(57)【要約】【課題】発電効率分布を測定することができる評価装置、評価方法及びそれを用いた太陽電池の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様にかかる太陽電池の評価装置は、太陽電池１２に照射される光を出射する光源１４と、光源１４から太陽電池１２に照射される光をライン状の光に変換するスリット付き遮光板１３と、太陽電池１２に対するライン状の光を異なる方向にする駆動部１８と、太陽電池１２の出力を検出する電流検出器１６と、ライン状の光を異なる方向とした時の電流検出器１６での検出結果に基づいて、太陽電池１２の発電効率分布を算出する処理部１７とを備えるものである。【選択図】  図１
2010073800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象の太陽電池に照射される光を出射する光源と、
前記光源から前記太陽電池に照射される光をライン状の光に変換する光変換手段と、
前記太陽電池に対する前記ライン状の光の方向を変化させる変化手段と、
前記変化手段によってライン状の光を異なる方向とした時の前記太陽電池の出力を検出する検出器と、
前記検出器での検出結果に基づいて、前記太陽電池の発電効率分布を算出する処理部とを備える太陽電池の評価装置。
【請求項２】
前記光変換手段がスリット付き遮光板を有し、
前記スリット付き遮光板を回転させることで、前記太陽電池に対する前記ライン状の光の方向を変化させることを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記ライン状の光と直交する方向に、前記ライン状の光をスキャンすることを特徴とする請求項１、又は２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記処理部が、バックプロジェクション法を用いて前記発電効率分布を算出する請求項１、２、又は３に記載の評価装置。
【請求項５】
太陽電池にライン状の光を照射するステップと、
前記ライン状の光が照射されたときの、前記太陽電池からの出力を検出するステップと、
前記太陽電池に対する前記ライン状の光を異なる方向にするステップと、
前記ライン状の光を異なる方向にした時の、前記太陽電池からの出力の検出結果を記憶するステップと、
前記検出結果に基づいて、前記太陽電池の発電効率分布を算出するステップと、を備える太陽電池の評価方法。
【請求項６】
前記スリット付き遮光板を回転させることで、前記太陽電池に対する前記ライン状の光の方向を変化させることを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
【請求項７】
前記ライン状の光と直交する方向に、前記ライン状の光をスキャンすることを特徴とする請求項５、又は６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記検出結果をバックプロジェクション法の投影データとして、前記発電効率分布を算出する請求項５、６、又は７に記載の評価方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか１項に記載の評価方法を用いて、太陽電池を評価するステップを有する太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池の評価装置、評価方法、及び太陽電池の製造方法に関する
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池産業が急速に発展している。太陽電池工場では、太陽電池モジュール（太陽電池パネルともいう）を製造している。太陽電池の生産規模は、発電電力の総量で評価されることがほとんどである。したがって、１％でも効率のよいセルができれば、太陽電池工場での生産規模は、大きく向上する。
【０００３】
したがって、太陽電池の発電効率を評価することが重要となる。例えば、特許文献１に太陽電池の評価方法が開示されている。さらに、特許文献２には、太陽電池等の効率、特性の測定方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−８３３８１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１８６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の方法では、太陽電池モジュールの出力を検出したとしても、太陽電池全体の評価、測定しか行うことができない。すなわち、太陽電池では、全領域の出力がまとめて取り出されている。このため、従来の方法は、太陽電池の発電効率分布を測定することができない。
【０００６】
