KR20100051738A - 광전지 생산 라인 - Google Patents

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KR20100051738A
KR20100051738A KR1020107007066A KR20107007066A KR20100051738A KR 20100051738 A KR20100051738 A KR 20100051738A KR 1020107007066 A KR1020107007066 A KR 1020107007066A KR 20107007066 A KR20107007066 A KR 20107007066A KR 20100051738 A KR20100051738 A KR 20100051738A
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KR
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solar cell
module
processing
layer
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KR1020107007066A
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로버트 제트. 바크라흐
용-기 채
수 영 최
니콜라스 지. 제이. 데 브리에스
야코브 엘가르
에릭 에이. 잉글하르트
미첼 알. 프레이
찰스 가이
파리스 하우킨스
초이 호
제임스 크래이그 헌터
펜차라 엔. 칸카나라
리웨이 리
윙 후 로
단니 캄 토안 루
팡 메이
스테판 피. 머피
스루잘 파텔
매튜 제이. 비. 사운더스
아사프 슐레징거
슈란 쉥
트자이-파 수
제프리 에스. 설리반
데이비드 탄너
테레사 트로우브리지
브라이스 월커
존 엠. 화이트
태 케이 원
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 태양 전지 형성 프로세스의 단계들을 실시하도록 구성된 프로세싱 모듈들을 이용하여 광전지 소자를 형성하는데 이용될 수 있는 시스템에 관한 것이다. 자동화된 태양 전지 팹(fab)은 일반적으로 태양 전지 소자들을 형성하기 위해서 이용되는 자동화된 설비들 및 자동화된 프로세싱 모듈들로 구성된다. 그에 따라, 자동화된 태양 전지 팹은 기판을 수용하도록 구성된 기판 수용 모듈, 기판 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 가지는 하나 또는 둘 이상의 흡수 층 부착 클러스터 툴, 하나 또는 둘 이상의 물질 제거 챔버, 태양 전지 캡슐화 장치, 오토클레이브 모듈, 자동화된 정크션 박스 부착 모듈, 그리고 완성된 태양 전지 소자의 품질을 테스트하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 품질 보증 모듈을 포함한다.

Description

광전지 생산 라인{PHOTOVOLTAIC PRODUCTION LINE}
본 발명의 실시예들은 태양 전지 소자를 형성하는데 이용되는 생산 라인의 디자인 및 레이아웃(layout)에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 또한 태양 전지 소자를 형성하는데 유용한 다양한 장치들 및 프로세스들의 선택 및 디자인과 관련된 것이다.
광전지(PV) 소자 또는 태양 전지들은 태양광을 직류(DC) 전원으로 변환하는 소자들이다. 통상의 박막 필름 타입 PV 소자, 또는 박막 필름 태양 전지는 하나 또는 둘 이상의 p-i-n 정크션을 갖는다. 각 p-i-n 정크션은 p-타입 층, 진성 타입 층(intrinsic type layer), 및 n-타입 층을 포함한다. 태양 전지의 p-i-n 정크션이 (광자로부터의 에너지로 이루어진) 태양광에 노출되면, 태양광은 PV 효과를 통해 전기로 변환된다. 태양 전지들은 대형 태양 전지 어레이(solar array)로 타일작업(tiled)될 수 있다. 태양 전지 어레이는 다수의 태양 전지를 연결하고 특정 프레임 및 연결부들을 가지는 패널에 결합함으로써 생성된다.
통상적으로, 박막 필름형 태양 전지는 활성 영역(active regions), 전방(front) 전극 및/또는 후방 전극으로 배치되는 투명 전도성 산화물(TCO) 필름을 포함한다. 광전 변환 유닛(photoelectric conversion unit)은 p-타입 실리콘 층, n-타입 실리콘 층 및 p-타입과 n-타입 실리콘 층 사이에 샌드위치된 i-타입 실리콘 층을 갖는다. 미세결정(microcrystalline) 실리콘 필름(μc-Si), 비정질 실리콘 필름(a-Si), 다결정 실리콘 필름(poly-Si) 등 여러 종류의 실리콘 필름을 이용하여 광전 변환 유닛의 p-타입, n-타입, 및/또는 i-타입 층을 형성할 수 있다. 후방 전극은 하나 또는 둘 이상의 전도 층을 가질 수 있다. 양호한 계면 접촉, 낮은 접촉 저항을 가지며 태양 전지의 전체적으로 높은 전기소자 성능을 제공하는 태양 전지를 형성하기 위한 개선된 프로세스에 대한 요구가 있다.
종래의 에너지원 가격이 상승함에 따라, 저비용의 태양 전지 소자를 이용하여 저비용으로 전기를 생성하는 방법에 대한 요구가 있다. 종래의 태양 전지 제조 프로세스는 매우 노동집약적이며 생산 라인의 생산량, 태양 전지 비용, 소자 수율에 영향을 끼칠 수 있는 장애물이 수없이 많다. 통상적인 태양 전지 제조 프로세스는 수 많은 수작업을 포함하며, 그러한 수작업은 형성된 태양 전지 소자의 특성이 소자마다 달라지게 할 수도 있을 것이다. 이러한 수작업 프로세스들은 노동 집약적이고, 시간 및 비용이 많이 소요되는 작업이다. 태양 전지 생산 라인을 통해서 태양 전지 기판들이 중단없이 연속적으로 흘러갈 수 있게 하여 비용을 절감하고 소자 수율을 개선할 수 있게 하는 것이 요구되고 있다. 그에 따라, 태양 전지 제조 프로세스의 모든 단계들(phases)을 실행할 수 있는 생산 라인 또는 시스템이 요구되고 있다.
또한, 생산 라인 내에서 형성된 태양 전지가 반복가능한 방식으로 형성되는지를 확인하기 위해서 형성 프로세스의 여러 단계들 중에 태양 전지 소자를 테스팅하는 장치 및 방법이 요구되고 있다. 또한, 부분적으로 형성된 태양 전지 소자의 성질을 특성화(characterize)하여 그 성능이 희망 성능 범위에 포함되는지 그리고 태양 전지 형성 단계들의 조합이 태양 전지 소자 제조업자가 요구하는 기능적 및 성능적 규격요건(specification)을 충족하는 태양 전지 소자를 생성하는지를 확인하는 테스팅 모듈이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 그러한 시스템은 제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착(deposit; 증착)시키도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버, 상기 제 1 기판의 표면으로부터 실리콘-함유 층의 일부를 제거하도록 구성된 제 1 스크라이빙(scribing) 장치, 시스템 내에서 실행되는 프로세스의 하나 또는 둘 이상의 출력을 특성화하도록 구성된 테스트 모듈을 포함하며, 상기 테스트 모듈은 기판 지지부, 상기 기판 지지부 상에 배치된 제 1 기판의 표면 상의 둘 이상의 지점과 접촉하도록 배향된(oriented) 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀과 전기적으로 소통하는 측정 장치, 상기 제 1 기판의 표면을 관찰(view)하도록 위치되는 비젼(vision) 시스템, 그리고 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀에 대해서 기판 지지부 상에 배치된 제 1 기판을 정위치(position)시키도록 구성된 액츄에이터를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 태양 전지를 형성하기 위한 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착시키도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버, 상기 실리콘-함유 층 상에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 그리고 본딩 와이어 부착 모듈(bonding wire attach module)을 포함하며, 상기 본딩 와이어 부착 모듈은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 기판을 이송하도록 구성된 기판 핸들링 장치, 기판의 표면을 관찰하도록 정위치되는 비전(vision) 시스템, 기판 핸들링 장치에 의해서 기판이 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 때 기판의 표면 상에 형성된 전도성 층 상에 전도성 요소(element)를 실질적으로 동시에 정위치시키도록 각각 구성되는 둘 이상의 전도성 요소 부착 장치, 그리고 상기 전도성 층 상에 배치된 각각의 전도성 요소의 둘 이상의 영역으로 열을 제공하도록 정위치될 수 있는 둘 이상의 납땜 지점을 포함한다.
본 발명의 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 기판의 표면에 형성된 층의 일부를 제거하도록 구성된 제 1 스크라이빙 장치, 상기 층 위에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비한 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(cluster tool), 상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 제 1 스크라이빙 장치 및 제 1 버퍼 챔버와 이송가능하게 소통하는 제 1 기판 이송 장치, 상기 실리콘-함유 층 위에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버 및 제 2 버퍼 챔버와 이송가능하게 소통하는 제 2 기판 이송 장치를 포함하며, 상기 제 1 버퍼 챔버는 다수의 기판 지지 정위치(position)를 가지며, 상기 제 2 버퍼 챔버는 다수의 기판 지지 정위치를 가지고 그리고 상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴과 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버 사이에 배치된다.
본 발명의 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 상기 실리콘-함유 층 위에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 엣지 제거 모듈(edge deletion module)을 포함하며, 상기 엣지 제거 모듈은 제 1 위치로부터 제 2 위치로 기판을 이송하도록 구성된 기판 이송 장치, 액츄에이터 및 상기 액츄에이터에 커플링된 연마(abrasive) 부재를 각각 구비하는 둘 이상의 엣지 제거 장치를 포함하며, 상기 둘 이상의 엣지 제거 장치는 상기 기판 이송 장치가 기판을 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이송할 때 기판의 표면으로부터 실리콘-함유 층 및 부착된 전도성 층의 일부를 실질적으로 동시에 제거하도록 구성된다.
본 발명의 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 상기 제 1 기판 상의 표면 상에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 실리콘-함유 층 및 본딩 층이 그 사이에 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 열 및 압력을 인가함으로써 제 1 기판에 제 2 기판을 본딩하도록 구성된 라미네이션(lamination; 적층) 장치, 오토클레이브(autoclave; 고압 용기)를 포함하며, 상기 오토클레이브는 베슬(vessel), 상기 베슬의 프로세싱 영역과 유체 소통하는 유체 전달 시스템, 그리고 본딩된 다수의 제 1 및 제 2 기판들을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함하며, 상기 기판 지지부는 상기 프로세싱 영역 내에서 이동가능하게 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다수의 태양 전지를 대형 기판 상에 형성하기 위한 방법을 추가로 제공하며, 그러한 방법은 기판의 표면 상에 광흡수 층(photoabsorbing layer)을 부착하는 단계, 상기 기판 표면 상의 영역으로부터 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 상기 기판의 표면 상에 금속 층을 부착하는 단계, 상기 기판 표면 상의 영역으로부터 금속 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 상기 기판 상에 하나 또는 둘 이상의 테스트 구조물을 형성하는 단계, 상기 테스트 구조물의 일부의 전기적 특성을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 테스트 구조물은 상기 기판의 다른 부분들 상에 형성된 태양 전지 소자들과 전기적으로 절연되고 그리고 상기 광흡수 층의 일부 또는 금속 층의 일부를 적어도 포함하며, 상기 전기적 특성을 측정하는 단계는 기판의 표면을 둘 또는 그 이상의 콘택 핀과 접촉시키는 단계, 둘 또는 그 이상의 콘택 핀 중 두개로 전류 또는 전압을 공급하는 단계, 그리고 상기 둘 또는 그 이상의 콘택 핀 중 두개에서 전류 유동 또는 전압을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템에서 다수의 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공하며, 그러한 방법은 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템으로 기판을 로딩하는 단계, 기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계, 전방 콘택 층이 부착된 기판의 표면 상에 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계, 다수의 인터커넥트를 내부에 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 상기 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 내부에 형성된 인터커넥트 내에 그리고 광흡수 층 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계, 후방 콘택 층의 절연 영역들을 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계, 오토클레이브 챔버의 프로세싱 영역 내에 상기 복합 구조물을 정위치시키는 단계, 그리고 상기 복합 구조물을 가열하고 그리고 상기 오토클레이브의 프로세싱 영역으로 가스를 전달하여 상기 후방 유리와 기판 사이에 개선된 본딩을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템에서 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공하며, 그러한 방법은 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템으로 기판을 로딩하는 단계, 기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계, 전방 콘택 층이 부착된 기판의 표면 상에 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계, 다수의 인터커넥트를 내부에 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 상기 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 내부에 형성된 인터커넥트 내에 그리고 광흡수 층 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계, 후방 콘택 층의 절연 영역들을 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 기판을 수용하도록 구성된 기판 수용 모듈, 기판 시임가공(seaming) 모듈, 상기 기판이 기판 시임가공 모듈에서 프로세싱된 후에 기판을 세정하도록 정위치된 제 1 세정 모듈, 전방 콘택 절연(isolation) 모듈, 기판이 전방 콘택 절연 모듈 내에서 프로세싱된 후에 기판을 세정하도록 정위치된 제 2 기판 세정 모듈, 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 광흡수 층(들) 절연 모듈, 기판의 표면 상에 금속 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 하나 또는 둘 이상의 후방 콘택 절연 모듈, 엣지 제거(exclusion) 모듈, 기판이 상기 엣지 제거 모듈 내에서 프로세싱된 후에 기판으로 세정하도록 정위치된 제 3 기판 세정 모듈, 본딩 와이어 부착 모듈, 및 본딩 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 기판의 표면으로부터 물질을 제거하도록 구성된 물질 제거 챔버들, 시스템 내에서 실행되는 하나 또는 둘 이상의 프로세스들의 출력을 특성화(charaterize)하도록 구성된 테스트 모듈을 포함하며, 상기 테스트 모듈은 다수의 콘택 핀, 상기 다수의 콘택 핀들 중 하나 이상과 전기적으로 소통하는 측정 장치, 상기 기판의 표면을 관찰하도록 정위치되고, 그리고 카메라, 제어부 및 하나 또는 둘 이상의 로봇 장치를 이용하여 기판 상에 형성된 피쳐(features)를 관찰하도록 구성된 비전 시스템, 그리고 콘택 핀들이 기판 상의 희망하는 표면과 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 콘택 핀들을 기판에 대해서 상대적으로 정위치시키도록 구성된 액츄에이터를 포함한다.
