KR101476122B1 - 박막형 태양전지의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에지 아이솔레이션 공정 시간을 감소시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로, 박막형 태양전지의 제조방법은 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 패터닝하여 복수의 단위 반도체층 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 단위 전면전극 패턴 상부에 형성된 상기 후면전극층 및 상기 단위 반도체층 패턴을 패터닝하여 단위 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
박막형 태양전지, 에지 아이솔레이션, 레이저 스크라이빙
Description
본 발명은 박막형 태양전지(Solar Cell)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 에지 아이솔레이션 공정 시간을 감소시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
태양전지의 구조 및 원리에 대해서 간단히 설명하면, 태양전지는 P(Positive)형 반도체와 N(Negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있 다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것이고, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것이다.
기판형 태양전지는 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양전지는 상기 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 전면전극 위에 반도체층을 형성하고, 반도체층 위에 후면전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 전면전극은 광이 입사되는 수광면을 형성하기 때문에 전면전극으로는 ZnO와 같은 투명도전물이 이용되는데, 기판이 대면적화됨에 따라 투명도전물의 저항으로 인해서 전력손실이 크게 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성함으로써 투명도전물의 저항으로 의한 전력손실을 최소화하는 방법이 고안되었다.
도 1a 내지 도 1g는 종래의 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1a 내지 도 1g를 참조하여 종래의 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 1a에서 알 수 있듯이, 기판(10) 상에 산화아연(ZnO)과 같은 투명도전물을 이용하여 전면전극층(12)을 형성한다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전면전극층(12)을 패터닝하여 단위 전면전극(12a, 12b, 12c)들을 형성한다.
다음, 도 1c에 도시된 바와 같이, 기판(10) 전면에 반도체층(14)을 형성한다. 이때, 반도체층(14)은 실리콘과 같은 반도체물질을 이용하여 형성하는데, P형 반도체층(P), 진성(Intrinsic) 반도체층(I) 및 N형 반도체층(N)으로 적층된 소위 PIN구조로 형성될 수 있다.
다음, 도 1d에 도시된 바와 같이, 반도체층(14)을 패터닝하여 단위 반도체층(14a, 14b, 14c)을 형성한다.
다음, 도 1e에 도시된 바와 같이, 기판(10) 전면에 후면전극층(20)을 형성한다. 이때, 후면전극층(20)의 재질은 알루미늄(Al)이 될 수 있다.
다음, 도 1f에 도시된 바와 같이, 후면전극층(20)을 패터닝하여 단위 후면전극(20a, 20b, 20c)를 형성한다. 여기서, 후면전극층(20)을 패터닝할 때 그 하부의 단위 반도체층(14b, 14c)도 함께 패터닝할 수 있다.
다음, 도 1g에 도시된 바와 같이, 진공 플라즈마를 이용한 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정을 통해 기판(10)의 외곽 가장자리 부분에 위치하는 단위 후면전극(20a, 20c), 단위 반도체층(14a, 14c) 및 단위 전면전극(12a, 12c)을 일괄 적으로 패터닝함으로써 기판의 외곽 가장자리 부분에 형성된 복수 개의 단위셀을 분리하는 에지 분리 홈(30)을 형성한다. 여기서, 에지 아이솔레이션 공정은 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지간의 전기적인 접속(쇼트)를 방지하기 위함이다.
이와 같은 종래의 박막형 태양전지의 제조방법에 있어서, 에지 아이솔레이션 공정은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 진공 플라즈마를 이용하기 때문에 장비 가격이 비싸고 공정 시간이 길다는 문제점이 있다.
