KR101526812B1 - 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법 - Google Patents

태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 얼라인먼트 마크로 이루어지는 얼라인먼트 집합체를 태양전지 기판의 각 모서리에 구비시키고, 얼라인먼트 공정시 얼라인먼트 집합체를 구성하는 각각의 얼라인먼트 마크 및 얼라인먼트 집합체의 중심점이 인식되도록 하여 얼라인먼트의 정확성을 향상시킬 수 있는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법은 태양전지 기판의 각 모서리에 3개의 얼라인먼트 마크로 구성되는 얼라인먼트 집합체가 배치되며, 3개의 얼라인먼트 마크는 각 얼라인먼트 마크의 중심의 연장선이 정삼각형을 이루도록 배치되며, 정삼각형 형태를 이루는 3개의 얼라인먼트 마크 사이의 중심점은 얼라인먼트 집합체의 중심점이며, 단위공정 진행 전에 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 1 중심점 위치)를 인식하는 단계와, 단위공정 진행 후에 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 2 중심점 위치)를 인식하는 단계 및 제 1 중심점 위치와 제 2 중심점 위치의 일치 여부를 판단하고, 일치하지 않는 경우 제 2 중심점 위치가 제 1 중심점 위치에 일치되도록 기판을 정렬시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법{Method for alignment of solar cell substrate and method for fabricating finger line electrode having double layer structure using the same}
본 발명은 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 얼라인먼트 마크로 이루어지는 얼라인먼트 집합체를 태양전지 기판의 각 모서리에 구비시키고, 얼라인먼트 공정시 얼라인먼트 집합체를 구성하는 각각의 얼라인먼트 마크 및 얼라인먼트 집합체의 중심점이 인식되도록 하여 얼라인먼트의 정확성을 향상시킬 수 있는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 태양전지의 실리콘 기판 내부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생되며, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
이와 같은 태양전지는 일반적으로 p형 기판의 상부에 n형 반도체층이 구비되고, n형 반도체층의 상부와 p형 기판의 하부에 각각 전면전극, 후면전극이 구비되는 구조를 이룬다. 전면전극 및 후면전극은 스크린 인쇄법(screen printing) 등을 통해 형성된다.
한편, 반도체소자의 경우 기판 상에 다양한 형태의 패턴이 정교하게 형성됨에 따라, 각 단위공정 진행시 기판의 얼라인먼트(alignment)가 매우 중요하다. 이에 반해, 태양전지의 경우 전극 구조가 단순하여 얼라인먼트의 중요성이 상대적으로 크게 부각되지는 않는다. 참고로, 본 출원인은 태양전지 기판의 모서리 각각에 얼라인먼트 홀을 구비시켜 전면전극과 후면전극 형성시 기판 전면과 후면의 얼라인먼트 상태를 정확히 보상할 수 있는 방법을 제시한 바 있다(한국공개특허 제2012-87021호 참조).
태양전지의 전면전극은 세부적으로, 핑거라인 전극(finger line electrode)(21)과 버스바 전극(busbar electrode)(22)으로 구분된다(도 1 참조). 핑거라인 전극(21)은 태양전지 기판(10)의 전면 상에 배치되어 광전변환된 캐리어(carrier)를 수집하는 역할을 하고, 버스바 전극(22)은 핑거라인 전극(21)에 의해 수집된 캐리어를 외부의 축전지 등으로 이송시키는 역할을 한다.
태양전지의 전면전극은 전술한 바와 같이, 스크린 인쇄법 등을 통해 형성되는데 최근, 캐리어 수집효율을 향상시키기 위해 핑거라인 전극을 이중층 구조로 형성하기도 한다. 즉, 제 1 층의 핑거라인 전극을 스크린 인쇄법을 통해 형성한 다음, 제 1 층의 핑거라인 전극 상에 제 2 층의 핑거라인 전극을 스크린 인쇄법으로 형성하여 이중층 구조의 핑거라인 전극을 형성하는 방법이 제시된 바 있다.