このように従来の方法では、太陽電池全体に対する測定しか行うことができないという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池の発電効率分布を測定することができる評価装置、評価方法及び太陽電池の製造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】
【０００７】
本発明の第１の態様にかかる評価装置は、評価対象の太陽電池に照射される光を出射する光源と、前記光源から前記太陽電池に照射される光をライン状の光に変換する光変換手段と、前記太陽電池に対する前記ライン状の光の方向を変化させる変化手段と、前記太陽電池の出力を検出する検出器と、前記変化手段によってライン状の光を異なる方向とした時の前記検出器での検出結果に基づいて、前記太陽電池の発電効率分布を算出する処理部とを備えるものである。太陽電池の出力を検出することで、太陽電池の発電効率分布を算出することができる。よって、簡便に発電効率の２次元分布を求めることができ、適切な評価を行うことができる。
【０００８】
本発明の第２の態様にかかる評価装置は、上記の評価装置であって、前記光変換手段がスリット付き遮光板を有し、前記スリット付き遮光板を回転させることで、前記太陽電池に対する前記ライン状の光の方向を変化させることを特徴とするものである。これにより、簡便にライン状の光の方向を変えることができる。
本発明の第３の態様にかかる評価装置は、上記の評価装置であって、前記ライン状の光と直交する方向に、前記ライン状の光をスキャンすることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第４の態様にかかる評価装置は、上記の評価装置であって、前記処理部が、バックプロジェクション法を用いて前記発電効率分布を算出するものである。これにより、簡便に発電効率分布を算出することができる。
【００１０】
本発明の第５の態様にかかる評価方法は、太陽電池にライン状の光を照射するステップと、前記ライン状の光が照射されたときの、前記太陽電池からの出力を検出するステップと、前記太陽電池に対する前記ライン状の光を異なる方向にするステップと、前記ライン状の光を異なる方向にした時の、前記太陽電池からの出力の検出結果を記憶するステップと、前記検出結果に基づいて、前記太陽電池の発電効率分布を算出するステップと、を備えるものである。太陽電池の出力を検出することで、太陽電池の発電効率分布を算出することができる。よって、簡便に発電効率の２次元分布を求めることができ、適切な評価を行うことができる。
【００１１】
本発明の第６の態様にかかる評価方法は、上記の評価方法であって、前記スリット付き遮光板を回転させることで、前記太陽電池に対する前記ライン状の光の方向を変化させることを特徴とするものである。これにより、簡便にライン状の光の方向を変えることができる。
本発明の第７の態様にかかる評価方法は、上記の評価方法であって、前記ライン状の光と直交する方向に、前記ライン状の光をスキャンすることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第８の態様にかかる評価方法は、上記の評価方法であって、前記検出結果をバックプロジェクション法の投影データとして、前記発電効率分布を算出するものである。これにより、簡便に発電効率分布を算出することができる。
【００１３】
本発明の第９の態様にかかる評価方法は、太陽電池の製造方法は、上記の評価方法を用いて、太陽電池を評価するステップを有するものである。これにより、細かく評価できるため、発電効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、太陽電池の発電効率分布を測定することができる評価装置、評価方法及び太陽電池の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例ついて以下に図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施例を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施例に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものを実質的に同様の内容を示している。
【００１６】
本実施の形態にかかる評価装置の構成について図１、及び図２を用いて説明する。図１は太陽電池の発電効率分布を評価するための評価装置の構成を模式的に示す斜視図である。図１は、評価装置の構成を示す側面図である。
【００１７】
図に示すように、評価装置は、ステージ１１、スリット付き遮光板１３、光源１４、電流検出器１６、処理部１７、駆動部１８を備えている。
【００１８】
