KR101111408B1 - Apparatus for manufacturing silicon thin plate using inert gas blowing - Google Patents
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Abstract
연속주조법을 이용하여 실리콘 박판 제조의 생산성을 향상시키면서 아울러 제조되는 기판의 표면 품질 향상에 기여할 수 있는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 방법 및 그 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치는 실리콘 원료가 공급되는 실리콘 원료 투입부; 공급된 실리콘 원료를 용융하여 실리콘 용탕을 형성하는 실리콘 용융부; 상기 실리콘 용탕을 공급받아 저장한 후, 상기 실리콘 용탕을 일정한 두께의 용융물로 토출하는 실리콘 용탕 저장부; 상기 토출되는 실리콘 용융물을 이송하는 이송부; 및 상기 이송되는 실리콘 용융물을 냉각하는 냉각부;를 포함하고, 상기 냉각부는 불활성 가스 블로윙 방식으로 상기 실리콘 용융물을 냉각하면서 상기 실리콘 용융물의 표면 형상을 제어하는 것을 특징으로 한다. Disclosed are a method and apparatus for manufacturing a silicon thin plate using an inert gas blowing which can contribute to the improvement of the surface quality of a substrate to be produced while improving the productivity of the silicon thin plate production using the continuous casting method.
Silicon thin plate manufacturing apparatus using an inert gas blowing according to the present invention comprises a silicon raw material input unit is supplied with a silicon raw material; A silicon melter for melting the supplied silicon raw material to form a silicon melt; A silicon molten metal storage unit configured to receive and store the molten silicon, and then discharge the molten silicon into a melt having a predetermined thickness; A transfer unit for transferring the discharged silicon melt; And a cooling unit cooling the transferred silicon melt, wherein the cooling unit controls the surface shape of the silicon melt while cooling the silicon melt in an inert gas blowing manner.
Description
본 발명은 연속 주조법(continuous casting)이 적용되는 실리콘 박판의 제조 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조되는 실리콘 박판의 표면 품질 향상에 기여할 수 있는 불활성 가스 블로윙(inert gas blowing)을 이용한 실리콘 박판 제조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a technology for manufacturing a silicon thin plate to which continuous casting is applied, and more particularly to manufacturing a thin silicon sheet using inert gas blowing, which may contribute to the improvement of the surface quality of the silicon thin plate to be manufactured. A method and apparatus therefor.
실리콘 태양전지의 핵심부품인 실리콘 기판은 태양전지 모듈 단가의 약 28%를 차지하고 있다. Silicon substrates, a key component of silicon solar cells, account for about 28% of solar cell module prices.
태양전지용 실리콘 기판은 일반적으로 실리콘 용융후, 용융된 실리콘을 응고시켜 단결정 실리콘 잉곳(ingot) 또는 다결정 실리콘 블록을 제조한 후, 수 차례에 걸친 절단 공정을 통하여 제조된다.Generally, a silicon substrate for a solar cell is manufactured by melting a silicon, solidifying the molten silicon to produce a single crystal silicon ingot or a polycrystalline silicon block, and then cutting through several cutting processes.
상기의 실리콘 기판 제조 방법들의 경우, 절단 공정에 의하여 실리콘 원료 손실이 40 ~ 50% 발생하여 제조단가 상승의 주원인으로 작용하고 있다. In the case of the silicon substrate manufacturing method, the silicon raw material loss is generated 40-50% by the cutting process, which is the main cause of the increase in manufacturing cost.
이와 같은 절단 손실을 근본적으로 제거하기 위해, 실리콘을 용탕으로부터 실리콘 기판을 직접 제조하는 기술이 개발되고 있다. In order to fundamentally eliminate such cutting loss, a technique for producing a silicon substrate directly from the molten metal has been developed.
실리콘 기판의 직접 제조 기술은 수직성장법과 수평성장법으로 나뉜다. 수직성장법은 이미 양산화가 진행 중에 있으나, 성장 속도가 느리다. 반면, 수평성장법은 높은 성장속도에도 불구하고 양산화가 진행되지 못하고 있다. Direct manufacturing technology of silicon substrate is divided into vertical growth method and horizontal growth method. The vertical growth method is already in mass production, but the growth rate is slow. On the other hand, despite the high growth rate, the horizontal growth method has not been mass produced.
