(57)【要約】  太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入工程（Ｓ１）と、上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御工程（Ｓ２）と、上記電流導入工程（Ｓ１）による電流の導入および上記温度制御工程（Ｓ２）による加熱によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出工程（Ｓ３）と、を含む。
2007129585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、
上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入工程と、
上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御工程と、
上記電流導入工程による電流の導入および上記温度制御工程による加熱によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の評価方法。
【請求項２】
さらに、上記発光検出工程において、検出した発光特性のうち発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項３】
さらに、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判定する判定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項４】
上記電流導入工程において導入する電流強度は、上記太陽電池素子の作動電流と略同じ強度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項５】
上記電流導入工程において導入する電流強度を変化させ、かつ、
上記発光検出工程において、上記電流導入工程における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するとともに、
さらに上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項６】
上記温度制御手段において、上記太陽電池を加熱する温度は、室温〜１３０℃を含む範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項７】
上記太陽電池素子は、シリコン半導体を主要部材として構成されるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項８】
上記シリコン半導体は、単結晶、多結晶、またはアモルファスのシリコン半導体であることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項９】
上記発光検出工程にて検出する光の波長が、１０００ｎｍ〜１３００ｎｍの領域の光であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池の評価方法。
【請求項１０】
太陽電池の光電変換性能についての評価を行う太陽電池の評価装置であって、
上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入手段と、
上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御手段と、
上記電流導入手段による電流の導入および上記温度制御手段による加熱によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出手段と、を備えることを特徴とする太陽電池の評価装置。
【請求項１１】
さらに、上記発光検出手段によって検出された発光特性のうち、発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の評価装置。
【請求項１２】
さらに、上記発光検出手段によって検出した発光特性のうち、発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判定する判定手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の評価装置。
【請求項１３】
上記電流導入手段は、導入する電流強度を変化させるものであり、かつ、
上記発光検出手段は、上記電流導入手段における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するものであるとともに、
さらに、上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する算出手段を有することを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の評価装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池の評価装置が、構造物に設置されている太陽電池の評価を実行する工程と、
判定装置が、上記太陽電池の評価の結果に基づき、上記太陽電池において、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する工程と、
交換指示装置が、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池のメンテナンス方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池の評価装置と、
上記評価装置の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池において、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する判定装置と、
上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する交換指示装置と、を備えることを特徴とする太陽電池のメンテナンスシステム。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池の評価方法を一工程として含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の検査機器等を用いることなく、簡便かつ正確に太陽電池の光電変換性能についての評価を行うための太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用に関し、特に、太陽電池（例えば、太陽電池モジュール又は太陽電池パネル、もしくは太陽電池素子そのもの）を構成する太陽電池素子に電流を導通させ、その際に生じる発光特性を解析することによって簡便かつ正確に太陽電池の光電変換性能についての評価を行うための太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境を保全するために太陽エネルギーの利用が進み、一般のビルや家庭の屋根や壁にも太陽電池を複数接続した太陽電池素子からなる太陽電池モジュールの敷設が進みつつある。そんな中、大面積化に有利な半導体を用いた太陽電池、特にＳｉ（シリコン）等からなる太陽電池の実用化が急展開している。今後の課題としては、太陽光発電システムの低コスト化および高効率化に資する、シリコン結晶太陽電池の高性能化を図ることである。【０００３】
シリコン結晶太陽電池の高性能化および信頼性を向上させるためには、少数キャリアの拡散長や面内欠陥を解析し、この解析結果を太陽電池素子の構造の最適化設計や、太陽電池素子の作製プロセスにフィードバックすることが重要である。【０００４】
面内欠陥は、太陽電池素子の出力特性を著しく低下させるため、太陽電池モジュールの光電変換効率に悪影響を与える。その結果、太陽電池モジュールの光電変換効率の低下およびそれに伴うコスト高により、シリコン結晶太陽電池の普及が妨げられることとなる。そのため、上記面内欠陥を検出できる、太陽電池の性能評価方法の開発が求められている。【０００５】
上述の太陽電池の性能を評価する方法としては、例えば、電子線やレーザビームを用い、誘起される電流や電圧を測定し少数キャリア拡散長ならびに欠陥（粒界粒内）を解析する方法、いわゆるＥＢＩＣ（Electron Beam Induced Current）やＬＢＩＣ（Laser Beam Induced Current）が広く用いられている。【０００６】
上述したＥＢＩＣやＬＢＩＣによれば、太陽電池の局所的な電気的活性度や少数キャリアの拡散長を測定・評価することができ、その結果を用いることにより、太陽電池の変換効率や品質を評価することができる（非特許文献１参照）。【０００７】
また、太陽電池素子に対して、順方向にバイアスすることで発せられる熱の分布を赤外光強度により解析し短絡部の検出を行う装置が報告されている（非特許文献２参照）。【０００８】
さらに、基板裏面から強い光を照射し遺漏光を検出することにより基板クラックを検出する技術も報告されている（非特許文献３参照）。
【非特許文献１】N. Sakitani, et al., “Evaluation of Recombination Velocity at Grain Boundaries in Poly-Si Solar Cells with Laser Beam Induced Current” Solid State Phenomena Vol. 93 (2003), pp.351-354
【非特許文献２】J. Isenberg, et al., “SPATIALLY RESOLVED IR-MEASUREMENT TECHNIQUES FOR SOLAR CELLS” Presented at the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 7-11 June 2004, Paris
【非特許文献３】E. Rueland, et al., “OPTICAL μ-CRACK DETECTION IN COMBINATION WITH STABILITY TESTING FOR IN-LINE-INSPECTION OF WAFERS AND CELLS” 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6-10 June 2005, Barcelona, Spain
【０００９】
ここで、太陽電池における面内欠陥としては、具体的には、基板クラック、電極破断、接触不良等の外因的要因の欠陥の他、基板材料の物性に起因する、結晶欠陥、転位、結晶粒界等の内因的要因の欠陥がある。【００１０】
