KR101217104B1 - 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 챔버 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 챔버에 관한 것으로, 상부면이 개방된 하부 챔버; 상기 하부 챔버의 개방된 상부면을 개폐하는 커버; 상기 커버에 설치되고 상기 챔버의 내부를 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 다이어프램 시트; 상기 챔버의 하부 공간에 설치되고, 태양전지모듈용 기판이 놓여지는 가열 스테이지; 및 상기 가열 스테이지에 놓여진 태양 전지 모듈용 기판이 상기 다이어프램 시트에 밀착되어 가압되도록 상기 가열 스테이지를 승강시키는 제1승강부재를 포함한다.
Figure R1020090076897
태양전지,라미네이터

Description

태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 챔버{Laminator chamber for manufacturing solar cell module}
본 발명은 태양 전지 모듈을 높은 작업 처리량으로 양산할 수 있는 라미네이트 챔버에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지에는 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용한 결정형의 태양전지와, 아몰퍼스 실리콘(비결정 실리콘), CIGS(구리인듐갈륨셀레늄), CdTe(카드늄텔루리늄)등을 이용한 박막형 태양전지 등이 있다. 그러나 이들 결정형/박막형의 태양전지는 전지를 구성하는 성분이 외부 환경에 노출시 화학적 변화를 일으키기 쉽고, 또한 물리적인 충격에도 약하기 때문에, 일반적으로 전지부를 투명한 필름이나 강화 유리, 내열 유리 등으로 라미네이팅한 태양 전지 모듈이 이용되고 있다. 또한, 최근에는 건축 재료용 등에 이용되는 외벽재나 지붕재와 태양 전지를 일체화시킨 일체형 모듈 등도 제조되고 있다.
태양 전지 모듈의 라미네이팅은 비닐 필름이나 유리와 백시트 또는 후면유리 사이에 비닐필름, 예를 들면 EVA(에틸렌비닐아세테이트)수지 등의 충진재를 통해서 중간에 전지부를 끼워놓고, 진공 상태에서 가열하여 충진재를 녹임으로써 행하여지 고 있다.
본 발명은 태양 전지 모듈을 위아래에서 동시에 가압할 수 있는 라미네이트 챔버를 제공한다.
또한, 본 발명은 고진공의 환경을 제공할 수 있는 라미네이트 챔버를 제공한다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈을 균일하게 가열할 수 있는 라미네이트 챔버를 제공한다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈을 균일하게 가압할 수 있는 라미네이트 챔버를 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면 가열 스테이지의 상하 이동시 부하를 줄일 수 있는 라미네이트 챔버를 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면 가열 스테이지의 상하 이동시 균일한 동력 전달이 가능한 라미네이트 챔버를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 태양 전지 모듈의 라미네이트 챔버를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 라미네이트 챔버는 상부면이 개방된 하부 챔버; 상기 하부 챔버의 개방 된 상부면을 개폐하는 커버; 상기 커버에 설치되고 상기 챔버의 내부를 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 다이어프램 시트; 상기 챔버의 하부 공간에 설치되고, 태양전지모듈용 기판이 놓여지는 가열 스테이지; 및 상기 가열 스테이지에 놓여진 태양 전지 모듈용 기판이 상기 다이어프램 시트에 밀착되어 가압되도록 상기 가열 스테이지를 승강시키는 제1승강부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라미네이트 챔버는 상기 가열 스테이지에 형성된 제1개구들을 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로 돌출되고, 상기 진공 챔버에서 태양 전지 모듈용 기판을 지지하는 지지롤러들을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 지지롤러는 상기 하부 챔버의 바닥면으로부터 수직하게 설치되는 지지대; 및 상기 지지대의 상단에 설치되는 프리롤러를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가열 스테이지는 플레이트 형상의 하부 히터; 및 상기 하부 히터의 저면에 격자 형태로 설치되는 제1보강 리브들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 챔버는 상기 컨베이어 유닛과 인접한 측면에 설치되고, 태양 전지 모듈용 기판의 입/출입을 위한 출입구; 및 상기 출입구를 개폐하는 도어를 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1승강 부재는 서보 모터; 상기 서보 모터와 연결되어 상기 서보 모터의 동력을 전달하는 동력 전달부재; 상기 하부 챔버 아래에 복수개가 수직하게 배치되고, 상기 동력 전달부재를 통해 상기 서보 모터의 동력을 전달받아서 구동되는 스크류잭들; 및 상기 스크류잭들 각각에 연결되고, 상기 스크류잭의 구동에 의해 업다운되는 그리고 상기 진공 챔버의 바닥면을 관통하여 상기 가열 스테이지의 저면에 결합되는 실린더들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 스크류잭들은 상기 진공 챔버 아래에 상호 대칭되게 구비되어, 상기 서보 모터의 동력을 균일하게 분배하도록 배치된다.
본 발명에 의하면, 본 발명은 태양 전지 모듈을 위아래에서 동시에 그리고 균일하게 가압할 수 있다.
또한, 본 발명은 고진공의 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 다이어프램 시트의 교체 작업이 용이하고 작업 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 발명은 다이어프램 시트에 가해지는 공기압을 균일하게 분산시켜 줌으로써, 다이어프램 시트의 수명을 연장시켜 줄 수 있을 뿐만 아니라 EVA 코팅시 발생되는 불량율을 현저하게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 가열 스테이지의 상하 이동시 구동 장치의 부하를 줄일 수 있으며, 또한 동력을 균일하게 분배하여 가열 스테이지를 안정적으로 상하 이동 시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 태양 전지 모듈을 균일하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명은 풋프린트 최소화 및 다양한 레이아웃이 가능하다.
