KR101140315B1 - 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지용 기판의 아이솔레이션 및 트리밍 장치에 관련된 것으로서 특히 갠트리에 아이솔레이션용 레이저와 트리밍용 레이저를 장치하여 상기 기판의 아이솔레이션과 트리밍을 동시에 수행할 수 있는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치에 관한 것이다

Description

아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치{Manufacturing apparatus for solar battery substitute for both isolation and trimming}

본 발명은 태양전지용 기판의 아이솔레이션 및 트리밍 장치에 관련된 것으로서 특히 갠트리에 아이솔레이션용 레이저와 트리밍용 레이저를 장치하여 상기 기판의 아이솔레이션과 트리밍을 동시에 수행할 수 있는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍에 의해 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.

태양전지의 종류는 그 재료에 따라 크게 화합물계, 유기물계, 실리콘계로 분류될 수 있다.

실리콘계 태양전지 중에서 에너지 변환효율이 높고 제조비용이 상대적으로 저렴한 벌크형 실리콘 태양전지가 주로 지상 전력용으로 폭넓게 활용되고 있다.

그러나 최근에는 벌크형 실리콘 태양전지의 수요가 급증함에 따라 원료의 부족 현상으로 가격이 상승하려는 추세에 있고, 대규모 지상 전력용 태양전지의 저가화 및 양산화 기술 개발을 위해서는 실리콘 원료를 현재의 수 100분의 1로 절감할 수 있는 박막형 태양전지의 개발이 절실히 요구되고 있다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법 중에 하나가 집적형 박막태양전지로 유리 기판이나 투명 플라스틱 기판상에 복수의 단위셀이 전기적으로 직렬로 연결되어 집적화된 구조를 이루고 있다

이 집적형 박막 태양전지 제작 공정 중 반드시 필요한 것이 단위셀을 전기적으로 연결하기 위해서 전극과 전극, 실리콘과 실리콘 사이를 상호 절연시키는 공정으로 이는 레이저를 사용하여 패터닝한다.

도1에 도시된 바와 같이 기존의 태양전지 기판 제조 방법으로서 레이저 패터닝 공정이 끝난 후 기판(W)에 관한 것이다. 상기 기판(W)에 패터닝이 이루어지며, 이러한 패터닝으로 인해서 단위셀들이 서로 직렬로 연결된다.

이에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

상기 도 2는 각 패터닝 공정이 끝난후의 단면을 도시한 것으로 각 단위셀들이 서로 직렬로 연결되어 있다.

상기 패터닝 공정은 우선 웨이퍼(Wa)의 저면에 투명전극층(Wb)을 증착한 후(도2b), 레이저에 의해 패터닝한다(도 2c)

이후, 상기 투명전극층(Wb)의 저면에 반도체층(Wc)을 증착한 후(도2d) 레이저에 의해 패터닝한다(도 2e)

그리고 유사하게 상기 반도체층(Wc)의 저면에 메탈층(Wd)을 증착한 후(도 2f) 레이저에 의해 패터닝한다(도 2g)

상술한 바와 같이, 패터닝 공정이 끝난 후 단위셀들이 직렬로 연결되어 있는 액티브 에어리어(Active Area)영역(W1)과 태양전지 가장자리의 불필요한 주변부 에어리어(W2) 영역간을 서로 아이솔레이션(Isolation)하는 공정이 필요하며, 모듈공정에서 시트와의 접착을 원활히 하기 위해 상기 주변부 에어리어(W2)에 증착된 박막을 제거하기 위한 트리밍 공정이 필요하다.

도3은 기존의 태양전지 기판 제조 방법중에 아이솔레이션 하는 공정에 관한 것이다.

상술한 바와 같이 레이저 패터닝 공정이 다 끝난 후 각각의 단위셀과 단위셀 사이는 레이저에 의해 서로 분리 되어 있으며, 서로 직렬로 연결되어 있다.

상기 주변부 에어리어(W2) 영역 역시 단위셀 영역과 서로 직렬로 연결되어 있으며, 이 단위셀 영역과 상기 주변부 에어리어(W2)의 영역을 구분하기 위해 아이솔레이션공정이 필요하며 통상적으로 레이저를 이용하여 진행한다.

