WO2011013444A1 - 太陽光発電素子の検査装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solar cell inspection apparatus using an EL (Electro-Luminescence) method.
- a silicon crystal solar cell is the most widely used photovoltaic power generation element.
- an n layer (about 1 ⁇ m) and an antireflection film are sequentially stacked on the light receiving surface side of a P-type silicon wafer of about 0.3 mm. Further, the front electrode and the back electrode are formed by a printing method.
- ⁇ ⁇ Solar power generation devices are prone to various defects during manufacturing. For example, (1) silicon wafers are easily cracked or chipped, so that fine cracks are likely to occur during production. (2) Since the electrode pattern is formed by a printing method, and the electrode pattern penetrates the antireflection film and is bonded to the n layer during firing, disconnection of the electrode pattern is likely to occur.
- an EL method in which a forward bias is applied to a photovoltaic power generation element is generally used (see the following patent documents and non-patent documents).
- a forward bias By applying a forward bias, a near-infrared ray based on a silicon band gap is emitted if it is a silicon-based photovoltaic power generation element. If there is a crack, near infrared rays are not emitted from the cracked part and are observed as a dark part. Further, if the electrode is disconnected, power is not supplied after the disconnection position, so near infrared rays are not emitted after the disconnection position and are observed as a dark part.
- a defect inspection is performed on a solar cell panel (1 m ⁇ 2 m) on which 50 to 60 photovoltaic power generation elements are mounted.
- a forward bias equivalent to the open circuit voltage is applied to each photovoltaic power generation element to emit near infrared rays from the solar cell panel.
- the emitted photovoltaic power generation element is photographed with a camera, and the presence / absence of a defect and the location of the defect are specified.
- the cooled CCD (Charge Coupled Device) camera used for the defect inspection does not have an autofocus mechanism. For this reason, it is necessary to take several images while changing the focal length of the lens little by little, check the image each time, and find a focus position. When there is a change in the size of the subject or the part to be photographed, it is necessary to adjust the focus each time, and it takes time and effort.
- CCD Charge Coupled Device
- ⁇ A method of focusing while looking through a viewfinder performed with a general camera can be considered.
- the EL of the silicon-based solar cell is invisible to the naked eye because it is near infrared.
- the focal lengths are different, and the near-infrared focal length is increased. Therefore, focusing with visible light and photographing near infrared rays results in a defocused image.
- the autofocus mechanism installed in the camera since it is premised on shooting with visible light, focusing under visible light shooting conditions is performed.
- the most commonly used method for measuring the distance to the subject is to measure the distance between the solar panel and the camera, but to adjust the lens to the focal position with visible light.
- the near-infrared image is out of focus for focusing under visible light shooting conditions.
- TTL (Through-the-Lens) phase difference method used for auto-focusing of single-lens reflex cameras is also basically driven under visible light photographing conditions. As described above, the image is out of focus.
- contrast autofocus that uses the contrast and bokeh often used in digital cameras can operate even in the near infrared.
- the amount of EL of the photovoltaic power generation element is weak, autofocus cannot be operated.
- the exposure time required for photographing using a normal camera (non-cooled image sensor) is as long as 10 to 30 seconds. If a special imaging device (cooling type with an amplification function) is used, there is a possibility that the detection sensitivity capable of operating the autofocus mechanism may be satisfied, but it is very expensive.
- An object of the present invention is to provide an inexpensive solar power generation element inspection apparatus that can easily obtain a clear photographed image in an inspection using the EL method of a solar power generation element.
- the photovoltaic power generation element inspection apparatus includes a power source that applies a forward bias to the photovoltaic power generation element, and an automatic focusing mechanism that performs automatic focusing on the photovoltaic power generation element and uses the imaging element to increase the photovoltaic power generation element.
- An uncooled image sensor camera that captures the image and a filter that is disposed between the solar power generation element and the image sensor and that cuts light below the EL wavelength of the solar power generation element and transmits light in the near-infrared band
- the power supply applies a forward bias to the photovoltaic power generation device, and the camera performs automatic focusing and shooting.
- a filter is provided to remove the influence of visible light or the like and to receive EL light.
- the light source emits light containing near infrared rays so that the autofocus of the camera is sufficiently driven.
- At least a dark room in which a photovoltaic power generation element, an uncooled image sensor camera, a filter, and a light source are arranged is provided. Use a darkroom that eliminates the effects of external light.
- the filter is a shortcut filter that cuts a wavelength of 950 nm or less to 25% or less and a wavelength of 900 nm or less to 5% or less.
- the solar power generation element is a filter of a crystalline silicon solar cell or a chalcopyrite solar cell.
- the filter is a shortcut filter that cuts a wavelength of 750 nm or less to 25% or less and a wavelength of 700 nm or less to 5% or less.
- the solar power generation element is a filter for an amorphous silicon solar cell or an organic thin film solar cell.
- the light source is a halogen lamp. Lights a halogen lamp during focusing.
- the present invention it is possible to drive the autofocus with near-infrared rays by removing light having a wavelength less than the EL wavelength of the photovoltaic power generation element using a filter.
- Quick focusing is possible. Since focusing is performed with near infrared rays, the captured image is also focused with near infrared rays, and the EL light becomes a clear image. It becomes easy to detect the defective part of a photovoltaic power generation element.
