太陽電池評価装置および太陽電池評価方法
【課題】太陽電池の電気特性の低下の原因を推定する。
【解決手段】太陽電池評価装置１は、第１光照射部１１、第２光照射部１２、分光エリプソメータ１３および電気測定部１４を備える。太陽電池評価では、第１光照射部１１が複数の太陽電池セル９１を跨いで光を照射して太陽電池９を導通状態とする。第１光照射部１１により光が照射されている間、第２光照射部１２により、複数の太陽電池セル９１の複数の測定位置のぞれぞれに光が照射され、電気測定部１４により短絡電流が測定される。また、各測定位置への光照射による短絡電流が測定される毎に、分光エリプソメータ１３により、当該測定位置における太陽電池セル９１の複数種類の測定値が測定される。これにより、複数の測定位置に対応する短絡電流と複数種類の測定値との比較が可能となり、太陽電池９の電気特性の低下の原因が推定される。
【解決手段】太陽電池評価装置１は、第１光照射部１１、第２光照射部１２、分光エリプソメータ１３および電気測定部１４を備える。太陽電池評価では、第１光照射部１１が複数の太陽電池セル９１を跨いで光を照射して太陽電池９を導通状態とする。第１光照射部１１により光が照射されている間、第２光照射部１２により、複数の太陽電池セル９１の複数の測定位置のぞれぞれに光が照射され、電気測定部１４により短絡電流が測定される。また、各測定位置への光照射による短絡電流が測定される毎に、分光エリプソメータ１３により、当該測定位置における太陽電池セル９１の複数種類の測定値が測定される。これにより、複数の測定位置に対応する短絡電流と複数種類の測定値との比較が可能となり、太陽電池９の電気特性の低下の原因が推定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への注目の高まりにより、クリーンな太陽光を利用する太陽電池の開発が行われている。太陽電池として、例えば、シリコン結晶型、シリコン薄膜型、化合物半導体型、色素増感型のものが実現され、特に、大面積化および低コスト化が可能なシリコン薄膜型太陽電池が次世代の太陽電池として注目されている。
【０００３】
また、太陽電池の開発に伴い、太陽電池の電気特性を測定する様々な手法が提案されている。例えば、特許文献１に開示される太陽電池評価装置は、太陽電池の全面に光を照射する全体照明光源、スポット状の光を照射する部分照明光源、および、太陽電池に発生する電流を測定する電流測定器を備える。太陽電池評価装置の駆動時には、全体照明光源が太陽電池全体に光を照射するとともに、部分照明光源による光スポットの照射位置が太陽電池上を走査する。電流測定器では、部分照明光源による光の照射に並行して太陽電池の電流出力値が順次測定される。太陽電池モジュール上に欠陥部分が存在すると、欠陥部分が照射位置となる際に電流出力値が低下するため、欠陥部分の位置の検出が可能となる。
【０００４】
特許文献２に開示される太陽電池の性能評価装置は、太陽電池に光を照射するとともに光源兼用測定電極および対向測定電極を備える。性能評価装置の駆動時には、光源兼用測定電極が太陽電池に光を照射しつつ太陽電池の表面に接触し、対向測定電極が太陽電池の裏面に接触する。これにより、太陽電池の電極接触部における回路短絡電流や回路開放電圧等が測定される。
【０００５】
特許文献３に開示される太陽電池モジュールの特性測定装置では、キセノンランプから太陽電池に向けてパルス光が照射され、パルス光の照射に同期して電流源の電流を変化させつつ電圧計により電圧が測定される。これにより、太陽電池モジュールのＩＶ特性（電流電圧特性）が取得される。特許文献４に開示される太陽電池セル特性の評価方法では、まず、ソーラーシミュレータにて発生したロングパルス光が太陽電池セルの１つのユニットセルに照射される。太陽電池セルの背面電極には測定端子が接続されており、ロングパルス光が照射されている間に測定端子の負荷を複数回調整して電圧および電流が複数回測定され、特性パラメータが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１１２１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１４４９号公報
【特許文献３】特開２００１−１０２６０９号公報
【特許文献４】特開２００５−１９７４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、太陽電池の電気特性には、半導体層や透明電極の膜厚、光吸収特性、光学バンドギャップ等の光学特性が複雑に影響しており、特許文献１ないし４に示されるように電流や電圧を測定しても電気特性の低下の原因は特定されない。このため、太陽電池の製造における歩留まりを効率よく向上することができない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、製造プロセスにおける太陽電池の電気特性の低下の原因を推定して歩留まりを向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価装置であって、受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする第１光照射部と、前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的に光を順次照射する第２光照射部と、前記複数の測定位置のそれぞれに光が照射された際に前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定する電気測定部と、前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度のうち少なくとも１つに対応する測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得する光学測定部とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池評価装置であって、前記光学測定部が、複数種類の測定値を取得し、前記複数の測定位置における前記複数種類の測定値である複数種類の測定値分布と、前記電気測定部により取得された前記複数の測定位置における電気特性である電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する種類特定部をさらに備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の太陽電池評価装置であって、前記光学測定部が、分光エリプソメータである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、前記電気測定部および前記光学測定部の相対位置を一定に保った状態にて、前記電気測定部および前記光学測定部を前記複数の太陽電池セルの配列方向に相対的に移動する移動機構をさらに備える。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、前記第１光照射部が、前記複数の太陽電池セルに沿ってライン状の光を照射する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、前記複数の太陽電池セルが、第１の波長の光の照射により第２の波長の光よりも効率よく発電を行う第１発電層と、前記第２の波長の光の照射により前記第１の波長の光よりも効率よく発電を行う第２発電層とを積層して有し、前記第２光照射部が、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを個別に前記複数の測定位置に照射する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価方法であって、ａ）受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする工程と、ｂ）前記ａ）工程が行われている間に、前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的にさらに光を順次照射する工程と、ｃ）前記ｂ）工程おける前記複数の測定位置への光の照射に同期して、前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定することにより、電気特性分布を取得する工程と、ｄ）前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度の少なくとも２つに対応する複数種類の測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得することにより、複数種類の測定値分布を取得する工程と、ｅ）前記複数種類の測定値分布と、前記電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、製造プロセスにおける太陽電池の電気特性の低下の原因を推定して歩留まりを向上することができる。請求項２の発明では、複数種類の測定値のうち電気特性に影響するものを特定することができる。請求項６の発明では、太陽電池セルの各発電層における品質評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】太陽電池評価装置を示す図である。
