太陽光パネルのEL検査：インライン方式とオフライン方式の比較

簡単な回答： エレクトロルミネッセンス検査は、完成したモジュールの内部を確認できる唯一の検査工程であり、ライン上のどこに検査ステーションを配置するかによって、どの欠陥をまだ検出できるかが決まります。インラインELは生産フローの一部としてすべてのモジュールを撮像するため、欠陥は検出できますが、モジュールはすでに封止されているため手直しはできません。オフラインELは、より長い露光時間とより高い解像度を備えた別のチャンバーを使用し、次の工程に進める前にストリングまたはモジュールを検査できるため、手直しが可能になります。使用される装置はOEL-CCD2400およびOPT-M950Bクラスにわたり、解像度は約0.1 mmまで、チャンバーサイズは約1400 mmから2500 mmです。インラインELのみを運用するラインでは、欠陥は見つかりますが、より多くが廃棄されます。

EL検査は、完成したモジュールの内部を見ることができる唯一の検査工程です。ステーションをどこに設置するかで、修正コストがまだ安い段階でどの欠陥を検出できるかが決まります。ストリンガー後のインライン、ガラスステージ上のオフライン、またはストリングレベルです。

PVモジュール製造 · 検査・品質管理 · by Jerry, Ooitech

1. EL検査がモジュールラインで実際に証明するもの

図1：モジュールレベルのEL検査ステーション。左のモニターはエレクトロルミネッセンス画像を表示し、右はモジュール自体を表示するため、オペレーターは暗い領域を物理的なセルと照合できます。

エレクトロルミネッセンス検査は、セルに順方向電流を流します。損傷のないシリコンセルは、導通の良さに比例して赤外光を放出します。ひび割れ、汚染、またははんだ付け不良の領域は、放出が少ないか、まったくありません。赤外線カメラがその発光を撮像し、得られた EL image はすべてのセルの内部状態を一度に示します。

生産ラインでは、これによりEL検査が6つの欠陥クラスの主要なゲートとなります：

仕様を書く前に理解しておくべき2つの限界があります。EL検査は電力出力を測定しません。それは IV tester with a sun simulator, の役割であり、2つの機械は異なる問いに答えます。また、EL検査はアルミフレームの背後やジャンクションボックス下を見ることはできません。そこでは赤外線発光が遮断されるためです。これらの領域で検査が必要なものは、フレーミング前に確認する必要があります。

2. インライン、オフライン、ストリングレベル：ステーションの設置場所

ELステーションを設置できる場所は3つあり、それらは互換性がありません。Ooitechは3つすべてのユニットを製造しており、技術データシートはトレードオフを直接説明しています。

設置場所が何を検出するかを決め、カメラの性能ではありません。

図2：モジュールクリーンルーム内のインラインELステーション。コンベアはオペレーターの手を介さずにモジュールを撮像位置まで搬送し、これによりテストを20秒サイクル内に保つことができます。

Ooitechのラインナップのオフラインユニットは、監視ポイントを before or after laminating, と記載しており、自動OPT-M950Bはレイアップ前後の両方に万能であると説明されています。この柔軟性は見た目以上に重要です。1台の機械でインラインプロセスチェックと最終品質ゲートの両方を担うことができ、その代償はオペレーターがモジュールを扱うことです。

3. カメラ台数、解像度、サイクルタイム

これら3つの数値は通常、仕様リストとして引用されます。実際には、それらは1つの決定です：どのくらい小さな欠陥を、どの生産速度で証明する必要があるか。

図3：オフラインEL欠陥テスター。モジュールはオペレーターによってガラスステージに載せられるため、このステーションはラインのタクトタイムに縛られない。これは手直しループや混在バッチサイズに適している。

OPT-M950Bはオフライン機とは異なる方法で精度を実現する。モジュールが3つの位置をインデックス移動する間、4台のカメラが上方からモジュールを撮像し、ソフトウェアが撮像画像を1つのシームレスな画像にスティッチングする。だからこそ8カメラ機がEL画像で0.5 mm/ピクセル、可視画像で0.1 mm/ピクセルを維持しながら≤20 sのサイクルを保てるのである。