基板クラックは基板を横断して存在する大きなものばかりでなく基板内部の微小領域に発生するものもあり、少数キャリアの再結合中心として光生成電流を低下させたり、電流パスを遮断して直列抵抗を増加させるなど光電変換機能に悪影響を及ぼす。この外因的欠陥は、太陽電池材料の機械的強度の脆弱性ならびに太陽電池作製プロセス中に基板に及ぼされる外力（熱的歪なども含む）により発生することが多く、その欠陥を簡便に検出して作製プロセスの工程条件にフィードバックし改善を加えることが、太陽電池の長期信頼性向上や生産歩留まりの増加に直結する。また、光電変換機能の低下の要因が、主として機械的強度に基づく外因的欠陥によるものか、材料物性に起因する内因的欠陥によるものかを明確に分別して解析することが、太陽電池の高機能化高信頼性化につながる。そして、これら欠陥の検出を簡便に行うことが、今後の太陽電池の実用化および普及につながる。【００１１】
しかしながら、上述したＥＢＩＣ、ＬＢＩＣの装置は、太陽電池の欠陥の検出に大がかりの装置が必要であるため、高額の設備投資が必要となる。さらに、ＥＢＩＣ、ＬＢＩＣの装置では、例えば、少数キャリア拡散長の２次元分布を測定するためには、位置決め精度の良い２次元スキャンや、電子線やレーザを用いた走査プローブが必要であり、電子線を照射するために電子顕微鏡が、レーザビームを照射するために多波長光源が必要であるという設備上の制限も多く、容易に太陽電池モジュールの評価方法を実施できないという問題がある。【００１２】
また、太陽電池からの発熱分布を解析する装置では、感度および分解能が悪いため、太陽電池に生じる上述した欠陥を正確に検出することができない。【００１３】
さらに、遺漏光を検出することにより基板クラックを検出する技術では、光の遺漏が無い微細なクラック、いわゆるヘアクラックやマイクロクラック等を検出することができない。【００１４】
したがって、大がかりな設備を要することなく、簡便かつ正確に太陽電池モジュールの光電変換性能について評価することができる太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用の開発が強く求められていた。特に、シリコン多結晶太陽電池は実用化が急展開しており、その高性能化に資する、太陽電池の様々な欠陥を正確に検出できる性能評価方法等の開発が急務となっている。【００１５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型の設備を要することなく、簡便かつ正確に、太陽電池モジュールにおける欠陥を検出することができ、太陽電池モジュールの光電変換性能について評価することができる太陽電池の評価方法及び評価装置並びにその利用を提供することにある。
【発明の開示】
【００１６】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、単結晶及び／又は多結晶の半導体シリコンに対して、順方向へ電流を導入したところ、室温下の通常のキャリア注入条件においてもルミネセンスが観測されることを見出し、かつ、その発光強度が光電変換性能に大きな影響を及ぼす少数キャリアの拡散長の分布と１：１で対応しているという新事実および上記半導体シリコンに生じる欠陥が少数キャリア拡散長等の材料物性に及ぼす効果の温度依存性を実験的に確認し、本願発明を完成させるに至った。本発明は、かかる新規知見に基づいて完成されたものであり、以下の発明を包含する。
【００１７】
太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入工程と、上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御工程と、上記電流導入工程による電流の導入および上記温度制御工程による加熱によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出工程と、を含む太陽電池の評価方法。
【００１８】
また、太陽電池の光電変換性能についての評価を行う太陽電池の評価装置であって、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入手段と、上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御手段と、上記電流導入手段による電流の導入および上記温度制御手段による加熱によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出手段と、を備える太陽電池の評価装置。
【００１９】
また、上記太陽電池の評価装置が、構造物に設置されている太陽電池の評価を実行する工程と、判定装置が、上記太陽電池の評価の結果に基づき、上記太陽電池において、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する工程と、交換指示装置が、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する工程と、を含む太陽電池のメンテナンス方法。
【００２０】
また、上記太陽電池の評価装置と、上記評価装置の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池において、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する判定装置と、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する交換指示装置と、を備える太陽電池のメンテナンスシステム。
【００２１】
また、上記太陽電池の評価方法を一工程として含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【００２２】
なお、上記太陽電池の評価装置における判定手段の他、メンテナンス方法・メンテナンスシステムの各機能ブロック（例えば、判定装置、交換指示装置）は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記評価装置等をコンピュータにて実現させる制御プログラム、及びそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【００２３】
本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置によれば、順方向への電流の導入によるエレクトロルミネセンス法を用いているため、従来の太陽電池の評価方法や評価装置に比べて、大がかりな設備を要することなく、簡便かつ正確に、太陽電池モジュールにおける欠陥を検出することができ、太陽電池モジュールの光電変換性能について評価することができるという効果を奏する。
【００２４】
さらに、本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置は、従来の技術に比べて、例えば、(i)走査プローブ（電子線、レーザ）が不要であり、簡便な測定を行い得る、(ii)大型の設備が不要なため、製品状態（製造工場で完成した状態、又は構造物に設置された状態）で観察・評価を行うことが可能である、等の理由により、構造物に設置されている太陽電池の評価を定期的に行う、メンテナンス方法又はメンテナンスシステムといったビジネスモデルを構築することもできる。かかるメンテナンス方法又はメンテナンスシステムによれば、今までほとんど行われていなかった、構造物に設置済みの太陽電池の定期的なメンテナンスを行うことができる。さらに、欠陥に起因して性能の低下した太陽電池素子のみを選択して交換することができ、太陽電池モジュール全体を交換する必要がなく、非常に効率的かつ低コストである。
【００２５】
本発明のさらに他の目的、特徴、及び優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】太陽電池モジュールの基本的な構成及び動作原理について模式的に示す図である。
【図２】太陽電池素子に対して、順方向に電流を導入する様子を模式的に示す図である。
【図３（ａ）】本実施の形態に係る太陽電池の評価装置の一例を模式的に示す図である。
【図３（ｂ）】本実施の形態に係る太陽電池の評価装置における温度制御部の概略構成を示す図である。
【図４】本実施の形態に係るメンテナンスシステムの一例を模式的に示した機能ブロック図を示す図である。
【図５】本実施の形態に係るメンテナンスシステムのフローの一例を示す図である。
【図６】太陽電池モジュールの様子を撮影した画像を示す図である。
【図７（ａ）】電流を導入した際のＳｉ太陽電池素子の様子を撮影した画像を示す図であり、Ｓｉ太陽電池素子の発光の様子を示す図である。
【図７（ｂ）】電流を導入した際のＳｉ太陽電池素子の様子を撮影した画像を示す図であり、表面の電極形状等を示す光学写真である。
【図８（ａ）】電流を導入した際のＳｉ太陽電池素子の様子を撮影した画像を示す図であり、Ｓｉ太陽電池素子の発光の様子を示す図である。
【図８（ｂ）】電流を導入した際のＳｉ太陽電池素子の様子を撮影した画像を示す図であり、Ｓｉ太陽電池素子の少数キャリア（電子）の拡散長を示す図である。
【図９】Ｓｉ太陽電池素子に電流を導入した場合の発光強度（EL intensity）と太陽電池モジュールから発せられた光の波長（Wavelength）を解析した結果を示す図である。
【図１０】Ｓｉ太陽電池素子に対して導入する電流の大きさと発光強度の関係を検討した結果を示す図である。
【図１１（ａ）】Ｓｉ太陽電池素子の拡散長と発光強度との関連性を解析した結果を示す図である。
【図１１（ｂ）】図１１（ａ）の結果のうち、特に、導入電流の大きさ（Forward Current）が６ｍＡ／ｃｍ２，１３．５ｍＡ／ｃｍ２，１８．７ｍＡ／ｃｍ２の場合について、Ｓｉ太陽電池素子の拡散長と発光強度との関連性を解析した結果を別のグラフとして示す図である。
【図１２（ａ）】Ｓｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を撮影した画像を図に示であり、ＬＢＩＣによるＳｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を示す図である。
【図１２（ｂ）】Ｓｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を撮影した画像を図に示であり、ＥＬによるＳｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を示す図である。
【図１２（ｃ）】Ｓｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を撮影した画像を図に示であり、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）によるＳｉ太陽電池素子の表面の様子を示す図である。
【図１３】Ｓｉ太陽電池素子に生じる結晶欠陥および基板クラックの様子を撮影した画像を示す図である。
【図１４】Ｓｉ太陽電池素子の結晶粒界における誘起電流と温度変化との関連性を解析した結果を示す図である。
【図１５】レーザビーム誘起電流法による、粒界再結合速度と温度変化との関連性を解析した結果を示す図である。
