(57)【要約】【課題】導電体層を有する太陽電池セルについてリフトオフを２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離とした非接触状態において太陽電池セルに内在する割れや欠け、ヘアクラック等の高速検査を可能とする。【解決手段】太陽電池セルに磁界を作用させる励磁コイルとセンサコイルとを積層絶縁基板の導体層に形成し前記センサコイルへ混入する励磁誘導電圧及び外来ノイズを差動合成により相殺する処理を行うことで検査に必要な信号成分を抽出し、リフトオフを２ｍｍ以上とした非接触状態において前記太陽電池セルに内在する割れや欠け、ヘアクラック等を検査する方法及び装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルに対向配置され励磁磁界を作用させる励磁コイルと、前記励磁コイルと同一面内の前記励磁コイルに取り囲まれる位置に配設された渦電流欠陥情報検出用センサコイルとを積層絶縁基板の導体層に形成したセンサ部および、前記センサコイルによって検出された渦電流欠陥情報に基づいて前記太陽電池セルの欠陥検査する欠陥検出処理部を備え、前記励磁コイルにより作用させた励磁磁界を介在して得られる渦電流欠陥情報に基づいて前記欠陥検出処理部により前記太陽電池セルの割れや欠け、ヘアクラック等の欠陥を検査する欠陥検査機。
【請求項２】
前記励磁コイルが、十分長い平行部分を有する長軸状平面図形を有しており、前記センサコイルがそのセンサコイル内部の長軸に沿って配置された複数個のセンサコイルから構成されており、その隣接したセンサコイルが長軸の両側の面積が実質上同一の同一形状でかつ互いに長軸に対して直交する軸に関して線対称とならない図形で形成されたセンサコイルを有してなる請求項１に記載の欠陥検査機。
【請求項３】
前記センサ部が、前記積層絶縁基板の複数の導体層に形成された励磁コイルとセンサコイルとからなり、それぞれのセンサコイルの巻き数を増やすようにビアホール導体で接続されてなる構造を有する請求項１から請求項２に記載の欠陥検査機。
【請求項４】
前記積層絶縁基板の表層部を前記励磁コイル及び前記センサコイルを形成しない層とした請求項１から請求項３に記載の欠陥検査機。
【請求項５】
曲面の有る検査対象の割れや欠け、クラック等の検査を可能とするためにセンサ部を、可撓性を有する絶縁基板上に形成した請求項１から請求項４に記載の欠陥検査機。
【請求項６】
請求項１から５に記載の欠陥検査機のセンサ部を複数個、太陽電池モジュールの幅に対応して配列してなるセンサ部集合体と、そのセンサ部の数に対応する複数の欠陥検出処理部と、前記複数の欠陥検出処理部を統括的に処理する逐次処理部とを備えた欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項１から５に記載の欠陥検査機または請求項６の欠陥検査装置を用い、前記センサ部集合体を検査対象の太陽電池モジュールの面から２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離として平行に配置し、太陽電池モジュールとの距離を保ちつつその長軸方向に直角な方向に相対的に移動して検査する太陽電池の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、少なくともシリコン等の半導体層とアルミニウム等の導電体層とが積層された太陽電池セル及び、太陽電池セルを多数配設した太陽電池モジュールに内在する割れや欠け、ヘアクラック等の欠陥を非接触状態且つ、高速、簡便に欠陥を検査する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  太陽エネルギーの利用方法として、シリコン型の太陽電池が知られているが、斯かる太陽光発電を商業ベースで広く実用化するためには、発電コストの低価格化が必要であり、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルの低価格化も急務となっている。