실리콘 직접 제조를 위한 종래의 수평성장법의 경우, 대표적으로 RGS(Ribbon growth on substrate)법이 있다. 그러나 RGS법은 실리콘 용탕 저장 용기 내부에서 고화를 제어하며, 블레이드를 이용하여 형상 제어를 하기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다. In the case of the conventional horizontal growth method for direct silicon production, there is typically a ribbon growth on substrate (RGS) method. However, the RGS method controls the solidification inside the molten silicon storage container and has the following problems because the shape is controlled by using a blade.
우선, RGS법의 경우 실리콘 용탕 저장 용기 내부에서 고화를 제어하는데, 용기 내부에서 고화를 일으키기 위해서는 밀리세컨(msec) 이하로 고화 시간을 제어해야 한다. 만약, 약간만 고화 시간이 지나치면 블레이드에 고화된 기판이 끼게 되어 장치 자체가 파손될 수 있다. First, in the case of the RGS method, the solidification is controlled inside the molten silicon storage container. In order to cause the solidification inside the container, the solidification time must be controlled to less than a millisecond (msec). If only a small amount of solidification time is passed, the solidified substrate may be caught in the blade, and the device itself may be damaged.
또한, 균일한 고화를 위해서는 실리콘 용탕의 온도를 전체 기판 면적에 대해 균일하게 조절해야 한다. 그러나, 유동성이 강한 실리콘 용탕의 온도를 균일하게 제어하는 것은 매우 어렵다. In addition, in order to uniformly solidify, the temperature of the silicon melt must be uniformly controlled over the entire substrate area. However, it is very difficult to uniformly control the temperature of the molten silicon melt.
또한, RGS법의 경우, 기판의 형상 제어를 위해 블레이드를 사용한다. 이 경우 블레이드가 파손될 확률이 높으며, 블레이드와 실리콘 기판의 기계적인 접촉은 기판의 오염을 가져올 여지가 높은 문제점이 있다.
In the case of the RGS method, a blade is used to control the shape of the substrate. In this case, there is a high probability that the blade is broken, and mechanical contact between the blade and the silicon substrate has a high possibility of causing contamination of the substrate.
본 발명의 목적은 연속주조법(continuous casting)을 이용하여 실리콘 용탕으로부터 직접 실리콘 박판을 제조하되, 제조되는 실리콘 박판의 표면 품질을 향상시킬 수 있는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다. Disclosure of Invention An object of the present invention is to manufacture a silicon thin plate directly from a molten silicon by using continuous casting, but to provide a method and apparatus for manufacturing a silicon thin plate using an inert gas blowing that can improve the surface quality of the silicon thin plate produced. It is.
본 발명의 다른 목적은 불활성 가스 블로윙을 이용하여 표면 품질이 우수한 태양전지용 기판을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a solar cell substrate having excellent surface quality using an inert gas blowing.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 방법은 연속주조법을 이용하여 실리콘 박판을 제조하되, 제조되는 실리콘 박판에 불활성 가스를 블로윙(blowing)하여 표면 형상을 제어하는 것을 특징으로 한다.
Silicon thin plate manufacturing method using the inert gas blowing in accordance with the present invention for achieving the above object is to produce a silicon thin plate using a continuous casting method, by controlling the surface shape by blowing an inert gas to the silicon thin plate to be manufactured Characterized in that.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치는 실리콘 원료가 공급되는 실리콘 원료 투입부; 공급된 실리콘 원료를 용융하여 실리콘 용탕을 형성하는 실리콘 용융부; 상기 실리콘 용탕을 공급받아 저장한 후, 상기 실리콘 용탕을 일정한 두께의 용융물로 토출하는 실리콘 용탕 저장부; 상기 토출되는 실리콘 용융물을 이송하는 이송부; 및 상기 이송되는 실리콘 용융물을 냉각하는 냉각부;를 포함하고, 상기 냉각부는 불활성 가스 블로윙 방식으로 상기 실리콘 용융물을 냉각하면서 상기 실리콘 용융물의 표면 형상을 제어하는 것을 특징으로 한다.
