KR101311292B1 - 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴과 홈 가공 방법 및, 스크라이브 장치 - Google Patents

집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴과 홈 가공 방법 및, 스크라이브 장치 Download PDF

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Abstract

집적형 박막 태양 전지를 수율 좋게 제조할 수 있는 태양 전지의 제조 방법, 홈 가공 툴을 제공하기 위해, 홈 가공 툴(8)의 날끝 부분(81)의 저면(底面)(83)의 형상이, 이동 방향을 따라서 가늘고 길게 연장되는 장방형이며, 저면(83)과 이동 방향을 따른 축선상에 위치하는 날끝 부분의 전면(前面)(84) 그리고 후면(85)이 직각으로 교차하여 그 모서리부가 날끝(86, 87)으로서 형성되며, 날끝 부분의 좌우 측면이 평행으로 형성되어 있는 형상의 홈 가공 툴(8)을 사용하고, 패터닝할 때의 날끝 부분의 전면(84) 또는 후면(85)과 기판(W)의 상면에 대한 각도가 50도∼80도의 범위 내에서 진행 방향측으로 경사시켜 행한다.

Description

집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴과 홈 가공 방법 및, 스크라이브 장치{SLOTTING TOOL AND SLOTTING METHOD FOR INTEGRATED THIN FILM SOLAR CELL, AND SCRIBING DEVICE}
본 발명은, 캘커파이라이트(Chalcopyrite) 화합물계 집적형 박막 태양 전지 등의 집적형 박막 태양 전지를 제조할 때의 홈 가공 툴, 홈 가공 방법 및, 홈 가공 툴을 이용한 스크라이브 장치에 관한 것이다.
여기에서 캘커파이라이트 화합물이란, CIGS(Cu(In, Ga)Se2) 외에, CIGSS(Cu(In, Ga)(Se, S)2), CIS(CuInS2) 등이 포함된다.
캘커파이라이트 화합물 반도체를 광흡수층으로서 이용하는 박막 태양 전지에 있어서는, 기판 상에 복수의 유닛 셀을 직렬 접속한 집적형 구조가 일반적이다.
종래의 캘커파이라이트 화합물계 집적형 박막 태양 전지의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 6은, CIGS 박막 태양 전지의 제조 공정을 나타내는 모식도(schematic view)이다. 우선, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 소다라임 유리(SLG) 등으로 이루어지는 절연 기판(1) 상에, 플러스측의 하부 전극이 되는 Mo 전극층(2)을 스퍼터링법에 의해 형성한 후, 광흡수층 형성 전의 박막 태양 전지 기판에 대하여 스크라이브 가공에 의해 하부 전극 분리용의 홈(S)을 형성한다.
그 후, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, Mo 전극층(2) 상에, 화합물 반도체(CIGS) 박막으로 이루어지는 광흡수층(3)을 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 형성하고, 그 위에, 헤테로(hetero) 접합을 위한 ZnS 박막 등으로 이루어지는 버퍼층(4)을 CBD법(화학적 용액 성장법;Chemical Bath Deposition)에 의해 형성하고, 그 위에, ZnO 박막으로 이루어지는 절연층(5)을 형성한다. 그리고, 투명 전극층 형성 전의 박막 태양 전지 기판에 대하여, 하부 전극 분리용의 홈(S)으로부터 가로 방향으로 소정 거리 떨어진 위치에, 스크라이브 가공에 의해 Mo 전극층(2)에까지 도달하는 전극 간 콘택트용의 홈(M1)을 형성한다.
이어서, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 절연층(5)의 위부터 ZnO:Al 박막으로 이루어지는 상부 전극으로서의 투명 전극층(6)을 형성하고, 광전 변환을 이용한 발전에 필요한 각 기능층을 구비한 태양 전지 기판으로 하여, 스크라이브 가공에 의해 하부의 Mo 전극층(2)에까지 도달하는 전극 분리용의 홈(M2)을 형성한다.
전술한 집적형 박막 태양 전지를 제조하는 공정에 있어서, 전극 분리용의 홈(M1 및 M2)을 스크라이브에 의해 홈 가공하는 기술로서, 레이저 스크라이브법과 메커니컬(mechanical) 스크라이브법이 이용되어 왔다.
레이저 스크라이브법은, 예를 들면 특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 아크 램프 등의 연속 방전 램프에 의해 Nd:YAG 결정(結晶)을 여기하여 발신한 레이저광을 조사함으로써 전극 분리용의 홈을 형성한다. 이 방법은, 광흡수층 형성 후의 박막 태양 전지 기판에 대하여 홈을 형성하는 경우, 스크라이브시에 레이저광의 열에 의해 광흡수층(3)의 광전 변환 특성이 열화될 우려가 있었다.
메커니컬 스크라이브법은, 예를 들면 특허문헌 2 및 3에서 개시되어 있는 바와 같이, 선단(先端)이 끝으로 갈수록 가늘어지는 형상으로 된 금속침(니들;needle) 등의 홈 가공 툴의 날끝을, 소정의 압력을 가하여 기판에 밀어붙이면서 이동시킴으로써, 전극 분리용의 홈을 가공하는 기술이다. 현재는 이 메커니컬 스크라이브법이 많이 행해지고 있다.
