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    • 专利摘要:
    本發明之試料測定系統1A係由太陽模擬器10與附加測定裝置20構成。太陽模擬器10包含載置試料S之載置台11、白色光供給部13、及殼體部15。附加測定裝置20包含：本體部21；及PL測定單元22，其構成為可於測定光路上之測定位置及測定光路外之待機位置之間移動。又，PL測定單元22包含：光學濾波器23，其將來自白色光供給部13之白色光轉換成激發光；被測定光檢測部24，其檢測自試料S發出之被測定光；及單元框部25，其一體地保持濾波器及檢測部。藉此，實現可較佳地進行試料特性之測定之太陽電池關聯試料測定系統。
    公开号:TW201319548A
    申请号:TW101134036
    申请日:2012-09-17
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Kazuya Iguchi；Kenichiro IKEMURA
    申请人:Hamamatsu Photonics Kk；
    IPC主号:G01N21-00
    专利说明:
    太陽電池關連試料測定系統
    本發明係關係一種用以利用光致發光法測定與太陽電池關聯之試料之特性的太陽電池關聯試料測定系統。
    近年來，就防止全球暖化等觀點而言，正盛行開發太陽電池。此種太陽電池之研究開發中，例如關於太陽電池中之轉換效率之提高等，進行太陽電池之材料、單元、面板等與太陽電池關聯之試料之特性之測定、檢查較為重要(例如，參照專利文獻1、2)。 先前技術文獻專利文獻
    專利文獻1：日本專利特開平8-235903號公報
    專利文獻2：日本專利特表2009-512198號公報
    在太陽電池之開發中最重要之轉換效率之測定(I-V測定)中，使用有以特定之波長光譜、特定之照射條件對太陽電池關聯試料照射成為模擬太陽光之白色光之太陽模擬器(Solar Simulator)。於此情形時，藉由太陽模擬器對太陽電池單元或模組等試料照射白色光，並且使探針等接觸太陽電池單元上之電極，從而測定其電特性。
    在此種I-V特性等試料之電特性之測定中，獲得包含太陽電池單元整體中之所有要因之測定結果。因此，於發現了轉換效率等特性存在問題之單元之情形時，根據電特性測定之結果，無法確定為製造步驟中之哪一製程中之異常，又，無法確定產生有不良情況之部位等。為了查明此種太陽電池單元之不良情況之原因，而使用電性測定以外之方法，例如光致發光(PL，photoluminescence)法、或電致發光(EL，electroluminescence)法。
    光致發光測定(PL測定)之原理在於，藉由對成為對象之試料照射較其帶隙能(band-gap energy)Eg更高能量(短波長)之激發光，而於試料內產生載體(電子或電洞)，檢測在PN接面附近載體進行再鍵結時之發光。在此種方法中，可根據所獲得之PL發光之二維圖像、或PL發光之波長光譜等，而觀察材料內部之電子狀態。
    此處，太陽電池之評價通常係如上所述般，使用太陽模擬器，例如，藉由具有接近於太陽光之波長光譜之AM1.5G等之白色光，在接近於太陽光之強度之1SUN等條件下進行。另一方面，於藉由PL成像或光譜測定等進行太陽電池之轉換效率以外之物性、缺陷之檢查之情形時，此種PL測定通常係藉由對試料照射雷射光而執行。
    關於使用光致發光之太陽電池關聯試料之檢查，於材料物性方面，暗示著PL發光與太陽電池單元之特性之間有關聯。即，有如下傾向：大體上PL測定中發光較強者之轉換效率較高，或缺陷部位較少。然而，於例如作為化合物薄膜太陽電池之CIGS(Cu、In、Ga、Se之化合物)太陽電池中，因存在對於光之電特性、及對於PL發光之激發光強度不具有線性之情形，故難以選擇最佳之激發光強度作為於PL測定中可與轉換效率取得相關之參數。
    又，由於藉由雷射光激發之PL測定成為單一波長之光之激發，故成為與使用白色光之轉換效率之測定絕對不同之激發光光譜。於対於試料之激射光源使用雷射光源之情形時，實用之激發光波長為起因於雷射之材料等之例如532 nm、808 nm等特定之波長，該情形時之激發光波長對測定對象之試料而言未必最佳。
    例如，於將對於測定對象之材料不合適之極短之波長(例如355 nm)之光用作激發光之情形時，有可能因光之穿透長之問題，導致僅能看到包含表面附近之PL測定對象以外之資訊，而測定與作為目標之可與轉換效率取得相關之資料完全不同之現象。又，關於太陽電池，對照射至試料之光有其照射角度、或試料面上之均勻度等涉及多方面之嚴密之要求事項，即便於PL成像或光譜測定中，亦期望在接近於要求事項之狀態下進行測定。
    本發明係為解決以上之問題而完成者，其目的在於提供一種對於與太陽電池關聯之試料，可利用光致發光法較佳地進行試料特性之測定之太陽電池關聯試料測定系統。