【図２】太陽電池セルの断面図である。
【図３】太陽電池評価装置の構成を示す図である。
【図４】第１光照射部および第２光照射部を示す図である。
【図５】制御部の構成を示す図である。
【図６】太陽電池評価装置の動作の流れを示す図である。
【図７】太陽電池の平面図である。
【図８】電気特性分布を示す図である。
【図９】測定値分布を示す図である。
【図１０】他の測定値分布を示す図である。
【図１１】さらに他の測定値分布を示す図である。
【図１２】第２光照射部の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る太陽電池評価装置１を示す図である。太陽電池評価装置１は、シリコン薄膜型太陽電池９（以下、単に「太陽電池９」という。）の品質の評価に利用される。太陽電池９では、帯状の複数の太陽電池セル９１が図１中のＺ方向に垂直な受光面９２に沿って配列される。複数の太陽電池セル９１は互いに直列に接続され、太陽電池９の出力電圧は、太陽電池セル９１の出力電圧の和となる。太陽電池９では、太陽電池セル９１間における電子と正孔との再結合により電流が発生するため、電流の大きさは、発電効率が最も低い太陽電池セル９１にて発生する電流の大きさとほぼ同じとなる。
【００１９】
図２は太陽電池セル９１の断面図である。ただし、厚さを強調して示している。太陽電池セル９１は二層の発電層が積層されたタンデム型であり、上部に水素化アモルファスシリコンを主成分とする第１の発電層（以下、「トップセル９１１」という。）および下部に微結晶シリコンを主成分とする第２の発電層（以下、「ボトムセル９１２」という。）を有する。トップセル９１１の上側には、透明電極９１３およびガラス基板９１４が位置し、ボトムセル９１２の下側には裏面電極９１５が位置する。
【００２０】
トップセル９１１は、ｐ−ｉ−ｎ構造となっており、ｐ型半導体の層９１１１とｎ型半導体の層９１１２との間に真性半導体の層９１１３が形成される。ボトムセル９１２においても、ｐ型半導体の層９１２１とｎ型半導体の層９１２２との間に真性半導体の層９１２３が形成され、真性半導体の層９１２３の膜厚は、トップセル９１１における真性半導体の層９１１３の５〜１０倍である。
【００２１】
トップセル９１１では、吸収スペクトル帯のピーク値がおよそ５００ｎｍであり、可視光が照射されることにより、赤外光が照射される場合よりも効率よく発電が行われる。ボトムセル９１２では、吸収スペクトル帯のピーク値がおよそ８５０ｎｍであり、赤外光が照射されることにより、可視光が照射される場合よりも効率よく発電が行われる。また、トップセル９１１の各層９１１１〜９１１３およびボトムセル９１２の各層９１２１〜９１２３の表面は、無数の起伏が形成されたテクスチャ構造となっており、トップセル９１１およびボトムセル９１２における入射光の反射率が低下する。このような光の閉じ込め効果により、トップセル９１１およびボトムセル９１２にて太陽光が効率よく吸収される。図２では、起伏を誇張して示している。
【００２２】
図３は太陽電池評価装置１の構成を示すブロック図である。図１および図３に示すように、太陽電池評価装置１は、ライン光源である第１光照射部１１、太陽電池セル９１に局所的に光を照射する第２光照射部１２、分光エリプソメータ１３、太陽電池９の電圧および電流を測定する電気測定部１４、移動機構１５並びに制御部１６（図３のみに示す。）を備える。図１に示すように、移動機構１５は、太陽電池セル９１の伸びる方向である図１中のＹ方向に移動可能なＹ方向移動部１５１、および、複数の太陽電池セル９１が並ぶ配列方向である図１中のＸ方向に移動可能なＸ方向移動部１５２を備える。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに垂直であり、Ｚ方向が上下方向に対応する。Ｘ方向移動部１５２はＹ方向移動部１５１上に設けられ、Ｘ方向移動部１５２には、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が固定される。Ｙ方向移動部１５１には、（＋Ｙ）方向に伸びる棒状の２本の支持部１５３が設けられ、２本の支持部１５３の先端には第１光照射部１１の両端部が接続される。
【００２３】
図４は、第１光照射部１１および第２光照射部１２を図１のＹ−Ｚ平面にて切断した断面図であり、太陽電池評価装置１の他の部材の図示を省略している。図４では、第１光照射部１１および第２光照射部１２の内部構成を簡略化して示し、平行斜線の図示を省略している。第１光照射部１１は、Ｘ方向に伸びる基板１１１上に実装された複数の発光ダイオード１１２およびレンズユニット１１３を備え、複数の発光ダイオード１１２からの光はＸ方向に関して均一化され、光軸Ｊ１に沿って全ての太陽電池セル９１を跨いでライン状に照射される。
【００２４】
第２光照射部１２は、白色光源部１２１およびチョッパ１２２を備え、白色光源部１２１では、およそ３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長帯の光が出射される。チョッパ１２２は、複数の開口１２２１ａを有する遮光部１２２１および遮光部１２２１を回転する駆動部１２２２を備える。第２光照射部１２の駆動時には、遮光部１２２１の回転により白色光源部１２１からの光が一定の間隔にて開口１２２１ａを通過する。これにより、一定の周期のパルス光が光軸Ｊ２に沿って太陽電池セル９１に照射される。
【００２５】
図１に示すように、分光エリプソメータ１３は、照明部１３１および受光部１３２を備え、照明部１３１から太陽電池９に向けて偏光した白色光が照射され、受光部１３２にて太陽電池９からの反射光が受光される。受光部１３２は、反射光が入射する検光子および反射光の分光強度を取得する分光器を有し、検光子の回転位置、および、分光器により取得された反射光の分光強度が、図３に示す制御部１６へと出力される。制御部１６では、複数の波長の光のそれぞれの偏光状態として、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差および反射振幅比角が求められる。
【００２６】
さらに、太陽電池セル９１と同様の構造のモデルが設定され、モデルにおける理論上の位相差および反射振幅比角が、制御部１６にて求められた上記位相差および反射振幅比角に最も近くなるように、モデルのトップセルおよびボトムセルの各層並びに透明電極の膜厚、屈折率および消衰係数が所定の数値範囲内にてフィッティングされる。これにより、これらの膜厚、屈折率および消衰係数が決定される。
【００２７】
図２に示すトップセル９１１の各層９１１１〜９１１３に関して、屈折率および消衰係数により誘電関数が求められ、誘電関数に基づいて光吸収係数および光学バンドギャップが求められる。なお、光吸収係数および光学バンドギャップは、トップセル９１１が太陽光スペクトルを吸収する際の指標となる。ボトムセル９１２の各層９１２１〜９１２３に関しても同様に誘電関数が求められ、誘電関数に基づいて光吸収係数、光学バンドギャップおよび結晶性が求められる。透明電極９１３では、誘電関数に基づいて光吸収係数、光学バンドギャップ、抵抗値および表面粗度が求められる。以下の説明では、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数、光学バンドギャップ、結晶性および表面粗度を区別することなく「測定値」と呼ぶ。なお、ここでの「測定値」は、光学的手法により取得された測定値を指し、電気測定部１４により取得される後述の電気特性は含まない。太陽電池評価装置１では、分光エリプソメータ１３が利用されることにより、太陽電池９の発電効率に影響する複数種類の測定値が高精度に取得される。
【００２８】
図３に示すように、電気測定部１４は、太陽電池９の短絡電流を測定するロックインアンプ１４１および開放電圧を測定する電圧計１４２を備える。本実施の形態では、ロックインアンプ１４１により短絡電流のみが測定されるものとする。
【００２９】
図５は、制御部１６の構成を示す図である。制御部１６は、記憶部１６１、表示部１６２および種類特定部１６３を備える。記憶部１６１では、図３の電気測定部１４にて取得された多数の短絡電流（正確にはその値、以下同様）が電気特性分布２１として記憶され、分光エリプソメータ１３にて取得された複数種類の多数の測定値が、複数種類の測定値分布２２として記憶される。種類特定部１６３は省略可能である。
【００３０】
図６は、太陽電池評価装置１の動作の流れを示す図である。ただし、ステップＳ２０は作業者により行われてよく、制御部１６に種類特定部１６３が設けられる場合は、後述するように種類特定部１６３の演算処理により行われてもよい。
【００３１】
