KR20090053772A - 태양전지 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 환봉 형태로 양산되는 태양전지 단결정 실리콘 잉곳에서 웨이퍼 제조를 위한 잉곳의 슬라이스 절단에 앞서 선행되어야 하는 환봉 형태의 잉곳을 스퀘어형태로 절단하는 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 다수의 환봉 형태의 잉곳을 한번에 자동으로 정밀하게 스퀘어 절단함으로써 작업성을 높인 특징이 있다.
본 발명은 환봉 형태의 잉곳을 효과적으로 절단하기 위한 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 3,000mm 규격의 길쭉한 환봉 형태로 양산되는 잉곳을 연계된 6개의 절단지그(G)에 안치시켜 500mm 규격의 6개 브릭(Brick)으로 절단하는 분할공정(S1)과, 절단된 브릭(Brick) 13개를 안착지그(G')에 각각 지지 고정시킨 후 6개의 X축방향 와이어(W)와 6개의 Y축방향 와이어(W')로 13개 브릭의 사방(四方)을 절단하여 스퀘어 형태로 만드는 스퀘어링 공정(S2)을 통하여 잉곳(I)을 절단함으로써 공정시간을 감소시키며 생산성을 증대시킨 특징이 있다.
상기의 구성을 갖는 본 발명 잉곳의 절단방법은 절단작업에 필요한 공정시간을 감소시키며 잉곳 스퀘어링의 처리량을 향상시켜 작업성 및 생산성이 증대되어 효율적인 잉곳의 절단이 이루어지는 특징이 있다.
또한, 상기 절단방법을 통한 잉곳의 스퀘어형 절단에 의하면 개별 잉곳의 정밀한 스퀘어링 절단이 이루어져 제품의 신뢰성이 확보되는 장점이 있다.
잉곳, 스퀘어링, 컷팅, 컷팅와이어, 단결정 실리콘, 태양전지, 웨이퍼
Description
본 발명은 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 환봉 형태로 양산되는 태양전지 단결정 실리콘 잉곳에서 웨이퍼 제조를 위한 잉곳의 슬라이스 절단에 앞서 선행되어야 하는 환봉 형태의 잉곳을 스퀘어형태로 절단하는 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 다수의 환봉 형태의 잉곳을 한번에 자동으로 정밀하게 스퀘어 절단함으로써 작업성을 높인 특징이 있다.
일반적으로 태양전지는 광기전력 효과를 이용하여 빛 에어지를 직접 전기 에어지로 변환시키는 반도체 소자로, 실리콘에 붕소를 첨가한 P형 반도체 위에 인을 확산시킨 N형 실리콘 반도체 층을 형성하여 만들어지며 후면은 전체에 전극이 형성되어 있고 전면은 빛이 통과할 수 있도록 총 면적의 5∼15% 정도 전극이 형성되어 있다.
상기 태양전지는 실리콘 반도체의 일종이나 회로가 아니어서 포토, 식각 등 의 공정이 필요없어 경제적이며, 일반 반도체보다 더욱 효율성이 높아 근래에 많이 효용되고 있다.
한편, 상기 태양전지는 재료에 따라 크게 실리콘 태양전지와 화합물 태양전지 등으로 구분되며, 기판을 실리콘 웨이퍼로 사용하느냐 유리 등의 다른 기판을 쓰느냐에 따라 벌크형과 박막형으로 나누어지게 되고, 상기 벌크형 실리콘 태양전지는 다시 실리콘 결정의 종류에 따라 다결정과 단결정으로 구분되게 되는 것으로, 그 중 단결정 실리콘 태양전지는 결정의 방향이 같아 전자이동에 걸림돌이 없기 때문에 유전 효율이 좋고, 아침 저녁이나 흐린 날에도 비교적 효율적으로 발전할 수 있어 가장 많이 효용되고 있다.
상기 단결정 실리콘 태양전지의 일반적인 제조공정은 모래 등 실리콘을 포함한 원재료를 정제하여 폴리실리콘을 뽑아내는 과정으로 시작하여 실리콘 덩어리인 잉곳을 만든 후 이를 슬라이싱 컷팅하여 단결정 실리콘 웨이퍼를 만들게 되며, 웨이퍼 위에 PN 접합과 전극을 형성하면 태양전지가 만들어지게 된다.
