KR101037316B1 - 태양전지의 선택적 에미터 형성장치 - Google Patents

Abstract

태양전지의 선택적 에미터 형성방법 및 장치가 개시된다. 상기 장치는, n형 불순물이 확산되어 형성된 제1 에미터층이 상면에 형성된 기판을 이송시키는 이송수단; 상기 이송수단으로부터 상기 기판을 공급받으며, 공급된 상기 기판을 지지하는 테이블; 상기 제1 에미터층의 상측에 배치되며, 패터닝된 개구부를 갖는 마스크; 및 상기 테이블의 상측에 이격되어 위치하며, 상기 마스크를 통해 노출된 상기 제1 에미터층에 열에너지를 공급하는 램프부를 포함한다.

Description

태양전지의 선택적 에미터 형성장치{Apparatus for forming selective emitter of solar cell}

본 발명은 태양전지의 선택적 에미터 형성장치에 관한 것이다.

최근, 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 환경오염을 줄일 수 있는 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 신재생 에너지 중에서, 특히, 태양에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있는 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있다. 하지만, 태양전지가 실제 산업에 적용되기 위해서는, 태양전지의 광전변환 효율이 높아야 하고, 그 제조 가격이 낮아야 한다.

광전변환 효율의 측면에서 살펴보면 실리콘 태양전지가 가지는 이론적 한계효율이 그다지 높지 않기 때문에 실제 태양전지의 광전변환 효율을 높이는데 제한이 있지만, 현재 세계적인 연구 그룹에 의해서 실리콘 태양전지가 24% 이상의 광전변환 효율을 가지는 것으로 보고되고 있다.

하지만, 태양전지를 대량 생산할 경우, 태양전지의 평균 광전변환 효율은 실 제로 17%를 넘기 어려운 실정이다. 따라서 연간 30MW 이상 규모의 자동화 대량 생산공정 라인에서 적용 가능한 고효율 생산 방식이 요구되고 있다.

본 발명은 선택적 에미터 형성을 통해 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있으면서, 선택적 에미터를 안정적으로 형성할 수 있는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, n형 불순물이 확산되어 형성된 제1 에미터층이 상면에 형성된 기판을 이송시키는 이송수단; 상기 이송수단으로부터 상기 기판을 공급받으며, 공급된 상기 기판을 지지하는 테이블; 상기 제1 에미터층의 상측에 배치되며, 패터닝된 개구부를 갖는 마스크; 및 상기 테이블의 상측에 이격되어 위치하며, 상기 마스크를 통해 노출된 상기 제1 에미터층에 열에너지를 공급하는 램프부를 포함하며, 상기 마스크는 상기 램프부의 빛을 집광하는 렌즈부를 포함하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치가 제공된다.

여기서, 상기 기판을 예열하는 예열수단을 더 포함할 수 있으며, 이 때, 상기 예열수단은 상기 테이블을 통해 상기 기판을 예열할 수 있다.

삭제

여기서, 상기 이송수단은 컨베이어 벨트를 포함하고, 상기 테이블은 상기 컨베이어 벨트의 하측에 배치될 수 있다. 또한, 상기 테이블의 전방에 위치하여 상기 기판의 이송을 감지하고, 상기 기판이 상기 테이블 상에 위치하여 정지하도록 상기 컨베이어 벨트의 작동을 조절하는 기판 감지 센서를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 테이블 상에 위치한 기판의 이동을 방지하기 위해, 상기 테이블에는 음압 공급을 위한 음압홀이 형성될 수 있다.

여기서, 상기 마스크에 형성되는 개구부는, 상기 기판에 형성될 핑거전극의 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역; 및 상기 기판에 형성될 버스바전극의 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 영역에는 그리드(grid) 형상의 무늬가 형성될 수 있으며, 상기 그리드의 폭은 상기 제1 영역의 폭과 동일할 수 있다.

여기서, 상기 마스크는, 상기 렌즈부가 형성되는 투명 기판과; 상기 투명 기판의 저면에 결합되며 패터닝된 개구부를 갖는 금속막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 렌즈부는 상기 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 상기 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부를 포함할 수도 있다.

상기 램프부는, 복수 개의 램프; 및 상기 복수 개의 램프를 지지하는 램프 하우징을 포함할 수 있으며, 상기 램프 하우징의 저면에는 오목한 곡면에 형성될 수도 있다. 또한, 상기 램프 하우징에는 냉각수단이 구비될 수도 있으며, 상기 램프부는 이동 가능할 수 있다.