둘째, 종래의 에지 분리 홈(30)이 수직하게 형성되기 때문에 이물에 의해 기판(10)의 외곽 가장자리 부분에 위치하는 단위 후면전극(20a, 20c)과 단위 전면전극(12a, 12c)간에 전기적인 접속이 이루어질 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에지 아이솔레이션 공정 시간을 감소시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 박막형 태양전지의 제조방법은 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층을 패터닝하여 복수의 단위 반도체층 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 후면전극층을 형성하는 단계; 상기 단위 전면전극 패턴 상부에 형성된 상기 후면전극층 및 상기 단위 반도체층 패턴을 패터닝하여 단위 후면전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 박막형 태양전지의 제조방법은 복수의 단위 전면전극 패턴, 반도체층 패턴, 및 단위 후면전극 패턴을 포함하도록 구성된 복수의 단위 태양전지 셀이 형성된 기판을 로딩하는 단계; 상기 로딩된 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 박막형 태양전지의 제조장치는 복수의 단위 전면전극 패턴, 반도체층 패턴, 및 단위 후면전극 패턴을 포함하도록 구성된 복수의 단위 태양전지 셀이 형성된 기판을 로딩하기 위한 기판 로딩부; 상기 로딩된 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성하는 제 1 에지 분리부; 상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 제 2 에지 분리부; 및 상기 제 2 에지 분리부에 의해 상기 제 2 에지 분리 홈이 형성된 기판을 외부로 언로딩시키는 기판 언로딩부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조장치는 상기 기판 언로딩부, 상기 제 1 에지 분리부, 제 2 에지 분리부, 및 상기 기판 언로딩부에 인-라인 형태로 설치되어 상기 기판을 반송하는 컨베이어 벨트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 박막형 태양전지의 제조장치는 복수의 단위 전면전극 패턴, 반도체층 패턴, 및 단위 후면전극 패턴을 포함하도록 구성된 복수의 단위 태양전지 셀이 형성된 기판을 로딩하기 위한 기판 로딩부; 상기 로딩된 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성한 후, 상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사 하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 에지 분리부; 및 상기 에지 분리부에 의해 상기 제 1 및 제 2 에지 분리 홈이 형성된 기판을 상 외부로 언로딩시키는 기판 언로딩부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 에지 분리부는 상기 제 1 에지 분리 홈을 형성하기 위한 상기 제 1 레이저를 상기 기판에 조사하는 제 1 레이저 조사장치; 상기 제 2 에지 분리 홈을 형성하기 위한 상기 제 2 레이저를 상기 기판에 조사하는 제 1 레이저 조사장치; 및 상기 로딩되는 기판을 사이에 두고 설치되어 상기 제 1 및 제 2 레이저 조사장치를 X축 및 Y축 방향으로 이송시키는 갠트리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 갠트리부는 상기 로딩되는 기판을 사이에 두고 설치된 한 쌍의 제 1 가이더와 상기 제 1 가이더 각각에 설치된 한 쌍의 제 1 슬라이더를 포함하는 제 1 갠트리; 및 상기 제 1 갠트리에 설치된 제 2 갠트리를 포함하며, 상기 제 2 갠트리는, 상기 한 쌍의 제 1 슬라이더간에 설치된 제 2 가이더; 상기 제 2 가이더에 설치됨과 아울러 상기 제 1 레이저 조사장치가 설치된 제 2 슬라이더; 및 상기 제 2 슬라이더에 인접하도록 상기 제 2 가이더에 설치됨과 아울러 상기 제 2 레이저 조사장치가 설치된 제 3 슬라이더를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 레이저는 상기 후면전극층 패턴 및 상기 반도체층 패턴을 제거하는 것으로, 그린 레이저(Green Laser)인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 레이저는 상기 전면전극층 패턴을 제거하는 것으로, 적외선 레이저(IR Laser)인 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조장치는 상기 기판 언로딩부, 상기 에지 분리부 및 상기 기판 언로딩부에 인-라인 형태로 설치되어 상기 기판을 반송하는 컨베이어 벨트를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판 상에 에지 아이솔레이션 공정을 진행함으로써 에지 아이솔레이션 공정 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 레이저 스크라이빙 패터닝 물질에 따라 그린 레이저 또는 적외선 레이저를 사용함으로써 레이저 조사장치의 레이저 출력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
셋째, 에지 아이솔레이션 공정에 의해 형성된 에지 분리 홈을 계단 형태로 형성함으로써 전면전극 패턴과 후면전극 패턴의 전기적인 접속을 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2i를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 전면전극층(120)을 형성한다.
기판(100)의 재질은 유리 또는 투명한 플라스틱이 될 수 있다.