例えば半導体層が多結晶型シリコンからなる太陽電池素子では、材料価格を低減するために、より一層の薄型化が図られつつある。【０００３】  しかしながら、シリコン等の半導体層は硬くて脆いため、薄型化するためのスライシング工程や、その後の表面処理工程、電極形成工程等の生産工程において、或いはハンドリングする際において、半導体層に割れや欠けのような欠陥が発生する場合がある。これらの欠陥が生産工程で発生すると、生産性を阻害する他、製品に混入すると発電性能を低下させるという問題がある。【０００４】  上記の割れや欠けのような欠陥は、ヘアクラックと称される微細なヘアクラックが成長して生ずることが多い。従って微細なヘアクラックの段階で検出、除去できれば、生産性の改善や太陽電池モジュールの設置後に起こる発電性能の低下を最小限に留め、長期的に安定発電を実現することが可能となる。【０００５】  従来から割れやヘアクラック等の簡易検出方法として、生産工程中での目視検査が実施されているが、検査員の個人差が大きいことや、ヘアクラックと無害なスリ傷あるいは、多結晶の太陽電池セルの場合、結晶の境界である粒界の模様との識別ができない等の問題があった。【０００６】  特許文献１に開示された公報には、半導体層と導電体層とが積層された太陽電池素子に対向配置され、太陽電池素子に交流磁界を作用させて渦電流を誘起すると共に、誘起された渦電流を検出して渦電流信号として出力するプローブコイルと、プローブコイルから出力された渦電流信号を互いに位相が９０°異なる２つの信号成分に分離する信号処理部と、信号処理部で分離された何れかの信号成分の振幅変化に基づいて、太陽電池素子に生じた、ヘアクラックを検出する検出部とを備えた太陽電池素子のヘアクラック検出方法及び装置が提案されている。【０００７】  特許文献２に開示された公報には、渦流探傷用プローブであって、そのコイルがプリントコイルとされ、かつ励磁コイルと検出コイルとが積層されてなることを特徴とし、多数のプリントコイルが所定配列にて配設される渦流探傷用プローブが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３１９３０３
【特許文献２】特開平９−３３４８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  しかしながら、特許文献１の方法では渦電流を検出するプローブコイルと励磁コイルが同一のプローブコイルであるため、非接触での検査においては、プローブコイルに干渉する励磁成分のほうが、欠陥検出に必要な渦電流信号よりも数千倍から数万倍も大きくなる欠点があり、検査に必要な信号成分を分離することは極めて困難となるため、リフトオフが５ｍｍ以上での検査において、太陽電池素子のヘアクラックの検出は実現できていない。またプローブコイルが１個のみで装置が構成されているため、被検体を広範囲に渡りスキャンする必要があり太陽電池素子のヘアクラック検出を高速で行えない問題がある。【００１０】  特許文献２では、走査計測における計測死角を解消する目的で、走査方向の垂直方向にプリントコイル２６が千鳥配列された図１０が示されている。しかしながら渦電流を検出するプローブコイルが千鳥配列の場合、プリントコイル２６と励磁コイルとの距離が異なるため励磁誘導電圧成分が不均一となり、励磁誘導電圧成分を完全に相殺することが困難となり検出性能を低下させる問題がある。とくにリフトオフが数ｍｍとなるオープン磁路プローブではこの問題が致命的な欠点となる。【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本発明は、前記のように隣接の励磁コイルによる励磁誘導電圧成分の干渉或いは、不均一により検出性能を低下させる問題を鑑みてなされたもので、積層絶縁基板に励磁コイルと検出コイルとを形成するが、その特徴として励磁コイルを外周に配設し内側に２個以上のセンサコイルを励磁コイルから等距離の位置に形成する構造とすることにより、励磁コイルからの励磁磁界がセンサコイルに及ぼす影響を極力等価となる構造とする。【００１３】  次に２個のセンサコイルの出力の差を取ることにより、外来ノイズと励磁誘導電圧成分を相殺することで太陽電池セルに生じた割れや欠け、ヘアクラック等の検出に必要な渦電流情報成分を効果的に抽出する。抽出された渦電流情報成分は欠陥検出回路により、欠陥情報として分離することによりリフトオフが６ｍｍ以上での検査においても太陽電池セルに内在する割れや欠け、割れや欠け、ヘアクラック等の検出を可能とする。
【発明の効果】