본 발명의 실시예는 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공하며, 그러한 방법은 기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계, 기판의 표면 상에 광흡수 층을 부착하는 단계, 상기 기판 표면 상의 영역으로부터 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 상기 기판의 표면 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계, 상기 기판 표면 상의 영역으로부터 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계, 상기 복합 구조물을 오토클레이브 챔버의 프로세싱 영역 내에 정위치시키는 단계, 그리고 상기 오토클레이브의 프로세싱 영역으로 가스를 전달하고 상기 복합 구조물을 가열하여 상기 후방 유리와 기판 사이에 개선된 본딩을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 라인을 추가로 제공하며, 그러한 제조 라인은 기판을 통합된 제조 라인으로 로딩하기 위한 기판 로딩 스테이션, 상기 기판 로딩 스테이션의 하류에 배치되고 그리고 제조 라인으로의 도입 후에 기판을 세정하도록 구성된 제 1 기판 세정장치, 상기 제 1 기판 세정 장치의 하류에 배치되고 그리고 부착된 전방 콘택 층을 에칭하여 그 사이에 절연부를 제공하도록 구성된 전방 콘택 절연 모듈, 상기 전방 콘택 절연 모듈의 하류에 배치되고 그리고 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 다수의 클러스터 툴, 상기 다수의 클러스터 툴의 하류에 배치되고 그리고 상기 실리콘-함유 층을 에칭하도록 그리고 전방 콘택 층으로의 인터커넥트를 형성하도록 구성된 인터커넥트 형성 모듈, 상기 후방 콘택 절연 모듈의 하류에 배치되고 그리고 상기 실리콘-함유 층의 위에 금속 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 금속 부착 챔버, 상기 하나 또는 둘 이상의 금속 부착 챔버 하류에 배치되는 후방 콘택 절연 모듈, 상기 기판의 둘레 지역(area)으로부터 물질을 제거하도록 구성되고 하나 또는 둘 이상의 금속 부착 챔버들의 하류에 배치된 하나 또는 둘 이상의 물질 제거 챔버, 상기 하나 또는 둘 이상의 물질 제거 챔버의 하류에 배치된 제 2 기판 세정장치, 상기 제 2 기판 세정장치의 하류에 배치된 본딩 와이어 부착 모듈, 및 상기 본딩 와이어 부착 모듈의 하류에 배치되고 그리고 실리콘-함유 층 및 본딩 층이 그 사이에 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 열 및 압력을 인가함으로써 제 1 기판에 제 2 기판을 본딩하도록 구성된 라미네이션 장치를 포함한다.
본 발명의 실시예는 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템에서 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공하며, 그러한 방법은 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템으로 기판을 로딩하는 단계, 기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계, 전방 콘택 층이 부착된 기판의 표면 상에 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계, 다수의 인터커넥트를 내부에 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 상기 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 내부에 형성된 인터커넥트 내에 그리고 광흡수 층 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계, 후방 콘택 층의 절연 영역들을 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계, 오토클레이브 챔버의 프로세싱 영역 내에 상기 복합 구조물을 정위치시키는 단계, 그리고 상기 복합 구조물을 가열하고 그리고 상기 오토클레이브의 프로세싱 영역으로 가스를 전달하여 상기 후방 유리와 기판 사이에 개선된 본딩을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템에서 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법을 추가로 제공하며, 그러한 방법은 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템으로 기판을 로딩하는 단계, 기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계, 전방 콘택 층이 부착된 기판의 표면 상에 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계, 다수의 인터커넥트를 내부에 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 상기 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 내부에 형성된 인터커넥트 내에 그리고 광흡수 층 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계, 둘 또는 그 이상의 물질 제거 장치를 대체적으로 동시에 이용하여 기판 표면 상의 둘 또는 그 이상의 영역으로부터 광흡수 층의 적어도 일부 및 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 그리고 복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예는 태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템을 추가로 제공하며, 그러한 시스템은 제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 상기 제 1 기판의 표면 상에 금속 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 둘 또는 그 이상의 물질 제거 장치를 대체적으로 동시에 이용하여 제 1 기판의 표면상의 둘 또는 그 이상의 영역으로부터 실리콘-함유 층의 적어도 일부 및 금속 층의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 엣지 제거 모듈, 둘 또는 그 이상의 버스 라인(buss lines)을 상기 금속 층 상에 실질적으로 동시에 정위치시키도록 구성된 본딩 와이어 부착 모듈, 그리고 실리콘-함유 층 및 본딩 층이 그 사이에 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 열 및 압력을 인가함으로써 제 1 기판에 제 2 기판을 본딩하도록 구성된 본딩 모듈을 포함한다.
이하에서는, 전술한 본 발명의 특징들이 구체적으로 이해될 수 있도록, 실시예들을 참조하여 간략하게 전술한 본 발명에 대해서 보다 특정하여 설명할 것이며, 그러한 실시예들의 일부는 첨부 도면에 도시되어 있다. 그러나, 첨부 도면들은 본원 발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이며, 그에 따라 그러한 범위로 본원 발명이 한정되지 않으며, 본원 발명은 다른 균등한 실시예들도 포함한다는 것을 이해하여야 할 것이다.
도 1은 본원 명세서에서 설명된 하나의 실시예에 따른 태양 전지 소자를 형성하기 위한 프로세스 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 2a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 태양 전지 제조 라인의 평면도이다.
도 2b-2c는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 다른 태양 전지 제조 라인 구성을 도시한 평면도이다.
도 3a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 박막 필름 태양 전지 소자의 측단면도이다.
도 3b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 박막 필름 태양 전지 소자의 측단면도이다.
도 3c는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 복합 태양 전지 구조물의 평면도이다.
도 3d는 도 3c의 단면 A-A를 따라 취한 측단면도이다.
도 3e는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 박막 필름 태양 전지 소자의 측단면도이다.
도 4a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따라 이용될 수 있는 클러스터 툴의 평면도이다.
도 4b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 부착 챔버의 측단면도이다.
도 5는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 전방 기판 단부 시임가공 모듈을 도시한 도면이다.
도 6은 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 어큐뮬레이터(accumulator; 축적장치)를 도시한 등축도이다.
도 7은 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 시스템 제어부(290) 내의 제어 요소를 도시한 도면이다.
도 8a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 엣지 제거 모듈의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 8b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 엣지 제거 연마 휘일을 도시한 도면이다.
도 8c는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 엣지 제거 스테이션을 도시한 도면이다.
도 9a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 본딩 와이어 부착 모듈의 평면도이다.
도 9b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 본딩 와이어 부착 모듈의 단면을 도시한 도면이다.
도 9c는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 프로세스 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 10은 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 본딩 모듈을 도시한 단면도이다.
도 11은 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 오토클레이브 조립체의 측단면도이다.
도 12a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 정크션 박스 부착 모듈(junction box attachment module)을 도시한 도면이다.
도 12b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 프로세싱 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 13a-13b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 태양 시뮬레이터 타입 소자 테스팅 모듈의 측면도이다.
도 14a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 전형적인 테스트 구조물 및 측정 조립체의 단면도이다.
도 14b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 도 14a에 도시된 전형적인 테스트 구조물의 평면도이다.
도 14c는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 태양 전지의 부분들에 대해서 분석하는데 유용할 수 있는 태양 파라메트릭(parametric) 테스터 모듈을 도시한 도면이다.
도 14d는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 프로세싱 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 15a는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따라 긴 지지 부재가 본딩된 태양 전지 소자를 도시한 도면이다.
도 15b는 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 지지 구조물 부착 모듈을 도시한 평면도이다.
도 16은 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 광학 검사 장치를 도시한 도면이다.
도 17은 본원 명세서에서 설명된 일 실시예에 따른 품질 보증 장치를 도시한 단면도이다.
명료함을 위해서, 적용 가능한 경우에, 도면들 사이에서 공통되는 동일한 요소들에 대해서는 동일한 도면 부호를 이용하였다. 별다른 설명이 없더라도, 일 실시예의 특징들이 다른 실시예에 통합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 전체적으로 태양 전지 소자 형성 프로세스 중의 하나 또는 둘 이상의 단계를 수행하도록 구성된 프로세스 모듈을 이용하여 태양 전지 또는 광전지 소자를 형성하는데 이용되는 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 완전한 기능의 그리고 테스트된 태양 전지 소자를 형성하기 위해서, 프로세싱되지 않은 기판을 수용하고 그리고 다수의 부착, 물질 제거, 세정, 본딩, 및 테스팅 단계를 실행함으로써 박막 필름 태양 전지 소자를 형성하도록 구성된다. 이하의 설명이 주로 실리콘 박막 필름 태양 전지 소자의 형성에 대한 것이지만 이러한 구성은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 발명의 장치와 방법은 다른 종류의 태양 전지 소자들, 예를 들어 III-V 타입 태양 전지, 박막 칼코겐(chalcogenide) 태양 전지(예, CIGS, DdTe 전지), 비정질 또는 미세결정(nanocrystalline) 실리콘 태양 전지, 광화학 타입 태양 전지(예, 염료 감응형; dye sensitized), 결정 실리콘 태양 전지, 유기 타입 태양 전지, 기타 여러 유사한 태양 전지 소자를 형성, 시험, 분석하는데 사용될 수도 있을 것이기 때문이다.
이러한 시스템은 일반적으로 자동화된 물질 핸들링 시스템에 의해서 상호연결된 태양 전지 소자들을 형성하는데 이용되는 프로세싱 모듈들 및 자동화 설비로 이루어진 구성체(arrangement)이다. 일 실시예에서, 상기 시스템은 소자 신뢰성, 프로세스 반복성, 그리고 인간의 상호작용(interaction) 및/또는 노동 집약적인 프로세싱 단계들을 제거 및/또는 감소시켜 태양 전지 형성 프로세스 소요비용(CoO; cost of ownership)을 개선하도록 디자인된 완전히 자동화된 태양 전지 제조 라인이다. 하나의 구성에서, 그러한 시스템은 박막 필름 태양 전지 소자를 형성하도록 구성되고 그리고 일반적으로 기판 수용 모듈, 기판 표면 상에 흡수 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 하나 또는 둘 이상의 후방 콘택 부착 챔버, 하나 또는 둘 이상의 물질 제거 챔버, 태양 전지 캡슐화(encapsulation) 장치, 오토클레이브 모듈, 정크션 박스 부착 모듈, 완전히 형성된 태양 전지 소자를 테스트하고 품질 평가하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 품질 보증 모듈, 그리고 시스템 내의 성분들(components)을 제어하도록 구성된 시스템 제어부를 포함한다. 하나 또는 둘 이상의 품질 보증 모듈이 태양 시뮬레이터, 파라메트릭 테스팅 모듈, 그리고 션트 버스트(shunt bust) 및 품질평가(qualification) 모듈을 포함한다.
도 1은 본원 명세서에서 개시된 새로운 태양 전지 생산라인(200)을 이용하여 태양 전지 소자를 형성하는데 각각 이용되는 다수의 단계들(즉, 단계 102-142)를 포함하는 프로세스 시퀀스(100)의 일 실시예를 나타낸 것이다. 프로세스 시퀀스(100) 내의 구성, 프로세스 단계의 수, 프로세스 단계의 순서는 본 발명의 범위를 제한하는 의도는 없는 것이다. 도 2a는 생산라인(200)의 일 실시예의 평면도인데, 이는 통상의 프로세스 모듈의 일부와 이 시스템을 통한 프로세스 흐름 및 이 시스템의 설계에 관련된 기타 측면들을 나타내는 것으로 의도되었고, 따라서, 본 발명의 범위를 제한할 의도는 없는 것이다. 도 2b-2c는 상이한 배향(orientation)으로 구성된 제조 라인(200)의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
일반적으로, 시스템 제어기(290)는 태양 전지 생산라인(200) 내의 하나 또는 둘 이상의 구성요소를 제어하는데 이용될 수 있다. 시스템 제어기(290)는 전체 태양 전지 생산라인(200)의 제어와 자동화를 용이하게 하도록 설계되고, 통상적으로 중앙처리장치(CPU)(미도시), 메모리(미도시), 보조 회로들(또는 I/O)(미도시)을 포함한다. CPU는 다양한 시스템 기능들, 기판 이동, 챔버 프로세스들, 보조 하드웨어(예를 들어, 센서, 로봇, 모터, 램프 등)를 제어하고 프로세스들(예를 들어, 기판 보조 온도, 전원 장치 변수들, 챔버 프로세스 시간, I/O 신호들 등)을 모니터하기 위한 산업적 설비에 사용되는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세스일 수 있다. 메모리는 CPU에 연결되고, 쉽게 구할 수 있는 메모리, 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 기타 내장 혹은 원격 디지털 저장매체 중 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. CPU에 명령하기 위해 소프트웨어 명령어 및 데이터가 메모리에 코딩되고 저장될 수 있다. 보조 회로들 또한 프로세서를 보조하기 위해 기존 방식으로 CPU에 연결된다. 보조 회로들은 캐시(cache), 전원 장치들, 클록 회로들, 입출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다. 시스템 제어기(290)에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령어들)이 기판 위에 어떤 작업을 수행할 것인지 결정한다. 바람직하게, 프로그램은, 태양 전지 생산라인(200)에서 수행되는 다양한 프로그램 레서피 작업들과 다양한 챔버 프로세스 레서피 단계들과 더불어 기판의 이동, 지지 및/또는 포지셔닝을 모니터링하고, 실행하고 제어하는 것에 관한 작업들을 수행하는 코드를 포함하는 시스템 제어기(290)에 의해 판독가능한 소프트웨어이다. 일 실시예에서, 시스템 제어기(290)는 또한, 태양 전지 생산라인내의 하나 또는 둘 이상의 모듈을 현장에서(locally) 제어하는 다수의 프로그램가능 논리 제어기들(PLC's)을 포함하고, 전체 태양 전지 생산 라인의 고차원적이고 전략적인 이동, 스케쥴링 및 운전을 다루는 물질 핸들링 시스템 제어기(예를 들어, PLC 또는 표준 컴퓨터)도 포함한다. 여기에 기술된 실시예들 중 하나 또는 둘 이상에 대해 유용할 수 있는 시스템 제어기, 분포된 제어 아키텍쳐, 및 기타 시스템 제어 구조의 예시를 본원에 참조된 미국 특허 가명세서 출원 제 60/967,077호에서 찾아볼 수 있다.
