(57)【要約】【課題】  多結晶シリコン結晶などを用いた太陽電池素子の色調の検査、選別を短時間で確実に行うことができかつ自動化可能な色調検査装置、および色調検査方法を提供すること。【解決手段】  太陽電池素子の色調検査装置１は、太陽電池素子５が載置される載置部２と、この載置部２の上方に設けられる観察部３と、載置部２と該観察部３との間に設けられる拡散照射手段４とを含む。拡散照射手段４は、太陽電池素子５が載置される載置領域の外側上方から照射可能な複数の面光源４１を備えることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子の載置領域を有する載置部と、該載置部の上方に設けられる観察部と、該載置部と該観察部との間に設けられる拡散光照射手段とを含む、太陽電池素子の色調検査装置。
【請求項２】
前記拡散光照射手段は、前記載置領域の外側上方から照射可能な複数の面光源を備える、請求項１に記載の太陽電池素子の色調検査装置。
【請求項３】
前記拡散光照射手段は中空部を有する多角柱体であり、該多角柱体の内側面に、前記複数の面光源が配置されている、請求項１または２に記載の太陽電池素子の色調検査装置。
【請求項４】
前記多角柱体は四角柱体であって、前記面光源が、該四角柱体の全ての内側面に配置されている、請求項３に記載の太陽電池素子の色調検査装置。
【請求項５】
さらに、前記観察部から得られる撮像を分析する分析手段を備える、請求項１から４のいずれかの項に記載の太陽電池素子の色調検査装置。
【請求項６】
前記載置部において、載置領域の外周近傍が、白色または金属色である、請求項１から５のいずれかの項に記載の太陽電池素子の色調検査装置。
【請求項７】
太陽電池素子の外側上方から拡散光を照射する工程、
該拡散光が照射された太陽電池素子の色調を上方から観察する工程、および
得られる太陽電池素子の色調を分析する工程
を包含する、太陽電池素子の色調検査方法。
【請求項８】
前記分析工程が、前記太陽電池素子の撮像を画素に分解し、該画素ごとに色調強度を測定して色調強度分布を作成し、そして該色調強度分布の最も高い色調に基づき、太陽電池素子を選別することを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池素子の色調検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池素子の色調検査装置および色調検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池素子を用いた太陽光発電が注目を集めている。
【０００３】
この太陽電池素子は、光電変換効率を高めるために、その受光面側表面に光反射防止膜が成膜されている。このため、太陽電池素子の受光面側の色調は、例えば、反射防止膜の屈折率、膜厚のばらつき、シリコン基板の表面状態、さらには多結晶シリコン基板における部分的な結晶の面方位の違いなどにより、薄い青色から黒色に近い青色までばらつくことがある。
【０００４】
太陽電池素子は、一般に複数を組み合わせて太陽電池モジュールを形成する。したがって、太陽電池モジュール内に色調が大きく異なる太陽電池素子が混ざると、太陽電池モジュールの外観が悪化し、このような太陽電池モジュールを建物の屋根部分などに設置する場合に、建物全体の外観を著しく損なうことにもなる。
【０００５】
このため、太陽電池モジュールの製造においては、太陽電池素子の受光面側の色調を検査、選別した上で、色調の近似した太陽電池素子同士が用いられている。
【特許文献１】特開２００４−９５７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、太陽電池素子の受光面側の色調の検査および選別は、従来、蛍光灯などの光源の下で作業者が太陽電池素子を観察することで行なっていた。この時、特に多結晶シリコン基板を用いた太陽電池素子の外観検査においては、１つの基板内に面方位の異なった結晶が多数存在するため、光源との角度によっては、この面方位に起因して部分的に光の反射が大きくなり色調を正確に観ることができなくなる。そのため、このような色調検査においては作業者が太陽電池素子を手に持つなどして、その角度を種々変えながら行なっていた。したがって、選別も作業者の熟練によるところが多く、ばらつきが生じ易い。このため太陽電池素子の受光面側の色調の検査、選別は、時間および労力を要するものとなり、太陽電池モジュールのコストアップの要因となっており、さらに自動化が難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、多結晶シリコン結晶などを用いた太陽電池素子の色調の検査、選別を短時間で確実に行うことができかつ自動化可能な色調検査装置、および色調検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池素子の色調検査装置は、太陽電池素子の載置領域を有する載置部と、該載置部の上方に設けられる観察部と、該載置部と該観察部との間に設けられる拡散光照射手段とを含む。