전면전극층(120)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, SnO2, SnO2:F, ITO(Indium Tin Oxide), 등과 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 통해 형성될 수 있다. 이때, 전면전극층(120)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 전면전극층(120)에 텍스처(Texturing) 가공공정을 추가로 수행할 수 있다. 여기서, 텍스처 가공공정이란 물질 표면을 울퉁불퉁한 요철구조로 형성하여 마치 직물의 표면과 같은 형상으로 가공하는 공정으로서, 포토리소그라피법(Photolithography)을 이용한 식각공정, 화학용액을 이용한 이방성 식각공정(Anisotropic Etching), 또는 기계적 스크라이빙(Mechanical Scribing)을 이용한 홈 형성 공정 등을 통해 수행할 수 있다. 이와 같은 텍스처 가공공정을 전면전극층(120)에 수행할 경우 입사되는 태양광이 태양전지 외부로 반사되는 비율은 감소하게 되며, 그와 더불어 입사되는 태양광의 산란에 의해 태양전지 내부로 태양광이 흡수되는 비율은 증가하게 되어, 태양전지의 효율이 증진되는 효과가 있다.
다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전면전극층(120)을 패터닝하여 단위 전면전극(120a, 120b, 120c)들을 형성한다. 이때, 전면전극층(120)의 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 통해 수행될 수 있다.
한편, 도 2a 및 도 2b와 같이 기판(100) 전면에 전면전극층(120)을 형성하고 레이저 스크라이빙 공정을 통해 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성하는 대신에, 스크린 프린팅(Screen Printing), 오프셋 프린팅(Offset Printing), 잉크 젯 프린팅(Ink Jet Printing), 그라비어 프린팅(Gravure Printing), 마이크로 콘택 프린팅(Micro Contact Printing), 또는 플렉소그래피 프린팅(Flexography Printing) 방식과 같은 보다 간편한 방식을 통해 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 직접 형성할 수도 있다. 여기서, 상기 스크린 인쇄 방식은 스크린과 스퀴즈(Squeeze)를 이용하여 대상물질을 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 오프셋 인쇄방식은 평판 상에 유성 잉크와 물의 반발력을 이용하여 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 잉크젯 인쇄 방식은 잉크젯을 이용하여 대상물질을 작업물에 분사하여 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 그라비아 인쇄 방식은 오목판의 홈에 대상물질을 도포하고 그 대상물질을 다시 작업물에 전이시켜 소정의 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 마이크로 콘택 인쇄 방식은 소정의 금형을 이용하여 작업물에 대상물질 패턴을 형성하는 방식이고, 상기 플렉소그래피 인쇄 방식은 양각되어 있는 부분에 잉크를 묻혀서 이를 인쇄하여 소정의 패턴을 형성하는 인쇄 방식이다.
이와 같이, 스크린 프린팅, 오프셋 프린팅, 잉크 젯 프린팅, 그라비어 프린팅, 마이크로 콘택 프린팅, 또는 플렉소그래피 프린팅 방식을 이용하여 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성할 경우 레이저 스크라이빙 공정을 이용하는 경우에 비하여 기판이 오염될 우려가 줄어들고 기판의 오염 방지를 위한 세정공정 또한 줄어들게 된다.
다른 한편, 기판(100) 전면에 전면전극층(120)을 형성하고 포토리소그라피법을 이용하여 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c)을 형성할 수도 있다.
다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 기판(100) 전면에 반도체층(140)을 형성한다. 이때, 반도체층(140)은 실리콘계, CuInSe2계, CdTe계 등의 반도체 물질을 플라즈마 CVD 공정 등을 통해 형성될 수 있으며, 실리콘계 반도체 물질로는 비정질 실리콘(a-Si:H) 또는 미세결정 실리콘(μc-Si:H)이 이용될 수 있다.
