WO2012046691A1 - 太陽電池の評価方法 - Google Patents

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WO2012046691A1
WO2012046691A1 PCT/JP2011/072768 JP2011072768W WO2012046691A1 WO 2012046691 A1 WO2012046691 A1 WO 2012046691A1 JP 2011072768 W JP2011072768 W JP 2011072768W WO 2012046691 A1 WO2012046691 A1 WO 2012046691A1
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WO
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line
solar cell
predetermined
electrode layer
region
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PCT/JP2011/072768
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English (en)
French (fr)
Inventor
和弘 山室
宏一 滝田
Original Assignee
株式会社アルバック
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring and evaluating the local photoelectric conversion efficiency of a solar cell. More specifically, the present invention relates to a method for preventing measurement at an incorrect position when measuring photoelectric conversion efficiency and reliably measuring and evaluating at a predetermined position of a solar cell.
  • a solar cell using a silicon single crystal is excellent in energy conversion efficiency per unit area.
  • a large amount of energy is consumed in the production of a silicon single crystal ingot as a material.
  • solar cells using amorphous (amorphous) silicon thin films hereinafter referred to as thin film silicon solar cells are widely used as cheaper solar cells.
  • a thin-film silicon solar cell uses an amorphous silicon film (i-type) that generates electrons and holes when receiving light, and a semiconductor film having a layer structure called a pin junction sandwiched between p-type and n-type silicon films. Electrodes are formed on both sides of the 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 semiconductor film having a layer structure called a pin junction sandwiched between p-type and n-type silicon films Electrodes are formed on both sides of the 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.
  • a transparent electrode such as TCO is formed as a lower electrode on a glass substrate on the light receiving surface side, and a semiconductor film made of amorphous silicon, an upper electrode, An Ag thin film is formed.
  • a thin-film silicon solar cell including a photoelectric conversion body composed of such upper and lower electrodes and a semiconductor film has a small potential difference and a problem of resistance value only by forming each layer uniformly on a wide area on a substrate.
  • a partition element in which the photoelectric conversion body is electrically partitioned for each predetermined size is formed, and the partition elements adjacent to each other are electrically connected to each other.
  • a plurality of strip-shaped partition elements are formed by forming grooves called scribe lines (scribe lines) with a laser beam or the like in a photoelectric converter uniformly formed over a large area on a substrate.
  • the partition elements are electrically connected in series or in parallel.
  • a plurality of cells are arranged with a predetermined polarity in a single module. For example, when all of a plurality of cells are electrically connected in series within a single module, all the cells have the same polarity. On the other hand, when a plurality of cells are electrically connected in parallel in a single module, a cell having one polarity (forward polarity) and a cell having the other polarity (reverse polarity) are mixed. To do.
  • Patent Document 1 A method of evaluation is disclosed (Patent Document 1).
  • a solar cell evaluation method different from the method of Patent Document 1 there is a method of measuring local photocurrent conversion efficiency (hereinafter sometimes referred to as local efficiency) in a thin-film silicon solar cell module.
  • local efficiency local photocurrent conversion efficiency
  • a minicell is produced in a predetermined cell to be measured, and the photocurrent conversion efficiency of the minicell is measured. Since the measurement of the local efficiency is a destructive inspection, it is not allowed to make a mistake in the production position of the minicell.
  • the minicell since the minicell is manufactured based on the information regarding the polarity of the cell input by the operator, there is a possibility that a human error occurs. In other words, if information regarding incorrect polarity is input, a minicell may be produced at an incorrect position, and the solar cell module may be damaged.
  • An aspect according to the present invention is to provide an evaluation method for reliably recognizing the polarity of a partition element (cell) for producing a minicell and measuring local efficiency in a thin film silicon solar cell.
  • One embodiment of the present invention includes a photoelectric conversion body in which at least a first electrode layer, a semiconductor layer, and a second electrode layer are formed in this order on one surface of a substrate, and the photoelectric conversion body includes the semiconductor
  • a plurality of partition elements partitioned by a predetermined size by a first line formed by removing the layer and the second electrode layer, and the partition elements adjacent to each other are electrically connected to each other;
  • a second line formed by removing the semiconductor layer and a third line formed by removing the first electrode layer are parallel to the first line.
  • a solar cell evaluation method for evaluating photoelectric conversion efficiency in a predetermined region of the partition element, the predetermined first line, the second line provided in the vicinity thereof, and the first Detecting three lines, and the predetermined first line;
  • the second line provided in the vicinity of the predetermined first line by identifying the order in which the second line and the third line provided in the vicinity of the first line are arranged in the first direction on the plane of the substrate Determining a polarity of a predetermined partition element including the third line, isolating the predetermined area to be evaluated from a peripheral area in the predetermined partition element, and an area including the insulated predetermined area Irradiating with light, and measuring current-voltage characteristics in the predetermined region during light irradiation.
  • the predetermined area in the insulating step, may be formed close to the predetermined first line.
  • the measurement step a pair of current / voltage measuring probes are measured in contact with the second electrode layer so as to straddle the predetermined first line. May be.
  • the detection step the predetermined first line and the second line and the third line provided in the vicinity thereof are detected by image recognition. Also good.
  • the thin-film silicon solar cell after the polarity of the partition element (cell) is surely recognized, a minicell can be produced in the partition element. For this reason, the mistake which produces a minicell in an incorrect division element can be prevented beforehand, and the local efficiency of a predetermined division element can be measured reliably.
  • FIG. 1 It is a figure which illustrates the minicell formed in the solar cell after an insulation process, and is a top view of a solar cell. It is a figure which illustrates the minicell formed in the solar cell after an insulation process, and is sectional drawing in the II line of FIG. It is a figure which illustrates the minicell formed in the solar cell after the insulation process concerning a modification, and is the upper surface figure showing the solar cell typically. It is a figure which illustrates the minicell formed in the solar cell after the insulation process concerning a modification, and is the upper surface figure showing the solar cell typically. It is sectional drawing in the XX line of FIG. It is sectional drawing in the YY line of FIG.
  • FIG. 1 is an enlarged perspective view illustrating a part of a thin film silicon solar cell used in the evaluation method of the present invention.
  • 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing the layer configuration of the solar cell of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a portion indicated by a symbol Z in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view illustrating another part of the thin-film silicon solar cell used in the evaluation method of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the main part showing the layer configuration of the solar cell of FIG.
  • FIG. 5 corresponds to the cross-sectional view of FIG. 3, like the symbol Z in FIG.
  • the solar cell 10 is formed by forming a photoelectric conversion body 12 on one surface 11 a of a transparent insulating substrate 11.
  • the substrate 11 can be formed of an insulating material that is excellent in sunlight transmittance and durable, such as glass and transparent resin. Sunlight S enters from the other surface 11 b side of the substrate 11.
  • the photoelectric conversion body 12 is formed by laminating a first electrode (lower electrode) layer 13, a semiconductor layer 14, and a second electrode (upper electrode) layer 15 in this order from the substrate 11 side.
  • the first electrode layer 13 can be formed of a transparent conductive material, for example, a light transmissive metal oxide such as TCO (Transparent Oxide) or ITO (Indium Tin Oxide).
  • the second electrode layer 15 can be formed of a conductive metal film such as Ag or Cu.
  • the semiconductor layer 14 has, for example, a pin junction structure in which an i-type silicon film 16 is sandwiched between a p-type silicon film 17 and an n-type silicon film 18 as shown in FIG.
  • an i-type silicon film 16 is sandwiched between a p-type silicon film 17 and an n-type silicon film 18 as shown in FIG.
  • sunlight enters the semiconductor layer 14 electrons and holes are generated, and the electrons and holes are actively moved by the potential difference between the p-type silicon film 17 and the n-type silicon film 18, and this is continuously repeated.
  • a potential difference is generated between the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 (photoelectric conversion).