実用的な問題は、どちらの機械がより多くのカメラを持つかではない。それは： 顧客の受入検査で見つけられる最小のクラックは何か？ その数値をミリメートルで把握すれば、カメラ数と配置はそこから導き出される。5 mmのクラックを検出するために24 MPを購入するのは、決して請求できない能力にお金を使うことになる。

4. EL画像が時々おかしく見える理由

これは当社自身のELサービス履歴で最も多いサポートトピックであり、カメラ故障であることはほとんどない。EL画像が劣化するとき、原因は通常5つの設定または機械的条件のいずれかである。よくある症状は、画像が暗い、白っぽい、セル間で不均一、またはモジュールの一部が欠けている、である。

2つの習慣でこの種の問題のほとんどが解消される。第一に、ライブで調整してそのまま進むのではなく、稼働するすべてのモジュールタイプに対して保存済みレシピを作成すること。そうしないと、第2および第3シフトが同じ調整を繰り返すことになる。第二に、照明ユニットをチェック間隔付きの消耗品として扱うこと：片側が暗くなったLEDは、プロセス欠陥に見えるが照明欠陥である画像を生成する。

5. 見積もりを依頼する前に送るべきもの

ELテスターのサイジングは予算ではなくモジュールによって決まる。以下の6項目を含む問い合わせには、具体的なモデルと確定した構成で回答できる；「ELテスターが必要です」とだけ言う問い合わせにはできない。

1つの項目はオプションだが早めに決める価値がある：MES統合。OPT-M950Bは各EL画像をモジュールバーコードの下に保存し、ソフトウェアのバーコード照会と日付照会により、それをMESにアップロードできる。トレーサビリティが顧客要件であるなら、設置後ではなく見積もり段階でそう伝えること。

6. ELステーションをラインの他の部分に適合させる

図4：ストリングレベルEL検査は、封止材が欠陥を永久的にする前に、クラックまたは冷間はんだ付けされたセルを捉える。ライン上でそれを見つける最も安価な場所である。

ELテスターが単独で稼働することはない。それはその仕事ができるかどうかを決定する機械の間に位置し、そのうち2つが他よりも重要である。

上流のストリンガー。 EL検査で見つかるクラックのほとんどは、ストリンギング時またはその直後のハンドリング工程で発生します。ストリンガーが冷半田接合やセルクラックを一定の割合で発生させる場合、ELテスターはそれらを正確かつ継続的に報告しますが、クラックを減らすことはできません。ストリンガーの修理は別のプロジェクトであり、ELデータはその修理が効果的だったかどうかを示すものです。

下流のIVテスター。 ELとIVは異なる問いに答えるものであり、モジュールが一方に合格しても他方に不合格となることがあります。クラックの入ったセルでもフラッシュテストでは許容範囲の電力を出力することがあります。また、正しい電力を持つモジュールでも、フィールドで進展するクラックを含んでいることがあります。両方を運用するラインでは、通常ELをラミネーションの前または後に配置し、 IV曲線測定 をフレーミングとキュアの後に配置するため、モジュールのバーコードごとに2つの結果を比較できます。

ラインがまだ仕様検討段階であれば、設備リストが確定する前にシーケンスを決める方が容易です。当社の 太陽電池パネルライン上の機械の概要 では、各検査ステップが通常どこに位置するかを説明しています。

7. FAQ

EL検査はストリンガーに組み込めますか、それとも別のステーションが必要ですか？

一部のストリンガーには統合ELオプションがあり、レイアップ前にストリングを検査します。これによりクラックや半田付け不良のセルを早期に検出できますが、ラミネートされたモジュールはまだ存在しないため検査できません。品質ゲートが完成したラミネートにある場合、別のステーションが依然として必要です。実際には多くのラインがストリングレベルの検査とモジュールレベルのELテスターを運用しており、両者は異なるものを検出します。

EL画像が正しくありません。リモートで調整できますか？

通常は可能です。露光時間、注入電流、ゲイン、グレースケール、モザイクパラメータはソフトウェア設定であり、自動機は高電流テストと低電流テストを選択可能な機能として提供しています。画像、バーコード、保存されたレシピ、現在の設定を送っていただければ、通常は訪問なしで調整できます。機械的な問題はリモートでは解決できません。モジュールの位置合わせ、消灯したランプ、損傷したケーブルなどです。

