(57)【要約】【課題】ＰＬ検査法を用いて微細な構造の欠陥を検査することができる太陽電池試料検査装置を提供する。【解決手段】フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査装置１０であって、垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源１１ａにより、太陽電池試料１００ａの検査面Ｒに励起光を面照射する照射手段１１と、太陽電池試料１００ａの検査面Ｒにおいて、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影手段１２とを備える。【選択図】図２
2019128247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査装置であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射手段と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影手段と、
を備える太陽電池試料検査装置。
【請求項２】
前記照射手段は、前記顕微鏡カメラの撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射する請求項１に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項３】
前記検査面は、前記太陽電池試料の裏面である請求項１又は２に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項４】
前記照射手段は、波長７８０〜１０００ｎｍの励起光を、１０〜１００秒間、１〜２０Ｗ／ｃｍ２の強度で照射する請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項５】
前記照射手段は、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項６】
前記撮影手段により撮影された画像にシェーディング補正を施す画像処理手段をさらに備える請求項５に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項７】
前記撮影手段は、前記太陽電池試料の切除加工領域を撮影する請求項１〜６の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項８】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査方法であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射工程と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影工程と、
を包含する太陽電池試料検査方法。
【請求項９】
前記照射工程において、前記顕微鏡カメラの撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射する請求項８に記載の太陽電池試料検査方法。
【請求項１０】
前記照射工程において、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように前記励起光を照射する請求項８又は９に記載の太陽電池試料検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトルミネッセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（以下、「ＰＬ」と称する。））を利用した太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮したクリーンなエネルギーへの関心の高まりから、エネルギー源が無尽蔵に存在する太陽光を利用した太陽光発電が注目されている。太陽光発電に用いられる太陽電池セルとしては、裏面パッシベーション型（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅａｒ  Ｃｅｌｌ（以下、「ＰＥＲＣ型」と称する。））太陽電池セルの普及が見込まれている。
【０００３】
ＰＥＲＣ型の太陽電池セルは、裏面側から受光面に向けて、裏面電極、絶縁層（パッシベーション）、半導体層、反射防止層、及びフィンガー電極が順に積層された構造を有する。絶縁層には微細な貫通孔が設けられ、貫通孔内には、裏面電極から半導体層に向けて延出した接続電極が貫入している。半導体層と接続電極とが対向する部位には、接続電極の主材料であるアルミニウムが半導体材料に拡散した裏面障壁（ＬＯＣＡＬ  Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｌｅｄ（以下、「ＬＯＣＡＬ−ＢＳＦ」と称する。））が形成されている。
【０００４】
