JP2014038921A - 太陽電池の評価方法及び評価装置 - Google Patents
太陽電池の評価方法及び評価装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014038921A JP2014038921A JP2012179817A JP2012179817A JP2014038921A JP 2014038921 A JP2014038921 A JP 2014038921A JP 2012179817 A JP2012179817 A JP 2012179817A JP 2012179817 A JP2012179817 A JP 2012179817A JP 2014038921 A JP2014038921 A JP 2014038921A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- substrate
- solar cell
- scribe line
- predetermined region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】光照射による基板表面温度上昇を抑え、短時間で簡便に、かつ確実に電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価方法を提供する。
【解決手段】本発明は、基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価方法であって、基板の一端からn番目(nは自然数)のスクライブ線と(n+1)番目のスクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその周辺領域から電気的に絶縁する工程Aと、基板のうち所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する工程Bと、工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する工程Cと、を少なくとも有する。
【選択図】図7
【解決手段】本発明は、基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価方法であって、基板の一端からn番目(nは自然数)のスクライブ線と(n+1)番目のスクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその周辺領域から電気的に絶縁する工程Aと、基板のうち所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する工程Bと、工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する工程Cと、を少なくとも有する。
【選択図】図7
Description
本発明は、太陽電池の局所的な光電変換効率を測定し評価する方法および該方法を使用する評価装置に関する。
低炭素エネルギーの効率的な利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般に利用されつつある。シリコン単結晶を利用した太陽電池は、単位面積当たりのエネルギー変換効率に優れているが、材料となるシリコン単結晶インゴットの製造に大量のエネルギーが費やされるため、製造コストが高いという問題がある。特に屋外などに設置される大面積の太陽電池を、シリコン単結晶を利用して実現しようとすると、相当にコストが掛かるのが現状である。そこで、アモルファス(非晶質)シリコン薄膜を利用した太陽電池(以下では、薄膜シリコン太陽電池という)が、より安価な太陽電池として普及している。
薄膜シリコン太陽電池は、光を受けると電子とホールを発生するアモルファスシリコン膜(i型)を、p型およびn型のシリコン膜ではさんだpin接合と呼ばれる層構造の半導体膜を用いて、この半導体膜の両面にそれぞれ電極を形成したものである。太陽光によって発生した電子とホールは、p型・n型半導体の電位差によって活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで両面の電極に電位差が生じる。
こうした薄膜シリコン太陽電池の具体的な構成としては、例えば、受光面側のガラス基板にTCOなどの透明電極を、下都電極として成膜し、この上にアモルファスシリコンからなる半導体膜と、上部電極となるAg薄膜などを形成してなる。このような上下電極と半導体膜からなる光電変換体を備えた薄膜シリコン太陽電池は、基板上に広い面積で均一に各層を成膜しただけでは電位差が小さく、抵抗値の問題もあるため、例えば、光電変換体を所定のサイズごとに電気的に区画した区画素子を形成し、互いに隣接する区画素子どうしを電気的に接続してなる。具体的には、基板上に広い面積で均一に形成した光電変換体に、レーザー光などでスクライブ線(スクライブライン)と称される溝を形成して多数の短冊状の区画素子(セル)とし、この区画素子どうしを電気的に直列又は並列に接統した構造とする。
ところで、セルに含まれうる構造欠陥を調べるために、セルに直流電流を導入して、この時に生じるフォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセンスを測定して発光強度の分布を測定し、当該セルの光電変換効率を評価する方法が開示されている(特許文献1)。
特許文献1の方法と異なる太陽電池の評価方法として、薄膜シリコン太陽電池のモジュールにおいて、局所的な光電流変換効率(以下、局所効率ということがある)を測定する方法がある。この方法の場合、測定対象である所定のセルに、ミニセルを作製して、該ミニセルの光電流変換効率を測定する。この際、ミニセルに光を照射することにより、光電流変換効率を測定するが、光照射によって基板表面温度が上昇してしまうという問題がある。
電池特性の測定においては、太陽電池基板の温度を室温±2℃に抑える必要がある。測定中に光照射による基板表面温度上昇を抑えるには、水冷による基板への接触式な冷却が挙げられるが、基板サイズが大きい上、基板を移動する必要があるため、この方法では困難である。
電池特性の測定においては、太陽電池基板の温度を室温±2℃に抑える必要がある。測定中に光照射による基板表面温度上昇を抑えるには、水冷による基板への接触式な冷却が挙げられるが、基板サイズが大きい上、基板を移動する必要があるため、この方法では困難である。