図７は太陽電池９の平面図である。太陽電池９に対する測定が行われる際には、まず、図１に示す第１光照射部１１が、図７中に二点鎖線にて示すように、Ｘ方向、すなわち、複数の太陽電池セル９１の全てに対して、それらの直列接続方向に沿うライン状の光を照射し、光が照射された領域（以下、「ライン照射領域８１」という。）が導通状態となる（ステップＳ１１）。第１光照射部１１から出射される光の強度は低く、太陽電池９では、僅かに発電が行われる（すなわち、太陽電池９が軽く導通した状態となる。）。
【００３２】
次に、図１の第２光照射部１２が、図７における最も下側に位置する太陽電池セル９１のライン照射領域８１と重なる位置にパルス光を繰り返し照射する（ステップＳ１２）。図７では、当該位置に照射された光の輪郭を円にて示している。以下、各太陽電池セル９１のライン照射領域８１と重なる位置を「測定位置８２」と呼ぶ。第２光照射部１２は、太陽電池セル９１に高強度の光を照射する疑似太陽光としての役割を果たし、ライン照射領域８１では、図７の最も下側の測定位置８２にて大きな電流が発生する。
【００３３】
図３に示すように、ロックインアンプ１４１には、パルス光のＯＮ／ＯＦＦを示す信号がチョッパ１２２から参照信号として入力され、パルス光の照射に同期して太陽電池９の短絡電流が高感度にて測定される（ステップＳ１３）。
【００３４】
短絡電流の測定が完了すると、図１に示す分光エリプソメータ１３では、照明部１３１から図７の最も下側に位置する太陽電池セル９１の測定位置８２に向けて偏向光が照射され、測定位置８２からの反射光が受光部１３２にて受光される。図３の制御部１６では、受光部１３２にて取得された反射光の位相差および反射振幅比角に基づいて図２に示すトップセル９１１およびボトムセル９１２の各層における複数種類の測定値が求められる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４が実行される間は、必要に応じて第１光照射部１１による光照射は停止される。
【００３５】
次に、図１に示すＸ方向移動部１５２により、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、相対位置を一定に保った状態にて（−Ｘ）方向に僅かに移動する（ステップＳ１５，Ｓ１６）。そして、第２光照射部１２が図７の下から２番目に位置する太陽電池セル９１の測定位置８２上に位置すると、上述の動作と同様に、第２光照射部１２により測定位置８２にパルス光が照射されてロックインアンプ１４１（図３参照）により太陽電池９の短絡電流が測定される（ステップＳ１２，Ｓ１３）。また、分光エリプソメータ１３により、測定位置８２における種々の測定値が測定される（ステップＳ１４）。以下の説明では、測定位置８２に第２光照射部１２から光が照射された際に太陽電池９にて生じる短絡電流を「測定位置８２に対応する短絡電流」と表現する。
【００３６】
太陽電池評価装置１では、第１光照射部１１による光の照射が継続される間に、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、（−Ｘ）方向に向かって太陽電池９に対して相対的に移動を繰り返し（ステップＳ１５，Ｓ１６）、複数の測定位置８２のそれぞれに対応する短絡電流および複数種類の測定値が取得される（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。
【００３７】
ライン照射領域８１上の全ての測定位置８２に対応する測定が完了すると（ステップＳ１５）、ライン照射領域８１の位置を変更するか否かが確認される（ステップＳ１７）。ライン照射領域８１の位置を変更する場合、図１に示す第１光照射部１１、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、Ｙ方向移動部１５１によりＹ方向に移動される（ステップＳ１８）。第１光照射部１１の移動により、図７のライン照射領域８１は（＋Ｙ）方向に僅かに移動する。そして、第２光照射部１２を用いる短絡電流の測定、および、分光エリプソメータ１３による複数種類の測定値の取得が、複数の測定位置８２に対して順次行われる（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。
【００３８】
ライン照射領域８１の変更および複数回の測定が繰り返し行われると（ステップＳ１２〜Ｓ１８）、やがてライン照射領域８１が太陽電池９の図７における右側の端部まで移動し、最後のライン照射領域８１に対する測定動作の完了により太陽電池９に対する測定動作が終了する。
【００３９】
図５に示すように、制御部１６では、複数の測定位置８２における短絡電流が電気特性分布として取得され、測定値の種類毎に、複数の測定位置８２における測定値が測定値分布として取得される（ステップＳ１９）。電気特性分布および種々の測定値分布は表示部１６２に表示される。
【００４０】
図８は、短絡電流の電気特性分布７１を例示する図であり、１つの測定位置８２に１つの矩形領域７１１（以下、「画素７１１」という。）が対応する。図８の各画素７１１は、対応する測定位置８２へのパルス光の照射による短絡電流の大きさに応じて多階調にて示されている。図９ないし図１１は、３種類の測定値に対応する測定値分布７２〜７４を例示する図であり、図８と同様に、測定値の大きさに応じて各画素７１１を多階調にて示している。
【００４１】
図８の電気特性分布７１と図９ないし図１１の測定値分布７２〜７４とを比較すると、図１０の測定値分布７３では、階調値の分布が、電気特性分布７１の階調値の分布と類似しており、測定値分布７３が電気特性分布７１と最も相関性を有することが判る。このように、作業者が表示部１６２を見ることにより、短絡電流に最も影響を与える測定値分布の種類が特定される（ステップＳ２０）。
【００４２】
ステップＳ２０が図３の種類特定部１６３により実行される場合は、電気特性分布７１および測定値分布７２〜７４は、画像として表示される必要はなく、多値の画像データとして扱われる。この場合、図５に示す種類特定部１６３が互いに対応する画素の値を比較するピクセル比較法により、電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する。
【００４３】
具体例としては、まず、電気特性分布７１の短絡電流の値が、最大値および最小値を基準として０〜１の値に正規化され、同様に、測定値分布７２〜７４の測定値も０〜１の値に正規化される。次に、同じ測定位置８２における電気特性分布７１と各測定値分布との差分絶対値を示す差分画像が求められる。そして、差分画像のうち画素値の合計が最も小さいものに対応する測定値分布が電気特性分布７１と最も相関性を有するものとして特定される。相関性を数値として求める手法としては、様々な数学的相関値の算出方法が利用されてよい。
【００４４】
制御部１６では、測定値の種類に応じて、適宜、測定値分布が修正されてよい。例えば、測定値の大きさの大小を反転することにより、電気特性分布７１と比較可能な測定値分布が作成されてもよい。
【００４５】
以上に説明したように、太陽電池評価装置１では、複数の測定位置８２における光照射時の短絡電流と、光学的に取得される種々の測定値との関係を取得することができ、電気特性評価と構造評価とを同時に行うことができる。その結果、太陽電池９の品質低下の原因を推定することが可能となる。品質低下の原因は、製造プロセスにフィードバックされ、太陽電池９の製造における歩留まりが向上される。
【００４６】
太陽電池評価装置１では、ライン光源である第１光照射部１１が利用されることにより、大型の太陽電池９であっても、太陽電池９全体に光を照射する場合に比べて、容易に導通状態を得ることができる。第１光照射部１１、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３は移動機構１５に固定された状態にて太陽電池９上を移動することから、大型の太陽電池９を移動する場合よりも太陽電池評価装置１の構造が簡素化される。
【００４７】
太陽電池評価装置１では、分光エリプソメータ１３を用いることにより、複数種類の測定値分布をほぼ同時に取得することができる。これにより、電気特性分布７１を多数の測定値分布と容易に比較する、いわゆる、コンビナトリアル手法が利用可能となり、効率的に電気特性に関連する測定値の種類が特定される。
【００４８】
太陽電池評価装置１では、ロックインアンプ１４１に代えて電圧計１４２が利用されてもよい。電圧計１４２は、第２光照射部１２による測定位置８２への光の照射に同期して太陽電池９の開放電圧を測定し、制御部１６にて、複数の開放電圧と複数の測定位置８２との関係を示す電気特性分布が取得される。また、電流と電圧との関係が測定され、複数の測定位置８２に対応する曲線因子が電気特性分布として取得されてもよい。このように、太陽電池評価装置１では、電気特性分布として様々な電気特性を示すものが取得されてよい。
【００４９】