ＰＥＲＣ型の太陽電池セルの製造プロセスでは、レーザーアブレーションによって絶縁層に貫通孔が開設されるが、このような微細な構造が欠陥なく形成されているかを検査する必要がある。太陽電池セルにおける欠陥の有無を検査する方法の一つに、ＰＬを利用したＰＬ検査法が知られている。一般に、物質に所定のエネルギーを与えると、物質中の励起された電子が基底状態に遷移する際に光が発生する。ここで、上記の所定のエネルギーを光によって与える方法をＰＬと言う。ＰＬは物質中に存在する不純物や欠陥に影響を受けることが知られている。太陽電池セルの検査においては、太陽電池の半導体層に禁制帯幅以上のエネルギーを持つ光（以下、「励起光」と称する。）を照射すると、励起光の吸収に伴って電子及び正孔（以下、電子及び正孔を「電荷キャリア」と総称する。）が生成され、これらが再結合する際に発光する。このとき、半導体結晶中に欠陥や不純物が存在すると、これらの欠陥等は光エネルギーを与えたときに形成される電荷キャリアの再結合過程に影響を及ぼし、半導体結晶はその結晶固有の発光とは異なるエネルギーの光を放出する。この現象を利用し、ＰＬ発光によって得られた情報から太陽電池セルの欠陥を検知することができる。
【０００５】
例えば、半導体レーザーから試料へ励起光を照射してＰＬを測定する測定装置があった。（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１の測定装置では、試料を搭載した試料台を水平面内で移動させながら、励起光を固定ピッチで繰り返し点状に照射してＰＬを観察することで、ＰＬの測定結果をマッピングしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３７１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体層内で励起光の照射部位に生じる電荷キャリアは、照射部位よりキャリア密度の低い周囲の部位に拡散するが、太陽電池セルの微細な構造の検査では、電荷キャリアのわずかな拡散にも大きな影響を受ける。特許文献１の測定装置は、励起光を点状に照射するため、電荷キャリアも点状の部位に生じ、周囲の部位に拡散しやすい。そのため、特許文献１の測定装置では、微細な構造が欠陥なく形成されているかを、十分に評価することが難しい。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ＰＬ検査法を用いて微細な構造の欠陥を検査することができる太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料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】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る太陽電池試料検査装置の特徴構成は、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査装置であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射手段と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影手段と、
を備えることにある。
【００１０】
垂直共振器面発光レーザーは半導体基板上に狭い間隔で密集させて形成することが可能であるため、垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源は、ムラのない光を広い範囲に照射することが可能である。そのため、本構成の太陽電池試料検査装置によれば、ＰＬの強度をマッピングする必要がなく、イメージングによりＰＬの二次元強度分布を示す画像を得ることができる。また、このような光源からの励起光の照射により、太陽電池試料の広い範囲に電荷キャリアが生成されるため、電荷キャリアの拡散がＰＬに及ぼす影響が抑えられる。これにより、微細な構造に由来する電荷キャリアの挙動がＰＬにより強く反映される。その結果、ＰＬ検査法を用いて太陽電池試料の微細な構造の欠陥を検査することができる。
【００１１】
本発明に係る太陽電池試料検査装置において、
前記照射手段は、前記顕微鏡カメラの撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射することが好ましい。
【００１２】
本構成の太陽電池試料検査装置によれば、顕微鏡カメラの撮影領域の５〜５０倍の幅の領域に励起光を面照射するため、顕微鏡カメラの撮影領域において、検査面に沿った電荷キャリアの拡散がＰＬの発生に及ぼす影響が充分に小さくなる。その結果、撮影領域内の微細な構造を適切に検査することができる。
【００１３】
本発明に係る太陽電池試料検査装置において、
前記検査面は、前記太陽電池試料の裏面であることが好ましい。
【００１４】
本構成の太陽電池試料検査装置によれば、ＰＥＲＣ型の太陽電池セルの製造プロセスにおいてレーザーアブレーションによって絶縁層に開設される貫通孔等、太陽電池試料の裏面に形成される微細な構造を適切に検査することができる。
