KR101065769B1 - Laser ablation apparatus and Method for manufacturing opening using it - Google Patents
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Abstract
태양전지 제조에 이용되는 레이저 식각장치 및 이를 이용한 공극 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지 제조 시 후면 패시베이션층에 공극을 형성하기 위한 레이저 식각장치에 있어서, 상기 후면 패시베이션층이 형성된 태양전지의 실리콘 기판을 거치하는 스테이지부와, 실리콘 기판의 특성에 따라 조정된 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부와, 공극의 크기와 모양에 따라 레이저 빔의 스폿의 크기와 모양을 변형하는 빔 형성부와, 하나 이상의 공극이 배열된 공극 패턴에 따라 레이저 빔이 공극의 위치에 조사되도록 스캔하는 스캔부와, 스캔부에 의해 스캔된 레이저 빔을 집광하여 조사하는 투영부를 포함하는 레이저 식각장치에 의하면, 고효율의 박형화된 태양전지를 제조하는 과정에서 사진 식각 기술 대신에 레이저 식각 기술을 이용하여 보다 단순화된 공정을 통해서 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성할 수 있다. The present invention relates to a laser etching apparatus used for manufacturing a solar cell and a method of forming a void using the same. According to an aspect of the present invention, in the laser etching apparatus for forming a void in the back passivation layer during solar cell manufacturing, the stage portion for mounting the silicon substrate of the solar cell on which the back passivation layer is formed, and the characteristics of the silicon substrate A laser oscillation unit for oscillating the laser beam adjusted according to the laser beam; a beam forming unit for modifying the size and shape of the spot of the laser beam according to the size and shape of the void; and the laser beam according to the air gap pattern in which one or more voids are arranged. According to the laser etching apparatus including a scanning unit for scanning to be irradiated to a position, and a projection unit for condensing and irradiating the laser beam scanned by the scanning unit, in the process of manufacturing a thin thin solar cell of high efficiency, instead of a photo etching technology Etching technology creates a void pattern in the back passivation layer through a simplified process Can.
태양전지, 레이저, 식각, 패시베이션 Solar cell, laser, etching, passivation
Description
본 발명은 태양전지 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 제조에 이용되는 레이저 식각장치 및 이를 이용한 공극 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a laser etching apparatus used for manufacturing a solar cell and a method of forming a void using the same.
태양전지(solar cell)는 태양으로부터 생성된 광 에너지를 광기전 효과(photovoltaic effect)에 의해 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자이다. 태양전지 종류에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류할 수 있다. 이 중 실리콘 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지와 같은 결정질 실리콘 태양전지와 비정질 실리콘 태양전지 등으로 구분된다. A solar cell is a semiconductor device that converts light energy generated from the sun into electrical energy by a photovoltaic effect. Depending on the type of solar cell, it can be classified into silicon solar cell and compound semiconductor solar cell. Among these, silicon solar cells are classified into crystalline silicon solar cells such as monocrystalline or polycrystalline silicon solar cells and amorphous silicon solar cells.
이 중 결정질 실리콘 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 잉곳(ingot)을 절단하여 생성한 단결정 또는 다결정 실리콘 웨이퍼를 베이스(base)로 사용한다. 일반적으로 p형 실리콘 웨이퍼를 태양전지 기판으로 하고, 태양전지 기판의 전면에는 n형 에미터(emitter), 반사 방지막(anti-reflection coating, ARC), 전면 전 극(front contact)이 형성되어 있고, 태양전지 기판의 후면에는 후면 전극(back contact), 후면 전계(back surface field, BSF)가 형성되어 있다. Among these, crystalline silicon solar cells use a single crystal or polycrystalline silicon wafer produced by cutting a single crystal or polycrystalline silicon ingot as a base. Generally, a p-type silicon wafer is used as a solar cell substrate, and an n-type emitter, an anti-reflection coating (ARC), and a front contact are formed on the front surface of the solar cell substrate. A back electrode and a back surface field (BSF) are formed on the rear surface of the solar cell substrate.
여기서, 후면 전계는 일종의 고-저 접합(high-low junction)으로서, 전계 효과(field effect)를 갖는 에너지 장벽에 의해 소수 운송자인 전자가 후면으로 이동하는 것을 억제한다. 이로 인해 소수 운송자인 전자가 후면에 존재할 확률이 작아지고, 이에 따라 정공과 재결합(recombination)하는 확률이 작아져 후면 재결합 속도가 낮아진다. Here, the backside electric field is a kind of high-low junction, which suppresses the migration of the minority electrons to the backside by an energy barrier having a field effect. This decreases the probability that electrons, which are minority carriers, exist in the rear side, thereby decreasing the probability of recombination with holes, thereby lowering the rear side recombination speed.
후면 전극을 구성하는 금속으로서의 3가의 알루미늄은 기판을 구성하는 4가의 실리콘으로 확산하며, p형 반도체 영역을 형성한다. 소성(firing) 과정에서 알루미늄의 후면 전극은 실리콘 기판의 후면 표면으로 확산하며 후면 전계를 형성하게 된다. Trivalent aluminum as a metal constituting the back electrode diffuses into the tetravalent silicon constituting the substrate and forms a p-type semiconductor region. During firing, the back electrode of aluminum diffuses to the back surface of the silicon substrate and forms a back electric field.
실리콘으로 구성된 태양전지 기판과 금속으로 구성된 후면 전극이 직접 접촉하여 후면 전계를 형성하는 기존의 구조에서는 태양전지 기판과 후면 전극이 후면에서 직접 접촉함에 따라 실리콘과 금속 사이의 계면에 많은 결함이 존재한다. 이러한 결함은 전자와 정공이 재결합하여 소멸하는 장소가 된다. 이러한 후면 구조에서는 후면 반사도가 65% 미만으로 낮고 후면 재결합 속도가 750cm/s로 높은 단점이 있다. In the conventional structure in which the solar cell substrate made of silicon and the back electrode made of metal are in direct contact to form a back electric field, many defects exist at the interface between silicon and metal as the solar cell substrate and the back electrode make direct contact at the back. . This defect becomes a place where electrons and holes recombine and disappear. This back structure has a low back reflectance of less than 65% and a high back recombination rate of 750 cm / s.