図１２は、第２光照射部の他の例を示す図である。第２光照射部１２ａには、可視光透過フィルタ１２４ａおよび赤外光透過フィルタ１２４ｂを備える波長選択部１２３が設けられる。可視光透過フィルタ１２４ａおよび赤外光透過フィルタ１２４ｂは円板部１２３１の開口に嵌め込まれており、円板部１２３１は、モータ等の切替部１２３２により回転する。これにより、可視光透過フィルタ１２４ａおよび赤外光透過フィルタ１２４ｂのいずれか一方が、白色光源部１２１から出射される光の光路上に位置する。太陽電池評価装置１の他の構造は、図１と同様であり、太陽電池評価装置１の動作は、第２光照射部１２ａに関連する動作を除いて図１の太陽電池評価装置１とほぼ同様である。
【００５０】
第２光照射部１２ａにより、太陽電池９に光が照射される際には、まず、波長選択部１２３の切替部１２３２により円板部１２３１が回転されて可視光透過フィルタ１２４ａが光路上に配置される。次に、白色光源部１２１からの光のうち可視光透過フィルタ１２４ａを透過した可視光が、チョッパ１２２により一定周期のパルス光とされる。可視光の照射により、図２に示す太陽電池セル９１では、トップセル９１１がボトムセル９１２よりも効率よく発電し、主としてトップセル９１１にて発生した短絡電流が、図４に示すロックインアンプ１４１にて測定される。
【００５１】
次に、切替部１２３２により円板部１２３１が回転されて赤外光透過フィルタ１２４ｂが光路上に位置し、赤外光透過フィルタ１２４ｂを透過した赤外光がチョッパ１２２により一定周期のパルス光とされる。赤外光の照射により、ボトムセル９１２がトップセル９１１よりも効率よく発電し、主としてボトムセル９１２にて発生した短絡電流がロックインアンプ１４１にて測定される。
【００５２】
このように、第２光照射部１２ａでは、第１の波長の光である可視光と第２の波長の光である赤外光とを太陽電池９に個別に照射することにより、トップセル９１１およびボトムセル９１２を選択的に発電させることができる。制御部１６では、トップセル９１１およびボトムセル９１２のそれぞれの電気特性分布が作成され、各電気特性分布が、作業者または種類特定部１６３により複数種類の測定値分布と比較されることにより、各電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布が特定される。
【００５３】
太陽電池評価装置１では、トップセル９１１およびボトムセル９１２の品質評価を個別に行うことができ、トップセル９１１およびボトムセル９１２のそれぞれにおいて短絡電流が低下した場合、短絡電流の低下の原因となる測定値の種類を特定することができる。その結果、太陽電池９の製造における歩留まりの向上が実現される。なお、第２光照射部１２ａが用いられる場合においても、電気特性として短絡電流以外のものが利用されてよい。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。太陽電池評価装置１では、光学的手法を用いて太陽電池９と非接触にて測定が行われるのであれば、分光エリプソメータ１３以外の他の光学測定部が利用されてもよい。例えば、干渉式膜厚計や表面粗度を測定するレーザ顕微鏡が利用されてもよく、複数種類の光学測定部が組み合わされて利用されてもよい。太陽電池評価装置１では、複数の測定位置８２における屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度の測定値（これらの測定値に実質的に対応する他の名称の測定値であってもよい。）のうち少なくとも２つを測定して電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定することにより、電気特性の低下の原因が特定される可能性が大幅に高まる。太陽電池評価装置１では、上記５種類の測定値のうち１つのみが測定されてもよく、この場合であっても取得された測定値が電気特性に影響を与えるものであるか否かをある程度判断することができ、電気特性低下の原因特定に利用することができる。すなわち、太陽電池評価装置１では上記測定値のうち少なくとも１つが測定される。
【００５５】
第１光照射部１１の構造は様々に変更されてよく、例えば、直線状に配列された光ファイバからライン状の照明光が出射されてもよい。
【００５６】
上記実施の形態では、第１光照射部１１に代えて太陽電池９の全面に光を照射する照射部が利用されてもよい。この場合、例えば、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、太陽電池セル９１の伸びる方向に移動するとともに、太陽電池セル９１の配列方向に間欠移動してもよい。上記実施の形態では、複数の測定位置８２に対応する短絡電流を測定して電気特性分布が取得された後に、複数種類の測定値を測定して複数種類の測定値分布が取得されてもよい。また、電気特性分布を取得する工程の前に測定値分布を取得する工程が行われてもよい。
【００５７】
第２光照射部１２では、白色光源部１２１に代えて複数の波長帯の光を出射する複数種類の発光ダイオードやレーザダイオードが利用されてもよい。太陽電池評価装置１は、１層のみ、または、３層以上の発電層を有する太陽電池に利用されてもよく、薄膜型太陽電池であれば、色素増感型のものやＣＩＧＳ太陽電池等の化合物半導体型のものに利用されてよい。
【符号の説明】
【００５８】
１ 太陽電池評価装置
９ 太陽電池
１１ 第１光照射部
１２ 第２光照射部
１３ 分光エリプソメータ
１４ 電気測定部
１５ 移動機構
７１ 電気特性分布
７２〜７４ 測定値分布
８２ 測定位置
９１ 太陽電池セル
９２ 受光面
１６３ 種類特定部
９１１ トップセル
９１２ ボトムセル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への注目の高まりにより、クリーンな太陽光を利用する太陽電池の開発が行われている。太陽電池として、例えば、シリコン結晶型、シリコン薄膜型、化合物半導体型、色素増感型のものが実現され、特に、大面積化および低コスト化が可能なシリコン薄膜型太陽電池が次世代の太陽電池として注目されている。
【０００３】
また、太陽電池の開発に伴い、太陽電池の電気特性を測定する様々な手法が提案されている。例えば、特許文献１に開示される太陽電池評価装置は、太陽電池の全面に光を照射する全体照明光源、スポット状の光を照射する部分照明光源、および、太陽電池に発生する電流を測定する電流測定器を備える。太陽電池評価装置の駆動時には、全体照明光源が太陽電池全体に光を照射するとともに、部分照明光源による光スポットの照射位置が太陽電池上を走査する。電流測定器では、部分照明光源による光の照射に並行して太陽電池の電流出力値が順次測定される。太陽電池モジュール上に欠陥部分が存在すると、欠陥部分が照射位置となる際に電流出力値が低下するため、欠陥部分の位置の検出が可能となる。
【０００４】
特許文献２に開示される太陽電池の性能評価装置は、太陽電池に光を照射するとともに光源兼用測定電極および対向測定電極を備える。性能評価装置の駆動時には、光源兼用測定電極が太陽電池に光を照射しつつ太陽電池の表面に接触し、対向測定電極が太陽電池の裏面に接触する。これにより、太陽電池の電極接触部における回路短絡電流や回路開放電圧等が測定される。
【０００５】
特許文献３に開示される太陽電池モジュールの特性測定装置では、キセノンランプから太陽電池に向けてパルス光が照射され、パルス光の照射に同期して電流源の電流を変化させつつ電圧計により電圧が測定される。これにより、太陽電池モジュールのＩＶ特性（電流電圧特性）が取得される。特許文献４に開示される太陽電池セル特性の評価方法では、まず、ソーラーシミュレータにて発生したロングパルス光が太陽電池セルの１つのユニットセルに照射される。太陽電池セルの背面電極には測定端子が接続されており、ロングパルス光が照射されている間に測定端子の負荷を複数回調整して電圧および電流が複数回測定され、特性パラメータが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１１２１５号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１４４９号公報
【特許文献３】特開２００１−１０２６０９号公報
