KR101325948B1 - 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있도록 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치는 본 발명은 유리기판의 상측에 수평이동 가능하게 설치되며, 하부에 배치된 다수개의 노즐을 통해 유리기판 표면에 동일 간격으로 일정량의 식각액을 토출하는 공급 플레이트; 상기 식각액에 의해 유리기판 표면이 식각되어 유리기판 표면에 요철이 형성되면, 상기 식각액이 떨어진 유리기판 위치로 수평이동하여 상기 식각액을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트; 그리고, 상기 유리기판의 양측면에 설치되어 유리기판을 벗어난 위치에 떨어지는 식각액을 받아 회수하는 방액대를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법은 표면에 요철을 형성시킬 유리기판을 준비하는 단계; 상기 유리기판의 상측에 노즐을 구비하는 공급 플레이트와 식각액을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트를 위치시키는 단계; 상기 공급 플레이트를 수평이동시키며 노즐을 통해 유리기판 표면에 일정량의 식각액을 동일 간격으로 떨어뜨리는 단계; 그리고, 상기 식각액이 떨어진 유리기판 표면이 식각되어 유리기판 표면에 요철이 형성되면, 상기 흡입 플레이트를 수평이동시켜 유리기판 표면에 존재하는 식각액을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TEXTURING GLASS SUBSTRATE FOR SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있도록 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법에 관한 것이다.
태양전지는 외부에서 들어온 빛에 의해 태양전지의 반도체 내부에서 전자와 정공의 쌍이 생성되고, 이러한 전자와 정공의 쌍에서 pn 접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동함으로써 전력을 생산한다.
태양광을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 태양전지의 전력생산 성능은 일반적으로 광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 광전변환 효율을 측정한다.
한편, 태양전지로 입사된 태양광의 일부는 태양전지를 구성하는 다양한 층간의 경계에서 반사됨으로써 태양전지의 전력 생산에 기여할 수 없게 되어 태양전지의 효율을 떨어드린다. 따라서, 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 상술한 바와 같은 태양광의 반사량을 가급적 줄여야 한다.
이를 위하여 태양전지에서는 텍스처링(texturing) 공정이 널리 쓰이고 있다. 텍스처링 공정이란 태양전지를 구성하는 기판이나 다양한 층의 표면을 거칠게 만드는 것, 즉 기판이나 다양한 층의 표면에 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 말한다.
상기 텍스처링 공정에 의해 태양전지용 유리기판의 표면에 요철이 형성되면 표면에서 한번 반사된 빛이 재반사되어 입사된 빛의 반사율이 감소되므로 이에 따라 광 포획량이 증가되어 태양전지의 광전변환 효율이 향상된다.
근래 사용되는 있는 텍스처링 방법으로는 플라즈마 식각법, 스크라이빙(Scribing)법, 샌드 블라스트법(Sand Blast) 등이 알려져 있다.
상기 플라즈마 식각법은 기판상에 포토레지스트 또는 실리콘 산화막과 같은 마스크 레이어를 형성한 후 플라즈마로 기판을 식각하여 기판상에 요철 패턴을 형성시키는 방법으로서 공정 시간이 오래 걸리며 고가의 진공 장비가 필요하기 때문에 공정 단가가 높다는 문제점이 있다.
또한, 상기 스크라이빙법은 기판 표면을 기계적으로 절삭하여 V형 홈을 형성한 후 상기 홈을 화학적으로 식각하여 기판상에 요철 패턴을 형성하는 방법으로서 이 역시 공정 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.
또한, 상기 샌드 블라스트법은 유리기판의 표면을 모래 등을 물리적으로 충돌시켜서 기판상에 요철 패턴을 형성시키는 방법으로서 기판이 오염되거나 기판에 크랙이 발생하는 등 텍스처링 과정에서 기판이 손상되는 문제점이 있다.