도 1은 두꺼운 실리콘 기판을 가지는 태양전지의 단면도이며, 도 2는 얇은 실리콘 기판을 가지는 태양전지의 단면도이다. 여기서, 참조번호 2는 후면 금속 전극을 나타낸다. 1 is a cross-sectional view of a solar cell having a thick silicon substrate, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a solar cell having a thin silicon substrate. Here,
도 1을 참조하면, 실리콘 기판(1)이 충분히 두꺼운 경우에 입사된 빛을 실리콘 기판(1) 내부에서 충분히 흡수할 수 있다. 이 경우에 후면에 도달하는 빛이 적기 때문에 후면에서 광생성되는 전하가 적어 광생성 전하량이 줄어든다. 즉, 광생성되는 전하가 양쪽 전극으로 수집될 확률이 적으므로 효율에 기여하는 바가 거의 없다. Referring to FIG. 1, when the
결정질 실리콘 태양전지의 제조 원가 중에서 실리콘 웨이퍼가 약 60%를 차지하는 바 도 2에 도시된 것과 같이 실리콘 기판(3)의 두께를 얇게 제조하여(도 1 및 도 2에서, T1 > T2임) 실리콘 소모량을 줄임으로써 제조 원가를 줄일 수 있다. 하지만, 실리콘 기판(3)의 두께를 얇게 하여 박형화를 추구하는 경우에 입사된 빛을 흡수할 수 있는 경로, 즉 광흡수 경로가 짧아진다. Silicon wafer takes about 60% of the manufacturing cost of crystalline silicon solar cell, and as shown in FIG. 2, the thickness of
그리고 실리콘 기판(3)이 박형화됨에 따라 실리콘 기판(3) 내부에서 발생하는 전자와 정공의 재결합에 비교할 때 표면에서의 재결합이 점차 중요해지므로, 표면에서의 재결합 속도를 낮추어야 할 필요가 있다. As the
두꺼운 실리콘 기판(1)에서는 빛이 입사되는 부분인 전면 재결합 속도가 태양전지의 효율을 크게 좌우하지만, 얇은 실리콘 기판(3)에서는 전면 재결합 속도뿐 아니라 후면 재결합 속도도 태양전지의 효율에 기여하는 바가 점차 커지게 된다. In the
이 경우 후면에 패시베이션(passivation) 층을 형성하는 경우 실리콘 기판의 표면 결함이 줄어들어 재결합 속도를 낮출 수 있다. 또한, 후면 패시베이션의 후면 구조는 후면 반사막으로 역할을 하는데, 박형의 실리콘 기판 내부에서 미처 흡수되지 못한 빛을 후면 반사막에서 실리콘 기판 내부로 다시 반사하여 광흡수 경 로를 증가시킬 수 있다. In this case, when the passivation layer is formed on the rear surface, surface defects of the silicon substrate may be reduced, thereby lowering the recombination rate. In addition, the rear structure of the rear passivation serves as a rear reflection layer, and the light absorption path that is not absorbed inside the thin silicon substrate may be reflected back from the rear reflection layer into the silicon substrate to increase the light absorption path.
이 경우에 후면 구조를 후면 점접촉 구조로 하면 상대적으로 후면 반사도를 높이고 후면 재결합 속도를 낮출 수 있다. 도 3에 이러한 후면 점접촉 구조를 가지는 태양전지의 단면도가 도시되어 있다. 태양전지가 후면 점접촉 구조를 가지는 경우에 광흡수 경로가 증가함에 따라 광생성되는 전하의 양이 증가하여 단락전류를 높일 수 있다. 또한, 실리콘 기판의 후면까지 침투되는 장파장에 대한 흡수 특성을 향상시킬 수 있다. In this case, if the rear structure is the rear point contact structure, the rear reflection can be relatively increased and the rear recombination speed can be lowered. 3 is a cross-sectional view of a solar cell having such a back point contact structure. When the solar cell has a back point contact structure, as the light absorption path increases, the amount of charge generated by the photovoltaic cell increases, thereby increasing the short circuit current. In addition, it is possible to improve absorption characteristics for long wavelengths penetrating to the rear surface of the silicon substrate.
패시베이션층(5)은 주로 유전물질(dielectric materials)로 구성되어 있으므로 절연체에 가깝다. 따라서, 실리콘 기판에서 광생성된 전하, 특히 정공을 후면 전극에서 수집하기 위해서는 패시베이션층(5)에 공극이 형성될 필요가 있다. 이러한 공극은 실리콘 기판과 후면 금속전극이 직접 접촉하여 전류가 통과할 수 있는 경로가 된다. The
패시베이션층의 공극을 통해서 알루미늄으로 형성된 후면 전극으로부터 알루미늄의 확산에 의해 실리콘 기판 내부에 p형 반도체 영역이 형성되어 국부 후면 전계(local BSF)(4)의 역할을 한다. 실리콘 기판에 형성되는 국부 후면 전계(4)는 알루미늄으로 고농도 도핑되어 접촉저항이 낮기 때문에 이 부분을 통해 전류가 잘 흐를 수 있다. The p-type semiconductor region is formed inside the silicon substrate by diffusion of aluminum from the back electrode formed of aluminum through the pores of the passivation layer to serve as a local back field (4). The local rear
이러한 후면 점접촉 구조의 태양전지를 제조함에 있어서 기존에 공극을 형성하기 위해서 사진 식각(photolithography) 기술을 사용하였다. 사진 식각 기술을 이용하는 경우에 여러 단계의 복잡한 과정을 거쳐서 제조되며, 이러한 사진 식각 기술은 고가이고 공정 단계가 복잡하며 제조 시간이 길고 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다. 또한, 사진 식각에 사용되는 포토레지스트(photo resist)가 원치 않는 부분을 오염시킬 수도 있으며, 화학적 습식 에칭에서는 유독한 화학 물질이 사용되어 폐수가 발생함으로써 환경 문제와 폐수 처리 문제를 초래한다. In manufacturing a solar cell having a back point contact structure, a photolithography technique is used to form voids. In the case of using a photolithography technique, the photolithography technique is manufactured through a complex process of several steps, and the photolithography technique is expensive, complicated in process steps, long in manufacturing time, and high in manufacturing cost. In addition, photoresist used for photolithography may contaminate unwanted parts, and in chemical wet etching, toxic chemicals are used to generate wastewater, which causes environmental problems and wastewater treatment problems.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.The background art described above is technical information possessed by the inventors for the derivation of the present invention or acquired during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a publicly known technique disclosed to the general public before the application of the present invention.
