特許 6644842 光起電モジュールを特性評価するための方法及びデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644842

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】光起電モジュールを特性評価するための方法及びデバイス

(51)【国際特許分類】

   H02S 50/15 20140101AFI20200130BHJP

【ＦＩ】

   H02S50/15

【請求項の数】12

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-157071(P2018-157071)

(22)【出願日】2018年8月24日

(65)【公開番号】特開2019-54717(P2019-54717A)

(43)【公開日】2019年4月4日

【審査請求日】2018年9月19日

(31)【優先権主張番号】1757875

(32)【優先日】2017年8月25日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】504462489

【氏名又は名称】エレクトリシテ・ドゥ・フランス

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジルベール・エル・ハジ

【審査官】 小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／１０８５１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 Florian Oliva et al.，"Optical methodology for process monitoring of chalcopyrite photovoltaic technologies: Application to low cost Cu(In,Ga)(S,Se)2 electrodeposition based processes"，Solar Energy Materials & Solar Cells，２０１６年，vol.158，pp.168-183

【文献】 Matevz Bokalic et al.，"Bandgap imaging in Cu(In,Ga)Se2 photovoltaic modules by electroluminescence"，Progress in Photovoltaics: Research and Applications，２０１６年，Vol.25，pp.184-191

【文献】 Steven S. Hegedus and William N. Shafarman，"Thin-Film Solar Cells: Device Measurements and Analysis"，Progress in Photovoltaics: Research and Applications，２００４年，Vol.12，pp.155-176

【文献】 Gregory Brown et al.，Quantitative imaging of electronic nonuniformities in Cu(In,Ga)Se2 solar cells，Journal of Applied Physics，２０１０年，Vol.108，pp.074516-1 - 074516-9

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ３１／０２−３１／０７８

Ｈ０１Ｌ３１／１８−３１／２０

Ｈ０１Ｌ５１／４２−５１／４８

Ｈ０２Ｓ１０／００−１０／４０

Ｈ０２Ｓ３０／００−９９／００

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光起電モジュール（Ｍ）の特性評価方法であって、
前記光起電モジュールの少なくとも一つのエレクトロルミネセンス画像を撮影するステップ（１００）と、
撮影された画像を用いて、前記光起電モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ（２００）と、
見掛けのバンドギャップエネルギーのマッピングを用いて、前記光起電モジュールの飽和電流（５００）と光起電効率の絶対損失（３００）とのうち少なくとも一つの量をマッピングするステップとを備える特性評価方法。

【請求項2】

前記光起電モジュールの光起電効率の絶対損失をマッピングするステップ（３００）を備え、該ステップ（３００）が、
光起電効率の最大効率に対応する見掛けのバンドギャップエネルギー値に対する見掛けのバンドギャップエネルギーの変動をマッピングすること（３１０）と、
見掛けのバンドギャップエネルギーの変動のマッピングから、光起電効率の絶対損失のマッピングを導出すること（３２０）とを備える、請求項１に記載の特性評価方法。

【請求項3】

前記光起電モジュールの飽和電流をマッピングするステップ（５００）を備え、前記光起電モジュールの飽和電流Ｊ_０（ｘ，ｙ）が

【数1】

によって得られ、
ＡとＢが定数である、請求項１又は２に記載の特性評価方法。

【請求項4】

前記光起電モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ（２００）が、撮影されたエレクトロルミネセンス画像の強度を較正する予備ステップ（２１０）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の特性評価方法。

【請求項5】

前記見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ（２００）が、
撮影されたエレクトロルミネセンス画像の強度から、前記光起電モジュールの各点（ｘ，ｙ）について、前記光起電モジュールによって放出された光子のエネルギーの関数として前記光起電モジュールの外部量子効率の曲線を決定すること（２２０）と、
前記光起電モジュールの各点（ｘ，ｙ）において、前記外部量子効率の曲線に基づいて見掛けのバンドギャップエネルギーの値を決定すること（２３０）とを更に備える、請求項４に記載の特性評価方法。