【図１６】Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を変化させた際の、結晶欠陥（内因的欠陥）および基板クラック（外因的欠陥）の様子を撮影した画像を示す図であり、（ａ）は、室温時の内因的欠陥および外因的欠陥の様子を示しており、（ｂ）は、（ａ）における破線で囲った部分の拡大を示しており、（ｃ）および（ｄ）は、Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を１１０℃にした場合の（ａ）および（ｂ）それぞれの様子を示している。
【図１７】Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を変化させた際の、結晶欠陥（内因的欠陥）および基板クラック（外因的欠陥）の様子を撮影した、図１６とは異なる領域の画像を示す図であり、（ａ）および（ｂ）は、室温時の内因的欠陥および外因的欠陥の様子を示しており、（ｃ）および（ｄ）は、Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を１１０℃にした場合の（ａ）および（ｂ）のそれぞれの様子を示している。
【図１８】単結晶のＳｉ太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光の様子をとらえた画像を示す図である。
【図１９】単結晶のＳｉ太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光強度を調べた結果を示す図である。
【図２０】単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを用いた太陽電池素子に関して、電流密度を変化させた場合の発光強度（ＥＬ強度）の変化を調べた結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    評価装置
１１    電流導入部（電流導入手段）
１２    発光検出部（発光検出手段）
１４    温度制御部（温度制御手段）
２０    判定装置（判定装置、判定手段）
３０    交換指示装置
４０    通信ネットワーク
１００    メンテナンスシステム
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の一実施形態について以下に詳細に説明する。【００２９】
＜１．太陽電池の評価方法＞
図１を用いて、太陽電池モジュールの基本的な構成及び動作原理について簡単に説明する。ここでは、説明の便宜のため、シリコン半導体製の太陽電池素子を例に挙げて説明する。なお、本明細書において、文言「太陽電池素子」とは、光導電効果及び／又は光起電力効果によって光を受けて電流を発生させる最小構成単位の意であり、例えば、１０ｃｍ×１０ｃｍ角〜１５ｃｍ×１５ｃｍ角のものが挙げられる。また、「太陽電池モジュール」とは、この太陽電池素子が複数連結されて構成されているものをいい、例えば、上記太陽電池素子を１０〜５０枚程度連結した、０．５ｍ×０．５ｍ角〜１．０ｍ×１．０ｍ角程度のものを挙げることができる。なお、本明細書では「太陽電池モジュール」の中には、モジュールの集合体である「太陽電池パネル」を含む。また、単に「太陽電池」と称した場合は、太陽電池素子，太陽電池モジュール，または太陽電池パネルのいずれか、あるいはその全てを表すものとする。【００３０】
同図に示すように、シリコン半導体からなる太陽電池素子は、ｐ型シリコン層（以下「ｐ層」）の表面に薄いｎ型シリコン層（以下「ｎ層」）が形成されている構成である（なお、ここでは図示しないが、例えば、ｐ＋／ｎ型の太陽電池素子も存在し、同様に本発明を適用することができる）。ここで、Ｌｐはｎ層での少数キャリアである正孔の拡散長、Ｌｎはｐ層での少数キャリアである電子の拡散長、Ｗはｐｎ接合により形成された空乏層幅（電子も正孔も存在せずに、電界が存在する領域）である。拡散長は、簡単には光で生成された少数キャリアが多数キャリアと再結合して消滅せずに移動（拡散）できる距離である。【００３１】
光はｎ層の表面から照射される。このｎ層には多数のドナーが含まれているため、Ｌｐは短くなる。そのため、ｎ層は薄くし、光の吸収はほとんどｐ層で行う。図１の空乏層端からＬｎの範囲内で光により生成された電子・正孔対のうち、少数キャリアの電子は左方向に拡散し、空乏層に達することができる。この電子は、空乏層内の電界でｎ層側に移動し、光電流となる。一方、Ｌｎより離れたところで光により生成された電子・正孔対の電子は、空乏層に達するまでに多数キャリアの正孔と再結合し、熱になるため、光電流に寄与しない。【００３２】
このため、ｐ層の少数キャリアである電子の拡散長が長ければ長いほど、太陽電池素子の深部で生成した電子も電流に寄与することになり、光電変換性能が向上するといえる。このように、太陽電池素子において、少数キャリア（電子）の拡散長と光電変換性能とは密接に関連している。【００３３】
ここで、本発明者は、鋭意研究の結果、シリコン半導体からなる太陽電池素子に対して、電流を順方向に導通させると、ｐ層に少数キャリアの電子を導入することになり、その電子と正孔とがｐ層のなかで再結合することにより発光することを発見した。そして、さらに鋭意検討を重ねた結果、その発光特性のなかでも特に発光強度と少数キャリアの拡散長の分布とが１対１で対応している関係を見出した。したがって、太陽電池素子に電流を導入し発光させ、その発光特性を指標として、当該太陽電池素子の光電変換性能を簡便かつ正確に評価することができるという本願発明に関する技術を完成させた。【００３４】
すなわち、本発明に係る太陽電池の評価方法は、太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、少なくとも、上記太陽電池（例えば、太陽電池モジュール、若しくは太陽電池素子そのもの）を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入工程と、上記電流導入工程によって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出工程と、を含む方法であればよい。すなわち、上記工程以外の具体的な工程、材料、条件、使用する機器・装置等は特に限定されるものではなく、従来公知の方法等を好適に利用可能である。【００３５】
ここで、本明細書中、文言「性能評価」とは、太陽電池モジュールやその構成部材である太陽電池素子における光導電効果及び／又は光起電力効果についての性能評価の意である。また、上述したように、光電変換性能と少数キャリアの拡散長とは密接に関連しているため、少数キャリアの拡散長の評価を行うこともできる。【００３６】
電流導入工程において、「順方向に直流電流を導入」とは、図２に示すように、いわゆる太陽電池素子に対して順方向に直流電流を注入するためにバイアスをかけることであり、太陽電池素子のｐｎ接合のｐ型領域側に正（＋）、ｎ型領域側に負（−）の極性の外部電圧を印加することにより、順方向に直流電流を導入させることになる。【００３７】
本工程において、太陽電池素子に対して電流を導通させるための装置としては、従来公知の電源等を好適に利用することができ、特に限定されるものではないが、例えば、一般的な定電流源を用いることができる。【００３８】
また、発光検出工程では、太陽電池素子からの光の発光特性を検出できる従来公知の光検出手段を用いることができ、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。例えば、ＣＣＤカメラ等の従来公知の光検出器を用いることができる。また、発光特性の検出は、大型の光検出器や１次元走査のいわゆるラインスキャナを用いて、１度に太陽電池モジュール全体の発光特性を検出してもよいし、また、小型の光検出器を用いて、太陽電池モジュールの特定の位置の発光特性のみを検出してもよい。すなわち、光の検出工程については、その具体的な方法等は特に限定されるものではなく、従来公知の技術を好適に用いることができる。【００３９】
また、文言「発光特性」とは、発光強度、分光特性（各スペクトラムの発光強度）を含むものである。【００４０】
本発明に係る太陽電池の評価方法によれば、太陽電池素子が直列に複数連結して構成されている太陽電池モジュールの場合、１度の電流導入にて太陽電池モジュール全体の性能評価を行うことができる。すなわち、１度の電流導入を実行すれば、太陽電池モジュールを構成する全太陽電池素子に電流が流通することになるため、全太陽電池素子が発光する。この場合、本発明において、ルミネセンス面内分布の瞬時一括測定を行うことも可能である。具体的には、例えば、ＣＣＤなどによる２次元一括ならびに１次元ラインスキャナによる大面積対応を挙げることができるが、これに限定されるものではない。すなわち、太陽電池モジュール全体の発光特性を大型の光検出手段や１次元走査のラインスキャナにて１度に検出すれば、太陽電池モジュールのどの位置の太陽電池素子の性能が低下しているかを一目瞭然的に判断することができ、極めて簡便に評価できる。勿論、太陽電池素子１つのみの性能評価を行うことも可能である。【００４１】
ここで、発明者は、さらに鋭意検討を重ねた結果、基板クラック、電極破断、接触不良等の外因的要因の欠陥（以下「外因的欠陥」）と、基板材料の物性に起因する、結晶欠陥、転位、結晶粒界等の内因的要因の欠陥（以下「内因的欠陥」）とは、それぞれ温度依存性が異なることを見出した。具体的には、外因的欠陥は温度変化による影響を受けない一方、内因的欠陥は温度変化の影響を受けることを発見した。したがって、太陽電池素子または太陽電池モジュールに電流を導入して発光させるとともに、太陽電池素子または太陽電池モジュールを加熱し、加熱温度の変化による発光特性を指標として、外因的欠陥および内因的欠陥を区別して検出することができるという本願発明を完成させた。【００４２】
すなわち、本発明に係る太陽電池の評価方法は、さらに、太陽電池素子または太陽電池モジュールを加熱するとともに、加熱温度を可変制御する温度制御工程を含むことが好ましい。【００４３】
本発明に係る太陽電池の評価方法によれば、太陽電池素子または太陽電池モジュールの加熱温度を広範囲に変化させて、上記発光検出工程による発光特性の測定を行うことにより、太陽電池の性能の低下に起因する欠陥を簡便かつ正確に検出することができる。また、温度変化により欠陥の種類を容易に特定できるため、太陽電池の特性に特に重大な影響を与える機械的損傷である基板クラック（外因的欠陥）を容易に検出することができる。【００４４】
また、上述のように、少数キャリアの拡散長や面内欠陥の高速かつ簡便な２次元解析が可能となるため、解析結果を太陽電池素子の構造の最適化設計や、太陽電池素子の作製プロセスにフィードバックすることにより、高性能化および信頼性の向上を図ることができる。【００４５】
