陽光が入射する。
 光電変換体12においては、基板11から順に第一電極層(下部電極)13,半導体層14,及び第二電極層(上部電極)15が積層されている。第一電極層(下部電極)13は、透明な導電材料、例えば、TCO,ITO(Indium Tin Oxide)などの光透過性の金属酸化物から形成されていればよい。また、第二電極層(上部電極)15は、Ag,Cuなど導電性の金属膜によって形成されていればよい。
 半導体層14は、例えば、図2(b)に示すように、p型アモルファスシリコン膜17とn型アモルファスシリコン膜18との間にi型アモルファスシリコン膜16が挟まれて構成されたpin接合構造を有する。そして、この半導体層14に太陽光が入射すると電子とホールが生じ、p型アモルファスシリコン膜17とn型アモルファスシリコン膜18との電位差によって電子及びホールは活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層13と第二電極層15との間に電位差が生じる(光電変換)。
 光電変換体12は、スクライブ線(スクライブライン)19によって、外形が短冊状の多数の区画素子21,21…に分割されている。この区画素子21,21…は互いに電気的に区画されるとともに、互いに隣接する区画素子21どうしの間で、電気的に直列に接続される。これにより、光電変換体12は、区画素子21,21…が全て電気的に直列に繋がれた構造を有する。この構造においては、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線19は、例えば、基板11の第1面11aに均一に光電変換体12を形成した後、レーザー光線などによって光電変換体12に所定の間隔で溝を形成することにより形成される。
 なお、こうした光電変換体12を構成する第二電極層(上部電極)15の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層(図示せず)を形成するのが好ましい。
 以上のような構成の太陽電池を製造するための製造方法を説明する。図3は本発明の太陽電池の第1実施形態の製造方法を段階的に示したフローチャートである。このうち、特に構造欠陥の検出から修復に至る工程について詳述する。
 まず、図1に示すように、透明な基板11の第1面11aに上に光電変換体12を形成する(光電変換体の形成工程:P1)。光電変換体12の構造としては、例えば、基板11の第1面11aから順に第一電極層(下部電極)13,半導体層14,及び第二電極層(上部電極)15が積層された構造であればよい。
 こうした光電変換体12の形成工程の中で、図4(a)に示すように、半導体層14に不純物等が混入すること(コンタミネーション)によって生じる構造欠陥A1や、半導体層14に微細なピンホールが生じる構造欠陥A2などの不具合が発生する場合がある。こうした構造欠陥A1,A2は、第一電極層13と第二電極層15との間を局所的に短絡(リーク)させ、発電効率を低下させる。
 次に、光電変換体12に向けて、例えばレーザー光線などを照射して、スクライブ線(スクライブライン)19を形成し、短冊状の多数の区画素子21,21…に分割する(区画素子の形成工程:P2)。
 こうしたスクライブ線19の形成工程の中で、図4(a)に示すように、レーザー照射位置のズレなどによって第二電極層15を構成する金属が溶融してスクライブ線19の溝内に流下することによって生じる構造欠陥A3などの不具合が発生する場合がある。こうした構造欠陥A3は、第一電極層13と第二電極層15との間を局所的に短絡(リーク)させ、発電効率を低下させる。
 以上の工程で形成された太陽電池10においては、上述したA1~A3に代表される構造欠陥が存在する区画素子21,21…が特定される(欠陥区画特定工程:P3)。この欠陥区画特定工程において、構造欠陥が存在する区画素子21,21…を特定する具体的な方法としては、例えば、抵抗値の測定、FF(fill factor:曲線因子)の測定などが挙げられる。
 抵抗値の測定によって構造欠陥が存在する区画素子21を特定する場合、図5に示すように、短冊状の区画素子21の長手方向Lに沿っていくつかの測定点を設定し、互いに隣接する区画素子21,21どうしの間で抵抗値を測定し、この測定値の分布から構造欠陥が存在する区画素子21s(欠陥区画素子)を特定することができる。
 例えば、120個の区画素子からなる太陽電池において、互いに隣接する区画素子どうしの抵抗値を測定した一例を図6に示す。この図6に示す測定結果によれば、35番目の区画素子と36番目の区画素子との抵抗値を比較すると、明らかに35番目の区画素子の抵抗値が低下している。即ち、35番目の区画素子には、短絡の原因となる構造欠陥が存在することが予測される。同様に、109番目の区画素子にも構造欠陥が存在すること予測される。