그리고, 반도체층(140)은 P형 반도체층(P), 진성(Intrinsic) 반도체층(I) 및 N형 반도체층(N)이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다. 여기서, 반도체층(140)은 태양광에 의해 정공(Hole) 및 전자(Electron)를 생성하고, 생성된 정공 및 전자가 각각 P형 반도체층(P) 및 N형 반도체층(N)에서 수집되는데, 이와 같은 정공 및 전자의 수집효율을 증진시키기 위해서는 P형 반도체층(P)과 N형 반도체층(N)만으로 이루어진 PN구조에 비하여 PIN구조가 보다 바람직하다. 이렇게, 반도체층(140)을 PIN구조로 형성하게 되면, 진성 반도체층(I)이 P형 반도체층(P)과 N형 반도체층(N)에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층(P) 및 N형 반도체층(N)에서 수집되게 된다.
한편, 반도체층(140)을 PIN구조로 형성할 경우에는 단위 전면전극 패 턴(120a, 120b, 120c) 상부에 P형 반도체층(P)을 형성하고 이어서 진성 반도체층(I) 및 N형 반도체층(N)을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(Drift Mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층(P)을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 반도체층(140)을 패터닝하여 단위 반도체층 패턴(140a, 140b, 140c)을 형성한다. 이때, 단위 반도체층 패턴(140a, 140b, 140c)은 레이저 스크라이빙 공정을 통해 형성될 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 포토리소그라피 공정을 통해 형성될 수도 있다.
다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 기판(100) 전면에 투명도전 버퍼층(160) 및 금속층(180)을 차례로 형성하여 후면전극층(200)을 형성한다. 이때, 투명도전 버퍼층(160)은 ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag와 같은 투명한 도전물질을 스퍼터링(Sputtering)법 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등을 통해 형성될 수 있다. 그리고, 금속층(180)은 Ag, Al, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu 등과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다.
한편, 투명도전 버퍼층(160)은 생략될 수 있지만, 태양전지의 효율증진을 위하여 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 투명도전 버퍼층(160)을 형성하게 되면 상기 반도체층(140)을 투과한 태양광이 투명도전 버퍼층(160)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 후면전극층(200)에서 반사되어 반도체층(140)으로 재입사되는 광의 비율이 증가될 수 있기 때문이다.
다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 단위 전면전극 패턴(120a, 120b, 120c) 상부에 형성된 후면전극층(200)을 패터닝하여 단위 후면전극 패턴(200a, 200b, 200c)을 형성함으로써 단위 후면전극 패턴(200a, 200b, 200c)에 의해 기판(100) 상에 직렬 접속된 단위 태양전지 셀을 형성한다. 여기서, 후면전극층(200)을 패터닝할 때 그 하부의 단위 반도체층 패턴(140b, 140c)도 함께 패터닝할 수 있다. 이러한, 후면전극층 패턴(200a, 200b, 200c) 및 단위 반도체층 패턴(140b, 140c)의 패터닝 공정은 레이저 스크라이빙 공정을 통해 수행될 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 포토리소그라피 공정을 통해 수행될 수도 있다.
다음, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제 1 레이저 조사장치(400)를 이용한 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정을 통해 기판(100)의 외곽 가장자리 부분에 위치하는 단위 후면전극 패턴(200a, 200c), 및 단위 반도체층 패턴(140a, 140c)을 일괄적으로 패터닝함으로써 기판의 외곽 가장자리 부분에 형성된 복수 개의 단위셀을 분리하는 제 1 에지 분리 홈(300)을 형성한다. 여기서, 에지 아이솔레이션 공정은 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 박막 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지간의 전기적인 접속(쇼트)를 방지하기 위함이다.
제 1 에지 분리 홈(300)은 제 1 레이저 조사장치(400)로부터 조사되는 제 1 레이저(410)에 의해 단위 후면전극 패턴(200a, 200c), 및 단위 반도체층 패턴(140a, 140c)이 제거됨으로써 제 1 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 제 1 레이저(410)는 그린 레이저(Green Laser)가 될 수 있다. 여기서, 그린 레이저는 532㎚ 정도의 파장을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단위 후면전극 패턴(200a, 200c), 및 단위 반도체층 패턴(140a, 140c)의 두께에 따라 발진 주파수 및 출력을 변경할 수 있다.
