KR101527878B1 - 박막형 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 공정을 통해 태양전지에 버스 라인을 화학적으로 접합함으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것으로, 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되는 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 제 2 분리부를 형성하는 공정; 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정; 상기 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극에 버스 라인을 배치하고, 레이저를 이용하여 상기 후면전극과 상기 버스 라인을 접합하는 공정; 및 상기 버스 라인에 버스 바를 접합하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
태양전지, 버스 라인, 버스 바, 레이저, 용융
Description
본 발명은 박막형 태양전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 레이저 공정을 통해 태양전지에 버스 라인을 화학적으로 접합함으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지와 그의 제조 방법 및 제조 시스템에 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 상기 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(Electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 상기 정공(+)는 P형 반도체쪽으로 이동하고 상기 전자(-)는 N형 반도체쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양전지는 기판형 태양전지와 박막형 태양전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양전지를 제조한 것으로, 박막형 태양전지에 비하여 효율이 다소 우수하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조한 것으로, 기판형 태양전지에 비하여 효율이 다소 떨어지지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
이러한, 박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 전면전극을 형성하고, 전면전극 상에 반도체층을 형성하고, 반도체층 상에 후면전극을 형성하여 제조한다.
한편, 박막형 태양전지는 기판이 대면적화됨에 따라 복수 개의 단위 태양전지 셀로 분리하고, 후면전극을 인접한 태양전지 셀간에 직렬 접속시킴으로써 각 태양전지 셀에 의해 발생된 전력을 수집한다. 이때, 각 태양전지 셀에서 발생된 전력을 효율적으로 수집하기 위하여 박막형 태양전지는 태양전지의 후면전극에 공통적으로 접속되는 제 1 및 제 2 버스 라인과, 제 1 및 제 2 버스 라인에 의해 수집된 전력을 외부로 출력시키기 위해 제 1 및 제 2 버스 라인 각각에 접속되는 버스 바를 구비한다.
태양전지의 후면 전극에 제 1 및 제 2 버스 라인 각각을 접속시키기 위한 방법으로는 접합 방법과 솔더링 방법을 이용하게 된다.
접합 방법은 제 1 및 제 2 버스 라인 각각과 후면전극 사이에 전도성 페이스트를 도포하여 건조시켜 접합한 후, 고온용 테이프로 접합력을 보강함으로써 후면 전극에 제 1 및 제 2 버스 라인 각각을 전기적으로 접속시킨다.
솔더링 방법은 먼저 초음파 솔더링을 이용하여 후면전극과 용접제를 접합한 후, 고온 솔더링을 이용하여 제 1 및 제 2 버스 라인 각각과 용접제를 물리적으로 접합시킨다.
그러나, 종래의 버스 라인을 태양전지에 접속시키는 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 별도의 접합제를 사용함으로써 생산 단가가 높고 작업 효율이 낮다는 문제점이 있다.
둘째, 접합 방법의 경우, 제 1 및 제 2 버스 라인 각각과 후면 전극의 접합 계면에 저항 손실이 발생되어 태양전지의 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저 공정을 통해 태양전지에 버스 라인을 별도의 접합제 없이 화학적으로 접합함으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 박막형 태양전지의 제조 방법 및 제조장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법은 기판 상에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되는 전면전극을 형성하는 공정; 상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정; 상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 제 2 분리부를 형성하는 공정; 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정; 상기 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극에 버스 라인을 배치하고, 레이저를 이용하여 상기 후면전극과 상기 버스 라인을 접합하는 공정; 및 상기 버스 라인에 버스 바를 접합하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 후면전극과 상기 버스 라인을 접합하는 공정은 상기 레이저를 조사하는 적어도 하나의 레이저 조사장치를 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 레이저 조사장치에서 발생되는 상기 레이저를 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나에 일정한 간격으로 조사하여 상 기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 후면전극과 상기 버스 라인을 화학적으로 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 후면전극과 상기 버스 라인은 상기 일정한 간격으로 조사되는 레이저에 의해 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나가 용융되어 형성되는 복수의 접점에 의해 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 각 접점은 상기 후면전극과 상기 버스 라인 각각의 재질이 화학적으로 혼합된 합금 재질인 것을 특징으로 한다.
상기 버스 라인에 상기 버스 바를 접합하는 공정은 상기 레이저를 조사하는 적어도 하나의 레이저 조사장치를 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 레이저 조사장치에서 발생되는 상기 레이저를 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나에 조사하여 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 버스 라인과 상기 버스 바의 일측을 화학적으로 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조 방법은 접착 시트를 이용하여 상기 버스 라인과 상기 버스 바를 포함하는 상기 기판의 배면에 백 시트를 부착하는 공정; 상기 백 시트의 부착 공정에 의해 상기 기판에 발생되는 오염물질을 제거하는 공정; 출력 단자들을 가지는 단자 박스를 상기 버스 바의 타측에 중첩되도록 상기 백 시트에 부착하는 공정; 상기 백 시트를 관통하는 상기 출력 단자를 상기 버스 바에 전기적으로 접속시키는 공정; 상기 단자 박스의 내부에 밀봉재를 주입하여 상기 단자 박스의 내부를 밀봉하는 공정; 및 상기 기판의 테두리 부분을 실링하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 버스 라인은 상기 기판의 일측면으로 절곡되어 연장되고, 상기 버스 바는 상기 기판의 일측면으로 연장된 상기 버스 라인에 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 박막형 태양전지의 제조 방법은 접착 시트를 이용하여 상기 버스 라인을 포함하는 상기 기판의 배면에 백 글라스를 부착하는 공정; 상기 백 글라스의 부착 공정에 의해 상기 기판에 발생되는 오염물질을 제거하는 공정; 출력 단자들을 가지는 단자 박스를 상기 버스 바의 타측에 중첩되도록 상기 기판의 일측면에 부착하는 공정; 상기 출력 단자를 상기 버스 바에 전기적으로 접속시키는 공정; 상기 단자 박스의 내부에 밀봉재를 주입하여 상기 단자 박스의 내부를 밀봉하는 공정; 및 상기 기판의 테두리 부분을 실링하는 공정을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 기판 상에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되도록 형성된 전면전극; 상기 전면전극을 포함한 상기 기판 전면에 형성된 반도체층; 상기 전면전극의 제 1 부분을 노출시키기 위해 상기 반도체층을 관통하여 형성된 콘택부; 상기 반도체층 상에 형성됨과 아울러 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극의 제 1 부분에 전기적으로 접속되도록 형성된 후면전극; 상기 전면전극의 제 2 부분을 노출시키기 위해 상기 후면전극과 상기 반도체층을 관통하여 형성된 제 2 분리부; 상기 기판의 양 가장자리 에 형성된 후면전극에 레이저 공정에 의해 접합된 버스 라인; 및 상기 버스 라인에 일측이 접합된 버스 바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 후면전극과 상기 버스 라인은 상기 일정한 간격으로 조사되는 레이저에 의해 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나가 용융되어 형성되는 복수의 접점에 의해 화학적으로 접합되는 것을 특징으로 한다.
상기 각 접점은 상기 후면전극과 상기 버스 라인 각각의 재질이 화학적으로 혼합된 합금 재질인 것을 특징으로 한다.