【００１５】
本発明に係る太陽電池試料検査装置において、
前記照射手段は、波長７８０〜１０００ｎｍの励起光を、１０〜１００秒間、１〜２０Ｗ／ｃｍ２の強度で照射することが好ましい。
【００１６】
本構成の太陽電池試料検査装置によれば、上記の適切な条件で励起光が照射されるため、検査時間を短縮しつつ、非破壊的に太陽電池試料を検査することができる。
【００１７】
本発明に係る太陽電池試料検査装置において、
前記照射手段は、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように構成されていることが好ましい。
【００１８】
本構成の太陽電池試料検査装置によれば、検査面での反射光が対物レンズに入射することがなく、撮影手段でＰＬを適切に撮影することができる。
【００１９】
本発明に係る太陽電池試料検査装置において、
前記撮影手段により撮影された画像にシェーディング補正を施す画像処理手段をさらに備えることが好ましい。
【００２０】
光源の照射軸が検査面に対して傾斜している場合、励起光の照射領域は、光源に最も近い点から最も遠い点へ向かうほど暗くなる。そのため、ＰＬの強度も、太陽電池試料の欠陥の有無に関わらず、光源に近い側から遠い側へ向かうほど弱くなる。本構成の太陽電池試料検査装置によれば、撮影手段により撮影された画像にシェーディング補正を施すため、この様な欠陥に起因しないＰＬの強度の勾配を補正することができる。その結果、ＰＬ検査法を用いて太陽電池試料の微細な構造の欠陥を適切に検査することができる。
【００２１】
本発明に係る太陽電池試料検査装置において、
前記撮影手段は、前記太陽電池試料の切除加工領域を撮影することが好ましい。
【００２２】
本構成の太陽電池試料検査装置によれば、撮影手段は、太陽電池試料の切除加工領域を撮影するため、微細な構造を形成した際に切除加工領域がダメージを受けて欠損しているかを検査することができる。
【００２３】
上記課題を解決するための本発明にかかる太陽電池試料検査方法の特徴構成は、
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査方法であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射工程と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影工程と、
を包含することにある。
【００２４】
垂直共振器面発光レーザーは半導体基板上に狭い間隔で密集させて形成することが可能であるため、垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源は、ムラのない光を広い範囲に照射することが可能である。そのため、本構成の太陽電池試料検査方法を実施すれば、ＰＬの強度をマッピングする必要がなく、イメージングによりＰＬの二次元強度分布を示す画像を得ることができる。また、このような光源からの励起光の照射により、太陽電池試料の広い範囲に電荷キャリアが生成されるため、電荷キャリアの拡散がＰＬに及ぼす影響が抑えられる。これにより、微細な構造に由来する電荷キャリアの挙動がＰＬにより強く反映される。その結果、ＰＬ検査法を用いて太陽電池試料の微細な構造の欠陥を検査することができる。
【００２５】
本発明に係る太陽電池試料検査方法において、
前記照射工程において、前記顕微鏡カメラの撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射することが好ましい。
【００２６】
本構成の太陽電池試料検査方法によれば、顕微鏡カメラの撮影領域の５〜５０倍の幅の領域に励起光を面照射するため、顕微鏡カメラの撮影領域において、検査面に沿った電荷キャリアの拡散がＰＬの発生に及ぼす影響が充分に小さくなる。その結果、撮影領域内の微細な構造を、適切に検査することができる。
【００２７】
本発明に係る太陽電池試料検査方法において、
前記照射工程において、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように前記励起光を照射することが好ましい。
【００２８】
本構成の太陽電池試料検査方法によれば、検査面での反射光が対物レンズに入射することがなく、撮影工程においてＰＬを適切に撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ＰＥＲＣ型の太陽電池セル、及び太陽電池試料の説明図である。
【図２】図２は、実施形態に係る太陽電池試料検査装置の説明図である。
【図３】図３は、実施形態に係る太陽電池試料検査装置において撮影した画像である。
【図４】図４は、正常な貫通孔を拡大した画像である。
【図５】図５は、欠陥のある貫通孔を拡大した画像である。
【図６】図６は、本発明の太陽電池試料検査方法の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料検査方法に関する実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の構成に限定されることを意図しない。
