KR100954367B1 - 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치 - Google Patents

태양전지 제조를 위한 패터닝 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100954367B1
KR100954367B1 KR1020080035499A KR20080035499A KR100954367B1 KR 100954367 B1 KR100954367 B1 KR 100954367B1 KR 1020080035499 A KR1020080035499 A KR 1020080035499A KR 20080035499 A KR20080035499 A KR 20080035499A KR 100954367 B1 KR100954367 B1 KR 100954367B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
needle
patterning
axis stage
substrate
pressure
Prior art date
Application number
KR1020080035499A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090109975A (ko
Inventor
박기주
Original Assignee
(주)텔리오솔라코리아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)텔리오솔라코리아 filed Critical (주)텔리오솔라코리아
Priority to KR1020080035499A priority Critical patent/KR100954367B1/ko
Publication of KR20090109975A publication Critical patent/KR20090109975A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100954367B1 publication Critical patent/KR100954367B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위하여, z축 스테이지 및 니들을 포함하는 패터닝 장치에 있어서, 기판의 왜곡에 따라 상기 니들의 변위와 니들에 작용하는 압력을 제어할 수 있는 위치압력제어수단을 구비하고, 상기 위치압력제어수단은 z축 스테이지에 고정결합된 하우징; 하우징내에 구비된 엔코더; 엔코더가 부착된 니들지지대; 니들지지대가 접속되며 하우징 내에 구비된 음성코일; 엔코더에 연결되어 엔코더와 니들지지대의 부착위치를 제어하는 위치제어부; 및 음성코일 및 위치제어부에 연결되어 인가전류값과 유도전류값을 제어하는 전류제어부;를 포함하여 구성된 음성코일장치인 것을 특징으로 한다. 이와 같이 본 발명은 CIGS 태양전지 모듈의 제조 공정에서 기판의 왜곡된 표면 및 그에 따른 스크라이빙 대상 표면의 왜곡 또는 기판이 거치된 스테이지의 평탄도에 따라 발생된 왜곡현상에 대해 니들이 대응할 수 있도록 제어하여, 패터닝 정밀도를 높이고 패터닝 대상의 손상을 방지하며, 고속 패터닝 공정시 안정적인 패터닝이 가능한 패터닝 장치를 제공한다.
z축 스테이지, 위치압력제어수단, 음성코일장치, 제어부, 엔코더

Description

태양전지 제조를 위한 패터닝 장치{Mechanical patterning apparatus for manufacturing CIGS solarcell}
본 발명은 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CIGS 태양전지 모듈의 제조 공정에서 채용되는 패터닝 공정 중 기계적인 스크라이빙법에 사용되는 니들의 위치제어 및 기판의 왜곡현상에 따른 변형을 제어하여 고속 패터닝 공정시 안정적인 패터닝이 가능하도록 구성된 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치에 관한 것이다.
태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체 소자로서, 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘계, 화합물계, 유기물계로 분류된다.
이중 화합물계 태양전지는 Ⅲ-Ⅴ족의 GaAs(Gallium Arsenide)와 InP(Indium Phosphide) 등의 벌크(기판)형과 Ⅱ-Ⅵ족의 CdTe(Cadmium Telluride) 및 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족의 CuInSe2(CIS; Copper Indium Diselenide) 등의 박막형으로 구분된다.
화합물계 태양전지 중 CIS계 박막 태양전지에서는 패터닝 공정에 의해 다수개의 태양전지 셀을 분할시키고 이들을 직렬접속시켜 태양전지 모듈의 변환효율을 높인다. 이와 같은 CIS계 박막 태양전지는 예를 들면, 소다석회유리(Soda Lime Glass) 등으로 이루어진 절연성의 기판과, 그 기판위에 몰리브덴(Mo)등의 금속으로 이루어진 전극박막층, Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 반도체로 이루어진 p형 태양광흡수층, n형 반도체인 CdS로 이루어진 버퍼층, ZnO으로 이루어진 제1 투명전극층 및 제2 투명전극층이 순차적으로 적층되어 형성된다.
이와 같은 박막 태양전지를 복수개의 단위 셀에 스트립 형태로 잘라 나누어 수십 내지 수백 ㎛의 홈 또는 간극을 상호접속부로 형성하고 단위 셀 들을 직렬접속하는 태양전지 모듈의 제조공정에 있어서, 태양전지 전면에 전극을 형성하여 소정의 전압의 수득효율을 높이기 위해서 패터닝 공정이 필요하다.
이러한 패터닝 공정을 수행하는 방법으로는 레이저 패터닝(laser patterning)법, 화학적 기화가공(chemical vaporization machining; CVM)법, 및 금속침(이하, '니들'이라 한다)에 의한 기계적인 스크라이빙(mechanical scribing)법 등이 있다. 그 중에서 스크라이빙 방법은 고속가공이 가능하며 또한 장치 및 운전비용이 저렴하여 자주 사용되고 있다.
