太阳能电池检查装置以及太阳能电池缺陷判定方法

专利名称：太阳能电池检查装置以及太阳能电池缺陷判定方法
技术领域：
本发明涉及一种对至少具有一个太阳能电池单元的太阳能电池进行检查的 太阳能电池检查装置以及太阳能电池缺陷判定方法。
背景技术：
众所周知，硅太阳能电池可用于利用太阳能。制造太阳能电池时，该太阳 能电池是否具有预期的发电能力的性能评价是很重要的。进行性能评价时，通 常测定太阳能电池的输出特性。
输出特性的测定，是在光照射下，通过测定太阳能电池的电流电压特性作 为光电转换特性来进行的。作为照射光源，理想的是太阳光；由于太阳光的强 度因天气的影响而变化，因而采用太阳光模拟器。太阳光模拟器使用氙灯或金 属卤化物灯来替代太阳光。然而，这些光源在长时间点亮时，由于温度上升等 原因，其光量会有所变化。因此，使用所述氤灯或金属卤化物灯的脉冲光、电 压作为横轴、电流作为纵轴，通过将获得的数据作图、得到太阳能电池的输出 特性曲线，当输出特性在一定值以上时，作为合格品(例如，参照专利文献l)。
专利文献2公开了一种与上述的太阳光模拟器不同的方法，所述方法通过 向多晶硅的太阳能电池单元施加正向电压，电流正向流动、使太阳能电池单元 发生电致发光(EL)，根据发光状态判定太阳能电池单元的优劣。通过观察从 太阳能电池单元发出的EL光，可以得知电流密度分布。通过不均匀的电流密 度分布、将太阳能电池单元中不发光的部分判断为缺陷。随后，测定来自单个 太阳能电池单元的发光光量，如果达到规定的光量，则为合格品；如果没有达 到规定的光量，则判定为不合格品。
然而，专利文献2的方法仅根据太阳能电池单元的发光亮度来判断太阳能 电池单元的优劣，例如，即使存在大的裂痕，只要其亮度在规定值以上，则会 被判定为合格品。但是，当大的裂痕存在时，很有可能急速降低太阳能电池的 发电能力，应该被判定为不合格品。
5专利文献3将太阳能电池的缺陷分为以下几种类别基板裂痕、电极破断、 接触不良等外因造成的缺陷，基板材料的物理特性造成的结晶缺陷，和转移、 结晶粒界等内因造成的缺陷。该方法发现内在缺陷受温度的影响而变化，因此 提出在观测发射光时，通过加热太阳能电池元件，使内在缺陷縮小，从而更容 易对外在缺陷进行判断的方案。
此外，太阳能电池的缺陷检查，最好是当太阳能电池的生产线上进行。然 而，根据专利文献3的方法，使太阳能电池的温度产生变化，需要相当长的时 间，因此，该方法不能应用在生产线上。
专利文献l:(日本国)特开2007-88419
专禾U文献2: WO/2006/059615
专禾lj文献3: WO/2007/12958
发明内容
鉴于以上问题，本发明提供一种通过向太阳能电池通电使其电致发光 (EL)、从发光状态来准确判定太阳能电池的优劣、且在生产线上短时间内使 用可能的太阳能电池检查装置以及太阳能电池缺陷判定方法。
为实现上述目的，本发明的太阳能电池检查装置具有以下构造特征
1、 一种太阳能电池检查装置，用于判定太阳能电池中太阳能电池单元的 优劣，包括电源部件，其对作为检查对象的太阳能电池单元通电；摄影部件， 其对由所述电源部件通电后的所述太阳能电池单元所发出的发射光进行摄影； 以及解析部件，其对所述摄影部件摄影到的所述太阳能电池单元的摄影图像进 行解析，其中，所述解析部件，对所述摄影部件摄影到的太阳能电池单元的摄 影图像中的明暗混在部分的平均亮度求取阈值，根据该阈值对摄影图像中的亮 部和暗部进行划分，通过二值化处理亮部和暗部对其进行强调显示，判定每个 太阳能电池单元是否存在缺陷。
2、 所述解析部件，预先对所述缺陷进行分类，通过将所述暗部的形状和 预先登记的缺陷类别进行比较来判断缺陷的有无以及类别；通过将判断为缺陷 的部分和非缺陷部分二值化处理进行强调显示。
3、 所述解析部件，仅对太阳能电池单元的规定区域判断是否存在特定类 别的缺陷，不对其他区域判断是否存在特定类别的缺陷。4、 还可包括显示部件，其用于可视显示二值化处理后的所述缺陷部分和 非缺陷部分。
5、 将被判断为缺陷的所述部分与所述摄影图像重叠后，可以在所述显示 部件上可视显示。
6、 所述缺陷，根据其类别的不同、可以用不同的颜色进行显示。
7、 所述摄影部件，可对多个太阳能电池单元进行连续摄影；所述解析部 件，根据太阳能电池单元的摄影图像、还对其相邻单元的配设状况进行优劣判 定。
为实现上述目的，本发明的太阳能电池缺陷判定方法具有以下构成特征
8、 包括通过电源部件对作为检查对象的太阳能电池单元进行通电的工 序；所述通电使所述太阳能电池单元产生发射光，通过摄影部件对每个太阳能 电池单元所发出的发射光进行摄影的工序；对所述摄影部件摄影到的太阳能电 池单元的摄影图像中的明暗混在部分的平均亮度求取阈值的工序；以及根据该 阈值对摄影图像中的亮部和暗部进行划分，通过二值化处理亮部和暗部对其进 行强调显示，判定每个太阳能电池单元是否存在缺陷的工序。
9、 所述解析部件，预先对所述缺陷进行分类，通过将所述暗部的形状和 预先登记的缺陷类别进行比较来判断缺陷的有无以及类别；通过将判断为缺陷 的部分和非缺陷部分二值化处理进行强调显示。
10、 可以仅对太阳能电池单元的规定区域判断是否存在特定类别的缺陷， 而不对其他区域判断是否存在特定类别的缺陷。