도 1에 도시된 프로세스 시퀀스(들)을 이용하여 형성될 수 있는 태양 전지(300) 및 태양 전지 생산라인(200) 내의 구성요소들의 예시가 도 3a-3e에 도시되어 있다. 도 3a는 아래에 기술되는 시스템 내에서 형성되고 분석될 수 있는 단일 정크션 비정질 또는 미세결정 실리콘 태양 전지(300)의 단순화된 개략적 다이어그램이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 단일 정크션 비정질 또는 미세결정 실리콘 태양 전지(300)는 광원 또는 태양 복사선(solar radiation)(301)를 향해 배향되어 있다. 태양 전지(300)는 일반적으로 기판(302), 예컨대, 박막 필름이 위에 형성된 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 기타 적절한 기판을 포함한다. 일 실시예에서, 기판(302)은 약 2200mm×2600mm×3mm 크기의 유리 기판이다. 태양 전지(300)는 기판(302) 위로 형성된 제 1 투명 전도성 산화물(TCO) 층(310)(예를 들어, 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO)), 상기 제 1 TCO 층(310) 위로 형성된 제 1 p-i-n 정크션(320), 제 1 p-i-n 정크션(320) 위로 형성된 제 2 TCO 층(340), 제 2 TCO 층(340) 위로 형성된 후방 콘택 층(350)을 더 포함한다. 광 포획(light trapping)을 향상시킴으로써 광 흡수를 개선하기 위해, 기판 및/또는 그 위로 형성된 하나 또는 둘 이상의 박막이 습식(wet), 플라즈마, 이온, 및/또는 기계적 프로세스에 의해 선택적으로 텍스쳐링(texturing)될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 나타난 실시예에서, 제 1 TCO 층(310)이 텍스쳐링되고, 그 위로 부착되는 후속 박막 필름들이 자기 아래 표면의 토포그래피를 대체로 따른다. 한 구성에서, 제 1 p-i-n 정크션(320)이 p-형 비정질 실리콘 층(322), p-형 비정질 실리콘 층(322)위로 형성된 i-형 비정질 실리콘 층(324), 및 i-형 비정질 실리콘 층(324) 위로 형성된 n-형 미세결정 실리콘 층(326)을 포함할 수 있다. 한가지 예에서, p-형 비정질 실리콘 층(322)이 약 60Å 내지 약 300Å 두께로 형성될 수 있고, i-형 비정질 실리콘 층(324)이 약 1,500Å 내지 약 3,500Å 두께로 형성될 수 있고, n-형 미세결정 반도체 층(326)이 약 100Å 내지 약 400Å 두께로 형성될 수 있다. 후방 콘택 층(350)은 Al, Ag, Ti, Cr, Au, Cu, Pt, 이들의 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다.
도 3b는 광원 또는 태양 복사선(301)를 향해 배향된 다중-정크션 태양 전지인, 태양 전지(300)의 실시예의 개략적 다이어그램이다. 태양 전지(300)는 기판(302), 예컨대 그 위로 박막 필름이 형성된 유리 기판, 폴리머 기판, 금속 기판, 또는 기타 적절한 기판을 포함한다. 태양 전지(300)는 기판(302) 위로 형성된 제 1 투명 전도성 산화물(TCO) 층(310), 상기 제 1 TCO 층(310) 위로 형성된 제 1 p-i-n 정크션(320), 제 1 p-i-n 정크션(320) 위로 형성된 제 2 p-i-n 정크션(330), 제 2 p-i-n 정크션(330) 위로 형성된 제 2 TCO 층(340), 제 2 TCO 층(340) 위로 형성된 후방 콘택 층(350)을 더 포함한다. 도 3b에 도시된 실시예에서, 제 1 TCO 층(310)이 텍스쳐링되고, 그 위로 부착되는 후속 박막 필름들이 자기 아래 표면의 토포그래피를 대체로 따른다. 제 1 p-i-n 정크션(320)이 p-형 비정질 실리콘 층(322), p-형 비정질 실리콘 층(322)위로 형성된 i-형 비정질 실리콘 층(324), 및 i-형 비정질 실리콘 층(324) 위로 형성된 n-형 미세결정 실리콘 층(326)을 포함할 수 있다. 한가지 예에서, p-형 비정질 실리콘 층(322)이 약 60Å 내지 약 300Å 두께로 형성될 수 있고, i-형 비정질 실리콘 층(324)이 약 1,500Å 내지 약 3,500Å 두께로 형성될 수 있고, n-형 미세결정 실리콘 층(326)이 약 100Å 내지 약 400Å 두께로 형성될 수 있다. 제 2 p-i-n 정크션(330)이 p-형 미세결정 실리콘 층(332), p-형 미세결정 실리콘 층(332)위로 형성된 i-형 미세결정 실리콘 층(334), 및 i-형 미세결정 실리콘 층(334) 위로 형성된 n-형 비정질 실리콘 층(336)을 포함할 수 있다. 한가지 예에서, p-형 미세결정 실리콘 층(332)이 약 100Å 내지 약 400Å 두께로 형성될 수 있고, i-형 미세결정 실리콘 층(334)이 약 10,000Å 내지 약 30,000Å 두께로 형성될 수 있고, n-형 비정질 반도체층(336)이 약 100Å 내지 약 500Å 두께로 형성될 수 있다. 후방 콘택 층(350)은 Al, Ag, Ti, Cr, Au, Cu, Pt, 이들의 합금, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다.
도 3c는 생산라인(200) 내에서 생산된 형성후의 태양 전지(300)의 뒷면의 예시를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 3d는 도 3c(A-A 선 참조)에 도시된 태양 전지(300)의 일부의 측단면도이다. 도 3d는 도 3a에 도시된 구성과 유사한 단일 정크션 전지의 단면을 나타낸 것이지만, 이것이 본 발명의 범위에 관한 제한을 의도하지는 않는다.
도 3c와 3d에 나타난 바와 같이, 태양 전지(300)는 기판(302), 태양 전지 소자 요소들(예를 들어, 도면부호 310-350), 하나 또는 둘 이상의 내부 전기 연결(예를 들어, 측부 버스(side buss)(355), 교차(cross) 버스(356)), 정크션 물질 층(360), 후방 유리기판(361), 정크션 박스(370)를 포함할 수 있다. 정크션 박스(370)는, 일반적으로, 후방 콘택 층(350)과 태양 전지 소자의 활성 영역과 전기적으로 연결된 측부 버스(355) 및 교차 버스(356)를 통해 태양 전지(300)의 일부에 전기적으로 연결된 두개의 정크션 박스 터미널(371, 372)을 포함한다. 아래에 기술된 기판(302)상에 특정적으로 수행되는 작업들에 관한 혼동을 피하기 위해, 하나 또는 둘 이상의 부착 층(예를 들어, 도면부호 310-350) 및/또는 그 위에 위치한 하나 또는 둘 이상의 내부 전기 연결(예를 들어, 측부 버스(355), 교차 버스(356))을 갖는 기판(302)을 기판이라 통칭한다. 마찬가지로, 적절하다고 생각되는 경우에, 본딩 층(360)을 이용하여 후방 유리기판(361)에 본딩된 기판을 복합 태양 전지 구조물(304)이라고 호칭하기로 한다.
도 3e는 태양 전지(300) 내부에서 개별 셀(382A-382C)을 형성하는데 이용되는 다양한 스크라이브된 영역을 나타내는 태양 전지(300)의 개략적 단면도이다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 태양 전지(300)는 투명 기판(302), 제 1 TCO 층(310), 제 1 p-i-n 정크션(320), 후방 콘택 층(350)을 포함한다. 고효율 태양 전지 소자를 형성하기 위해 일반적으로 필요한 절연 홈(381A, 381B, 381C)을 생성하기 위해 세번의 레이저 스크라이빙 단계가 수행될 수 있다. 기판(302) 위에 함께 형성되었으나, 개별 셀들(382A, 382B)은 후방 콘택 층(350)과 제 1 p-i-n 정크션(320) 내에 형성된 절연 홈(381C)에 의해 서로 고립되어 있다. 또한, 후방 콘택 층(350)이 제 1 TCO 층(310)과 전기적 접촉을 하도록 절연 홈(381B)은 제 1 p-i-n 정크션(320) 내에 형성된다. 일 실시예에서, 절연 홈(381A)은 제 1 p-i-n 정크션(320)과 후방 콘택 층(350)의 부착 이전에 제 1 TCO 층(310)의 일부를 레이저 스크라이브 제거함으로써 형성된다. 마찬가지로, 일 실시예에서, 절연 홈(381B)은 후방 콘택 층(350)의 부착 이전에 제 1 p-i-n 정크션(320)의 일부를 레이저 스크라이브 제거함으로써 제 1 p-i-n 정크션(320) 내에 형성된다. 단일 정크션형 태양 전지가 도 3e에 도시되었으나 이 구성이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
일반적인 태양 전지 형성 프로세스 시퀀스
도 1과 2a를 참고하면, 프로세스 시퀀스(100)는 일반적으로 기판(302)이 태양 전지 생산라인(200) 내의 적재 모듈(202)에 적재되는 단계(102)에서 시작한다. 일 실시예에서, 기판은 가장자리, 전체 크기, 및/또는 세정도가 잘 제어되지 않은 "미가공"상태("raw" state)로 수용된다. "미가공" 기판의 수용은 태양 전지 소자를 형성하기 이전에 기판을 준비하고 저장하는 비용을 절감하며, 따라서 최종 형성된 태양 전지 소자의 생산 비용 및 설비 비용을 절감한다. 그러나, 통상적으로, 단계(102)에서 시스템 내로 수용되기 전에 기판의 표면 위에 투명 전도성 산화물(TCO) 층(예를 들어, 제 1 TCO 층(310))이 미리 적층되어 있는 "미가공" 기판을 수용하는 것이 유리하다. TCO 층과 같은 전도성 층이 "미가공" 기판의 표면상에 적층되어 있지 않은 경우, 후술하는 전방 콘택 부착 단계(단계 107)가 기판의 표면 상에 수행될 것이 필요하다.
일 실시예에서, 기판은 연속적인 방식으로 태양 전지 제조 라인(200) 내로 로딩되고, 그에 따라 카셋트 또는 배치(batch) 타입 기판 로딩 시스템을 사용하지 않는다. 카셋트 타입 및/또는 배치 로딩 타입의 시스템은 프로세스 시퀀스 내의 다음 단계로 넘어 가기 전에 기판이 카세트로부터 하역되어 처리된 다음 다시 카세트로 복귀되어야 한다. 일반적으로, 이러한 스타일의 기판 그룹화(grouping)는 비효율적이고 태양 전지 제조 라인의 생산량을 감소시킬 수 있는데, 이는 기판을 카셋트 내외로 이동시키고 그리고 카셋트를 제조 라인 내의 다수의 위치로 이송하는데 소요되는 비용이 증대될 것이기 때문이다. 일반적으로, 배치 스타일의 프로세스 시퀀스를 이용하는 것은 제조 라인을 통한 기판의 비동시적(asynchronous) 유동을 이용할 수 없게 만들 것이며, 상기 비동시적 유동은 정상상태의 프로세싱 동안에 그리고 하나 또는 둘 이상의 모듈들이 유지 보수를 위해서 또는 고장으로 인해서 분리되었을 때 개선된 기판의 생산량을 제공하는 것으로 믿어진다. 일반적으로, 배치 또는 카셋트 타입의 구조는, 기판의 대기(queuing)에 따른 그리고 카셋트로부터 기판을 로딩 및 언로딩하는데 따른 비효율성으로 인해서, 본원 명세서에서 설명된 생산라인의 생산성을 달성할 수 없다.
다음 단계(104)에서, 기판의 표면이 이후의 프로세스에서 수율 문제를 야기하지 않도록 준비된다. 단계(104)의 일 실시예에서, 기판이 선단 기판 시임가공(seaming) 모듈(204)로 삽입되는데, 이 모듈(204)은 후속 프로세스 도중에 칩핑(chipping)이나 입자 발생과 같은 손상 가능성을 줄이기 위해 기판의 엣지를 준비작업(prepare)하는데 이용된다. 기판에 대한 손상은 이용가능한 태양 전지 소자를 생산하는 비용 및 소자 수율에 영향을 미칠 수 있다. 이하에서는 전방 단부 기판 시임가공 모듈(204) 및 자동화된 모듈 이용 방법에 관한 일 실시예가 도 5를 참조하여 설명된다. 일 측면에서, 전방 단부 기판 시임가공 모듈(204)을 이용하여 기판의 엣지들을 둥글게 가공하거나 베벨가공한다. 일 실시예에서, 다이아몬드 함유(impregnated) 벨트 또는 디스크를 이용하여 기판의 엣지로부터 물질을 연마 제거한다. 다른 실시예에서, 기판의 엣지로 부터 물질을 제거하는데 그라인딩 휠, 그리트 블라스팅(grit blasting), 또는 레이저 제거(laser ablation) 기술이 사용된다.
