(57)【要約】【課題】太陽電池のクラック等の欠陥の検査を一定の判定レベルで簡単に行うことができる検査装置と方法を提供する。【解決手段】太陽電池を検査する装置(1)は、複数の太陽電池(10a)を有する太陽電池パネル(10)を載置する試料台(25)と、太陽電池に電流を印加する電源(30)と、太陽電池の画像を撮像するCCDカメラ(35)と、CCDカメラによる撮像を制御し、CCDカメラにより撮像した画像を処理する制御演算装置(50)と、CCDカメラを移動するためのカメラ駆動装置とを備える。カメラ駆動装置によりCCDカメラを移動して、太陽電池パネルの各々の太陽電池の画像を撮像する。制御演算装置は、太陽電池の２つの画像から差分画像を作成し、差分画像を所定のしきい値で２値化し、差分２値化画像を作成する。【選択図】図１
2008026113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を検査する装置であって、
前記太陽電池を載置する試料台と、
前記太陽電池に電流を印加する電源と、
前記太陽電池の画像を撮像するCCDカメラと、
前記CCDカメラによる撮像を制御し、前記CCDカメラにより撮像した画像を処理する制御演算装置と、を備えることを特徴とする太陽電池検査装置。
【請求項２】
前記試料台上には、複数の太陽電池を有する太陽電池パネルを載置することができ、
前記CCDカメラを移動するためのカメラ駆動装置を備え、
前記制御演算装置は、前記カメラ駆動装置を制御するための駆動制御部を備え、
前記カメラ駆動装置により前記CCDカメラを移動して、前記太陽電池パネルの各々の太陽電池の画像を撮像する請求項１に記載の太陽電池検査装置。
【請求項３】
前記制御演算装置は、前記太陽電池の２つの画像から差分画像を作成し、前記差分画像を所定のしきい値で２値化し、差分２値化画像を作成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池検査装置。
【請求項４】
前記太陽電池の２つの画像は、基準となる太陽電池の画像と、検査する太陽電池の画像である請求項３に記載の太陽電池検査装置。
【請求項５】
前記太陽電池の２つの画像は、所定の信頼性試験の前に撮像した画像と、前記信頼性試験の後に撮像した画像である請求項３に記載の太陽電池検査装置。
【請求項６】
前記制御演算装置が、前記差分２値化画像により、前記太陽電池の欠陥を判定する請求項３に記載の太陽電池検査装置。
【請求項７】
前記制御演算装置は、前記電源から前記太陽電池にかける電流をオンオフする電源オンオフ部を備え、前記CCDカメラが前記太陽電池の画像を撮像する間だけ、前記太陽電池にかける電流をオンにする請求項２に記載の太陽電池検査装置。
【請求項８】
太陽電池を検査する方法であって、
試料台に載置した前記太陽電池に電流を印加し、
CCDカメラが、前記太陽電池の画像を撮像し、
制御演算装置が、前記CCDカメラにより撮像した画像を処理することを特徴とする太陽電池検査方法。
【請求項９】
前記試料台上に、複数の太陽電池を有する太陽電池パネルが載置され、
前記制御演算装置の駆動制御部がカメラ駆動装置を制御し、
前記カメラ駆動装置が、前記CCDカメラを移動して、前記太陽電池パネルの各々の太陽電池の画像を撮像する請求項８に記載の太陽電池検査方法。
【請求項１０】
前記制御演算装置は、前記太陽電池の２つの画像から差分画像を作成し、前記差分画像を所定のしきい値で２値化し、差分２値化画像を作成することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池検査方法。
【請求項１１】
前記太陽電池の２つの画像は、基準となる太陽電池の画像と、検査する太陽電池の画像である請求項１０に記載の太陽電池検査方法。
【請求項１２】
前記太陽電池の２つの画像は、所定の信頼性試験の前に撮像した画像と、前記信頼性試験の後に撮像した画像である請求項１０に記載の太陽電池検査方法。
【請求項１３】
前記差分２値化画像により、前記太陽電池の欠陥を判定する請求項１０に記載の太陽電池検査方法。
【請求項１４】