【０００９】
ある実施態様においては、前記拡散光照射手段は、前記載置領域の外側上方から照射可能な複数の面光源を備える。
【００１０】
ある実施態様においては、前記拡散光照射手段は中空部を有する多角柱体であり、該多角柱体の内側面に、前記複数の面光源が配置されている。
【００１１】
ある実施態様においては、前記多角柱体は四角柱体であって、前記面光源が、該四角柱体の全ての内側面に配置されている。
【００１２】
ある実施態様においては、さらに、前記観察部から得られる撮像を分析する分析手段を備える。
【００１３】
ある実施態様においては、前記載置部において、載置領域の外周近傍が、白色または金属色である。
【００１４】
本発明の太陽電池素子の色調検査方法は、太陽電池素子の外側上方から拡散光を照射する工程、該拡散光が照射された太陽電池素子の色調を上方から観察する工程、および得られる太陽電池素子の色調を分析する工程を包含する。
【００１５】
ある実施態様においては、前記分析工程が、前記太陽電池素子の撮像を画素に分解し、該画素ごとに色調強度を測定して色調強度分布を作成し、そして該色調強度分布の最も高い色調に基づき、太陽電池素子を選別することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の太陽電池素子の色調検査装置によれば、太陽電池素子に対して、光の指向性が少ない拡散光を照射する、特に太陽電池素子が載置される載置領域の外側上方から複数照射するため、検査者が上方から観察した場合に太陽電池素子において光の反射が大きくなる部分が少なく、検査者が太陽電池素子の検査のために角度を変えて観察する必要がなく、短時間で確実な検査が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（本発明の太陽電池素子の色調検査装置）
本発明の色調検査装置は、太陽電池素子の載置領域を有する載置部と、該載置部の上方に設けられる観察部と、該載置部と該観察部との間に設けられる拡散光照射手段とを含む。以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る太陽電池素子の色調検査用装置の一例を示す図面であり、図１（ａ）は、斜視図であり、図１（ｂ）は、平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ´における断面図である。図１において、１は色調検査装置、２は載置部、３は観察部、４は拡散光照射手段である。図１に示す色調検査装置１は、載置部２を囲うように、拡散光照射手段４が設けられており、観察部３として、拡散光照射手段４の上面が開口されている。
【００１９】
図１に示す載置部２には、太陽電池素子５が受光面を上にして載置されている。本発明において、検査対象である太陽電池素子の種類は、特に制限されない。単結晶シリコン基板を用いた素子でもよいし、多結晶シリコン基板を用いた素子でもよい。また、さらにガリウムなどを含んだ基板でも適用可能である。多結晶シリコン基板を用いた素子の場合は、基板内に面方位の異なる結晶が多数存在するため、光が反射しやすい。本発明においては、このような多結晶シリコン基板からなる素子においても熟練を必要とすることなく、短時間で確実に色調検査することが可能である。なお、載置部２において、太陽電池素子５が載置される領域を、本明細書では太陽電池素子載置領域または単に載置領域という。この載置領域は、検査対象の太陽電池素子の大きさに合わせて、通常、載置部２の中央部に形成される。
【００２０】
載置部２の材質および大きさは、特に制限されない。材質としては、例えば、アルミニウムなどの金属が挙げられる。大きさは、太陽電池素子が載置できる大きさであればよい。例えば、図１では、検査対象の太陽電池素子５の各辺より５〜１０ｍｍ程度大きなアルミニウム製の検査台が設けられている。また、載置部２としては、図１に示す検査台のような太陽電池素子を静置するものの他に、移動式のものも好適に用いられる。例えば、ベルトコンベアのような移動式の載置部は、太陽電池素子を連続的に検査できる点で好適である。
【００２１】
載置部２において、検査対象の太陽電池素子５の端部と載置部２との境界線とを明確にする観点から、載置領域の外周近傍が、太陽電池素子５と異なる色であることが好ましい。例えば、検査対象の太陽電池素子５の受光面は、反射防止膜の影響で、一般に青色、紺色、黒色などであることが多い。この場合、載置領域の外周近傍を、白色、黄色、赤色、またはそれらの中間色、あるいはアルミニウムにアルマイト処理を施した金属光沢色などが好ましく、白色または金属光沢色がより好ましい。さらに載置部２の表面をわずかに発光させてもよい。
【００２２】