다음, 도 2h에 도시된 바와 같이, 제 2 레이저 조사장치(500)를 이용한 에지 아이솔레이션 공정을 통해 제 1 에지 분리 홈(300)에 의해 노출된 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)을 패터닝함으로써, 도 2i에 도시된 바와 같이, 제 1 에지 분리 홈(300)의 내부 중앙부에 제 2 에지 분리 홈(310)을 형성하여 기판의 외곽 가장자리 부분에 형성된 복수 개의 단위셀의 단위 전면전극(120a, 120c)을 전기적으로 분리한다.
제 2 에지 분리 홈(310)은 제 2 레이저 조사장치(500)로부터 조사되는 제 2 레이저(510)에 의해 제 1 에지 분리 홈(300) 내부의 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)이 제거됨으로써 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지도록 형성될 수 있다. 이때, 제 2 레이저(510)는 적외선 레이저(IR Laser)가 될 수 있다. 여기서, 적외선 레이저는 1060㎚ 정도의 파장을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)의 두께에 따라 발진 주파수 및 출력을 변경할 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법은 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 에지 아이솔레이션 공정을 진행함으로써 에지 아이솔레이션 공정 시간을 감소시킬 수 있으며, 패터닝 물질에 따라 그린 레이저 또는 적외선 레이저를 사용함으로써 레이저 조사장치(400, 500)의 레이저 출력을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치는 기판 로딩부(600); 제 1 에지 분리부(610); 기판 반송부(620); 제 2 에지 분리부(630); 및 기판 언로딩부(640)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판 로딩부(600)는 외부의 기판 반송장치(미도시)에 의해 반송되는 기판을 이 안착된다. 이때, 기판 반송장치는 상술한 도 2a 내지 도 2f의 제조 공정을 통해 단위 후면전극이 형성된 기판을 제 1 에지 분리부(610)에 로딩시킨다.
제 1 에지 분리부(610)는, 상술한 도 2g에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 외곽 가장자리 부분에 제 1 에지 분리 홈(300)을 형성한다. 이를 위해, 제 1 에지 분리부(610)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 갠트리부(700) 및 제 1 레이저 조사장치(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 갠트리부(700)는 기판(100)을 사이에 두고 설치된 제 1 갠트리(710); 및 제 1 갠트리(710)에 설치되어 제 1 레이저 조사장치(400)를 X축 방향으로 이송시키는 제 2 갠트리(720)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 갠트리(710)는 LM 가이드 또는 리니어 모터를 이용하여 제 2 갠트리(720)를 Y축 방향으로 이송시킨다. 이를 위해, 제 1 갠트리(710)는 기판(100)을 사이에 두고 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제 1 가이더(710a, 710b); 및 제 1 가이더(710a, 710b) 각각에 설치된 한 쌍의 제 1 슬라이더(710c, 710d)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 2 갠트리(720)는 제 1 갠트리(710)의 구동에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 LM 가이드 또는 리니어 모터를 이용하여 제 1 레이저 조사장치(400)를 X축 방향으로 이송시킨다. 이를 위해, 제 2 갠트리(720)는 제 1 갠트리(710)의 제 1 슬라이더(710c, 710d)간에 결합된 제 2 가이더(720a); 및 제 2 가이더(720a)에 설치된 제 2 슬라이더(720b)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 레이저 조사장치(400)는 제 2 슬라이더(720b)에 설치되어 제 1 갠트리(710)의 구동에 따른 한 쌍의 제 1 슬라이더(710c, 710d)의 이송에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 제 2 갠트리(720)의 구동에 따른 제 2 슬라이더(720b)의 이송에 따라 X축 방향으로 이송된다. 이러한, 제 1 레이저 조사장치(400)는 갠트리부(700)의 구동에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이송되면서 기판(100) 상의 제 1 레이저(410)를 조사함으로써 도 2g와 같이 단위 후면전극 패턴(200a, 200c), 및 단위 반도체층 패턴(140a, 140c)을 제거하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈(300)을 형성한다. 여기서, 제 1 레이저(410)는 그린 레이저가 될 수 있다.
기판 반송부(620)는 제 1 에지 분리 홈(300)이 형성된 기판(100)을 제 1 에지 분리부(620)에서 인출하여 제 2 에지 분리부(630)로 반송한다.