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、光照射による基板表面温度上昇を抑え、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価方法を提供することを第一の目的とする。
また、本発明は、光照射による基板表面温度上昇を抑え、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価装置を提供することを第二の目的とする。
また、本発明は、光照射による基板表面温度上昇を抑え、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価装置を提供することを第二の目的とする。
本発明の請求項1に記載の太陽電池の評価方法は、基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価方法であって、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁する工程Aと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する工程Bと、前記工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する工程Cと、を少なくとも有することを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の太陽電池の評価方法は、請求項1において、前記工程Bにおいて、前記所定領域を所望の温度に保つ手段として、空冷ファンを用いることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の太陽電池の評価方法は、請求項1又は2において、前記工程Bにおいて、前記気体として、空気を用いることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の太陽電池の評価方法は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記工程Bにおいて、前記所定領域を含む領域の温度が室温±2℃の範囲となるように、前記温度制御する手段により前記基板の温度を調整すること、を特徴とする。
本発明の請求項5に記載の太陽電池の評価装置は、基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価装置であって、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁させる絶縁部を形成する手段αと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、光を照射する手段γと、前記手段βと前記手段γにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する手段δと、前記α、前記β、前記γ、及び前記δを制御する手段εと、を少なくとも備えたこと、を特徴とする。
本発明の請求項2に記載の太陽電池の評価方法は、請求項1において、前記工程Bにおいて、前記所定領域を所望の温度に保つ手段として、空冷ファンを用いることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の太陽電池の評価方法は、請求項1又は2において、前記工程Bにおいて、前記気体として、空気を用いることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の太陽電池の評価方法は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記工程Bにおいて、前記所定領域を含む領域の温度が室温±2℃の範囲となるように、前記温度制御する手段により前記基板の温度を調整すること、を特徴とする。
本発明の請求項5に記載の太陽電池の評価装置は、基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価装置であって、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁させる絶縁部を形成する手段αと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、光を照射する手段γと、前記手段βと前記手段γにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する手段δと、前記α、前記β、前記γ、及び前記δを制御する手段εと、を少なくとも備えたこと、を特徴とする。
本発明では、評価対象である所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射しているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価方法を提供することができる。
また、本発明では、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βを備えているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価装置を提供することができる。
また、本発明では、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βを備えているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能な、太陽電池の評価装置を提供することができる。
以下、本発明に係る太陽電池の評価方法及び評価装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
以下、本発明の好適な実施形態について図を参照しながら詳細に説明するか、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
図1は、本発明の評価方法に供される薄膜シリコン太陽電池を例示する拡大斜視図である。また、図2は図1の太陽電池の層構成を示す要部拡大断面図であり、図3は図2の符号Zで表された部位を拡大した断面図である。
太陽電池10は、透明な絶縁性の基板11の第一面11aに光電変換体12を形成してなる。基板11は、例えば、ガラスや透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性のある絶縁材料で形成されうる。こうした基板11の第二面(他面)11b側から太陽光Sが入射する。