観察部３には、太陽電池素子の表面を観察する目的で載置部２の上方に設けられる。太陽電池素子の色調の観察は、この観察部から直接目視により行ってもよいし、あるいは観察部にカメラなどの撮像装置を設けて行ってもよい。
【００２３】
拡散光照射手段４は、太陽電池素子５の表面に対して、観察方向とは異なる角度で、拡散光を多方向から照射する目的で設けられる。このように拡散光を照射することによって、太陽電池素子の表面を上方から観察した場合に、光の反射が少なく、太陽電池素子の角度を変えずに、観察者が簡便かつ正確に色調を検査することができる。特に、基板内に面方位の異なった結晶が多数存在する多結晶シリコン基板を用いた太陽電池素子５の色調の観察、選別において特に有効である。
【００２４】
拡散光照射手段４は、載置部２と該観察部３との間に設けられる。この拡散光照射手段４は、例えば、図１に示すような太陽電池素子５の載置領域の外側上方から照射可能な複数の面光源４１を備えている。
【００２５】
面光源４１は、例えば、白色に発光する発光部を具備している。この発光部には複数の発光ダイオードが配置されており、さらに複数の発光ダイオードからの光を導光拡散板や光拡散シートにより屈折、散乱されている。これにより光の指向性が軽減され、均一に面発光される。
【００２６】
面光源４１の形状、大きさ、および配置方法は特に制限されない。例えば、図１に示す拡散光照射手段４は、面光源４１を有する平板４枚を用いて、その発光面が内面になるようにそれぞれ固定して中空状の四角柱体を形成し、載置部２の載置領域が拡散光照射手段４の内部に配置されるように設けられる。固定は、一般には、図１に示すように、Ｌ字状の取付金具６を介してネジや接着剤などを用いることによって行われる。この場合、面光源４１は、太陽電池素子５の周辺部にも均一に光が当たるように、検査対象の太陽電池素子５の各辺より幅が広いことが好ましい。面光源４１の数についても特に制限されないが、太陽電池素子の表面が一般に矩形状であることを考慮すると、各辺に対応するように４枚用いることが効率的である。面光源４１の照度は、例えば、３００〜１０００ＬＵＸ程度に調節される。
【００２７】
拡散光照射手段４は、中空状の多角柱体であればよく、例えば、図１に示すような中空状の四角柱体、六角柱体、八角柱体などが挙げられる。
【００２８】
図１に示す色調検査装置においては、例えば、以下のようにして色調検査を行う。
【００２９】
まず、検査対象の太陽電池素子を準備し、この太陽電池素子を、受光面を上にして載置部２に置く。この際、観察時に光が入らないように、図１に示すように載置部２および面光源４１が暗所内に配置されていることが好ましい。
【００３０】
次いで、拡散光照射手段４の面光源４１のスイッチを入れ、太陽電池素子の外側上方から拡散光を照射する。実際には、発光が安定するまで放置することが好ましく、予めスイッチを入れた後３０分間程度放置する。
【００３１】
その後、拡散光が照射された太陽電池素子の色調を上方、すなわち観察部３から目視にて観察・分析し、必要に応じて、受光面の色調に合わせて選別する。このように、本発明の方法においては、基板内に面方位の異なった結晶が多数存在する多結晶シリコン基板を用いた太陽電池素子３の色調の観察、選別においても、部分的に光の反射が大きくなる箇所が少なく、検査者が太陽電池素子の角度を変える必要がなく、短時間で正確な検査、選別が可能となる。
【００３２】
選別を容易にする観点から、予め色調の異なる太陽電池素子を数ランク分けておくことが好ましい。検査（観察）した太陽電池素子５を載置部２上から取り出し、最も近似したランクに入れる。さらに太陽電池モジュールを作製する時は、１つの太陽電池モジュールを同じ色調のグループまたは近似した色調のグループの太陽電池素子のみで構成するようにする。これにより色調のばらつきが小さい太陽電池素子群を用いた外観に優れた太陽電池モジュールを得ることができる。
【００３３】
図２は、本発明の太陽電池素子の色調検査装置の別の態様を示す。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ´における断面図である。
【００３４】
図２において、拡散光照射手段４は、図１に示す拡散光照射手段４にステンレスなどの金属製のシャフトで作製された脚部がネジ止めなどにより取り付けられている。この脚部の間には載置部２に相当する搬送ベルト２Ａが通っている。この搬送ベルトに、検査対象である太陽電池素子５を、受光面を上にして複数個載せることによって、これらの太陽電池素子５を連続的に色調検査することが可能である。この搬送ベルト２Ａは、例えば、太陽電池素子５の幅より１０〜５０ｍｍ程度大きな幅で、ステンレスなどの帯状の金属箔などからなり、その両端が溶接され、２つの回転可能なドラムの間に架設される。この搬送ベルト２Ａの太陽電池素子３の載置面は、太陽電池素子３の端部が明確になるように、載置領域外周近傍を太陽電池素子３と異なる白色などに塗装している。搬送ベルト２Ａは、さらにシーケンサーで制御されたサーボモーターなどを上述の回転可能なドラムに連結することにより駆動され、近接センサーなどにより太陽電池素子５が拡散光照射手段４の中空内部で停止するように設計される。また太陽電池素子の高さがベルトのたわみなどの影響を受けることなく一定にできるように、太陽電池素子３が停止する拡散光照射手段４内部の位置では、ベルトの下の位置に台が配置されている。さらに、拡散光照射手段４の中空内部の上方に位置する観察部３には、ＣＣＤカメラなどの撮像装置７が配置され、コンピューターなどの分析装置が繋がっている。