제 2 에지 분리부(630)는, 상술한 도 2h 및 도 2i에 도시된 바와 같이, 기판(100)에 형성된 제 1 에지 분리 홈(300)에 제 2 에지 분리 홈(310)을 형성한다. 이를 위해, 제 2 에지 분리부(630)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 갠트리부(800) 및 제 2 레이저 조사장치(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 갠트리부(800)는 기판(100)을 사이에 두고 설치된 제 1 갠트리(810); 및 제 1 갠트리(810)에 설치되어 제 2 레이저 조사장치(500)를 X축 방향으로 이송시키는 제 2 갠트리(820)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 갠트리(810)는 LM 가이드 또는 리니어 모터를 이용하여 제 2 갠트리(820)를 Y축 방향으로 이송시킨다. 이를 위해, 제 1 갠트리(810)는 기판(100)을 사이에 두고 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제 1 가이더(810a, 810b); 및 제 1 가이더(810a, 810b) 각각에 설치된 한 쌍의 제 1 슬라이더(810c, 810d)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 2 갠트리(820)는 제 1 갠트리(810)의 구동에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 LM 가이드 또는 리니어 모터를 이용하여 제 2 레이저 조사장치(500)를 X축 방향으로 이송시킨다. 이를 위해, 제 2 갠트리(820)는 제 1 갠트리(810)의 제 1 슬라이더(810c, 810d)간에 결합된 제 2 가이더(820a); 및 제 2 가이더(820a)에 설치된 제 2 슬라이더(820b)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 2 레이저 조사장치(500)는 제 2 슬라이더(820b)에 설치되어 제 1 갠트리(810)의 구동에 따른 한 쌍의 제 1 슬라이더(810c, 810d)의 이송에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 제 2 갠트리(820)의 구동에 따른 제 2 슬라이더(820b)의 이송에 따라 X축 방향으로 이송된다. 이러한, 제 2 레이저 조사장치(500)는 갠트리부(800)의 구동에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이송되면서 기판(100) 상의 제 2 레이저(510)를 조사함으로써 도 2h 및 도 2i와 같이 제 1 에지 분리 홈(300)에 의해 노출된 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)의 일부를 제거하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈(310)을 형성한다. 여기서, 제 2 레이저(510)는 적 외선(IR) 레이저가 될 수 있다.
기판 언로딩부(640)는 제 2 에지 분리부(630)에 의해 제 2 에지 분리 홈(310)이 형성된 기판(100)을 외부로 언로딩시킨다.
한편, 상술한 제조장치에 있어서, 기판 로딩부(600), 기판 반송부(620), 및 기판 언로딩부(640) 각각에서는 로봇 암을 가지는 기판 반송 로봇(미도시)을 이용하여 기판(100)을 반송하였으나, 이에 한정되지 않고 컨베이어 벨트(미도시)에 의해 반송될 수 있다. 이를 위해, 컨베이어 벨트는 기판 로딩부(600); 제 1 에지 분리부(610); 제 2 에지 분리부(630); 및 기판 언로딩부(640)에 인-라인 형태로 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우, 기판 반송부(620)는 생략되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치는 기판 로딩부(600); 에지 분리부(650); 및 기판 언로딩부(640)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판 로딩부(600)는 외부의 기판 반송장치(미도시)에 의해 반송되는 기판을 이 안착된다. 이때, 기판 반송장치는 상술한 도 2a 내지 도 2f의 제조 공정을 통해 단위 후면전극이 형성된 기판을 에지 분리부(650)에 로딩시킨다.
에지 분리부(650)는, 상술한 도 2g 내지 도 2h에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 외곽 가장자리 부분에 제 1 및 제 2 에지 분리 홈(300, 310)을 형성한 다. 이를 위해, 에지 분리부(650)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 갠트리부(900); 제 1 및 제 2 레이저 조사장치(400, 500)를 포함하여 구성될 수 있다.