Silicon thin plate manufacturing apparatus using an inert gas blowing according to the present invention for achieving the above object is a silicon raw material input unit is supplied with a silicon raw material; A silicon melter for melting the supplied silicon raw material to form a silicon melt; A silicon molten metal storage unit configured to receive and store the molten silicon, and then discharge the molten silicon into a melt having a predetermined thickness; A transfer unit for transferring the discharged silicon melt; And a cooling unit cooling the transferred silicon melt, wherein the cooling unit controls the surface shape of the silicon melt while cooling the silicon melt in an inert gas blowing manner.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지용 실리콘 기판은 상기 제시된 장치를 이용하여 제조되며, 200 ~ 400㎛ 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
The silicon substrate for a solar cell according to the present invention for achieving the above another object is manufactured using the above-described device, characterized in that having a thickness of 200 ~ 400㎛.
본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 방법 및 장치는 생산성 및 물성제어가 용이한 연속주조법을 이용하면서, 불활성 가스 블로윙을 적용함으로써 제조되는 실리콘 박판의 품질을 향상시킬 수 있다. The method and apparatus for manufacturing a silicon thin plate using an inert gas blowing according to the present invention can improve the quality of a silicon thin plate manufactured by applying an inert gas blowing while using a continuous casting method in which productivity and property control are easy.
따라서, 본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치를 이용하여 제조된 실리콘 기판은 우수한 표면 품질을 가질 수 있어서, 태양전지용 기판에 적용할 수 있다.
Therefore, the silicon substrate manufactured using the silicon thin film manufacturing apparatus using the inert gas blowing according to the present invention can have excellent surface quality, it can be applied to the substrate for solar cells.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치로부터 제조된 실리콘 박판의 표면 미세구조를 나타내는 사진이다.
도 3은 도 2에 도시된 실리콘 박판의 단면 미세구조를 나타내는 사진이다.
도 4는 불활성 가스 미적용시 제조되는 실리콘 박판의 표면을 나타내는 사진이다.
도 5는 불활성 가스 적용시 제조되는 실리콘 박판의 표면을 나타내는 사진이다.
도 6은 도5에 도시된 실리콘 박판의 표면을 폴리싱한 후의 표면을 나타내는 사진이다.Figure 1 schematically shows an apparatus for producing a thin silicon sheet using an inert gas blowing according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph showing the surface microstructure of the silicon thin plate manufactured from the silicon thin plate manufacturing apparatus using an inert gas blowing according to the present invention.
3 is a photograph showing a cross-sectional microstructure of the silicon thin plate illustrated in FIG. 2.
Figure 4 is a photograph showing the surface of the silicon thin plate produced when the inert gas is not applied.
Figure 5 is a photograph showing the surface of the thin silicon plate produced in an inert gas application.
FIG. 6 is a photograph showing the surface after polishing the surface of the silicon thin plate shown in FIG. 5.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the examples described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the examples disclosed below, but may be implemented in various forms, and only the examples are intended to complete the disclosure of the present invention and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 방법 및 그 장치에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a method and a device for manufacturing a silicon thin plate using an inert gas blowing according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치를 개략적으로 나타낸 것이다. Figure 1 schematically shows an apparatus for producing a thin silicon sheet using an inert gas blowing according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 도시된 실리콘 박판 제조 장치(100)는 실리콘 원료 투입부(110), 실리콘 용융부(120), 실리콘 용탕 저장부(130), 이송부(140) 및 냉각부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the illustrated silicon thin
실리콘 원료 투입부(110)는 외부로부터 실리콘 원료를 공급하여, 실리콘 용융부(120) 내부로 정해진 양으로 투입한다. The silicon raw
실리콘 용융부(120)는 공급된 실리콘 원료를 용융하여 실리콘 용탕을 형성한다. The
실리콘의 경우, 금속과 달리 대략 700℃ 이하의 온도에서는 전기전도도가 낮아 전자기 유도에 의한 직접 가열이 어렵다. 따라서, 실리콘 원료는 도가니 열에 의한 간접 용융 방식으로 용융될 수 있다. In the case of silicon, unlike the metal, at a temperature of about 700 ° C. or less, the electrical conductivity is low, so that direct heating by electromagnetic induction is difficult. Therefore, the silicon raw material can be melted in an indirect melting method by crucible heat.