일본공개특허공보 평11-312815호 일본공개특허공보 2002-094089호 일본공개특허공보 2004-115356호
특허문헌 2 및 3에 개시되어 있는 바와 같이 메커니컬 스크라이브법에서는, 홈 가공 툴의 날끝의 형상을 끝으로 갈수록 가늘어지는 침 형상으로 하고 있지만, 엄밀하게는, 박막 태양 전지에 압접되는 부분은 접촉 면적을 넓게 하기 위해 평평하게 되도록 선단이 대략 수평으로 잘려져 있다. 즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 선단 부분이 원추대 형상으로 되어 있다. 이러한 형상의 홈 가공 툴(8')을, 박막 태양 전지 기판의 홈을 형성해야 할 박막(상하 양(兩) 전극이나 광흡수층 등의 각종 기능층)에 밀어붙이면서, 스크라이브 예정 라인을 따라서 Y방향으로 상대적으로 이동시킴으로써, 홈 가공을 행하도록 하고 있다.
선단 부분이 원추대 형상의 홈 가공 툴을 이용함으로써, 박막과의 접촉 면적이 커지기 때문에 비교적 안정되게 홈 가공을 행할 수 있다. 그 한편으로, 큰 접촉면에 의한 마찰 저항 등에 의해 박막이 불규칙하게 크게 벗겨져 버려, 불필요한 부분까지 제거해 버리는 경우가 있어, 태양 전지의 특성 및 수율이 저하된다는 문제점이 있었다.
특히, 스크라이브 라인의 선 폭을 일정하게 유지하여 제품으로서의 설계상 예정된 품질(광전 변환 효율 등)의 실현 및 품질의 균일성(재현성)을 좋게 하기 위해서는, 박막의 박리 정도를 일정하게 할 필요가 있다. 그 때문에, 박막의 성상(性狀) 등에 맞춰 날끝을 밀어붙이는 부하를 가감함으로써 박리 정도를 어느 정도 조정할 수 있지만, 박막 표면에 대한 압압력이 일률적으로 증감하기 때문에, 미(微)세조정하는 것은 매우 곤란했다.
또한, 전술한 홈 가공 툴의 날끝은, 끝으로 갈수록 가늘어지는 테이퍼면을 갖는 원추대 형상이다. 따라서, 날끝이 마모되거나, 또한, 날의 이가 빠지거나 한 경우에 날끝을 연마하면, 날끝의 지름이 커져, 그 결과, 스크라이브되는 홈 폭이 연마 전보다도 넓어져 버리게 된다. 그 때문에, 동일한 날끝을, 장기간 계속 사용하는 것이나, 연마하여 반복 사용할 수 없어, 비경제적이라는 문제점도 있었다.
그래서, 본 발명은, 캘커파이라이트 화합물계 집적형 박막 태양 전지 기판(예를 들면, 투명 전극 형성 전의 전구체(precursor))이나 그 외의 집적형 박막 태양 전지에 있어서의 전극 분리용의 홈이나 상하 전극 간에 형성된 광흡수층 등의 각종 기능층에 상하 전극 콘택트용의 홈을 가공할 때에, 일정한 홈 폭으로 수율 좋게, 또한, 광전 변환 효율 등의 제품으로서의 품질의 균일성을 좋게 가공할 수 있는 홈 가공 툴을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명의 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴은, 봉(rod) 형상의 보디와, 보디의 선단에 형성된 날끝 영역으로 이루어지며, 날끝 영역은 가늘고 길게 연장되는 장방형의 저면(底面)과, 저면의 짧은 쪽 방향의 단변(端邊)으로부터 솟아오르는 전면(前面) 그리고 후면과, 저면의 긴 쪽 방향의 단변으로부터 직각으로 솟아올라 서로 평행한 한 쌍의 면을 이루는 좌, 우측면으로 이루어지며, 적어도 전후면의 어느 한쪽 면과 저면에 의해 형성되는 모서리부가 날끝이 되도록 하고 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 본 발명에 따른 집적형 박막 태양 전지의 홈 가공 방법은, 집적형 박막 태양 전지 기판의 스크라이브 예정 라인을 따라서, 홈 가공 툴의 날끝으로 압압(pushing)하면서, 상기 태양 전지 기판과 상기 홈 가공 툴을 상대적으로 이동시켜 상기 태양 전지 상(예를 들면, 적어도 광흡수층을 포함하는 각종의 기능층, 특히 투명 전극층 형성 전의 전구체의 적어도 광흡수층을 포함하는 각 기능층)에 스크라이브 라인을 형성하는 집적형 박막 태양 전지의 홈 가공 방법으로서, 상기 홈 가공 툴이, 봉 형상의 보디와, 보디의 선단부에 형성된 날끝 영역으로 이루어지며, 날끝 영역은 가늘고 길게 연장되는 장방형의 저면과, 저면의 짧은 쪽 방향의 단변으로부터 솟아오르는 전면 그리고 후면과, 저면의 긴 쪽 방향의 단변으로부터 직각으로 솟아올라 서로 평행한 한 쌍의 면을 이루는 좌, 우측면으로 이루어지며, 전후면의 어느 한쪽 면과 저면에 의해 형성되는 모서리부가 날끝을 이루고, 장방형을 이루는 저면의 장축 방향이 상기 이동 방향을 따라서 배치되며, 날끝 영역의 전면 또는 후면이 태양 전지의 피(被)가공면과의 사이에 이루는 각도가 50∼80도, 특히 65도∼75도의 범위 내에서 진행 방향측으로 경사시켜 홈 가공을 행하도록 하고 있다.
본 발명의 홈 가공 툴에 의하면, 집적형 박막 태양 전지에 있어서의 전극 분리용의 홈이나 상하 전극 간에 형성된 광흡수층 등의 각종 기능층에 상하 전극 콘택트용의 홈을 가공할 때에, 일정한 홈 폭으로 가공할 수 있어, 수율이 향상된다. 날끝이 마모된 경우에는, 저면 그리고 필요에 따라서 전후면을 연마함으로써 날끝을 보수할 수 있다. 특히, 저면을 연마해도 날끝 부분의 좌우 측면을 평행면으로 하고 있기 때문에, 날의 좌우 폭의 치수에 변화가 발생하는 일이 없다. 이에 따라, 연마 후라도 스크라이브되는 홈 폭을 연마 전과 동일하게 유지할 수 있다.
