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欠陥診断装置

国内特許コード	P140011016
整理番号	S2014-0755-N0
掲載日	2014年10月8日
出願番号	特願2014-064326
公開番号	特開2015-188273
登録番号	特許第6312081号
出願日	平成26年3月26日(2014.3.26)
公開日	平成27年10月29日(2015.10.29)
登録日	平成30年3月30日(2018.3.30)
発明者	杉山睦片山昇坂倉秀徳松本俊哉
出願人	学校法人東京理科大学
発明の名称	欠陥診断装置
発明の概要	【課題】太陽電池等の半導体素子を備えた電子装置の欠陥を効率良く検出する。【解決手段】半導体素子を備えた電子装置の出力電圧を目標電圧に制御するデューティ比を取得する取得部と、前記デューティ比を基準として、複数の異なる周波数の正弦波で前記出力電圧を変化させて統合した統合デューティ比を演算する第１演算部と、前記統合デューティ比を複数のスイッチのオンオフによって制御したときの前記電子装置の出力電圧及び出力電流に基づいて、前記目標電圧に対する周波数毎のインピーダンスを演算する第２演算部と、前記周波数毎のインピーダンスに基づき、前記電子装置の周波数特性を示す特性情報を生成し、生成した特性情報と、予め生成された特性情報とを照合して、前記半導体素子又は前記電子装置の欠陥の有無を判定する判定部と、を含む欠陥診断装置。【選択図】図２
従来技術、競合技術の概要	半導体を備えた電子装置として、例えば、半導体素子としての太陽電池セルを備えた太陽電池モジュール（以下、太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び、太陽電池アレイを、単に、太陽電池ともいう）がある。一般的に、シリコン系、化合物系の太陽電池には、ｐｎ接合半導体としてのｐｎ接合型ダイオード（フォトダイオード）が用いられている。太陽電池では、ｐｎ接合型ダイオードに光を当てて、ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）とは逆の過程を通じて電子に光のエネルギーを吸収させ（光励起）、半導体の性質を利用して、エネルギーを持った電子を直接的に電力として取り出している。酸化チタン等の酸化物半導体を用いた色素増感太陽電池も知られている。近年、太陽電池の寿命が延び、使用期間中の欠陥の発生に伴う性能劣化が問題となってきている。想定される欠陥は多岐にわたり、製造時に起因して既に欠陥を有している場合、又は、長期間の使用によって劣化が生じる場合などがある。現在、太陽電池の欠陥を検出する技術として、製造段階においては、外観目視検査、光学顕微鏡を用いた検査、透過Ｘ線を用いた検査、断面検査、ＯＭ顕微鏡を用いた検査、Ｉ-Ｖ特性検査、ソーラシミュレータによるＩ-Ｖ特性検査等がある。通常、製造時の検査では、まず、Ｉ-Ｖ特性によって発電量を検査し、仕様を満足していない場合に、さらに詳細な検査を実施する。また、例えば、特許文献１では、湿式太陽電池（２つの電極間に電解質を蓄えた構造）における電解質層の電気化学的特性と電極間の距離を相互に関連付けて最適化することで、高性能な光電変換素子を提供すること、及び、関連付けを固体電解質にも応用することで、耐久性が高い光電変換素子を簡便な作製方法によって提供することを可能とする技術が記載されている。また、特許文献２では、太陽電池の半導体における空乏層容量（Ｃ）を算出するために、インダクタンス成分Ｌと抵抗成分Ｒ１、及び、空乏層容量Ｃに並列に抵抗成分Ｒ２が付加された直並列等価回路を用いる技術、および、この技術の問題点を解決するために、太陽電池等の電子デバイス等において、被測定物の複素インピーダンスの周波数特性を測定し、その測定値からモンテカルロ法により、評価関数が最小になる素子定数を演算し、算出した素子定数を局所探索法の開始値として評価関数が極小値になる素子定数を演算し、これらの演算処理の繰返し回数を予め設定し、この繰返し回数だけ演算処理を所定回数だけ繰り返すことにより、極小値の中で最も小さい値を取る素子定数の組み合わせを抽出する技術が記載されている。また、特許文献３では、リチウムイオン電池や鉛蓄電池などの二次電池を、抵抗（２１）と容量（２２）とが並列に接続された回路と抵抗（２３）とを直列に接続した等価回路（回路モデル）で表し、この等価回路の各パラメータを算出して解析する技術が記載されている。
産業上の利用分野	本発明は、太陽電池等の半導体素子を備えた電子装置の欠陥を検出する欠陥診断装置に係り、特に、電子装置の欠陥を効率良く検出するのに好適な欠陥診断装置に関するものである。
特許請求の範囲	【請求項1】半導体素子を備えた電子装置に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータにおける電圧変圧器の複数のスイッチのオンオフ制御により変化する前記電子装置の出力電圧を目標電圧に制御するデューティ比を取得する取得部と、前記デューティ比を基準として、複数の異なる周波数の正弦波と前記デューティ比とを足し合わせた波形で表わされる統合デューティ比を演算する第１演算部と、前記統合デューティ比を前記複数のスイッチのオンオフによって制御したときの前記電子装置の出力電圧及び出力電流に基づいて、前記目標電圧に対する周波数毎のインピーダンスを演算する第２演算部と、前記周波数毎のインピーダンスに基づき、前記電子装置の周波数特性を示す特性情報を生成し、生成した特性情報と、予め生成された特性情報とを照合して、前記半導体素子又は前記電子装置の欠陥の有無を判定する判定部と、を含む欠陥診断装置。【請求項2】前記目標電圧を、複数の目標電圧とし、前記取得部は、前記電子装置の出力電圧を複数の目標電圧の各々に制御する複数のデューティ比を取得し、前記第１演算部は、前記複数のデューティ比の各々を基準として、複数の異なる周波数の正弦波と前記デューティ比とを足し合わせた波形で表わされる統合デューティ比を前記複数の目標電圧の各々の目標電圧毎に演算し、前記第２演算部は、前記複数の統合デューティ比の各々を前記複数のスイッチのオンオフによって制御したときの前記電子装置の出力電圧及び出力電流の各々に基づいて、前記複数の目標電圧の各々の目標電圧に対する前記周波数毎のインピーダンスを演算し、前記判定部は、前記複数の目標電圧の各々の目標電圧に対する前記電子装置の前記周波数毎のインピーダンスに基づき、前記電子装置の周波数特性を示す特性情報を生成し、生成した特性情報と、予め生成された特性情報とを照合して、前記半導体素子又は前記電子装置の欠陥の有無を判定する、請求項１記載の欠陥診断装置。【請求項3】前記複数の正弦波は、各々周波数及び位相が異なる正弦波である請求項１または請求項２記載の欠陥診断装置。【請求項4】前記判定部は、前記インピーダンスと前記各々の周波数とに基づきナイキスト線図又はボード線図のいずれか一方を生成し、生成したナイキスト線図と予め生成されたナイキスト線図、又は生成したボード線図と予め生成されたボード線図とを照合して、前記半導体素子又は前記電子装置の欠陥の有無を判定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の欠陥診断装置。【請求項5】前記電子装置は太陽電池セルを半導体素子として備えた太陽電池モジュールである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の欠陥診断装置。【請求項6】前記電子装置は太陽電池セルを半導体素子として備えた太陽電池モジュールであり、複数の前記太陽電池セルから、前記第２演算部によるインピーダンスの演算の対象となる太陽電池セルを順次に切り替える切替部を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の欠陥診断装置。【請求項7】前記電子装置はＬＥＤを半導体素子として備えた光制御装置である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の欠陥診断装置。
国際特許分類(IPC)	H02S 50/10 ＰＶ装置，例．ＰＶモジュールまたは１つ１つのＰＶ素子，の試験 G01R 31/26 個々の半導体装置の試験
Fターム	2G003AA06 光素子；発光素子．フォトカプラ．太陽電池 2G003AB06 インピーダンス 2G003AE02 交流 2G003AG18 素子の選択 2G003AH02 基準値・基準波形との比較 2G003AH10 故障検知．劣化検出 5F151KA08 故障検知・警報
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出願権利状態	登録