【請求項6】

光子の波長に関して異なる光子検出感度を有する二つのカメラ（１１）によって、前記光起電モジュールの二つのエレクトロルミネセンス画像を撮影するステップ（１００）を備え、前記光起電モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ（２００）が、前記二つのエレクトロルミネセンス画像のエレクトロルミネセンス強度の比のマッピングを用いて行われる、請求項１から３のいずれか一項に記載の特性評価方法。

【請求項7】

前記見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ（２００）が較正ステップ（２２０’）を備え、前記較正ステップ（２２０’）が、
前記光起電モジュールの一組の点について、前記光起電モジュールの外部量子効率を測定して、前記外部量子効率から見掛けのバンドギャップエネルギーを導出すること（２２２’）と、
前記光起電モジュールの前記一組の点について、前記光起電モジュールのエレクトロルミネセンススペクトルを測定して、最大放出強度の波長を導出すること（２２３’）と、
前記一組の点から、見掛けのバンドギャップエネルギーと最大放出強度の波長との間の関係式を決定すること（２２４’）とを含む、請求項６に記載の特性評価方法。

【請求項8】

前記見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ（２００）が、
前記光起電モジュールの前記一組の点についての前記比の値に基づいて、前記光起電モジュールの最大放出強度の波長と前記二つのエレクトロルミネセンス画像のエレクトロルミネセンス強度の比との間の関係式を決定すること（２３０’）と、
前記二つのエレクトロルミネセンス画像のエレクトロルミネセンス強度の比の関数として前記光起電モジュールのあらゆる点における見掛けのバンドギャップエネルギーの式を導出すること（２３０’）とを更に備える、請求項７に記載の特性評価方法。

【請求項9】

前記光起電モジュールの一組の点が少なくとも５点を含む、請求項７又は８に記載の特性評価方法。

【請求項10】

前記光起電モジュールの一組の点が、前記二つのエレクトロルミネセンス画像のエレクトロルミネセンス強度の比の値が各点で異なるように選択される、請求項７から９のいずれか一項に記載の特性評価方法。

【請求項11】

光起電モジュールを特性評価するための特性評価システム（１）であって、
前記光起電モジュールに電力を供給するための電源（１０）と、
前記光起電モジュールのエレクトロルミネセンス画像を撮影するための少なくとも一つのカメラ（１１）と、
コンピュータ（１２０）を備える処理ユニット（１２）とを備え、
請求項１から１０のいずれか一項に記載の特性評価方法を実施する用の特性評価システム（１）。

【請求項12】

請求項１１に記載の特性評価システム（１）であって、
第一のカメラと異なる光子エネルギーに対する光子検出感度を有する第二のカメラ（１１）と、
分光計（１４）とを更に備え、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の特性評価方法を実施する用の特性評価システム（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光起電（太陽光発電）モジュールを特性評価して、その性能を定量的に評価し、又は検査中に潜在的な製造欠陥を特定するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光起電技術は、量、生産性、技術の多様性に関して急速に成長している。この技術の産業化を確実にするためには、製造されたモジュールの品質管理ツールを強化して、多様な技術の光起電パネルの性能の均一性、品質、及び製造の再現性を保証する必要がある。

【0003】

製造された光起電モジュールの品質を管理するためのシステムは既に存在している。こうしたシステムの一部は光起電モジュールのルミネセンスを利用するものであり、モジュールに光励起（フォトルミネセンス）又は電気的励起（エレクトロルミネセンス）を適用することで、モジュールが発光する。発光の画像を撮影し、それを処理することによって、微小クラックや接続の問題等のモジュールの品質欠陥を検出することができる。

【0004】

例えば、特許文献１には、異なるスペクトル感度を有する二つのカメラを用いてモジュールのエレクトロルミネセンス画像を複数撮影し、撮影した画像から欠陥の無いモジュールの画像を構築し、撮影された画像のうち一つから欠陥の無い画像を差し引くことによって、モジュールの欠陥を自動的に検出することが記載されている。

【0005】

この種の方法の欠点は、単に定性的なものであって、絶対的、つまりは定量的な光起電の質及び性能の指標を決定することができないという点である。

【0006】

また、特許文献２には、異なるスペクトル感度を有する二つのカメラを用いて光起電モジュールの二つのエレクトロルミネセンス画像を撮影し、それら画像からモジュールのバンドギャップエネルギーを決定することが記載されている。