또한, 이러한 박막 태양전지 모듈의 제조방법에 실시되는 패터닝 공정은 통상적으로 3개의 패터닝 공정 P1, P2, P3로 이루어진다. 패터닝 공정 P1은, 절연성의 기판 위에 스퍼터링법에 의해 전극박막층을 형성한 후 레이저 빔을 이용하여 전극박막층을 스트립 형태로 분할한다. 패터닝 공정 P2는, 패터닝 공정 P1에 의해 형성되는 패턴을 기준 위치로 하여 일정 간격 오프셋하여 전극박막층 위에 동시증착 법에 의해 p형 태양광흡수층을 형성한 후, 그 위에 용액 성장법에 의해 버퍼층을 형성하고 그 위에 다시 스퍼티링법에 의해 제1 투명전극층을 형성한 후 기계적 스크라이빙법으로 제1 투명전극층과 태양광흡수층 및 버퍼층의 일부를 기계적으로 제거함으로써 스트립 형태로 분할한다. 패터닝 공정 P3는, 패터닝 공정 P2에 의해 형성되는 패턴을 기준 위치로 하여 일정 간격 오프셋하여 제1 투명전극층위에 스퍼터링법에 의하여 제2 투명전극층을 형성한 후, 기계적 스크라이빙법으로 제2 투명전극층, 제1 투명전극층, 태양광흡수층 및 버퍼층의 일부를 기계적으로 제거함으로써 스트립 형태로 분할한다. 그 결과 전극박막층, 태양광흡수층, 버퍼층, 제1 투명전극층 및 제2 투명전극층의 순서로 적층된 태양전지가 셀단위로 분할되고 이러한 태양전지 셀의 제2 투명전극층과 인접하는 태양전지 셀의 전극박막층이 직렬접속되게 된다.
상술한 바와 같은 패터닝 공정 P2 및 P3에 사용되는 기계적 스크라이빙 방법을 이용하여 패터닝을 수행하기 위한 장치에 있어서, 태양전지 모듈의 특성을 효율적으로 관리하기 위해서는 패터닝 공정시 기판의 왜곡된 표면 및 그에 따른 스크라이빙 대상 표면의 왜곡 또는 기판이 거치된 스테이지의 평탄도에 따라 발생된 왜곡현상에 대해 니들이 대응할 수 있도록 제어되는 것이 필요하다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 스크라이빙 방법을 이용한 패터닝 장치는, 니들(15)에 일정한 압력을 공급하기 위하여 Z축 스테이지(11)을 구비하고 지지대(13)와 결합부(12a, 12b)를 통해 z축 스테이지(11)에 결합된 압력시스템(14)으로 에어실린더를 사용하거나, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 힘값 조절나사(21) 에 연결된 스프링(S)과 연결자(22)를 통해 이와 상호작용하도록 연결된 일정한 무게(M)를 가지는 물체가 조합되어 댐퍼(damper)역할을 하도록 구성된 장치를 사용한다. (여기서, F1은 스프링에 의한 탄성력, F2는 물체의 무게에 따른 반발력, F는 본 장치에 의해 제어되어 니들에 작용되는 순힘)
그러나, 전자는 기능이 단순하여 사용이 용이한 점은 있으나 에어압력을 조절하기 위해서는 미세한 공압조절장치(미도시)를 필요로 하고 또한 오픈루프(open loop)방식의 제어방식으로서는 기판의 표면상태에 따라 니들에 안정적인 힘을 전달해 주지 못하는 문제가 있다. 또한, 후자는 스프링의 탄성력과 물체의 무게에 따른 상호작용에 의해 기판왜곡에 따른 댐핑역할을 수행할 수 있는 구조이므로 기판의 변형에 적절한 대응은 가능하지만, 고속으로 패터닝 공정을 수행시 스프링에 의한 응답속도가 느릴 뿐만 아니라 압력을 단계적으로 조절하기 어려워 안정적인 패터닝이 이루어지지 않는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 패터닝 장치에서 기판의 왜곡된 표면 및 그에 따른 스크라이빙 대상 표면의 왜곡 또는 기판이 거치된 스테이지의 평탄도에 따라 발생된 왜곡현상에 대해 니들이 대응할 수 있도록 제어하여, 패터닝 정밀도를 높이고 패터닝 대상의 손상을 방지하며, 고속 패터닝 공정시 안정적인 패터닝이 가능한 패터닝 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양전지의 모듈 제조공정에 본 발명에 따른 패터닝 장치를 이용하여 패터닝 공정을 수행함으로써, 태양전지의 모듈 제조 비용의 절감 및 태양전지의 변환 효율을 상승시키면서 제조 비율의 향상을 달성하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위하여, z축 스테이지 및 니들을 포함하는 패터닝 장치에 있어서,
상기 니들의 변위와 니들에 작용하는 압력을 제어할 수 있는 위치압력제어수단을 포함하며,
상기 위치압력제어수단은
상기 z축 스테이지에 고정결합된 하우징;
상기 하우징내에 구비된 엔코더;
상기 엔코더가 부착된 니들지지대;
상기 니들지지대가 접속되며 상기 하우징 내에 구비된 음성코일;
상기 엔코더에 연결되어 엔코더와 니들지지대의 부착위치를 제어하는 위치제어부; 및
상기 음성코일 및 상기 위치제어부에 연결되어 인가전류값과 유도전류값을 제어하는 전류제어부;를 포함하여 구성된 음성코일장치인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 니들지지대 하단에는 니들이 고정된 니들고정체가 일체로 결합되어, 상기 위치압력제어수단에 의해 상하로 이동되는 것이 특징이다.
