KR101324291B1 - 태양전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제1기판의 일면에 태양전지용 박막을 형성하는 단계; 상기 제1기판의 타면을 제2기판에 합착하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법에 관한 것으로서, 태양전지용 제조장치가 아니라 유휴 LCD제조장치, PDP제조장치 등을 이용하여 태양전지용 기판을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 유휴 표시소자 제조장치를 그대로 이용하거나 최소한의 장치수정이나 설계변경만으로 태양전지를 생산하는 것이 가능해지기 때문에 표시소자 제조장치의 가동률을 크게 높일 수 있고, 나아가 장치의 수익성을 향상시킬 수 있다.
태양전지, 표시소자 제조장치
Description
도 1은 태양전지의 구조를 나타낸 단면도
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 제조과정을 순서대로 나타낸 도면
도 3은 제1기판과 제2기판을 접착하는 다른방법을 나타낸 도면
도 4는 제1기판의 하부와 상부에 제2기판과 제3기판을 각각 접착하는 모습을 나타낸 도면
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 제1기판 200: 제2기판
300: 접착제 400: 제3기판
본 발명은 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서 구체적으로는 표시소자의 제조장치를 이용하여 태양전지를 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
화석자원의 고갈과 환경오염에 대처하기 위해 태양력 등의 청정에너지에 대한 관심이 고조되면서, 태양광을 이용하여 기전력을 발생시키는 태양전지에 대한 연구가 활력을 얻고 있다.
태양전지는 pn접합된 반도체에서 태양광에 의해 여기된 소수캐리어의 확산에 의하여 발생하는 기전력을 이용하는 것으로서 사용되는 반도체 재료의 종류에는 단결정실리콘, 다결정실리콘, 비정질실리콘, 화합물반도체 등이 있다.
단결정실리콘이나 다결정실리콘을 이용하면 발전효율은 높지만 재료비가 비싸고 공정이 복잡하기 때문에 최근에는 유리나 플라스틱 등의 값싼 기판에 비정질실리콘이나 화합물반도체 등을 증착하는 박막형 태양전지가 주목을 받고 있다. 특히 박막형 태양전지는 대면적화에 매우 유리할 뿐만 아니라 기판의 소재에 따라 플렉시블한 태양전지를 생산할 수 있다는 장점을 가진다.
도 1은 이러한 박막 태양전지의 개략적인 단면 구조를 예시한 것으로서, 유리기판(11)의 상부에 제1전극(12), 반도체층(13) 및 제2전극(14)을 순차적으로 형성한다.
유리기판(11) 대신에 투명한 플라스틱 재질이 이용될 수도 있다.
제1전극(12)은 광투과를 위하여 ITO, ZnO, SnO2 등의 투명 전도성 산화물(Transparent conductive oxide: TCO)의 박막을 증착하여 형성한다.
반도체층(13)은 P형 실리콘 박막(13a), 진성 실리콘 박막(13b), N형 실리콘 박막(13c)이 적층되어 PIN 접합면을 구성하며, P형과 N형의 사이에 형성된 진성 실리콘 박막(13b)은 박막 태양전지의 효율을 높이고 광흡수율을 높이는 역할을 한다.
상기 제2전극(14)은 제1전극(12)과 같이 TCO박막을 증착하여 형성하거나 Al, Cu, Ag 등의 금속 박막을 증착하여 형성한다.
이와 같은 구조를 가지는 박막 태양전지에 태양광이 조사되면 유리기판(11) 위에 형성된 반도체층(13)의 PIN 접합면을 가로질러 확산되는 소수 캐리어가 투명한 제1전극(12)과 제2전극(14)의 사이에서 전압차를 일으켜 기전력을 발생하는 것이다.