- the solar power generation element to be inspected emits near infrared rays with forward bias in order to use the EL method described above.
- a solar cell of crystalline silicon type or amorphous silicon type can be given.
- the number of photovoltaic power generation elements may be one, or a plurality of photovoltaic power generation elements may be arranged vertically and horizontally.
- the photovoltaic power generation element inspection device 10 photographs the holding base 14 of the solar power generation element 12, the power supply 16 that applies a forward bias to the solar power generation element 12, and the EL of the solar power generation element 12. And a filter 20 for transmitting light of a predetermined wavelength.
- the holding base 14 is provided with the solar power generation element 12 and makes the solar power generation element 12 face the camera 18.
- a mechanism for adjusting the height and angle is provided as appropriate.
- the size of the holding table 14 is appropriately designed according to the size of the photovoltaic power generation element 12.
- the power source 16 is a DC power source for applying a forward bias to the photovoltaic power generation element 12.
- a forward bias is applied to all the photovoltaic power generation elements 12.
- An example of forward bias is about 0.5-1.0 V per crystalline silicon type photovoltaic power generation element, thin film type amorphous silicon type and compound type chalcopyrite solar cells (CIS, CIGS, etc.) About 0.5-1.0V per stage, in the tandem type, the voltage is adjusted according to the number of layers.
- the wavelength of the emitted light is about 700 to 1300 nm.
- the peak wavelengths of the crystalline silicon type are about 1150 nm, the amorphous silicon type is about 950 nm, the CIS is about 1250 nm, and the CIGS differs depending on the composition ratio.
- the camera 18 is a digital still camera having an autofocus mechanism and an uncooled image sensor 22.
- the autofocus mechanism is a mechanism that can use a contrast autofocus system. For focusing, a method of moving the lens or a method of moving the holding table 14 can be adopted.
- the image sensor 22 uses a silicon-based CCD or CMOS two-dimensional image sensor. The number of pixels is appropriately selected according to the size of the photovoltaic power generation element 12. For example, an image sensor 22 having about 10 million pixels is used.
- the camera 18 is installed on a tripod 24 or the like, and the height and angle are adjusted.
- the filter 20 cuts light having a wavelength less than that of the light generated by the EL of the solar power generation element 12, and transmits light in the near infrared band.
- the filter 20 has a sheet shape and is provided between the photovoltaic power generation element 12 and the image pickup element 22 of the camera 18. Therefore, the image sensor 22 does not receive light having an EL wavelength shorter than visible light, such as visible light, and receives near infrared light.
- the camera 18 can take an image of the EL of the solar power generation element 12 and can perform contrast autofocus using the imaging element 22. Specific installation locations of the filter 20 include the front surface of the image sensor 22 and the front surface of the lens. In FIG. 1, a filter 20 is provided inside the camera 18 and in front of the image sensor 22.
- the filter 20 is a shortcut for cutting a wavelength of 950 nm or less to 25% or less and a wavelength of 900 nm or less to 5% or less. Use a filter.
- the filter 20 is a shortcut filter that cuts a wavelength of 750 nm or less to 25% or less and a wavelength of 700 nm or less to 5% or less. Is used.
- the filter 20 may be a high-pass filter that transmits light having a wavelength longer than the wavelength of light by the EL. Since the CCD or the like of the image sensor 22 is a silicon-based element, even if light having a wavelength longer than near infrared rays reaches the image sensor 22, it is a transparent region of silicon itself, and therefore absorbs long-wavelength light. There is no. If the wavelength is further longer, it is absorbed by the peripheral members of the image sensor 22 and cannot reach the image sensor 22. Therefore, it is equivalent to cutting light having a wavelength less than EL wavelength such as visible light and transmitting light in the near infrared band.
- the light received by the image sensor 22 by using the filter 20 becomes near infrared rays.
- Auto-focus uses near infrared rays. Since the light is in the same band as the photographed light, the photographed image is in focus. The captured image is clear and it becomes easy to detect a defect of the photovoltaic power generation element 12.
- the inspection apparatus 10 includes a light source 26 that irradiates the solar power generation element 12 with light including a near-infrared band.
- the light source 26 emits light when the camera 18 performs focusing by an autofocus mechanism.
- the light source 26 emits light that can be driven by the autofocus mechanism.
- the camera 18 can secure near infrared rays with a sufficient amount of light for driving autofocus.
- the light source 26 is turned off. This is because the amount of EL light is small. If the subject is plain and difficult to contrast, it is also useful to attach a focus mark on the surface or project a geometric pattern on the light source 26.
- a halogen lamp may be used as the light source 26.
- the light source 26 in FIG. 1 is provided at a position away from the camera 18, the light source 26 may be built in the camera 18 like an autofocus auxiliary light using a built-in light of a normal camera.
- the inspection apparatus 10 includes a dark room 28 in which at least the photovoltaic power generation element 12, the camera 18, the filter 20, and the light source 26 are arranged.
- the EL of the solar power generation element 12 is weak, and the dark room 28 removes the influence of light from the outside.
- a computer 30 for controlling the camera 18, the power source 16, and the light source 26 is provided.
- the computer 30 includes a monitor 32 that displays the status of the camera 18, the power supply 16, the light source 26, captured data, and a keyboard for operating the computer 30.
