KR101903681B1 - 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

하부 전극 층인 제1 층, 활성층인 제2 층 및 상부 전극 층인 제3 층을 지니는 박막 기기로서 상부에 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 각각이 연속으로 적층되는 박막 기기를 전기적으로 상호 간에 직렬로 접속되는 개별 셀들로 분할하는 방법 및 장치가 제공되어 있다. 상기 셀들의 분할 및 인접한 셀들 간의 전기적 접속은 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행된다. 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 있는 제1 잉크 젯 프린트 헤드는 비-도전 물질을 제1 절단 부분 내에 적층하는데 사용된다. 적어도 하나의 절단 부분은 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에서부터 상기 박막 기기로부터의 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 향해 안내되는 레이저 비임을 사용하여 형성된다. 상기 박막 기기는 태양 전지 패널, 조명 패널 또는 배터리일 수 있다.

Description

박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법 및 장치{Method and apparatus for dividing thin film device into separate cells}
본 발명은 스크라이빙 및 잉크 젯 프린팅 기법들을 사용해 개별 전기 셀들을 형성하고 상기 개별 전기 셀들을 상호 간에 직렬로 접속하여 여러 박막 기기를 제조하는 프로세스에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 셀들을 형성하며 하부 전극 물질 층, 반도체 물질 층 및 상부 전극 물질 층이 연속으로 적층된 태양 전지 패널들에서 단일 단계 프로세스로 구조들을 상호 간에 직렬로 접속하는 신규한 방법을 설명한다. 본 발명은 상기 단일 단계 프로세스가 순차적인 층 간의 스크라이브 정렬에 연관된 문제들을 제거하므로 플렉서블 기재들 상에 형성된 태양 전지 패널들에 특히 적합하다. 상기 방법은 조명 패널들 및 배터리들과 같은 다른 박막 기기들의 제조에 또한 적합하다. 본 발명은 또한 위에 기재한 방법을 수행하는 장치에 관한 것이다.
박막 태양 전지 패널들에 셀들을 형성하고 상기 셀들을 상호 간에 접속하는 일반적인 방법은 순차적인 층의 피복 및 레이저 스크라이빙 프로세스들을 포함한다. 상기 구조를 이루기 위해 3가지 개별 피막 프로세스 및 3가지 개별 레이저 프로세스가 대개 필요하다. 이하에서 설명되는 바와 같이 각각의 피복 단계 다음에 레이저 단계를 이루는 6 단계 시퀀스로 이러한 프로세스들을 수행하는 것이 일반적이다.
a) 전체 기재 표면상에 하부 전극 물질의 박막 층을 적층함. 상기 기재는 대개 유리(glass)일 수 있지만 또한 폴리머 시트일 수도 있다. 이러한 하부 전극 물질의 박막 층은 종종 산화 주석(SnO2), 산화 아연(ZnO) 또는 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 도전 산화물이다. 때로는 상기 하부 전극 물질의 박막 층은 몰리브덴(molybdenum; Mo)과 같은 불투명한 금속이다.
b) 상기 하부 전극 물질의 박막 층을 통해 줄곧 전형적으로 5-10㎜ 간격을 두고 패널 표면을 가로질러 나란한 라인들을 레이저 스크라이빙하여 연속 막을 전기적으로 절연된 셀 영역들로 분리함.
c) 상기 전체 기재 부위 상에 전기 생성용 활성층을 적층함. 이러한 층은 단일 비정질 실리콘 층 또는 비정질 실리콘(amorphous silicon) 및 미정질 실리콘(micro-crystalline silicon)의 이중(double) 층으로 이루어질 수 있다. 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride) 및 카드뮴 설파이드(cadmium sulphide; CdTe/CdS) 및 구리 인듐 갈륨 디-셀레나이드(copper indium gallium di-selenide; CIGS)와 같은 다른 반도체 물질들의 층들이 또한 사용된다.
d) 상기 하부 전극 물질에 손상을 주지 않고 상기 제1 전극 층의 초기 스크라이브들에 나란하고 상기 제1 전극 층의 초기 스크라이브들에 가능한 한 근접해 있는 이러한 활성층 또는 활성층들을 통해 라인들을 레이저 스크라이빙함.
e) 상기 전체 패널 부위 상에 제3 상부 전극 층, 종종 알루미늄과 같은 금속 또는 ZnO와 같은 투명 도체를 적층함.
f) 다른 라인들에 근접해 있고 다른 라인들과 나란한 것으로 이러한 제3 층의 라인들을 레이저 스크라이빙하여 상기 상부 전극 층의 전기적 연속성을 단절함.
레이저 격리가 후속으로 이어지는 이러한 적층 절차는 상기 패널을 다수의 길고 좁은 개별 셀로 분리하고 전기적 직렬 접속이 상기 패널의 모든 셀들 간에 이루어지게 한다. 이러한 방식으로 전체 패널에 의해 생성되는 전압은 각각의 셀 및 다수의 셀 내에서 형성되는 전위의 생성에 의해 제공된다. 전체 패널 출력 전압이 전형적으로 50 내지 100 볼트 범위에 있도록 전형적으로 50-100개의 셀로 나눠진다. 각각의 셀은 폭이 5-15㎜이고 길이가 약 1000㎜인 것이 전형적이다. 이러한 다중-단계 태양 전지 패널 제조 방법에서 사용된 프로세스들의 상세한 설명은 JP10209475에 제공되어 있다.
개별 층 피복 단계들 중 몇몇 단계들을 결합함으로써 태양 전지 패널들을 만드는 이러한 다중 단계 프로세스를 단순화하도록 하는 방식들이 고안되어 있다. 이는 상기 기재가 진공으로부터 대기 환경으로 이동되어야 하는 횟수를 감소시키므로 층의 품질이 개선되게 하고 태양 전지 패널의 효율이 증가되게 할 가능성이 있다. US6919530, US6310281 및 US2003/0213974A1 모두에는 레이저 스크라이빙이 수행되기 전에 3개의 필요한 층 중 2개의 층이 피복되어 있는 태양 전지 패널들을 만드는 방법들이 기재되어 있다. 하부 전극 층 및 활성층(또는 활성층들)은 순차적으로 적층되고 그리고나서 양자 모두의 층들이 함께 레이저 스크라이빙되어 그루브가 형성되게 하며 상기 그루브는 그리고나서 절연 물질로 충전된다. US6310281 및 US2003/0213974A1의 경우에는 이러한 그루브 충전이 잉크 젯 프린팅에 의해 수행되는 것이 제안되어 있다. 상기 그루브의 충전 다음에는, 상호접속 절차가 위에서 설명한 바와 같이 상기 활성층을 통한 레이저 스크라이빙, 상부 전극 층의 적층 및 상기 셀들을 격리시키도록 하는 상기 상부 전극 층의 최종 스크라이빙으로 이루어진다.
어떠한 레이저 스크라이빙도 수행되기 전에 3개의 모든 층이 피복되는 방식이 또한 제안되어 있다. WO2007/044555A2에는 완전한 3개의 층 스택이 일 프로세스 시퀀스로 피복되는 태양 전지 패널을 만드는 방법이 기재되어 있으며 상기 일 프로세스 시퀀스 다음에는 레이저 스크라이브들이 상기 스택 내에 그리고 상기 스택을 통해 만들어진다. 상기 레이저 스크라이브 프로세스는 복잡한데 그 이유는 2개의 서로 다른 깊이를 가지면서 단일 스크라이브로 이루어지기 때문이다. 상기 스크라이브의 제1 측면 상에서 레이저는 상기 하부 전극 층을 전기적으로 분리하여 상기 셀들을 형성하도록 상기 기재에 이르기까지 줄곧 완전한 3개의 층 스택을 관통하지만 상기 스크라이브의 제2 측면 상에서 레이저가 단지 상기 상부 층 및 상기 활성층만을 관통하여 하부 전극 층 물질의 레지(ledge)가 노출되는 영역을 남겨둔다. 절연 물질이 상기 하부 전극 층의 에지 및 상기 스크라이브의 제1 측면 상의 활성층의 에지를 커버(cover)하기 하기 위해 절연 물질이 상기 기재를 관통하는 상기 스크라이브의 제1 측면에 국부적으로 도포된다. 이 다음에, 도전 물질이 사전에 도포된 절연 물질을 브리지하고 상기 제1 측면 상의 상부 전극 층을 상기 제2 측면 상의 하부 전극 물질의 레지에 접속하기 위해 상기 도전 물질이 상기 스크라이브 내에 적층된다.
WO2007/044555A2에 기재된 프로세스는 복잡하며 신중한 제어를 필요로 한다. 듀얼 레벨 레이저 스크라이브 프로세스의 제2 스테이지 동안에 생성되는 데브리스(debris)는 전기적 접속을 불량하게 하는 하부 전극 물질의 레지의 인접한 상부 표면상에 적층할 가능성이 있다. 절연 물질이 상기 스크라이브의 제1 측면 상에서 정확히 원하는 위치(right position)에 배치되게 하고 어떠한 물질도 하부 전극 물질의 레지 상부에도 적층되지 않게 하도록 고도한 제어가 필요하다. 도전 물질이 정확히 배치되게 하고 상기 스크라이브의 제2 측면 상에서 상부 전극과 접촉하지 않게 하도록 극단적인 정확도가 필요하다. 이러한 모든 이유 때문에, 이 방법에 의해 높은 신뢰성을 가지고 셀 접속들이 이루어질 수 있게 할 가능성이 없다.
이 때문에, 3개 층의 전체 스택으로부터 개시하지만 신속하고, 간단하며 신뢰성있는 방식으로 셀 상호접속들을 만드는 것을 허용하는 태양 전지 패널들 등등을 위한 새로운 셀 형성 및 상호접속 프로세스가 필요하다.