추가로 덧붙여, 홈 가공 툴의 날끝을, 전후의 모서리부에 2개소 형성한 경우에는, 한쪽이 마모 또는 파손되면 툴의 부착 방향을 바꿈으로써 다른 한쪽의 날끝을 신품으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 집적형 박막 태양 전지 제조 방법에 있어서는, 패터닝을 행할 때에, 저면과, 전면 또는 후면과의 모서리부가 날끝으로서 형성되어 있는 형상의 홈 가공 툴을 사용하기 때문에, 홈 가공 툴의 전면 또는 후면을 기판에 대하여 진행 방향측으로 경사시킴으로써, 모서리부의 날끝이 점 접촉에 가까운 선 접촉으로 기판에 접촉하여 박막의 박리를 매끄럽게 행할 수 있다. 특히, 홈 가공 툴의 날끝 부분의 전면 또는 후면과 기판 상면에 대한 각도가 50∼80도, 특히 65도∼75도의 범위 내에서 진행 방향측으로 경사시킴으로써, 제거된 막 부스러기를 타고 바운드(bound)하는 것에 의한 스크라이브 라인의 단절(斷絶)(경사 각도가 상기 설정값보다 낮은 경우)이나, 압압 하중이 높아지는 것에 의한 불규칙한 박막의 박리의 발생(경사 각도가 상기 설정값보다 높은 경우)을 없애, 직선 형상으로 깨끗한 스크라이브 라인을 형성할 수 있다.
홈 가공 툴은, 저면과 전후면에 의해 형성되는 날끝의 각도가 직각이도록 하는 것이 바람직하다. 날끝이 마모되어 연마를 행할 때에, 보디의 축 방향에 대하여 직각으로 연마하면 저면과 전후면을 직각으로 할 수 있기 때문에, 연마 작업이 용이해진다.
홈 가공 툴이, 초경합금, 또는, 다이아몬드로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라, 툴의 수명이 길고, 변형도 적은 점에서, 장기간에 걸쳐 정밀도 좋게 스크라이브 가공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 집적형 박막 태양 전지의 스크라이브 장치의 일 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 홈 가공 툴의 사시도이다.
도 3은 상기 홈 가공 툴의 저면 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 홈 가공 툴의 설치 경사 각도와, 그에 대응되는 태양 전지 기판의 스크라이브 라인의 가공 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 종래의 가공 툴과 본 발명에 따른 홈 가공 툴에 의한 가공 상태의 비교예를 나타내는 도면이다.
도 6은 일반적인 CIGS계의 박막 태양 전지의 제조 공정을 나타내는 모식도이다.
도 7은 종래의 홈 가공 툴의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 홈 가공 툴의 다른 일 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 홈 가공 툴의 저면을 확대한 사시도이다.
도 10은 도 8의 홈 가공 툴의 저면의 확대도이다.
도 11은 스크라이브시의 날끝 부분 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 일 실시 형태의 홈 가공 툴을 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12의 홈 가공 툴의 저면을 확대한 사시도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
(실시 형태 1)
이하에 있어서, 본 발명의 상세를 그 실시 형태를 나타내는 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 홈 가공 툴을 이용한 집적형 박막 태양 전지용 스크라이브 장치(SC)의 실시 형태를 나타내는 사시도이다. 스크라이브 장치(SC)는, 수평 방향(Y방향)으로 이동 가능하고, 그리고, 수평면 내에서 90도 및 각도(θ) 회전 가능한 테이블(18)을 구비하고 있으며, 테이블(18)은 실질적으로 태양 전지 기판(W)의 보지(保持;holding) 수단을 형성한다.
테이블(18)을 사이에 두고 형성되어 있는 양측의 지지주(20, 20)와, X방향으로 연장되는 가이드 바(21)로 구성되는 브리지(19)는, 테이블(18) 상을 걸치도록 형성되어 있다. 홀더 지지체(23)는, 가이드 바(21)에 형성된 가이드(22)를 따라서 이동 가능하게 부착되며, 모터(24)의 회전에 의해 X방향으로 이동한다.
홀더 지지체(23)에는, 스크라이브 헤드(7)가 형성되어 있으며, 스크라이브 헤드(7)의 하부에는, 테이블(18) 상에 올려놓여지는 태양 전지 기판(W)의 박막 표면을 스크라이브 가공하는 홈 가공 툴(8)을 보지하는 홀더(9)가 형성되어 있다. 홀더(9)는 스크라이브 헤드(7)로의 부착 각도를 조정할 수 있도록 되어 있으며, 이 부착 각도를 조정함으로써, 홈 가공 툴(8)과 태양 전지 기판(W)과의 각도를 조정할 수 있도록 되어 있다.
또한, X방향 및 Y방향으로 이동하는 것이 가능한 대좌(pedestal; 12, 13)에 카메라(10, 11)가 각각 설치되어 있다. 대좌(12, 13)는 지지대(14) 상에서 X방향으로 연이어 설치된 가이드(15)를 따라서 이동한다. 카메라(10, 11)는, 수동 조작으로 상하이동할 수 있으며, 촬상의 초점을 조정할 수 있다. 카메라(10, 11)로 촬영된 화상은 모니터(16, 17)에 표시된다.