다음으로, 기판이 세정 모듈(206)로 이송되며, 그러한 세정 모듈(206)에서 단계(106) 또는 기판 세정 단계가 실시되어 기판 표면 상의 오염물질을 제거한다. 일반적인 오염물질은 기판 형성 프로세스 동안에 및/또는 기판의 적재 또는 저장 동안에 기판 상에 부착되는 물질들을 포함할 것이다. 통상적으로, 세정 모듈(206)은 습식 화학물질 스크러빙(scrubbing) 및 린싱(rinsing) 단계를 이용하여 바람직하지 못한 오염물질을 제거한다. 일 실시예에서, 기판 세정 프로세스가 다음과 같이 실시된다. 첫번째로, 기판이 이송 테이블 또는 자동화 장치(281)(이하에서 설명함)로부터 세척기의 오염물질 제거 섹션으로 도입된다. 일반적으로, 시스템 제어부(290)가 세정 모듈(206)로 도입되는 각 기판에 대한 타이밍을 설정한다. 오염물질 제거 섹션은 진공 시스템과 협력하는 건식 원통형 브러시를 이용하여 기판 표면으로부터 오염물질을 분리 및 제거할 것이다. 다음에, 세정 모듈(206) 내의 컨베이어가 기판을 린스전(pre-rinse) 섹션으로 이송하고, 그 곳에서 스프레이 튜브가 예를 들어 온도가 50 ℃ 인 고온의 DI 워터를 DI 워터 히터로부터 기판 표면 상으로 공급한다. 일반적으로, 기판이 TCO 층을 상부에 구비하기 때문에, 그리고 TCO 층들이 일반적으로 전자 흡수 물질이기 때문에, DI 워터를 이용하여 TCO 층의 이온화 및 미량의 오염물질 발생을 방지한다. 다음에, 린싱된 기판이 세척 섹션으로 도입된다. 세척 섹션에서, 기판은 브러시(예를 들어, 펄론; perlon) 및 고온수로 습식-세정된다. 일부 경우에, 기판 표면으로부터 원치않는 오염물과 미립자를 세정하고 제거하기 위해, 세제(예를 들어, AlconoxTM, CitrajetTM, DetojetTM, TranseneTM, Basic HTM), 표면활성제, pH 조절제, 기타 세정용 화학물질이 사용된다. 워터 재순환 장치가 뜨거운 물을 재활용한다. 다음으로, 세정 모듈(206)의 마지막 린스 섹션에서, 미량의 오염물질도 제거하기 위해 실온에서 물로 기판을 린스한다. 마지막으로, 건조 섹션에서, 뜨거운 공기로 기판을 건조하기 위해 송풍기가 사용된다. 한 구성에서, 건조 공정의 완료시에 기판으로부터 전하를 제거하기 위해 탈이온 바아(deionization bar)가 사용된다. TCO 표면 및/또는 맨 유리(bare glass) 표면상의 오염물질, 특히 입자들이 스크라이빙 프로세스를 방해할 수 있다. 예를 들어, 레이저 빔이 입자를 가로질러 지나간다면, 연속적인 선으로 스크라이브할 수 없게 되고 셀들 사이에 단락 회로를 초래할 수 있다. 또한, 스크라이브된 패턴 및/또는 레이저 스크라이빙 이후 셀의 TCO에 남아있는 미립자 찌꺼기가 층간 비균일성 및 션팅(shunting)을 초래할 수 있다. 따라서, 일반적으로 오염물질 제거를 보장하기 위해서는, 양호하게-규정되고 양호하게 유지보수되는 세정 프로세스가 요구된다. 일반적으로, 세정 모듈(206)은 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티리얼스의 인바이런먼트 솔루션 디비전으로부터 구할 수 있다.
도 1과 2a를 참고하여, 일 실시예에서, 단계(108)를 실행하기 전에, 기판이 전방 단부(front end) 프로세싱 모듈(도 2a에 미도시)로 이송되어 전방 콘택 형성 프로세스, 즉 단계(107)가 기판 상에 수행된다. 일 실시예에서, 전방 프로세싱 모듈은 하기의 프로세싱 모듈(218)과 유사하다. 단계(107)에서, 하나 또는 둘 이상의 기판 전방 콘택 형성 단계는 베어(bare) 태양 전지 기판(302) 상에 전방 콘택 영역을 형성하는데 사용되는 하나 또는 둘 이상의 준비, 에칭 및/또는 물질 부착 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(107)는 일반적으로 기판(302)의 표면상에 전방 콘택 영역을 형성하는데 사용되는 하나 또는 둘 이상의 PVD 부착 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 CVD 부착 단계들을 이용하여 기판 표면 상에 전방 콘택 영역을 형성한다. 일 실시예에서, 전방 콘택 영역은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 인듐(In), 주석(Sn)으로 이루어진 그룹에서 선택된 금속 원소를 함유할 수 있는 투명 전도성 산화물(TCO) 층을 포함한다. 한 가지 예에서, 전방 콘택 층의 적어도 일부를 형성하는데 아연 산화물(ZnO)이 사용된다. 일반적으로, 전방 단부 프로세싱 모듈은 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티리얼스로부터 구할 수 있는 ATONTM PVD 5.7 툴인데, 이 툴에서 전방 콘택 형성 단계를 부착하기 위해 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 단계가 수행된다.
다음에, 기판이 스크라이브 모듈(208)로 이송되어, 기판 표면의 서로 다른 영역들을 서로 전기적으로 절연하기 위해 단계(108) 또는 전방 콘택 절연(isolation) 단계가 기판 상에서 수행된다. 단계(108)에서, 레이저 제거 프로세스 또는 레이저 스크라이빙 프로세스와 같은 물질 제거 단계의 사용에 의해 기판 표면으로부터 물질이 제거된다. 단계(108)에 대한 성공 기준은 스크라이브 영역을 최소화하면서 양호한 셀-대-셀(cell-to-cell) 및 셀-대-엣지(cell-to-edge) 절연을 달성하는 것이다. 일 실시예에서, 기판의 한 영역을 다음 영역과 전기적으로 절연하는 라인을 형성하기 위해 기판 표면으로부터 물질을 제거하는데 Nd:바나듐산염(Nd:YVO4) 레이저 공급원이 사용된다. 일 구성에서, 단계(108) 중에 수행되는 레이저 스크라이브 프로세스는 태양 전지(300)를 구성하는 개별 셀들(예를 들어, 기준 셀들(382A 및 382B)) 각각을 절연하기 위해 기판(302) 상에 배열된 물질을 패터닝하는데 1064 nm 파장 펄스형(pulsed) 레이저를 사용한다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 하나의 예에서, 레이저 스크라이빙 프로세스를 이용하여 격리 홈(381A)이 제 1 TCO 층 내에 형성된다. 일 실시예에서, 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스로부터 구할 수 있는 5.7 ㎡ 기판 레이저 스크라이브 모듈이 사용되어 기판 표면 영역들의 정밀한 전기적 절연을 위한 기판 모션 및 간단하고 신뢰성 있는 광학장치들을 제공한다. 다른 실시예에서, 기판의 표면 상의 여러 영역들을 절연하기 위해 워터젯 절단 툴 또는 다이아몬드 스크라이브가 사용된다. 한 측면에서, 저항성 가열기 및/또는 냉각기 성분(예를 들어, 열교환기, 열전기 기구)를 포함할 수 있는 능동(active) 온도 제어 하드웨어 어셈블리를 이용하여, 스크라이브 모듈(208)로 들어가는 기판의 온도가 약 20℃ 내지 약 26℃ 범위에 있도록 하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 기판 온도를 약 25±0.5℃로 조절하는 것이 바람직하다.
다음으로, 기판은 세정 모듈(210)으로 이송되고, 그러한 세정 모듈내에서 셀 절연 단계(108)의 수행 이후 기판의 표면 상에 있는 오염물질을 제거하기 위해 단계(110) 또는 부착전 기판 세정 단계가 기판 상에 수행된다. 통상적으로, 세정 모듈(210)은 셀 절연 단계의 수행 후 기판 표면 상에 남겨진 불필요한 오염물질을 제거하기 위해 습식 화학적 스크러빙 및 린싱 단계를 이용한다. 일 실시예에서, 기판의 표면 상의 오염물질을 제거하기 위해, 앞서 단계(106)에서 기술된 프로세스와 유사한 세정 프로세스가 기판 상에 수행된다.
다음으로, 기판이 프로세싱 모듈(212)로 이송되고, 하나 또는 둘 이상의 광흡수부(photoabsorber) 부착 단계를 포함하는 단계(112)가 기판 상에 수행된다. 단계(112)에서, 하나 또는 둘 이상의 광흡수부 부착 단계는 태양 전지의 여러 영역을 형성하는데 사용되는 하나 또는 둘 이상의 준비, 에칭, 및/또는 물질 부착 단계를 포함할 수 있다. 단계(112)는 일반적으로 하나 또는 둘 이상의 p-i-n 정크션을 형성하는데 사용되는 일련의 서브(sub)-프로세싱 단계들을 포함한다. 서브-프로세싱 단계의 예가 도 4a-4b를 참조하여 이하에서 설명된다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 p-i-n 정크션은 비정질 실리콘 및/또는 미세결정 실리콘 물질을 포함한다. 일반적으로, 기판 상에 형성되는 태양 전지 소자 내에 하나 또는 둘 이상의 층을 형성하는데 이용되는 프로세싱 모듈(212)에 포함되는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(예를 들어, 클러스터 툴(212A-212D)) 내의 하나 또는 둘 이상의 챔버 내에서 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 단계가 수행된다. 일 실시예에서, 태양 전지 소자가 도 3b에 도시된 직렬형(tandem) 정크션 타입의 태양 전지(300)와 같은 다중-정크션을 포함하도록 형성되는 경우, 프로세싱 모듈(212) 내의 클러스터 툴(212A)이 제 1 p-i-n 정크션(320)을 형성하도록 이루어지고 클러스터 툴들(212B-212D) 중 하나 이상이 제 2 p-i-n 정크션(330)을 형성하도록 이루어진다. 프로세싱 모듈(212)에서 이용될 수 있는 것으로서 클러스터 툴 내에서 이용되는 프로세싱 시퀀스 및 클러스터 툴의 예가 도 4a-4b와 관련하여 이하에서 추가로 설명된다. p-i-n 정크션 내에 하나 또는 둘 이상의 층을 부착하는데 사용되는 하드웨어 및 프로세싱 방법에 관한 정보는 본원에서 참조된 2008년 7월 23에 출원된 미국 특허출원 12/178,289[대리인 서류번호# APPM 11709.P3]과 2008년 7월 9일 출원된 미국 특허출원 12/170,387[대리인 서류번호# APPM 11710]에 추가로 기재되어 있다.
프로세스 시퀀스(100)의 일 실시예에서, 단계(112)가 실행된 후 냉각 단계 또는 단계(113)가 실행된다. 일반적으로, 냉각 단계를 이용하여 기판(303)의 온도를 안정화시켜, 후속 프로세싱 단계들에서 각 기판에 의해 보여지는 프로세싱 조건들이 반복가능하다는 것을 보장할 수 있을 것이다. 일반적으로, 프로세싱 모듈(212)로부터 방출되는 소자 기판(303)의 온도는 섭씨 단위로 몇 도씩 변할 수 있고 그리고 약 50℃를 초과할 수 있는데, 이는 후속하는 프로세싱 단계들과 태양 전지 성능에 가변성을 초래할 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 냉각 단계는 도 6에 도시된 하나 또는 둘 이상의 어큐뮬레이터(211) 내의 기판 지지 정위치들 중 하나 또는 둘 이상에서 실시된다. 도 2a에 도시된 바와 같은 제조 라인의 하나의 구성에서, 프로세싱된 기판은 기판의 온도 제어를 위해서 희망하는 시간 동안 어큐뮬레이터(211B)들 중 하나 내에 위치된다. 일 실시예에서, 시스템 제어부(290)를 이용하여 기판의 정위치(positioning), 타이밍 및 어큐뮬레이터(211)(들)을 통한 이동을 제어함으로써 제조 라인을 통해서 하류로 진행하기에 앞서서 기판의 온도를 제어할 수 있을 것이다. 도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 어큐뮬레이터(211)는 자동화 장치(281)로부터 기판을 수용하도록 위치된 홀딩 영역(602) 내에서 수직으로 배치되는 다수의 대향(opposing) 선반(shelves)을 구비하는 본체(601)를 포함한다. 이하에서 추가적으로 설명하는 자동화 장치(281)는 홀딩 영역(602) 내의 대향 선반(610)들 상에서 기판을 이동시키고 정위치시키도록 구성된 컨베이어, 또는 로봇 장치를 포함할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 홀딩 영역(602) 및 자동화 장치(281)로부터 소자 기판(303)을 로딩 및 언로딩하기 위해서 로봇 장치(650)를 이용한다. 일 실시예에서, 온도 제어 장치(620)가 어큐뮬레이터(211) 내에 위치되어 홀딩 영역(602) 내에서 유지되는 기판들의 온도를 능동적으로 제어한다. 온도 제어 장치(620)는 가열 및/또는 냉각 요소들, 그리고 홀딩 영역(602) 내의 기판의 온도를 제어하도록 위치된 필터들 및 공기 이동 장치들을 포함할 수 있을 것이다.
다음에 기판이 스크라이브 모듈(214)로 이송되고, 그 모듈에서 단계(114) 또는 인터커넥트 형성 단계가 기판 상에서 실시되어 기판 표면의 여러 영역들을 서로로부터 전기적으로 절연시킨다. 단계(114)에서, 레이저 제거 프로세스와 같은 물질 제거 단계의 이용에 의해서 기판 표면으로부터 물질이 제거된다. 일 실시예에서, Nd:바나듐산염 (Nd:YVO4) 레이저 공급원을 이용하여 기판 표면으로부터 물질을 제거하여 하나의 태양 전지를 다음의 태양 전지로부터 전기적으로 절연시키는 라인들을 형성한다. 일 실시예에서, 어플라이드 머티리얼스로부터 입수할 수 있는 5.7 m2 기판 레이저 스크라이브 모듈을 이용하여 정확한 스프라이빙 프로세스를 시작한다. 하나의 구성에서, 단계(108) 중에 실시되는 레이저 스크라이브 프로세스는 532 nm 파장의 펄스형 레이저를 이용하여 기판(302) 상에 배치된 물질을 패터닝하여 태양 전지(300)를 구성하는 각 셀들을 절연시킨다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 레이저 스크라이빙 프로세스의 이용에 의해서 절연 홈(381B)이 제 1 p-i-n 정크션(320) 층 내에 형성된다. 다른 실시예에서, 워터 젯 컷팅 툴 또는 다이아몬드 스크라이브를 이용하여 태양 전지의 기판 상의 여러 영역들을 절연시키는데 이용된다. 일 측면에서, 저항형 히터 및/또는 냉각기 성분들(예를 들어, 열교환기, 열전기적 장치)을 포함할 수 있는 온도 제어 하드웨어 조립체를 이용하여, 스크라이브 모듈(214)로 들어가는 기판들의 온도가 약 20 ℃ 내지 약 26 ℃의 온도 범위가 되도록 보장하는 것이 바람직할 것이다. 일 실시예에서, 기판 온도를 약 25 +/- 0.5 ℃로 제어하는 것이 바람직하다.