    為達成此種目的，對於本發明之太陽電池關聯試料之試料測定系統之特徵在於包括：(1)用以測定與太陽電池關聯之試料之特性之太陽模擬器；(2)用於利用太陽模擬器，且藉由光致發光法進行試料之測定之附加測定裝置；(3)太陽模擬器包含：試料載置台，其載置試料；白色光供給部，其對試料供給成為模擬太陽光之白色光；及殼體部，其一體地保持試料載置台及白色光供給部；(4)附加測定裝置包含：測定裝置本體部，其係相對於太陽模擬器附加性地配置於特定位置；及光致發光測定單元，其係安裝於測定裝置本體部，且構成為可相對於太陽模擬器在插入於自白色光供給部向試料載置台之測定光路上之測定位置、及偏離測定光路之待機位置之間移動；(5)光致發光測定單元包含：光學濾波器，其係於將光致發光測定單元配置於測定位置時，將自白色光供給部向試料載置台供給之白色光轉換為具有特定波長光譜之激發光；被測定光檢測部，其檢測自被照射來自光學濾波器之激發光之試料所發出之被測定光；及單元框部，其一體地保持光學濾波器及被測定光檢測部，並且以可於測定位置及待機位置之間移動之方式安裝於測定裝置本體部。
    在上述太陽電池關聯試料測定系統中，對太陽模擬器附加性地設置包含光致發光測定單元(PL測定單元)之附加測定裝置，該太陽模擬器係以對與太陽電池關聯之材料、單元、面板等試料供給成為模擬太陽光之白色光而進行檢查之方式構成。又，由將白色光轉換為激發光之光學濾波器(波長選擇濾波器)、檢測來自試料之光之被測定光檢測部、以及一體地保持該等之單元框部構成PL測定單元。
    而且，相對於太陽模擬器、及附加測定裝置之裝置本體部，該PL測定單元成為如下構成：可於包含根據太陽模擬器中之對於試料之白色光之供給、照射範圍而規定之測定光路的測定位置、及偏離測定光路之待機位置之間移動。根據此種構成，於將PL測定單元配置於待機位置之狀態下，可實現與先前相同之I-V特性測定等電特性之測定，並且於將PL測定單元配置於測定位置之狀態下，可將通過光學濾波器之白色光之光成分作為激發光而對試料進行PL測定。藉此，可對於與太陽電池關聯之試料，較佳地進行藉由光致發光法之試料之特性測定。
    根據本發明之太陽電池關聯試料測定系統，對將白色光供給至試料而進行測定之太陽模擬器設置包含PL測定單元之附加測定裝置，由將白色光轉換成激發光之光學濾波器、被測定光檢測部、及單元框部構成PL測定單元，並且PL測定單元係設為可於包含對於試料之測定光路之測定位置、與偏離測定光路之待機位置之間移動之構成，藉此可對於與太陽電池關聯之試料，較佳地進行藉由光致發光法之試料之特性測定。用於實施發明之形態
    以下，參照圖式對本發明之太陽電池關聯試料測定系統之實施形態進行詳細說明。再者，於圖式之說明中對相同要素附以相同符號，而省略重複說明。又，圖式之尺寸比例未必與說明者一致。
    圖1係表示太陽電池關聯試料測定系統之一實施形態之構成之前視圖。該圖1中，表示將下述光致發光測定單元(PL測定單元)配置於待機位置之狀態。又，圖2係表示圖1中所示之太陽電池關聯試料測定系統之構成之前視圖。圖3係表示圖1中所示之試料測定系統之構成之側視圖。圖4係表示圖1中所示之試料測定系統之構成之立體圖。於該等之圖2~圖4中，表示將PL測定單元配置於測定位置之狀態。又，在各圖中，圖1~圖3中模式性地表示試料測定系統之構成，圖4中略微具體地表示其構造之一例。
    本實施形態之試料測定系統1A係對與太陽電池關聯之材料、單元、面板等試料(以下，稱為太陽電池關聯試料，或簡稱為試料)S進行用以檢查、評價其特性之測定之太陽電池關聯試料測定系統，且係包含太陽模擬器10、電特性測定裝置19、附加測定裝置20、及控制裝置30而構成。
    太陽模擬器10係用以測定太陽電池關聯試料S之特性者，包含試料載置台11、白色光供給部13、及殼體部15。又，載置測定對象之試料S之試料載置台11係構成為藉由載置台驅動部12而於x軸方向、y軸方向(水平方向)、及z軸方向(垂直方向)上移動，從而可調整、設定載置台11上之試料S之測定位置、測定範圍。
    白色光供給部13係對於載置台11上之試料S，根據特定之照射條件(照射範圍、照射角度、照射光強度分布等)，將具有接近於太陽光之波長光譜之白色光作為試料S之特性測定用之模擬太陽光而供給。白色光供給部13具體而言例如係由1個或複數個光源、及包含調整來自光源之光之光路、波長光譜等之1個或複數個光學元件之光學系統構成。又，在白色光供給部13與載置台11之間，於其測定光軸Ax上，設置有切換自白色光供給部13向試料S之白色光之供給之接通/斷開(ON/OFF)的擋板14。
    殼體部15一體地保持試料載置台11、及白色光供給部13成。本實施形態中，殼體部15係由上部殼體部16與下部殼體部17構成。上殼體部16係於內部收容白色光供給部13及擋板14，並且構成為於其下方具有與試料載置台11對向之開口部之箱狀。來自白色光供給部13之白色光係經由ON狀態(打開狀態)之擋板14、及上部殼體部16之下方之開口部，藉由包含Ax光軸而擴大至特定範圍之測定光路，向載置台11上之試料S供給。