테이블(18) 상에 올려놓여진 태양 전지 기판(W)의 표면에는, 위치를 특정하기 위한 얼라인먼트 마크(alignment mark)가 형성되어 있으며, 카메라(10, 11)에 의해 얼라인먼트 마크를 촬상함으로써, 태양 전지 기판(W)의 위치를 조정한다. 구체적으로는, 테이블(18)에 지지된 태양 전지 기판(W) 표면의 얼라인먼트 마크를, 카메라(10, 11)에 의해 촬상하여 얼라인먼트 마크의 위치를 특정한다. 특정된 얼라인먼트 마크의 위치에 기초하여, 태양 전지 기판(W) 표면의 재치시의 방향 어긋남을 검출하고, 테이블(18)을 소정 각도 회전시킴으로써 어긋남을 수정한다.
그리고, 테이블(18)을 Y방향으로 소정 피치로 이동할 때마다, 스크라이브 헤드(7)를 하강시켜 홈 가공 툴(8)의 날끝을 태양 전지 기판(W)의 표면에 밀어붙인 상태로 X방향으로 이동시켜, 태양 전지 기판(W)의 표면을 X방향을 따라서 스크라이브 가공한다. 태양 전지 기판(W)의 표면을 Y방향을 따라서 스크라이브 가공하는 경우는, 테이블(18)을 90도 회전시키고, 상기와 동일한 동작을 행한다.
도 2 그리고 도 3은, 본 발명에 있어서 이용하는 홈 가공 툴(8)을 나타낸다. 도 2는 하방으로부터 본 사시도이고, 도 3은 홈 가공 툴(8)의 저면을 확대한 도면이다. 이 홈 가공 툴(8)은 실질적으로 스크라이브 헤드(7)로의 부착부가 되는 원주 형상의 보디(81)와, 그 선단부에 방전 가공 등에 의해 일체적으로 형성된 날끝 영역(82)으로 이루어지며, 초경합금 또는 다이아몬드 등의 경질 재료로 제조되어 있다. 날끝 영역(82)은, 장방형의 저면(83)과, 저면(83)의 짧은 쪽 방향의 단변으로부터 직각으로 솟아오른 전면(84) 그리고 후면(85)과, 저면(83)의 긴 쪽 방향의 단변으로부터 직각으로 솟아올라 서로 병행을 이루는 좌, 우측면(88, 89)으로 이루어진다. 저면(83)과 전후면(84, 85)에 의해 형성되는 모서리부가 각각 날끝(86, 87)이 된다.
저면(83)의 좌우 폭(L1)은 50∼60㎛가 바람직하지만, 요구되는 스크라이브의 홈 폭에 맞춰 25∼80㎛로 할 수 있다. 또한, 날끝 영역(82)의 유효 높이, 즉 날끝 영역의 좌우 측면(88, 89) 그리고 전후면(84, 85)의 높이(L2)는 0.5mm 정도가 바람직하다. 또한, 원주 형상의 보디(81)의 직경은 2∼3mm 정도가 좋다. 또한, 홈 가공 툴(8)의 보디(81)는 원주 형상에 한하지 않고, 단면 사각형이나 다각형으로 형성하는 것도 가능하다.
전술한 홈 가공 툴(8)을 이용하여 가공을 행하는 경우는, 날끝 영역(82)의 저면(83)의 장축 방향을 툴의 이동 방향에 따른 상태로, 그리고, 태양 전지 기판(W)에 대하여 날끝 부분(82)의 전면(84) 또는 후면(85)을 소정 각도만큼 경사시킨 상태로 스크라이브 헤드(7)에 부착한다. 이 경우의 경사 각도는 50∼80도, 특히 65도∼75도의 범위가 바람직하다.
도 4는 홈 가공 툴(8)을 이용하여 태양 전지 기판(W)에 홈 가공을 행할 때의 홈 가공 툴(8)의 부착 각도와 태양 전지 기판(W)의 가공 상태와의 관계에 대해서, 실험에 의해 얻은 결과를 나타내는 모식도이다.
도 4(a)는, 홈 가공 툴(8)을 50∼80도, 특히 65도∼75도의 바람직한 경사 각도로 부착하여 스크라이브시킨 경우의 결과를 나타낸다. 태양 전지 기판(W)에 형성되는 홈(M)은 여분인 부분이 박리되는 일 없이, 스크라이브 라인을 따라서 직선 형상으로 깨끗하게 형성할 수 있었다.
도 4(b)는, 홈 가공 툴(8)을 50도 미만의 경사 각도로 부착하여 스크라이브시켰을 경우의 결과를 나타낸다. 홈 가공 툴(8)의 날끝은, 제거된 막 부스러기를 타고 바운드함으로써 가공되는 홈(M)에 단절의 발생이 보였다.
도 4(c)는, 홈 가공 툴(8)을, 80도를 초과하는 경사 각도로 부착하여 스크라이브시킨 경우의 결과를 나타낸다. 홈 가공 툴(8)의 압압 하중이 높아짐으로써 가공된 홈(M)에 불규칙한 박막의 박리가 발생했다.
본 발명에 의하면, 홈 가공 툴(8)의 전면(84) 또는 후면(85)을 태양 전지 기판(W)에 대하여 진행 방향측으로 경사시킴으로써, 전면 또는 후면과, 저면에 의해 형성되는 모서리부, 즉 날끝(86) 또는 날끝(87)이 점 접촉에 가까운 선 접촉으로 태양 전지 기판(W)에 접촉하여 박막의 박리를 매끄럽게 행할 수 있다. 특히, 홈 가공 툴(8)의 날끝 영역의 전면(84) 또는 후면(85)과 기판(W)의 상면에 대한 각도가, 50∼80도, 특히 65도∼75도의 범위 내에서 진행 방향측으로 경사시킴으로써, 제거된 막 부스러기를 타고 바운드하는 것에 의한 스크라이브 라인의 단절이나, 압압 하중이 높아지는 것에 의한 불규칙한 박막의 박리의 발생을 없애, 직선 형상으로 깨끗한 스크라이브 라인을 형성하는 것이 가능해졌다.
