JP5892597B2

JP5892597B2 - 検査装置および検査方法

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Publication number: JP5892597B2
Application number: JP2012038272A
Authority: JP
Inventors: 英俊中西; 政吉斗内; 巌川山
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Osaka University NUC
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Osaka University NUC
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: US9103870B2; JP2013174477A; EP2631635A1; EP2631635B1; US20130222004A1

Description

この発明は、フォトデバイスを非接触で検査する技術に関する。

フォトデバイスの１種である太陽電池の製造工程においては、いわゆる４端子測定法を適用して、太陽電池の電気特性を測定する検査装置が利用されている。より具体的には、太陽電池の受光面と裏面に設けられた集電電極に、電流測定用のプローブピンと電圧測定用のプローブピンとが当てられる。この状態で、疑似太陽光が照射されながら、太陽電池に印加する電圧を変化させて電流電圧の関係が測定される。これにより、太陽電池のＩ−Ｖ特性が測定される（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１８２９６９号公報

ところが、従来の太陽電池の検査装置の場合、電流測定用または電圧測定用のプローブピンを集電電極に直接接触させる必要があった。このため、プローブピンのメッキが剥がれるなど、プローブピンが摺り減るという問題があった。また、太陽電池にプローブピンを接触させるため、検査中に太陽電池素子を傷付けてしまう虞があった。そこで、発明者らは、フォトデバイスを非接触で検査する手法を提案している（特願２０１１−１５５６６５号）。

具体的に、フォトデバイスを非接触で検査する場合、フォトデバイスにフェムト秒レーザーから出射されるパルス光を照射して、光励起キャリア（自由電子および正孔）を発生させる。この光励起キャリアがフォトデバイスの空乏層などに作用する内部電界により加速された場合、テラヘルツ波を含む電磁波が発生する。つまり、パルス光を照射フォトデバイスに照射することにより、光励起キャリア発生領域の特性に応じて、電磁波を発生させることができる。したがって、この発生した電磁波を解析することによって、フォトデバイスの特性（空乏層の形成状況など）を検査することができる。

しかしながら、このフォトデバイスの非接触の検査においては、フォトデバイスが実際に使用されるときに受ける光（具体的に、太陽電池であれば疑似太陽光など）が照射されることなく、検査が行われる。したがって、使用時に問題となりうる構造上の欠陥の検出、または、フォトデバイスの性能の評価を行うことが極めて困難であった。

そこで、本願発明は、使用時に問題となりうるフォトデバイスの欠陥検出、または、フォトデバイスの性能評価などの検査を、非接触で行うことができる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、第１の態様は、太陽電池を検査する検査装置であって、フェムト秒レーザーから出射されるパルス光を前記太陽電池に照射する照射部と、前記パルス光の照射に応じて前記太陽電池から発生する電磁波を検出する検出部と、前記太陽電池における前記パルス光が照射されている部分に対して、連続光を照射する連続光照射部と、前記太陽電池の使用時における受光面に前記パルス光及び前記連続光が入射するよう、前記太陽電池を保持する保持部とを備えている。

また、第２の態様は、第１の態様に係る検査装置において、前記連続光の照射径または強度を変更する照射条件変更部、をさらに備えている。

また、第３の態様は、第１または第２の態様に係る検査装置において、前記連続光は、相互に異なる複数の波長を持つ光を含む。

また、第４の態様は、第３の態様に係る検査装置において、前記連続光が疑似太陽光を含む。

また、第５の態様は、第１または第２の態様に係る検査装置において、前記連続光は、単一波長のレーザー光である。

また、第６の態様は、第１から第５の態様までのいずれか１態様に係る検査装置において、前記太陽電池を逆バイアス状態とする電圧を印加する逆バイアス電圧印加部、をさらに備えている。

また、第７の態様は、太陽電池を検査する検査方法であって、(a)フェムト秒レーザーから出射されたパルス光を前記太陽電池に照射する工程と、(b)前記パルス光の照射に応じて前記太陽電池から発生する電磁波を検出する工程と、(c)前記太陽電池における、前記パルス光が照射されている部分に対して、連続光を照射する工程と、(d)前記太陽電池の使用時における受光面に前記パルス光及び前記連続光が入射するよう、前記太陽電池を保持する工程とを含む。

第１から第７の態様によると、連続光が照射されることによって、太陽電池を、起電力が発生している状態とすることができる。これにより、使用された状態にある太陽電池を検査することができる。したがって、パルス光の照射に応じて発生する電磁波を検出することによって、使用時に問題となりうる構造上の欠陥の検出、または、太陽電池の性能の評価を、非接触で行うことができる。

第２の態様に係る検査装置によると、連続光の照射径または光強度を変更することによって、連続光による起電力が発生する範囲、ならびに発生する起電力の大きさを任意に変更することができる。

第３の態様によると、複数の波長の連続光に曝されている状態で、太陽電池を検査することができる。

第４の態様によると、太陽電池に疑似太陽光が照射されることで、実際の使用状態にある太陽電池を検査することができる。

第５の態様によると、太陽電池の波長に依存する特性を検査することができる。

第６の態様によると、逆バイアス状態とすることにより、空乏層などの内部電界が強められるため、発生する電磁波の強度を強めることができる。これにより、電磁波の検出感度を向上することができる。