太陽電池10は、透明な絶縁性の基板11の第一面11aに光電変換体12を形成してなる。基板11は、例えば、ガラスや透明樹脂など、太陽光の透過性に優れ、かつ耐久性のある絶縁材料で形成されうる。こうした基板11の第二面(他面)11b側から太陽光Sが入射する。
光電変換体12は、基板11側から順に第一電極(下都電極)層13、半導体層14、第二電極(上部電極)層15を積層してなる。第一電極層13は、透明な導電材料、例えば、TCO(Transparent Conductive Oxide)、ITO(indium Tin Oxide)などの光透過性の金属酸化物から形成されうる。また、第二電極層15は、Ag、Cuなど導電性の金属膜によって形成されうる。
半導体層14は、例えば、図3に示すように、p型シリコン膜17とn型シリコン膜18との間にi型シリコン膜16を挟んだpin接合構造を有する。そして、この半導体層14に太陽光が入射すると電子とホールが生じて、p型シリコン膜17とn型シリコン膜18との電位差によって電子及びホールが活発に移動し、これが連続的に繰り返されることで第一電極層13と第二電極層15との間に電位差が生じる(光電変換)。なお、シリコン膜の材料としては、アモルファス型、微結晶ナノクリスタル型等の材料が用いられる。
光電変換体12は、スクライブ線19によって、例えば外形が短冊状の多数の区画素子21、21・・・に分割されている。この区画素子21、21・・・は互いに電気的に区画されるとともに、例えば互いに隣接する区画素子21同士の間で、電気的に直列に接統される。これにより、光電変換体12は、区画素子21、21・・・を全て電気的に直列に繋いだ構造を有し、高い電位差の電流を取り出すことができる。スクライブ線19は、例えば、基板11の第一面11aに均一に光電変換体12を形成した後、レーザーなどによって光電変換体12に所定の間隔で溝を形成することにより形成される。この際、スクライブ線19は、半導体層14および第二電極層15が除去された溝からなる。
なお、こうした光電変換体12を構成する第二電極層15の上に、さらに絶縁性の樹脂などからなる保護層(図示せず)を形成するのが好ましい。
<太陽電池の評価方法>
本発明の太陽電池の評価方法は、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁する工程Aと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する工程Bと、前記工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する工程Cと、を少なくとも有することを特徴とする。
本発明では、評価対象である所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射しているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明の太陽電池の評価方法では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能である。
以下、工程順に説明する。
本発明の太陽電池の評価方法は、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁する工程Aと、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する工程Bと、前記工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する工程Cと、を少なくとも有することを特徴とする。
本発明では、評価対象である所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射しているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明の太陽電池の評価方法では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能である。
以下、工程順に説明する。
まず、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁する(工程A)。
上述したような構成の太陽電池において、長いセルの上にどこかに欠陥があれば、セル全体の分光感度特性測定に影響し、局所的な真の電池特性は評価できない。そこで、測定対象となる場所において、局所的に電気的絶縁処理を行えば、他の部分に影響されずに、測定したい箇所の電池特性を評価できるようになる。
上述したような構成の太陽電池において、長いセルの上にどこかに欠陥があれば、セル全体の分光感度特性測定に影響し、局所的な真の電池特性は評価できない。そこで、測定対象となる場所において、局所的に電気的絶縁処理を行えば、他の部分に影響されずに、測定したい箇所の電池特性を評価できるようになる。
(スクライブ線の検出工程)
モジュール1を構成する基板11上に、複数の区画素子21が配置された薄膜シリコン太陽電池10の上面図を図4に示す。以下では、個々の区画素子21を「セル」という。
基板11において、その一端11cから1番目のスクライブ線19aおよび2番目のスクライブ線19bによって区画された領域が第一のセル(セル1)である。同様に、基板の一端11cから5番目のスクライブ線19cおよび6番目のスクライブ線19dによって区画された領域が第五のセル(セル5)である。従って、基板の一端11cから(1+m)番目のスクライブ線19eは、第mのセル(セルm)を区画する。ここで、mは自然数である。
また、基板の一端11cおよび他端11dには、配線領域22が設けられている。
モジュール1を構成する基板11上に、複数の区画素子21が配置された薄膜シリコン太陽電池10の上面図を図4に示す。以下では、個々の区画素子21を「セル」という。
基板11において、その一端11cから1番目のスクライブ線19aおよび2番目のスクライブ線19bによって区画された領域が第一のセル(セル1)である。同様に、基板の一端11cから5番目のスクライブ線19cおよび6番目のスクライブ線19dによって区画された領域が第五のセル(セル5)である。従って、基板の一端11cから(1+m)番目のスクライブ線19eは、第mのセル(セルm)を区画する。ここで、mは自然数である。