ステージ１１は、測定対象である太陽電池１２が載置される。すなわち、測定対象となる太陽電池１２を用意して、ステージ１１上に載せる。太陽電池１２は、例えば、１セルからなる太陽電池モジュール（太陽電池パネル）である。太陽電池１２の上には、光源１４が設けられている。光源１４は、太陽電池１２に光を照射する。光源１４は、例えば、ソーラーシミュレータであり、太陽電池１２に対する照明光を出射する。したがって、光源１４からは、太陽光と同様のスペクトルの光が出射される。例えば、光源１４は、安定性の高いキセノンランプ、又はハロゲンランプなどを有している。フィルタを用いることで、キセノンランプ等からの白色光が擬似的な太陽光になる。さらに、光源１４はフライアイレンズなどの均一化光学系（オプティカルインテグレータ）を有しており、空間的に均一な光を出射する。すなわち、空間的に一様な強度を持つ光が光源１４から出射する。なお、光源１４については、ソーラーシミュレータに限られるものではない。
【００１９】
太陽電池１２の上には、スリット付き遮光板１３が配置されている。すなわち、スリット付き遮光板１３は、光源１４と太陽電池１２の間に配置される。スリット付き遮光板１３は回転可能に設けられている。スリット付き遮光板１３には、スリット１３ａが設けられている。すなわち、スリット１３ａには、ライン状のアパーチャーが設けらている。このため、スリット付き遮光板１３は、スリット１３ａに入射した以外の光を遮光する。したがって、光源１４からスリット付き遮光板１３に入射した光のうち、スリット１３ａに入射した光のみが、太陽電池１２に入射する。これにより、光源１４からの光がスリット１３ａに形状に応じたライン状の光に変換される。そして、ライン状の光によって、太陽電池１２が照明される。すなわち、直線状の光が太陽電池１２に照射される。スリット１３ａは、太陽電池１２の大きさに比べて、十分長くなっている。したがって、太陽電池１２の端から反対側の端まで、ライン状の光が照射される。スリット１３ａの幅は、例えば、０．５ｍｍや１ｍｍとすることができる。もちろん、スリット１３ａの幅は特に限定されるものではなく、必要な分解能などに応じて決定すればよい。
【００２０】
駆動部１８は、スリット付き遮光板１３を回転させるための、回転機構を有している。駆動部１８には、モータなどが設けられている。したがって、スリット付き遮光板１３は、駆動部１８によって回転する。これにより、スリット付き遮光板１３に設けられているスリット１３ａの方向が変化する。太陽電池１２における光の照射位置が変化する。例えば、スリット付き遮光板１３を回転させると、セル内の異なる位置で発電されることになる。すなわち、スリット付き遮光板１３の回転角度によって、太陽電池１２の異なる位置で発電が行われる。なお、スリット付き遮光板１３ではなく、ステージ１１を回転するようにしてもよい。ステージ１１を回転させる場合は、光源１４を合わせて回転させることが好ましい。
【００２１】
太陽電池１２の出力端子には、太陽電池１２の出力を検出するための電流検出器１６が接続されている。電流検出器１６は、電流検出素子であり、太陽電池１２からの出力電流を検出する。電流検出器１６は、照明光に対応するライン状の領域での出力の積算値を検出する。そして、電流検出器１６からの出力電流はデジタル信号に変換されて、処理部１７に入力される。なお、処理部１７が電流検出器１６からの検出信号をデジタル信号に変換してもよい。
【００２２】
処理部１７は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置であり、検出信号に対して所定の演算処理を行う。すなわち、処理部１７は、ＣＰＵやメモリ等の記憶領域を備えるコンピュータである。例えば、処理部１７は、演算処理部であるＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、通信用のインターフェースなどを有し、発電効率分布を測定するために必要な処理を実行する。例えば、ＲＯＭには、演算処理するための演算処理プログラムや、各種の設定データ等が記憶されている。そして、ＣＰＵは、このＲＯＭに記憶されている演算処理プログラムを読み出し、ＲＡＭに展開する。そして、設定データや、電流検出器１６等からの出力に応じてプログラムを実行する。さらに、処理部１７は、演算処理結果を表示させるためのモニター等を有している。
【００２３】
さらに、処理部１７は、駆動部１８の駆動を制御している。すなわち、処理部１７は、駆動部１８の回転角度を制御している。したがって、処理部１７は、スリット付き遮光板１３の回転角度を把握している。処理部１７は、太陽電池１２に対するスリット１３ａの位置を認識している。処理部１７は、ライン状の光が太陽電池１２のどの位置に入射したときに、どの程度の出力があるかを測定することできる。例えば、発電効率が低い箇所に、光が入射すると、太陽電池１２の出力が低下する。したがって、出力電流が低い場合、発電効率が低い箇所を含むラインが照明されていることになり、出力電流が高い場合、発電効率が高い箇所を含むラインが照明されていることになる。