또한, 홈 가공 툴(8)의 날끝(86, 87)은, 전후의 모서리부에 2개소 형성되어 있기 때문에, 한쪽이 마모 또는 파손되면, 홈 가공 툴(8)의 부착 방향을 바꿈으로써 다른 한쪽의 날끝을 신품으로서 사용할 수 있다. 게다가, 어느 날끝도 마모된 경우에는, 저면(83) 그리고 필요에 따라서 전후면(84, 85)을 연마함으로써 날끝을 보수할 수 있다.
도 5는 종래부터의 가공 툴에 의해 형성된 스크라이브 라인과, 본 발명의 홈 가공 툴에 의해 형성된 스크라이브 라인을 비교한 화상 데이터이다. 본 발명의 홈 가공 툴을 이용하여 65∼75도의 범위의 경사각으로 스크라이브한 경우에는, 종래 예에 비하여, 분명하게 일정한 폭으로 깨끗한 스크라이브 라인을 형성할 수 있었다.
또한, 상기 실시예에서는, 스크라이브 헤드(7)를 X방향으로 이동시킴으로써 스크라이브 가공을 실행했지만, 스크라이브 헤드(7)와, 태양 전지 기판(W)이 상대적으로 이동할 수 있으면 충분한 점에서, 태양 전지 기판(W)이 고정된 상태로 스크라이브 헤드(7)를 X방향 및 Y방향으로 이동시켜도 좋고, 스크라이브 헤드(7)를 이동시키는 일 없이, 태양 전지 기판(W)만을 X방향 및 Y방향으로 이동시켜도 좋다.
이상, 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기의 실시예의 구조에만 특정되는 것이 아니며, 변형 실시되어도 좋다. 예를 들면, 저면과 전후면에 의해 형성되는 날끝의 각도는 상기 실시예에서 서술한 바와 같이 대략 직각이 바람직하지만, 다소 둔각으로 형성해도 지장이 없다.
(실시 형태 2)
다음으로, 실시 형태 1의 홈 가공 툴을 변형한 실시 형태에 대해서 설명한다. 도 2, 도 3에서 설명한 홈 가공 툴(8)에서는, 도 4에서 설명한 바와 같이, 홈 가공 툴(8)의 전면(84)과 피가공면이 이루는 각도(스크라이브 각도라고 함)가 적절한 각도 범위 내가 되도록 경사시켜 스크라이브함으로써, 연속한 일정 폭의 홈을 형성할 수 있다.
그러나, 예를 들면, 홈 가공 툴(8)이 신품인 경우에는, 적절한 스크라이브 각도로 설정하여 사용하는 경우라도, 홈에 인접하는 박막이 박리되어 버려, 홈의 폭이 넓은 부분이 발생하는 경우가 있었다. 또한, Mo막에 비교적 흠이 나기 쉬운 경향도 있었다. 신품이 아닌 경우에 있어서도, 드물게 동일한 문제점이 발생하는 경우가 있었다.
그래서, 홈 가공 툴(8)을 한층 더 개량하고, 홈에 인접하는 박막의 박리를 억제하여, 일정한 폭의 홈을 안정되게 형성할 수 있고, 게다가 홈 가공되는 박막의 아래의 층의 막에 흠이 나기 어려운 구조의 홈 가공 툴을 작성하도록 했다.
즉, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 홈 가공 툴은, 봉 형상의 보디와, 보디의 선단에 형성된 직방체 형상의 날끝 영역으로 이루어지며, 날끝 영역은, 한 쌍의 단변(短邊)과 한 쌍의 장변(長邊)으로 둘러싸이는 장방형의 저면, 저면의 2개의 단변측에서 각각 저면에 대하여 직교하는 전면 및 후면, 저면의 2개의 장변측에서 각각 저면에 대하여 직교하는 우측면 및 좌측면으로 이루어지는 5개의 평면으로 형성되며, 전면과 우측면과의 모서리부 및, 전면과 좌측면과의 모서리부에 세로 방향의 날끝이 형성되고, 전면과 저면과의 모서리부에 가로 방향의 날끝이 형성되어, 저면과 우측면과의 모서리부 및, 저면과 좌측면과의 모서리부는 모따기가 행해지도록 되어 있다.
그리고 본 발명의 홈 가공 툴에 의하면, 홈 가공 툴을 진행 방향측으로 경사시킴으로써 전면과 저면과의 모서리부의 날끝을 피가공면에 맞닿아, 압접 상태로 스크라이브하도록 하여 홈 가공을 행한다.
제2 실시 형태에 따른 홈 가공 툴에 의하면, 저면과 우측면과의 모서리부 및, 저면과 좌측면과의 모서리부는, 모따기가 행해지고 있기 때문에 이 부분이 예리하지 않게 되어 있으며, 스크라이브를 행했을 때에 이들 모서리부가 박막에 접하여 박리되는 일이 없어져, 깨끗한 직선의 홈을 형성할 수 있게 된다.
구체적으로는, 이들 모서리부가 박막에 접함으로써, 가끔 발생하는 불규칙한 박막의 박리(도 4(c) 참조)를 완전하게 억제할 수 있다.