基板クラックは基板を横断して存在する大きなものばかりでなく基板内部の微小領域に発生するものもあり（ヘアクラック、マイクロクラックなどと呼ばれる）、少数キャリアの再結合中心として光生成電流を低下させたり、電流パスを遮断して直列抵抗を増加させるなど光電変換機能に悪影響を及ぼす。この外因的欠陥は、太陽電池材料の機械的強度の脆弱性ならびに太陽電池作製プロセス中に基板に及ぼされる外力（熱的歪なども含む）により発生することが多く、その欠陥を簡便に検出して作製プロセスの工程条件にフィードバックし改善を加えることにより、太陽電池の長期信頼性向上や生産歩留まりの増加に直結する。また、光電変換機能の低下の要因が、主として機械的強度に基づく外因的欠陥によるものか、材料物性に起因する内因的欠陥によるものかを明確に分別して解析することが、従来法と異なり簡便高速に可能となるため、光電変換機能の向上のための指針を、例えば、機械的プロセス工程の改善技術と不純物の低減による材料物性改善技術とに切り分けて実施することが可能となり、効果的に太陽電池の高機能化、高信頼性化をはかることができる。【００４６】
さらに、本発明に係る太陽電池の評価方法では、太陽電池素子または太陽電池モジュールを加熱する温度に対する、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定工程を含むことが好ましい。【００４７】
ここで「所定の値」とは、適宜設定可能であり、特に限定されるものではない。例えば、この値より低下した場合、十分な光電変換性能が得られないとするような、いわゆる閾値であってもよいし、また製造工場で生産した良品の太陽電池素子及び／又は不良品の太陽電池素子における発光特性の平均値を予め測定しておき、この値を所定の値としてもよい。そして、上記閾値または上記平均値に基づいて、発光強度の値と加熱温度の値との関係をテーブル化しておくことが好ましい。【００４８】
また、本判定工程では、例えば、発光強度を数値化して所定の値と比較してもよいし、発光特性を検出する光検出器としてＣＣＤカメラのような発光特性をそのままデジタル処理する機器を使用した場合、測定した発光強度をデジタル信号化して、予めデジタル化してある所定の値と比較してもよい。すなわち、本判定工程は、測定した発光特性と予め設定してある基準値とを比較して判定する工程であればよく、その具体的な方法としては従来公知の技術を好適に用いることができる。【００４９】
上記のように、判定工程を含むことにより、簡便かつ正確に性能・品質の良し悪しを判定することができる。【００５０】
さらに、本太陽電池の評価方法では、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池モジュールの性能を判定する判定工程を含んでいてもよい。具体的には、後述する実施例の図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、少数キャリアの拡散長と発光特性（例えば、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）においては発光強度）とは、相関関係がある。そして、上述したように、少数キャリアの拡散長と太陽電池素子の性能とは密接に関連している。【００５１】
このため、発光特性から少数キャリアの拡散長を算出し、その結果に基づいて太陽電池素子の性能を評価することができる。少数キャリアの拡散長を算出する具体的な手法としては、例えば、後述の図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、発光特性と少数キャリアの拡散長とをプロットした図からアナログ的な計算により算出することができる。なお、少数キャリアの拡散長の値の判断基準として、素子の構造に左右され、明確に定めることはできないが、長ければ長いほど好ましい。【００５２】
また、上記太陽電池の評価方法によって評価対象の太陽電池素子としては、従来公知の半導体材料を主要構成成分とする太陽電池素子であればよく、特に限定されるものではないが、好適にはシリコン半導体を主要構成部材として備えるものが好ましい。また、上記太陽電池素子に用いられるシリコン半導体は、単結晶、多結晶、またはアモルファスのシリコン半導体であることが好ましい。本明細書において「主要構成部材として備える」とは、シリコン半導体を主要な構成部材として備えていれば、その他にどのような部材、部品が設けられていてもよいという意である。【００５３】
なかでも特に、多結晶のシリコン半導体を主要構成部材として備える太陽電池素子であることが好ましい。多結晶のシリコン半導体を主要構成部材として用いて太陽電池素子を作製した場合、均一な面内分布を得ることが困難であるため、本発明に係る評価方法を用いた品質評価・性能チェックが非常に重要なものとなる。【００５４】
また、後述する実施例に示すように、単結晶及び／又は多結晶のシリコン半導体を主要構成部材とする太陽電池素子に、順方向に電流を導入させると、１０００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長領域の光を強く発する。したがって、本発明に係る太陽電池の評価方法では、上記発光検出工程にて検出する光の波長として、特に、１０００ｎｍ〜１３００ｎｍの領域の光を感度よく検出することにより、シリコン半導体製の太陽電池素子の性能評価を一層正確に行うことができる。【００５５】
また、上記電流導入工程において、導入する電流強度は、上記太陽電池素子の作動電流と略同じ強度であることが好ましい。ここで「太陽電池素子の作動電流」とは、評価対象の太陽電池素子に太陽光を照射した際に、実際に光電変換により発生する電流のことの意である。例えば、シリコン半導体製の太陽電池素子だと５〜４０ｍＡ／ｃｍ２であるが、この値に限定されるものではなく、各種太陽電池素子の材料・組成に応じて、適宜変更可能であることはいうまでもない。なお、上記数値範囲外であっても本発明の作用効果を奏することができる合理的な数値範囲は本発明の技術的範囲に含まれる。【００５６】
また、上記温度制御工程において、太陽電池素子または太陽電池モジュールに加える熱の温度は、室温〜１３０℃を含む範囲で可変させることが好ましい。後述する実施例の図１６に示すように、温度変化に依存する内因的欠陥は、太陽電池における温度が室温の場合には顕著に現れる一方、該温度を上昇させていくと、欠陥が不鮮明になっていく。したがって、温度変化に依存しない外因的欠陥は、高温領域において顕著に現れる。【００５７】
このように、実動作条件下での評価を行うことによって太陽電池素子の欠陥を、種類別に検出できるため、より一層正確に性能の評価が可能となる。【００５８】
なお、本発明に係る太陽電池の評価方法では、太陽電池モジュールが多数の太陽電池素子が直列に連結されて構成されている場合を想定して説明しているが、仮に、太陽電池モジュールが多数の太陽電池素子が並列に連結されて構成されている場合であっても、太陽電池素子が直列にて連結されている領域ごとに評価を行うことが可能である。【００５９】
また、本発明において、太陽電池素子に順方向へ電流を導入した後、ルミネセンス強度をＣＣＤカメラなどで直接測光観察する他、例えば、バンドパスフィルタ等を用いて分光分布測定や分光器による詳細スペクトラム測定を行い、これらの結果を併せて解析することも可能である。特に、多波長分光感度による拡散長の絶対測定結果と併せると絶対値の分布解析も可能となる。なお、この場合でも、本発明は従来のものとは異なり、電子線やレーザといったプローブ光を用いないのが特長である。【００６０】
以上のように、本発明に係る太陽電池の評価方法によれば、従来の太陽電池の評価方法に比べて、大がかりな設備を要することなく、簡便かつ正確に、太陽電池素子における欠陥を検出することができ、太陽電池素子の光電変換性能について評価することができる。具体的には、本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置は、順方向への電流の導入によるエレクトロルミネセンス法を用いているため、従来の技術に比べて、例えば、(i)走査プローブ（電子線、レーザ）が不要であり、簡便な測定を行い得る、(ii)大型の設備が不要なため、製品状態（製造工場で完成した状態、又は構造物に設置された状態）で観察・評価を行うことが可能である、(iii)実動作条件下（太陽光照射下では５〜４０ｍＡ／ｃｍ２の注入条件と同等）での評価を行うことができ、より正確に性能の評価が可能となる、(iv)スペクトル解析による詳細な物性解析への展開が可能である、(v)内因的欠陥および外因的欠陥を判別して検出することが可能である、等の特有の効果を奏する。【００６１】
さらに、逆方向電圧や高電界印加下による発光解析と容易に組み合わせることができ、少数キャリア物性とそれが影響を及ぼす素子性能の総合的評価が可能となる。【００６２】
また、本発明に係る太陽電池の評価方法では、上記電流導入工程において導入する電流強度を変化させ、かつ、上記発光検出工程において、上記電流導入工程における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するとともに、さらに上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する工程を有するものであってもよい。【００６３】
ここで、変化させる電流強度の範囲は、実動作条件（例えば、５〜４０ｍＡ／ｃｍ２）で行うことが好ましい。【００６４】
上記方法においてダイオード因子を算出する具体的な手法としては、例えば、後述する実施例の図２０に示すように、電流強度の変化（電流密度〔ｍＡ／ｃｍ２〕）と発光特性（例えば、発光強度等）の変化とを対数グラフ（ｘ軸として電流強度の変化、ｙ軸として発光特性の変化）としてプロットする。この場合、上記グラフの傾きが太陽電池素子のダイオード因子を表す。【００６５】
ダイオード因子は、その値が“１”に近いほど理想的なｐ−ｎ接合が形成できていることになり、エネルギー変換効率の点で有利となることが知られている。このため、上記グラフの傾きが“１”に近ければ太陽電池素子の性能が良好と判断でき、一方その傾きが“１”から離れるにつれ（１より大きくなるにつれ）、性能が不良と判断できる。つまり、本評価方法は、さらにダイオード因子が“１”に近いか否かに応じて太陽電池の性能を評価する工程を含んでいてもよいといえる。なお、上述の説明では、理想的な「拡散電流」成分が“１”であるということであり、その他の成分（再結合電流成分等）が混入すると、傾きは“１”よりも大きくなる。例えば、混入する成分が再結合電流のみであると傾きは“２”となる。【００６６】
なお、後述の実施例に示すように、検証の結果、発光強度が強いほど上記グラフの傾きは“１”に近づくことが確認できている。また、太陽電池素子に単結晶のシリコン半導体を用いた場合、拡散電流が支配的となり傾きが略“１”となり、また、太陽電池素子に多結晶のシリコン半導体を用いた場合、他の電流成分の影響が大きくなることがわかった。【００６７】
また、本発明に係る太陽電池の評価方法は、上述した方法以外でも、標準サンプルと比較して、性能の良・不良を判定してもよい。具体的には、例えば、あらかじめ（または事後的に）標準サンプルについて、本太陽電池の評価方法を実施しておく。そして、この標準サンプルの評価結果と、評価対象の太陽電池の評価結果とを比較することにより、簡便かつ確実に評価対象の太陽電池の性能を評価することができる。【００６８】