또한, 본 발명은 라미네이트 챔버의 유지 보수가 용이하다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 23을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 실시예에서 태양 전지 모듈은 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘을 이용한 결정형의 태양전지, 아몰퍼스 실리콘(비결정 실리콘), CIGS(구리인듐갈륨셀레늄), CdTe(카드늄텔루리늄)등을 이용한 박막형 태양전지, 건축 재료용 등에 이용되는 외벽재나 지붕재와 태양 전지를 일체화시킨 일체형 모듈일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템의 평면 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템(1)은 피처리 기판인 태양 전지 모듈용 기판(S,이하 태양 전지 기판이라고 함)을 이송하는 컨베이어 반송로(2) 상에 설치된다. 라미네이트 시스템(1)은 컨베이어 반송로(2)와 연결되는 인터페이스부(10)와 인터페이스부(10) 양측에 배치되는 라미네이션 챔버(40)를 포함한다. 인터페이스부(10)는 태양 전지 기판(S)을 제1방향(X축 방향)으로 이송하는 컨베이어 유닛(200)과 태양 전지 기판(S)을 제2방향(Y축 방향)에 위치하는 라미네이션 챔버(40)로 반입/반출하기 위한 반송 유닛(300)이 통합되어 있는 통합 구조를 갖는다.
이처럼, 본 발명에서는 반송 유닛(300)이 컨베이어 유닛(200)에 가로질러(교차하여) 설치됨으로써 바닥 점유면적(footprint)을 최소화할 수 있을뿐만 아니라 다양한 레이아웃 구현이 가능하고 다양한 기판의 사이즈 대응이 가능한 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 라미네이트 시스템(1)에서 각각의 라미네이션 챔버(40)는 독립적으로 운영되며, 2개의 라미네이션 챔버(40) 중에서 하나의 챔버가 유지 보수를 위해 가동이 중단된다 하더라도 나머지 한 개의 챔버에서는 지속적으로 공정을 진행 할 수 있도록 구성하였다. 이처럼, 독립적으로 운영되는 라미네이션 챔버(40)는 도 2에서와 같이, 6장의 태양 전지 기판(S)을 라미네이션 할 수 있도록 6개의 라미네이션 챔버(40)들이 인터페이스부를 사이에 두고 병렬로 배치될 수도 있다.
본 발명은 태양 전지 기판(S)의 라미네이션 공정을 위한 인라인 시스템을 구축하여 생산성 향상을 기대할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
(인터페이스부)
도 3은 도 1에 도시된 인터페이스부의 평면도이다. 도 4는 도 3에 도시된 인터페이스부의 정면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 인터페이스부의 측면도이다. 도 6은 도 3에 도시된 반송 유닛의 사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 인터페이스부(10)는 피처리 기판인 태양 전지 기판을 이송하기 위한 것으로, 메인 프레임(100)과, 노말 컨베이어 유닛(200) 그리고 반송 유닛(300)을 포함한다.
노말 컨베이어 유닛(200)은 메인 프레임(100)에 설치되는 일군의 샤프트들(210)과, 샤프트(210)들에 장착되는 다수의 롤러(212)들 및 일군의 샤프트(210)들을 회전시키기 위한 롤러 구동부(220)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 노말 컨베이어 유닛(200)은 태양 전지 기판(S)을 이송하는 컨베이어 반송로(2)와 연결된다.
일군의 샤프트(210)들은 일 방향(X 축 방향)으로, 예를 들면, 태양 전지 기판(S)의 이송 방향을 따라 서로 평행하게 배열되며, 샤프트(210)들에는 다수의 롤러들(212)이 장착된다. 샤프트(210)들과 롤러(212)들의 장착 수량 및 배치 간격은 이송하고자 하는 태양 전지 기판의 크기에 따라 변화될 수 있다. 롤러(212)들은 샤프트(210)들에 고정되어 샤프트(210)들의 회전에 의해 롤러(212)들도 함께 회전할 수 있다. 그리하여 롤러(212)들 위에 있는 태양전지모듈도 롤러(212)들의 회전에 의해 일방향으로 이송될 수 있다.
롤러 구동부(220)는 회전력을 발생시키는 동력원(222)과, 동력원(222)의 회전력을 샤프트(210)들로 전달하는 동력전달부(224)를 포함할 수 있다. 동력원(222)은 회전력(동력)을 발생시키는 부분으로서 전기력에 의해 작동하는 모터 또는 화학에너지를 기계적 운동으로 전환시키는 엔진을 포함할 수 있다. 동력전달부(224)는 동력원(미도시됨)에 의해 발생한 회전력을 샤프트(210)들로 전달하기 위해서 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 동력 전달부(224)는 기어들의 조합이나, 타이밍 벨트(체인)와 다수의 풀리(스프로켓) 또는 마그네틱을 이용한 비접촉 방식 등에 의해 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 체인(CHAIN)들과 스프로켓(SPROCKET)(228)들 을 이용한 동력 전달 방식이 사용되었다.(도면 편의상 체인은 생략하였다.) 도시하지 않았지만, 노말 컨베이어 유닛(200)에는 태양전지기판(S)의 정렬을 위한 정렬 수단이 제공될 수 있다.
