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본 발명은 구리-인듐-갈륨-셀레늄(Cu-In-Ga-Se)태양전지셀 제조를 할 때 셀제조 공정단계 중에서 P1(후면전극: Mo), P2(광흡수층: CIGS), P3(투명전도막: ZnO)의 공정을 기존 진공챔버에서 대기상태로 나와서 진행하던 것을 진공상태에서 그대로 진행할 수 있도록 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치에 관한 것으로, in-suit 레이저 스크라이빙 장치에 있어서, 박막 태양전지를 제작하기 위해 기판이 안착되는 진공챔버; 및 상기 진공챔버 외부에 구비되며, 상기 진공챔버 내에 안착된 기판을 레이저를 이용하여 스크라이빙되도록 하는 레이저 스크라이버 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
CIGS, 박막형, 태양전지, 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄, 스크라이빙

Description

In-situ 레이저 스크라이빙 장치{In-situ laser scribing apparatus}

본 발명은 in-suit 레이저 스크라이빙 장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는 구리-인듐-갈륨-셀레늄(Cu-In-Ga-Se)태양전지셀 제조를 할 때 셀제조 공정단계 중에서 P1(후면전극: Mo), P2(광흡수층: CIGS), P3(투명전도막: ZnO)의 공정을 기존 진공챔버에서 대기상태로 나와서 진행하던 것을 진공상태에서 그대로 진행할 수 있도록 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치에 관한 것이다.

CIGS 박막형 태양전지는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 4가지 원소가 합쳐져서 구성되는 화합물 박막으로서 태양열을 받아 전류로 전환시켜주는 pn 혼합 접합구조와 박막태양전지의 특징인 집적구조를 띄고 있다. CIGS 태양전지는 도 1에 도시된 바와 같이 유리기판 / MO층/CIGS층/CdS/TCO 투명전극층(ZnO, ITO)층으로 구성된다.

CIGS 박막형 태양전지는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 대형 기판에 여러 개의 단위 솔라셀들을 한꺼번에 형성시키는 모노리틱 구조로 기존의 실리콘 웨이퍼를 이용하여 제작되는 태양전지와 달리 제품의 모듈화에 필요한 공정을 단순화 하여 양산비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 모노리틱 구조는 유리기판 위에 형성된 MO/CIGS/CdS/ZnO 층을 아래의 그림과 같은 구조로 레이저와 바늘(Needle)을 사용하는 패터닝 공정을 통해 단위 솔라셀들을 직렬로 연결하여 구성된다.

CIGS 박막형 태양전지는 도 3을 통해 나타낸 과정을 거쳐 생산된다. 우선 유리기판을 습식 세정한 후에 스퍼터링 증착으로 Mo층을 형성한다. 이후 레이저 패터닝 공정을 통해 패턴을 형성하고 그 위에 CIGS층을 열증착 기술로 증착한다. 그리고 CSD(Chemical Surface Deposition)기술로 CdS층을 성장 성막한 후 다시 기계적 패터닝 공정을 수행한다. 이후 스퍼터링 증착기술을 사용하여 투명전극 층을 증착하고 기계적 패터닝 공정을 통해CIGS 태양전지의 판넬이 완성된다. 순도가 높은 CIGS 태양전지의 제조공정은 주로 클라스 10,000의 클린룸에서 수행된다.

다이오드 펌핑 고체 레이저(Diode Pumped Solid State Laser, DPSS)는 레이저의 품질이 좋아서 미세 가공용으로 많이 사용된다. 고체 레이저인 고출력 DPSS 레이저의 일반적인 구조는 중앙에 활성 레이저 매질인 Nd:YAG(neodymium-doped yttrium aluminium garnet : Nd:Y3AL5012)바(bar)가 존재하고 그 주위를 다이오드 어레이들이 둘러싸고 있으며 에너지를 펌핑하고 있다. 광자들은 광공진기 사이를 이동하여 증폭되어 부분반사 거울인 OC(Output Coupler)를 통해 에너지가 밖으로 나오게 된다. 특히 Nd:YAG 레이저는 박막형 태양전지의 P1(후면전극 : Mo) 스크라이빙에 널리 사용되고 있다. 그리고 Nd:YAG 레이저 Nd:YLF 레이저,Nd:YVO4 레이저 등으로 포토마스크의 수정 등을 하고 특히 그린 레이저는 현재 박막형 태양전지 P2,P3 스크라이빙에 적용되고 있다.