삭제

본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 에미터 형성을 통해 태양전지의 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있으면서, 선택적 에미터를 안정적이고 효율적으로 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법을 나타내는 순서도.
도 2 및 도 3은 기판의 표면에 불순물을 코팅하는 모습을 나타내는 도면.
도 4는 제1 에미터층을 형성하기 위해 기판에 열에너지를 가하는 모습을 나타내는 도면.
도 5는 제1 에미터층이 형성된 기판을 나타내는 단면도.
도 6a는 램프를 이용하여 제2 에미터층을 형성하는 일 실시예를 나타내는 도면.
도 6b는 램프를 이용하여 제2 에미터층을 형성하는 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 7은 제2 에미터층이 형성된 기판을 나타내는 단면도.
도 8 및 도 9는 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내는 그래프.
도 10은 버스바층과 핑거층이 형성된 모습을 나타내는 평면도.
도 11은 버스바전극과 핑거전극이 형성된 모습을 나타내는 평면도.
도 12는 마스크의 일부분을 확대하여 나타내는 도면.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법의 여러 변형 실시예를 나타내는 도면.
도 16은 마스크의 일 실시예를 나타내는 단면도.
도 17 및 도 18은 마스크의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 19는 본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성장치의 일 실시예를 나타내는 측면도.
도 20은 본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성장치의 일 실시예를 나타내는 사시도.
도 21은 이송 어셈블리를 나타내는 평면도.
도 22는 테이블 어셈블리를 나타내는 사시도.
도 23은 도 22에서 테이블이 제거된 모습을 나타내는 평면도.
도 24는 테이블 어셈블리를 나타내는 측면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 마스크, 태양전지의 선택적 에미터 형성방법 및 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 대해 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, n형 불순물(14)이 확산되어 형성된 제1 에미터층(16)이 상부에 형성된 기판(10)을 준비한다(S100). 이 때, 기판(10)은 테이블(도 13의 200 참조) 상에 안착되어 있을 수 있다. 이와 같이 기판(10)을 테이블(200) 상에 고정시켜 놓은 상태에서 선택적 에미터를 형성하는 공정을 진행하게 되면, 기판(10)에 진동이 발생할 염려 없이 안정적으로 선택적 에미터를 형성할 수 있게 된다.

상기 기판(10)을 제작하기 위하여 붕소 이온이 도핑된 p형 실리콘 웨이퍼(12)의 상면에 인과 같은 n형 불순물(14)을 코팅한 뒤(도 2 및 도 3 참조), 실리콘 웨이퍼(12)에 열에너지(E1)를 가하는 방법을 이용할 수 있다(도 4 참조). 실리콘 웨이퍼(12)의 표면에 열에너지(E1)가 가해지면, 불순물(14) 이온이 실리콘 웨이퍼(12) 내부로 확산되어 제1 에미터층(16)이 형성될 수 있게 된다(도 5 참조). 여기서, 제1 에미터층(16)은 인과 같은 불순물(14)이 확산되어 형성된 n층에 해당한다.

한편, 이렇게 제1 에미터층(16)이 형성된 기판 전체에 소정의 열에너지를 가하는 예열 공정이 진행될 수도 있다. 도 6a에는 이러한 예열 공정을 위한 예열수단(300)이 도시되어 있다. 예열 공정이 갖는 의미 등에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명될 것이다.

다음으로, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 에미터층(16)의 상측에 패터닝된 개구부(26)를 갖는 마스크(20)를 배치한 뒤(S200), 마스크(20)를 통해 노출된 제1 에미터층(16)에 열에너지를 공급하여, n형 불순물이 더 확산되어 형성되는 제2 에미터층(도 7의 18)을 형성한다(S300). 즉, 이미 n형 불순물(14)이 확산되어 있는 제1 에미터층(16) 중 일부 영역에 마스크(20) 및 램프부(400) 등을 이용하여 열에너지를 선택적으로 공급하는 것이다.

한편, 전술한 바와 같이 예열 공정을 진행하는 경우, 예열에 의해 기판(10)에 가해지는 에너지(E3)와 램프부(400)에 의해 가해지는 에너지(E2)의 합이 제1 에미터층(16)을 형성하는 데에 이용되었던 에너지(E1)보다 더 커야할 필요가 있다(E2+E3 > E1).

램프부(400) 등에 의한 열에너지 공급과 별도로 예열 공정을 진행하게 되면, 램프부(400)에 의해 열에너지가 공급되는 영역과 그렇지 않은 영역 간의 에너지 차이를 줄일 수 있게 되어, 기판(10)의 손상되는 현상을 예방할 수 있게 된다. 이 때, 예열 공정과 램프부(400)를 이용한 열에너지 공급 공정은 순차로 이루어질 수도 있고, 동시에 수행될 수도 있을 것이다.