상기 제2 실시 형태의 홈 가공 툴에 있어서, 저면과 전면과의 모서리부에 경사면이 형성되도록 해도 좋다. 신품일 때부터 홈 가공 툴에 경사면을 형성해 둠으로써, 처음 사용할 때부터 경사면을 피가공면에 압접한 상태로 스크라이브가 행해진다. 경사면이 형성되어 있는 홈 가공 툴은, 경사면이 형성되어 있지 않은 홈 가공 툴(도 2 참조)을 잠시 계속 사용하고, 저면과 전면과의 모서리부가 마모된 상태와 유사한 형상으로 되어 있다. 따라서, 신품일 때부터, 마치 마모된 후의 홈 가공 툴 상태로 스크라이브할 수 있다. 구체적으로는, 날끝이 너무 예리하면 피가공면에 대하여 국소적으로 압력이 가해져 버려, Mo막을 손상시키는 원인이 될 우려가 있지만, 경사면에 의해 압력이 국소에 집중되는 것을 피할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 홈 가공 툴에 있어서, 경사면과 저면이 이루는 각이 10도∼40도의 범위이도록 하는 것이 바람직하다. 경사면과 저면이 이루는 각을 당해 범위 내로 함으로써, 홈 가공 툴의 경사면을 피가공면에 맞닿게 했을 때에, 전면과 피가공면이 이루는 각도(스크라이브 각도라고 부름)가 50도(경사면과 저면이 이루는 각이 40도)∼80도(경사면과 저면이 이루는 각이 10도)의 사이가 되어, 도 4(a)에서 설명한 바와 같이 깨끗한 스크라이브 가공을 할 수 있는 범위로 설정할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태의 홈 가공 툴에 있어서, 후면과 우측면과의 모서리부 및, 후면과 좌측면과의 모서리부에 세로 방향의 날끝이 형성됨과 함께, 후면과 저면과의 모서리부에 가로 방향의 날끝이 형성되도록 해도 좋다.
전면과 후면을 바꿔 넣음으로써, 편측면이 파손되고, 또는, 충분히 마모된 경우라도 다른 한쪽으로 바꿔 계속 사용할 수 있다.
여기에서, 저면과 후면과의 모서리부에 경사면이 형성되도록 해도 좋다. 저면과 후면과의 모서리부에도 경사면을 형성함으로써, 전후 바꿔 넣었을 경우에도, 마치 마모된 후의 홈 가공 툴 상태로 스크라이브할 수 있게 되며, 그 결과, 가공 품질의 시간 경과에 따른 변화를 억제할 수 있다.
이하에 있어서, 제2 홈 가공 툴에 따른 본 발명의 상세를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
제2 홈 가공 툴을 사용하는 스크라이브 장치(SC)는, 제1 실시 형태에 있어서의 도 1에서 설명한 스크라이브 장치와 동일한 장치를 이용할 수 있기 때문에, 동(同) 부호를 붙임으로써 설명을 생략한다.
다음으로, 스크라이브 장치에 부착하는 본 발명의 홈 가공 툴에 대해서 설명한다. 도 8, 도 9, 도 10은, 일 실시 형태인 홈 가공 툴(8a)을 나타내는 도면이며, 도 8은 하부에서 본 사시도이고, 도 9는 저면을 확대한 사시도이고, 도 10은 저면의 확대도이다. 또한, 도 2에서 설명한 홈 가공 툴(8)과 동일한 부분에 대해서도, 동 부호를 붙이도록 한다.
이 홈 가공 툴(8a)은, 스크라이브 헤드(7)로의 부착부가 되는 원주 형상의 보디(81)와, 그 선단부에 방전 가공 등에 의해 일체적으로 형성된 직방체 형상의 날끝 영역(82)으로 이루어지며, 초경합금 또는 다이아몬드 등의 경질 재료로 제조되어 있다.
날끝 영역(82)은, 한 쌍의 단변과 한 쌍의 장변으로 둘러싸이는 가늘고 긴 장방형의 저면(83)과, (후술하는 경사면(90, 96)이 형성되기 전의 상태로) 저면(83)의 단변측에서 저면에 대하여 직교하도록 형성되는 전면(84), 후면(85)과, 저면(83)의 장변측에서 저면측에 대하여 직교하도록 형성되어, 서로 평행을 이루는 좌측면(88), 우측면(89)을 갖는다.
날끝 영역(82)의 저면(83)과 전면(84)과의 모서리부는 모따기가 행해져, 경사면(90)이 형성되어 있다. 태양 전지 기판을 홈 가공할 때에는, 이 경사면(90)을 태양 전지 기판의 피가공면에 맞닿게 한 상태로, 홈 가공 툴(8a)을 좌측면(88) 및 우측면(89)에 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 태양 전지 기판의 피가공면을 스크라이브한다. 경사면(90)을 형성하는 주된 이유는, 신품일 때부터, 마치 마모된 후의 홈 가공 툴 상태로 스크라이브할 수 있도록 하기 위해서지만, 이 이외에, 날끝이 너무 예리하면 국소적으로 압력이 가해져 버려, Mo막을 손상시키는 원인이 될 우려가 있기 때문에, 압력이 국소에 집중되는 것을 피하기 위해서이기도 하다. 또한, 설명의 편의상, 도면에 있어서는 경사면(90)을 모식적으로 크게 나타내고 있지만, 경사면(90)이 피가공면에 맞닿아 스크라이브할 수 있으면 좋기 때문에, 경사면(90)은 이보다도 작아도 좋다. 구체적으로는 경사면(90)의 저면측에서 전면측까지의 길이(모따기의 폭)는, 3㎛∼20㎛ 정도로 되어 있다.