また、基板の一端11cおよび他端11dには、配線領域22が設けられている。
このモジュール1において、ミニセルを作製すべき所定の第nのセル(セルn)は、基板の一端11cからn番目のスクライブ線19fおよび(n+1)番目のスクライブ線19gによって区画される。ここで、nは自然数である。
したがって、所定の第nのセルの位置を認識するためには、n番目のスクライブ線19fを検出すればよい。その後、(n+1)番目のスクライブ線19gは、n番目のスクライブ線19gに隣接する、基板の他端11d側のスクライブ線であることが当然に導かれる。
したがって、所定の第nのセルの位置を認識するためには、n番目のスクライブ線19fを検出すればよい。その後、(n+1)番目のスクライブ線19gは、n番目のスクライブ線19gに隣接する、基板の他端11d側のスクライブ線であることが当然に導かれる。
n番目のスクライブ線19fを検出する方法としては、下記2つの検出方法が好適である。
第一の検出方法は、基板の一端11cから1番目のスクライブ線19aを検出し、基板の他端11dの方向へ、順次、スクライブ線を検出してカウントアップする(数え上げる)ことによって、n番目のスクライブ線19fを検出する方法である。
この第一の方法によれば、確実にn番目のスクライブラインを検出できる。
第一の検出方法は、基板の一端11cから1番目のスクライブ線19aを検出し、基板の他端11dの方向へ、順次、スクライブ線を検出してカウントアップする(数え上げる)ことによって、n番目のスクライブ線19fを検出する方法である。
この第一の方法によれば、確実にn番目のスクライブラインを検出できる。
第二の検出方法は、基板の一端11cから1番目のスクライブ線19aと、(1+m)番目のスクライブ線19eとの距離Lを測定し、1区画あたりのスクライブ線間の距離Rを算出する。この算出結果から、n番目のスクライブ線19fが、1番目のスクライブ線19aから距離Tの位置にあると推定し、その距離Tの位置において、n番目のスクライブ線19fを検出する方法である。
ここで、距離Rは、式;R=L/mで求められる。距離Tは、式;T=R×(n−1)で求められる。また、mは、nよりも小さい自然数であることが好ましい。
ここで、距離Rは、式;R=L/mで求められる。距離Tは、式;T=R×(n−1)で求められる。また、mは、nよりも小さい自然数であることが好ましい。
この第二の方法によれば、前述の第一の検出方法よりも、短時間でn番目のスクライブ線を検出できる場合がある。例えば、n=1000である場合、m=10とすることよって、距離Tを算出し、その距離Tの位置へ一足飛びに移助して、n番目のスクライブラインを検出できる。つまり、n≫mである場合に、第二の方法を用いることが好ましい。
第二の検出方法では、モジュール1における各セルの幅(各セルを区画するスクライブ線間の距離)が同じであることが前提となる。1番目のスクライブ線からn番目のスクライブ線までの、各スクライブ線間距離が異なる場合は、その差異を補正して、距離Tを算出する。
第一または第二の検出方法によってn番目のスクライブ線19fを検出した後、隣接する(n+1)番目のスクライブ線19gを検出するのは容易である。この結果、n番目のスクライブ線および(n+1)番目のスクライブ線で区画された第nのセル(セルn)の位置が罷識できる。
なお、スクライブ線19を検出する方法としては、CCDカメラ等を備えた装置を用いて、スクライブ線19を画像認識する方法が挙げられる。
(絶縁工程)
本発明に係る評価方法のー実施形態においては、まず、評価対象の前記第nのセル(セルn)において、所定領域を周辺領域から絶縁させて絶縁領域を形成する絶縁工程を行う。絶縁工程は、例えば、図5、図6に示すように行われる。図5、図6は、絶縁工程後の太陽電池を例示する図であり、図5は上面図、図6は図5のI−I線における断面図である。すなわち、半導体層14及び第二電極層15を取り除くことによって二本の絶縁線R2及びR3を形成する。絶縁線R2及びR3の各々は、隣り合う二本のスクライブ線19f及び19gに跨るように設けられている。さらにこれら二本の絶縁線R2及びR3に跨るように、半導体層14及び第二電極層15を取り除くことによって一本の絶縁線R1を形成する。
絶縁線R2及びR3は、スクライブ線19f及び19gに直交する方向に延在している。また、絶縁線R1は、絶縁線R2及びR3に直交する方向に延在している。
本発明に係る評価方法のー実施形態においては、まず、評価対象の前記第nのセル(セルn)において、所定領域を周辺領域から絶縁させて絶縁領域を形成する絶縁工程を行う。絶縁工程は、例えば、図5、図6に示すように行われる。図5、図6は、絶縁工程後の太陽電池を例示する図であり、図5は上面図、図6は図5のI−I線における断面図である。すなわち、半導体層14及び第二電極層15を取り除くことによって二本の絶縁線R2及びR3を形成する。絶縁線R2及びR3の各々は、隣り合う二本のスクライブ線19f及び19gに跨るように設けられている。さらにこれら二本の絶縁線R2及びR3に跨るように、半導体層14及び第二電極層15を取り除くことによって一本の絶縁線R1を形成する。
絶縁線R2及びR3は、スクライブ線19f及び19gに直交する方向に延在している。また、絶縁線R1は、絶縁線R2及びR3に直交する方向に延在している。
絶縁線R1〜R3は、例えば、レーザーを太陽電池10上に照射することによって形成されている。同幅のレーザー(同じ波長のレーザー)を使用して、半導体層14及び第二電極層15を同時に取り除くことで絶縁線R1〜R3を設けることができる。このように、絶縁工程においては、半導体層14及び第二電極層15の二層だけを取り除くことによって、絶縁線R1〜R3が形成されている。上記のように絶縁線R1を別途設けることで、一本のスクライブ線19f及び三本の絶縁線R1〜R3で囲まれた絶縁領域D1(ミニセル)は、区画素子21s(第nのセル)において、周辺領域(その他の領域)から確実に絶縁される。
なお、図5、図6において、符号Bは、半導体層14と基板11とが接触している部位を示し、符号Cは、第一電極層13と第二電極層15とが接続している部位を示す。
なお、図5、図6において、符号Bは、半導体層14と基板11とが接触している部位を示し、符号Cは、第一電極層13と第二電極層15とが接続している部位を示す。