【００２４】
次に、スリット１３ａが回転する様子について、図３を用いて説明する。図３は、スリット１３ａが回転する様子を示す上面図である。図３（ａ）に示す状態から矢印の方向にスリット１３ａを回転させる。すると、図３（ｂ）に示すように、スリット１３ａの傾きが徐々に変化していく。すなわち、太陽電池１２に対するスリット１３ａの方向が変化する。スリット１３ａの方向に応じて、太陽電池１２における光の入射位置が変化していく。そして、スリット付き遮光板１３を一回転させる。すなわち、処理部１７は、スリット付き遮光板１３を３６０°回転させる。そして、電流検出器１６は、スリット付き遮光板１３を回転させている間に、太陽電池１２から出力される出力電流を検出している。ここでは、出力電流を検出した後、スリット付き遮光板１３を一定の微小角度回転させる。そして、スリット付き遮光板１３を一定角度だけ回転させた状態、出力電流を検出する。これを繰り返して、３６０°分の測定データを取得する。すなわち、全方位での投影データを収集する。もちろん、スリット付き遮光板１３を連続的に回転させながら、出力電流を検出してもよい。
【００２５】
スリット付き遮光板１３を回転させている間に、検出された検出データが処理部１７に記憶される。処理部１７は、記憶された検出データを用いて、太陽電池１２の発電効率の空間分布を算出する。すなわち、処理部１７は、太陽電池１２に対するライン状の光の方向を変化させた時に、電流検出器１６が検出した検出結果に基づいて、太陽電池１２の発電効率分布を算出する。
【００２６】
例えば、太陽電池１２徐の発電効率（変換効率）分布をＥ（ｘ，ｙ）とすると、スリット部分で発生する出力電流は以下の数式１に示すようになる。
【００２７】
【数１】
2010073800.tif 000003
【００２８】
ここで、Ｉ（ｘ，ｙ）は、照明の光量分布である。光源１４からの照明光の光量分布が一定である場合、Ｉ（ｘ，ｙ）＝１で一定とすることができる。また、ｄｓは、スリット１３ａに沿った微小長さである。スリット付き遮光板１３には、細長いスリット１３ａが設けられているため、スリット１３ａに沿った線積分が出力電流に対応することになる。このように、線積分形式で測定値が得られる場合、コンピュータトモグラフ（ＣＴ）により画像化することができる。スリット１３ａに沿った積分値をコンピュータのメモリ上に展開（バックプロジェクション）して、点像分布関数（ＰＳＦ：Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の逆変換をかければ、二次元に広がる発電効率分布を得ることができる。すなわち、１次元の検出データを２次元の発電効率分布に変換する。例えば、フィルタードバックプロジェクション（ＦＢＰ）法を用いることができる。
【００２９】
この時、Ｘ線ＣＴにおけるＸ線の透過強度が、電流検出器１６の出力に対応するようになる。すなわち、Ｘ線ＣＴにおける測定対象の線吸収係数がライン状の光による発電量（出力電流）になる。１ライン分の積算発電量が投影データとなる。Ｘ線ＣＴにおける吸収係数の２次元空間分布が発電効率の２次元空間分布に対応するようになる。このように、Ｘ線ＣＴにおいて投影データから断層画像を得る処理と同様の処理を出力電流の測定データに対して行うことで、発電効率の空間分布を算出することができる。すなわち、コリメートされたＸ線を照射するＸ線ＣＴと同じ処理によって、発電効率の２次元分布を算出することができる。
【００３０】
具体的には、フィルタ関数を用いたフィルタードバックプロジェクションによって空間分布を算出する。フィルタ関数は、スリット１３ａの幅や回転中心の位置に応じたものであり、点像分布関数等に基づいて求めることができる。そして、プロジェクションデータ（投影データ）とフィルタ関数に対して畳み込み積分（コンボリューション積分）を行い、バックプロジェクション演算を行う。バックプロジェクション（逆投影）法を用いることで、多方向の投影データ（検出データ）による空間分布の算出を容易に行うことができる。これにより、線積分された投影データから２次元分布を再構成することができる。
【００３１】