- the computer 30 controls the camera 18, the power supply 16, and the light source 26 collectively. It is possible to easily synchronize the driving of the autofocus mechanism and the light emission of the light source 26, or to synchronize the application of the forward bias by the power supply 16 and the photographing by the camera 18.
- the acquired photographing data can be stored in a storage device such as a hard disk of the computer 30. Each of these devices is connected to each other with a USB (Universal Serial Bus) cable or the like.
- USB Universal Serial Bus
- the photovoltaic power generation element 12 is a polycrystalline silicon type Kyocera solar cell module R150-01
- the light source 26 is an IR (infrared) lamp, a Toshiba Lighttech infrared livestock bulb 100 / 110V 150WRE (halogen lamp), a filter 20 Is a Fujifilm optical filter IR-96 (950 nm transmittance is 25% or less, 900 nm transmittance is 5% or less, shortcut type)
- the dark room 28 is a large simple dark room B-L3-CU made by Sanentex
- the camera 18 is Sony digital still cameras DSC-H50 were used. Further, the infrared cut filter mounted on the camera 18 was removed, and the filter 20 was mounted on the front surface of the image sensor 22. The camera 18 was shielded from light so as not to be emitted from the autofocus auxiliary light source of the camera 18. In the dark room 28, the camera 18, the solar power generation element 12, and the light source 26 were installed.
- the camera 18 was put into night shot mode (contrast autofocus was activated) to perform automatic focusing, and then switched to manual mode.
- a forward bias was applied so that a current of 8 A would flow through the solar power generation element 12 to emit EL, and the exposure time was 30 seconds.
- the photographed image was confirmed on the monitor 32, and the focusability and image quality were judged. By autofocus, the focus was accurate and the details of the surface electrode could be confirmed.
- Example (2) The solar power generation element 12 of the embodiment (1) is changed to an amorphous thin film type manufactured by Solarex, and the filter 20 is an optical filter IR-76 manufactured by Fuji Film (transmittance of 750 nm is 25% or less, and transmittance of 700 nm is 5% or less. Images were taken under the same conditions as in Example (1) except that the type was changed. The focus was accurate and the photographed image was good.
- Example (3) Images were taken under the same conditions as in Example (2) except that the photovoltaic power generation element 12 of Example (2) was changed to a tandem type (two layers of amorphous and microcrystalline). Similar to Example (2), the focus was accurate and the captured image was good.
- Example (4) Images were taken under the same conditions as in Example (1) except that the photovoltaic power generation element 12 in Example (1) was changed to compound type CIS (copper, indium, selenium). The focus was accurate and the photographed image was good.
- compound type CIS copper, indium, selenium
- Example (5) The photovoltaic power generation element 12 of Example (2) is an organic thin film type P3HT: PCBM poly (3-hexylthiophehe: [6,6] -phenylC61-butyric Images were taken under the same conditions as in Example (2) except that the acid methyl ester was changed. The focus was accurate and the photographed image was good.
- Example (1) The light source 26 of Example (2) was not provided, and autofocusing was performed only with the EL light of the solar power generation element 12. However, autofocus did not work. Since only the EL light of the solar power generation element 12 has a small amount of light, the brightness required for the autofocus mechanism to operate cannot be obtained. Auto focus could not be used and shooting was not possible.
- Comparative example (2) The light source 26 of Example (1) was not provided, and autofocusing was performed only with the EL light of the solar power generation element 12. As with Comparative Example (1), autofocus did not work.
- Comparative Example (3) The light source 26 of Example (2) was changed to a fluorescent lamp FLR40SEX-N / M-HG (3-wavelength type) manufactured by NEC, and autofocusing was performed. However, autofocus did not work. In a fluorescent lamp, since the amount of infrared component is small, the brightness required for the autofocus mechanism to operate cannot be obtained.
- Comparative Example (4) The light source 26 of Example (1) was changed in the same manner as in Comparative Example (3) to perform autofocus. However, the autofocus did not operate as in the comparative example (3).
- Comparative Example (6) The focusing of Example (1) was performed by a distance measurement method, and autofocusing was performed without blocking the autofocus auxiliary light. The autofocus was activated, but stopped at the focus position with visible light, so the image taken was not in focus and was unclear.
- Comparative Example (9) Images were taken under the same conditions as in Example 1 except that the photovoltaic power generation element 12 of Example (1) was changed to an amorphous thin film type made by Solarex. The focus was accurate, but the image was dark.
- Comparative Example (10) Images were taken under the same conditions as in Example 1 except that the photovoltaic power generation element 12 of Example (1) was changed to a tandem type (amorphous and microcrystalline two layers). Similar to Comparative Example (9), the focus was accurate, but the captured image was dark.
- Comparative Example (11) Images were taken under the same conditions as in Example (1) except that the photovoltaic power generation element 12 in Example (2) was changed to compound type CIS (copper, indium, selenium). In some cases, the focus was inaccurate, and the laser scribe pattern was sometimes blurred, but EL could be confirmed.
- compound type CIS copper, indium, selenium
- Comparative Example (12) P3HT: PCBM poly (3-hexylthiophehe: [6,6] -phenylC61-butyric, which is an organic thin film type, is used for the photovoltaic device 12 of Example (1). Images were taken under the same conditions as in Example (1) except that the acid methyl ester was changed. Similar to Comparative Example (9), the focal point was accurate and the captured image was dark.