또한, 본 발명은
태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위하여, z축 스테이지 및 니들을 포함하는 패터닝 장치에 있어서,
상기 니들의 변위와 니들에 작용하는 압력을 제어할 수 있는 위치압력제어수단을 포함하고,
상기 위치압력제어수단은 변위량측정장치와 압력조절장치로 구성되어, 상기 z축 스테이지에 대해 상대적인 상하 이동을 하도록 결합되어 있으며,
상기 변위량측정장치는
기판 위 스크라이빙 대상 표면의 왜곡현상에 따른 상기 니들의 변위량을 측정하는 변위센서;
피에조모터 및 상기 변위센서에 연결되어, 상기 변위센서가 측정한 변위량들의 오차에 따른 보정을 할 수 있도록 오차값을 조절하는 제어부; 및
일측이 상기 z축 스테이지에 연결되고, 상기 제어부로부터 오차 보정에 대한 제어값을 받아 이를 보상하도록 상하로 선형이동하는 피에조모터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력조절장치는
상기 변위센서 상부에 결합되어 상기 피에조모터 및 상기 변위센서와 일체로 연동되며, 상기 니들에 압력을 공급하는 공압실린더; 및
상기 니들에 일정한 압력이 공급되고 유지되도록 공압실린더에 압력을 공급하고 제어하는 공압제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 변위센서 하단에는 니들이 고정된 니들고정체가 일체로 결합되어, 상기 위치압력제어수단과 함께 상하로 이동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서,
상기 니들이 기판위 스크라이빙 대상표면과 이루는 각도가 90°이하가 되도록, 상기 니들은 하부에 경사각을 형성하여 측단면 형상이 "∨"인 니들지지대와 상기 니들지지대의 하단에지에 결합된 니들고정체 및 니들고정체에 고정결합된 니들인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 패터닝 장치는,
제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 다수개의 패터닝 장치;
상기 다수개의 패터닝 장치를 개별적으로 제어하는 제어부;
상기 다수개의 패터닝 장치가 이격되어 일렬로 연결된 y축 스테이지;
스크라이빙 대상이 증착된 기판을 탑재한 x축 스테이지;
상기 스크라이빙 대상에 패터닝이 수행될 때 발생하는 파티클을 흡입하는 흡입장치; 및
상기 발생된 파티클을 불어날리는 블로워;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 패터닝 장치는 CIGS 태양전지 모듈제조의 패터닝 공정에서, 기판의 왜곡된 표면 및 그에 따른 스크라이빙 대상 표면의 왜곡 또는 기판이 거치된 스테이지의 평탄도에 따라 발생된 왜곡현상에 대해 니들이 대응할 수 있도록 제어하여, 고속 패터닝 공정시 안정적인 패터닝이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 패터닝 장치는 니들과 스크라이빙 대상과의 접촉각을 90°이하로 하여 패터닝을 수행할 수 있으므로, 스크라이빙 대상의 손상을 방지하는 효과가 있다.
또한, 태양전지의 모듈 제조공정에 본 발명에 따른 패터닝 장치를 이용하여 패터닝 공정을 수행함으로써, 태양전지의 모듈 제조 비용의 절감 및 태양전지의 변환 효율을 상승시키면서 제조 비율의 향상이 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 패터닝 장치의 개략도, 도 2는 종래의 압력조절수단을 나타낸 패터닝 장치의 개략도, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면, 도 4는 도 3에 도시된 패터닝 장치가 기판의 왜곡에 따라 반응하는 것을 나타낸 도면, 도 5는 본 발명에 따른 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면, 도 6은 도 5에 도시된 패터닝 장치가 기판의 왜곡에 따라 반응하는 것을 나타낸 도면, 도 7은 도 5에 도시된 장치에 각도가 변형된 니들이 사용된 상태도, 도 8은 태양전지 양산을 위하여, 본 발명 에 따른 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치가 다수개 조합된 개략도, 도 9는 본 발명에 따른 패터닝 장치를 이용하여 패터닝 공정 P2 및 P3가 수행된 태양전지의 일부를 나타내는 도면이다.
도면에 도시되고 실시예들로서 설명되는 바와 같이, 본 발명은 크게 z축 스테이지(310,410), 위치압력제어수단 및 니들로 구성된다.
z축 스테이지(310,410)는 제어기(미도시)의 위치제어를 통해 니들을 기판(390,490)위 스크라이빙 대상(380,480) 표면에 접촉을 하도록 하기 위한 것으로, 승/하강 이동한다.