  • As the material of the silicon film amorphous type, nanocrystal type, or the like is used.
  • the photoelectric conversion body 12 is divided into a plurality of partition elements 21A, 21B, 21C,... Having a strip shape, for example, by a plurality of first lines 2 ⁇ , 3 ⁇ (FIG. 1).
  • partition element 21 an arbitrary partition element among the many partition elements is referred to as a “partition element 21”.
  • the first lines 2 ⁇ and 3 ⁇ are formed by removing the semiconductor layer 14 and the second electrode layer 15. In the vicinity of the first lines 2 ⁇ and 3 ⁇ , the semiconductor layer 14 is removed and the second lines 2 ⁇ and 3 ⁇ formed by filling with a conductor and the first electrode layer 13 is removed and filled with a semiconductor.
  • the third lines 2 ⁇ and 3 ⁇ extend in parallel with the first lines 2 ⁇ (FIG. 2).
  • a plurality of partition elements 21 are arranged with a predetermined polarity in a single module.
  • cells are electrically connected in parallel, cells arranged in the forward polarity and cells arranged in the reverse polarity are mixed in the module.
  • the polarity of an arbitrary cell is such that at least one first line 2 ⁇ of the two first lines 2 ⁇ and 3 ⁇ partitioning the cell and a second line 2 ⁇ and a third line 2 ⁇ provided in the vicinity thereof are arranged. Defined by order.
  • the third line 2 ⁇ is formed by, for example, a method in which the first electrode layer 13 is uniformly formed on the first surface 11a of the substrate 11 and then the first electrode layer 13 in the region to be the third line 2 ⁇ is removed by a laser or the like.
  • the second line 2 ⁇ is, for example, a method in which the semiconductor layer 14 is uniformly formed on the first electrode layer 13 on which the third line 2 ⁇ is formed, and then the semiconductor layer 14 in a region to be the second line 2 ⁇ is removed by a laser or the like. Formed by.
  • the first line 2 ⁇ is formed by uniformly forming the second electrode layer 15 on the semiconductor layer 14 on which the second line 2 ⁇ is formed, and then, using a laser or the like, the semiconductor layer 14 in the region to be the first line 2 ⁇ and the second line 2 ⁇ . It is formed by a method of removing the electrode layer 15.
  • the semiconductor layer 14 is formed in the third line represented by reference numerals 2 ⁇ and 3 ⁇ , and the semiconductor layer 14 and the substrate 11 are in contact with each other.
  • the second electrode layer 15 is formed in the second line represented by the symbols 2 ⁇ and 3 ⁇ , and the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 are connected to each other. Yes.
  • a protective layer (not shown) made of an insulating resin or the like on the second electrode layer 15 constituting the photoelectric converter 12.
  • FIG. 6 shows a top view of the thin-film silicon solar cell 10 in which a plurality of partition elements 21 are arranged on the substrate 11 constituting the module 1.
  • the individual partition elements 21 may be referred to as “cells”.
  • Each first line may be referred to as “first line 19a, 19b, 19c.
  • a region defined by the first first line 19a and the second first line 19b from the one end 11c is a first cell (cell 1).
  • a region defined by the fifth first line 19c and the sixth first line 19d from the one end 11c of the substrate is the fifth cell (cell 5). Therefore, an area defined by the mth first line and the (1 + m) th first line 19e from the one end 11c of the substrate is the mth cell (cell m).
  • m is a natural number.
  • a wiring region 22 is provided at one end 11c and the other end 11d of the substrate.
  • the nth cell (cell n) in which the minicell is to be manufactured is partitioned by the nth first line 19f and the (n + 1) th first line 19g from one end 11c of the substrate.
  • n is a natural number. Accordingly, in order to recognize the position of the predetermined nth cell, the nth first line 19f may be detected. Thereafter, the (n + 1) th first line 19g is naturally guided to be the first line on the other end 11d side of the substrate adjacent to the nth first line 19f.
  • the following two detection methods are suitable.
  • the first detection method the first first line 19a is detected from one end 11c of the substrate, and the first line is sequentially detected and counted up (counted up) in the direction of the other end 11d of the substrate.
  • the second detection method measures the distance L between the first first line 19a from the one end 11c of the substrate and the (1 + m) th first line 19e, and determines the distance R between the first lines per section. calculate. From this calculation result, it is estimated that the nth first line 19f is located at a distance T from the first first line 19a, and the nth first line 19f is detected at the position of the distance T. It is.
  • the nth first line may be detected in a shorter time than the first detection method described above.
  • the width of each cell in module 1 (the distance between the first lines defining each cell) is the same.
  • the difference is corrected and the distance T is calculated.
  • the nth first line 19f After detecting the nth first line 19f by the first or second detection method, it is easy to detect the adjacent (n + 1) th first line 19g. As a result, the position of the nth cell (cell n) partitioned by the nth first line and the (n + 1) th first line can be recognized.
  • the two first lines 2 ⁇ and the two 3 ⁇ s sandwiching the partition element 21B where the minicell is to be manufactured can be detected (FIG. 2).
  • at least one of the first lines 2 ⁇ and the second line 2 ⁇ and third line 2 ⁇ in the vicinity thereof are arranged in the plane direction of the substrate 11 (arrow P in FIG. 2) toward the other first line 3 ⁇ . Identify the order. Thereby, it can be determined whether the polarity of one first line 2 ⁇ is forward polarity or reverse polarity.
  • a light source may be irradiated from the substrate 11b side, and viewed from the substrate 11a side in the thickness direction of the substrate 11, and observed by an image recognition apparatus provided with a camera or the like.
  • an image recognition apparatus provided with a camera or the like.
  • the insulating lines are observed as floating lines having different shapes (FIGS. 7A and 7B). .
  • FIG. 7A shows an example in which the first line 2 ⁇ , the second line 2 ⁇ , and the third line 2 ⁇ are observed in order from the left.
  • FIG. 7B shows an example in which the third line 2 ⁇ , the second line 2 ⁇ , and the first line 2 ⁇ are observed in order from the left.
  • the shape of each insulation line is different because the conditions of laser irradiation are different and the layer on which the insulation line is formed is different.
  • the partitioned element 21B thus determined is determined to be a forward polarity cell.
  • the partition element 21F is determined to be a cell having a reverse polarity.
  • FIGS. 8 and 9 are diagrams illustrating a state in which the insulating region D1 is formed in the partition element 21B having the forward polarity, FIG. 8 is a top view, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. .
  • the insulating region D1 is formed as follows. First, by removing the semiconductor layer 14 and the second electrode layer 15, two insulating lines R2 and R3 are formed.
  • Each of the insulating lines R2 and R3 is provided so as to intersect the other first line 3 ⁇ . Further, a single insulating line R1 is formed by removing the semiconductor layer 14 and the second electrode layer 15 so as to straddle the two insulating lines R2 and R3.
  • the insulated wires R2 and R3 extend in a direction orthogonal to one first line 2 ⁇ and the other first line 3 ⁇ .
  • the insulated wire R1 extends in a direction orthogonal to the insulated wires R2 and R3.
  • the insulating lines R1 to R3 are formed by, for example, irradiating a laser on the partition element 21B.
  • the insulating lines R1 to R3 can be provided by removing the semiconductor layer 14 and the second electrode layer 15 at the same time using the same kind of laser (laser having the same wavelength). In this way, in the insulating process, the insulating lines R1 to R3 are formed by removing only the two layers of the semiconductor layer 14 and the second electrode layer 15.
  • the insulating wire R1 as described above, the insulating region D1 (minicell) surrounded by the other first wire 3 ⁇ and the three insulating wires R1 to R3 is separated from the peripheral region (others) in the partition element 21B. It is reliably insulated from the area.
  • the semiconductor layer 14 is formed in the third line represented by reference numerals 2 ⁇ and 3 ⁇ , and the semiconductor layer 14 and the substrate 11 are in contact with each other.