11、 所述太阳能电池单元的摄影可对多个太阳能电池单元进行的连续摄 影；根据太阳能电池单元的摄影图像、对相邻单元的配设状况也可进行优劣判 定。
12、 所述缺陷部分和非缺陷部分经二值化处理后可进行可视显示。
13、 可同时显示经二值化处理的所述缺陷部分和非缺陷部分的图像、和太 阳能电池单元的摄影图像。
根据本发明的太阳能电池检查装置和太阳能电池缺陷判定方法，对单元的 摄影图像中的亮部和暗部经二值化处理后进行强调显示，可以简单识别亮部和 暗部，从而使缺陷判定准确无误。
此外，将太阳能电池的缺陷进行分类、将可能是缺陷的部分与存储的各类别的缺陷进行比较，可以正确判断该部分是否为缺陷。缺陷的形状以及尺寸的 阈值可以根据其类别进行变更，可以据情判定缺陷。另外，根据缺陷的不同， 需要判断将来该缺陷是否有可能变大。本发明不仅能够对现在太阳能电池中的 不良部位、而且也能够对将来有可能成为不良部位的部位进行判定。由此，能 够进一步提高太阳能电池长期使用时的品质和耐久性。
小裂痕等特定类别的缺陷，主要在太阳能电池单元的汇流条附近容易发生， 在其他区域几乎不会有问题。本发明对这类缺陷也能进行适当判断。例如，在 汇流条附近的小裂痕会造成问题，然而，当在远离汇流条处检测到小裂痕时， 很有可能会将对于结晶交界处产生的暗部不会造成问题的裂痕判断成裂痕。因 此，这种场合，在远离汇流条处，可以不必检测小裂痕。
通过将缺陷部和非缺陷部二值化处理、强调后的图像进行可视显示，可以 目视判定缺陷。将缺陷部分和摄影图像重叠显示，可以通过目视对缺陷判断是 否合适进行确认或修正。此外，将缺陷根据类别的不同、用不同的色彩进行显 示，可以在确认缺陷类别后，对缺陷进行适当的判定。


图1是用于说明实施方式中本发明概略结构的方块图。
图2是表示本发明实施方式中照相机定位机构的详细结构图，(a)为平面
图，(b)为正面图，(c)为右侧面图。
图3是用于说明本发明实施方式中太阳能电池检査方法的流程图。 图4是用于详细说明图3中摄影图像处理S50的流程图。 图5是表示本发明实施方式中太阳能电池单元的示意图，(a)为原始摄影
图像，(b)是将缺陷强调显示后的图像与原始摄影图像重叠后的示意图。 图6是检查对象太阳能电池的单元，串，矩阵的说明图。 图7是显示检查对象太阳能电池的面板结构的剖面示意图。 图8是通过本发明实施方式的检查装置测量的太阳能电池单元的说明图。 图9是对检查对象太阳能电池板内单元的指状元件断线进行强调显示的示意图。
图10是对检查对象太阳能电池板内单元的裂痕进行强调 显 的示意图。 图11是对检查对象太阳能电池板内单元的欠缺进行强调显示的示意图。图12是表示多晶硅单元的摄影图像的示意图。
图13是根据单元摄影图像来判断暗部为裂痕的方法的说明图。
标记说明
10控制部
2 0存储器
2 8太阳能电池单元
30基准数据文档
40输入输出控制部
5 0照相机控制部
70测量电流控制部(电源部件)
75探针
8 0定位机构控制部
10 0检査对象(太阳电池板)
2 00解析部件
500照相机(摄影部件)
600显示部(显示部件)
900外部存储装置
具体实施例方式
以下，结合附图，对本发明的实施方式进行说明。图l是用于说明实施方 式中本发明的太阳能电池检査装置概略结构的方块图。图2是表示本发明实施 方式中太阳能电池检查装置的照相机和照相机驱动机构的详细结构图，(a)为 平面图，(b)为正面图，(c)为右侧面图。图3是用于说明本发明实施方式中 太阳能电池检查方法的流程图。图4是用于详细说明本实施方式的摄影图像处 理的流程图。图5是表示本发明实施方式中太阳能电池单元的摄影图像。图6 是检查对象太阳能电池内部的太阳能电池单元，串，矩阵的平面图。图7是显示 检查对象太阳能电池结构的断面图。图8是通过本发明实施方式的检查装置测 量的太阳能电池单元的结构说明图。图9、图10、图ll是对检查对象太阳能 电池单元的缺陷按缺陷类别进行强调显示的示意图。图12是表示多晶硅单元 的EL摄影图像的示意图。图13是根据单元摄影图像来判断暗部为裂痕的方法的说明图。
<1>检査对象(太阳能电池单元、太阳能电池板)
首先，对本实施方式的检查装置中作为检查对象的太阳能电池100进行说明。
如图6的平面图所示，作为检查对象100的太阳能电池板，是将多块四方 形的太阳能电池单元28、通过引线29串联连接后形成电池串25，然后，多 列电池串25通过引线29连接而构成。
本发明中作为检查对象100的太阳能电池，可以是由一块太阳能电池单元 28构成、也可以是多块太阳能电池单元28直线连接后形成的电池串25、或 者是多列的电池串25平行排布、太阳能电池单元28呈矩阵状配置后所形成的 太阳能电池板中任意一个。
如图7所示，作为检査对象100的太阳能电池板的剖面结构为设置在上 侧的背面板22和设置在下侧的透明盖玻璃21之间，通过充填材料23、 24夹 着多列的电池串25而形成的三明治式的构造。
背面板22,例如可以使用聚乙烯树脂等材料。充填材料23、 24，例如可 以使用EVA树脂(乙烯乙酸乙烯酯树脂)等。如上所述，电池串25，是通过 引线29连接设在电极26、 27之间的太阳能电池单元28而形成的。
所述的太阳能电池板，将上述部件积层后、通过层叠装置等进行真空加热 并加压、使EVA进行交联反应(架橋反応)、层叠加工后获得。