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Abstract
【課題】本発明の目的は、太陽光発電素子のEL法を使用した検査において、容易に鮮明な撮影画像を得ることができ、廉価な太陽光発電素子の検査装置を提供することにある。 【解決手段】太陽光発電素子の検査装置10は、太陽光発電素子12の保持台14、太陽光発電素子12に順バイアスを印加する電源16、太陽光発電素子12のELを撮影するカメラ18、所定の波長の光を透過させるためのフィルター20、および太陽光発電素子12に近赤外線の帯域を含む光を照射する光源26を備える。
Description
本発明は、EL(Electro-Luminescence)法を利用した太陽電池の検査装置に関するものである。
近年、クリーンエネルギーの利用を促進するために、太陽光発電素子の開発・普及が盛んである。現在、最も普及している太陽光発電素子として、シリコン結晶型太陽電池が挙げられる。シリコン結晶型太陽電池は、約0.3mmのP型シリコンウエハーの受光面側に、n層(約1μm)、反射防止膜を順次積層形成する。さらに、表面電極と裏面電極を印刷法で形成する。
太陽光発電素子は、製造時に種々の欠陥が発生しやすい。例えば、(1)シリコンウエハーは、割れたり欠けたりしやすいため、製造時に微細な亀裂が発生しやすい。(2)印刷法により電極パターンを形成し、焼成時に電極パターンが反射防止膜を貫通し、n層に接合するため、電極パターンの断線が発生しやすい。
したがって、製造時に欠陥を検査する必要がある。欠陥の検査方法として、太陽光発電素子に順バイアスを印加するEL法が一般的に使用されている(下記の特許文献、非特許文献参照)。順バイアスの印加により、シリコン系の太陽光発電素子であればシリコンのバンドギャップに基づく近赤外線を発する。もし、亀裂が存在すれば、亀裂箇所から近赤外線が出射されず、暗部として観察される。また、電極が断線しておれば、断線位置以降には電力が供給されないため、断線位置以降から近赤外線が出射されず、暗部として観察される。
ここで、外観検査で検出できないような微細な亀裂を検出するには、高解像度で鮮明な画像を取得する必要がある。また、断線箇所を特定するには、細い表面電極(200μm)を撮影できる解像度が要求される。
例えば、太陽光発電素子が50~60枚搭載された太陽電池パネル(1m×2m)に対して、欠陥検査をするとする。この場合、各太陽光発電素子に対して開放電圧と同等な順バイアスを印加して、太陽電池パネルから近赤外線を発光させる。この発光された太陽光発電素子をカメラで撮影し、欠陥の有無や欠陥箇所の特定をおこなう。
しかし、上記欠陥検査に使用される冷却CCD(Charge Coupled Device)カメラには、オートフォーカス機構が搭載されていない。このため、レンズの焦点距離を少しずつ変化させながら何枚も撮影を行い、その度に画像を確認し、ピントの合う位置を見つける必要がある。被写体の大きさや撮影したい箇所の変更が発生すると、その度にピント調節をおこなう必要があり、時間も労力もかかる作業である。
一般的なカメラで行われるファインダーを覗きながら、焦点合わせを行う方法が考えられる。しかし、シリコン系太陽電池のELは、近赤外線であるため、肉眼では見えない。図2に示すように、近赤外線と可視光とでは、同じレンズ34を使用した場合、焦点距離が異なり、近赤外線の焦点距離が長くなる。したがって、可視光で焦点合わせをして、近赤外線を撮影するとピントぼけした画像となる。
また、カメラに搭載されているオートフォーカス機構を利用しても、可視光での撮影を前提としているため、可視光撮影条件でのピント合わせがおこなわれる。最も多く使われている被写体との距離を測定する方法は、太陽電池パネルとカメラ間の距離は測定できるが、レンズを可視光での焦点位置に調整することとなる。可視光撮影条件でのピント合わせをおこなうため、近赤外線の画像はピントぼけしたものとなる。
一眼レフカメラのオートフォーカスに使用されるTTL(Through the Lens)位相差方式も、基本的に可視光撮影条件で駆動するものである。上記のように、ピントぼけした画像となる。
さらに、デジタルカメラに多用されているコントラストやボケ具合を利用したコントラストオートフォーカスは、近赤外線でも動作できる。しかし、太陽光発電素子のELの光量が微弱であるため、オートフォーカスは動作できない。また、ELの光量は微弱であるため、通常のカメラ(非冷却な撮像素子)を用いて撮影に要する露光時間は10~30秒と長い。特殊な撮像素子(増幅機能付冷却タイプ)を用いれば、オートフォーカス機構が動作できる検出感度を満たす可能性はあるが、とても高額である。
本発明の目的は、太陽光発電素子のEL法を使用した検査において、容易に鮮明な撮影画像を得ることができる廉価な太陽光発電素子の検査装置を提供することにある。
太陽光発電素子の検査装置は、太陽光発電素子に順バイアスを印加する電源と、オートフォーカス機構によって前記太陽光発電素子に対して自動焦点合わせをおこない、撮像素子を使用して太陽光発電素子を撮影する非冷却撮像素子カメラと、前記太陽光発電素子から撮像素子までの間に配置され、太陽光発電素子のELの波長未満の光をカットし、近赤外線の帯域の光を透過させるフィルターと、前記自動焦点合わせ時に、太陽光発電素子に近赤外線の帯域を含有する光を照射する光源とを備える。
電源が太陽光発電素子に順バイアスを印加し、カメラが自動焦点合わせおよび撮影をおこなう。可視光などの影響を除去し、ELの光を受光するために、フィルターを設ける。また光源は、カメラのオートフォーカスが十分駆動するように、近赤外線を含有する光を照射する。