【0007】

この文献では、バンドギャップエネルギーを用いて、モジュールの欠陥の純粋に定性的な推定を得る。また、この文献で示されている較正手順は解析的手法に基づいていないので、外挿データの不確実性を評価することができない。従って、外挿して解析されたデータから得られた結論は不正確なものとなり得る。

【0008】

また、モジュールのルミネセンスイメージング法としては、製造ラインに組み込まれて、シリコン技術モジュールに対してモジュール内の電荷の拡散長及び寿命をマッピングすることができるものも存在している。

【0009】

しかしながら、こうした技術は、性能や光起電効率の絶対的な変動へのアクセスを与えるものではない。また、こうした技術は、カルコゲニド系の薄層を備え、特性が空間的に極めて不均一であるもの等の他の光起電モジュール技術には適していない。

【0010】

また、こうした技術は、動作中のモジュールの性能及び劣化を追跡することができるモバイル型に展開可能ではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１５／００７０４８７号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１７／１０８５１１号

【非特許文献】

【0012】

【非特許文献1】Ｕ．Ｒａｕ ｅｔ ａｌ．，“Ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ”、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ、第７６巻、ｐ．０８５３０３−２、２００７年８月

【非特許文献2】Ｗ．Ｓｈｏｃｋｌｅｙ、Ｈ．Ｊ．Ｑｕｅｉｓｓｅｒ、“Ｄｅｔａｉｌｅｄ Ｂａｌａｎｃｅ Ｌｉｍｉｔ ｏｆ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐ‐ｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ”、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、第３２巻、第３号、ｄｏｉ：１０．１０６３／１．１４３６０．３４．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

上記の点に鑑み、本発明の課題は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に解消することである。

【0014】

特に、本発明は、光起電モジュールの性能を定量的に特性評価するための方法を提供することを目的とする。

【0015】

本発明の他の目的は、あらゆる光起電モジュール技術で利用可能とすることである。

【0016】

本発明の他の目的は、製造中又は動作中にモジュールを特性評価できるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

この点に関し、本発明の一対象は、以下のステップを備える光起電モジュールを特定評価するための方法である：
‐ モジュールの少なくとも一つのエレクトロルミネセンス画像を撮影するステップ、
‐ 撮影した画像を用いて、光起電モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップ、及び、
‐ 見掛けのバンドギャップエネルギーのマッピングを用いて、モジュールの以下の数量のうち少なくとも一つをマッピングするステップ；
○ 開路電圧、
○ 飽和電流、及び、
○ 光起電効率の絶対損失。

【0018】

一実施形態では、本方法は、モジュールの光起電効率の絶対損失をマッピングするステップを備え、そのステップは、
‐ 光起電効率の最大効率に対応する見掛けのバンドギャップエネルギー値に対する見掛けのバンドギャップエネルギーの変動をマッピングすること、及び、
‐ 見掛けのバンドギャップエネルギーの変動のマッピングから光起電効率の絶対損失のマッピングを導出することを備える。

【0019】

一実施形態では、本方法は、モジュールの開路電圧をマッピングするステップを備え、その開路電圧Ｖ_ｏｃ（ｘ，ｙ）は以下の式によって得られる：

【数1】

ここで、
‐ Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）は、モジュールの点（ｘ，ｙ）におけるモジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーであり、
‐ ｑは電気素量である。

【0020】

一実施形態では、本方法は、モジュールの飽和電流をマッピングするステップを備え、モジュールの飽和電流Ｊ_０（ｘ，ｙ）が以下の式によって得られる：

【数2】

ここで、ＡとＢは定数である。

【0021】

一実施形態では、光起電モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップは、撮影されたエレクトロルミネセンス画像の強度を較正する予備ステップを備える。この場合、見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングすることは更に以下のことを備える：
‐ 撮影されたエレクトロルミネセンス画像の強度から、モジュールの各点（ｘ，ｙ）について、モジュールによって放出された光子のエネルギーの関数として光起電モジュールの外部量子効率の曲線を決定すること；及び
‐ モジュールの各点（ｘ，ｙ）において、外部量子効率の曲線に基づいて、見掛けのバンドギャップエネルギーの値を決定すること。