【特許文献４】特開２００５−１９７４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、太陽電池の電気特性には、半導体層や透明電極の膜厚、光吸収特性、光学バンドギャップ等の光学特性が複雑に影響しており、特許文献１ないし４に示されるように電流や電圧を測定しても電気特性の低下の原因は特定されない。このため、太陽電池の製造における歩留まりを効率よく向上することができない。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、製造プロセスにおける太陽電池の電気特性の低下の原因を推定して歩留まりを向上することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価装置であって、受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする第１光照射部と、前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的に光を順次照射する第２光照射部と、前記複数の測定位置のそれぞれに光が照射された際に前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定する電気測定部と、前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度のうち少なくとも１つに対応する測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得する光学測定部とを備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の太陽電池評価装置であって、前記光学測定部が、複数種類の測定値を取得し、前記複数の測定位置における前記複数種類の測定値である複数種類の測定値分布と、前記電気測定部により取得された前記複数の測定位置における電気特性である電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する種類特定部をさらに備える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の太陽電池評価装置であって、前記光学測定部が、分光エリプソメータである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、前記電気測定部および前記光学測定部の相対位置を一定に保った状態にて、前記電気測定部および前記光学測定部を前記複数の太陽電池セルの配列方向に相対的に移動する移動機構をさらに備える。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、前記第１光照射部が、前記複数の太陽電池セルに沿ってライン状の光を照射する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、前記複数の太陽電池セルが、第１の波長の光の照射により第２の波長の光よりも効率よく発電を行う第１発電層と、前記第２の波長の光の照射により前記第１の波長の光よりも効率よく発電を行う第２発電層とを積層して有し、前記第２光照射部が、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを個別に前記複数の測定位置に照射する。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価方法であって、ａ）受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする工程と、ｂ）前記ａ）工程が行われている間に、前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的にさらに光を順次照射する工程と、ｃ）前記ｂ）工程おける前記複数の測定位置への光の照射に同期して、前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定することにより、電気特性分布を取得する工程と、ｄ）前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度の少なくとも２つに対応する複数種類の測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得することにより、複数種類の測定値分布を取得する工程と、ｅ）前記複数種類の測定値分布と、前記電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、製造プロセスにおける太陽電池の電気特性の低下の原因を推定して歩留まりを向上することができる。請求項２の発明では、複数種類の測定値のうち電気特性に影響するものを特定することができる。請求項６の発明では、太陽電池セルの各発電層における品質評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】太陽電池評価装置を示す図である。
【図２】太陽電池セルの断面図である。
【図３】太陽電池評価装置の構成を示す図である。
【図４】第１光照射部および第２光照射部を示す図である。
【図５】制御部の構成を示す図である。
【図６】太陽電池評価装置の動作の流れを示す図である。
【図７】太陽電池の平面図である。
【図８】電気特性分布を示す図である。
【図９】測定値分布を示す図である。
【図１０】他の測定値分布を示す図である。
【図１１】さらに他の測定値分布を示す図である。
【図１２】第２光照射部の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一の実施の形態に係る太陽電池評価装置１を示す図である。太陽電池評価装置１は、シリコン薄膜型太陽電池９（以下、単に「太陽電池９」という。）の品質の評価に利用される。太陽電池９では、帯状の複数の太陽電池セル９１が図１中のＺ方向に垂直な受光面９２に沿って配列される。複数の太陽電池セル９１は互いに直列に接続され、太陽電池９の出力電圧は、太陽電池セル９１の出力電圧の和となる。太陽電池９では、太陽電池セル９１間における電子と正孔との再結合により電流が発生するため、電流の大きさは、発電効率が最も低い太陽電池セル９１にて発生する電流の大きさとほぼ同じとなる。
【００１９】
図２は太陽電池セル９１の断面図である。ただし、厚さを強調して示している。太陽電池セル９１は二層の発電層が積層されたタンデム型であり、上部に水素化アモルファスシリコンを主成分とする第１の発電層（以下、「トップセル９１１」という。）および下部に微結晶シリコンを主成分とする第２の発電層（以下、「ボトムセル９１２」という。）を有する。トップセル９１１の上側には、透明電極９１３およびガラス基板９１４が位置し、ボトムセル９１２の下側には裏面電極９１５が位置する。
【００２０】
トップセル９１１は、ｐ−ｉ−ｎ構造となっており、ｐ型半導体の層９１１１とｎ型半導体の層９１１２との間に真性半導体の層９１１３が形成される。ボトムセル９１２においても、ｐ型半導体の層９１２１とｎ型半導体の層９１２２との間に真性半導体の層９１２３が形成され、真性半導体の層９１２３の膜厚は、トップセル９１１における真性半導体の層９１１３の５〜１０倍である。
【００２１】
トップセル９１１では、吸収スペクトル帯のピーク値がおよそ５００ｎｍであり、可視光が照射されることにより、赤外光が照射される場合よりも効率よく発電が行われる。ボトムセル９１２では、吸収スペクトル帯のピーク値がおよそ８５０ｎｍであり、赤外光が照射されることにより、可視光が照射される場合よりも効率よく発電が行われる。また、トップセル９１１の各層９１１１〜９１１３およびボトムセル９１２の各層９１２１〜９１２３の表面は、無数の起伏が形成されたテクスチャ構造となっており、トップセル９１１およびボトムセル９１２における入射光の反射率が低下する。このような光の閉じ込め効果により、トップセル９１１およびボトムセル９１２にて太陽光が効率よく吸収される。図２では、起伏を誇張して示している。
【００２２】
図３は太陽電池評価装置１の構成を示すブロック図である。図１および図３に示すように、太陽電池評価装置１は、ライン光源である第１光照射部１１、太陽電池セル９１に局所的に光を照射する第２光照射部１２、分光エリプソメータ１３、太陽電池９の電圧および電流を測定する電気測定部１４、移動機構１５並びに制御部１６（図３のみに示す。）を備える。図１に示すように、移動機構１５は、太陽電池セル９１の伸びる方向である図１中のＹ方向に移動可能なＹ方向移動部１５１、および、複数の太陽電池セル９１が並ぶ配列方向である図１中のＸ方向に移動可能なＸ方向移動部１５２を備える。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は互いに垂直であり、Ｚ方向が上下方向に対応する。Ｘ方向移動部１５２はＹ方向移動部１５１上に設けられ、Ｘ方向移動部１５２には、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が固定される。Ｙ方向移動部１５１には、（＋Ｙ）方向に伸びる棒状の２本の支持部１５３が設けられ、２本の支持部１５３の先端には第１光照射部１１の両端部が接続される。
【００２３】
図４は、第１光照射部１１および第２光照射部１２を図１のＹ−Ｚ平面にて切断した断面図であり、太陽電池評価装置１の他の部材の図示を省略している。図４では、第１光照射部１１および第２光照射部１２の内部構成を簡略化して示し、平行斜線の図示を省略している。第１光照射部１１は、Ｘ方向に伸びる基板１１１上に実装された複数の発光ダイオード１１２およびレンズユニット１１３を備え、複数の発光ダイオード１１２からの光はＸ方向に関して均一化され、光軸Ｊ１に沿って全ての太陽電池セル９１を跨いでライン状に照射される。
【００２４】