따라서 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법에 관한 개발이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유리기판의 상측에 수평이동 가능하게 설치되며, 하부에 배치된 다수개의 노즐을 통해 유리기판 표면에 동일 간격으로 일정량의 식각액을 토출하는 공급 플레이트; 상기 식각액에 의해 유리기판 표면이 식각되어 유리기판 표면에 요철이 형성되면, 상기 식각액이 떨어진 유리기판 위치로 수평이동하여 상기 식각액을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트; 그리고, 상기 유리기판의 양측면에 설치되어 유리기판을 벗어난 위치에 떨어지는 식각액을 받아 회수하는 방액대를 포함하여 이루어지는 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 표면에 요철을 형성시킬 유리기판을 준비하는 단계; 상기 유리기판의 상측에 노즐을 구비하는 공급 플레이트와 식각액을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트를 위치시키는 단계; 상기 공급 플레이트를 수평이동시키며 노즐을 통해 유리기판 표면에 일정량의 식각액을 동일 간격으로 떨어뜨리는 단계; 그리고, 상기 식각액이 떨어진 유리기판 표면이 식각되어 유리기판 표면에 요철이 형성되면, 상기 흡입 플레이트를 수평이동시켜 유리기판 표면에 존재하는 식각액을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법은 노즐을 통해 원하는 위치에 정확하게 식각액이 토출되도록 할 수 있을 뿐만 아니라 노즐의 개페를 제어하여 식각액 토출량 역시 조절할 수 있어 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 유리기판의 표면에 요철이 형성된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공급 플레이트의 구조를 보다 상세히 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공급 플레이트를 수평이동시키면서 식각액을 유리기판에 순차적으로 토출하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치를 이용해 유리기판 표면에 요철을 형성시키는 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치의 전체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치는 공급 플레이트(Supply Plate)(100)와, 흡입 플레이트(Suction Plate)(200) 그리고, 방액대(300)를 포함하여 이루어진다.
상기 공급 플레이트(100)는 요철을 형성시킬 유리기판(G) 표면에 식각액(10)을 공급하는 장치로서, 상기 유리기판(G)의 상측에 수평이동 가능하게 설치되며, 하부에 배치된 노즐(110)을 통해 유리기판(G) 표면에 일정량의 식각액(10)을 토출한다.
상기 유리기판(G)은 통상적인 태양전지 제조시 사용될 수 있는 모든 재질의 유리기판을 포함하며, 예를 들어, 일반 유리, 저철분 유리, 강화 유리 등일 수 있다.
상기 노즐(110)은 공급 플레이트(100) 하부에 하나만이 배치될 수도 있지만, 유리기판(G)이 점차 대형화됨을 고려하면 신속한 공정진행을 위해 공급 플레이트(100)의 하부에 동일 간격으로 복수개가 배치됨이 바람직하다.
도 2는 유리기판의 표면에 요철이 형성된 모습을 나타내는 도면이다.
이와 같이 노즐(110)이 공급 플레이트(100)의 하부에 복수개 배치된 상태에서 공급 플레이트(100)가 유리기판(G) 전면을 스캔하듯이 수평이동하며 노즐(110)을 통해 식각액(10)을 유리기판(10)에 토출하면, 유리기판(G) 표면에는 노즐(110)에서 토출된 식각액(10)이 동일 간격으로 떨어지게 되며, 이러한 식각액(10)이 떨어진 유리기판(G) 영역에서 식각이 진행되어 도 2에 도시된 바와 같이, 유리기판(G) 표면에 요철이 형성된다.
도 3은 본 발명에 따른 공급 플레이트의 구조를 보다 상세히 나타내는 도면이다.
이러한 공급 플레이트(100)의 내부에는 도 3에 도시된 바와 같이, 노즐(110)과 연결되어 있는 식각액 저장부(120)가 형성된다. 상기 식각액 저장부(120)는 저장탱크(미도시)에서 펌프 등에 의해 이송되는 식각액(10)을 일시적으로 저장하였다가 노즐(110)로 공급함으로써 노즐(110)에 식각액(10)이 안정적으로 공급될 수 있도록 한다.
한편, 비록 도시하지는 않았지만 상기 노즐(110)에는 노즐(110)의 선택적인 개폐를 가능하게 하는 압전 소자(Piezoelectric Element)가 설치됨이 바람직하다. 압전 소자는 전압을 인가하면 기계적 변형을 일으키는 전자부품으로, 압전 소자가 노즐(110)에 설치되어 노즐(110)의 선택적인 개폐가 가능해지면 노즐(110)에서 토출되는 식각액(10)의 양을 조절하는 것이 가능하다.