    下部殼體部17係如圖4所示般，成為在上部殼體部16與殼體底部18之間設置4根柱狀構件而成之構成，且構成為可從外部進出包含位於其內部之測定光路之空間。又，試料載置台11、及載置台驅動部12係設置於殼體底部18上。
    對於此種太陽模擬器10，於其附近之特定位置設置有附加測定裝置20。附加測定裝置20係用於利用太陽模擬器10進行藉由光致發光(PL)法之太陽電池關聯試料S之測定者，且包含測定裝置本體部21及光致發光(PL)測定單元22。測定裝置本體部21係相對於太陽模擬器10附加且固定地配置於特定位置(於圖1中，為太陽模擬器10之下部殼體部17之右側之位置)。
    PL測定單元22係安裝於測定裝置本體部21，並且構成為可相對於太陽模擬器10在插入於自白色光供給部13向試料載置台11上之試料S之測定光路上之測定位置(圖2~圖4)、及偏離測定光路之待機位置(圖1)之間移動。
    PL測定單元22於配置於偏離測定光路之待機位置之情形時，如圖1所示，成為收納在本體部21內部之狀態。又，PL測定單元22於配置於包含測定光路之測定位置(插入位置)之情形時，如圖2~圖4所示，藉由自本體部21被拉出至包含位於太陽模擬器10之下部殼體部17之內部之測定光路的空間內，而插入至測定光路上位於擋板14與試料載置台11之間之測定位置。
    PL測定單元22係如圖2~圖4所示，包含光學濾波器23、被測定光檢測部24、及單元框部25。光學濾波器23係如下波長選擇濾波器：於將PL測定單元22配置於測定位置時，在包含光軸Ax之測定光路中，使自白色光供給部13向試料載置台11供給之白色光中之特定波長範圍內之光成分選擇性地通過，藉此將白色光轉換成具有特定之波長光譜之激發光。
    作為該光學濾波器23，只要為自由太陽模擬器10發出之白色光中除去產生光致發光之波長區域，而使激發光波長區域透過之濾波器即可，例如，可使用如下短通濾波器(SPF，Short Pass Filter)：使白色光中短波長側之特定波長範圍內之光成分通過，而截斷長波長側之光成分。或者，作為光學濾波器23，亦可使用如下帶通濾波器(BPF，Band Pass Filter)：使特定波長範圍內之光成分通過，而截斷較該特定波長範圍內之光成分更短波長側及更長波長側之光成分。
    被測定光檢測部24係於將通過光學濾波器23而生成之激發光照射至試料S時，檢測包含自激發光所照射之試料S發出之PL發光之被測定光的檢測部。該檢測部24係如圖3、圖4所示般，設置於偏離自白色光供給部13及光學濾波器23向試料載置台11之測定光路(白色光、激發光所通過之範圍)之特定位置。
    關於該被測定光檢測部24之構成，例如，可由取得被測定光之二維圖像之攝像裝置(攝像機)構成檢測部24。此種構成中，可藉由檢測部24進行利用PL成像測定之試料S之特性評價。或者，亦可由對被測定光進行分光之分光器、及檢測經分光之被測定光之光檢測器構成檢測部24。此種構成中，藉由在檢測部24中，利用1個或複數個光檢測器檢測藉由分光器而分光之被測定光之各波長成分，而可進行利用PL光譜測定之試料S之特性評價。
    在PL測定單元22中，對該等光學濾波器23、及被測定光檢測部24設置有單元框部25。單元框部25一體地保持光學濾波器23及被測定光檢測部24，並且以可在上述測定位置及待機位置之間移動之方式安裝於測定裝置本體部21。於圖4所示之構成例中，成為如下構成：於單元框部25之側面設置有軌道25a，藉由該軌道25a、與設置於本體部21之內側之軌道，而使包含單元框部25之PL測定單元22在水平方向(左右方向)上移動。
    又，本實施形態之PL測定單元22中，在太陽模擬器10之試料載置台11與PL測定單元22之被測定光檢測部24之間，設置有帶通濾波器(BPF)26。該帶通濾波器26係選擇性地使來自載置台11上之試料S之被測定光中之特定波長範圍內之光成分(例如，包含藉由激發光照射之來自試料S之PL發光之光成分)通過被測定光檢測部24之第2光學濾波器，且固定於檢測部24之前表面側(試料載置台11側)。再者，作為該第2光學濾波器，亦可根據應藉由檢測部24檢測之光成分之波長範圍，而使用帶通濾波器以外之波長選擇濾波器。
    又，在PL測定單元22中，於較光學濾波器23更靠試料載置台11側，於偏離測定光路之位置上設置有照明裝置27。該照明裝置27係在將PL測定單元22配置於測定位置之狀態下，取得試料S之一般圖像時所使用者，例如，可使用紅外線LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等紅外線照明裝置。
