KR101274535B1 - 태양전지용 후면 전극기판 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 태양전지용 후면 전극기판 제조장치는, 레이저 빔이 입사하는 입사면의 반대면에 투명 전도성막이 형성된 베이스기판을 이동시키는 기판이동부와, 기판이동부에 의해 이동된 베이스기판이 고정되는 작업 테이블과 작업 테이블에 고정된 베이스기판의 입사면에 레이저 빔을 조사하는 레이저부와 작업 테이블을 구동시키는 테이블 구동부를 포함하여 베이스기판에 전해액이 주입되는 홀을 형성하는 주입홀 형성부와, 사용자 조작명령을 입력받는 조작부와, 조작부로부터 입력되는 조작명령에 따라 기판이동부와 주입홀 형성부의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하도록 구현됨으로써, 제조 과정에서 베이스기판의 손상 발생을 방지하고 정밀하게 베이스기판에 주입홀을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 과정에서 베이스기판의 손상 발생을 방지하고 정밀하게 베이스기판에 전해액이 주입되는 주입홀을 형성할 수 있는 인-라인(In-Line) 형태로 구현된 태양전지용 후면 전극기판 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 태양에너지를 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자이다. 태양전지는 현재 전기, 전자제품, 주택이나 건물에 이르기까지 다양한 분야에 적용되고 있다. 태양전지는 광 흡수층의 재료에 따라 구분되는데, 광 흡수층으로 실리콘을 사용하는 실리콘 태양전지, 광 흡수층으로 CIS(CuInSe2)나 CdTe를 이용하는 화합물 태양전지, 광감응 염료 분자가 흡착된 염료 감응형 태양전지, 복수개의 비정질 실리콘이 적층된 적층형 태양전지로 구분된다.
염료 감응형 태양전지는 1991년 스위스 연방공과대학의 Gratzel 교수팀에 의해 최초로 개발되었으며, 실리콘 태양전지와는 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료 분자, 및 생성된 전자를 전달하는 전이 금속 산화물을 주된 구성 재료로 하는 태양 전지이다. 염료 감응형 태양전지는 태양 빛 입사각과 그림자 효과에 덜 민감하고 온도상승에 따른 발전량이 우수하다.
종래 염료감응형 태양전지는 도 1에 도시한 바와 같이, 크게 표면에 투명 전도성막(12)이 형성된 베이스기판(11)을 포함하는 전면 전극기판(10)과, 상기 전면 전극기판(10)을 투과한 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성하고 생성된 전자를 전면 전극기판(10)으로 전달하는 광흡수층(20)과, 후면 전극기판(50)으로부터 전자를 받아 광흡수층(20)에 전달하는 전해액층(40)과, 후면 전극기판(50)을 포함하여 구현된다.
상기 광흡수층(20)은 반도체 미립자(21a)와, 반도체 미립자(21a)에 흡착되며 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광 감응 염료(21b)를 포함한다. 반도체 미립자(21a)는 실리콘으로 대표되는 단체 반도체 외에, 금속 산화물, 또는 페로브스카이트 구조를 갖는 복합 금속 산화물 등을 사용할 수 있다. 염료(21b)는 태양전지 혹은 광전지 분야에서 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으나, 루테늄 착물이 바람직하다.
상기 전해액층(40)은 전해액으로 이루어진다. 전해액은 요오드계 산화/환원쌍(I-/I3 -)으로서 산화, 환원에 의해 후면 전극기판(50)으로부터 전자를 받아 염료에 전달하는 역할을 수행하며, 이때 개방회로 전압은 염료의 에너지 준위와 전해액의 산환, 환원 준위의 차이에 의해 결정된다. 전해액은 전면 전극기판(10) 및 후면 전극기판(50) 사이에 균일하게 분산되며, 또한 광흡수층(20)에 침윤될 수도 있다.
상기 후면 전극기판(50)은 베이스기판(51)에 투명전도성막(53)과 전해질층(40)의 산화환원을 촉진시키는 촉매층(55)이 형성된 구조로 구현된다. 촉매층(55)은 백금, 금, 카본, 루비튬 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다. 일례로, 촉매층(55)이 백금이면 백금흑 상태로, 카본이면 다공질 상태로 되어 있는 것이 바람직하다. 백금흑 상태는 백금의 양극 산화법, 염화백금산 처리 등에 의해, 또한 다공질 상태의 카본은, 카본미립자의 소결이나 유기폴리머의 소성 등의 방법에 의해 형성할 수 있다.