이상과 같이, 예열과 램프부(400)를 이용한 열에너지 공급을 통해, 제1 에미터층(16)을 형성하는 데에 이용되었던 에너지(E1)보다 더 큰 에너지(E2+E3)를 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 가하게 되면, 램프부(400)에 의해 열에너지가 공급된 영역에서는 n형 불순물(14)이 더 확산되는 현상이 발생되며, 그로 인해, 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 제2 에미터층(18)이 형성될 수 있게 된다(도 7 참조).

한편, 이미 형성되어 있는 n층 즉, 제1 에미터층(16)의 불순물 농도가 부족할 경우에 대비하여, 도 6b에 도시된 바와 같이, 별도의 n형 불순물(15)을 제2 에미터층(18)이 형성될 위치에 추가로 형성한 후에 열에너지를 공급하는 방법을 이용할 수도 있다.

이하에서는 제2 에미터층(18)이 형성되는 원리에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

고체 내에서 원자의 확산은 원자의 농도가 불균일할 때, 열 운동에 의해 고체 전체를 통해 원자의 농도가 균일해질 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로 일어난다. 확산량이 농도구배(concentration gradient)에 비례한다는 피크(Fick)의 제1 법칙에 따른 확산 현상의 기본이 되는 수식은 아래와 같다.

[수학식 1]에서, J는 확산량(즉, 단위면적을 지나는 확산 물질의 양)을 나타내고, D는 확산계수이다. 또한, C는 확산물질의 농도를 나타내고, x는 Y축에서의 확산 물질의 이동 거리를 나타낸다.

이때, 확산계수는 온도가 증가함에 따라 급격하게 증가하고, 이를 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.

[수학식 2]에서, D₀는 온도에 민감하지 않은 상수이고, k는 볼츠만(Boltzmann) 상수이고, T는 온도이다. Q는 활성화 에너지(activation energy)로서 불리며, 물질에 따라 약 2∼5eV의 값을 가진다. [수학식 2]에 기초한 온도에 따른 확산 계수의 변화를 나타내는 그래프가 도 8 및 도 9에 도시된다. 예를 들어, Q = 2eV이고, D0 = 8 × 10^-5㎡/sec인 경우, 300°K에서, D ≒ 10^-38㎡/sec이지만, T= 1500°K에서, D = 10^-11㎡/sec으로 급격히 증가한다.

따라서 도 8에 도시된 것과 같이, 실리콘 웨이퍼(12)의 두 지점에 온도가 다른 두개의 에너지 E1과 E2+E3를 각각 주입했다고 가정하면, 두 지역에 대한 확산계수가 D₁과 D₂로서 서로 다르기 때문에(즉, 온도가 높아질수록 확산계수가 증가하기 때문에), 불순물(14)의 도달 정도가 달라지게 되어 도 7에 도시된 것과 같이 제1 에미터층(16)의 일부 영역에 제2 에미터층(18)이 형성되어, 양자가 서로 구분될 수 있게 된다.

도 8에 도시된 그래프는, 도 9에 도시된 것과 같이, 로그(log) 함수와 온도의 역수의 관계를 나타내는 그래프로 다시 나타낼 수 있다. 도 9에 도시된 그래프에 대응하게 [수학식 2]를 로그 함수로 나타내면 아래의 수식과 같다.

한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 에미터층(16)에 선택적으로 형성되는 제2 에미터층(18)은 태양전지의 버스바전극(도 11의 13a 참조)이 형성될 위치에 형성되는 버스바층(18a)과, 핑거전극(도 11의 13b 참조)이 형성될 위치에 형성되는 핑거층(18b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성하기 위하여, 마스크(20)에 형성되는 개구부(26)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 형성될 핑거전극(13b)의 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역(26a)과, 기판에 형성될 버스바전극(13a)의 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역(26b)을 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 영역(26a)과 제2 영역(26b)을 모두 포함하는 개구부(26)가 형성된 마스크(20)를 이용하게 되면, 램프부(400)를 이용한 1회의 열에너지 공급 공정으로 동시에 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성할 수 있다.

태양전지용 선택적 에미터에서 적용되는 마스크(20)에 형성되는 개구부(26a, 26b)에 있어서, 핑거전극(13b)에 대응되는 제1 영역(26a)은 폭이 약 50 ~ 150 ㎛이며, 버스바전극(13a)에 대응되는 제2 영역(26b)은 폭이 약 1.5 ~ 3.0 mm이다.

도 11에는 핑거층(도 10의 18b 참조) 상에 핑거전극(13b)이 형성되고, 버스바층(도 10의 18a 참조) 상에 버스바전극(13a)이 형성되어 있는 모습이 도시되어 있다. 핑거전극(13b)과 버스바전극(13a)이 형성되지 않은 나머지 부분에는 반사방지막(11)이 형성된다.