그러한 프로세스는 또한 조명 패널들 또는 배터리들과 같은 다른 박막 기기들을 제조하기 위한 셀들의 형성 및 직렬 상호접속에도 적용가능하게 된다. 태양 전지 패널들과 같이, 그러한 기기들은 하부 전극 층, 활성층 및 상부 전극 층으로 이루어지며 상기 하부 전극 층, 상기 활성층 및 상기 상부 전극 층 모두는 강체(rigid) 기재이거나 플렉시블 기재상에 적층된다. 상기 박막 기기를 다수의 셀로 분할하고 상기 셀들을 직렬로 접속하는 방식으로 기본적인 단일 셀 전압보다 높은 전압에서의 동작이 이루어질 수 있다. 본원에서 제안된 레이저 및 잉크 젯 셀 형성 및 상호접속 장치는 그러한 동작에 적합하다.
조명 패널들의 경우에, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극은 태양 전지 패널들에 사용된 것들과 유사한 물질들(예컨대, TCO들 또는 금속들)일 가능성이 있지만 활성 물질들은 매우 다르다. 이 경우에, 활성층들은 유기 물질들일 가능성이 가장 높지만 무기 물질들이 또한 가능하다. 유기 활성층들은 분자량이 낮은 물질(소위 OLED들)에 기반하여 이루어지거나 분자량이 높은 폴리머들(소위 P-OLED들)에 기반하여 이루어진다. 정공(正孔; hole) 및 전자(電子; elecron) 전달 층들은 일반적으로 발광용 활성층들에 연관되어 있다. 이러한 조명 패널들의 경우에, 낮은 전압에서 동작이 이루어지며 모든 층들이 얇으므로 본원에서 설명한 상호접속 프로세스는 상기 패널을 셀들로 분할하고 상기 셀들을 직렬로 접속하여 실질적으로 높은 전압으로 동작하는 것을 허용하는데 이상적이다.
박막 배터리들의 경우에 상기 층들은 종종 훨씬 복잡하다. 리튬 이온 기술에 기반한 박막 배터리의 경우에, 하부 층은 2개의 구성요소, 즉 전류 수집용 금속 층 및 캐소드(cathode)로서 기능하는 리튬 코발트 산화물(Lithium Cobalt Oxide; LiCoO3) 층을 지닌다. 상부 층은 또한 2개의 구성요소, 즉 전류 수집용 금속 층 및 애노드(anode)로서 기능하는 주석 질화물(Tin Nitride; Sn3N4) 층을 지닌다. 이러한 2개의 층 간에는 활성층, 다시 말하면 리튬 인 산화질화물(Lithium Phosphorous OxyNitride; LiPON) 전해액이다. 그러한 배터리들의 경우에, 낮은 전압으로 동작이 이루어지며 모든 층들이 얇으므로 본원에서 설명한 상호접속 프로세스는 상기 배터리를 셀들로 분할하고 상기 셀들을 직렬로 접속하여 실질적으로 높은 전압으로 동작하는 것을 허용하는데 이상적이다.
본원 출원인은 모든 절단 프로세스들 및 잉크-젯 기반 적층 프로세스들이 박막 기기를 가로지른 단일 통과로의 프로세스 헤드의 이동을 통해 수행되는 단일 결합 프로세스로 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법 및 장치를 제안하였다. 이는 WO2011/048352에 기재되어 있으며 그의 교시는 본원에 병합된다.
본 발명은 프로세스 단계들이 단일 통과로 수행되는 방식으로 보다 큰 유연성을 제공하는 위의 방법 및 장치의 개량에 관한 것이다.
본 발명의 제1 실시태양에 의하면, 하부 전극 층인 제1 층, 활성층인 제2 층 및 상부 전극 층인 제3 층을 지니는 박막 기기로서 상부에 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 모두가 연속으로 적층되는 박막 기기를 전기적으로 상호 간에 직렬로 접속되는 개별 셀들로 분할하는 방법이 제공되며, 상기 셀들의 분할 및 인접한 셀들 간의 전기적 접속 모두가 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행되며, 상기 프로세스 헤드는 상기 박막 기기 상부에 위치해 있는 제1 부분 및 상기 박막 기기 하부에 위치해 있는 제2 부분을 포함하고, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들은 함께 단일 통과로,
a) 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 제1 절단 부분을 만드는 단계;
b) 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 상기 제1 절단 부분에 인접한 제2 절단 부분을 만드는 단계;
c) 상기 제3 층을 통해 상기 제2 절단 부분에 인접하고 상기 제1 절단 부분에 대한 상기 제2 절단 부분의 반대 측 상에 있는 제3 절단 부분을 만드는 단계;
d) 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상의 제1 잉크 젯 프린트 헤드를 사용하여 상기 제1 절단 부분 내에 비-도전 물질을 적층하는 단계; 및
e) 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상의 제2 잉크 젯 프린트 헤드를 사용해 도전 물질을 도포하여 상기 제1 절단 부분의 비-도전 물질을 브리지(bridge)하고 상기 제2 절단 부분을 완전하거나 부분적으로 충전함으로써 상기 제1 층 및 상기 제3 층 간의 전기적 접속이 이루어지게 하는 단계;
를 수행하며,
단계 a)는 단계 d)보다 우선하고, 단계 d)는 단계 e)보다 우선하며 단계 b)는 단계 e)보다 우선하고, 이와는 다른 경우에 상기 단계들은 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 임의의 순서로 수행될 수 있고 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 또는 상기 제3 절단 부분 중 적어도 하나는 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에서부터 상기 박막 기기의 하측면으로부터의 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 향해 안내되는 레이저 비임을 사용하여 형성된다.
본 발명의 제2 실시태양에 의하면, 하부 전극 층인 제1 층, 활성층인 제2 층 및 상부 전극 층인 제3 층을 지니는 박막 기기로서 상부에 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 모두가 연속으로 적층되는 박막 기기를 전기적으로 상호 간에 직렬로 접속되는 개별 셀들로 분할하는 장치가 제공되며, 상기 장치는 프로세스 헤드를 포함하며, 상기 프로세스 헤드는 상기 박막 기기 상부에 위치해 있도록 배치된 제1 부분 및 상기 박막 기기 하부에 위치해 있도록 배치된 제2 부분을 지니고, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들에는,
f) 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 제1 절단 부분을 만들고, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 상기 제1 절단 부분에 인접한 제2 절단 부분을 만들며 그리고 상기 제3 층을 통해 상기 제2 절단 부분에 인접하며 상기 제1 절단 부분에 대한 상기 제2 절단 부분의 반대 측 상에 있는 제3 절단 부분을 만드는 하나 이상의 커터 유닛들;
g) 상기 제1 절단 부분 내에 비-도전 물질을 적층하는 제1 잉크 젯 프린트 헤드; 및
h) 도전 물질을 도포하여 상기 제1 절단 부분의 비-도전 물질을 브리지(bridge)하고 상기 제2 절단 부분을 완전하거나 부분적으로 충전함으로써 상기 제1 층 및 제3 층 간의 전기적 접속이 이루어지게 하는 제2 잉크 젯 프린트 헤드;
가 함께 구비되어 있으며,
상기 장치는 또한,
i) 상기 박막 기기에 대해 상기 프로세스 헤드를 이동하는 구동 수단; 및
e) 상기 박막 기기에 대한 프로세스 헤드의 이동을 제어하는 제어 수단으로서 상기 하나 이상의 커터 유닛들 및 상기 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들을 작동시켜 상기 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 것 및 인접한 셀들 간의 전기적 접속을 형성하는 것이 모두 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행될 수 있게 하는, 제어 수단;
을 포함하며,
상기 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들은 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 설치되어 있고 상기 박막 기기의 상측면에 물질을 도포하도록 배치되어 있으며 상기 커터 유닛들 또는 상기 커터 유닛들 중 하나는 상기 프로세스 헤드의 제2 부분 상에 설치되어 있고 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에서부터 상기 박막 기기의 하측면으로부터의 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 향해 안내되는 레이저 비임을 통해 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 또는 상기 제1 절단 부분 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되어 있다.
본원에서 사용되는 상부 및 하부, 상측면 및 하측면과 같은 용어들은 (마치 평면 기기가 평면 기기의 상측면 상에 제공된 층들에 대하여 배향되어 있는 것처럼) 평면 기기의 양 측면들의 상대 위치들로 언급되는 것으로 이해되어야 하며 상기 평면 기기의 공간 배향으로 제한되지 않는다. 실제로, 상기 평면 기기는 임의의 배향으로 이루어질 수 있으며 중력(重力; gravity)에 대해 수평 및 수직 양자 모두인 상기 평면 기기의 예들이 제공될 수 있다.
이하의 본 발명의 세부적인 설명에서는, 여러 층을 통해 절단 부분들을 형성하는데 사용되는 커터 유닛들이 모두 레이저들에 기반하여 이루어진 것이며, 상기 커터 유닛들로부터의 비임들은 격리용 절단 부분들을 형성하기 위해 물질을 애블레이팅(ablating) 및 제거하도록 초점이 맞춰진다. 이는 절단 부분들을 형성하는 바람직한 방법이지만 다른 절단 방법들이 또한 사용될 수 있다. 절단 부분들을 형성하는 한 변형적인 방법은 세선(細線; fine wire)들 또는 스타일러스(stylus)들을 통한 기계적 스크라이빙이다. 그러한 기계적 스크라이빙은 상기 박막 기기의 하측면으로부터 형성되는 것들을 제외하고는 제1 절단 부분, 제2 절단 부분 또는 제3 절단 부분 중 일부 또는 모두를 형성하는 레이저 절단 대신에 사용될 수 있다.
WO2007/044555A2에 기재된 발명과 같이, 본 발명은 3개 층의 완전한 스택을 지니는 박막 기기의 처리를 포함하지만 차후의 층 절단 및 잉크 젯 프로세싱은 WO2007/044555A2에 기재된 것보다 덜 복잡하고 훨씬 더 견고하다. WO2007/044555A2에서와 같이, 3개 모든 피막은 잉크 제팅(ink jetting)에 의한 임의 층 절단 또는 물질 적층 전에 순차적으로 도포된다. 이상적으로는, 이러한 피막들이 단일의 진공 프로세스로 도포될 수 있지만 이는 그다지 중요한 것이 아니다.