設定を調整したら、ほとんどの画像がおかしくなりました。何を確認すべきですか？

変更が現在のモジュールタイプのレシピとして保存されたか確認してください。ライブで適用された設定は次の製品がロードされると失われ、次のシフトはしばしば異なる開始点から再調整します。モジュールタイプごとに1つの保存済みレシピを作成し、名前を付けてロックしてください。

コンピュータを再起動した後、CCDとELカメラの両方がエラーを報告します。どうすればよいですか？

サポートに連絡する前に確認すべき2つの点：各カメラケーブルが両端でしっかり差し込まれていること、カメラ後方の照明ユニットが点灯していることです。1つのLEDアレイが切れていると、カメラは依然としてエラーを報告し、その側の画像は暗くなります。どのカメラが失敗し、ランプが点灯しているかを報告してください。それにより、1つのメッセージでケーブル障害と照明障害を区別できます。

ELテスターはどのモジュールサイズに対応できますか？

モデルによります。自動OPT-M950Bは長さ1650～2500 mm、幅992～1400 mmのモジュールに対応しており、一般的な60セル1650 × 992 mmおよび72セル2500 × 1400 mmフォーマットを含みます。OEL-S2400は最大2500 × 1400 mm、6カメラのOEL-CCD2400は最大2600 × 1500 mmに対応します。従来型、両面ガラス、薄膜、ハーフセルモジュールはすべてラインナップ全体でサポートされています。

1台の機械でELと外観検査の両方を行えますか？

自動8カメラOPT-M950Bは可能です。4台のカメラがエレクトロルミネッセンスを撮像し、4台が可視光で撮像し、同じパスでソフトウェアが両方をモザイク処理します。これにより、1回のハンドリングサイクルで内部欠陥画像と表面画像が得られます。より小型のオフラインユニットはELのみを撮像します。

機械が検出できる最小の欠陥は何ですか？

OPT-M950BはEL画像で0.5 mm/ピクセル、外観画像で0.1 mm/ピクセルと規定されています。実用的な検出限界はそのピクセルサイズと周囲のセルに対する欠陥のコントラストによって決まるため、複数のピクセルにまたがるクラックは信頼できますが、1ピクセル内に収まるヘアラインは信頼できません。これが、証明すべき最小欠陥をミリメートルで問い合わせに記載すべき理由であり、カメラ数から推測すべきではありません。

画像はトレーサブルですか、また当社のMESに送れますか？

はい。自動機はモジュールバーコードを認識し、各EL画像をそのバーコードで命名・保存し、MESインターフェースをサポートします。ソフトウェアはバーコード検索と日付検索も提供するため、出荷後もモジュールをその画像まで追跡できます。

設置要件と保証条件は何ですか？

自動OPT-M950BはAC220 V / 15 A、0.6～0.8 MPaの圧縮空気、+15 °C～+40 °C、湿度10～75%の動作環境を必要とし、占有寸法は2800 × 2260 × 1415 mmです。6カメラのオフラインユニットは220 V / 50 Hz / 1 PH、20 Aを消費します。半自動ELユニットの保証は、設置成功後1年間または船荷証券日から16か月のいずれか早い方で、期間中は保守用スペアパーツが無償で提供されます。消耗品およびスペアパーツの宅配費用は含まれません。

最終的な考察

モデルを比較する前にELステーションをどこに配置するかを決めてください。配置によって、まだ安価に修正できる欠陥が決まるからです。次に、顧客の検査で見つかる最小欠陥をミリメートルで書き留め、その数値でカメラ構成を決定してください。モジュール寸法、セル技術、監視ポイント、タクトタイム、設備データをお送りいただければ、一般的なパンフレットではなく、具体的なモデルと構成をご提案します。

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参考文献と背景データ

このトピックに関する公開参考資料で、業界の技術ロードマップと市場データを維持する組織によって発行されています：

• Fraunhofer ISE — 太陽光発電レポート
• 米国エネルギー省 — 太陽光発電
• VDMA — 太陽光発電国際技術ロードマップ（ITRPV）