前記制御演算装置は、前記電源から前記太陽電池にかける電流をオンオフする電源オンオフ部を備え、前記CCDカメラが前記太陽電池の画像を撮像する間だけ、前記太陽電池にかける電流をオンにする請求項９に記載の太陽電池検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及び太陽電池パネルの欠陥検査装置、特に太陽電池表面のクラック等の欠陥を検査する装置、及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池及び太陽電池パネルの検査は、目視により太陽電池表面にクラックがあるか検査していた。検査員によりクラックを判定するレベルに差が有り、また、検査のミスもあった。また、検査に時間がかかるという問題もあった。
【０００３】
そのため、太陽電池のクラック等の欠陥を一定の判定レベルで、短時間に検査することが望まれている。
【０００４】
特許文献１は、太陽電池表面に斜光照明、落射照明を当て、工業用ＴＶカメラにより撮像し、画像データをメモリに記憶し、斜光照明を当てたときと、落射照明を当てたときの画像を比較し、欠陥の判定をする検査装置を開示する。
【０００５】
しかし、特許文献１の検査装置は、照明の切り換え等の操作が複雑である。また表面の反射により検査するため、表面のクラックしか検出することができず、内部のクラックは検出することができなかった。また、電気短絡状態等の組成による欠陥を検出することができなかった。
【０００６】
特許文献２は、光源から光起電力素子に光を照射し、測定端子棒により起電力を測定する光起電力素子の特性検査装置を開示する。
特許文献２の検査装置は、起電力を測定する必要があり、そのための測定装置が必要である。特許文献２では、プローブで起電力を測定することにより、部分的な特性を検査することができるとしているが、欠陥の細かい形状を検出することはできなかった。
【０００７】
そのため、太陽電池のクラックによる欠陥の検査を一定の判定レベルで、簡単に行うことができる検査装置と、検査方法が望まれている。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２１８０４５号
【特許文献２】特開平９−１８６２１２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、太陽電池のクラック等の欠陥の検査を一定の判定レベルで簡単に行うことができる検査装置を提供することである。また、このような検査装置を使用した検査方法を提供することである。
本発明の他の目的は、内部のクラックも検出することができ、また、電気短絡状態等の組成による欠陥も検出することができる装置及び方法を提供することである。
本発明の他の目的は、欠陥の分布状態を検出することができる装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、太陽電池は正方向に電流を流すと発光する性質を用い、発光強度の違いにより欠陥を検出する。太陽電池に欠陥があると、欠陥部分の発光強度は正常な部分の発光強度と異なる。クラックが存在すると、クラックの部分には電流が流れないので、発光強度が弱くなる。また、電気的短絡状態の欠陥では、その部分に周囲より多くの電流が流れて、発光強度が強くなる。発光を目視、又はカメラで検出することにより、簡単に欠陥を検出することができる。
【００１１】
本発明の１態様は、太陽電池を検査する装置であって、
前記太陽電池を載置する試料台と、
前記太陽電池に電流を印加する電源と、
前記太陽電池の画像を撮像するCCDカメラと、
前記CCDカメラによる撮像を制御し、前記CCDカメラにより撮像した画像を処理する制御演算装置と、を備える。
【００１２】
これにより、太陽電池の発光を肉眼で見ることによって、又は、太陽電池の発光をCCDカメラにより撮像した画像を肉眼で見ることによって、クラック等の欠陥を簡単に判定することができる。
【００１３】
前記試料台上には、複数の太陽電池を有する太陽電池パネルを載置することができ、
前記CCDカメラを移動するためのカメラ駆動装置を備え、
前記制御演算装置は、前記カメラ駆動装置を制御するための駆動制御部を備え、