상기와 같은 종래 염료감응형 태양전지는 태양광이 입사되면 광양자는 먼저 광 흡수층(30) 내 염료 분자에 흡수되고, 염료 분자는 기저상태에서 여기상태로 전자 전이하여 전자-홀쌍을 만든다. 여기상태의 전자는 반도체 미립자 계면의 전도띠(conduction band)로 주입되며, 주입된 전자는 계면을 통해 전면 전극기판(10)으로 전달된다. 이후 외부 회로를 통해 후면 전극기판(50)으로 이동한다. 한편 전자 전이 결과로 산화된 염료는 전해액층(40) 내 산화-환원 이온에 의해 환원되고, 산화된 이온은 전하 중성(charge neutrality)을 이루기 위해 후면 전극기판(50)의 계면에 도달한 전자와 환원 반응을 함으로써 염료감응형 태양전지가 작동하게 된다.
상기와 같은 종래 염료감응형 태양전지에서 전해액은 전면 전극기판(10)과 후면 전극기판(50)이 부착된 상태에서, 후면 전극기판(50)에 형성된 주입홀을 통해 주입된다. 이에 후면 전극기판(50)은 반드시 주입홀 가공 공정을 거쳐 제조된다.
그러나 종래 태양전지용 후면 전극기판에 주입홀 가공 시 샌드 블래스터(sand blaster)를 이용하여 제조하고 있다. 샌드 블래스터(sand blaster)를 이용하여 후면 전극기판에 주입홀을 제조 시 후면 전극기판에 손상이 발생하고 주입홀이 정밀하게 가공되지 않는 문제점이 있었다. 또한 종래 태양전지용 후면 전극기판에 주입홀 가공하기 위해 작업자가 수작업으로 제조함으로 제조시간이 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 제조 과정에서 베이스기판의 손상 발생을 방지하고 정밀하게 베이스기판에 전해액이 주입되는 주입홀을 형성할 수 있는 인-라인(In-Line) 형태로 구현된 태양전지용 후면 전극기판 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 염료감응형 태양전지를 제조하는데 필요한 작업자의 수와 제조시간을 단축할 수 있는 인-라인(In-Line) 형태로 구현된 태양전지용 후면 전극기판 제조장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치는, 레이저 빔이 입사하는 입사면의 반대면에 투명 전도성막이 형성된 베이스기판을 이동시키는 기판이동부와, 기판이동부에 의해 이동된 베이스기판이 고정되는 작업 테이블과 작업 테이블에 고정된 베이스기판의 입사면에 레이저 빔을 조사하는 레이저부와 작업 테이블을 구동시키는 테이블 구동부를 포함하여 베이스기판에 전해액이 주입되는 홀을 형성하는 주입홀 형성부와, 사용자 조작명령을 입력받는 조작부와, 조작부로부터 입력되는 조작명령에 따라 기판이동부와 주입홀 형성부의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 기판이동부는 베이스기판이 탑재되는 기판탑재부와, 기판탑재부를 컨트롤러로부터 입력되는 상승 또는 하강 제어신호에 따라 상하로 이동시키는 승강부와, 승강부에 의해 이동된 기판탑재부에 탑재된 베이스기판을 컨트롤러로부터 입력되는 위치 제어신호에 따라 주입홀 형성부에 장착하는 기판 장착부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 컨트롤러는, 베이스기판의 입사면에 레이저 빔을 조사하는 레이저부의 촛점이 베이스기판에 형성된 투명 전도성막에 맞춰지도록 레이저부를 제어하되, 미리 설정된 시각마다 레이저부의 촛점이 베이스기판의 입사면에 단계적으로 가까워지도록 레이저부를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 따르면 본 발명의 태양전지용 후면 전극기판 제조장치는 인-라인(In-Line) 형태로 구현됨으로써, 대량 생산이 가능한 유용한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양전지용 후면 전극기판 제조장치는 제조 과정에서 베이스기판의 손상 발생을 방지하고 정밀하게 베이스기판에 전해액이 주입되는 주입홀을 형성할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1 은 종래 염료감응형 태양전지를 개략적으로 도시한다.