一方、絶縁線R1を設けずに、二本のスクライブ線19f及び19g並びに二本の絶縁線R2及びR3で囲まれた碩域(図示略)を区画素子21s上に形成する場合を説明する。該領域を区画素子21sにおいて、絶縁領域として周辺領域(その他の領域)から確実に絶縁するためには、第一電極層13、半導体層14及び第二電極層15の三層を取り除くことによって二本の絶縁線R2及びR3を形成する必要がある。絶縁線R1を設けずに、半導体層14及び第二電極層15の二層を取り除いただけでは、例えば、電流が、絶縁線の下に位置する第一電極層13を介して、隣り合う領域との間で伝達されてしまう。
このため、絶縁が不完全であり、所望の絶縁領域が得られない。一方、レーザーの照射によって三層を取り除く場合、第一電極層13を照射するレーザーの種類(波畏)と、半導体層14及び第二電極層15を照射するレーザーの種類(波長)とを異ならせる必要がある。したがって、工程数の増加を伴い、複雑な装置が必要となる。
このため、絶縁が不完全であり、所望の絶縁領域が得られない。一方、レーザーの照射によって三層を取り除く場合、第一電極層13を照射するレーザーの種類(波畏)と、半導体層14及び第二電極層15を照射するレーザーの種類(波長)とを異ならせる必要がある。したがって、工程数の増加を伴い、複雑な装置が必要となる。
(照射工程)
前記基板のうち、評価対象とする前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する(工程B)。
本発明に係る評価方法の一実施形態においては、前記絶縁工程後に、前記絶縁領域を含む領域に光を照射する照射工程を行う。
例えば、図5、図6に示す太陽電池の揚合、光が照射される領域は、絶縁領域D1を含み、絶縁領域D1の外側に位置する領域に光が照射されてもよい。光は、太陽電池10の第二面11bから照射される。
前記基板のうち、評価対象とする前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する(工程B)。
本発明に係る評価方法の一実施形態においては、前記絶縁工程後に、前記絶縁領域を含む領域に光を照射する照射工程を行う。
例えば、図5、図6に示す太陽電池の揚合、光が照射される領域は、絶縁領域D1を含み、絶縁領域D1の外側に位置する領域に光が照射されてもよい。光は、太陽電池10の第二面11bから照射される。
ここで、ミニセルの電池特性を測定するためには、太陽電池基板の温度を室温±2℃の範囲に抑える必要がある。しかしながら、光照射することにより、基板の温度上昇は避けられない。
そこで本発明では、光照射による基板温度上昇を抑えるために、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保っている。前記気体としては、例えば空気を用いることができる。
そこで本発明では、光照射による基板温度上昇を抑えるために、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保っている。前記気体としては、例えば空気を用いることができる。
前記所定領域を所望の温度に保つ手段として、本実施形態では、空冷ファンを用いている。また、前記所定領域を含む領域の温度が室温±2℃の範囲となるように、前記温度制御する手段により前記基板の温度を調整する。これにより、効率よく、確実に(正確に)電池特性を測定、評価することができる。
(測定工程)
前記工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する(工程C)。
次いで、光照射時の前記絶縁領域における電流電圧特性を得るための測定工程を行う。
例えば、図5、図6に示す太陽電池の場合、絶縁領域D1の第二電極層15と、絶縁領域D1に隣接する領域D2の第二電極層15(太陽電池10の、光の照射面とは反対側の面)にプローブが接触される。領域D2と絶縁領域D1との間にはスクライブ線19fが形成されている。第二電極層15は、光が照射される第二面11bとは反対の第1面11aの上方に形成された屈である。絶縁領域D1の第二電極層15に接触されたプローブと領域D2の第二電極層15に接触されたプローブとの間において、電流及び電圧が測定される。これによって電流電圧特性が得られる。この測定工程において、絶縁領域D1は、区画素子21sにおける周辺領域から確実に絶縁されているので、周辺領域の影響を受けることがない。例えば、周辺領域において発生した電流が絶縁領域D1に流れることがない。したがって、例えば、絶縁領域D1に隣接する前記領域D2又は領域D3に構造欠陥Aが存在する場合でも、絶縁領域D1における光電変換効率を高精度に秤価できる。ここで、領域D3と絶縁領域D1との同には絶縁線R2が形成されている。また、構造欠陥Aが、前記領域D2又はD3以外の領域に存在する揚合であっても、同様に、絶縁領域D1における光電変換効率を高精度に評価できる。
前記工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する(工程C)。
次いで、光照射時の前記絶縁領域における電流電圧特性を得るための測定工程を行う。
例えば、図5、図6に示す太陽電池の場合、絶縁領域D1の第二電極層15と、絶縁領域D1に隣接する領域D2の第二電極層15(太陽電池10の、光の照射面とは反対側の面)にプローブが接触される。領域D2と絶縁領域D1との間にはスクライブ線19fが形成されている。第二電極層15は、光が照射される第二面11bとは反対の第1面11aの上方に形成された屈である。絶縁領域D1の第二電極層15に接触されたプローブと領域D2の第二電極層15に接触されたプローブとの間において、電流及び電圧が測定される。これによって電流電圧特性が得られる。この測定工程において、絶縁領域D1は、区画素子21sにおける周辺領域から確実に絶縁されているので、周辺領域の影響を受けることがない。例えば、周辺領域において発生した電流が絶縁領域D1に流れることがない。したがって、例えば、絶縁領域D1に隣接する前記領域D2又は領域D3に構造欠陥Aが存在する場合でも、絶縁領域D1における光電変換効率を高精度に秤価できる。ここで、領域D3と絶縁領域D1との同には絶縁線R2が形成されている。また、構造欠陥Aが、前記領域D2又はD3以外の領域に存在する揚合であっても、同様に、絶縁領域D1における光電変換効率を高精度に評価できる。
このとき、本発明では、評価対象である所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射しているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能である。
