專利名稱：太陽能電池檢查裝置以及太陽能電池缺陷判定方法
技術領域：
本發明涉及一種對至少具有一個太陽能電池單元的太陽能電池進行檢查的 太陽能電池檢查裝置以及太陽能電池缺陷判定方法。
背景技術：
眾所周知，硅太陽能電池可用于利用太陽能。制造太陽能電池時，該太陽 能電池是否具有預期的發電能力的性能評價是很重要的。進行性能評價時，通 常測定太陽能電池的輸出特性。
輸出特性的測定，是在光照射下，通過測定太陽能電池的電流電壓特性作 為光電轉換特性來進行的。作為照射光源，理想的是太陽光；由于太陽光的強 度因天氣的影響而變化，因而采用太陽光模擬器。太陽光模擬器使用氙燈或金 屬鹵化物燈來替代太陽光。然而，這些光源在長時間點亮時，由于溫度上升等 原因，其光量會有所變化。因此，使用所述氤燈或金屬鹵化物燈的脈沖光、電 壓作為橫軸、電流作為縱軸，通過將獲得的數據作圖、得到太陽能電池的輸出 特性曲線，當輸出特性在一定值以上時，作為合格品(例如，參照專利文獻l)。
專利文獻2公開了一種與上述的太陽光模擬器不同的方法，所述方法通過 向多晶硅的太陽能電池單元施加正向電壓，電流正向流動、使太陽能電池單元 發生電致發光(EL)，根據發光狀態判定太陽能電池單元的優劣。通過觀察從 太陽能電池單元發出的EL光，可以得知電流密度分布。通過不均勻的電流密 度分布、將太陽能電池單元中不發光的部分判斷為缺陷。隨后，測定來自單個 太陽能電池單元的發光光量，如果達到規定的光量，則為合格品；如果沒有達 到規定的光量，則判定為不合格品。
然而，專利文獻2的方法僅根據太陽能電池單元的發光亮度來判斷太陽能 電池單元的優劣，例如，即使存在大的裂痕，只要其亮度在規定值以上，則會 被判定為合格品。但是，當大的裂痕存在時，很有可能急速降低太陽能電池的 發電能力，應該被判定為不合格品。
5專利文獻3將太陽能電池的缺陷分為以下幾種類別基板裂痕、電極破斷、 接觸不良等外因造成的缺陷，基板材料的物理特性造成的結晶缺陷，和轉移、 結晶粒界等內因造成的缺陷。該方法發現內在缺陷受溫度的影響而變化，因此 提出在觀測發射光時，通過加熱太陽能電池元件，使內在缺陷縮小，從而更容 易對外在缺陷進行判斷的方案。
此外，太陽能電池的缺陷檢查，最好是當太陽能電池的生產線上進行。然 而，根據專利文獻3的方法，使太陽能電池的溫度產生變化，需要相當長的時 間，因此，該方法不能應用在生產線上。
專利文獻l:(日本國)特開2007-88419
專禾U文獻2: WO/2006/059615
專禾lj文獻3: WO/2007/12958
發明內容
鑒于以上問題，本發明提供一種通過向太陽能電池通電使其電致發光 (EL)、從發光狀態來準確判定太陽能電池的優劣、且在生產線上短時間內使 用可能的太陽能電池檢查裝置以及太陽能電池缺陷判定方法。
為實現上述目的，本發明的太陽能電池檢查裝置具有以下構造特征
1、 一種太陽能電池檢查裝置，用于判定太陽能電池中太陽能電池單元的 優劣，包括電源部件，其對作為檢查對象的太陽能電池單元通電；攝影部件， 其對由所述電源部件通電后的所述太陽能電池單元所發出的發射光進行攝影； 以及解析部件，其對所述攝影部件攝影到的所述太陽能電池單元的攝影圖像進 行解析，其中，所述解析部件，對所述攝影部件攝影到的太陽能電池單元的攝 影圖像中的明暗混在部分的平均亮度求取閾值，根據該閾值對攝影圖像中的亮 部和暗部進行劃分，通過二值化處理亮部和暗部對其進行強調顯示，判定每個 太陽能電池單元是否存在缺陷。
2、 所述解析部件，預先對所述缺陷進行分類，通過將所述暗部的形狀和 預先登記的缺陷類別進行比較來判斷缺陷的有無以及類別；通過將判斷為缺陷 的部分和非缺陷部分二值化處理進行強調顯示。
3、 所述解析部件，僅對太陽能電池單元的規定區域判斷是否存在特定類 別的缺陷，不對其他區域判斷是否存在特定類別的缺陷。4、 還可包括顯示部件，其用于可視顯示二值化處理后的所述缺陷部分和 非缺陷部分。
5、 將被判斷為缺陷的所述部分與所述攝影圖像重疊后，可以在所述顯示 部件上可視顯示。
6、 所述缺陷，根據其類別的不同、可以用不同的顏色進行顯示。
7、 所述攝影部件，可對多個太陽能電池單元進行連續攝影；所述解析部 件，根據太陽能電池單元的攝影圖像、還對其相鄰單元的配設狀況進行優劣判 定。
為實現上述目的，本發明的太陽能電池缺陷判定方法具有以下構成特征
8、 包括通過電源部件對作為檢查對象的太陽能電池單元進行通電的工 序；所述通電使所述太陽能電池單元產生發射光，通過攝影部件對每個太陽能 電池單元所發出的發射光進行攝影的工序；對所述攝影部件攝影到的太陽能電 池單元的攝影圖像中的明暗混在部分的平均亮度求取閾值的工序；以及根據該 閾值對攝影圖像中的亮部和暗部進行劃分，通過二值化處理亮部和暗部對其進 行強調顯示，判定每個太陽能電池單元是否存在缺陷的工序。
9、 所述解析部件，預先對所述缺陷進行分類，通過將所述暗部的形狀和 預先登記的缺陷類別進行比較來判斷缺陷的有無以及類別；通過將判斷為缺陷 的部分和非缺陷部分二值化處理進行強調顯示。
10、 可以僅對太陽能電池單元的規定區域判斷是否存在特定類別的缺陷， 而不對其他區域判斷是否存在特定類別的缺陷。
11、 所述太陽能電池單元的攝影可對多個太陽能電池單元進行的連續攝 影；根據太陽能電池單元的攝影圖像、對相鄰單元的配設狀況也可進行優劣判 定。