위에 기재된 바와 같이, 본 발명의 요점(key point)은 상기 피막들의 적층 다음에 단일 결합 층의 절단 및 잉크 젯 프로세스가 셀 상호접속들을 만드는데 사용된다는 것이다. "단일 결합 프로세스(single combined process)"가 의미하는 것은 모든 절단 프로세스들 및 모든 관련 잉크 젯 기반 물질 적층 프로세스들이 기재 표면과 나란한 면에서 그리고 상기 셀들 간의 경계와 나란한 방향으로 상기 태양 전지 패널의 일부 또는 모두를 가로지른 단일 통과로의 프로세스 헤드의 이동을 통해 수행되는 것을 의미한다. 하나 이상의 셀 상호접속들을 만드는데 필요한 모든 커터 유닛들 및 모든 잉크 젯 프린트 헤드들은 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 또는 제2 부분에 부착되어 있으므로 모든 아이템들이 상기 패널을 가로질러 동일한 속도로 함께 이동되고 모든 프로세스들이 상기 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행된다.
여러 층 절단 프로세스 및 여러 잉크 젯 적층 프로세스가 상기 기재에 가해지는 시퀀스는 사용된 물질들에 의존하여 변할 수 있다. 상기 여러 층 커터 유닛 및 잉크 젯 프린트 헤드는 상기 프로세스 헤드가 상기 기재에 대하여 이동함에 따라 정확한 시퀀스가 이루어지게 되는 위치들에서 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들에 부착된다.
예시의 간략화를 위해, 상기 층 절단 프로세스가 이하에서는 레이저 애블레이션((laser ablation)을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 여기서 유념해야 할 점은 이러한 레이저 절단 프로세스들 중 일부 또는 모두가 상기 박막 기기의 하측면으로부터 수행되는 것들을 제외하고는 기계적 스크라이빙 프로세스(또는 다른 절단 프로세스)로 대체될 수 있다는 점이다.
WO2011/048352에는 박막 태양 전지 패널을 개별 셀들로 분할하고 이러한 셀들을 전기적으로 직렬 접속하는 방법 및 장치가 기재되어 있다. 상기 장치는 프로세스 헤드를 사용하며 상기 프로세스 헤드는 적합한 광학기기에 의해 공급된 3개의 레이저 비임과 아울러 2개 이상의 노즐에 의해 공급된 절연 및 도전 잉크들을 공급한다. 이러한 구성요소들 모두는 상기 태양 전지 패널을 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과가 하나의 단일 상호접속 구조를 생성하도록 2개의 인접한 셀 간의 단일 상호접속 구조를 취급하는 프로세스 헤드 상에 장착된다.
충분한 개수의 잉크 분배 노즐들이 존재하고 상기 프로세스 헤드가 이동하는 방향이 어느 방향이든 간에 잉크가 레이저 비임들에 의해 형성되는 그루브들 내에 분배될 수 있도록 상기 잉크 분배 노즐들이 배치되어 있는 한은 양자 모두의 방향으로의 상기 태양 전지 패널을 가로지른 프로세스 헤드의 통과가 또한 가능하다.
상기 기재 상에의 프로세스 헤드의 동일한 통과시 여러 상호접속 구조를 형성하기 위해, 여러 세트의 레이저 비임 공급 광학기기 및 유체 노즐이 나란하게 사용될 수 있다. 상호접속 구조들은 상호접속 방향과 수직인 방향으로 셀 폭 또는 셀 폭의 배수들과 동일한 거리만큼 상기 프로세스 헤드를 단차(step)지게 하고 상기 태양 전지 패널을 가로질러 상기 프로세스 헤드를 통과시킴으로써 전체 태양 전지 패널 상에 형성된다. 그러나, 모든 레이저 비임 분배 광학기기 및 유체 노즐은 단지 피복된 측면만으로부터 상기 기재상에 영향을 주도록 배치되어 있다.
상기 기재가 투광성을 지님에 따라, 일부 경우에는 상기 레이저 비임들 중 하나 이상의 레이저 비임이 상기 기재의 반대 측면으로부터 상기 기재를 타격하는 것이 바람직할 수 있다. 그러한 경우에, 상기 레이저 비임은 유리 기재를 통과하여 하부로부터 태양 전지의 상부 및 하부 전극들 및 활성층을 구성하는 물질들과 상호작용하게 된다.
배면 상호작용(rear side interaction) 방법들이 공지되어 있는데, 예컨대 상기 배면 상호작용 방법들은 활성 물질로서 비정질 실리콘(amorphous silicon; α-Si)에 기반한 태양 전지 패널들을 제조하는 동안 활성층 및 상부 전극 층을 스크라이빙하는데 사용되며 상기 활성 물질로서 CdTe에 기반한 태양 전지 패널들을 제조하는 동안 3개 모든 층을 스크라이빙하는데 사용될 수 있다. 이러한 공지된 프로세스들 모두는 본 발명에 관련된 단일 결합 프로세스와 유사하지 않은 다수의 스테이지 프로세스를 포함한다. 이러한 공지된 프로세스들 중 어떠한 프로세스도 상기 프로세스 헤드의 동일한 통과로의 물질의 적층을 포함하지 않는다.
본 발명의 바람직한 버전에서는, 셀 상호접속 구조들을 형성하기 위하여 상기 태양 전지 패널의 양 측면 상에 위치해 있는 제1 및 제2 부분들을 지니는 프로세스 헤드의 사용이 제안된다. 상기 프로세스 헤드의 제1 부분은 상부 및 하부 전극 층들 및 활성층으로 피복된 기재의 측면 상에 위치해 있으며 상기 셀 상호접속 구조를 형성하는데 필요한 모든 절연 및 도전 잉크들을 공급하도록 하는 모든 노즐들을 구비한다. 상기 프로세스 헤드의 제1 부분은 또한 동작중에(on the fly) 이러한 잉크들을 경화시키는데 필요한 기기들이면 어떤 기기들이든 구비할 수 있으며 또한 상기 레이저 비임들 중 하나 이상의 레이저 비임을 공급하도록 하는 광학기기를 지닐 수 있다.
상기 프로세스 헤드의 제2 부분은 상기 기재의 피복되지 않은 반대 측면 상에 위치해 있으며 상기 박막 기기의 하측면으로부터 상기 레이저 비임들 중 하나 이상의 레이저 비임들을 공급한다.
동작시, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들은 하나는 상부에서 다른 하나는 하부에서 상기 태양 전지 패널을 가로질러 함께 이동된다. 이는 상기 2개의 부분의 위치들이 고정된 상태에 있게 하는 제어 시스템을 통해 상기 2개의 부분이 물리적으로 부착되거나 개별 선형 스테이지들 상에 제공되는 방식으로 이루어질 수 있다. 변형적으로는, 상기 프로세스 헤드의 2개의 부분이 고정되어 있으며 상기 기재가 상기 2개의 부분 사이에서 이동될 수 있다. 이러한 경우에, 당업자라면 서로에 대한 상기 2개의 부분의 위치들이 고정되어 있으므로 상기 2개의 부분이 사실상 고정되어 있음을 알 수 있을 것이다.
상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들이 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들을 물리적으로 고정하거나 상기 제1 및 제2 부분들의 이동을 관리하는 제어 신호들을 전기적으로 '고정(locking)'하는 방식으로 하나로서 이동하도록 배치되는 것이 바람직하지만, 초기에 상기 제1 및 제2 부분들이 정확하게 정렬되게 한 다음에 상기 제1 및 제2 부분들의 이동의 제어가 이러한 정렬을 유지하도록 충분히 정확해지게 하는 방식으로 상기 제1 및 제2 부분들을 사실상 고정하는 것이 또한 가능하다.
당업자라면 모든 절단 및 적층 단계들이 서로에 대하여 정확하게 위치 및 정렬되게 함과 아울러 제조 프로세스를 단순화하고 고속 프로세싱이 가능해지게 한다는 점에서 단일 결합 프로세스가 상당한 이점들을 지닌다는 점을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 상기 박막 기기의 하측면으로부터의 절단 동작들 중 적어도 일부 절단 동작들을 수행하는 것이 바람직한(또는 필요한) 상황에 이르기까지 이러한 이점들을 확장시킨다. 이는 서로 다른 기법들이 원하는 절단 부분들을 형성하는데 사용되는 것을 가능하게 하며 이용가능한 옵션들에 있어서의 보다 큰 유연성을 제공한다. 상기 프로세스 헤드의 2개의 부분이 접속되고 그리고/또는 하나로서 이동하도록 배치되므로, 단일 결합 프로세스의 정렬 및 속도 이점들은 이러한 부가적인 기법들에 이르기까지 미치게 된다. 그러하지 않을 경우에 당업자라면 기재의 서로 다른 측면들로부터의 서로 다른 단계들의 수행으로 단지 상기 프로세스의 모든 스테이지들이 정확하게 정렬되게 하는데 있어서의 어려움이 부가된다는 점을 이해할 것이다.
또한 레이저 스크라이빙의 일부, 특히 (3개 모든 층을 통해) 제1 절단 부분을 형성하는데 사용되는 레이저 스크라이빙의 일부가 상기 박막 기기의 상측면으로부터 수행되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기재의 서로 다른 측면들로부터 예컨대 한가지 절단 단계는 상부로부터 2가지 절단 단계는 하부로부터(또는 이와는 반대로 한가지 절단 단계는 하부로부터 2가지 절단 단계는 상부로부터) 절단 단계들을 수행할 수 있는 것이 유리하다.