(반송 유닛)
반송 유닛(300)은 노말 컨베이어 유닛(200) 상에 설치된다. 반송 유닛(300)은 노말 컨베이어 유닛(200)에 의해 반송되어진 태양 전지 기판을 라미네이션 챔버(4)로 로딩하거나 또는 라미네이션 챔버(4)로부터 라미네이션 처리된 태양 전지 기판(S)을 노말 컨베이어 유닛(200)으로 언로딩하기 위한 장치이다. 다시 말해, 반송 유닛(300)은 노말 컨베이어 유닛(200)과 라미네이션 챔버(4) 간의 태양 전지 기판 반송을 담당한다.
반송 유닛(300)은 승강 프레임(310)과, 서포트 부재(320), 반송 아암 부재(330) 그리고 승강 부재(380)를 포함한다.
승강 프레임(310)은 업다운 가능하게 노말 컨베이어 유닛(200) 상에 설치된다. 승강 프레임(310)은 2개의 제1프레임(312)과 2개의 제2프레임(314)을 포함한다. 제1프레임(312)들은 태양전지모듈의 이송방향(X축 방향)과 나란한 방향으로 노말 컨베이어 유닛(200)의 외곽에 위치되고, 제2프레임(314)들은 샤프트(210)의 길이 방향과 나란한 방향(Y 축 방향)으로 샤프트(210)들 사이에 제공되는 빈 공간에 위치된다. 제2프레임(314)들은 양단이 제1프레임(312)에 고정된다. 이처럼, 승강 프레임(310)은 업다운 될 때 샤프트(210)들과의 충돌하지 않는다.
승강 프레임(310)은 제2승강부재(380)에 의해 수직 방향(Z 축 방향)으로 업 다운 된다. 도 7a에는 승강 프레임(310)이 샤프트(210)들 아래의 대기 위치로 다운된 상태를 보여주며, 도 7b에는 승강 프레임(310)이 샤프트(210)들 위의 동작 위치로 업된 상태를 보여준다. 제2승강부재(380)는 실린더 방식, 모터와 기어를 이용한 방식, 잭스크류 방식과 같은 직선 구동 장치가 적용될 수 있으며, 본 실시예에서는 잭스크류 방식이 사용된다.
제2승강부재(380)는 승강 프레임의 저면에 설치되는 4개의 스크류잭(382)들과, 스크류잭(382)들에 서보 모터(384)의 동력을 전달하기 위한 회전축(386)들과 기어박스(388)들을 포함한다. 제2승강부재(380)는 서보 모터(384)의 동력을 회전축(386)들과, 기어박스(388)들의 조합을 통해 4개의 스크류잭(382)들로 균일하게 제공하게 된다.
서포트 부재(320)는 샤프트(210)의 길이 방향과 나란한 방향(Y 축 방향)으로 샤프트(210)들 사이에 제공되는 빈 공간에 위치되며, 승강 프레임의 제1프레임(312)들에 설치된다. 서포트 부재(320)는 태양전지모듈의 저면을 지지하는 다수의 프리롤러(322)들과 프리롤러(322)들이 설치되는 롤러 지지판(324)을 포함한다. 롤러지지판(324)은 반송 아암 부재(330)의 이동판(334)이 이동할 수 있도록 길이방향으로 형성된 개구(326)를 갖는다. 프리롤러(322)들은 태양전지모듈이 라미네이션 챔버로 로딩될 때 그리고 라미네이션 챔버로부터 언로딩될 때 태양전지모듈의 저면을 지지할 수 있도록 Y축 방향으로 회전가능하게 제공된다.
반송 아암 부재(330)는 가이드레일(332)들, 이동판(334), 4개의 반송아암(336) 그리고 아암 구동부(344)를 포함한다. 가이드레일(332)은 Y축 방향으로 제 2프레임(314)에 설치된다. 이동판(334)은 가이드 레일(332)을 따라 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 이동판(334)에는 일정한 간격마다 반송아암(336)이 설치된다. 바람직하게, 반송아암(336)은 서포트 부재(320)에 인접한 것이 좋다. 반송아암(336)은 블레이드 타입의 아암(338)과 아암(338)을 180도 회전시키는 로테이션부(340)를 포함한다. 반송유닛(300)은 아암(338)이 180도 회전이 가능해야지만 컨베이어 유닛(200)의 양측에 위치하는 라미네이션 챔버들 간의 태양전지판 반송을 수행할 수 있다.
아암(338)의 일단에는 태양전지모듈의 저면을 지지하는 지지면(339)을 갖으며, 지지면(339)에는 태양전지모듈의 저면을 진공흡착하여 고정하는 셕션홀을 갖는 셕션 패드(suction pad)(339a)들을 갖는다. 반송아암(336)은 프리롤러(322)보다 조금 높은 위치에서 태양전지모듈의 저면을 지지함으로써 태양전지모듈의 수평도가 불균일하더라도 진공 흡착이 가능하고 이송이 원활하게 이루어진다.
아암 구동부(344)는 이동판(334)을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 것으로, 모터(346)와 볼스크류(348) 그리고 볼스크류(348)에 끼워지고 이동판(334)의 저면에 결합되는 볼너트(349)를 포함한다. 이동판(334)은 아암 구동부(344)에 의해 Y축 방향으로 이동되고, 이에 따라 반송아암(336)들은 라미네이션 챔버로 태양전지모듈을 반입(또는 반출)하게 된다.