본 발명은 고효율의 박형화된 태양전지를 제조하는 과정에서 사진 식각 기술 대신에 레이저 식각 기술을 이용하여 보다 단순화된 공정을 통해서 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성할 수 있는 레이저 식각장치 및 이를 이용한 태양전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention provides a laser etching apparatus and a solar cell using the same, which can form a pore pattern on a rear passivation layer through a simplified process using a laser etching technique instead of a photolithography technique in the manufacture of a highly efficient thinned solar cell. It is to provide a manufacturing method.
또한, 본 발명은 갈바노 미러를 이용하여 매우 짧은 시간에 넓은 면적에 다양한 크기, 간격, 배열 형상을 가지는 공극 패턴의 형성이 가능한 레이저 식각장치 및 이를 이용한 태양전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a laser etching apparatus capable of forming a pore pattern having various sizes, intervals, and array shapes in a large area in a very short time using a galvano mirror, and a method of manufacturing a solar cell using the same.
또한, 본 발명은 마스크나 포트 레지스트와 같은 소모품이 필요치 않아 유지 비용이 저렴하며 폐수가 발생하지 않고 화학 물질을 사용하지 않아 친환경적임면서도 고효율의 박형화된 태양전지의 제조가 가능한 레이저 식각장치 및 이를 이 용한 태양전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is a laser etching apparatus capable of manufacturing a thin-film solar cell of high efficiency and eco-friendly yet does not require any consumables such as masks or pot resists, low maintenance costs, no waste water and no chemicals It is to provide a solar cell manufacturing method.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지 제조 시 후면 패시베이션층에 공극을 형성하기 위한 레이저 식각장치에 있어서, 상기 후면 패시베이션층이 형성된 태양전지의 실리콘 기판을 거치하는 스테이지부와, 실리콘 기판의 특성에 따라 조정된 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진부와, 공극의 크기와 모양에 따라 레이저 빔의 스폿의 크기와 모양을 변형하는 빔 형성부와, 하나 이상의 공극이 배열된 공극 패턴에 따라 레이저 빔이 공극의 위치에 조사되도록 스캔하는 스캔부와, 스캔부에 의해 스캔된 레이저 빔을 집광하여 조사하는 투영부를 포함하는 레이저 식각장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, in the laser etching apparatus for forming a void in the back passivation layer during solar cell manufacturing, the stage portion for mounting the silicon substrate of the solar cell on which the back passivation layer is formed, and the characteristics of the silicon substrate A laser oscillation unit for oscillating the laser beam adjusted according to the laser beam; a beam forming unit for modifying the size and shape of the spot of the laser beam according to the size and shape of the air gap; and a laser beam according to the air gap pattern in which one or more air gaps are arranged. There is provided a laser etching apparatus including a scanning unit for scanning to be irradiated to a position, and a projection unit for condensing and irradiating a laser beam scanned by the scanning unit.
스캔부는, 빔 형성부로부터 레이저 빔을 수광하여 반사시키고 제1 축을 중심으로 회전하는 제1 갈바노 미러와, 제1 갈바노 미러로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 반사시키고 제1 축과는 다른 제2 축을 중심으로 회전하는 제2 갈바노 미러를 포함할 수 있다. 여기서, 스캔부는 공극 패턴에 대응하여 제1 축과 제2 축이 이루는 각도, 제1 갈바노 미러의 회전 정도, 제2 갈바노 미러의 회전 정도 중 적어도 하나 이상을 조절할 수 있다. The scanning unit receives a first galvano mirror that receives and reflects a laser beam from the beam forming unit and rotates about a first axis, and receives and reflects a laser beam that is reflected from the first galvano mirror and is different from the first axis. It may include a second galvano mirror that rotates about two axes. Here, the scan unit may adjust at least one of an angle formed by the first axis and the second axis, a degree of rotation of the first galvano mirror, and a degree of rotation of the second galvano mirror in response to the gap pattern.
또는 스캔부는 갈바노 미러와 폴리곤 미러를 포함하며, 갈바노 미러의 회전축과 폴리곤 미러의 회전축이 이루는 각도, 갈바노 미러의 회전 정도, 폴리곤 미러의 회전 정도 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.Alternatively, the scan unit may include a galvano mirror and a polygon mirror, and may adjust at least one of an angle formed by a rotation axis of the galvano mirror and a rotation axis of the polygon mirror, a degree of rotation of the galvano mirror, and a degree of rotation of the polygon mirror.
또는 스캔부는 일방향 스캔을 수행하는 갈바노 미러 혹은 폴리곤 미러 중 어느 하나를 포함하며, 스테이지부는 스캔부의 스캔 방향과 다른 방향으로 이동가능하다. Alternatively, the scan unit may include any one of a galvano mirror or a polygon mirror that performs a one-way scan, and the stage unit may be moved in a direction different from the scan direction of the scan unit.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 태양전지 제조 시 레이저 식각장치를 이용하여 공극을 형성하는 방법에 있어서, 후면에 패시베이션층이 형성된 실리콘 기판을 준비하는 단계와, 실리콘 기판의 특성을 판단하는 단계와, 판단된 특성에 따라 레이저 식각장치의 레이저 가공조건을 조정하는 단계와, 레이저 식각장치를 이용하여 패시베이션층에 공극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 공극 형성 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, in the method of forming a void by using a laser etching device in manufacturing a solar cell, preparing a silicon substrate having a passivation layer formed on the back, determining the characteristics of the silicon substrate, According to the determined characteristics, there is provided a method of forming voids in a solar cell, the method including adjusting laser processing conditions of a laser etching apparatus, and forming a pore pattern in a passivation layer using the laser etching apparatus.
여기서, 레이저 발진부에서 발진되고 레이저 가공조건에 따라 조정된 레이저의 가공 파워는 0.3와트(watt)이고, 레이저 빔의 파장(wavelength)은 126nm이며, 펄스 폭(pulse width)은 20khz에서 10ns이고, 반복률(rep rate)은 100khz일 수 있다. Here, the processing power of the laser oscillated at the laser oscillation unit and adjusted according to the laser processing conditions is 0.3 watt, the wavelength of the laser beam is 126 nm, the pulse width is 10 ns at 20 khz, and the repetition rate. (rep rate) may be 100khz.