간접 용융 방식에 의한 실리콘 용융의 경우 도가니는 흑연 도가니가 이용될 수 있는데, 흑연의 경우 비금속 재질임에도 전기전도도 및 열전도도가 매우 높아 전자기 유도에 의한 도가니 가열이 쉽게 이루어질 수 있다. 다만, 실리콘이 흑연 도가니 열에 의하여 간접 용융될 경우, 실리콘 혹은 도가니 내측면의 오염 문제가 있다. In the case of silicon melting by the indirect melting method, the crucible may be a graphite crucible. In the case of graphite, the crucible may be easily heated due to electromagnetic induction because the electrical conductivity and the thermal conductivity are very high. However, when silicon is indirectly melted by graphite crucible heat, there is a problem of contamination of silicon or the inner surface of the crucible.
따라서, 700℃ 이하의 온도에서는 도가니 열에 의하여 실리콘을 간접 가열하고, 그 이상의 온도에서는 유도 용융을 통하여 실리콘 원료를 비접촉 용융시킴으로써 실리콘의 오염 문제를 최소화하는 것이 바람직하다. Therefore, it is desirable to minimize the contamination problem of silicon by indirectly heating the silicon by crucible heat at a temperature of 700 ° C. or lower, and non-contact melting of the silicon raw material through induction melting at a temperature above that.
유도 용융 방식으로 실리콘 원료를 용융시킬 경우, 실리콘 용융부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 도가니(121), 유도 코일(122), 출탕부(123) 및 게이트(124)를 포함하는 유도 용융 장치가 될 수 있다. When the silicon raw material is melted by the induction melting method, the silicon melting
도가니(121)는 실리콘 원료를 저장하며, 하부에 출탕부(123)가 형성되어 있다. 유도 코일(122)은 도가니(121) 외측벽을 둘러싼다. 유도 코일(122)은 교류 전원과 연결된다. 게이트(124)는 도가니(121) 하부에 형성된 출탕부(123)를 개폐한다. 게이트(124)는 도 1에 도시된 바와 같이 바(bar) 타입이 될 수 있고, 밸브 타입이 될 수도 있다. 도가니(121)는 흑연 도가니 혹은 수냉동 도가니가 될 수 있으며, 이들이 복합적으로 적용된 형태의 도가니도 될 수 있다.
The
다음으로, 실리콘 용탕 저장부(130)는 실리콘 용탕을 공급받아 저장한 후, 상기 실리콘 용탕을 일정한 두께의 용융물로 토출한다. Next, the silicon molten
실리콘 용탕 저장부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하부면이 개방되어 있을 수 있으며, 이 경우 실리콘 용탕 저장부(130) 하부에 배치되는 이송부(140)이 실리콘 용탕 저장부(130)의 하부면을 정의하게 된다. As shown in FIG. 1, the lower surface of the silicon
또한, 실리콘 용탕 저장부(130)는 하부 일측에 실리콘 용탕이 토출되는 토출부(132)가 형성되어 있다. 토출부(132)는 별도의 토출홈이 될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(132)의 하부면이 이송부(140)에 의하여 정의될 수 있다. In addition, the molten
토출부(132)의 두께는 실리콘 박판의 두께를 결정하는 하나의 요소가 될 수 있으며, 대략 0.2 ~ 2 mm 정도가 될 수 있다. The thickness of the
또한 토출부(132)에 인접하여 냉각 장치(미도시)가 별도 배치될 수 있으며, 이 경우 실리콘 용탕이 냉각된 상태 또는 과냉각된 상태로 실리콘 용탕 저장부(130)로부터 토출될 수 있다.