종래의 레이저 스크라이빙 기술은 CIGS 박막형 태양전지의 제조과정에서 Mo(후면전극)를 DC 스퍼터링을 진공챔버 안에서 증착하고 나서 다시 대기상태로 나와서 레이저 스크라이빙을 수행하기 때문에 공정상의 번거로움과 Tact Time(셀 1개당 제조시간)이 길어짐으로써 생산수율 저하, 파티클 발생 등의 문제가 발생하였다.

본 발명은 구리-인듐-갈륨-셀레늄(Cu-In-Ga-Se)태양전지셀 제조를 할 때 셀제조 공정단계 중에서 P1(후면전극: Mo), P2(광흡수층: CIGS), P3(투명전도막: ZnO)의 공정을 기존 진공챔버에서 대기상태로 나와서 진행하던 것을 진공상태에서 그대로 진행할 수 있도록 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는, in-suit 레이저 스크라이빙 장치에 있어서, 박막 태양전지를 제작하기 위해 기판이 안착되는 진공챔버; 및 상기 진공챔버 외부에 구비되며, 상기 진공챔버 내에 안착된 기판을 레이저를 이용하여 스크라이빙되도록 하는 레이저 스크라이버 장치를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스크라이버 장치는, 상기 진공챔버의 상부에 위치되며, 상기 진공챔버 내에서 처리된 기판을 스크라이빙시키기 위해 레이저 빔이 상기 기판 상부로 방출되도록 하는 레이저 구동부와, 상기 레이저 구동부의 상부에 위치되어 상기 레이저 구동부로부터 방출되는 레이저가 직진성을 가지도록 위치를 정렬시키기 위한 비전신호를 출력하는 비전부와, 상기 진공챔버의 하부에 위치되어, 상기 비전부로부터 출력되는 비전신호를 입력받아 상기 레이저 구동부의 위치를 정렬시키는 정렬부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 레이저 스크라이버 장치는, 상기 레이저 구동부가 미리 정해진 패턴에 따라 움직일 수 있도록 하는 이송부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 기판은, 후면전극층, 광흡수층 및 투명전도막층으로 이루어지며, 상기 레이저 스크라이버 장치는, 상기 기판의 각 층을 선택적으로 스크라이빙시킬 수 있도록 상기 레이저 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 구리-인듐-갈륨-셀레늄(Cu-In-Ga-Se)태양전지셀 제조를 할 때 셀제조 공정단계 중에서 P1(후면전극: Mo), P2(광흡수층 : CIGS), P3(투명전도막 : ZnO)의 공정을 기존 진공챔버에서 대기상태로 나와서 진행하던 것을 진공상태에서 그대로 진행할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 박막태양전지 제조공정의 단순화, 원가절감, 생산수율의 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 in-suit 레이저 스크라이빙 장치는 박막 태양전지를 제작하기 위해 기판이 안착되는 진공챔버(130)와, 상기 진공챔버(130) 외부에 구비되며, 상기 진공챔버(130) 내에 안착된 기판을 레이저를 이용하여 스크라이빙되도록 하는 레이저 스크라이버 장치로 구성된다.

상기 레이저 스크라이버 장치는 상기 진공챔버(130)의 상부에 위치되며, 상기 진공챔버(130) 내에서 처리된 기판(도 6의 160)을 스크라이빙시키기 위해 레이 저 빔이 상기 기판(160) 상부로 방출되도록 하는 레이저 구동부(120)와, 상기 레이저 구동부(120)의 상부에 위치되어 상기 레이저 구동부(120)로부터 방출되는 레이저가 직진성을 가지도록 위치를 정렬시키기 위한 비전신호를 출력하는 비전부(110)와, 상기 진공챔버(130)의 하부에 위치되어, 상기 비전부(110)로부터 출력되는 비전신호를 입력받아 상기 레이저 구동부(120)의 위치를 정렬시키는 정렬부(140)와, 상기 레이저 구동부(120)가 미리 정해진 패턴에 따라 움직일 수 있도록 하는 이송부와, 상기 기판(160)의 각 층을 선택적으로 스크라이빙시킬 수 있도록 상기 레이저 구동부(120)를 제어하는 제어부로 구성된다.