도 4는 기존의 태양전지 기판 제조 방법중에 트리밍 하는 공정에 관한 것이다.

상술한 바와 같은 아이솔레이션 공정이 끝난 후 샌드블러스트를 사용하여 주변부 영역(W2)에 증착된 박막을 제거하는 공정이며, 상기 공정 중에 사용되고 기판에 남아 있는 모래를 제거하는 공정이 포함된다.

그런데 상술한 바와 같은 종래의 트리밍 공정은 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 주변부 에어리어(W2)의 박막 제거시 모래에 의해 제거함에 의해 패터닝된 면이 일정하지 않으며, 단위셀 안쪽의 박막 다시 말해서 액티브 에어리어(W1)의 박막까지 제거되는 현상이 발생하며, 이로 인해 태양전지 효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 상술한 바와 같이 아이솔레이션 공정 장비와 트리밍 공정 장비가 각각 설치되어 제조 시간 및 제조 비용 증가하고 트리밍 공정에서 사용하는 샌드블라스트에 의해 오염 발생원의 증가 및 단위셀의 박막까지 제거하는 현상의 발생으로 인한 태양전지의 성능 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 갠트리의 일측면에 장치되어 상기 기판의 액티브 에어리어와 주변부 에어리어를 아이솔레이션하는 아이솔레이션 레이저부와, 상기 갠트리의 타측면에 장치되어 상기 주변부 에어리어의 박막을 제거하는 트리밍 레이저부를 포함하여 상기 주변부 에어리어를 레이저에 의해 트리밍하는 한편 아이솔레이션과 트리밍을 동시에 수행할 수 있도록 하여 트리밍시 액티브 에어리어의 박막 제거 현상을 방지하는 한편 제조 시간 및 비용을 절감할 수 있는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판을 가공하는 레이저 장치와, 상기 레이저 장치가 장착되는 갠트리를 포함하는 태양전지용 기판의 가공 장치에 있어서, 상기 레이저 장치는 상기 갠트리의 일측면에 장치되어 상기 기판의 액티브 에어리어와 주변부 에어리어를 아이솔레이션하는 아이솔레이션 레이저부와, 상기 갠트리의 타측면에 장치되어 상기 주변부 에어리어의 박막을 제거하는 트리밍 레이저부를 포함하되, 상기 기판은 웨이퍼와, 상기 웨이퍼의 저면에 순서대로 적층되어 패터닝되는 투명전극층, 반도체층 및 메탈층을 포함하고, 상기 아이솔레이션 레이저부는 상기 웨이퍼의 상면에서 조사되는 것으로서 상기 메탈층 및 반도체층을 제거하는 제1레이저부와, 상기 투명전극층을 제거하는 제2레이저부를 포함하고, 상기 트리밍 레이저부는 상기 웨이퍼의 상면에서 조사되는 것으로서 상기 투명전극층을 제거하는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치에 일 특징이 있다.

또한, 상기 기판을 이송하는 스테이지를 더 포함하되, 상기 스테이지는 상부가 개방된 중공의 박스 형상을 구비하는 하우징과, 상기 하우징내부에 장치되되 그 상면에 상기 기판이 안착되는 석션 커버와, 상기 석션 커버에 설치되는 것으로서 원형 형상의 디스크와 상기 디스크에 다수개 관통되어 형성되는 석션홀을 포함하는 석션 노즐과, 상기 하우징의 일측면에 설치되어 상기 하우징 내부 공기를 석션하는 석션 배관 및 석션 펌프를 포함할 수 있다.

삭제

또한, 상기 석션 커버를 상기 기판보다 작게 형성하는 한편, 상기 기판 중 상기 석션 커버가 지지하지 않는 영역의 저면에 설치되어 상기 기판에서 낙하하는 파티클을 집진하는 집진기를 더 포함하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 기판의 아이솔레이션 및 트리밍을 동시에 수행할 수 있어 종래와 같이 박막 제거시 레이저에 의해 제거함에 의해 패터닝된 면이 일정해즈는 효과가 있으며, 이에 의해 태양전지 효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상술한 바와 같이 아이솔레이션 공정 장비와 트리밍 공정 장비가 동시에 사용될 수 있는 겸용 방식임에 의해 제조 시간 및 제조 비용 절감되고 트리밍 공정에서 사용하는 샌드블라스트에 의해 오염 발생의 방지 및 단위셀의 박막까지 제거하는 현상의 방지로 인한 태양전지의 성능 저하를 억제하는 효과가 있다.