상기 실리콘의 원재료는 모래나 자갈 등에 많이 포함되어 있지만, 철, 니켈, 코발트, 탄소 등 불순물이 많이 섞여 있어 이를 정제해 고순도 폴리실리콘을 만들기 위해 원재료를 탄소 등과 함께 전기로에 넣어서 용융해 얻은 순도 98%의 금속급 실리콘을 분쇄하여 염산으로 처리하면 삼염화실란(TCO, Trichllorosilan)이 생성되는데, 상기 삼염화실란을 증류하여 불순물을 제거하면 고순도의 다결정 실리콘이 만들어지게 되며, 상기 다결정 실리콘은 다시 한번 물리적으로 정제하여야 단결정 실리콘으로 형성되게 되는 바, 단결정 실리콘의 대표적인 제조방법인 쵸크랄스키법(CZ)에 따르면 이산화규소함량이 99%이상인 고순도 석영 도가니에 붕소나 인 등의 저항률 조정용의 3족 혹은 5족 원소와 함께 넣어 실리콘의 녹는점인 1,420℃이상의 고온으로 용융하여 원하는 결정 방향과 동일한 단결정 종자를 실리콘 용액의 액면을 부착하고 회전시키면서 끌어올리면 종결정과 동일한 원자배열을 한 단결정 잉곳이 만들어지게 되는 것이다.
한편, 상기 단결정 잉곳은 환봉 형태로 양산되는 바, 이를 슬라이스 컷팅하여 웨이퍼로의 제조가 이루어지는 것으로, 상기 슬라이스 컷팅에 앞서 환봉 형태의 웨이퍼를 스퀘어 형태로 형성시켜 웨이퍼로 구현되게 하는 스퀘어링 과정을 거쳐야 하는데, 상기 스퀘어링 과정은 벤드 쏘에 의해 이루어지게 되며, 현재까지의 상기 벤드 쏘에 의한 절단작업은 각각의 잉곳 하나하나마다 개별로 시행되어 절단이 이루어지고 있어 상기 절단이 수차례 반복작업을 거쳐야만 수개의 잉곳의 스퀘어링 작업이 이루어지게 되어 있었다.
하여, 상기와 같은 잉곳의 스퀘어형으로의 절단작업은 공정에 상당한 시간이 소요되어 이로 인해 궁극적인 웨이퍼의 효율적인 생산에 장애 요소로 작용하고 있어, 상기의 폐단을 없애고 웨이퍼의 신속하고 효율적인 생산을 위해 잉곳의 절단 처리량을 향상시키고 비용을 감소하기 위한 가능한한 신속하고 정밀하게 잉곳을 절 단할 수 있는 방안의 마련이 시급한 실정이었다.
요컨데, 환봉의 형태로 생산되는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳에서 웨이퍼로의 양산을 위한 슬라이스 컷팅에 앞서 선행되는 잉곳의 스퀘어형으로의 절단에 있어, 개별의 잉곳을 각각 절단하여야 되므로 잉곳 절단에 소요되는 작업시간이 길어지게 되어 생산성이 떨어지며 각각의 잉곳에 따라 절단 면적이 다를 염려가 있어 제품의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
하여 상기 본 발명은 공정시간을 감소하며 잉곳의 절단 품질의 신뢰성을 확보할 뿐 아니라 처리량을 향상시킬 수 있는 생산성이 증대되고 효율적인 잉곳의 절단방법을 제공함을 그 목적으로 하여 창안된 것이다.
본 발명은 환봉 형태의 잉곳을 효과적으로 절단하기 위한 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 3,000mm 규격의 길쭉한 환봉 형태로 양산되는 잉곳을 연계된 6개의 절단지그(G)에 안치시켜 500mm 규격의 6개 브릭(Brick)으로 절단하는 분할공정(S1)과, 절단된 브릭(Brick) 13개를 안착지그(G')에 각각 지지 고정시킨 후 6개의 X축방향 와이어(W)와 6개의 Y축방향 와이어(W')로 13개 브릭의 사방(四方)을 절단하여 스퀘어 형태로 만드는 스퀘어링 공정(S2)을 통하여 잉곳(I)을 절단함으로써 공정시간을 감소시키며 생산성을 증대시킨 특징이 있다.