위치압력제어수단은 니들의 변위를 제어함과 동시에 니들에 일정한 압력을 공급하기 위한 것으로, 압력공급수단으로는 공압(Air pressure)을 이용하는 방법, 질량(Mass)을 이용하는 방법 또는 피에조모터(Piezomotor)를 이용하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하며, 위치제어는 이와 연계된 제어부를 통해 수행된다.
용어 '니들'은 패터닝을 수행하기 위하여 스크라이빙 대상에 작용하는 '팁(tip)'을 의미한다. 니들은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 기둥부와 접촉부로 구분할때 접촉부는 원뿔형 또는 다각뿔형으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 니들은, 패터닝 공정시 일정한 평탄면적으로 패터닝이 되도록 하고, 뿐만 아니라 스크라이빙 대상의 뜯김현상에 의해 패터닝 하고자하는 원하는 박막층 이외의 박막에 손상을 주는 것을 방지할 수 있도록, 패터닝 공정 방향에서 판단할 때, 니들과 스크라이빙 대상 표면과의 각도를 90°이하가 되도록 니들을 구성하여 패터닝 공정을 수행할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에서 언급되는 기판은 유리재질로서, 주로 소다석회유리(Soda Lime Glass) 등으로 이루어진 절연성의 기판을 지칭한다. 물론, 이에 한정되지 않고, 유리기판 이외에 통상적으로 사용되는 금속 또는 플라스틱재 기판에도 본 발명의 장치가 사용될 수 있음은 명백하다.
그리고, 통상적으로 CIGS 반도체 증착과정은 400℃ 이상의 고온공정이므로, 고효율의 CIGS 흡수층을 제조하기 위해서는 기판은 최대 500~600℃의 내열성을 가져야 한다. 이러한 고온공정에 의해 기판의 휨 또는 기판 표면의 왜곡이 발생된다. 기판의 왜곡에 따라 그 위에 증착된 스크라이빙 대상 표면도 왜곡이 발생된다.
또한, 스크라이빙 대상은 상술한 바와 같은 Cu(In,Ga)Se2(CIGS) 반도체로 이루어진 p형 태양광흡수층, n형 반도체인 CdS로 이루어진 버퍼층, ZnO으로 이루어진 제1 투명전극층 및 제2 투명전극층이 될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 니들의 재질에 대응하여 다양한 박막층을 스크라이빙 대상으로 하여 본 발명의 패터닝 장치가 사용될 수 있음은 명백하다.
이하 실시예로 나누어 본 발명을 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 z축 스테이지(310), 위치압력제어수단인 음성코일(voice coil)장치(340) 및 니들(356)로 구성된다.
z축 스테이지(310)는 제어기(미도시)의 위치제어를 통해 니들(356)을 기판(390)위 스크라이빙 대상(380) 표면에 접촉을 하도록 하기 위한 것으로서, 일측 에 후술할 음성코일(voice coil)장치(340)가 결합된다.
위치압력제어수단인 음성코일장치(340)는 부착되어 있는 니들(356)의 위치를 제어하고 니들(356)에 작용하는 압력의 크기를 제어하기 위한 것으로서, 상기 z축 스테이지(310)에 고정결합된 하우징(341), 하우징(341) 내에 구비된 엔코더(342), 엔코더(342)가 부착된 니들지지대(358), 하우징(341) 내에 구비되고 니들지지대(358)가 접속되는 음성코일(344) 및 위치제어부(346)와 전류제어부(348)를 포함하는 제어부로 구성된다.
엔코더(342)는 공지된 선형 에코더(linear encorder)가 사용되며, 니들지지대(358) 상부에 부착되어 음성코일(344)에 인가된 전류로 인해 발생된 자기장에 의해 니들(356)의 z축 방향으로의 상하이동을 제어한다.
음성코일(344)은 구리·알루미늄 등의 도체에 절연층과 접착층을 입힌 코일을 보빈에 감아서 만든 것으로서, 음성코일(344)에 인가된 전류에 의해 자기장이 형성되고 이러한 자기장에 의해 내부에 위치한 니들지지대(358)는 상하이동하게 된다.
니들지지대(358)는 다각형 기둥형상으로 중앙부에 음성코일(344)에 접속되는 접속부(C)가 구비되며, 하단에 니들고정체(357)가 일체로 형성된다.
위치제어부(346)는 엔코더(342)에 연결되어, 엔코더(342)와 니들지지대(358)의 부착위치를 제어하고, 그럼으로써 니들(356)이 기판(390)위 스크라이빙 대상(380)의 왜곡현상에 대응하여 그 왜곡된 표면에 접촉하도록 제어한다.
전류제어부(348)는 위치제어부(346) 및 음성코일(344)과 연결되며, 인가된 전류값과 유도되어 돌아오는 전류값을 측정하여 니들(356)에 일정한 압력을 줄 수 있도록 전류량을 조절한다.