第１実施形態に係る検査装置の概略構成図である。第１実施形態に係る照射部および検出部の概略構成図である。太陽電池パネルの概略断面図である。太陽電池パネルを受光面側から見たときの平面図である。太陽電池パネルの裏側平面図である。第１検査の流れ図である。時間波形構築部により復元された電磁波パルスの時間波形を示す図である。電磁波パルスのスペクトル分布を示す図である。連続光の強度を変更したときに検出される電磁波パルスの時間波形を示す図である。第２検査の流れ図である。電界強度分布画像の一例を示す図である。第２実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。第３実施形態に係る検査装置の照射部と検出部の概略構成図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であり、本発明の技術的範囲を限定する事例ではない。

＜１．第１実施形態＞
＜１．１．構成および機能＞
図１は、第１実施形態に係る検査装置１００の概略構成図である。また、図２は、第１実施形態に係る照射部１２および検出部１３の概略構成図である。

図１に示されるように、検査装置１００は、ステージ１１、照射部１２、検出部１３、連続光照射部１４、モーター１５、制御部１６、モニター１７および操作入力部１８を備えている。検査装置１００は、フォトデバイスが形成された基板である太陽電池パネル９０を検査するように構成されている。

フェムト秒レーザーから出射されたパルス光を太陽電池パネル９０などのフォトデバイスに照射すると、フォトデバイスからテラヘルツ波（周波数が０．１〜３０ＴＨｚ）を含む電磁波が発生する。この電磁波は、以下の原理に基づいて発生するものと考えられる。すなわち、バンドギャップを越えるエネルギーを持ったパルス光の照射により、フォトデバイスにおいて光励起キャリアが発生する。この発生した光励起キャリアがフォトデバイスの空乏層または金属半導体界面などの内部電界（ビルトイン電界）によって加速されることで、電流が発生する。このとき、照射光がパルス光である場合には、時間変化するパルス状の電流が発生することになるため、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式にしたがって電磁波が発生する。

ここで、フォトデバイスから発生する電磁波は、空乏層などの光励起キャリア発生領域の特性に応じて放射されるものである。このため、放射された電磁波を検出することにより、光励起キャリア発生領域の特性を検査することができる。検査装置１００は、このような原理に基づいて、所定波長のパルス光の照射に応じて太陽電池パネル９０から発生する電磁波パルスを検出するように構成されている。

なお、検査装置１００の検査対象となる試料は、太陽電池パネル９０に限定されるものではなく、可視光を含む光を電流に変換するフォトデバイスを含む試料であれば、検査装置１００の検査対象物となり得る。太陽電池パネル９０以外のフォトデバイスとしては、具体的には、ＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサなどのイメージセンサがあげられる。なお、イメージセンサの中には、使用状態においてフォトデバイスが形成された基板の裏面側となる部分に受光素子が形成されているものが知られている。このような基板であっても、使用状態において受光する側の主面を受光面として検査装置１００に設置すれば、良好に電磁波を検出することができる。

ステージ１１は、図示を省略する固定手段によって、太陽電池パネル９０をステージ１１上に固定する。固定手段としては、太陽電池パネル９０を挟持する挟持具、太陽電池パネル９０およびステージ１１に接着する粘着性シート、または、ステージ１１表面に形成される吸着孔を利用するものなどが考えられるが、その他の固定手段が採用されてもよい。本実施形態では、ステージ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓ側に照射部１２および検出部１３が配置されるように太陽電池パネル９０を保持する。

図２に示されるように、照射部１２は、フェムト秒レーザー１２１を備えている。フェムト秒レーザー１２１としては、波長が３６０ｎｍ（ナノメートル）以上１μｍ（マイクロメートル）以下、周期が数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ、パルス幅が１０〜１５０フェムト秒程度の直線偏光のパルス光を出射するものを採用することができる。

フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１は、ビームスプリッタＢ１により２つに分割される。分割された一方のパルス光（以下、ポンプ光ＬＰ１１という。）は、太陽電池パネル９０に照射される。このとき、照射部１２は、ポンプ光ＬＰ１１の照射を受光面９１Ｓ側から行う。また、ポンプ光ＬＰ１１の光軸が、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して斜めに入射するように、ポンプ光ＬＰ１１が太陽電池パネル９０に対して照射される。なお、図２に示される例では、ポンプ光ＬＰ１１の入射角度が４５度とされているが、この入射角度は０度から９０度までの範囲内で適宜変更することができる。

図３は、太陽電池パネル９０の概略断面図である。また図４は、太陽電池パネル９０を受光面９１Ｓ側から見たときの平面図である。また図５は、太陽電池パネル９０の裏側平面図である。図３に示されるように、太陽電池パネル９０は、積層構造を有しており、下から順に、アルミニウムなどで形成された平板状の裏面電極９２と、ｐ型シリコン層９３と、ｎ型シリコン層９４と、反射防止膜９５と、アルミニウムなどで形成される格子状の受光面電極９６とで構成されている。

ｐ型シリコン層９３とｎ型シリコン層９４との接合部分は、主に空乏層が形成されるｐｎ接合部９７となっている。この部分にパルス光が照射されると、発生した光励起キャリアが内部電界によって加速され、その結果、電磁波が発生する。発生した電磁波は、外部に放射されることで、電磁波パルスＬＴ１として検出器１３２により観測される。