In addition, a cooling device (not shown) may be disposed adjacent to the
이송부(140)은 실리콘 용탕 저장부(130)의 하부에 배치되며, 실리콘 용탕 저장부(130)로부터 토출되는 실리콘 용융물을 연속적으로 이송한다. 이송부(140)는 이송 기판의 형태가 될 수 있으며, 컨베이어 벨트 방식의 이송 장치의 형태가 될 수 있다. The
이송부(140)가 이송 기판의 형태가 될 경우, 이송부(140)은 하나의 기판으로 이루어질 수 있으며, 이송을 담당하는 이송 기판과 실리콘 용탕이 접촉하고 실리콘 박판을 형성하는 하부 기판으로 분리되어 있을 수 있다. When the
이러한 이송부(140)은 실리콘 용탕과의 온도차이를 최소화하기 위하여 예비 가열부(142)에 의하여 미리 가열되어 있는 것이 바람직하다. The
이송부(140)은 SiC, Si3N4, 그라파이트, 고밀도카본, Al2O3, 몰리브덴 등과 같이 실리콘과 열팽창계수가 다른 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 이송부(140)의 열팽창계수가 실리콘과 다를 경우, 실리콘 용융물의 냉각 후 제조되는 실리콘 박판이 이송부(140)으로부터 쉽게 분리될 수 있으며, 이송부(140)의 재사용이 가능하다.
The
냉각부(150)는 이송되는 실리콘 용융물을 냉각하여 실리콘 박판을 형성한다. The
본 발명에서 냉각부(150)는 아르곤 가스, 헬륨 가스, 질소 가스 등과 같은 불활성 가스 블로윙(blowing) 방식으로 실리콘 용융물을 냉각할 수 있다. In the present invention, the
불활성 가스 블로윙의 경우 실리콘 용융물의 급속 냉각하여 잔류하는 용융물을 제거하는 것에 기여할 수 있으며, 또한 표면 평탄화를 통하여 제조되는 실리콘 박판의 표면 형상 제어가 용이하다. In the case of inert gas blowing, it is possible to contribute to the rapid cooling of the silicon melt to remove the remaining melt, and it is also easy to control the surface shape of the silicon thin film produced through the surface planarization.
블로윙되는 불활성 가스의 양은 0.1 ~ 2 Nm3/h 가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 블로윙되는 불활성 가스의 양은 냉각부(150)의 위치와 형태에 따라 변화될 수 있다.
The amount of inert gas blown may be 0.1 ~ 2 Nm 3 / h, but is not limited thereto. The amount of inert gas blown may vary depending on the position and shape of the
도 1에 도시된 실리콘 박판 제조 장치를 이용할 때, 제조되는 실리콘 박판의 생산성 및 품질은 용탕 저장부 내부의 실리콘 용탕 표면 온도, 이송부의 온도 및 이송부의 이송 속도에 의해 큰 영향을 받을 수 있다. 이들 공정 변수들은 각각 단독적으로 영향을 미치기 보다는 복합적인 작용을 통하여 제조되는 실리콘 박판의 생산성 등에 영향을 미친다. When using the silicon thin film manufacturing apparatus shown in FIG. 1, the productivity and quality of the silicon thin sheet manufactured may be greatly influenced by the surface temperature of the silicon melt inside the molten metal reservoir, the temperature of the transfer unit, and the transfer speed of the transfer unit. These process variables each affect the productivity of the silicon sheet produced through a complex action rather than affecting each one alone.
바람직하기로는 실리콘 용탕 저장부(130)에서 실리콘 용탕의 표면 온도는 1300 ~ 1400℃이고, 이송부(140)의 온도는 800 ~ 1400 ℃ 이며, 이송부(140)의 이동속도는 300 ~ 1400 cm/min인 것을 제시할 수 있다. Preferably, the surface temperature of the silicon melt in the silicon
실리콘 용탕 저장부(130)에서 실리콘 용탕의 표면 온도가 1300℃ 미만일 경우 토출 전에 실리콘 용탕이 굳어 버릴 우려가 있고, 실리콘 용탕의 표면 온도가 1400℃를 초과할 경우 토출 후 이송과정에서 실리콘 용융물이 흘러내릴 수 있는 문제점이 있다. If the surface temperature of the silicon melt in the silicon
또한, 이송부(140)의 온도가 800℃ 미만일 경우 이송부(140)과 실리콘 용탕이 접하는 부분에서 실리콘 용탕이 굳어버릴 우려가 있고, 이송부(140)의 온도가 1400℃를 초과할 경우 실리콘 용융물이 흘러내릴 수 있는 문제점이 있다. In addition, when the temperature of the
또한, 이송부(140)의 이송 속도가 300cm/min 미만일 경우 제조되는 실리콘 박판의 두께가 과다하게 두꺼워질 수 있으며, 반대로 이송부(140)의 이송 속도가 1400 cm/min를 초과할 경우 제조되는 실리콘 박판이 너무 얇아지는 문제점이 있다.