前記カメラ駆動装置により前記CCDカメラを移動して、前記太陽電池パネルの各々の太陽電池の画像を撮像できることが好ましい。
これにより、太陽電池パネル内の複数の太陽電池を自動的に撮像することができる。
【００１４】
前記制御演算装置は、前記太陽電池の２つの画像から差分画像を作成し、前記差分画像を所定のしきい値で２値化し、差分２値化画像を作成することができる。
差分画像により、欠陥部を明確にすることができ、差分２値化画像により、欠陥部を強調した画像を見ることができる。
【００１５】
前記太陽電池の２つの画像は、基準となる太陽電池の画像と、検査する太陽電池の画像でもよい。
検査対象の太陽電池を欠陥のない基準の画像と比較することにより、欠陥を容易に判定することができる。
【００１６】
前記太陽電池の２つの画像は、所定の信頼性試験の前に撮像した画像と、前記信頼性試験の後に撮像した画像でもよい。
これにより、どの信頼性試験により欠陥が生じたか、客観的に明らかにすることができる。
【００１７】
前記制御演算装置が、前記差分２値化画像により、前記太陽電池の欠陥を判定することもできる。
これにより、欠陥の判定まで、自動的に行うことができる。
【００１８】
前記制御演算装置は、前記電源から前記太陽電池にかける電流をオンオフする電源オンオフ部を備え、前記CCDカメラが前記太陽電池の画像を撮像する間だけ、前記太陽電池にかける電流をオンにすることができる。
これにより、電流印加による太陽電池の過熱を防止することができる。
【００１９】
本発明の他の態様は、太陽電池を検査する方法であって、
試料台に載置した前記太陽電池に電流を印加し、
CCDカメラが、前記太陽電池の画像を撮像し、
制御演算装置が、前記CCDカメラにより撮像した画像を処理する太陽電池検査方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、太陽電池のクラック等の欠陥の検査を簡単に行うことができる。検査を自動化することができるので、太陽電池の欠陥の検査を一定のレベルで行うことができ、検査時間とコストを削減することができる。
また、検査の履歴を残すことにより、検査結果を容易に検索することができる。
また、太陽電池表面のクラックだけでなく、内部のクラックも検出することができる。  更に、電気短絡状態等の組成による欠陥も検出することができる。
更に、欠陥の分布状態も検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施形態による太陽電池検査装置1の概略斜視図である。太陽電池検査装置1は、太陽電池パネル10を載置する試料台25と、太陽電池パネル10に電流を印加するための電源30と、太陽電池パネル10の画像を撮像するための対物レンズ36を有するCCDカメラ35と、CCDカメラ35を移動するための駆動装置40とを備える。また、制御演算装置50と、入力装置61と、出力装置62とを備える。
【００２２】
試料台25には、太陽電池パネル10が適合する凹部が形成されている。図１では、太陽電池パネル10は、１枚の太陽電池10aからなるように示すが、太陽電池パネル10は、複数枚の太陽電池10aから構成されてもよい。なお、本明細書では、太陽電池10aとは１枚の太陽電池を言い、太陽電池パネル10とは太陽電池10aを電気的に接続し、貼り合わせたものを言う。試料台25上に載置された太陽電池パネル10に電流をかけるため、電極23を電源30の端子と導線で接続することができる。CCDカメラ35は、制御演算装置50からの指示により、太陽電池10aを撮像する。CCDカメラ35は、太陽電池パネル10を構成する１枚の太陽電池10aの表面全体を１度に撮像することができる。駆動装置40は、制御演算装置50からの指示により、CCDカメラ35を太陽電池パネル10の面と平行なx-y平面内で移動させることができ、またCCDカメラ35をｚ軸方向に移動させて、CCDカメラ35と太陽電池パネル10との距離を調節することができる。
制御演算装置50と、入力装置61と、出力装置62については、図６のブロック図を参照して後述する。
【００２３】
（太陽電池）