【００３１】
〔ＰＥＲＣ型の太陽電池セル、太陽電池試料〕
本発明の太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料検査方法を説明する前に、一般的なＰＥＲＣ型の太陽電池セルの構造、及び検査対象となる太陽電池試料について説明する。ここで、太陽電池試料とは、太陽電池セルの製造プロセスにおいて、裏面電極が形成される前の状態の構造体を意味する。図１は、ＰＥＲＣ型の太陽電池セル１００、及び太陽電池試料１００ａの説明図である。（ａ）は、ＰＥＲＣ型の太陽電池セル１００を模式的に示す断面図である。（ｂ）は、検査対象となる太陽電池試料１００ａを模式的に示す断面図である。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、ＰＥＲＣ型の太陽電池セル１００は、裏面Ｒ側から受光面Ｆ側に向けて、裏面電極１、絶縁層２、半導体層３、及び反射防止層５が積層された構造を有する。裏面電極１は、裏面Ｒの全面に一様に形成されたアルミニウム薄膜からなる。裏面電極１の受光面Ｆ側には、裏面電極１に接して絶縁層２が一様に形成されている。絶縁層２は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）層２ａ、及びアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層２ｂが積層された構成であり、裏面電極１と半導体層３とを電気的に絶縁している。絶縁層２には貫通孔が形成されており、貫通孔内には裏面電極１から半導体層３に向けて延出した接続電極１ａが貫入している。接続電極１ａは、裏面電極１と半導体層３とを電気的に接続している。半導体層３は、裏面Ｒ側のｐ型半導体層３ａと受光面Ｆ側のｎ型半導体層３ｂとが接合した構成である。ｐ型半導体層３ａと接続電極１ａとが対向する部位には、接続電極１ａの主材料であるアルミニウムが半導体材料内に拡散したＬＯＣＡＬ−ＢＳＦ４が形成されている。反射防止層５は、窒化ケイ素、アルミナ等の絶縁材料で構成されている。反射防止層５には貫通孔が形成されており、貫通孔を介して半導体層３に電気的に接続するフィンガー電極６が、反射防止層５の受光面Ｆ側に露出している。
【００３３】
一般に、ＰＥＲＣ型の太陽電池セル１００の製造プロセスでは、図１（ｂ）に示すように、半導体層３の裏面側に絶縁層２を一様に形成した後に、レーザーアブレーション装置ＬＡを用いて絶縁層２にレーザーを照射して照射位置の絶縁層２を除去することで、直径０．１ｍｍ以下の微細な貫通孔７を形成する。このレーザーアブレーション加工では、高いエネルギー密度でレーザーが照射されるため、貫通孔７の形成位置だけではなく、その周辺領域にもダメージを与え、絶縁層２の絶縁性を低下させる場合がある（以下、レーザーアブレーションによって貫通孔７を形成した時に、ダメージを受ける可能性がある領域を、「切除加工領域」と称する。）。そこで、本実施形態に係る太陽電池試料検査装置１０では、絶縁層２に貫通孔７が形成された後、裏面電極１が形成される前の図１（ｂ）に示す状態の太陽電池試料１００ａを検査対象とする。なお、図１（ａ）に示すＰＥＲＣ型の太陽電池セル１００は、絶縁層２の貫通孔及びＬＯＣＡＬ−ＢＳＦ４は点状のドットパターンで形成されるが、ＰＥＲＣ型の太陽電池セルには貫通孔及びＬＯＣＡＬ−ＢＳＦが直線状のラインパターンで形成されるものもある。ＬＯＣＡＬ−ＢＳＦが直線状に形成されるＰＥＲＣ型の太陽電池セルの製造プロセスでの検査においても、本発明は実施可能である。
【００３４】
〔太陽電池試料検査装置〕
図２は、実施形態に係る太陽電池試料検査装置１０の説明図である。太陽電池試料検査装置１０は、半導体に励起光を照射したときに発生するＰＬを利用して太陽電池試料１００ａを検査するものである。太陽電池試料検査装置１０は、照射手段１１と、撮影手段１２とを備え、さらに任意の構成として、画像処理部１３と、表示部１４と、載置台１５とを備えている。太陽電池試料検査装置１０は、太陽電池試料１００ａを検査対象とし、太陽電池試料１００ａは、裏面側を検査面Ｒとして上に向けた状態で載置台１５に載置される。
【００３５】
照射手段１１は、垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源１１ａを有する。垂直共振器面発光レーザーは半導体基板上に狭い間隔で密集させて形成することが可能であるため、光源１１ａは、ムラのない光を広い範囲に照射することが可能である。そのため、ＰＬの測定結果を、マッピングする必要がなく、イメージングによって得ることができる。光源１１ａが照射するレーザー光は、７８０〜１０００ｎｍの波長領域のレーザー光であることが好ましい。この波長領域であれば、単結晶シリコン型太陽電池、多結晶シリコン型太陽電池等でＰＬを発生させることができる。ＰＬ検査において、照射手段１１は、励起光を１０〜１００秒間、１〜２０Ｗ／ｃｍ２の強度で照射することが好ましい。