이것은 기판(390)위 스크라이빙 대상(380) 표면에 접촉하여 패터닝을 수행하는 니들에 일정한 압력을 공급하기 위한 것으로서, 음성코일(344)에 일정한 값의 전류를 인가하면 일정한 크기의 힘이 발생되어 니들(356)에 압력을 가함으로써 패터닝 공정이 수행된다.
이때, 패터닝이 수행되는 x축 또는 y축 방향으로 패터닝 공정을 진행하는 과정에서 기판(390) 및 스크라이빙 대상(380) 표면의 왜곡 또는 기판(390)이 거치된 x축(또는 y축) 스테이지의 평탄도에 따라 니들(356)은 상방향으로 힘이 가해지게 되며, 그럼으로써 유도전류가 발생하게 된다.
니들(356)은 니들지지대(358) 하단에 일체로 결합된 니들고정체(357)에 고정되도록 구성된다.
또한, 본 실시예 1에 사용되는 니들은, 후술하는 도 7에 도시된 지지대(458), 니들고정체(457) 및 니들(456)의 형상과 같이, 니들이 스크라이빙 대상 표면과 이루는 각도의 변형(예를 들면, 90°이하)이 가능하도록 니들지지대(358)와 니들고정체(357)를 변형하여, 하부에 경사각을 형성하여 측단면 형상이 "∨"인 지지대의 하단 에지(edge)에 결합된 니들고정체(357)에 고정된 니들(256,456)로 구성할 수 있다. 이때 니들고정체는 지지대의 하단의 경사각만큼 회동가능하다.
이것은 패터닝 공정시 일정한 평탄면적으로 패터닝이 되도록 하고, 뿐만 아니라 스크라이빙 대상의 뜯김현상에 의해 패터닝 하고자하는 원하는 박막층 이외의 박막에 손상을 주는 것을 방지하고자 함이다.
이하, 본 실시예에 따른 패터닝 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
첫째, 스크라이빙 대상이 증착된 기판(예를 들면, 유리)을 준비한다.
둘째, z축 스테이지(310)를 이용하여 스크라이빙 대상(380) 표면에 니들(356)이 접촉될 수 있도록 하강이동시킨다.
셋째, 스크라이빙 대상(380) 표면에 니들(356)이 접촉되면, 음성코일(344)에 일정한 값의 전류를 인가하여 형성된 자기장에 의해 발생된 일정한 크기의 힘이 니들(356)에 하방으로 작용해 니들에 작용하는 압력을 일정하게 유지한다.
넷째, 니들에 작용하는 압력이 일정하게 유지되면, 그때의 엔코더 데이터를 체크한다. 이때, 상기 데이터를 연결된 컴퓨터를 이용하여 입력받아도 무방하다.
다섯째, 그런 다음, 패터닝 공정을 진행하기 위하여 패터닝이 필요한 x축(또는 y축) 방향으로 스크라이빙 대상이 증착된 기판을 일정속도로 이동시킨다.
여섯째, 이때 기판(390)의 왜곡된 표면 및 그에 따른 스크라이빙 대상(380) 표면의 왜곡에 따라 또는 기판(390)이 거치된 x축(또는 y축) 스테이지의 평탄도에 따라 왜곡현상이 발생하게 된다. 다시 말하면, 기판(390) 및 스크라이빙 대상(380) 표면의 왜곡 등에 따라 니들(356)은 상방향으로 힘이 가해지게 되며, 그럼으로써 유도전류가 발생하게 된다. 이와 같은 왜곡현상에 고속으로 대응하여 안정적인 패터닝이 수행될 수 있도록, 즉 니들(356)이 스크라이빙 대상(380)에 작용하는 압력이 일정하도록 전류제어부(348)에서 유도 전류값을 측정하여 인가된 전류값과의 오차를 보정한다.
일곱째, 패터닝이 완료될 때까지 여섯째 과정에 의거하여 도 4의 A, B, C에 도시된 바와 같이 조절되며, 그럼으로써 안정적인 패터닝이 수행된다.
여덟째, 원하는 패터닝이 완료되면, z축 스테이지(310)를 상방이동시킨다.
<실시예 2>
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 z축 스테이지(410), 위치압력제어수단인 변위량 측정장치와 압력조절장치 및 니들로 구성된다.
z축 스테이지(410)는 제어기(미도시)의 위치제어를 통해 니들(456)을 기판(490)위 스크라이빙 대상(480) 표면에 접촉을 하도록 하기 위한 것으로서, 일측에 후술할 변위량 측정수단이 결합된다.
변위량 측정장치는 변위센서(445), 피에조모터(447) 및 제어부(446,448)로 구성된다.
피에조모터(447)는 z축 스테이지(410) 일측에 상대적인 슬리이딩이 가능하도록 결합되고, 변위센서(445)는 피에조모터(447) 타측 하부에 고정결합된다.
변위센서(445)는 통상적인 센서로 구성되며, 기판(490)위 스크라이빙 대상(480)의 왜곡현상에 따른 니들(456)의 변위량을 측정한다.