다음에, 기판이 프로세싱 모듈(218)로 이송되고, 그러한 모듈 내에서 하나 또는 둘 이상의 기판 후방 콘택 형성 단계 또는 단계(118)가 소자 기판(303) 상에서 실시된다. 단계(118)에서, 하나 또는 둘 이상의 기판 후방 콘택 형성 단계들은 태양 전지 소자의 후방 콘택 영역들을 형성하기 위해서 이용되는 하나 또는 둘 이상의 준비, 에칭 및/또는 물질 부착 단계들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 단계(118)는 기판의 표면 상에 후방 콘택 층(350)을 형성하기 위해서 이용되는 하나 또는 둘 이상의 PVD 부착 단계를 일반적으로 포함한다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 PVD 부착 단계들을 이용하여 아연(Zn), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 니켈(Ni) 및 바다듐(V)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 금속 층을 포함하는 후방 콘택 층을 형성한다. 일 실시예에서, 아연 산화물(ZnO) 또는 니켈 바나듐 합금(NiV)을 이용하여 후방 콘택 층의 적어도 일부를 형성한다. 다른 실시예에서, 알루미늄(Al) 및 니켈 바나듐 합금(NiV)을 이용하여 후방 콘택 층의 적어도 일부를 형성한다. 일반적으로, 어플라이드 머티리얼스로부터 입수할 수 있는 ATON™ PVD 5.7 툴을 이용하는 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 단계들이 실시된다. 다른 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 CVD 부착 단계들을 이용하여 기판의 표면 상에 후방 콘택 영역을 형성한다.
다음에, 기판이 스크라이브 모듈(220)으로 이송되고, 그러한 모듈내에서 기판 표면 상의 다수의 태양 전지들을 서로 전기적으로 절연시키기 위해서 소자 기판(303) 상에서 단계(120) 또는 후방 콘택 절연 단계가 실시된다. 단계(120에서) 레이저 제거 프로세스와 같은 물질 제거 단계의 이용에 의해서 기판 표면으로부터 물질이 제거된다. 일 실시예에서, Nd:바나듐산염 (Nd:YVO4) 레이저 공급원을 이용하여 기판 표면으로부터 물질을 제거하여 하나의 태양 전지를 다음의 태양 전지로부터 전기적으로 절연시키는 라인들을 형성한다. 일 실시예에서, 어플라이드 머티리얼스로부터 입수할 수 있는 5.7 m2 기판 레이저 스크라이브 모듈을 이용하여 정확한 스프라이빙 프로세스를 시작한다. 하나의 구성에서, 단계(120) 중에 실시되는 레이저 스크라이브 프로세스는 532 nm 파장의 펄스형 레이저를 이용하여 기판(302) 상에 배치된 물질을 패터닝하여 태양 전지(300)를 구성하는 각 셀들을 절연시킨다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 레이저 스크라이빙 프로세스의 이용에 의해서 절연 홈(381C)이 제 1 p-i-n 정크션(320) 층 및 후방 콘택 층(350) 내에 형성된다. 일 측면에서, 저항형 히터 및/또는 냉각기 성분들(예를 들어, 열교환기, 열전기적 장치)을 포함할 수 있는 온도 제어 하드웨어 조립체를 이용하여, 스크라이브 모듈(220)로 들어가는 기판들의 온도가 약 20 ℃ 내지 약 26 ℃의 온도 범위가 되도록 보장하는 것이 바람직할 것이다. 일 실시예에서, 기판 온도를 약 25 +/- 0.5 ℃로 제어하는 것이 바람직하다.
다음에, 기판이 품질 보증 모듈(222)내로 이송되고, 그러한 모듈 내에서 단계(122) 또는 품질 보증 및/또는 션트 제거 단계들이 소자 기판(303) 상에서 실시되어 기판 표면 상에 형성된 소자들이 원하는 품질 기준을 충족시키는지 그리고 몇몇 경우에 형성된 소자 내의 결함이 교정하였는지의 여부를 확인한다. 단계(122)에서, 하나 또는 둘 이상의 기판 콘택팅 프로브를 이용함으로써 형성된 태양 전지 소자의 물질 특성 및 품질을 측정하기 위해서 프로빙(probing) 장치들을 이용한다. 일 실시예에서, 품질 보증 모듈(222)은 태양 전지의 p-i-n 정크션(들)에서 낮은 레벨의 빛을 투사하고 그리고 하나의 추가적인 프로브를 이용하여 셀의 출력을 측정함으로써 형성된 태양 전지 소자(들)의 전기적인 특성을 결정한다. 만약 모듈이 형성된 소자 내에서 결함을 탐지한다면, 기판 상의 형성된 태양 전지 내의 결함을 수리하기 위한 교정 작용을 취할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 만약 단락 또는 기타 유사한 결함이 발견된다면, 태양 전지 소자의 결함 형성 영역들의 하나 또는 둘 이상을 제어 및/또는 교정하기 위해서 기판 표면 상의 영역들 사이에서 반대 바이어스를 생성하는 것이 바람직할 수도 있을 것이다. 교정 프로세스 동안에, 반대 바이어스는 일반적으로 태양 전지 내의 결함이 교정될 수 있게 하는 충분히 높은 전압을 제공한다. 일 실시예에서, 만약 기판의 예상(supposely) 절연 영역들 사이에서 단락이 발견된다면, 반대 바이어스의 크기는 절연 영역들 사이의 지역들 내의 전도성 요소들이 상을 변화시키고, 분해되고 또는 전기적 단락의 크기를 감소시키거나 줄일 수 있는 방식으로 변화되도록 하는 레벨까지 상승될 수 있을 것이다. 프로세스 시퀀스(100)의 일 실시예에서, 품질 보증 모듈(222) 및 공장 자동화 시스템이 함께 이용되어 품질 보증 테스팅 중에 형성 기판에서 발견된 품질 문제점들을 해결할 수 있을 것이다. 하나의 경우에, 프로세싱된 기판의 하나 또는 둘 이 상의 문제점을 교정하기 위해서 기판 상에서 하나 또는 둘 이상의 제조 단계들이 다시 실시될 수 있도록(예를 들어, 후방 콘택 절연 단계; 단계(120)), 기판은 프로세싱 시퀀스의 상류로 다시 보내질 수 있을 것이다.
다음에, 기판은 선택적으로 기판 컷팅 모듈(224)로 이송되며, 그러한 모듈에서 단계(124) 또는 기판 컷팅 단계를 이용하여 기판을 다수의 작은 기판으로 컷팅함으로써 다수의 보다 작은 태양 전지 소자들을 형성한다. 단계(124)의 일 실시예에서, 원하는 크기의 태양 전지 소자들을 형성하기 위해서 기판을 정확하게 컷팅하고 섹션화하기 위해서 CNC 유리 컷팅 툴을 이용하는 엣지 제거 모듈(226) 내로 기판이 삽입된다. 일 실시예에서, 태양 전지 제조 라인(200)은 크기가 5.7 m2 이고 단계(124)에서 최종적으로 4개 이상의 1.4 m2 기판으로 컷팅되는 기판들을 수용(단계 102)하고 프로세싱하도록 구성된다. 일 실시예에서, 시스템은 대형 기판(2200mm x 2600mm x 3mm 사이즈 기판(Gen. 8.5))을 프로세싱하도록 그리고 추가적인 장비나 프로세싱 단계가 없이도 여러 가지 크기의 광전지를 생산하도록 디자인된다. 현재의 비정질 실리콘(a-Si) 박막 필름 공장은 각각의 상이한 크기 모듈에 대해서 하나의 제조 라인을 반드시 가져야 한다. 일 실시예에서, Gen. 8.5 크기 기판(302)은 절반 또는 1/4 크기의 태양 전지로 컷팅될 수 있다. 일 실시예에서, 제조 라인(200)은 시스템 제어부(290)로부터 전송된 명령어들을 이용함으로써 여러 가지 태양 모듈 크기를 제조하도록 신속하게 전환될 수 있다.
제조 라인(200)의 일 실시예에서, 라인의 전방 단부(FEOL)(예를 들어, 단계(102-122))는 대형 기판(예를 들어, 2200mm x 2600mm)을 프로세싱하도록 디자인되고, 그리고 라인의 후방 단부(BEOL)는 섹션화 프로세스의 이용에 의해서 형성된 다수의 보다 작은 기판들 또는 대형 기판을 이용할 수 있을 것이다. 이러한 구성에서, 제조 라인의 나머지는 다양한 크기를 핸들링할 수 있을 것이다. 단일 입력에서의 출력의 탄력성은 태양 박막 필름 산업에서 특유한 것이고 그리고 자본 비용의 상당한 절감을 제공한다. 또한, 제조 라인(200)은 하나의 대형 기판 상에 태양 전지 소자들을 형성하고 그리고 기판을 섹션화하여 보다 바람직한 크기의 태양 전지를 형성함으로써, 통상적으로 연간 메가-와트로 측정되는 높은 태양 전지 소자 생산(throughput)을 제공할 수 있다. 프로세스 시퀀스는 다수 기판을 프로세싱하는 것과 유사하기 때문에 생산량은 증대될 것이고, 동시에 제어 프로그램 실행 시간(overhead time)의 증가를 억제하고 그리고 독립적인 이송, 독립적인 모니터링, 및 시스템 내의 다수의 프로세싱 챔버들을 통한 다수의 기판의 유동을 독립적으로 제어하는 것 과 관련한 비용 증가를 억제한다. 입력 유리에 대한 재료 비용이 낮아질 것인데, 이는 고객들이 다양한 크기의 모듈들을 생산하기 위해서 하나의 유리 크기를 보다 많은 양으로 구매할 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 이러한 목적을 달성하기 위해서, 2200mm x 2600mm x 3mm 사이즈 기판과 같은 대형 기판들 상에서 프로세스 단계들을 실시하도록 단계(102-122)가 구성될 수 있고, 그리고 추가적인 설비를 필요로 하지 않으면서 다양한 보다 작은 크기의 모듈들을 제조하도록 단계(124)가 구성될 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 초기에 대형이었던 기판이 섹션화되어 다수의 개별적인 태양 전지들을 형성할 수 있도록 단계(122)에 앞서서 프로세싱 시퀀스 내에 단계(124)가 배치되며, 상기 개별적인 태양 전지들은 한번에(at a time) 또는 한 그룹으로서(예를 들어, 한번에 둘 또는 셋 이상) 테스트되고 특성화될 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 2200mm x 2600mm x 3mm 유리 기판과 같은 대형 기판 상에서 프로세스 단계들을 실시하도록 단계(102-121)가 구성될 수 있고, 그리고 추가적인 설비를 필요로 하지 않으면서 다양한 보다 작은 크기의 모듈들을 제조하도록 단계(124 및 122)가 구성될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2a를 다시 참조하면, 다음에 기판이 엣지 제거 모듈(226)로 이송되고, 그러한 모듈에서 단계(126) 또는 기판 표면 및 엣지 준비 단계가 이용되어 기판의 여러 표면을 준비하여 프로세스에서 추후에 수율 문제가 발생하는 것을 방지한다. 단계(126)의 일 실시예에서, 후속 프로세스 중에 발생하는 칩핑(chipping) 또는 입자 발생과 같이 일어나기 쉬운 손상을 감소시키기 위해서 기판의 엣지를 준비하는데 이용되는 엣지 제거 모듈(226)로 기판이 삽입된다. 기판의 손상은 사용가능한 태양 전지 소자를 생산하기위한 비용 및 소자 수율에 영향을 미칠 수 있다. 다른 실시예에서, 엣지 제거 모듈(226)을 이용하여 기판의 엣지로부터(예를 들어 10 mm) 부착 물질을 제거하여 후방 측부 유리와의 기밀식 밀봉을 형성하는데 이용될 수 있는 영역을 제공할 수 있을 것이다(즉, 이하에서 설명하는 단계(134-136)). 기판의 엣지로부터 물질을 제거하는 것은 또한 최종적으로 형성된 태양 전지에서 전기적 단락을 방지하는데 유용하게 이용될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 다이아몬드 함유 벨트를 이용하여 기판의 엣지 영역으로부터 부착 물질을 연마할 수 있다. 다른 실시예에서, 연마 휘일을 이용하여 기판의 엣지 영역으로부터 부착 물질을 연마한다. 또 다른 실시예에서, 기판의 엣지로 부터 물질을 제거하는데 그라인딩 휠, 그리트 블라스팅, 또는 레이저 제거 기술이 사용된다. 일 측면에서, 성형 연마 휘일, 각도를 이루고 정렬된 벨트 샌더(sanders), 및/또는 연마용 휘일을 이용함으로써 엣지 제거 모듈(226)을 이용하여 기판의 엣지를 라운딩 또는 베벨링(round or bevel)할 수 있을 것이다. 이하에서는, 도 8a-8c를 참조하여, 시이머(seamer)/엣지 제거 모듈 및 그러한 시이머/엣지 제거 모듈(226)의 이용 방법에 대해서 추가적으로 설명한다.
다음에, 기판이 프리-스크린(pre-screen) 모듈(228)로 이송되고, 그 모듈에서 단계(128) 또는 선택적인 프리-스크린 단계가 기판 상에서 실시되어 기판 표면 상에 형성된 소자들이 희망하는 품질 기준을 충족시키는지를 확인한다. 단계(128)에서, 하나 또는 둘 이상의 기판 콘택팅 프로브를 이용함으로써 발광 공급원 및 프로빙 장치를 이용하여 형성된 태양 전지 소자의 출력을 측정한다. 모듈이 형성된 소자 내의 결함을 탐지하였다면, 교정 작용을 거치거나 또는 태양 전지가 폐기처분될 수 있을 것이다.
다음에, 기판이 세정 모듈(230)로 이송되고, 그 모듈에서 단계(130) 또는 프리-라미네이션 기판 세정 단계가 기판에 대해서 실시되어 단계(122-128)의 실시 이후에 기판 표면 상에서 발견되는 오염물질을 제거한다. 통상적으로, 세정 모듈(230)은 습식 화학적 스크러빙 및 린싱 단계를 이용하여 전지 절연 단계를 실시한 후에 기판 표면 상에서 발견되는 바람직하지 못한 오염 물질을 제거한다. 일 실시예에서, 단계(106)에서 설명된 프로세스들과 유사한 세정 프로세스가 기판에서 실시되어 기판 표면(들) 상의 오염물질을 제거한다.