한편, 제1 영역(26a)과 제2 영역(26b)을 통해 기판(10)에 공급되는 단위 면적당의 열에너지의 양은 균일한 것이 좋다. 그러나, 기판(10)에 공급되는 단위 면적당 열에너지의 양은 개방된 영역의 면적이 클수록 커지게 된다. 이는 기판(10)에 공급된 열에너지가 마스크(20)의 저면을 따라 측면 방향으로 퍼지는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.

이러한 현상을 고려하여, 본 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 제2 영역(26b)에 그리드(28)와 같은 별도의 무늬를 삽입하여, 제1 영역(26a)과 제2 영역(26b) 사이에 단위 면적당 공급되는 열에너지의 편차를 최소화 할 수 있도록 하였다. 이 때, 그리드(28)의 폭과 제1 영역(26a)의 폭을 동일하게 설계하면, 상기 편차를 보다 더 줄일 수 있을 것이다.

도 13 내지 도 15에는 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법의 여러 변형 실시예가 도시되어 있다. 도 13에는 복수 개의 기판(10)이 병렬로 고정 배치된 상태에서, 하나의 램프부(400)가 복수 개의 기판(10)에 대해 동시에 열 에너지를 공급하는 모습이 도시되어 있다.

도 14에는 컨베이어 벨트(100a, 100b)를 통해 기판(10)이 연속적으로 공급되고, 기판(10)이 일시적으로 정지하는 위치에 대응하여 램프부(400)가 배치됨으로써, 인라인 방식으로 선택적 에미터를 형성할 수 있는 모습이 도시되어 있다.

도 15에는 복수 개의 기판(10)이 병렬로 고정 배치된 상태에서, 하나의 램프부(400)가 이동하면서 개별 기판(10)에 대해 각각 열 에너지를 공급하는 모습이 도시되어 있다.

도 13 내지 도 15를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 기판(10)과 램프부(400)의 배치 구조가 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다.

한편, 도 13 및 도 14 등에 도시된 바와 같이, 램프부(400)는 자외선 등을 방사하는 복수 개의 램프(410); 및 상기 램프(410)의 상측에 배치되며, 저면에는 오목한 곡면(422)이 형성되는 램프 하우징(420)을 포함할 수 있다. 램프 하우징(420)에 형성되는 오목한 곡면(422)은 램프(410)에서 발산된 열에너지를 기판 방향으로 반사하는 반사판으로서의 기능을 수행할 수 있게 된다. 계속된 작업을 수행하게 되면, 램프 하우징(420)이 과열될 수 있게 되므로, 램프 하우징(420)에는 냉각수 이동관과 같은 냉각수단(424)이 구비될 수 있다.

도 16에는 마스크(20)의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 마스크(20)는 투명 기판(22)과; 상기 투명 기판(22)의 저면에 결합되며 패터닝된 개구부(26a, 26b, 통칭 시 26)를 갖는 금속막(24)을 포함할 수 있다. 이러한 마스크(20)를 제조하기 위하여, 빛이 투과할 수 있는, 유리, 석영(quartz) 또는 이와 유사한 성분을 갖는 투면 기판(22)의 한 면에 니켈, 크롬 등의 금속을 증착하여 금속막(24)을 형성한 뒤, 금속막(24)을 원하는 무늬 형태로 식각하여 개구부(26a, 26b)를 형성하는 방법을 이용할 수 있을 것이다.

한편, 상대적으로 단위 면적당 공급되는 에너지의 양이 적은 제1 영역(26a)에 대해 입사되는 에너지를 보강시켜주기 위해, 투명 기판(22)에 상기 제1 영역(26a)으로의 집광을 위한 제1 렌즈부(22a)를 형성할 수도 있을 것이며 필요에 따라, 투명 기판(22)에 제2 영역(26b)으로의 집광을 위한 제2 렌즈부(22b)를 형성할 수도 있을 것이다. 도 16에는 투명 기판(22)에 제1 렌즈부(22a)와 제2 렌즈부(22b)가 모두 형성된 모습이 도시되어 있다.

한편, 도 16에 도시된 바와 같이, 하나의 마스크에 제1 렌즈부(22a)와 제2 렌즈부(22b)를 모두 형성하는 경우, 버스바층(18a)과 핑거층(18b)이 서로 교차하는 영역에서 핑거층(18b)이 형성되어야 할 부분에 열에너지가 제대로 가해지지 못할 수도 있다. 이러한 문제를 예방하기 위해, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이 제1 렌즈부(22a)만이 형성된 제1 마스크(20a)와 제2 렌즈부(22b)만이 형성된 제2 마스크(20b)를 각각 준비한 다음, 버스바층(18b)과 핑거층(18a)을 형성하는 공정을 분리하여 진행할 수도 있다.