이와 같이 압전 소자에 의해 유리기판(G)에 토출되는 식각액(10)의 양이 조절되면 유리기판(G) 표면에 다양한 형태의 요철을 형성시키는 것이 가능해진다. 구체적으로, 노즐(110)에 의해 많은 양의 식각액(10)이 떨어지는 유리기판(G) 표면영역은 적은 양의 식각액(10)이 떨어진 유리기판(G) 표면영역에 비해 넓은 범위로 식각이 진행되어 요철 형태가 달라진다. 따라서 상기 압전 소자를 이용해 노즐(110)의 개폐를 제어함으로써 노즐(110)의 식각액(10) 토출량을 정밀하게 조절하면 원하는 형태의 요철 구조가 유리기판(G) 표면에 형성되도록 할 수 있다.
상기 흡입 플레이트(200)는 식각액(10)에 의해 유리기판(G) 표면이 식각되어 요철이 형성되면, 상기 식각액(10)이 떨어진 유리기판(G) 위치로 수평이동하여 식각액(10)을 빨아들여 제거한다.
유리기판(G)의 요철 형상은 이미 설명한 바와 같이 노즐(110)에서 토출되는 식각액(10)의 양에 따라 변화될 뿐만 아니라 식각이 일어나는 시간에 따라서도 변화된다. 즉, 식각액(10)이 유리기판(G) 표면에 잔존하는 시간이 증가할수록 해당 영역이 많이 식각되어 요철의 형상은 계속 변화한다.
따라서 식각률(Etching Rate) 및 유리기판(G) 표면에 형성시키고자 하는 요철 형태를 고려하여 식각액(10)이 유리기판(G) 표면에 남아있는 시간을 미리 설정하고, 노즐(110)을 통해 식각액(10)이 유리기판(G)에 떨어진 후 상기 설정된 시간이 경과하면 흡입 플레이트(200)를 이동시켜 더 이상 식각이 진행되지 않도록 식각액(10)을 빨아들여 제거한다.
상기 방액대(300)는 유리기판(G)의 양측면에 설치되어 유리기판(G)을 벗어난 위치에 떨어지는 식각액(10)을 받아 회수하는 역할을 한다. 식각액(10)이 유리기판을 벗어난 위치에 떨어지면 식각액(10)에 의해 주변 장비가 손상되거나 수리 등을 하는 과정에서 작업자의 안전이 위협받게 되므로 방액대(300)를 유리기판(G)의 양측에 설치하여 유리기판(G)을 벗어난 위치에 떨어지는 식각액(10)이 회수될 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 공급 플레이트를 수평이동시키면서 식각액을 유리기판에 순차적으로 토출하는 모습을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 유리기판(G)의 표면에 매우 조밀한 형태의 요철을 형성시키기 위해 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 공급 플레이트(100)를 수평방향으로 조금씩 이동시키면서 순차적으로 식각액(10)이 토출되도록 할 경우 공급 플레이트(100)의 우측 끝단에 배치되는 노즐(110)에서 토출되는 식각액(10)은 유리기판(G)을 벗어난 위치에 떨어지게 되어 방액대(300)에 의해 회수된다.
이러한 상기 방액대(300)는 비록 도시하지는 않았지만 저장탱크와 연결되어 일정량의 식각액(10)이 모이면 이를 저장탱크로 돌려보내 재사용되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치를 이용하여 태양전지용 유리기판 텍스처리 공정이 진행되는 과정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치를 이용해 유리기판 표면에 요철을 형성시키는 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 표면에 요철을 형성시킬 유리기판(G)을 준비하고, 상기 유리기판(G)의 상측에 노즐(110)을 구비하는 공급 플레이트(100)와 식각액(10)을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트(200)를 위치시킨다.
다음으로, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 상기 공급 플레이트(100)를 수평방향이동시키며 노즐(110)을 통해 유리기판(G) 표면에 일정량의 식각액(10)이 동일 간격으로 떨어지도록 한다.
이때, 상기 유리기판(G)에 형성시킬 요철의 형태에 따라 노즐(110)의 개폐가 압전 소자에 의해 제어됨으로써 노즐(110)에서 토출되는 식각액(10)의 양이 조절된다.
또한, 공급 플레이트(100)가 수평방향으로 이동하여 유리기판(10)에 순차적으로 식각액(10)을 토출하는 과정에서 일부 노즐(110)에서 토출되는 식각액(10)이 유리기판(G)을 벗어난 위치에 떨어지게 될 경우 이러한 식각액(10)은 유리기판(10)의 양측면에 설치된 방액대(300)에 떨어져 회수된다.