【００３６】
照射手段１１は、光源１１ａの照射軸が、撮影手段１２の対物レンズ１２ａの光軸となす角度Ｄが、好ましくは３０〜６０°となるように配置される。このような配置により、照射手段１１は、検査面Ｒの楕円形の照射領域ＬＦに励起光を面照射することができる。角度Ｄが３０〜６０°であれば、検査面Ｒでの反射光が対物レンズ１２ａに入射することがなく、撮影手段１２でＰＬを適切に撮影することができる。角度Ｄが３０°未満の場合、検査面Ｒでの反射光が対物レンズ１２ａに入射し、ＰＬを撮影する際にノイズとなる虞がある。角度Ｄが６０°を超える場合、照射領域ＬＦが過度に広がり、ＰＬを発生させるのに充分なエネルギーを太陽電池試料１００ａに与えることが困難になる虞がある。ここで「面照射」とは、ＰＬを撮影する顕微鏡カメラの撮影領域ＶＦよりも充分に広い領域に励起光を照射することを意味する。面照射による照射範囲ＬＦは、検査面Ｒに沿った電荷キャリアの拡散が、顕微鏡カメラの撮影領域ＶＦにおけるＰＬの発生に及ぼす影響が充分に小さくなるように設定される。例えば、顕微鏡カメラの撮像素子として、一辺が１３．３ｍｍの正方形の撮像素子を用いる場合、顕微鏡の対物レンズの倍率が５倍であれば、撮影領域ＶＦは２．６６ｍｍ四方の領域となり、顕微鏡の対物レンズの倍率が１０倍であれば、撮影領域ＶＦは１．３３ｍｍ四方の領域となり、顕微鏡の対物レンズの倍率が２０倍であれば、撮影領域ＶＦは０．６６ｍｍ四方の領域となる。このような条件では、撮影領域ＶＦに対して、５〜５０倍の幅の照射領域ＬＦに励起光を照射することが好ましい。照射領域ＬＦの幅が、上記の範囲にあれば、拡散によるキャリア分布の変化が撮影領域ＶＦ内ではおおよそ均質なものとなるため、撮影領域ＶＦにおいて電荷キャリアの拡散がＰＬの発生に及ぼす影響が充分に小さくなり、撮影領域ＶＦ内の微細な構造をイメージング法によって適切に検査することが可能となる。照射領域ＬＦの幅が撮影領域ＶＦの幅の５倍未満の場合、撮影領域ＶＦの中央部分と辺縁部分とで拡散によるキャリア分布の変化に偏りが生じるとこで、撮影領域ＶＦ内の微細な構造をイメージング法によって適切に検査することが困難になる虞がある。照射領域ＬＦの幅が撮影領域ＶＦの幅の５０倍を超える場合、太陽電池試料１００ａの異なる位置を検査する際に、重複する広い範囲にエネルギーを与えることになり、過剰なエネルギーによって太陽電池試料１００ａの機能を損ない、正確に検査することが困難になる虞がある。図２に示す例では、照射領域ＬＦが楕円形の形状であるため、照射手段１１は、照射領域ＬＦの幅である短径ｄ１が、撮影手段１２の撮影領域ＶＦの幅である直径ｄｖの５〜５０倍となるように構成される。
【００３７】
撮影手段１２は、検査面Ｒを顕微鏡で拡大し、二次元アレイ状に配列したＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅｄ-ｃｏｕｐｌｅｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の固体撮像素子により、顕微鏡によって拡大した撮影領域ＶＦをイメージング法で撮影する顕微鏡カメラを備える。顕微鏡の対物レンズ１２ａは、光軸が検査面Ｒに直交するように配置される。撮影手段１２はさらに、近赤外線領域の波長を選択的に透過するバンドパスフィルタを備えることが好ましい。撮影手段１２は、照射手段１１から励起光を照射した後に太陽電池試料１００ａがＰＬ発光している状態で、撮影領域ＶＦをイメージング法で撮影することにより、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を得ることができる。撮影された画像は、例えば、ハードディスク等のストレージにデータとして記録される。以下、撮影手段１２によって撮影された画像を、「ＰＬ画像」と称する。撮影手段１２の撮影領域ＶＦは、複数の貫通孔７の形成位置が含まれるように設定されることが好ましい。図１（ｂ）に示す例では、貫通孔７は約１ｍｍ間隔で形成されており、本実施形態では、撮影領域ＶＦが２．５ｍｍ四方の範囲を含むように設定されている。レーザーアブレーションによって貫通孔７を形成した時にダメージを受ける可能性がある切除加工領域の大きさは、貫通孔７の大きさ、レーザーアブレーションの出力等によって異なるが、複数の貫通孔７の形成位置を含むように撮影領域ＶＦを設定することで、撮影手段１２は、各貫通孔７に対応する切除加工領域全体を一度にイメージングすることができる。
【００３８】
撮影手段１２は、検査面Ｒの任意の位置を撮影できるように、検査面Ｒと平行に移動可能に構成されることが好ましい。ただし、載置台１５を平行移動可能に構成し、載置台１５を動かして撮影位置を変更することも可能である。撮影手段１２の位置の設定や移動は、手動で操作してもコンピュータで制御しても構わない。
【００３９】