    本實施形態之試料測定系統1A中，除該等太陽模擬器10、附加測定裝置20以外，亦設置有電特性測定裝置19、及控制裝置30。電特性測定裝置19係相對於太陽模擬器10而設置，如圖1所示，藉由特定之配線而與試料載置台11上之試料S連接，於進行試料S之電特性之測定、例如I-V特性之測定時使用。再者，於圖2~圖4中，省略了電特性測定裝置19之圖示。
    又，控制裝置30係連接於太陽模擬器10及附加測定裝置20而設置，如圖2所示，藉由控制太陽模擬器10及附加測定裝置20之各部之動作，而控制該等對試料S之PL測定之執行。例如，該控制裝置30根據PL測定之執行狀況而控制設置於太陽模擬器10之擋板14之動作。如此，控制擋板動作之構成於太陽模擬器10具有擋板狀態輸出等之情形時有效。
    又，相對於該控制裝置30連接有顯示裝置31、及輸入裝置32。顯示裝置31將與本測定系統1A中之太陽電池關聯試料S之特性之測定相關之資訊向操作者顯示。又，輸入裝置32係用以輸入測定中所需之資訊、指示等。再者，於圖1、圖3、圖4中，省略了控制裝置30、顯示裝置31、輸入裝置32之圖示。
    對本實施形態之太陽電池關聯試料測定系統、及利用其之試料測定方法之效果進行說明。
    於圖1~圖4所示之太陽電池關聯試料測定系統1A中，對以對試料S供給成為模擬太陽光之白色光而進行檢測之方式構成之太陽模擬器10附加性地設置包含PL測定單元22之附加測定裝置20。又，由將白色光轉換成激發光之光學濾波器23、檢測來自試料S之被測定光之被測定光檢測部24、以及一體地保持該等之單元框部25構成PL測定單元22。
    而且，相對於太陽模擬器10、及附加測定裝置20之裝置本體部21，該PL測定單元22成為如下構成：可於包含根據太陽模擬器10中之對於試料S之白色光之供給範圍而規定之測定光路的測定位置、與偏離測定光路之待機位置之間移動。根據此種構成，於將PL測定單元22配置於待機位置之狀態下，可使用電特性測定裝置19進行與先前相同之I-V特性測定等電特性之測定，並且於將PL測定單元22配置於測定位置之狀態下，可將通過光學濾波器23之白色光之光成分作為激發光，而對試料S進行PL測定。藉此，可對於太陽電池關聯試料S，利用光致發光法較佳地進行包含試料S之特性測定之各種測定、檢查。
    上述實施形態中，在PL測定單元22中，於試料載置台11與被測定光檢測部24之間設置有選擇性地使被測定光中之特定波長範圍內之光成分通過之帶通濾波器26。如此藉由在檢測部24之前段設置帶通濾波器26等光學濾波器，而可於檢測部24中，僅選擇性地檢測來自試料S之光中適合於試料S之特性評價之波長範圍之光成分。例如，於如被測定光檢測部24中所使用之攝像裝置對激發光之波長範圍之一部分亦具有感光度，而妨礙PL測定之情形時，如此般設置光學濾波器26而截斷激發光之波長範圍內之光成分之構成較為有效。然而，對於此種濾波器26，亦可設為若不需要則不設置之構成。
    又，PL測定單元22包含用以取得試料S之一般圖像之照明裝置27。此處，於將PL測定單元22配置於測定位置之狀態下，由於光學濾波器23被插入至測定光路上，故存在來自太陽模擬器之光不包含可由構成被測定光檢測部之相機等檢測之波長區域之光之情形。相對於此，如上所述般藉由在PL測定單元22中設置照明裝置27，即便於將PL測定單元22配置於測定位置之狀態下，仍可較佳地取得試料S之圖案圖像等一般圖像。然而，對於此種照明設備27，亦可設為若不需要則不設置之構成。
    又，上述實施形態中，在試料測定系統1A中，設置有控制PL測定之控制裝置30。此種控制裝置30亦可為例如附屬或內置於附加測定裝置20之構成。又，於此情形時，控制裝置30亦可設為如下構成：如上所述，控制在太陽模擬器10中設置於白色光供給部13與試料載置台11之間之擋板14之動作。
    又，上述實施形態中，在試料測定系統1A中，設置有電特性測定裝置19。藉此，除對於試料S之PL測定以外，亦可較佳地進行使用太陽模擬器10之I-V特性測定等電特性之測定。又，此種電特性測定裝置19亦可為例如附屬或內置於太陽模擬器10之構成。
    對圖1~圖4所示之太陽電池關聯試料測定系統1A之構成、以及使用試料測定系統1A而執行之PL測定進行更具體之說明。
    圖5係表示試料測定中所使用之白色光、激發光、以及來自試料之被測定光之波長光譜之曲線圖。圖5之曲線圖(a)、(b)、(c)中，分別橫軸表示光之波長(nm)，縱軸表示光之強度。又，關於太陽模擬器10，於AM1.5G之條件下使用。
    圖5之曲線圖(a)係表示自太陽模擬器10之白色光供給部13供給之白色光之波長光譜。該曲線圖中，曲線圖A1表示太陽模擬器10中之白色光之波長光譜，曲線圖A2表示實際之太陽光之波長光譜。此種白色光於PL測定中發出作為目標之利用PL之光之波長區域內亦具有光成分。