12、 所述缺陷部分和非缺陷部分經二值化處理后可進行可視顯示。
13、 可同時顯示經二值化處理的所述缺陷部分和非缺陷部分的圖像、和太 陽能電池單元的攝影圖像。
根據本發明的太陽能電池檢查裝置和太陽能電池缺陷判定方法，對單元的 攝影圖像中的亮部和暗部經二值化處理后進行強調顯示，可以簡單識別亮部和 暗部，從而使缺陷判定準確無誤。
此外，將太陽能電池的缺陷進行分類、將可能是缺陷的部分與存儲的各類別的缺陷進行比較，可以正確判斷該部分是否為缺陷。缺陷的形狀以及尺寸的 閾值可以根據其類別進行變更，可以據情判定缺陷。另外，根據缺陷的不同， 需要判斷將來該缺陷是否有可能變大。本發明不僅能夠對現在太陽能電池中的 不良部位、而且也能夠對將來有可能成為不良部位的部位進行判定。由此，能 夠進一步提高太陽能電池長期使用時的品質和耐久性。
小裂痕等特定類別的缺陷，主要在太陽能電池單元的匯流條附近容易發生， 在其他區域幾乎不會有問題。本發明對這類缺陷也能進行適當判斷。例如，在 匯流條附近的小裂痕會造成問題，然而，當在遠離匯流條處檢測到小裂痕時， 很有可能會將對于結晶交界處產生的暗部不會造成問題的裂痕判斷成裂痕。因 此，這種場合，在遠離匯流條處，可以不必檢測小裂痕。
通過將缺陷部和非缺陷部二值化處理、強調后的圖像進行可視顯示，可以 目視判定缺陷。將缺陷部分和攝影圖像重疊顯示，可以通過目視對缺陷判斷是 否合適進行確認或修正。此外，將缺陷根據類別的不同、用不同的色彩進行顯 示，可以在確認缺陷類別后，對缺陷進行適當的判定。


圖1是用于說明實施方式中本發明概略結構的方塊圖。
圖2是表示本發明實施方式中照相機定位機構的詳細結構圖，(a)為平面
圖，(b)為正面圖，(c)為右側面圖。
圖3是用于說明本發明實施方式中太陽能電池檢査方法的流程圖。 圖4是用于詳細說明圖3中攝影圖像處理S50的流程圖。 圖5是表示本發明實施方式中太陽能電池單元的示意圖，(a)為原始攝影
圖像，(b)是將缺陷強調顯示后的圖像與原始攝影圖像重疊后的示意圖。 圖6是檢查對象太陽能電池的單元，串，矩陣的說明圖。 圖7是顯示檢查對象太陽能電池的面板結構的剖面示意圖。 圖8是通過本發明實施方式的檢查裝置測量的太陽能電池單元的說明圖。 圖9是對檢查對象太陽能電池板內單元的指狀元件斷線進行強調顯示的示意圖。
圖10是對檢查對象太陽能電池板內單元的裂痕進行強調 顯 的示意圖。 圖11是對檢查對象太陽能電池板內單元的欠缺進行強調顯示的示意圖。圖12是表示多晶硅單元的攝影圖像的示意圖。
圖13是根據單元攝影圖像來判斷暗部為裂痕的方法的說明圖。
標記說明
10控制部
2 0存儲器
2 8太陽能電池單元
30基準數據文檔
40輸入輸出控制部
5 0照相機控制部
70測量電流控制部(電源部件)
75探針
8 0定位機構控制部
10 0檢査對象(太陽電池板)
2 00解析部件
500照相機(攝影部件)
600顯示部(顯示部件)
900外部存儲裝置
具體實施例方式
以下，結合附圖，對本發明的實施方式進行說明。圖l是用于說明實施方 式中本發明的太陽能電池檢査裝置概略結構的方塊圖。圖2是表示本發明實施 方式中太陽能電池檢查裝置的照相機和照相機驅動機構的詳細結構圖，(a)為 平面圖，(b)為正面圖，(c)為右側面圖。圖3是用于說明本發明實施方式中 太陽能電池檢查方法的流程圖。圖4是用于詳細說明本實施方式的攝影圖像處 理的流程圖。圖5是表示本發明實施方式中太陽能電池單元的攝影圖像。圖6 是檢查對象太陽能電池內部的太陽能電池單元，串，矩陣的平面圖。圖7是顯示 檢查對象太陽能電池結構的斷面圖。圖8是通過本發明實施方式的檢查裝置測 量的太陽能電池單元的結構說明圖。圖9、圖10、圖ll是對檢查對象太陽能 電池單元的缺陷按缺陷類別進行強調顯示的示意圖。圖12是表示多晶硅單元 的EL攝影圖像的示意圖。圖13是根據單元攝影圖像來判斷暗部為裂痕的方法的說明圖。
<1>檢査對象(太陽能電池單元、太陽能電池板)
首先，對本實施方式的檢查裝置中作為檢查對象的太陽能電池100進行說明。
如圖6的平面圖所示，作為檢查對象100的太陽能電池板，是將多塊四方 形的太陽能電池單元28、通過引線29串聯連接后形成電池串25，然后，多 列電池串25通過引線29連接而構成。
本發明中作為檢查對象100的太陽能電池，可以是由一塊太陽能電池單元 28構成、也可以是多塊太陽能電池單元28直線連接后形成的電池串25、或 者是多列的電池串25平行排布、太陽能電池單元28呈矩陣狀配置后所形成的 太陽能電池板中任意一個。
如圖7所示，作為檢査對象100的太陽能電池板的剖面結構為設置在上 側的背面板22和設置在下側的透明蓋玻璃21之間，通過充填材料23、 24夾 著多列的電池串25而形成的三明治式的構造。
背面板22,例如可以使用聚乙烯樹脂等材料。充填材料23、 24，例如可 以使用EVA樹脂(乙烯乙酸乙烯酯樹脂)等。如上所述，電池串25，是通過 引線29連接設在電極26、 27之間的太陽能電池單元28而形成的。
所述的太陽能電池板，將上述部件積層后、通過層疊裝置等進行真空加熱 并加壓、使EVA進行交聯反應(架橋反応)、層疊加工后獲得。