또는 레이저의 가공 파워는 0.5와트이고, 레이저 빔의 파장은 266nm이며, 펄스 폭은 20khz에서 100ps이고, 반복률은 100khz일 수 있다. Alternatively, the processing power of the laser may be 0.5 watts, the wavelength of the laser beam may be 266 nm, the pulse width may be from 20khz to 100ps, and the repetition rate may be 100khz.
또는 레이저의 가공 파워는 0.8와트이고, 레이저 빔의 파장은 355nm이며, 펄스 폭은 20khz에서 15ns이고, 반복률은 100khz일 수 있다.Alternatively, the laser may have a processing power of 0.8 watts, a laser beam wavelength of 355 nm, a pulse width of 20 khz to 15 ns, and a repetition rate of 100 khz.
또는 레이저의 가공 파워는 0.9와트이고, 레이저 빔의 파장은 400nm이며, 펄스 폭은 20khz에서 100fs이고, 반복률은 100khz일 수 있다.Alternatively, the processing power of the laser may be 0.9 watts, the wavelength of the laser beam may be 400 nm, the pulse width may be 20khz to 100fs, and the repetition rate may be 100khz.
또는 레이저의 가공 파워는 1와트이고, 레이저 빔의 파장은 532nm이며, 펄 스 폭은 20khz에서 15ns이고, 반복률은 100khz일 수 있다.Alternatively, the processing power of the laser may be 1 watt, the wavelength of the laser beam may be 532 nm, the pulse width may be 20khz to 15ns, and the repetition rate may be 100khz.
또는 레이저의 가공 파워는 3와트이고, 레이저 빔의 파장은 1064nm이며, 펄스 폭은 20khz에서 30ns이고, 반복률은 300khz일 수 있다.Alternatively, the processing power of the laser may be 3 watts, the wavelength of the laser beam may be 1064 nm, the pulse width may be 20khz to 30ns, and the repetition rate may be 300khz.
또는 레이저의 가공 파워는 10와트이고, 레이저 빔의 파장은 2940nm이며, 펄스 폭은 20khz에서 100ns이고, 반복률은 100khz일 수 있다.Alternatively, the processing power of the laser may be 10 watts, the wavelength of the laser beam is 2940 nm, the pulse width may be 20khz to 100ns, and the repetition rate may be 100khz.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages other than those described above will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고효율의 박형화된 태양전지를 제조하는 과정에서 사진 식각 기술 대신에 레이저 식각 기술을 이용하여 보다 단순화된 공정을 통해서 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, a pore pattern may be formed on the rear passivation layer through a simplified process by using laser etching instead of photolithography in the process of manufacturing a highly efficient thinned solar cell.
또한, 갈바노 미러를 이용하여 매우 짧은 시간에 넓은 면적에 다양한 크기, 간격, 배열 형상을 가지는 공극 패턴의 형성이 가능하다. In addition, by using a galvano mirror, it is possible to form a void pattern having various sizes, intervals and arrangement shapes in a large area in a very short time.
또한, 마스크나 포트 레지스트와 같은 소모품이 필요치 않아 유지 비용이 저렴하며 폐수가 발생하지 않고 화학 물질을 사용하지 않아 친환경적이면서도 고효율의 박형화된 태양전지의 제조가 가능하다. In addition, maintenance costs are low because no consumables such as masks or pot resists are required, and wastewater does not occur and chemicals are not used, thereby making it possible to manufacture an eco-friendly and highly efficient thinned solar cell.
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.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
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. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
본 발명에서 공극 패턴은 태양전지의 실리콘 기판의 후면 패시베이션층에 실리콘 기판 내부와 후면 전극 사이의 전기적 연결 통로인 하나 이상의 공극이 배열된 패턴을 의미한다. 실리콘 기판의 후면 면적에 대하여 모든 공극의 면적의 합의비율로써 공극 패턴의 크기를 나타낼 수 있으며, 각 공극은 규칙성을 가지고 일 정 간격으로 배열되거나 불규칙하게 배열될 수 있다. In the present invention, the pore pattern refers to a pattern in which at least one pore, which is an electrical connection path between the inside of the silicon substrate and the back electrode, is arranged on the back passivation layer of the silicon substrate of the solar cell. The size of the pore pattern may be represented by the ratio of the sum of the area of all the pores to the back surface area of the silicon substrate, and each pore may be arranged at regular intervals or irregularly with regularity.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기에 앞서 기존의 사진 식각 기술에 따라 태양전지에 공극 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a method of forming a pore pattern in a solar cell according to a conventional photolithography technique will be described in detail with reference to the accompanying drawings of an embodiment of the present invention.
도 4는 종래 사진 식각 기술에 따라 태양전지의 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성하는 방법의 순서도이다. 4 is a flowchart illustrating a method of forming a pore pattern in a rear passivation layer of a solar cell according to a conventional photolithography technique.