少なくとも太陽光発電素子、非冷却撮像素子カメラ、フィルター、および光源が配置される暗室を備える。外部の光の影響を除去する暗室を使用する。
前記フィルターは、950nm以下の波長を25%以下に、かつ900nm以下の波長を5%以下にカットするショートカットフィルターである。このフィルターは、前記太陽光発電素子が結晶型シリコン型太陽電池またはカルコパイライト系太陽電池のフィルターである。
前記フィルターが、750nm以下の波長を25%以下に、かつ700nm以下の波長を5%以下にカットするショートカットフィルターである。前記太陽光発電素子がアモルファスシリコン型太陽電池用または有機薄膜太陽電池用のフィルターである。
前記光源は、ハロゲンランプである。焦点合わせ時にハロゲンランプを発光させる。
本発明によると、フィルターによって太陽光発電素子のELの波長未満の光を除去することによって、近赤外線でオートフォーカスを駆動させることができる。素早い焦点あわせが可能である。近赤外線で焦点合わせをおこなっているため、撮影された画像も近赤外線で焦点のあったものであり、ELの光は鮮明な画像となる。太陽光発電素子の不良箇所を検出しやすくなる。
本発明の太陽光発電素子の検査装置について図面を用いて説明する。
検査される太陽光発電素子は、上記したEL法を使用するために、順バイアスで近赤外線を発するものである。例えば、結晶シリコン型やアモルファスシリコン型などの太陽電池が挙げられる。太陽光発電素子は1枚でも良いし、複数の太陽光発電素子を縦横に並べたものであっても良い。
図1に示すように、太陽光発電素子の検査装置10は、太陽光発電素子12の保持台14、太陽光発電素子12に順バイアスを印加する電源16、太陽光発電素子12のELを撮影するカメラ18、および所定の波長の光を透過させるためのフィルター20を備える。
保持台14は、太陽光発電素子12を配置し、太陽光発電素子12をカメラ18に対向させるものである。高さや角度を調節する機構を適宜設ける。また、太陽光発電素子12の大きさに合わせて保持台14の大きさも適宜設計する。
電源16は、太陽光発電素子12に順バイアスを印加するための直流電源である。複数の太陽光発電素子12を縦横に並べる場合、全ての太陽光発電素子12に順バイアスが印加されるようにする。順バイアスの一例は、結晶シリコン型の太陽光発電素子1枚あたり約0.5-1.0V、薄膜型アモルファスシリコン型や化合物型のカルコパイライト系太陽電池(CIS、CIGSなど)は、短冊1段当たり約0.5-1.0V、タンデム型では、その階層数に合わせて電圧を調節する。太陽光発電素子12に順バイアスを印加することによって、太陽光発電素子12から近赤外線の帯域の光が出射される。例えば、出射光の波長は約700~1300nmである。また、ピーク波長は、結晶シリコン型が約1150nm、アモルファスシリコン型が約950nm、CISが約1250nm、CIGSは組成比により異なる。
カメラ18は、オートフォーカス機構を備え、非冷却な撮像素子22を備えたディジタルスチルカメラを使用する。オートフォーカス機構としては、コントラストオートフォーカス方式を使用できる機構である。焦点あわせは、レンズが移動する方式や保持台14が移動する方式を採用できる。また、撮像素子22は、シリコン系のCCDやCMOSの2次元イメージセンサーを使用する。太陽光発電素子12の大きさに合わせて画素数を適宜選択する。例えば、約1000万画素の撮像素子22を使用する。カメラ18は三脚24などに設置し、高さや角度を調節する。
フィルター20は、太陽光発電素子12のELによる光の波長未満の光をカットし、近赤外線の帯域の光を透過させる。フィルター20はシート状であり、太陽光発電素子12からカメラ18の撮像素子22の間に設ける。したがって、撮像素子22は可視光などのEL波長未満の光を受光せず、近赤外線を受光する。カメラ18は、太陽光発電素子12のELを撮影することができ、撮像素子22を使用したコントラストオートフォーカスも可能となる。具体的なフィルター20の設置箇所としては、撮像素子22の前面やレンズの前面が挙げられる。なお、図1では、カメラ18の内部で、かつ、撮像素子22の前面にフィルター20を設けている。
太陽光発電素子12が結晶型シリコン型太陽電池またはカルコパイライト系太陽電池、である場合、フィルター20は、950nm以下の波長を25%以下に、かつ900nm以下の波長を5%以下にカットするショートカットフィルターを使用する。また、太陽光発電素子12がアモルファスシリコン型太陽電池または有機薄膜太陽電池である場合、フィルター20は、750nm以下の波長を25%以下に、かつ700nm以下の波長を5%以下にカットするショートカットフィルターを使用する。
フィルター20は、上記ELによる光の波長以上の長波長の光を通すハイパスのフィルターであっても良い。撮像素子22のCCDなどはシリコン系の素子であるため、近赤外線よりも長い波長の光が撮像素子22に到達しても、シリコン自体の透明領域であるため、長波長の光を吸収することはない。さらに長波長となれば、撮像素子22の周辺部材に吸収されるため、撮像素子22に到達することができない。したがって、可視光などのEL波長未満の光をカットし、近赤外線の帯域の光を透過させることと同等となる。
上記のように、フィルター20を使用することによって撮像素子22で受光される光は近赤外線となる。オートフォーカスは近赤外線を使用することとなる。撮影される光と同帯域の光であるため、撮影された画像はピントがあったものとなる。撮影画像が鮮明であり、太陽光発電素子12の欠陥を検出しやすくなる。