위에 기재된 바와 같이, 하부로부터의 레이저 절단 단계를 수행하는 한가지 이점은 이러한 것으로 서로 다른 절단 기법들이 사용될 수 있다는 것이다. 상부로부터의 레이저 절단은 상기 층의 상부 표면으로부터 상기 층의 물질 내로 생기게 되는 그루브를 형성하도록 하는 물질의 애블레이션을 포함하는 것이 일반적이다. 상기 물질이 반대 방향으로부터 조사(照射)됨에 따라, 하부로부터의 레이저 절단은 형성될 그루브의 하부에서 상기 물질을 가열함으로써 수행될 수 있으므로 상부의 물질이 상기 기재로부터 배출되거나 파열되게 한다. 이러한 기법이 일부 상황에서는 바람직한데, 그 이유는 이러한 것이 상기 그루브의 형상의 보다 양호한 제어를 제공할 수 있고 그리고/또는 저전력 레이저들의 사용을 포함하기 때문이다. 상기 기재의 하부로부터의 절단은 상기 그루브로부터 배출되는 물질이 레이저 비임의 초점을 상기 기재상에 맞추는 광학기기를 향해 이동하지 않음으로써 상기 배출된 물질에 의한 상기 광학기기의 오염이 회피된다는 점에서 또한 유리할 수 있다. 그 외에도, 상기 물질이 (레이저 비임의 소스로 되돌아가는 대신에) 레이저 비임으로부터 떨어져 상기 기재의 측면으로부터 배출됨에 따라, 예컨대 적합한 추출 노즐을 가지고 배출된 물질을 수집하여 (상기 배출된 물질이 기재상의 다른 곳에 적층되지 않게 하는 것이 쉬워진다(상기 기재상에 위치해 있는 프로세스 헤드의 제1 부분은 데브리스(debris) 수집 기기에 대한 공간을 제공하도록 필요한 경우에 배출 부위로부터 떨어져 위치해 있을 수 있다).
본 발명의 다른 바람직하고 선택적인 특징들은 첨부된 종속 청구항들로부터 자명해질 것이다.
도 1은 WO2011/048352에 기재되어 있는 공지된 장치의 일부를 확대된 개략적인 평면도로 보여주는 도면으로서, 단일 셀 상호접속 구조를 만들도록 프로세스 헤드에 부착된 3개의 레이저 비임 및 2개의 잉크 젯 노즐의 배치를 보여주는 도면이다.
도 2는 WO2011/048352에 기재되어 있는 공지된 장치의 다른 한 실시예를 확대된 개략적인 평면도로 보여주는 도면으로서, 어느 한 방향으로 상기 프로세스 헤드를 이동하는 방식으로 단일 셀 상호접속 구조들을 만들도록 프로세스 헤드에 부착된 3개의 레이저 비임 및 2가지 세트의 관련 잉크 젯 노즐들의 배치를 보여주는 도면이다.
도 3은 박막 기기를 개별 셀들로 분할하기 위해 WO2011/048352에 기재되어 있는 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 시퀀스를 예시하는 도면이다.
도 4는 WO2011/048352에 기재되어 있는 바와 같은 프로세스 헤드에 대하여 2가지 방향으로 기재를 이동하기 위한 공지된 장치를 보여주는 도면이다.
도 5는 (일부가 생략된) 도 4에 도시된 장치를 개략적인 측면도로 보여주는 도면이다.
도 6은 WO2011/048352에 기재되어 있는 바와 같은 공지된 프로세스 헤드의 일부를 확대된 개략적인 평면도로 보여주는 도면으로서, 레이저 비임들의 어레이 및 잉크 젯 노즐들의 2가지 어레이가 어떠한 방식으로 프로세스 헤드 상에 장착될 수 있는지 그리고 패널 상에서의 어느 한 방향으로의 단일 통과로 다수의 인접한 셀 상호접속 구조들을 형성하는데 사용될 수 있는지를 보여주는 도면이다.
도 7은 박막 기기를 개별 셀들로 분할하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 시퀀스를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 7에 예시된 프로세스에서 사용될 수 있는 장치를 개략적인 측면도로 보여주는 도면이다.
도 9는 박막 기기를 개별 셀들로 분할하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 시퀀스를 예시하는 도면이다.
도 10은 도 9에 예시된 프로세스에서 사용될 수 있는 장치를 개략적인 측면도로 보여주는 도면이다.
도 11은 도 7 및 도 9에 예시된 프로세스들에서 사용될 수 있는 장치의 다른 한 형태를 개략적인 사시도로 보여주는 도면이다.
지금부터 단지 예로써 첨부도면들을 참조하여 본 발명이 설명될 것이다.
도 1은 WO2011/048352에 기반한 선행기술을 보여주는 도면이다. 도 1에는 프로세스 헤드의 단일 통과로 단일 셀 상호접속 구조를 만들도록 프로세스 헤드에 부착된 3개의 레이저 비임 및 2개의 잉크 젯 노즐의 제1 배치가 도시되어 있다. 태양 전지 패널(1)은 방향 Y에서 자신의 길이를 따라 다수의 셀을 지닌다. 따라서, 방향 X에서 상기 패널에 대하여 상기 프로세스 헤드의 상대 운동에 의해 상호접속들이 만들어지게 된다. 인접한 셀들이 형성 및 접속되는 영역을 포함하는 상기 패널의 부위(2)는 도 1의 우측면 상에 확대된 상태로 도시되어 있다. 이는 이동 프로세스 헤드와 단일 셀 상호접속 구조에 상응하는 상기 이동 프로세스 헤드의 관련 레이저 비임들 및 잉크 젯 노즐들을 부분적으로 보여준다. 상기 태양 전지 패널은 하부 전극 층, 활성층 및 상부 전극 층을 포함하며 제1 레이저 비임(3), 제2 레이저 비임(4) 및 제3 레이저 비임(5)은 각각 3개 모든 층을 통해 제1 스크라이브(6)를 만들고 상부 2개 층을 통해 제2 스크라이브(7)를 만들며 상부층을 통해 제3 스크라이브(8)를 만든다. 상기 제3 레이저 비임은 상기 활성층을 관통할 수 있지만 상기 하부 전극 층을 관통하지 않아야 한다. 도 1에는 기재 표면상에 상기 제1 레이저 비임(3)이 상기 제2 레이저 비임(4)에 앞서 있고 상기 제2 레이저 비임(4)이 마찬가지로 상기 제3 레이저 비임(5)에 앞서 있도록 상기 기재에 대하여 X 방향으로 이동하는 프로세스 헤드 및 부착된 레이저 비임들이 도시되어 있다. 상기 프로세스 헤드에는 잉크 젯 노즐(9)이 부착되어 있으며 상기 잉크 젯 노즐(9)은 X 방향과 나란하고 상기 제1 레이저 비임(3)의 위치를 통과하는 라인 상에 위치해 있다. 이러한 노즐(9)은 절연 유체(10)의 연속 스트림 또는 절연 유체(10)의 액적(液滴; droplet)들의 스트림을 주입하여 상기 제1 레이저 스크라이브 라인(6)을 충전한다. 상기 제1 노즐과 유사하지만 유사하거나 더 큰 액적 배출율로 동작할 수도 있고, 방출되는 액적 크기의 측면에서 작거나 클 수도 있으며, 다수의 소형 노즐로 이루어질 수도 있는 제2 잉크 젯 노즐(11)은 또한 상기 프로세스 헤드에 부착되어 있으며 상기 프로세스 헤드가 상기 기재상에 이동할 경우에 상기 제2 잉크 젯 노즐(11)이 상기 제1 잉크 젯 헤드(9) 및 상기 제2 레이저 비임(4) 다음에 오도록 X 방향으로 위치해 있다. 이러한 제2 잉크 젯 노즐(11)은 도전 유체(12)의 연속 스트림 또는 도전 유체(12)의 액적들의 스트림을 주입한다. 상기 노즐은 상기 유체(12)가 상기 기재 표면상에 적층되어 사전에 도포된 절연 유체(10) 상에 전기 도전 브리지를 형성하도록 상기 제1 레이저 스크라이브(6) 및 상기 제2 레이저 스크라이브(7) 상에 Y 방향으로 위치해 있으며, 상기 브리지는 상기 제1 스크라이브(6)의 좌측면 상의 상부 전극 표면에서부터 상기 제2 스크라이브(7)의 베이스에 있는 하부 전극 표면에 이르기까지 연장되어 있다. 상기 프로세스 헤드가 X 방향으로 상기 기재를 가로질러 이동함에 따라, 상기 상호접속 구조를 형성하고 상기 상호접속 구조를 이루도록 수행되는 5가지 프로세스의 순서는 다음과 같다.
1) 제1 레이저 비임(3)에 의해 3개 모든 층을 통해 라인(6)을 레이저 스크라이빙함
2) 제1 잉크 젯 노즐(9)에 의해 공급되는 절연 잉크(10)로 제1 레이저 스크라이브 라인(6)을 충전함
3) 제2 레이저 비임(4)에 의해 상부 2개 층을 통해 라인(7)을 레이저 스크라이빙함
4) 제2 잉크 젯 노즐(11)에 의해 공급되는 도전 잉크(12)를 가지고 제1 레이저 스크라이브 라인(6)에서부터 제2 레이저 스크라이브 라인(7)에 이르기까지에 걸쳐 도전 브리지를 형성함
5) 제3 레이저 비임(4)에 의해 상부 층을 통해 라인(7)을 레이저 스크라이빙함
상기 도전 잉크를 도포하기 전에 상기 절연 잉크를 경화하는 것이 일반적으로 필요하여서 열 또는 자외선(ultra violet; UV) 광을 국부적으로 가하는 경화 기기(도시되지 않음)들이 사용된다. 이러한 경화 기기들은 노즐들(9,11) 사이에서와 같은 적합한 위치에서 상기 프로세스 헤드에 부착된다. (도시된 바와 같은) 방향 X로 고정된 기재 표면상에 상기 프로세스 헤드를 이동하는 대신에, 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 동일한 시퀀스는 상기 프로세스 헤드를 고정 상태로 유지하고 상기 패널을 반대편 X 방향으로 이동시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
WO2011/048352에 나타나 있는 바와 같은 프로세스 헤드 상의 여러 레이저 비임 및 노즐의 위치에 대한 여러 변형적인 배치가 존재한다. 모든 경우에 있어서, 만족스러운 상호접속을 이루기 위하여는,
1) 상기 제1 레이저 스크라이브가 항상 상기 제1 프린팅 프로세스에 앞서야 함
2) 상기 제1 레이저 프린팅 프로세스가 항상 상기 제2 프린팅 프로세스에 앞서야 함
3) 상기 제2 레이저 스크라이브 프로세스가 항상 상기 제2 프린팅 프로세스에 앞서야 함
이 필수 사항들이다.