对四方形的太阳能电池单元28的例子进行说明。图8是从受光面观察太 阳能电池单元28的平面图。单元中，在薄板状的硅半导体的表面印刷有用于 作为取电电极的汇流条(bus bar)。此外，为了使电流高效地汇集到汇流条 上，在硅半导体的表面与汇流条垂直的垂直方向上印刷有被称为、、指状元件〃 (finger)的细导体。
另外，检查对象100可以使用通常被称为薄膜式太阳能电池。这种薄膜式 太阳能电池的代表结构例，如图7所示，是在配置于下侧的透明盖玻璃21上 预先蒸镀由透明电极、半导体、背面电极构成的发电元件。
这种薄膜式太阳能电池板中，透明盖玻璃设置在最下方，透明盖玻璃上的 太阳能电池单元上覆盖充填材料，再在充填材料上覆盖背面板，同样采用层叠 加工后获得。如此得到的作为检查对象100的薄膜式太阳能电池板，仅仅是将结晶型单 元换成了蒸镀型的发电元件，因此，基本的密封结构和上述的结晶型单元的情 况相同。
<2>太阳能电池单元的缺陷
太阳能电池单元的缺陷，根据其产生原因，可以分成数种类别。各类别的 缺陷有其形状特征。本发明将缺陷分为"指状元件断线"、"裂痕"以及"欠缺"。 然而，这些类别只是一个例子而己，也可以采用其他分类方法。
图9为指状元件断线的例图，显示由于指状元件断线所引起的暗部特征。 图9中，横向的多条细线表示指状元件。如图所示，在指状元件断线时，沿着 指状元件的方向产生长方形的暗部。
图10为裂痕的例图。裂痕是由于裂纹所引起的折线状缺陷。在汇流条附 近的区域M和区域N中，存在因在汇流条上软钎焊引线时产生的热变形所产生 的裂痕。这种由于热变形所引起的裂痕，具有尺寸比较小的特征。
相对于上述裂痕，因层叠加工时的压缩或运送中、以及模块制作工序中的 操作带来的负载和冲击力所引起的裂痕，并不限于汇流条附近的区域M和区域 N中、在区域L中也会发生。该裂痕比前述的由于软钎焊所引起的裂痕相比， 在尺寸上有变大的倾向。另外，由于半导体具有硬且脆的物理特性，虽然这些 裂痕有折曲部分，但有形状比较单纯的倾向。
图11为欠缺的例图。欠缺的特征是具有一定面积的暗部、在其一侧具 有裂痕。根据裂痕引起的半导体自身的分离情况的不同，暗部的形成方式也会 不同。如该图的Cl部分所示，若因裂痕导致半导体在一定长度上分离，则在 汇流条的相反侧出现具有一定面积的暗部。另外，如该图的C2部分所示，若 半导体的一部分完全脱落，则由于脱落的部分不发光，所以该部分成为具有一 定面积的暗部。另外，如该图的C3部分所示，半导体即使没有完全脱落但自 身分离，则从该裂痕到半导体端部的部分成为具有一定面积的暗部。这些具有 一定面积的暗部，暗部区域的暗度一般比较稳定，少有亮部和暗部复杂混杂的 情况。
有时在摄影图像中除了缺陷以外还会摄影到暗部。图12是多晶硅单元的 摄影图像的例子。该图像中，在单元的整个表面上分布的呈复杂形状的花纹状 的暗部并不是缺陷，而是在结晶的交界出形成的暗部。因此，在判定单元的优劣时，需要判别实际上非缺陷的暗部和因缺陷所引起的暗部。这就需要在后述 的各种图像处理和优劣判定基准上的工夫、来解决这个问题。 <3>本发明的太阳能电池检查装置的结构
如图1所示，本发明的太阳能电池检查装置概略结构的方块图中，10是 掌管本实施方式的整体控制并且执行本实施方式的太阳能电池优劣判定处理的 控制部，可由个人计算机系统等构成。由控制部10控制执行的程序和各种处 理数据存储在存储器20中。基准数据文档30中，登记有对作为检查对象的太 阳能电池板进行优劣判定的基准数据。
基准数据文档30中，登记了各检查对象的类别(单元/串/矩阵参照图 6)的设定值。登记的设定值中，例如，可以有以下
(1) 太阳能电池单元的发光条件
(2) 单元间隔(照相机的移动间距)
(3) 串/矩阵中的单元数(纵、横)
(4) 单元尺寸信息(汇流条位置、角的倒角、指状元件的配置、倾角位 置等)的设定信息
(5) 图像处理条件
(6) 摄影条件
(7) 各缺陷类别的数据(形状特征、长度以及面积的阈值等)
其中，单元尺寸信息可通过根据基本模式的埋孔方式和根据图形信息来设 定的方式这两个方法来设定。在根据图形信息设定时，图形信息可使用DXF、 BMP格式的文档；在根据埋孔方式设定时，有多个模式可供选择，例如，可以 选择汇流条的根数为一根、两根、三根等。
在本发明中，将缺陷按类别分为"指状元件断线"、"裂痕"以及"欠缺"。 根据以上说明的特征，在指状元件断线的场合，根据暗部的形状是否是沿指状 元件方向且呈长方形的形状来判定。在裂痕的场合，由于暗部是直线或折线形 成的，因此根据其形状是线状以及长度的阈值来判定。在欠缺的场合，如果暗 部的面积等于或大于阈值，则判定为欠缺。
输入输出控制部40，控制输入各种指示和优劣判定结果的键盘400等输 入输出装置。照相机控制部50，控制用于对作为检查对象100的太阳能电池 板进行图像摄影的太阳能电池摄影照相机500。显示控制部60，控制用于显示摄影图像的显示部600。测量电流控制部70,为经由探针75对作为检查对象 100的太阳能电池板施加一定电流(规定的正向电流)的电源部件。探针75 向太阳能电池板供给电流。定位机构控制部80，用于控制将照相机500运送 到并定位在摄影位置的照相机定位机构800。包括照相机定位机构800的照相 机摄影部的详细情况，如图2所示。外部储存装置900，用于保存单元的判定 结果。在以上的结构中，控制部IO、储存器20、基准数据文档30、输入输出 控制部40、显示控制部60以及外部储存装置900构成解析部件200。
