KR20100032928A - 박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공통 기판(1)상에 배치되며 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함한 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그에 상응하는 박막 태양 전지 모듈 및 상기 제조 방법을 수행하기에 적합한 생산 라인에 관한 것이기도 하다. 본 방법은 적어도 하나의 전극(2, 4) 및 광 활성 층 시퀀스(3)를 형성하기 위해 상기 기판(1)상에 층들을 도포하는 단계, 및 상기 다수의 세그먼트들(5, 7)을 형성하기 위해 도포되거나/도포되고 도포될 층들을 구조화하는 단계를 포함한다. 상기 구조화 단계가 실시되기 전에, 적어도 하나의 전극(2, 4) 및 광 활성 층 시퀀스(3)가 도포된다.

Description

박막 태양 전지 모듈 및 그 제조 방법{THIN-FILM SOLAR CELL MODULE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}
본 발명은 공통 기판상에 배치되면서 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(segments)을 포함하는 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그에 상응하는 박막 태양 전지 모듈 및 상기 제조 방법을 수행하기에 적합한 생산 라인에 관한 것이기도 하다.
박막 태양광 모듈로도 불리는 박막 태양 전지 모듈은 마이크로미터 단위의 층 두께를 가진 광활성층들(photoactive layers)을 포함한다. 광활성층 또는 광활성층들에 사용되는 반도체 물질은 비결정질 또는 마이크로결정질일 수 있다. 비결정질 반도체 물질로 이루어진 층들 및 마이크로결정질 반도체 물질로 이루어진 층들을 하나의 전지내에 조합하는 것은, 예를 들면 소위 텐덤 전지(tandem cell) 및 소위 트리플 전지(triple cell)에서 가능하다. 반도체 물질로서 Si, Ge, 그리고 CdTe 또는 Cu(In, Ga)Se2(약어로 CIS 또는 CIGS라고 함)와 같은 화합물 반도체가 사용된다. 박막 태양 전지 모듈의 경우, 에너지 변환 효율은 약간 낮으나 물질 수요가 현저히 적기 때문에, 현미경 단위의 두께를 가진 단결정질 또는 다결정질 반도체층들을 기반으로 제조되는 태양 전지 모듈에 비해, 경제적 및 기술적으로 중요한 대안이다.
태양 전지의 전극으로 래터럴(lateral)로 유도되는 전류가 커서 높은 오믹(ohmic) 손실이 발생하는 일 없이, 가능한 한 큰 면적을 가진 경제적 모듈을 사용하기 위해서는, 박막 태양 전지 모듈이 다수의 세그먼트들로 나누어지는 것이 일반적이다. 일반적으로 수 밀리미터 내지 수 센티미터의 폭을 가지며 스트라이프형(stripe-shaped)인 세그먼트들은 대부분 모듈의 모서리에 대해 평행하다. 세그먼트들은, 연속형 기판이 태양 전지의 층 구조를 갖는 개별적 층들로 얇은 분리선을 따라 절단되면서 형성된다. 분리선에 의해, 한편으로는, 인접한 세그먼트들의 동일한 층들이 서로 전기적으로 절연되며, 다른 한편으로는, 그 이후 도포된 층들이 접촉선을 따라 그 아래에 놓인 층들과 전기적으로 연결될 수 있다. 분리선이 적합하게 배치된 경우, 이러한 방식으로 개별 세그먼트들의 직렬 연결이 달성된다.
종래 기술에 따르면, 분리선은 하나의 층을 도포한 직후에 각각 형성된다. 일반적으로 층들의 도포 단계는 진공 조건하에 수행되나, 분리선의 형성 단계는 이와 공간적으로 분리되어 대기(atmosphere) 조건하에서 수행되므로, 종래 기술에 따른 제조 공정은 복잡하게 실시되어야 한다. 또한, 진공부로의 반입 공정 및 진공부로부터의 반출 공정이 빈번하면 태양 전지의 층들 사이에 오염물이 개재될 위험이 있다. 또한, 구조화 공정중에 제거된 물질들도 층들상에 침전되면서 그러한 오염이 발생할 수 있다.
본 발명의 과제는 더 간단하고 효과적으로 공정을 실시할 수 있는 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는 그러한 방법으로 제조될 수 있는 박막 태양 전지 모듈을 제공하고, 그러한 박막 태양 전지 모듈의 제조를 위한 생산 라인을 창출하는 것이기도 하다.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다. 유리한 형성예들 및 발전예들은 종속 청구항들의 주제이다.
본 발명의 제1양태에 따르면, 상기 과제는 공통의 기판상에 배치되며 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들을 포함한 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법을 통해 해결되는데, 이 때 상기 방법은 적어도 하나의 전극 및 광활성층 시퀀스를 형성하기 위해 기판상에 층들을 도포하는 단계 및 다수의 세그먼트들을 형성하기 위해 도포되거나/도포되고 도포될 층들을 구조화하는 단계를 포함한다. 상기 구조화 단계를 실시하기 전에, 적어도 하나의 전극 및 광활성층 시퀀스가 도포된다.
따라서, 세그먼트를 형성하기 위한 구조화 단계를 실시하기 전에, 우선, 적어도 2개의 공정으로 이루어진 일 군의 층 증착 단계가 실시된다. 각각 비교 가능한 조건(예를 들면 진공 조건 대 대기 조건)하에 실시되는 공정 단계들을 모아 병합함으로써 공정이 용이하게 실시되고, 박막 태양 전지 모듈에서 층들 사이에 오염물이 개재되는 것을 줄이기에 적합하다.
본 방법의 유리한 형성예에서, 이미 도포된 층들의 구조화 단계는 레이저빔의 조사 및/또는 기계적 스크래칭 및/또는 선택적 식각에 의해 분리선을 형성하는 것으로 수행된다. 더욱 바람직하게는, 레이저빔은, 하나 이상의 층들이 국부적으로 제거되거나, 하나 이상의 층들이 국부적으로 가열되되, 층들 중 적어도 하나의 물리적 특성, 특히 전도도가 달라지도록 가열되는 방식으로 조사된다.
본 방법의 다른 유리한 형성예에서, 이미 도포된 층들의 구조화 단계는 레이저빔의 조사에 의해 접촉선을 형성하는 것으로 수행된다. 더욱 바람직하게는, 레이저광은, 서로 다른 물질로 구성되어 포개어진 층들이 국부적으로 가열되고, 물질 화합물이 형성되도록 조사되는데, 상기 물질 화합물은 본래의 물질과 다른 물리적 특성을 가지고, 특히 전도성이 있다.
본 방법의 또 다른 유리한 형성예에서, 전기 절연 물질로 이루어진 절연선이 분리선들 중 하나의 내부에 형성된다. 더욱 바람직하게는, 상기 절연선은 잉크젯 프린팅 방법으로 도포된다.
본 방법의 또 다른 유리한 형성예에 따르면, 차후에 도포될 층들의 구조화 단계는 용해성 물질의 커버선(cover line)이용하여 수행된다. 더욱 바람직하게는, 커버선은 잉크젯 프린팅 방법으로 도포된다.
본 발명의 제1양태에 따라 열거한 방법의 유리한 형성예는 연속하여 도포된 적어도 2개의 층들을 포함한 층 스택내에서 (개별)층의 구조화를 수행하는 것에도 적합한 구조화 처리 단계를 제공한다. 이는 본 출원에 따른 방법을 위해 이상적인 구조화 처리 단계를 나타낸다.