このように、ライン状の光を照射して、太陽電池１２からの出力電流を検出する。そして、ライン状の光の方向を変化させながら、太陽電池１２からの出力電流を検出する。処理部１７は、この出力電流の検出データを記憶して、所定の演算処理を行う。これにより、発電効率の空間分布を測定することができる。よって、太陽電池１２において、部分的に発電効率が低下している箇所を把握することができる。そして、部分的に発電効率が低下している箇所の発電効率を向上するように、製造プロセスなどを最適化する。そして、最適化された製造プロセスを用いて、太陽電池１２を製造する。このように、発電効率分布の測定結果に基づいて、製造プロセスにおける条件などを調整する。このように、評価結果に応じて、製造プロセスにおける条件を調整して、太陽電池を製造する。これにより、太陽電池１２の発電効率を全体として向上することができる。よって、太陽電池１２の生産性を向上することができる。また、太陽電池１２の発電効率が向上すれば、製造工場の生産規模が大きくなる。
【００３２】
なお、スリット付き遮光板１３の駆動方向は、回転方向に限られるものではない。例えば、Ｘ方向、及びＹ方向に走査してもよい。具体的には、図４（ａ）に示すように、スリット１３ａをＸ方向に沿って配置した状態で、スリット付き遮光板１３をＹ方向に移動させる。すなわち、スリット１３ａの方向と垂直な方向に照明領域を走査する。そして、太陽電池１２全体を走査する。すなわち、太陽電池１２の一端から反対側の端までスリット１３ａを移動させる。その後、スリット１３ａの方向を９０°回転させて、図４（ｂ）に示すように、Ｙ方向に沿った状態にする。この状態で、スリット付き遮光板１３をＸ方向に同様に移動する。このようにしても、スリット光を２次元的に走査することができる。もちろん、異なるスリット付き遮光板１３を用いて、スリット光を２次元的に走査してもよい。すなわち、スリット付き遮光板１３を複数用意して、スリット１３ａの方向を異なる角度にしてもよい。
ライン状の光と直交する方向にライン状の光をスキャンする。例えば、６時方向、３時方向、４時３０分方向、７時３０分方向といったように、複数角度を均等にスキャンしてもよい.。ライン状の光をスキャンしていき、検出結果を記憶する。このように、ライン状の光を異なる方向とした時の検出結果によって、空間分布を測定することができる。すなわち、ライン状の光の角度を変えて、２以上の方向にする。そして、２以上の方向を照明した時の検出結果を記憶する。そして、記憶された検出結果に対してバックプロジェクション処理を行い、発電効率の空間分布を求める。
【００３３】
また、スポット光を２次元走査する場合に比べて、測定時間を短縮することができる。すなわち、微小な点状のスポットを走査する場合、太陽電池１２全面を走査する時間が長くなってしまう。本実施の形態に示すように、ライン状の光を走査することで、測定時間を大幅に短縮することができる。よって、生産性を向上することができる。さらに、本発明では、空間分解能を高くすることで、１セル内における発電効率分布を測定することも可能となる。また、複数のセルからなる太陽電池モジュールに対して空間分布の測定を行ってもよい。
【００３４】
なお、電流検出器１６は、電流・電圧変換回路と、Ａ／Ｄコンバータで構成される。ここで、負荷抵抗のようなものを接続して、電圧変化させる場合について考える。太陽電池では、電極間に大きな静電容量が存在するため、並列に入った容量を充電・放電してしまい、周波数特性が著しく低下してしまう。そこで、電流検出器１６の検出回路を図５に示すような構成とすることが好ましい。図５（ａ）、及び図５（ｂ）は、それぞれの電流検出器１６の検出回路の構成例を示す回路図である。図５（ａ）、図５（ｂ）では、電極間容量２２と抵抗２３を直列接続している。
図５（ａ）に示す構成では、オペアンプを０Ｖバイアスで駆動している。太陽電池のフォトダイオード２１に流れる電流をｉ（ｔ）とすると、出力＝−ｉ・Ｒとなる。この構成では、太陽電池の不良で部分的に内部ショート（シャントともいう）がある場合でも、測定可能となる。また、図５（ｂ）に示す構成では、オペアンプ２４を一定電圧Ｖｂで駆動している。この構成では、出力＝Ｖｂ−ｉ・Ｒとなる。このようにすることで、周波数特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態にかかる評価装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる評価装置の構成を示す側面図である。
【図３】スリットの位置が変わる様子を示す平面図である。
【図４】スリットの位置が変わる別の様子を示す平面図である。
【図５】電流検出器の検出回路の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  ステージ
１２  太陽電池
１３  スリット付き遮光板
１３ａ  スリット
１４  光源
１６  電流検出器
１７  処理部
１８  駆動部
【図１】
2010073800.tif 000004
【図２】
2010073800.tif 000005
【図３】
2010073800.tif 000006
【図４】
2010073800.tif 000007
【図５】
2010073800.tif 000008