図7は、本発明に係る評価装置の一実施形態を例示する概略構成図である。
本発明の太陽電池の評価装置は、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁させる絶縁部を形成する手段α(レーザー照射装置31)と、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段β(空冷ファン35)と、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、光を照射する手段γ(光照射装置32)と、前記手段βと前記手段γにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する手段δ(電流定圧測定器33)と、前記α、前記β、前記γ、及び前記δを制御する手段ε(コンピュータ)と、を少なくとも備えたこと、を特徴とする。
本発明の太陽電池の評価装置は、前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁させる絶縁部を形成する手段α(レーザー照射装置31)と、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段β(空冷ファン35)と、前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、光を照射する手段γ(光照射装置32)と、前記手段βと前記手段γにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する手段δ(電流定圧測定器33)と、前記α、前記β、前記γ、及び前記δを制御する手段ε(コンピュータ)と、を少なくとも備えたこと、を特徴とする。
前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βとして、本実施形態では、前記所定領域を含む領域に向けて空気を吹き付ける空冷ファン35を用いている。
図7に示す例では、太陽電池基板の上側と下側の両方に空冷ファン35を配している。
図7に示す例では、太陽電池基板の上側と下側の両方に空冷ファン35を配している。
図7に示す評価装置3において、レーザー照射装置31は、複数の区画素子21が形成された太陽電池10の基板に対向するように配置されている。光照射装置32は、太陽電池10の基板に対向するように配置され、二つのプローブ330、330は、太陽電池10の第二電極層15に接触可能なように配置されている。さらに、画像認識装置34は、太陽電池10の基板に対向するように配置されている。画像認識装置34は、第二電極層側15および半導体層14が除かれて形成されたスクライブ線を認識することが容易となるために、第二電極層15側に設置されることが好ましい。レーザー照射装置31、光照射装置32、プローブ330、及び画像認識装置34の動作を制御するコンピュータも、評価装置3の構成に含まれるが、該コンピュータの図示は略してある。
レーザー照射装置31、光照射装置32、電流定圧測定器33、画像認識装置34、及び太陽電池10の各々は、上記第一固定部又は第二固定部(図示略)に固定されており、独立して図11のX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向のいずれにも移助可能である。なお、本実施形態においては、電流電圧測定器として、電圧プローブと電流プローブが一体に設けられたプローブを二つ備えた測定器を示しているが、例えば、電圧プローブと電流プローブが別々に設けられたプローブを二つ備えた、いわゆる四端子型の電流電圧測定器を使用することもできる。
本実施形態においては、プローブを二つ備えた電流電圧測定器が示されているが、2の倍数個のプローブを備えた測定器が用いられてもよい。このような構成を有する測定器においては、複数の絶縁領域における電流電圧特性を同時に測定したり、―つの絶縁領域について複数個のプローブで同時に電流電圧特性を測定したりすることができる。また、光照射装置も同様に、光源を一つ備えた光照射装置が用いられてもよいし、複数個の光源を備えた光照射装置が用いられてもよい。
図7において、レーザー照射装置31と画像認識装置34とは、互いに独立した装置として描かれている。しかし、ハーフミラーを用いれば、両装置が対物レンズを共用する光学系を備えた、―体型の装置構成とすることもできる(図8)。
図9は、図7の評価装置において、照射エリアと冷却ファンの関係を示す概略構成図である。図9に示した例では、2つの冷却ファン35a、35b(35)が各々、照射エリアSに対して、太陽電池10の表裏両面から気体(空気)を吹き付けるように構成されている。冷却ファンについては、必要に応じて、太陽電池10の片面側にのみ配置してもよい。太陽電池10の表裏両面に配置する際には、冷却ファン35a、35bの風力を個別に調整することにより、太陽電池10の表裏各面の冷却バランスを取ることもできる。
なお、図7に示す例では、評価装置3がレーザー照射装置31を備えた装置として描かれているが、レーザー照射装置31を評価装置3とは独立した別個の装置として設けてもよい。
図9は、図7の評価装置において、照射エリアと冷却ファンの関係を示す概略構成図である。図9に示した例では、2つの冷却ファン35a、35b(35)が各々、照射エリアSに対して、太陽電池10の表裏両面から気体(空気)を吹き付けるように構成されている。冷却ファンについては、必要に応じて、太陽電池10の片面側にのみ配置してもよい。太陽電池10の表裏両面に配置する際には、冷却ファン35a、35bの風力を個別に調整することにより、太陽電池10の表裏各面の冷却バランスを取ることもできる。
なお、図7に示す例では、評価装置3がレーザー照射装置31を備えた装置として描かれているが、レーザー照射装置31を評価装置3とは独立した別個の装置として設けてもよい。
このような評価装置によれば、区画素子において、周辺から絶縁された評価対象の絶縁領域を設け、この絶縁領域を含む領域に光を照射することで、周辺領域の彫響を受けることなく、該絶縁領域の電流電圧特性を測定でき、光電変換効率を局所的に高精度に評価できる。
例えば、電流電圧特性が測定された複数の絶縁領域の中で、他の絶縁領域とは光電変換効率が大きく異なる光電交換効率を有する絶縁領域が存在すれば、該領域中に構造欠陥が存在すると判断できる。
例えば、電流電圧特性が測定された複数の絶縁領域の中で、他の絶縁領域とは光電変換効率が大きく異なる光電交換効率を有する絶縁領域が存在すれば、該領域中に構造欠陥が存在すると判断できる。