次に本発明の太陽電池検査装置1により欠陥を検査する太陽電池パネル10を構成する太陽電池10aについて説明する。本発明の実施形態では、GaAs系の太陽電池10aについて説明するが、本発明は、GaAs系に限らず、Si系等の太陽電池に使用することができる。
図２(A)は、GaAs系でInGaP/GaAs/Geの３層構造を有する太陽電池10aの上面図であり、(B)は下面図である。
図２(A)を参照すると、太陽電池10aの表面には、透明な上側電極21がストライプ状に形成されている。各上側電極21は、集電電極22で接続されている。集電電極22は、電極23により、外部の電極に接続される。
図２(B)を参照すると、太陽電池10aの裏面には、一面にp側電極11が形成されている。
【００２４】
図３は、GaAs系太陽電池10aの断面図である。太陽電池10aはp側電極11の上に、p-Ge基板12、n-Ge層13、p-GaAs層14、n-GaAs層15、p-InGaP層16、n-InGaP層17が順に形成されている。n-InGaP層17上の一部には、n+-GaAs層19、n-側電極21が形成されている。n-InGaP層17上のn-側電極21がない部分には、反射防止膜18が形成されている。
p-Ge基板12とn-Ge層13とが、Geボトムセルを形成し、p-GaAs層14とn-GaAs層15とが、GaAsミドルセルを形成し、p-InGaP層16とn-InGaP層17とが、InGaPトップセルを形成する。
【００２５】
電源30により太陽電池10aに電流を印加するときは、下側のp側電極11を電源30の正極に接続して、正方向に電流を流す。
このInGaP/GaAs/Geの３層構造の太陽電池10aを室温でオン状態にするのに約3Vの電圧が必要である。５つ直列の太陽電池の場合、オン状態にするのに約15Vの電圧が必要である。このとき、約0.2Aの電流が流れる。
【００２６】
太陽電池パネル10は、通常複数枚の太陽電池10aから構成される。一例では、図４に示すように、太陽電池10aを５枚直列に接続し、この５枚の太陽電池10aを３列並列に接続する。即ち、5×3＝15枚の太陽電池10aで太陽電池パネル10を構成する。
図５に、太陽電池パネル10に約15V、即ち１枚の太陽電池10aあたり約3Vの電圧をかけたときの太陽電池10aの発光によるスペクトル照度を示す。発光波長は約900nmであることがわかる。CCDカメラ35のCCDは、この波長の光に感度を有するものである。
Si系等の太陽電池の検査に使用する場合は、Si系の太陽電池の発光波長（1000〜1300nmの赤外線）に感度を有するCCDを使用する。
GaAs系太陽電池の太陽光を電気に変換する変換効率は、約28％であり、シリコン太陽電池の約17％と比較して高い変換効率が得られている。
【００２７】
（ブロック図）
図６は、本発明の実施形態による太陽電池検査装置1の概略斜視図であり、制御演算装置50と、入力装置61と、出力装置62とをブロック図で示す。
制御演算装置50は、カメラ駆動装置40を制御する駆動制御部51と、カメラのシャッターを操作して撮像するカメラ制御部52と、電源のオンオフを制御する電源オンオフ部53とを含む。
【００２８】
駆動制御部51は、カメラ駆動装置40に駆動信号を送る。カメラ駆動装置40は、駆動信号により、CCDカメラ35を太陽電池パネル10の面と平行なx-y平面内で移動させることができ、またｚ軸方向に移動させて、CCDカメラ35と太陽電池パネル10との距離を調節することができる。
カメラ制御部52は、CCDカメラ35のシャッターを操作して、太陽電池10aの画像を撮像する。
電源オンオフ部53は、電源30をオンオフする。電源オンオフ部53は、CCDカメラ35の撮像と同期して、CCDカメラ35が太陽電池10aを撮像するときのみ、太陽電池パネル10に電流を印加することができる。
【００２９】
制御演算装置50は、CCDカメラ35により撮像した画像を処理する画像処理部56と、画像比較部57と、欠陥判定部58とを含む。制御演算装置50は、更に記憶部59を備える。
画像処理部56は、撮像した画像に圧縮処理等の必要な処理を行い、記憶部59に記憶する。
画像比較部57は、２つの画像の差分をとることにより、太陽電池10aの差分画像を作成することができる。
【００３０】