【0022】

他の実施形態では、本方法は、モジュールの二つのエレクトロルミネセンス画像を撮影することを備え、それら二つの画像は、光子の波長に関して異なる光子検出感度を有する二つのカメラによって撮影され、モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーのマッピングが、二つの画像のエレクトロルミネセンス強度の比のマッピングを用いて展開される。

【0023】

本実施形態では、見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップは、有利には較正ステップを備え、その較正ステップは以下のことを含む：
‐ モジュールの一組の点について、モジュールの外部量子効率を測定して、外部量子効率から見掛けのバンドギャップエネルギーを導出すること；
‐ そのモジュールの同じ組の点について、モジュールのエレクトロルミネセンススペクトルを測定して、最大放出強度の波長を導出すること：
‐ 一組の点から、見掛けのバンドギャップエネルギーと最大放出強度の波長との間の関係式を決定すること。

【0024】

そして、見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングするステップは以下のことを備えることができる：
‐ そのモジュールの同じ組の点についての比の値に基づいて、モジュールの最大放出強度の波長と、二つの画像のエレクトロルミネセンス強度の比との間の関係式を決定すること；及び、
‐ 二つの画像のエレクトロルミネセンス強度の比の関数としてモジュールのあらゆる点における見掛けのバンドギャップエネルギーの式を導出すること。

【0025】

有利には、モジュールの一組の点は少なくとも５点、好ましくは１０点を含み、それら点は、二つの画像のエレクトロルミネセンス強度の比の値がその組の多様な点において異なるように選択される。

【0026】

本発明の他の目的は、光起電モジュールを特定評価するためのシステムであり、そのシステムは以下のものを備え：
‐ 光起電モジュールに電力を供給するための電源、
‐ モジュールのエレクトロルミネセンス画像を撮影するための少なくとも一つのカメラ、及び、
‐ コンピュータを備える処理ユニット、
そのシステムは、上記に係る方法を実施するのに適していることを特徴とする。

【0027】

一実施形態では、特性評価システムは更に以下のものを備え得る：
‐ 第一のカメラとは異なる光子エネルギーに関する光子検出感度を有する第二のカメラ；及び
‐ 分光計。

【0028】

本発明の方法は、光起電モジュールについて以下の性能指標のうち少なくとも一つの定量的マッピングを求めることを可能にする：
‐ 開路電圧；
‐ 飽和電流；及び
‐ 光起電効率の絶対損失

【0029】

このため、本発明は、第一実施形態に従って、異なるスペクトル感度を有する二つのカメラと適切な較正方法とを用いることによって簡単に実施可能である。この場合、絶対単位でエレクトロルミネセンス画像の強度にアクセスする必要なく、モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーをマッピングすることができる。

【0030】

絶対強度値を得るためにエレクトロルミネセンス画像の較正を必要とする他の実施形態によると、一つのカメラのみが必要であり、最終結果を得るのに必要な計算ステップの数が減る。

【0031】

本発明は、例えば光起電モジュールの製造ラインに設置することによって産業スケールで適用可能であり、不適合製品を除去し、モジュール生産の再現性及び均一性をチェックすることを可能にする。また、本発明を用いて、動作中の光起電モジュールの劣化や経年劣化をチェックすることもできる。

【0032】

本発明の他の特徴、目的及び利点は、添付図面を参照して以下の純粋に例示的なものであって限定的なものではない説明を読むことで明らかとなるものである。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の一実施形態に係る光起電モジュールを特性評価するための方法の主なステップを概略的に示す。