상기 버스 라인과 상기 버스 바는 상기 조사되는 레이저에 의해 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나가 용융되어 형성되는 접점에 의해 화학적으로 접합되는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 시스템은 기판 상에 전면전극, 반도체층, 후면전극을 포함하는 태양전지 셀을 형성하기 위한 태양전지 셀 형성부; 레이저 공정을 통해 상기 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극에 버스 라인을 접합하는 버스 라인 접합부; 상기 버스 라인에 일측이 버스 바를 접합하는 버스 바 접합부; 및 상기 태양전지 셀 형성부와 상기 버스 라인 접합부 및 상기 버스 바 접합부 각각이 인-라인 형태로 배치되는 기판 이송 라인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 버스 라인 접합부는 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나에 일정한 간격으로 레이저를 조사하여 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 후 면전극과 상기 버스 라인을 화학적으로 접합하는 적어도 하나의 레이저 조사장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 버스 바 접합부는 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나에 레이저를 조사하여 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 버스 라인과 상기 버스 바를 화학적으로 접합하는 적어도 하나의 레이저 조사장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 레이저 공정을 이용하여 별도의 접합제를 사용하지 않고 버스 라인과 후면전극을 화학적으로 접합시킴으로써 태양전지의 생산 단가를 줄일 수 있다는 효과가 있다.
둘째, 버스 라인과 후면전극의 접합 계면에 발생되는 저항 손실을 최소화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지는 기판(100); 전면전극(110); 반도체층(120); 버퍼층(130); 후면전 극(140); 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b); 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)를 포함하여 구성된다.
기판(100)은 유리(Glass), 또는 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylenenaphthelate), PP(Polypropylene), PI(Polyamide), TAC(Tri Acetyl Cellulose) 등을 포함하는 플라스틱과 같은 투명 물질로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 유리로 제조된다.
전면전극(110)은 기판(100) 상에 소정의 간격으로 형성되는 제 1 분리부(115)에 의해 이격되도록 형성된다. 이러한, 전면전극(110)은 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정, PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정, 스퍼터링(Sputtering) 공정, e빔(e-beam) 공정 또는 열적(thermal) 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 전면전극(110)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 이용하여 형성하거나, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine doped Tin Oxide), ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질(TCO, Transparent Conductive Oxide)을 이용하여 형성할 수 있다.
한편, 전면전극(110)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 이를 위해서 전면전극(110)은 요철구조로 형성될 수 있다. 전면전극(110)이 요철구조로 형성될 경 우 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.
제 1 분리부(115)는 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 통해 형성된다.
반도체층(120)은 제 1 분리부(115)에 인접하도록 형성되는 콘택부(135)에 의해 분리되도록 각 전면전극(110)과 제 1 분리부(115) 상에 형성된다. 이때, 콘택부(135)는 각 제 1 분리부(115)에 일정 간격 이격되도록 전면전극(110) 상의 반도체층(120) 및 버퍼층(130)의 소정영역이 제거되어 형성된다.
반도체층(120)은 실리콘계 반도체물질을 이용하여 형성할 수 있다. 여기서, 반도체층(120)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성하는데, 이와 같이 반도체층(120)을 PIN구조로 형성하게 되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 수집된다.
한편, 반도체층(120)을 PIN구조로 형성할 경우에는 전면전극(110) 상부에 P형 반도체층을 형성하고 이어서 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 그 이유로는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(Drift Mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 수집효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다.
버퍼층(130)은 반도체층(120) 상에 콘택부(135)를 사이에 두고 이격되도록 반도체층(120)과 동일한 패턴으로 형성된다. 이러한, 버퍼층(130)은 ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 한편, 버퍼층(130)은 생략될 수 있지만, 태양전지의 효율증진을 위해서는 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 버퍼층(130)을 형성할 경우에는 반도체층(120)을 투과한 태양광이 버퍼층(130)을 통과하면서 산란을 통해 다양한 각으로 진행하게 되어 후면전극(140)에 의해 반사되어 반도체층(120)으로 재입사되는 광의 비율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
후면전극(140)은 콘택부(135)에 인접하도록 형성되는 제 2 분리부(145)에 의해 분리되도록 투명전도층(130) 상에 형성되어 콘택부(135)를 통해 전면전극(110)에 전기적으로 접속됨으로써 인접한 태양전지 셀들을 직렬로 접속시킨다. 이러한, 후면전극(140)은 MOCVD 공정, PECVD 공정, 또는 스퍼터링 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 후면전극(140)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 이용하여 형성하거나, ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질로 형성될 수 있다.
제 1 버스 라인(200a)은 제 1 분리부(115)와 나란하도록 기판(100)의 일측 가장자리에 형성된 후면전극(140) 상에 배치되어 레이저 공정을 통해 후면전극(140)에 전기적으로 접속된다. 여기서, 레이저 공정에서는 800 ~ 1100 nm 범위 의 파장을 가지는 레이저를 이용하여 제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140)을 접합할 수 있다. 이러한, 제 1 버스 라인(200a)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 또는 Ag+Sn+Cu 등과 같이 전도성이 우수하고 용융점이 낮은 금속물질로 이루어진다. 예를 들어, 제 1 버스 라인(200a)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 구리(Cu) 재질의 금속물질(202)과 산화방지를 위해 금속재질(202)에 코팅된 은(Ag)과 주석(Sn)의 합금(AgSn) 재질의 코팅물질(204)을 포함하여 구성될 수 있다.
제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140)은 조사되는 레이저에 의해 용융되어 화학적으로 결합되는 접점(250)에 의해 서로 전기적으로 접합된다. 예를 들어, 후면전극(140)이 Al 재질로 이루어지고, 제 1 버스 라인(200a)이 CuAgSn 재질로 이루어진 경우에 있어서, 접점(250)은 제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140)사이의 계면에 대응되도록 제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140) 중 적어도 하나에 조사되는 레이저 초점의 온도에 의해 제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140)이 용융되면서 화학적으로 결합되는 CuAgSnAl 합금 재질로 이루어질 수 있다.
제 2 버스 라인(200b)은 제 1 분리부(115)와 나란하도록 기판(100)의 타측 가장자리에 형성된 후면전극(140) 상에 배치되어 상기의 레이저 공정을 통해 후면전극(140)에 전기적으로 접속된다. 이러한, 제 2 버스 라인(200b)은 제 1 버스 라인(200a)과 동일한 재질로 이루어지면 동일한 방식인 레이저에 의해 후면전극(140)과 화학적으로 결합된다.
제 1 버스 바(300a)는 제 1 버스 라인(200a)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 1 버스 바(300a)의 일측은 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b)을 후면전극(140)에 접합하는 상술한 레이저 공정을 통해 제 1 버스 라인(200a)에 접합될 수 있다. 여기서, 제 1 버스 바(300a)는 각 제 1 분리부(115)를 수직으로 교차하도록 태양전지 상에 배치될 수 있다. 그리고, 레이저 공정에서는 800 ~ 1100 nm 범위의 파장을 가지는 레이저를 이용하여 제 1 버스 바(300a)와 제 1 버스 라인(200a)을 접합할 수 있다.
제 2 버스 바(300b)는 상기의 레이저 공정을 통해 제 2 버스 라인(200b)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 2 버스 바(300b)의 일측은 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b)을 후면전극(140)에 접합하는 상술한 레이저 공정을 통해 제 2 버스 라인(200b)에 접합될 수 있다. 여기서, 제 2 버스 바(300b)는 각 제 1 분리부(115)를 수직으로 교차하도록 태양전지 상에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지는 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)와 태양전지에 형성된 후면전극(140)과의 전기적인 접촉을 방지하기 위하여, 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)와 후면전극(140) 사이에 형성된 절연부재(400)를 더 포함하여 구성된다. 이때, 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 타측은 절연부재(400) 상에 중첩되도록 배치될 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지는 레이저 공정을 이용하여 별도의 접합제를 사용하지 않고 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)을 화학적으로 접합시킴으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)의 접합 계면에 발생되는 저항 손실을 최소화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 순서도이고, 도 5a 내지 도 5k는 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 도 5a 내지 도 5k와 결부하여 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 기판을 세정한 후, 건조한다(S100). 여기서, 기판은 유리, 또는 PET, PEN, PP, PI, TAC 등을 포함하는 플라스틱과 같은 투명 물질로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 유리 재질로 이루어진다.