また、検査装置10は、太陽光発電素子12に近赤外線の帯域を含む光を照射する光源26を備える。光源26は、カメラ18がオートフォーカス機構によって焦点合わせをおこなうときに発光する。光源26は、オートフォーカス機構が駆動できるだけの光量を発光する。カメラ18は、オートフォーカスが駆動するための十分な光量の近赤外線を確保することができる。太陽光発電素子12のELを撮影するときは、光源26は消灯する。ELの光量が小さいためである。また、被写体が無地でコントラストがつきにくい場合は、フォーカス用の目印を表面に貼付けたり、光源26に幾何学的な模様を投影できるようにすることも、有用である。光源26としてハロゲンランプが挙げられる。
なお、光源26として通常の蛍光灯や白熱電球などを使用し、可視光を遮断するフィルターを介して太陽光発電素子12に照射することも考えられる。しかし、通常の蛍光灯や白熱電球は可視光の光量が大きく、近赤外線の光量は小さい。近赤外線の光量を大きくすると、可視光の光量が非常に大きくなり、白熱電球やフィルターが短期間に損傷されるので好ましくない。
図1の光源26はカメラ18から離れた位置に設けられているが、通常のカメラの内蔵ライトを利用したオートフォーカス補助光のように、カメラ18に内蔵するようにしても良い。
さらに、検査装置10は、少なくとも太陽光発電素子12、カメラ18、フィルター20、および光源26が配置される暗室28を備える。太陽光発電素子12のELは微弱であり、暗室28によって、外部からの光の影響を除去する。
その他、カメラ18、電源16、光源26を制御するコンピュータ30を備える。コンピュータ30には、カメラ18、電源16、光源26の状態、撮影されたデータなどを表示するモニター32やコンピュータ30の操作をおこなうためのキーボードを備える。コンピュータ30によってカメラ18、電源16、光源26の制御を一括しておこなう。オートフォーカス機構の駆動と光源26の発光との同期を取ったり、電源16による順バイアスの印加とカメラ18での撮影の同期を取ることが容易にできる。また、コンピュータ30のハードディスクなどの記憶装置に、取得した撮影データを記憶できるようにする。それらの各装置はUSB(Universal Serial Bus)ケーブルなどで相互に接続する。図1ではコンピュータ30と光源26が接続されているが、カメラ18と光源26の同期がとれるように、カメラ18と光源26を直接接続するようにしても良い。
本願の検査装置10が容易にピント合わせをおこなうことができ、太陽光発電素子12の画像が得られることを確認するための実施例および比較例を説明する。
実施例(1)
太陽光発電素子12は、多結晶シリコンタイプの京セラ製太陽電池モジュールR150-01、光源26は、IR(infrared)ランプである東芝ライテック製赤外線家畜用電球100/110V 150WRE(ハロゲンランプ)、フィルター20は、富士フィルム製光学フィルターIR-96(950nmの透過率25%以下 900nmの透過率5%以下 ショートカット型)、暗室28は、サンエンテックス製大型簡易暗室B-L3-CU、カメラ18は、ソニー製ディジタルスチルカメラDSC-H50、をそれぞれ使用した。また、カメラ18に搭載されている赤外線カットフィルターを取り外し、撮像素子22の前面に上記フィルター20を装着した。カメラ18のオートフォーカス補助光源から光が出射しないように遮光した。暗室28内に、カメラ18と太陽光発電素子12と光源26を設置した。
太陽光発電素子12は、多結晶シリコンタイプの京セラ製太陽電池モジュールR150-01、光源26は、IR(infrared)ランプである東芝ライテック製赤外線家畜用電球100/110V 150WRE(ハロゲンランプ)、フィルター20は、富士フィルム製光学フィルターIR-96(950nmの透過率25%以下 900nmの透過率5%以下 ショートカット型)、暗室28は、サンエンテックス製大型簡易暗室B-L3-CU、カメラ18は、ソニー製ディジタルスチルカメラDSC-H50、をそれぞれ使用した。また、カメラ18に搭載されている赤外線カットフィルターを取り外し、撮像素子22の前面に上記フィルター20を装着した。カメラ18のオートフォーカス補助光源から光が出射しないように遮光した。暗室28内に、カメラ18と太陽光発電素子12と光源26を設置した。
光源26を点灯後、カメラ18をナイトショットモード(コントラストオートフォーカスが起動する状態)にして、自動焦点合わせを行い、その後、マニュアルモードに切り替えた。太陽光発電素子12に8Aの電流が流れるように順バイアスを印加してEL発光させ、露光時間を30秒として撮影した。撮影された画像をモニター32で確認して、合焦性と画質を判定した。オートフォーカスにより、焦点は正確で、表面電極の細部まで確認することができた。
実施例(2)
実施例(1)の太陽光発電素子12をソーラーレックス製のアモルファス薄膜タイプに変更し、フィルター20を富士フィルム製光学フィルターIR-76(750nmの透過率25%以下 700nmの透過率5%以下 ショートカット型)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(1)の太陽光発電素子12をソーラーレックス製のアモルファス薄膜タイプに変更し、フィルター20を富士フィルム製光学フィルターIR-76(750nmの透過率25%以下 700nmの透過率5%以下 ショートカット型)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(3)