    圖5之曲線圖(b)係表示通過光學濾波器23而照射至試料S之激發光之波長光譜。該曲線圖中，曲線圖B1表示對太陽模擬器10中之白色光適用有光學濾波器23之情形時之波長光譜，曲線圖B2表示對太陽光適用有光學濾波器23之情形時之波長光譜。具體而言，此處，使用短通濾波器(SPF)作為光學濾波器23，將該濾波器23設置為尺寸大於由太陽模擬器10供給之白色光之光束之濾波器，並且截斷包含PL發光之長波長側之波長範圍內之光成分，而作為PL測定之激發光。
    圖5之曲線圖(c)表示自曲線圖B1中所示之激發光所照射之試料S發出之藉由PL發光之被測定光之波長光譜。藉由利用被測定光檢測部24檢測此種PL發光，而可執行對於試料S之特性之評價、檢查。此處，於將檢測部24設為攝像裝置，而取得PL發光之二維圖像之情形時，可獲得反映試料S之特性之PL圖像。又，於將檢測部24設為分光器+光檢測器之情形時，可獲得PL發光之波長光譜之資訊等各種資訊。再者，利用檢測部24之被測定光之檢測係如上所述般，視需要經由帶通濾波器26等光學濾波器而進行。
    圖6係表示包含來自試料S之PL發光之被測定光之波長光譜之曲線圖，橫軸表示光之波長(nm)，縱軸表示光之強度(a.u.)。又，該曲線圖中，曲線圖C1表示在上述太陽模擬器10+附加測定裝置20之構成中，使用由白色光生成之激發光之情形時之PL發光之測定結果之波長光譜，曲線圖C2表示將波長810 nm之雷射光用作激發光之情形時之PL發光之測定結果之波長光譜。
    由該等曲線圖C1、C2明確可知，分別於使用由白色光生成之激發光、及雷射激發光之情形時，均可獲得大致相同之PL發光光譜。由此可知，如圖1~圖4之試料測定系統1A所示，對於太陽模擬器10之白色光應用PL測定單元22之構成係與使用雷射激發光之構成同樣地，對試料S之PL發光測定有效。
    上述實施形態之試料測定系統1A係追加設置有包含PL測定單元22之附加測定裝置20，該PL測定單元22係對於太陽電池之評價、檢測等中所進行之最重要之測定、即使用太陽模擬器10之I-V特性測定等電特性之測定，不會破壞此種電測定之環境，且可於測定位置與待機位置之間移動。
    根據此種構成，可提供一種在電測定之前後，藉由PL測定單元22之移動立即切換測定系統1A之功能，並藉由PL成像簡單地找出試料S中之不良部位之有效手段。例如，可進行使用太陽模擬器10之I-V測定、或轉換效率之測定之延長線上之PL成像、PL光譜測定等。藉此，可在剛進行過效率等電特性之測定後，或與之同時地，直接藉由PL成像進行異常部分之可視化，例如，於效率較差之情形時，有可能可立即使其原因等可視化，並確定。尤其是於太陽電池面板等大面積狀態之試料S中，若已具有大面積用之太陽模擬器，則可將其應用於PL測定。
    又，在使用太陽模擬器10之I-V測定中，於在測定裝置中設置成為試料S之太陽電池單元，且於未安裝導線等之單元連接電極之情形時，其操作等非常勞神。尤其，由於多晶Si太陽電池等晶系Si太陽電池易破碎，稍微用力便會產生裂痕等，故不容易操作。若試料S中產生裂痕，則當然包括其轉換效率在內的電特性會惡化。又，若將產生有裂痕之單元再次設置於其他檢測裝置，則有可能由此而使裂痕成長。
    對此，若可在於進行I-V測定之測定裝置即太陽模擬器10中設置有試料S之狀態下，藉由PL成像進行裂痕之檢測，則可容易地把握問題。根據上述試料測定系統1A，例如於上述裂痕之檢測等中，可進行非常有效之不良解析，上述試料測定系統1A係於進行I-V測定後，僅將附加測定裝置20之PL測定單元22插入至太陽模擬器10之測定光路，即可進行太陽電池單元之PL成像測定。
    又，根據對太陽模擬器10之白色光應用光學濾波器23而生成激發光之構成，在PL測定中，亦可解決激發光強度、激發光光譜、進而激發光對於試料S之照射均勻度之問題。即，於在PL測定中對太陽電池關聯試料S照射激發光之情形時，可謀求與非常高之光之均勻性、照射角度之條件、光照射不均或平行度相關之嚴格條件等。
    相對於此，於自太陽模擬器10之本體出射光之部分插入光學濾波器23之上述構成中，可於供給成為激發光之來源之白色光之太陽模擬器10側實現激發光照射之均勻度，例如，可對矩形之太陽電池單元均勻地照射激發光等實現在理想條件下之激發光之照射。又，此種構成中，可對各種太陽模擬器10進行改裝，又，藉由PL測定單元22之移動而選擇濾波器23之使用/不使用，藉此可在完全不影響目前之用途之前提下，將太陽模擬器10用作PL測定用之光源。
    又，在太陽模擬器10中，為實現照射不均或平行度所要求之條件，而存在於太陽模擬器之內部使用被稱為複眼透鏡(fly eye lens)之多透鏡之光學零件之情形，但即便為自太陽模擬器出射光之部分，亦有可能於插入小於光束之光學濾波器時，在對試料S之照射面中無法獲得均勻且平行之光。相對於此，於PL測定單元22中，藉由使用尺寸大於自太陽模擬器10供給之白色光之光束之光學濾波器23，而可避免此種問題。
