KR20090099369A - 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면에 요철부가 형성된 프레스를 가열된 태양전지용 글래스 기판에 가압 접촉시켜 태양전지용 글래스 기판 표면에 요철이 형성되도록 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지용 텍스처링 장치는 표면에 요철 형상을 갖는 프레스부(10) 및 글래스 기판(30)에 열을 인가하는 히터부(20)를 포함하고, 프레스부(10)와 히터부(20)에 의해 가열된 글래스 기판(30)을 접촉시킨 후 가압함으로써 글래스 기판(30)의 표면에 요철부가 형성되도록 한다.
태양전지, 텍스처링, 프레스

Description

태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치 및 방법{An Texturing Apparatus and Method For Glass Substrate Of Solar Cell}
본 발명은 태양전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 소정의 온도로 가열된 태양전지용 글래스 기판에 요철 형상이 형성된 프레스를 가압 접촉시킴으로써 태양전지용 글래스 기판의 표면에 요철부 형성이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치 및 방법에 관한 것이다.
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 전력 생산 성능은 일반적으로 광 에너지가 전기 에너지로 변환되는 효율을 측정하며, 그 값은 태양전지의 전기 출력의 입사 광량에 대한 비이며 보통 %로 나타낸다.
따라서, 태양전지로 입사되는 광선 중 일부는 태양전지의 표면에서 반사되기 때문에 태양전지 태양전지의 효율을 높이기 위해서는 태양전지에서 반사되는 광량 을 줄여서 태양전지로 입사되는 광선이 최대한 전기 에너지로 변환될 수 있도록 해야만 했다.
태양전지 표면 반사를 감소시켜 태양전지의 효율을 높이기 위한 방법으로는, 태양전지 글래스 기판 표면에 소정의 홈을 형성하는 텍스처링(texturing) 공정을 수행하여 빛의 흡수를 극대화시키는 방법이 사용되고 있는 데, 텍스처링 방법으로는 플라즈마 식각을 이용한 방법, 글래스 기판 표면에 기계적인 절삭으로 V 형 단면의 홈을 형성하는 스크라이빙 방법, 포토리소그라피(photolithography)를 이용한 방법, 화학적인 식각 방법 등이 이용되고 있다.
플라즈마 식각을 이용한 텍스처링의 경우 포토레지스트를 도포해 패턴을 형성한 후 플라즈마를 이용하여 식각한 후 마스크 레이어를 제거하는 방법으로 작업 시간이 오래 걸리며 고가의 진공 장비가 필요하다는 문제점이 있었다.
또한, 포토리소그라피를 이용한 방법의 경우 산화막이 있는 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하고 이를 식각 방법을 통해 텍스처링하는 방법으로 제작 비용이 많이 든다는 문제점이 있었다.
또한, 기계적 스크라이빙(scribing) 방법은 글래스 기판 표면에 절삭 홈을 형성한 후 화학적인 식각을 이용하여 텍스처링하는 방법으로서 사용하는 기구와 전체 공정은 간편하지만 작업 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 표면에 균일한 요철 형상이 형성된 프레스부를 가열된 태양전지용 글래스 기판 표면에 가압 접촉시킴으로써 태양전지용 글래스 기판 표면에 요철이 형성되도록 하는 태양전지의 텍스처링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치는 표면에 요철 형상을 갖는 프레스부; 및 글래스 기판에 열을 인가하는 히터부를 포함하고, 상기 프레스부와 상기 히터부에 의해 가열된 글래스 기판을 접촉시킨 후 가압함으로써 상기 글래스 기판의 표면에 요철부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 프레스부는 평판 형태일 수 있다.
상기 프레스부는 롤러 형태일 수 있다.
상기 프레스부의 표면에 요철 형상을 형성하는 공정은 식각 공정, 절삭 공정, MEMS 공정, 사출 성형 공정을 포함할 수 있다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 방법은 태양전지용 글래스 기판에 열을 인가하는 단계; 및 표면에 요철 형성을 갖는 프레스부를 상기 글래스 기판에 접촉시켜 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 표면에 요철이 형성된 프레스를 가열된 태양전지용 글래스 기판의 표면에 가압 접촉시킴에 의해 텍스처링 공정을 수행 하기 때문에 텍스처링 장치의 구성과 공정이 단순해지고, 이로 인해 제조 단가의 절감과 공정 효율이 증가되는 효과를 갖는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 의한 태양전지의 텍스처링 장치에서 사용하는 프레스부의 일 실시예의 구성을 나타내는 단면도로서, 금속 재료로 이루어진 평판 형태의 프레스 플레이트(10)의 표면에는 일정한 간격으로 요철 구조가 형성됨으로써 태양전지용 글래스 기판(30)의 표면에 요철부를 형성하는 프레스부를 형성하고 있음을 도시하고 있다. 그리고, 히터(20)를 태양전지용 글래스 기판(30)에 근접한 부위에 설치하여 태양전지용 글래스 기판(30)에 열(약 600 ℃)을 인가할 수 있도록 구성되기 때문에 태양전지용 글래스 기판(30)에 접촉하는 프레스 플레이트(10)는 히터(20)에서 발열되는 열(약 600 ℃)에 대한 내구성을 갖는 재료라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다.