다음, 도 5a에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 전면에 전면전극물질(110a)을 증착한다(S110). 여기서, 전면전극물질(110a)은 MOCVD 공정, PECVD 공정, 스퍼터링 공정, e빔(e-beam) 공정, 또는 열적(thermal) 공정 등에 의해 형성될 수 있다. 이때, 전면전극물질(110a)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질을 이용하여 형성하거나, ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질을 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 전면전극물질(110a)에는 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 요철구조를 가지도록 형성될 수 있다.
다음, 도 5b에 도시된 바와 같이, 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 공정을 통해 전면전극물질(110a)의 소정영역을 패터닝하여 제 1 분리부(115)를 형성함으로써 제 1 분리부(115)에 의해 일정한 간격으로 이격되는 전면전극(110)을 형성한다(S120).
다음, 전면전극(110)이 형성된 기판(100)을 세정한 후, 건조한다(S130).
다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 전면전극(110)을 포함하는 기판(100)의 전면에 반도체 물질(120a)을 증착한다(S140). 여기서, 반도체 물질(120a)은 실리콘계 반도체 물질을 이용한 PECVD 공정에 의해 형성될 수 있다. 이러한, 반도체 물질(120a)은 P형 반도체 물질, I형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질이 순서대로 적층된 PIN구조를 가지도록 형성된다. 이렇게, 반도체 물질(120a)이 PIN구조로 형성될 경우에는 전면전극(110) 상부에 P형 반도체 물질을 형성하고 이어서 I형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질을 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 5d에 도시된 바와 같이, 반도체 물질(120a)을 포함하는 기판(100)의 전면에 버퍼물질(130a)을 증착한다(S150). 여기서, 버퍼물질(130a)은 ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질을 이용한 MOCVD 공정에 의해 형성될 수 있다. 이러한, 버퍼물질(130a)은 생략될 수 있다.
다음, 도 5e에 도시된 바와 같이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(110)의 일부가 노출되도록 버퍼물질(130a) 및 반도체 물질(120a)의 소정영역을 패터닝하여 콘택부(135)를 형성함으로써 콘택부(135)에 의해 일정한 간격으로 분리된 버퍼층(130) 및 반도체층(120)을 형성한다(S160). 이때, 콘택부(135)는 제 1 분리부(115)와 일정 간격 이격되도록 전면전극(110) 상에 형성된다.
다음, 도 5f에 도시된 바와 같이, 버퍼층(130)을 포함하는 기판(100)의 전면에 후면전극물질(140a)을 증착한다(S170). 여기서, 후면전극물질(140a)은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속물질이거나, ITO, FTO, ZnO, ZnO:B, ZnO:Al, Ag, SnO2, SnO2:F, ZnO:Ga2O3, ZnO:Al2O3, SnO2:Sb2O3 등과 같은 투명한 도전물질을 이용한 MOCVD 공정, PECVD 공정, 스퍼터링 공정 등에 의해 형성될 수 있다.
다음, 도 5g에 도시된 바와 같이, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(110)의 일부가 노출되도록 후면전극물질(140a)과 버퍼층(130) 및 반도체층(120)의 소정영역을 패터닝하여 제 2 분리부(145)를 형성함으로써 제 2 분리부(145)에 의해 일정한 간격으로 분리되는 후면전극(140)을 형성한다(S180). 이때, 제 2 분리부(145)는 콘택부(135)와 일정 간격으로 이격되도록 전면전극(110) 상에 형성됨으로써 각 태양전지 셀을 분리한다. 이러한, 각 태양전지 셀은 콘택부(135)를 통해 전기적으로 직렬 접속된다.
한편, 제 2 분리부(145)를 형성한 후, 기판(100)의 에지 부분이 노출되도록 후면전극(140), 버퍼층(130), 반도체층(120), 및 전면전극(110)을 일괄적으로 패터닝하여 제 3 분리부(155; 도 1 참조)를 더 형성할 수 있다. 이때, 제 3 분리부(155)는 기판의 에지 부분과 태양전지 셀을 분리하는 역할을 한다.
다음, 도 5h에 도시된 바와 같이, 레이저를 이용한 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정을 통해 기판(100)의 에지 부분에 형성된 후면전극(140), 버퍼층(130), 반도체층(120), 및 전면전극(110)을 일괄적으로 제거한다(S190). 이때, 기판(100)에 제 3 분리부가 형성된 경우 에지 아이솔레이션 공정은 제 3 분리부의 외곽 부분을 제거하게 된다. 이러한, 에지 아이솔레이션 공정은 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지간의 전기적인 접속(쇼트)를 방지하기 위함이다.
다음, 도 5i에 도시된 바와 같이, 제 1 분리부(115)와 나란하도록 기판(100)의 양측 가장자리에 형성된 후면전극(140) 상에 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각을 배치한 후, 레이저 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각을 후면전극(140)에 전기적으로 접합한다(S200). 여기서, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각은 Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 또는 Ag+Sn+Cu 등과 같이 전도성이 우수하고 용융점이 낮은 금속물질로 이루어진다. 예를 들어, 제 1 버스 라인(200a)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 구리(Cu) 재질의 금속물질(202)과 산화방지를 위해 금속재질(202)에 코팅된 은(Ag)과 주석(Sn)의 합금(AgSn) 재질의 코팅물질(204)을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)은 조사 되는 레이저에 의해 용융되어 화학적으로 결합되는 포인트 접점(250)에 의해 서로 전기적으로 접합된다. 예를 들어, Al 재질로 이루어진 후면전극(140)과 CuAgSn 재질로 이루어진 제 1 버스 라인(200a)의 접합에 있어서, 포인트 접점(250)은 제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140) 중 적어도 하나에 조사되는 레이저 초점의 온도에 의해 제 1 버스 라인(200a)과 후면전극(140)이 용융되면서 화학적으로 결합되는 CuAgSnAl 합금 재질로 이루어질 수 있다. 이와 같은, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b)의 부착 공정에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
다음, 도 5j에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 사이의 후면전극(140) 상에 절연부재(400)를 배치한다.
다음, 도 5k에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 일측을 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각에 배치한 후, 레이저 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 일측을 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각에 전기적으로 접합한다(S210). 여기서, 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각은 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b)을 후면전극(140)에 접합하는 상술한 레이저 공정을 통해 접합될 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 타측은 절연부재(400) 상에 중첩되도록 배치될 수 있다.
다음, 라미네이션(Lamination) 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)를 포함하는 기판(100)에 배면 커버를 부착한다(S220). 여기서, 배면 커버는 태양전지가 설치되는 장소에 따라 백 시트 또는 백 글라스가 될 수 있다. 여기서, 백 시트는 화이트 색상을 가지는 것으로, 태양전지가 건물의 지붕 등에 별도의 태 양광 집광시설로 사용될 경우에 사용되며, 백 글라스는 가시권 확보를 위해서 건물 외장재로 사용될 경우에 사용될 수 있다.
다음, 배면 커버의 부착시 발생되는 오염물질을 제거하는 트리밍(Trimming) 공정을 수행한다(S230).
다음, 태양전지에서 발생되는 전력을 외부 회로로 출력하기 위한 한 쌍의 출력 단자를 포함하는 단자 박스를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 대응되는 배면 커버에 배치한 후, 솔더링 방법을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각과 한 쌍의 출력 단자 각각을 전기적으로 접속시킨다(S240). 한편, 상술한 S220 단계 및 S240 단계에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
다음, 단자 박스의 내부에 마련된 한 쌍의 출력 단자들간의 전기적인 접속(쇼트)을 방지하기 위해 단자 박스의 내부에 밀봉재를 주입하는 포팅(Potting) 공정을 수행한다(S250).
다음, 구조물을 기판(110)의 테두리 부분에 설치하여 기판(110)의 테두리 부분을 실링함으로써 태양전지를 완성한다(S260).
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법은 레이저 공정을 이용하여 별도의 접합제를 사용하지 않고 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)을 화학적으로 접합시킴으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)의 접합 계면에 발생되는 저항 손실을 최소화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 버스 라인의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 버스 라인의 부착 공정은 후면전극(140) 상에 버스 라인(200a, 200b)을 배치한 후, 기판(100)을 일방향으로 이송시키면서 기판(100)의 하부에 정렬되어 배치된 레이저 조사장치(700)로부터 발생되는 800 ~ 1100 nm 범위의 파장을 가지는 레이저(710)를 후면전극(140)과 버스 라인(200a, 200b)의 계면에 조사함으로써 버스 라인(200a, 200b)과 후면전극(140)을 포인트 접합한다. 이때, 버스 라인(200a, 200b)과 후면전극(140)은 조사되는 레이저(710)에 의해 용융되어 화학적으로 결합되는 포인트 접점(250)에 의해 서로 전기적으로 접합된다. 한편, 버스 라인의 부착 공정에서는 기판(100)을 일방향으로 이송시켰으나, 이에 한정되지 않고, 기판(100) 및 레이저 조사장치(700) 중 적어도 하나를 이송시킬 수 있다.
한편, 버스 라인의 부착 공정에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 상부에 정렬되도록 배치된 레이저 조사장치(700)로부터 발생되는 레이저(710)를 이용하여 후면전극(140)과 버스 라인(200a, 200b)을 포인트 접합할 수도 있다.
다른 한편, 버스 라인의 부착 공정에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 상부 및 하부 각각에 정렬되도록 배치된 제 1 및 제 2 레이저 조사장치(700a, 700b) 각각으로부터 발생되는 레이저(710)를 이용하여 후면전극(140)과 버스 라인(200a, 200b)을 포인트 접합할 수도 있다.
다른 한편, 버스 라인의 부착 공정에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 조사장치(700)를 기판(100)의 상부 및 하부 각각에 일정한 간격을 가지도록 복수로 배치함과 아울러 기판(100) 및 레이저 조사장치(700) 중 적어도 하나를 이송시키면서 후면전극(140)과 버스 라인(200a, 200b)을 포인트 접합함으로써 버스 라인의 부착 공정의 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 백 시트로 이루어진 배면 커버 및 단자 박스의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 백 시트로 이루어진 배면 커버(500)를 기판(100)에 부착하는 라미네이션 공정에서는 접착 시트(550)를 이용한 열 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)를 포함하는 기판(100)의 배면에 배면 커버(500)를 부착한다. 이때, 접착 시트(550)는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 시트가 될 수 있다.
또한, 배면 커버(500)에는 단자 박스(600)에 포함된 한 쌍의 출력 단자(610)를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 접속시키기 위한 한 쌍의 홀(502)이 형성된다.
한편, 단자 박스(600)에 포함된 한 쌍의 출력 단자(610)를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 접속시키는 공정은 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 타측에 대응되도록 배면 커버(500) 상에 단자 박스(600)를 위치시킨 후, 단자 박스(600) 내부의 한 쌍의 출력 단자(610)를 배면 커버(500)에 형성된 한 쌍의 홀(502) 각각에 통과시켜 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 물리적으로 1 차 접속시킨다. 그런 다음, 솔더링 방법을 이용하여 1차적으로 접속된 한 쌍의 출력 단자(610) 각각과 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각을 전기적으로 접속시킨다. 따라서, 태양전지에서 발생되는 전력은 각 버스 라인(200a, 200b)과 각 버스 바(300a, 300b) 및 출력 단자(610)를 통해 외부로 출력된다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 백 글라스로 이루어진 배면 커버 및 단자 박스의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 백 글라스로 이루어진 배면 커버가 부착된 기판(100)은 가시권 확보를 위해서 건물 외장재로 사용되기 때문에 각 버스 바(300a, 300b) 및 단자 박스(600)를 기판(100)의 배면에 배치할 수 없게 된다. 이에 따라, 태양전기가 건물 외장재로 사용될 경우에 각 버스 바(300a, 300b) 및 단자 박스(600)를 기판(100)의 측면에 배치하게 된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 각 버스 라인(200a, 200b)은 기판(100)의 측면으로 절곡되어 연장되고, 각 버스 바(300a, 300b)는 기판(100)의 측면으로 연장된 각 버스 라인(200a, 200b)에 접속되어 기판(100)의 측면에 배치된다. 이때, 기판(100)의 측면과 각 버스 바(300a, 300b) 사이에는 절연부재(400)가 배치될 수 있다.
한편, 백 글라스로 이루어진 배면 커버(500)를 기판(100)에 부착하는 라미네이션 공정에서는 접착 시트(550)를 이용한 열 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b)을 포함하는 기판(100)의 배면에 배면 커버(500)를 부착한다. 이 때, 접착 시트(550)는 EVA 시트가 될 수 있다.
다른 한편, 단자 박스(600)에 포함된 한 쌍의 출력 단자(610)를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 접속시키는 공정은 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 타측에 대응되도록 기판(100)의 측면에 단자 박스(600)를 위치시킨 후, 단자 박스(600) 내부의 한 쌍의 출력 단자(610)를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 물리적으로 1차 접속시킨다. 그런 다음, 솔더링 방법을 이용하여 1차적으로 접속된 한 쌍의 출력 단자(610) 각각과 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각을 전기적으로 접속시킨다. 따라서, 태양전지에서 발생되는 전력은 각 버스 라인(200a, 200b)과 각 버스 바(300a, 300b) 및 출력 단자(610)를 통해 외부로 출력된다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 도 2와 결부하면, 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템은 기판(100) 상에 전면전극(110), 반도체층(120), 버퍼층(130), 후면전극(140)을 포함하는 태양전지 셀을 형성하기 위한 태양전지 셀 형성부(800); 레이저 공정을 통해 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극(140)에 버스 라인(200a, 200b)을 접합하는 버스 라인 접합부(900); 버스 라인(200a, 200b)에 일측이 버스 바(300a, 300b)를 접합하는 버스 바 접합부(1000); 및 태양전지 셀 형성부(800)와 버스 라인 접합부(900) 및 버스 바 접합부(1000) 각각이 인-라인 형태로 배치되는 기판 이송 라인(1100)을 포함하여 구성된다.
기판 이송 라인(1100)은 태양전지 셀의 제조 공정 사이마다 설치되어 기판을 이송한다. 이때, 기판 이송 라인(1100)은 컨베이어 장치가 될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 태양전지 셀 형성부(800)는 기판 로딩부(802); 제 1 세정/건조부(804); 전면전극 형성부(806); 제 1 레이저 패터닝부(808); 제 2 세정/건조부(810); 반도체층 형성부(812); 버퍼층 형성부(814); 제 2 레이저 패터닝부(816); 후면전극 형성부(818); 제 3 레이저 패터닝부(820); 제 4 레이저 패터닝부(822); 및 에지 아이솔레이션부(824)를 포함하여 구성될 수 있다.
기판 로딩부(802)는 외부로부터의 기판(100)을 기판 이송 라인(1100)으로 공급한다.
제 1 세정/건조부(804)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)에 잔존하는 오염물질을 세정하고 건조한다. 이때, 제 1 세정/건조부(804)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송 중인 기판(100)에 대하여 세정 및 건조를 수행할 수 있다.
전면전극 형성부(806)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)의 전면에 전면전극(110)을 형성한다. 이를 위해, 전면전극 형성부(806)는 제 1 기판 반송부(842); 및 전면전극 형성 장비(844)를 포함하여 구성된다.
제 1 기판 반송부(842)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)을 전면전극 형성 장비(844)로 반송한다.
전면전극 형성 장비(844)는 제 1 기판 반송부(842)로부터 반송되는 기판(100) 상에 전면전극을 형성하기 위한 장비로서, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장비, PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비, 스퍼터링(Sputtering) 장비, e빔(e-beam) 증발기(Evaporator) 또는 열적(thermal) 증발기(Evaporator) 등이 될 수 있다. 한편, 전면전극(110)의 표면을 요철구조로 형성하기 위해서, 전면전극 형성 장비(844)에 텍스처링(Texturing) 장비가 추가로 포함될 수도 있다.
제 1 레이저 패터닝부(808)는 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 장비를 이용하여 전면전극(110)의 소정영역을 패터닝하여 제 1 분리부(115)를 형성함으로써 제 1 분리부(115)에 의해 일정한 간격으로 이격되는 전면전극(110)을 형성한다.
제 2 세정/건조부(810)는 전면전극(110)이 패터닝된 기판(100)에 잔존하는 오염물질을 세정하고 건조한다. 이때, 제 2 세정/건조부(810)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송 중인 기판(100)에 대하여 세정 및 건조를 수행할 수 있다.
반도체층 형성부(812)는 전면전극(110)을 포함하는 기판(100) 전면에 반도체층(120)을 형성한다. 이때, 반도체층(120)은 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조를 가지도록 형성된다. 이를 위해, 반도체층 형성부(812)는 P형 반도체층 형성부(850); I형 반도체층 형성부(860); 및 N형 반도체층 형성부(870)를 포함하여 구성될 수 있다.
P형 반도체층 형성부(850)는 제 2 기판 반송부(852); 및 P형 반도체층 형성 장비(854)를 포함하여 구성된다.
제 2 기판 반송부(852)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)을 P형 반도체층 형성 장비(854)로 반송한다.
P형 반도체층 형성 장비(854)는 제 2 기판 반송부(852)로부터 반송되는 기판(100)의 전면에 P형 반도체층을 형성하기 위한 장비로서, PECVD 장비, HWCVD(Hot-Wire Chemical Vapor Deposition) 장비, 또는 스퍼터링 장비 등이 될 수 있다.
I형 반도체층 형성부(860)는 제 3 기판 반송부(862); 및 I형 반도체층 형성 장비(864)를 포함하여 구성된다.
제 3 기판 반송부(862)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)을 I형 반도체층 형성 장비(864)로 반송한다.
I형 반도체층 형성 장비(864)는 제 3 기판 반송부(862)로부터 반송되는 기판(100)의 P형 반도체층 상에 I형 반도체층을 형성하기 위한 장비로서, PECVD 장비, HWCVD 장비, 또는 스퍼터링 장비 등이 될 수 있다.
N형 반도체층 형성부(870)는 제 4 기판 반송부(872); 및 N형 반도체층 형성 장비(874)를 포함하여 구성된다.
제 4 기판 반송부(872)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)을 N형 반도체층 형성 장비(874)로 반송한다.
N형 반도체층 형성 장비(874)는 제 4 기판 반송부(872)로부터 반송되는 기판(100)의 I형 반도체층 상에 N형 반도체층을 형성하기 위한 장비로서, PECVD 장비, HWCVD 장비, 또는 스퍼터링 장비 등이 될 수 있다.
버퍼층 형성부(814)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)의 반도체층(120) 상에 버퍼층(130)을 형성한다. 이를 위해, 버퍼층 형성부(814)는 제 5 기판 반송부(882); 및 버퍼층 형성 장비(884)를 포함하여 구성된다.
제 5 기판 반송부(882)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)을 버퍼층 형성 장비(884)로 반송한다.
버퍼층 형성 장비(884)는 제 5 기판 반송부(882)에 의해 반송되는 기판(100)의 반도체층(120) 상에 버퍼층(130)을 형성하기 위한 장비로서, MOCVD 장비, PECVD 장비, 스퍼터링 장비, e빔 증발기 또는 열적 증발기 등이 될 수 있다.
제 2 레이저 패터닝부(816)는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(110)의 일부가 노출되도록 버퍼층(130) 및 반도체층(120)의 소정영역을 패터닝하여 콘택부(135)를 형성한다. 이때, 콘택부(135)는 제 1 분리부(115)와 일정 간격 이격되도록 전면전극(110) 상에 형성된다.
후면전극 형성부(818)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)의 전면에 후면전극(140)을 형성한다. 이를 위해, 후면전극 형성부(818)는 제 6 기판 반송부(892); 및 후면전극 형성 장비(894)를 포함하여 구성된다.
제 6 기판 반송부(892)는 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)을 후면전극 형성 장비(894)로 반송한다.
후면전극 형성 장비(894)는 제 6 기판 반송부(892)에 의해 반송되는 기판(100)의 전면에 후면전극(140)을 형성하기 위한 장비로서, MOCVD 장비, PECVD 장비, 또는 스퍼터링 장비 등이 될 수 있다.
제 3 레이저 패터닝부(820)는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(110)의 일부가 노출되도록 후면전극(140)과 버퍼층(130) 및 반도체층(120)의 소정영역 을 패터닝하여 제 2 분리부(145)를 형성함으로써 제 2 분리부(145)에 의해 일정한 간격으로 분리되는 후면전극(140)을 형성한다. 이때, 제 2 분리부(145)는 콘택부(135)와 일정 간격으로 이격되도록 전면전극(110) 상에 형성됨으로써 각 태양전지 셀을 분리한다. 이러한, 각 태양전지 셀은 콘택부(135)를 포함하도록 형성된 후면전극(140)에 의해 전기적으로 직렬 접속된다.
제 4 레이저 패터닝부(822)는 레이저 스크라이빙 공정을 이용하여 기판(100)의 에지 부분을 따라 기판(100)의 소정 부분이 노출되도록 후면전극(140), 버퍼층(130), 반도체층(120), 및 전면전극(110)을 일괄적으로 패터닝하여 제 3 분리부(미도시)를 형성한다.
에지 아이솔레이션부(824)는 레이저를 이용한 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정을 통해 기판(100)의 에지 부분에 형성된 후면전극(140), 버퍼층(130), 반도체층(120), 및 전면전극(110)을 일괄적으로 제거한다. 이때, 기판(100)에 제 3 분리부가 형성된 경우 에지 아이솔레이션 공정은 제 3 분리부의 외곽 부분을 제거하게 된다. 이러한, 에지 아이솔레이션 공정은 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지간의 전기적인 접속(쇼트)를 방지하기 위함이다.
버스 라인 접합부(900)는 도 6 내지 도 9 중 어느 하나에 도시된 바와 같이 기판(100)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 레이저 조사장치(700)를 통해 후면전극(140) 및 버스 라인(200a, 200b) 중 적어도 하나에 일정한 간격으로 800 ~ 1100 nm 범위의 파장을 가지는 레이저(710)를 조사하여 후면전 극(140) 및 버스 라인(200a, 200b) 중 적어도 하나를 용융시켜 후면전극(140)과 버스 라인(200a, 200b)을 화학적으로 접합한다.
버스 바 접합부(1000)는 버스 라인 접합부(900)와 동일한 방식을 이용하여 버스 라인(200a, 200b)과 버스 바(300a, 300b)를 접합한다. 즉, 버스 바 접합부(1000)는 기판(100)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 레이저 조사장치를 통해 버스 라인(200a, 200b) 및 버스 바(300a, 300b) 중 적어도 하나에 레이저를 조사하여 버스 라인(200a, 200b) 및 버스 바(300a, 300b) 중 적어도 하나를 용융시켜 버스 라인(200a, 200b)과 버스 바(300a, 300b)를 화학적으로 접합한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템은 기판 이송 라인(1100) 상에 인-라인 형태로 배치되는 배면 커버 부착부(826); 트리밍부(828); 단자 박스 배치부(830); 단자 박스 접속부(832); 포팅부(834); 기판 테두리 실링부(836); 기판 언로딩부(838)를 더 포함하여 구성된다.
배면 커버 부착부(826)는, 도 10 또는 도 11에 도시된 바와 같이, 접착 시트(550)를 이용한 라미네이션(Lamination) 공정을 통해 기판 이송 라인(1100)에 의해 이송되는 기판(100)의 배면에 배면 커버(500)를 부착한다. 여기서, 배면 커버(500)는 태양전지의 설치 장소에 따라 백 시트 또는 백 글라스가 선택될 수 있다.
트리밍부(828)는 배면 커버(500)의 부착시 발생되는 오염물질을 제거하는 트리밍(Trimming) 공정을 수행한다.
단자 박스 배치부(830)는 태양전지에서 발생되는 전력을 외부 회로로 출력하기 위한 한 쌍의 출력 단자를 포함하는 단자 박스(600)를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 대응되는 배면 커버(500)에 배치하여 1차적으로 고정한다.
단자 박스 접속부(832)는 단자 박스 배치부(830)에 의해 1차적으로 공정된 단자 박스(600)의 출력 단자 각각을 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 솔더링하여 전기적으로 접속시킨다.
포팅부(834)는 단자 박스(600)의 내부에 마련된 한 쌍의 출력 단자들간의 전기적인 접속(쇼트)을 방지하기 위해 단자 박스(600)의 내부에 밀봉재를 주입하는 포팅(Potting) 공정을 수행한다.
기판 테두리 실링부(836)는 기판(110)의 테두리 부분에 구조물을 설치하여 기판(110)의 테두리 부분을 실링함으로써 태양전지를 완성한다.
기판 언로딩부(838)는 완성된 태양전지 기판(100)을 외부로 언로딩한다.
본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템은 태양전지의 제조 장비들을 인-라인 형태로 배치함과 아울러 레이저 공정을 이용하여 별도의 접합제를 사용하지 않고 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)을 화학적으로 접합시킴으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)의 접합 계면에 발생되는 저항 손실을 최소화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지는 광흡수율을 높여 효율을 크게 향상시킬 수 있는 탠덤(Tandem) 구조를 가지도록 구성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지는 기판(2100); 전면전극(2110); 제 1 분리부(2115); 제 1 반도체층(2112); 버퍼층(2114); 제 2 반도체층(2116); 반사층(2118); 콘택부(2135); 후면전극(2120); 제 2 분리부(2145); 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b); 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)를 포함하여 구성된다.
전면전극(2110)은 기판(2100) 상에 소정의 간격으로 형성되는 제 1 분리부(2115)에 의해 이격되도록 형성된다. 이러한, 전면전극(2110)의 재질, 구조 및 형성방법에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 1 분리부(2115)는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 형성되어 전면전극(2110)을 소정의 간격으로 분리한다.
제 1 반도체층(2112)은 제 1 분리부(2115)에 인접하도록 형성되는 콘택부(2135)에 의해 분리되도록 각 전면전극(2110)과 제 1 분리부(2115) 상에 형성된다. 이러한, 제 1 반도체층(2112)은 실리콘계 반도체 물질으로써, 비정질 실리콘의 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다.
버퍼층(2114)은 제 1 반도체층(2112) 상에 형성된다. 이러한, 버퍼층(2114)의 재질, 구조 및 형성방법에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 2 반도체층(2116)은 버퍼층(2114) 상에 형성되는 것으로, 미세결정질 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H)의 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성된다.
반사층(2118)은 제 2 반도체층(2116) 상에 형성되어 입사되는 광을 제 1 및 제 2 반도체층(2112, 2116) 쪽으로 반사시킨다.
콘택부(2135)는 각 제 1 분리부(2115)에 일정 간격 이격되도록 전면전극(2110) 상의 제 1 반도체층(2112), 버퍼층(2114), 제 2 반도체층(2116), 및 반사층(2118)의 소정영역이 제거되어 형성된다.
후면전극(2120)은 콘택부(2135)에 인접하도록 형성되는 제 2 분리부(2145)에 의해 분리되도록 반사층(2118) 상에 형성되어 콘택부(2135)를 통해 전면전극(2110)에 전기적으로 접속됨으로써 인접한 태양전지 셀들을 직렬로 접속시킨다. 이러한, 후면전극(2120)의 재질, 구조 및 형성방법에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각은 상술한 바와 같이 레이저 공정을 통해 후면전극(2120)에 화학적으로 접합되므로, 이들의 재질, 구조 및 접합방법에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각은 상술한 바와 같이 레이저 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각에 화학적으로 접합되므로, 이들의 재질, 구조 및 접합방법에 대한 상세한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조의 박막형 태양전지는 레이 저 공정을 이용하여 별도의 접합제를 사용하지 않고 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)을 화학적으로 접합시킴으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)의 접합 계면에 발생되는 저항 손실을 최소화하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조의 박막형 태양전지는 제 1 및 제 2 반도체층(2112, 2116)을 통해 광흡수율을 증가시켜 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 14를 도 13과 결부하여 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지는 싱글 구조의 태양전지 셀을 직렬 연결한 구조를 가지기 때문에 싱글 구조의 태양전지 셀의 제조방법과 유사하기 때문에 이하의 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조방법에 대한 설명에서는 개략적인 설명만을 하기로 한다.
먼저, 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지를 제조하기 위한 기판을 세정한 후, 건조한다(S500).
다음, 기판(100)의 전면에 전면전극물질을 증착한다(S510).
다음, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극물질의 소정영역을 패터닝하여 제 1 분리부(2115)를 형성함으로써 제 1 분리부(2115)에 의해 일정한 간격으로 이격되는 전면전극(2110)을 형성한다(S520).
다음, 전면전극(2110)이 형성된 기판(2100)을 세정한 후, 건조한다(S530).
다음, 전면전극(2110)을 포함하는 기판(2100)의 전면에 비정질 실리콘의 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조를 가지는 제 1 반도체층(2112)을 증착한다(S540).
다음, 제 1 반도체층(21120)을 포함하는 기판(2100)의 전면에 버퍼층(2114)을 증착한다(S550).
다음, 버퍼층(2114) 상에 미세결정질 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H)의 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조를 가지는 제 2 반도체층(2116)을 증착한다(S560).
다음, 제 2 반도체층(2116) 상에 반사층(2118)을 증착한다(S570).
다음, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(110)의 일부가 노출되도록 반사층(2118), 제 2 반도체층(2116), 버퍼층(2114), 및 제 1 반도체층(2112)의 소정영역을 패터닝하여 콘택부(2135)를 형성한다(S580).
다음, 반사층(2118)을 포함하는 기판(2100)의 전면에 후면전극물질을 증착한다(S590).
다음, 레이저 스크라이빙 공정을 통해 전면전극(110)의 일부가 노출되도록 후면전극물질, 반사층(2118), 제 2 반도체층(2116), 버퍼층(2114), 및 제 1 반도체층(2112)의 소정영역을 패터닝하여 제 2 분리부(2145)를 형성함으로써 제 2 분리부(2145)에 의해 일정한 간격으로 분리되는 후면전극(2120)을 형성한다(S600). 이때, 제 2 분리부(2145)는 콘택부(2135)와 일정 간격으로 이격되도록 전면전 극(2110) 상에 형성됨으로써 각 태양전지 셀을 분리한다. 이러한, 각 태양전지 셀은 콘택부(2135)를 통해 전기적으로 직렬 접속된다.
한편, 제 2 분리부(2145)를 형성한 후, 기판(2100)의 에지 부분의 소정 영역이 노출되도록 에지 부분의 소정 영역에 형성된 박막을 일괄적으로 패터닝하여 제 3 분리부(155; 도 1 참조)를 더 형성할 수 있다. 이때, 제 3 분리부(155)는 기판의 에지 부분과 태양전지 셀을 분리하는 역할을 한다.
다음, 레이저를 이용한 에지 아이솔레이션(Edge Isolation) 공정을 통해 기판(100)의 에지 부분에 형성된 박막을 일괄적으로 제거한다(S610). 이때, 기판(100)에 제 3 분리부가 형성된 경우 에지 아이솔레이션 공정은 제 3 분리부의 외곽 부분을 제거하게 된다. 이러한, 에지 아이솔레이션 공정은 완성된 박막 태양전지를 모듈화하는 공정에서 소정의 하우징을 태양전지에 연결하게 되는데 이때 상기 하우징과 박막 태양전지간의 전기적인 접속(쇼트)를 방지하기 위함이다.
다음, 제 1 분리부(2115)와 나란하도록 기판(2100)의 양측 가장자리에 형성된 후면전극(2120) 상에 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각을 배치한 후, 상술한 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같은 레이저 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각을 후면전극(140)에 전기적으로 접합한다(S620).
다음, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 사이의 후면전극(2120) 상에 절연부재(400)를 배치한다.
다음, 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 일측을 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각에 배치한 후, 레이저 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각의 일측을 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각에 전기적으로 접합한다(S630).
다음, 도 10 또는 도 11에 도시된 바와 같은 라미네이션(Lamination) 공정을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b)를 포함하는 기판(100)에 배면 커버를 부착한다(S640). 여기서, 배면 커버는 태양전지가 설치되는 장소에 따라 백 시트 또는 백 글라스가 될 수 있다. 여기서, 백 시트는 화이트 색상을 가지는 것으로, 태양전지가 건물의 지붕 등에 별도의 태양광 집광시설로 사용될 경우에 사용되며, 백 글라스는 가시권 확보를 위해서 건물 외장재로 사용될 경우에 사용될 수 있다.
다음, 배면 커버의 부착시 발생되는 오염물질을 제거하는 트리밍(Trimming) 공정을 수행한다(S650).
다음, 태양전지에서 발생되는 전력을 외부 회로로 출력하기 위한 한 쌍의 출력 단자를 포함하는 단자 박스를 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각에 대응되는 배면 커버에 배치한 후, 솔더링 방법을 통해 제 1 및 제 2 버스 바(300a, 300b) 각각과 한 쌍의 출력 단자 각각을 전기적으로 접속시킨다(S660).
다음, 단자 박스의 내부에 마련된 한 쌍의 출력 단자들간의 전기적인 접속(쇼트)을 방지하기 위해 단자 박스의 내부에 밀봉재를 주입하는 포팅(Potting) 공정을 수행한다(S670).
다음, 구조물을 기판(110)의 테두리 부분에 설치하여 기판(110)의 테두리 부분을 실링함으로써 태양전지를 완성한다(S680).
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 도 13과 결부하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템은 기판(2100) 상에 전면전극(2110), 제 1 및 제 2 반도체층(2112, 2116), 버퍼층(2114), 반사층(2118); 및 후면전극(2120)을 포함하는 탠덤 구조의 태양전지 셀을 형성하기 위한 탠덤 구조의 태양전지 셀 형성부(800); 레이저 공정을 통해 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극(140)에 버스 라인(200a, 200b)을 접합하는 버스 라인 접합부(900); 버스 라인(200a, 200b)에 일측이 버스 바(300a, 300b)를 접합하는 버스 바 접합부(1000); 및 태양전지 셀 형성부(800)와 버스 라인 접합부(900) 및 버스 바 접합부(1000) 각각이 인-라인 형태로 배치되는 기판 이송 라인(1100)을 포함하여 구성된다.
탠덤 구조의 태양전지 셀 형성부(800)는 기판 로딩부(802); 제 1 세정/건조부(804); 전면전극 형성부(806); 제 1 레이저 패터닝부(808); 제 2 세정/건조부(810); 제 1 반도체층 형성부(812); 버퍼층 형성부(814); 제 2 반도체층 형성부(813); 반사층 형성부(814); 제 2 레이저 패터닝부(816); 후면전극 형성부(818); 제 3 레이저 패터닝부(820); 제 4 레이저 패터닝부(822); 및 에지 아이솔레이션부(824)를 포함하여 구성될 수 있다.
전면전극 형성부(806)는 도 12를 참조하여 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 전면전극 형성부(806)와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 1 반도체층 형성부(812)는 전면전극(2110)을 포함하는 기판(2100) 전면에 비정질 실리콘의 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조의 제 1 반도체층(2112)을 형성한다. 이를 위해, 제 1 반도체층 형성부(812)는 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)와 동일하게 P형 반도체층 형성부(850); I형 반도체층 형성부(860); 및 N형 반도체층 형성부(870)를 포함하여 구성되므로 이들에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
버퍼층 형성부(814)는 제 1 반도체층(2112) 상에 버퍼층(2114)을 형성하는 것으로, 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 버퍼층 형성부(814)와 동일하게 구성되므로 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 2 반도체층 형성부(813)는 버퍼층(2114)이 형성된 기판(2100) 전면에 미세결정질 실리콘(μc-Si:H 또는 nc-Si:H)의 P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조의 제 2 반도체층(2116)을 형성한다. 이를 위해, 제 2 반도체층 형성부(813)는 제 1 반도체층 형성부(812)와 동일하게 P형 반도체층 형성부(850); I형 반도체층 형성부(860); 및 N형 반도체층 형성부(870)를 포함하여 구성되므로 이들에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
반사층 형성부(815)은 제 2 반도체층(2116) 상에 반사층(2118)을 형성하는 것으로, 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 버퍼층 형성부(814)와 동일하게 구성되므로 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 2 레이저 패터닝부(816)는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상술한 콘택부(2135)를 형성하는 것으로, 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 제 2 레이저 패터닝부(816)와 동일하게 구성되므로 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
후면전극 형성부(818)는 콘택부(2135)를 포함하도록 반사층(2118) 상에 후면전극(2120)을 형성하는 것으로, 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 후면전극 형성부(818)와 동일하게 구성되므로 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 3 레이저 패터닝부(820)는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 상술한 제 2 분리부(2145)를 형성하는 것으로, 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 제 3 레이저 패터닝부(820)와 동일하게 구성되므로 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
제 4 레이저 패터닝부(822)는 레이저 스크라이빙 공정을 통해 기판(2100)의 에지 부분을 따라 기판(2100)의 소정 부분이 노출되도록 후면전극(2120), 반사층(2118), 제 2 반도체층(2116), 버퍼층(2114), 제 1 반도체층(2112), 및 전면전극(2110)을 일괄적으로 패터닝하여 제 3 분리부(미도시)를 형성하는 것으로, 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)의 제 4 레이저 패터닝부(822)와 동일하게 구성되므로 이에 대한 설명은 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
에지 아이솔레이션부(824)는 레이저를 에지 아이솔레이션 공정을 통해 기판(100)의 에지 부분에 형성된 후면전극(2120), 반사층(2118), 제 2 반도체층(2116), 버퍼층(2114), 제 1 반도체층(2112), 및 전면전극(2110)을 일괄적으로 제거한다.