    上述測定系統1A發揮光致發光之優勢，即，可進行非接觸、非破壞下之測定之優勢，例如，可對自安裝電極前之階段至安裝電極後之最終階段為止之各種狀態之太陽電池關聯試料S加以應用。藉此，可於各製造步驟中，預先檢測成為不良原因之要因，而大大有助於良率、品質之改善。又，於電極中存在不良情況之情形時，亦可藉由PL測定而進行不良情況之確認。
    又，在利用太陽模擬器10之白色光之上述構成中，於作為太陽電池而評價轉換效率等之動作條件即波長光譜、光強度(1SUN)方面，藉由觀察試料S內部之電子狀態，而成為接近於實際之動作條件之狀態下之測定。因此，作為PL測定之結果，可期待獲得能與電性轉換效率等取得進一步相關之測定結果。作為其理由，例如，可舉出：因成為測定對象之試料S中之穿透長，而導致產生試料S之深度方向上之問題；對於試料S未必能保證相對於光之電性輸出為直線；於激發光強度相對於無直線性之試料不合適之情形時，有可能結果會逆轉等。
    又，上述測定系統1A中，自太陽模擬器10供給之白色光中之長波長成分，例如較成為對象之太陽電池材料之帶隙能Eg更低能量之光成分係由SPF等光學濾波器23截斷，而未照射至試料S。此係因為在PL測定中，原理上能量低於帶隙能Eg之光會導致成為PL測定之障礙之試料S之溫度上升，故對藉由截斷長波長成分之PL測定之影響較小。
    又，上述測定系統1A在安全方面、成本方面等中亦有效。關於安全方面，例如，於將波長808 nm之CW雷射光設為激發光，於12.5 cm見方等之單一單元中，欲相對於單元前表面均勻地獲得接近於太陽光之能量之1SUN等狀態之輸出之情形時，作為雷射輸出必需使用數十W之Class4程度之雷射。於此情形時，除在完全遮蔽之裝置內使用雷射，或雷射管理區域內之使用成為前提以外，進而對其使用者亦有限定等，在測定裝置之管理或運用方面需要極大之勞力。
    相對於此，在PL測定中，根據不使用雷射光源，而使用太陽模擬器10中所使用之燈光源等之構成，由於安全基準等不嚴格，故裝置之導入較容易。又，預想藉由使用由白色光生成之激發光而減輕因雷射光激發、特定波長下之強大能量而導致之試料S之損壞。
    又，關於成本方面，在太陽電池之製造現場等中，於完全運轉檢測裝置之情形時，其運行成本成為問題，但於燈光源等之情形時，可實現低於雷射光源之運行成本。又，由於可容易地預先準備預備之燈光源，故亦可避免因停工時間所導致之損耗。又，裝置整體之成本亦可較使用雷射之系統降低。
    對使用圖1~圖4所示之試料測定系統1A之對太陽電池關聯試料之測定、檢測方法進行進一步說明。
    圖7係表示試料測定方法之一例之流程圖。於該圖7中，表示太陽模擬器10具有擋板狀態輸出之情形之例。圖7所示之方法中，首先，在將PL測定單元22配置於附加測定裝置20之本體部21內之待機位置之狀態下，藉由太陽模擬器10及電特性測定裝置19進行試料S之I-V特性等電特性之測定(步驟S101)。
    其次，使PL測定單元22移動至包含光軸Ax及測定光路之測定位置，並將光學濾波器23及被測定光檢測部24等設置於特定位置(S102)。繼而，在該狀態下，開始進行使用太陽模擬器10及PL測定單元22之對試料S之PL測定(S103)。
    根據自太陽模擬器10輸出之擋板狀態，而確認測定光路上之擋板14是否關閉(S104)，於打開之情形時關閉擋板14(S105)。接著，進行被測定光檢測部24中之暗電流之測定(S106)。此處，存在檢測部24中所使用之攝像裝置、或光檢測器等之測定結果中包含被稱為暗電流之雜訊之情形，又，關於非信號之背景光，亦必需自測定結果中去除。暗電流測定係為去除此種雜訊等不需要之信號、資料而進行。
    接著，根據自太陽模擬器10輸出之擋板狀態，而確認擋板14是否打開(S107)，於關閉之情形時將擋板14打開(S108)。繼而，自白色光供給部13經由光學濾波器23對試料S照射激發光，並藉由被測定光檢測部24取得所獲得之PL發光之測定資料(S109)。於PL測定結束後，關閉擋板14(S110)，對所獲得之PL測定資料進行必要之解析、輸出等操作(S111)。
    作為具體之資料解析，例如，在控制裝置30中，進行自PL測定中所獲得之資料中減去暗電流測定中所獲得之資料之處理，而生成已去除雜訊之測定資料。繼而，藉由顯示裝置31將所獲得之PL發光之二維圖像資料、或波長光譜資料等顯示給操作者。
    於該等操作結束後，視需要進行使PL測定單元22移動至待機位置等操作(S112)，從而結束測定。再者，PL測定資料之解析中，於為鑑定試料S中之不良部位，而必需與試料S之圖案影像進行比較之情形時，關閉太陽模擬器10之擋板14，並點亮紅外線照明裝置27而取得圖案影像。
    圖8係表示試料測定方法之另一例之流程圖。該圖8中，表示太陽模擬器10不具有擋板狀態輸出之情形之例。於圖8所示之方法中，首先，在將PL測定單元22配置於附加測定裝置20之本體部21內之待機位置之狀態下，藉由太陽模擬器10及電特性測定裝置19，進行試料S之I-V特性等電特性之測定(步驟S201)。