도 2a 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 구성 블록도,
도 2b, 도2c 는 도 2a에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치에서 후면 전극기판에 주입홀을 형성하기 위해 레이저의 초점거리를 조절하는 과정을 설명하기 위한 예시도,
도 2d 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 구성 블록도,
도 3 은 본 발명에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 동작 흐름도이다.
도 2a 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 구성 블록도,
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도 2d 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 구성 블록도,
도 3 은 본 발명에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치의 동작 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치(200)는 도 2a에 도시한 바와 같이, 레이저 빔이 입사하는 입사면의 반대면에 투명 전도성막이 형성된 베이스기판(1)을 이동시키는 기판이동부(210)와, 상기 기판이동부(210)에 의해 이동된 베이스기판(1)에 레이저 빔을 조사하여 전해액이 주입되는 홀을 형성하는 주입홀 형성부(220)와, 조작부(240)로부터 입력되는 조작명령에 따라 상기 기판이동부(210)와 주입홀 형성부(220)의 동작을 제어하는 컨트롤러(250)를 포함한다.
베이스기판(1)은 일례로 두께가 5mm 이하이며, 광 투과율이 90% 이상인 유리기판으로 구현될 수 있다. 다른 예로, 베이스기판(1)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 또는 트리아세틸셀룰로오스(TAC)으로 구현될 수 있다. 투명 전도성막은 베이스기판(1)의 한쪽 표면에 형성되고, 인듐주석산화물(indium tinoxide: ITO), 불소가 도핑된 산화주석(fluorine tin oxide: FTO), 산화아연(ZnO)에 갈륨(Ga)이 도핑된 GZO가 사용될 수 있다.
기판이동부(210)는 베이스기판(1)이 탑재되는 기판탑재부(211)와, 기판탑재부(211)를 상하로 이동시키는 승강부(212)와, 승강부(212)에 의해 이동된 기판탑재부(211)에 탑재된 베이스기판(1)을 컨트롤러(250)로부터 입력되는 위치 제어신호에 따라 주입홀 형성부(220)의 작업 테이블(221)에 장착하는 기판 장착부(213)를 포함한다.
기판탑재부(211)는 일례로, 복수개의 베이스기판(1)을 탑재할 수 있는 카세트 타입으로 형성될 수 있다. 작업자는 예를 들어, 카세트 타입의 기판탑재부(211)에 복수개의 베이스기판(1)을 장착할 수 있다. 승강부(212)와 기판 장착부(213)는 컨트롤러(250)의 제어에 따라 동작한다. 특히, 기판 장착부(213)는 컨트롤러(250)의 제어에 따라 기판탑재부(211)에서 베이스기판(1)을 꺼내어 작업 테이블(221)에 위치시킨다.
주입홀 형성부(220)는 기판이동부(210)에 의해 이동된 베이스기판(1)이 고정되는 작업 테이블(221)과, 작업 테이블(221)에 고정된 베이스기판(1)의 입사면에 레이저 빔을 조사하는 레이저부(222)와, 작업 테이블(221)을 컨트롤러(250)로부터 입력되는 구동 제어신호에 따라 움직이는 테이블 구동부(223)를 포함한다.
레이저부(222)는 레이저 헤드(Head)와 상기 레이저 헤드(Head)와 컨트롤러(250) 간의 통신 연결을 위한 커넥터를 포함한다. 레이저 헤드(Head)는 레이저 발진기와 레이저 발진기에서 출력되는 레이저 빔을 베이스기판(1)으로 유도하는 복수의 광학계를 포함하여 구현된다.
레이저부(222)는 파장이 532nm이고, 펄스 폭이 5ns 이상 10ns 이하인 초단 펄스(short pulse) 레이저 빔을 출력하는 일명 녹색 레이저(GREEN LASER)를 사용하는 것이 바람직하다. 녹색 레이저(GREEN LASER)는 유리 흡수율이 낮아 미세 홀 가공이 가능하다.