 このような欠陥区画特定工程において、抵抗値の測定によって構造欠陥が存在する区画素子を特定する場合、測定方法として幾つかの方法が挙げられる。例えば、区画素子21の長手方向Lに沿って多数の探針が所定の間隔で配列された測定装置を用いて、区画素子どうしの抵抗値を一回の探針の上下動で完了させる方法や、あるいは、探針を区画素子21の長手方向Lに沿って走査させ、所定の測定点で探針の上下動を繰り返して測定する方法などであればよい。
 このような欠陥区画特定工程における抵抗値の測定においては、所定値のバイアス電圧を印加する方法と、電流値の測定とを兼ねた1組2本の探針で行う2探針式による方法、または、所定値のバイアス電流の印加に用いる探針と電圧値の測定に用いる探針とを異ならせて行う2組4本の探針からなる4探針式による方法のいずれを用いても良い。これら電圧値と電流値から抵抗値を算出する。
 なお、こうした欠陥区画特定工程においては、抵抗値の測定による方法以外にも、例えば、所定の光量の照明光を太陽電池に照射して、それぞれの区画素子ごとにFF(fill factor:曲線因子)の測定を行い、互いに隣接する区画素子どうしのFFの値を比較する方法であっても良い。この場合、特に、FFの値が低く落ち込んでいる区画素子が構造欠陥の存在する区画素子であると特定される。
 以上のような欠陥区画特定工程を経て、構造欠陥が存在する区画素子が発見された太陽電池は、次に説明する欠陥部位特定工程に送られる。一方、構造欠陥が存在する区画素子が見つからない太陽電池は、そのまま良品として保護層の形成工程P6などを経て製品化される。
 上述した欠陥区画特定工程で構造欠陥が存在する区画素子が発見された太陽電池は、更に、区画素子内で構造欠陥が存在する部位を限定する工程(欠陥部位特定工程:P4)に送られる。この欠陥部位特定工程においては、まず前工程の欠陥区画特定工程において構造欠陥が存在すると見なされた区画素子に限って、区画素子の長手方向Lに沿って、隣接する区画素子21との間の抵抗値を測定する。この時の長手方向Lにおける抵抗値の測定間隔(測定密度)を前工程の欠陥区画特定工程における抵抗値の測定間隔よりも細かくして、抵抗値の測定を行う。
 例えば、図7(a)に示すように、構造欠陥Rが存在すると見なされた区画素子21sの長手方向Lの全域で、所定の測定間隔T1(測定密度)ごとに、隣接する区画素子21との間で抵抗値の測定を行う。この抵抗値の測定によって、区画素子21sの長手方向Lにおいて構造欠陥Rの大よその位置を特定する。測定間隔T1は、例えば20mm程度であればよい。
 例えば、長手方向Lの長さが1400mmの短冊状の区画素子(欠陥が1箇所存在する)において、隣接する区画素子との間の抵抗値を測定した一例を図8に示す。この図8に示す測定結果によれば、区画端子の一方の端部からの距離が250mm付近に向かって抵抗値が低下している。短絡を引き起こす構造欠陥が存在する場合、このように、欠陥の存在位置に近づく程、抵抗値が漸減していく傾向が観察される。従って、抵抗値を区画素子21sの長手方向Lに所定の間隔で測定していき、その抵抗値の変化を観察すれば、区画素子21s内で構造欠陥Rの大よその位置を知ることができる。
 以上のように、区画素子21sの長手方向Lにおいて構造欠陥Rの大よその位置を特定した後、構造欠陥Rが存在する領域を更に絞り込むことが好ましい。即ち、上述したように区画素子21sの長手方向Lにおいて構造欠陥Rの大よその位置を特定した後、この位置の前後100mm程度の間を、前述した測定間隔T1よりもさらに細かい測定間隔T2で、隣接する区画素子との間の抵抗値を測定するのが好ましい(図7(b)参照)。測定間隔T2は、例えば2mm程度に設定され、上述した大よその欠陥位置を特定する工程よりも10倍程度細かい精度で、構造欠陥Rが存在する領域Zを絞り込む。
 このような欠陥部位特定工程における抵抗値の測定においては、所定値のバイアス電圧を印加する方法と、電流値の測定とを兼ねた1組2本の探針で行う2探針式による方法、または、所定値のバイアス電流の印加に用いる探針と電圧値の測定に用いる探針とを異ならせて行う2組4本の探針からなる4探針式による方法のいずれを用いても良い。これら電圧値と電流値から抵抗値を算出する。
 なお、こうした本実施形態における欠陥部位特定工程は、抵抗値の測定間隔を2段階に変化させて欠陥の位置を特定したが、更に3段階以上に測定間隔を変えて、区画素子内での構造欠陥Rが存在する領域Zをより細かく絞り込むようにしても良い。
 一方、上述した欠陥部位特定工程(P4)において、図10(a)に示すような、区画素子21sの長手方向Lに沿って間隔T2で探針が多数形成された探針ユニットUを用いてもよい。まず、最初に所定の広い測定間隔T1ごとに間欠的に探針X1だけにバイアス電流(電圧)を印加し、構造欠陥Rの大よその位置を特定する。