피에조모터(447)는 상기 변위량 측정에 따른 변위량 보상을 하기 위한 것으로, 변위센서(445)로부터 측정된 데이터(변위량)들의 오차값을 확인하고, 오차 보정장치인 제어부(446,448)로부터 오차 보정을 위한 제어값을 입력받아 상하로 선형이동을 함으로써 스크라이빙 대상(480)의 왜곡에 따른 보상을 수행한다.
제어부(446,448)는 피에조모터(447)와 변위센서(445)에 연결되어 변위센서가 측정한 변위량(또는 변위값)들의 오차에 따른 보정을 할 수 있도록 오차값을 조절한다.
압력조절장치는 변위량 측정장치와 연계하여 니들(456)에 일정한 압력을 공급하기 위한 것으로서, 변위센서(445) 상부에 결합되어 피에조모터(447) 및 변위센서(445)와 일체로 연동하는 공압실린더(442)와 공압제어부(443)로 구성된다.
공압실린더(442)는 미세한 공압실린더를 사용하여, 기판(490)위 스크라이빙 대상(480) 표면에 접촉한 니들(456)이 패터닝 공정을 수행하는데 필요한 압력을 니들(456)에 공급한다. 공압제어부(443)는 이와 같이 니들에 필요한 압력을 공압실린더(442)에 공급하고 또한 니들(456)에 공급된 압력이 일정하게 유지되도록 조절한다.
니들(456)은 변위센서(445) 하단에 결합된 니들고정체(457)에 고정되도록 구성된다.
마찬가지로, 본 실시예 2에 사용되는 니들은, 도 7에 도시된 바와 같이, 니들이 스크라이빙 대상 표면과 이루는 각도의 변형(예를 들면, 90°이하)이 가능하도록, 상부가 변위센서에 결합되고, 하부는 경사각을 형성하여 측단면 형상이 "∨"인 지지대(458)의 하단 에지(edge)에 결합된 니들고정체(457)에 고정되도록 구성될 수 있다. 이때 니들고정체(457)는 지지체(458)의 하단의 경사각만큼 회동가능하다.
이것은 패터닝 공정시 일정한 평탄면적으로 정밀한 패터닝이 되도록 하고, 뿐만 아니라 스크라이빙 대상의 뜯김현상에 의해 패터닝 하고자하는 원하는 박막층 이외의 박막에 손상을 주는 것을 방지하고자 함이다.
이하, 본 실시예에 따른 패터닝 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
첫째, 스크라이빙 대상이 증착된 기판(예를 들면, 유리)을 준비한다.
둘째, z축 스테이지(410)를 이용하여 스크라이빙 대상(480) 표면에 니들(456)이 접촉될 수 있도록 하강이동시킨다.
셋째, 그리고 스크라이빙 대상(480) 표면에 니들(456)이 접촉되기 전에, 공압실린더(442)와 공압제어부(443)를 이용하여 패터닝 공정을 수행하는데 필요한 압력을 니들(456)에 공급하고 또한 니들(456)에 공급된 압력이 일정하게 유지되도록 조절한다.
넷째, 일정한 압력이 작용되는 니들(456)이 스크라이빙 대상(480) 표면에 접촉되면, 변위센서(445)로부터 스크라이빙 대상(480) 표면의 변위값을 측정한다.
다섯째, 그런 다음 패터닝 공정을 진행하기 위하여 패터닝이 필요한 x축(또는 y축) 방향으로 스크라이빙 대상(480)이 증착된 기판(490)을 일정속도로 이동시킨다.
여섯째, 이때 기판(490)의 왜곡된 표면 및 그에 따른한 스크라이빙 대상(480) 표면의 왜곡에 따라 또는 기판(490)이 거치된 x축 스테이지의 평탄도에 따라 왜곡현상이 발생하게 된다. 이와 같은 왜곡현상에 고속으로 대응하여 안정적인 패터닝이 수행될 수 있도록, 즉 니들(456)이 스크라이빙 대상(480)에 작용하는 압력이 일정하도록 변위센서(445)를 이용하여 왜곡에 따른 변위 오차값을 측정하고, 제어부(446,448)를 이용하여 오차에 따른 보정을 할 수 있도록 오차값을 조절하고, 피에조모터(447)를 이용하여 보정값에 대한 보상을 한다.
일곱째, 패터닝이 완료될 때까지 여섯째 과정에 의거하여 도 9의 A, B, C에 도시된 바와 같이 조절되며, 그럼으로써 안정적인 패터닝이 수행된다.
여덟째, 원하는 패터닝이 완료되면, z축 스테이지(410)를 상방이동시킨다.
도 8은 본 실시예 1 및 실시예 2에서 설명된 패터닝 장치들이 다수개 조합하여 구성된 태양전지 양산 장치의 일예를 개략적으로 나타낸 것으로서, 다량의 태양전지 모듈을 제조할 때 사용될 수 있다. 각각의 패터닝 장치는 개별적으로 제어가 가능함은 물론이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 태양전지 양산 장치는 z축 스테이지(510), y축 스테이지(610), x축 스테이지(710), 니들공급장치(560), 흡입장치(502), 블로워(blower)(504) 및 스크라이빙 대상이 증착된 기판(590)으로 구성된다.