  • the second electrode layer 15 is formed in the second line represented by the symbols 2 ⁇ and 3 ⁇ , and the first electrode layer 13 and the second electrode layer 15 are connected to each other. Yes.
  • the insulating region D1 is preferably formed close to the other first line 3 ⁇ side. That is, it is preferable to form the insulating region D1 near the other first line 3 ⁇ .
  • the insulating region D1 When measuring the local efficiency of the insulating region D1, when measuring a pair of current / voltage measuring probes 330 in contact with the second electrode layer 15 so as to straddle the other first line 3 ⁇ , By setting the other first line 3 ⁇ at a short distance, the distance between the pair of probes 330 can be shortened, and the probes can be stably installed and measured.
  • the insulating region D1 is formed close to one of the first lines 2 ⁇ . That is, it is preferable to form the insulating region D1 close to the first line 2 ⁇ .
  • an irradiation step of irradiating light to a region including the insulating region is performed.
  • the region irradiated with light may include the insulating region D1, and the region located outside the insulating region D1 may be irradiated with light.
  • Light is irradiated from the second surface 11 b of the solar cell 10.
  • a measurement process for obtaining a current-voltage characteristic in the insulating region during light irradiation is performed.
  • the second electrode layer 15 in the insulating region D1 and the second electrode layer 15 in the region D2 adjacent to the insulating region D1 (light irradiation surface of the solar cell 10).
  • the probe is brought into contact with the opposite surface.
  • the other first line 3 ⁇ is formed between the region D2 and the insulating region D1.
  • the second electrode layer 15 is a layer formed above the first surface 11a opposite to the second surface 11b irradiated with light.
  • the insulating region D1 is reliably insulated from the peripheral region in the partition element 21B, and thus is not affected by the peripheral region. For example, current generated in the peripheral region does not flow through the insulating region D1. Therefore, for example, even when the structural defect A (not shown) exists in the region D2 or the region D3 adjacent to the insulating region D1, the photoelectric conversion efficiency in the insulating region D1 can be evaluated with high accuracy.
  • insulating lines R1 to R32 are formed between the region D3 and the insulating region D1. Further, even when the structural defect A (not shown) is present in a region other than the region D2 or D3, similarly, the photoelectric conversion efficiency in the insulating region D1 can be evaluated with high accuracy.
  • the photoelectric converter 12 is formed by removing the semiconductor layer 14 and the second electrode layer 15 between two adjacent first lines 2 ⁇ and 3 ⁇ .
  • Four insulated wires R4 to R7 were provided, and a rectangular insulating region D4 (minicell) surrounded by these insulated wires R4 to R7 was formed.
  • D4 rectangular insulating region surrounded by these insulated wires R4 to R7 was formed.
  • the influence of the first line is eliminated, and the distribution of the current-voltage characteristics in the insulating region can be measured.
  • region enclosed only by an insulated wire triangle shape, pentagon shape, circular shape etc. may be sufficient, for example.
  • whether to form an insulating region (minicell) that does not include the first line or whether to form an insulating region (minicell) that includes the first line may be determined according to the situation. .
  • FIG. 13 shows an insulating region D5 surrounded only by an insulating line between two adjacent first lines 2 ⁇ and 3 ⁇ formed in the photoelectric converter 12 in the insulating process, and the first line 2 ⁇ .
  • an insulating region D6 surrounded by three insulating wires is provided side by side.
  • 14 shows a cross section taken along line XX of FIG. 13
  • FIG. 15 shows a cross section taken along line YY of FIG.
  • the insulating region D5 is formed in a rectangular shape by four insulating wires R8 to R11.
  • the insulating region D6 crosses the first line 2 ⁇ and extends from one first line 2 ⁇ to the other first line 3 ⁇ to the substantially central region of the partition element 21F, and the insulating lines R12 and R13.
  • the insulating line R14 extending along one first line 2 ⁇ and the one first line 2 ⁇ are formed so as to straddle the insulating lines R12 and R13 extending in parallel.
  • the probe 330 is shown.
  • the photoelectric converter 12 when the insulating region surrounded only by the insulating lines R8 to R10 and the insulating region surrounded by one of the first lines 2 ⁇ and the insulating lines R12 to R14 are provided side by side, By comparing the current-voltage characteristics of both, the distribution resulting from the influence of one first line 2 ⁇ can be measured.
  • ⁇ Solar cell evaluation device> in one embodiment of the evaluation apparatus that can be used in the evaluation method of the present invention, at least one of the first line 2 ⁇ and the second line 2 ⁇ and the third line 2 ⁇ in the vicinity thereof are detected by image recognition.
  • a detection unit an insulating unit that insulates a predetermined region in a partition element (cell) to be measured from a peripheral region to form an insulating region (minicell), an irradiation unit that irradiates light to the region including the insulating region, and light
  • a measurement unit that measures current-voltage characteristics in the insulating region during irradiation, and a control unit that controls the detection unit, the insulation unit, the irradiation unit, and the measurement unit based on the evaluation method described above.
  • the detection unit for example, an image recognition device including a CCD camera or the like is used.
  • a laser irradiation apparatus including a laser light source is used as the insulating part.
  • the light irradiation apparatus provided with the light source is used, for example.
  • “light source” refers to “light source that constitutes an irradiation portion” and is distinguished from “laser light source that constitutes an insulation portion”.
  • the measurement unit for example, a current / voltage measuring device including a plurality of probes is used.
  • the control unit for example, a computer that controls operations of the image recognition device, a laser light source, a light source, and a probe is used.
  • the image recognition device, the laser light source, the light source, and the probe are configured to be able to move independently on the partition elements of the solar cell.
  • the evaluation device preferably includes a plurality of first fixing parts to which the image recognition device, the laser light source, the light source, and the probe are separately fixed.
  • the plurality of first fixing portions are arranged by moving the image recognition device, the laser light source, the light source, and the probe to desired positions.
  • the evaluation apparatus includes a first control unit such as a computer that is electrically connected to the first fixing unit and automatically controls the movement of the first fixing unit.
  • an evaluation apparatus is provided with the 2nd fixing
  • the second fixing portion is arranged by moving the solar cell to a desired position.
  • the evaluation apparatus includes a second control unit such as a computer that is electrically connected to the second fixing unit and automatically controls the movement of the second fixing unit.
  • the first control unit and the second control unit may be integrated.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram illustrating an embodiment of an evaluation apparatus according to the present invention.
  • the laser irradiation apparatus 31 is disposed so as to face the substrate of the solar cell 10 on which the plurality of partition elements 21 are formed.
  • the light irradiation device 32 is disposed so as to face the substrate of the solar cell 10, and the two probes 330 and 330 are disposed so as to be in contact with the second electrode layer 15 of the solar cell 10.
  • the image recognition device 34 is arranged so as to face the substrate of the solar cell 10.
  • a computer that controls the operations of the laser irradiation device 31, the light irradiation device 32, the probe 330, and the image recognition device 34 is also included in the configuration of the evaluation device 5, but the computer is not shown.
  • Each of the laser irradiation device 31, the light irradiation device 32, the current-voltage measuring device 33, the image recognition device 34, and the solar cell 10 is fixed to the first fixing portion or the second fixing portion (not shown) and is independent. Thus, it can move in any of the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction in the figure.
  • the current / voltage measuring instrument a measuring instrument including two probes in which a voltage probe and a current probe are integrally provided is shown. However, for example, a voltage probe and a current probe are provided separately. It is also possible to use a so-called four-terminal type current / voltage measuring instrument provided with two probes.
  • a current / voltage measuring device having two probes is shown, but a measuring device having a multiple of two probes may be used.
  • the current-voltage characteristics in a plurality of insulating regions can be measured simultaneously, or the current-voltage characteristics can be measured simultaneously with a plurality of probes for one insulating region.