對四方形的太陽能電池單元28的例子進行說明。圖8是從受光面觀察太 陽能電池單元28的平面圖。單元中，在薄板狀的硅半導體的表面印刷有用于 作為取電電極的匯流條(bus bar)。此外，為了使電流高效地匯集到匯流條 上，在硅半導體的表面與匯流條垂直的垂直方向上印刷有被稱為、、指狀元件〃 (finger)的細導體。
另外，檢查對象100可以使用通常被稱為薄膜式太陽能電池。這種薄膜式 太陽能電池的代表結構例，如圖7所示，是在配置于下側的透明蓋玻璃21上 預先蒸鍍由透明電極、半導體、背面電極構成的發電元件。
這種薄膜式太陽能電池板中，透明蓋玻璃設置在最下方，透明蓋玻璃上的 太陽能電池單元上覆蓋充填材料，再在充填材料上覆蓋背面板，同樣采用層疊 加工后獲得。如此得到的作為檢查對象100的薄膜式太陽能電池板，僅僅是將結晶型單 元換成了蒸鍍型的發電元件，因此，基本的密封結構和上述的結晶型單元的情 況相同。
<2>太陽能電池單元的缺陷
太陽能電池單元的缺陷，根據其產生原因，可以分成數種類別。各類別的 缺陷有其形狀特征。本發明將缺陷分為"指狀元件斷線"、"裂痕"以及"欠缺"。 然而，這些類別只是一個例子而己，也可以采用其他分類方法。
圖9為指狀元件斷線的例圖，顯示由于指狀元件斷線所引起的暗部特征。 圖9中，橫向的多條細線表示指狀元件。如圖所示，在指狀元件斷線時，沿著 指狀元件的方向產生長方形的暗部。
圖10為裂痕的例圖。裂痕是由于裂紋所引起的折線狀缺陷。在匯流條附 近的區域M和區域N中，存在因在匯流條上軟釬焊引線時產生的熱變形所產生 的裂痕。這種由于熱變形所引起的裂痕，具有尺寸比較小的特征。
相對于上述裂痕，因層疊加工時的壓縮或運送中、以及模塊制作工序中的 操作帶來的負載和沖擊力所引起的裂痕，并不限于匯流條附近的區域M和區域 N中、在區域L中也會發生。該裂痕比前述的由于軟釬焊所引起的裂痕相比， 在尺寸上有變大的傾向。另外，由于半導體具有硬且脆的物理特性，雖然這些 裂痕有折曲部分，但有形狀比較單純的傾向。
圖11為欠缺的例圖。欠缺的特征是具有一定面積的暗部、在其一側具 有裂痕。根據裂痕引起的半導體自身的分離情況的不同，暗部的形成方式也會 不同。如該圖的Cl部分所示，若因裂痕導致半導體在一定長度上分離，則在 匯流條的相反側出現具有一定面積的暗部。另外，如該圖的C2部分所示，若 半導體的一部分完全脫落，則由于脫落的部分不發光，所以該部分成為具有一 定面積的暗部。另外，如該圖的C3部分所示，半導體即使沒有完全脫落但自 身分離，則從該裂痕到半導體端部的部分成為具有一定面積的暗部。這些具有 一定面積的暗部，暗部區域的暗度一般比較穩定，少有亮部和暗部復雜混雜的 情況。
有時在攝影圖像中除了缺陷以外還會攝影到暗部。圖12是多晶硅單元的 攝影圖像的例子。該圖像中，在單元的整個表面上分布的呈復雜形狀的花紋狀 的暗部并不是缺陷，而是在結晶的交界出形成的暗部。因此，在判定單元的優劣時，需要判別實際上非缺陷的暗部和因缺陷所引起的暗部。這就需要在后述 的各種圖像處理和優劣判定基準上的工夫、來解決這個問題。 <3>本發明的太陽能電池檢查裝置的結構
如圖1所示，本發明的太陽能電池檢查裝置概略結構的方塊圖中，10是 掌管本實施方式的整體控制并且執行本實施方式的太陽能電池優劣判定處理的 控制部，可由個人計算機系統等構成。由控制部10控制執行的程序和各種處 理數據存儲在存儲器20中。基準數據文檔30中，登記有對作為檢查對象的太 陽能電池板進行優劣判定的基準數據。
基準數據文檔30中，登記了各檢查對象的類別(單元/串/矩陣參照圖 6)的設定值。登記的設定值中，例如，可以有以下
(1) 太陽能電池單元的發光條件
(2) 單元間隔(照相機的移動間距)
(3) 串/矩陣中的單元數(縱、橫)
(4) 單元尺寸信息(匯流條位置、角的倒角、指狀元件的配置、傾角位 置等)的設定信息
(5) 圖像處理條件
(6) 攝影條件
(7) 各缺陷類別的數據(形狀特征、長度以及面積的閾值等)
其中，單元尺寸信息可通過根據基本模式的埋孔方式和根據圖形信息來設 定的方式這兩個方法來設定。在根據圖形信息設定時，圖形信息可使用DXF、 BMP格式的文檔；在根據埋孔方式設定時，有多個模式可供選擇，例如，可以 選擇匯流條的根數為一根、兩根、三根等。
在本發明中，將缺陷按類別分為"指狀元件斷線"、"裂痕"以及"欠缺"。 根據以上說明的特征，在指狀元件斷線的場合，根據暗部的形狀是否是沿指狀 元件方向且呈長方形的形狀來判定。在裂痕的場合，由于暗部是直線或折線形 成的，因此根據其形狀是線狀以及長度的閾值來判定。在欠缺的場合，如果暗 部的面積等于或大于閾值，則判定為欠缺。
輸入輸出控制部40，控制輸入各種指示和優劣判定結果的鍵盤400等輸 入輸出裝置。照相機控制部50，控制用于對作為檢查對象100的太陽能電池 板進行圖像攝影的太陽能電池攝影照相機500。顯示控制部60，控制用于顯示攝影圖像的顯示部600。測量電流控制部70,為經由探針75對作為檢查對象 100的太陽能電池板施加一定電流(規定的正向電流)的電源部件。探針75 向太陽能電池板供給電流。定位機構控制部80，用于控制將照相機500運送 到并定位在攝影位置的照相機定位機構800。包括照相機定位機構800的照相 機攝影部的詳細情況，如圖2所示。外部儲存裝置900，用于保存單元的判定 結果。在以上的結構中，控制部IO、儲存器20、基準數據文檔30、輸入輸出 控制部40、顯示控制部60以及外部儲存裝置900構成解析部件200。