도 1 내지 도 5는 기존의 태양전지 기판 제조 방법을 나타내는 개념도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 태양전지 가공 장치에 대한 사시도 및 일부 분리사시도이다.
도 8은 본 발명에 의한 가공 과정을 나타내는 개념도이다
도 9는 본 발명의 스테이지 및 집진기에 대한 구성을 나타내는 개념도이다.

이하 첨부된 도면과 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 도 6에 나타난 바와 같이 기판(W)을 가공하는 레이저 장치(L)와, 상기 레이저 장치(L)가 장착되는 갠트리(G)를 포함하는 태양전지용 기판의 가공 장치(10)로서, 상기 레이저 장치(L)는 상기 갠트리(G)에 장치되는 아이솔레이션 레이저부(100)와 트리밍 레이저부(200)를 포함한다.

이때, 상기 아이솔레이션 레이저부(100)는 상기 갠트리(G)의 일측면에 장치되어 상기 기판(W)의 액티브 에어리어(W1)와 주변부 에어리어(W2)를 아이솔레이션하게 된다.

또한, 상기 트리밍 레이저부(200)는 상기 갠트리(G)의 타측면에 장치되어 상기 주변부 에어리어(W2)의 박막을 제거한다.

다시 말해서 본 발명의 가공장치(10)는 아이솔레이션과 트리밍을 모두 레이저 장치에 의해 수행하여 트리밍 면을 정밀하게 형성할 수 있다.

또한, 상기 레이저 장치를 모두 갠트리(G)에 설치하여 종래와 달리 아이솔레이션과 트리밍을 하나의 장치에서 수행할 수 있게 된다.

한편, 상기 기판(W)은 웨이퍼(Wa)와, 상기 웨이퍼(Wa)의 저면에 순서대로 적층되어 패터닝되는 투명전극층(Wb), 반도체층(Wc) 및 메탈층(Wd)을 포함한다.(도 2참조)

이때, 상기 아이솔레이션 레이저부(100)는 상기 웨이퍼(Wa)의 상면에서 조사되는 것으로서 상기 메탈층(Wd) 및 반도체층(Wc)을 제거하는 제1레이저부(110)와, 상기 투명전극층(Wb)을 제거하는 제2레이저부(120)를 포함한다.

상기 제1레이저부(110)와 제2레이저부(120)는 서로 다른 대역대의 파장을 구비하여 상술한 바와 같이 서로 다른 대상을 가공한다.

한편 상기 트리밍 레이저부(200) 역시 상기 웨이퍼(Wa)의 상면에서 조사되는 것으로서 상기 투명전극층(Wb)을 제거하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 가공 장치(10)에서 기판(W)의 웨이퍼(Wa)가 최상부에 위치하고 증착된 부분이 그 저면에 위치되며 상기 아이솔레이션 레이저부(100)와 트리밍 레이저부(200)는 모두 웨이퍼(Wa)의 상면에서 조사한다.

이는 상기 레이저 장치(L)에 의해 가공될 때, 가공에 의한 부산물이 발생하며 상기 부산물이 수직 직하되도록 하기 위함이다.

또한 상기 트리밍 레이저부(200)에 의해 상기 투명전극층(Wb)이 제거되면 상기 투명전극층(Wb)의 저면에 차례로 적층되어 있는 반도체층(Wc) 및 메탈층(Wd)이 중력에 의해 낙하하며 제거된다.

한편 상기 아이솔레이션 레이저부(100)와 트리밍 레이저부(200)는 도 6에 나타난 바와 같이 수평방향으로 설치된 갠트리(G)에 설치될 수 있으며, 특히 제1레이저부(110)와 제2레이저부(120)가 상기 갠트리(G)의 동일 평면에 설치되고, 상기 트리밍 레이저부(200)는 그 반대면에 설치될 수 있다.