상기의 구성을 갖는 본 발명 잉곳의 절단방법은 절단작업에 필요한 공정시간을 감소시켜 잉곳절단의 처리량을 향상시켜 작업성 및 생산성이 증대되어 효율적인 잉곳 절단이 이루어지는 특징이 있다.
또한, 상기 절단방법을 통한 잉곳을 절단에 의하면 개별 잉곳의 정밀한 절단이 이루어져 제품의 신뢰성이 확보되는 장점이 있다.
본 발명은 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 환봉 형태로 양산되는 단결정 실리콘 태양전지 잉곳에서 웨이퍼 제조를 위한 잉곳의 슬라이스 절단에 앞서 선행되어야 하는 환봉 형태의 잉곳을 스퀘어형태로 절단하는 잉곳의 절단방법에 관한 것으로, 다수의 환봉 형태의 잉곳을 한번에 자동으로 정밀하게 스퀘어 절단함으로써 작업성을 높인 특징이 있다.
본 발명은 환봉 형태의 잉곳을 효과적으로 절단하기 위한 절단방법에 관한 것으로, 3,000mm 규격으로 양산되는 환봉 잉곳의 절단을 본 발명의 바람직한 실시예로 두어 본 발명을 기술하고 있으나 환봉의 길이에 따른 잉곳의 브릭 분할 갯수의 변형은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 실시 가능한 것으로 그러한 변형 실시는 본 발명 권리범위 안에 속함은 자명한 바, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 절단방법을 상세히 설명하면,
도 1은 본 발명의 공정도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명 절단방법에 의해 절단된 스퀘어 형태의 잉곳의 사시도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명 실시예에 따른 브릭 분할공정(S1)의 실시태양을 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명 제 1실시예에 따른 스퀘어링 공정(S2)에 사용되는 컷팅 와이어(W, W')와 잉곳(I)의 안착위치를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명 제 2실시예에 따른 스퀘어링 공정(S2)에 사용되는 컷팅 와이어(W, W')와 잉곳(I)의 안착위치를 나타낸 것이며, 도 6는 본 발명 스퀘어링 공정에 사용되는 안착지그(G')의 실시태양을 나타낸 일부 분해 사시도를 나타낸 것으로, 환봉 형태로 양산되는 태양전지 단결정 실리콘 잉곳(I)으로부터 웨이퍼로의 구현을 위한 잉곳의 효율적인 절단방법을 기술화한 본 발명의 제 1실시예를 살펴보면, 우선 3,000mm 규격의 환봉 형태 잉곳을 500mm 규격으로 일정등분 분할하는 것으로 시작된다.
상기 환봉 형태의 잉곳(I)은 후공정인 웨이퍼로의 구현을 위한 슬라이싱 작업을 위해 일정 등분 분할하여 슬라이스 절단이 용이하게 이루어지게 하여야 하는 바, 상기 본 발명에서는 절단 지그(G)를 통하여 6개의 브릭으로 절단되게 된다.
상기 길쭉한 환봉 형태의 잉곳(I)을 개폐가 가능하도록 형성되고 연계된 여섯 개의 절단 지그(G)에 안치시키면, 개방되어 있던 절단 지그(G)가 폐쇄되어 잉곳(I)이 고정되게 되고, 이에 컷팅 와이어가 지그에 안치된 양단이 첨예한 환봉 형 태의 잉곳(I)을 절단하게 되며, 이에 양단의 첨예부가 절단되고 남은 환봉 형태의 잉곳(I)은 여섯 개의 브릭으로 분할 형성되게 된다.
상기의 작업으로 다수의 브릭이 형성되게 되면, 태양전지 웨이퍼로의 구현을 위해 사방(四方)을 일부 절단하여 스퀘어 형상으로 형성시켜야 하는 바, 상기 스퀘어링 공정(S2)은 정확하고 신속한 절단을 위해 안착지그(G')에 잉곳(I)을 고정시킨 후 컷팅 와이어(W, W')를 하강시킴으로 잉곳(I)을 컷팅하여 이루어지게 된다.