  • the light irradiation device may be a light irradiation device including one light source, or may be a light irradiation device including a plurality of light sources.
  • the laser irradiation device 31 and the image recognition device 34 are depicted as devices independent of each other. However, if a half mirror is used, an integrated apparatus configuration in which both apparatuses have an optical system that shares an objective lens can be obtained (FIG. 17).
  • the partition element is provided with the insulating region to be evaluated that is insulated from the periphery, and the region including the insulating region is irradiated with light, so that the insulating region is not affected by the peripheral region.
  • Current-voltage characteristics can be measured, and photoelectric conversion efficiency can be locally evaluated with high accuracy. For example, if a plurality of insulating regions whose current-voltage characteristics are measured include an insulating region having a photoelectric exchange efficiency that is significantly different from that of other insulating regions, a structural defect exists in the region. I can judge.
  • the solar cell evaluation method according to the present invention described above will be described with reference to flowcharts.
  • the flowchart shown in FIG. 18 represents the flow of operation when the polarity information of the partition element that is the measurement target is input to the evaluation device 5 in advance by the operator of the evaluation device 5.
  • the image recognition device 34 recognizes a predetermined first line, and determines the polarity of a predetermined partition element (cell) based on the arrangement order of the first line, the second line, and the third line.
  • the polarity of the cell may be determined by lowering the probe 330 of the current / voltage measuring instrument and measuring the current / voltage characteristics of the cell.
  • the laser irradiation device 31 If the polarity determination result matches the previously input polarity information, the laser irradiation device 31 produces a minicell and measures the current-voltage characteristics. On the other hand, if the polarity determination result does not match the polarity information input in advance, the process proceeds to the production of a minicell based on the determination result, or the operation is stopped and the determination result is reported to the operator.
  • the flowchart shown in FIG. 19 represents an operation flow when the polarity information of the partition element to be measured is not given in advance.
  • the image recognition device 34 recognizes the predetermined first line, and determines whether or not the polarity of the predetermined partition element (cell) is the forward polarity based on the arrangement order of the first line, the second line, and the third line. judge. Or you may determine whether the polarity of the said cell is a forward polarity by dropping the probe 330 of a current-voltage measuring device and measuring the current-voltage characteristic of the said cell. In the case of the forward polarity, it moves to a predetermined position, a minicell is produced by the laser irradiation device 31, and the current-voltage characteristics are measured.
  • the result of polarity determination is not forward polarity, it is determined whether or not the cell has the reverse polarity in order to confirm that the cell has the reverse polarity.
  • reverse polarity it moves to a predetermined position, a minicell is produced by the laser irradiation device 31, and current-voltage characteristics are measured.
  • the flowchart shown in FIG. 20 represents a flow of operations when the flowchart of FIG. 19 is simplified.

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Abstract

　基板に、第一電極層、半導体層、第二電極層を重ねた光電変換体が形成され、該光電変換体は、第一線によって区画された複数の区画素子を有し、第一線の近傍には第二線と第三線とが、第一線と平行に延設される太陽電池において、区画素子の所定領域の光電変換効率を評価する方法であって、所定の第一線と、その近傍の第二線および第三線とを画像認識によって検出する工程と、各線が基板の平面上の第１方向に並ぶ順序を識別して、所定の区画素子の極性を判定する工程と、評価対象とする所定領域を絶縁する工程と、光を照射する工程と、電流電圧特性を測定する工程と、を有する太陽電池の評価方法。