実施例(2)の太陽光発電素子12をタンデムタイプ(アモルファスと微結晶の2層)に変更した以外は、実施例(2)と同じ条件で撮影した。実施例(2)と同様に、焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(2)の太陽光発電素子12をタンデムタイプ(アモルファスと微結晶の2層)に変更した以外は、実施例(2)と同じ条件で撮影した。実施例(2)と同様に、焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(4)
実施例(1)の太陽光発電素子12を化合物タイプCIS(銅、インジウム、セレン)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(1)の太陽光発電素子12を化合物タイプCIS(銅、インジウム、セレン)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(5)
実施例(2)の太陽光発電素子12を有機薄膜タイプであるP3HT:PCBM poly(3-hexylthiophehe:[6,6]-phenylC61-butyric
acid methyl ester)に変更した以外は、実施例(2)と同じ条件で撮影した。焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
実施例(2)の太陽光発電素子12を有機薄膜タイプであるP3HT:PCBM poly(3-hexylthiophehe:[6,6]-phenylC61-butyric
acid methyl ester)に変更した以外は、実施例(2)と同じ条件で撮影した。焦点は正確で、撮影画像も良好であった。
比較例(1)
実施例(2)の光源26を設けず、太陽光発電素子12のELの光のみで、オートフォーカスをおこなわせた。しかし、オートフォーカスは作動しなかった。太陽光発電素子12のELの光のみでは、光量が少ないため、オートフォーカス機構が動作するのに必要な輝度が得られなかった。オートフォーカスが使用できず、撮影までおこなえなかった。
実施例(2)の光源26を設けず、太陽光発電素子12のELの光のみで、オートフォーカスをおこなわせた。しかし、オートフォーカスは作動しなかった。太陽光発電素子12のELの光のみでは、光量が少ないため、オートフォーカス機構が動作するのに必要な輝度が得られなかった。オートフォーカスが使用できず、撮影までおこなえなかった。
比較例(2)
実施例(1)の光源26を設けず、太陽光発電素子12のELの光のみで、オートフォーカスをおこなわせた。比較例(1)と同様にオートフォーカスが作動しなかった。
実施例(1)の光源26を設けず、太陽光発電素子12のELの光のみで、オートフォーカスをおこなわせた。比較例(1)と同様にオートフォーカスが作動しなかった。
比較例(3)
実施例(2)の光源26をNEC製の蛍光灯FLR40SEX-N/M-HG(3波長タイプ)に変更して、オートフォーカスをおこなわせた。しかし、オートフォーカスは作動しなかった。蛍光灯では、赤外線成分の光量が少ないため、オートフォーカス機構が動作するのに必要な輝度が得られなかった。
実施例(2)の光源26をNEC製の蛍光灯FLR40SEX-N/M-HG(3波長タイプ)に変更して、オートフォーカスをおこなわせた。しかし、オートフォーカスは作動しなかった。蛍光灯では、赤外線成分の光量が少ないため、オートフォーカス機構が動作するのに必要な輝度が得られなかった。
比較例(4)
実施例(1)の光源26を比較例(3)と同様に変更してオートフォーカスをおこなわせた。しかし、比較例(3)と同様にオートフォーカスが作動しなかった。
実施例(1)の光源26を比較例(3)と同様に変更してオートフォーカスをおこなわせた。しかし、比較例(3)と同様にオートフォーカスが作動しなかった。
比較例(5)
実施例(1)のフィルター20を設けず、オートフォーカスをおこなったところ、オートフォーカスは作動した。しかしながら、可視光での焦点合わせ位置で止まったので、撮影された画像は、焦点があっておらず、撮影画像は不鮮明になってしまった。
実施例(1)のフィルター20を設けず、オートフォーカスをおこなったところ、オートフォーカスは作動した。しかしながら、可視光での焦点合わせ位置で止まったので、撮影された画像は、焦点があっておらず、撮影画像は不鮮明になってしまった。
比較例(6)
実施例(1)の焦点合わせを測距方式で、オートフォーカス補助光の遮光をおこなわずにオートフォーカスをおこなった。オートフォーカスは作動したが、可視光での焦点合わせ位置で止まったので、撮影された画像は、焦点があっておらず、不鮮明になってしまった。
実施例(1)の焦点合わせを測距方式で、オートフォーカス補助光の遮光をおこなわずにオートフォーカスをおこなった。オートフォーカスは作動したが、可視光での焦点合わせ位置で止まったので、撮影された画像は、焦点があっておらず、不鮮明になってしまった。
比較例(7)
実施例(1)の暗室28を取り払い、蛍光灯下の条件で、オートフォーカスをおこなったところ、オートフォーカスが作動した。焦点位置にも問題なく、焦点位置を捉えることが出来ていた。しかしながら、一部、蛍光灯から出る微弱の赤外線の反射像が写りこんでいた。ELの画像としては、ノイズがあるものの、撮影することはできた