なお、本発明に係る評価方法によれば、定性的な評価だけでなく、画像処理方法と組み合わせて定量的な評価を行うことも可能である。例えば、発光強度の強弱のみを確認することにより、定性的に太陽電池の性能評価を行うことができるし、一方、発光特性を数値化して、その太陽電池素子の位置情報と数値情報とを厳密に解析することにより、定量的な評価を行うこともできる。なお、かかる定量的な評価の具体的な方法としては、本明細書の内容と出願当時の技術常識に基づけば、当業者であれば容易に実施することができるであろう。【００６９】
＜２．太陽電池の評価装置＞
本発明に係る太陽電池の評価装置は、太陽電池の光電変換性能についての評価を行う太陽電池の評価装置であって、上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入部（電流導入手段）と、上記電流導入部により電流が導入されることによって、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性を検出する発光検出部（発光検出手段）と、を備えるものであればよく、その他の具体的な構成、大きさ、形状等の条件は特に限定されるものではない。【００７０】
電流導入部は、太陽電池素子に対して順方向に直流電流を注入するための、いわゆる直流バイアスを印加することができるものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。すなわち、本電流導入部は、上記＜１＞欄にて説明した「電流導入工程」を実行するものであればよいといえる。例えば、従来公知の定電流源や定電圧源等を用いることができる。【００７１】
また、本電流導入部は、太陽電池素子の作動電流と略同じ強度の電流を導入することが好ましい。【００７２】
発光検出部は、順方向バイアスされることによって太陽電池素子が発光した際に、その発光特性を検出することができるものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。すなわち、本発光検出部は、上記＜１＞欄にて説明した「発光検出工程」を実行するものであればよい。例えば、ＣＣＤカメラやイメージインテンシファイアー等の従来公知の光検出器を好適に用いることができる。なお、ここでいう「発光特性」とは、上述のものと同義である。【００７３】
したがって、本発明に係る太陽電池の評価装置は、上記＜１＞欄で説明した「太陽電池の評価方法」を実行するためのものと換言できる。【００７４】
本発明に係る太陽電池の評価装置の評価対象は、上記方法と同様に、特に限定されるものではなく、半導体製の太陽電池一般に利用可能であるが、なかでも特にシリコン半導体を主要構成部材として備えるものを対象とすることが好ましい。このようなシリコン半導体を用いた太陽電池素子の場合、特に１０００ｎｍ〜１３００ｎｍの発光が観察されるため、上記発光検出部は、この領域（近赤外領域）の波長の光を検出できるものであることが好ましい。【００７５】
また、本発明に係る太陽電池の評価装置は、さらに、太陽電池素子または太陽電池モジュールの加熱温度を可変制御する温度制御部（温度制御手段）を備えていることが好ましい。【００７６】
温度制御部は、太陽電池素子または太陽電池モジュールに対して、加熱する温度を可変制御できるものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。すなわち、本温度制御部は、上記＜１＞欄にて説明した「温度制御工程」を実行するものであればよいといえる。かかる温度制御部を備えることによって、上記発光検出部により太陽電池素子または太陽電池モジュールの外因的欠陥および内因的欠陥を区別して検出することが可能となる。【００７７】
さらに、本発明に係る太陽電池の評価装置は、上記発光検出部によって検出された発光特性のうち、発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定部（判定手段）を備えることが好ましい。本判定部は、上記＜１＞欄にて説明した「判定工程」を実行するものであればよく、その具体的な構成等は特に限定されるものではない。例えば、従来公知のコンピュータ等の演算装置を好適に用いることができる。なお、ここでいう「所定の値」とは、上記＜１＞欄と同義であるため、ここではその説明を省略する。【００７８】
また、本発明に係る太陽電池の評価装置は、ラインスキャナ等の１次元走査機構のほか、２次元走査が可能な機構の走査部（走査手段）を備えていてもよい。かかる走査部を備えることにより、多数の太陽電池素子を備えた大型の太陽電池もモジュール全体をスキャニングしながら評価することができる。なお、走査部は、評価装置に設けていてもよいし、また逆に、評価対象の太陽電池素子に設けてもよい。なお、走査部によるスキャニングを行うことなく、太陽電池素子の上方から太陽電池モジュール全体を一度に評価することもできるし、太陽電池モジュールの一部分のみを評価することも可能である。【００７９】
また、本発明に係る太陽電池の評価装置では、さらに、上記発光検出部によって検出した発光特性のうち、発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池モジュールの性能を判定する判定部（判定手段）を備えていてもよい。この判定部は、上記＜１＞欄で述べた判定方法を実施するための判定手段といえる。それゆえ、本手段が行う具体的な内容については上記＜１＞欄を参酌できる。【００８０】
また、本発明に係る太陽電池の評価装置では、上記電流導入部は、導入する電流強度を変化させるものであり、かつ、上記発光検出部は、上記電流導入部における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するものであるとともに、さらに、上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する算出部（算出手段）を有するものであってもよい。上記算出部も、上記＜１＞欄で述べた評価方法を実施するための算出手段であればよく、従来公知の演算装置などを好適に用いることができる。それゆえ、本算出部が行う具体的な内容については上記＜１＞欄を参酌できる。つまり、本評価装置は、さらにダイオード因子が“１”に近いか否かに応じて太陽電池の性能を評価する評価部を含んでいてもよいといえる。【００８１】
また、本太陽電池の評価装置に関しては、上述した以外の事項についても、上記＜１＞欄で述べた太陽電池の評価方法に関する記載を適宜参酌・利用することができることはいうまでもない。【００８２】
次に、図３（ａ）に基づいて、本発明に係る太陽電池の評価装置の一実施形態について説明する。同図に示すように、本実施の形態に係る太陽電池の評価装置１０は、暗箱１、発光検出部１２、温度制御部１４、くし型プローブ４、銅板５、直流電源６、判定部２０を備えている。また、太陽電池素子７を評価対象としている。太陽電池素子７は、太陽電池素子が複数個連結した構成である。なお、太陽電池素子７は、太陽電池素子が複数個連結したモジュールであってもよい。【００８３】
暗箱１は、太陽電池素子７の発光特性を検出しやすくするための暗状態を形成するためのものである。なお、暗箱１には、窓穴が形成されている。この窓穴は、鉛直方向に設けられた太陽電池モジュールあるいはパネルを評価する際に用いられるものである。【００８４】
発光検出部１２は、ＣＣＤカメラからなる発光検出手段として機能するものであり、クールドＣＣＤ（Cooled CCD（−５０℃））２と、レンズ３とを備えている。発光検出部１２は、９０°回転可能に形成されている。これにより、鉛直方向に設けられた太陽電池モジュールを評価することができる。なお、上記レンズとしては通常のレンズやズームレンズ（Zoom Lens）を用いることができる。【００８５】
また、発光検出部１２としてＣＣＤカメラを用いて、サイズの違う太陽電池素子７を構成するセル（太陽電池素子）を評価する場合、下記表１に記載したような性能のＣＣＤカメラを用いることができる。【００８６】
【表１】
2007129585.tif 000003
具体的には、通常撮影モードでは、図３（ａ）に示すようにＣＣＤカメラを太陽電池素子の上部に設置して撮影を行うが、モジュール撮影モードの場合は、太陽電池モジュールを暗箱１の外に設置し、ＣＣＤカメラを９０°回転させて撮影・測定する。【００８７】
なお、通常撮影モードの場合の評価対象となる太陽電池素子７のサイズ（セルサイズ）は、例えば、大きさ：約１０ｍｍ×１０ｍｍ，２０ｍｍ×２０ｍｍ，１００ｍｍ×１００ｍｍ，１５０ｍｍ×１５０ｍｍ，１６０ｍｍ×１６０ｍｍ，２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ：０．３ｍｍ以下のものを用いることができる。【００８８】
また、本実施の形態では、発光検出部１２のレンズ３と太陽電池素子７との間の距離は、１５０ｍｍ以上４００ｍｍ以内に設定され、発光検出部１２は太陽電池素子７との間を上下移動可能に設置されることが好ましい。【００８９】
温度制御部１４は、太陽電池素子７を加熱するヒータ部１４ａと、加熱温度を可変制御する制御部１４ｂとから構成されており、室温から１３０度の範囲で可変可能である。図３（ｂ）は、温度制御部１４の概略構成を示す図である。同図に示すように、ヒータ部１４ａは、従来公知のペルチェ素子が用いられ、該ペルチェ素子を銅板５の裏面に貼り付けて構成されている。なお、ヒータ部１４ａに用いられる材料としては、ペルチェ素子に限定されるものではなく、例えばテープヒータ等を用いてもよい。【００９０】
くし型プローブ４は、太陽電池素子７に電流を印加するための表面コンタクトである。くし型プローブ４は、図示するように、くし型形状のプローブ１対から構成されており、太陽電池素子７を構成する太陽電池素子の電極１つにつき、くし１本が対応している。プローブの形状がくし型構造である場合、太陽電池素子７に均一に電流を印加することができるため、好ましい。【００９１】
特に、１００ｍｍ×１００ｍｍセル，１５０ｍｍ×１５０ｍｍセル，２００ｍｍ×２００ｍｍセルに対して用いるくし型プローブは、各パスバー電極の長さ・両電極間幅が異なるものとしてもよい。例えば、アトシステム製のくし状プローブ１対を用いることができる。この場合、２本のくし状プローブの幅間隔は調整可能なように構成されていることが好ましい。また、くし状プローブにおける“くし”同士の間隔は、特に限定されないが、例えば、９ｍｍであればよい。また、プローブのくし１本の太さは１ｍｍのものを使用できる。なお、くし型プローブは電極１本あたり１つ用いることが好ましい。【００９２】
なお、太陽電池素子が１０ｍｍ×１０ｍｍ，２０ｍｍ×２０ｍｍである場合、くし型プローブを用いることなく、ポジショーナーからのプローブ（１ヶ）を用いてもよい。【００９３】