우선 태양전지의 실리콘 기판(50)의 후면에 패시베이션층(51)을 형성한다((a) 참조). First, the
그리고 패시베이션층(51) 상에 포토레지스트(52)를 도포하고, 소프트 베이킹(soft baking) 공정을 수행한다((b) 참조). 포토레지스트(52)는 감광성(photo sensitive) 물질로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이라 할 것이다. Then, the
패시베이션층(51)에 공극 패턴을 형성하기 위해 포토레지스트(52) 중 공극 패턴에 상응하는 일정 부분을 제거해야 한다. 이를 위해 다음과 같은 과정을 거친다. In order to form a pore pattern in the
공극 패턴에 상응하는 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 포토마스크(53)를 이용하여 소정 시간 동안 노광(exposure) 과정을 수행한다((c) 참조). 이후 노출된 부분에 대하여 현상(development) 과정, 세정(cleaning) 과정 및 포스트 베이킹(post baking) 과정을 수행한다((d) 참조). An exposure process is performed for a predetermined time using the
상술한 과정을 통해 포토레지스트(53) 중 공극 패턴에 상응하는 일정 부분(54)이 제거된 이후 드러난 패시베이션층(52)에 대하여 식각액을 이용하여 에칭(etching) 공정을 수행함으로써 패시베이션층(52) 중 공극 패턴에 상응하는 부분에 국부 개구부(local opening)(55)를 형성한다((e) 참조). The
이후 남아있는 포토레지스트(52)를 스트립(strip) 공정을 통해 제거함으로써 패시베이션층(51)에 공극 패턴의 형성이 완료된다((f) 참조). Thereafter, the remaining
상술한 과정 중에 포토마스크나 포토레지스트 등이 소모품으로 이용되어 그 유지 비용이 많이 소요되며, 식각액 등의 화학물질을 사용함에 따라 폐수가 발생하게 되어 환경 오염을 일으키고 폐수 처리 문제가 발생한다. 또한, 패시베이션층 상에 도포되는 포토레지스트가 원치 않는 부분을 오염시킬 수도 있으며, 상술한 것과 같이 많은 공정을 거쳐야 함에 따라 제조 시간이 길고 제조 비용이 많이 소요된다. Photomask or photoresist is used as a consumable during the above-described process, and the maintenance cost is high, and wastewater is generated by using chemicals such as etching solution, which causes environmental pollution and wastewater treatment problems. In addition, the photoresist applied on the passivation layer may contaminate the undesired portions, and as the above-described process requires many processes, the manufacturing time is long and the manufacturing cost is high.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 식각장치를 이용하여 태양전지의 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성함으로써 상술한 문제점을 해결할 수 있다. Therefore, the above-described problem can be solved by forming a pore pattern on the back passivation layer of the solar cell using the laser etching apparatus according to the embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 식각장치를 이용한 레이저 식각 기술에 따라 태양전지의 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성하는 방법의 순서도이다. FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of forming a pore pattern in a rear passivation layer of a solar cell according to a laser etching technique using a laser etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5의 (a)를 참조하면, 태양전지의 실리콘 기판(50)의 후면에 유전물질로 구성된 패시베이션층(51)을 형성한다. Referring to FIG. 5A, a
도 5의 (b)를 참조하면, 레이저 식각장치를 이용하여 공극 패턴을 형성하고자 하는 위치에 레이저 빔을 조사함으로써 패시베이션층(51)의 일정 부분을 제거한다. Referring to FIG. 5B, a portion of the
여기서, 실리콘 기판(50)의 특성에 따른 가공조건을 가지도록 레이저 빔을 조정하여 패시베이션층(51)에 공극 패턴을 형성할 수 있다. 레이저 가공조건에 영향을 미치는 실리콘 기판(50)의 특성은 패시베이션층(51)의 적층 구조, 두께 등의 특성, 실리콘 기판(50)의 후면의 표면 구조 등일 수 있다. Here, the void pattern may be formed in the
이후 후면 전극을 형성하고, 소성 공정을 통해 전극을 구성하는 금속을 태양전지의 실리콘 기판(50) 내에 확산시킴으로써 고효율이면서도 박형화된 태양전지를 제조할 수 있다. Thereafter, the back electrode is formed, and the metal constituting the electrode is diffused into the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 식각장치의 블록 구성도이고, 도 7은 스캔부의 일 실시예이고, 도 8은 스캔부의 다른 실시예이다. 6 is a block diagram of a laser etching apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is an embodiment of the scan unit, and FIG. 8 is another embodiment of the scan unit.
도 6을 참조하면, 레이저 식각장치(100)는 레이저 발진부(110), 빔 확대부(120), 빔 형성부(130), 스캔부(140), 투영부(150), 스테이지부(160)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the
레이저 발진부(110)는 레이저 매질, 펌핑부, 스위칭부 등으로 구성되어 소정 펄스 폭의 레이저 빔을 출력한다. 레이저 발진부(110)에 의해 발진되는 레이저 빔은 펄스파 모드일 수 있다. The
본 실시예에 따른 레이저 발진부(110)에 의해 발진되는 레이저 빔의 파장은 126nm 내지 2940nm일 수 있으며, 0.3와트(watt) 내지 10와트의 가공 파워를 가지고, 20khz에서 100fs 내지 100ns의 펄스 폭을 가지며, 반복률이 100khz 내지 300khz일 수 있다. The wavelength of the laser beam oscillated by the
예를 들면, 레이저 가공조건은 하기의 표 1과 같다. 여기서, 펄스폭 단위는 ns(nanosecond, 10-9s), ps(picosecond, 10-12s), fs(femtosecond, 10-15s) 등이 있다. For example, laser processing conditions are shown in Table 1 below. Here, the pulse width and the like unit is ns (nanosecond, 10 -9 s) , ps (picosecond, 10 -12 s), fs (femtosecond, 10 -15 s).
다만, 표 1에 기재된 레이저 파장, 가공 파워, 펄스폭 및 반복률에 관한 수치는 엄밀한 의미의 수치를 의미하는 것이 아니라, 레이저 가공에 관한 당업자가 통상적으로 사용하는 의미에서의 수치값을 의미함은 물론이다.However, the numerical values relating to the laser wavelength, the processing power, the pulse width, and the repetition rate shown in Table 1 do not mean numerical values in a strict sense, but also mean numerical values in the meanings commonly used by those skilled in the art for laser processing. to be.
여기서, 레이저 빔의 파장이 짧을수록 태양전지의 공극 패턴을 형성함에 있어서 미세하고 정밀한 가공이 가능하여 가공 성능이 향상되는 효과가 있으며, 레이저 빔의 파장이 길수록 시스템의 가격이 저렴해지는 효과가 있다. Here, as the wavelength of the laser beam is shorter, fine and precise processing is possible in forming the pore pattern of the solar cell, and thus the processing performance is improved, and the longer the wavelength of the laser beam, the lower the price of the system is.
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또는 레이저 빔을 사용함에 있어서 가공대상인 태양전지 기판의 후면 패시베이션층의 두께, 적층 구조, 태양전지 기판의 후면 표면 구조 등에 따라 레이저 빔의 파장뿐 아니라 레이저 빔의 가공 파워, 펄스 폭, 반복률 등의 레이저 가공조건이 변경될 수 있다. Alternatively, in the use of a laser beam, lasers such as laser beam processing power, pulse width, repetition rate, as well as the wavelength of the laser beam, depending on the thickness of the back passivation layer, the laminated structure, and the back surface structure of the solar cell substrate to be processed. Processing conditions may change.