갠트리부(700)는 기판(100)을 사이에 두고 설치된 제 1 갠트리(910); 및 제 1 갠트리(910)에 설치되어 제 1 및 제 2 레이저 조사장치(400, 500)를 X축 방향으로 이송시키는 제 2 갠트리(920)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 갠트리(910)는 LM 가이드 또는 리니어 모터를 이용하여 제 2 갠트리(920)를 Y축 방향으로 이송시킨다. 이를 위해, 제 1 갠트리(910)는 기판(100)을 사이에 두고 서로 나란하게 설치된 한 쌍의 제 1 가이더(910a, 910b); 및 제 1 가이더(910a, 910b) 각각에 설치된 한 쌍의 제 1 슬라이더(910c, 910d)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 2 갠트리(920)는 제 1 갠트리(910)의 구동에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 LM 가이드 또는 리니어 모터를 이용하여 제 1 및 제 2 레이저 조사장치(400, 500)를 X축 방향으로 이송시킨다. 이를 위해, 제 2 갠트리(920)는 제 1 갠트리(910)의 제 1 슬라이더(910c, 910d)간에 결합된 제 2 가이더(920a); 제 2 가이더(920a)에 설치된 제 2 슬라이더(920b); 및 제 2 슬라이더(920b)에 인접하도록 제 2 가이더(920a)에 설치된 제 3 슬라이더(920c)를 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 레이저 조사장치(400)는 제 2 슬라이더(920b)에 설치되어 제 1 갠트리(910)의 구동에 따른 한 쌍의 제 1 슬라이더(910c, 910d)의 이송에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 제 2 갠트리(920)의 구동에 따른 제 2 슬라이더(920b)의 이송에 따라 X축 방향으로 이송된다. 이러한, 제 1 레이저 조사장치(400)는, 도 8a에 도시된 바와 같이, 갠트리부(900)의 구동에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이송되면서 기판(100) 상의 제 1 레이저(410)를 조사함으로써 도 2g와 같이 단위 후면전극 패턴(200a, 200c), 및 단위 반도체층 패턴(140a, 140c)을 제거하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈(300)을 형성한다. 여기서, 제 1 레이저(410)는 그린 레이저가 될 수 있다.
제 2 레이저 조사장치(500)는 제 3 슬라이더(920c)에 설치되어 제 1 갠트리(910)의 구동에 따른 한 쌍의 제 1 슬라이더(910c, 910d)의 이송에 따라 Y축 방향으로 이송됨과 아울러 제 2 갠트리(920)의 구동에 따른 제 2 슬라이더(920b)의 이송에 따라 X축 방향으로 이송된다. 이러한, 제 2 레이저 조사장치(500)는, 도 8b에 도시된 바와 같이, 갠트리부(900)의 구동에 의해 X축 및 Y축 방향으로 이송되면서 기판(100) 상의 제 2 레이저(510)를 조사함으로써 도 2h 및 도 2i와 같이 제 1 에지 분리 홈(300)에 노출된 단위 전면전극 패턴(120a, 120c)의 일부를 제거하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈(310)을 형성한다. 여기서, 제 2 레이저(510)는 적외선(IR) 레이저가 될 수 있다.
기판 언로딩부(640)는 에지 분리부(650)에 의해 제 1 및 제 2 에지 분리 홈(300, 310)이 형성된 기판(100)을 외부로 언로딩시킨다.
한편, 상술한 제조장치들에 있어서, 기판 로딩부(600), 및 기판 언로딩부(640) 각각에서는 로봇 암을 가지는 기판 반송 로봇(미도시)을 이용하여 기판(100)을 반송하였으나, 이에 한정되지 않고 컨베이어 벨트(미도시)에 의해 반송될 수 있다. 이를 위해, 컨베이어 벨트는 기판 로딩부(600); 에지 분리부(650); 및 기판 언로딩부(640)에 인-라인 형태로 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(100) 상에 에지 아이솔레이션 공정을 진행함으로써 에지 아이솔레이션 공정 시간을 감소시킬 수 있으며, 패터닝 물질에 따라 그린 레이저 또는 적외선 레이저를 사용함으로써 레이저 조사장치(400, 500)의 레이저 출력을 감소시킬 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 박막형 태양전지의 제조방법 및 제조장치는 단일 비정질 실리콘 태양전지, 이중 비정질 실리콘 태양전지, 탠덤(Tandem)형 태양전지, 및 마이크로 크리스탈 실리콘 태양전지 등을 포함하는 모든 종류의 태양전지를 제조하는데 적용될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1a 내지 도 1g는 종래의 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 제 1 에지 분리부에서 기판 상에 제 1 에지 분리 홈의 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3에 도시된 제 2 에지 분리부에서 기판 상에 제 1 에지 분리 홈의 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조장치를 설명하기 위한 도면.