なお、太陽電池パネル９０は、結晶シリコン系以外のもの（アモルファスシリコン系など）であってもよい。一般的に、アモルファスシリコン系太陽電池のバンドギャップ（例えば、１．７５ｅＶ〜１．８ｅＶ）は、結晶シリコン系太陽電池のバンドギャップ（例えば、１．２ｅＶ）に比べて大きい。したがって、アモルファスシリコン系太陽電池の場合は、フェムト秒レーザーから出射されるパルス光の波長を、例えば７００μｍ以下とすることで、アモルファスシリコン系太陽電池からテラヘルツ波を含む電磁波を良好に発生させることができる。同様の原理で、その他の半導体太陽電池においても、テラヘルツ波を含む電磁波を良好に発生させることが可能である。

反射防止膜９５は、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸化チタンなどで形成されている。太陽電池パネル９０においては、集電電極（受光面電極９６または裏面電極９２）が設けられている主面のうち、受光面電極９６が設けられている側の主面が、受光面９１Ｓとなっている。つまり、太陽電池パネル９０は、受光面９１Ｓ側から光を受けることで発電するように設計されている。受光面電極９６は、採光性を向上するため、アルミニウム電極ではなく透明電極であってもよい。

太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、光の反射損失を抑えるために、所要のテクスチャー構造を有している。具体的には、異方性エッチングなどにより形成される数μｍ〜数十μｍの凹凸、または機械的方法によるＶ字状の溝などが形成されている。このように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓは、一般的に、できるだけ効率良く採光できるように形成されている。したがって、太陽電池パネル９０に照射される光は、ｐｎ接合部９７に届きやすくなっている。太陽電池パネル９０の場合、主に可視光の波長領域である波長１μｍ以下の光であれば、ｐｎ接合部９７に容易に到達し得る。

図２に戻って、ビームスプリッタＢ１によって分割された他方のパルス光は、プローブ光ＬＰ１２として遅延部１３１およびミラーなどを経由し、検出器１３２に入射する。また、パルス光であるポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生した電磁波は、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２において集光されて検出器１３２に入射する。

検出器１３２は、光伝導スイッチなどで構成されている。太陽電池パネル９０から発生した電磁波が検出器１３２に入射された状態で、プローブ光ＬＰ１２が検出器１３２に照射されると、検出器１３２に瞬間的に電磁波パルスの電界強度に応じた電流が生じる。この電界強度に応じた電流は、Ｉ／Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路などを介してデジタル量に変換される。このようにして、検出部１３は、プローブ光ＬＰ１２の照射に応じて、太陽電池パネル９０から発生した電磁波パルスの電界強度を検出する。なお、本実施形態では、検出器１３２に光伝導スイッチが利用されているが、その他の素子、例えば非線形光学結晶を利用してもよい。また、光伝導スイッチの代わりにショットキーバリアダイオードを用いて電磁波を検出することも考えられる。

遅延部１３１は、ビームスプリッタＢ１から検出器１３２までのプローブ光ＬＰ１２の到達時間を連続的に変更するための光学素子である。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２の入射方向に移動する移動ステージ（図示せず）に固定されている。遅延部１３１は、プローブ光ＬＰ１２を入射方向に折り返させる折り返しミラー１０Ｍを備えている。遅延部１３１は、制御部１６の制御に基づいて移動ステージを駆動することにより、折り返しミラー１０Ｍを移動させて、プローブ光ＬＰ１２の光路長を精密に変更する。このようにして遅延部１３１は、電磁波パルスが検出部１３に到達する時間と、プローブ光ＬＰ１２が検出部１３へ到達する時間との時間差を変更する。プローブ光ＬＰ１２の光路（第２光路）の光学的距離（光路長）を遅延部１３１により変化させることによって、検出部１３（検出器１３２）における、電磁波パルスＬＴ１の電界強度を検出するタイミング（検出タイミングまたはサンプリングタイミング）を早めたりまたは遅延させたりすることができる。

なお、その他の態様により、電磁波パルスＬＴ１とプローブ光ＬＰ１２の検出部１３への到達時間の時間差を変更することも考えられる。例えば、ポンプ光ＬＰ１１の光路（第１光路）の光路長を変化できるようにしてもよい。この場合においても、検出器１３２に電磁波パルスＬＴ１が到達する時間と、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達する時間を相対的にずらすことができる。したがって、検出器１３２における電磁波パルスＬＴ１の電界強度の検出タイミングを遅延させることができる。また、電気光学効果を利用することも考えられる。すなわち、印加する電圧を変化させることで屈折率が変化する電気光学素子を遅延素子として用いる。具体的には、特開２００９-１７５１２７号公報に開示されている電気光学素子を利用することができる。

図２に示されるように、太陽電池パネル９０には、検査時に裏面電極９２と受光面電極９６との間に逆バイアス電圧を印加する逆バイアス電圧印加回路９９（逆バイアス電圧印加部）が接続されている。逆バイアス電圧が電極間に印加されることによって、ｐｎ接合部９７に形成される空乏層が拡大され、内部電界が大きくなる。これにより、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する光励起キャリアの移動度を高めることができる。したがって、検出器１３２において検出される電磁波パルスＬＴ１の電界強度を大きくすることができるため、検出部１３における電磁波パルスＬＴ１の検出感度を向上することができる。なお、逆バイアス電圧印加回路９９は省略することもできる。