検査対象の太陽電池10aの画像について、基準となる良品の太陽電池の画像と差分をとることができる。また、同じパネルに並んだ複数の太陽電池10aの画像の差分をとることができる。また、１つの太陽電池10aの所定の信頼性試験の前と後の画像の差分をとることができる。
差分画像を画素に区分し、画素毎に予め設定したしきい値で２値化し、差分がしきい値より大きい画素を欠陥部分「1」とし、差分がしきい値以下の画素を「0」とした差分２値化画像を作成することができる。この差分２値化画像を肉眼で見ることにより、容易に欠陥の判定を行うことができる。
【００３１】
更に、制御演算装置50により、欠陥の判定まで行う場合は、欠陥判定部58が、太陽電池10aの差分２値化画像に基づいて、欠陥の判定を行う。例えば、欠陥部分「1」の画素数が所定数より多いとき、不良と判定する。欠陥判定部58は、良又は不良の判定結果信号を出力することができる。
記憶部59は、画像比較を演算する式、欠陥を判定する式等の演算式、画像データ等のデータを記憶する。
【００３２】
入力装置61は、キーボード等の公知の入力装置であり、パネルの面積と周長、全ての搭載機器の面積と周長を入力するのに使用される。
出力装置62は、ディスプレー等の公知の表示装置であり、太陽電池10aの画像、差分画像等の画像、欠陥判定結果を表示することができる。又は、出力装置62は、プリンター等の印刷装置でもよく、この場合は結果をプリントアウトすることができる。
【００３３】
（フローチャート）
図７は、本発明の実施形態による太陽電池検査装置1を使用した、太陽電池パネルの検査方法を示すフローチャートである。太陽電池パネルの検査方法は、ステップS01で、太陽電池パネル10を試料台25に載置する。ステップS02で、太陽電池パネル10の電極23に電源を接続する。
ステップS03で、太陽電池10aの上にCCDカメラ35を移動し、太陽電池10aを撮像する位置を記憶部60に記憶する。複数の太陽電池10aを撮像する場合は、各太陽電池10aについて、カメラの位置を記憶する。
または、測定の都度カメラの位置を求めるのではなく、太陽電池パネルの種類ごとにカメラの位置を予め記憶部60に記憶しておき、太陽電池パネルの種類を入力することにより、カメラの位置を設定することもできる。
【００３４】
ステップS04で、太陽電池10aを撮像するため、CCDカメラ35をステップS03で求めた太陽電池10aの上の位置へ移動する。ステップS05で、電源オンオフ装置52により、電源30をオンにして、CCDカメラ35のシャッターを開き、太陽電池10aを撮像し、電源オンオフ装置52により、電源30をオフにする。ステップS06で、撮像した画像を記憶部60に記憶する。
【００３５】
ステップS07で、試料台25に載置した全ての太陽電池10aの撮像が終了したかどうか求める。全ての太陽電池10aの撮像が終了していない場合は、次の太陽電池の測定のためステップS04に戻り、次の太陽電池10aの上にCCDカメラ35を移動して、太陽電池10aの撮像を続ける。
【００３６】
ステップS07で、全ての太陽電池10aの撮像が終了した場合は、ステップS09へ行き、他の信頼性試験を実施するか否か求める。ここに信頼性試験には、振動試験、音響試験、熱衝撃試験、熱真空試験がある。これらの信頼性試験の前後に、太陽電池10aを撮像して、信頼性試験の前後で発光に違いが有る場合は、その信頼性試験により、太陽電池10aに欠陥が生じたことがわかる。
【００３７】
他の信頼性試験を実施する場合は、ステップS10で所定の信頼性試験を実施して、ステップS01へ戻る。
これ以上他の信頼性試験を実施しない場合は、太陽電池パネルの検査を終了し、次に、撮像した画像の処理を行う。ステップS11で、２つの画像の差分画像を作成して、比較を行うことができる。差分画像を画素に区分し、画素毎に予め設定したしきい値で２値化し、差分がしきい値より大きい画素欠陥部分「1」とし、他を「0」とした差分２値化画像を作成することができる。
目視により差分画像又は差分２値化画像を見て、欠陥の判定を行うことができる。
比較には、例えば次の種類がある。
(1)  １つの太陽電池の画像を基準の画像と比較する。