画像処理部１３は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を有するコンピュータにおいて、メモリに記録されているプログラムをＣＰＵが読み出して実行することで、その機能が実現される画像処理手段である。画像処理部１３は、撮影手段１２によって撮影され、ストレージにデータとして記録されているＰＬ画像にシェーディング補正を施して、補正画像を生成する。本実施形態では、光源１１ａの照射軸が検査面Ｒに対して傾斜しているため、照射領域ＬＦは、長軸ｄ２に沿って、照射手段１１に最も近い点Ｐｎから、照射手段１１に最も遠い点Ｐｆへ向かうほど暗くなる。そのため、ＰＬの強度も太陽電池試料１００ａの欠陥の有無に関わらず、点Ｐｎ側から点Ｐｆ側へ向かうほど弱くなる。シェーディング補正では、この様な欠陥に起因しないＰＬの強度の勾配を補正する。例えば、各画素の輝度を周辺画素の平均輝度で除算することで、太陽電池試料１００ａの欠陥に起因しないＰＬの強度の勾配を補正することができる。
【００４０】
表示部１４は、ディスプレイであり、撮影手段１２によって撮影されたＰＬ画像、及び画像処理部１３によって補正された補正画像を表示する。太陽電池試料検査装置１０の操作者は、表示部１４での表示を確認することで、太陽電池試料１００ａの微細な構造における欠陥の有無を確認することができる。
【００４１】
以上の構成により、太陽電池試料検査装置１０は、太陽電池試料１００ａにおいて、切除加工領域におけるＰＬの二次元強度分布を示す画像を撮影し、微細な構造の欠陥を検査することができる。
【００４２】
〔画像〕
図３は、実施形態に係る太陽電池試料検査装置１０において撮影した画像である。（ａ）は、撮影手段１２によって撮影されたＰＬ画像を示し、（ｂ）は、画像処理部１３によって補正された補正画像を示す。ＰＬ画像には、図３（ａ）に示すように、縦方向及び横方向の夫々に複数の貫通孔７が配列した２．５ｍｍ四方の範囲が撮影されている。ＰＬ画像では、ＰＬの強度が大きい画素が明るくなり、ＰＬの強度が小さい画素が暗くなることで、ＰＬの二次元強度分布が示される。図３（ａ）に示す例では、貫通孔７の周囲が暗くなっており、絶縁層がレーザーアブレーションによりダメージを受けたことが確認できる。図３（ｂ）に示す補正画像では、貫通孔７の形状、大きさ等から貫通孔７が正常に形成されているか否かを確認することができる。
【００４３】
図４は、正常な貫通孔７ａを拡大した画像である。（ａ）は、撮影手段１２によって撮影されたＰＬ画像を示し、（ｂ）は、画像処理部１３によって補正された補正画像を示す。正常な貫通孔７ａは、図４（ａ）に示すように、周囲の輝度低下が小さく、レーザーアブレーションによるダメージが低く抑えられていることが確認できる。図４（ｂ）に示すように、補正画像では、貫通孔７ａが、歪みのない環状の形状であることで、正常に形成されていることが確認できる。
【００４４】
図５は、欠陥のある貫通孔７ｂ、７ｃを拡大した画像である。図５に示す補正画像では、貫通孔７ｂは、環状の形状であるが画像の上側で一部が欠損している。このことから、貫通孔７ｂが正常に形成されていないことを確認することができる。貫通孔７ｃは、サイズが小さいことから、正常に形成されていないことを確認することができる。
【００４５】
〔太陽電池試料検査方法〕
図６は、本発明の太陽電池試料検査方法の手順を示したフローチャートである。フローチャートに示す各工程の詳細は、太陽電池試料検査装置１０についての説明と重複するため、その説明を省略し、ここでは、フローチャートにより示した手順に重点を置いて説明する。
【００４６】
太陽電池試料１００ａの検査では、図２に示すように、検査対象の太陽電池試料１００ａの検査面Ｒを上に向けた状態で載置し、検査面Ｒの全体を走査するように検査する。先ず、照射工程（Ｓ１）を実施する。照射工程では、垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源から、波長７８０〜１０００ｎｍの励起光を、１０〜１００秒間、１〜２０Ｗ／ｃｍ２の強度で、検査面Ｒに照射する。このとき、ステップ２の撮影工程で画像を撮影する顕微鏡カメラの撮影領域の５〜５０倍の幅の領域に励起光を面照射することが好ましい。また、顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して、光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように励起光を照射することが好ましい。
【００４７】
照射工程の実施により、太陽電池試料１００ａの半導体層３内に電荷キャリアが生成され、これらが再結合する際にＰＬ発光が生ずる。ＰＬ発光が生じている状態で、撮影工程（Ｓ２）を実施する。撮影工程では、検査面Ｒにおいて顕微鏡カメラにより拡大した撮影領域を、二次元アレイ状に配列した固体撮像素子によりイメージング法で撮影することで、撮影領域におけるＰＬの二次元強度分布を示す画像が得られる。
【００４８】