이중층 구조의 핑거라인 전극 형성시 제 1 층의 핑거라인 전극 상에 제 2 층의 핑거라인 전극이 적층되는 구조임에 따라, 제 2 층의 핑거라인 전극의 적층시 기판의 얼라인먼트 상태가 제 1 층의 핑거라인 전극 형성시와 동일하게 유지되어야 하며, 제 2 층의 핑거라인 전극 적층 전에 기판의 얼라인먼트가 선행된다.
종래의 경우, 제 2 층의 핑거라인 전극 적층 전에 수행되는 얼라인먼트를 위해 기판의 각 모서리에 원형을 이루는 얼라인먼트 마크(alignment mark)를 구비시키고, 제 2 층의 핑거라인 전극 적층 전에 각 모서리의 얼라인먼트 마크의 정렬 상태를 확인하고 그에 따라 기판의 정렬 상태를 보정하는 방법을 적용하였다.
그러나, 종래 기술의 경우 각 모서리에 구비되는 얼라인먼트 마크가 하나의 원으로 이루어짐에 따라, 제 1 층의 핑거라인 전극 형성에 따른 부산물 또는 이물질이 얼라인먼트 마크를 가리거나 얼라인먼트 마크의 주변에 위치하는 경우 얼라인먼트 장비가 이를 잘못 인식하여 얼라인먼트의 정확성이 떨어지는 문제가 종종 발생되고 있다.
한국공개특허 제2012-87021호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 복수의 얼라인먼트 마크로 이루어지는 얼라인먼트 집합체를 태양전지 기판의 각 모서리에 구비시키고, 얼라인먼트 공정시 얼라인먼트 집합체를 구성하는 각각의 얼라인먼트 마크 및 얼라인먼트 집합체의 중심점이 인식되도록 하여 얼라인먼트의 정확성을 향상시킬 수 있는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상술한 본 발명의 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법을 이용하여 이중층 구조의 핑거라인 전극의 정렬 상태를 정확하게 제어할 수 있는 태양전지의 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법은 태양전지 기판의 각 모서리에 3개의 얼라인먼트 마크로 구성되는 얼라인먼트 집합체가 배치되며, 3개의 얼라인먼트 마크는 각 얼라인먼트 마크의 중심의 연장선이 정삼각형을 이루도록 배치되며, 정삼각형 형태를 이루는 3개의 얼라인먼트 마크 사이의 중심점은 얼라인먼트 집합체의 중심점이며, 단위공정 진행 전에 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 1 중심점 위치)를 인식하는 단계와, 단위공정 진행 후에 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 2 중심점 위치)를 인식하는 단계 및 제 1 중심점 위치와 제 2 중심점 위치의 일치 여부를 판단하고, 일치하지 않는 경우 제 2 중심점 위치가 제 1 중심점 위치에 일치되도록 기판을 정렬시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 2 중심점 위치를 인식하는 단계는, 정삼각형을 이루는 3개의 얼라인먼트 마크의 중심을 인식하고, 정삼각형의 중심점을 제 2 중심점 위치로 인식할 수 있다. 또한, 각각의 얼라인먼트 마크는 원형, 사각형, 다각형 중 어느 한 형태를 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법을 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법은 태양전지 기판의 각 모서리에 3개의 얼라인먼트 마크로 구성되는 얼라인먼트 집합체가 배치되며, 3개의 얼라인먼트 마크는 각 얼라인먼트 마크의 중심의 연장선이 정삼각형을 이루도록 배치되며, 정삼각형 형태를 이루는 3개의 얼라인먼트 마크 사이의 중심점은 얼라인먼트 집합체의 중심점이며, 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 1 중심점 위치)를 인식하는 단계와, 태양전지 기판 상에 제 1 층의 핑거라인 전극을 형성하는 단계와, 제 1 층의 핑거라인 전극의 형성 후, 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 2 중심점 위치)를 인식하는 단계와, 제 1 중심점 위치와 제 2 중심점 위치의 일치 여부를 판단하고, 일치하지 않는 경우 제 2 중심점 위치가 제 1 중심점 위치에 일치되도록 기판을 정렬시키는 단계와, 상기 제 1 층의 핑거라인 전극 상에 제 2 층의 핑거라인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
단위공전 전후의 얼라인먼트 집합체의 중심점을 인식하고, 이를 바탕으로 얼라인먼트를 수행함에 따라 얼라인먼트의 정확성을 향상시킬 수 있으며, 이에 기반하여 이중층 구조의 핑거라인 전극의 정렬 상태를 최적화할 수 있게 된다.