【図2a】シリコン系光起電モジュールのエレクトロルミネセンススペクトルの例を示す。

【図2b】Ｓｉ ＣＣＤカメラ及びＩｎＧａＡｓカメラの量子効率曲線を示す。

【図3】入射光子のエネルギーの関数としての光起電モジュールの外部量子効率の曲線の線形外挿によるバンドギャップエネルギーの決定を示す。

【図4a】エレクトロルミネセンス画像を撮影するための特性評価システムの一部分の例を示す。

【図4b】エレクトロルミネセンススペクトルを撮影するための特性評価システムの他の構成要素を示す。

【図5】バンドギャップエネルギーの関数として光起電セルの最大効率の曲線を示す。

【発明を実施するための形態】

【0034】

［特性評価方法］
図１を参照すると、光起電モジュールＭを特性評価するための方法の主なステップが示されている。

【0035】

本方法は、図４ａから図４ｂに示されるシステム１によって実施され、そのシステム１は、モジュールの少なくとも一つの電源１０（好ましくは電圧発生器）と、少なくとも一つのカメラ１１と、撮影された画像（一又は複数）を以下説明するように処理するように構成された少なくとも一つのコンピュータ１２０を備える処理ユニット１２とを備える。コンピュータ１２０は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ型の集積回路等であり得る。

【0036】

システム１は、カメラが撮影した画像を記憶するためのメモリ１３を更に備える。このメモリは、処理ユニットに集積されるか又は処理ユニットと遠隔であり得る。

【0037】

カメラ及び／又は処理ユニット１２及び／又はメモリ１３の間の接続は有線であり得るが、より有利には、インターネット等の電気通信ネットワークを介する遠隔通信用に無線接続となる。

【0038】

図１に戻ると、本方法は、カメラ１１によって、光起電モジュールの少なくとも一つのエレクトロルミネセンス画像を撮影する第一ステップ１００を備える。このため、電源１０がモジュールに電力を供給する。有利には、供給される電力はモジュールの端子に印加される電圧であり、好ましくはモジュールの平均開路電圧に等しいが、これに限定されるものではない。

【0039】

電圧（又は電流）の印加は、モジュールにエレクトロルミネセンス信号を発生させて、それをカメラによって撮影する。

【0040】

好ましくは、カメラ１１は、モジュールによって放出されたエレクトロルミネセンス信号を、そのスペクトル応答及びモジュール技術（これがエレクトロルミネセンス信号の放出波長を決定する）の関数として検出することができるように選択される。例えば、薄膜ＣＩＧＳカルコゲニド系や結晶シリコン系の光起電モジュールの場合、モジュールのエレクトロルミネセンススペクトルは赤外線の範囲内にあり、カメラは有利にはＩｎＧａＡｓ型のものである。

【0041】

次いで、本方法は、撮影された画像から、モジュールのあらゆる点（ｘ，ｙ）におけるモジュールの見掛けのバンドギャップエネルギー（Ｅ_ｇ^ａｐｐで表す）をマッピングするステップ２００を備える。見掛けのバンドギャップエネルギーは、モジュールに到達した入射光子がモジュールによって吸収されて特定の量の電荷を発生させるために有さなくてはならない最低エネルギーに対応する。このバンドギャップエネルギーはモジュールに対する空間的変数であるので、モジュールのエレクトロルミネセンス強度マッピングを見掛けのバンドギャップエネルギーマッピングに変換することができる。

【0042】

このステップ２００は以下の二つの異なる方法で実施可能である。

【0043】

［第一のＥ_ｇ^ａｐｐマッピング方法］
第一実施形態では、バンドギャップエネルギーのマッピングは、モジュールの単一のエレクトロルミネセンス画像に基づいて求められる。

【0044】

この場合、特性評価システム１は一つのカメラのみを備え、ステップ２００は、撮影された画像のエレクトロルミネセンス強度の絶対較正、つまり単位波長当たりで毎秒での絶対エレクトロルミネセンス画像の各画素における放出光子束の絶対決定を行うサブステップ２１０を備える。この較正は、カメラ１１によって撮影されて測定されたショット数とモジュールによって実際に放出された光子数との間の関係式を求めることを可能にする。

【0045】

この較正を実施するため、有利には、特性評価システムはレーザー及び光ファイバー（図示せず）を備える。

【0046】

好ましい実施形態によると、光ファイバーはレーザーの出力に位置し、カメラ１１のレンズの開口数と比較して十分小さな開口数のファイバーを選択することで、ファイバーで送られるレーザーの光度全体がカメラによって収集されることを確実にする。