상기 마련된 브릭형태로 절단된 개별의 잉곳은 개별의 잉곳 각각을 안착지그(G')에 고정하여 하는 바, 상기 안착지그(G')의 형태는 잉곳(I)의 상부 및 하부를 고무판(R, R')과 접하도록 하여 고무판에 의해 지지 고정되게 하여 한번에 절단하도록 하는 형태를 취하는 바, PVC 재질의 원통(C)의 상부에 브릭형태의 잉곳을 위치시키되, 원통의 상부로는 고무판(R)을 구비하여 브릭의 하부가 고무판(R)과 접하도록 하며, 브릭을 원통 상부에 위치시킨 후 하부에 고무판(R')이 부착된 사각바를 브릭의 상부와 접하도록 하면, 하부 고무판(R) 및 상부 고무판(R')이 조력하여 브릭이 스퀘어링 작업이 이루어질 위치에 이탈없이 견고히 고정되게 되며, 상기 13개의 브릭의 상부로는 6개의 X축방향 와이어(W)와 6개의 Y축방향 와이어(W')가 마련되어 총 12개의 컷팅 와이어가 형성되게 된다.
상기 와이어(W, W')는 지면과 평행하게 설치되는 것으로, 회전모터 및 회전 력전달수단에 의해 회전가능한 회전풀리를 X축 및 Y축방향으로 각각 세 개조 배치한 다음, 상기 X축 및 Y축방향 각 조의 회전풀리 간 다이아몬드 엔드리스 와이어를 권취하여 무한회전 가능하도록 하고, 상기 세 개조의 X축방향 및 세 개조의 Y축방향의 와이어는 동일한 방향의 와이어 간 동시 승하강 될 수 있도록 설치되게 되는 것으로, 상기 와이어는 외주연에 절삭용 다이아몬드가 구비된 슬리브관을 로프형 와이어에 일정 간격으로 다수 결합하여 이루어지게 되며, 한 조의 회전풀리에 권취되어 고속회전하여 잉곳을 절단하게 된다.
한편, 상기 원통(C)은 13개의 원통(C)이 12개의 와이어(W, W')의 하부에 배치되되 서로간 접하지 않도록 교차하여 위치 되어지게 된다.
상기 상부에 고무판(R)이 구비된 13개의 원통(G')의 상부로 13개의 브릭이 위치되고 하부에 고무판(R')이 구비된 사각바가 상기 브릭을 각각 눌러주어 지지시키면, 와이어가 하강하여 브릭의 사방을 절단하게 되는데, 두 방향의 와이어가 세 개조씩 순차적으로 하강하여 절단하게 되며, X축방향 와이어(W)와 Y축방향 와이어(W') 중 어느 한 방향의 와이어가 우선하여 하강하여 와이어의 일방향을 절단하면, 다른 방향의 와이어가 하강하여 와이어의 다른방향을 절단하게 되어 이로 환봉 형태로 형성된 브릭이 사방으로 절단되어 스퀘어 형의 잉곳(I)이 마련되게 된다.
한편, 본 발명 제 2실시예에 따른 잉곳의 절단을 도 5를 참조하여 살펴보면, 절단지그에서 다수의 브릭으로 절단된 잉곳의 스퀘어링을 위해 X축 및 Y축방향으로 각각 네 개조의 회전풀리가 마련되어 8개의 X축방향 와이어(W)와 8개의 Y축방향 와이어(W')가 구비되는 바, 상기 와이어(W,W')의 하부로는 25개의 안착지그(G')에 25개의 브릭이 배치되어 X축방향 와이어(W)와 Y축방향 와이어(W')가 서로 순차적으로 하강하여 잉곳을 절단하게 되며 한번의 작업으로 25개의 잉곳의 스퀘어링이 이루어지게 되는 것으로, 상기와 같이 안착지그(G')와 회전풀리 및 이에 권취되는 와이어의 갯수의 변형은 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 본 발명의 요지를 벗어나지 않고도 다양하게 변경하여 실시할 수 있으므로 이러한 변형실시는 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것임이 자명한 사실이라 하겠다.
하여, 상기의 공정을 통해 원형에서 각형으로 가공된 스퀘어 형의 잉곳은 도 2에 나타낸 바와 같이 정사각형에서 모서리가 챔퍼링된 형태를 이루는 바, 상기 스퀘어 형을 슬라이싱하여 웨이퍼로의 구현이 이루어지게 되며, 상기 본 발명 절단방법에 의해 생산성이 향상된 웨이퍼가 제조가 이루어지게 된다.