在本實施方式的裝置中，從測量電流控制部70經由探針75對作為檢查對 象100的太陽能電池板供給規定的正向電流，從而使檢查對象100作為EL(電 致發光)光源起作用，通過照相機500該發光狀態進行攝影。由于攝影需要對 太陽電池板的各太陽能電池單元依次進行，因此，通過照相機定位機構800使 照相機位置對應每個單元移動。
由照相機500攝影的EL發光的發光光量，是波長為1000nm 1300nm 的微弱光線。在暗室中使其發光后，用照相機500對該微弱光線進行攝影。因 此，作為攝影用的照相機500，必須是對微弱光線具有良好感度的CCD照相機。 在本實施方式例中，使用浜松Photonics制造的C9299-02型Si-CCD照相 機。
以下，參照圖2，對本實施方式的照相機攝影部500和照相機定位機構800 的結構和控制進行說明。圖2詳細顯示了包含照相機定位機構800的照相機攝 影部500 (圖中是太陽能電池攝影照相機)。
在照相機定位機構800中，立方體的箱形暗室810的平坦上表面811上， 安裝有丙烯樹脂等合成樹脂或玻璃制成的透明板812。透明板812以外的部分， 由使光不能進入暗室810的遮光性材料構成。透明板812和檢查對象100之 間的間隙需要由遮光件適當覆蓋。不過，在將作為檢查對象ioo的太陽能電池 搭載于上表面811上后，如果遮光部件能夠完全覆蓋含有檢查對象100的上 表面811，則也可以將整個上表面811設置為透明板。上表面以外的四個側面 和底面全部由遮光性部件構成。在上表面811上設有對檢查對象100的運送 進行導向的一對導向部件814。
暗室810內部設置有照相機500以及在Y軸方向移動照相機500的Y軸 導向部830。在Y軸導向部830的一端設置有電動機832。通過電動機832的旋轉，可以使照相機500在Y軸方向上前進或后退。
Y軸導向部830的兩端分別支撐在X軸導向部840、 840上。通過電動機 842和兩側的同步皮帶844、 844， Y軸導向部830可以在X軸導向部840、 840上沿X軸方向前進或后退。
在以上的結構中，X軸導向部840和840、 Y軸導向部830、電動機832 和842以及同步皮帶844和844構成照相機500的驅動機構。在本實施方式 中，X軸導向部840禾B 840、以及Y軸導向部830，通過電動機832、 842 和滾珠絲杠驅動。驅動方式不限于上述實施方式，也可以使用各種線型調節器。
通過控制驅動機構的電動機832、 842的旋轉，可以將照相機500在X-Y 平面內移動到任意位置、從而使對檢查對象100各點的全面攝影成為可能。
作為檢查對象100的太陽能電池，可以是由一塊太陽能電池單元構成、也 可以是如圖6所示的由多塊太陽能電池單元28直線連接后形成的電池串25、 或者是多列的電池串25平行排布、太陽能電池單元28呈矩陣狀配置后所形成 的太陽能電池板。用照相機500進行的攝影，可以對太陽能電池單元進行單塊 攝影、也可以每次對數塊電池單元進行攝影、或者對整塊太陽能電池板進行攝 影。
作為檢查對象100的太陽能電池板，是將太陽能電池單元28配置成一列 后、電氣連接后形成的多個電池串25平行排列、太陽電池單元28縱橫配置形 成的矩陣狀結構。如圖7所示，在最下側配置透明蓋玻璃21后，層疊有作為 充填材料的EVA(乙烯乙酸乙烯酯樹脂)23、太陽能電池單元28、以及EVA 24, 在上側配置樹脂制的背面板22。隨后，置于層疊裝置中，在真空加熱下加壓， 使EVA發生交聯反應后層疊形成層疊結構。從層疊裝置運送出來的太陽能電池 板，通過傳送帶等運送到本發明的太陽能電池檢查裝置。運送來的太陽能電池 板，通過導向部件814、 814的引導，到達暗室810的上方。
如圖2所示，到達暗室810上方的檢查對象100，透明蓋玻璃21向下停 止在暗室810的透明板812上，與探針75連接后，再與測量電流控制部70 相連。由于檢查對象100比透明板812小，所以光從周圍進入暗室內，因此， 用未圖示的遮光部件從檢查對象100上覆蓋暗室810的上表面整體。另外， 透明板812和檢查對象100之間的間隙需要被遮光件適當覆蓋。
上述的遮光部件，是覆蓋了暗室810的整個上表面的。然而，在太陽能電池板的場合，背面的樹脂背面板22是不透明的，具有足夠的遮光性能。而且， 暗室810的上表面811，除了透明板812之外、均由遮光性材料構成。因此， 當檢查對象100比透明板812大、檢査對象100完全覆蓋透明板812時，不 需要遮光片。
然而，當檢查對象100比透明板812小時，光線會從縫隙進入暗室810， 就有必要用遮光部件進行覆蓋。最低的遮光范圍是只要能覆蓋透明板812和檢 查對象100之間形成的鏡框狀空隙就可以。因此，遮光部件最低只要具有覆蓋 該間隙的尺寸即可。
本實施方式中，太陽能電池不必在特制的暗室內檢查，載置于如圖2所示 的簡單機構的裝置中即可。另外，本實施方式中，只要具有圖2所示的照相機
定位機構和計算機系統即可，因此，具有以下的長處。