도 1에 도시된 레이저 비임들 및 노즐들의 배치를 가지고, 그리고 상기 노즐들이 상기 제1 레이저 비임 및 상기 제2 레이저 비임 중 한 측면 상에만 위치해 있는 어느 한 배치에서, 단지 상기 기재만을 가로질러 한 방향으로 이동하는 방식으로 상기 프로세스 헤드가 이때 상호접속을 형성할 수 있다. 그러한 배치는 상호접속들이 형성되는 비율을 제한할 수 있음으로써 바람직한 배치는 상기 제1 레이저 비임 및 상기 제2 레이저 비임의 양 측면 상에 노즐들을 지님으로써 양자 모두의 방향으로의 상호접속 형성을 허용한다.
도 2는 WO2011/048352에 기반한 부가적인 선행기술을 보여주는 도면이다. 이러한 도면에는 어느 한 방향으로 상기 프로세스 헤드의 동작을 허용하도록 위치해 있는 3개의 레이저 비임 및 2개의 제1 잉크 젯 헤드 및 2개의 제2 잉크 젯 헤드의 배치가 도시되어 있다. 태양 전지 패널(1)은 방향 Y에서 자신의 길이를 따라 다수의 셀을 지닌다. 이것이 의미하는 것은 상호접속들이 X 방향들 중 어느 한 방향으로 상기 프로세스 헤드에 대해 상기 패널을 이동시키는 방식으로 만들어질 수 있다는 것을 의미한다. 인접한 셀들이 접속되어 있는 영역을 포함하는 상기 패널의 부위(2)는 도 2의 우측면 상에 확대된 상태로 도시되어 있으며 이동 프로세스 헤드 및 단일 셀 상호 접속 구조에 상응하는 상기 이동 프로세스 헤드의 관련 레이저 비임들 및 잉크 젯 노즐들을 부분적으로 보여준다. 제1 레이저 비임(3), 제2 레이저 비임(4) 및 제3 레이저 비임(5) 각각은 3개 모든 층을 통해 제1 스크라이브를 만들며, 상부 2개 층을 통해 제2 스크라이브를 만들고 상기 상부 층을 통해 제3 스크라이브를 만든다. 상기 프로세스 헤드에는 2개의 제1 잉크 젯 노즐(9, 9')이 부착되며 상기 2개의 제1 잉크 젯 노즐(9, 9')은 X 방향과 나란하며 상기 제1 레이저 비임(3)의 위치를 통과하는 라인 상에서 상기 제1 레이저 비임의 각각의 측면 상에 위치해 있다. 이러한 제1 노즐들은 절연 유체의 스트림을 주입하여 상기 제1 레이저 스크라이브를 충전한다. 상기 프로세스 헤드에는 또한 2개의 제2 대형 잉크 젯 노즐들, 또는 다수의 소형 노즐들(11, 11')이 또한 부착되어 있으며 상기 2개의 제2 대형 잉크 젯 노즐들, 또는 다수의 소형 노즐들(11, 11')은 X 방향과 나란하고 상기 제1 레이저 비임(3)에 근접한 위치를 통과하는 라인 상에서 상기 제1 레이저 비임의 각각의 측면 상에 위치해 있다. 이러한 제2 잉크 젯 노즐들은 도전 유체의 스트림을 주입한다. 상기 노즐들(11, 11')은, 상기 기재 표면상에 적층된 도전 유체가 사전에 도포된 절연 유체 상에 전기 도전 브리지를 형성하도록 제1 레이저 스크라이브(6) 및 제2 레이저 스크라이브(7) 상에서 Y 방향으로 위치해 있으며, 상기 브리지는 상기 제1 스크라이브의 좌측면 상에 있는 상부 전극 표면에서부터 상기 제2 스크라이브의 베이스에 있는 하부 전극 표면에 이르기까지 연장되어 있다. 상기 프로세스 헤드가 X 방향들 중 어느 한 방향으로 상기 기재를 가로질러 이동함에 따라, 각각의 제1 잉크 젯 노즐 중 한 제1 잉크 젯 노즐 또는 다른 한 제1 잉크 젯 노즐 및 대응하는 제2 잉크 젯 노즐 중 한 제2 잉크 젯 노즐 또는 다른 한 제2 잉크 젯 노즐은 상기 상호접속 구조를 형성하고 상기 상호접속 구조를 이루기 위해 수행되는 5가지 프로세스의 순서가 다음과 같도록 작동된다.
1) 제1 레이저 비임, 제2 레이저 비임 및 제3 레이저 비임을 가지고 제1 레이저 스크라이브, 제2 레이저 스크라이브 및 제3 레이저 스크라이브를 수행함
2) 헤드 이동 방향에 따라 제1 잉크 젯 노즐 중 어느 하나(9 또는 9')에 의해 공급되는 절연 잉크로 제1 레이저 스크라이브 라인을 충전함
3) 헤드 이동 방향에 따라 제2 잉크 젯 노즐 중 어느 하나(11 또는 11')에 의해 공급되는 도전 잉크를 가지고 제1 레이저 스크라이브 라인에서부터 제2 레이저 스크라이브 라인에 이르기까지에 걸쳐 도전 브리지를 형성함
도전 잉크를 도포하기 전에 절연 잉크를 경화하는 것이 일반적으로 필요하여서 열 및 자외선(UV) 광을 국부적으로 가하는 경화 기기(도시되지 않음)들이 사용된다. 이러한 경화 기기들은 노즐들(9, 10) 사이에서 그리고 노즐들(9', 11') 사이에서와 같은 적합한 위치에서 상기 프로세스 헤드에 부착된다.
(도시된 바와 같은) 방향 X으로 고정된 기재 표면상에서 상기 프로세스 헤드를 이동시키는 대신에, 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 동일한 시퀀스는 상기 프로세스 헤드를 고정 상태로 유지하고 상기 패널을 반대편 X 방향으로 이동시키는 방식으로 이루어질 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 장치에 의해 상기 기재 표면에 공급되는 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 타임 시퀀스를 보여주는 도면이다. 도 3a에는 기재(1)가 도시되어 있으며 상기 기재(1) 상에는 하부 전극 층, 활성층 및 상부 전극 층으로 이루어진 층들(13)의 스택이 적층되어 있다. 이러한 층들은 어떠한 중간 레이저 프로세스들 없이 순차적으로 도포된다. 도 3b에는 이후에 수행되는 3가지 레이저 프로세스가 도시되어 있다. 제1 레이저 비임(3)은 피막들 상에 입사되어 상기 기재에 이르기까지 3개 모든 층을 관통하는 그루브(6)를 스크라이빙한다. 또한, 제2 레이저 비임(4)은 피막들 상에 입사되어 상부 2개 층을 관통하지만 하부 전극 층을 관통하지 않는 그루브(4)를 스크라이빙한다. 또한, 제3 레이저 비임(5)은 피막들 상에 입사되어 상부 전극 층을 관통하는 그루브(8)를 스크라이빙하며 또한 상기 활성층 내에 관통할 수 있지만 상기 하부 전극 층을 단절시키지 않아야 한다. 도 2에 도시된 레이저 비임들의 배치에 의하면, 이러한 3개의 레이저 스크라이브는 동시에 이루어지지만 이는 그다지 중요하지 않으며 상기 3개의 레이저 스크라이브는 순차적으로 수행될 수 있다. 그 외에도, 상기 3개의 레이저 스크라이브가 이루어지는 순서가 중대한 의미를 지니지는 않는다. 3가지 모든 레이저 프로세스가 이루어진 다음에 잉크 젯 프린팅에 의해 물질들이 도포된다. 도 3c에는 절연 유체(10)가 어떠한 방식으로 잉크 젯 노즐(14)을 통해 상기 제1 레이저 스크라이브 내에 도포되는지가 도시되어 있다. 상기 절연 유체(10)는 고체를 형성하도록 즉시 UV 경화되거나 차후에 열경화된다. 도 3d에는 도전성을 지니거나 도전 입자들을 함유하는 유체(12)가 잉크 젯 노즐(15)을 통해서 상기 제1 스크라이브의 절연 물질(10) 상에 그리고 또한 상기 제2 레이저 스크라이브 내에 도포되는 다음 단계가 도시되어 있다. 상기 유체(12)는 고체를 형성하도록 차후에 열경화된다. 상기 유체(12)는 제3 스크라이브(8) 내에 연장되지 않는다. 상기 도전 물질(12)은 인접한 셀들을 직렬로 접속하도록 상기 절연 물질(10) 상에 브리지(bridge)를 형성하여 좌측면 상의 상부 전극 층을 우측면 상의 하부 전극 층에 전기적으로 접속한다.
도 4는 도 1 또는 도 2에 도시된 셀 상호접속 프로세스를 수행하는데 적합한 장치를 보여주는 도면이다. 태양 전지 패널(1)은 스테퍼 모터들 또는 서보 모터들(17, 17')과 같은 적합한 모터들에 의해 구동되는 이송 스테이지(translation stage)들(16, 16') 상에 장착되어 있는 평면 척 플레이트(fat chuck plate) 상에 장착됨으로써 상기 태양 전지 패널이 상기 태양 전지 패널의 에지들과 나란한 2개의 직교 방향들(X, Y)로 이동할 수 있게 한다. 레이저 유닛(18)으로부터의 비임은 상기 태양 전지 패널 상에 장착되어 있는 프로세스 헤드(20)에 미러들(19, 19')에 의해 안내된다. 비임을 제1 레이저 비임, 제2 레이저 비임 및 제3 레이저 비임으로 분할하도록 하는 상기 프로세스 헤드의 광학 기기 및 상기 프로세스 헤드 상의 관련 제1 및 제2 잉크 젯 헤드들의 세부가 도 4에는 도시되어 있지 않다. 동작시, 상기 프로세스 헤드는 고정되어 있으며 상기 태양 전지 패널은 X 방향으로의 한 스텝만큼 상기 기재를 가로지른 각각의 통과가 이루어지면서 Y 방향으로의 일련의 선형 이동들로 이동된다. 상기 프로세스 헤드는 도 1에 도시된 헤드 구성요소의 배치를 사용하여 이루어지는 단일 방향으로나 도 2에 도시된 헤드 구성요소의 배치를 사용하여 이루어지는 양자 모두의 방향으로 각각의 통과에 대한 단일 셀 상호접속을 처리할 수 있다. 도 4에는 상기 기재가 2개의 축으로 이동하는 고정된 프로세스 헤드가 도시되어있지만 실제로는 다른 배치들이 가능하다. 바람직한 배치는 상기 기재가 한 축으로 이동하게 하고 상기 프로세스 헤드가 다른 한 축으로 이동하게 하는 것이다. 상기 프로세스 헤드가 고정된 기재상에서 2개의 직교 축으로 이동하는 배치가 또한 가능하다. 상기 제1 레이저 비임, 상기 제2 레이저 비임 및 제3 레이저 비임은 단일 레이저 소스로부터 비롯된 것일 수도 있고 유사하거나 상이한 타입의 다수의 레이저 소스로부터 비롯된 것일 수도 있다.