在本实施方式的装置中，从测量电流控制部70经由探针75对作为检查对 象100的太阳能电池板供给规定的正向电流，从而使检查对象100作为EL(电 致发光)光源起作用，通过照相机500该发光状态进行摄影。由于摄影需要对 太阳电池板的各太阳能电池单元依次进行，因此，通过照相机定位机构800使 照相机位置对应每个单元移动。
由照相机500摄影的EL发光的发光光量，是波长为1000nm 1300nm 的微弱光线。在暗室中使其发光后，用照相机500对该微弱光线进行摄影。因 此，作为摄影用的照相机500，必须是对微弱光线具有良好感度的CCD照相机。 在本实施方式例中，使用浜松Photonics制造的C9299-02型Si-CCD照相 机。
以下，参照图2，对本实施方式的照相机摄影部500和照相机定位机构800 的结构和控制进行说明。图2详细显示了包含照相机定位机构800的照相机摄 影部500 (图中是太阳能电池摄影照相机)。
在照相机定位机构800中，立方体的箱形暗室810的平坦上表面811上， 安装有丙烯树脂等合成树脂或玻璃制成的透明板812。透明板812以外的部分， 由使光不能进入暗室810的遮光性材料构成。透明板812和检查对象100之 间的间隙需要由遮光件适当覆盖。不过，在将作为检查对象ioo的太阳能电池 搭载于上表面811上后，如果遮光部件能够完全覆盖含有检查对象100的上 表面811，则也可以将整个上表面811设置为透明板。上表面以外的四个侧面 和底面全部由遮光性部件构成。在上表面811上设有对检查对象100的运送 进行导向的一对导向部件814。
暗室810内部设置有照相机500以及在Y轴方向移动照相机500的Y轴 导向部830。在Y轴导向部830的一端设置有电动机832。通过电动机832的旋转，可以使照相机500在Y轴方向上前进或后退。
Y轴导向部830的两端分别支撑在X轴导向部840、 840上。通过电动机 842和两侧的同步皮带844、 844， Y轴导向部830可以在X轴导向部840、 840上沿X轴方向前进或后退。
在以上的结构中，X轴导向部840和840、 Y轴导向部830、电动机832 和842以及同步皮带844和844构成照相机500的驱动机构。在本实施方式 中，X轴导向部840禾B 840、以及Y轴导向部830，通过电动机832、 842 和滚珠丝杠驱动。驱动方式不限于上述实施方式，也可以使用各种线型调节器。
通过控制驱动机构的电动机832、 842的旋转，可以将照相机500在X-Y 平面内移动到任意位置、从而使对检查对象100各点的全面摄影成为可能。
作为检查对象100的太阳能电池，可以是由一块太阳能电池单元构成、也 可以是如图6所示的由多块太阳能电池单元28直线连接后形成的电池串25、 或者是多列的电池串25平行排布、太阳能电池单元28呈矩阵状配置后所形成 的太阳能电池板。用照相机500进行的摄影，可以对太阳能电池单元进行单块 摄影、也可以每次对数块电池单元进行摄影、或者对整块太阳能电池板进行摄 影。
作为检查对象100的太阳能电池板，是将太阳能电池单元28配置成一列 后、电气连接后形成的多个电池串25平行排列、太阳电池单元28纵横配置形 成的矩阵状结构。如图7所示，在最下侧配置透明盖玻璃21后，层叠有作为 充填材料的EVA(乙烯乙酸乙烯酯树脂)23、太阳能电池单元28、以及EVA 24, 在上侧配置树脂制的背面板22。随后，置于层叠装置中，在真空加热下加压， 使EVA发生交联反应后层叠形成层叠结构。从层叠装置运送出来的太阳能电池 板，通过传送带等运送到本发明的太阳能电池检查装置。运送来的太阳能电池 板，通过导向部件814、 814的引导，到达暗室810的上方。
如图2所示，到达暗室810上方的检查对象100，透明盖玻璃21向下停 止在暗室810的透明板812上，与探针75连接后，再与测量电流控制部70 相连。由于检查对象100比透明板812小，所以光从周围进入暗室内，因此， 用未图示的遮光部件从检查对象100上覆盖暗室810的上表面整体。另外， 透明板812和检查对象100之间的间隙需要被遮光件适当覆盖。
上述的遮光部件，是覆盖了暗室810的整个上表面的。然而，在太阳能电池板的场合，背面的树脂背面板22是不透明的，具有足够的遮光性能。而且， 暗室810的上表面811，除了透明板812之外、均由遮光性材料构成。因此， 当检查对象100比透明板812大、检査对象100完全覆盖透明板812时，不 需要遮光片。
然而，当检查对象100比透明板812小时，光线会从缝隙进入暗室810， 就有必要用遮光部件进行覆盖。最低的遮光范围是只要能覆盖透明板812和检 查对象100之间形成的镜框状空隙就可以。因此，遮光部件最低只要具有覆盖 该间隙的尺寸即可。
本实施方式中，太阳能电池不必在特制的暗室内检查，载置于如图2所示 的简单机构的装置中即可。另外，本实施方式中，只要具有图2所示的照相机
定位机构和计算机系统即可，因此，具有以下的长处。