In addition, when the conveying speed of the conveying
도 2는 본 발명에 따른 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치로부터 제조된 실리콘 박판의 표면 미세구조를 나타내는 사진이고, 도 3은 도 2에 도시된 실리콘 박판의 단면 미세구조를 나타내는 사진이다.2 is a photograph showing the surface microstructure of the silicon thin plate manufactured from the silicon thin plate manufacturing apparatus using the inert gas blowing according to the present invention, Figure 3 is a photograph showing the cross-sectional microstructure of the silicon thin plate shown in FIG.
또한, 도 4는 불활성 가스 블로윙 미적용시 제조되는 실리콘 박판의 표면을 나타내는 사진이다. In addition, Figure 4 is a photograph showing the surface of the silicon thin plate produced when the inert gas blowing is not applied.
도 4을 참조하면, 불활성 가스 블로윙 미적용시, 제조되는 실리콘 박판의 표면은 울퉁불퉁한 표면을 갖는다. Referring to FIG. 4, when the inert gas blowing is not applied, the surface of the silicon thin plate to be manufactured has a bumpy surface.
실리콘의 액상 밀도는 대략 2.57g/cm3 이며, 실리콘의 고상 밀도는 대략 2.33 g/cm3 이다. 실리콘의 고상 밀도가 더 낮은 결과, 실리콘이 액상에서 고상으로 냉각할 경우 부피가 팽창하게 되며, 고른 팽창이 아닐 경우 도 4에 나타낸 예와 같이 표면이 울퉁불퉁하게 된다. 따라서, 제조되는 실리콘 박판의 표면 품질이 좋지 못하다. The liquid phase density of silicon is approximately 2.57 g / cm 3 and the solid phase density of silicon is approximately 2.33 g / cm 3 . As a result of the lower solid phase density of silicon, the volume expands when the silicon cools from the liquid phase to the solid phase, and the surface becomes uneven as shown in FIG. Therefore, the surface quality of the silicon thin film produced is not good.
그러나 도 5에 도시된 바와 같이, 불활성 가스 블로윙, 구체적으로 아르곤 가스 블로윙을 실시한 경우 도 4에 비하여 훨씬 우수한 표면 품질을 갖는 것을 알 수 있다. However, as shown in FIG. 5, inert gas blowing, specifically argon gas blowing, can be seen to have much better surface quality than that of FIG. 4.
또한, 도 2 및 도 3를 참조하면, 제조되는 실리콘 박판의 경우, 다결정 구조를 갖는 것을 볼 수 있고, 평균 50 ~ 100 ㎛의 결정 크기를 가지며, 수직 성장된 주상구조를 가진다. 이와 같은 주상구조는 태양전지로 제조할 경우, 태양광에 의해 여기된 소수 캐리어의 수명이 증가하여, 전지효율이 향상될 수 있는 장점을 가지고 있다. In addition, referring to Figures 2 and 3, in the case of the silicon thin film to be produced, it can be seen that it has a polycrystalline structure, has an average crystal size of 50 ~ 100 ㎛, and has a vertically grown columnar structure. Such columnar structure has the advantage of increasing the lifetime of the minority carriers excited by sunlight, when the production of a solar cell, the battery efficiency can be improved.
도 6은 도 5에 도시된 실리콘 박판의 표면을 폴리싱(polishing)한 후의 표면을 나타내는 사진이다.FIG. 6 is a photograph showing the surface after polishing the surface of the silicon thin plate shown in FIG. 5.
태양전지용 실리콘 기판은 통상 200~400㎛의 두께를 갖는 것을 이용한다. 따라서, 상기 도 6에 도시된 방법으로 제조되는 실리콘 박판의 두께도 200~400㎛로 조절될 경우, 태양전지용 기판으로 쉽게 적용할 수 있다.
The silicon substrate for solar cells uses what has a thickness of 200-400 micrometers normally. Therefore, when the thickness of the silicon thin plate manufactured by the method shown in Figure 6 is also adjusted to 200 ~ 400㎛, it can be easily applied to the substrate for solar cells.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can make various modifications and other equivalent embodiments therefrom. I will understand.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.