조작부(240)는 사용자 조작명령을 입력받는다. 조작부(240)는 딥 스위치로 구현되거나, 조이스틱 또는 키패드로 구현될 수 있다. 컨트롤러(250)는 조작부(240)로부터 입력되는 조작명령에 따라 상기 기판이동부(210)와 주입홀 형성부(220)와 이물질제거부(230)의 동작을 제어한다.
컨트롤러(250)는 도 2b, 도 2c에 도시한 바와 같이, 먼저 (A)와 같이 레이저 빔(222a)을 조사하는 레이저부(222)의 촛점(222b)이 베이스기판(1)에 형성된 투명 전도성막(2)에 맞춰지도록 레이저부(222)를 제어한다. 이후, (B)→(C)→(D)와 같이 미리 설정된 시각마다 레이저부(222)의 촛점촛점(222b)이 베이스기판(1)의 입사면(1a)에 단계적으로 가까워지도록 레이저부(222)를 제어하여 최종적으로 (E)와 같이 전해액 주입홀(111)을 형성한다.
이에 본 발명에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치(200)는 유리 흡수율이 낮은 녹색 레이저(GREEN LASER)를 사용하여 베이스기판(1)의 하부부터 주입홀을 가공하는 제조 과정을 통해 테이퍼(tapper)가 없어 미세 홀 가공이 가능하다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 태양전지용 후면 전극기판 제조장치(200)는 도 2c에 도시한 바와 같이, 한쪽 표면에 투명 전도성막이 형성된 베이스기판(1)을 이동시키는 기판이동부(210)와, 상기 기판이동부(210)에 의해 이동된 베이스기판(1)에 레이저 빔을 조사하여 전해액이 주입되는 홀을 형성하는 주입홀 형성부(220)와, 조작부(240)로부터 입력되는 조작명령에 따라 기판이동부(210)와 주입홀 형성부(220)의 동작을 제어하는 컨트롤러(250)와 카메라부(260)와 위치 교정부(270)를 포함한다.
카메라부(260)는 상기 컨트롤러(250)로부터 입력되는 촬영 제어신호에 따라 베이스기판(1)이 고정된 작업 테이블(221)을 촬영한다. 상기 위치 교정부(270)는 카메라부(260)에서 촬영된 베이스기판(1)의 영상과 미리 저장된 기준영상을 기초로 위치 교정 데이터를 생성하여 컨트롤러(250)로 출력한다. 컨트롤러(250)는 위치 교정부(270)로부터 입력되는 위치 교정 데이터에 따라 기판이동부(210)의 기판 장착부(213)로 위치 제어신호를 출력한다.
이하, 컨트롤러(250)가 조작부(240)로부터 입력되는 조작명령에 따라 기판이동부(210)와 주입홀 형성부(220)의 동작을 제어하는 과정을 도 3을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
먼저, 단계 S301은 작업자가 카세트 타입의 기판탑재부에 복수개의 베이스기판을 탑재하는 단계이다. 작업자는 베이스기판 탑재단계(S301)가 완료되면 조작부(240)를 조작하여 컨트롤러(250)가 기판이동부(210)를 동작시키도록 한다.
단계 S302는 컨트롤러(250)가 기판이동부(210)의 승강부(212)로 하여금 상부로 승강하도록 제어하는 단계이다. 상기 단계 S302에서 복수개의 베이스기판이 탑재된 카세트 타입의 기판탑재부(211)는 승강부(212)에 의해 상부로 승강된다.
단계 S303은 컨트롤러(250)가 기판이동부(210)의 기판장착부(213)로 하여금 상기 단계 S302에서 승강된 카세트 타입의 기판탑재부(211)에서 베이스기판을 꺼내어 주입홀 형성부(220)의 작업 테이블(221)에 위치시키도록 제어하는 단계이다.
단계 S304는 컨트롤러(250)가 베이스기판(1)의 입사면에 레이저 빔을 조사하여 전해액을 주입하는 주입홀을 형성하도록 하는 단계이다. 여기서, 베이스기판(1)의 투명 전도성막은 레이저 빔을 산란시키기 때문에 반드시 투명 전도성막이 형성되지 않은 베이스기판(1)의 입사면에 레이저 빔을 조사하여야 한다.