도 5는 WO2011/048352에 기반한 선행기술을 보여주는 도면이다. 이러한 도면에는 단일의 프로세스 헤드(20)가 단일 또는 다수의 레이저(18)로부터 비롯된 3개 모든 레이저 비임(3, 4, 5)과 아울러 제1 잉크 젯 노즐들(9, 9') 및 제2 잉크 젯 노즐들(11, 11')로부터 비롯된 모든 절연 및 도전 잉크를 상기 기재(1) 중 단지 한 측면에만 공급하는데 사용됨을 강조하는 도 4에 도시된 장치가 간단하게 도시되어 있는데, 그러한 측면은 도포된 피막들의 스택을 지니는 측면이다.
도 6은 도 2에 도시된 개별 상호접속 프로세스 유닛이 어떠한 방식으로 다수의 상호접속 구조를 병렬로 동시에 처리할 수 있는 기기를 제공하도록 확장될 수 있는지를 보여주는 도면이다. 도 6에는 방향 Y에서 자신의 길이를 따라 다수의 셀을 지니는 태양 전지 패널(1)이 도시되어 있다. 여러 셀 간의 접속들을 포함하는 태양 전지 패널의 부위(2)는 도 6의 우측면 상에 확대된 상태로 도시되어 있다. 이는 이동 프로세스 헤드 및 (본 예에서) 5개의 셀 상호 접속 구조에 상응하는 상기 이동 프로세스 헤드의 관련 레이저 비임들 및 잉크 젯 노즐들을 부분적으로 보여준다. 기기(21)는 한 라인을 따라 5개의 나란한 세트의 제1, 제2 및 제3 레이저 비임들(22)을 유지 및 위치시키고 있다. 개별 비임들은 도시되어 있지 않다. 상기 기기는 Y 방향의 비임 세트들 사이의 간격을 설정하여 셀 피치를 정확하게 매치(match)하도록 도 6의 평면에 수직인 축에 대하여 회전될 수 있다. 5개 세트의 제1, 제2 및 제3 비임들의 행(row)은 3개의 층을 통해 5개의 나란한 제1 절단 부분을 만들고, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 5개의 나란한 제2 절단 부분을 만들며 그리고 상기 상부 층을 통해 5개의 나란한 제3 절단 부분을 만든다. 기기들(23, 23')은 5개의 나란한 절연 유체 라인을 5개의 제1 레이저 절단 부분 내에 도포하도록 한 라인을 따라 5개의 나란한 제1 잉크 젯 노즐(9 또는 9')을 유지 및 위치시키고 있다. 상기 기기들은 Y 방향의 노즐들 사이의 간격을 설정하여 셀 피치를 정확하게 매치하도록 도 6의 평면에 수직인 축들에 대하여 회전될 수 있다. 어느 한 세트의 제1 잉크 젯 노즐들은 기재 표면에 대하여 X 방향으로 상기 프로세스 헤드가 이동하는 방향에 의존하여 작동됨으로써 상기 절연 잉크 도포가 상기 제1 레이저 절단 다음에 수행되게 한다. 기기들(24, 24')은 5개의 나란한 도전 유체 라인을 5개의 제1 절단 부분의 절연 유체 상에 그리고 5개의 제2 절단 부분 내에 도포하도록 한 라인을 따라 5개의 나란한 제2 잉크 젯 노즐(11 또는 11')을 유지 및 위치시키고 있다. 상기 기기들은 Y 방향의 노즐들 사이의 간격을 설정하여 셀 피치를 정확하게 매치하도록 도 6의 평면에 수직인 축들에 대하여 회전될 수 있다. 어느 한 세트의 제2 잉크 젯 노즐들은 기재 표면에 대하여 X 방향으로 상기 프로세스 헤드가 이동하는 방향에 의존하여 작동됨으로써 상기 도전 잉크 도포가 절연 잉크 도포 다음에 수행되고 상기 절연 잉크 도포가 제1 및 제2 레이저 절단들 다음에 수행되게 한다. 상기 패널(1) 및 프로세스 헤드는 상기 기재의 부위들에서 계속하여,
1) 제1, 제2 및 제3 레이저 비임들의 행,
2) 제1 잉크 젯 노즐들의 행 및
3) 제2 잉크 젯 노즐들의 행
이 보이도록 어느 한 X 방향으로 서로에 대하여 이동된다.
도 7은 본 발명에 따른 프로세스의 한 실시예를 예시한 도면으로서 기재에 공급되는 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 타임 시퀀스를 보여주는 도면이다. 도 7a에는 하부 전극 층, 활성층 및 상부 전극 층으로 이루어진 층들(13)의 스택이 적층된 투명 기재(1)가 도시되어 있다. 이러한 층들은 어떠한 중간 레이저 프로세스들 없이도 순차적으로 도포된다. 도 7b에는 이러한 예에서 모두가 상기 기재의 도포되지 않은 하부 측면으로부터 상기 기재상에 입사하도록 차후에 수행되는 3가지 레이저 프로세스가 도시되어 있다. 제1 레이저 비임(3)은 하부로부터의 피막들과 상호작용하고 상기 층들 중 3개 모든 층을 제거하여 기재 표면에 이르기까지 3개 모든 층들을 통해 연장하는 그루브(6)를 형성한다. 제2 레이저 비임(4)은 또한 하부로부터 피막들과 상호작용하고 상부 2개 층을 제거하여 상부 2개 층을 통해 그루브(7)를 형성하지만 하부 전극 층을 제거하지 않는다. 제3 레이저 비임(5)은 또한 하부로부터 피막들과 상호작용하고 적어도 상부 층을 제거하여 상부 전극 층을 통해 그루브(8)를 형성한다. 레이저 비임(5)은 또한 셀 상호접속 구조의 효과에 영향을 주지 않고서 (도 7에 도시된 바와 같이) 상기 활성층을 부분적으로나 완전히 제거할 수 있다. 상기 3개의 레이저 스크라이브가 동시에 만들어질 수도 있고 상기 3개의 레이저 스크라이브가 순차적으로 수행될 수 있다. 상기 3개의 레이저 스크라이브가 만들어지는 순서가 중대한 의미를 지니지는 않는다. 3가지 모든 레이저 프로세스가 이루어진 다음에 잉크 젯 프린팅에 의해 물질들이 도포된다. 도 7c에는 절연 유체(10)가 어떠한 방식으로 잉크 젯 노즐(14)을 통해 상기 제1 레이저 스크라이브 내에 도포되는지가 도시되어 있다. 상기 절연 유체(10)는 고체를 형성하도록 즉시 UV 경화되거나 차후에 열경화된다. 도 7d에는 도전성을 지니거나 도전 입자들을 함유하는 유체(12)가 잉크 젯 노즐(15)을 통해서 상기 제1 스크라이브의 절연 물질(10) 상에 그리고 또한 상기 제2 레이저 스크라이브 내에 도포되는 다음 단계가 도시되어 있다. 상기 유체(12)는 고체를 형성하도록 차후에 열적으로나 다른 방식으로 경화된다. 상기 유체(12)는 제3 스크라이브(8) 내에 연장되지 않는다. 상기 도전 물질(12)은 인접한 셀들을 직렬로 접속하도록 상기 절연 물질(10) 상에 브리지(bridge)를 형성하여 좌측면 상의 상부 전극 층을 우측면 상의 하부 전극 층에 전기적으로 접속한다.
도 8은 도 7에 도시된 프로세스를 수행하는데 사용될 수 있는 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분의 배치를 보여주는 도면이다. 상기 프로세스 헤드의 제1 부분(20)은 제1 잉크 젯 노즐들(9, 9') 및 제2 잉크 젯 노즐들(11, 11')로부터 비롯된 모든 절연 및 도전 잉크를 도포된 피막들의 스택을 지니는 상기 기재(1)의 측면에 공급한다. 상기 프로세스 헤드의 제2 부분(25)은 3개 모든 레이저 비임(3, 4, 5)을 상기 기재에 공급함으로써 상기 비임들이 유리 기재를 관통하고 상기 기재의 상측면 상의 여러 층과 상호작용하게 한다. 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들의 기재 표면과 나란한 면의 상대 위치들은 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상의 노즐들에 의해 적층된 잉크들이 정확하게 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에 의해 공급되는 레이저 비임들에 의해 생성된 상기 레이저들의 그루브들에 상응하도록 조정 및 유지된다.
제1 레이저 비임, 제2 레이저 비임 및 제3 레이저 비임은 단일의 레이저 소스로부터 비롯될 수도 있고 다수의 레이저 소스로부터 비롯될 수도 있다. 후자의 경우에, 상기 레이저들은 유사한 타입의 것들일 수도 있고 다른 타입의 것들일 수도 있다.