本發明的太陽能電池檢查裝置可以在太陽能電池板等的生產工序中配置使 用。在太陽能電池板的層疊加工等通常的加工工序中，太陽能電池板的受光面 是朝下運送的。利用本發明的檢査裝置，可以將太陽能電池板的受光面向下、 放置在暗室810的上表面811上，沒有必要將太陽能電池板進行翻轉。因此， 在制造太陽能電池板等的制造工序中能夠容易配置。
<4>太陽能電池板的檢查流程
解析部件200，根據圖3的流程圖，對太陽能電池板進行攝像，檢查缺陷。 首先，在步驟S1中，將作為檢查對象100的太陽能電池板定位配置在圖 2所示的暗室810的上表面811上。隨后，在步驟S3中，將配置的檢查對象 太陽能電池板的端子部和探針75連接，使測量電流控制部70能夠向太陽能電 池板施加電流。
在隨后的步驟S5中，控制部10控制定位機構控制部80，將照相機500 定位在太陽能電池板的最初攝影位置上。在步驟S7中，控制部10控制測量電 流控制部70，對作為檢查對象的太陽能電池板100施加規定的正向電流、使 其EL發光。發光條件(通電電流值、通電時間等)根據檢查對象的不同預先 設定后、登記到基準數據文檔30中。由于單元的特性不同，單一的發光條件 有可能會使EL發光過多或發光不足；因此，在本實施方式中，對于一個攝影 條件，可以設定三組發光條件。
通過預先設定多個發光條件，在進行圖像攝影時，如果發現攝影結果不良好時，根據情況改變發光條件后，可以從步驟S7再次重新執行處理。在以下 的說明中，省略關于再執行的說明。
在步驟SIO中，控制部10控制照相機控制部50，通過照相機500對EL 發光的太陽能電池單元28進行攝影，讀取攝影圖像后，寫入例如存儲器20和 外部存儲裝置900的規定區域。
在隨后的步驟S12中，控制部10控制顯示控制部60，將剛攝影得到的原 始圖像從存儲器20讀出并顯示在顯示部600上。解析部件200，在步驟S50 中對攝影圖像進行圖像處理以及攝影圖像信息的解析處理。此后，在步驟S16 中，根據步驟S50的圖像處理結果，將判斷為缺陷部分進行強調后的圖像，通 過顯示控制部6 0控制使其在顯示部600顯示。
此外，步驟S18是檢查人員對強調顯示后的圖像進行手動判定的工序，其 詳細情況將在后面的<7>中敘述。
在步驟S20中，控制部10將解析部件200對太陽能電池單元進行判定的 判定結果保存在例如外部存儲裝置900中。
接著，在步驟S22中，控制部10將分給每個檢査對象100的太陽能電池 板中太陽能電池單元28的序列號進行逐步加計(count uP)(步進)。在隨后 的步驟S24中，控制部10檢查加計的序列號以及對檢查對象100的太陽能電 池板中所有太陽能電池單元28的攝影和判定處理是否結束。如果對所有太陽 能電池單元的處理沒有結束，則進入步驟S30，控制部10對定位機構控制部 80輸出指令，控制照相機定位機構800，移動照相機500定位在下一個太陽 能電池單元的攝影位置。然后，進入步驟S7，對下一個單元進行攝影和判定處 理。
在步驟S24中，如果對所有太陽能電池單元28的判定處理巳經結束時， 則進入步驟S2S，進行<6>中的綜合判定。隨后，對各太陽能電池單元之間的 間隔等進行確認后，對作為太陽能電池板作為一個整體是否合格進行綜合判定， 并將判定結果寫入例如外部存儲裝置900的規定區域。至此，結束對一塊太陽 能電池板的綜合判定處理。
<5> S50攝影圖像處理的詳細說明
參照圖4，詳細說明圖3中步驟S50所示的攝影圖像處理。 圖像處理首先從存儲器20讀取攝影到的太陽能電池單元28的圖像，從太陽能電池單元28的圖像中提取光量少的區域(暗部)。隨后，將提取的暗部區 域或形狀、根據圖9、圖10、圖ll的太陽能電池單元的缺陷類別進行圖像處 理。圖像處理條件預先登記在基準數據文檔30中，依次進行以下的處理。
解析部件200首先在步驟S52中，對從存儲器20讀取到的單個太陽能電 池單元28的圖像數據進行定標(scaling)處理。因單元的特性不同，整體 的發光量會有差異。定標處理是對圖像整體的亮度進行調整的處理，將最明亮 的部分正規化成某一亮度，能夠以更恒定的條件進行比較檢討。
在隨后的步驟S54中，執行太陽能電池單元的區域提取處理。該處理是將 太陽能電池單元的外周形狀與預先設定并登記在基準數據文檔30中的單元的 尺寸信息進行比照后、執行自動計算的處理。當太陽能電池單元28在位置以 及角度上存在偏差時，根據該處理也能準確地求取太陽能電池單元28的外周 形狀、修正角度。通過對相鄰太陽能電池單元28的連續攝影，可得知相鄰單 元的配置狀況，以判斷其間隔是否適當。
在隨后的步驟S56中，進行匯流條排除處理，即從攝影圖像中將匯流條區 域排除后、進行單元優劣判定的圖像處理。太陽電池單元中設置有匯流條，通 過和基準數據文檔30中預先設定的太陽能電池單元的尺寸信息進行比照后， 進行自動計算，求出匯流條區域，將其排除以便進行太陽能電池單元的優劣判 定。根據該處理，即使太陽能電池單元的位置以及角度存在偏差，也能夠準確 地求得匯流條區域。
在隨后的步驟S58中，進行明暗修正處理。鑒于照相機500上安裝的透 鏡的特性，總是中心明亮、越向邊上越暗。因此，通過該處理，對因照相機的 透鏡特性而引起的亮度變化進行修正。
進行缺陷判定前，需要對畫像進行亮部和暗部劃分。將某一區域和其周邊 的亮度的降低比作為閾值，進行判定該區域是否屬于暗部。以下舉例說亮部和 暗部的區分方法。