도면부호 500은 다수개의 니들공급장치로 구성된 어셈블리를 나타낸다.
다수개의 니들공급장치(560)와 z축 스테이지(510)는 본 발명에 따른 패터닝 장치로 대체될 수 있음은 물론이다.
다수개의 니들공급장치(560)는 z축 스테이지(510)에 각각 결합되고, 또한 각각 y축 스테이지(610)에 이격되어 일렬로 결합된다. z축 스테이지(510)와 y축 스테이지(610)는 별개의 제어부(미도시)를 통해 제어된다.
흡입장치(502)는 방패막 형상을 가지며, 니들의 전진방향에 구비되어 패턴 라인을 형성할 때 생기는 파티클(particles)을 흡입하기 위한 것이다. 물론, 이에 한정되지 않고 후진 방향 또는 양 옆 어느 방향에 구비하여도 무방하다.
이러한 파티클을 제거하지 않으면 공중에 비산되어 있거나 기판에 붙어 있다 가 이후의 증착공정등에서 패턴, 특히 전극부로 들어가서 이후 암점을 만들어 낼 수 있으므로 파티클은 반드시 제거하여야 한다.
블로워(blower)(504)는 방패막 형상을 가지며, 니들의 후진방향에 구비되고, 기체 등을 분사하여 발생된 파티클을 불어 날리는 것이다. 블로워(blower) 이외에 이온화시스템을 이용하여 기체를 분사하면서 스크라이빙하여도 무방하다..
스크라이빙 대상이 증착된 기판(590)은 x축 스테이지(710)에 탑재되어 있고, x축 스테이지(710)는 패터닝 공정이 x축 방향으로 진행하며 수행되도록 받침판(800)위의 가이드(801)를 따라 이동한다.
도 9는 본 발명에 따른 패터닝 장치를 이용하여 패터닝 공정 P2 및 P3가 수행된 태양전지 모듈의 일부를 나타낸다. 물론, P1 패터닝 공정은 상술한 바와 같이 레이저 패터닝에 의해 수행된다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 범위 내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함함은 물론이다.
도 1은 종래의 패터닝 장치의 개략도,
도 2는 종래의 압력조절수단을 나타낸 패터닝 장치의 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면,
도 4는 도 3에 도시된 패터닝 장치가 기판의 왜곡에 따라 반응하는 것을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면,
도 6은 도 5에 도시된 패터닝 장치가 기판의 왜곡에 따라 반응하는 것을 나타낸 도면,
도 7은 도 5에 도시된 장치에 각도가 변형된 니들이 사용된 상태도,
도 8은 태양전지 양산을 위하여, 본 발명에 따른 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치가 다수개 조합된 개략도,
도 9는 본 발명에 따른 패터닝 장치를 이용하여 패터닝 공정 P2 및 P3가 수행된 태양전지의 일부를 나타내는 도면.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명]
310,410,510: z축 스테이지 340: 음성코일장치
341: 하우징 342: 엔코더
344: 음성코일 346: 위치제어부
348: 전류제어부 357,457: 니들고정체
358,458: 니들지지대 380,480: 스크라이빙 대상
390,490,590: 기판 356,456: 니들
442: 공압실린더 443:공압제어부
445: 변위센서 447:피에조모터
446,448: 제어부 560: 니들공급장치
502: 흡입장치 504: 블로워
610: y축 스테이지 710: x축 스테이지

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위하여, z축 스테이지 및 니들을 포함하는 패터닝 장치에 있어서,
    상기 니들의 변위와 니들에 작용하는 압력을 제어할 수 있는 위치압력제어수단을 포함하며,
    상기 위치압력제어수단은
    상기 z축 스테이지에 고정결합된 하우징;
    상기 하우징내에 구비된 엔코더;
    상기 엔코더가 부착된 니들지지대;
    상기 니들지지대가 접속되며 상기 하우징 내에 구비된 음성코일;
    상기 엔코더에 연결되어 엔코더와 니들지지대의 부착위치를 제어하는 위치제어부; 및
    상기 음성코일 및 상기 위치제어부에 연결되어 인가전류값과 유도전류값을 제어하는 전류제어부;를 포함하여 구성된 음성코일장치인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 니들지지대 하단에는 니들이 고정된 니들고정체가 일체로 결합되어, 상기 위치압력제어수단에 의해 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
  4. 태양전지의 제조공정에서 전극형성을 위하여, z축 스테이지 및 니들을 포함하는 패터닝 장치에 있어서,
    상기 니들의 변위와 니들에 작용하는 압력을 제어할 수 있는 위치압력제어수단을 포함하고,
    상기 위치압력제어수단은 변위량측정장치와 압력조절장치로 구성되어, 상기 z축 스테이지에 대해 상대적인 상하 이동을 하도록 결합되어 있으며,
    상기 변위량측정장치는
    기판 위 스크라이빙 대상 표면의 왜곡현상에 따른 상기 니들의 변위량을 측정하는 변위센서;
    피에조모터 및 상기 변위센서에 연결되어, 상기 변위센서가 측정한 변위량들의 오차에 따른 보정을 할 수 있도록 오차값을 조절하는 제어부; 및
    일측이 상기 z축 스테이지에 연결되고, 상기 제어부로부터 오차 보정에 대한 제어값을 받아 이를 보상하도록 상하로 선형이동하는 피에조모터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력조절장치는
    상기 변위센서 상부에 결합되어 상기 피에조모터 및 상기 변위센서와 일체로 연동되며, 상기 니들에 압력을 공급하는 공압실린더; 및
    상기 니들에 일정한 압력이 공급되고 유지되도록 상기 공압실린더에 압력을 공급하고 제어하는 공압제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 변위센서 하단에는 니들이 고정된 니들고정체가 일체로 결합되어, 상기 위치압력제어수단과 함께 상하로 이동되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 니들이 기판위 스크라이빙 대상표면과 이루는 각도가 90°이하가 되도록, 상기 니들은 하부에 경사각을 형성하여 측단면 형상이 "∨"인 니들지지대와 상기 니들지지대의 하단에지에 결합된 니들고정체 및 니들고정체에 고정결합된 니들인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 다수개의 패터닝 장치;
    상기 다수개의 패터닝 장치를 개별적으로 제어하는 제어부;