本发明的太阳能电池检查装置可以在太阳能电池板等的生产工序中配置使 用。在太阳能电池板的层叠加工等通常的加工工序中，太阳能电池板的受光面 是朝下运送的。利用本发明的检査装置，可以将太阳能电池板的受光面向下、 放置在暗室810的上表面811上，没有必要将太阳能电池板进行翻转。因此， 在制造太阳能电池板等的制造工序中能够容易配置。
<4>太阳能电池板的检查流程
解析部件200，根据图3的流程图，对太阳能电池板进行摄像，检查缺陷。 首先，在步骤S1中，将作为检查对象100的太阳能电池板定位配置在图 2所示的暗室810的上表面811上。随后，在步骤S3中，将配置的检查对象 太阳能电池板的端子部和探针75连接，使测量电流控制部70能够向太阳能电 池板施加电流。
在随后的步骤S5中，控制部10控制定位机构控制部80，将照相机500 定位在太阳能电池板的最初摄影位置上。在步骤S7中，控制部10控制测量电 流控制部70，对作为检查对象的太阳能电池板100施加规定的正向电流、使 其EL发光。发光条件(通电电流值、通电时间等)根据检查对象的不同预先 设定后、登记到基准数据文档30中。由于单元的特性不同，单一的发光条件 有可能会使EL发光过多或发光不足；因此，在本实施方式中，对于一个摄影 条件，可以设定三组发光条件。
通过预先设定多个发光条件，在进行图像摄影时，如果发现摄影结果不良好时，根据情况改变发光条件后，可以从步骤S7再次重新执行处理。在以下 的说明中，省略关于再执行的说明。
在步骤SIO中，控制部10控制照相机控制部50，通过照相机500对EL 发光的太阳能电池单元28进行摄影，读取摄影图像后，写入例如存储器20和 外部存储装置900的规定区域。
在随后的步骤S12中，控制部10控制显示控制部60，将刚摄影得到的原 始图像从存储器20读出并显示在显示部600上。解析部件200，在步骤S50 中对摄影图像进行图像处理以及摄影图像信息的解析处理。此后，在步骤S16 中，根据步骤S50的图像处理结果，将判断为缺陷部分进行强调后的图像，通 过显示控制部6 0控制使其在显示部600显示。
此外，步骤S18是检查人员对强调显示后的图像进行手动判定的工序，其 详细情况将在后面的<7>中叙述。
在步骤S20中，控制部10将解析部件200对太阳能电池单元进行判定的 判定结果保存在例如外部存储装置900中。
接着，在步骤S22中，控制部10将分给每个检査对象100的太阳能电池 板中太阳能电池单元28的序列号进行逐步加计(count uP)(步进)。在随后 的步骤S24中，控制部10检查加计的序列号以及对检查对象100的太阳能电 池板中所有太阳能电池单元28的摄影和判定处理是否结束。如果对所有太阳 能电池单元的处理没有结束，则进入步骤S30，控制部10对定位机构控制部 80输出指令，控制照相机定位机构800，移动照相机500定位在下一个太阳 能电池单元的摄影位置。然后，进入步骤S7，对下一个单元进行摄影和判定处 理。
在步骤S24中，如果对所有太阳能电池单元28的判定处理巳经结束时， 则进入步骤S2S，进行<6>中的综合判定。随后，对各太阳能电池单元之间的 间隔等进行确认后，对作为太阳能电池板作为一个整体是否合格进行综合判定， 并将判定结果写入例如外部存储装置900的规定区域。至此，结束对一块太阳 能电池板的综合判定处理。
<5> S50摄影图像处理的详细说明
参照图4，详细说明图3中步骤S50所示的摄影图像处理。 图像处理首先从存储器20读取摄影到的太阳能电池单元28的图像，从太阳能电池单元28的图像中提取光量少的区域(暗部)。随后，将提取的暗部区 域或形状、根据图9、图10、图ll的太阳能电池单元的缺陷类别进行图像处 理。图像处理条件预先登记在基准数据文档30中，依次进行以下的处理。
解析部件200首先在步骤S52中，对从存储器20读取到的单个太阳能电 池单元28的图像数据进行定标(scaling)处理。因单元的特性不同，整体 的发光量会有差异。定标处理是对图像整体的亮度进行调整的处理，将最明亮 的部分正规化成某一亮度，能够以更恒定的条件进行比较检讨。
在随后的步骤S54中，执行太阳能电池单元的区域提取处理。该处理是将 太阳能电池单元的外周形状与预先设定并登记在基准数据文档30中的单元的 尺寸信息进行比照后、执行自动计算的处理。当太阳能电池单元28在位置以 及角度上存在偏差时，根据该处理也能准确地求取太阳能电池单元28的外周 形状、修正角度。通过对相邻太阳能电池单元28的连续摄影，可得知相邻单 元的配置状况，以判断其间隔是否适当。
在随后的步骤S56中，进行汇流条排除处理，即从摄影图像中将汇流条区 域排除后、进行单元优劣判定的图像处理。太阳电池单元中设置有汇流条，通 过和基准数据文档30中预先设定的太阳能电池单元的尺寸信息进行比照后， 进行自动计算，求出汇流条区域，将其排除以便进行太阳能电池单元的优劣判 定。根据该处理，即使太阳能电池单元的位置以及角度存在偏差，也能够准确 地求得汇流条区域。
在随后的步骤S58中，进行明暗修正处理。鉴于照相机500上安装的透 镜的特性，总是中心明亮、越向边上越暗。因此，通过该处理，对因照相机的 透镜特性而引起的亮度变化进行修正。
进行缺陷判定前，需要对画像进行亮部和暗部划分。将某一区域和其周边 的亮度的降低比作为阈值，进行判定该区域是否属于暗部。以下举例说亮部和 暗部的区分方法。