이상에서는 투명기판(22)과 금속막(24)이 일체로 형성되는 마스크를 제시하였으나, 투명기판(22)과 금속막(24)을 분리 형성할 수도 있을 것이다. 이 경우, 제1 렌즈부(22a)만 형성된 투명기판과, 제2 렌즈부(22b)만 형성된 투명기판을 각각 준비한 다음, 하나의 금속막(24)을 놓고 두 개의 투명기판을 교체해 가면서 열에너지를 조사할 수도 있다.

뿐만 아니라, 하나의 투명기판(22)에 버스바용 제1 렌즈부(22a)와 핑거용 제2 렌즈부(22b)를 동일 방향으로 나란하게 형성한 후, 투명기판(22)를 90도씩 회전해서 열에너지를 조사할 수도 있을 것이다.

이상과 같이 투명 기판(22)에 렌즈부(22a, 22b)를 형성하여 집광을 수행하게 되면, 램프부(400)에서 발산되는 열에너지를 보다 효율적으로 활용할 수 있게 되는 장점이 있다.

다른 한편, 단위 면적당 공급되는 에너지의 양을 고르게 하기 위해, 제2 영역(26b)에 그리드(도 12의 28)와 같은 무늬를 형성할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

이상에서는 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에 대해 설명하였으며, 이하에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성장치에 대해 설명하도록 한다. 전술한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법은 이하에서 설명될 태양전지의 선택적 에미터 형성장치와 동일 또는 유사한 장치를 통해 수행될 수도 있을 것이다. 따라서, 이하에서 설명될 각 장치의 작동 등에 대한 설명이 전술한 태양전지의 선택적 에미터 형성방법에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성장치는, 상부에 제1 에미터층(도 5의 16 참조)이 형성된 기판(10)을 이송시키는 이송수단(100a, 100b, 도 20의 100c, 이하 통칭 시 100); 공급된 기판(10)을 지지하는 테이블(200); 제1 에미터층(16)의 상측에 배치되며, 패터닝된 개구부(26)를 갖는 마스크(20); 및 테이블(200)의 상측에 이격되어 위치하며, 마스크(20)를 통해 노출된 상기 제1 에미터층(16)에 열에너지를 공급하는 램프부(400)를 주된 구성으로 한다.

이송수단(100)은 제1 에미터층(16)이 이미 형성된 기판(10)을 후술할 테이블(200)에 공급하는 기능을 수행한다. 이러한 이송수단(100)으로는 로봇 암 또는 기판을 얹고 회전하며 공정을 수행할 수 있는 턴테이블(미도시) 등을 이용할 수도 있을 것이나, 본 실시예에서는 연속 생산에 유리한 컨베이어 벨트를 제시하도록 한다. 본 실시예의 경우와 같이, 컨베이어 벨트를 이용하여 기판(10)을 이송하는 인라인 방식을 이용하게 되면, 연속적인 처리를 가능케 하여 생산수율을 향상시킬 수 있게 된다.

테이블(200)은 이송수단(100)을 통해 공급된 기판(10)을 지지하며, 이렇게 테이블(200)에 의해 기판(10)이 지지된 상태에서 기판(10)에 선택적으로 제2 에미터층(도 7의 18 참조)을 형성하는 공정이 진행된다. 이와 같이 기판(10)을 테이블(200) 상에 고정시켜 놓은 상태에서 선택적으로 제2 에미터층(18)을 형성하는 공정을 진행함으로써, 기판(10)에 진동이 발생할 염려 없이 안정적으로 선택적 에미터를 형성할 수 있게 된다.

한편, 전술한 이송수단(100)과 테이블(200) 등은 도 20 및 도 21에 도시된 바와 같이 하나의 조립체 형태로 존재할 수 있는데, 이를 이송 어셈블리(1000)라 칭하도록 한다. 이러한 이송 어셈블리(1000)의 구체적인 구조에 대해서는 후술하도록 한다.

한편, 이송수단(100)에 의해 테이블(200)에 공급되는 기판(10)은 붕소 이온이 도핑된 p형 실리콘 웨이퍼(12)와, 그 상측에 이미 형성된 제1 에미터층(도 5의 16 참조)을 포함한다. 이와 같이 제1 에미터층(16)이 이미 형성되어 있는 기판(10)을 준비하는 과정은 전술한 바와 같으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

예열수단(300)은 테이블(200)에 지지된 기판(10)을 예열하는 기능을 수행한다. 예열수단(300)을 통해 기판(10) 전체에 소정의 에너지(도 8의 E3 참조)를 가하도록 하고, 예열에 의해 공급되는 에너지(E3) 외에 나머지 필요한 에너지(도 8의 E2 참조)를 후술할 마스크(20) 및 램프부(400)를 통해 공급함으로써, 마스크(20)에 의해 노출되는 영역과 그렇지 않은 영역 간의 과도한 에너지 차이를 줄일 수 있게 된다. 이러한 방법을 통해, 과도한 세기의 열에너지가 기판(10)의 일부분에 집중적으로 조사됨으로써 기판(10)의 해당 부위에서 손상이 발생될 염려가 줄어들 수 있음은 전술한 바와 같다.