다음에, 기판이 본딩 와이어 부착 모듈(213)로 이송되고, 그러한 모듈에서 단계(131) 또는 본딩 와이어 부착 단계가 소자 기판(303) 상에서 실시된다. 단계(131)를 이용하여 다양한 외부 전기 부품들을 형성된 태양 전지 소자에 연결하는데 필요한 여러 가지 와이어/리드를 부착한다. 통상적으로, 본딩 와이어 부착 모듈(231)은 자동화된 와이어 본딩 툴로서, 그러한 툴은 이하에서 추가로 설명하는 제조 라인(200)에 형성된 대형 태양 전지를 형성하기 위해서 종종 필요로 하는 많은 수의 인터커넥트를 신속하고도 신뢰성 있게 형성하기 위해서 바람직하게 이용된다. 일 실시예에서, 본딩 와이어 부착 모듈(231)을 이용하여 측부-버스(355)(도 3c 참조) 및 교차-버스(356)를 형성된 후방 콘택 영역 상에 형성한다(단계 118). 이러한 구성에서, 측부-버스(355)는 양호한 전기적 콘택을 형성하기 위해서 후방 콘택 영역 내의 콘택 층(350)에 고착되고, 본딩되며 및/또는 융합될 수 있는 전도성 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 측부-버스(355) 및 교차-버스(356) 각각은 구리 테입, 니켈 코팅형 은 리본, 은 코팅형 니켈 리본, 주석 코팅형 구리 리본, 니켈 코팅형 구리 리본, 또는 태양 전지에 의해서 전달되는 전류를 운반할 수 있고 후방 콘택 영역 내의 금속 층에 신뢰성 있게 본딩될 수 있는 기타 전도성 물질과 같은 금속 스트립을 포함한다. 일 실시예에서, 금속 스트립은 약 2 mm 내지 약 10 mm의 폭과 약 1mm 내지 약 3 mm의 두께를 가진다. 측부-버스(355)에 전기적으로 연결되는 교차-버스(356)는 절연 테입과 같은 절연 물질(357)의 이용에 의해서 태양 전지의 후방 콘택 층(들)으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 교차-버스(356)의 각각의 단부들은 형성된 태양 전지를 외부의 전기적 성분들로 연결하기 위해서 이용되는 정크션 박스(370) 내의 전기적 커넥션들로 측부-버스 및 교차-버스를 연결하는데 이용되는 하나 또는 둘 이상의 리드들을 일반적으로 구비한다. 버스 와이어를 박막 필름 태양 모듈에 납땜하는 것과 관련한 추가적인 정보가 미국 가명세서 출원 60/967,077, 미국 가명세서 출원 61/023,810, 및 미국 가명세서 출원 61/032,005에 개시되어 있으며 그러한 출원들은 본원 명세서에서 참조된다. 본딩 와이어 부착 모듈 및 본딩 와이어 부착 모듈 이용 방법에 관한 실시예가 도 9a-9c와 관련하여 이하에서 추가로 설명된다.
다음 단계 즉, 단계(132)에서, 본딩 물질(360)(도 3d) 및 "후방 유리" 기판(361)이 태양 전지 형성 프로세스로 공급되도록 준비된다. 준비 프로세스는 일반적으로 유리 레이-업 모듈(232)에서 실시되며, 그러한 모듈은 일반적으로 물질 준비 모듈(232A), 유리 로딩 모듈(232B) 및 유리 세정 모듈(232C)을 포함한다. 후방 유리 기판(361)은 라미네이팅 프로세스(이하에서 설명하는 단계 134)의 이용에 의해서 상기 단계(102-130)에서 형성된 태양 전지 소자들 상에 본딩된다. 일반적으로, 수명 동안에 외부 분위기가 태양 전지를 공격하는 것을 방지하기 위한 기밀 밀봉을 형성하기 위해서, 단계(132)는 후방 유리 기판(361)과 소자 기판(303) 상에 부착된 층들 사이에 위치되는 폴리머 물질의 준비를 필요로 한다. 도 2a를 참조하면, 단계(132)는 일련의 서브(sub)-단계들을 포함하며, 그러한 서브-단계들에서 본딩 물질이 물질 준비 모듈(232A) 내에서 준비되고, 이어서 본딩 물질(360)이 로봇(232D)에 의해서 부분적으로 형성된 태양 전지 소자들에 걸쳐 위치되며, 후방 유리 기판(361)이 유리 로딩 모듈(232B) 내로 로딩되고 그리고 유리 세정 모듈(232C)의 이용에 의해서 세척되고, 이어서 유리 로딩 로봇(232E)의 이용에 의해서 후방 유리 기판(361)이 본딩 물질(360) 및 소자 기판(303)의 위쪽에 위치된다.
일 실시예에서, 물질 준비 모듈(232A)은 시트 형태의 본딩 물질(360)을 수용하고 그리고 하나 이상의 컷팅 작업을 실시하여 소자 기판(303) 상에 형성된 태양 전지와 후방 유리 기판(361) 사이에 신뢰가능한 밀봉부를 형성하도록 크기가 결정된 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)과 같은 본딩 물질을 제공하도록 구성된다. 일반적으로, 폴리머계 본딩 물질(360)을 이용할 때, 본딩 물질(360)이 저장되고 태양 전지 소자로 통합되는 태양 전지 제조 라인(200)의 온도(예를 들어, 16-18 ℃) 및 상대 습도(예를 들어, RH 20-22%)를 제어하여 본딩 모듈(234)(이하에서 설명)내에 형성된 본드의 특성이 반복 재현이 가능하도록 그리고 폴리머 물질의 치수가 안정화되도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 온도 및 습도 제어 지역(예를 들어, T = 6-8 ℃; RH = 20-22%)에서의 이용에 앞서서 본딩 물질을 저장하는 것이 바람직하다. 본딩된 소자(단계 134) 내의 여러 성분들을 적층할 수 있는 허용한도는 대형 태양 전지를 형성할 때 문제가 될 수 있다. 그에 따라, 신뢰가능한 기밀 밀봉의 형성을 보장하기 위해서는 본딩 물질의 특성 및 컷팅 프로세스의 허용오차를 정확하게 제어하는 것이 필요하다. 일 실시예에서, PVB가 바람직할 것인데, 이는 UV 안정성, 내습성, 열적 사이클링, 양호한 US 소방 등급(fire rating), 세계건축기준(International Building Code)에의 적합성, 저비용 및 재작업이 가능한 열적-플라스틱 특성때문이다. 일 실시예에서, 30 guage 또는 45 guage PVB 물질 시트를 이용하여 후방 유리 기판(361)을 소자 기판(303)에 본딩한다. 단계(132)의 일부분에서, 자동화된 로봇 장치를 이용하여, 본딩 물질이 이송되고 소자 기판(303)의 후방 콘택 층(350) 그리고 측부-버스(355)(도 3c) 및 교차-버스(356)(도 3c) 요소의 위쪽에 위치된다. 일 실시예에서, 통상적인 로봇 장치(예를 들어, 6-축 로봇)일 수 있는 로봇(232D)을 이용하여 본딩 물질(360)을 픽업하여 소자 기판(303) 상에 위치시킨다. 이어서, 소자 기판(303) 및 본딩 물질(360)이 후방 유리 기판(361)을 수용하도록 위치되고, 상기 후방 유리 기판(361)은 본딩 물질(360)을 정위치시키는데 이용된 동일한 자동화된 로봇 장치를 이용하여 또는 제 2의 자동화된 로봇 장치를 이용하여 정위치될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 통상적인 로봇 장치(예를 들어, 6-축 로봇)일 수 있는 유리 로딩 로봇(232E)을 이용하여 본딩 물질(360)과 소자 기판(303) 상에 후방 유리 기판(361)을 위치시킬 수 있다.
일 실시예에서, 후방 유리 기판(361)을 본딩 물질(360)의 위쪽에 위치시키기에 앞서서, 후속 밀봉 프로세스 및 최종 태양 제품이 바람직하게 형성하도록 보장하기 위해서 하나 또는 둘 이상의 준비 단계가 후방 유리 기판(361)에 대해서 실시된다. 하나의 경우에, 후방 유리 기판(361)은 기판의 엣지들, 전체적인 크기 및/또는 청정도가 양호하게 제어되지 않은 "원재료(raw)" 상태로 수용된다. "원재료" 기판을 수용하는 것은 태양 전지 형성에 앞서서 기판을 준비하고 저장하는 비용을 절감하고 그에 따라 태양 전지 소자 비용, 공장 비용, 및 최종적으로 형성된 태양 전지 소자의 제조 비용을 절감할 수 있을 것이다. 단계(132)의 일 실시예에서, 후방 유리 기판 세정 단계를 실시하기에 앞서서, 후방 유리 기판(361) 표면 및 엣지가 밀봉 모듈(예를 들어 시미너 204)에서 준비된다. 단계(132)의 다음의 서브-단계에서, 후방 유리 기판이 유리 세정 모듈(232C)로 이송되고, 그 모듈에서 기판 세정 단계가 기판에 대해서 실시되어 기판 표면 상의 오염물질을 제거한다. 일반적인 오염물질에는 기판 형성 프로세스(예를 들어, 유리 제조 프로세스) 동안에 및/또는 기판의 선적 동안에 기판 상에 부착된 물질이 포함된다. 통상적으로, 세정 모듈(232C)은 습식 화학물질 스크러빙 및 린싱 단계를 이용하여 전술한 바와 같은 바람직하지 못한 오염물질을 제거한다. 이어서, 준비된 후방 유리 기판이 자동화된 로봇 장치에 의해서 본딩 물질 및 소자 기판(303)의 위쪽으로 위치된다.
다음으로, 소자 기판(303), 후방 유리 기판(361), 및 본딩 물질(360)이 본딩 모듈(234)로 이송되고, 그러한 모듈에서 단계(134) 또는 라미네이션 단계가 실시되어 후방 유리 기판을 전술한 단계(102-130)에서 형성된 태양 전지 소자에 본딩한다. 단계(134)에서, 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 같은 본딩 물질(360)이 후방 유리 기판(361)과 태양 전지 사이에 샌드위치되고, 그리고 이하에서 설명하는 바와 같이 본딩 모듈(234)내의 여러 가지 가열 요소 및 기타 장치를 이용하여 열 및 압력을 그 구조물로 인가하여 본딩된 그리고 밀봉된 장치를 형성한다. 소자 기판(303), 후방 유리 기판(361) 및 본딩 물질(360)이 태양 전지(300)의 활성 영역들을 적어도 부분적으로 캡슐화하는 복합 태양 전지 구조물(304)(도 3d)을 형성한다. 일 실시예에서, 후방 유리 기판(361) 내에 형성된 하나 이상의 홀이 본딩 물질(360)에 의해서 적어도 부분적으로 덮여지지 않은 상태로 유지되어 교차-버스(356) 및 측부-버스(355)의 부분들이 노출된 상태가 될 수 있게 함으로써, 추가적인 단계(즉, 단계 138)에서 태양 전지 소자의 이들 영역들에 대한 전기적인 연결이 이루어질 수 있게 한다. 본딩 모듈(234) 및 그러한 본딩 모듈(234)의 이용 방법에 관한 일 실시예가 도 10a와 관련하여 이하에서 추가적으로 설명된다.
다음에, 복합 태양 전지 구조물(304)이 오토클레이브 모듈(236)로 이송되며, 그러한 모듈에서 단계(136) 또는 오토클레이브 단계가 복합 구조물에 대해서 실시되어 본딩된 구조물 내의 포획 가스가 제거될 수 있게 하고 그리고 단계(134) 동안에 양호한 본딩이 형성될 수 있게 보장한다. 단계(134)에서, 본딩된 구조물이 오토클레이브 모듈(236)의 프로세싱 영역 내로 삽입되고, 그곳에서 열 및 고압 가스가 공급되어 포획 가스의 양을 줄이고 그리고 기판(302), 후방 유리 기판 및 본딩 물질(360) 사이의 본드 특성을 개선한다. 오토클레이브 내에서 실시된 프로세스들은 또한 유리 및 본딩 층(예를 들어, PVB 층) 내의 응력이 보다 잘 제어되어 본딩/라미네이팅 프로세스 중에 유도되는 응력으로 인해서 추후에 유리가 파손되거나 기밀 밀봉이 파괴되는 것을 방지하는데 있어서 유용하다. 일 실시예에서, 기판, 후방 유리 기판(361) 및 본딩 물질(360)을 형성 구조물 내의 하나 또는 둘 이상의 성분들 내의 응력 완화를 유발하는 온도까지 가열하는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 오토클레이브 모듈(236) 및 그러한 오토클레이브 모듈(236)을 이용하는 방법의 일 실시예가 도 11과 관련하여 이하에서 추가적으로 설명된다.
다음에, 기판이 정크션 박스 부착 모듈(238)로 이송되며, 그 모듈에서 단계(138) 또는 정크션 박스 부착 단계가 형성된 태양 전지 소자에 대해서 실시된다. 정크션 박스 부착 모듈(238)을 이용하여 부분적으로 형성된 태양 전지 상에 정크션 박스(370)(도 3c)를 설치한다. 설치된 정크션 박스(370)는 다른 태양 전지 또는 파워 그리드(power grid)와 같은 형성된 태양 전지에 연결될 외부 전기 성분들 그리고 단계(131) 중에 형성된 리드와 같은 내부 전기 연결 지점들 사이의 경계로서 작용한다. 일 실시예에서, 형성된 태양 전지가 다른 외부 장치에 용이하게 그리고 시스템적으로(systematically) 연결되어 생성된 전력을 공급할 수 있도록, 정크션 박스(370)는 하나 또는 둘 이상의 정크션 박스 단자(317, 372)를 포함한다. 정크션 박스 부착 모듈(238) 및 그러한 정크션 박스 부착 모듈(238)의 이용 방법에 관한 실시예가 도 12a-12b를 참조하여 이하에서 추가적으로 설명된다.