도 7a 내지 도 7c는 컨베이어 장치에서 반송 유닛의 동작 상태를 보여주는 도면들이다. 도 7a 내지 도 7c에서는 도면을 보았을 때 좌측에 위치하는 라미네이션 챔버로 태양전지모듈을 로딩하는 과정을 보여준다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 반송 유닛(300)은 컨베이어 유닛(200)의 샤프트(210)들 보다 낮은 위치에서 대기하게 된다. 이때 반송 아암(336)들은 승강 프레임(310)의 끝단(메인 프레임 외곽에 해당됨)에서 대기하게 된다(도 7a 참조). 태양전지기판(S)이 컨베이어 유닛(200) 상부에 정위치되면, 제2승강부재(380)에 상승 동작에 의해 승강 프레임(310)이 상승 이동된다. 승강 프레임(310)이 상승하면서, 태양 전지 기판(S)은 서포터 부재(320)들의 프리롤러(322)들에 의해 지지된 상태에서 컨베이어 유닛(200)으로부터 들어 올려지게 된다(도 7b참조). 이때, 반송 아암 부재(330)의 반송 아암(336)들은 태양 전지 기판(S)의 일측단 저면을 진공으로 척킹한 후 라미네이션 챔버(40) 방향으로 이동하게 되고, 태양 전지 기판(S)은 프리롤러(322)들에 의해 지지되면서 라미네이션 챔버(40) 내부로 반입된다(도 7c참조). 그리고, 라미네이션 챔버(40)로 반입되는 태양전지기판은 챔버 내부에 설치된 지지롤러들이 지지하게 된다(도 8 참조)
상술한 구성을 갖는 반송 아암 부재(330)는 서포트 부재(210)들에 의해 지지되어 있는 태양전지기판의 일측 저면을 진공흡착한 상태에서 라미네이션 챔버(40)로 가져다 놓고, 라미네이션 챔버(40)에서 공정처리를 마친 태양전지기판을 서포트 부재(320)들 상에 가져다 놓는다.
도 9는 도 1에 도시된 라미네이션 챔버를 보여주는 사시도이다. 도 10은 본 발명의 라미니이션 챔버의 단면도이다. 도 11a 및 도 11b는 가열 스테이지의 다운 상태 및 업 상태를 보여주는 도면들이다. 도 12는 가열 스테이지와 제1승강부재를 보여주는 사시도이다.
(라미네이션 챔버)
라미네이션 챔버(40)는 진공 챔버(400), 가열 스테이지(500), 제1승강 부재(600), 다이어프램 시트(700), 상부 히터(800)을 포함한다.
진공 챔버(400)는 메인 프레임(42)에 설치되며, 상부면이 개방된 박스 형상의 하부 챔버(410)와, 하부 챔버(410)의 개방된 상부면을 개폐하는 커버(430)를 포함한다. 커버(430)는 유지보수를 위해 일측에 설치된 커버 개폐장치(48)에 의해 하부 챔버(410)로부터 들어 올려진다.
커버 개폐장치(48)는 하부 챔버(410)의 4 지점에 각각 설치되는 리프터로 이루어진다. 리프터는 커버(430)를 업다운 시키기 위한 실린더 구동 방식으로 이루어질 수 있다.
다시 도 9 내지 도 12를 참조하면, 진공 챔버(400)는 그 내부가 다이어프램 시트(700)에 의해 상부 공간(B)과 하부 공간(이하 처리 공간이라 함)(A)으로 구획된다.
하부 챔버(410)는 컨베이어 유닛(200)과 마주하는 일측면에 태양 전지 기판이 들어오는 입구(412)를 포함한다. 입구(412)는 도어(414)에 의해 개폐된다. 그리고 하부 챔버(410)는 측면들에 작업자가 처리 공간을 들여다볼 수 있는 윈도우창(416)들을 갖는다. 그리고 하부 챔버(410)의 바닥면에는 처리 공간(A)을 진공 또는 대기압으로 만들기 위한 압력 조절 부재(미도시됨)가 연결되는 제1진공 포트(418)들(도 9에 도시됨)을 갖는다. 진공 챔버(400)의 처리 공간은 압력 조절 부 재에 의해 진공 또는 대기압으로 조절된다.
한편, 하부 챔버(410)의 바닥면에는 태양 전지 기판(S)의 저면을 지지하는 지지롤러(420)들이 설치된다. 지지롤러(420)들 각각은 하부 챔버(410)의 바닥면에 수직하게 설치되는 지지축(422)과, 지지축(422)의 상단에 설치되는 프리롤러(424)를 포함한다. 지지롤러(420)들은 인터페이스부(10)에서 진공 챔버(110)로 진입하는 태양 전지 기판(10)을 지지하고, 진공 챔버 위치하는 태양 전지 기판을 지지하며, 진공 챔버(110)에서 인터페이스부(10)로 반출되는 태양 전지 기판(10)을 지지한다.
가열 스테이지(500)는 다이어프램 시트(700)에 의해 구획된 진공 챔버(400)의 처리 공간(A)에 설치된다. 태양 전지 기판(S)은 반송 유닛(300)에 의해 처리 공간(A)의 가열 스테이지(500) 상부에 위치된다. 가열 스테이지(500)는 플레이트 형상의 하부 히터(510)와 하부 히터(510)의 저면에 격자 형태로 설치되는 제1보강 리브(520)들을 포함한다. 제1보강 리브(520)들은 ⊂자 형강들로 이루어진다. 가열 스테이지(500)에는 제1개구(512)들이 형성되며, 가열 스테이지(500)가 다운되면 지지롤러(420)들의 지지축(422)이 제1개구(512)들을 통해 가열 스테이지(500)의 상부로 돌출된다. 가열 스테이지(500)의 하부 히터(510)는 태양 전지 기판을 공정 온도로 가열시키기 위해 발열된다.