【００１４】  請求項１記載の欠陥検査機によれば、半導体層と導電体層とが積層された太陽電池セル３０に磁界を作用させる励磁コイル２及び、前記太陽電池セル３０に誘起した渦電流検出するセンサコイルを一体として形成されたセンサ部５および、センサコイル３によって検出された渦電流情報に基づいて前記太陽電池セル３０に生じた割れや欠け、ヘアクラック等を判定する欠陥検出回路６とを備え、検出された渦電流情報に基づいて前記太陽電池セル３０に内在する割れや欠け、ヘアクラック等の欠陥検出を可能とする。【００１５】  請求項２に記載の欠陥検査機によれば、太陽電池セル３０を走査計測する場合、励磁コイル２が、十分長い平行部分を有する長軸状平面図形を有しており、センサコイル３がそのセンサコイル内部の長軸に沿って配置された複数個のセンサコイルから構成されており、その隣接したコイルユニットが長軸の両側の面積が実質上同一の同一形状でかつ互いに長軸に対して直交する軸に関して線対称とならない図形で形成されたセンサコイル構造にすることにより走査計測における計測の死角を無くした検査を可能とする。【００１６】  請求項３に記載の欠陥検査機によれば、積層絶縁基板の導体層の数にそれぞれ励磁コイル２とセンサコイル３とを形成しビアホール導体２４で接続しコイルの巻き数を増やしたセンサ構造とすることで、センサ部のセンサコイルパターンを多数増設した多チャンネルの検査装置の場合においても、積層絶縁基板の製造精度である０．１ｍｍ以下となる寸法精度で前記センサ部５のセンサコイル３と励磁コイル２を形成できるため、隣接のセンサ出力信号の差を取ることにより励磁コイル２からの励磁誘導電圧を相殺することが可能となり、検査に必要な渦電流信号だけを効率良くとり出し検出感度を向上させることを可能とする。【００１７】  さらにセンサ部５はセンサコイル３と励磁コイル２とを併設した積層絶縁基板センサであることから、センサ部５の構造が簡素化され、高精度でありながら小型、軽量且つ、安価に、しかも短時間で大量に作製できるという優れた効果を有する。【００１８】  請求項４に記載の欠陥検査機によれば、前記センサ部５の表層部に励磁コイル２及びセンサコイル３を形成しないことでセンサ部の汚れを防止する機能を持たせることを特徴とする。【００１９】  請求項５に記載の欠陥検査機によれば、曲面の有る検査対象の割れや欠け、クラック等の検査を可能とするためにセンサ部６０を可撓性の有る絶縁基板、例えばポリイミド絶縁基板等に形成し被検査体７０の表面に添わせる構造にすることにより、曲面をもった被検査体の検査を可能とする。【００２０】  請求項６に記載の欠陥検査装置によれば、太陽電池モジュール１００の幅に対応して配列してなるセンサ部集合体７と、そのセンサ部５の数に対応する複数の欠陥検出処理部１０の出力を逐次処理部１１により統括的に処理することで太陽電池モジュール１００の幅方向検査の欠陥検査を可能とする。【００２１】  請求項７に記載の欠陥検査方法によれば、請求項１から５に記載の欠陥検査機または請求項６の欠陥検査装置を用い、センサ部５または前記センサ部集合体７検査対象の太陽電池モジュール１００の面から２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距��として平行に配置し、太陽電池モジュール１００との距離を保ちつつその長軸方向に直角な方向に相対的に移動して検査する太陽電池の欠陥検査方法を提供する。また欠陥検出処理部１０の各出力を逐次処理部１１により順次切り替えながら太陽電池モジュール１００との位置を相対的に移動することにより太陽電池モジュールの更なる高速検査を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥検出の基本構成を示す図である。
【図２】図２は、本装置のセンサ部の構造一例を示す図である。
【図３】図３は、本装置のセンサ部を両面基板で形成した一例を示す図である。
【図４】図４は、本装置のセンサ部を積層絶縁基板で形成した一例を示す図である。
【図５】図５は、本装置のセンサ部である積層絶縁基板の断面の一例を示す図である。
【図６】図６は、本装置で太陽電池モジュールを検出する構成を示す図である。
【図７】図７は、本装置のセンサ部を可撓性の有る絶縁基板上に形成した図である。
【図８】図８は、センサコイルの出力と差信号の波形を示す図である。
【図９】図９は、センサコイルの出力と渦電流情報を分離抽出した波形を示す図である。
【図１０】図１０は、プリントコイル２６が千鳥配列とされた示す図である。
【本発明を実施するための最良の形態】
【００２３】  以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。図１はセンサ部５に接続された欠陥検出回路６と欠陥検出処理部１０から構成され、センサ部５により検査対象体である太陽電池セル３０に交流磁界を作用させ、太陽電池セル３０に誘起する渦電流信号情報に基づいて太陽電池セル３０の割れや欠け、ヘアクラック等の検査を行う構成例を示す。