빔 확대부(120)는 레이저 빔의 크기를 확대시켜 후단의 빔 형성부(130)에서 보다 정밀한 레이저 빔 스폿이 형성될 수 있도록 한다. The
빔 형성부(130)는 빔 확대부(120)에 의해 확대된 레이저 빔에 대하여 에너지 분포를 플랫탑(flat top) 형식으로 변환시켜 가공 영역에 대하여 고르게 에너지 전달이 될 수 있도록 할 수 있다. The
본 실시예에서 각 공극은 원형, 타원형, 다각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있으며, 빔 형성부(130)는 각 공극의 크기와 모양에 따라 레이저 빔의 크기와 모양을 변형할 수 있다. In this embodiment, each pore may have various shapes such as a circle, an ellipse, and a polygon, and the
스캔부(140)는 초점 조정부에 해당하는 것으로, 레이저 빔의 초점을 태양전지의 후면 패시베이션층에서 미세하게 수평 이동시킨다. The
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 스캔부(140)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 7, a
스캔부(140)는 중심부(210)와, 중심부(210)에 일단이 고정 연결되는 막대형 구조물인 회전부재(220)와, 회전부재(220)의 타단에 고정 연결되는 헤드부(230)를 포함하는 구조이며, 중심부(210)에 제1 미러(212)가 구비되고, 헤드부(230)에 제2 미러(232)가 구비되어 있다. 전단의 구성요소로부터 전달된 레이저 빔은 제1 미러(212)에서 반사되고 회전부재(220)에 평행한 경로를 따라 제2 미러(232)에서 다시 반사되어 초점화 요소(240)(예를 들어, 투영부 등)에 의해 스테이지부(160)에 거치된 태양전지 기판(200)에 집광 및 조사된다. The
여기서, 회전부재(220)가 중심부(210)를 중심으로 화살표를 따라 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전하고, 회전부재(220)의 길이에 상응하는 반경을 가지는 원주의 일부인 헤드부(230)의 경로 중 일부 위치에서 레이저 빔이 조사되도록 할 수 있다. 그리고 스테이지부(160)를 헤드부(230)의 경로와 수직되는 방향으로 이동시키면서 헤드부(230)의 회전을 반복함으로써 도 9에 도시된 것과 같이 레이저 빔이 조사되도록 할 수도 있다. Here, the rotating
도 8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 스캔부(140)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 8, a
스캔부(140)는 두 개의 갈바노 미러(Galvano mirror)(250, 260)가 대향하여 설치되어 있을 수 있다. 제1 갈바노 미러(250)는 레이저 빔을 수광하여 반사시키고 모터(252)의 구동에 따라 제1 축을 중심으로 회전한다. 제2 갈바노 미러(252)는 모터(262)의 구동에 따라 제1 축과는 다른 제2 축을 중심으로 회전하면서 제1 갈바노 미러로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 반사시킨다. 따라서, 제1 축과 제2 축이 이루는 각도, 제1 갈바노 미러(250)의 회전 정도, 제2 갈바노 미러(260)의 회전 정도를 조절함으로써 레이저 빔이 스테이지부(160) 상의 원하는 지점에 조사되도록 하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는 태양전지의 후면 패시베이션층에 소정의 패턴에 따라 형성될 각 공극들의 위치에 따라 스캔부(140)에서 두 갈바노 미러의 각 축을 이동시키고 각 갈바노 미러를 회전시킨다. The
즉, 2개의 갈바노 미러를 이용하여 스테이지부(160)를 이동시키거나 스테이지부(160)에 거치된 태양전지 기판을 이동시키지 않고서도 태양전지 기판 전체에 대해서 공극을 형성하고자 하는 위치에 레이저 빔을 조사할 수 있어 면적 스캔이 가능하며, 공극 형성 위치에 있어서 높은 자유도를 가지는 장점이 있다. That is, the laser beam is positioned at a position to form a void in the entire solar cell substrate without moving the
또 다른 실시예에서 스캔부(140)는 갈바노 미러와 폴리곤 미러(polygon mirror)의 조합으로 구성될 수 있다. 전술한 실시예에서 2개의 갈바노 미러 중 어느 하나를 폴리곤 미러로 대체하여 구성할 수 있다. In another embodiment, the
여기서, 갈바노 미러의 회전축과 폴리곤 미러의 회전축이 이루는 각도, 갈바노 미러의 회전 정도, 폴리곤 미러의 회전 정도 중 하나 이상을 조절함으로써 레이저 빔이 스테이지부(160) 상의 원하는 지점이 조사되도록 하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는 태양전지의 후면 패시베이션층에 소정의 패턴에 따라 형성될 각 공극들의 위치에 따라 스캔부(140)에서 갈바노 미러와 폴리곤 미러의 각 회전축을 이동시키고 갈바노 미러 및 폴리곤 미러를 회전시킨다. Here, the laser beam is irradiated to the desired point on the
갈바노 미러와 폴리곤 미러의 조합 역시 태양전지 기판 전체에 대해서 공극을 형성하고자 하는 위치에 레이저 빔을 조사할 수 있어 면적 스캔이 가능하며, 공극 형성 위치에 있어서 높은 자유도를 가지는 장점이 있다.The combination of the galvano mirror and the polygon mirror is also possible to irradiate the laser beam to the position to form the voids on the entire solar cell substrate to scan the area, there is an advantage that has a high degree of freedom in the pore formation position.