본 발명의 제2양태에 따르면, 상기 과제는 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들을 포함하면서 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 박막 태양 전지 모듈을 통해 해결된다.
본 발명의 제3양태에 따르면, 상기 과제는 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 의해 해결되되, 이 때의 모듈에서는 절연성 물질로 이루어진 절연선이 분리선의 영역에 도포되고, 상기 절연선이 제2 전극에 의해 덮이며, 상기 분리선은 세그먼트들의 형성을 위해 박막 태양 전지 모듈의 제1 전극을 절단한다. 바람직하게는, 절연선은 절연성 폴리머를 함유한다.
본 발명의 제4양태에 따르면, 상기 과제는 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 의해 해결되되, 이 때의 모듈에서는 전기 전도성 산화물로 구성되며 기판을 향해있는 전극이 분리선에 의해 전기적으로 중단되고, 분리선 영역에 있는 상기 전극은 분리선 밖에 있는 경우에 비해 국부적으로 다른 물리적 특성을 가진다.
바람직하게는, 분리선의 영역에서 국부적으로 다른 물리적 특성은 상기 분리선의 영역에서 전극의 재결정화에 따른 도핑 변화에 근거하거나, 상기 분리선의 영역에서 전극과 인접한 광활성층 시퀀스의 성분의 산화물이 형성되는 것에 근거한다. 더욱 바람직하게는, 광활성층 시퀀스는 Si를 포함하고, 분리선은 Si-oxide를 함유한다.
본 발명의 제5양태에 따르면, 상기 과제는 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들을 포함하고, 상기 세그먼트들이 제1전극, 광활성층 시퀀스 및 제2전극을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 의해 해결되며, 이 때 접촉선이 구비되고, 상기 접촉선에 의해 제2전극은 세그먼트들의 직렬 연결을 위해 제1전극과 전기적으로 연결되며, 접촉선은 광활성층 시퀀스의 영역에서 전도 물질 화합물 및/또는 상기 광활성층 시퀀스 및 제2전극의 성분들로 이루어진 전도 합금을 함유한다. 바람직하게는, 광활성층 시퀀스는 Si를 포함하고, 접촉선은 규화물을 함유한다.
본 발명의 제6양태에 따르면, 상기 과제는 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들을 포함한 박막 태양 전지 모듈에 의해 해결되되, 이 때의 모듈에서는 전기 전도 접착 밴드 또는 전도성 페이스트 스트랜드(strand of conductive paste)가 분리선의 영역에서 전기적 연결을 재형성하기 위해 제2전극상에 도포된다. 상기 분리선은 세그먼트들의 형성을 위해 박막 태양 전지 모듈의 제1전극 및 제2전극을 절단한다.
본 발명의 제2양태 내지 제6양태에 따른 박막 태양 전지 모듈에서 다양한 층들(전극들 및 광활성층 시퀀스)이 구조화되되, 이미 적어도 2개의 층들이 도포된 이후 직렬 연결이 형성될 수 있도록 구조화된다. 박막 태양 전지 모듈에서 층들을 도포하기 위한 공정 단계들을 병합함으로써 예를 들면 빈번한 반입- 및 반출 공정에 따른 오염을 줄이고, 따라서 층 품질이 더 좋아져서 전지의 효율이 더 향상된다. 또한, 본 명세서에 소개한 박막 태양 전지 모듈의 경우, 층들을 구조화하기 위한 공정 단계들이 병합될 수 있어서, 다양한 층들 상호 간의 구조화 처리에 따른 포지셔닝이 더 양호해진다. 이를 통해, 직렬 연결을 위한 접촉 영역이 작게 되고, 따라서, 전지의 면적당 수율이 증가한다.
본 발명의 제7양태에 따르면, 상기 과제는 유리 기판상에 박막 태양 전지 모듈을 제조하기 위한 생산 라인을 통해 해결되며, 이 때 제1진공 락(vacuum lock), 적어도 2개의 코팅 스테이션들 및 제2진공 락을 포함한 코팅 장치가 포함되고, 상기 코팅 장치는, 유리 기판이 제1진공 락을 통해 코팅 장치에 반입된 후, 상기 기판이 제2진공 락을 통해 다시 코팅 장치로부터 반출되기 전에, 진공 조건하에 적어도 2개의 코팅 스테이션을 차례로 통과할 수 있도록 설정된다. 상기 생산 라인을 통해, 제1양태에 따른 이점들을 갖는 방법을 수행할 수 있다.
이하, 본 발명은 5개의 도면을 이용하는 실시예들에 의거하여 상세히 설명된다.
도 1은 종래 기술에 따른 박막 태양 전지 모듈의 층 구성을 개략적으로 도시한다.
도 2 내지 도 4는 본 출원에 따른 방법들 중 하나의 다양한 단계들을 위한 각각의 박막 태양 전지 모듈의 층 구성을 개략적으로 도시한다.
도 5는 박막 태양 전지 모듈의 제조 장치를 도시한다.
도 1은 종래 기술에 따른 박막 태양 전지 모듈의 층 구성을 개략적으로 도시한다. 기판(1)상에 제1전극(2), 광활성층 시퀀스(3) 및 제2전극(4)이 도포된다. 제1전극(2), 광활성층 시퀀스(3) 및 제2전극(4)은 분리선(10, 11, 12)을 따라 래터럴로 절단된다. 3개의 분리선들(10, 11, 12)은 상호 간에 래터럴로 이격되어 있으며, 박막 태양 전지 모듈의 도시된 부분을 분리선(10) 좌측의 제1세그먼트(5), 분리선(12) 우측의 제2세그먼트(7) 및 그 사이에 위치한 접촉 영역(6)으로 나눈다.
일반적으로, 박막 태양 전지 모듈에서 전극들(2, 4) 및 광활성층 시퀀스(3)는 진공 공정으로 도포된다. 이를 위해, 예를 들면 플라즈마 스퍼터링 또는 전자빔 기화와 같은 PVD(물리 기상 증착) 공정 또는 예를 들면 LPCVD(저압 CVD) 또는 PECVD(플라즈마 향상 CVD)와 같은 CVD(화학 기상 증착) 공정이 적합하다.
광활성층 시퀀스(3)를 위한 활성 반도체 물질로서, 예를 들면 a-Si, a-SiGe, μC-Si와 같은 비결정질 또는 마이크로결정질의 IV족 반도체, 또는 예를 들면 CdTe 또는 Cu(In,Ga)Se2(약어로 CIS 또는 CIGS라고 함)와 같은 화합물 반도체가 사용될 수 있다. 이 때, 광활성층 시퀀스(3)에서 상기 열거한 물질들 중 서로 다른 물질로 이루어진 층들이 병합될 수도 있다. 또한, 광활성층 시퀀스(3)에서 부분적으로 전도성 산화물 및/또는 전도 반도체층으로 이루어진 거울층들(중간에 개재된 반사체들)이 구비될 수 있다.
통상적으로, 광활성층 시퀀스(3)는 적어도 p형 및 n형 도핑된 반도체층을 포함하는데, 즉 다이오드 접합을 포함한다. 규소계 박막 태양 전지의 경우, p형 및 n형 도핑된 층들은 연장된 진성층(intrinsic layer)(i-층)에 의해 분리되는 것이 아직은 일반적이다. 파장 스펙트럼을 더욱 잘 활용하기 위해, 서로 간의 흡수 스펙트럼이 다른 복수 개의 pin-층 스택이 구비될 수 있다. Si-탠덤 전지는 예를 들면 a-Si로 이루어진 pin-층 스택 및 μC-Si로 이루어진 pin-층 스택을 포함하고, Si-트리플 전지의 경우, a-Si(Ge)로 이루어진 pin-층 스택을 추가로 더 구비한다. 이와 관련하여, 본 출원의 틀에서 광활성층 시퀀스(3)가 pin- 또는 nip 층 스택(다이오드 접합)에 한정되지 않으며, 탠덤 전지 또는 트리플 전지와 같이 다층 스택을 포함한다는 점을 분명하게 지적해둔다.