將攝影圖像按預先確定的尺寸分割成小區域，求取每個小區域的平均亮度。 其后，在一個小區域內搜索亮部和暗部混雜部分，求取該小區域的亮度平均值。 如果有多個亮度相近的小區域，可以求取多個小區域的亮度平均值。亮部和暗 部復雜混在的部分，經過亮度平均后，亮部和暗部的差縮小，明暗分界消失。 此時獲得的平均值被用作基準，決定明暗的閾值。平均值本身或比該平均值低少許的值(暗值)可以適當設定為"亮度"的閾值。如果亮度沒有達到該亮度， 則該小區域被判定為"暗部"。
艮P,對于穩定的暗部(即被懷疑為"欠缺"的部分)而言，如果對小區域 進行平均化，其平均值明顯變暗(變低)，因此，可以判定該小區域為暗部。
當上述小區域中穩定的暗部和其周圍的亮部有交叉時，例如，小區域的一 部分明亮，其他部分變暗。這樣，當小區域的一部分明亮，其他部分變暗時， 如果平均值大于上述閾值，則判斷為亮部；如果平均值沒有達到上述閾值，該 小區域被判斷為暗部。綜上所述，使用亮部和暗部復雜混雜的小區域的平均值 作為閾值，可以劃分攝影圖像的"亮部"和"暗部"。
上述的將攝影圖像分成小區域、劃分亮部和暗部的方法只是一例，用也可 以用其他方法劃分亮部和暗部。例如，在數字攝影圖像的場合，也可以將直線 排列的一定數目的像素作為小區域，或將由多個像素形成的小面積作為小區域 后，進行同樣的亮部和暗部劃分處理。此外，也可以根據目視選定亮部和暗部 復雜混在的區域，求取該區域的平均值后將其設定為閾值。另外，也可以將求 取閾值時的小區域的尺寸和在圖像內劃分亮部和暗部時的小區域的尺寸分開， 將劃分亮部和暗部時的小區域的尺寸設得比求取閾值時的小區域的尺寸小些。
通過適當執行定標處理和明暗修正處理，將多個太陽能電池單元各自的亮 度均等調整后，可以使用同一閾值對多個太陽能電池單元進行檢査。
將"亮部"設為"0"、"日音部"設為"1"等二值化處理，可以將圖像的明 暗進行強調顯示。
通過以上處理，雖然可以將照相機的攝影圖像以小區域劃分為亮部和暗部， 然而，在這個階段僅僅是進行了亮部和暗部的劃分而已，尚未進行缺陷的判定。 缺陷的判定，如下所述進行。
首先，將缺陷進行分類。本實施方式將"缺陷"分為"指狀元件斷線"、 "裂痕"以及"欠缺"這三種類別。然而，這三種類別只是一個例子而已，也 可以包含其他的缺陷類別。同上所述，各類別缺陷的形狀、長度以及面積的閾 值，預先存儲在基準數據文件30中。
在步驟S60中，進行缺陷類別之一的欠缺檢測處理。欠缺檢測處理是將在 單元周邊部存在的具有面積的暗部中、面積超過面積閾值的暗部作為欠缺提取 的處理。如圖11所示，原因是缺陷的欠缺所產生的暗比有穩定變暗的傾向。相對于此，如圖12所示，成因是非缺陷的暗部中，暗 部分和亮部分復雜混在。從上述的閾值求取方法可以得知，該部分一般被判斷 為亮部。然而，根據所設定的小區域的尺寸，也有可能被判斷為暗部，但是由 于暗部的面積沒有超過閨值，因此，不會被判定為欠缺。
判定為"欠缺"后，通過將與欠缺對應的"暗部"設為"1"，其周圍的"亮 部"設為"0"等二值化處理后，可以在步驟S16中將所示的缺陷部分強調后， 顯示判定圖像。圖11是將"欠缺"進行強調顯示的一例。被判定為"欠缺" 的暗部，可以用和缺陷類別相對應的顏色進行顯示。
此外，用解析部件200自動判定缺陷時，只需將圖像數據中的亮部和暗部 進行二值化處理即可，無需將圖像在顯示器等上顯示。然而，將圖像在顯示器 上顯示，可以目視確認判定的進行狀況。
在隨后的步驟S62中，進行指狀元件斷線檢測處理。該處理是將單元內 部具有某一定面積以上的暗陰影的面積部分作為指狀元件斷線所引起的暗部的 檢測處理。該處理中也可以進行與欠缺檢測中相同的亮度平均化處理，從而提 取穩定的暗部。指狀元件斷線的暗部，其特征為具有沿著指狀元件的方向的 長方形形狀。因此，將與預先設定在基準數據文檔30中的指狀元件的方向一 致且形狀與長方形近似的暗部判定為指狀元件斷線。
通過將"亮部"設為"0"、"暗部"設為"1"等二值化處理，可以將圖像 的明暗進行強調顯示。由此，可以在步驟S16中將所示的缺陷部分強調后，顯 示判定圖像。圖9是將指狀元件斷線進行強調顯示的圖。對于被判定為指狀元 件斷線的暗部，可以用與缺陷類別相對應的顏色(和表示欠缺時所用的顏色不 同的顏色)進行顯示。為了有效發現指狀元件斷線，優選是將上述的小區域設 定成正方形，其邊長小于該指狀元件和相鄰指狀元件之間的距離。
在隨后的歩驟S64中，進行裂痕檢測處理。根據上述的亮部和暗部的區別 方法，對暗部進行識別。將指狀元件斷線以外的具有一定長度以上的線狀暗部 檢測為裂痕。裂痕引起的暗部，通常是有折曲的線段，其形狀比較單純。以下， 參照圖13，對裂痕的判斷方法進行說明。
裂痕的暗部構成如下所述的比較單純的線段集合。在裂痕檢測的處理中， 將裂痕引起的折線狀暗部(I) (II)(工I工)識別為一個裂痕，將這些長度合 計后作為該裂痕的長度。另外，折曲角度e是90'以上的鈍角是其特征之一。僅有裂痕引起的暗部的情況下，只需通過觀察各個暗部的連接處(接合點)是 否已經連接(接合)，就能夠判定各個暗部是否為一個暗部的一部分。
如"<2>太陽電池單元的缺陷"中所述，攝影圖像有可能存在裂痕引起的 暗部以外的暗部。作為代表例可以舉出由于結晶粒界等內在原因造成的缺陷。 當其與裂痕引起的暗部的結合點重合時，僅通過對線的接合進行觀察，無法準 確把握裂痕整體的情況。然而，這樣的暗部可以通過升溫進行縮小。但升溫需 要時間，本發明未采用該方法。本發明根據以下所述方法進行判斷。