 次に、図10(b)に示すように、構造欠陥Rが存在すると見なされた区間、即ちバイアス電流(電圧)を与えた探針間で最も抵抗値が低い区間の探針X2にバイアス電流(電圧)を印加する。この時、最初の広い測定間隔T1よりも狭い、探針の形成間隔であるT2で測定が行われるので、より正確に区画素子内での構造欠陥Rの位置が特定される。
 このように、区画素子21sの長手方向Lに沿って探針を間隔T2で密に配列した探針ユニットUを用いて、バイアス電流(電圧)を印加させる探針を適宜変更することによって、探針を長手方向Lに移動させず、バイアス電流を供給する探針を選択するだけで構造欠陥Rの位置を迅速に検出できる。
 また、他の検出方法として、測定中に測定する端子の間隔を変更する方法を採用してもよい。例えば、図10(a)及び(b)に示す装置を使用する場合、最初は端子の間隔を比較的大きく設定して抵抗値を測定し、閾値より低い抵抗値を検出した場合に、もしくは一定の割合より抵抗値が下がった場合に、端子の間隔を狭めて端子毎に測定する。端子毎の測定において、抵抗値が閾値より高くなった場合、もしくは正常値に戻った場合に、もとの間隔に戻して測定を行う。
 さらに、他の検出方法として、複数の閾値を決め、閾値毎に端子の測定間隔を変更する方法を採用してもよい。例えば、抵抗値の閾値A、B、C(A>B>C)を決めておく。抵抗値が閾値A以上の場合は10端子間隔を空けて測定し、閾値A以下となったら5端子空けて測定し、閾値B以下となったら2端子空けて測定し、閾値C以下となったら各端子で測定する。抵抗値が大きくなる場合には、逆に閾値を越える毎に測定間隔を広げて測定する。欠陥がある場合、抵抗値は徐々に変化するので(図8参照)、このように閾値毎に測定間隔を変更することで、迅速かつ正確に欠陥位置を検出することができる。
 また、これらの検出方法においては、図10のように多数の端子を並べて、測定に使用する端子の間隔を変化させる装置を用いる場合について説明した。端子を動かしながら測定する場合には、閾値毎に測定間隔もしくは移動速度を変更する方法でも実現可能である。
 こうした隣接する区画素子どうしの抵抗値の測定する方法においては、区画素子21sの長手方向Lにて構造欠陥Rが存在する範囲を限定できるが、区画素子21sの幅方向Wにて構造欠陥Rが存在する位置を特定するのは困難である。そのため、抵抗値の測定によって区画素子内で狭い範囲に絞り込まれた、構造欠陥Rが存在する領域Zが画像撮像部によって撮像される(図9(a)参照)。画像撮像部としては、例えばCCDカメラ24に高倍率のレンズを組み合わせた装置が採用される。
 そして、CCDカメラ24によって撮像された構造欠陥Rが存在する領域Zの画像に基づいて、領域Z内における区画素子21sの幅方向Wでの構造欠陥Rが存在する位置が正確に特定される。なお、このように撮像された画像から構造欠陥Rの位置を判定する方法としては、人間による目視判定や、コンピュータを用いて被検査対象の区画素子の画像データと、予め撮像した欠陥の無い区画素子の画像データとを比較することによる判定が採用される。
 以上のように、隣接する区画素子どうしの間の抵抗値の分布を測定して、区画素子21sの長手方向Lにおいて構造欠陥Rが存在する領域Zが特定された後、更にこの絞り込まれた領域Zが画像撮像部(CCDカメラ24)によって撮像される。これによって、区画素子21s内で構造欠陥Rが存在する位置をピンポイントで正確に特定することが可能になる。
 従来の欠陥特定方法においては、大面積の被検査物を撮像する場合には、多大な時間が掛かっていた。これに対し、本実施形態においては、欠陥特定の方法として、短時間で測定可能な抵抗値の分布によって予め絞り込んだ、小面積の領域Zの撮像だけに限定している。従って、極めて短時間で迅速に構造欠陥Rの正確な位置を特定することが可能になる。
 区画素子21sにおいて構造欠陥Rの位置がピンポイントで正確に特定されたら、次に太陽電池の構造欠陥Rを修復する(修復工程:P5)。この修復工程においては、抵抗値の測定と画像の撮像とによってピンポイントで特定された構造欠陥Rに向けて最小限の範囲でレーザー装置25からレーザー光線Qが照射される(図9(b)参照)。そして、構造欠陥Rが存在する部分の半導体層や電極だけが蒸発し、取り除かれる(図9(c)、および図4(b)参照)。
 このように、ピンポイントで特定された構造欠陥Rに向けて、最小限の範囲でレーザー光線Qを照射することによって、構造欠陥Rを含む最小限の範囲E1からE3だけを取り除くことができる。修復による光電変換特性の劣化を最小限に抑えることができると共に、外観においても修復跡がほとんど目立たずに構造欠陥Rを除去することができる。即ち、図4(a)に示す構造欠陥A1からA3の各々は、図4(b)の符号E1からE3に示すように除去される。