다음에, 기판이 소자 테스팅 모듈(240)로 이송되고, 그러한 모듈에서 단계(140) 또는 소자 스크리닝 및 분석 단계가 기판에 대해서 실시되어 기판 표면 상에 형성된 소자들이 원하는 품질 표준을 충족시키는지를 확인한다. 일 실시예에서, 소자 테스팅 모듈(240)은 하나 또는 둘 이상의 형성된 태양 전지의 출력을 테스트하고 품질평가하는데 이용되는 태양 시뮬레이터 모듈(후술함)이다. 단계(140)에서, 정크션 박스 내의 단자들과 전기적으로 접촉하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 자동화된 성분들을 이용함으로써, 발광 공급원 및 프로빙 장치를 이용하여 형성된 태양 전지 소자의 출력을 측정한다. 만약, 상기 모듈이 형성된 소자 내에서 결함을 탐지한다면, 교정 작용을 실시하거나 또는 태양 전지를 폐기할 수 있을 것이다. 소자 테스팅 모듈(240) 및 그 테스팅 모듈(240)의 이용 방법에 관한 실시예가 도 13a-13b 및 도 14a-14d를 참조하여 이하에서 추가적으로 설명한다.
다음에, 기판이 지지 구조물 부착 모듈(241)로 이송되고, 그 모듈에서 단계(141) 또는 지지 구조물 장착 단계가 복합 태양 전지 구조물(304) 상에서 실시되어 비-수광(non light receiving) 표면에 고정적으로 부착된 하나 또는 둘 이상의 장착 요소들을 가지는 태양 전지 소자를 형성한다. 이어서, 지지 구조물 부착 모듈(241)을 이용하여 고객의 사이트(site)에 용이하게 장착될 수 있고 신속하게 설치될 수 있는 완전한 태양 전지 소자를 형성한다. 여러 가지 지지 요소를 태양 전지(300) 소자 상에 장착하고 연결하여 그들이 사용자의 사이트에서 설치될 수 있는 준비 상태로 만들기 위해서, 종래의 태양 전지 제조 라인은 상당한 작업자의 상호작용 및 조립을 필요로 하였다. 지지 구조물 부착 모듈(241) 및 그러한 지지 구조물 부착 모듈(241)을 이용하는 방법에 관한 실시예가 도 15a-15b를 참조하여 이하에서 추가적으로 설명한다.
다음에, 기판이 언로드 모듈(242)로 이송되고, 그 모듈에서 단계(142) 또는 소자 언로드 단계가 기판에 대해서 실시되어 태양 전지 제조 라인(200)으로부터 형성된 태양 전지들을 제거한다. 이러한 단계에서, 기판들이 자동화 또는 반자동화된 방식으로 수용되고 그리고 선적되도록 패키지화될 수 있을 것이다.
태양 전지 제조 라인(200)의 일 실시예에서, 오염물질이 태양 전지 소자 수율 및 유효 수명에 영향을 미치는 것을 방지 또는 감소시키기 위해서, 제조 라인의 하나 또는 둘 이상의 영역들이 청정실 분위기 내에 위치된다. 일 실시예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 10,000 등급(class) 청정실 공간(250)이 단계(108-118) 및 단계(130-134)를 실시하기 위해서 이용되는 모듈들의 주위에 위치된다.
대안적인(alternate) 제조 라인 구성
제조 라인(200)의 제조 능력을 증대시키기 위한 노력으로서, 도 2b-2c에 도시된 것과 유사한 구성을 이용하여 각각 상호연결된 프로세스 모듈로 다수의 자동화된 병렬 경로들을 제공할 수 있을 것이다. 도 2b 및 2c는 제조 라인(200)의 일 실시예를 도시한 평면도로서, 상기 제조 라인은 정상적인 프로세싱 및 폴트 상태(fault states)중에 개선된 태양 전지(300), 개선된 소자 수율, 개선된 제조 라인 가동시간, 및 제조 라인(200) 성분들을 수용하는데 필요한 토지의 개선된 이용을 제공할 수 있을 것이다. 일반적으로, 도 2b-2c에 도시된 제조 라인(200)을 통한 기판의 이동은 시스템 제어부(290)에 의해서 전송되는 명령어들을 이용하여 기판을 이송 및 정위치시키도록 구성된 다수의 자동화 장치(281)를 이용함으로써 실행된다. 그에 따라, 시스템 제어부(290)를 이용하여 제조 라인(200)을 통한 다수의 기판의 동시적인 이동을 제어하여 최적의 기판 생산량을 제공할 수 있을 것이다. 도 2b-2c에 도시된 제조 라인(200) 구성을 이용하여 태양 전지(300)를 형성하는데 이용되는 프로세싱 모듈 및 프로세스 단계들은 도 1 및 도 2a와 관련하여 전술한 프로세싱 모듈들 및 프로세싱 단계들과 유사하며, 그에 따라 그러한 프로세싱 모듈들 및 프로세싱 단계들에 대해서는 다시 설명하지 않는다.
도 2b는 프로세싱 모듈(예를 들어, 도면 부호 202, 204, 206, 210, 212, 214, 218, 등) 및 도 1과 관련하여 전술한 단계(102-122)를 실시하는데 이용되는 자동화 장치(281)를 포함하는 프로세스 지역(251)의 평면을 도시한다. 일 실시예에서, 도 2b에 도시된 프로세싱 지역(251)은 벽(260-262)에 의해서 서로 절연되는 3개의 서브-프로세싱 지역(253-255)으로 추가적으로 세그먼트화(segmented)된다. 서브-프로세싱 지역(253-255)은 제조 라인(200)의 여러 영역들을 절연시켜 제조 라인 내에 포함된 성분들 사이의 교차-오염을 감소시키고, 제조 라인의 여러 구역들에서 희망하는 입자 오염 레벨을 유지하며, 태양 전지(300)를 형성하는데 이용되는 유해한 화학물질 및 가스들의 일부에 작업자가 노출될 기회를 줄이도록 구성된다. 도 2c는 벽(263)에 의해서 둘러싸이고 그리고 일반적으로 프로세싱 지역(251)에 인접하여 위치되는 프로세싱 지역(252)의 평면을 도시한 것이다. 일반적으로, 프로세싱 지역(252)은 전술한 단계(124-142)를 실시하도록 구성된 자동화 장치(281) 및 프로세싱 모듈(예를 들어, 도면 부호 224-242)을 포함한다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 일반적으로, 프로세스 시퀀스(100)는 단계(102)에서 시작되고, 그 단계에서 "원재료" 기판(302)은 태양 전지 제조 라인(200)의 제 1 서브-프로세싱 지역(253) 내의 로딩 모듈(202) 내로 로딩된다. 로딩되면, 기판(302)은 제 1 서브-프로세싱 지역(253)의 영역(253A) 내의 프로세싱 모듈들로 기판(302)을 이송하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 자동화 장치(281)에 의해서 수용된다. 일 실시예에서, 기판(302)은 경로(P1 또는 P2)를 따라 위치된 프로세싱 모듈들의 그룹들 중 하나로 이송되고 프로세싱될 수 있을 것이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 프로세싱 모듈 그룹은 자동화 장치(281)에 의해서 상호연결된 건식 세정 모듈(232), 시임가공(seaming) 모듈(204), 및 세정 모듈(206)을 포함할 것이다. 일 실시예에서, 선택적인 전방 콘택 부착 모듈(207)이 영역(253A) 내에 수용되어 TCO 층(310)(도 3a-3b)을 기판(302)의 표면에 부착한다. 그 대신에, 전술한 바와 같이, 일 실시예에서, 기판(302)은 TCO 층(310)이 기판(302)의 표면 상에 이미 형성된 상태로 로딩 모듈(202)로 공급된다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 선택적인 건식 세정 모듈(232)이 프로세싱 시퀀스(100)로 부가되어 기판(302)의 표면으로부터 입자들 및 기타 오염물질을 제거한다. 건식 세정 모듈(232)은 기판(302)의 하나 또는 둘 이상의 표면으로부터 오염물질을 분리 또는 제거하기 위해서 이용되는 하나 또는 둘 이상의 브러시 및/또는 가스 공급 노즐을 포함할 수 있을 것이다.
다음에, 자동화 장치(281)를 이용하여 경로(P3)를 따라 영역(253B)에서 발견되는 프로세싱 모듈까지 소자 기판(303)이 영역(253A)으로부터 이송된다. 일 실시예에서, 소자 기판(303)은 경로(P4)를 따라서 스크라이빙 모듈(208)들 중 임의의 하나 내로 이송되고 그 곳에서 프로세싱될 수 있을 것이다. 이러한 구성에서, 전방 콘택 절연 단계(108)를 다수의 기판들 상에서 병렬로 실시하여, 기판을 스크라이빙 모듈(208)들 중 하나에서 프로세싱하기 위해서 대기하는 시간을 최소화시킬 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 자동화 장치(281)는 또한 하나 또는 둘 이상의 승강 컨베이어(283)를 포함하며, 그러한 컨베이어를 이용하여 희망하는 프로세싱 챔버의 상류에 위치하는 기판이 희망 프로세싱 챔버로의 이동을 막고 있는 기판을 넘어서 전달될 수 있도록 허용할 수 있을 것이다. 이러한 방식에서, 기판이 여러 프로세싱 챔버들로 이동하는 것이 다른 프로세싱 챔버 위치로 공급되기 위해서 대기하는 다른 기판들에 의해서 방해 받지 않을 수 있을 것이다.
다음에, 자동화 장치(281)의 이용에 의해서, 소자 기판(303)이 서브-프로세싱 지역(253)으로부터 경로(P5 또는 P6)를 따라서 제 2 서브-프로세싱 지역(254)의 프로세싱 모듈로 이송된다. 기판이 경로(P5 또는 P6)를 따라 이송되는 동안에, 제 2 서브-프로세싱 지역(254)으로 도입되기 전에 세정 모듈(210)을 이용하여 소자 기판(303)을 세정할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 제 2 서브-프로세싱 지역(254)은 개구부(265)가 형성된 벽(261)에 의해서 제 1 서브-프로세싱 지역(253)과 분리되며, 상기 개구부에 의해서 자동화 장치(281)가 기판들을 서브-프로세싱 지역(253 및 254), 그리고 서브-프로세싱 지역(254 및 255) 사이에서 이송할 수 있게 된다. 일 실시예에서, 이어서, 소자 기판(303)이 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D)로 이송되어 하나 또는 둘 이상의 광흡수 층을 수용한다. 일 실시예에서, 소자 기판(303)가 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D)로 이송되기에 앞서서 어큐뮬레이터(211A)로 이송된다. 기판이 희망하는 목적지까지 병렬 이송 경로(P7 또는 P8)들 중 하나를 따라서 이동할 수 있게 자동화 장치(281)를 구성함으로써, 소자 기판(303)을 클러스터 툴로 및/또는 클러스터 툴들 사이로 이송하는데 이용되는 경로가 크게 개선될 수 있을 것이다. 이송되는 기판이 자동화 장치 상에 위치된 다른 정지 기판에 의해서 막히는 것을 방지할 수 있도록, 경로(P7 또는 P8)를 따라 정렬된 자동화 장치(281A)들이 또한 교차-이송 자동화 장치(281B)에 연결되며, 그러한 교차-이송 자동화 장치는 기판이 필요에 따라서 자동화 장치(281A)들 사이에서 이동될 수 있게 한다. 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D) 내에서 프로세싱된 후에, 소자 기판(303)은 프로세싱 지역(251)의 제 3 서브-프로세싱 지역(255)으로 이송되기에 앞서서 어큐뮬레이터(211B) 중 하나로 이송된다.
다음에, 소자 기판(303)은 자동화 장치(281)의 이용에 의해서 제 2 서브-프로세싱 지역(254)으로부터 벽(261) 내의 개구부(265)를 통해서 경로(P9 또는 P10)를 따라서 제 3 서브-프로세싱 지역(255) 내의 프로세싱 모듈로 이송된다. 이어서, 소자 기판(303)은 하나 또는 둘 이상의 자동화 장치(281)를 이용하여 경로(P11 또는 P12)를 따라 배치된 스크라이빙 모듈(214), 콘택 부착 챔버(218), 스크라이브 모듈(220), 및 품질 보증 모듈(222)로 이송된다. 희망하는 프로세싱 단계들을 실시한 후에, 소자 기판은 프로세싱 지역(251) 내의 제 3 서브-프로세싱 지역(255)을 프로세싱 지역(252)과 연결하는 이송 엘리베이터(285)로 이송된다. 일반적으로, 프로세싱 지역(252)은 프로세싱 시퀀스(100)의 단계(124-142)를 실시하기 위해서 이용되는 자동화 장치(281) 및 프로세싱 모듈(예를 들어, 도면부호 224-242)을 포함한다. 일 실시예에서, 이송 엘리베이터(285)는 다층형 건물의 여러 층의 바닥과 같은 다양한 수직 높이에 위치될 수 있는 프로세싱 지역(251)과 프로세싱 지역(252) 사이에서 기판을 이송하도록 구성되는 통상적인 기판 이송 장치이다. 프로세싱 지역(251)을 프로세싱 지역(252)과 함께 수직으로 적층된 형태로 구성하는 것은 몇 가지 이점을 가지며, 그리고 엘리베이터, 컨베이어 등과 같은 연결형 물질 전달 성분들을 이용함으로써 프로세싱 지역(251 및 252) 내에 포함되는 제조 라인(200)의 다양한 인접 위치의 영역들로 소모성 물질을 효율적으로 전달할 수 있으며, 상기 이점에는 5.7 m2 크기의 태양 전지를 형성하는데 이용되는 대형 성분을 수용하는데 필요한 토지의 효율적 이용도 포함될 것이다.
다음에, 소자 기판(303)은 자동화 장치(281)를 이용하여 경로(P13 또는 P14)를 따라서 이송 엘리베이터(285)로부터 프로세싱 지역(252)내의 프로세싱 모듈들로 이송된다. 이어서, 소자 기판(303)은 하나 또는 둘 이상의 자동화 장치(281)를 이용하여 경로(P13 또는 P14)를 따라 배치된 기판 컷팅 모듈(224), 엣지 제거 모듈(226), 세정 모듈(230), 본딩 와이어 부착 모듈(231), 유리 레이-업 모듈(232), 및 본딩 모듈(234) 중 하나로 이송된다. 희망 프로세싱 단계들을 실시한 후에, 형성된 복합 태양 전지 구조물(304)이 경로(P15 또는 P16)를 따라서 오토클레이브 모듈(236)들 중 하나로 이송된다.