連続光照射部１４は、連続光ＣＷを太陽電池パネル９０に照射する。連続光照射部１４が出射する連続光ＣＷの種類は、検査目的に応じて適宜選択されるものであり、特に限定されるものではないが、具体的には、太陽光または太陽光を模した疑似太陽光、白熱灯のように波長分布が比較的広い光、ＬＥＤ照明や蛍光灯などの主にＲＧＢ３原色に対応した波長（４００ｎｍ、６００ｎｍおよび８００ｎｍなど）を持つ光など、複数の波長を含む光であることが考えられる。また、連続光ＣＷは、例えば、紫外線から近赤外までの中から選択される単一波長の光であってもよい。

連続光照射部１４は、検査に用いられる光の波長に合わせて構成されている。具体的に、連続光照射部１４は、例えば、半導体レーザー、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、またはこれらを組み合わせたもので構成される。また、連続光照射部１４として、波長可変レーザーが用いられてもよい。波長可変レーザーとしては、例えば温度制御によって、出射するレーザー光の波長をほぼ連続的（例えば、２ｎｍ毎）に変更可能とされる分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーなどを利用することができる。

検査装置１００においては、ポンプ光ＬＰ１１の照射位置に対して、連続光ＣＷが照射されることにより、連続光ＣＷが照射された状態（つまり、起電力が発生した状態）で、電磁波パルスＬＴ１を発生させることができる。例えば、太陽電池パネル９０に対し、疑似太陽光が照射された場合、室外などで太陽光に曝された状態を再現できる。この状態で発生する電磁波パルスＬＴ１を解析することにより、太陽電池パネル９０の使用時に問題となりうる構造上の欠陥の検出、または、太陽電池パネル９０の性能を評価することできる。また、連続光ＣＷを特定の波長に限定して照射することで、波長に依存した太陽電池パネル９０の特性を検査することもできる。

連続光照射部１４は、照射条件変更部１４１を備えている。照射条件変更部１４１は、同時に太陽電池パネル９０に対して照射される連続光ＣＷのスポット径を変更する。照射条件変更部１４１により一度に連続光ＣＷが照射される範囲を変更することによって、起電力が発生する領域の範囲を任意の変更することができる。

例えば、ポンプ光ＬＰ１１のビーム径（照射径）を５０μｍとした場合、連続光ＣＷのビーム径（照射径）を５０μｍ以上とすれば、ポンプ光ＬＰ１１が照射される領域の周辺部についても、起電力が発生した状態とすることができる。ここで、ポンプ光ＬＰ１１の照射により発生した光励起キャリアは、上記周辺部の影響を受ける可能性が高い。したがって、太陽電池パネル９０を使用状態で検査するためには、その周辺部についても連続光ＣＷが照射されることが望ましい。また、連続光ＣＷは、必ずしも局所的にスポット状に照射しなければならないものではなく、例えば、太陽電池パネル９０全体に同時に照射されるようにしてもよい。

また、照射条件変更部１４１は、連続光ＣＷの光強度を変更する。太陽電池パネル９０に照射される連続光ＣＷの光強度を変更することで、発生する起電力の大きさを任意に変更することができる。これにより、発電状態に応じた太陽電池パネル９０の検査を実現することができる。なお、連続光ＣＷの強度を変更する手段としては、例えば遮光性のフィルタなどを用いることが考えられるが、これに限定されるものではない。無論、連続光照射部１４から出力される連続光ＣＷの光強度が直接変更されるようにしてもよい。

モーター１５は、ステージを二次元平面内で移動させるＸ−Ｙテーブル（図示せず）を駆動する。モーター１５は、このＸ−Ｙテーブルを駆動することによって、ステージ１１に保持された太陽電池パネル９０を、照射部１２に対して相対移動させる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０を二次元平面内で任意の位置に移動させることができる。検査装置１００は、モーター１５により、太陽電池パネル９０の広い範囲にわたって、連続光ＣＷおよびポンプ光ＬＰ１１を照射することができる。なお、太陽電池パネル９０を移動させる代わりに、または、太陽電池パネル９０を移動させると共に、照射部１２および連続光照射部１４を二次元平面内で移動させる移動手段を設けてもよい。また、オペレータが手動でステージ１１を移動させるようにしてもよい。

制御部１６は、図示を省略するＣＰＵやＲＡＭ、補助記憶装置（例えば、ハードディスク）などを備えた一般的なコンピュータとしての構成を備えている。制御部１６は、照射部１２、検出部１３、連続光照射部１４およびモーター１５に接続されており、これらの動作を制御する。具体的に、制御部１６は、検出器１３２から電磁波パルスＬＴ１の電界強度に関するデータを受け取る。また、制御部１６は、遅延部１３１を移動させる移動ステージ（図示せず。）の移動を制御したり、該移動ステージに設けられたリニアスケールなどから折り返しミラー１０Ｍの移動距離などの遅延部１３１の位置に関連するデータを受け取ったりする。

また、制御部１６は、時間波形構築部２１、スペクトル解析部２３および画像生成部２５に接続されており、これら各部に各種演算処理を行わせる。時間波形構築部２１、スペクトル解析部２３および画像生成部２５は、図示しないＣＰＵがプログラムにしたがって動作することによってソフトウェア的に実現されてもよいし、これらの機能の一部または全部が専用の回路によってハードウェア的に実現されてもよい。