프레스 플레이트(10) 표면에 형성되는 요철 구조는 식각 또는 절삭 가공에 의해 형성될 수 있고, 요철 구조의 폭과 높이 및 간격의 설정은 작업자의 필요에 의해 다양하게 선택할 수 있다. 또한, 도면에 도시되어 있는 요철 구조는 삼각형 형태의 단면으로 형성되어 있으나, 작업자의 선택에 의해 변화될 수 있다.
식각 가공은 자외선이 닿으면 내산성(耐酸性)을 갖는 감광제를 프레스 플레이트(10)의 표면에 도포한 후 인화·현상하고, 감광이 안 된 부분의 감광제를 제거한 후에 부식제로 처리하여 요철 구조가 형성되도록 하는 공정이고, 절삭 가공은 바이트, 송곳, 끌, 줄, 브로치, 밀링커터, 호브 등의 절삭공구를 사용하여 금속 재료로 이루어진 프레스 플레이트(10)의 표면을 사용자가 원하는 소정의 치수로 깎아 요철 구조가 형성되도록 하는 가공을 의미한다.
또한, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용하여 프레스 플레이트(10)의 표면에 요철을 형성할 수 있다.
여기서, MEMS 란, 반도체 공정, 특히 집적회로 기술을 응용한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 ㎛ 단위의 초소형 센서나 액츄에이터 및 전기 기계적 구조물을 제작하는 기술이다. 마이크로머시닝 기술에 의하여 제작된 미세 기계는 mm 이하의 크기 및 ㎛ 이하의 정밀도 구현이 가능하다. 마이크로머시닝 기술의 장점은 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화가 가능하며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 것이다. 아울러, 일체화된 집적 시스템의 구현 가능으로 조립 필요성이 감소되며, 일괄공정으로 채택할 수 있어 생산 비용이 저렴하다. MEMS에서 쓰이는 마이크로머시닝 기술은 크게 실리콘 벌크 에칭(bulk etching)에 의한 벌크 마이크로머시닝(bulk micro-machining)과 실리콘 위에 다결정 실리콘, 실리콘 질화막 및 산화막, 금속막 등을 증착하고, 설계된 형상을 따라 식각하여 구조물을 제작하는 표면 마이크로머시닝(surface micro-machining)으로 나눌 수 있다.
상기와 같이 구성된 실시예는 다음과 같이 작용한다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 텍스처링을 필요로 하는 태양전지용 글래스 기판(30)과 평판 형태의 프레스 플레이트(10)를 준비하고 태양전지용 글래스 기 판(30)에 히터(20)를 이용하여 열을 인가한다. 이때 인가되는 열은 약 600 ℃에 해당한다.
이때, 도 2의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 프레스 플레이트(10)를 태양전지용 글래스 기판(30)으로 이동시켜 태양전지용 글래스 기판(30)의 표면에 프레스 플레이트(10)의 요철 구조를 접촉시키고, 프레스 플레이트(10)에 소정의 압력을 인가하면 도 2의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 태양전지용 글래스 기판(30)의 표면에는 프레스 플레이트(10)에 형성된 요철 형상과 같은 형태의 요철부가 형성된다. 이때, 요철부의 크기는 프레스 플레이트(10)와 글래스 기판(30)의 밀착 정도에 따라 변화될 수 있다.
태양전지용 글래스 기판(30) 표면에 요철부의 형성이 이루어지면, 히터(20)의 동작을 정지시키고 태양전지용 글래스 기판(30)을 상온으로 냉각시킴으로써 텍스처링 작업이 완료된다.
도 3은 본 발명에 의한 태양전지의 텍스처링 장치에서 사용하는 프레스의 다른 실시예의 구성을 나타내는 단면도로서, 금속 재료로 이루어진 원통 형태의 롤러(110)의 표면에 일정한 간격으로 요철 구조가 형성되어 프레스부를 형성하고 있음을 도시하고 있다. 롤러(110)의 중심축 일단으로는 모터(미도시)와 같은 동력 기구를 설치하여 롤러(110)가 중심축을 기준으로 회전할 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 롤러(110)를 구성하는 재료는 태양전지용 글래스 기판(30)에 근접한 부위에 설치되어 있는 히터(20)에서 발열되는 열(약 600 ℃)에 대한 내구성을 갖는 재료라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다.
원통 형상으로 형성된 롤러(110)의 표면에 요철 구조를 형성하는 방법은 다음과 같다.
우선, 롤러(110)의 표면에 요철 구조가 직접 형성될 수 있다. 즉, 이전의 실시예에서 요철 구조를 형성하는 바와 같이 식각, 절삭 가공 및 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용하여 롤러(110) 표면에 요철 구조를 형성할 수 있다.
요철 구조를 형성하기 위한 식각, 절삭 가공 및 MEMS는 이전의 실시예에서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성된 실시예는 다음과 같이 작용한다.