도 1은 핑거라인 전극 및 버스바 전극이 구비된 태양전지 기판의 모식도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인먼트 집합체가 구비된 태양전지 기판을 나타낸 참고도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법을 설명하기 위한 순서도.
본 발명은 원형을 이루는 3개의 얼라인먼트 마크로 얼라인먼트 집합체를 구성하고, 태양전지 기판의 각 모서리에 얼라인먼트 집합체를 배치시킨 상태에서, 각각의 얼라인먼트 마크의 위치를 인식하는 과정, 3개의 얼라인먼트 마크 사이의 중심점 즉, 얼라인먼트 집합체의 중심점을 인식하는 과정을 진행하고, 이전 공정시의 얼라인먼트 집합체의 중심점과 대비하여 얼라인먼트 집합체의 중심점이 일치되도록 함으로써 태양전지 기판의 얼라인먼트 정확성을 향상시킬 수 있는 기술을 제시한다. 이와 같은 얼라인먼트 방법을 통해 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성시 제 1 층의 핑거라인 전극 상에 적층되는 제 2 층의 핑거라인 전극을 정확한 정렬 상태로 형성할 수 있게 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법 및 이를 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법은 단위공정 전후의 얼라인먼트 집합체의 중심점을 일치시키는 과정으로 진행된다. 즉, 단위공정 전의 얼라인먼트 집합체의 중심점과 단위공정 후의 얼라인먼트 집합체의 중심점을 대비하고, 일치하지 않는 경우 단위공정 후의 얼라인먼트 집합체의 중심점을 단위공정 전의 얼라인먼트 집합체의 중심점에 일치시킴으로써 기판의 얼라인먼트가 완료된다.
얼라인먼트 집합체(100)는 도 2에 도시한 바와 같이 태양전지 기판의 각 모서리에 구비된다. 상기 얼라인먼트 집합체(100)는 동일한 형상을 갖는 3개의 얼라인먼트 마크(110)로 이루어지며, 각각의 얼라인먼트 마크(110)는 일 실시예로 원형의 형태를 이루거나 사각형 또는 다각형의 형태로 이루어질 수도 있다.
상기 얼라인먼트 집합체(100)를 구성하는 3개의 얼라인먼트 마크(110)는 각 중심의 연장선이 정삼각형을 이루도록 배치되며, 정삼각형 형태를 이루는 3개의 얼라인먼트 마크(110) 사이의 중심점(이하, 얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120)이라 함)은 얼라인먼트의 기준점으로 활용된다.
상기의 구성을 갖는 얼라인먼트 집합체(100)가 태양전기 기판의 각 모서리(사각형 기판 기준)에 배치된 상태에서, 단위공정 전후의 얼라인먼트 과정은 세부적으로 다음과 같은 과정으로 진행된다.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 단위공정 진행 전 상태에서의 얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120) 위치를 인식한다(S301). 태양전지 기판의 각 모서리에 구비된 얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120) 위치는 좌표 형태로 인식될 수 있다.
얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120) 위치가 인식된 상태에서 단위공정이 진행된다(S302). 여기서, 단위공정이라 함은 태양전지 제조에 필요한 복수의 공정 중 어느 한 공정을 의미하며 일 실시예로 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성시에서의 제 1 층의 핑거라인 전극 형성 공정을 의미할 수 있다.
단위공정 예를 들어, 제 1 층의 핑거라인 전극 형성 공정이 완료된 상태에서, 재차 얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120) 위치를 인식한다(S303). 이어, 단위공정 진행 전의 얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120) 위치(이하, 제 1 중심점 위치라 함)와 단위공정 진행 후의 얼라인먼트 집합체(100)의 중심점(120) 위치(이하, 제 2 중심점 위치라 함)를 대비하고, 서로 일치하지 않는 경우 제 2 중심점 위치가 제 1 중심점 위치와 일치되도록 기판의 얼라인먼트를 실시한다(S304).
