KR101555081B1 - 비원형 태양 전지 기판용 에지 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

비원형 태양 전지 기판용 에지 코팅 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비원형 태양 전지 기판(371)의 에지에 코팅 재료를 도포하도록 구성된 에지 코팅 장치(300)에 관한 것이다. 기판(371)은 기판(371)을 유지하고 회전시키도록 구성된 척(303)의 형태인 회전가능 기판 지지부 상에 위치된다. 코팅 재료 분배기(308)는 홈(310) 형태의 리세스형 부분을 갖는 롤러(309) 형태의 애플리케이터를 포함한다. 에지 코팅 공정 동안 롤러(309)는 기판(371)의 에지가 홈(310) 내에 수용되도록 위치된다. 롤러(309)의 널링된 표면은 기판(371)의 에지를 접촉하여 코팅 재료를 기판(371)의 에지에 도포한다. 모터(307)는 에지 코팅을 위해 기판(371)을 회전시키도록 트랜스미션 벨트(306)와 샤프트(305-1, 305-2)에 의해 척(303)을 회전시킨다.

Description

비원형 태양 전지 기판용 에지 코팅 장치 및 방법{EDGE COATING APPARATUS AND METHODS FOR NON-CIRCULAR SOLAR CELL SUBSTRATES}
본 발명은 대체로 태양 전지에 관한 것이며, 특히 태양 전지 제조 공정 및 공구에 관한 것이지만 이에 한정되지 않는다.
태양 전지는 태양 복사를 전기 에너지로 전환시키는 장치로서 잘 알려져 있다. 이들은 반도체 공정 기술을 사용하여 반도체 웨이퍼 상에 제조될 수 있다. 태양 전지는 P타입 및 N타입 확산 영역을 포함한다. 태양 전지 상에 가해지는 태양 복사는 확산 영역으로 이동되는 전자와 정공을 생성하여 확산 영역들 사이에 차등 전압을 생성한다. 배면 접촉 태양 전지 내에서 확산 영역들 및 그들에 결합된 금속 접촉 핑거(contact finger) 모두는 태양 전지의 배면 상에 있다. 접촉 핑거는 외부 전기 회로가 태양 전지에 결합되고 태양 전지에 의해 동력을 공급받게 된다.
태양 전지 기판의 에지는 절연(electrical isolation)을 위해 그리고 기판 주연부 상의 금속의 증착 또는 성장을 방지하기 위해 유전체로 코팅될 수 있다. 본 발명은 대량 생산에 적합한 태양 전지 기판의 에지 코팅을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
에지 코팅 장치는 비원형 태양 전지 기판의 에지에 코팅 재료를 도포(apply)하도록 구성된다. 기판은 기판을 유지하고 회전시키도록 구성된 척(chuck)의 형태인 회전가능 기판 지지부 상에 위치된다. 코팅 재료 분배기는 홈 형태의 리세스형 부분을 갖는 롤러 형태의 애플리케이터(applicator)를 포함한다. 에지 코팅 공정 동안, 롤러는 기판의 에지가 홈 내에 수용되도록 위치된다. 롤러의 널링된 표면은 코팅 재료를 기판의 에지에 도포하기 위해 기판의 에지를 접촉한다. 모터는 에지 코팅을 위해 기판을 회전시키도록 트랜스미션 벨트와 샤프트에 의해 척을 회전시킨다.
본 발명의 이러한 특징과 다른 특징은 첨부하는 도면과 청구범위를 포함하는 본 명세서 전체를 읽음으로써 본 기술분야의 당업자에게 더욱 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 코팅 공구의 평면도 및 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 2a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에지 코팅 공구의 개략도를 도시한다.
도 2b는 도 2a의 에지 코팅 공구 내의 롤러의 홈 내에 수용된 비원형 기판을 도시한다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c를 포함하는 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 기판의 에지를 코팅하기 위한 에지 코팅 공구를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 재료 분배기의 측면도 및 측단면도를 도시한다.
도 5는 도 4a 및 도 4b의 코팅 재료 분배기의 분해도를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 재료 분배기를 위한 주 실린더의 작동 원리를 개략적으로 도시한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 에지 상에 도포된 코팅 재료의 코팅 폭 및 두께 균일성을 제어하기 위한 도 5의 코팅 재료 분배기의 특징부를 도시한다.
상이한 도면에서 사용된 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에는 본 발명의 실시예에 대한 충분한 이해를 제공하기 위해 장치, 구성요소, 및 방법의 예시와 같은 많은 특정 상세부가 제공된다. 그러나, 본 기술분야의 당업자는 본 발명이 하나 이상의 특정 상세부 없이 실시될 수 있다는 것을 알 것이다. 다른 경우에는 본 발명의 견지를 흐리는 것을 피하기 위해 공지의 상세부는 도시되지 않거나 설명되지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 코팅 공구(100)의 평면도와 측면도를 개략적으로 도시한다. 도 1a 및 도 1b의 예시에서, 에지 코팅 공구(100)는 회전가능 진공 척(102)에 의해 유지되는 비원형 태양 전지 기판(101)의 에지 상에 코팅 재료를 도포하기 위한 코팅 재료 분배기(110)를 포함하며, 상기 기판은 반도체 기판을 포함할 수 있다(도 1b 참조). 분배기(110)는 잉크 플런저(114)를 구비한 배럴(113)과 롤러(112)를 포함한다. 배럴(113)은 웨이퍼 에지 상에 압력을 계속 가할 수 있도록 스프링 하중식 받침점(spring loaded fulcrum: 111) 상에서 피벗된다. 생산 조작자는 기판(101)과의 강한 충돌을 피하기 위해 분배기(110)를 수동으로 안내하고, 잉크를 롤러(112)에 이송시키기 위해 플런저(114)를 수동으로 작동시키고, 롤러는 기판(101)의 에지를 코팅하도록 잉크를 도포한다. 기판(101)은 기판(101)의 주연부 에지 전체가 코팅 재료로 코팅되도록 척(102) 상에서 회전된다. 공구(100)는 만족스럽지만, 주로 수동 작동이고 코팅 재료를 기판 에지에 도포하는 데 있어서 부적합한 제어라는 것을 포함하는 몇몇 불리한 점을 갖는다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 기판의 에지를 코팅하기 위한 에지 코팅 공구(200)의 개략도를 도시한다. 도 2a의 예시에서, 에지 코팅 공구(200)는 롤러(309) 형태의 애플리케이터를 구비한 코팅 재료 분배기(308)를 포함한다. 도 2b의 롤러(309)의 측면도에 도시된 바와 같이 롤러(309)는 홈(310) 형태의 리세스형 부분을 갖는다. 또한, 도 2b는 에지 코팅 공정 동안 홈(310) 내에 수용된 비원형 기판(371)과, 기판(371)의 에지 상에 도포하기 위해 홈(310) 상으로 코팅 재료를 유동시키기 위한 노즐(311)을 도시한다. 기판(371)은, 예를 들어, 의사 정사각형(pseudo-square) 형상을 갖는 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다.
다시 도 2a를 참조하면, 코팅 재료 공급 시스템(150)은 열적 잉크(thermal ink) 또는 UV 잉크를 포함할 수 있는 코팅 재료를 포함하는 카트리지(153)를 포함한다. 작동에 있어서, 플런저(151)는 공급 튜브(152)에 의해 카트리지(153)의 챔버(154)로부터 노즐(311)로 코팅 재료를 가압하도록 조정된다. 노즐(311)로부터 코팅 재료는 홈(310)으로 유동하여 홈(310) 내에 수용된 기판(371)의 에지에 도포된다(도 2b 참조). 홈(310)은 기판(371)의 에지에 대해 가압되어 에지를 수용하고 그 위에 코팅 재료를 도포한다. 공구(200)는 롤러(309)가 물리적으로 기판(371)을 접촉하여 코팅 재료를 기판(371)의 에지에 도포시키는 "접촉(contact)" 에지 코팅기이다. 기판(371)은 진공력(vacuum force)에 의해 기판(371)을 유지할 수 있는, 척(303) 형태의 회전가능 기판 지지부 상에 존재한다. 기판(371)은 척(303)과 함께 회전되어 코팅 재료가 기판(371)의 주연부 에지 전체 상에 도포되게 한다.
도 3a, 도 3b, 도 3c를 포함하는 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 기판의 에지를 코팅하기 위한 에지 코팅 공구(300)를 도시한다. 공구(300)는 공구(200)의 특정 실시예이다.
도 3a는 에지 코팅 공구(300)의 사시도를 도시한다. 공구(300)는 비원형 태양 전지 기판(371)의 에지 상에 코팅 재료를 수용하고 도포하도록 구성된다. 공구(300)는 롤러(309) 형태의 애플리케이터를 구비한 코팅 재료 분배기(308)를 포함할 수 있다. 공구(200)에서와 같이 롤러(309)는 기판(371)의 에지를 수용하고 코팅하기 위한 홈(310) 형태의 리세스형 부분을 포함한다(도 2b 참조). 회전가능 척(303) 형태의 기판 지지부는 기판(371)을 지지한다. 척(303) 바로 밑의 진공 시스템(304)은 진공력에 의해 기판(371)을 유지하게 한다.
기판(371)은 수동으로 위치되거나, 척(303) 위에 기판(371)을 위치시키고 정렬시키기 위한 스톱(stop)을 제공하는 사전 정렬기 스테이션(pre-aligner station: 301) 상의 자동 처리 시스템[예를 들어, 픽 앤드 플레이스 로봇(pick and place robot)]을 사용하여 위치될 수 있다. 공압식 슬라이드(302)는 스테이션(301)을 하강하고 상승시키도록 구성된다. 상승된 위치에서 스테이션(301)은 기판(371)을 척(303) 위에 유지시킨다. 슬라이드(302)는 기판(371)이 척(303) 위에 놓이고 척(303)에 의해 지지되도록 스테이션(301)을 하강시키도록 작동될 수 있다(도 3b 참조). 샤프트(305)(즉, 305-1 및 305-2)는 척(303)과 동심으로 기계적으로 결합된다. 트랜스미션 벨트(306)는 샤프트(305)를 모터(307)에 기계적으로 결합시킨다.
도 3b는 기판(371)이 척(303) 상으로 하강된 상태의 공구(300)의 사시도를 도시한다. 도 3b에서, 공압식 주 실린더(314)(도 5 참조)는 일단 기판(371)이 척(303) 상에 위치되면 코팅 위치 내의 분배기(308)를 기판(371)을 향해 이동시키도록 작동된다. 모터(307)는 트랜스미션 벨트(306)에 의해 샤프트(305)를 구동하여 척(303)을 회전시키고 따라서 기판(371)을 회전시킨다. 홈(310)은 기판(371)의 에지를 수용하고 접촉하여 코팅 재료를 그 위에 도포한다.
도 3c는 공구(300)의 분해도를 도시한다. 도 3c에 도시된 구성요소는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술되었다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 재료 분배기(308)의 측면도와 측단면도를 각각 도시한다. 코팅 재료 공급 시스템(150)은, 노즐(311)의 입구(403)에 끼워지는 공급 튜브(152)에 의해 분배기(308)에 코팅 재료(예를 들어, 열적 잉크 또는 UV 잉크)를 제공한다. 홈(310)은 코팅 재료와 코팅될 기판의 형식에 대한 특정 깊이와 폭을 갖도록 롤러(309)의 표면 상에 가공된다. 코팅 재료가 노즐(311)에 의해 롤러(309) 표면의 일 측 상에서 가압될 시, 홈(310)은 잉크 재료로 완전히 충전된다. 롤러 표면에 근접하게 위치된 닥터 블레이드(doctor blade)(미도시)는 잉여 코팅 재료를 제거하고 코팅 재료를 홈(310)의 깊이로만 남겨둔다. 분배기(308)는 닥터 블레이드로 스크레이핑된(scraped) 잉여 코팅 재료를 수집하기 위한 트레이(312)를 포함한다. 기판(371)은 홈(310) 내부의 기판의 에지가 롤러(309)의 표면을 접촉하면서 롤러(309)의 대향 측 상에 위치된다(도 2b 참조). 일단 기판(371)이 척(303)의 축을 중심으로 회전하면(도 3b 참조), 기판(371)은 주연부 에지 상의 잉크를 수집할 것이다. 슬라이더 기구(313)는 분배기(308)가 단일 축을 따라 기판(371)을 향해 그리고 기판으로부터 멀리 이동되게 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 재료 분배기(308)의 분해도이다. 전술된 바와 같이 분배기(308)는 슬라이더 기구(313) 상에 장착된다. 공압식 주 실린더(314)는 코팅 위치 내의 분배기(308)를 기판(371)의 에지를 향해 가압한다. 기판(371)의 에지 상의 롤러(309)의 충격력(impact force)을 느리게 하고(slow down) 제어하기 위해, 실린더(314)에 대향된 힘을 가하는 데 보조 실린더가 사용될 수 있다. 