如圖13所示，裂痕引起的暗部具有比較單純的形狀(接合點以鈍角折曲)， 因此，可以認為各線段具有近乎相同的方向。于此相反，裂痕以外的暗部方向 是隨機的，與裂痕的方向一致的概率較低。
判定在暗部的接合點連接的下一個暗部時，如上所述，將與目前為止的暗 部方向接近的暗部優先判定為下一個暗部，則能夠容易把握裂痕的整體。也可 以采用長度的閾值進行判定。
在生成用于強調顯示判定結果的強調圖像時，對判定為裂痕的暗部及其周 邊的亮部進行二值化處理顯示。也可以根據缺陷類別，用相對應的顏色進行顯 示。通過以上處理，實現步驟S16的顯示處理。
如"<2>太陽電池單元的缺陷"中所述，攝影圖像有可能存在裂痕引起的 暗部以外的暗部。這種暗部中的亮部分和暗部分復雜混在，原則上可以采用上 述的亮度平均化法進行處理。然而，由于存在比明暗闊值更暗的部分，該部分 有可能被判斷為暗部。此外，裂痕是根據其是否等于或超過具有規定的長度來 判定的，如果降低了該長度的閾值，那么裂痕以外的暗部有可能被誤判為暗部。 另外，即使是小的裂痕也會引起問題，因此， 一概地升高閾值是不適當的。本 發明根據以下判定基準判定裂痕。
裂痕的判定基準中，預備有和太陽能電池單元的區域特性相對應的二種基 準。如圖10所示，將太陽能電池單元劃分為匯流條附近的區域(區域M、區 域N)和除此之外的區域L。第一判定基準，其適用對象為因層疊加工時的壓 縮和運送中、以及模塊制作工序中的處理時的負載和沖擊力所引起的裂痕。這 類裂痕在區域M、區域N以及區域L中都會發生。如果將這類裂痕的長度閾值 減小的話，裂痕以外的暗部也會被判斷為裂痕。尤其是區域L，這樣的裂痕很 容易被作為噪音(noise)檢出。因此，為了正確提取大的裂痕，優選是將長度閾值增大，從而只提取尺寸大的裂痕。
第二判定基準適用于區域M和區域N。在這兩個區域產生的裂痕，多數是 在匯流條上軟輝錫引線時產生的小尺寸的裂痕。因此，對于區域M和區域N， 將裂痕的長度閾值設小，以便可以檢出小尺寸的裂痕。
通過使用第一判定基準將長度較長的線狀暗部判定為裂痕，可以將裂痕以 外的暗部排除，從而準確提取裂痕。通過使用第二判定基準將長度較短的線狀 暗部判定為裂痕，可以提取到小尺寸的裂痕。
區域M和區域N的尺寸，原則上是相同的，也可以是彼此不同的。此外， 區域M和區域N中的裂痕長度閾值也可以彼此不同。
如上所述，太陽能電池單元的優劣自動判定處理，是判定"欠缺"、"指狀 元件斷線"和"裂痕"的有無。此時，雖然是暗部、但由于面積較小或長度較 短等理由沒有被判斷為缺陷的部分，被作為亮部處理，可以減少噪音。
在步驟S66的自動判定處理中，將由各檢測處理提取的各"欠缺"、"指狀 元件斷線"、"裂痕"的大小(面積、長度)、個數與預先設定的閾值進行比較， 判定太陽能電池單元的優劣。在隨后的步驟S68中輸出判定結果。
如果沒有上述缺陷，則判定該太陽能電池單元為合格品。上述缺陷被檢出 時，以檢測出來的"欠缺"、"指狀元件斷線"和"裂痕"的信息為基礎、將單 元進行優劣分級。
分級基于以下的項目進行判定。(1)檢測到的"欠缺"的面積合計、(2) 檢測到的"指狀元件斷線"的面積合計、以及(3)檢測到的"裂痕"的長度 合計這三個項目，與預先設定的閾值進行比較，來決定每個項目的級別。級別 例如可以設定為A、 B、 C、 D、 E這五個級別，其中，A為最優級別，E為最低 的級別。判定為存在缺陷的單元，被自動判定為最劣級別，即分類到E中。單 元級別在規定級別以下時，被判定為不良(NG)。所述的規定級別可以任意設 定。所述判定基準也可以自由設定，將規定面積以上的暗部設為"欠缺"或將 規定長度以上的暗部設為"裂痕"，在近期內如果退化加劇，僅通過一方即有可 能判定該太陽能電池單元屬于不合格品。
<6>綜合判定S26
在檢査對象為單元單體時，單元的判定結果直接作為產品的綜合判定結果。 在檢查對象為串、矩陣時，產品優劣的綜合判定按照以下順序進行。雖然以各太陽能電池單元的判定基準為基礎進行判定，但是對于分級后的 各級別的太陽能電池單元，還需根據各級別的太陽能電池單元個數進行綜合判 斷。例如，設定級別以下的太陽能電池單元的個數在設定值以上時，判斷為不 良。判斷基準例如可以如下設定如C級別以下的單元在5枚以上、D級別以 下的單元在3枚以上、E級別以下的單元在l枚以上的任一種情況下，產品被 判定為不良等。
<7> S18檢査人員的手動判定
本實施方式的太陽能電池缺陷檢査裝置，從攝影到缺陷判定可以自動進行， 在解析攝影圖像后、判定有問題存在時，還可以將攝影圖像或暗部在顯示器等 的顯示部上進行強調顯示。因此，可以停止太陽能電池缺陷檢査裝置的自動判 定，在圖3的S18中，檢査人員使用該功能，通過觀察顯示部進行手動判定。 檢查人員進行的手動判定，如下進行。
在圖3的步驟S18中，檢査人員通過觀察強調顯示的圖像進行優劣判定， 并將判定結果的指示通過鍵盤400輸入。另外，當顯示部600為觸摸屏時， 也可以通過觸摸顯示部6 00的顯示畫面進行指示輸入。