【００２４】  まず励磁駆動回路１より励磁コイル２に正弦波を印加すると励磁コイル２から太陽電池セル３０に向かう交流磁界が発生する。その交流磁界の作用により太陽電池セル３０の導電体層に渦電流が流れる。太陽電池セル３０に流れる電流渦はセンサコイル３−１からセンサコイル３−ｎによって検出されるが、センサコイルの出力には太陽電池セル３０に誘起された渦電流に対応する逆起電力の電圧に加え、励磁コイル２から直接誘導される励磁誘導電圧及び、外来ノイズ成分が合成された重畳信号となっている。
【００２５】  そこで図２に示すようにセンサ第一コイル３−１とセンサ第二コイル３−２の出力と差を取ることで、重畳信号に含まれる励磁誘導電圧及び、外来ノイズ成分を相殺し低減させることにより図９に示す割れや欠け、ヘアクラック等の検出に必要な渦電流情報成分ＶＳｇを効果的に抽出する。抽出された渦電流情報成分ＶＳｇは欠陥検出回路６により判別処理を行う。ここで欠陥検出回路６はセンサ第一コイル３−１とセンサ第二コイル３−２の出力と差を取った信号と、センサ第三コイル３−３とセンサ第四コイル３−４の出力と差を取った信号との差を二重に取ることにより双方の信号の逆位相となる割れや欠け、ヘアクラック等の検出に有用な信号を抽出しても良い。
【００２６】  更にセンサ部５と太陽電池セル３０との表面の距離を一定に保ちつつ両者を相対的に移動
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け、割れや欠け、ヘアクラック等を高速、簡便に高速検査することが可能となる。
【００２７】  図２は、本発明のセンサ部５の励磁コイル２とセンサコイル３を形成した図を示す。励磁コイル２の内周にセンサ第一コイル３−１からセンサ第ｎコイル３−ｎまでを形成する構造とすることで絶縁基板の製造精度である５０μｍ以下となる寸法精度で前記センサ部全体の部品を形成できるため、隣接の励磁誘導電圧を正確に相殺することが容易になり検査に必要な渦電流信号を効果的に抽出することで検出感度を飛躍的に向上させられる。
【００２８】  図３は、本装置のセンサ部を両面基板で形成した一例を示す。励磁コイルは十分長い平行部分を有する長軸状平面図形を有するコイル又は図３に示すように励磁コイルが２個以上のセンサコイル３を逆巻きとなるループで取り囲むように形成しても良い。
【００２９】  図４は、本発明に関わるセンサ部５を積層絶縁基板で構成した図を示す。当該積層絶縁基板によるセンサ部５は励磁磁界調節、励磁誘導電圧均一化、センサコイル巻き数増設、検出死角排除、センサ部保護及び汚れ防止、偽造防止機能等の多彩な機能を有している。図４を例にセンサ部５の各機能を説明する。
【００３０】  励磁磁界調節機能として、励磁磁界調整コイル２７に外接続電極２２より微弱な電流を流すことにより積層絶縁基板ａ層励磁コイル２０からの励磁磁界に逆方向の磁界を発生させ、積層絶縁基板の端にある第一センサコイル及び第二センサコイルの励磁誘導電圧を等価にする。これにより欠陥検査に不要な励磁誘導電圧を相殺し検査感度を上げる。更に積層絶縁基板上に励磁遮蔽パターン２５を設け励磁コイルからセンサコイルに表面から伝わる励磁誘導電圧を遮蔽する機能を持たせてもよい。
【００３１】  励磁誘導電圧均一化機能として、励磁誘導電圧を千から１０万分の一以下まで相殺すことを目指し励磁コイル２と隣接するセンサコイルとの距離関係を５０μｍ以下で形成する。図９に励磁誘導電圧が相殺され欠陥検査に必要な渦電流情報成分ＶＳｇが強調されたイメージ波形を示す。励磁コイル２に印加する励磁電流はリフトオフ距離と検査対象の特性に最適な値が好ましく、数百Ｈｚから２００ＭＨｚの正弦波又はそれらを含んだパルス波でも良い。
【００３２】  センサコイル巻き数増設機能能として、積層絶縁基板ａ層にセンサコイル３ａを設け、積層絶縁基板ｂ層にセンサコイル３ｂに設け、上下のコイルパターンをビアホール導体２４により直列に接続することで、積層絶縁基板の層数だけコイルの巻き数を増やし検出感度を上げることを可能とする。また積層絶縁基板上で２個又はそれ以上センサコイルを逆極性で接続しセンサ部で励磁誘導電圧と外来ノイズ成分とを相殺する機能を持たせてもよい。
【００３３】  検出死角排除機能能として、太陽電池セル３０を走査計測する場合、走査方向に垂直方向にセンサ部５のセンサコイルを２個以上備え、センサコイル相互の差を取る方式において走査方向に対して線対称とならい図形、例えば斜め長円、斜め楕円或いは、並行四辺形や多角形に形成されたセンサコイルとすることにより走査計測における計測死角を無くし、あらゆる方向の割れやヘアクラック等の検出を可能とする。計測死角を無くすやり方として図１０に示すように、センサコイルを千鳥状の配列とし、コイル相互の差を取る方法も有るが、この場合長軸の両側の面積が実質上同一でないため走査方向に垂直方向に検査試料がさしかかるエッジ部で、試料が両コイルに到達するまでに時間差が生じることにより出力信号が大きく変動する問題が有るので高感度検査には向かない。