도 1은 본 발명의 공정도
도 2는 본 발명 절단방법에 의해 절단된 잉곳의 사시도
도 3은 본 발명 실시예에 따른 브릭 분할 공정의 실시태양을 나타낸 사시도
도 4는 본 발명 제 1실시예에 따른 스퀘어링 공정의 실시태양을 나타낸 평면도
도 5는 본 발명 제 2실시예에 따른 스퀘어링 공정의 실시태양을 나타낸 평면도
도 6는 본 발명 스퀘어링 공정에서 사용되는 안착지그(G')의 실시태양을 나타낸 일부 분해 사시도
[ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ]
S1 : 분할 공정 S2 : 스퀘어링 공정
G : 절단 지그 G' : 안착 지그
C : 원통 R, R' : 고무판
W : X축방향 와이어 W' : Y축방향 와이어
I : 잉곳
Claims (5)
- 길쭉한 환봉 형태로 양산되는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법에 있어서,하나 이상 연계된 절단지그(G)에 하나의 잉곳(I)을 안치시킨 후 컷팅 와이어로 절단하도록 하여 브릭으로 분할하는 분할공정(S1)과,서로 접하지 않도록 배치된 다수 개의 안착 지그(G')에 절단된 브릭을 안치시킨 후 안착 지그(G')의 상부에 마련되는 X축방향 와이어(W)와 Y축방향 와이어(W')를 하강시켜 브릭의 사방을 절단하여 정사각형에서 모서리가 챔퍼링된 형태의 잉곳을 형성하는 스퀘어링 공정(S2)을 통하여 다수 개의 원형 잉곳을 신속하게 스퀘어링하여 생산성을 증대시킴을 특징으로 하는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법.
- 제 1항에 있어서,분할 공정(S1)은 개폐가 가능하도록 하나 이상 연계된 절단지그(G)에 잉곳(I)을 안치시키고 개방되어 있던 절단지그(G)를 폐쇄시켜 잉곳(I)을 고정한 후 컷팅 와이어로 절단하도록 하여 둘 이상의 브릭으로 분할함으로써 스퀘어링 작업이 용이하게 이루어지도록 함을 특징으로 하는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법.
- 제 1항에 있어서,스퀘어링 공정(S2)은 절단된 브릭을 안착 지그(G')에 안치시켜 X축방향 와이어(W)와 Y축방향 와이어(W')로 브릭의 사방을 절단하도록 하되, 상기 안착 지그(G')는 X축방향 와이어(W)와 Y축방향 와이어(W')가 교차하여 형성되는 정사각 형상의 하부에 좌우상하 안착 지그(G') 간 서로 접하지 않도록 교차하여 위치시키고 안치되는 잉곳(I)의 상부 및 하부로 고무판(R, R')을 구비하여 잉곳(I)을 고정 지지하도록 하며, 상기 컷팅 와이어(W, W')는 외주연에 절삭용 다이아몬드를 일정 간격 결합하되 X축 및 Y축방향으로 각각 마련된 회전풀리에 권취되도록 하여 X축 및 Y축 방향의 와이어가 고속회전하면서 서로 순차적으로 하강하여 잉곳의 사방을 절단하도록 하여 정밀한 잉곳의 절단이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 분할공정(S1)은 연계된 6개의 절단지그(G)가 마련되되, 3,000mm규격으로 형성되는 환봉 형태의 잉곳(I)을 한번의 절단으로 500mm 규격의 6개의 브릭이 형성되도록 함을 특징으로 하는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법.
- 제 1항 또는 제 3항에 있어서,상기 스퀘어링 공정(S2)은 13개의 안착 지그(G')가 마련되어 13개의 브릭을 안치시키되, X축 및 Y축 방향으로 각각 세 개조로 마련된 회전풀리에 권취되는 6개의 X축방향 와이어(W)와 6개의 Y축방향 와이어(W')가 서로 순차적으로 하강하여 한번의 작업으로 13개의 잉곳의 사방을 절단하도록 함을 특징으로 하는 태양전지용 단결정 실리콘 잉곳의 절단방법.
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