110 : 실리콘 원료 투입부 120 : 실리콘 용융부
121 : 도가니 122 : 유도 코일
123 : 출탕부 124 : 게이트
130 : 실리콘 용탕 저장부 132 : 토출부
140 : 이송부 142 : 예비가열부
150 : 냉각부 110: silicon raw material inlet 120: silicon melter
121: crucible 122: induction coil
123: tapping section 124: gate
130: molten silicon storage unit 132: discharge part
140: transfer unit 142: preheating unit
150: cooling unit
Claims (11)
공급된 실리콘 원료를 용융하여 실리콘 용탕을 형성하는 실리콘 용융부;
상기 실리콘 용탕을 공급받아 저장한 후, 상기 실리콘 용탕을 일정한 두께의 용융물로 토출하는 실리콘 용탕 저장부;
상기 토출되는 실리콘 용융물을 이송하는 이송부; 및
상기 이송되는 실리콘 용융물을 냉각하는 냉각부;를 포함하고,
상기 냉각부는 불활성 가스 블로윙 방식으로 상기 실리콘 용융물을 냉각하면서 상기 실리콘 용융물의 표면 형상을 제어하는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
A silicon raw material input unit to which silicon raw materials are supplied;
A silicon melter for melting the supplied silicon raw material to form a silicon melt;
A silicon molten metal storage unit configured to receive and store the molten silicon, and then discharge the molten silicon into a melt having a predetermined thickness;
A transfer unit for transferring the discharged silicon melt; And
And a cooling unit cooling the transferred silicon melt.
The cooling unit is a silicon thin film manufacturing apparatus using an inert gas blowing, characterized in that for controlling the surface shape of the silicon melt while cooling the silicon melt in an inert gas blowing method.
상기 블로윙되는 불활성 가스의 양은 0.1 ~ 2 Nm3/h인 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
The method of claim 1,
The amount of the inert gas is blown is a silicon thin plate manufacturing apparatus using an inert gas blowing, characterized in that 0.1 ~ 2 Nm 3 / h.
상기 블로윙되는 불활성 가스는 아르곤 가스, 헬륨 가스 및 질소 가스 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
The method of claim 1,
The blown inert gas is silicon thin film manufacturing apparatus using an inert gas blowing, characterized in that selected from argon gas, helium gas and nitrogen gas.
상기 실리콘 용융부는
유도 용융 방식으로 실리콘 원료를 용융시키는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
The method of claim 1,
The silicon melt portion
An apparatus for producing a thin silicon sheet using an inert gas blowing, characterized by melting a silicon raw material by an induction melting method.
상기 실리콘 용융부는
상기 실리콘 원료를 저장하며, 하부에 출탕부가 형성되어 있는 도가니와,
상기 도가니 외측벽을 둘러싸는 유도 코일과,
상기 출탕부를 개폐하는 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
The method of claim 4, wherein
The silicon melt portion
A crucible for storing the silicon raw material and having a tapping part formed at a lower portion thereof;
An induction coil surrounding the crucible outer wall,
Silicon thin plate manufacturing apparatus using an inert gas blowing, characterized in that it comprises a gate for opening and closing the tapping unit.
상기 이송부가 상기 실리콘 용탕 저장부의 하부면을 정의하는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
The method of claim 1,
Apparatus for producing a thin silicon sheet using an inert gas blowing, characterized in that the transfer unit defines a lower surface of the molten silicon storage unit.
상기 실리콘 용탕 저장부는
하부 일측에 실리콘 용탕이 토출되는 토출부가 형성되어 있되,
상기 토출부의 하부면은 상기 이송부에 의하여 정의되는 것을 특징으로 하는 불활성 가스 블로윙을 이용한 실리콘 박판 제조 장치.
The method of claim 1,
The molten silicon storage unit
The discharge part for discharging the molten silicon is formed on one side of the lower side,
The lower surface of the discharge portion is a silicon thin film manufacturing apparatus using an inert gas blowing, characterized in that defined by the transfer unit.
200 ~ 400㎛ 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 실리콘 기판.It is manufactured using the apparatus of any one of Claims 1-7,
Silicon substrate for solar cells having a thickness of 200 ~ 400㎛.
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