 以上のように、欠陥区画特定工程(P3),欠陥部位特定工程(P4),及び修復工程(P5)を経て、太陽電池における区画素子に存在する構造欠陥が特定され、除去されている。構造欠陥が除去された太陽電池は、保護層の形成工程(P6)に送られ、後工程の処理が行われる。
 このような本発明の太陽電池の製造方法によれば、最初に欠陥区画特定工程において、構造欠陥を有する区画素子を含む太陽電池を選別している。そして、選別された、構造欠陥を有する太陽電池だけを欠陥部位特定工程に送っている。欠陥部位特定工程においては、抵抗値の測定と、これにより絞り込まれた領域の撮像とによって、構造欠陥の存在部位を正確に特定している。これによって、構造欠陥の無い太陽電池を効率的に製造することが可能になる。
 本発明の太陽電池の製造装置は、図7(a),(b),及び図9(a)から(c)に示す欠陥部位特定工程において、構造欠陥Rの位置を絞り込むために、区画素子21どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部と、この抵抗測定部によって絞り込まれた構造欠陥Rの存在する領域Zだけを撮像する画像撮像部(CCDカメラ24)を備えていればよい。
 抵抗測定部は、2探針式または4探針式の抵抗測定装置と、区画素子21と探針とを長さ方向Lに沿って相対移動させる移動装置とから構成されていれば良い。また、画像撮像部としては、例えば、光学式カメラ、CCDカメラなどが挙げられる。
 そして、図9(a)から(c)に示す修復工程においては、画像撮像部によって構造欠陥Rの位置が正確に特定されている。また、正確に特定された構造欠陥Rに向けてレーザー光線Qを照射するための修復部として、例えばレーザー装置25が用いられている。このような修復部は、更にレーザー光線を所定の範囲で走査させる走査機構を備えているか、あるいは被修復物である太陽電池を載置して水平移動させる移動テーブルを備えていればよい。
 以上詳述したように、本発明は、光電変換体に対するダメージが抑制され、構造欠陥の発生箇所が正確に特定され、特定の構造欠陥が確実に除去及び修復された太陽電池を製造する方法及び装置に有用である。
 10 太陽電池
 11 基板
 12 光電変換体
 13 第一電極
 14 半導体層
 15 第二電極
 19 スクライブ線
 21 区画素子
 25 レーザー装置
 
 

Claims (4)

  1.  太陽電池の製造方法であって、
     複数の区画素子を含み、互いに隣接する前記区画素子どうしが電気的に接続された光電変換体を形成し、
     前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する前記区画素子を特定し、
     互いに隣接する前記区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定して得られる抵抗値の分布に基づき、前記区画素子内で前記構造欠陥の存在する領域を絞り込み、この絞り込まれた前記構造欠陥が存在する前記領域内を画像撮像部によって撮像し、得られた画像から前記構造欠陥の位置を正確に特定することにより、前記区画素子内で前記構造欠陥が存在する部位を限定し、
     前記構造欠陥が存在する部位にレーザー光線を照射し前記構造欠陥を除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2.  前記構造欠陥が存在する部位を限定する際に、抵抗値の測定密度を少なくとも2段階以上変えて測定することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
  3.  前記構造欠陥が存在する部位を限定する際に、抵抗値の測定には4探針式の抵抗測定装置が用いられることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
  4.  複数の区画素子を含む光電変換体を有する太陽電池の製造装置であって、
     前記光電変換体のうち、構造欠陥を有する区画素子内で構造欠陥の存在する領域を絞り込むために、互いに隣接する区画素子どうしの間で複数個所の抵抗値を測定する抵抗測定部と、
     前記絞り込まれた構造欠陥が存在する領域内を撮像し、構造欠陥の位置を正確に特定する画像撮像部と、
     前記構造欠陥に向けてレーザー光線を照射し前記構造欠陥を除去する修復部と、
     を含むことを特徴とする太陽電池の製造装置。
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