한편, 제 2 중심점 위치를 인식함에 있어서, 단위공정 진행에 따라 부산물 또는 이물질에 의해 제 2 중심점 위치 인식에 오류가 발생될 수 있음을 고려하여, 정삼각형을 이루는 3개의 얼라인먼트 마크(110)의 중심을 인식하고, 정삼각형의 중심점을 제 2 중심점 위치로 인식할 수도 있다. 상술한 설명에 있어서, 중심점 위치의 인식 및 얼라인먼트를 위한 기판의 이동은 얼라인먼트 장비에 의해 수행된다.
제 2 중심점 위치와 제 1 중심점 위치가 일치된 상태에서, 후속공정 예를 들어, 제 2 층의 핑거라인 전극 형성 공정이 진행될 수 있으며(S305), 제 2 중심점 위치와 제 1 중심점 위치가 일치함에 따라, 제 1 층의 핑거라인 전극 상에 적층되는 제 2 층의 핑거라인 전극을 정확한 정렬 상태로 형성할 수 있게 된다.
100 : 얼라인먼트 집합체 110 : 얼라인먼트 마크
120 : 얼라인먼트 집합체의 중심점

Claims (5)

  1. 태양전지 기판의 각 모서리에 3개의 얼라인먼트 마크로 구성되는 얼라인먼트 집합체가 배치되며, 3개의 얼라인먼트 마크는 각 얼라인먼트 마크의 중심의 연장선이 정삼각형을 이루도록 배치되며, 정삼각형 형태를 이루는 3개의 얼라인먼트 마크 사이의 중심점은 얼라인먼트 집합체의 중심점이며,
    단위공정 진행 전에 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 1 중심점 위치)를 인식하는 단계;
    단위공정 진행 후에 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 2 중심점 위치)를 인식하는 단계; 및
    제 1 중심점 위치와 제 2 중심점 위치의 일치 여부를 판단하고, 일치하지 않는 경우 제 2 중심점 위치가 제 1 중심점 위치에 일치되도록 기판을 정렬시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 2 중심점 위치를 인식하는 단계는,
    정삼각형을 이루는 3개의 얼라인먼트 마크의 중심을 인식하고, 정삼각형의 중심점을 제 2 중심점 위치로 인식하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 각각의 얼라인먼트 마크는 원형, 사각형, 다각형 중 어느 한 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법.
  4. 태양전지 기판의 각 모서리에 3개의 얼라인먼트 마크로 구성되는 얼라인먼트 집합체가 배치되며, 3개의 얼라인먼트 마크는 각 얼라인먼트 마크의 중심의 연장선이 정삼각형을 이루도록 배치되며, 정삼각형 형태를 이루는 3개의 얼라인먼트 마크 사이의 중심점은 얼라인먼트 집합체의 중심점이며,
    얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 1 중심점 위치)를 인식하는 단계;
    태양전지 기판 상에 제 1 층의 핑거라인 전극을 형성하는 단계;
    제 1 층의 핑거라인 전극의 형성 후, 얼라인먼트 집합체의 중심점 위치(이하, 제 2 중심점 위치)를 인식하는 단계;
    제 1 중심점 위치와 제 2 중심점 위치의 일치 여부를 판단하고, 일치하지 않는 경우 제 2 중심점 위치가 제 1 중심점 위치에 일치되도록 기판을 정렬시키는 단계; 및
    상기 제 1 층의 핑거라인 전극 상에 제 2 층의 핑거라인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법을 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 2 중심점 위치를 인식하는 단계는,
    정삼각형을 이루는 3개의 얼라인먼트 마크의 중심을 인식하고, 정삼각형의 중심점을 제 2 중심점 위치로 인식하는 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 얼라인먼트 방법을 이용한 이중층 구조의 핑거라인 전극 형성방법.
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