【0047】

カメラ応答画像は、ステップ１００中のエレクトロルミネセンス画像と同じ撮影条件で、つまり同じ環境照明や同じ環境温度等で撮影される。次いで、光ファイバーのコアの画像をカメラで撮影するのと同時に、ファイバーから出射する光パワーを測定する。

【0048】

ファイバーコアの画像をカメラ応答画像で割って、設備のエレクトロルミネセンス画像を空間的に較正することを可能にする。

【0049】

エレクトロルミネセンス画像の測定光度を較正するため、ファイバーコアの画像を空間的に積分して、レーザーによって放出された光子数に対するショット（検出光子）数を与える。このショット／放出光子の比が決定されると、ステップ１００で撮影されたエレクトロルミネセンス画像をこの比で割って、光子の絶対値を得ることができる。

【0050】

有利には、既知のスペクトル位置に輝線を有する較正ランプ（例えば、キセノンランプ）を用いて、波長に関してカメラ１１を予め較正しておく。

【0051】

この絶対較正が行われると、本方法は、撮影されたエレクトロルミネセンス画像の強度から、モジュールの各点（ｘ，ｙ）について、モジュールによって放出された光子のエネルギーの関数として、光起電モジュールの外部量子効率ＥＱＥ（Ｅ，ｘ，ｙ）の曲線を決定するサブステップ２２０を備える。

【0052】

このステップは、非特許文献１に記載されている以下のラウ（Ｒａｕ）の相互関係式を適用することによって行われる：

【数3】

ここで、
‐ Φ_ＥＬ（Ｅ，ｘ，ｙ）はエレクトロルミネセンス画像の強度であり、
‐ Ｅは放出光子のエネルギーであり、
‐ ＥＱＥ（Ｅ，ｘ，ｙ）は外部量子効率であり、
‐ φ_ｂｂ（Ｅ）は黒体のフラックスであり、
‐ ｑは電気素量であり、
‐ ｋはボルツマン定数であり、
‐ Ｔはモジュールの温度であり、
‐ Ｖ（ｘ，ｙ）は、画像を撮影する際にモジュールに印加される電圧である。

【0053】

この式を適用することによって、エレクトロルミネセンス強度から、画素毎に放出光子のエネルギーの関数として外部量子効率の曲線を決定することができるが、これは、用いられたカメラの信号が、波長に関して、つまりはエネルギーに関して分解されるからである。

【0054】

次いで、本方法は、前に決定された外部量子効率曲線ＥＱＥ（Ｅ，ｘ，ｙ）から、モジュールのあらゆる点における見掛けのバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）を導出するサブステップ２３０を備える。

【0055】

図３を参照すると、ゼロエネルギー（線形外挿とエネルギー軸との交点）に対して、外部量子効率及びエネルギーの関数である曲線の線形部分を外挿することによって、見掛けのバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）が決定される。その関数は以下のとおりである：
（Ｅ×ｌｎ（ＥＱＥ−１））^２

【0056】

従って、このステップの終わりにおいて、Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）がモジュールのあらゆる点において分かる。

【0057】

［第二のＥ_ｇ^ａｐｐマッピング方法］
第二実施形態では、モジュールの二つのエレクトロルミネセンス画像からバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）が求められる。

【0058】

この場合、システム１は、スペクトル応答が異なる、つまり光子波長の関数として光子検出感度の曲線が異なる二つのカメラ１１を備える。その曲線はカメラの量子効率曲線と称される。また、カメラの量子効率曲線は、波長が重なる範囲（つまり、二つのカメラの検出感度がゼロではない波長範囲を意味する）を有さなければならず、この範囲は、対象のモジュールのエレクトロルミネセンス放出波長の範囲に対応している。有利には、波長が重なる範囲は少なくとも２００ｎｍである。図４ａに見て取れるように、カメラ１１はレール１１０に並進移動可能に取り付けられ、モジュールに対して正確にカメラを移動できるようにする。

【0059】

図２ｂは、シリコンＣＣＤカメラと、ＩｎＧａＡｓカメラとについての量子効率曲線ＱＥを示す。

【0060】

シリコンＣＣＤ検出器のカメラは、４００から１１００ｎｍの波長範囲に広がる量子効率を有し、略６００ｎｍの波長の光に対して最大の検出感度及び効率を有する。こうしたカメラの感度は、９００から１１００ｎｍの間である光の近赤外線領域に対応する波長に対しては低い。