도 11a 내지 도 12를 참조하면, 제1승강 부재(600)는 가열 스테이지(500)를 업다운시키기 위하여 진공 챔버(400)의 아래에 설치된다. 제1승강 부재(600)는 서보 모터(610), 동력 전달부재(620), 8개의 스크류잭(630)들 그리고 8개의 실린더(640)들을 포함한다.
동력 전달부재(620)는 서보 모터(610)와 연결되어 서보 모터(610)의 동력을 8개의 스크류잭(630)들로 전달한다. 동력 전달부재(620)는 서보모터(610)와는 제1기어박스(621)를 통해 연결되는 제1회전축(622), 제1회전축(622)의 일단에 설치되는 제2기어박스(623), 제2기어박스(623)와 연결되고 제1열에 해당되는 4개의 스크류잭(630)들과 연결된 제3기어박스(625)로 동력을 전달하는 제2회전축(624), 제1회전축(622)의 타단에 설치되는 제4기어박스(626), 제4기어박스(626)와 연결되고 제2열에 해당되는 4개의 스크류잭(630)들과 연결된 제5기어박스(627)로 동력을 전달하는 제2회전축(628)을 포함한다.
스크류잭(630)들은 동력 전달부재(620)를 통해 서보 모터(610)의 동력을 제공받아 회전되면서 실린더(640)들을 업다운 시킨다.
실린더(640)들 각각은 스크류잭(630)에 연결된다. 실린더(640)는 스크류잭(630)의 구동에 의해 업다운된다. 실린더(640)는 진공 챔버(400)의 바닥면을 관통하여 진공 챔버의 처리 공간에 위치되는 가열 스테이지(500)에 각각 볼트 체결된다. 실린더(640)는 진공 챔버(400)의 처리 공간이 진공을 유지할 수 있도록 실린더와 진공 챔버의 관통구 사이를 밀폐하는 시일부재(642)를 갖는다.
상술한 바와 같이, 제1승강부재는 8개의 스크류잭을 2열로 서로 대칭되게 구비하고, 서보 모터의 동력을 동력 전달부재를 이용하여 균일하게 분배하도록 전달함으로써 가열 스테이지의 안정적인 상하 이동이 가능하다.
도 11a은 가열 스테이지가 제1승강부재에 의해 하강된 상태를 보여주는 도면이다. 그리고 도 11b는 가열 스테이지가 승강 부재에 의해 상승된 상태를 보여주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b에서와 같이, 상술한 구성을 갖는 제1승강 부재(600)는 동력 전달부재(620)를 통해 서보 모터(610)의 동력을 제공받은 스크류잭(630)들의 구동에 의해 실린더(640)들이 상승 이동된다. 따라서, 가열 스테이지(500)도 실린더(640)들에 의해 상승 이동하게 되고, 가열 스테이지(500)에 놓여진 태양 전지 기판(S)은 다이어프램 시트(700)에 밀착되면서 가압된다. 그리고, 가열 스테이지가 하강된 상태에서는 태양 전지 기판이 지지롤러(420)들에 얹혀진다.
이처럼, 본 발명에서는 태양 전지 기판이 가열 스테이지(500)에 가압되는 것이 아니라 가열 스테이지(500)에 놓여진 상태에서 다이어프램 시트(700)에 가압되는 것이다. 특히, 태양 전지 기판(S)의 가압은 다이어프램 시트(700)가 처리 공간과 상부 공간의 압력차로 인해 처리 공간으로 부풀어진 상태에서 진행된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 라미네이션 챔버(40)에서는 태양 전지 기판(S)이 상하 방향에서 동시에 가압된다.
여기서, 태양 전지 기판으로 가해지는 가압은 다이어프램 시트의 팽창에 의한 가압이 가열 스테이지(500)의 상승 동작에 의한 가압보다 크게 작용하게 된다. 즉, 가열 스테이지(500)의 상승 동작에 의한 가압은 보조적으로 작용된다.
이처럼, 다이어프램 시트(700)는 종래에 비해 팽창 정도를 줄일 수 있고, 무빙 부재들에 의한 팽창 정도가 조절됨으로써 과도한 팽창으로 인한 손상을 최소화할 수 있다. 특히, 다이어프램 시트(700)는 높은 열과 공기 압력 차이에서 팽창과 수축을 반복하더라도 과도한 처짐 현상을 방지할 수 있고, 다이어프램 시트(700)의 가장자리에 집중되는 스트레스를 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 다이어프램 시트(700)의 탄력을 항상 유지할 수 있기 때문에 다이어프램 시트의 처짐과 탄력 저하 등으로 인해 발생되는 라미네이션 불량을 현저하게 줄일 수 있고, 교체 주기도 연장시킬 수 있다.