また、銅板５は裏面コンタクトとして機能する。例えば、金メッキ銅板を用いることができる。この場合、太陽電池素子７を全面吸引することが好ましい。例えば、セルサイズが変化するので同中心状の正方形のみぞを掘り吸引することにより、安定性が向上する。上記みぞのサイズとしては、例えば、８ｍｍ×８ｍｍ，１８ｍｍ×１８ｍｍ，９８ｍｍ×９８ｍｍ，１４８ｍｍ×１４８ｍｍ，１９５ｍｍ×１９５ｍｍのものを挙げることができる。また、温度センサー及び／又は冷却装置を設けることが好ましい。太陽電池素子の温度を一定に保つことができ、測定・評価精度が向上するためである。【００９４】
直流電源６としては、通常のDC power supply（太陽電池素子に電流密度１〜５０ｍＡ／ｃｍ２で注入が可能なもの）のものを用いることができる。なお、電圧は、太陽電池素子や太陽電池モジュールを評価する場合は５Ｖ程度でよいが、太陽電池素子を多数直結した太陽電池モジュールを評価する場合は、１００Ｖ程度であることが好ましい。【００９５】
また、上記くし型プローブ４、銅板５、および直流電源６は、電流導入部１１として機能する。なお、くし型プローブ４は直流電源６のマイナス側と固定接続されており、銅板５は直流電源６のプラス側と固定接続されている。【００９６】
判定部２０は、太陽電池素子７の性能を評価する判定手段として機能するものである。本実施の形態では、イメージプロセッサー（Image Processor）を用いている。用いるソフトウェアは、本発明の目的を達せられるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、以下のような構成のソフトウェアを用いることが好ましい。
・画像の８ｂｉｔ（２８=２５６階調）または１６ｂｉｔ（２１６=６５５３６階調）保存可能なもの。
・太陽電子素子の発光特性を検出（撮影）後、画面上で範囲選択して、輝度プロファイルデータを取得・保存できるもの。
・分光可能なもの。
・高感度画像を取得できるもの（image intensifierカメラ）、例えば、逆方向電流印加時のエミッション測定ができるもの。【００９７】
また、以下の構成があれば、より好ましい。
・データを表計算ソフトで読み込み、画像とすると、撮影像の９０度回転した状態になっている点を改善したもの。
・ビニングモードの簡易な切り替えが可能なもの。
・発光強度のヒストグラムの自動作成プログラム。
・発光強度の弱い部分（暗い部分）の長さや幅の自動測定。１センチ以上のものの自動検出。
・選択範囲の発光強度の平均値算出。グリッド部分の値を差し引いた平均値も測定できることが好ましい。【００９８】
暗箱１内には、発光検出部１２、くし型プローブ４、銅板５、および太陽電池素子７が設置されている。発光検出部１２は、太陽電池素子７の発光特性を検出できる位置に設置されている。本実施の形態の場合、発光検出部１２は、太陽電池素子７の上部に設けられている。【００９９】
本太陽電池の評価装置１０の評価動作を説明する。まず、電流導入部１１により太陽電池モジュールを構成する太陽電池素子７に対して電流が導入される。そして、温度制御部１４により上記太陽電池素子７に対して加熱される。導入された電流により太陽電池素子７が発光し、加熱温度に応じて太陽電池素子７の発光特性が変化する。発光検出部１２は、太陽電池素子７の発光特性（本実施の形態の場合、発光強度）を検出して、太陽電池素子７の欠陥を検出する。発光検出部１２と判定部２０とは接続されており、発光検出部１２の検出結果は判定部２０に送られる。最後に判定部２０は、当該検出結果に基づいての太陽電池素子７を構成する太陽電池素子の性能を評価する。なお、温度制御部１４により加熱温度を可変させることによって、太陽電池素子７に存する欠陥の種類を特定することができる。【０１００】
以上のように、本発明に係る太陽電池の評価装置によれば、太陽電池の評価方法を簡便かつ確実に実施することができる。この場合、従来の評価装置のように、大型かつ複雑な装置は必要なく、簡便な装備で正確に太陽電池素子の欠陥を検出して、太陽電池素子の性能を評価することができる。【０１０１】
なお、上述の説明では、主として太陽電池素子や太陽電池モジュールの評価装置や評価方法について述べてきたが、本発明はこれに限られるものではなく、太陽電池モジュールが複数連結された太陽電池パネルの評価も行うことができる。この場合、必要に応じて、印加する電流の強度や電圧、プローブの形状等を適宜変更できる。例えば、順方向への電流を太陽電池素子１つあたり、１〜８０〔ｍＡ／ｃｍ２〕に相当する総電流となるように設定すればよい。また、太陽電池モジュールの大きさに応じて、暗箱から暗室へ変更してもよい。さらに、上述したように、太陽電池モジュールを鉛直方向に設置して、図３（ａ）における発光検出部１２を９０°回転させて撮影に用いてもよい。【０１０２】
＜３．利用＞
上述したように、本発明に係る太陽電池の評価方法及び評価装置は、従来の太陽電池の評価方法や評価装置に比べて、大がかりな設備を要することなく、簡便かつ正確に太陽電池モジュールの光電変換性能について評価することができる。【０１０３】
さらに、本発明に係る太陽電池の評価方法又は評価装置は、従来の技術に比べて、例えば、走査プローブ（電子線、レーザ）が不要であり、簡便な測定を行い得る、また大型の設備が不要なため、製品状態（製造工場で完成した状態、又は構造物に設置された状態）で観察・評価を行うことが可能である、等の理由により、構造物に設置されている太陽電池の評価を定期的に行う、メンテナンス方法又はメンテナンスシステムといったビジネスモデルを構築することができる。【０１０４】
すなわち、本発明には、上述した太陽電池の評価装置が、構造物に設置されている太陽電池モジュールの評価を実行する工程と、判定手段が、上記太陽電池モジュールの評価の結果に基づき、上記太陽電池モジュールにおいて、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する工程と、交換指示手段が、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する工程と、を含む太陽電池のメンテナンス方法が含まれる。【０１０５】
また、本発明には、上記メンテナンス方法を実行するためのメンテナンスシステムも含まれる。本発明に係るメンテナンスシステムは、上述した太陽電池の評価装置と、上記評価装置の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池モジュールにおいて、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する判定装置と、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示する交換指示装置と、を備えるものであればよい。【０１０６】
本明細書において、文言「構造物に設置されている太陽電池モジュール」とは、家屋やマンション等の居住施設やショッピングモールやオフィスビル等の商業施設等の構造物に、既に設置されている太陽電池モジュールをいい、例えば、太陽電池モジュールの製造工場において、製造中又は製造直後の太陽電池であって、構造物に設置されていないものは除く意である。【０１０７】
図４に、本実施の形態に係るメンテナンスシステムの一例を模式的に示した機能ブロック図を示す。同図に示すように、本発明に係るメンテナンスシステム１００は、評価装置１０、判定装置２０、交換指示装置３０を備えている。評価装置１０は、電流導入部１１、発光検出部１２、温度制御部１４を備えている。交換指示装置３０は、通信ネットワーク４０を介して、交換事業者の端末５０と接続されている。なお、通信ネットワーク４０及び／又は交換事業者の端末５０は、上記メンテナンスシステムに含まれていてもよいし、外部の任意のネットワークや任意の端末を利用してもよい。【０１０８】
電流導入部１１、発光検出部１２、温度制御部１４は、それぞれ上記電流導入工程、上記発光検出工程、上記温度制御工程を実行するものである。【０１０９】
判定装置２０は、上記評価装置１０の評価結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池モジュールにおいて、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定するものであり、コンピュータ等の従来公知の演算装置を好適に用いることができる。【０１１０】
交換指示装置３０は、上記所定の値より性能が低下している太陽電池素子の交換を、通信ネットワークを介して、太陽電池素子の交換事業者に対して指示するものであり、例えば、インターネット等の通信回線に接続可能なコンピュータ等の演算装置を用いることができる。【０１１１】
なお、本実施の形態では判定装置２０と交換指示装置３０とを別々の装置として記載しているが、１台のコンピュータを判定装置及び交換指示装置として用いることができることは言うまでもない。【０１１２】
また、通信ネットワーク４０は、例えば、有線を用いた専用回線であってもよいし、インターネット等の回線を用いてもよい。また、携帯電話回線や無線を用いたネットワークを利用することもできる。【０１１３】
交換事業者の端末５０は、交換指示装置３０からの交換指示を認識できる端末であればよく、好ましくは、表示部（例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ）又は出力部（例えば、プリンタ）を備えていることが好適である。【０１１４】
次いで、図５に、本実施の形態に係るメンテナンスシステムのフローの一例を示す。同図に示すように、まず、メンテナンスシステム１００において、評価装置１０の電流導入部１１が、メンテナンス対象の太陽電池モジュールに対して電流導入工程を行う（ステップ１、以下ステップを“Ｓ”と記載する）。次に、評価装置１０の温度制御部１４が、上記太陽電池モジュールに対して加熱する温度制御工程を行う（Ｓ２）。次に、評価装置１０における発光検出部１２が、Ｓ１の処理によって太陽電池モジュールから発した光の発光特性を検出する（Ｓ３）。【０１１５】
次いで、判定装置２０が、発光検出部１２の検出結果に基づき、構造物に設置されている太陽電池モジュールにおいて、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在するか否かを判定する（Ｓ４）。そして、Ｓ５において、判定装置２０が、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在すると判定した場合（“Ｙ”）、Ｓ６に移行する。Ｓ６では、交換指示装置３０が、通信ネットワーク４０を介して、交換事業者の端末５０に対して、性能が劣化した太陽電池素子の交換を連絡し、処理を終了する。【０１１６】
一方、Ｓ５において、判定装置２０が、所定の値より性能が低下している太陽電池素子が存在しないと判定した場合（“Ｎ”）、そのまま処理を終了する。【０１１７】
以上のように、本発明に係る太陽電池のメンテナンス方法又はメンテナンスシステムによれば、大型の装置を用いる必要はなく、簡便な評価装置を用いて容易に太陽電池の品質評価を行うことができるため、構造物に設置済みの太陽電池モジュールであっても定期的にメンテナンスを行うことが可能である。このため、太陽電池モジュールの品質を一定のレベルに維持することができる。【０１１８】