이 때, 예열수단(300)은 테이블(200)을 통해 기판(10)을 예열할 수 있다. 즉, 예열수단(300)이 테이블(200)을 가열함으로써, 가열된 테이블(200)이 기판(10)을 예열하도록 할 수 있는 것이다. 이 경우, 예열수단(300)으로는 도 19에 도시된 바와 같이 테이블(200)에 매립된 열선 등을 이용할 수 있을 것이다.

한편, 본 실시예에서는 테이블(200)을 매개로 기판(10)을 예열하는 경우를 예로 들었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 테이블(200)과 별개로 기판(10)을 직접 가열할 수 있는 비접촉 방식의 예열수단을 이용할 수도 있을 것이다.

마스크(20)는 기판의 상측에 배치되어, 기판의 표면 중 일부 선택된 부분만이 노출되도록 하는 기능을 수행한다. 이를 위해 마스크(20)에 제1 영역(26a)과 제2 영역(26b)을 포함하는 개구부가 형성될 수 있음은 전술한 바와 같다.

램프부(400)는 테이블(200)의 상측에 이격되어 위치하며, 테이블(200)에 지지된 기판(10)에 열에너지를 공급한다. 램프부(400)에 의해 열에너지가 공급된 영역에서는 불순물이 더 확산되는 현상이 발생하여 제2 에미터층(도 7의 18 참조)이 형성될 수 있게 된다.

한편, 제1 에미터층(16)에 선택적으로 형성되는 제2 에미터층(18)은 태양전지의 버스바전극(도 11의 13a 참조)이 형성될 위치에 형성되는 버스바층(18a)과, 핑거전극(도 11의 13b 참조)이 형성될 위치에 형성되는 핑거층(18b)을 포함할 수 있다. 이러한 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성하기 위하여, 마스크(20)에 형성되는 개구부(26)는, 기판에 형성될 핑거전극(13b)의 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역(26a)과, 기판에 형성될 버스바전극(13a)의 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역(26b)을 포함할 수 있다. 이와 같이 제1 영역(26a)과 제2 영역(26b)을 모두 포함하는 개구부가 형성된 마스크(20)를 이용하게 되면, 램프부(400)를 이용한 1회의 열에너지 공급 공정으로 동시에 버스바층(18a)과 핑거층(18b)을 모두 형성할 수 있다. 이 밖에 도 17 및 도 18에 도시된 마스크(20a, 20b) 등을 이용할 수도 있음은 전술한 바와 같다.

이하에서는 이송 어셈블리(1000)의 구조에 대해 도 21 내지 도 24를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

이송 어셈블리(1000)는 기판(10)을 공급받고, 램프부(400)에 의한 열에너지 공급이 진행되는 동안 기판(10)을 지지하며, 램프부(400)에 의한 열에너지 공급이 완료된 기판(10)을 후속 공정으로 전달하는 기능을 수행한다. 도 21에는 이러한 이송 어셈블리(1000)로 대략 판 형상의 테이블 프레임(500)과, 테이블 프레임(500) 상에 위치하는 전방 이송수단(100a), 테이블 어셈블리(TA), 후방 이송수단(100b) 등이 도시되어 있다.

전방 이송수단(100a)는 테이블 어셈블리(TA)로 기판(10)을 공급하는 기능을 수행하며, 후방 이송수단(100b)는 열에너지 공급이 완료된 기판(10)을 후속 공정으로 전달하는 기능을 수행한다. 또한, 테이블 어셈블리(TA)는 전방 이송수단(100a)로부터 기판(10)을 공급받으며, 기판(10)에 램프부(400)에 의해 열에너지가 공급되는 동안 기판(10)을 지지하는 기능을 수행한다. 이 때, 테이블 어셈블리(TA)에는 중앙 이송수단(100c)이 마련된다.

본 실시예에 따르면, 전방 이송수단(100a)과 후방 이송수단(100b) 및 중앙 이송수단(100c)으로서 컨베이어 벨트를 이용한다. 이와 같이 컨베이어 벨트를 이용하는 인라인 타입을 적용하게 되면, 연속적인 처리를 가능케 하여 수율을 향상시킬 수 있게 된다. 한편, 기판(10)을 테이블(200) 상에 위치시키는 중앙 이송수단(100c)은 롤러(도 22의 240) 등이 구비된 벨트 프레임(도 22의 260)에 결합되어 구동될 수 있다.