통상적으로, p형 도핑된 층은 태양을 향해 있다. 제조 공정과 관련하여, 소위 pin-전지 및 nip 전지는 광활성층 시퀀스(3)의 서로 다르게 도핑된 층들이 도포되는 순서에 따라 구분된다. pin 전지의 경우, (성장-)기판(1)은 투명하고, 완성된 모듈에서 태양을 향해있는 캐리어 기판을 형성한다. 통상적으로, 이를 위해 (평면-)유리가 사용된다. nip 전지의 경우, 성장 기판으로서 유리 또는 (금속-)필름이 사용될 수 있다. 동작 시 태양광이 입사될 때 통과하는 캐리어 기판은 제조 공정의 끝에 가서야 비로소 모듈상에 라미네이팅된다. nip 층 스택은 성장 기판과 결합된 채로 유지된다.
도시된 모든 실시예들은 pin 전지를 나타낸다. 이는 순수하게 예시적인 것이며 한정된 것을 나타내진 않는다. 본 출원의 틀에서 기재된 모든 방법은 pin전지뿐만 아니라 nip 전지의 경우에도 적용될 수 있다.
도 1에 도시된 pin 전지의 예에서, 태양을 향해있는 제1 전극(2)은 예를 들면 SnO2 또는 ZnO 또는 ITO(인듐 주석 산화물)과 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxides, TCO)로 형성되는 것이 일반적이다. 이하에서, 상기 제1 전극은 전방 전극이라고도 한다. 태양과 반대 방향인 제2 전극(4)도 마찬가지로 TCO층을 포함하거나, Ag, Al, Mo와 같은 금속으로 구성되거나, 또는 TCO 및 금속층의 조합물로 형성될 수 있다. 이하에서, 상기 제2 전극은 후방 전극이라고도 한다.
본 출원에 기재된 방법들을 nip 전지에 적용할 경우, 그에 상응하여 전극들(2, 4)의 기능이 뒤바뀐다는 것을 주의해야 한다. nip 전지의 경우에 먼저 도포되는 제1전극(2)은 금속층을 포함할 수 있고, 동작 시 태양과 반대 방향인 후방 전극을 나타낸다. 그에 상응하여, 마지막으로 도포되는 제2 전극(4)은 투명하게 실시되고, 태양을 향해있는 전방 전극을 형성한다.
도 1에 도시되는 종래 기술의 박막 태양 전지 모듈의 제조 공정에서, 우선 예를 들면 TCO와 같은 전방 전극(2)이 예를 들면 유리와 같은 기판(1)상에 도포된다. 이어서, 분리선(10)이 예를 들면 1064 nm의 적합한 파장을 가진 레이저빔에 의해 또는 기계적 스크래칭이나 선택적 식각에 의해 전방 전극(2)에 생성된다. 상기 분리선(10)은 모듈의 전체 폭 부분에 걸쳐 연장된다(도면에서 종이면에 대해 수직임). 레이저빔은 기판(1)을 통과하여 조사될 뿐만 아니라 층의 측으로부터도 조사될 수 있다. 분리선(10)은 전극(2)을 상기 전극의 전체 높이부분에서 5 내지 1000 ㎛의 폭으로 절단하며, 이 때 상기 폭은 10 내지 50 ㎛의 범위를 가지는 것이 통상적이다. 전방 전극(2)의 구조화 단계가 수행된 후, 광활성층 시퀀스(3)가 도포되고, 이어서 분리선(11)의 생성을 통해 상기 광활성층 시퀀스가 구조화된다. 광활성 물질로서 Si를 사용한 경우, 광활성층 시퀀스(3)에서 상기 분리선(11)은 532 nm의 파장을 가진 레이저광으로 조사됨으로써 생성되는 것이 일반적이다. 마지막으로, 후방 전극(4)이 도포되고, 상기 후방 전극은 분리선(11)의 영역에서 전방 전극(2)과 직접 접촉한다. 이 단계에서, 제1세그먼트(5)의 후방 전극(4)이 제2세그먼트(7)의 후방 전극(4)으로부터 전기적으로 분리되도록 분리선(12)이 생성된다. 여기서 일반적인 것은, 기판(1)을 통해 들어가는 레이저 빔의 파장은 전방 전극(2)이 아니라 광활성층 시퀀스(3)에 의해 흡수되는 파장, 즉 예를 들면 다시 말하면 532 nm인 것인데, 따라서, 광활성층 시퀀스(3)가 기화되고, 이 때 금속 후방 전극(4)이 용융될 수 있으며, 분리선(12)의 영역에서 분리되거나 상기 분리선측에서 기화될 수 있다. 층들을 도포하는 단계들 및 상기 층들의 구조화 단계가 번갈아 수행됨으로써 두 세그먼트들(5, 7)이 직렬로 연결되며, 이는 도 1에서 화살표로 표시된 전류 흐름을 통해 확인할 수 있다.
공정 기술적인 어려움은, 층 증착을 위해 진공 상태에서 진행되는 단계들과 분리선들(10, 11, 12)을 형성하기 위해 대기 조건(주변 공기 또는 보호 가스 분위기)하에 진행되며 전체적으로 다른 공정 스테이션에서 시작하는 구조화 단계가 번갈아 수행된다는 것이다. 공정 실시 비용이 증가한다는 점외에도, 빈번하게 필요한 반입 및 반출 공정으로 인해 층들 사이에 오염물이 퇴적될 위험이 있다.
또한, 박막 태양 전지에서 접촉 영역(6)은 가능한 한 좁게 실시하는 것이 필요한데, 상기 접촉 영역은 비활성면을 나타내며, 태양 전지 모듈의 면적 당 수율을 줄이기 때문이다. 구조화 공정들이 분리되어 있고, 상기 구조화 공정들 사이에서 기판이 층들의 도포를 위한 다른 공정 챔버로 이동하는 경우, 분리선들(10, 11, 12) 상호간의 포지셔닝이 불가피하게도 부정확해진다. 그 결과, 분리선들(10, 11, 12)간의 간격은 처음부터 넓게 선택하여, 불가피한 포지셔닝의 부정확도가 세그먼트들의 직렬 연결이 정확하게 실시되는 것을 방해하지 않도록 할 필요가 있다.
도 2는 본 출원에 따른 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대한 제1 실시예를 도시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 우선 기판(1)상에 제1 전극(2) 및 광활성층 시퀀스(3)가 도포된다. 예를 들면, 기판(1)은 평면 유리를 가리키며, 제1전극(2)은 TCO 소재의 전방 전극, 광활성층 시퀀스(3)는 일련의, 비결정질 또는 마이크로결정질의 p형 도핑된 규소, 진성 규소 및 n형 도핑된 규소를 가리킨다. 전방 전극(2) 및 광활성층 시퀀스(3)는 연속한 진공 코팅 공정으로 도포될 수 있으며, 이 때 기판(1)이 진공 상태로부터 반출될 필요가 없다. 마찬가지로, 전방 전극(2)으로서 TCO층을 이미 구비한 기판(1)을 이용하여 시작할 수도 있다. 이러한 경우, 광활성층 시퀀스(3)만 도포될 수 있다.