Description

太陽電池の評価方法
　本発明は、太陽電池の局所的な光電変換効率を測定し評価する方法に関する。より詳しくは、光電変換効率を測定する際に、誤った位置で測定することを防ぎ、太陽電池の所定の位置で確実に測定し評価する方法に関する。
　本願は、２０１０年１０月４日に、日本に出願された日本国特願２０１０－２２４９９５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　低炭素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。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が、材料となるシリコン単結晶インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされるため、製造コストが高いという問題がある。特に屋外などに設置される大面積の太陽電池を、シリコン単結晶を利用して実現しようとすると、相当にコストが掛かるのが現状である。そこで、アモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用した太陽電池（以下では、薄膜シリコン太陽電池という）が、より安価な太陽電池として普及している。
　薄膜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）を、ｐ型およびｎ型のシリコン膜ではさんだｐｉｎ接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いて、この半導体膜の両面にそれぞれ電極を形成したものである。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。
　こうした薄膜シリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、受光面側のガラス基板にＴＣＯ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薄膜などを形成してなる。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薄膜シリコン太陽電池は、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、抵抗値の問題もあるため、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してなる。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、レーザー光などでスクライブ線（スクライブライン）と称される溝を形成して多数の短冊状の区画素子（セル）とし、この区画素子どうしを電気的に直列又は並列に接続した構造とする。
　光電変換体をモジュールとして実装した薄膜シリコン太陽電池では、単一のモジュール内に複数のセルが、所定の極性を有して配置される。例えば、単一のモジュール内において、複数のセルの全てが電気的に直列に接続されている場合は、全てのセルが同一の極性を有する。一方、単一のモジュール内において、複数のセルが電気的に並列に接続されている場合は、一方の極性（順極性）を有するセルと、他方の極性（逆極性）を有するセルとが混在する。
　ところで、セルに含まれうる構造欠陥を調べるために、セルに直流電流を導入して、この時に生じるフォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセンスを測定して発光強度の分布を測定し、当該セルの光電変換効率を評価する方法が開示されている（特許文献１）。
　特許文献１の方法と異なる太陽電池の評価方法として、薄膜シリコン太陽電池のモジュールにおいて、局所的な光電流変換効率（以下、局所効率ということがある）を測定する方法がある。この方法の場合、測定対象である所定のセルに、ミニセルを作製して、該ミニセルの光電流変換効率を測定する。この局所効率の測定は破壊検査であるため、ミニセルの作製位置を誤ることは許されない。
　しかしながら、従来の測定用装置では、オペレーターが入力した、セルの極性に関する情報に基づいてミニセルを作製しているため、人為的なミスが起こる恐れがある。つまり、誤った極性に関する情報を入力した場合、誤った位置にミニセルを作製してしまい、太陽電池のモジュールを破損してしまう恐れがある。
国際公開第２００６／０５９６１５号パンフレット
　本発明に係る態様は、薄膜シリコン太陽電池において、ミニセルを作製する区画素子（セル）の極性を確実に認識して局所効率を測定する評価方法の提供を目的とする。
（１）本発明に係る一態様は、基板の一面に、少なくとも第一電極層、半導体層、第二電極層をこの順に重ね形成される光電変換体を備え、前記光電変換体が、前記半導体層および前記第二電極層を除去して形成された第一線によって、所定のサイズで区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子同士が電気的に接続され、前記区画素子において前記第一線の近傍には、前記半導体層を除去して形成された第二線と、前記第一電極層を除去して形成された第三線とが、前記第一線と平行に延設される太陽電池において、前記区画素子の所定領域における光電変換効率を評価する太陽電池の評価方法であって、所定の第一線と、その近傍に設けられた前記第二線および前記第三線とを検出する工程と、前記所定の第一線と、その近傍に設けられた前記第二線および前記第三線が、前記基板の平面上の第１方向に並ぶ順序を識別することによって、前記所定の第一線の近傍に設けられた前記第二線および前記第三線を含む所定の区画素子の極性を判定する工程と、前記所定の区画素子において、評価対象とする前記所定領域を周辺領域から絶縁する工程と、絶縁された前記所定領域を含む領域に光を照射する工程と、光照射時の前記所定領域における電流電圧特性を測定する工程と、を含む。
（２）上記（１）に記載の態様では、前記絶縁の工程において、前記所定領域を、前記所定の第一線に寄せて形成してもよい。
（３）上記（２）に記載の態様では、前記測定の工程において、前記所定の第一線を跨ぐように、一組の電流電圧測定用のプローブを前記第二電極層に接して測定してもよい。
（４）上記（１）に記載の態様では、前記検出の工程において、前記所定の第一線と、その近傍に設けられた前記第二線および前記第三線とを、画像認識によって検出してもよい。
　本発明に係る態様によれば、薄膜シリコン太陽電池において、区画素子（セル）の極性を確実に認識してから、該区画素子にミニセルを作製できる。このため、誤った区画素子にミニセルを作製するミスを未然に防ぐことができ、所定の区画素子の局所効率を確実に測定できる。
本発明の評価方法の一実施形態によって評価される太陽電池の要部を示す拡大斜視図である。 本発明の評価方法の一実施形態によって評価される太陽電池の要部の拡大断面図である。 図２の符号Ｚで表された部位を示す拡大断面図である。 本発明の評価方法の一実施形態によって評価される太陽電池の別の要部を示す拡大斜視図である。 本発明の評価方法の一実施形態によって評価される太陽電池の別の要部の拡大断面図である。 モジュールを構成する基板上に、複数の区画素子が配置された太陽電池の上面図である。 第一線と、その近傍に設けられた第二線および第三線を基板の厚み方向に観察した例を示す太陽電池の上面図である。 第一線と、その近傍に設けられた第二線および第三線を基板の厚み方向に観察した例を示す太陽電池の上面図である。 絶縁工程後の太陽電池に形成されたミニセルを例示する図であり、太陽電池の上面図である。 絶縁工程後の太陽電池に形成されたミニセルを例示する図であり、図８のＩ－Ｉ線における断面図である。 絶縁工程後の太陽電池に形成されたミニセルを例示する図であり、太陽電池の上面図である。 絶縁工程後の太陽電池に形成されたミニセルを例示する図であり、図１０のＩ－Ｉ線における断面図である。 変形例にかかる絶縁工程後の太陽電池に形成されたミニセルを例示する図であり、太陽電池を模式的に示した上面図である。 変形例にかかる絶縁工程後の太陽電池に形成されたミニセルを例示する図であり、太陽電池を模式的に示した上面図である。 図１３のＸ－Ｘ線における断面図である。 図１３のＹ－Ｙ線における断面図である。 本発明に係る評価方法に使用できる装置の一実施形態を例示する概略斜視図である。 本発明に係る評価方法に使用できる装置の別の実施形態を例示する概略構成図である。 本発明に係る評価方法の操作の流れを示すフローチャートである。 本発明に係る評価方法の操作の流れを示す別のフローチャートである。 本発明に係る評価方法の操作の流れを示す別のフローチャートである。
　以下、本発明の好適な実施形態について図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲に置いて種々の変更が可能である。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
