KR101499123B1 - 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용이하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법은 패턴이 형성되어 있는 임프린트 몰드 상에 SiO2 성분을 포함하는 용액을 코팅하는 단계와, 상기 용액이 코팅된 임프린트 몰드 위에 유리기판을 놓은 후, 상기 임프린트 몰드의 패턴을 상기 유리기판으로 전사하는 단계와, 상기 패턴이 전사된 유리기판을 상기 임프린트 몰드로부터 분리하는 단계를 포함한다.

Description

태양전지용 유리기판 텍스처링 방법{Method for texturing glass substrate of solar cell}
본 발명은 태양전지용 유리기판을 텍스처링 하는 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 재반사 되어 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.
한편, 상기한 문제점을 해결하고자, 최근에는 대한민국 공개특허 10-2013-0061915호(이하, 선행기술) 제안된 바 있다. 상기 선행기술에서는 유리기판을 식각하는 식각용액을 유리기판 위로 토출하여 유리기판을 식각함으로써 텍스처링 하는 방법을 제안하고 있다. 하지만, 이러한 방식으로는 유리기판을 미세한 패턴으로 텍스처링 할 수 없고, 패턴의 정확성에 한계가 존재한다.
따라서, 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법에 관한 개발이 요구되고 있다.
공개번호 10-2013-0061915(발명의 명칭 : 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법은 패턴이 형성되어 있는 임프린트 몰드 상에 SiO2 성분을 포함하는 용액을 코팅하는 단계와, 상기 용액이 코팅된 임프린트 몰드 위에 유리기판을 놓은 후, 상기 임프린트 몰드의 패턴을 상기 유리기판으로 전사하는 단계와, 상기 패턴이 전사된 유리기판을 상기 임프린트 몰드로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 패턴을 전사하는 단계에서는, 상기 임프린트 몰드를 가열하면서 상기 유리기판을 상기 임프린트 몰드로 가압하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 패턴이 전사된 유리기판에 대한 이온 교환 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 용액은 실리카 졸, 물유리, SOG(Spin On Glass) 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법의 개략적인 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법은 코팅 단계와, 전사단계와, 분리단계와, 이온교환단계를 포함한다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 코팅 단계에서는 먼저, 패턴이 형성되어 있는 임프린트 몰드(200)를 준비한다. 이때, 임프린트 몰드(200)는 기계적인 가공을 통해서도 제작 가능하나, 나노 스케일의 패턴 제작을 위해서는 리소그래피 가공방법을 이용하는 것이 보다 더 바람직하다고 할 수 있다. 그리고, 상기 임프린트 몰드(200) 상에 SiO2 성분을 포함하는 용액(10)을 코팅한다. 이때, SiO2 성분을 포함하는 용액으로는 실리카 졸, 물유리, SOG(Spin On Glass) 등이 사용될 수 있으며, 유리와 비슷한 성분을 가지면서 임프린트 몰드의 패턴을 따라 코팅될 수 있도록 유동성을 가지는 물질이면 모두 이용가능하다. 참고로, 유리와 비슷한 성분이라 함은, 후술하는 전사단계에서 임프린트 몰드가 가열됨에 따라 용액에 포함된 용매(예를 들어 유기용매)는 제거되므로, 용매를 제외한 나머지 성분이 유리와 비슷함을 의미한다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전사단계는 임프린트 몰드(200)의 패턴을 유리기판으로 전사하기 위한 것이다. 전사단계에서는 먼저 유리기판(100)을 용액이 코팅된 임프린트 몰드(200) 위에 놓은 후, 임프린트 몰드(200)를 가열하는 상태에서 유리기판(100)을 임프린트 몰드(200)로 가압한다. 그러면, 코팅되어 있던 용액(10)이 유리기판에 부착되고, 이에 따라 임프린트 몰드의 패턴이 유리기판(100)으로 전사된다. 다시 말하면, 임프린트 몰드의 패턴에 대응되는 패턴을 가지는 코팅부(즉, 코팅된 용액)(10)가 유리기판(100)에 부착됨에 따라 패턴이 유리기판에 전사되는 것되며, 이는 유리기판(100)과 용액(코팅부)(10) 사이의 표면결합력이 임프린트 몰드(200)와 코팅부 사이의 표면결합력 보다 높기 때문이다.
도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 분리단계에서는 임프린트 몰드(200)의 패턴이 전사된(즉, 코팅부가 부착된) 유리기판(100)을 임프린트 몰드(200)로부터 분리한다.
이후, 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 분리된 유리기판(100)에 대한 이온 교환 공정을 수행한다. 이온 교환 공정에서는, 이온 교환을 통하여 유리기판, 보다 정확하게는 유리기판에 부착된 코팅부(10)에서 경도를 낮추는 물질(예를 Na2O)이 고경도의 물질(CaO 또는 Al2O3)로 변하며, 이에 따라 코팅부(10)의 경도가 증가한다. 이와 같은 이온 교환 공정은, 유리기판을 이온(즉, 대체하고자 하는 이온, CaO 또는 Al2O3)이 포함된 용액에 유리기판을 담금으로써 수행될 수 있고, 기타 공지되어 있는 다른 방식을 통해서도 수행될 수 있다.
한편, 이온 교환 공정 이후에는, 유리기판의 표면(즉, 패턴이 형성된 표면)에 초소수성 코팅을 추가적으로 함으로써, 자정 작용을 가지는 유리기판을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존과는 다른 새로운 방식으로, 유리기판의 표면에 원하는 형태의 패턴을 용이하고 정확하게 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100...유리기판 200...임프린트 몰드
10...용액(코팅부)

Claims (4)

  1. 패턴이 형성되어 있는 임프린트 몰드 상에 SiO2 성분을 포함하는 용액을 코팅하는 단계;
    상기 용액이 코팅된 임프린트 몰드 위에 유리기판을 놓은 후, 상기 임프린트 몰드의 패턴을 상기 유리기판으로 전사하는 단계; 및
    상기 패턴이 전사된 유리기판을 상기 임프린트 몰드로부터 분리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴을 전사하는 단계에서는, 상기 임프린트 몰드를 가열하면서 상기 유리기판을 상기 임프린트 몰드로 가압하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴이 전사된 유리기판에 대한 이온 교환 공정을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용액은 실리카 졸, 물유리, SOG(Spin On Glass) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
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