상기 프로세스 헤드 및 상기 기재 간의 상대 이동은 여러 방법에 의해 이루어질 수 있는데, 상기 프로세스 헤드의 부분들 양자 모두가 고정된 상태로 유지될 수 있으며 상기 기재가 2개의 축으로 이동될 수 있고, 상기 기재가 한 축으로 이동될 수 있으며 상기 프로세스 헤드의 부분들 양자 모두가 다른 축으로 함께 이동될 수 있고 그리고 상기 프로세스 헤드의 부분들 양자 모두가 고정된 기재에 대해 2개의 직교 축으로 이동될 수 있다.
도 8에 도시된 배치는 도 6에 도시된 타입의 기기들을 사용하여 상기 기재상의 프로세스 헤드의 단일 통과로 다수의 셀 상호접속이 동시에 만들어지는 것을 허용하도록 용이하게 확장될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 장착되는 단일의 상호접속을 만들기 위한 단지 충분한 제1 및 제2 노즐들보다는 오히려, 적합한 기기들이 나란하게 동작하는 여러 세트의 제1 및 제2 노즐들을 장착하는 데 사용되는데, 상기 세트들은 셀 피치 또는 셀 피치의 배수들에 의해 분리된다. 그 외에도, 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에 의해 공급되는 단지 3개의 레이저 비임보다는 오히려, 적합한 기기들이 나란하게 동작하는 여러 세트의 레이저 비임들을 공급하는데 사용되는데, 상기 세트들은 셀 피치 또는 셀 피치의 배수들에 의해 분리된다.
상기 잉크-젯 노즐들 및 레이저 소스들 외에도, 상기 프로세스 헤드의 제1 부분에는 또한 레이저 절단이 상기 프로세스 헤드의 제2 부분 상의 레이저 소스를 사용하여 수행될 때 상기 기재의 상측면으로부터 배출되는 데브리스(debris)를 제거하도록 하는 데브리스 수집 기기(도시되지 않음), 예컨대 흡입 노즐이 설치되어 있다.
도 9는 본 발명의 다른 한 바람직한 실시태양에 따른 상기 기재에 공급되는 레이저 및 잉크 젯 프로세스들의 타임 시퀀스를 보여주는 도면이다. 상기 프로세스 헤드는 2개의 대항 부분을 포함하지만 이러한 경우에 상기 레이저 비임들 중 하나는 상기 프로세스 헤드의 제1 부분에 의해 피복된 측면에 공급되지만 상기 3개의 레이저 비임 중 나머지 2개의 레이저 부분은 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에 의해 피복되지 않은 측면으로부터 상기 기재에 공급된다. 도 9a에는 기재(1)가 도시되어 있으며 상기 기재(1) 상에는 하부 전극 층, 활성층 및 상부 전극 층으로 이루어진 층들(13)의 스택이 적층되어 있다. 이러한 층들은 어떠한 중간 레이저 프로세스들 없이도 순차적으로 도포된다. 도 9b에는 이러한 경우에 상기 기재의 양자 모두의 측면으로부터 입사되도록 차후에 수행되는 3가지 레이저 프로세스가 도시되어 있다. 제1 레이저 비임(3)은 상부로부터의 피막들 상에 입사되고 3개 모든 층을 상기 기재에 이르기까지 관통하는 그루브(6)를 스크라이빙한다. 제2 레이저 비임(4)은 하부로부터 피막들과 상호작용하고 상부 2개 층을 제거하여 상부 2개 층을 분리하는 그루브(7)를 형성하지만 하부 전극 층을 제거하지 않는다. 제3 레이저 비임(5)은 또한 하부로부터 피막들과 상호작용하고 적어도 상부 층을 제거하여 상부 전극 층을 분리하는 그루브(8)를 형성한다. 레이저 비임(5)은 또한 셀 상호접속 구조의 효과에 영향을 주지 않고서 (도 9에 도시된 바와 같이) 상기 활성층을 제거할 수 있다. 상기 3개의 레이저 스크라이브가 모두 동시에 만들어질 수도 있고 상기 3개의 레이저 스크라이브가 순차적으로 수행될 수 있다. 상기 3개의 레이저 스크라이브가 만들어지는 순서가 중대한 의미를 지니지는 않는다. 3가지 모든 레이저 프로세스가 이루어진 다음에 잉크 젯 프린팅에 의해 물질들이 도포된다. 도 9c에는 절연 유체(10)가 어떠한 방식으로 잉크 젯 노즐(14)을 통해 상기 제1 레이저 스크라이브 내에 도포되는지가 도시되어 있다. 상기 절연 유체(10)는 고체를 형성하도록 즉시 UV 경화되거나 차후에 열경화된다. 도 9d에는 도전성을 지니거나 도전 입자들을 함유하는 유체(12)가 잉크 젯 노즐(15)을 통해서 상기 제1 스크라이브의 절연 물질(10) 상에 그리고 또한 상기 제2 레이저 스크라이브 내에 도포되는 다음 단계가 도시되어 있다. 상기 유체(12)는 고체를 형성하도록 차후에 열경화된다. 상기 유체(12)는 제3 스크라이브(8) 내에 연장되지 않는다. 상기 도전 물질(12)은 인접한 셀들을 직렬로 접속하도록 상기 절연 물질(10) 상에 브리지(bridge)를 형성하여 좌측면 상의 상부 전극 층을 우측면 상의 하부 전극 층에 전기적으로 접속한다.
도 10은 도 9에 도시된 프로세스를 수행하는데 사용될 수 있는 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들의 배치를 보여주는 도면이다. 상기 프로세스 헤드의 제1 부분(20)은 제1 잉크 젯 노즐들(9, 9')로부터 비롯된 모든 절연 및 도전 잉크를 도포되는 피막들의 스택을 지니는 상기 기재(1)의 측면에 공급한다. 레이저(18)로부터 비롯된 제1 레이저 비임(3)은 또한 상기 프로세스 헤드의 제1 부분(20)에 의해 상기 기재의 피복된 상측면에 공급된다. 상기 프로세스 헤드의 제2 부분(25)은 제2 및 제3 레이저 비임들(4, 5)을 상기 기재에 공급하여 상기 비임들이 유리 기재를 관통하여 상기 기재의 상측면 상의 여러 층과 상호작용할 수 있게 한다. 제2 레이저 비임 및 제3 레이저 비임은 동일한 단일의 레이저 소스(18')로부터 비롯될 수도 있고 다수의 레이저 소스로부터 비롯될 수도 있다. 후자의 경우에, 상기 레이저들은 동일한 타입의 것들일 수도 있고 다른 타입의 것들일 수도 있다.
도 7, 도 8, 도 9, 및 도 10에 도시된 것들과는 다른 여러 비임의 분포가 가능하다.
a) 피복된 측면으로부터의 제1 및 제2 비임들, 피복되지 않은 측면으로부터의 제3 비임
b) 피복된 측면으로부터의 제1 및 제3 비임들, 피복되지 않은 측면으로부터의 제2 비임
c) 피복된 측면으로부터의 제2 및 제3 비임들, 피복되지 않은 측면으로부터의 제1 비임
d) 피복되지 않은 측면으로부터의 제1 및 제2 비임들, 피복된 측면으로부터의 제3 비임
e) 피복되지 않은 측면으로부터의 제1 및 제3 비임들, 피복된 측면으로부터의 제2 비임
도 10에 도시된 배치 및 위에 리스트된 것들 모두는 또한 도 6에 도시된 타입의 기기들을 사용하여 상기 기재상의 프로세스 헤드의 단일 통과로 다수의 셀 상호접속이 동시에 만들어지는 것을 허용하도록 용이하게 확장될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 장착되는 단일의 상호접속을 만들기 위한 단지 충분한 제1 및 제2 잉크 젯 노즐들보다는 오히려, 적합한 기기들이 나란하게 동작하는 여러 세트의 제1 및 제2 잉크 젯 노즐들을 장착하는 데 사용되는데, 상기 세트들은 셀 피치 또는 셀 피치의 배수들에 의해 분리된다. 그 외에도, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들의 결합에 의해 공급되는 단지 한 세트의 3개의 레이저 비임보다는 오히려, 적합한 기기들이 나란하게 동작하는 여러 세트의 3개의 레이저 비임을 공급하는데 사용되는데, 상기 세트들은 셀 피치 또는 셀 피치의 배수들에 의해 분리된다.
도 11은 위에 기술한 상호접속 형성 프로세스를 수행하기 위한 변형적인 장치를 보여주는 도면이다. 도 4, 도 5, 도 8 및 도 10 모두에는 상기 기재가 수평으로 배치되어 있고 피복된 측면이 상방에 있으며 상기 프로세스 헤드의 제1 부분이 상기 기재의 상부에 있고 상기 프로세스 헤드의 제2 부분이 상기 기재의 하부에 있는 바람직한 배치가 도시되어 있다. 이에 대한 다른 배치들이 가능하며 도 11에는 한 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이러한 경우에, 상기 기재(1)는 상기 기재의 각각의 측면 상의 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들과 수직을 이루도록 배치되어 있다. 도시된 배치에서는, 상기 프로세스 헤드의 제1 부분(20)은 절연 잉크들 및 도전 잉크들을 상기 기재의 피복된 측면에 공급하기 위한 제1 잉크 젯 노즐들(9, 9') 및 제2 잉크 젯 노즐들(11, 11')을 포함하지만 상기 프로세스 헤드(25)의 제2 부분은 레이저 소스(소스들)(18)로부터의 제1, 제2 및 제3 레이저 비임들(3, 4, 5)을 상기 피복된 측면과 반대편에 있는 상기 기재의 측면에 공급한다. 상기 셀 상호접속 구조들은 수직을 이루고 있으며 상기 상호접속 구조를 형성하는 프로세스 헤드의 2개의 부분이 수직 X 방향으로 상기 기재의 양자 모두의 측면 상에서 함께 이동되지만 상기 기재는 도시된 바와 같이 수평 Y 방향으로 상기 장치를 통해 이동된다.
상기 제1 레이저 비임, 상기 제2 레이저 비임 및 상기 제3 레이저 비임 중 일부가 상기 프로세스 헤드의 제1 부분에 의해 공급되는 다른 배치들이 또한 가능하다.
위에서 설명한 프로세스 및 장치는 여러 주요 특징을 지닌다.