【００３４】  センサ部保護及び汚れ防止機能能として、積層絶縁基板の表層部に励磁コイル及びセンサコイルを形成しない構造にすることでセンサ部のコイルパターンを保護し汚れ防止するとともに外部からコイルパターン構造を見えなくして偽造防止の役割を持たせる。
【００３５】  図５は、本装置のセンサ部を積層絶縁基板とした断面の一例を示す図で、外部接続端子２２から絶縁体層２８を貫くビアホール導体２４によって積層絶縁基板の導電体層に配設された上下層のコイルパターン或いは中継パターンを接続する。
【００３６】  図６は、太陽電池モジュール１００の幅に対応して配列されたセンサ部５または前記センサ部集合体７検査対象の太陽電池モジュール１００の面から２ｍｍ以上３０ｍｍ以下の距離として平行に配置し、太陽電池モジュール１００との距離を保ちつつその長軸方向に直角な方向に相対的に移動して検査する太陽電池の欠陥検査の構成例を示す、逐次処理部１１により各欠陥検出処理部１０の出力を順次切り替えながら太陽電池モジュール１００との位置を相対的に移動することにより、１回走査で太陽電池モジュール１００に内在する割れや欠け、ヘアクラック等を高速検出できる。更に検出情報は太陽電池モジュール１００とセンサコイル３との相対位置情報と連動させ二次元画像等で表示しても良い。
【００３７】  図７は、本発明の応用例としてセンサ部６０を可撓性の有るポリイミドなどの絶縁基板に形成し、被検査体７０に添わせる構造とすることで曲面を有する被検査体７０の割れや欠け、クラック等の欠陥検査を可能とする。
【００３８】  図８は、本発明のセンサコイルの隣接したセンサ第一コイル３−１とセンサ第二コイル３−２の出力と差を取ることにより励磁誘導電圧を相殺した信号の波形を示す図である。
【００３９】  図９は、本発明のセンサコイルの隣接したセンサ第一コイル３−１とセンサ第一コイルとセンサ第二コイル３−２の出力と差を取ることにより励磁誘導電圧を相殺し、検査に必要な渦電流情報ＶＳｇを分離抽出した波形を示す図である。
【００４０】  図１０は、特許文献２のプリントコイル２６が千鳥配列としたフィルム基板を示す図である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】  本発明は太陽電池セル、モジュールの製造工程から出荷検査、設置前の受け入れ検査、設置後のメンテナンス現場での検査に至るまで幅広い応用展開が可能である。【００４２】  本発明は太陽電池セル、モジュールの割れや欠け、ヘアクラック等の高速検査のみならず、金属や透明電極の厚みや電気的性能のムラ及び欠陥の高速検査、更にリチウムイオン電池のセパレータ等に混入した金属性異物の高速検査まで幅広い応用の可能性を含んでいる。
【符号の説明】
【００４３】１  励磁駆動回路
２  励磁コイル
３  センサコイル
３−１  センサ第一コイル
３−２  センサ第二コイル
３−３  センサ第三コイル
３−４  センサ第四コイル
３−ｎ  センサ第ｎコイル
４  ビアホール導体接続パターン
５  センサ部
６  欠陥検出回路
７  センサ部集合体
１０  欠陥検出処理部
１０−ｎ  第ｎ欠陥検出処理部
１１  逐次処理部
２０  ａ層励磁コイル
２２  外部接続端子
２４  ビアホール導体
２５  励磁遮蔽パターン
２７  励磁磁界調整コイル
２８  絶縁体層
３ａ−１  ａ層第一センサコイル
３ａ−２  ａ層第二センサコイル
３ａ−３  ａ層第二センサコイル
３ａ−ｎ  ａ層第ｎセンサコイル
３ｂ−１  ｂ層第一センサコイル
３ｂ−２  ｂ層第二センサコイル
３ｂ−３  ｂ層第三センサコイル
３ｂ−ｎ  ｂ層第ｎセンサコイル
３ｃ  ｃ層センサコイル
５０  披検査体又は太腸電池セル
６０  可撓性を有する絶縁基板上に形成されたセンサ部
７０  曲面のある被検査体
１００  太陽電池モジュール
Ｖ１  センサ第一コイルの出力波形
Ｖ２  センサ第二コイルの出力波形
Ｖ３  Ｖ１とＶ２との差出力波形イメージ
ＶＳｇ  欠陥情報の波形イメージ
２１  フィルム基板
２６  千鳥配列されたプリントコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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