　図１は、本発明の評価方法に供される薄膜シリコン太陽電池の一部分を例示する拡大斜視図である。また、図２は図１の太陽電池の層構成を示す要部拡大断面図であり、図３は図２の符号Ｚで表された部位を拡大した断面図である。さらに、図４は、本発明の評価方法に供される薄膜シリコン太陽電池の他の部分を例示する拡大斜視図であり、図５は、図４の太陽電池の層構成を示す要部拡大断面図である。図５における符号Ｚで表された部位は、図２における符号Ｚと同様に、図３の断面図に対応する。
　太陽電池１０は、透明な絶縁性の基板１１の一面１１ａに光電変換体１２を形成してなる。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、かつ耐久性のある絶縁材料で形成されうる。こうした基板１１の他面１１ｂ側から太陽光Ｓが入射する。
　光電変換体１２は、基板１１側から順に第一電極（下部電極）層１３、半導体層１４、第二電極（上部電極）層１５を積層してなる。第一電極層１３は、透明な導電材料、例えば、ＴＣＯ（Transparent Conductive Oxide）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの光透過性の金属酸化物から形成されうる。また、第二電極層１５は、Ａｇ、Ｃｕなど導電性の金属膜によって形成されうる。
　半導体層１４は、例えば、図３に示すように、ｐ型シリコン膜１７とｎ型シリコン膜１８との間にｉ型シリコン膜１６を挟んだ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て、ｐ型シリコン膜１７とｎ型シリコン膜１８との電位差によって電子及びホールが活発に移動し、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）。なお、シリコン膜の材料としては、アモルファス型、ナノクリスタル型等の材料が用いられる。
　光電変換体１２は、複数の第一線２α，３αによって、例えば外形が短冊状の多数の区画素子２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ・・・に分割されている（図１）。以下では、前記多数の区画素子のうち、任意の区画素子を「区画素子２１」と呼ぶ。
　第一線２α，３αは、半導体層１４および第二電極層１５を除去して形成されている。
各第一線２α，３αの近傍には、半導体層１４を除去し導電体で充填されて形成された第二線２β，３βと、第一電極層１３を除去し半導体で充填されて形成された第三線２γ，３γとが、各第一線２αと平行にそれぞれ延設されている（図２）。
　ここで、区画素子２１Ｂを挟む２本の第一線２α及び２本の３αのうち、区画素子２１Ａ側に設けられた「一方の第一線２α」と、その近傍に設けられた「一方の第二線２β」および「一方の第三線２γ」の、基板１１の平面方向に並ぶ順序は、区画素子２１Ｃ側に設けられた「他方の第一線３α」に向けて（図２の矢印Ｐの方向（第１方向）へ）、一方の第一線２α、一方の第二線２β、一方の第三線２γの順である。この並び順を便宜的に順極性と呼ぶ。
　また、図５に示すように、区画素子２１Ｆを挟む２本の第一線２α及び２本の３αのうち、区画素子２１Ｅ側に設けられた「一方の第一線２α」と、その近傍に設けられた「一方の第二線２β」および「一方の第三線２γ」の、基板１１の平面方向に並ぶ順序は、区画素子２１Ｇ側に設けられた「他方の第一線３α」に向けて（図５の矢印Ｐの方向（第１方向）へ）、一方の第三線２γ、一方の第二線２β、一方の第一線２αの順である。この並び順を便宜的に逆極性と呼ぶ。
　光電変換体１２をモジュールとして実装した太陽電池１０では、単一のモジュール内に複数の区画素子２１（セル）が、所定の極性を有して配置される。例えば、各セルを電気的に並列に接続する場合、当該モジュール内では、順極性で配置されるセルと、逆極性で配置されるセルとが混在する。任意のセルの極性は、該セルを区画する前記２本の第一線２α及び３αのうち、少なくとも一方の第一線２αと、その近傍に設けられた第二線２βおよび第三線２γの並ぶ順序によって規定される。
　第三線２γは、例えば基板１１の第一面１１ａ上に均一に第一電極層１３を形成した後、レーザーなどによって、第三線２γとなる領域の第一電極層１３を除去する方法によって形成される。
　第二線２βは、例えば前記第三線２γを形成した第一電極層１３上に均一に半導体層１４を形成した後、レーザーなどによって、第二線２βとなる領域の半導体層１４を除去する方法によって形成される。
　第一線２αは、例えば前記第二線２βを形成した半導体層１４上に均一に第二電極層１５を形成した後、レーザーなどによって、第一線２αとなる領域の半導体層１４及び第二電極層１５を除去する方法によって形成される。
　図２，図５において、符号２γ，３γで表される第三線内には、半導体層１４が形成されており、半導体層１４と基板１１とが接触している部位となっている。同様に、符号２β，３βで表される第二線内には、第二電極層１５が形成されており、第一電極層１３と第二電極層１５とが接続している部位となっている。
　なお、こうした光電変換体１２を構成する第二電極層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。
＜太陽電池の評価方法＞
（第一線の検出工程）
　モジュール１を構成する基板１１上に、複数の区画素子２１が配置された薄膜シリコン太陽電池１０の上面図を図６に示す。以下では、個々の区画素子２１を「セル」ということがある。また、各第一線を「第一線１９ａ，１９ｂ，１９ｃ・・・」ということがある。
　基板１１において、その一端１１ｃから１番目の第一線１９ａおよび２番目の第一線１９ｂによって区画された領域が第一のセル（セル１）である。同様に、基板の一端１１ｃから５番目の第一線１９ｃおよび６番目の第一線１９ｄによって区画された領域が第五のセル（セル５）である。従って、基板の一端１１ｃからｍ番目の第一線および（１＋ｍ）番目の第一線１９ｅによって区画された領域は、第ｍのセル（セルｍ）である。ここで、ｍは自然数である。
　また、基板の一端１１ｃおよび他端１１ｄには、配線領域２２が設けられている。
　このモジュール１において、ミニセルを作製する予定の第ｎのセル（セルｎ）は、基板の一端１１ｃからｎ番目の第一線１９ｆおよび（ｎ＋１）番目の第一線１９ｇによって区画される。ここで、ｎは自然数である。
　したがって、所定の第ｎのセルの位置を認識するためには、ｎ番目の第一線１９ｆを検出すればよい。その後、（ｎ＋１）番目の第一線１９ｇは、ｎ番目の第一線１９ｆに隣接する、基板の他端１１ｄ側の第一線であることが当然に導かれる。
　ｎ番目の第一線１９ｆを検出する方法としては、下記２つの検出方法が好適である。
　第一の検出方法は、基板の一端１１ｃから１番目の第一線１９ａを検出し、基板の他端１１ｄの方向へ、順次、第一線を検出してカウントアップする（数え上げる）ことによって、ｎ番目の第一線１９ｆを検出する方法である。
　この第一の方法によれば、確実にｎ番目の第一線を検出できる。
　第二の検出方法は、基板の一端１１ｃから１番目の第一線１９ａと、（１＋ｍ）番目の第一線１９ｅとの距離Ｌを測定し、１区画あたりの第一線間の距離Ｒを算出する。この算出結果から、ｎ番目の第一線１９ｆが、１番目の第一線１９ａから距離Ｔの位置にあると推定し、その距離Ｔの位置において、ｎ番目の第一線１９ｆを検出する方法である。
　ここで、距離Ｒは、式；Ｒ＝Ｌ／ｍで求められる。距離Ｔは、式；Ｔ＝Ｒ×（ｎ－１）で求められる。また、ｍは、ｎよりも小さい自然数であることが好ましい。
　この第二の方法によれば、前述の第一の検出方法よりも、短時間でｎ番目の第一線を検出できる場合がある。例えば、ｎ＝１０００である場合、ｍ＝１０とすることよって、距離Ｔを算出し、その距離Ｔの位置へ一足飛びに移動して（すなわち、基板の他端１１ｄの方向へ、順次、第一線を検出してカウントアップする（数え上げる）ことを省略し）、ｎ番目の第一線を検出できる。つまり、ｎ＞＞ｍである場合に、第二の方法を用いることが好ましい。
　第二の検出方法では、モジュール１における各セルの幅（各セルを区画する第一線間の距離）が同じであることが前提となる。１番目の第一線からｎ番目の第一線までの、各第一線間の距離が異なる場合は、その差異を補正して、距離Ｔを算出する。
　第一または第二の検出方法によってｎ番目の第一線１９ｆを検出した後、隣接する（ｎ＋１）番目の第一線１９ｇを検出するのは容易である。この結果、ｎ番目の第一線および（ｎ＋１）番目の第一線で区画された第ｎのセル（セルｎ）の位置が認識できる。
　なお、第一線１９を検出する方法としては、ＣＣＤカメラ等を備えた装置を用いて、第一線１９を画像認識する方法が挙げられる。
（極性の判定工程）
　前述の第一線の検出工程によって、ミニセルを作製する予定の区画素子２１Ｂを挟む２本の第一線２α及び２本の３αを検出できる（図２）。このうち、少なくとも、一方の第一線２αと、その近傍の第二線２βおよび第三線２γが、他方の第一線３αに向けて、基板１１の平面方向（図２の矢印Ｐ）に並ぶ順序を識別する。これによって、一方の第一線２αの極性が、順極性であるか、逆極性であるかを判定できる。