특히, 본 발명에서는 태양 전지 기판(S0)으로 가해지는 가압을 가열 스테이지(500)의 상승 높이에 따라 조절할 수 있다. 예컨대, 태양 전지 기판(S)에는 다양한 종류가 있으며, 모든 종류의 태양 전지 기판에 동일한 압력을 가하게 되면 전지부 등이 파손되는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 제1승강 부재(600)를 통해 가열 스테이지(500)의 상승 높이를 조절한다면 태양 전지 기판에 과도한 힘이 가해지지 않도록 압력을 조절할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 제1승강 부재(170)는 8개의 스크류잭들이 하나의 서보모터에 의해 작동되는 구조적인 특징을 갖는다. 또한, 본 발명의 제1승강 부재(170)는 서보모터의 동력이 8개의 스크류잭들로 균일하게 분배됨으로써 가열 스테이지를 안정적으로 승하강시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
(커버)
도 13은 커버의 평면도이고, 도 14는 커버의 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 커버(430)는 저면에 다이어프램 시트(700)가 설치된다. 커버(430)에는 다이어프램 시트(700)에 의해 처리 공간과 구획되는 별도의 상부 공간(B)이 제공된다.
커버(430)는 플레이트 형상의 상부 베이스(432)와 상부 베이스(432)의 상면에 격자 형태로 설치되는 제2보강 리브(434)들을 포함한다. 제2보강 리브(434)들은 ⊂자 형강들로 이루어진다.
커버(430)에는 상부 공간과 통하는 석션(suction) 포트(436)들과 베큠(vacuum) 포트(438)들이 설치된다. 석션 포트(436)들은 커버(430)의 중앙 부근에 위치되고, 베큠 포트(438)들은 중앙 부근과 가장자리 사이에 위치된다. 베큠 포트(438)에는 베큠 라인(439)이 연결된다. 석션 포트(436)들은 다이어프램 시트(700)의 팽창시 상부 공간(B)을 대기압으로 만들기 위해 사용되고, 베큠 포트(438)들은 다이어프램 시트(700)의 수축시 상부 공간(B)을 진공압으로 만들기 위해 사용된다.
상부 히터(440)는 상부 베이스(432)의 저면에 설치된다. 상부 히터(440)는 플레이트 형상의 실리콘 고무 히터(Silicon Rubber Heater)(442)와 실리콘 패드(444)가 적층된 구성을 갖는다. 상부 히터(440)는 태양 전지 기판(S)의 예열 및 온도 유지를 위한 것이다. 기본적으로 태양 전지 기판은 가열 스테이지(400)에 의해 가열되지만, 가압 과정에서 태양 전지 기판이 다이어프램 시트(700)와 접촉되면서 온도 다운 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 상부 히터(440)는 태양 전지 기판(S)과 접촉되는 다이어프램 시트(700)의 온도를 높여줌과 동시에 태양 전지 기판(S)을 간접적으로 예열해준다. 본 발명에서는 공정 진행시 상부 히터(440)에 의해 태양 전지 기판의 예열 및 온도 유지 효과를 기대할 수 있다.
상부 히터(440) 아래에는 샤워플레이트(450)가 커버(430)의 시트 공정블 럭(431)에 고정 설치된다. 샤워플레이트(450)는 상부히터(440)와 일정간격 이격되게 설치된다. 샤워플레이트(450)는 상부 공간(B)으로 유입되는 공기압이 다이어프램 시트(700)에 균일하게 제공되도록 복수의 관통공(452)들을 갖는다. 한편, 지지핀(454)들은 다이어프램 시트(700)가 팽창될 때 상부 공간(B)의 압력 변화로 인한 샤워플레이트(450)의 변형을 방지하기 위한 것이고, 틈새블럭(456)들은 다이어프램 시트(700)가 수축될 때 상부 공간(B)의 압력 변화로 인한 샤워플레이트(450)의 변형을 방지하기 위한 것이다. 지지핀(454)들은 상단이 커버(430)에 고정되고 하단이 샤워플레이트(450)에 고정된다. 틈새블럭(456)은 상부 히터(440)와 샤워플레이트(450) 사이에 제공된다.
다이어프램 시트(700)는 샤워플레이트(450) 바로 아래에 제공되며, 시트 가장자리가 커버(430)의 저면 가장자리로부터 돌출되도록 설치된 시트 고정블럭(431)에 제1체결링(702)에 의해 고정된다. 다이어프램 시트(700)는 열에 강하고 탄성이 있는 소재(예를 들면 실리콘 소재, 고무 소재 등)로 이루어지며, 상부 공간과 처리 공간의 압력차에 의해 팽창 또는 수축된다. 다이어프램 시트(700)의 저면(태양전지기판과의 접촉)에는 테프론 시트(710)가 설치된다. 테프론 시트(710)는 시트 고정블럭(431)에 제2체결링(704)에 의해 고정된다.
도 15는 다이어프램 시트가 수축된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다. 도 16은 다이어프램 시트가 팽창된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다.
도 15에서와 같이, 다이어프램 시트(700)의 수축은 처리 공간(A)이 대기압상태이고 상부공간(B)이 진공상태에서 이루어진다. 태양 전지 기판(S)은 다이어프램 시트(700)가 수축된 상태에서 진공 챔버(400)로 반입/반출되는 것이 바람직하다.
도 16에서와 같이, 다이어프램 시트(700)의 팽창은 처리 공간(A)이 진공상태이고 상부공간(B)이 대기압상태에서 이루어진다. 상부 공간(B)으로 제공되는 공기는 샤워플레이트(450)의 관통공(452)들을 통해 다이어프램 시트(700) 전체에 균일하게 제공됨으로써 다이어프램 시트(700)가 균일하게 팽창된다. 태양 전지 기판(S)은 팽창된 다이어프램 시트(700)에 가압되는 것이 바람직하다.
도 17은 커버의 양측에 설치된 시트 홀딩부재를 보여주는 요부 확대도이다.