도 7은 도 6에 도시된 에지 분리부를 설명하기 위한 도면.
도 8a는 도 7에 도시된 제 1 레이저 조사장치를 통해 제 1 에지 분리 홈의 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8b는 도 7에 도시된 제 2 레이저 조사장치를 통해 제 2 에지 분리 홈의 형성 과정을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요부의 부호에 대한 설명>
100: 기판 120: 전면전극층
120a, 120b, 120c: 단위 전면전극 패턴 140: 반도체층
140a, 140b, 140c: 반도체층 패턴 200a, 200b, 200c: 후면전극 패턴
300: 제 1 에지 분리 홈 310: 제 2 에지 분리 홈
400: 제 1 레이저 조사장치 410: 제 1 레이저
500: 제 2 레이저 조사장치 510: 제 2 레이저
600: 기판 로딩부 610: 제 1 에지 분리부
620: 기판 반송부 630: 제 2 에지 분리부
640: 기판 언로딩부 650: 에지 분리부
700, 800, 900: 갠트리부 710, 810, 910: 제 1 갠트리
720, 820, 920: 제 2 갠트리
Claims (19)
- 기판 상에 소정의 간격으로 이격된 복수의 단위 전면전극 패턴을 형성하는 단계;상기 기판 전면에 반도체층을 형성하는 단계;상기 반도체층을 패터닝하여 복수의 단위 반도체층 패턴을 형성하는 단계;상기 기판 전면에 후면전극층을 형성하는 단계;상기 단위 전면전극 패턴 상부에 형성된 상기 후면전극층 및 상기 단위 반도체층 패턴을 패터닝하여 단위 후면전극 패턴을 형성하는 단계;상기 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성하는 단계; 및상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 단계를 포함하며,상기 제 1 레이저는 상기 기판의 외곽 가장자리 부분에 형성된 후면전극층과 반도체층 및 전면전극 패턴 중 일부를 제거하여 상기 제 1 에지 분리 홈을 형성하고,상기 제 2 레이저는 상기 후면전극층과 반도체층 및 전면전극 패턴 중 나머지를 제거하여 상기 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 레이저는 상기 후면전극층 및 상기 반도체층을 제거하고,상기 제 2 레이저는 상기 제 1 에지 분리 홈에 노출된 상기 전면전극 패턴을 제거하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조방법.
- 복수의 단위 전면전극 패턴, 반도체층 패턴, 및 단위 후면전극 패턴을 포함하도록 구성된 복수의 단위 태양전지 셀이 형성된 기판을 로딩하기 위한 기판 로딩부;상기 로딩된 기판의 외곽 가장자리 부분에 제 1 레이저를 조사하여 제 1 폭을 가지는 제 1 에지 분리 홈을 형성하는 제 1 에지 분리부;상기 제 1 에지 분리 홈 내부에 제 2 레이저를 조사하여 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가지는 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 제 2 에지 분리부; 및상기 제 2 에지 분리부에 의해 상기 제 2 에지 분리 홈이 형성된 기판을 외부로 언로딩시키는 기판 언로딩부를 포함하며,상기 제 1 레이저는 상기 기판의 외곽 가장자리 부분에 형성된 후면전극 패턴과 반도체층 패턴 및 전면전극 패턴 중 일부를 제거하여 상기 제 1 에지 분리 홈을 형성하고,상기 제 2 레이저는 상기 후면전극 패턴과 반도체층 패턴 및 전면전극 패턴 중 나머지를 제거하여 상기 제 2 에지 분리 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조장치.
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