또 다른 실시예에서 스캔부(140)는 갈바노 미러 혹은 폴리곤 미러 중 어느 하나를 포함하여, 일방향 스캔을 수행한다. 이 경우 스테이지부(160)가 갈바노 미러 혹은 폴리곤 미러의 스캔 방향과는 다른 방향(예를 들어, 수직 방향)으로 이동함으로써 태양전지 기판 전체에 대해서 공극을 형성하고자 하는 위치에 레이저 빔을 조사할 수 있다. In another embodiment, the
스캔부(140)에 의해 레이저 빔이 특정 위치에 조사되도록 위치시킨 후에 투영부(150)는 초점이 미세하게 조정된 레이저 빔을 집광하여 태양전지의 후면 패시베이션층의 소정 위치에 조사한다. 투영부(150)는 에프세타 렌즈 혹은 텔레센트릭 렌즈(telecentric lens) 등으로 구성될 수 있다. 에프세타 렌즈 혹은 텔레센트릭 렌즈는 소정 위치에 레이저 빔이 실질적으로 수직으로 조사될 수 있도록 할 수 있다. 레이저 빔이 목표로 하는 공극 패턴이 형성될 후면 패시베이션층의 소정 위치에 정확히 조사될 수 있도록 하기 위해 투영부(150)의 초점을 맞추어야 한다. 여기서, 투영부(150)는 하나의 렌즈로 구성되거나 , 볼록렌즈와 오목렌즈를 수 개 조합시킨 형태의 렌즈군이 모여 구성될 수도 있으며, 또는 하나 이상의 렌즈와 기타 광학계의 조합으로 구성될 수도 있다. After positioning the laser beam to be irradiated to a specific position by the
식각은 레이저가 조사된 부분에서 이루어지는 바, 후면 패시베이션층에 초점이 형성될 수 있도록 투영부(150)와 스테이지부(160) 사이의 거리가 조절되는 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 식각해야 할 깊이가 레이저의 초점 깊이보다 깊은 경우에는 식각이 진행됨에 따라 식각된 깊이만큼 렌즈의 위치를 조절하도록 운영할 필요가 있다. The etching is performed at the portion irradiated with the laser, so that the distance between the
스테이지부(160)에는 본 실시예에 따른 레이저 식각장치(100)에 의해 식각될 후면 패시베이션층이 형성되어 있는 태양전지 기판이 거치된다. 스테이지부(160)는 X축 혹은 Y축을 따라 평면 상에서 2차원 이동을 하거나 Z축을 따라 상하 이동을 하여 투영부(150)를 거친 레이저 빔의 초점이 스테이지부(160)에 거치된 태양전지 기판에 맞도록 할 수 있다. The
본 실시예에서 레이저 발진부(110), 빔 확대부(120), 빔 형성부(130), 스캔부(140), 투영부(150)는 광학적으로 연결되어 있다. 광학적 현상은 광의 반사, 회절, 굴절 등 다양한 현상이 있으며, 여기에서 '광학적으로 연결된다'는 의미는 다양한 광학적 현상에 의해 한쪽 구성요소에서 출사된 광을 다른쪽 구성요소에서 수광하는 관계에 있음을 의미한다. 각 구성요소들은 직접 광학적으로 연결되거나 레이저 빔을 투과하거나 반사하는 미러, 렌즈 등을 포함하는 광학계에 의해 광학적으로 연결될 수 있다. In the present embodiment, the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 식각장치를 이용한 태양전지의 제조 시 공극 형성 방법의 순서도이다. 9 is a flowchart illustrating a pore forming method in manufacturing a solar cell using a laser etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
후면 패시베이션층이 형성되어 있는 실리콘 기판을 스테이지부(160) 상에 거치시킨다(단계 S300). 실리콘 기판의 후면에 레이저 빔이 조사될 수 있도록 실리콘 기판이 거치되는 것이 바람직한 바, 스테이지부(160) 상면에 실리콘 기판의 후면이 상부를 향하도록 뒤집혀져 거치될 수 있다.The silicon substrate on which the back passivation layer is formed is mounted on the stage unit 160 (step S300). Since the silicon substrate is preferably mounted so that the laser beam can be irradiated to the rear surface of the silicon substrate, the back surface of the silicon substrate may be inverted and mounted on the upper surface of the
태양전지의 베이스가 되는 실리콘 기판을 준비하고(단계 S302), 실리콘 기판의 후면에 패시베이션층을 형성한다(단계 S304). 이 과정 중에 태양전지를 제조함에 있어서 일반적인 텍스처링 과정, 확산 과정, 반사방지막 제조 과정 등이 더 포함될 수 있다. A silicon substrate serving as the base of the solar cell is prepared (step S302), and a passivation layer is formed on the rear surface of the silicon substrate (step S304). In this process, a general texturing process, a diffusion process, an anti-reflection film manufacturing process, and the like may be further included in manufacturing a solar cell.
레이저 식각장치를 이용하여 가공하고자 하는 태양전지의 실리콘 기판에 대하여 기판 특성을 판단한다(단계 S310). 판단 대상이 되는 기판 특성은 레이저 빔이 조사될 실리콘 기판의 후면 패시베이션층의 두께, 적층 구조 등의 패시베이션층 정보 혹은 실리콘 기판의 후면 표면 구조이다. The substrate characteristics of the silicon substrate of the solar cell to be processed are determined using a laser etching apparatus (step S310). The substrate characteristic to be determined is passivation layer information such as thickness of the back passivation layer of the silicon substrate to which the laser beam is to be irradiated, laminated structure, or the back surface structure of the silicon substrate.
이와 같이 기판 특성을 분석하여 후 공정에서 공극 패턴을 형성할 때 레이저 가공조건을 설정하거나 이미 설정되어 있는 레이저 가공조건을 조정한다. In this way, the substrate characteristics are analyzed to set the laser processing conditions or to adjust the laser processing conditions which are already set when forming the void pattern in a subsequent process.