이러한 과정이 완료되면 도 5(c)와 같이, 공급 플레이트(100)를 식각액(10)이 토출되지 않은 유리기판(G) 영역으로 이동시킨 후 도 5(d)와 같이, 상기 공급 플레이트(100)를 수평방향이동시키며 노즐(110)을 통해 유리기판(G) 표면에 일정량의 식각액(10)이 동일 간격으로 떨어지도록 한다. 도 5(d)의 과정은 이미 설명한 5(b)의 과정과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
이러한 과정이 반복적으로 진행되어 도 5(e)와 같이 유리기판(G) 전면에 일정 간격으로 식각액(10)을 토출하는 작업이 완료되면, 상기 식각액(10)이 떨어진 유리기판(G) 표면이 식각되어 유리기판(G) 표면에 요철이 형성된다.
다음으로, 식각률 및 유리기판(G) 표면에 형성시키고자 하는 요철 형태를 고려하여 미리 설정되는 시간이 경과하면, 도 5(f)와 같이 즉시 흡입 플레이트(200)를 수평이동시켜 더 이상 식각이 진행되지 않도록 식각액(10)을 빨아들여 제거한다. 여기서, 이미 설명한 바와 같이 식각액(10)은 유리기판(G)의 위치별로 시간을 두고 순차적으로 떨어지기 때문에 흡입 플레이트(200) 역시 시간을 두고 순차적으로 수평이동하며 식각액(10)을 제거한다.
이와 같이 흡입 플레이트(200)에 의해 유리기판(G)에 토출된 식각액(10)이 모두 제거되면, 표면에 요철이 형성된 유리기판(G)을 컨베이어(Coveyor) 등의 이송수단을 이용해 다음 공정으로 이동시키고 새로운 유리기판을 로딩시켜 상술한 과정을 다시 반복한다.
이상에서 상세히 설명된 본 발명은 그 범위가 전술된 바에 한하지 않고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 변경 또는 치환할 수 있는 것이 본 발명의 범위에 해당함은 물론이고, 그 균등물 또한 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 식각액 100: 공급 플레이트
110: 노즐 120: 식각액 저장부
200: 흡입 플레이트 300: 방액대
G: 유리기판

Claims (6)

  1. 유리기판의 상측에 수평이동 가능하게 설치되며, 하부에 배치된 다수개의 노즐을 통해 유리기판 표면에 동일 간격으로 일정량의 식각액을 토출하는 공급 플레이트;
    유리기판 표면에 형성시키고자 하는 요철 형태를 고려하여 식각액이 유리기판 표면에 남아있는 시간을 미리 설정하고, 식각액이 상기 유리기판에 떨어진 후 상기 설정된 시간이 경과하면 식각액이 떨어진 상기 유리기판 위치로 수평이동하여 상기 식각액을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트; 그리고,
    상기 유리기판의 양측면에 설치되어 유리기판을 벗어난 위치에 떨어지는 식각액을 받아 회수하는 방액대를 포함하여 이루어지는 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공급 플레이트의 내부에는 식각액을 일시적으로 저장하였다가 노즐로 공급하는 식각액 저장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐에는 노즐을 선택적으로 개폐시켜 식각액 토출량을 조절하는 압전 소자가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치.
  4. 표면에 요철을 형성시킬 유리기판을 준비하는 단계;
    상기 유리기판의 상측에 노즐을 구비하는 공급 플레이트와 식각액을 빨아들여 제거하는 흡입 플레이트를 위치시키는 단계;
    상기 공급 플레이트를 수평이동시키며 노즐을 통해 유리기판 표면에 일정량의 식각액을 동일 간격으로 떨어뜨리는 단계; 그리고,
    유리기판 표면에 형성시키고자 하는 요철 형태를 고려하여 식각액이 유리기판 표면에 남아있는 시간을 미리 설정하고, 식각액이 상기 유리기판에 떨어진 후 상기 설정된 시간이 경과하면 상기 흡입 플레이트를 수평이동시켜 유리기판 표면에 존재하는 식각액을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 유리기판의 양측면에 방액대를 설치하여 유리기판을 벗어난 위치에 떨어지는 식각액이 방액대에 떨어져 회수되도록 하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 유리기판에 형성시킬 요철의 형태가 결정되면 압전 소자를 이용해 노즐의 개폐를 제어하여 식각액 토출량을 조절하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
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