将摄影图像按预先确定的尺寸分割成小区域，求取每个小区域的平均亮度。 其后，在一个小区域内搜索亮部和暗部混杂部分，求取该小区域的亮度平均值。 如果有多个亮度相近的小区域，可以求取多个小区域的亮度平均值。亮部和暗 部复杂混在的部分，经过亮度平均后，亮部和暗部的差縮小，明暗分界消失。 此时获得的平均值被用作基准，决定明暗的阈值。平均值本身或比该平均值低少许的值(暗值)可以适当设定为"亮度"的阈值。如果亮度没有达到该亮度， 则该小区域被判定为"暗部"。
艮P,对于稳定的暗部(即被怀疑为"欠缺"的部分)而言，如果对小区域 进行平均化，其平均值明显变暗(变低)，因此，可以判定该小区域为暗部。
当上述小区域中稳定的暗部和其周围的亮部有交叉时，例如，小区域的一 部分明亮，其他部分变暗。这样，当小区域的一部分明亮，其他部分变暗时， 如果平均值大于上述阈值，则判断为亮部；如果平均值没有达到上述阈值，该 小区域被判断为暗部。综上所述，使用亮部和暗部复杂混杂的小区域的平均值 作为阈值，可以划分摄影图像的"亮部"和"暗部"。
上述的将摄影图像分成小区域、划分亮部和暗部的方法只是一例，用也可 以用其他方法划分亮部和暗部。例如，在数字摄影图像的场合，也可以将直线 排列的一定数目的像素作为小区域，或将由多个像素形成的小面积作为小区域 后，进行同样的亮部和暗部划分处理。此外，也可以根据目视选定亮部和暗部 复杂混在的区域，求取该区域的平均值后将其设定为阈值。另外，也可以将求 取阈值时的小区域的尺寸和在图像内划分亮部和暗部时的小区域的尺寸分开， 将划分亮部和暗部时的小区域的尺寸设得比求取阈值时的小区域的尺寸小些。
通过适当执行定标处理和明暗修正处理，将多个太阳能电池单元各自的亮 度均等调整后，可以使用同一阈值对多个太阳能电池单元进行检査。
将"亮部"设为"0"、"日音部"设为"1"等二值化处理，可以将图像的明 暗进行强调显示。
通过以上处理，虽然可以将照相机的摄影图像以小区域划分为亮部和暗部， 然而，在这个阶段仅仅是进行了亮部和暗部的划分而已，尚未进行缺陷的判定。 缺陷的判定，如下所述进行。
首先，将缺陷进行分类。本实施方式将"缺陷"分为"指状元件断线"、 "裂痕"以及"欠缺"这三种类别。然而，这三种类别只是一个例子而已，也 可以包含其他的缺陷类别。同上所述，各类别缺陷的形状、长度以及面积的阈 值，预先存储在基准数据文件30中。
在步骤S60中，进行缺陷类别之一的欠缺检测处理。欠缺检测处理是将在 单元周边部存在的具有面积的暗部中、面积超过面积阈值的暗部作为欠缺提取 的处理。如图11所示，原因是缺陷的欠缺所产生的暗比有稳定变暗的倾向。相对于此，如图12所示，成因是非缺陷的暗部中，暗 部分和亮部分复杂混在。从上述的阈值求取方法可以得知，该部分一般被判断 为亮部。然而，根据所设定的小区域的尺寸，也有可能被判断为暗部，但是由 于暗部的面积没有超过闺值，因此，不会被判定为欠缺。
判定为"欠缺"后，通过将与欠缺对应的"暗部"设为"1"，其周围的"亮 部"设为"0"等二值化处理后，可以在步骤S16中将所示的缺陷部分强调后， 显示判定图像。图11是将"欠缺"进行强调显示的一例。被判定为"欠缺" 的暗部，可以用和缺陷类别相对应的颜色进行显示。
此外，用解析部件200自动判定缺陷时，只需将图像数据中的亮部和暗部 进行二值化处理即可，无需将图像在显示器等上显示。然而，将图像在显示器 上显示，可以目视确认判定的进行状况。
在随后的步骤S62中，进行指状元件断线检测处理。该处理是将单元内 部具有某一定面积以上的暗阴影的面积部分作为指状元件断线所引起的暗部的 检测处理。该处理中也可以进行与欠缺检测中相同的亮度平均化处理，从而提 取稳定的暗部。指状元件断线的暗部，其特征为具有沿着指状元件的方向的 长方形形状。因此，将与预先设定在基准数据文档30中的指状元件的方向一 致且形状与长方形近似的暗部判定为指状元件断线。
通过将"亮部"设为"0"、"暗部"设为"1"等二值化处理，可以将图像 的明暗进行强调显示。由此，可以在步骤S16中将所示的缺陷部分强调后，显 示判定图像。图9是将指状元件断线进行强调显示的图。对于被判定为指状元 件断线的暗部，可以用与缺陷类别相对应的颜色(和表示欠缺时所用的颜色不 同的颜色)进行显示。为了有效发现指状元件断线，优选是将上述的小区域设 定成正方形，其边长小于该指状元件和相邻指状元件之间的距离。
在随后的歩骤S64中，进行裂痕检测处理。根据上述的亮部和暗部的区别 方法，对暗部进行识别。将指状元件断线以外的具有一定长度以上的线状暗部 检测为裂痕。裂痕引起的暗部，通常是有折曲的线段，其形状比较单纯。以下， 参照图13，对裂痕的判断方法进行说明。
裂痕的暗部构成如下所述的比较单纯的线段集合。在裂痕检测的处理中， 将裂痕引起的折线状暗部(I) (II)(工I工)识别为一个裂痕，将这些长度合 计后作为该裂痕的长度。另外，折曲角度e是90'以上的钝角是其特征之一。仅有裂痕引起的暗部的情况下，只需通过观察各个暗部的连接处(接合点)是 否已经连接(接合)，就能够判定各个暗部是否为一个暗部的一部分。
如"<2>太阳电池单元的缺陷"中所述，摄影图像有可能存在裂痕引起的 暗部以外的暗部。作为代表例可以举出由于结晶粒界等内在原因造成的缺陷。 当其与裂痕引起的暗部的结合点重合时，仅通过对线的接合进行观察，无法准 确把握裂痕整体的情况。然而，这样的暗部可以通过升温进行縮小。但升温需 要时间，本发明未采用该方法。本发明根据以下所述方法进行判断。