上述したように、従来、太陽電池の評価を行うためには、大型の装置を用いる必要があり、家屋等の構造物に設置された太陽電池モジュールの性能を評価し、定期的にメンテナンスを行うことが不可能であった。しかし、本発明は、従来のように大型の装置を必要としないため、初めて構造物に設置されている太陽電池の性能を評価することが可能となった。【０１１９】
また、例えば、ソーラシミュレータ等を用いた従来の性能評価では、太陽電池モジュール全体の光電変換効率について検査することになり、モジュールのどの位置の太陽電池素子の変換効率が悪いのかを詳細に解析できない。このため、仮に太陽電池モジュールの性能が低下していることが判明した場合でも、太陽電池モジュール一式全体を交換する必要があり、非常に無駄が多い。【０１２０】
一方、本発明によれば、太陽電池モジュールを構成する多くの太陽電池素子のうち、どの太陽電池素子の性能が低下しているのかを発光特性を指標として、一目で判断することができる。このため、太陽電池モジュール全体を交換する必要がなく、性能の低下した太陽電池素子のみの交換が可能であり、極めて効率的である。【０１２１】
ここで、太陽電池モジュールの製造の際の製品検査方法の一例について説明する。図６は、０．７ｍ×１ｍの太陽電池モジュールの様子を撮影した画像を示す図である。なお、太陽電池モジュールを構成する太陽電池素子の一部を拡大した画像を左下に示す。同図に示すように、太陽電池モジュールの製造工程において、太陽電池モジュールの発光特性を常時モニタリングすることによって、内因的欠陥および外因的欠陥を検出することが可能となる。そのため、欠陥部分のみの修復・交換が可能となる。このように、本発明の評価装置は、製造工程に組み込んで検査を行うことができるため、自動的に全数検査を行うことができ、欠陥のない太陽電池モジュールを提供することが可能となる。【０１２２】
燦燦と降り注ぐ太陽光線から、太陽電池を用いて直接電気エネルギーを発生する太陽光発電は、近年、その技術開発が急激に進歩し、日常の電力発生法として利用されるようになっている。２１世紀の人類文明を化石エネルギー汚染から守る本格的なクリーンエネルギーとしてその普及が期待されている。【０１２３】
太陽光発電は入力となる太陽輻射エネルギーが無尽蔵で、しかも“ただ”であるという太陽エネルギー本来のメリットの他に、半導体の量子光電効果を利用していることに起因して熱エネルギーを媒介としないことから、可動部分がなく、“静かで安全、無公害”な電気エネルギーの取得法と考えられている。こうした種々の特長を有しながら、太陽電池には高価な高純度なシリコン等を用いる必要があり、発電コストが高いことが普及を阻んでいる大きな原因の一つである。そのコスト高の一つとして、その高額さゆえに、性能が低下したからといって全体を交換することは事実上不可能であり、設置済みの太陽電池モジュールについて適切なメンテナンス方法がないことも太陽電池の普及を阻む原因の一つでもあった。【０１２４】
しかし、本発明に係る太陽電池のメンテナンス方法又はメンテナンスシステムによれば、上述したように、設置済みの太陽電池モジュールについても容易にメンテナンスを行うことができる。このため、本発明は、単に太陽電池モジュールの製造の際に、製品検査を行うためだけに用いられるものではなく、太陽電池モジュールの普及に寄与するメンテナンス方法へも利用可能である。このように本発明は、単に一産業上の有用性だけでなく、地球環境の面からも非常に有用なものである。【０１２５】
また、本発明を用いることにより、例えば、外光の無い状態（例えば、夜や暗室）で、太陽電池からの発光を赤外線ＣＣＤカメラにて撮影し、当該撮影後の画像の濃淡をあらかじめ決めておいた基準データと比較（コンピュータによる情報処理等による比較処理）することにより、メンテナンスを行うことも可能である。この場合、例えば、発光強度が低下している部分（例えば、図８（ａ）の黒い部分）が一定以上の割合で存在すると、太陽電池素子の交換時期であると判定することができる。【０１２６】
なお、上記の説明では、太陽電池の評価装置の一部の例を用いたメンテナンス方法やメンテナンスシステムについて説明したが、当然、上記メンテナンス方法やメンテナンスシステムには、本明細書において説明した様々な太陽電池の評価装置を好適に用いることができることを念のため付言しておく。【０１２７】
最後に、上記評価装置、判定装置、交換指示装置等のメンテナンスシステムの各ブロック（以下単に「評価装置等」と称する）は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。【０１２８】
すなわち、上記評価装置等は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラム及び各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである評価装置等の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記評価装置等に供給し、そのコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。【０１２９】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。【０１３０】
また、評価装置等１０を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを、通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。【０１３１】
以下実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。【０１３２】
〔実施例〕
多結晶のシリコン半導体からなるＳｉ太陽電池素子に対して、順方向に５〜４０ｍＡ／ｃｍ２の電流を導入して解析した。本実施例では、冷却ＣＣＤカメラ（浜松ホトニクス社製、Ｃ９２９９−０２）を用いた。まず、電流を導入した際のＳｉ太陽電池素子の様子を撮影した画像を図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。図７（ａ）は、Ｓｉ太陽電池素子の発光の様子を示す図であり、図７（ｂ）は、表面の電極形状等の光学写真である。図７（ａ）では、電極から導入された電流によりエレクトロルミネセンス（ＥＬ）発光が観測されている。通常の光学写真では観測されない粒界や欠陥がＥＬ発光像で明確に見られる。【０１３３】
次に、電流を導入した際の、１ｃｍ×１ｃｍの大きさのＳｉ太陽電池素子の様子を撮影した画像を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。図８（ａ）は、Ｓｉ太陽電池素子の発光の様子を示す図であり、図８（ｂ）は、Ｓｉ太陽電池素子の少数キャリア（電子）の拡散長を示す図である。【０１３４】
図８（ａ）に示すように、Ｓｉ太陽電池素子に電流を導入すると、Ｓｉ太陽電池素子が強く発光していることがわかる。なお、白っぽく見える部分が強く発光している領域であり、黒く見える部分が発光の弱い領域である（なお、カラー画像の場合、赤くなっている部分が強く発光しており、黄から青い部分が発光の弱い部分である）。例えば、図８（ａ）中の破線で囲んだ領域Ａ〜Ｆは発光の弱い領域である。【０１３５】
また、図８（ｂ）には少数キャリアの拡散長の分布を示しており、グレーに見える領域は拡散長の長い領域であり、白っぽく見える部分と黒く見える部分は拡散長が短くなっている領域である（なお、カラー画像の場合、赤・橙色に近づくほど拡散長が長い部分であり、色が青から紫に近づくにつれて拡散長が短くなっていく）。例えば、図８（ｂ）中の破線で囲んだ領域Ａ〜Ｆは拡散長が短くなっている領域である。【０１３６】
これら図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、Ｓｉ太陽電池素子に電流を導入した場合に強く発光している部分と拡散長が長い部分とが一致しており、また弱く発光する部分と拡散長が短い部分とが一致していることがわかる。このことから、Ｓｉ太陽電池素子に電流を導入した場合の発光強度等の発光特性と少数キャリアの拡散長とは密接に関連していることがわかった。ここで、少数キャリアの拡散長は、太陽電池の光電変換効率と連動していることから、Ｓｉ太陽電池素子に電流を導入した際の発光特性について、さらに詳細に解析した。【０１３７】
具体的には、まず、Ｓｉ太陽電池素子に５〜４０ｍＡ／ｃｍ２の電流を導入した場合の発光強度（EL intensity）と太陽電池モジュールから発せられた光の分光特性を解析した。その結果を図９に示す。なお、分光特性は、分光器（日本分光（株）製、Ｍ５０）、及びゲルマニウム検出器（EDINBURGHINSTRUMENT社製、ＥＩ−Ｌ）を用いて、操作マニュアルに従い測定した。【０１３８】
同図に示すように、Ｓｉ太陽電池素子に対して電流を導入した場合、波長１０００ｎｍ〜１３００ｎｍにピークを有する発光が認められた。【０１３９】
次に、Ｓｉ太陽電池素子に対して導入する電流の大きさと発光強度の関係を検討した。その結果を図１０に示す。同図に示すように、導入する電流が大きくなるにつれ、発光強度も強くなっていくことがわかった。【０１４０】
次いで、Ｓｉ太陽電池素子の拡散長と発光強度との関連性を解析した結果を図１１（ａ）に示す。なお、図１１（ａ）には、それぞれ導入する電流の大きさを変化させた場合の結果を示している。【０１４１】
同図に示すように、電流の大きさが異なる場合であっても、発光強度と少数キャリアの拡散長とは比例関係にあることがわかった。ここで、少数キャリアの拡散長が増加すれば、太陽電池の光電変換能が向上することが知られている。このため、太陽電池に電流を導入し、その際の発光強度を指標として、当該太陽電池の光電変換性能を評価することができることがわかった。【０１４２】
また、図１１（ａ）の結果のうち、特に、導入電流の大きさ（Forward Current）が６ｍＡ／ｃｍ２，１３．５ｍＡ／ｃｍ２，１８．７ｍＡ／ｃｍ２の場合について、Ｓｉ太陽電池素子の拡散長と発光強度との関連性を解析した結果を別のグラフとして図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）中、上の２本の直線は左側の縦軸を使用し、下の１本のみ右側の縦軸を使用して示している。これは発光強打が広い範囲で変化したためである。同図より、発光強度と拡散長とは比例関係にあることがわかった。【０１４３】