또한, 경사면(90)을 형성하지 않고, 날끝 영역(82)의 저면(83)과 전면(84)과의 모서리부를 피가공면에 맞닿게 한 상태로, 홈 가공 툴(8a)을 좌측면(88) 및 우측면(89)에 평행한 방향으로 이동시킴으로써, 태양 전지 기판의 피가공면을 스크라이브해도 좋다. 그 경우는, 신품 상태로 처음 사용할 때에 Mo막을 손상시킬 우려가 있지만, 스크라이브를 수회 행하면 저면(83)과 전면(84)과의 모서리부가 마모되어, Mo막을 손상시킬 우려가 해소된다. 이 때문에, 신품의 홈 가공 툴로 교환했을 때에, Mo의 금속판이나 불량품 등의 제품이 되지 않는 태양 전지 기판을 이용하여 스크라이브를 수회 행하고, 저면(83)과 전면(84)과의 모서리부를 의도적으로 마모시키고 나서, 제품을 생산하기 위한 가공에 사용하는 것으로 해도 좋다.
또한, 홈 가공 툴(8a)은, 저면(83)과 좌측면(88)과의 모서리부(91) 및, 저면(83)과 우측면(89)과의 모서리부(92)의 모따기가 행해지도록 되어 있다. 이 모따기는 C면 가공이 바람직하지만, R면 가공이라도 좋다. 모따기의 폭(저면측에서 좌측면측 및, 저면측에서 우측면측까지의 길이)은, 각각 3㎛∼8㎛ 정도이다.
한편, 전면(84)과 좌측면(88)과의 모서리부(93), 전면(84)과 우측면(89)과의 모서리부(94)는, 모따기를 행하지 않고 예리하게 다듬질하여, 세로 방향(수직 방향)의 날끝이 되도록 되어 있다.
그리고, 경사면(90)은, 저면(83)과 이루는 각이 10도∼40도, 바람직하게는 15도∼25도로 되어 있다. 즉, 경사면(90)을 피가공면에 맞닿은 상태로 하면, 전면(84)과 경사면(90)이 이루는 스크라이브 각도(α)가 50도∼80도의 범위, 바람직하게는 65도∼75도의 범위가 되도록 되어 있다. 이 스크라이브 각도는, 도 4(a)에서 설명한 적절한 스크라이브 가공을 할 수 있는 범위 내에 들어가게 된다.
다음으로, 본 발명의 홈 가공 툴(8a)에 의한 날끝의 시간 경과에 따른 변화에 대해서 설명한다. 도 11은 스크라이브시의 날끝 부분 상태를 나타내는 도면이며, 도 11(a)는 신품일 때의 상태, 도 11(b)는 잠시 사용한 후의 상태이다.
신품일 때의 경사면(90)은, 스크라이브 회수가 증가함에 따라 마모되어, 이윽고 전후 방향으로 길이가 늘어난 경사면(90a)으로 사용하게 되지만, 경사면(90)이 경사면(90a)으로 변화해도, 면 접촉하고 있는 길이가 조금 변화했을 뿐이기 때문에, 피가공면에 대한 영향은 크게 변화하지 않는다. 또한, 경사면(90a)은 좌우 측면 방향으로는 넓어지지 않고, 또한, 경사면(90)에 평행으로 마모되어 가기 때문에, 마모 후도 동일한 선 폭으로, 게다가 스크라이브 각도(α)가 동일한 상태로 안정된 스크라이브 가공을 행할 수 있다.
저면(83)과 좌측면(88)과의 모서리부(91) 및, 저면(83)과 우측면(89)과의 모서리부(92)는, 적극적으로 모따기가 이루어지고 있기 때문에, 홈 가공 툴(8a)을 경사시켜 스크라이브하는 경우에, 저면(83)은 피가공면으로부터 멀어지게 되기 때문에, 이제까지는 가공 품질에 거의 영향을 주지 않는다고 생각되고 있었다. 그 때문에, 모따기를 행하지 않고 예리한 상태로 되어 있었다. 그러나, 모서리부(91, 92)에 대해서 모따기함으로써, 가공 품질이 향상하게 되었다. 특히, 가끔 발생하고 있던 막의 박리가 거의 발생하지 않게 되었다. 이와 같이, 모서리부(93, 94)를 예리하게 하고, 이 이외의 모서리부(91, 92)를 모따기함으로써, 사용 후에 불규칙하게 발생하는 막의 박리가 거의 발생하지 않게 되었다.
또한, 모서리부(93, 94)에 대해서도 C모따기 가공을 행해 보았지만, 이들 모서리부의 모따기를 함으로써, 오히려 가공 품질이 열화되어, 막 박리가 발생했다. 이들 결과를 표 1에 정리한다.
Figure 112011056352670-pct00001
즉, 모서리부(93, 94)는 모따기하지 않고 예리한 날끝으로 하고, 모서리부(91, 92)는 모따기를 행했을 때에, 우수한 가공 품질을 얻을 수 있게 되었다.
도 12는, 다른 실시 형태인 홈 가공 툴(8b)의 사시도이고, 도 13은 그 저면을 확대한 사시도이다. 또한, 도 8∼도 10에서 나타낸 홈 가공 툴(8a)과 동일한 부분에 대해서는 동 부호를 붙임으로써, 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서는, 전면(84)뿐만 아니라, 후면(85)측의 모서리부(97, 98)도 모따기를 행하지 않고 예리하게 다듬질하여 세로 방향의 날끝으로 하고 있다. 또한 경사면(96)을 형성하여, 경사면(96)과 후면(85)과의 모서리부(99)를 가로 방향의 날끝으로 하고 있다.
이에 따라, 전면(84)측을 진행 방향으로 하여 스크라이브 가공할 뿐만 아니라, 전후 바꿔 넣어 후면(85)측을 진행 방향으로 하여 스크라이브 가공함으로써, 홈 가공 툴로서의 수명을 늘릴 수 있다.