時間波形構築部２１は、太陽電池パネル９０において発生した電磁波パルスＬＴ１について、検出部１３（検出器１３２）にて検出される電界強度を元に、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を構築する。具体的には、遅延部１３１を移動させることによって、相互に異なる複数の検出タイミングで電磁波パルスＬＴ１の電界強度が検出されることにより、時間波形が復元される。この復元方法については、後述する。

スペクトル解析部２３は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形に基づいて、スペクトル解析を行う。具体的には、スペクトル解析部２３は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形をフーリエ変換することにより、周波数に関する振幅強度スペクトルを取得する。

画像生成部２５は、太陽電池パネル９０上の検査対象領域（太陽電池パネル９０の一部または全部）に関して、発生した電磁波パルスＬＴ１の電界強度分布を視覚化した画像を生成する。具体的には、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓを表す画像について、各測定地点に対応する部分が実際に測定された電磁波パルスＬＴ１の電界強度に応じた色で塗り分けられる。これにより、電界強度分布画像が生成される。

図１に示されるように、制御部１６には、モニター１７および操作入力部１８が接続されている。モニター１７は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、オペレータに対して各種画像情報を提示する。モニター１７には、カメラで撮影された太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓの画像、画像生成部２５が生成した電界強度分布画像などが表示される。また、検査の条件設定（太陽電池パネル９０における検査領域の設定、連続光ＣＷの照射強度または照射範囲の設定など）を実行するためのＧＵＩ画面がモニター１７に表示されてもよい。

＜１．２．フォトデバイスの検査＞
次に、フォトデバイスである太陽電池パネル９０の検査の流れについて説明する。本実施形態に係る検査装置１００は、大きく分けて２種類の検査（第１検査および第２検査）を行うことができるように構成されている。

第１検査は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形に基づいた検査である。この第１検査においては、太陽電池パネル９０上の検査されるべき特定の位置（関心位置）に、連続光ＣＷおよびパルス光であるポンプ光ＬＰ１１が照射される。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１の時間波形が復元される。また、復元された時間波形に関して、スペクトル解析が行われる。

また第２検査は、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１の電界強度分布に基づいた検査である。この第２検査においては、太陽電池パネル９０上の各地点に対して、連続光ＣＷおよびポンプ光ＬＰ１１が照射される。そして、各地点で発生した電磁波パルスＬＴ１の電界強度が集計される。以下においては、まず第１検査について説明し、次に第２検査について説明する。なお、以下の説明において、検査装置１００の各動作は、特に断らない限り制御部１６により制御されるものとする。

＜第１検査＞
図６は、第１検査の流れ図である。なお、図６に示される第１検査の流れは一例である。したがって、いくつかの工程が並列的に実行され、または、いくつかの工程の実行順序が適宜変更されることも考えられる。

まず、ステージ１１に検査対象となる太陽電池パネル９０が固定される（ステップＳ１０）。なお、オペレータによって太陽電池パネル９０がステージ１１に搬入されるようにしてもよいし、図示を省略する搬送装置などによって太陽電池パネル９０がステージ１１に搬入されるようにしてもよい。このとき、上述したように、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに向けて、ポンプ光ＬＰ１１が照射されるように太陽電池パネル９０が設置される。

太陽電池パネル９０がステージ１１に固定されると、検査装置１００は、関心位置に合わせて太陽電池パネル９０を移動させる（ステップＳ１１）。この関心位置は、あらかじめ、検査を行うべき太陽電池パネル９０上の位置に関するデータ（座標データ）として、オペレータが操作入力部１８を介して入力する情報に基づいている。制御部１６は、この座標データに基づいて、モーター１５を駆動することにより、関心位置にポンプ光ＬＰ１１が照射されるようにステージ１１を移動させる。なお、オペレータ自身が、ステージ１１を手動で移動させることによって、太陽電池パネル９０を関心位置に合わせて移動させるようにしてもよい。

次に、連続光ＣＷの照射条件の設定が行われる（ステップＳ１２）。具体的には、連続光ＣＷの照射範囲の設定、連続光ＣＷの強度などが設定される。また、連続光照射部１４が異なる波長の連続光ＣＷを照射できるように構成されている場合は、このステップで出射する連続光ＣＷの波長が設定される。また、照射条件変更部１４１は、連続光ＣＷの照射径が設定されたものとなるように、遮光領域の変更などを適宜行う。そして、設定された連続光ＣＷの照射条件に基づいて、連続光照射部１４により連続光ＣＷの照射が開始される（ステップＳ１３）。

次に、検査装置１００は、太陽電池パネル９０の検査位置に向けてポンプ光ＬＰ１１の照射を行う（ステップＳ１４）。また検査装置１００は、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１の電界強度を検出する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において電磁波パルスＬＴ１の電界強度が検出される際、制御部１６は、遅延部１３１を制して、検出器１３２にプローブ光ＬＰ１２が到達するタイミングを遅延させる。これにより、相互に異なる複数の検出タイミングで、電磁波パルスＬＴ１の電界強度が検出される。なお、太陽電池パネル９０にポンプ光ＬＰ１１を照射する際、逆バイアス電圧印加回路９９を駆動して、太陽電池パネル９０の電極間に逆バイアス電圧を印加するようにしてもよい。

検査装置１００は、ステップＳ１５において取得された電界強度の検出結果に基づいて、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する（ステップＳ１６）。具体的には、時間波形構築部２１が、ステップＳ１５において検出された電界強度の値を時間軸に沿ってプロットすることにより、電磁波パルスＬＴ１の時間波形を復元する。