도 13과 도 14 그리고 도 17을 참조하면, 시트 홀딩부재(800)는 커버(430)의 상부에 서로 대향되게 설치된다. 시트 홀딩부재(800)는 다이어프램 시트(또는 테프론 시트)를 커버(430)에 설치하고자 할 때 시트를 팽팽하게 당겨준다. 시트 홀딩 부재(800)는 권취릴(810)과 래치기어(820) 그리고 래치스톱퍼(830)를 포함한다. 권취릴(810)은 시트의 폭보다 넓은 길이를 갖고 커버(430)의 제2보강 리브(434)에 설치된다. 권취릴(810)에는 다이어프램 시트(700)의 일단이 끼워기는 슬롯(812)을 갖는다. 슬롯(812)의 길이는 다이어프램 시트(700)의 길이와 동일한 것이 바람직하다. 래치기어(820)는 권취릴(810)의 일단에 설치된다. 래치스톱퍼(830)는 래치기어(820)에 맞물려서 권취릴(810)에 감겨진 시트가 임의로 풀리지 않도록 권취릴(810)의 회전 방향을 선택적으로 구속한다.
도 18 내지 도 22는 다이어프램 시트의 장착 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 18에서와 같이, 다이어프램 시트(700)를 커버(430) 아래에 위치시킨다(준 비 단계). 다이어프램 시트의 양단을 시트 홀딩부재(800)의 슬롯(812)에 끼워 넣는다(도 19 참조). 이때, 슬롯(82)의 길이는 다이어프램 시트(700)의 길이와 동일함으로 자동적으로 시트의 위치 결정이 이루어진다. 시트 홀딩부재(800)의 권취릴(810)을 반회전 이상 회전시켜 권취릴(810)에 다이어프램 시트(700)가 맞잡히는 상황이 되도록 한다. 그 상태에서 토크렌치(미도시됨)를 사용하여 일정한 장력으로 권취릴(810)을 회전시킴으로써 다이어프램 시트(700)를 화살표 방향으로 당겨준다(도 20 참조). 다이어프램 시트(700)의 텐션은 서로 반대방향으로 회전특성을 가지는 래치기어(820)의 특성상 일정하게 유지된다. 또한 래치기어(820)를 잡아주고 있는 발톱 기어 형태의 래치스톱퍼(830)는 스프링(840)에 의해 권취릴(810)의 역회전을 구속하게된다. 이렇게, 다이어프램 시트(700)가 시트 홀딩부재(800)들에 의해 팽팽하게 당겨진 상태에서 제1체결링(702)을 시트 가장자리에 위치시킨다. 그리고 제1체결링(702)을 시트 고정블럭(831)에 가공된 텝에 맞추어 볼트 체결한다. 이때 시트의 체결위치에 홀 가공을 한 후 체결한다(도 21). 마지막으로 외곽 테두리를 따라 다이어프램 시트(700)의 남은 부분을 절단한다(도 22 참조). 그리고 시트 홀딩부재(800)에 남아 있는 시트(700)는 래치스톱퍼(830)의 구속을 해제한 후 권취릴(810)로부터 꺼내서 폐기한다(도 23 참조).
테프론 시트(710)는 상술한 방법과 동일한 방법으로 커버(830)에 설치할 수 있다.
(라미네이터 공정)
상술한 구성을 갖는 라미네이트 시스템에서의 라미네이터 공정은 로딩단계-메인 공정 단계- 그리고 언로딩 단계로 크게 이루어진다.
우선, 로딩 단계는 태양 전지 기판이 인터페이스부를 통해 라미네이트 챔버(40)로 제공된다. 태양 전지 모듈의 로딩(또는 언로딩)은 다이어프램 시트(700)가 수축된 상태(상부 공간이 진공상태)에서 이루어지는 것이 바람직하다.
태양 전지 기판은 반송 유닛(300)에 의해 라미네이션 챔버의 가열 스테이지(500)에 놓여진다. 태양 전지 기판이 라미네이션 챔버(40)의 가열 스테이지(400)에 위치되면, 라미네이션 챔버(40)의 입구는 도어(414)에 의해 폐쇄된다.
메인 공정 단계는 예열, 모듈 가압, 멜팅, 큐어링으로 구분될 수 있다. 우선, 진공 챔버(400)의 처리 공간은 압력 조절 부재에 의해 대기압에서 진공으로 조절되고, 태양 전지 기판(S)은 진공 챔버(400)가 기설정된 진공압(예를 들면 1 torr 이하)에 도달하는 동안 상부 히터(800)와 가열 스테이지(500)에 의해 예열된다.
진공 챔버(400)의 진공압이 기설정 압력에 도달되면, 상부 공간(B)을 벤트(vent)하여 다이어프램 시트(700)를 팽창시키고 가열 스테이지(500)를 승강시켜 태양 전지 기판을 양쪽에서 가압한다. 이때, 가열 스테이지(500)의 히팅 온도는 110-160도, 상부 히터(800)의 온도는 가열 스테이지(500)의 히팅 온도보다 낮은 100도 정도가 바람직하다. 하지만, 이러한 온도 범위는 EVA(에틸렌비닐아세테이트)수지 등과 같은 충진재의 특성과 장비 특성에 따라 현저하게 달라질 수 있다.