次に、必要に応じて、撮影工程において撮影された画像にシェーディング補正を施す画像処理工程（Ｓ３）を実施する。照射工程において検査面Ｒに対して光源の照射軸を傾斜させている場合に、撮影工程で撮影した画像にはＰＬの強度の勾配が生じるが、シェーディング補正を施すことで、このようなＰＬの強度の勾配を補正することができる。
【００４９】
画像処理工程を実施した後、検査面Ｒの全ての領域を検査したか否かを判定する（Ｓ４）。全ての領域を検査した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、太陽電池試料１００ａの検査を終了する。未検査の領域がある場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、顕微鏡カメラの位置を移動させることで、検査位置を変更する位置合わせ（Ｓ５）を実施し、その後、新たな位置で照射工程（Ｓ１）から手順を繰り返すことで、検査面Ｒの全ての領域を検査することができる。
【００５０】
〔別実施形態〕
本発明の太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料検査方法は、ＰＥＲＣ型の太陽電池セルの試料だけではなく、他のタイプの太陽電池セルの試料を検査対象とすることも可能である。例えば、ＩＢＣ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  Ｂａｃｋ  Ｃｏｎｔａｃｔ）型の太陽電池セル、ＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）型の太陽電池セル、及びＨＢＣ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｃｏｎｔａｃｔ）型の太陽電池セル等の製造プロセスにおける太陽電池試料を検査対象とすることも可能である。
【００５１】
また、上記の実施形態では、レーザーアブレーションによってダメージを受ける可能性がある領域を切除加工領域としたが、本発明の太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料検査方法は、メカニカルスクラブ等により加工された領域を切除加工領域として、切除加工領域における微細な構造の欠陥を検出することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の太陽電池試料検査装置、及び太陽電池試料検査方法は、ＰＥＲＣ型、ＩＢＣ型、ＨＩＴ型、及びＨＢＣ型等の太陽電池セルの製造プロセスにおいて、太陽電池試料の検査に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０        太陽電池試料検査装置
１１        照射手段
１１ａ      光源
１２        撮影手段
１２ａ      対物レンズ
１３        画像処理部（画像処理手段）
Ｒ          検査面
１００ａ    太陽電池試料
【図１】
2019128247.tif 000003
【図２】
2019128247.tif 000004
【図３】
2019128247.tif 000005
【図４】
2019128247.tif 000006
【図５】
2019128247.tif 000007
【図６】
2019128247.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月11日(2018.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査装置であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射手段と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影手段と、
を備え、
前記太陽電池試料は、半導体層上に積層され幅０．１ｍｍ以下の貫通孔が複数形成された絶縁層を、前記検査面に有し、
前記顕微鏡カメラは、前記検査面における幅が０．６６〜２．６６ｍｍの範囲を撮影領域として、当該撮影領域に配列する複数の前記貫通孔を５〜２０倍に拡大して一度にイメージング法で撮影し、
前記照射手段は、前記撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射する太陽電池試料検査装置。
【請求項２】
前記検査面は、前記太陽電池試料の裏面である請求項１に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項３】
前記照射手段は、波長７８０〜１０００ｎｍの励起光を、１０〜１００秒間、１〜２０Ｗ／ｃｍ２の強度で照射する請求項１又は２に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項４】
前記照射手段は、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項５】
前記撮影手段により撮影された画像にシェーディング補正を施す画像処理手段をさらに備える請求項４に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項６】