그러나 본 발명은 상기 아이솔레이션 레이저부(100)와 트리밍 레이저부(200)를 구비하여 기판(W)에 대한 아이솔레이션 공정과 트리밍 공정을 같이 수행할 수 있는 겸용 장비를 제공함에 목적이 있는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 상기 아이솔레이션 레이저부(100)와 트리밍 레이저부(200)의 설치 위치가 변경되거나 혹은 그 개수가 변경되더라도 모두 본 발명의 범주에 속함은 당연하다.

한편 상기 레이저 장치(L) 자체는 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 기판(W)을 이송하는 스테이지(400)를 더 포함하는 것도 가능하다.

이때, 상기 스테이지(400)는 도 7에 나타난 바와 같이 상부가 개방된 중공의 박스 형상을 구비하는 하우징(410)과, 상기 하우징(410)내부에 장치되되 그 상면에 상기 기판(W)이 안착되는 석션 커버(430)와, 상기 석션 커버(430)에 설치되는 것으로서 원형 형상의 디스크(441)와 상기 디스크(441)에 다수개 관통되어 형성되는 석션홀(442)을 포함하는 석션 노즐(440)과, 상기 하우징(410)의 일측면에 설치되어 상기 하우징(410)내부 공기를 석션하는 석션 배관(420) 및 석션 펌프(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

이와 같은 구성에 의해 상기 기판(W)이 상기 석션 커버(430)상에 배치된 후 상기 석션 노즐(440)을 통해 하우징(410) 내부 공기를 석션하면 상기 기판(W)이 안정적으로 고정된다.

한편 상기 석션 커버(430)는 도 7에 도시된 바와 같이 판체 형상을 구비하며 상기 하우징(410)의 전면(全面)을 덮도록 형성하며 상기 석션 커버(430)에 상기 석션 노즐(440)의 디스크(441)가 다수개 배치되도록 하는 것도 가능하다.

물론 상기 석션 커버(430)를 상기 기판(W)보다 작게 형성하는 한편 상기 기판(W) 중 상기 석션 커버(430)가 지지하지 않는 영역의 저면에 설치되어 상기 기판(W)에서 낙하하는 파티클을 집진하는 집진기(도시되지 않음)를 더 포함하는 것도 가능하다.

상기 집진기는 미세 먼지나 파티클을 흡입 저장하는 것으로서 널리 알려진 기술이므로 상세한 도시는 생략한다.

한편 상기 스테이지(400)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 방향I로 이동하며 상기 갠트리(G)에 설치된 아이솔레이션 레이저부(100)와 트리밍 레이저부(200)는 방향II로 이동하며 레이저의 포커스를 맞추기 위해 방향III으로 이동된다.

이러한 상기 스테이지(400)와 갠트리(G)의 구성은 널리 알려진 구성이므로 자세한 도시는 생략한다.

이하 상술한 본 발명에 의해 기판(W)의 아이솔레이션 공정 및 트리밍 공정 방식에 대해 설명한다.

우선 처리하고자 하는 기판(W)과 레이저 빔 입사방식을 정한 후, 기판(W)을 스테이지(400)에 안착시킨다.

이때, 상기 스테이지(400)에 설치되어 있는 석션 노즐(440)을 이용하여 기판(W)을 단단히 고정시킨다.

상기 기판(W)의 아이솔레이션 공정을 위해서는 먼저 전면부 겐트리에 장착되어 있는 아이솔레이션 레이저부(100)의 제1레이저부(110)를 이용하여 반도체층(Wc) 및 메탈층(Wd)을 제거한다.

그 다음으로 제2레이저부(120)를 이용하여 투명전극층(Wb)을 제거한다.

이때 상기 스테이지(400)의 방향I 이동에 의해서 상기 기판(W)이 방향I로 아이솔레이션되고, 상기 스테이지(400)가 고정되어 있는 상태에서 겐트리(G)의 방향II 이동에 의해서 상기 기판(W)이 방향II로 아이솔레이션 된다.

상기 아이솔레이션 공정이 끝난 후 겐트리(G) 반대쪽에 위치한 트리밍 레이저부(200)를 사용하여 트리밍 공정을 실행한다.

사용하는 레이저는 투명전극층(Wb)이 흡수할 수 있는 파장을 가지는 레이저를 사용한다.