    其次，使PL測定單元22移動至包含光軸Ax及測定光路之測定位置，並將光學濾波器23及被測定光檢測部24等設置於特定位置(S202)。繼而，在該狀態下，開始進行使用太陽模擬器10及PL測定單元22之對試料S之PL測定(S203)。
    在太陽模擬器10中，進行關閉測定光路上之擋板14之操作(S204)，且待機直至擋板之關閉動作結束為止(S205)。接著，進行被測定光檢測部24中之暗電流之測定(S206)。接著，在太陽模擬器10中，進行打開擋板14之操作(S207)，且待機直至擋板之打開動作結束為止(S208)。繼而，對試料S照射激發光，並藉由被測定光檢測部24取得所獲得之PL發光之測定資料(S209)。於PL測定結束後，關閉擋板14(S210)，並對所獲得之PL測定資料進行必要之解析、輸出等操作(S211)。於該等操作結束後，視需要進行使PL測定單元22移動至待機位置等操作(S212)，從而結束測定。
    本發明之太陽電池關聯試料測定系統並不限定於上述實施形態及構成例，可進行各種變形。例如，關於太陽模擬器10、及附加測定裝置20之各者之構成，並不限定於上述構成，具體而言亦可使用各種構成。又，關於電特性測定裝置19、控制裝置30等，亦可設為若不需要則不設置之構成。
    於上述實施形態之關於太陽電池關聯試料之試料測定系統中，使用如下構成：包括(1)用以測定與太陽電池關聯之試料之特性之太陽模擬器；及(2)用於利用太陽模擬器，且藉由光致發光法進行試料之測定之附加測定裝置；(3)太陽模擬器包含：試料載置台，其載置試料；白色光供給部，其對試料供給成為模擬太陽光之白色光；及殼體部，其一體地保持試料載置台及白色光供給部；(4)附加測定裝置包含：測定裝置本體部，其係相對於太陽模擬器附加性地配置於特定位置；及光致發光測定單元，其係安裝於測定裝置本體部，且構成為可在插入至自白色光供給部向試料載置台之測定光路上之測定位置、及偏離測定光路之待機位置之間相對於太陽模擬器移動；(5)光致發光測定單元包含：光學濾波器，其係於將光致發光測定單元配置於測定位置時，將自白色光供給部向試料載置台供給之白色光轉換為具有特定波長光譜之激發光；被測定光檢測部，其檢測自來自光學濾波器之激發光所照射之試料發出之被測定光；及單元框部，其一體地保持光學濾波器及被測定光檢測部，並且以可在測定位置及待機位置之間移動之方式安裝於測定裝置本體部。
    此處，關於PL測定單元中所使用之檢測來自試料之被測定光之檢測部之構成，被測定光檢測部可使用包含取得被測定光之二維圖像之攝像裝置的構成。此種構成中，可進行藉由PL成像測定之試料之特性評價。
    或者，被測定光檢測部可使用包含將被測定光分光之分光器、及檢測藉由分光器而分光之被測光之光檢測器的構成。此種構成中，藉由利用1個或複數個光檢測器檢測經分光之被測定光之各波長成分，而可進行藉由PL光譜測定之試料之特性評價。
    又，光致發光測定單元較佳為包含第2光學濾波器，該第2光學濾波器係配置於試料載置台及被測定光檢測部之間，且選擇性使被測定光中之特定波長範圍內之光成分通過被測定光檢測部。如此，藉由在被測定光檢測部之前段設置第2光學濾波器，而可僅選擇性地檢測來自試料之光中適合於試料之特性評價之波長範圍之光成分。
    又，光致發光測定單元亦可設為包含用以取得試料之一般圖像之照明裝置之構成。此處，在將PL測定單元配置於測定位置之狀態下，因光學濾波器被插入至被測定光路上，故存在來自太陽模擬器之光不包含可由構成被測定光檢測部之相機等檢測出之波長區域之光之情形。相對於此，如上所述般藉由在PL測定單元中設置照明裝置，而即便於將PL測定單元配置於測定位置之狀態下，亦可較佳地取得試料之圖案圖像等一般圖像。
    又，上述試料測定系統亦可設為如下構成：除包括太陽模擬器、及附加測定裝置以外，亦包括控制藉由太陽模擬器及附加測定裝置之試料之光致發光測定的控制裝置。此種控制裝置亦可為例如附屬或內置於附加測定裝置之構成。又，於此情形時，控制裝置亦可設為控制在太陽模擬器中，設置於白色光供給部與試料載置台之間之擋板之動作之構成。
    又，試料測定系統亦可設為如下構成：進而包括相對於太陽模擬器設置、且用以進行試料之電特性之測定之電特性測定裝置。藉此，除對於試料之PL測定以外，亦可較佳地進行使用太陽模擬器之I-V特性測定等電特性之測定。又，此種電特性測定裝置亦可為例如附屬或內置於太陽模擬器之構成。 產業上之可利用性
    本發明可用作對於與太陽電池關聯之試料，能夠較佳地進行藉由光致發光法之試料之特性測定的試料測定系統。
    1A‧‧‧太陽電池關聯試料測定系統
    10‧‧‧太陽模擬器
    11‧‧‧試料載置台
    12‧‧‧載置台驅動部
    13‧‧‧白色光供給部
    14‧‧‧擋板
    15‧‧‧殼體部
    16‧‧‧上部殼體部
    17‧‧‧下部殼體部
    18‧‧‧殼體底部