図７は、時間波形構築部２１により復元された電磁波パルスＬＴ１の時間波形を示す図である。図７中、横軸は時間を示し、縦軸は電界強度を示している。また、下段には、遅延部１３１によって、検出器１３２に到達するタイミング（すなわち、検出タイミング）の異なる複数のプローブ光ＬＰ１２が概念的に示されている。

関心位置に対してポンプ光ＬＰ１１が照射されることにより、検出器１３２には、図７に示されるような時間波形４１の電磁波パルスＬＴ１が所定の周期で繰り返し到来する。ここで、例えば検出器１３２に対して検出タイミングｔ１でプローブ光が到達するように遅延部１３１が調整された場合、検出器１３２においては値Ｅ１の電界強度が検出されることとなる。また検出タイミングがｔ２〜ｔ８となるように遅延部１３１が調整された場合、それぞれ値Ｅ２〜Ｅ８の電界強度が検出されることとなる。このようにして取得された電界強度値Ｅ１〜Ｅ８が、時間軸に沿ってグラフにプロットされることによって、電磁波パルスＬＴ１の時間波形４１が復元される。

時間波形４１が復元されることにより、関心位置における光励起キャリア発生領域の特性について検査することができる。例えば、電磁波パルスＬＴ１の検出の有無、または、復元された電磁波パルスＬＴ１の電界強度の振幅などから、光励起キャリア発生領域の形成不良を検出することができる。特に、本実施形態においては、連続光ＣＷが照射されることにより、太陽電池パネル９０を使用状態（つまり、起電力が発生している状態）とすることができる。このような状況下で発生する電磁波パルスＬＴ１は、太陽電池パネル９０が使用状態にあるときの、光励起キャリア発生領域の特性に応じたものとなっている。したがって、太陽電池パネル９０の使用時において問題となりうる欠陥を検出したり、太陽電池パネル９０の性能を評価したりすることができる。

図６に戻って、検査装置１００は、電磁波パルスＬＴ１の時間波形４１が復元すると、スペクトル解析を行う（ステップＳ１７）。具体的には、ステップＳ１６において取得された時間波形に基づき、スペクトル解析部２３がフーリエ変換を実行する。これにより、電磁波パルスＬＴ１のスペクトル分布が取得される。なお、このステップＳ１７は、省略することも可能である。

図８は、電磁波パルスＬＴ１のスペクトル分布５１を示す図である。図８中、縦軸はスペクトル強度を示し、横軸は周波数を示している。スペクトル分布５１に示されるように、太陽電池パネル９０から発生する電磁波パルスＬＴ１の場合、０．１ＴＨｚ〜１ＴＨｚにわたって比較的強いスペクトル強度を有している。

このようなスペクトル分布５１が取得されることにより、太陽電池パネル９０における関心位置に関して、様々な物性情報を取得することができる。例えば、図８に示されるスペクトル分布５１と、基準となる他のスペクトル分布とが比較されることによって、太陽電池パネル９０の関心位置の物性情報を相対的に評価することが可能となる。また、スペクトル分布５１においては、矢印で示されるように、特定周波数の電磁波に関して吸収が起こっている。このことから、該特定周波数を吸収する不純物が関心位置に形成されていることが推定されるとともに、吸収された電磁波の周波数から不純物の種類や濃度なども推定される。

図６に戻って、スペクトル解析が完了すると、モニター１７に検査結果を示す画像が表示される（ステップＳ１８）。具体的には、ステップＳ１６において取得された電磁波パルスＬＴ１の時間波形４１（図７参照）や、ステップＳ１７において取得されたスペクトル分布５１（図８参照）などが解析結果としてモニター１７に表示される。

次に、検査装置１００は、連続光ＣＷの照射条件を変更して追加の検査を行うかどうか判定する（ステップＳ１９）。追加の検査が必要な場合（ステップＳ１９においてＹＥＳ）、検査装置１００はステップＳ１２に戻って、連続光ＣＷの照射条件の設定が行われる。また、追加の検査が不要である場合は（ステップＳ１９においてＮＯ）、検査装置１００は第１検査に関する動作を終了する。

図９は、連続光ＣＷの強度を変更したときに検出される電磁波パルスＬＴ１の時間波形６１〜６４を示す図である。なお、時間波形６１は、連続光ＣＷが照射されていないときに検出される電磁波パルスＬＴ１に対応しており、時間波形６２〜６４は、連続光ＣＷの強度を順に大きくしていったときに検出される電磁波パルスＬＴ１に対応している。

図９に示されるように、連続光ＣＷが照射されることにより、電磁波パルスＬＴ１の振幅が相対的に小さくなっている。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、連続光ＣＷが照射されることにより、連続光ＣＷによって励起された光励起キャリアが伝導帯に充満した状態となる。このため、ポンプ光ＬＰ１１によって発生する光励起キャリアの電流変化が、相対的に弱められてしまい、発生する電磁波パルスＬＴ１の電界強度も弱められるものと考えられる。

なお、時間波形６１〜６４が検出された検査地点においては、連続光ＣＷの電界強度が強くなるに連れて、電磁波パルスＬＴ１の振幅が小さくなっている。しかしながら、このような連続光ＣＷの強度に応じた電磁波パルスＬＴ１の振幅の変化の傾向は、必ずしも、太陽電池パネル９０の全地点において共通するわけではない。すなわち、空乏層などの形成状況に応じて、その傾向が異なる場合も考えられる。