第２光照射部１２は、白色光源部１２１およびチョッパ１２２を備え、白色光源部１２１では、およそ３５０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長帯の光が出射される。チョッパ１２２は、複数の開口１２２１ａを有する遮光部１２２１および遮光部１２２１を回転する駆動部１２２２を備える。第２光照射部１２の駆動時には、遮光部１２２１の回転により白色光源部１２１からの光が一定の間隔にて開口１２２１ａを通過する。これにより、一定の周期のパルス光が光軸Ｊ２に沿って太陽電池セル９１に照射される。
【００２５】
図１に示すように、分光エリプソメータ１３は、照明部１３１および受光部１３２を備え、照明部１３１から太陽電池９に向けて偏光した白色光が照射され、受光部１３２にて太陽電池９からの反射光が受光される。受光部１３２は、反射光が入射する検光子および反射光の分光強度を取得する分光器を有し、検光子の回転位置、および、分光器により取得された反射光の分光強度が、図３に示す制御部１６へと出力される。制御部１６では、複数の波長の光のそれぞれの偏光状態として、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との位相差および反射振幅比角が求められる。
【００２６】
さらに、太陽電池セル９１と同様の構造のモデルが設定され、モデルにおける理論上の位相差および反射振幅比角が、制御部１６にて求められた上記位相差および反射振幅比角に最も近くなるように、モデルのトップセルおよびボトムセルの各層並びに透明電極の膜厚、屈折率および消衰係数が所定の数値範囲内にてフィッティングされる。これにより、これらの膜厚、屈折率および消衰係数が決定される。
【００２７】
図２に示すトップセル９１１の各層９１１１〜９１１３に関して、屈折率および消衰係数により誘電関数が求められ、誘電関数に基づいて光吸収係数および光学バンドギャップが求められる。なお、光吸収係数および光学バンドギャップは、トップセル９１１が太陽光スペクトルを吸収する際の指標となる。ボトムセル９１２の各層９１２１〜９１２３に関しても同様に誘電関数が求められ、誘電関数に基づいて光吸収係数、光学バンドギャップおよび結晶性が求められる。透明電極９１３では、誘電関数に基づいて光吸収係数、光学バンドギャップ、抵抗値および表面粗度が求められる。以下の説明では、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数、光学バンドギャップ、結晶性および表面粗度を区別することなく「測定値」と呼ぶ。なお、ここでの「測定値」は、光学的手法により取得された測定値を指し、電気測定部１４により取得される後述の電気特性は含まない。太陽電池評価装置１では、分光エリプソメータ１３が利用されることにより、太陽電池９の発電効率に影響する複数種類の測定値が高精度に取得される。
【００２８】
図３に示すように、電気測定部１４は、太陽電池９の短絡電流を測定するロックインアンプ１４１および開放電圧を測定する電圧計１４２を備える。本実施の形態では、ロックインアンプ１４１により短絡電流のみが測定されるものとする。
【００２９】
図５は、制御部１６の構成を示す図である。制御部１６は、記憶部１６１、表示部１６２および種類特定部１６３を備える。記憶部１６１では、図３の電気測定部１４にて取得された多数の短絡電流（正確にはその値、以下同様）が電気特性分布２１として記憶され、分光エリプソメータ１３にて取得された複数種類の多数の測定値が、複数種類の測定値分布２２として記憶される。種類特定部１６３は省略可能である。
【００３０】
図６は、太陽電池評価装置１の動作の流れを示す図である。ただし、ステップＳ２０は作業者により行われてよく、制御部１６に種類特定部１６３が設けられる場合は、後述するように種類特定部１６３の演算処理により行われてもよい。
【００３１】
図７は太陽電池９の平面図である。太陽電池９に対する測定が行われる際には、まず、図１に示す第１光照射部１１が、図７中に二点鎖線にて示すように、Ｘ方向、すなわち、複数の太陽電池セル９１の全てに対して、それらの直列接続方向に沿うライン状の光を照射し、光が照射された領域（以下、「ライン照射領域８１」という。）が導通状態となる（ステップＳ１１）。第１光照射部１１から出射される光の強度は低く、太陽電池９では、僅かに発電が行われる（すなわち、太陽電池９が軽く導通した状態となる。）。
【００３２】
次に、図１の第２光照射部１２が、図７における最も下側に位置する太陽電池セル９１のライン照射領域８１と重なる位置にパルス光を繰り返し照射する（ステップＳ１２）。図７では、当該位置に照射された光の輪郭を円にて示している。以下、各太陽電池セル９１のライン照射領域８１と重なる位置を「測定位置８２」と呼ぶ。第２光照射部１２は、太陽電池セル９１に高強度の光を照射する疑似太陽光としての役割を果たし、ライン照射領域８１では、図７の最も下側の測定位置８２にて大きな電流が発生する。
【００３３】
図３に示すように、ロックインアンプ１４１には、パルス光のＯＮ／ＯＦＦを示す信号がチョッパ１２２から参照信号として入力され、パルス光の照射に同期して太陽電池９の短絡電流が高感度にて測定される（ステップＳ１３）。
【００３４】
短絡電流の測定が完了すると、図１に示す分光エリプソメータ１３では、照明部１３１から図７の最も下側に位置する太陽電池セル９１の測定位置８２に向けて偏向光が照射され、測定位置８２からの反射光が受光部１３２にて受光される。図３の制御部１６では、受光部１３２にて取得された反射光の位相差および反射振幅比角に基づいて図２に示すトップセル９１１およびボトムセル９１２の各層における複数種類の測定値が求められる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４が実行される間は、必要に応じて第１光照射部１１による光照射は停止される。
【００３５】
次に、図１に示すＸ方向移動部１５２により、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、相対位置を一定に保った状態にて（−Ｘ）方向に僅かに移動する（ステップＳ１５，Ｓ１６）。そして、第２光照射部１２が図７の下から２番目に位置する太陽電池セル９１の測定位置８２上に位置すると、上述の動作と同様に、第２光照射部１２により測定位置８２にパルス光が照射されてロックインアンプ１４１（図３参照）により太陽電池９の短絡電流が測定される（ステップＳ１２，Ｓ１３）。また、分光エリプソメータ１３により、測定位置８２における種々の測定値が測定される（ステップＳ１４）。以下の説明では、測定位置８２に第２光照射部１２から光が照射された際に太陽電池９にて生じる短絡電流を「測定位置８２に対応する短絡電流」と表現する。
【００３６】
太陽電池評価装置１では、第１光照射部１１による光の照射が継続される間に、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、（−Ｘ）方向に向かって太陽電池９に対して相対的に移動を繰り返し（ステップＳ１５，Ｓ１６）、複数の測定位置８２のそれぞれに対応する短絡電流および複数種類の測定値が取得される（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。
【００３７】
ライン照射領域８１上の全ての測定位置８２に対応する測定が完了すると（ステップＳ１５）、ライン照射領域８１の位置を変更するか否かが確認される（ステップＳ１７）。ライン照射領域８１の位置を変更する場合、図１に示す第１光照射部１１、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、Ｙ方向移動部１５１によりＹ方向に移動される（ステップＳ１８）。第１光照射部１１の移動により、図７のライン照射領域８１は（＋Ｙ）方向に僅かに移動する。そして、第２光照射部１２を用いる短絡電流の測定、および、分光エリプソメータ１３による複数種類の測定値の取得が、複数の測定位置８２に対して順次行われる（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。
【００３８】
ライン照射領域８１の変更および複数回の測定が繰り返し行われると（ステップＳ１２〜Ｓ１８）、やがてライン照射領域８１が太陽電池９の図７における右側の端部まで移動し、最後のライン照射領域８１に対する測定動作の完了により太陽電池９に対する測定動作が終了する。
【００３９】
図５に示すように、制御部１６では、複数の測定位置８２における短絡電流が電気特性分布として取得され、測定値の種類毎に、複数の測定位置８２における測定値が測定値分布として取得される（ステップＳ１９）。電気特性分布および種々の測定値分布は表示部１６２に表示される。
【００４０】
図８は、短絡電流の電気特性分布７１を例示する図であり、１つの測定位置８２に１つの矩形領域７１１（以下、「画素７１１」という。）が対応する。図８の各画素７１１は、対応する測定位置８２へのパルス光の照射による短絡電流の大きさに応じて多階調にて示されている。図９ないし図１１は、３種類の測定値に対応する測定値分布７２〜７４を例示する図であり、図８と同様に、測定値の大きさに応じて各画素７１１を多階調にて示している。