    19‧‧‧電特性測定裝置
    20‧‧‧附加測定裝置
    21‧‧‧測定裝置本體部
    22‧‧‧光致發光測定單元(PL測定單元)
    23‧‧‧光學濾波器
    24‧‧‧被測定光檢測部
    25‧‧‧單元框部
    26‧‧‧帶通濾波器
    27‧‧‧照明裝置
    30‧‧‧控制裝置
    31‧‧‧顯示裝置
    32‧‧‧輸入裝置
    Ax‧‧‧測定光軸
    S‧‧‧太陽電池關聯試料
    圖1係表示太陽電池關聯試料測定系統之一實施形態之構成之前視圖。
    圖2係表示圖1中所示之試料測定系統之構成之前視圖。
    圖3係表示圖1中所示之試料測定系統之構成之側視圖。
    圖4係表示圖1中所示之試料測定系統之構成之立體圖。
    圖5(a)-(c)係表示試料測定中所使用之白色光、激發光、及來自試料之被測定光之波長光譜之曲線圖。
    圖6係表示來自試料之被測定光之波長光譜之曲線圖。
    圖7係表示試料測定方法之一例之流程圖。
    圖8係表示試料測定方法之另一例之流程圖。
    1A‧‧‧太陽電池關聯試料測定系統
    10‧‧‧太陽模擬器
    11‧‧‧試料載置台
    12‧‧‧載置台驅動部
    13‧‧‧白色光供給部
    14‧‧‧擋板
    15‧‧‧殼體部
    16‧‧‧上部殼體部
    17‧‧‧下部殼體部
    18‧‧‧殼體底部
    20‧‧‧附加測定裝置
    21‧‧‧測定裝置本體部
    22‧‧‧光致發光測定單元(PL測定單元)
    23‧‧‧光學濾波器
    24‧‧‧被測定光檢測部
    25‧‧‧單元框部
    26‧‧‧帶通濾波器
    27‧‧‧照明裝置
    30‧‧‧控制裝置
    31‧‧‧顯示裝置
    32‧‧‧輸入裝置
    Ax‧‧‧測定光軸
    S‧‧‧太陽電池關聯試料
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] 一種太陽電池關聯試料測定系統，其特徵在於包括：太陽模擬器，其用以測定與太陽電池關聯之試料之特性；及附加測定裝置，其係用於利用上述太陽模擬器，且藉由光致發光法進行上述試料之測定；上述太陽模擬器包含：試料載置台，其載置上述試料；白色光供給部，其對上述試料供給成為模擬太陽光之白色光；及殼體部，其一體地保持上述試料載置台及上述白色光供給部；上述附加測定裝置包含：測定裝置本體部，其係相對於上述太陽模擬器附加性地配置於特定位置；及光致發光測定單元，其係安裝於上述測定裝置本體部，且構成為可相對於上述太陽模擬器在插入於自上述白色光供給部向上述試料載置台之測定光路上之測定位置、及偏離上述測定光路之待機位置之間移動；上述光致發光測定單元包含：光學濾波器，其係於將上述光致發光測定單元配置於上述測定位置時，將自上述白色光供給部向上述試料載置台供給之上述白色光轉換為具有特定波長光譜之激發光；被測定光檢測部，其檢測自被照射來自上述光學濾波器之上述激發光之上述試料所發出之被測定光；及單元框部，其一體地保持上述光學濾波器及上述被測定光檢測部，並且以可於上述測定位置及上述待機位置之間移動之方式安裝於上述測定裝置本體部。
    [2] 如請求項1之太陽電池關聯試料測定系統，其中上述被測定光檢測部包含取得上述被測定光之二維圖像之攝像裝置。
    [3] 如請求項1之太陽電池關聯試料測定系統，其中上述被測定光檢測部包含：分光器，其對上述被測定光進行分光；及光檢測器，其檢測藉由上述分光器而分光之上述被測定光。
    [4] 如請求項1至3中任一項之太陽電池關聯試料測定系統，其中上述光致發光測定單元包含第2光學濾波器，該第2光學濾波器係配置於上述試料載置台及上述被測定光檢測部之間，且使上述被測定光中特定波長範圍內之光成分選擇性地通過上述被測定光檢測部。
    [5] 如請求項1至4中任一項之太陽電池關聯試料測定系統，其中上述光致發光測定單元包含用於取得上述試料之一般圖像之照明裝置。
    [6] 如請求項1至5中任一項之太陽電池關聯試料測定系統，其包含控制上述太陽模擬器及上述附加測定裝置對上述試料之光致發光測定的控制裝置。
    [7] 如請求項6之太陽電池關聯試料測定系統，其中上述控制裝置係控制於上述太陽模擬器中設置於上述白色光供給部與上述試料載置台之間之擋板之動作。
    [8] 如請求項1至7中任一項之太陽電池關聯試料測定系統，其包含電特性測定裝置，該電特性測定裝置係相對於上述太陽模擬器而設置，用以進行上述試料之電特性之測定。
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    同族专利:
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