기판(1)이 진공 상태로부터 반출된 후 제1구조화 단계가 수행되며, 이 때 광활성층 시퀀스(3)는 분리선(20)의 형성을 위해 100 ㎛보다 작은 폭으로, 통상적으로 150 ㎛보다 작은 폭으로 절단된다. 이는 예를 들면 층의 측으로부터 또는 기판(1)을 통해 532 nm의 파장을 가진 레이저빔이 진입함으로써 수행될 수 있다. 그 결과로서의 층 구성은 도 2b에 개략적으로 도시되어 있다.
이어서, 분리선(20)의 영역내에는 전방 전극(2)을 통상적으로 10 내지 40 ㎛의 폭으로 절단하는 다른 분리선(21)이 생성된다(도 2c 참조). 분리선(21)을 형성하기 위해, 1046 nm 또는 355 nm의 파장을 가진 레이저빔이 적합하다. 유리하게는, 분리선(21)이 분리선(20)의 중심에 위치하지 않고, 분리선(20)의 좌측 영역에 배치되어, 예를 들면 분리선들(20, 21)의 좌측 모서리가 약 20 내지 30 ㎛으로 래터럴 이격되도록 한다. 분리선(20)과 마찬가지로, 분리선(21)은 층의 측으로부터 또는 기판측으로부터 조사되는 레이저빔을 이용하여 생성될 수 있다.
이 때 바람직하게는, 분리선들(20, 21)의 형성을 위해 필요한 레이저빔은 기판(1)을 경유하여 주행하는 단일의 공정 헤드에 의해 준비되며, 분리선들의 전체 길이 부분에 걸쳐 두 분리선들(20, 21)의 상호 간 일정한 포지셔닝이 가능한 한 정확하게 이루어질 수 있다.
이후, 도 2d에 도시된 바와 같이, 절연선(22)은 분리선(21)을 따라 전기 절연성 스트랜드처럼 도포된다. 유리하게는, 절연선(22)은 분리선(21)을 채우고, 양 측에서 약 20 내지 30 ㎛로 분리선(20)에 삽입됨으로써, 분리선(20)의 좌측 모서리가 절연되고 패시베이션된다. 그러나 중요한 것은, 통상적으로 20 내지 50 ㎛로 충분히 넓은 전방 전극(2) 영역이 분리선(20)에서 절연층(22)에 의해 덮이지 않는다. 통상적으로, 절연선(22)의 높이는 5 내지 50 ㎛일 수 있다.
절연선(22)을 도포하기 위해, 특히 잉크젯 프린팅 방법이 적합하다. 절연 물질로서 전기 절연성이면서 도포 단계 이후 경화되는 폴리머가 사용될 수 있다.
절연선(22)의 높이 대 폭 비율은 절연 물질의 도포 기술 및 유동 특성에 의해 결정될 수 있다. 이 때, 바람직하게는, 모서리도 없고 기판에 대해 수직인 부분들도 없는 표면이 형성되어야 하는데, 이후, 상기 표면은 그 이후에 도포될 후방 전극(4)에 의해 양호하게 과성장될 수 있다. 도 2d에는 예시적으로 훨씬 높고 둥근 프로파일이 도시되어 있으며, 그에 대한 대안으로서 절연층(22)의 평편한 프로파일이 점선으로 표시되어 있다.
또한, 분리선(20)의 우측 영역에서 광활성층 시퀀스(3)상에는 용해성 래커 소재의 커버선(23)이 마찬가지로 스트랜드형으로 기판(1)의 전체 폭 부분에 걸쳐 도포된다(도 2e). 다시 말하면, 이것 역시 잉크젯 프린팅 방법으로 제공된다. 커버선(23)의 경우 가능한 한 상자형 프로파일이 유리한데, 이는 도 2e에 이상적으로 도시되어 있다. 커버선(23)의 폭은 통상적으로 50 ㎛이며, 분리선(20)의 우측 모서리에 대한 상기 커버선의 간격은 약 20 내지 50 ㎛일 것이다. 커버선(23)의 높이 요건은 까다롭지 않으나, 더 도포되어야 할 후방 전극(4)의 두께보다 커야 한다. 절연선(22)뿐만 아니라 커버선(23)도 동일한 공정 헤드를 이용하여 층의 측으로부터 도포되는 것이 유리하다. 또한, 모든 구조화 처리 단계들, 즉 분리선들(20, 21)의 형성을 위한 레이저광 조사, 그리고 층의 측으로부터 동작하는 단일의 공정 헤드에 의한 절연선(22) 및 커버선(23)의 도포가 수행되는 것도 고려할 수 있다. 이러한 방식으로, 구조화되는 모든 부재들간의 상대적 포시셔닝이 최상으로 보장된다. 절연선(22) 및 커버선(23)이 별도의 공정 헤드를 이용하여 레이저 구조화 방법으로 도포되는 경우, 제2공정 헤드앞에 광학적 검출 시스템이 연결될 수 있고, 상기 광학적 검출 시스템에 의해 분리선(20 또는 21)의 검출된 위치에서 공정 헤드의 위치가 추적된다.
이후, 도 2f에 도시된 바와 같이, Ag층 및/또는 Al층에 이어, 예를 들면 ZnO층과 같은 후방 전극(4)이 진공 증착 방법으로 또는 경우에 따라서 분사 코팅 방법으로 도포된다. 일 측의 절연선(22) 및 다른 측의 커버선(23)의 서로 다른 프로파일에 의해, 절연선(22)은 연속형층에 의해 과성장되고, 그에 반해 커버선(23)의 플랭크부분(flank)은 후방 전극(4)에 의해 과성장되지 않거나, 불완전하게만 과성장된다.
이어서, 커버선(23)의 용해성 래커는 적합한 용제에 의해 제거됨으로써, 후방 전극(4)에 분리선(24)이 잔류한다. 이 경우, 커버선(23)의 도포 단계는 더 도포될 층(여기서는 후방 전극)을 위한 구조화 공정을 나타낸다.
본 방법을 통해 도 2g에 도시된 박막 태양 전지 모듈을 얻는다. 개략적 도면에서는, 좌측의 제1세그먼트(5), 우측의 제2세그먼트(7) 및 그 사이에 놓인 접촉 영역(6)으로 분할되는 결과가 도시되어 있다. 또한, 표시된 화살표를 통해, 전류 흐름이 상징적으로 도시되어 있고, 세그먼트들(5, 7)의 직렬 연결이 수행된 것을 확인할 수 있다.
박막 태양 전지 모듈은 후방 전극(4)에 의해 과성장되어 완전히 삽입된 절연선(22)을 특징으로 한다. 상기 설명에 제공된 구조화 부재들의 통상적 크기 및 간격에 의해 접촉 영역의 폭이 200 ㎛보다 작을 수 있고, 그 결과, 박막 태양 전지 모듈의 면이 효과적으로 활용된다.
도 2h에는 박막 태양 전지 모듈의 대안적 형성예가 도시되어 있다. 상기 실시예에서, 분리선(20)은 도 2b와 관련하여 제공된 폭을 초과하지 않고 실시되었다. 오히려, 분리선(21)이 중심에 삽입되는 좁은 분리선(25), 및 다른 분리선(26)이 형성되어 있다. 광활성층 시퀀스(3)를 절단하는 2개의 분리선들로 나누는 단계는 공정 기술적으로 유리할 수 있는데, 전체적으로 제거되어야 할 폭이 더 좁고, 그에 상응하여 필요한 레이저 출력이 더 적기 때문이다.