이상, 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기 실시예의 구조에만 특정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성하고, 청구의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절히 수정, 변경하는 것이 가능하다.
본 발명은, 예를 들면, 캘커파이라이트 화합물계 반도체막을 이용한 집적형 박막 태양 전지의 제조시에 이용하는 홈 가공 툴에 적용할 수 있다.
W : 태양 전지 기판
7 : 스크라이브 헤드
8, 8a, 8b : 홈 가공 툴
81 : 보디
82 : 날끝 영역
83 : 저면
84 : 전면
85 : 후면
86 : 날끝
87 : 날끝
88 : 좌측면
89 : 우측면
90, 96 : 경사면
91, 92 : 모서리부(모따기)
93, 94, 95 : 모서리부(날끝)
97, 98, 99 : 모서리부(날끝)

Claims (12)

  1. 집적형 박막 태양 전지의 박막을 박리하여 집적형 박막 태양 전지의 표면에 홈을 형성하는, 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴로서,
    봉(rod) 형상의 보디와, 보디의 선단(先端)에 형성된 날끝 영역으로 이루어지며, 상기 날끝 영역은 가늘고 길게 연장되는 장방형의 저면(底面)과, 저면의 짧은 쪽 방향의 단변(端邊)으로부터 솟아오르는 전면(前面) 그리고 후면과, 저면의 긴 쪽 방향의 단변으로부터 직각으로 솟아올라 서로 평행한 한 쌍의 면을 이루는 좌, 우측면으로 이루어져, 날의 좌우폭의 치수에 변화가 없으며,
    적어도 전후면의 어느 한쪽 면과 저면에 의해 형성되는 모서리부가 날끝이 되는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  2. 제1항에 있어서,
    저면과 전후면에 의해 형성되는 날끝의 각도가 직각인 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홈 가공 툴이, 초경합금 또는 다이아몬드로 형성되어 있는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  4. 집적형 박막 태양 전지의 박막을 박리하여 집적형 박막 태양 전지의 표면에 홈을 형성함에 있어서, 집적형 박막 태양 전지 기판의 스크라이브 예정 라인을 따라서, 홈 가공 툴의 날끝으로 압압하면서, 상기 집적형 박막 태양 전지 기판과 상기 홈 가공 툴을 상대적으로 이동시켜 상기 집적형 박막 태양 전지 기판의 위에 스크라이브 라인을 형성하는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 방법으로서,
    상기 홈 가공 툴이, 봉 형상의 보디와, 보디의 선단부에 형성된 날끝 영역으로 이루어지며, 상기 날끝 영역은 가늘고 길게 연장되는 장방형의 저면과, 저면의 짧은 쪽 방향의 단변으로부터 솟아오르는 전면 그리고 후면과, 저면의 긴 쪽 방향의 단변으로부터 직각으로 솟아올라 서로 평행한 한 쌍의 면을 이루는 좌, 우측면으로 이루어져, 날의 좌우폭의 치수에 변화가 없으며, 전후면의 어느 한쪽 면과 저면에 의해 형성되는 모서리부가 날끝을 이루고,
    장방형을 이루는 저면의 장축 방향이 상기 이동 방향을 따라서 배치되며, 날끝 영역의 전면 또는 후면이 태양 전지의 피(被)가공면과의 사이에 이루는 각도가 50도∼80도의 범위 내에서 진행 방향측으로 경사시켜 홈 가공을 행하는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    집적형 박막 태양 전지 기판의 적어도 광흡수층을 포함하는 층에 홈 가공을 행하는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    집적형 박막 태양 전지 기판이 투명 전극층을 형성하기 전의 집적형 박막 태양 전지 기판인 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 방법.
  7. 집적형 박막 태양 전지의 박막을 박리하여 집적형 박막 태양 전지의 표면에 홈을 형성하는, 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴로서,
    봉 형상의 보디와, 보디의 선단에 형성된 직방체 형상의 날끝 영역으로 이루어지며,
    상기 날끝 영역은, 한 쌍의 단변(短邊)과 한 쌍의 장변(長邊)으로 둘러싸이는 장방형의 저면, 저면의 2개의 단변측에서 각각 저면에 대하여 직교하는 전면 및 후면, 저면의 2개의 장변측에서 각각 저면에 대하여 직교하는 우측면 및 좌측면으로 이루어지는 5개의 평면으로 형성되어, 날의 좌우폭의 치수에 변화가 없으며,
    전면과 우측면과의 모서리부 및, 전면과 좌측면과의 모서리부에 세로 방향의 날끝이 형성되고,
    전면과 저면과의 모서리부에 가로 방향의 날끝이 형성되어,
    저면과 우측면과의 모서리부 및, 저면과 좌측면과의 모서리부는 모따기가 행해지는 것을 특징으로 하는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  8. 제7항에 있어서,
    저면과 전면과의 모서리부에 경사면이 형성되는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  9. 제8항에 있어서,
    경사면과 저면이 이루는 각이 10도~40도의 범위인 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  10. 제7항에 있어서,
    추가로, 후면과 우측면과의 모서리부 및, 후면과 좌측면과의 모서리부에 세로 방향의 날끝이 형성됨과 함께, 후면과 저면과의 모서리부에 가로 방향의 날끝이 형성되는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  11. 제10항에 있어서,
    저면과 후면과의 모서리부에 경사면이 형성되는 집적형 박막 태양 전지용의 홈 가공 툴.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 홈 가공 툴과, 태양 전지 기판이 올려놓여지는 테이블과, 상기 홈 가공 툴의 저면을, 상기 태양 전지 기판에 대하여 경사시킨 상태로 스크라이브시키는 스크라이브 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 스크라이브 장치.
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