そして特に本発明では、基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βを備えているので、光照射による基板表面の温度上昇を抑えることができる。これにより本発明の太陽電池の評価装置では、短時間で簡便に、かつ確実に(正確に)電池特性の測定が可能である。
(実験例)
以下の各実験例では、図7及び図9に示す評価装置を用いて、太陽電池の電流電圧特性を測定する際に、2つの冷却ファン35a、35b(35)を用いた場合の基板冷却効果について評価した。
基板に光を照射し、そのときの基板温度を測定した。
(1)厚さ3.2mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。このとき、空冷ファンを用いて基板を冷却した。
(2)厚さ3.2mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。
(3)厚さ3.2mmの基板を用いて、50×50mm2 のエリアに光を照射した。
(4)厚さ4mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。このとき、空冷ファンを用いて基板を冷却した。
(5)厚さ4mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。
(6)厚さ4mmの基板を用いて、50×50mm2 のエリアに光を照射した。
以下の各実験例では、図7及び図9に示す評価装置を用いて、太陽電池の電流電圧特性を測定する際に、2つの冷却ファン35a、35b(35)を用いた場合の基板冷却効果について評価した。
基板に光を照射し、そのときの基板温度を測定した。
(1)厚さ3.2mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。このとき、空冷ファンを用いて基板を冷却した。
(2)厚さ3.2mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。
(3)厚さ3.2mmの基板を用いて、50×50mm2 のエリアに光を照射した。
(4)厚さ4mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。このとき、空冷ファンを用いて基板を冷却した。
(5)厚さ4mmの基板を用いて、20×20mm2 のエリアに光を照射した。
(6)厚さ4mmの基板を用いて、50×50mm2 のエリアに光を照射した。
基板表面温度は基板の上側(4端子探針側)において熱電対で測定した。光照射時間と基板温度との関係を図10に示す。
図10より、空冷なしの場合はいずれも基板温度が2℃以上上昇してしまったが、20×20mm2 のエリアへの光照射において空冷した場合には、厚さ3.2mm、4mmのいずれの基板においても温度上昇は2℃以下に抑えられ、空冷の有効性が確認された。
図10より、空冷なしの場合はいずれも基板温度が2℃以上上昇してしまったが、20×20mm2 のエリアへの光照射において空冷した場合には、厚さ3.2mm、4mmのいずれの基板においても温度上昇は2℃以下に抑えられ、空冷の有効性が確認された。
以上、本発明の太陽電池の評価方法及び評価装置について詳細に説明したが、本発明は上述した例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明は、太陽電池の評価方法及び評価装置に広く適用可能である。
1 モジュール、3 評価装置、10 太陽電池、11 絶縁性の基板、11a 基板の第一面、11b 基板の第二面、11c 基板の一端、11d 基板の他端、12 光電変換体、13 第一電極層(下部電極層)、14 半導体層、15 第二電極層(上部電極層)、17 p型シリコン膜、18 n型シリコン膜、19(19a〜19h) スクライブ線、21 区画素子(セル)、22 配線領域、D1、D4、D5、D6 絶縁領域、R(R1〜R14) 絶縁線、31 レーザー照射装置、32 光照射装置、33 電流電圧測定器、34 画像認識装置、35 空冷ファン、330 プローブ。
Claims (6)
- 基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価方法であって、
前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁する工程Aと、
前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で該所定領域を所望の温度に保ちつつ、該所定領域を含む領域に光を照射する工程Bと、
前記工程Bにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する工程C と、
を少なくとも有することを特徴とする太陽電池の評価方法。 - 前記工程Bにおいて、前記所定領域を所望の温度に保つ手段として、空冷ファンを用い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。
- 前記工程Bにおいて、前記気体として、空気を用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池の評価方法。
- 前記工程Bにおいて、前記所定領域を含む領域の温度が室温±2℃の範囲となるように、前記温度制御する手段により前記基板の温度を調整すること、を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の太陽電池の評価方法。
- 基板の一面に、少なくとも第一電極層、発電層、第二電極層を順に重ねた光電変換体が配されており、該光電変換体がスクライブ線によって所定のサイズごとに電気的に区画されてなる太陽電池の評価装置であって、
前記基板の一端からn番目(nは自然数)の前記スクライブ線と(n+1)番目の前記スクライブ線により区画された領域において、評価対象とする所定領域をその(=該所定領域の)周辺領域から電気的に絶縁させる絶縁部を形成する手段αと、
前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、気体を用い非接触で温度制御する手段βと、
前記基板のうち、前記所定領域を含む領域に対して、光を照射する手段γと、
前記手段βと前記手段γにより、所望の温度に保持され、かつ、光照射された状態にある所定領域において、電流電圧特性を測定する手段δと、