전술한 바와 같이 기판(10)을 테이블(200) 상에 위치시키기 위한 이송수단(100)으로 컨베이어 벨트가 이용되는 경우, 테이블(200)은 중앙 이송수단(100c) 즉, 컨베이어 벨트의 하측 소정의 위치에 마련될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이송수단(100)의 구조에 따라 테이블(200)의 위치가 변경될 수 있음은 물론이다.

한편, 테이블(200)의 전방에는, 도 21에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 이송을 감지하는 기판 감지 센서(110)가 위치할 수 있다. 기판 감지 센서(110)는 테이블(200)을 향해 이송되는 기판(10)을 감지하여, 기판(10)이 테이블(200) 상에 정확히 위치하여 정지하도록 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기판 감지 센서(110)가 기판(10)의 이송을 감지한 뒤, 소정의 시간(예를 들면 약 1.5초)이 지난 뒤 컨베이어 벨트(100)의 작동이 멈추도록 하는 방법 등을 이용할 수 있다.

한편, 테이블(200)의 상면에는, 컨베이어 벨트(100c)가 삽입되도록 홈(도 22의 230)이 형성될 수도 있다. 이렇게 테이블(200)에 홈(230)이 형성되면, 테이블(200)의 상측에 위치한 컨베이어 벨트(100c)에 의해 기판(10)이 테이블(200) 상에서 필요 이상으로 이격되는 것을 방지할 수 있게 되어, 테이블(200)에 의한 보다 안정적인 지지가 가능해질 수 있게 된다.

다른 한편, 본 실시예에 따르면, 테이블(200) 상에 위치한 기판(10)의 정렬상태를 감지하는 정렬센서부(도 23의 222a, 222b, 222c, 이하 통칭 시 222)를 구비할 수 있다. 정렬센서부(222)는 테이블(200) 상에 위치한 기판(10)의 정렬상태를 감지한다. 즉, 마스크(20)와 기판(10) 사이의 정합도를 확보하기 위해, 기판(10)의 정렬상태를 감지하는 것이다. 이렇게 감지된 기판(10)의 정렬상태는, 마스크(20)에 전달되어, 기판(10)의 정렬상태에 따라 마스크(20)의 위치가 보정될 수도 있다.

본 실시예에서는 이러한 정렬센서부(222)로, 테이블(200)의 하측에 위치하는 카메라 및 조명수단을 제시한다. 이 때, 테이블(200)에는 카메라가 기판(10)의 정렬상태를 감지할 수 있도록 투명영역(도 22의 220a, 220b, 220c, 이하 통칭 시 220)이 마련될 수 있다. 여기서 투명영역(220)은 완전히 투명한 것만을 의미하는 것이 아니라, 기판(10)의 정렬상태를 광학적으로 감지할 수 있을 정도로 반투명한 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 본 실시예에서는 투명영역(220)에 석영이 마련되어 있는 구조를 제시한다.

한편, 정렬센서부(222)는 기판(10)의 후면(後面)을 감지하는 제1 센서(222a)와, 기판(10)의 측면(側面)을 감지하는 제2 센서(222b), 기판(10)의 회전 상태를 감지하는 제3 센서(222c)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 센서(222a)와 제2 센서(222b)를 이용하여 기판(10)의 전면 및 측면 에지(edge)를 감지하여, 이로부터 기판(10)의 X축과 Y축 방향으로의 정렬 오차를 판단해 낼 수 있게 되고, 제3 센서(222c)를 이용하여 기판(10)의 회전방향으로의 정렬 오차를 판단해 낼 수 있게 된다.

기판(10)의 정렬상태가 감지되면, 테이블(200) 및 테이블(200) 상에 위치한 기판(10)은 테이블 승강부(도 22의 250)에 의해 상승할 수 있다. 테이블 승강부(250)가 테이블(200)을 소정의 높이만큼 상승 및 하강시키는 기능을 수행하는 것이다. 이러한 테이블 승강부(250)에 의해 기판(10)이 상승된 상태에서 기판(10)에 대한 열에너지 공급이 진행될 수 있다.

테이블 승강부(250)로서는, 테이블(200)의 가장자리를 따라 이격되도록 배치되어 테이블(200)을 지지하며, 상하로 연장 가능한 복수 개의 지지다리(251)와; 벨트 프레임(260)을 상하로 이동시키는 실린더(252)를 이용할 수 있다. 각각의 지지다리(251)들은 조립성 향상을 위해 지지프레임(253)에 체결될 수 있다. 이 밖에도 리니어 액츄에이터(미도시)와 기어열(미도시) 등과 같은 다양한 동력전달구조를 이용할 수도 있을 것이다.