実施例(1)の暗室28を取り払い、蛍光灯下の条件で、オートフォーカスをおこなったところ、オートフォーカスが作動した。焦点位置にも問題なく、焦点位置を捉えることが出来ていた。しかしながら、一部、蛍光灯から出る微弱の赤外線の反射像が写りこんでいた。ELの画像としては、ノイズがあるものの、撮影することはできた
比較例(8)
実施例(1)のフィルター20を富士フィルム製光学フィルターIR-76(750nmの透過率25%以下 700nmの透過率5%以下 ショートカット型)に変更した以外は、実施例1と同じ条件で撮影した。細かいところが不鮮明に感じられたが、ELを確認することができた。
実施例(1)のフィルター20を富士フィルム製光学フィルターIR-76(750nmの透過率25%以下 700nmの透過率5%以下 ショートカット型)に変更した以外は、実施例1と同じ条件で撮影した。細かいところが不鮮明に感じられたが、ELを確認することができた。
比較例(9)
実施例(1)の太陽光発電素子12をソーラーレックス製のアモルファス薄膜タイプに変更した以外は、実施例1と同じ条件で撮影した。焦点は正確だが、撮影画像が暗かった。
実施例(1)の太陽光発電素子12をソーラーレックス製のアモルファス薄膜タイプに変更した以外は、実施例1と同じ条件で撮影した。焦点は正確だが、撮影画像が暗かった。
比較例(10)
実施例(1)の太陽光発電素子12をタンデムタイプ(アモルファスと微結晶の2層)に変更した以外は、実施例1と同じ条件で撮影した。比較例(9)と同様に、焦点は正確だが、撮影画像が暗かった。
実施例(1)の太陽光発電素子12をタンデムタイプ(アモルファスと微結晶の2層)に変更した以外は、実施例1と同じ条件で撮影した。比較例(9)と同様に、焦点は正確だが、撮影画像が暗かった。
比較例(11)
実施例(2)の太陽光発電素子12を化合物タイプCIS(銅、インジウム、セレン)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。焦点が不正確な場合があり、レーザースクライブパターンが不鮮明になることがあったが、ELを確認できた。
実施例(2)の太陽光発電素子12を化合物タイプCIS(銅、インジウム、セレン)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。焦点が不正確な場合があり、レーザースクライブパターンが不鮮明になることがあったが、ELを確認できた。
比較例(12)
実施例(1)の太陽光発電素子12を有機薄膜タイプであるP3HT:PCBM poly(3-hexylthiophehe:[6,6]-phenylC61-butyric
acid methyl ester)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。比較例(9)と同様に、焦点は正確で、撮影画像が暗くなった。
実施例(1)の太陽光発電素子12を有機薄膜タイプであるP3HT:PCBM poly(3-hexylthiophehe:[6,6]-phenylC61-butyric
acid methyl ester)に変更した以外は、実施例(1)と同じ条件で撮影した。比較例(9)と同様に、焦点は正確で、撮影画像が暗くなった。
上記の実施例および比較例をまとめると以下の表1のようになる。本願の構成であればオートフォーカスが可能であり、かつ撮影画像の画質も良い。EL法を使用した太陽光発電素子12の検査をスムーズにおこなうことができる。撮影画像の画質が良いため、太陽光発電素子12の不良を検出しやすくなる。
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
10:検査装置
12:太陽光発電素子
14:保持台
16:電源
18:カメラ
20:フィルター
22:撮像素子
24:三脚
26:光源
28:暗室
30:コンピュータ
32:モニター
12:太陽光発電素子
14:保持台
16:電源
18:カメラ
20:フィルター
22:撮像素子
24:三脚
26:光源
28:暗室
30:コンピュータ
32:モニター
Claims (5)
- 太陽光発電素子に順バイアスを印加する電源と、
オートフォーカス機構によって前記太陽光発電素子に対して自動焦点合わせをおこない、撮像素子を使用して太陽光発電素子を撮影する非冷却撮像素子カメラと、
前記太陽光発電素子から撮像素子までの間に配置され、太陽光発電素子のELの波長未満の光をカットし、近赤外線の帯域の光を透過させるフィルターと、
前記自動焦点合わせ時に、太陽光発電素子に近赤外線の帯域を含む光を照射する光源と、
を備えた太陽光発電素子の検査装置。 - 少なくとも前記太陽光発電素子、非冷却撮像素子カメラ、フィルター、および光源が配置される暗室を備えた請求項1の検査装置。
- 前記フィルターが、950nm以下の波長を25%以下に、かつ900nm以下の波長を5%以下にカットするショートカットフィルターであり、
前記太陽光発電素子が、結晶型シリコン型太陽電池またはカルコパイライト系太陽電池である
請求項1または2の検査装置。 - 前記フィルターが、750nm以下の波長を25%以下に、かつ700nm以下の波長を5%以下にカットするショートカットフィルターであり、
前記太陽光発電素子が、アモルファスシリコン型太陽電池または有機太陽電池である
請求項1または2の検査装置。 - 前記光源が、ハロゲンランプである請求項1から4のいずれかの検査装置。
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