(2)  １つの太陽電池の画像を同じパネル内の他の太陽電池の画像と比較する。
(3)  １つの太陽電池について信頼性試験の前後の画像を比較する。
【００３８】
制御演算装置50により差分画像又は差分２値化画像を作成するだけでなく、制御演算装置50により欠陥の判定まで行う場合は、差分２値化画像のデータを、欠陥判定部58に出力する。
ステップS12で、画像の比較に基づいて欠陥の判定を行う。欠陥の判定は、差分２値化画像から、欠陥部分「1」の数を求め、その数が所定数より多いとき、欠陥と判定する。そして、判定結果信号を出力し、判定結果を出力装置62に表示することができる。
太陽電池パネルの検査方法を終了する。
【００３９】
ここで、太陽電池の欠陥の種類について説明する。クラックの原因としては、主に次の種類がある。これらを総称してクラックという。
(1)  真空中で、太陽電池をパネルに固定するための接着剤が膨張し気泡ができることによる割れ。
(2)  真空中で、太陽電池の下にあるカプトンテープから、ガスが出て膨張することによる割れ。
(3)  太陽電池パネルの基板となるハニカムコアが低温で収縮し、その力を太陽電池が受けることによる割れ。
(4)  太陽電池パネル作製時に発生する割れ。
【００４０】
クラックがある部分は、電流が流れにくいため、周囲と比較して発光が少なく、暗くなる。逆に、周囲の発光がクラックの部分から漏れだし、明るく見える場合もある。
その他、発光がムラになる箇所もある。これは、クラックでない、電気短絡状態等の組成による欠陥と考えられる。
【実施例】
【００４１】
CCDカメラ（画素数1024×1024ピクセル）を使用して、クラックのない太陽電池とクラックのある太陽電池をCCDカメラで撮像し、本発明の装置により画像処理を行い、欠陥の検査を行った。
図８(A)は、クラックのない太陽電池をCCDカメラで撮像した画像であり、(B)はクラックのある太陽電池をCCDカメラで撮像した画像である。(C)は、(A)と(B)の２つの画像の差分画像を作成し、差分画像を２値化した画像である。(C)の差分２値化画像では、クラックが強調されているのが分る。本発明方法によれば、容易にクラックの判定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、太陽電池の検査を簡単に行うことができる。そのため、太陽電池を利用する全ての産業に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態による太陽電池検査装置の概略斜視図。
【図２】太陽電池の平面図。
【図３】太陽電池の断面図。
【図４】太陽電池パネルの構成を示す図。
【図５】太陽電池パネルに電流を印加したときのスペクトル強度。
【図６】太陽電池検査装置のブロック図。
【図７】太陽電池パネルの検査方法を示すフローチャート。
【図８】太陽電池パネルの検査結果を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
1  太陽電池検査装置
10  太陽電池パネル
10a  太陽電池
11  p側電極
12  p-Ge基板
13  n-Ge層
14  p-GaAs層
15  n-GaAs層
16  p-InGaP層
17  n-InGaP層
19  n+-GaAs層
21  n-側電極
22  集電電極
23  電極
25  試料台
30  電源
35  CCDカメラ
36  対物レンズ
40  駆動装置
50  制御演算装置
61  入力装置
62  出力装置
51  駆動制御部
52  カメラ制御部
53  電源オンオフ部
56  画像処理部
57  画像比較部
58  欠陥判定部
59  記憶部
【図１】
2008026113.tif 000003
【図２】
2008026113.tif 000004
【図３】
2008026113.tif 000005
【図４】
2008026113.tif 000006
【図５】
2008026113.tif 000007
【図６】
2008026113.tif 000008
【図７】
2008026113.tif 000009
【図８】
2008026113.tif 000010