도 2에 도시된 방법의 이점은, 제1구조화 단계가 수행되기 전에 2개의 층들 내지 층 시퀀스들(도 2a 참조)이 도포된다는 것이다. 다양한 공정 스테이션들 사이의 이동 수 및 층 도포를 위해 필요한 진공으로의 반입- 및 반출 공정의 수가 낮게 유지된다. 또한, 전체적인 구조화단계들을 일괄하여 하나의 공정 스테이션에서 실시할 수 있어서, 각각의 구조화 단계전에 기판(1)을 각각 새로 정렬하는 단계가 생략된다. 경우에 따라서, 모든 구조화 단계들은 공정 헤드를 이용하여 거의 동시에 수행될 수 있다. 구조화 단계에서 쓰루풋(throughput)을 향상시키기 위해, 다양한 세그먼트들 사이의 접촉 영역들을 가공하기 위한 복수 개의 공정 헤드들이 사용될 수 있다. 이 때, 상기 공정 헤드들은 별도의 레이저들을 갖추고 있거나 별도의 레이저가 공급되어 있거나, 빔 분할기를 이용하여 다양한 공정 헤드들에 광을 전달하는 하나의 레이저가 공급되어 있을 수 있다.
도 3은 도 2와 유사한 방식으로 본 출원에 따른 방법의 다른 실시예를 도시한다. 도 2와 관련하여 열거된 가능한 물질들 정보는 상기 실시예에도 적용될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 여기서 전방 전극(2), 광활성층 시퀀스(3) 및 후방 전극(4)은, 차후에 제1구조화 단계가 수행되기 전에, 미리 기판(1)상에 도포된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 구조화 단계로서 광활성층(3) 및 후방 전극(4)에 분리선(30)이 삽입된다. 도 1의 분리선(12)과 관련하여 기술된 바와 같이, 분리선(30)은 적합한 파장의 레이저 광이 기판측으로부터 조사됨으로써 수행될 수 있다. 상기 적합한 파장은 예를 들면 532 nm이다.
이어서, 도 3c에 도시된 접촉선(31)이 생성된다. 층의 측으로부터 예를 들면 200 nm 내지 10 μ의 범위의 적합한 파장을 가진 레이저광이 조사됨으로써, 후방 전극(4) 및 광활성층(3)은 국부적으로 제한되어 용융되나, 기화되진 않는다. 마찬가지로, 레이저광은 기판측으로부터 조사될 수도 있다. 이 경우, 예를 들면 파장은 약 300 nm 내지 2 μ이 적합하다.
용융물에서의 확산 공정에 의해, 예를 들면 준(quasi) 금속 전도도를 가진 AgAlSi와 같은 규화물 또는 마찬가지로 높은 전도도를 가진 Si 및 Ag로 이루어진 공융 물질(eutectic)이 형성된다. 이를 통해, 이 부분에서 후방 전극(4)으로부터 전방 전극(2)으로 전류가 흐를 수 있다. 바람직하게는, 접촉선(31)의 영역에는 전방 전극(2)에 대한 오믹 접촉이 있다. 접촉선(31)의 형성 방법은 실시예에 포함된 물질계에 한정되지 않는다. 다른 물질계의 경우, 국부적으로 형성된 용융물에서 광활성층(3) 및 후방 전극(4)의 성분으로 이루어진 혼합물이 전도 물질 화합물 또는 합금을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
이어서, 분리선(31)의 좌측에는 전방 전극(2)을 절단하기 위한 분리선(32)이 형성된다. 분리선(32)의 형성을 위해, 예를 들면 1064 nm과 같이 전방 전극에 흡수되는 파장의 레이저빔이 기판(1)을 통해 진입한다. 레이저빔의 출력 및 가공 시간은, 전방 전극(2)이 국부적으로 가열되면서, 물질이 물리적으로 제거되는 일 없이 재결정화 공정이 유발되도록 선택된다. 도 2와 관련하여 기술한 분리선들(20, 21) 또는 상기 실시예의 분리선(30)과 달리, 분리선(32)의 경우, 물질은 제거되지 않고, 다만 상기 물질의 특성, 특히 전도도가 변경된다. 공공(vacancy)은 형성되지 않는다. 전방 전극(2) 상부에 놓인 층들, 즉 광활성층(3) 및 후방 전극(4)은 영향을 받지 않거나 근소한 정도로만 영향받는다. 이 때 펄스된 레이저빔이 사용되는 것이 유리하며, 이러한 레이저빔을 이용하면, 유입된 열량이 주변으로 확산되기 전에, 국부적으로 전방 전극(2)을 단시간에 가열할 수 있다. 따라서, 주변부가 현저히 가열되지 않고, 국부적으로 단시간에 높은 온도 레벨을 달성할 수 있다. 특히, 펄스 지속 시간이 마이크로초보다 짧은 것이 적합하며, 바람직하게는 나노초 또는 피코초의 범위를 가진다. 이를 통해, 분리선(32)의 영역에서 전방 전극(2)의 TCO 물질의 마이크로구조의 변화가 야기되어, 상기 영역에서 상기 전극의 전도도가 현저히 떨어진다. 그 이유는, 실질적으로 도펀트(dopant)가 TCO층들의 전도도를 결정하기 때문인데, 상기 도펀트는 재결정화 공정의 결과로 더 이상 결정으로 구축되지 않는다. 전도도가 감소하도록 할 수 있는 제2메커니즘은, 전방 전극(2)의 물질과 그 위에 위치한 광활성층 시퀀스(3)의 물질의 혼합이다. 이 때, 전방 전극(2)의 TCO 물질의 산소가 광활성층 시퀀스(3)의 규소와 함께 전기 절연성 규산화물(SiO 또는 SiO2)을 형성한다. 이러한 과정은 규소의 높은 산화물 형성 엔탈피(enthalpy)에 결정적인 영향을 받는다. 이 때, 레이저빔에 대한 매개변수(파장, 출력, 펄스 지속 시간)는 전방 전극(2) 상부에 위치한 광활성층 시퀀스(3)도 마찬가지로 함께 가열되도록 선택되는 것이 유리할 수 있다. 또한, 레이저빔이 동시에 2개의 파장으로 조사하고, 바람직하게는, 상기 파장들 중 하나는 전방 전극(2)에서 흡수되고, 다른 하나는 광활성층 시퀀스(3)에서 흡수되는 경우도 고려할 수 있다. 그러나, 다시 말하면, 어떠한 물질도 제거되지 않는다. 후방 전극(4)은 변경되지 않을 것이므로, 제1세그먼트(5)로부터 접촉 영역(6)을 거쳐 우측의 제2세그먼트(7)까지의 전류 유도가 저하되지 않는다.
두 경우들(도펀트의 구성; 규산화물 형성)에서 전방 전극(2)은 전기적으로 중단되거나 상기 전극의 전도도가 적어도 충분히 감소한다. 상기 분리선(32)의 형성 방법은 실시예에 포함된 물질계에 한정되지 않는다. 예를 들면, CI(G)-S계 광활성층 시퀀스(3)인 경우 Cu-oxide가 분리선(32)에서 형성될 수 있거나, Cd를 함유하는 광활성층 시퀀스(3)인 경우 Cd-oxide가 분리선에서 형성될 수 있고, 상기 분리선은 전방 전극(2)을 전기적으로 중단시키거나, 상기 분리선(32)의 영역에서 상기 전극의 전도도를 충분히 감소시킨다.