【0061】

ＩｎＧａＡｓ検出器のカメラは、より赤外線の検出に適していて、９００から１８００ｎｍの波長範囲に広がる量子効率を有し、９００から１７００ｎｍの間の広範囲にわたって安定な検出の最大量子効率を有する。

【0062】

図２ａに示されているエレクトロルミネセンススペクトルは、結晶シリコン系の光起電モジュールに対するものである。ｙ軸は任意単位である。前の例でのカメラの選択を用いると、ＩｎＧａＡｓカメラは、このモジュールのエレクトロルミネセンス信号全体を検出することができ、一方、シリコンＣＣＤカメラは、９００から１１００ｎｍの間のスペクトルの下端のみを検出することができる。

【0063】

この感度の違いを利用して、見掛けのバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐのマッピングを決定する。このエネルギーは、最大放出強度λ_ｍａｘの波長と相関していて、Ｅ_ｇ^ａｐｐが大きいほど、λ_ｍａｘが小さくなる。実際、モジュールの一点におけるＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）の変動は、λ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）の変動を生じさせる。一般的に、この種の変動は、スペクトル感度に関してモジュールに最も適しているカメラ（上記例ではＩｎＧａＡｓカメラ）のエレクトロルミネセンス画像の強度変化を生じさせるほど大きくはない。

【0064】

感度の異なる二つのカメラを用いると、エレクトロルミネセンス画像の強度の局所的変化を利用して、Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）の変動を導出することができる。

【0065】

しかしながら、本発明は、上述の例に限定されるものではなく、シリサイド系光起電物質や、四元ＣＩＧＳやテルル化カドミウムＣｄＴｅ系カルコゲニド等の近赤外線の放出スペクトルを有するものや、ヒ化ガリウムＧａＡｓやペロブスカイトやリン酸インジウム系の光起電物質等の可視光範囲に放出スペクトルを有するものといった多様な光起電技術に適用可能である。

【0066】

本方法は、モジュールのルミネセンススペクトルに従ってカメラ（一つ又は複数）を選択することによって適用され得る。

【0067】

本実施形態のステップ２００の第一サブステップ２１０’では、二つの画像の間のエレクトロルミネセンス強度比Ｒ_Ｉｍを計算する：

【数4】

ここで、Ｉｍ_ＥＬ^１（ｘ，ｙ）とＩｍ_ＥＬ^２（ｘ，ｙ）はそれぞれ二つのカメラのエレクトロルミネセンス画像である。この比は画素毎に画像を割ることによって得られる。

【0068】

サブステップ２２０’中に、較正を行って、モジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）と最大放出強度波長λ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）との間の線形関係式を決定する。

【0069】

このため、二つの画像の間の異なる変動強度（つまり、変動比率の値）に対応するモジュールの一組の点（ｘ，ｙ）を選択する（２２１’）。有利には、本方法の終わりにおいてＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）の十分に正確なマッピングを得るために、選択される点の数は少なくとも５点、好ましくは１０点である。例えば、一組の点は１０点を含み得る。

【0070】

次いで、ステップ２２１’で選択された一組の点の各点について、モジュールの外部量子効率ＥＱＥ（ｘ，ｙ）の測定２２２’を実験的に行うが、その測定の実施は当業者には既知である。各点（ｘ，ｙ）について、その点における見掛けのバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）の値を、図３を参照するステップ２３０において上述したのと同じ手順に従って導出する。

【0071】

ステップ２２１’で選択された組の各点（ｘ，ｙ）において、モジュールのエレクトロルミネセンススペクトルも撮影して（２２３’）、そのスペクトルから最大強度波長λ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）を抽出する。このステップを実施するため、図４ｂに示されるように、システム１は、有利には、分析される光起電モジュールの技術に従って選択された分光計１４を備える。例えば、分光計は、−４０℃に冷却されたＩｎＧａＡｓ分光計であり得る。