＜第２検査＞
次に、第２検査について説明する。図１０は、第２検査の流れ図である。第２検査においては、まず、太陽電池パネル９０がステージ１１に固定される（ステップＳ２１）。この工程は、図６に示される第１検査のステップＳ１１と同様である。次に、太陽電池パネル９０の裏面電極９２と受光面電極９６との間に、逆バイアス電圧が印加される（ステップＳ２２）。なお、この逆バイアス電圧の印加は必ずしも行われる必要はなく、無バイアス状態で第２検査が行われることも考えられる。

次に、連続光ＣＷの照射条件が設定される（ステップＳ２３）。またステップＳ２３において設定された照射条件に基づいて、連続光ＣＷの照射が開始される（ステップＳ２４）。ステップＳ２３，Ｓ２４は、図６に示される第１検査のステップＳ１２，Ｓ１３とほぼ同様である。

検査装置１００は、連続光ＣＷを照射するとともに、ポンプ光ＬＰ１１を照射して、電磁波パルスＬＴ１を発生させる。なお、連続光ＣＷおよびポンプ光ＬＰ１１が照射される位置は、特に限定されるものではないが、電界強度が検出可能な大きさである電磁波パルスＬＴ１が発生する位置とされる。検査装置１００は、遅延部１３１を調整することにより、検出器１３２において検出される電磁波パルスＬＴ１の電界強度が最大となるようにする（ステップＳ２５）。具体的には、遅延部１３１における折り返しミラー１０Ｍの位置が調整され、プローブ光ＬＰ１２の検出器１３２に到達するタイミングが変更される。

例えば、図７に示される時間波形４１のような電磁波パルスＬＴ１の場合、検出タイミングｔ３において電磁波パルスＬＴ１が検出されるようにすれば、電磁波パルスＬＴ１の最大強度を検出器１３２において検出することができる。したがって、検査装置１００は、この場合、検出タイミングｔ３に対応する位置に折り返しミラー１０Ｍを移動させる。

このように、電磁波パルスＬＴ１の最大強度が検出されるようにすることで、電磁波パルスＬＴ１を検出しやすくなる。このため、電磁波パルスＬＴ１の検出感度を向上することができ、太陽電池パネル９０の検査を適切に行うことができる。なお、必ずしも電磁波パルスＬＴ１の最大強度が検出器１３２にて検出される必要はない。つまり、検出器１３２において、少なくとも測定が可能であれば、検出タイミングは任意に設定することができる。

また、ステップＳ２５の検出タイミングを設定する上では、連続光ＣＷの照射は必ずしも必要ではない。このため、ステップＳ２５が実行されている間、連続光照射部１４による連続光ＣＷの照射を省略することも可能である。

検査装置１００は、遅延部１３１の調整を完了すると、モーター１５を駆動することによって、太陽電池パネル９０を２次元平面内で移動させる（ステップＳ２６）。このとき、連続光ＣＷとポンプ光ＬＰ１１とが太陽電池パネル９０に向けて照射される。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１の電界強度が検出器１３２により検出される。これにより、太陽電池パネル９０上の検査対象領域の各地点から発生した電磁波パルスＬＴ１の電界強度が取得される。

検査装置１００は、取得された電界強度に基づいて、電界強度分布を示す画像を生成し、その画像をモニター１７に表示する（ステップＳ２７）。図１１は、電界強度分布画像７１の一例を示す図である。電界強度分布画像７１は、観測された電磁波パルスＬＴ１の電界強度の大きさに応じて、太陽電池パネル９０を表す画像の対応する部分を複数の色で塗り分けた画像となっている。なお、図１１においては、色の相違がハッチングの相違で表現されている。電界強度分布画像７１においては、電界強度の大きさが３段階（強度０〜４，強度４〜８，強度８〜１０）に区分され、各区分に応じて塗り分けされている。ただし、電界強度の大きさが２段階もしくは４段階以上に区分されて、塗り分けが行われるようにしてもよい。

図１１に示されるように、電界強度分布画像７１においては、受光面電極９６の周辺部において比較的強い電磁波パルスＬＴ１が検出され、受光面電極９６から離間する程、検出される電界強度が弱まっている。これは、受光面電極９６などの電極に近い部分で、比較的強い内部電界が作用するために、発生する電磁波パルスＬＴ１の電界強度も相対的に強くなったと考えられる。

このような電界強度分布画像７１が生成されることによって、太陽電池パネル９０の広い範囲にわたって、光励起キャリア発生領域の形成状況を一度に把握することができる。特に、本実施形態においては、連続光ＣＷの照射も行われるため、使用時に問題となりうる構造上の欠陥部分の検出、または、太陽電池パネル９０の各部分の性能の評価を効率的に行うことができる。

また、第２検査においては、電磁波パルスＬＴ１のうち、瞬間的な電界強度のみが検出されているが、例えば第１検査で説明したように、遅延部１３１が制御されることで、各地点毎に、電磁波パルスＬＴ１の時間波形が復元されるようにしてもよい。取得された時間波形をフーリエ変換して得られるスペクトル分布に基づいて、例えば、特定周波数のスペクトル強度を色の濃淡で表現した画像などが生成されるようにすることも考えられる。