　具体的には、例えば基板１１ｂ側から光源（ライト）を照射して、基板１１ａ側から、基板１１の厚み方向に見て、カメラ等を備えた画像認識装置によって観察すればよい。第一線２αと、その近傍の第二線２βおよび第三線２γを透過してくる光を観察することにより、各絶縁線がそれぞれ異なる形状の線として浮き上がって観察される（図７Ａ及び７Ｂ）。
　図７Ａは、左から順に、第一線２α、第二線２β、第三線２γ、が観察された例を示している。図７Ｂは、左から順に、第三線２γ、第二線２β、第一線２αが観察された例を示している。各絶縁線の形状が異なっているのは、レーザー照射の条件が異なるためと、絶縁線が形成されている層が異なるためである。
　このように、一方の第一線２αを観察した結果、図２に示す順序で各絶縁線が並んでいる場合は、一方の第一線２αと他方の第一線３αとで挟まれて区画された区画素子２１Ｂは、順極性のセルであると判定される。
　また、一方の第一線２αを観察した結果、図５に示す順序で各絶縁線が並んでいる場合は、一方の第一線２αと他方の第一線３αとで挟まれて区画された区画素子２１Ｆは、逆極性のセルであると判定される。
（絶縁工程）
　評価対象である区画素子２１において、所定領域を周辺領域から絶縁させて絶縁領域（ミニセル）を形成する絶縁工程を行う。絶縁工程は、例えば、図８，図９に示すように行われる。図８，図９は、順極性である区画素子２１Ｂに絶縁領域Ｄ１を形成した様子を例示する図であり、図８は上面図、図９は図８のＩ－Ｉ線における断面図である。
　絶縁領域Ｄ１の形成は次のように行われる。まず、半導体層１４及び第二電極層１５を取り除くことによって二本の絶縁線Ｒ２及びＲ３を形成する。絶縁線Ｒ２及びＲ３の各々は、他方の第一線３αと交差するように設けられている。さらにこれら２本の絶縁線Ｒ２及びＲ３に跨るように、半導体層１４及び第二電極層１５を取り除くことによって一本の絶縁線Ｒ１を形成する。
　絶縁線Ｒ２及びＲ３は、一方の第一線２α及び他方の第一線３αに直交する方向に延在している。また、絶縁線Ｒ１は、絶縁線Ｒ２及びＲ３に直交する方向に延在している。
　絶縁線Ｒ１～Ｒ３は、例えば、レーザーを区画素子２１Ｂ上に照射することによって形成されている。同種のレーザー（同じ波長のレーザー）を使用して、半導体層１４及び第二電極層１５を同時に取り除くことで絶縁線Ｒ１～Ｒ３を設けることができる。このように、絶縁工程においては、半導体層１４及び第二電極層１５の二層だけを取り除くことによって、絶縁線Ｒ１～Ｒ３が形成されている。上記のように絶縁線Ｒ１を別途設けることで、他方の第一線３α及び三本の絶縁線Ｒ１～Ｒ３で囲まれた絶縁領域Ｄ１（ミニセル）は、区画素子２１Ｂにおいて、周辺領域（その他の領域）から確実に絶縁される。
　なお、図８，図９において、符号２γ，３γで表される第三線内には、半導体層１４が形成されており、半導体層１４と基板１１とが接触している部位となっている。同様に、符号２β，３βで表される第二線内には、第二電極層１５が形成されており、第一電極層１３と第二電極層１５とが接続している部位となっている。
　図８、図９に示したように、区画素子２１Ｂが順極性である場合、絶縁領域Ｄ１を、他方の第一線３α側に寄せて形成することが好ましい。つまり、絶縁領域Ｄ１を、他方の第一線３αの近傍に寄せて形成することが好ましい。絶縁領域Ｄ１の局所効率を測定する際に、他方の第一線３αを跨ぐように、一組の電流電圧測定用のプローブ３３０を第二電極層１５に接して測定する場合、絶縁領域Ｄ１と他方の第一線３αとを近距離にしておくことによって、一組のプローブ３３０間同士の距離を短くすることができ、プローブを安定に設置して測定できる。
　また、図１０、図１１に示したように、区画素子２１Ｆが逆極性である場合、絶縁領域Ｄ１を、一方の第一線２α側に寄せて形成することが好ましい。つまり、絶縁領域Ｄ１を、一方の第一線２αの近傍に寄せて形成することが好ましい。絶縁領域Ｄ１の局所効率を測定する際に、一方の第一線２αを跨ぐように、一組の電流電圧測定用のプローブ３３０を第二電極層１５に接して測定する場合、絶縁領域Ｄ１と一方の第一線２αとを近距離にしておくことによって、一組のプローブ３３０間同士の距離を短くすることができ、プローブを安定に設置して測定できる。
（照射工程）
　前記絶縁工程後に、前記絶縁領域を含む領域に光を照射する照射工程を行う。
　例えば、図８，図９に示す太陽電池の場合、光が照射される領域は、絶縁領域Ｄ１を含み、絶縁領域Ｄ１の外側に位置する領域に光が照射されてもよい。光は、太陽電池１０の第二面１１ｂから照射される。
（測定工程）
　次いで、光照射時の前記絶縁領域における電流電圧特性を得るための測定工程を行う。
　例えば、図８，図９に示す区画素子２１Ｂの場合、絶縁領域Ｄ１の第二電極層１５と、絶縁領域Ｄ１に隣接する領域Ｄ２の第二電極層１５（太陽電池１０の、光の照射面とは反対側の面）にプローブが接触される。領域Ｄ２と絶縁領域Ｄ１との間には他方の第一線３αが形成されている。第二電極層１５は、光が照射される第二面１１ｂとは反対の第１面１１ａの上方に形成された層である。絶縁領域Ｄ１の第二電極層１５に接触されたプローブと領域Ｄ２の第二電極層１５に接触されたプローブとの間において、電流及び電圧が測定される。これによって電流電圧特性が得られる。この測定工程において、絶縁領域Ｄ１は、区画素子２１Ｂにおける周辺領域から確実に絶縁されているので、周辺領域の影響を受けることがない。例えば、周辺領域において発生した電流が絶縁領域Ｄ１に流れることがない。したがって、例えば、絶縁領域Ｄ１に隣接する前記領域Ｄ２又は領域Ｄ３に構造欠陥Ａ（図示略）が存在する場合でも、絶縁領域Ｄ１における光電変換効率を高精度に評価できる。
ここで、領域Ｄ３と絶縁領域Ｄ１との間には絶縁線Ｒ１～３２が形成されている。また、構造欠陥Ａ（図示略）が、前記領域Ｄ２又はＤ３以外の領域に存在する場合であっても、同様に、絶縁領域Ｄ１における光電変換効率を高精度に評価できる。
（変形例）
　次に、前述の絶縁工程についての変形例について説明する。以下では、上記実施形態と同一の部位については同一符号で示す。
　上述の絶縁工程では、図８～図１１に示すように、光電変換体１２において、半導体層１４及び第二電極層１５を取り除くことによって形成された二本の絶縁線Ｒ２及びＲ３を、それぞれ別々に、隣り合う二本の第一線２α及び３αに跨るように設け、さらにこれら二本の絶縁線Ｒ２及びＲ３に跨るように、半導体層１４及び第二電極層１５を取り除くことによって形成された一本の絶縁線Ｒ１を設けた。そして、一本の第一線及び三本の絶縁線Ｒ１～Ｒ３で囲まれた絶縁領域Ｄ１（ミニセル）を形成した。
　ここで説明する変形例では、図１２に示すように、光電変換体１２において、隣り合う二本の第一線２α及び３αの間に、半導体層１４及び第二電極層１５を取り除くことによって形成された四本の絶縁線Ｒ４～Ｒ７を設け、これら絶縁線Ｒ４～Ｒ７によって囲まれる矩形状の絶縁領域Ｄ４（ミニセル）を形成した。
　このように絶縁線のみによって囲まれる絶縁領域を形成した場合には、第一線の影響が排除され、絶縁領域における電流電圧特性の分布を測定することができる。なお、絶縁線のみによって囲まれる領域の形態（形状）としては、例えば、三角形状、五角形状、円形状等であってもよい。
　また、絶縁工程において、第一線を含まない絶縁領域（ミニセル）を形成するか、又は、第一線を含む絶縁領域（ミニセル）を形成するか否かは、状況に応じて判断すればよい。
　次に、図１３は、絶縁工程において、光電変換体１２に形成された隣り合う二本の第一線２α及び３αの間に、絶縁線のみによって囲まれる絶縁領域Ｄ５と、第一線２αと、三本の絶縁線で囲まれる絶縁領域Ｄ６とが並べて設けられた例を示している。図１４には、図１３のＸ－Ｘ線における断面が示され、図１５には、図１３のＹ－Ｙ線における断面が示されている。
　この例において、絶縁領域Ｄ５は、四本の絶縁線Ｒ８～Ｒ１１によって矩形状に形成されている。絶縁領域Ｄ６は、一方の第一線２αを横切り、一方の第一線２αから他方の第一線３αに向けて、区画素子２１Ｆの略中央領域まで延出する絶縁線Ｒ１２，Ｒ１３と、互いに平行に延出した絶縁線Ｒ１２，Ｒ１３に跨るように、一方の第一線２αに沿って延出する絶縁線Ｒ１４と、一方の第一線２αとで囲まれて形成されている。また、図１４，図１５においては、プローブ３３０が示されている。
　このように、光電変換体１２において、絶縁線Ｒ８～Ｒ１０のみによって囲まれる絶縁領域と、一方の第一線２α及び絶縁線Ｒ１２～Ｒ１４で囲まれる絶縁領域と、を並べて設けた場合には、双方の電流電圧特性を比較することにより、一方の第一線２αの影響に起因する分布を測定することができる。
＜太陽電池の評価装置＞
　本発明の評価方法に使用できる評価装置の一実施形態は、前記評価方法において、前記基板の少なくとも一方の第一線２αと、その近傍の第二線２βおよび第三線２γを画像認識によって検出する検出部と、測定対象の区画素子（セル）における所定領域を周辺領域から絶縁させて絶縁領域（ミニセル）を形成する絶縁部と、前記絶縁領域を含む領域に光を照射する照射部と、光照射時の前記絶縁領域における電流電圧特性を測定する測定部と、前記検出部、絶縁部、照射部、および測定部を、前述の評価方法に基づいて制御する制御部と、を備える。