次に、Ｓｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を撮影した画像を図に示す。図１２（ａ）は、ＬＢＩＣにより解析したＳｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を示す図である。図１２（ｂ）は、太陽電池素子に電流を導入して発光させるＥＬ法により撮影したＳｉ太陽電池素子の結晶欠陥の様子を示す図である。図１２（ｃ）は、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）により撮影したＳｉ太陽電池素子の表面の様子を示す図である。図１２（ａ）のＬＢＩＣによる像では欠陥が観測されたが、これは、とくに表面付近においてレーザにより過剰少数キャリアを導入したためであり、基板内部の欠陥は観測されなかった。また、レーザ光を走査して撮像しているため取得に５〜１０分の時間を要した。それと比して図１２（ｂ）に示すようにＥＬ法により撮影した像（ＥＬ像）では粒界や基板内部の欠陥部分も含めて観察されていると考えられ、撮像時間は１秒以下であった。いすれにしても図１２（ｃ）のＳＥＭでは粒界などは観測されなかった。【０１４４】
図１３の（ａ）〜（ｆ）は、Ｓｉ太陽電池素子に生じる結晶欠陥および基板クラックの様子を撮影した画像を示している。図１３の（ａ）では電極端からクラックの発生したことがわかった。これは、端部において電極接続時に機械的圧力が多くかかったためと思われる。図１３の（ｂ）および（ｆ）では、電極フィンガーの破断（例えばクラック発生に起因すると思われる）による直線的な黒色部が見られる。図１３の（ｂ）〜（ｅ）では多種多様なクラックが検出され光電変換機能に重大な影響を与えていることがわかる。電流の導入によるＥＬ発光は太陽光照射による電流取り出しと物理的には対称である。すなわち、ＥＬ像で暗いところは、逆に、太陽光照射によっても十分に電流を収集できない部分を表している。さらに、クラックの存在は機能の低下、素子の長期信頼性に重大な悪影響を与えるのは必至であり、その状態を簡便高速に検出できる本手法の特徴を示している。【０１４５】
次いで、Ｓｉ太陽電池素子の結晶粒界における誘起電流と温度変化との関連性を解析した結果を図１４に示す。なお、本実験例では、レーザビーム誘起電流法により、２０℃〜９０℃の温度域において測定を行った。同図に示すように、結晶粒界においては、温度変化の影響を受けることが分かった。すなわち、基板の物性に起因する内因的欠陥は、温度依存性があることが分かった。このことは、次の図１５に示す解析結果からも考察できる。【０１４６】
図１５は、レーザビーム誘起電流法による、粒界再結合速度と温度変化との関連性を解析した結果を示す図である。同図に示すように、温度の上昇とともに粒界再結合速度が低下することが分かった。すなわち、この結果からも、内因的欠陥は、温度依存性があると言える。【０１４７】
次に、Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を変化させた際の、結晶欠陥（内因的欠陥）および基板クラック（外因的欠陥）の様子を撮影した画像を図１６に示す。図１６において、（ａ）は、室温時の内因的欠陥および外因的欠陥の様子を示しており、（ｂ）は、（ａ）における破線で囲った部分の拡大を示しており、（ｃ）および（ｄ）は、Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を１１０℃にした場合の（ａ）および（ｂ）それぞれの様子を示している。同図において、霧状に黒く見える部分が結晶欠陥の集合体であり、線状に黒く見える部分が基板クラックである。【０１４８】
同図に示すように、Ｓｉ太陽電池素子に加える温度を室温から１１０℃に変化させると、結晶欠陥を示す黒色部が薄くなることが分かった。一方、基板クラックについては、温度変化の影響を受けず、黒色部の変化は見られなかった。この結果は、図１６に示す撮影領域とは異なる領域の画像を示す図１７からも考察できる。図１７においても破線で囲んだ部分の中にある欠陥によるややぼやけた黒色線が加熱により消え、クラックによる部分のみ明瞭になってきている（破線枠内の変化に注目）。【０１４９】
このように、Ｓｉ太陽電池素子を加熱した場合、内因的欠陥である結晶欠陥の黒色部は薄く変化する一方、外因的欠陥である基板クラックの黒色部分は変化しない。そのため、Ｓｉ太陽電池素子に生じる内因的欠陥および外因的欠陥を明瞭に分別することが可能となる。【０１５０】
続いて、単結晶のシリコン半導体を用いたＳｉ太陽電池素子についても、電流を導入することにより、発光が認められるか否かを検討した。その結果を図１８及び図１９に示す。図１８には、単結晶のＳｉ太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光の様子をとらえた画像を示す。図１９には、単結晶のＳｉ太陽電池素子に対して電流を導入した場合の発光強度を調べた結果を示す。【０１５１】
また、単結晶シリコンおよび多結晶シリコンを用いた太陽電池素子に関して、電流密度を変化させた場合の発光強度（ＥＬ強度）の変化を調べた。具体的には、１５ｃｍ×１５ｃｍの結晶系シリコンからなる太陽電池素子に対して電流を導入して、発光強度を調べた。【０１５２】
その結果を図２０に示す。同図に示すように、単結晶シリコンを用いた太陽電池素子は、拡散電流が支配的なため、傾きが略１となることがわかった。また、多結晶シリコンの場合、他の電流成分の影響を受けるが、ＥＬ強度が強いほど傾きは１に近づくことがわかった。この傾きは、ダイオード因子を表し、１に近いほど、太陽電池素子の性能が良好となる。【０１５３】
以上のように、本発明の太陽電池の評価方法では、上記発光検出工程において、検出した発光特性のうち発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定工程を含むことが好ましい。【０１５４】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記発光検出工程において検出した発光特性のうち発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判定する判定工程を含むことが好ましい。【０１５５】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記電流導入工程において導入する電流強度は、上記太陽電池素子の作動電流と略同じ強度であることが好ましい。【０１５６】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記電流導入工程において導入する電流強度を変化させ、かつ、上記発光検出工程において、上記電流導入工程における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するとともに、さらに上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する工程を有することが好ましい。【０１５７】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記温度制御手段において、上記太陽電池を加熱する温度は、室温〜１３０℃を含む範囲であることが好ましい。【０１５８】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記太陽電池素子は、シリコン半導体を主要部材として構成されるものであることが好ましい。【０１５９】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記シリコン半導体は、単結晶、多結晶、またはアモルファスのシリコン半導体であることが好ましい。【０１６０】
また、上記太陽電池の評価方法では、上記発光検出工程にて検出する光の波長が、１０００ｎｍ〜１３００ｎｍの領域の光であることが好ましい。【０１６１】
また、本発明の太陽電池の評価装置は、上記発光検出手段によって検出された発光特性のうち、発光強度の強弱を指標として、発光強度が所定の値より大きい場合には評価を良好と判定し、発光強度が所定の値より小さい場合には評価を不良と判定する判定手段を備えることが好ましい。【０１６２】
また、上記太陽電池の評価装置では、上記発光検出手段によって検出した発光特性のうち、発光強度に基づいて、少数キャリアの拡散長を算出し、当該拡散長を指標として、太陽電池の性能を判定する判定手段を備えることが好ましい。【０１６３】
また、上記太陽電池の評価装置では、上記電流導入手段は、導入する電流強度を変化させるものであり、かつ、上記発光検出手段は、上記電流導入手段における電流強度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出するものであるとともに、さらに、上記電流強度の変化および発光特性の変化に基づいて、上記太陽電池素子のダイオード因子を算出する算出手段を有することが好ましい。【０１６４】
なお、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【産業上の利用の可能性】
【０１６５】
本発明に係る太陽電池の評価方法等は、太陽電池モジュールを製造するの際に行われる品質検査だけでなく、例えば、設置済みの太陽電池モジュールの定期的なメンテナンスにも利用可能であり、単なる検査機器等にとどまらず、広範な産業上の利用可能性が存在する。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１９】
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【図２０】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１２（ｃ）】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年10月15日(2007.10.15)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
太陽電池の性能評価を行う太陽電池の評価方法であって、
上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入工程と、
上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御工程と、
上記電流導入工程による電流の導入および上記温度制御工程における加熱温度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出する発光検出工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の評価方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
太陽電池の光電変換性能についての評価を行う太陽電池の評価装置であって、
上記太陽電池を構成する太陽電池素子に対して、順方向に直流電流を導入させる電流導入手段と、
上記太陽電池素子を加熱するとともに、加熱する温度を可変制御する温度制御手段と、
上記電流導入手段による電流の導入および上記温度制御手段における加熱温度の変化に応じて、上記太陽電池素子から生じる光の発光特性の変化を検出する発光検出手段と、を備えることを特徴とする太陽電池の評価装置。
【国際調査報告】
2007129585.tif 000030
2007129585.tif 000031
2007129585.tif 000032