다른 한편, 테이블(200) 상에 위치한 기판(10)의 이동을 방지하기 위해, 테이블(200)에는 음압 공급을 위한 음압홀(210)이 형성될 수도 있다. 테이블(200)에 음압홀(210)을 형성하고, 펌프(미도시) 등을 이용하여 기판(10)의 하면에 음압을 공급하게 되면, 기판(10)이 테이블(200)에 밀착하게 되어 기판(10)의 정렬 상태가 흐트러지지 않을 수 있게 되는 것이다.

이상에서는 본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지의 선택적 에미터 형성장치의 구조에 대해 설명하였으며, 이하에서는 그 작동의 일 실시예에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 기판(10)이 테이블(200) 상에 공급되면, 예열수단(300)이 기판(10)에 열에너지(E2)를 공급한다. 이러한 열에너지(E2)의 공급 상태는 램프부(400)에 의한 열에너지(E3)의 공급이 완료될 때가지 계속 지속될 수도 있다.

한편, 테이블(200) 상에 위치한 기판(10)의 정렬상태는 정렬센서부(222)에 의해 감지되며, 이 후 기판(10)이 놓인 테이블(200)이 상승한다.

한편, 앞서 감지된 기판(10)의 정렬상태는 마스크(20)에 전달될 수 있으며, 기판(10)의 정렬상태에 따라 마스크(20)의 위치가 보정될 수 있다.

마스크(20)가 기판(10)의 상면을 선택적으로 커버하면, 램프부(400)는 마스크를 통해 선택적으로 노출되는 기판(10)의 상면에 열에너지를 공급하여 제2 에미터층(도 7의 18 참조)을 선택적으로 형성하게 된다.

램프부(400)에 의한 열에너지 공급이 완료되면, 테이블(200)은 하강하여 원위치로 되돌아 오게 되며, 이후 기판(10)은 후속 공정라인으로 이송된다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

10: 기판
12: 실리콘 웨이퍼
14: 불순물
13a: 버스바전극
13b: 핑거전극
16: 제1 에미터층
18: 제2 에미터층
18a: 버스바층
18b: 핑거층
1000, 1000, 1000b: 이송 어셈블리
100a, 100b, 100c:
200: 테이블
300: 예열수단
400: 램프부

Claims (31)

1. n형 불순물이 확산되어 형성된 제1 에미터층이 상면에 형성된 기판을 이송시키는 이송수단;
   상기 이송수단으로부터 상기 기판을 공급받으며, 공급된 상기 기판을 지지하는 테이블;
   상기 제1 에미터층의 상측에 배치되며, 패터닝된 개구부를 갖는 마스크; 및
   상기 테이블의 상측에 이격되어 위치하며, 상기 마스크를 통해 노출된 상기 제1 에미터층에 열에너지를 공급하는 램프부를 포함하며,
   상기 마스크는 상기 램프부의 빛을 집광하는 렌즈부를 포함하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 테이블에 지지된 기판을 예열하는 예열수단을 더 포함하는 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 예열수단은 상기 테이블을 통해 상기 기판을 예열하는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 이송수단은 컨베이어 벨트를 포함하고,
   상기 테이블은 상기 컨베이어 벨트의 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 테이블의 전방에 위치하여 상기 기판의 이송을 감지하고, 상기 기판이 상기 테이블 상에 위치하여 정지하도록 상기 컨베이어 벨트의 작동을 조절하는 기판 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 테이블 상에 위치한 기판의 이동을 방지하기 위해, 상기 테이블에는 음압 공급을 위한 음압홀이 형성되는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 마스크에 형성되는 개구부는,
   상기 기판에 형성될 핑거전극의 위치에 대응되도록 형성되는 제1 영역; 및
   상기 기판에 형성될 버스바전극의 위치에 대응되도록 형성되는 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 마스크는,
   상기 렌즈부가 형성되는 투명 기판과;
   상기 투명 기판의 저면에 결합되며, 패터닝된 개구부를 갖는 금속막을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 렌즈부는 상기 제1 영역으로의 집광을 위한 제1 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 제2 영역으로의 집광을 위한 제2 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
    
11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 영역에는 그리드(grid) 형상의 무늬가 형성되는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 그리드의 폭은 상기 제1 영역의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 램프부는,
    복수 개의 램프; 및
    상기 램프의 상측에 배치되며, 저면에는 오목한 곡면이 형성되는 램프 하우징을 포함하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 램프 하우징에는 냉각수단이 구비되는 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
    
15. 제1항에 있어서,
    상기 램프부는 이동 가능한 것을 특징으로 하는, 태양전지의 선택적 에미터 형성장치.
    
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
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22. 삭제
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