상기 정렬부(140)는 보강대(150) 상부에 위치된다.

이때, 상기 기판(160)은 후면전극층, 광흡수층 및 투명전도막층으로 이루어지며, 상기 레이저 스크라이버 장치의 제어부는 상기 기판을 이루는 각 층에 대해 원하는 층까지 스크라이빙될 수 있도록 구현할 수 있다. 물론 스크라이빙될 층에 대한 정보는 작업자가 입력하여 설정할 수 있도록 구현된다.

상기와 같이 구성된 in-suit 레이저 스크라이빙 장치의 작용은 다음과 같다.

먼저 박막태양전지 제작을 위한 기판(160)이 도 6에 도시된 바와 같이 진공챔버(120) 내의 기판 안착부에 안착되면, 진공챔버(130)는 기판(160)이 균일하게 평탄화를 이룰 수 있도록 내부를 진공상태로 변환시킨 후 처리공정이 이루어지도록 한다. 즉, 기판(160)에 대해 Mo(후면전극)이 진공챔버(130) 내에서 DC 스퍼터링에 의해 증착된다. 상기 진공챔버내에서 이루어지는 공정이 Mo(후면전극) 증착공정이외에는 없는 건가요? 네

상기와 같이 진공챔버(130) 내에서 기판(160)의 Mo(후면전극)이 증착되고 난 후 제어부는 비전부(110)를 제어하여 상기 레이저 구동부(120)로부터 방출되는 레이저가 직진성을 가지도록 위치를 정렬시키기 위한 비전신호를 정렬부(140)로 출력하고, 정렬부(140)는 상기 비전신호에 응하여 레이저 구동부(120)를 정렬시켜 레이저 구동부(120)를 통해 방출되는 레이저가 기판(160)에 대해 직진성을 가지도록 한다.

이때, 상기 레이저 구동부(120)는 이송부에 의해 미리 정해진 패턴에 따라 움직이게 되며, 상기 이송부의 이송패턴은 제어부의 내부 메모리나, 제어부와 연결된 외부 메모리에 저장되며, 상기 이송부는 상기 이송패턴을 읽어들여 출력하는 제어부의 이송 제어신호에 응하여 제어된다.

상기 비전부(110)는 기판(160)에 표시 되어진 정렬표식을 인식하여 이를 제어부(미도시)에 화상으로 전달하는 역할을 담당하며, 이를 화상으로 분석을 한 후 레이저 구동부(120)의 위치점과 기판(160)의 정렬표식간의 정렬을 시켜주는 역할은 정렬부(140)에서 한다. 이는 비전부(110)에서 제공하는 기판(160)의 위치와 초기에 세팅되어진 레이저 구동부(120) 사이의 정렬을 시켜주는 역할은 정렬부(140)에서 하며 이를 상호연동해주는 역할은 제어부(미도시)에서 한다.

한편, 상기 비전부(110)는 진공챔버(130)의 상부에 고정 되어지며, 정렬부(140)는 기판(160)이 놓여 지는 진공챔버(130)의 내부 하단에 위치하게 되며, X축, Y축, θ축, Up/Down 을 마이크로미터 단위로 움직인다.

그리고, 상기 레이저 구동부(120)는 Linea motion motor(리니어 모션 모터, 미도시)부에 장착을 하게 되며 Linea motion motor(리니어 모션 모터)부는 상기 레이저 구동부(120)을 5마이크로미터 이내의 오차를 가지고 X축과 Y축으로 이동을 하게 된다..