이때, 상기 아이솔레이션 공정과 같은 방식으로 스테이지(400)를 방향I로 이송하는 한편 상기 갠트리(G)에 장착된 레이저 장치(L)를 방향II로 기판(W)의 가장자리 부분을 트리밍 한다.

도8은 본 발명에 따른 트리밍 공정시 레이저 진행에 따른 가장자리 부분의 박막 제거 변화를 나타낸 것이다.

기판(W)의 주변부 에어리어(W2)가 레이저 빔의 폭(WI)만큼 박막이 제거되며, 몇 번의 움직임만으로 공정이 완료된다.

레이저 빔의 폭은 가급적 넓을수록 유리하지만, 단위면적당 에너지 밀도와 같이 고려할 경우 약 2~3mm정도가 적당하다.

한편 상술된 기판(W)의 경우 증착된 박막이 스테이지(S)를 향하는 상태에서 레이저가 입사되는 유리면 입사 방식이다.

그러나 상기 기판(W)의 박막이 레이저 장치(L)를 향하는 상태에서 레이저를 입사하는 이른바 막면 입사 방식도 가능하다.

이러한 막면 입사 방식의 경우에는 도 9에 나타난 바와 같이 레이저 장치(L) 일측에 미세한 파티클(PL)을 집진할 수 있는 집진기 노즐(450)이 설치되며, 보다 효율적인 제거를 위해서 집진기 노즐(450) 반대쪽에 블로워(460)를 장착하는 것도 가능하다.

상기 블로워(460)를 통해서 퍼지가스를 흘려주며 반대쪽에 위치해 있는 집진기 노즐(450)로 미세 파티클(PL)이 흡입된다.

100 : 아이솔레이션 레이저부 110 : 제1레이저부
120 : 제2레이저부 200 : 트리밍 레이저부
400 : 스테이지

Claims (4)

1. 기판(W)을 가공하는 레이저 장치(L)와, 상기 레이저 장치(L)가 장착되는 갠트리(G)를 포함하는 태양전지용 기판의 가공 장치에 있어서,
   상기 레이저 장치(L)는 상기 갠트리(G)의 일측면에 장치되어 상기 기판(W)의 액티브 에어리어(W1)와 주변부 에어리어(W2)를 아이솔레이션하는 아이솔레이션 레이저부(100)와,
   상기 갠트리(G)의 타측면에 장치되어 상기 주변부 에어리어(W2)의 박막을 제거하는 트리밍 레이저부(200)를 포함하되,
   상기 기판(W)은 웨이퍼(Wa)와, 상기 웨이퍼(Wa)의 저면에 순서대로 적층되어 패터닝되는 투명전극층(Wb), 반도체층(Wc) 및 메탈층(Wd)을 포함하고,
   상기 아이솔레이션 레이저부(100)는 상기 웨이퍼(Wa)의 상면에서 조사되는 것으로서 상기 메탈층(Wd) 및 반도체층(Wc)을 제거하는 제1레이저부(110)와, 상기 투명전극층(Wb)을 제거하는 제2레이저부(120)를 포함하고,
   상기 트리밍 레이저부(200)는 상기 웨이퍼(Wa)의 상면에서 조사되는 것으로서 상기 투명전극층(Wb)을 제거하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 기판(W)을 이송하는 스테이지(400)를 더 포함하되,
   상기 스테이지(400)는 상부가 개방된 중공의 박스 형상을 구비하는 하우징(410)과,
   상기 하우징(410)내부에 장치되되 그 상면에 상기 기판(W)이 안착되는 석션 커버(430)와,
   상기 석션 커버(430)에 설치되는 것으로서 원형 형상의 디스크(441)와 상기 디스크(441)에 다수개 관통되어 형성되는 석션홀(442)을 포함하는 석션 노즐(440)과,
   상기 하우징(410)의 일측면에 설치되어 상기 하우징(410)내부 공기를 석션하는 석션 배관(420) 및 석션 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 석션 커버(430)를 상기 기판(W)보다 작게 형성하는 한편,
   상기 기판(W) 중 상기 석션 커버(430)가 지지하지 않는 영역의 저면에 설치되어 상기 기판(W)에서 낙하하는 파티클을 집진하는 집진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아이솔레이션 및 트리밍 겸용 태양전지용 기판의 가공 장치.
   

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