＜２．第２実施形態＞
図１２は、第２実施形態に係る検査装置１００Ａの照射部１２Ａと検出部１３Ａの概略構成図である。なお、以下の説明において、第１実施形態に係る検査装置１００の構成要素と同様の機能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。

検査装置１００Ａにおいても、フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってポンプ光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。ただし、本実施形態では、分割されたポンプ光ＬＰ１１は、透明導電膜基板（ＩＴＯ）１９を透過して、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直に入射する。また、連続光照射部１４は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して斜めに入射するように連続光ＣＷを照射する。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１のうち、受光面９１Ｓ側に放射される電磁波パルスＬＴ１が、透明導電性基板１９を反射して、レンズなどを介して検出器１３２に入射する。

このような照射部１２Ａおよび検出部１３Ａを備える検査装置１００Ａにおいても、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。したがって、検査装置１００Ａは、第１実施形態に係る検査装置１００と同様に、太陽電池パネル９０を非接触状態で検査することができる。

＜３．第３実施形態＞

図１３は、第３実施形態に係る検査装置１００Ｂの照射部１２Ｂと検出部１３Ｂの概略構成図である。検査装置１００Ｂにおいても、フェムト秒レーザー１２１から出射されたパルス光ＬＰ１がビームスプリッタＢ１によってポンプ光ＬＰ１１とプローブ光ＬＰ１２に分割される。本実施形態においては、ポンプ光ＬＰ１１は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して垂直に入射する。また、連続光照射部１４は、太陽電池パネル９０の受光面９１Ｓに対して、斜めに入射するように連続光ＣＷを照射する。そして、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生した電磁波パルスＬＴ１のうち、太陽電池パネル９０の裏面側に出射される（透過する）電磁波パルスＬＴ１が、放物面鏡Ｍ１，Ｍ２によって集光され、検出器１３２に入射する。

このような検査装置１００Ｂにおいても、ポンプ光ＬＰ１１の照射に応じて発生する電磁波パルスＬＴ１を検出することができる。したがって、検査装置１００Ｂは、第１実施形態に係る検査装置１００と同様に、太陽電池パネル９０を非接触状態で検査することができる。

＜４．変形例＞
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は上記のようなものに限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、図３に示されるように、ｐｎ接合部が形成された太陽電池パネル９０を例にしている。しかしながら、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に真性半導体層が挟み込まれた、いわゆるｐｉｎ接合部が形成されている太陽電池パネルについても、検査装置１００の検査対象とすることができる。

また、上記実施形態では、ステージ１１を移動させることで、ポンプ光ＬＰ１１および連続光ＣＷの照射位置を変更している。しかしながら、照射部１２または連続光照射部１４が備える光学素子を制御するなどして、ポンプ光ＬＰ１１および連続光ＣＷの照射位置を光学的に変更することも考えられる。

また、上記各実施形態及び各変形例で説明した構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、または、省略したりすることができる。

１００，１００Ａ，１００Ｂ検査装置
１１ステージ
１２，１２Ａ，１２Ｂ照射部
１２１フェムト秒レーザー
１３，１３Ａ，１３Ｂ検出部
１３１遅延部
１３２検出器
１４連続光照射部
１４１照射条件変更部
１６制御部
２１時間波形構築部
２３スペクトル解析部
２５画像生成部
４１，６１〜６４時間波形
５１スペクトル分布
７１電界強度分布画像
９０太陽電池パネル
９１Ｓ受光面
９２裏面電極
９３ｐ型シリコン層
９４ｎ型シリコン層
９６受光面電極
９７ｐｎ接合部
９９逆バイアス電圧印加回路
ＣＷ連続光
ＬＰ１１ポンプ光（パルス光）
ＬＴ１電磁波パルス

Claims

太陽電池を検査する検査装置であって、
フェムト秒レーザーから出射されるパルス光を前記太陽電池に照射する照射部と、
前記パルス光の照射に応じて前記太陽電池から発生する電磁波を検出する検出部と、
前記太陽電池における前記パルス光が照射されている部分に対して、連続光を照射する連続光照射部と、
前記太陽電池の使用時における受光面に前記パルス光及び前記連続光が入射するよう、前記太陽電池を保持する保持部と、
を備えている検査装置。
請求項１に記載の検査装置において、
前記連続光の照射径または強度を変更する照射条件変更部、をさらに備えている検査装置。
請求項１または２に記載の検査装置において、
前記連続光は、相互に異なる複数の波長を持つ光を含む検査装置。
請求項３に記載の検査装置において、
前記連続光が疑似太陽光を含む検査装置。
請求項１または２に記載の検査装置において、
前記連続光は、単一波長のレーザー光である検査装置。
請求項１から５までのいずれか１項に記載の検査装置において、
前記太陽電池を逆バイアス状態とする電圧を印加する逆バイアス電圧印加部、
をさらに備えている検査装置。
太陽電池を検査する検査方法であって、
(a) フェムト秒レーザーから出射されたパルス光を前記太陽電池に照射する工程と、
(b) 前記パルス光の照射に応じて前記太陽電池から発生する電磁波を検出する工程と、
(c) 前記太陽電池における、前記パルス光が照射されている部分に対して、連続光を照射する工程と、
(d) 前記太陽電池の使用時における受光面に前記パルス光及び前記連続光が入射するよう、前記太陽電池を保持する工程と、
を有している検査方法。