　前記検出部としては、例えば、ＣＣＤカメラ等を備えた画像認識装置が用いられる。前記絶縁部としては、例えば、レーザー光源を備えたレーザー照射装置が用いられる。前記照射部としては、例えば、光源を備えた光照射装置が用いられる。なお、本明細書においては、特に指定のない限り、「光源」は、「照射部を構成する光源」を指し、「絶縁部を構成するレーザー光源」とは区別される。前記測定部としては、例えば、プローブを複数備えた電流電圧測定器が用いられる。前記制御部としては、例えば、前記画像認識装置、レーザー光源、光源、及びプローブの動作を制御するコンピュータが用いられる。
　本発明に係る評価装置の一実施形態においては、前記画像認識装置、前記レーザー光源、光源及びプローブが、それぞれ独立して、太陽電池の区画素子上を移動できるように構成されていることが好ましい。そのためには、評価装置は、前記画像認識装置、レーザー光源，光源，及びプローブが別々に固定される複数の第一固定部を備えることが好ましい。複数の第一固定部は、前記画像認識装置、レーザー光源，光源，及びプローブを所望の位置に移動させて配置する。また、評価装置は、これら第一固定部と電気的に接続され、これら第一固定部の動きを自動で制御する、コンピュータ等の第一制御部を備えることがより好ましい。さらに、評価装置は、評価に供する太陽電池が固定される第二固定部を備えることが好ましい。この第二固定部は、太陽電池を所望の位置に移動させて配置する。さらに、また、評価装置は、第二固定部と電気的に接続され、第二固定部の動きを自動で制御する、コンピュータ等の第二制御部を備えることがより好ましい。第一制御部及び第二制御部は、一体となっていてもよい。
　図１６は、本発明に係る評価装置の一実施形態を例示する概略構成図である。
　図１６に示す評価装置５において、レーザー照射装置３１は、複数の区画素子２１が形成された太陽電池１０の基板に対向するように配置されている。光照射装置３２は、太陽電池１０の基板に対向するように配置され、二つのプローブ３３０，３３０は、太陽電池１０の第二電極層１５に接触可能なように配置されている。さらに、画像認識装置３４は、太陽電池１０の基板に対向するように配置されている。レーザー照射装置３１、光照射装置３２、プローブ３３０、及び画像認識装置３４の動作を制御するコンピュータも、評価装置５の構成に含まれるが、該コンピュータの図示は略してある。
　レーザー照射装置３１、光照射装置３２、電流電圧測定器３３、画像認識装置３４、及び太陽電池１０の各々は、上記第一固定部又は第二固定部（図示略）に固定されており、独立して図中のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれにも移動可能である。なお、本実施形態においては、電流電圧測定器として、電圧プローブと電流プローブが一体に設けられたプローブを二つ備えた測定器を示しているが、例えば、電圧プローブと電流プローブが別々に設けられたプローブを二つ備えた、いわゆる四端子型の電流電圧測定器を使用することもできる。
　本実施形態においては、プローブを二つ備えた電流電圧測定器が示されているが、２の倍数個のプローブを備えた測定器が用いられてもよい。このような構成を有する測定器においては、複数の絶縁領域おける電流電圧特性を同時に測定したり、一つの絶縁領域について複数個のプローブで同時に電流電圧特性を測定したりすることができる。また、光照射装置も同様に、光源を一つ備えた光照射装置が用いられてもよいし、複数個の光源を備えた光照射装置が用いられてもよい。
　図１６において、レーザー照射装置３１と画像認識装置３４とは、互いに独立した装置として描かれている。しかし、ハーフミラーを用いれば、両装置が対物レンズを共用する光学系を備えた、一体型の装置構成とすることもできる（図１７）。
　本発明によれば、区画素子において、周辺から絶縁された評価対象の絶縁領域を設け、この絶縁領域を含む領域に光を照射することで、周辺領域の影響を受けることなく、該絶縁領域の電流電圧特性を測定でき、光電変換効率を局所的に高精度に評価できる。
　例えば、電流電圧特性が測定された複数の絶縁領域の中で、他の絶縁領域とは光電変換効率が大きく異なる光電交換効率を有する絶縁領域が存在すれば、該領域中に構造欠陥が存在すると判断できる。
　以上で説明した本発明にかかる太陽電池の評価方法を、フローチャートによって説明する。図１８に示したフローチャートは、測定対象である区画素子の極性情報が、評価装置５のオペレーターによって、予め評価装置５に入力されている場合の操作の流れを表す。
　画像認識装置３４が所定の第一線を認識して、所定の区画素子（セル）の極性を、第一線、第二線、及び第三線の並び順に基づいて判定する。又は、電流電圧測定器のプローブ３３０を下ろして、当該セルの電流電圧特性を計測することによって、当該セルの極性を判定してもよい。その極性判定の結果が、予め入力された極性情報と一致している場合には、レーザー照射装置３１によって、ミニセルを作製し、電流電圧特性を計測する。一方、極性判定の結果が、予め入力された極性情報と一致しない場合は、判定結果に基づいてミニセルの作製に移るか、或いは作業を中止して、オペレーターに判定結果を報告する。
　図１９に示したフローチャートは、測定対象である区画素子の極性情報が、予め与えられていない場合の操作の流れを表す。
　画像認識装置３４が所定の第一線を認識して、所定の区画素子（セル）の極性が順極性であるか否かを、第一線、第二線、及び第三線の並び順に基づいて判定する。又は、電流電圧測定器のプローブ３３０を下ろして、当該セルの電流電圧特性を計測することによって、当該セルの極性が順極性であるか否かを判定してもよい。順極性である場合には、所定の位置へ移動し、レーザー照射装置３１によって、ミニセルを作製して、電流電圧特性を計測する。
　一方、極性判定の結果が順極性でない場合には、当該セルが逆極性であることを確かめるために、所定の第一線において逆極性であるか否かを判定する。逆極性である場合には、所定の位置へ移動し、レーザー照射装置３１によって、ミニセルを作製して、電流電圧特性を計測する。
　図２０に示したフローチャートは、図１９のフローチャートをより簡易にした場合の操作の流れを表す。
１…モジュール、２α…第一線、２β…第二線、２γ…第三線、３α…第一線、３β…第二線、３γ…第三線、５…評価装置、１０…太陽電池、１１…絶縁性の基板、１１ａ…基板の一面、１１ｂ…基板の他面、１１ｃ…基板の一端、１１ｄ…基板の他端、１２…光電変換体、１３…第一電極層（下部電極層）、１４…半導体層、１５…第二電極層（上部電極層）、１７…p型シリコン膜、１８…ｎ型シリコン膜、１９，１９ａ～１９ｈ…第一線、２１，２１Ａ～２１Ｇ…区画素子（セル）、２２…配線領域、Ｄ１，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６…絶縁領域、Ｒ（Ｒ１～Ｒ１５）…絶縁線、３１…レーザー照射装置、３２…光照射装置、３３…電流電圧測定器、３４…画像認識装置、３３０…プローブ。

Claims (4)

  1. 　基板の一面に、少なくとも第一電極層、半導体層、第二電極層をこの順に重ね形成される光電変換体を備え、
    　前記光電変換体が、前記半導体層および前記第二電極層を除去して形成された第一線によって、所定のサイズで区画された複数の区画素子を有し、互いに隣接する前記区画素子同士が電気的に接続され、
    　前記区画素子において前記第一線の近傍には、
    　前記半導体層を除去して形成された第二線と、
    　前記第一電極層を除去して形成された第三線とが、
    　前記第一線と平行に延設される太陽電池において、
    前記区画素子の所定領域における光電変換効率を評価する太陽電池の評価方法であって、
    　所定の第一線と、その近傍に設けられた前記第二線および前記第三線とを検出する工程と、
    　前記所定の第一線と、その近傍に設けられた前記第二線および前記第三線が、前記基板の平面上の第１方向に並ぶ順序を識別することによって、前記所定の第一線の近傍に設けられた前記第二線および前記第三線を含む所定の区画素子の極性を判定する工程と、
    　前記所定の区画素子において、評価対象とする前記所定領域を周辺領域から絶縁する工程と、
    　絶縁された前記所定領域を含む領域に光を照射する工程と、
    　光照射時の前記所定領域における電流電圧特性を測定する工程と、
    　を含む太陽電池の評価方法。
  2. 　前記絶縁の工程において、前記所定領域を、前記所定の第一線に寄せて形成する請求項１に記載の太陽電池の評価方法。
  3. 　前記測定の工程において、前記所定の第一線を跨ぐように、一組の電流電圧測定用のプローブを前記第二電極層に接して測定する請求項２に記載の太陽電池の評価方法。
  4. 　前記検出の工程において、前記所定の第一線と、その近傍に設けられた前記第二線および前記第三線とを、画像認識によって検出する請求項１に記載の太陽電池の評価方法。
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