【0072】

較正ステップ２２０’は最後にサブステップ２２４’を備え、そのサブステップ２２４’中に、Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）及びλ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）が分かっている組の点からの線形外挿によって、これらを繋ぐ較正係数Ｆ_１及びＦ_２が、以下の式を用いて決定される：
Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）＝Ｆ_１λ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）＋Ｆ_２

【0073】

最後に、ステップ２３０’中に、二つの画像の間のエレクトロルミネセンス強度比Ｒ_Ｉｍ（ｘ，ｙ）のマッピングから、見掛けのバンドギャップエネルギーＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）のマッピングが求められ、上記式のＲ_Ｉｍ（ｘ，ｙ）の関数としてλ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）を表す。

【0074】

しかしながら、一般化されたプランクの法則はλ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）とＲ_Ｉｍ（ｘ，ｙ）との間の関係を対数で表し、以下のように記述される：
λ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）＝Ｆ_３ｌｎ（Ｒ_Ｉｍ（ｘ，ｙ））＋Ｆ_４

【0075】

Ｆ_３及びＦ_４は、ステップ２１０’で得られたＲ_Ｉｍ（ｘ，ｙ）のマッピングとステップ２２３’で得られたλ_ｍａｘ（ｘ，ｙ）の値との関数として決定される。

【0076】

従って、Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）が、Ｒ_Ｉｍ（ｘ，ｙ）の関数として以下の式で得られる：
Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）＝Ｆ_１（Ｆ_３ｌｎ（Ｒ_Ｉｍ（ｘ，ｙ））＋Ｆ_４）＋Ｆ_２

【0077】

第一のＥ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）決定方法は、計算ステップが少なく、ハードウェアをあまり必要としないので、実施が高速である点に留意されたい。一方、第二実施形態は、少ない数の点でモジュール全体の所望のマッピングを得ることができ、また、エレクトロルミネセンス画像の強度を絶対単位で表す必要がない。

【0078】

Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）のマッピングが得られると、本方法は、以下のステップのうち少なくとも一つを備える：
‐ 光起電効率の絶対損失をマッピングするステップ３００、
‐ 開路電圧をマッピングするステップ４００、及び
‐ 飽和電流をマッピングするステップ５００。

【0079】

ステップ３００は、ショックレー・クワイサー限界から始めて実施されるが、これは、図５に示され非特許文献２に記載されているように、バンドギャップエネルギーの関数としての太陽電池の最大光起電変換効率η_ｍａｘの曲線である。

【0080】

ステップ３００の実施に関しては、Ｅ_ｇ（ｘ，ｙ）の値の分布における中央値

【数5】

に対してバンドギャップエネルギーの変動∂Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）をマッピングすること（３１０）によって、光起電効率の絶対損失∂η（ｘ，ｙ）のマッピングが得られる。次いで、変動∂Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）に対応する効率の損失∂η（ｘ，ｙ）を、ショックレー・クワイサー限界の曲線から直接的に、例えばグラフから、導出する（３２０）。

【0081】

従って、このステップは、モジュールの効率の空間的一様性を特性評価することを可能にするが、これは、生産された光起電モジュールの品質を改善するための重要な性能及び品質データである。

【0082】

開路電圧をマッピングするステップ４００の実施について、この電圧Ｖ_ｏｃ（ｘ，ｙ）は、以下の式を用いてバンドギャップエネルギーから得られる：

【数6】

ここで、
‐ Ｅ_ｇ^ａｐｐ（ｘ，ｙ）はモジュールの点（ｘ，ｙ）におけるモジュールの見掛けのバンドギャップエネルギーであり、
‐ｑは電気素量である。

【0083】

最後に、飽和電流Ｊ_０（ｘ，ｙ）をマッピングするステップ５００の実施について、この電流は、以下の式を用いてバンドギャップエネルギーから得られる：

【数7】

ここで、ＡとＢは、Ｊ_０の測定値に対して曲線を調整することによって得られる二つの定数である。

【符号の説明】

【0084】

１ システム
１０ 電源
１１ カメラ
１２ 処理ユニット
１３ メモリ
１４ 分光計
１１０ レール
１２０ コンピュータ
Ｍ 光起電モジュール

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図5】