롤러(110) 중심축의 일단을 연장하고, 연장된 부분에는 모터(미도시)와 같은 회전 동력 장치를 설치할 수 있다.
도 4의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 히터(20)를 동작시켜 열을 발생시키고 발생된 열은 태양전지용 글래스 기판(30) 측으로 인가된다. 이후, 롤러(110)를 태양전지용 글래스 기판(30) 측으로 이동시켜 롤러(110) 표면의 요철 구조가 태양전지용 글래스 기판(30)에 접촉하도록 하고 소정의 압력으로 밀착된 상태에서, 모터를 동작시켜 롤러(110)가 회전하도록 한다. 소정의 압력으로 태양전지용 글래스 기판(30)에 접촉된 롤러(110)가 회전하면 롤러(110)가 태양전지용 글래스 기판(30)을 따라 이동하면서 롤러(110) 표면의 요철 구조에 의해 도 4의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 태양전지용 글래스 기판(30) 표면에 요철을 형성하게 된다. 이때, 형성되는 요철의 크기는 롤러(110)의 표면에 형성된 요철 구조와 동일하지만, 롤 러(110)와 태양전지용 글래스 기판(30)의 밀착 정도의 변화에 따라 태양전지용 글래스 기판(30) 표면에 형성되는 요철의 크기는 롤러(110)에 형성되어 있는 요철 구조의 크기보다 작게 형성될 수도 있다.
이후, 히터(20)의 동작을 정지시키고 표면에 요철이 형성된 태양전지용 글래스 기판(30)을 상온으로 냉각시킴으로써 텍스처링 작업이 완료된다.
상기한 실시예와 같이, 롤러(110)의 표면에 요철 구조가 직접 형성될 수 있지만, 롤러(110)와 요철 구조가 별도로 형성된 후 서로 결합되어 형성될 수도 있다.
이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
금속 재료로 이루어진 평판에 식각, 절삭 가공 및 MEMS 기술을 이용하여 요철 형상을 형성한 후, 이를 요철 형상이 외부를 향하도록 원통형으로 절곡하여 원통형의 프레스 실린더를 제작한 후, 프레스 실린더의 내주부로 롤러(110)를 삽입할 수 있다.
평판을 절곡할 때 표면의 요철 형상이 변형되지 않도록 주의하여야 한다.
또한, 다음과 같은 방법에 의해 요철 형상을 형성할 수도 있다.
사출 성형 장치와 같은 기구를 사용하여 외주면에 일정한 간격으로 요철 형상이 형성된 원통형의 프레스 실린더를 사출하도록 한다. 이때, 사출되는 프레스 실린더의 내주부는 롤러(110)가 삽입된 후 밀착되는 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 사출 성형에 의해 프레스 실린더를 제작할 때, 프레스 실린더는 열경 화성 수지를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 즉, 열경화성 수지는 열을 가하여 단단하게 굳어지면 다시 열을 가하여도 강도가 약화되지 않는 수지이므로, 사출시 인가된 열이 냉각되기 전에 롤러를 프레스 실린더의 내주부에 삽입하고 이후에 프레스 실린더의 냉각이 이루어져 완전히 경화되면 텍스처링 작업을 위해 히터(20)에 의해 가열된 태양전지용 글래스 기판에 롤러를 구성하는 프레스 실린더가 접촉되어도 프레스 실린더의 강도가 변화되지 않으므로 텍스처링 작업이 원활히 이루어지게 된다.
이때 사용되는 열경화성 수지로는 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지 등이 있다.
상술한 바와 같이, 롤러와 프레스 실린더를 별도로 제작한 후 결합할 수 있지만, 사출 성형에 의해 표면에 요철 구조가 형성된 롤러를 제작할 수도 있다.
상기와 같이 열경화성 수지를 이용하여 형성된 롤러로 구성된 실시예들을 사용한 텍스처링 작업은 도 4에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 실시되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치에서 사용하는 프레스부의 일 실시예의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 프레스부를 사용한 텍스처링 공정을 나타내는 도면.
도 3는 본 발명에 따른 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치에서 사용하는 프레스부의 다른 실시예의 구성을 나타내는 단면도.
도 4은 도 3에 도시된 프레스부를 사용한 텍스처링 공정을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 프레스 플레이트
20: 히터
30: 태양전지용 글래스 기판
110: 롤러

Claims (5)

  1. 표면에 요철 형상을 갖는 프레스부; 및
    상기 글래스 기판에 열을 인가하는 히터부;
    를 포함하고,
    상기 프레스부와 상기 히터부에 의해 가열된 글래스 기판을 접촉시킨 후 가압함으로써 상기 글래스 기판의 표면에 요철부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레스부는 평판 형태인 것을 특징으로 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레스부는 롤러 형태인 것을 특징으로 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레스부의 표면에 요철 형상을 형성하는 공정은 식각 공정, 절삭 공정, MEMS 공정, 사출 성형 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 장치.
  5. 태양전지용 글래스 기판에 열을 인가하는 단계; 및
    표면에 요철 형상을 갖는 프레스부를 상기 글래스 기판에 접촉시켜 가압하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 글래스 기판의 텍스처링 방법.
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