이는 앞서 기술한 것과 같이 비전부(110)에서 제공하는 기판(160)의 위치와 레이저 구동부(120)의 위치를 정렬부(140)에서 3 마이크로미터 이내로 정렬을 시켜주며, 이를 기준으로 하여 Linea motion motor(리니어 모션 모터)부에 장착되어진 레이저 구동부(120)는 정해진 패턴대로 스크라이빙 동작이 이루어지도록 한다.

상기 레이저 구동부(120)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 방출되는 레이저 빔의 세기를 결정하여, 다수의 층으로 이루어진 기판에 대해 임의의 층까지 스크라이빙되도록 한다. 상기 레이저 구동부(120)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 정해진 패턴 모양대로 스크라이빙이 이루어지도록 하며, 레이저 빔의 종류 및 세기는 스크라이빙을 진행하는 물질에 따라 결정된다,

상기 기판(160) 상부에 Mo(후면전극)을 증착시킨 후 레이저가 기판(160)을 투과하도록 하고, 레이저가 Mo(후면전극)층에 닿으면, Mo(후면전극)은 레이저 빔의 폭만큼씩 열화되면서 정해진 패턴대로 스크라이빙이 이루어진다.

상기 진공챔버(130)의 정렬부(140)에 기판(160)을 위치시키며, 이를 비전부(110)에서 기판(160)의 정렬표식정보를 제어부(미도시)에 전달하면, 정렬표식정보와 레이저 구동부(120)의 초기 위치를 정렬부(140)에서 초기 위치정렬을 진행하고 나서 사용자가 작성해놓은 패턴을 제어부(미도시)에 입력을 하면 제어부에서 Linear motion motor(리니어 모션 모터)에 장착되어진 레이저 구동부(120)를 X축과 Y축으로 이송시키면서 스크라이빙 동작이 이루어지도록 한다.

본 발명은 박막형 태양전지 셀 제조용 설비(a-si, CdTe, CIGS), 대면적 유기EL 제조설비, LTPS(낮은 온도의 폴리실리콘) 등과 같은 결정화 설비에 적용 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 CIGS 박막형 태양전지의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 CIGS 박막의 모노리틱 구조를 도시한 도면이다.

도 3은 CIGS 태양전지 생산공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 in-suit 레이저 스크라이빙 장치를 도시한 도면이다.

도 5는 도 4의 단면도이다.

도 6은 도 4에 적용된 진공챔버의 내부를 설명하기 위한 도면이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

110 : 비전부

120 : 레이저 구동부

130 : 진공챔버

140 : 정렬부

150 : 보강대

Claims (4)

  1. in-suit 레이저 스크라이빙 장치에 있어서,
    박막 태양전지를 제작하기 위해 기판이 안착되는 진공챔버; 및
    상기 진공챔버 외부에 구비되며, 상기 진공챔버 내에 안착된 기판을 레이저를 이용하여 스크라이빙되도록 하는 레이저 스크라이버 장치;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이버 장치는,
    상기 진공챔버의 상부에 위치되며, 상기 진공챔버 내에서 처리된 기판을 스크라이빙시키기 위해 레이저 빔이 상기 기판 상부로 방출되도록 하는 레이저 구동부와,
    상기 레이저 구동부의 상부에 위치되어 상기 레이저 구동부로부터 방출되는 레이저가 직진성을 가지도록 위치를 정렬시키기 위한 비전신호를 출력하는 비전부와,
    상기 진공챔버의 하부에 위치되어, 상기 비전부로부터 출력되는 비전신호를 입력받아 상기 레이저 구동부의 위치를 정렬시키는 정렬부,
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 스크라이버 장치는,
    상기 레이저 구동부가 미리 정해진 패턴에 따라 움직일 수 있도록 하는 이송부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은, 후면전극층, 광흡수층 및 투명전도막층으로 이루어지며,
    상기 레이저 스크라이버 장치는,
    상기 기판의 각 층을 선택적으로 스크라이빙시킬 수 있도록 상기 레이저 구동부를 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 in-suit 레이저 스크라이빙 장치.
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