【００３５】
図２に示す太陽電池素子の色調検査装置を用いる色調検査方法は、例えば、以下のようにして行う。まず、拡散光照射手段４の内部に光が入らないように、面光源４１や搬送ベルト２Ａなど上述の色調検査装置一式を暗室内に置き、拡散光照射手段４の面光源４１のスイッチを入れ、発光が安定するまでおよそ３０分間程度放置する。
【００３６】
次いで、太陽電池素子５を搬送ベルト２Ａの上に受光面を上にして複数個載置し、拡散光照射手段４内部の所定の位置に搬送して、検査対象の太陽電池素子５の受光面に拡散光が照射されるようにする。そして太陽電池素子５の載置領域の上部に位置する観察部３から観察する。具体的には、観察部３に備えられる撮像装置６から太陽電池素子５の受光面を撮影して観察する。
【００３７】
この撮像装置７により得られる太陽電池素子５の撮像を１００万〜１５０万画素程度に分けて撮影し、それぞれの画素について赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の３原色について、その強度を１００段階程度でランク分けする。
【００３８】
得られた太陽電池素子５の撮像について、Ｒ、Ｇ、およびＢの強度別の出現数を示す色調強度分布（ヒストグラム）を作成する。この作成したＲ、Ｇ、およびＢのそれぞれの出現数の高い強度（色調強度分布の最も高い強度）を検査対象の太陽電池素子５の代表値とする。
【００３９】
予め色調の異なる代表的な太陽電池素子の色調を数ランクに分けて準備しておいて、この代表的な太陽電池素子のＲ、Ｇ、およびＢの値を、検査対象の太陽電池素子５のＲ、Ｇ、およびＢの代表値とそれぞれ比較して、太陽電池素子５の色調のランクを決定し、選別する。
【００４０】
通常、測定した太陽電池素子５のＲ、Ｇ、およびＢの強度は、各々の平均値を算出し、この平均値を代表値とすることが多い（例えば、特許文献１）。しかし、この方法では、もし太陽電池素子５に部分的に反射防止膜の屈折率や厚みの異なる部分ができ、これに起因して一部に著しく白い部分や赤い部分など大きく色調の異なる部分が生じ得る。したがって、この部分の影響により、その平均値による代表値が同じであっても、実際の太陽電池素子５の色調が大きく異なる印象を受ける結果となる。これに対して、本発明の分析工程では、上記のように太陽電池素子５におけるそれぞれの画素のＲ、Ｇ、およびＢの強度を出現数の最も高い値を代表値としたことにより、色調の異なる部分を除外することが可能となり、このような問題が生じることが無く、ヒストグラムのピークの強さを太陽電池素子５の代表値と実際の太陽電池素子５の色調とが相違することも少ない。
【００４１】
このように、色調検査を終え、ランクが決定した太陽電池素子５を、例えば、吸着アームなどを用いて、該当するランクの置き場所に置くようにする。
【００４２】
このように、太陽電池素子５には拡散光照射手段４から照射される拡散光が直接当たることが少ないため、基板内に面方位の異なった結晶が多数存在する多結晶シリコン基板を用いた太陽電池素子５の色調の観察、選別においても、部分的に光の反射が大きくなる箇所が少ないため、太陽電池素子の角度を変える必要がなく、短時間で正確な検査、選別が可能であり、さらには自動化も可能となる。
【００４３】
さらに本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の太陽電池素子の色調検査用装置の一例を示す図面であり、図１（ａ）は、斜視図であり、図１（ｂ）は、平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ´における断面図である。
【図２】本発明の太陽電池素子の色調検査装置の別の態様を示す図面であり、図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＸ−Ｘ´における断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：色調検査装置
２：載置部
２Ａ：搬送ベルト
３：観察部
４：拡散光照射手段
４１：面光源
５：太陽電池素子
６：取付金具
７：撮像装置
【図１】
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【図２】
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