1) 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들은 상기 기재의 양자 모두의 측면 상에 위치해 있음
2) 피복된 기재 측면 상의 상기 프로세스 헤드의 제1 부분은 모든 절연 및 도전 잉크들을 공급함
3) 피복되지 않은 기재 측면 상의 프로세스 헤드의 제2 부분은 적어도 하나의 레이저 비임을 공급함
4) 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에 의해 공급되지 않은 레이저 비임들은 상기 프로세스 헤드의 제1 부분에 의해 공급됨
5) 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들의 위치들은 고정되어 있으므로 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들은 (상기 기재에 대하여) 하나로서 이동된다.
6) 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들은 기재상의 단일 통과로 셀 상호접속을 형성함
7) 상기 프로세스 헤드는 단일 또는 듀얼 방향으로 상호접속들을 만들어내도록 배치될 수 있음
8) 상기 프로세스 헤드는 단일 통과로 하나 이상의 상호접속들을 형성하도록 배치될 수 있음
9) 상기 기재는 수평 또는 수직을 이룰 수 있음
10) 상기 프로세스 헤드의 제1 부분에 의해 수행되는 레이저 층 스크라이빙 프로세스들 중 하나 이상은 기계적 스크라이빙 프로세스로 대체될 수 있음

Claims (16)

  1. 하부 전극 층인 제1 층, 활성층인 제2 층 및 상부 전극 층인 제3 층을 지니는 박막 기기로서 상부에 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 모두가 연속으로 적층되어 있는 박막 기기를 전기적으로 상호 간에 직렬로 접속되는 개별 셀들로 분할하는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법에 있어서, 상기 셀들의 분할 및 인접한 셀들 간의 전기적 접속 모두가 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행되며, 상기 프로세스 헤드는 상기 박막 기기 상부에 위치해 있는 제1 부분 및 상기 박막 기기 하부에 위치해 있는 제2 부분을 포함하고, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들에는 함께 하나 이상의 커터 유닛들이 설치되어 있고 상기 제1 부분에는 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들이 설치되어 있으며, 상기 제1 및 제2 부분들은 상기 박막 기기에 대해 동일한 속도로 함께 이동하여 상기 박막 기기상에서 상기 프로세스 헤드의 단일 통과로 이하의 단계들을 수행하도록 배치되어 있고,
    상기 이하의 단계들은,
    a) 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 제1 절단 부분을 만드는 단계;
    b) 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 상기 제1 절단 부분에 인접한 제2 절단 부분을 만드는 단계;
    c) 상기 제3 층을 통해 상기 제2 절단 부분에 인접하고 상기 제2 절단 부분의 반대 측면 상에서 상기 제1 절단 부분에 인접한 제3 절단 부분을 만드는 단계;
    d) 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상의 제1 잉크 젯 프린트 헤드를 사용하여 상기 제1 절단 부분 내에 비-도전 물질을 적층하는 단계; 및
    e) 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상의 제2 잉크 젯 프린트 헤드를 사용해 도전 물질을 도포하여 상기 제1 절단 부분의 비-도전 물질을 브리지(bridge)하고 상기 제2 절단 부분을 완전하거나 부분적으로 충전함으로써 상기 제1 층 및 상기 제3 층 간의 전기적 접속이 이루어지게 하는 단계;
    를 포함하며,
    단계 a)는 단계 d)보다 우선하고, 단계 d)는 단계 e)보다 우선하며 단계 b)는 단계 e)보다 우선하고, 이와는 다른 경우에 상기 단계들은 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 임의의 순서로 수행될 수 있고 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 또는 상기 제3 절단 부분 중 적어도 하나는 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에서부터 상기 박막 기기의 하측면으로부터의 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 향해 안내되는 레이저 비임을 사용하여 상기 하나 이상의 커터 유닛들에 의해 형성되는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 단계들이 상기 단일 통과로 수행되는 순서는 상기 제1, 제2 및 제3 절단 부분들을 형성하기 위해 상기 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들의 프로세스 헤드 상의 상대 위치들 및 상기 프로세스 헤드 상의 구성요소들에 의해 결정되는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 및 제3 절단 부분 중 2개 이상의 절단 부분은 레이저 비임들을 사용하여 형성되는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 절단 부분은 상기 프로세스 헤드의 제1 부분에 의해 구비된 절단 수단에 의해 상기 박막 기기상에서부터 형성되며 상기 제2 및 제3 절단 부분들은 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에서부터 상기 박막 기기의 하측면을 향해 안내되는 레이저 비임들을 사용하여 형성되는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로세스 헤드는 상기 박막 기기를 가로지른 어느 한 방향으로나 상기 박막 기기를 가로지른 양자 모두의 방향으로의 단일 통과로 상기 단계들 모두를 수행할 수 있는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하나 이상의 절단 단계들은 상기 비-도전 물질 및 상기 도전 물질의 적층 후에 상기 단일 통과 동안 수행되는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들은 상기 박막 기기에 대해 하나로서 이동하도록 배치됨으로써 서로에 대한 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들의 위치들이 고정되는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 기기는 태양 전지 패널, 조명 패널 및 배터리 중 하나인, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 방법.
  9. 하부 전극 층인 제1 층, 활성층인 제2 층 및 상부 전극 층인 제3 층을 지니는 박막 기기로서 상부에 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층 모두가 연속으로 적층되어 있는 박막 기기를 전기적으로 상호 간에 직렬로 접속되는 개별 셀들로 분할하는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치에 있어서, 상기 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치는 프로세스 헤드를 포함하며, 상기 프로세스 헤드는 상기 박막 기기 상부에 위치해 있도록 배치된 제1 부분 및 상기 박막 기기 하부에 위치해 있도록 배치된 제2 부분을 지니고, 상기 제1 및 제2 부분들은 상기 박막 기기에 대해 동일한 속도로 함께 이동하도록 배치되어 있으며, 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들에는,
    a) 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 제1 절단 부분을 만들고, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 통해 상기 제1 절단 부분에 인접한 제2 절단 부분을 만들며 그리고 상기 제3 층을 통해 상기 제2 절단 부분에 인접하며 상기 제2 절단 부분의 반대 측면 상에서 상기 제1 절단 부분에 인접한 제3 절단 부분을 만드는 하나 이상의 커터 유닛들;
    b) 상기 제1 절단 부분 내에 비-도전 물질을 적층하는 제1 잉크 젯 프린트 헤드; 및
    c) 도전 물질을 도포하여 상기 제1 절단 부분의 비-도전 물질을 브리지(bridge)하고 상기 제2 절단 부분을 완전하거나 부분적으로 충전함으로써 상기 제1 층 및 상기 제3 층 간의 전기적 접속이 이루어지게 하는 제2 잉크 젯 프린트 헤드;
    가 함께 구비되어 있으며,
    상기 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치는 또한,
    d) 상기 박막 기기에 대해 상기 프로세스 헤드를 이동하는 구동 수단; 및
    e) 상기 박막 기기에 대한 프로세스 헤드의 이동을 제어하는 제어 수단으로서 상기 하나 이상의 커터 유닛들 및 상기 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들을 작동시켜 상기 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 것 및 인접한 셀들 간의 전기적 접속을 형성하는 것이 모두 상기 박막 기기를 가로지른 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행될 수 있게 하는, 제어 수단;
    을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들은 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 설치되어 있고 상기 박막 기기의 상측면에 물질을 도포하도록 배치되어 있으며 상기 커터 유닛들 또는 상기 커터 유닛들 중 하나는 상기 프로세스 헤드의 제2 부분 상에 설치되어 있고 상기 프로세스 헤드의 제2 부분에서부터 상기 박막 기기의 하측면으로부터의 상기 제1 층, 상기 제2 층 및 상기 제3 층을 향해 안내되는 레이저 비임을 통해 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 및 상기 제3 절단 부분 중 적어도 하나를 형성하도록 배치되어 있는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 커터 유닛들은 상기 프로세스 헤드의 제2 부분 상에 설치되어 있으며 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 및 상기 제3 절단 부분을 형성하기 위한 하나 이상의 펄스 레이저들을 포함하는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 커터 유닛들은 상기 제1, 제2 및 제3 절단 부분들을 형성하기 위한 2가지 타입 이상의 펄스 레이저들을 포함하는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 잉크 젯 프린트 헤드들의 프로세스 헤드 상의 상대 위치들 및 상기 제1 절단 부분, 상기 제2 절단 부분 및 상기 제3 절단 부분을 형성하기 위한 상기 프로세스 헤드 상의 상기 커터 유닛들은 단계들이 상기 프로세스 헤드의 단일 통과로 수행되는 순서를 결정하는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 경화 기기들은 상기 프로세스 헤드의 단일 통과 동안 상기 제1 및 제2 잉크 젯 헤드들에 의해 도포되는 비-도전 물질 및 도전 물질을 경화시키기 위해 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 설치되어 있는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  14. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 박막 기기에 대해 상기 프로세스 헤드의 제1 및 제2 부분들을 2가지 직교 방향으로 이동하기 위한 하나 이상의 듀얼 축 서보 모터를 포함하는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 제1 절단 부분 및 상기 제2 절단 부분의 길이와 나란한 제1 방향으로 상기 박막 기기 및 상기 프로세스 헤드가 상기 박막 기기 또는 정수배의 상기 박막 기기에서 형성될 셀들의 폭과 동일한 미리 결정된 거리만큼 상기 제1 방향과 수직인 방향으로 단차(step)지게 하기 위해 상기 박막 기기를 가로지른 연속 경로에서 그리고 상기 경로의 단부에서 서로에 대하여 이동하도록 배치되어 있는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
  16. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스 헤드의 제2 부분 상의 커터 유닛이 상기 제1, 제2 또는 제3 절단 부분들 중 하나를 형성하는데 사용되는 경우에 상기 박막 기기의 상측면으로부터 배출되는 물질을 수집하기 위해 상기 프로세스 헤드의 제1 부분 상에 데브리스(debris) 수집 기기가 설치되어 있는, 박막 기기를 개별 셀들로 분할하는 장치.
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