그 결과는 도 3d에 도시되어 있으며, 상기 도면에는 다시 제1세그먼트(5), 제2세그먼트(7) 및 그 사이에 위치한 접촉 영역(6)의 형성된 영역들이 도시되어 있고, 세그먼트들(5, 7)의 직렬 연결 시 전류의 흐름이 화살표로 표시되어 있다. 이렇게 생성된 박막 태양 전지 모듈은 후방 전극(4)에 위치하며 규소를 함유한 접촉선(31), 및 전방 전극(1)에 위치하며 재결정화되거나 규산화물을 함유한 분리선(32)을 특징으로 한다.
이미 제1실시예의 경우와 같이, 여기서도 모든 구조화 단계가 병합될 수 있어서 유리하다. 그 밖에도, 구조화 처리 단계들 중 적어도 2개, 즉 층의 측으로부터 수행되는 분리선(30) 및 접촉선(31)의 형성은 단일 공정 헤드에 의해 실시될 수 있다. 나머지 구조화 처리 단계, 즉 분리선(32)의 형성은 박막 태양 전지 모듈의 동일한 위치에서 제1공정 헤드에 대해 평행하게 안내되는 제2공정 헤드에 의해 기판측으로부터 실시될 수 있다. 더욱 유리하게는, 일 군의 구조화 처리 단계가 수행되기 전에, 모든 층들이 도포된다. 구조화 단계 시 쓰루풋을 올리기 위해 마찬가지로 복수 개의 공정 헤드들이 동시에 사용될 수 있다.
방법의 대안적 형성예에서, 전방 전극(2)으로서의 TCO층을 이미 구비한 기판(1)을 이용하여 상기 방법을 시작할 수 있는데, 상기 방법에서 분리선(32)은 종래의 방식으로 이미 생성되어 있다. 이러한 경우, 광활성층 시퀀스(3) 및 후방 전극(4)은 예비 구조화된 전방 전극(2)상에 차례로 도포된다. 모든 구조화 처리 단계들을 더 이상 병합될 수 없는 경우에도, 상기 방법은 각각의 층 증착이 순차적인 구조화 처리 단계들에 의해 수반되는 종래 기술에 비해 유리하다.
도 4는 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대한 2개의 다른 실시예들을 도시한다.
도 3에 도시된 실시예와 같이, 우선 전방 접촉(2), 광활성층 시퀀스(3) 및 후방 접촉(4)이 기판(1)상에 도포된다(도 4a). 이어서, 분리선(40)이 후방 전극(4) 및 광활성층 시퀀스(3)에 삽입된다(도 4b). 이후, 분리선(40)으로부터 래터럴로 이격되어 후방 전극(4)과 광활성층 시퀀스(3) 사이에 접촉선(41)이 형성된다. 상기 공정 단계까지는 상기 방법이 도 3과 관련하여 도시된 방법과 정확히 일치하여 진행되므로, 이에 대한 상세한 사항은 해당 기술 부분을 참조한다.
이어서, 도 4d에서 도시된 바와 같이 분리선(42)이 생성되고, 상기 분리선은 기판을 제외한 전체 층 구조체, 즉 전방 전극(2), 광활성층 시퀀스(3) 및 후방 전극(4)을 절단한다. 바람직하게는, 분리선(42)은 기판을 통과하는 적합한 파장(1064 nm 또는 355 nm)의 레이저광 조사에 의해 수행될 수 있다. 또는, 층의 측으로부터 매우 높은 빔에너지로 작업이 수행될 수도 있다. 모든 층들이 동시에 제거되는 것뿐만 아니라, 동일하거나 서로 다른 파장을 가진 레이저광이 순차적인 단계로 조사되어, 상기 층들이 여러 단계들을 통해 제거되는 것도 고려할 수 있다. 예를 들면, -분리선(40)의 형성 시와 같은- 제1단계에서 광활성층 시퀀스(3) 및 후방 전극(4)이 제거되고, -분리선(10)(도 1 참조) 또는 분리선(20)(도 2 참조)의 형성 시와 같은- 제2단계에서 전방 전극(2)이 제거될 수 있다.
마지막으로, 전기 전도 접착 밴드(43)가 분리선(42)의 상부에 도포됨으로써, 분리선(42)에 의해 발생하는 후방 전극(4)의 원하지 않는 중단이 전기적으로 다시 폐쇄된다. 이 때, 전기 전도 접착 밴드(43)는 예를 들면 전도 폴리머로 구성될 수 있다. 상기 도포 단계에서, 접착 밴드(43)가 분리선(40)의 상부에 위치하지 않도록 주의해야 한다. 상기 분리선의 목적은 바로 인접한 세그먼트들(5, 7)의 후방 전극(4)의 전기적 분리이다. 분리선들(40, 42)의 간격은 약 100 ㎛이다. 이러한 정확도를 가진 접착 밴드(43)의 설치는 기술적으로 가능하다. 이 때, 전도 접착 밴드(43)를 박막 태양 전지 모듈의 전체 폭에 걸쳐 연속형으로 도포할 필요는 없다. 상기 폭에 걸쳐 분포하는 전도 접착 밴드(43)의 부분들이 전류 브리지(current bridge)로서 존재하는 것으로도 충분하다.
상기 제조 방법으로 얻은 박막 태양 전지 모듈은 도 4e에 도시되어 있다. 다시 말하면, 인접한 세그먼트들(5, 7) 및 그 사이에 위치한 접촉 영역(6)이 도시되어 있고, 직렬 연결된 세그먼트들의 전류 흐름이 화살표로 상징적으로 표시되어 있다.
분리선(42)을 통해 분리된 후방 전극(4)의 결합을 위한 대안적 방법은 도 4f에 도시되어 있다. 접착 밴드(43)대신 전도 페이스트로 구성된 전도 스트랜드(44)가 도포되며, 상기 전도 페이스트의 경도(consistency)는 분리선(42)에 유입되지 않거나 근소한 정도로 유입되도록 선택된다. 경화성 전도 폴리머를 가리킬 수 있는 전도 페이스트의 도포 단계는 잉크젯 프린팅 기술로 수행될 수 있다. 전도 접착 밴드의 경우와 같이, 전도 스트랜드(44)가 모듈의 폭에 걸쳐 연속할 필요는 없으며, 이는 연속형 실시예가 분리선(42)의 더 나은 전기적 연결 및 보호적 밀봉을 이점으로 제공하더라도 그러하다.
두 개의 대안적 방법예를 통해 얻은 박막 태양 전지 모듈은 규화물을 함유한 접촉선(41) 및 후방 전극(4)상에 도포된 접촉 밴드(43) 내지 전도 스트랜드(44)를 특징으로 한다.
도 5는 본 출원에 따른 박막 태양 전지 모듈의 제조 방법을 수행하기에 적합한 장치로서 생산 라인을 도시한다.
생산 라인은 유리 기판(51)의 수용을 위한 제1수송 시스템(50)을 포함한다. 수송 시스템(50)은 세정 스테이션(52)에 맞물리며, 상기 세정 스테이션은 제1진공 락(53)을 경유하여 코팅 장치(54)와 연결된다. 코팅 장치(54)는 제2수송 시스템(55), 제1PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(56), 복수 개의 PECVD 코팅 스테이션들(57) 및 제2PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(58)을 포함한다. 제2PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(58)에 제2진공 락(59)이 연결되고, 상기 제2진공 락으로부터 제3수송 시스템(60)이 이어진다. 상기 제3수송 시스템(60)은 구조화 장치(61)를 경유하며, 상기 구조화 장치는 복수 개의 주행 가능한 공정 헤드들(62)을 포함한다. 제3수송 시스템(60)에서 구조화 장치(61)를 통과한 후, 생산 라인으로부터 박막 태양 전지-원 모듈(raw module)(63)이 완성된다.