    상기 다수개의 패터닝 장치가 이격되어 일렬로 연결된 y축 스테이지;
    스크라이빙 대상이 증착된 기판을 탑재한 x축 스테이지;
    상기 스크라이빙 대상에 패터닝이 수행될 때 발생하는 파티클을 흡입하는 흡입장치; 및
    상기 발생된 파티클을 불어날리는 블로워;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치.
KR1020080035499A 2008-04-17 2008-04-17 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치 KR100954367B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080035499A KR100954367B1 (ko) 2008-04-17 2008-04-17 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080035499A KR100954367B1 (ko) 2008-04-17 2008-04-17 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090109975A KR20090109975A (ko) 2009-10-21
KR100954367B1 true KR100954367B1 (ko) 2010-04-26

Family

ID=41537865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080035499A KR100954367B1 (ko) 2008-04-17 2008-04-17 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100954367B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8901010B2 (en) * 2013-03-15 2014-12-02 Sunpower Corporation Methods for improving solar cell lifetime and efficiency
KR20190100485A (ko) 2018-02-05 2019-08-29 박상민 창작자를 위한 인공지능 어플리케이션

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030015590A (ko) * 2001-08-16 2003-02-25 삼성에스디아이 주식회사 태양전지의 전극 패턴 형성장치 및 이를 이용한 전극 패턴형성방법
JP2004115356A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Honda Motor Co Ltd メカニカルスクライブ装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030015590A (ko) * 2001-08-16 2003-02-25 삼성에스디아이 주식회사 태양전지의 전극 패턴 형성장치 및 이를 이용한 전극 패턴형성방법
JP2004115356A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Honda Motor Co Ltd メカニカルスクライブ装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090109975A (ko) 2009-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9793421B2 (en) Systems, methods and apparatus for precision automation of manufacturing solar panels
CN103053032B (zh) 用于互连的薄膜太阳能电池模块的制造的自动组装方法
US20160158890A1 (en) Systems and methods for scribing photovoltaic structures
CN102334200A (zh) 划线设备和划线方法
US8329496B2 (en) Dithered scanned laser beam for scribing solar cell structures
KR101091215B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
US20130019920A1 (en) Combination solar cell sun sensor for direct alignment of trackers and closed-loop tracking
KR100954367B1 (ko) 태양전지 제조를 위한 패터닝 장치
US9705019B2 (en) Solar cell module and method of fabricating the same
US9379266B2 (en) Solar cell module and method of fabricating the same
CN105009304A (zh) 具有背面缓冲层的太阳能电池及其制造方法
US20110232740A1 (en) Solar cell
KR101014039B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
KR20130076441A (ko) 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치
US20140246073A1 (en) Solar cell and solar cell module using the same
EP2811537A2 (en) Photoelectric module and method of manufacturing the same
CN103151307A (zh) 渠道刻划装置以及渠道刻划方法
KR100948522B1 (ko) 태양전지 제조를 위한 멀티 니들을 구비한 패터닝 장치
CN113889554A (zh) 一种太阳能电池器件及其制造方法
Bennett et al. World record module efficiency for large and thin mc-Si MWT cells
US20140182653A1 (en) Solar cell and solar cell module using the same
EP2546019A1 (en) Device and method for structuring solar modules using a laser
EP2874189A2 (en) Scribing apparatus for manufacturing solar cells
KR101222054B1 (ko) 박막형 태양 전지와 그 제조 방법
WO2012076064A1 (en) Device for structuring large format modules

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee