KR101573619B1 - Method for texturing glass substrate of solar cell - Google Patents

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신주현
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Abstract

The present invention relates to a method for texturing the glass substrate of a solar cell having new shape capable of quickly and accurately forming desired recesses on the surface of the glass substrate. A method for texturing the glass substrate of a solar cell according to the present invention includes a step of coating a material having a low melting point than the glass substrate on the upper surface of the glass substrate, a step of duplicating the pattern of an imprint mold with a coated material by allowing the imprint mold having a pattern to pressurize the glass substrate with the coated material while heating the glass, and a step of separating the glass substrate from the imprint mold.

Description

태양전지용 유리기판 텍스처링 방법{Method for texturing glass substrate of solar cell}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for texturing a glass substrate for a solar cell,

본 발명은 태양전지용 유리기판을 텍스처링 하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of texturing a glass substrate for a solar cell.

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.In solar cells, a pair of electrons and holes are generated inside the semiconductor of the solar cell by the light coming from the outside, and the electrons are moved to the n-type semiconductor by the electric field generated in the pn junction in the pair of the electrons and the holes, To produce power. The power production performance of a solar cell capable of converting solar light into electric energy generally measures photoelectric conversion efficiency in which light energy is converted into electric energy.

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.On the other hand, a part of the sunlight incident on the solar cell is reflected at the boundary between the various layers constituting the solar cell, thereby making it impossible to contribute to the production of electric power of the solar cell. Therefore, in order to improve the efficiency of the solar cell, the reflection amount of the sunlight as described above must be reduced as much as possible.

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.For this purpose, a texturing process is widely used in solar cells. The texturing process refers to roughening the surface of a substrate or various layers constituting a solar cell, that is, forming a concave-convex pattern on the surface of a substrate or various layers. When the concave and convex portions are formed on the surface of the glass substrate for the solar cell by the texturing process, the light reflected once on the surface is reflected again and the reflectance of the incident light is reduced, thereby increasing the photo-trapping amount and improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell .

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.Plasma etching, scribing, and sandblasting are known as texturing methods that have recently been used. In the plasma etching method, a mask layer such as a photoresist or a silicon oxide film is formed on a substrate and a substrate is etched with plasma to form a concave-convex pattern on the substrate, which requires a long process time and requires expensive vacuum equipment There is a problem that the process unit cost is high.

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.In addition, the scribing method is a method of mechanically cutting a substrate surface to form a V-shaped groove, and then chemically etching the groove to form a concavo-convex pattern on the substrate, which also takes a long processing time.

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.In addition, the sandblasting method is a method of forming a concave-convex pattern on a substrate by physically colliding the surface of the glass substrate with a sand or the like, and there is a problem that the substrate is damaged during a texturing process such as contamination of the substrate or cracking of the substrate .

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.On the other hand, in order to solve the above-mentioned problem, Korean Laid-open Patent Publication No. 10-2013-0061915 (hereinafter referred to as prior art) has recently been proposed. In the prior art, there is proposed a method of texturing by discharging an etching solution for etching a glass substrate onto a glass substrate to etch the glass substrate. However, in this manner, the glass substrate can not be textured in a fine pattern, and there is a limit to the accuracy of the pattern.

따라서, 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법에 관한 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for development of a new type of glass substrate texturing method for a solar cell that can form irregularities of a desired shape quickly and accurately on the surface of the glass substrate.

공개번호 10-2013-0061915(발명의 명칭 : 태양전지용 유리기판 텍스처링 장치 및 방법)Open No. 10-2013-0061915 (Title: Glass substrate texturing apparatus and method for solar cell)

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 방법에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a new type of glass substrate texturing method for a solar cell capable of forming irregularities of desired shape on a glass substrate surface quickly and accurately.

본 발명에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법은 유리기판의 상면에 상기 유리기판 보다 저융점을 가지는 물질을 코팅하는 단계와, 상기 유리기판을 가열하면서, 패턴이 형성되어 있는 임프린트 몰드로 상기 유리기판에 코팅된 물질을 가압함으로써, 상기 임프린트 몰드의 패턴을 상기 코팅된 물질로 복제하는 단계와, 상기 임프린트 몰드와 상기 유리기판을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for texturing a glass substrate for a solar cell according to the present invention comprises the steps of: coating a material having a melting point lower than that of the glass substrate on an upper surface of the glass substrate; heating the glass substrate with an imprint mold having a pattern formed thereon, Pressing the coated material to replicate the pattern of the imprint mold with the coated material, and separating the imprint mold and the glass substrate.

본 발명에 따르면, 상기 유리기판에 대한 이온 교환 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.According to the present invention, it is preferable to further include performing an ion exchange process on the glass substrate.

본 발명에 따르면, 신속하고 정확하게 원하는 형태의 요철을 유리기판 표면에 형성할 수 있다.According to the present invention, irregularities of a desired shape can be formed quickly and accurately on the surface of a glass substrate.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법의 개략적인 흐름도이다.1 is a schematic flow chart of a glass substrate texturing method for a solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, a method of texturing a glass substrate for a solar cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법의 개략적인 흐름도이다.1 is a schematic flow chart of a glass substrate texturing method for a solar cell according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법은 코팅단계와, 전사단계와, 분리단계와, 이온교환단계를 포함한다.Referring to FIG. 1, a glass substrate texturing method for a solar cell according to the present embodiment includes a coating step, a transfer step, a separation step, and an ion exchange step.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 코팅단계에서는 유리기판(100)의 상면에 유리기판 보다 저융점을 가지는 물질(10)을 코팅한다. 이때, 저융점 물질(10)은 유리기판을 구성하는 물질과 유사한 물질, 예를 들어 SiO2 를 다량으로 함유하고 있는 것이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 경도가 낮은 NaO2도 다량으로 함유하고 있는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1 (a), in the coating step, a material 10 having a lower melting point than the glass substrate is coated on the upper surface of the glass substrate 100. At this time, the low melting point material 10 preferably contains a large amount of a material similar to the material constituting the glass substrate, for example, SiO 2 , and more preferably contains a large amount of NaO 2 having a low hardness .

전사단계에서는 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, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 코팅된 저융점 물질이 유동성을 가지도록 유리기판(100)을 가열하는 상태에서, 준비된 임프린트 몰드(200)로 코팅된 물질을 가압하면, 코팅된 물질(10A)들이 임프린트 몰드의 패턴 형상으로 변경된다(즉, 패턴 형상이 복제됨).In the transfer step, an imprint mold 200 having a pattern formed thereon is prepared. At this time, the imprint mold 200 can be manufactured through mechanical processing, but it is more preferable to use a lithography processing method for producing a nanoscale pattern. Then, as shown in FIG. 1 (b), when the material coated with the prepared imprint mold 200 is pressed while the glass substrate 100 is heated so that the coated low melting point material has fluidity, The material 10A is changed to the pattern shape of the imprint mold (i.e., the pattern shape is copied).

그리고, 패턴 형상으로 복제된 저융점 물질(10A)이 다시 굳은 후, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 유리기판(100)과 임프린트 몰드(200)를 분리한다.After the low melting point material 10A replicated in the pattern shape is hardened again, the glass substrate 100 and the imprint mold 200 are separated as shown in Fig. 1 (c).

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 코팅된 저융점 물질(10A)에서 경도를 낮추는 물질(예를 Na2O)이 고경도의 물질(CaO 또는 Al2O3)로 변하며, 이에 따라 저융점 물질(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.Thereafter, as shown in FIG. 1 (d), the ion exchange process for the separated glass substrate 100 is performed. In the ion exchange process, a material (for example, Na 2 O) that lowers the hardness of a low melting point material (10A) coated on a glass substrate, more precisely a glass substrate, through ion exchange is a material having a high hardness (CaO or Al 2 O 3 ), Whereby the hardness of the low melting point material 10 is increased. Such an ion exchange process can be carried out by immersing the glass substrate in a solution containing ions (that is, an ion to be replaced, CaO or Al 2 O 3 ) and also by other known methods .

한편, 이온 교환 공정 이후에는, 유리기판의 표면(즉, 패턴이 형성된 표면)에 초소수성 코팅을 추가적으로 함으로써, 자정 작용을 가지는 유리기판을 제조할 수 있다. On the other hand, after the ion exchange step, a glass substrate having a self-cleaning action can be produced by adding a super hydrophobic coating to the surface of the glass substrate (i.e., the surface on which the pattern is formed).

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존과는 다른 새로운 방식으로, 유리기판의 표면에 원하는 형태의 패턴을 용이하고 정확하게 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to easily and accurately form a desired pattern on the surface of a glass substrate in a new method different from the conventional method.

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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the embodiment in which said invention is directed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.

100...유리기판 200...임프린트 몰드
10...저융점 물질
100 ... glass substrate 200 ... imprint mold
10 ... low melting point substance

Claims (4)

유리기판의 상면에 상기 유리기판 보다 저융점을 가지는 물질로 코팅하여 코팅막을 형성하는 단계;
상기 유리기판에 대하여 상기 코팅막이 선택적으로 유동성을 갖도록 가열하면서 패턴이 형성되어 있는 임프린트 몰드로 상기 코팅막을 가압함으로써, 상기 임프린트 몰드의 패턴에 대응되는 패턴이 형성된 코팅막 패턴을 상기 유리기판 상에 형성하는 단계;
상기 임프린트 몰드를 상기 코팅막 패턴으로부터 분리하는 단계;및
상기 유리기판에 대한 이온 교환 공정을 수행하여 상기 코팅막 패턴의 경도를 증대시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
Coating a top surface of the glass substrate with a material having a lower melting point than the glass substrate to form a coating film;
A coating film pattern having a pattern corresponding to the pattern of the imprint mold is formed on the glass substrate by pressing the coating film on the glass substrate with an imprint mold having a pattern formed while heating the coating film to have fluidity selectively step;
Separating the imprint mold from the coating film pattern;
And performing an ion exchange process on the glass substrate to increase the hardness of the coating film pattern.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 이온 교환 공정은 칼슘 산화물 또는 알루미늄 산화물이 포함된 용액을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.The glass substrate texturing method for a solar cell according to claim 1, wherein the ion exchange process is performed using a solution containing calcium oxide or aluminum oxide. 제1항에 있어서, 상기 코팅막 패턴에 대하여 초소수성 코팅 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 유리기판 텍스처링 방법.
The method of claim 1, further comprising: performing an ultra-hydrophobic coating process on the coating film pattern.
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