이러한 태양전지를 제조하기 위해서는 유리기판(11)의 일면에 제1전극(12), 반도체층(13) 및 제2전극(14)을 형성하는 박막증착 공정과 증착된 박막을 소정 형태로 패터닝하는 식각공정 또는 레이저 스크라이빙(laser scribing) 공정 등을 거쳐야 하며, 이들 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 태양전지 제조장치에서 진행된다.
그런데 이러한 태양전지 제조공정은 유리기판에 소정의 회로패턴을 형성하는 액정표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이패널(PDP), 유기발광다이오드소자(OLED) 등(이하 '표시소자'라 함)의 제조공정과 유사한 부분이 많다.
특히 박막형 태양전지의 제조공정은 유리기판(11)에 소정의 박막을 증착하 고 패터닝하는 점에서 표시소자의 제조공정과 매우 유사하며, 따라서 표시소자의 제조장치를 이용하여 태양전지를 생산하는 것도 이론상으로는 충분히 고려해 볼만하다.
특히, 표시소자 제조장치는 표시소자의 재고나 가격상황에 따라 부득이 설비운영을 잠정적으로 중단해야 하는 경우가 있는데, 이때 유휴설비를 이용하여 태양전지를 생산할 수 있다면 장비의 가동률을 높임으로써 수익성을 크게 향상시킬 수 있기 때문이다.
그런데 표시소자의 제조에는 일반적으로 0.5~0.7mm 두께의 고순도 유리기판이 사용되는 데 반하여, 태양전지의 제조에는 통상 3~5mm 두께의 저순도 유리기판이 사용된다. 이처럼 태양전지용 기판은 표시소자용 기판에 비해 훨씬 두껍기 때문에 무게도 표시소자용 기판에 비하여 4~10배 정도 무겁다.
따라서 표시소자용 기판의 무게를 고려하여 기판운송장치나 기판지지부재가 설계되어 있는 표시소자 제조장치에 아무런 수정을 가하지 않고 일반 태양전지용 기판을 처리하는 것은 불가능하며, 훨씬 무거운 태양전지용 기판을 처리하기 위해서는 표시소자 제조장치의 일부를 수정하거나 설계변경을 해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 설계변경이나 장치수정 없이 기존의 표시소자 제조장치를 그대로 이용하여 태양전지를 생산할 수 있는 태양전지 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 제1기판의 일면에 태양전지용 박막을 형성하는 단계; 상기 제1기판의 타면을 제2기판에 합착하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법을 제공한다.
상기 제1기판은 0.5~0.7mm 두께의 태양전지용 유리기판이고, 상기 제2기판은 3~5mm 두께의 태양전지용 유리기판인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1기판은 1.0~1.1mm 두께의 태양전지용 유리기판이고, 상기 제2기판은 3~5mm 두께의 태양전지용 유리기판인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합착단계에서, 상기 제1기판과 상기 제2기판이 맞닿는 면 전체에 접착제가 개재되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합착단계에서, 상기 제1기판과 상기 제2기판이 맞닿는 면의 가장자리에 접착제가 개재되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합착단계의 이후에 밀봉수단을 이용하여 상기 제1기판과 상기 제2기판의 가장자리를 밀봉하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 합착단계의 이후에 상기 제1기판의 상기 태양전지용 박막의 상부에 제3기판을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1기판의 일면에 태양전지용 박막을 형성하는 단계는, 액정표시소자(LCD) 제조장치, 플라즈마디스플레이패널(PDP) 제조장치, 유기발광다이오드소자(OLED) 제조장치 중의어느 하나의 내부에서 진행되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a부터 도 2c는본 발명의 실시예에 따른태양전지의 제조과정을 순서대로 나타낸 도면이다.
본 발명은 표시소자 제조장치에서 장치수정 없이 또는 장치수정을 최소화하여 태양전지를 제조하기 위한 것이므로, 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이 표시소자 제조장치에서 처리할 수 있을 정도의 무게를 가지는 제1기판(100)을 준비한다.
이때 제1기판(100)은 종래의 태양전지용 기판과는 재질이 동일하되 동일 크기의 표시소자용 기판과 비슷한 무게를가질 수 있도록 0.5~0.7mm의 두께로 제조된 유리기판인 것이 바람직하지만, 재질이 유리에만 한정되는 것은 아니므로표시소자용 기판과 비슷한 크기와 무게를 가지는 투명기판이면 된다.
이것은 기존의 표시소자 제조장치를 수정하지 않고서도 태양전지용 제1기판(100)에 태양전지를 위한 박막증착공정 또는 식각공정을 수행할 수 있다.
제1기판(100)에는 예를 들어 도 2b에 도시된 바와 같이 투명한 제1전극(110), 반도체층(120), 제2전극(130)의 박막이 순서대로 증착된다. 이때 모든 박막을 표시소자 제조장치에서 증착할 수도 있고, 일부 박막(예, 반도체층)만을 표시소자 제조장치에서 증착할 수도 있다.
그런데 제1기판(100)은 종래의 태양전지용 기판에 비하여 매우 얇은 두께를 가진다. 특히 제1기판(100)이 유리기판인 경우에는 파손의 위험 때문에 그대로 이용할 수는 없다.
따라서 제1기판(100)에 태양전지 제조에 필요한 박막을 모두 증착한 다음에는 도 2c에 도시된 바와 같이 제1기판(100)을 제2기판(200)에 합착시키는 것이 바람직하다.
이때 제2기판(200)은 3~5mm의 두께를 가지는 일반적인 태양전지용 유리기판 또는 투명기판이며, 제1기판(100)과 제2기판(200)은 접착제를 이용하여 합착된다.
이때 도 2c에 도시된 바와 같이 제1기판(100)과 제2기판(200)이 맞닿는 전체 면적에 접착제(300)를 도포하여 제1기판(100)과 제2기판(200) 사이에 공간이 없도록 균일하게 합착시키는 것이 바람직하다.
접착제(300)는 상황에 따라서 수 mm 정도의 간격이 있도록 접착할 수 있으나, 적어도 제1기판(100)과 제2기판(200)의 가장자리 부분은 서로 접착시키는 것이 바람직하다. 만일 가장자리 부분에 간격이 발생하면 최종적으로 양 기판의(100,200)의 가장자리를 실리콘 접착제 등의 밀봉수단을 이용하여 밀봉시키는 것이 바람직하다.
한편, 이와 같이 제1기판(100)과 제2기판(200)이 맞닿는 전체 면적에 접착제(300)를 도포하지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 양 기판이 맞닿는 면의 가장자 리또는 일부에만 접착제(300)를 도포할 수도 있다.
또한 이와 같이 기판을 접착할 때는 제 1기판(100)에 형성된 제1 전극(110)과 제2전극(120)을 외부의 배선과 연결하는 것을 고려하여야 한다. 따라서 필요한 경우에는 제1 전극(110)과 제2전극(120)을 외부전극과 전기적으로 연결할 수 있도록 제1기판(100)에 형성된 박막층에 상기 제1전극(110) 및/또는 제2전극(120)이 드러날 수 있는 개구를 형성하여 상기 제1전극(110) 및/또는 제2전극(120)이 드러날 수 있는 구조로 접착시킬 수도 있다.
한편, 제2기판(200)측에서 조사(照射)된 태양광은 제2기판(200) 및 제1기판(100)을 순차적으로 투과하여 반도체층(120)까지 도달할 수 있어야 하므로 상기 접착제(300)는 투명해야 하며 태양광의 투과율도 우수해야 한다.
이때 제1기판(100)과 제2기판(200)은 동일한 면적을 가지는 것이 바람직하지만, 필요에 따라서는 제2기판(200)이 제1기판(100) 보다 더 넓은 면적을 가질 수도 있다.
이상에서는 0.5~0.7mm의 제1기판(100)과 3~5mm의 제2기판(200)을 합착하기 때문에 최종적으로는 3.5~5.7mm 두께의 태양전지가 제조된다.
한편 표시소자용 기판의 상용제품에는 0.5~0.7mm 이외에도 1.0~1.1mm의 두께를 가지는 것도 있으므로, 상기 제1기판(100)을 1.0~1.1mm 두께로 준비하는 것도 가능하다.
이 경우에는 기판의 무게가 약 2배 정도 무거워지기는 하지만 이 정도 무게까지는 기존의 표시소자 제조장치를 그대로 이용하여 태양전지용 박막을 증착하는 것이 가능하다. 장치 수정이 불가피한 경우에도 최소한의 수정이나 설계변경을 거쳐 표시소자 제조장치를 이용하는 것이 가능하다.
이때 3~5mm의 제2기판(200)을 합착하면 최종적으로는 4.0~6.1mm 두께의 태양전지가 제조된다.
위에서는 3~5mm 두께의 제2기판(200)을 이용하여 태양전지를 제조하는 경우를 설명하였으나, 합착후의 최종 두께가 3~5mm가 될 수 있도록 0.5~1.1 mm 두께의 제1기판(100)과 1.9~4.5 mm 두께의 제 2 기판(200)을 이용하여 태양전지를 제조할 수도 있다.
한편 이상에서는 제1 기판(100)의 박막층이 없는 면에 제2기판(200)을 합착하였으나, 제2기판(200)을 접착한 후에 도 4에 도시된 바와 같이 제1기판(100)의 박막층이 형성된 면에 제3기판(400)을 추가로 합착할 수 있다.
즉, 제 1기판(100)을 중앙으로 해서 양쪽에 유리기판(제 2기판과 제 3 기판)을 추가로 접착할 수도 있다.
제3기판(400)은 제 1기판(100)의 박막층을 보호하므로, 이와 같은 방식으로 제조된 태양전지판은 건물외장재로도 활용될 수 있다.
여기서 제 3기판(400)에는 제2기판(200) 또는 제 1 기판(100)과 같은 두께 나 재질이 이용될수 있다.
본 발명에 따르면, 유휴 표시소자 제조장치를 그대로 이용하거나 최소한의 장치수정이나 설계변경만으로 태양전지를 생산하는 것이 가능해지기 때문에 표시소자 제조장치의 가동률을 크게 높일 수 있고, 나아가 장치의 수익성을 향상시킬 수 있다.
Claims (8)
- 제1기판의 일면에 태양전지용 박막을 형성하는 단계;상기 일면의 반대측인 상기 제1기판의 타면을 상기 제1기판 보다 두꺼운 제2기판에 합착하는 단계;를 포함하는 태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 제1기판은 0.5~0.7mm두께의 태양전지용 유리기판이고, 상기 제2기판은 3~5mm두께의 태양전지용 유리기판인 것을 특징으로 하는태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 제1기판은 1.0~1.1mm두께의 태양전지용 유리기판이고, 상기 제2기판은 3~5mm두께의 태양전지용 유리기판인 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 합착단계에서, 상기 제1기판과 상기 제2기판이 맞닿는 면 전체에 접착제가 개재되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 합착단계에서, 상기 제1기판과 상기 제2기판이 맞닿는 면의 가장자리에 접착제가 개재되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 합착단계의 이후에 밀봉수단을 이용하여 상기 제1기판과 상기 제2기판의 가장자리를 밀봉하는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조방법
- 제1항에 있어서,상기 합착단계의 이후에 상기 제1기판의 상기 태양전지용 박막의 상부에 제3기판을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지제조방법
- 제1항에 있어서,제1기판의 일면에 태양전지용 박막을 형성하는 단계는, 액정표시소자(LCD) 제조장치, 플라즈마디스플레이패널(PDP) 제조장치, 유기발광다이오드소자(OLED) 제 조장치 중의 어느 하나의 내부에서 진행되는 것을 특징으로 하는태양전지 제조방법
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