【００４１】
図８の電気特性分布７１と図９ないし図１１の測定値分布７２〜７４とを比較すると、図１０の測定値分布７３では、階調値の分布が、電気特性分布７１の階調値の分布と類似しており、測定値分布７３が電気特性分布７１と最も相関性を有することが判る。このように、作業者が表示部１６２を見ることにより、短絡電流に最も影響を与える測定値分布の種類が特定される（ステップＳ２０）。
【００４２】
ステップＳ２０が図３の種類特定部１６３により実行される場合は、電気特性分布７１および測定値分布７２〜７４は、画像として表示される必要はなく、多値の画像データとして扱われる。この場合、図５に示す種類特定部１６３が互いに対応する画素の値を比較するピクセル比較法により、電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する。
【００４３】
具体例としては、まず、電気特性分布７１の短絡電流の値が、最大値および最小値を基準として０〜１の値に正規化され、同様に、測定値分布７２〜７４の測定値も０〜１の値に正規化される。次に、同じ測定位置８２における電気特性分布７１と各測定値分布との差分絶対値を示す差分画像が求められる。そして、差分画像のうち画素値の合計が最も小さいものに対応する測定値分布が電気特性分布７１と最も相関性を有するものとして特定される。相関性を数値として求める手法としては、様々な数学的相関値の算出方法が利用されてよい。
【００４４】
制御部１６では、測定値の種類に応じて、適宜、測定値分布が修正されてよい。例えば、測定値の大きさの大小を反転することにより、電気特性分布７１と比較可能な測定値分布が作成されてもよい。
【００４５】
以上に説明したように、太陽電池評価装置１では、複数の測定位置８２における光照射時の短絡電流と、光学的に取得される種々の測定値との関係を取得することができ、電気特性評価と構造評価とを同時に行うことができる。その結果、太陽電池９の品質低下の原因を推定することが可能となる。品質低下の原因は、製造プロセスにフィードバックされ、太陽電池９の製造における歩留まりが向上される。
【００４６】
太陽電池評価装置１では、ライン光源である第１光照射部１１が利用されることにより、大型の太陽電池９であっても、太陽電池９全体に光を照射する場合に比べて、容易に導通状態を得ることができる。第１光照射部１１、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３は移動機構１５に固定された状態にて太陽電池９上を移動することから、大型の太陽電池９を移動する場合よりも太陽電池評価装置１の構造が簡素化される。
【００４７】
太陽電池評価装置１では、分光エリプソメータ１３を用いることにより、複数種類の測定値分布をほぼ同時に取得することができる。これにより、電気特性分布７１を多数の測定値分布と容易に比較する、いわゆる、コンビナトリアル手法が利用可能となり、効率的に電気特性に関連する測定値の種類が特定される。
【００４８】
太陽電池評価装置１では、ロックインアンプ１４１に代えて電圧計１４２が利用されてもよい。電圧計１４２は、第２光照射部１２による測定位置８２への光の照射に同期して太陽電池９の開放電圧を測定し、制御部１６にて、複数の開放電圧と複数の測定位置８２との関係を示す電気特性分布が取得される。また、電流と電圧との関係が測定され、複数の測定位置８２に対応する曲線因子が電気特性分布として取得されてもよい。このように、太陽電池評価装置１では、電気特性分布として様々な電気特性を示すものが取得されてよい。
【００４９】
図１２は、第２光照射部の他の例を示す図である。第２光照射部１２ａには、可視光透過フィルタ１２４ａおよび赤外光透過フィルタ１２４ｂを備える波長選択部１２３が設けられる。可視光透過フィルタ１２４ａおよび赤外光透過フィルタ１２４ｂは円板部１２３１の開口に嵌め込まれており、円板部１２３１は、モータ等の切替部１２３２により回転する。これにより、可視光透過フィルタ１２４ａおよび赤外光透過フィルタ１２４ｂのいずれか一方が、白色光源部１２１から出射される光の光路上に位置する。太陽電池評価装置１の他の構造は、図１と同様であり、太陽電池評価装置１の動作は、第２光照射部１２ａに関連する動作を除いて図１の太陽電池評価装置１とほぼ同様である。
【００５０】
第２光照射部１２ａにより、太陽電池９に光が照射される際には、まず、波長選択部１２３の切替部１２３２により円板部１２３１が回転されて可視光透過フィルタ１２４ａが光路上に配置される。次に、白色光源部１２１からの光のうち可視光透過フィルタ１２４ａを透過した可視光が、チョッパ１２２により一定周期のパルス光とされる。可視光の照射により、図２に示す太陽電池セル９１では、トップセル９１１がボトムセル９１２よりも効率よく発電し、主としてトップセル９１１にて発生した短絡電流が、図４に示すロックインアンプ１４１にて測定される。
【００５１】
次に、切替部１２３２により円板部１２３１が回転されて赤外光透過フィルタ１２４ｂが光路上に位置し、赤外光透過フィルタ１２４ｂを透過した赤外光がチョッパ１２２により一定周期のパルス光とされる。赤外光の照射により、ボトムセル９１２がトップセル９１１よりも効率よく発電し、主としてボトムセル９１２にて発生した短絡電流がロックインアンプ１４１にて測定される。
【００５２】
このように、第２光照射部１２ａでは、第１の波長の光である可視光と第２の波長の光である赤外光とを太陽電池９に個別に照射することにより、トップセル９１１およびボトムセル９１２を選択的に発電させることができる。制御部１６では、トップセル９１１およびボトムセル９１２のそれぞれの電気特性分布が作成され、各電気特性分布が、作業者または種類特定部１６３により複数種類の測定値分布と比較されることにより、各電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布が特定される。
【００５３】
太陽電池評価装置１では、トップセル９１１およびボトムセル９１２の品質評価を個別に行うことができ、トップセル９１１およびボトムセル９１２のそれぞれにおいて短絡電流が低下した場合、短絡電流の低下の原因となる測定値の種類を特定することができる。その結果、太陽電池９の製造における歩留まりの向上が実現される。なお、第２光照射部１２ａが用いられる場合においても、電気特性として短絡電流以外のものが利用されてよい。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。太陽電池評価装置１では、光学的手法を用いて太陽電池９と非接触にて測定が行われるのであれば、分光エリプソメータ１３以外の他の光学測定部が利用されてもよい。例えば、干渉式膜厚計や表面粗度を測定するレーザ顕微鏡が利用されてもよく、複数種類の光学測定部が組み合わされて利用されてもよい。太陽電池評価装置１では、複数の測定位置８２における屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度の測定値（これらの測定値に実質的に対応する他の名称の測定値であってもよい。）のうち少なくとも２つを測定して電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定することにより、電気特性の低下の原因が特定される可能性が大幅に高まる。太陽電池評価装置１では、上記５種類の測定値のうち１つのみが測定されてもよく、この場合であっても取得された測定値が電気特性に影響を与えるものであるか否かをある程度判断することができ、電気特性低下の原因特定に利用することができる。すなわち、太陽電池評価装置１では上記測定値のうち少なくとも１つが測定される。
【００５５】
第１光照射部１１の構造は様々に変更されてよく、例えば、直線状に配列された光ファイバからライン状の照明光が出射されてもよい。
【００５６】
上記実施の形態では、第１光照射部１１に代えて太陽電池９の全面に光を照射する照射部が利用されてもよい。この場合、例えば、第２光照射部１２および分光エリプソメータ１３が、太陽電池セル９１の伸びる方向に移動するとともに、太陽電池セル９１の配列方向に間欠移動してもよい。上記実施の形態では、複数の測定位置８２に対応する短絡電流を測定して電気特性分布が取得された後に、複数種類の測定値を測定して複数種類の測定値分布が取得されてもよい。また、電気特性分布を取得する工程の前に測定値分布を取得する工程が行われてもよい。
【００５７】
第２光照射部１２では、白色光源部１２１に代えて複数の波長帯の光を出射する複数種類の発光ダイオードやレーザダイオードが利用されてもよい。太陽電池評価装置１は、１層のみ、または、３層以上の発電層を有する太陽電池に利用されてもよく、薄膜型太陽電池であれば、色素増感型のものやＣＩＧＳ太陽電池等の化合物半導体型のものに利用されてよい。