다른 실시예에 의하면 이러한 태양전지의 기판 특성은 태양전지가 레이저 식각장치의 스테이지부(160)로 제공되는 단계 S300 이전에 이미 판단 혹은 분석되어 있을 수도 있다. According to another embodiment, the substrate characteristics of the solar cell may be determined or analyzed before step S300 in which the solar cell is provided to the
스테이지부(160)에 거치된 태양전지의 실리콘 기판에 대하여 레이저 빔을 조사하여 공극 패턴을 형성한다(단계 S320). The silicon substrate of the solar cell mounted on the
레이저 빔을 발진하고(단계 S322), 앞서 기판 특성을 판단하여 설정된 레이저 가공조건에 따라 레이저 빔을 조정한다(단계 S324). 그리고 미리 설정된 공극 패턴에 따라 스캔함(단계 S326)으로써 후면 패시베이션층 중 제거될 위치로 레이저 빔이 집광 및 조사되도록 한다(단계 S328). 상기 과정에서 스캔은 갈바노 미러를 포함하는 스캔부(140)에 의해 수행되며, 레이저 빔의 집광 및 조사는 투영부(150)에 의해 수행될 수 있다. The laser beam is oscillated (step S322), the substrate characteristics are determined in advance, and the laser beam is adjusted according to the set laser processing conditions (step S324). The laser beam is focused and irradiated to a position to be removed in the rear passivation layer by scanning in accordance with a predetermined gap pattern (step S326) (step S328). In the above process, the scan may be performed by the
단계 S326 내지 S328를 반복 수행함으로써 스테이지부(160)에 거치된 태양전지의 실리콘 기판 전체에 대하여 원하는 공극 패턴이 형성되도록 한다. By repeating steps S326 to S328, a desired pore pattern is formed on the entire silicon substrate of the solar cell mounted on the
하나 이상의 공극이 형성되어 태양전지의 실리콘 기판 전체에 대해서 공극 패턴 형성이 완료된 이후, 태양전지를 제조하기 위한 후속 공정이 수행된다(단계 S330). After one or more pores are formed and the pore pattern is completed for the entire silicon substrate of the solar cell, a subsequent process for manufacturing the solar cell is performed (step S330).
일반적으로 태양전지의 전면과 후면에 광생성된 전하를 수집하기 위한 금속 전극을 형성한다(단계 S332). 아주 가는 선을 그물처럼 꼬아 선사이로 입자가 빠질 수 있는 구조로 망사를 만들고, 망사에서 입자가 빠지기를 원하지 않는 부분에 유제(이멀젼 코팅)로 막음으로써 일정한 패턴을 가지는 스크린을 이용한 스크린 인쇄를 통해서 금속 전극의 형성이 가능하다. 개구부가 형성된 스크린 마스크 위에 도출된 페이스트를 스퀴즈로 문질러 기판 표면에 금속 패턴을 형성할 수 있다. In general, a metal electrode for collecting the photogenerated charge is formed on the front and rear of the solar cell (step S332). By twisting a very thin line like a net, the mesh is made into a structure that allows particles to fall out, and by screening with a screen having a certain pattern by blocking the part of the mesh with an emulsion (emulsion coating) where the particles do not want to fall out. Formation of the metal electrode is possible. The paste drawn on the screen mask in which the opening is formed may be rubbed with a squeeze to form a metal pattern on the surface of the substrate.
태양전지의 전극 형성에 사용되는 금속 페이스트는 전면 접촉용 금속으로서 은(Ag), 후면 전계 형성을 위한 금속으로서 알루미늄(Al), 후면 납땜용 버스바 금속으로서 알루미늄이 3% 첨가된 AgAl 등일 수 있다. The metal paste used to form the electrode of the solar cell may be silver (Ag) as a metal for front contact, aluminum (Al) as a metal for forming a rear electric field, AgAl with 3% aluminum as a bus bar metal for rear soldering, and the like. .
그리고 금속 전극을 건조시키고 이후 금속 자체의 비저항을 줄이면서도 실리콘과 화학적인 접촉을 만들기 위해 소성 공정(단계 S334)을 통해 열처리를 수행하여 금속 전극의 형성을 마무리한다. Then, the metal electrode is dried and heat treatment is performed through a sintering process (step S334) to make the chemical contact with silicon while reducing the specific resistance of the metal itself, thereby completing the formation of the metal electrode.
본 발명에서는 고효율의 박형화된 태양전지로 후면 점접촉 구조를 가지는 태양전지를 가정하여 설명하였으나, 이외에도 후면 점접촉 이종 접합 구조(rear-contact Hetero-junction), 단순 후면 전극형 구조(simplified back-point contact) 등의 태양전지에서도 상술한 레이저 가공장치를 이용하여 공극을 형성할 수 있다. In the present invention, a highly efficient thinned solar cell has been described assuming a solar cell having a rear point contact structure, but in addition, the rear point contact heterojunction structure, a simple back electrode structure (simplified back-point) Solar cells such as contact) can be formed using the above-described laser processing apparatus.
상기에서는 본 발명의 바람직한 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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
도 1은 두꺼운 실리콘 기판을 가지는 태양전지의 단면도.1 is a cross-sectional view of a solar cell with a thick silicon substrate.
도 2는 얇은 실리콘 기판을 가지는 태양전지의 단면도. 2 is a cross-sectional view of a solar cell having a thin silicon substrate.
도 3은 후면 점접촉 구조를 가지는 태양전지의 단면도.3 is a cross-sectional view of a solar cell having a back point contact structure.
도 4는 종래 사진 식각 기술에 따라 태양전지의 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성하는 방법의 순서도.Figure 4 is a flow chart of a method for forming a pore pattern on the back passivation layer of the solar cell according to the conventional photolithography technique.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 식각장치를 이용한 레이저 식각 기술에 따라 태양전지의 후면 패시베이션층에 공극 패턴을 형성하는 방법의 순서도. FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of forming a void pattern in a rear passivation layer of a solar cell according to a laser etching technique using a laser etching apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 식각장치의 블록 구성도. Figure 6 is a block diagram of a laser etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 7은 스캔부의 일 실시예를 나타낸 도면.7 is a diagram illustrating an embodiment of a scan unit;
도 8은 스캔부의 다른 실시예를 나타낸 도면. 8 is a view showing another embodiment of a scanning unit.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 식각장치를 이용한 태양전지 제조 시 공극 형성 방법의 순서도. 9 is a flow chart of a pore forming method for manufacturing a solar cell using a laser etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1, 3, 10: 실리콘 기판 2: 후면 전극1, 3, 10: silicon substrate 2: back electrode
4: 점접촉 전극 5, 11: 패시베이션층4:
15: 공극 100: 레이저 식각장치15: void 100: laser etching device
110: 레이저 발진부 120: 빔 확대부110: laser oscillation unit 120: beam expanding unit
130: 빔 형성부 140: 스캔부130: beam forming unit 140: scanning unit
150: 투영부 160: 스테이지부150: projection unit 160: stage unit
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WO2014123641A1 (en) * | 2013-02-08 | 2014-08-14 | Applied Materials, Inc. | Improved passivation layer removal by delivering a split laser pulse |
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