태양 전지 기판(S)은 가열 스테이지(500)와 다이어프램 시트(700)에 의해 양면에서 가압되면서 가열 스테이지(500)와 상부 히터(800)에 의해 1차 가열온도로 가열되면서 충진재가 멜팅되고, 그 이후 1차 가열 온도보다 높은 온도로 가열되면서 큐어링 처리된다. 멜팅 단계는 100-150도 정도에서 5-15분 정도 진행되며, 큐어링 단계는 110-160도 정도에서 5-40분 정도 진행된다. 물론, 이러한 시간과 온도는 충진재의 특성과 장비 특성에 따라 달라질 수 있다.
이렇게 메인 공정이 완료되면, 가열 스테이지(500)를 하강시키고 진공 챔버(400)의 처리 공간을 진공에서 대기압으로 벤트하고, 상부 공간(B)은 대기압에서 진공으로 만들어서 다이어프램 시트(700)를 수축시킨다. 이 상태에서 진공 챔버(400)의 입구가 개방되면, 인터페이스부의 반송유닛(300)이 태양 전지 기판(S)을 진공 챔버(400)로부터 반출시킨다. 진공 챔버(400)로부터 반출된 태양 전지 기판(S)은 노말 컨베이어 유닛(200)에 의해 쿨링 처리를 위한 처리 장치(미도시됨)로 이송된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 시스템의 평면 구성도이다.
도 2는 6장의 태양 전지 기판을 라미네이션 할 수 있도록 6개의 라미네이션 챔버들이 인터페이스부를 사이에 두고 병렬로 배치된 라미네이트 시스템의 평면 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 인터페이스부의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 인터페이스부의 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 인터페이스부의 측면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 반송 유닛의 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 컨베이어 장치에서 반송 유닛의 동작 상태를 보여주는 도면들이다.
도 8은 라미네이션 챔버로 반입되는 태양전지기판이 챔버 내부에 설치된 지지롤러들에 의해 지지되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 9는 도 1에 도시된 라미네이션 챔버를 보여주는 사시도이다.
도 10은 본 발명의 라미니이션 챔버의 단면도이다.
도 11a은 가열 스테이지가 제1승강부재에 의해 하강된 상태를 보여주는 도면이다.
도 11b는 가열 스테이지가 승강 부재에 의해 상승된 상태를 보여주는 도면이다.
도 12는 가열 스테이지와 제1승강부재를 보여주는 사시도이다.
도 13은 커버의 평면도이다.
도 14는 커버의 단면도이다.
도 15는 다이어프램 시트가 수축된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다.
도 16은 다이어프램 시트가 팽창된 상태를 보여주는 커버의 단면도이다.
도 17은 커버의 양측에 설치된 시트 홀딩부재를 보여주는 요부 확대도이다.
도 18 내지 도 23은 다이어프램 시트의 장착 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 라미네이트 시스템 2 : 컨베이어 반송로
10 : 인터페이스부 40 : 라미네이션 챔버
100 : 메인 프레임 200 : 노말 컨베이어 유닛
300 : 반송 유닛 400 : 진공 챔버
500 : 가열 스테이지 600 : 제1승강 부재
700 : 다이어프램 시트 800 : 상부 히터

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 태양 전지 모듈 제조를 위한 라미네이트 챔버에 있어서:
    상부면이 개방된 하부 챔버와, 상기 하부 챔버의 개방된 상부면을 개폐하는 커버를 포함하는 진공챔버;
    상기 커버에 설치되고 상기 진공 챔버의 내부를 상부 공간과 하부 공간으로 구획하는 다이어프램 시트;
    상기 진공 챔버의 하부 공간에 설치되고, 태양전지모듈용 기판이 놓여지는 가열 스테이지;
    상기 가열 스테이지에 놓여진 태양 전지 모듈용 기판이 상기 다이어프램 시트에 밀착되어 가압되도록 상기 가열 스테이지를 승강시키는 제1승강부재; 및
    상기 가열 스테이지에 형성된 제1개구들을 통해 상기 가열 스테이지의 상면으로 돌출되고, 상기 하부 챔버에서 태양 전지 모듈용 기판을 지지하는 지지롤러들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 챔버.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지롤러는
    상기 하부 챔버의 바닥면으로부터 수직하게 설치되는 지지대; 및
    상기 지지대의 상단에 설치되는 프리롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 챔버.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가열 스테이지는
    플레이트 형상의 하부 히터를 포함하고,
    상기 하부 히터는
    저면에 격자 형태로 설치되는 제1보강 리브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 챔버.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하부 챔버는
    측면에 설치되고, 태양 전지 모듈용 기판의 입/출입을 위한 출입구; 및
    상기 출입구를 개폐하는 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 챔버.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1승강 부재는
    서보 모터;
    상기 서보 모터와 연결되어 상기 서보 모터의 동력을 전달하는 동력 전달부재;
    상기 하부 챔버 아래에 복수개가 수직하게 배치되고, 상기 동력 전달부재를 통해 상기 서보 모터의 동력을 전달받아서 구동되는 스크류잭들; 및
    상기 스크류잭들 각각에 연결되고, 상기 스크류잭의 구동에 의해 업다운되는 그리고 상기 하부 챔버의 바닥면을 관통하여 상기 가열 스테이지의 저면에 결합되는 실린더들을 포함하는 것을 특징으로 하는 라미네이트 챔버.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스크류잭들은 상기 하부 챔버 아래에 상호 대칭되게 구비되어, 상기 서보 모터의 동력을 균일하게 분배하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 라미네이트 챔버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000101117A (ja) 1998-09-24 2000-04-07 Nisshinbo Ind Inc 太陽電池におけるラミネート装置
JP2005209883A (ja) 2004-01-22 2005-08-04 Npc:Kk ラミネート装置

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