【符号の説明】
【００５８】
１ 太陽電池評価装置
９ 太陽電池
１１ 第１光照射部
１２ 第２光照射部
１３ 分光エリプソメータ
１４ 電気測定部
１５ 移動機構
７１ 電気特性分布
７２〜７４ 測定値分布
８２ 測定位置
９１ 太陽電池セル
９２ 受光面
１６３ 種類特定部
９１１ トップセル
９１２ ボトムセル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価装置であって、
受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする第１光照射部と、
前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的に光を順次照射する第２光照射部と、
前記複数の測定位置のそれぞれに光が照射された際に前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定する電気測定部と、
前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度のうち少なくとも１つに対応する測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得する光学測定部と、
を備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池評価装置であって、
前記光学測定部が、複数種類の測定値を取得し、
前記複数の測定位置における前記複数種類の測定値である複数種類の測定値分布と、前記電気測定部により取得された前記複数の測定位置における電気特性である電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する種類特定部をさらに備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池評価装置であって、
前記光学測定部が、分光エリプソメータであることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、
前記電気測定部および前記光学測定部の相対位置を一定に保った状態にて、前記電気測定部および前記光学測定部を前記複数の太陽電池セルの配列方向に相対的に移動する移動機構をさらに備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、
前記第１光照射部が、前記複数の太陽電池セルに沿ってライン状の光を照射することを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、
前記複数の太陽電池セルが、第１の波長の光の照射により第２の波長の光よりも効率よく発電を行う第１発電層と、前記第２の波長の光の照射により前記第１の波長の光よりも効率よく発電を行う第２発電層とを積層して有し、
前記第２光照射部が、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを個別に前記複数の測定位置に照射することを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項７】
薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価方法であって、
ａ）受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする工程と、
ｂ）前記ａ）工程が行われている間に、前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的にさらに光を順次照射する工程と、
ｃ）前記ｂ）工程おける前記複数の測定位置への光の照射に同期して、前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定することにより、電気特性分布を取得する工程と、
ｄ）前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度の少なくとも２つに対応する複数種類の測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得することにより、複数種類の測定値分布を取得する工程と、
ｅ）前記複数種類の測定値分布と、前記電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池評価方法。
【請求項１】
薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価装置であって、
受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする第１光照射部と、
前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的に光を順次照射する第２光照射部と、
前記複数の測定位置のそれぞれに光が照射された際に前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定する電気測定部と、
前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度のうち少なくとも１つに対応する測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得する光学測定部と、
を備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池評価装置であって、
前記光学測定部が、複数種類の測定値を取得し、
前記複数の測定位置における前記複数種類の測定値である複数種類の測定値分布と、前記電気測定部により取得された前記複数の測定位置における電気特性である電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する種類特定部をさらに備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池評価装置であって、
前記光学測定部が、分光エリプソメータであることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、
前記電気測定部および前記光学測定部の相対位置を一定に保った状態にて、前記電気測定部および前記光学測定部を前記複数の太陽電池セルの配列方向に相対的に移動する移動機構をさらに備えることを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、
前記第１光照射部が、前記複数の太陽電池セルに沿ってライン状の光を照射することを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池評価装置であって、
前記複数の太陽電池セルが、第１の波長の光の照射により第２の波長の光よりも効率よく発電を行う第１発電層と、前記第２の波長の光の照射により前記第１の波長の光よりも効率よく発電を行う第２発電層とを積層して有し、
前記第２光照射部が、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光とを個別に前記複数の測定位置に照射することを特徴とする太陽電池評価装置。
【請求項７】
薄膜型太陽電池の品質を評価する太陽電池評価方法であって、
ａ）受光面に沿って配列され、直列に接続される複数の太陽電池セルに光を照射して前記複数の太陽電池セルを導通状態とする工程と、
ｂ）前記ａ）工程が行われている間に、前記複数の太陽電池セル上の複数の測定位置に局所的にさらに光を順次照射する工程と、
ｃ）前記ｂ）工程おける前記複数の測定位置への光の照射に同期して、前記複数の太陽電池セルにて生じる電圧および電流の少なくとも一方を測定することにより、電気特性分布を取得する工程と、
ｄ）前記複数の測定位置における、屈折率、消衰係数、膜厚、光吸収係数および表面粗度の少なくとも２つに対応する複数種類の測定値を、光学的手法により前記複数の太陽電池セルと非接触にて取得することにより、複数種類の測定値分布を取得する工程と、
ｅ）前記複数種類の測定値分布と、前記電気特性分布とを比較することにより、前記電気特性分布と最も相関性を有する測定値分布の種類を特定する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１５５２２５（Ｐ２０１１−１５５２２５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２８８（Ｐ２０１０−１７２８８）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【出願人】（３０４０１９３９９）国立大学法人岐阜大学 (289)
【Ｆターム（参考）】
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