前記α、前記β、前記γ、及び前記δを制御する手段εと、
を少なくとも備えたこと、を特徴とする太陽電池の評価装置。 - 前記手段βが、前記所定領域を含む領域に向けて空気を吹き付ける空冷ファンであること、を特徴とする請求項5に記載の太陽電池の評価装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012179817A JP2014038921A (ja) | 2012-08-14 | 2012-08-14 | 太陽電池の評価方法及び評価装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012179817A JP2014038921A (ja) | 2012-08-14 | 2012-08-14 | 太陽電池の評価方法及び評価装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014038921A true JP2014038921A (ja) | 2014-02-27 |
Family
ID=50286829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012179817A Pending JP2014038921A (ja) | 2012-08-14 | 2012-08-14 | 太陽電池の評価方法及び評価装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014038921A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110047975A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 降低薄膜太阳能刻划误差的方法及刻划*** |
CN110797417A (zh) * | 2018-08-03 | 2020-02-14 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种太阳能电池的制备方法 |
-
2012
- 2012-08-14 JP JP2012179817A patent/JP2014038921A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110797417A (zh) * | 2018-08-03 | 2020-02-14 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 一种太阳能电池的制备方法 |
CN110047975A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-23 | 北京铂阳顶荣光伏科技有限公司 | 降低薄膜太阳能刻划误差的方法及刻划*** |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5409837B2 (ja) | 薄膜光電変換モジュールの解析方法 | |
US20090102502A1 (en) | Process testers and testing methodology for thin-film photovoltaic devices | |
JP2009141056A (ja) | 太陽電池モジュールの製造方法および太陽電池モジュールの製造装置 | |
WO2012036197A1 (ja) | 太陽電池の評価方法および評価装置 | |
EP2278619A2 (en) | Solar cell module and method for manufacturing the same | |
JP2017055657A (ja) | 太陽電池モジュールの検査装置およびその検査方法 | |
Markauskas et al. | Validation of monolithic interconnection conductivity in laser scribed CIGS thin-film solar cells | |
US20110030758A1 (en) | Photovoltaic device and manufacturing method thereof | |
JP2014038921A (ja) | 太陽電池の評価方法及び評価装置 | |
KR101153434B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 및 제조 장치 | |
JP2013247165A (ja) | 薄膜太陽電池モジュールおよびその製造方法 | |
WO2011024750A1 (ja) | 太陽電池の評価方法及び評価装置 | |
JP2002329879A (ja) | 太陽電池アレイの欠陥検出方法 | |
JP5892513B2 (ja) | 太陽電池の製造工程における発電性能の予測方法、並びにそれを用いた製造工程における最適化方法及び異常検知方法 | |
JP2010021437A (ja) | 太陽電池の製造装置およびその製造方法 | |
KR101183698B1 (ko) | 태양전지의 제조 방법 및 태양전지의 제조 장치 | |
WO2012046691A1 (ja) | 太陽電池の評価方法 | |
JP2015207607A (ja) | 太陽電池モジュールおよびその製造方法 | |
JP6100455B2 (ja) | 太陽電池モジュールの検査装置およびその検査方法 | |
Bándy et al. | Thermal behaviour of new crystalline semitransparent solar cell structure | |
JP2012134226A (ja) | 薄膜太陽電池およびその製造方法 | |
KR20120057127A (ko) | 레이저 장비 및 이를 포함하는 태양 전지 모듈의 제조 방법 | |
TW201814916A (zh) | 高光電變換效率太陽電池之製造方法及高光電變換效率太陽電池 | |
US20120049310A1 (en) | Thin film photoelectric conversion module and fabrication method of the same | |
JP2011049299A (ja) | 太陽電池の特性測定方法及び特性測定装置 |