如图13所示，裂痕引起的暗部具有比较单纯的形状(接合点以钝角折曲)， 因此，可以认为各线段具有近乎相同的方向。于此相反，裂痕以外的暗部方向 是随机的，与裂痕的方向一致的概率较低。
判定在暗部的接合点连接的下一个暗部时，如上所述，将与目前为止的暗 部方向接近的暗部优先判定为下一个暗部，则能够容易把握裂痕的整体。也可 以采用长度的阈值进行判定。
在生成用于强调显示判定结果的强调图像时，对判定为裂痕的暗部及其周 边的亮部进行二值化处理显示。也可以根据缺陷类别，用相对应的颜色进行显 示。通过以上处理，实现步骤S16的显示处理。
如"<2>太阳电池单元的缺陷"中所述，摄影图像有可能存在裂痕引起的 暗部以外的暗部。这种暗部中的亮部分和暗部分复杂混在，原则上可以采用上 述的亮度平均化法进行处理。然而，由于存在比明暗阔值更暗的部分，该部分 有可能被判断为暗部。此外，裂痕是根据其是否等于或超过具有规定的长度来 判定的，如果降低了该长度的阈值，那么裂痕以外的暗部有可能被误判为暗部。 另外，即使是小的裂痕也会引起问题，因此， 一概地升高阈值是不适当的。本 发明根据以下判定基准判定裂痕。
裂痕的判定基准中，预备有和太阳能电池单元的区域特性相对应的二种基 准。如图10所示，将太阳能电池单元划分为汇流条附近的区域(区域M、区 域N)和除此之外的区域L。第一判定基准，其适用对象为因层叠加工时的压 缩和运送中、以及模块制作工序中的处理时的负载和冲击力所引起的裂痕。这 类裂痕在区域M、区域N以及区域L中都会发生。如果将这类裂痕的长度阈值 减小的话，裂痕以外的暗部也会被判断为裂痕。尤其是区域L，这样的裂痕很 容易被作为噪音(noise)检出。因此，为了正确提取大的裂痕，优选是将长度阈值增大，从而只提取尺寸大的裂痕。
第二判定基准适用于区域M和区域N。在这两个区域产生的裂痕，多数是 在汇流条上软辉锡引线时产生的小尺寸的裂痕。因此，对于区域M和区域N， 将裂痕的长度阈值设小，以便可以检出小尺寸的裂痕。
通过使用第一判定基准将长度较长的线状暗部判定为裂痕，可以将裂痕以 外的暗部排除，从而准确提取裂痕。通过使用第二判定基准将长度较短的线状 暗部判定为裂痕，可以提取到小尺寸的裂痕。
区域M和区域N的尺寸，原则上是相同的，也可以是彼此不同的。此外， 区域M和区域N中的裂痕长度阈值也可以彼此不同。
如上所述，太阳能电池单元的优劣自动判定处理，是判定"欠缺"、"指状 元件断线"和"裂痕"的有无。此时，虽然是暗部、但由于面积较小或长度较 短等理由没有被判断为缺陷的部分，被作为亮部处理，可以减少噪音。
在步骤S66的自动判定处理中，将由各检测处理提取的各"欠缺"、"指状 元件断线"、"裂痕"的大小(面积、长度)、个数与预先设定的阈值进行比较， 判定太阳能电池单元的优劣。在随后的步骤S68中输出判定结果。
如果没有上述缺陷，则判定该太阳能电池单元为合格品。上述缺陷被检出 时，以检测出来的"欠缺"、"指状元件断线"和"裂痕"的信息为基础、将单 元进行优劣分级。
分级基于以下的项目进行判定。(1)检测到的"欠缺"的面积合计、(2) 检测到的"指状元件断线"的面积合计、以及(3)检测到的"裂痕"的长度 合计这三个项目，与预先设定的阈值进行比较，来决定每个项目的级别。级别 例如可以设定为A、 B、 C、 D、 E这五个级别，其中，A为最优级别，E为最低 的级别。判定为存在缺陷的单元，被自动判定为最劣级别，即分类到E中。单 元级别在规定级别以下时，被判定为不良(NG)。所述的规定级别可以任意设 定。所述判定基准也可以自由设定，将规定面积以上的暗部设为"欠缺"或将 规定长度以上的暗部设为"裂痕"，在近期内如果退化加剧，仅通过一方即有可 能判定该太阳能电池单元属于不合格品。
<6>综合判定S26
在检査对象为单元单体时，单元的判定结果直接作为产品的综合判定结果。 在检查对象为串、矩阵时，产品优劣的综合判定按照以下顺序进行。虽然以各太阳能电池单元的判定基准为基础进行判定，但是对于分级后的 各级别的太阳能电池单元，还需根据各级别的太阳能电池单元个数进行综合判 断。例如，设定级别以下的太阳能电池单元的个数在设定值以上时，判断为不 良。判断基准例如可以如下设定如C级别以下的单元在5枚以上、D级别以 下的单元在3枚以上、E级别以下的单元在l枚以上的任一种情况下，产品被 判定为不良等。
<7> S18检査人员的手动判定
本实施方式的太阳能电池缺陷检査装置，从摄影到缺陷判定可以自动进行， 在解析摄影图像后、判定有问题存在时，还可以将摄影图像或暗部在显示器等 的显示部上进行强调显示。因此，可以停止太阳能电池缺陷检査装置的自动判 定，在图3的S18中，检査人员使用该功能，通过观察显示部进行手动判定。 检查人员进行的手动判定，如下进行。
在图3的步骤S18中，检査人员通过观察强调显示的图像进行优劣判定， 并将判定结果的指示通过键盘400输入。另外，当显示部600为触摸屏时， 也可以通过触摸显示部6 00的显示画面进行指示输入。