단계 S305는 컨트롤러(250)가 상기 단계 S304에서 주입홀이 형성된 베이스기판을 다시 카세트 타입의 기판탑재부에 탑재하는 단계이다. 기판탑재부는 승강부에 의해 하부로 이동된다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
Claims (5)
- 레이저 빔이 입사하는 입사면의 반대면에 투명 전도성막이 형성된 베이스기판을 이동시키는 기판이동부;
상기 기판이동부에 의해 이동된 베이스기판이 고정되는 작업 테이블과, 상기 작업 테이블에 고정된 베이스기판의 입사면에 레이저 빔을 조사하는 레이저부와, 상기 작업 테이블을 구동시키는 테이블 구동부를 포함하여 상기 베이스기판에 전해액이 주입되는 홀을 형성하는 주입홀 형성부;
사용자 조작명령을 입력받는 조작부; 및
상기 조작부로부터 입력되는 조작명령에 따라 상기 기판이동부와 주입홀 형성부의 동작을 제어하는 컨트롤러;
를 포함하는 태양전지용 후면 전극기판 제조장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 기판이동부가:
상기 베이스기판이 탑재되는 기판탑재부;
상기 기판탑재부를 상기 컨트롤러로부터 입력되는 상승 또는 하강 제어신호에 따라 상하로 이동시키는 승강부; 및
상기 승강부에 의해 이동된 기판탑재부에 탑재된 베이스기판을 상기 컨트롤러로부터 입력되는 위치 제어신호에 따라 상기 작업 테이블에 장착하는 기판 장착부;
를 포함하는 태양전지용 후면 전극기판 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 레이저부는 파장이 532nm이고, 펄스 폭이 5ns 이상 10ns 이하인 초단 펄스(short pulse) 레이저 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 후면 전극기판 제조장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 컨트롤러가,
상기 베이스기판의 입사면에 레이저 빔을 조사하는 상기 레이저부의 촛점이 상기 베이스기판에 형성된 투명 전도성막에 맞춰지도록 상기 레이저부를 제어하되, 미리 설정된 시각마다 상기 레이저부의 촛점이 상기 베이스기판의 입사면에 단계적으로 가까워지도록 상기 레이저부를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 후면 전극기판 제조장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 태양전지용 전면 전극기판 제조장치가:
상기 컨트롤러로부터 입력되는 촬영 제어신호에 따라 상기 베이스기판이 고정된 작업 테이블을 촬영하는 카메라부; 및
상기 카메라부에서 촬영된 베이스기판의 영상과 미리 저장된 기준영상을 기초로 위치 교정 데이터를 생성하여 상기 컨트롤러로 출력하는 위치 교정부;를 더 포함하고,
상기 컨트롤러가 상기 위치 교정부로부터 입력되는 위치 교정 데이터에 따라 상기 기판이동부로 위치 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 후면 전극기판 제조장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020110124333A KR101274535B1 (ko) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | 태양전지용 후면 전극기판 제조장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020110124333A KR101274535B1 (ko) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | 태양전지용 후면 전극기판 제조장치 |
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| KR20130058363A KR20130058363A (ko) | 2013-06-04 |
| KR101274535B1 true KR101274535B1 (ko) | 2013-06-13 |
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| KR1020110124333A KR101274535B1 (ko) | 2011-11-25 | 2011-11-25 | 태양전지용 후면 전극기판 제조장치 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20090047388A (ko) * | 2007-08-31 | 2009-05-12 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 다양한 크기의 광전지 소자 형성을 위한 생산 라인 모듈 |
| KR20100102156A (ko) * | 2007-12-20 | 2010-09-20 | 베리안 세미콘덕터 이큅먼트 어소시에이츠, 인크. | 이온 도핑을 이용한 솔라 셀 제조시의 물질 변경 |
| KR101032916B1 (ko) * | 2010-08-10 | 2011-05-06 | 주식회사 티지에너지 | 염료감응 태양전지 직렬구조 셀 |
-
2011
- 2011-11-25 KR KR1020110124333A patent/KR101274535B1/ko not_active IP Right Cessation
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