本實施方式的檢查裝置中，為了使檢查人員可通過顯示部對攝影圖像進行 確認、判斷優劣，判定功能的"有效/無效"、自動判定功能的"有效/無效"， 手動判定功能的"有效/無效"可以手動設定。檢查人員對串、矩陣產品進行 檢査，當檢査人員判斷對所有太陽能電池單元的判定己經結束時，按動"產品 判定完成"按鍵，進行下一個太陽能電池板的檢查。
<8> S16強調圖像處理
關于本實施方式步驟S16中對缺陷部分進行強調后的判定圖像的例子，圖 9是指狀元件斷線例、圖10是裂痕例、圖ll是缺陷例。在所述圖中，缺陷和 非缺陷部分經二值化處理后進行顯示。此時，非缺陷部分被顯示為"亮"。
和上述顯示方法不同的例子，如圖5所示。其中，圖5 (a)是原始的攝 影圖像。圖5 (b)是在缺陷強調顯示的圖像上、重疊圖5 (a)的原始攝影圖 像后的示意圖。這樣，在檢查人員手動判定時，可以觀察對比兩方圖像進行判 斷，從而可以簡單且確實地判別單元攝影圖像的優劣。此外，變更自動判定中 的闌值，也可以使自動判定更加準確。
權利要求
1、一種太陽能電池檢查裝置，用于判定太陽能電池中太陽能電池單元的優劣，包括電源部件，其對作為檢查對象的太陽能電池單元通電；攝影部件，其對由所述電源部件通電后的所述太陽能電池單元所發出的發射光進行攝影；以及解析部件，其對由所述攝影部件攝影到的所述太陽能電池單元的攝影圖像進行解析，其中，所述解析部件，對由所述攝影部件攝影到的太陽能電池單元的攝影圖像中明暗混在部分的平均亮度求取閾值，根據該閾值對攝影圖像中的亮部和暗部進行劃分，通過二值化處理亮部和暗部對其進行強調顯示，判定每個太陽能電池單元是否存在缺陷。
2、 根據權利要求l所述的太陽能電池檢査裝置，其特征在于 所述解析部件，預先對所述缺陷進行分類，通過將所述暗部的形狀和預先登記的缺陷類別進行比較來判斷缺陷的有無以及類別；通過將判斷為缺陷的部 分和非缺陷部分二值化處理而進行強調顯示。
3、 根據權利要求2所述的太陽能電池檢查裝置，其特征在于 所述解析部件，僅對太陽能電池單元的規定區域判斷是否存在特定類別的缺陷，不對其他區域判斷是否存在特定類別的缺陷。
4、 根據權利要求1至3中任一項所述的太陽能電池檢查裝置，其特征在于還包括顯示部件，其用于可視顯示二值化處理后的所述缺陷部分和非缺陷 部分。
5、 根據根據權利要求4所述的太陽能電池檢查裝置，其特征在于 將被判斷為缺陷的所述部分與所述攝影圖像重疊后，在所述顯示部件上可視顯示。
6、 根據根據權利要求4或5所述的太陽能電池檢查裝置，其特征在于 所述缺陷，根據其類別的不同、用不同的顏色進行顯示。
7、 根據根據權利要求1至6中任一項所述的太陽能電池檢査裝置，其特 征在于所述攝影部件，對多個太陽能電池單元進行連續攝影；所述解析部件，根據太陽能電池單元的攝影圖像、還對其相鄰單元的配設 狀況進行優劣判定。
8、 一種太陽能電池缺陷判定方法，包括通過電源部件對作為檢査對象的太陽能電池單元進行通電的工序；所述通電使所述太陽能電池單元產生發射光，通過攝影部件對每個太陽能 電池單元所發出的發射光進行攝影的工序；對由所述攝影部件攝影到的太陽能電池單元的攝影圖像中明暗混在部分的 平均亮度求取閾值的工序；以及根據該閾值對攝影圖像中的亮部和暗部進行劃分，通過二值化處理亮部和 暗部對其進行強調顯示，判定每個太陽能電池單元是否存在缺陷的工序。
9、 根據根據權利要求8所述的太陽能電池缺陷判定方法，其特征在于 所述解析部件，預先對所述缺陷進行分類，通過將所述暗部的形狀和預先登記的缺陷類別進行比較來判斷缺陷的有無以及類別；通過將判斷為缺陷的部 分和非缺陷部分二值化處理進行強調顯示。
10、 根據根據權利要求8或9所述的太陽能電池缺陷判定方法，其特征在于僅對太陽能電池單元的規定區域判斷是否存在特定類別的缺陷，不對其他 區域判斷是否存在特定類別的缺陷。
11、 根據根據權利要求8至10中任一項所述的太陽能電池缺陷判定方法， 其特征在于所述太陽能電池單元的攝影是對多個太陽能電池單元進行的連續攝影；根 據太陽能電池單元的攝影圖像、還對其相鄰單元的配設狀況進行優劣判定。
12、 根據根據權利要求8至11中任一項所述的太陽能電池缺陷判定方法， 其特征在于所述缺陷部分和非缺陷部分經二值化處理后進行可視顯示。
13、 根據根據權利要求8至12中任一項所述的太陽能電池缺陷判定方法， 其特征在于同時顯示經二值化處理的所述缺陷部分和非缺陷部分的圖像、以及太陽能 電池單元的攝影圖像。
全文摘要
本發明提供一種太陽能電池檢查裝置以及太陽能電池缺陷判定方法，其通過向太陽能電池通電使其產生EL發光、根據發光狀態檢查是否存在缺陷等，從而判定太陽能電池的優劣。所述裝置向太陽能電池單元供給一定的電流、使其產生EL發光(S7)，對每個太陽能電池單元發出的發射光進行攝影(S10)，根據閾值對攝影到的單元圖像進行明暗部劃分、二值化處理后強調顯示。對太陽能電池的缺陷按類別分類后，將暗部的形狀和各類別的缺陷進行比較解析(S50)判定是否存在缺陷，從而對太陽能電池的優劣進行判斷。對判定有問題的缺陷部分可進行可視顯示(S16)。
文檔編號G01R31/36GK101620257SQ20091015099
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月1日 優先權日2008年7月1日
發明者澀谷俊緒, 笠原昌人 申請人:日清紡控股株式會社