本实施方式的检查装置中，为了使检查人员可通过显示部对摄影图像进行 确认、判断优劣，判定功能的"有效/无效"、自动判定功能的"有效/无效"， 手动判定功能的"有效/无效"可以手动设定。检查人员对串、矩阵产品进行 检査，当检査人员判断对所有太阳能电池单元的判定己经结束时，按动"产品 判定完成"按键，进行下一个太阳能电池板的检查。
<8> S16强调图像处理
关于本实施方式步骤S16中对缺陷部分进行强调后的判定图像的例子，图 9是指状元件断线例、图10是裂痕例、图ll是缺陷例。在所述图中，缺陷和 非缺陷部分经二值化处理后进行显示。此时，非缺陷部分被显示为"亮"。
和上述显示方法不同的例子，如图5所示。其中，图5 (a)是原始的摄 影图像。图5 (b)是在缺陷强调显示的图像上、重叠图5 (a)的原始摄影图 像后的示意图。这样，在检查人员手动判定时，可以观察对比两方图像进行判 断，从而可以简单且确实地判别单元摄影图像的优劣。此外，变更自动判定中 的阑值，也可以使自动判定更加准确。
权利要求
1、一种太阳能电池检查装置，用于判定太阳能电池中太阳能电池单元的优劣，包括电源部件，其对作为检查对象的太阳能电池单元通电；摄影部件，其对由所述电源部件通电后的所述太阳能电池单元所发出的发射光进行摄影；以及解析部件，其对由所述摄影部件摄影到的所述太阳能电池单元的摄影图像进行解析，其中，所述解析部件，对由所述摄影部件摄影到的太阳能电池单元的摄影图像中明暗混在部分的平均亮度求取阈值，根据该阈值对摄影图像中的亮部和暗部进行划分，通过二值化处理亮部和暗部对其进行强调显示，判定每个太阳能电池单元是否存在缺陷。
2、 根据权利要求l所述的太阳能电池检査装置，其特征在于 所述解析部件，预先对所述缺陷进行分类，通过将所述暗部的形状和预先登记的缺陷类别进行比较来判断缺陷的有无以及类别；通过将判断为缺陷的部 分和非缺陷部分二值化处理而进行强调显示。
3、 根据权利要求2所述的太阳能电池检查装置，其特征在于 所述解析部件，仅对太阳能电池单元的规定区域判断是否存在特定类别的缺陷，不对其他区域判断是否存在特定类别的缺陷。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池检查装置，其特征在于还包括显示部件，其用于可视显示二值化处理后的所述缺陷部分和非缺陷 部分。
5、 根据根据权利要求4所述的太阳能电池检查装置，其特征在于 将被判断为缺陷的所述部分与所述摄影图像重叠后，在所述显示部件上可视显示。
6、 根据根据权利要求4或5所述的太阳能电池检查装置，其特征在于 所述缺陷，根据其类别的不同、用不同的颜色进行显示。
7、 根据根据权利要求1至6中任一项所述的太阳能电池检査装置，其特 征在于所述摄影部件，对多个太阳能电池单元进行连续摄影；所述解析部件，根据太阳能电池单元的摄影图像、还对其相邻单元的配设 状况进行优劣判定。
8、 一种太阳能电池缺陷判定方法，包括通过电源部件对作为检査对象的太阳能电池单元进行通电的工序；所述通电使所述太阳能电池单元产生发射光，通过摄影部件对每个太阳能 电池单元所发出的发射光进行摄影的工序；对由所述摄影部件摄影到的太阳能电池单元的摄影图像中明暗混在部分的 平均亮度求取阈值的工序；以及根据该阈值对摄影图像中的亮部和暗部进行划分，通过二值化处理亮部和 暗部对其进行强调显示，判定每个太阳能电池单元是否存在缺陷的工序。
9、 根据根据权利要求8所述的太阳能电池缺陷判定方法，其特征在于 所述解析部件，预先对所述缺陷进行分类，通过将所述暗部的形状和预先登记的缺陷类别进行比较来判断缺陷的有无以及类别；通过将判断为缺陷的部 分和非缺陷部分二值化处理进行强调显示。
10、 根据根据权利要求8或9所述的太阳能电池缺陷判定方法，其特征在于仅对太阳能电池单元的规定区域判断是否存在特定类别的缺陷，不对其他 区域判断是否存在特定类别的缺陷。
11、 根据根据权利要求8至10中任一项所述的太阳能电池缺陷判定方法， 其特征在于所述太阳能电池单元的摄影是对多个太阳能电池单元进行的连续摄影；根 据太阳能电池单元的摄影图像、还对其相邻单元的配设状况进行优劣判定。
12、 根据根据权利要求8至11中任一项所述的太阳能电池缺陷判定方法， 其特征在于所述缺陷部分和非缺陷部分经二值化处理后进行可视显示。
13、 根据根据权利要求8至12中任一项所述的太阳能电池缺陷判定方法， 其特征在于同时显示经二值化处理的所述缺陷部分和非缺陷部分的图像、以及太阳能 电池单元的摄影图像。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池检查装置以及太阳能电池缺陷判定方法，其通过向太阳能电池通电使其产生EL发光、根据发光状态检查是否存在缺陷等，从而判定太阳能电池的优劣。所述装置向太阳能电池单元供给一定的电流、使其产生EL发光(S7)，对每个太阳能电池单元发出的发射光进行摄影(S10)，根据阈值对摄影到的单元图像进行明暗部划分、二值化处理后强调显示。对太阳能电池的缺陷按类别分类后，将暗部的形状和各类别的缺陷进行比较解析(S50)判定是否存在缺陷，从而对太阳能电池的优劣进行判断。对判定有问题的缺陷部分可进行可视显示(S16)。
文档编号G01R31/36GK101620257SQ20091015099
公开日2010年1月6日 申请日期2009年7月1日 优先权日2008年7月1日
发明者涩谷俊绪, 笠原昌人 申请人:日清纺控股株式会社