도시된 생산 라인에서 박막 태양 전지 모듈의 제조 시작점은 제1수송 시스템(50)을 경유하여 전달되는 유리 기판(51)이다. 바람직하게는, 생산 라인은, 3.21 m라는 일반적 폭을 가진 평면 유리판이 수용되고 가공될 수 있도록 설계된다. 이 경우, 생산 라인은 평면 유리 생산 라인에 직접적으로 연계될 수 있다. 세정 스테이션(52)에서 세정된 후 유리 기판(51)은 직접적으로, 그리고 주변 대기와의 접촉 없이 제1진공 락(53)에 전달된다. 먼지 입자들로부터 보호하기 위한 세정 공간 주변 처리는 생략될 수 있다.
그 이후의 제1PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(56)에서 전극이 도포될 수 있다. CVD(화학 기상 증착) 코팅인 경우, 저압 방법(LPCVD-저압 CVD)가 사용될 수 있다. 또한, 제1PVD/(LP)CVD-코팅 스테이션(56)에는 (건식-)식각 장치가 통합될 수 있다. 바람직하게는, 제1PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(56)은 연속 방법(인라인)으로 작동한다.
그 이후, 서로 다른 PECVD 코팅 스테이션들(57)에서 광활성층 시퀀스가 도포된다. 바람직하게는, PECVD 코팅 스테이션들(57)은 고정식(stationary) 코팅 스테이션들로 실시된다. 또는, 이러한 스테이션들 중 하나에서 전극이 고정식 공정으로 도포될 수 있다. 이 경우, 제1PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(56)은 생략될 수 있다. 또한, 유리 기판(51)이 예를 들면 유리 제조사의 생산 라인에서 온라인 코팅을 통해 이미 전방 전극을 포함할 수도 있다. 이 경우에도 제1PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(56)이 생략될 수 있다. 또한, PVD코팅 공정으로 전방 전극의 제조 시, 전방 전극의 필요한 러프닝(roughening)을 위해 그 이후의 (건식-) 식각 공정이 사용될 수 있다. 그에 상응하는 공정 스테이션은 PVD/LP(CVD) 코팅 스테이션(56)에 통합되거나 PECVD 코팅 스테이션들(57) 중 하나이다. 코팅 스테이션들(56, 57, 58)의 배치에 따라 제2수송 시스템(55)으로서 코팅 장치(54)의 진공부에서 저소모성 선형 롤러 구동부가 역할할 수 있다.
Si-탠덤 전지의 제조 시, 예를 들면 PECVD 코팅 스테이션들(57)에 의해 수소 제거된 비결정질 p형, i형 및 n형 도핑된 a-Si:H-층들 및/또는 마이크로결정질인 p형, i형 및 n형 도핑된 Si-층들 및/또는 a-Si(Ge):H계인 다른 흡수체층들이 차례로 도포될 수 있다. 또한 생산 라인은, 유리 기판(51)이 PECVD 코팅 스테이션들(57) 이후 진공의 중단 없이 PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(58)을 통과하도록 설계되며, 이 때 후방 전극의 금속층은 예를 들면 스퍼터링 공정으로 도포된다. 바람직하게는, PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(58)은 연속 코팅 방법을 위한 인라인 스테이션으로 다시 설계되며, CVD 코팅인 경우 저압 방법으로 작업할 수 있다. 또한, 예를 들면 Ag 및/또는 Al 및/또는 Mo와 같은 다양한 금속들을 증착할 수 있도록, 복수 개의 PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션들(58)이 구비될 수 있다.
이어서, 유리 기판(51)은 제2진공 락(59)을 통과하여 다시 진공으로부터 반출되며, 제3수송 시스템(60)에서 생산 라인의 구조화 장치(61)를 통과한다.
상기와 같은 의미에서, 제공된 생산 라인은 화합물 반도체계의 박막 태양 전지 모듈의 제조를 위해 사용될 수 있다(CdTe, CIS).
도 2 내지 도 4와 관련하여 기술된 본 출원에 따른 방법은, 층의 증착을 위한 공정 단계들 및 구조화를 위한 공정 단계들, 즉 분리선, 절연선, 커버선 및 접촉선의 형성을 위한 공정 단계들을 병합할 수 있다는 것을 특징으로 한다. 이는, 코팅 장치(54)에서 층들의 증착을 위해 필요한 공정 스테이션들이 병합된 것으로, 그리고 구조화 장치(61)에서 구조화를 위해 필요한 구조화 도구들이 병합된 것으로 확인된다. 구조화 도구들로서 레이저, 레이저 전달 광학계, 잉크젯 프린팅 헤드 및 접착 밴드 도포 장치가 사용될 수 있다. 이 때, 상호 관련된 공정 단계들에 필요한 구조화 도구들이 가능한 한 많이 일 공정 헤드(62)에 통합되는 것이 유리하다. 이는, 예를 들면, 서로 다르긴 하나 상호 간에 가능한 한 정확하게 배치되어야 할 분리선들을 생성하는 다양한 파장의 레이저에 관련한다. 이와 관련하여, 도 2 내지 도 4의 실시예에 관련하는 유리한 공정 헤드들의 형성예가 참조된다. 쓰루풋을 증가시키기 위해, 복수 개의 동일한 공정 헤드들(62)이 구비될 수 있으며, 상기 공정 헤드들을 이용하여 유리 기판(51)의 서로 다른 영역들이 동시에 가공될 수 있다.
예를 들면 도 2와 관련하여 기술된 박막 태양 전지 모듈을 제조하기 위해, 구조화 장치(61)를 통과한 이후에 후방 전극(4)의 도포 단계가 더 필요한 경우, 경우에 따라서 PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(58)은 코팅 장치(54)에 통합되는 대신 별도로 실시될 수 있다. 이와 무관하게, PECVD 코팅 스테이션들(57) 및 PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션(56)이 코팅 장치(54)에 병합될 수 있다.
이후, 박막 태양 전지-원 모듈(63)이 완성된다. 이후, 봉지, 가장자리의 층 벗김, 접촉 등과 같이 박막 태양 전지 모듈의 최종 제작을 위한 주변 가공 단계들만 필요하다. 이는 생산 라인의 밖에서 독립적으로 수행될 수 있거나, 마찬가지로 생산 라인에 통합될 수 있다.