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発明の名称	DEFECT DIAGNOSIS DEVICE
発明の概要	PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a defect diagnosis device that can efficiently detect defect of an electronic device having a semiconductor element such as a solar battery or the like. SOLUTION: A defect diagnosis device has an acquiring part for acquiring a duty ratio for controlling an output voltage of an electronic device having a semiconductor element to a target voltage, a first calculator for calculating an integrated duty ratio obtained by the output voltage is varied and integrated with plural sine waves having different frequencies with the duty ratio as a reference, a second calculator for calculating an impedance of each frequency to the target voltage on the basis of the output voltage and output current of the electronic device when the integrated duty ratio is controlled by turn on/off of plural switches, and a determining part for generating characteristic information representing the frequency characteristic of the electronic device on the basis of the impedance of each frequency, collating the generated characteristic information and pre-generated characteristic information and determining the presence or absence of a defect of the semiconductor element or the electronic device.

発明の名称

DEFECT DIAGNOSIS DEVICE 新技術説明会

発明の概要

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a defect diagnosis device that can efficiently detect defect of an electronic device having a semiconductor element such as a solar battery or the like.
SOLUTION: A defect diagnosis device has an acquiring part for acquiring a duty ratio for controlling an output voltage of an electronic device having a semiconductor element to a target voltage, a first calculator for calculating an integrated duty ratio obtained by the output voltage is varied and integrated with plural sine waves having different frequencies with the duty ratio as a reference, a second calculator for calculating an impedance of each frequency to the target voltage on the basis of the output voltage and output current of the electronic device when the integrated duty ratio is controlled by turn on/off of plural switches, and a determining part for generating characteristic information representing the frequency characteristic of the electronic device on the basis of the impedance of each frequency, collating the generated characteristic information and pre-generated characteristic information and determining the presence or absence of a defect of the semiconductor element or the electronic device.

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