닥터 블레이드(401)와 트레이(312)가 도 5에도 도시된다. 분배기(308)는 에지 코팅 공정의 마지막에 기판(371)으로부터 이격되어 시작 위치로 다시 위치된다. 도 5에 도시된 다른 구성요소는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 앞서 논의되었다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 주 실린더(314)의 작동 원리를 개략적으로 도시한다. 실린더(314)는 챔버(451)와 부분(452)을 포함한다. 도 6a 및 도 6b의 예시에서, 주 실린더(314)는 압력(P1)을 유지하여 롤러(309)에 의해 기판(371)에 가해진 힘이 기판(371)의 프로파일과 독립적으로 비교적 일정하도록 구성된다. 누설 압력(PLEAK)에 부합하는 공기 누설을 갖는 소형 통기구(453)를 포함하는 공기 공급 시스템을 사용하여 하중 압력(PLOAD)과 동일한 압력(P0)이 챔버(451)에 가해진다. 공기 누설로 인해, 실린더(341)의 가압된 챔버(451) 내에 가해진 전체 압력은 P1 = P0 - PLEAK이다. 챔버(451)의 다른 측 상의 부분(452)은 대기압에 존재한다. 따라서, 부분(452)에 압력이나 저항이 가해지지 않는다. 피스톤(454)은 분배기(308)를 지지하는 슬라이더 기구(313)에 기계적으로 결합된다(도 5 참조). 롤러(309)가 기판(371)의 편평한 에지와 접촉할 시, 실린더(314)는 분배기(308) 상에 작동력을 가하여 롤러(309)를 기판(371)의 에지를 향해 가압한다. 롤러(309)가 기판(371)의 모서리 에지와 접촉할 시, 도 6b에 도시된 바와 같이 분배기(308)는 가압되어 나오고 실린더(314)는 기판(371)의 에지로부터 직접 나오는 힘에 의해 가압된다. 도 6b의 경우에, 챔버 바닥의 챔버(452) 내의 공기 체적은 감소하여 압력(P1)이 증가되기 쉽게 만든다. 이러한 지점에서 일부 공기는 압력(P1)을 비교적 일정하게 유지하면서 통기구(453)로부터 밖으로 유동하기 시작한다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기판 에지 상에 도포된 코팅 재료의 코팅 폭 및 두께 균일성을 제어하기 위한 코팅 재료 분배기(308)의 특징부를 도시한다. 일반적으로 말하자면, 코팅 균일성을 제어하는 데 2개의 주요 인자가 존재하는데, 이는 기판의 회전 속도 및 홈(310)으로부터 기판 에지에 전달된 코팅 재료의 양이다.
기판의 회전 속도를 제어하기 위해, 척(303)(도 3b 참조)을 회전시키는 모터(307)의 속도가 제어되고 소형 널(knurl: 315)이 홈(310) 내에 가공된다. 도 7a는 에지 코팅 동안 기판 에지를 접촉하는 롤러(309)의 표면("접촉 표면") 상의 널(315)을 도시한다. 널(315)은 접촉 표면과 홈(310) 내의 기판 사이의 경계부에서 마찰을 증가시켜 기판 에지가 접촉 표면에 대해 슬라이딩되는 것을 방지한다.
홈(310)의 폭(502 참조)과 깊이(501 참조) 및 기판 에지에 대한 홈(310)의 위치는 기판의 에지 상에 가해진 코팅 재료의 양을 제어한다.
기판에 대한 롤러(309)의 위치를 조정함으로써, 기판의 상부 표면에 대한 홈(310)의 위치가 조정될 수 있다. 도 7c에서, 롤러(309)는 기판(371)이 홈(310)의 바닥 부분 상에 있게 홈(310)을 위치시키도록 슬라이더 기구(313)에 대해 높이(H1)(예를 들어, 32mm)까지 상승된다. 도 7d에서, 롤러(309)는 기판(371)이 홈(310)의 상부 부분 상에 있게 홈(310)을 위치시키도록 슬라이더 기구(313)에 대해 높이(H2)(예를 들어, 28.5mm)까지 하강될 수 있다. 롤러(309)는 기판(371)이 홈(310)의 상부와 하부 부분 사이에 있도록 연속적으로 조정될 수 있다. 이렇게 함으로써 기판(371)의 상부 표면과 홈(310)의 벽 사이의 코팅 재료 압축이 제어되어, 기판(371)의 에지 상의 코팅 재료의 폭이 제어된다. 코팅 재료는 더 압착될수록 홈(310) 밖으로 더 많이 넘쳐 흐른다.
이해될 수 있는 바와 같이, 에지 코팅 공구(300)의 전술한 구성요소는 특히 자동 제어에 적합하다. 예를 들어, 적절한 제어 소프트웨어와 데이터 획득 시스템을 구비한 컴퓨터(미도시)가 모터 구성요소의 속도와 방향을 제어하고 공압식 구성요소를 작동시킬 수 있다.
본 발명의 특정 실시예가 제공되었으나, 이러한 실시예는 예시적 목적을 위한 것이며 이에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서를 읽음으로써 많은 추가 실시예가 본 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (15)

  1. 비원형 태양 전지 기판의 에지를 코팅하기 위한 장치이며,
    비원형 태양 전지 기판의 에지를 수납하는 리세스형 부분을 갖는 애플리케이터로서, 기판의 에지 상에 코팅 재료를 도포하기 위해 리세스형 부분 내의 기판의 에지에 대해 가압되도록 구성되는, 애플리케이터와,
    기판을 지지하고 회전시키도록 구성된 기판 지지부와,
    애플리케이터를 지지하고 기판에 대해 애플리케이터를 이동시키도록 구성된 슬라이더 기구를 포함하고,
    애플리케이터는 기판의 에지 상에 도포된 코팅 재료의 양을 제어하기 위해 기판이 리세스형 부분 내에 있는 동안 기판에 대해 상승되고 하강되도록 구성된
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    애플리케이터는 롤러를 포함하고 리세스형 부분은 롤러 내의 홈을 포함하는
    장치.
  3. 제2항에 있어서,
    애플리케이터는 홈 내에 널링된 표면을 포함하고, 널링된 표면은 기판의 에지와 롤러 사이의 마찰을 증가시키도록 구성된
    장치.
  4. 제1항에 있어서,
    슬라이더 기구는 애플리케이터가 단일 축을 따라 이동되도록 공압식으로 구동되는
    장치.
  5. 제1항에 있어서,
    기판을 수용하고, 기판을 기판 지지부 상으로 하강시켜 기판의 에지를 코팅 재료로 코팅시키고, 기판의 에지가 코팅 재료로 코팅된 후에 기판 지지부로부터 기판을 상승시키도록 구성된 사전 정렬기 스테이션을 더 포함하는
    장치.
  6. 제1항에 있어서,
    기판 지지부는 진공력에 의해 기판을 유지하는 척을 포함하는
    장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    기판 지지부에 결합된 샤프트에 결합된 트랜스미션 벨트에 의해 기판 지지부를 회전시키도록 구성된 모터를 더 포함하는
    장치.
  9. 제1항에 있어서,
    기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는
    장치.
  10. 비원형 태양 전지 기판의 에지를 코팅하는 방법이며,
    애플리케이터의 리세스형 부분 내에 비원형 태양 전지 기판이 수용되도록 애플리케이터를 위치시키는 단계와,
    애플리케이터에 코팅 재료를 제공하는 단계와,
    기판을 회전시키는 단계와,
    기판이 회전하고 애플리케이터의 리세스형 부분 내에 있는 동안 기판의 에지에 코팅 재료를 도포하는 단계와,
    기판의 에지에 도포된 코팅 재료의 양을 제어하기 위해 기판이 리세스형 부분 내에 있는 동안 기판에 대해 애플리케이터를 상승시키고 하강시키는 단계를 포함하는
    방법.
  11. 제10항에 있어서,
    애플리케이터는 롤러를 포함하고, 리세스형 부분은 롤러 내의 홈을 포함하는
    방법.
  12. 제10항에 있어서,
    사전 정렬기 스테이션 상에 기판을 위치시키는 단계와,
    코팅 재료를 기판의 에지에 도포하기 위해 기판이 회전되는 회전가능 기판 지지부 상으로 기판을 하강시키기 위해 사전 정렬기 스테이션을 하강시키는 단계와,
    코팅 재료가 기판의 에지에 도포된 후에 기판 지지부로부터 기판을 상승시키도록 사전 정렬기 스테이션을 상승시키는 단계를 더 포함하는
    방법.
  13. 제10항에 있어서,
    기판은 반도체 웨이퍼를 포함하는
    방법.
  14. 제10항에 있어서,
    기판은 진공력에 의해 기판을 유지하는 기판 지지부 상에서 회전되는
    방법.
  15. 삭제
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