1 기판
2 제1전극(전방 전극)
3 광활성층 시퀀스
4 제2전극(후방 전극)
5 제1세그먼트
6 접촉 영역
7 제2세그먼트
10, 11, 12 분리선들
20, 21 분리선들
22 절연선
23 커버선
24-26 분리선들
30 분리선
31 접촉선
32 분리선
40 분리선
41 접촉선
42 분리선
43 전도 접착 밴드
44 전도 스트랜드
50 제1수송 시스템
51 유리 기판
52 세정 스테이션
53 제1진공 락
54 코팅 장치
55 제2수송 시스템
56 제1PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션
57 PECVD 코팅 스테이션
58 제2PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션
59 제2진공 락
60 제3수송 시스템
61 구조화 장치
62 공정 헤드
63 박막 태양 전지-원 모듈

Claims (34)

  1. 공통 기판(1)상에 배치되며 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함하는 박막 태양 전지 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 전극(2, 4) 및 광활성층 시퀀스(3)를 형성하기 위해 상기 기판(1)상에 층들을 도포하는 단계; 및
    - 상기 다수의 세그먼트들(5, 7)을 형성하기 위해 도포되거나/도포되고 도포될 층들을 구조화하는 단계를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 전극(2, 4) 및 광활성층 시퀀스(3)는 그 이후의 구조화 단계가 실시되기 전에 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극(2, 4)의 제조는 투명 전도성 산화물로 이루어진 적어도 하나의 층 및/또는 금속층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광활성층 시퀀스(3)의 제조는 비결정질 또는 마이크로결정질 Si 및/또는 비결정질 또는 마이크로결정질 SiGe 및/또는 특히 CdTe나 CIS나 CIGS와 같은 화합물 반도체로 구성된 적어도 하나의 개별층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 광활성층 시퀀스(3)의 제조는 p형 도핑, 진성 및 n형 도핑된 비결정질 Si층 및/또는 p형 도핑, 진성 및 n형 도핑된 마이크로결정질 Si층 및/또는 p형 도핑, 진성 및 n형 도핑된 비결정질 Si(Ge)층의 도포 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층들의 도포 단계는 PVD 공정, 특히 스퍼터링 공정 및/또는 CVD 공정, 특히 PECVD 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(1)으로서 유리가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    이미 도포된 층들의 구조화 단계는 레이저빔의 조사 및/또는 기계적 스크래칭 및/또는 선택적 식각에 의한 분리선(10-12, 20, 21, 24-26, 30, 32, 40, 42)의 형성으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    레이저광은 하나 이상의 층들이 국부적으로 제거되도록 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    레이저광을 조사하되, 하나 이상의 층들이 국부적으로 가열되어 층들 중 적어도 하나의 물리적 특성, 특히 상기 층의 전도도가 변경되도록 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    이미 도포된 층들의 구조화 단계는 레이저빔의 조사에 의한 접촉선(31, 41)의 형성으로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    레이저광을 조사하되, 서로 다른 물질들로 이루어져 포개어진 층들이 국부적으로 가열되고 물질 화합물이 형성되며, 상기 물질 화합물이 본래의 물질과 다른 물리적 특성을 가지고 특히 전도성을 가지도록 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 서로 다른 물질들의 용융물이 국부적으로 형성되고, 상기 용융물로부터 물질 화합물이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    전기 절연성 물질로 이루어진 절연선(22)을 상기 분리선들(20, 21, 25) 중 하나의 내부에 형성시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 절연선(22)을 잉크젯 프린팅 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    차후에 도포될 층들의 구조화 단계는 용해성 물질로 이루어진 커버선(23)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 커버선(23)을 잉크젯 프린팅 방법으로 도포하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함하며 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는 박막 태양 전지 모듈.
  18. 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 있어서,
    절연성 물질로 이루어진 절연선(22)이 분리선(20, 21)의 영역에 도포되고, 제2 전극(4)에 의해 덮이며, 상기 분리선은 상기 세그먼트들(5, 7)의 형성을 위해 상기 박막 태양 전지 모듈의 제1전극(2)을 절단하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 절연선(22)은 절연 폴리머를 함유하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  20. 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 있어서,
    전기 전도성 산화물로 이루어진 전극(2)이 분리선(32)에 의해 전기적으로 중단되며, 이 때 상기 분리선(32)의 영역에서 상기 전극(2)은 상기 분리선(32)의 밖에 위치한 경우에 비해 국부적으로 다른 물리적 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 분리선(32)의 영역에서 국부적으로 다른 물리적 특성은 상기 분리선(32)의 영역에서 전극(4)의 재결정화에 의한 도핑 변화에 근거하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 분리선(32)의 영역에서 국부적으로 다른 물리적 특성은 상기 분리선(32)의 영역에서 상기 전극(2)과 인접한 광활성층 시퀀스(3)의 성분의 산화물의 형성에 근거하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 광활성층 시퀀스(3)는 Si를 포함하고, 상기 분리선(32)은 Si-oxide를 함유하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  24. 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함하고, 상기 세그먼트들이 제1전극(2), 광활성층 시퀀스(3) 및 제2전극(4)을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 있어서,
    상기 세그먼트들(5, 7)의 직렬 연결을 위해 상기 제2전극(4)이 상기 제1전극(2)과 전기적으로 연결될 때 경유하는 접촉선(31)이 구비되고, 이 때 상기 접촉선(31)은 상기 광활성층 시퀀스(3)의 영역에서 전도성 물질 화합물 및/또는 상기 광활성층 시퀀스(3) 및 제2전극(4)의 성분들의 전도 합금을 함유하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 광활성층 시퀀스(3)는 Si를 포함하고, 상기 접촉선(31)은 규화물을 함유하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  26. 전기적으로 직렬 연결된 다수의 세그먼트들(5, 7)을 포함하는 박막 태양 전지 모듈에 있어서,
    전기 전도성 접착 밴드(43), 또는 전도 페이스트의 스트랜드(44)가 분리선(42)의 영역에서 전기적 연결을 다시 형성하기 위해 제2전극(4)상에 도포되고, 상기 분리선은 상기 세그먼트들(5, 7)의 형성을 위한 상기 박막 태양 전지 모듈의 제1전극(2) 및 제2전극(4)을 절단하는 것을 특징으로 하는 박막 태양 전지 모듈.
  27. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 따른 방법으로 유리 기판(51)상에 박막 태양 전지 모듈을 제조하기 위한 생산라인에 있어서,
    코팅 장치(54)를 포함하고, 상기 코팅 장치는 제1진공 락(vacuum lock)(53), 적어도 2개의 코팅 스테이션들(56, 57, 58) 및 제2진공 락(59)을 포함하고, 상기 유리 기판(51)이 상기 제1진공 락(53)을 통해 상기 코팅 장치(54)로 반입된 후, 상기 제2진공 락(59)을 통해 상기 기판이 상기 코팅 장치(54)로부터 다시 반출되기 전에, 상기 적어도 2개의 코팅 스테이션들(56, 57, 58) 또는 (503, 56)을 진공 조건하에 차례로 통과할 수 있도록 설정되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 코팅 장치(54)에는 PECVD 코팅 스테이션(57) 및/또는 PVD/(LP)CVD 코팅 스테이션들(56, 58)이 구비되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  29. 청구항 27 또는 청구항 28에 있어서,
    세정 스테이션(52)은 상기 제1진공 락(53)에 직접적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  30. 청구항 27 내지 청구항 29 중 어느 한 항에 있어서,
    선형 롤러 구동부가 상기 코팅 장치(54)를 통과하는 수송 시스템(55)으로 구비되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  31. 청구항 27 내지 청구항 30 중 어느 한 항에 있어서,
    구조화 장치(61)가 구비되고, 상기 구조화 장치에서 주행 가능한 공정 헤드(62)에는 상기 박막 태양 전지 모듈의 적어도 하나의 층을 구조화하기 위한 적어도 2개의 서로 다른 구조화 도구들이 준비되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 공정 헤드(62)는 적어도 2개의 서로 다른 파장을 가진 레이저빔을 동시에 준비하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  33. 청구항 31 또는 청구항 32에 있어서,
    상기 공정 헤드(62)는 레이저빔을 준비하도록 설정되고 잉크젯 프린팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산라인.
  34. 청구항 31 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정 헤드(62)는 상기 박막 태양 전지 모듈상에 접착 밴드(43)를 설치하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 생산라인.
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