現在位置:Home > サービス一覧 > 解析(故障/良品)・観察・分析 > 太陽電池の良品構造解析


解析(故障/良品)・観察・分析

太陽電池の良品構造解析例

化石燃料は今後数十年で枯渇し、太陽熱、地熱、バイオエネルギーや燃料電池によって必要なエネルギーを賄わなければならない時代になるといわれています。環境にやさしい次世代エネルギーとして、バイオエタノール、燃料電池、太陽電池等があげられますが、今後、太陽のエネルギーを電気に変える太陽電池の普及は急速に拡大されると予想され、日本は、世界でもトップクラスの太陽光発電技術を有する国でもあり、その導入量のさらなる増加が期待されています。 当社では太陽電池の構造をOKIエンジニアリング独自の良品構造解析技術「LSIプロセス診断」を応用し、詳細に検査・解析することで製品の品質評価を実施、機種選定、メーカー選定に有効な信頼性情報をご提供いたします。

太陽光発電の仕組み

太陽電池は半導体の一種でPV(Photovoltaic)と呼ばれ、太陽の光が入射したときの日射量に応じて電気を起こす半導体です。発電した電気をためる電池の機能はありません。太陽からのエネルギーを直接電気に変換します。太陽電池に光が当たると、P型半導体の(-)電子がN型半導体(+)のホールに移動し、不安定な状態になったN型半導体の自由電子(-)が導線を伝ってP型半導体に向かって移動することにより、電流が流れます。

太陽電池のしくみ
太陽光発電の仕組み

太陽電池パネルの構成(太陽電池アレイ・モジュール・セル)

太陽電池として使用できる最小の単位(セル)をつなぎ合わせ、ガラスやプラスチックで保護して、設置しやすくしたものを太陽電池パネルもしくは太陽電池モジュールと呼んでいます。家の屋根等に設置されているものはモジュールを並べたものでアレイと言います。太陽光発電システムとして製品化されている太陽電池の種類には多結晶シリコン型・単結晶シリコン型・薄膜系シリコンアモルファス・CIS系等があります。

太陽電池モジュール、セルの説明図
太陽電池パネルの構成

太陽電池の良品構造解析例

太陽電池セル中の欠陥から、外部引き出し電極の欠陥、電極からモジュール外までの接続構造の欠陥、さらにはセル封止材の構造異常等、、OKIエンジニアリング独自の良品構造解析技術「LSIプロセス診断」を太陽電池に応用して解析、品質評価いたします。

太陽電池モジュール、セルの構造解析不具合例図
太陽電池モジュール、セルの欠陥、構造、形成不具合例

太陽電池モジュールの外観検査例

太陽電池モジュールの外観検査で、内部に汚れが観察されました。集電電極の僅かな欠損はモジュールの品質に大きな影響を与えないが欠損密度が高い場合、製造品質に疑問が持たれることがわかります。

  • 太陽電池モジュールの外観検査例
    内部に汚れが観察される
  • 太陽電池モジュールの外観検査例
    集電電極に欠損が観察される

モジュールのX線検査例

モジュール外への電力取り出し部は充填樹脂が開口し、水分進入経路となる可能性が高いことが予測されます。インターコネクタ部にボイドが観察されることから水分進入により腐食した場合、オープン故障につながりやすくなります。また、配線の引き回しが悪く、配線間距離が近いことが観察され、水分進入によりマイグレーション等の不具合発生の要因となり得ると推測できます。

  • モジュールのX線検査写真
    単結晶シリコン型のX線検査
  • モジュールのX線検査拡大写真
    インターコネクター部にボイドが観察される配線の
    引き回しが悪く、配線間距離が近い

断面構造検査(組み立て構造)例

太陽電池モジュールは長期にわたって大きな温度ストレスにさらされるため、インターコネクタ部のはんだ接続性が経年劣化する可能性が高く、 初期状態での接続性が悪いと長期信頼性に影響を与えるため、注意が必要です。

  • 断面構造検査(はんだムラの観察)
    インターコネクター部にはんだムラが観察される
  • 断面構造検査(ハンダクラックの観察)
    インターコネクター部にハンダクラックが観察される

超音波探傷検査(組み立て構造)例

超音波探傷検査(組み立て構造)

充填剤とセル界面に剥離が発生すると剥離面での光の反射や散乱が発生します。また、水分進入経路ともなるため重大な欠陥となると考えられます。

セル表面検査(セル構造)例

セル本体は薄型化が進み、割れやすくなっています。アセンブリ工程で微細なクラックが発生した場合、充填樹脂越しでは検出が難しくなります。樹脂除去後、表面検査を行うことで微細なクラックが検出可能です。

  • 電極形成状態観察写真
    電極形成状態に異常は観察されない
  • 表面状態観察写真
    表面状態に異常は観察されない

セル断面検査(SEM)例

セル内部の接合部には形成時のストレスにより結晶欠陥が発生しやすくなります。欠陥部はリークパスとなる可能性があり、確認する必要があります。

  • BSF層写真
    BSF層に結晶欠陥痕が観察される
  • BSF層写真
    BSF層にアロイスパイクが観察される

セル断面検査 エネルギー分散型X線分光法(SEMーEDX分析)例

エネルギー分散型X線分光法(SEMーEDX分析)はSEMにEDXを付属し、電子線照射により発生する特性X線を検出し、エネルギーで分光することによって、元素分析や組成分析を行う手法です。面分析による元素分布の可視化が可能になり、異常層、残渣の成分特定ができます。

SEM-EDXによる元素分布状況
GIGS系 SEM-EDX分析 元素分布状況

TEMによる断面構造検査(セル構造)例

セルの積層構造はナノメートルオーダーで制御されています。各層が基準どおり作られているかが重要となります。


  • a-Si層中にSi結晶クラスターが
    観察される

  • 異常は観察されない

  • 異常は観察されない
解析(故障/良品)・観察・分析のお問い合わせ先
WEBからのお問い合わせ:お問い合わせフォームはこちら
電話:03-5920-2354

ページの先頭へ