도 14에서, 버스 라인 접합부(900); 버스 바 접합부(1000); 기판 이송 라 인(1100) 각각은 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)와 동일한 구성을 가지므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템은 기판 이송 라인(1100)에 인-라인 형태로 배치되는 배면 커버 부착부(826); 트리밍부(828); 단자 박스 배치부(830); 단자 박스 접속부(832); 포팅부(834); 기판 테두리 실링부(836); 및 기판 언로딩부(838)를 더 포함하여 구성되며, 이들 역시 도 12를 참조하여 상술한 싱글 구조의 태양전지 셀 형성부(800)와 동일한 구성을 가지므로, 동일한 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법 및 제조 시스템은 태양전지의 제조 장비들을 인-라인 형태로 배치함과 아울러 레이저 공정을 이용하여 별도의 접합제를 사용하지 않고 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)을 화학적으로 접합시킴으로써 태양전지의 생산 단가를 줄이고, 제 1 및 제 2 버스 라인(200a, 200b) 각각과 후면전극(140)의 접합 계면에 발생되는 저항 손실을 최소화함과 아울러 광흡수율을 증가시켜 태양전지의 효율을 크게 향상시킬 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 의 미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 싱글 구조를 가지는 실시 예에 따른 박막형 태양전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A 선을 따라 절단하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 버스 바를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 싱글 구조를 가지는 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5k는 본 발명의 싱글 구조를 가지는 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 일 실시 예에 따른 버스 라인의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 다른 실시 예에 따른 버스 라인의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 또 다른 실시 예에 따른 버스 라인의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 또 다른 실시 예에 따른 버스 라인의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 백 시트로 이루어진 배면 커버 및 단자 박스의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 박막형 태양전지의 제조 방법에 있어서, 백 글라스로 이루어진 배면 커버 및 단자 박스의 부착 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 싱글 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 탠덤 구조를 가지는 박막형 태양전지의 제조 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 >
100: 기판 110: 전면전극
120: 반도체층 130: 버퍼층
140: 후면전극 200a, 200b: 버스 라인
250: 포인트 접점 300a, 300b: 버스 바
400: 절연부재 500: 배면 커버
550: 접착 시트 600: 단자 박스
Claims (15)
- 기판 상에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되는 전면전극을 형성하는 공정;상기 전면전극을 포함한 기판 전면에 반도체층을 형성하는 공정;상기 반도체층의 소정영역을 제거하여 콘택부 및 제 2 분리부를 형성하는 공정;상기 콘택부를 통해 상기 전면전극에 전기적으로 접속되도록 상기 반도체층 상에 후면전극을 형성하는 공정;상기 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극에 버스 라인을 배치하고, 레이저를 이용하여 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 후면전극과 상기 버스 라인을 화학적으로 접합하는 공정; 및상기 버스 라인에 버스 바를 접합하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 후면전극과 상기 버스 라인은 일정한 간격을 갖는 복수의 접점에 의해 서로 접합되고,상기 복수의 접점 각각은 상기 레이저에 의해 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나가 용융되어 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 버스 라인에 상기 버스 바를 접합하는 공정은,상기 레이저를 조사하는 적어도 하나의 레이저 조사장치를 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치하는 단계; 및상기 적어도 하나의 레이저 조사장치에서 발생되는 상기 레이저를 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나에 조사하여 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 버스 라인과 상기 버스 바의 일측을 화학적으로 접합하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 방법.
- 기판 상에 제 1 분리부를 사이에 두고 이격되도록 형성된 전면전극;상기 전면전극을 포함한 상기 기판 전면에 형성된 반도체층;상기 전면전극의 제 1 부분을 노출시키기 위해 상기 반도체층을 관통하여 형성된 콘택부;상기 반도체층 상에 형성됨과 아울러 상기 콘택부를 통해 상기 전면전극의 제 1 부분에 전기적으로 접속되도록 형성된 후면전극;상기 전면전극의 제 2 부분을 노출시키기 위해 상기 후면전극과 상기 반도체층을 관통하여 형성된 제 2 분리부;상기 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극에 접합된 버스 라인; 및상기 버스 라인에 일측이 접합된 버스 바를 포함하며,상기 후면전극과 상기 버스 라인은 레이저에 의해 용융되어 화학적으로 접합되되, 상기 후면전극과 상기 버스 라인 중 적어도 하나가 상기 레이저에 의해 용융되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 제 6 항에 있어서,상기 후면전극과 상기 버스 라인은 일정한 간격을 갖는 복수의 접점에 의해 화학적으로 접합되고,상기 복수의 접점 각각은 상기 레이저에 의해 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나가 용융되어 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 복수의 접점 각각은 상기 후면전극과 상기 버스 라인 각각의 재질이 화학적으로 혼합된 합금 재질인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 제 6 항에 있어서,상기 버스 라인과 상기 버스 바는 레이저에 의해 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나가 용융되어 형성되는 접점에 의해 화학적으로 접합되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지.
- 기판 상에 전면전극, 반도체층, 후면전극을 포함하는 태양전지 셀을 형성하기 위한 태양전지 셀 형성부;레이저 공정을 통해 상기 기판의 양 가장자리에 형성된 후면전극에 버스 라인을 접합하는 버스 라인 접합부;상기 버스 라인에 일측이 버스 바를 접합하는 버스 바 접합부; 및상기 태양전지 셀 형성부와 상기 버스 라인 접합부 및 상기 버스 바 접합부 각각이 인-라인 형태로 배치되는 기판 이송 라인을 포함하며,상기 버스 라인 접합부는 레이저를 이용하여 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 후면전극과 상기 버스 라인을 화학적으로 접합하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 시스템.
- 제 10 항에 있어서,상기 버스 라인 접합부는 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 레이저 조사장치를 포함하며,상기 적어도 하나의 레이저 조사장치는 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나에 레이저를 조사하여 상기 후면전극 및 상기 버스 라인 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 후면전극과 상기 버스 라인을 화학적으로 접합하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 시스템.
- 제 10 항에 있어서,상기 버스 바 접합부는 상기 기판의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치된 적어도 하나의 레이저 조사장치를 포함하며,상기 적어도 하나의 레이저 조사장치는 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나에 레이저를 조사하여 상기 버스 라인 및 상기 버스 바 중 적어도 하나를 용융시켜 상기 버스 라인과 상기 버스 바를 화학적으로 접합하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지의 제조 시스템.
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