前記撮影手段は、前記太陽電池試料の切除加工領域を撮影する請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項７】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査方法であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射工程と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影工程と、
を包含し、
前記太陽電池試料は、半導体層上に積層され幅０．１ｍｍ以下の貫通孔が複数形成された絶縁層を、前記検査面に有し、
前記顕微鏡カメラは、前記検査面における幅が０．６６〜２．６６ｍｍの範囲を撮影領域として、当該撮影領域に配列する複数の前記貫通孔を５〜２０倍に拡大して一度にイメージング法で撮影し、
前記照射工程において、前記撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射する太陽電池試料検査方法。
【請求項８】
前記照射工程において、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように前記励起光を照射する請求項７に記載の太陽電池試料検査方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月10日(2018.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査装置であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射手段と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影手段と、
を備え、
前記太陽電池試料は、半導体層上に積層され直径０．１ｍｍ以下の貫通孔が複数形成された絶縁層を、前記検査面に有し、
前記顕微鏡カメラは、一辺が１３．３ｍｍの正方形の撮像素子を用いる場合に前記検査面における０．６６〜２．６６ｍｍ四方の領域を撮影領域として、対物レンズの倍率が５倍であれば２．６６ｍｍ四方の撮影領域、対物レンズの倍率が１０倍であれば１．３３ｍｍ四方の撮影領域、対物レンズの倍率が２０倍であれば０．６６ｍｍ四方の撮影領域における前記複数の前記貫通孔を拡大した画像を、一度にイメージング法で撮影し、
前記照射手段は、前記撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射する太陽電池試料検査装置。
【請求項２】
前記検査面は、前記太陽電池試料の裏面である請求項１に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項３】
前記照射手段は、波長７８０〜１０００ｎｍの励起光を、１０〜１００秒間、１〜２０Ｗ／ｃｍ２の強度で照射する請求項１又は２に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項４】
前記照射手段は、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項５】
前記撮影手段により撮影された画像にシェーディング補正を施す画像処理手段をさらに備える請求項４に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項６】
前記撮影手段は、前記太陽電池試料の切除加工領域を撮影する請求項１〜５の何れか一項に記載の太陽電池試料検査装置。
【請求項７】
フォトルミネッセンス（ＰＬ）を利用した太陽電池試料検査方法であって、
垂直共振器面発光レーザーを二次元アレイ状に配列して構成した光源により、太陽電池試料の検査面に励起光を面照射する照射工程と、
前記太陽電池試料の検査面において、ＰＬの二次元強度分布を示す画像を顕微鏡カメラにより撮影する撮影工程と、
を包含し、
前記太陽電池試料は、半導体層上に積層され直径０．１ｍｍ以下の貫通孔が複数形成された絶縁層を、前記検査面に有し、
前記顕微鏡カメラは、一辺が１３．３ｍｍの正方形の撮像素子を用いる場合に前記検査面における０．６６〜２．６６ｍｍ四方の領域の範囲を撮影領域として、対物レンズの倍率が５倍であれば２．６６ｍｍ四方の撮影領域、対物レンズの倍率が１０倍であれば１．３３ｍｍ四方の撮影領域、対物レンズの倍率が２０倍であれば０．６６ｍｍ四方の撮影領域における前記複数の前記貫通孔を拡大した画像を、一度にイメージング法で撮影し、
前記照射工程において、前記撮影領域に対して、５〜５０倍の幅の領域に励起光を照射する太陽電池試料検査方法。
【請求項８】
前記照射工程において、前記顕微鏡カメラの対物レンズの光軸に対して前記光源の照射軸が３０〜６０°の角度をなすように前記励起光を照射する請求項７に記載の太陽電池試料検査方法。