오토클레이브 프로세스(136)를 실시한 후에, 복합 태양 전지 구조물(304)은 경로(P17)를 따라서 다음 프로세싱 모듈 그룹으로 이송된다. 이어서, 복합 태양 전지 구조물(304)은 경로(P18)를 따라서 배치된 정크션 박스 부착 모듈(238), 테스팅 모듈(240), 지지 구조물 부착 모듈(241), 및 언로드 모듈(242) 중 하나로 이송된다. 언로드 모듈 프로세싱 단계 중에, 기판들은 자동화된 또는 반-자동화된 방식으로 수용되고 선적을 위해서 패키지화될 수 있을 것이다.
전방 시이머 모듈 디자인 및 프로세스
일반적으로, 전방 단부 기판 시이밍 모듈(204)은 후속하는 태양 전지 형성 프로세스 동안에 발생하는 칩핑(chipping) 또는 입자 발생과 같이 일어나기 쉬운 손상을 감소시키기 위해서 기판의 엣지를 준비가공하는데 이용된다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 그라인딩 휘일 또는 다이아몬드 함유형 벨트를 이용하여 기판의 엣지로부터 물질을 그라인딩한다. 또 다른 실시예에서, 그리트 블래스팅 또는 레이저 제거 기술을 이용하여 기판의 엣지로부터 물질을 제거한다.
도 5는, 전술한 바와 같이, 기판의 엣지를 준비가공(단계 104)하는데 이용될 수 있는 전방 기판 단부 시이밍 모듈(204)의 일 실시예를 도시한다. 일반적으로, 전방 기판 단부 시이밍 모듈(204)은, 위치결정 시스템(520)에 의해서 전방 기판 단부 시이밍 모듈(204)을 통해서 이동될 때 기판(302)의 하나 또는 둘 이상의 엣지를 성형 또는 변경하는데 이용되는 다수의 엣지 시임가공 요소(510), 위치결정 시스템(520), 및 지지 구조물(505)을 포함한다. 일 실시예에서, 기판(302)의 엣지 및 코너들은 기판(302)을 엣지 시임가공 요소(510) 내의 마모성 요소들에 대해서 상대적으로 이동시킴으로써 가공될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 마모성 요소들은 각각의 엣지 시임가공 요소(510)의 작동 성분에 의해서 위치결정될 수 있는 그라인딩 휘일 또는 벨트이다. 하나의 구성에서, 위치결정 시스템(520) 내의 하나 또는 둘 이상의 회전형 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해서 이동되는 하나 또는 둘 이상의 벨트(521)의 이용에 의해서 기판(302)이 엣지 시임가공 요소(510)에 대해서 상대적으로 이동된다. 위치결정 시스템(520)은 전방 기판 단부 시이밍 모듈(204)의 상류에 위치하는 자동화 성분으로부터 기판을 수용하고 그리고 프로세싱된 기판을 도 5에 도시된 경로("A0")를 따라서 다른 하류의 프로세싱 모듈로 연결된 자동화 장치로 이송한다.
광흡수제 부착 프로세싱 모듈(들) 및 프로세싱 시퀀스
도 4a-4b는 전술한 태양 전지(300)의 일부를 형성하는데 이용될 수 있는 프로세싱 시스템(300) 및 프로세싱 챔버(401)를 도시한다. 도 4a는 프로세싱 시스템(300)의 일 실시예의 평면도이며, 이는 도 2a에 도시된 프로세싱 모듈(212)에서 볼 수 있는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D) 중 하나일 수 있을 것이다. 그에 따라, 프로세싱 시스템(300)은 태양 전지 소자의 여러 영역들을 형성하는데 이용될 수 있는 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 단계들을 실시하는데 이용될 수 있을 것이다. 일반적으로, 프로세싱 시스템(300)은 기판 표면 상에 하나 또는 둘 이상의 희망 층을 부착할 수 있는 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 챔버(401)와 같은 다수의 프로세스 챔버(481-487)을 포함할 것이다. 프로세스 시스템(300)은 로드록 챔버(460)(예를 들어, 도 2a의 클러스터 툴(212A-212D) 내의 도면부호 "A") 및 프로세스 챔버(481-487)(예를 들어, 도 2a의 클러스터 툴(212A-212D) 내의 도면부호 "B"-"H")에 커플링된 이송 챔버(470)를 포함한다. 로드록 챔버(460)는 시스템 외부의 대기 분위기와 이송 챔버(470) 및 프로세스 챔버(481-487) 내의 진공 분위기 사이에서 기판이 이송될 수 있게 한다. 로드 록 챔버(460)는 하나 또는 둘 이상의 기판을 유지하고 있는 하나 또는 둘 이상의 배기가능 영역들을 포함한다. 배기가 가능한 영역들은 시스템(300) 내로 기판을 입력하는 동안에 펌핑 감압되고 그리고 시스템(300)으로부터 기판을 출력하는 동안에 환기(vent)된다. 이송 챔버(470)는 로드 록 챔버(460)와 프로세스 챔버(481-487) 사이에서 기판을 이송하도록 구성된 하나 이상의 진공 로봇(472)을 내부에 구비한다. 도 4a에 7개의 프로세스 챔버를 도시하였지만, 시스템(300)은 임의의 적절한 수의 프로세스 챔버들을 포함할 수 있을 것이다.
도 4b는 하나 또는 둘 이상의 태양 전지(300)의 필름이 증착될 수 있는 PECVD 챔버(401)와 같은 프로세싱 챔버의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 하나의 적합한 플라즈마 화학기상증착 챔버로서, 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 어플라이드 머티리얼스로부터 입수가 가능한 챔버가 있다. 고온 와이어 화학기상증착(HWCVD), 저압 화학기상증착(LPCVD), 물리기상증착(PVD), 증발, 또는 다른 제조업자가 제공하는 것을 포함하는 기타 유사 장치와 같은 다른 증착 챔버들도 본 발명의 실시에 이용될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 일반적으로, 챔버(401)는 프로세스 체적부(volume; 406)를 형성하는 벽(402), 바닥(404), 샤워헤드(410), 그리고 기판 지지부(430)를 포함한다. 프로세스 체적부는 기판(302)과 같은 기판이 PECVD 챔버(401)의 내외로 이송될 수 있도록 밸브(408)를 통해서 접근될 수 있다. 기판 지지부(430)는 기판 지지부(430)를 상승 및 하강 시키기 위한 승강 시스템(436)에 결합된 스템(434) 및 기판 지지를 위한 기판 수용 표면(432)을 포함한다. 쉐도우 프레임(433)이 소자 기판(303)의 둘레부 위쪽에 선택적으로 배치될 수 있고, 그러한 기판 소자 상에는 예를 들어 TCO 층(310)과 같은 하나 또는 둘 이상의 층이 이미 형성되어 있을 수 있다. 승강 핀(438)이 기판 지지부(430)를 통해서 이동가능하게 배치되어 기판을 기판 수용 표면(432)으로부터 그리고 그 기판 수용 표면 상으로 이동시킨다. 기판 지지부(430)는 또한 가열 및/또는 냉각 요소(439)를 구비하여 기판 지지부(430)를 희망 온도로 유지할 수 있다. 기판 지지부(430)는 또한 기판 지지부(430)의 둘레에서 RF 그라운딩을 제공하기 위한 그라운딩 스트랩(431)을 포함할 수 있다. 그라운딩 스트랩의 예가 Law 등에게 허여된 2000년 2월 15일자 미국 특허 6,024,044, Park 등이 2006년 12월 20일자로 출원한 미국 특허 출원 11/613,934에 기재되어 있으며, 상기 특허 및 특허출원은 본원 명세서와 일치하지 않는 범위내에서 전체가 참조로서 포함된다.
샤워헤드(410)는 서스펜션(414)에 의해서 둘레가 백킹(backing) 플레이트(412)에 커플링된다. 샤워헤드(410)는 또한 하나 또는 둘 이상의 중심 지지부(416)에 의해서 백킹 플레이트에 커플링되어 샤워헤드(410)의 늘어짐(sag)을 방지하거나 직선도/곡률을 제어할 수 있을 것이다. 가스 공급원(420)이 백킹 플레이트(412)에 커플링되어 백킹 플레이트(412)를 통해서 그리고 샤워헤드(410) 내의 다수의 홀(411)을 통해서 기판 수용 표면(432)으로 가스를 제공한다. 진공 펌프(409)가 PECVD 챔버(401)에 연결되어 프로세스 체적부(406)를 희망 압력으로 제어한다. RF 전력 공급원(422)이 백킹 플레이트(412) 및/또는 샤워헤드(410)에 커플링되어 샤워헤드(410)로 RF 전력을 공급함으로써, 샤워헤드(410)와 기판 지지부(430) 사이의 가스들로부터 플라즈마가 생성될 수 있도록 샤워헤드와 기판 지지부 사이에 전기장이 형성되게 한다. 다양한 RF 주파수, 예를 들어 약 0.3 MHz 내지 약 200 MHz의 주파수가 이용될 수 있다. 일 실시예에서, RF 전력 공급원은 13.56 MHz의 주파수로 제공된다. 샤워헤드의 예가 White 등에게 허여된 2002년 1월 12일자 미국 특허 6,477,980, Choi 등의 2006년 11월 17일자 미국 특허 공개공보 20050251990, 그리고 Keller 등의 2006년 3월 23일자 미국 특허 공개공보 2006/0060138에 개시되어 있으며, 상기 특허 및 공개공보들은 본원 명세서와 일치하지 않는 범위 내에서 전체가 참조로서 포함된다.
유도 결합된 원격 플라즈마 공급원과 같은 원격 플라즈마 공급원(424)이 또한 가스 공급원과 백킹 플레이트 사이에 커플링될 수 있다. 프로세싱 기판들 사이에서, 원격 플라즈마가 발생되도록 그리고 챔버 성분의 세정을 위해서 제공될 수 있도록 세정 가스가 원격 플라즈마 공급원(424)으로 제공될 수 있을 것이다. 적절한 비제한적인 세정 가스들의 예에는, NF3, F2, 및 SF6 가 포함된다. 원격 플라즈마 공급원의 예가 본원 명세서와 일치하지 않는 범위 내에서 전체가 참조되는 Shang 등의 1998년 8월 4일자 미국 특허 5,788,778에 개시되어 있다.
도 4a를 참조하면, 시스템(400)의 일 실시예에서, 프로세스 챔버(481-487)들 중 하나가 태양 전지의 제 1 p-i-n 정크션(320) 또는 제 2 p-i-n 정크션(330)의 p-타입 실리콘 층(들)을 부착하도록 구성되고, 프로세스 챔버(481-487)들 중 다른 챔버들은 제 1 또는 제 2 p-i-n 정크션의 진성 실리콘 층을 부착하도록 구성되며, 프로세스 챔버(481-487)들 중 다른 챔버는 제 1 또는 제 2 p-i-n 정크션의 n-타입 실리콘 층(들)을 부착하도록 구성된다. 3가지 챔버 프로세스 구성이 오염물질 제어 측면에서 이점을 가지지만, 기판 생산량은 일반적으로 2 챔버 프로세싱 시스템 보다 낮을 것이고, 그리고 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 챔버가 유지 보수를 위해서 중단되는 경우에는 희망 생산량을 유지할 수 없을 것이다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 시스템(400)(도 4)과 유사하게 구성된 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D)(도 2a)이 도 3a-3b에 도시된 제 1 p-i-n 정크션(320)과 같은 진성 타입 비정질 실리콘 층을 가지는 제 1 p-i-n 정크션을 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 프로세스 챔버(401)들 중 하나가 제 1 p-i-n 정크션의 p-타입 실리콘 층(들)을 부착하도록 구성되는 한편, 나머지 프로세스 챔버(481-487)들은 제 1 p-i-n 정크션의 진성 타입 비정질 실리콘 층(들) 및 n-타입 실리콘 층(들)을 부착하도록 각각 구성된다. 일 실시예에서, 제 1 p-i-n 정크션(320)의 진성 타입 비정질 실리콘 층(들) 및 n-타입 실리콘 층(들)은 부동태화 프로세스의 실시 없이 동일한 챔버 내에서 부착될 수 있을 것이며, 상기 부동태화 프로세스는 부착 단계들 사이에서 부착된 층들 간의 교차-오염을 최소화하기 위해서 이용된다. 프로세싱 시스템(400) 및 그 성분들에 관한 설명이 제 1 p-i-n 정크션의 여러 요소들을 형성하는 것에서의 이용을 기초로 한 것이지만, 이러한 구성은 본원 명세서에 기재된 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안되며, 이는 프로세싱 시스템(400)이 본원 명세서에 기재된 발명의 기본적인 범위 내에서도 제 1 p-i-n 정크션, 제 2 p-i-n 정크션, 제 1 및 제 2 p-i-n 정크션 모두, 또는 이들의 다른 조합을 형성하도록 구성될 수 있기 때문이다.
기판 프로세싱 시퀀스가 프로세싱 시스템(400)과 유사하게 구성된 시스템 내에서 실시되는 일 실시예에서, 기판은 로드록 챔버(460)를 통해서 프로세싱 시스템(400)으로 도입되고, 이어서 기판은 진공 로봇(472)에 의해서 프로세싱 챔버(481)로 이송되고, 그러한 프로세싱 챔버는 기판 상에 p-타입 실리콘 층(들)을 부착하도록 구성되며, 프로세스 챔버(481) 내에서의 p-타입 층의 부착 이후에 기판은 진공 로봇(472)에 의해서 진성 타입 비정질 실리콘 층(들) 및 n-타입 실리콘 층(들) 모두를 부착하도록 구성된 프로세스 챔버(484)로 이송되며, 프로세스 챔버(484) 내에서 진성 타입 비정질 실리콘 층(들) 및 n-타입 실리콘 층(들)을 증착한 후에 기판이 로드록 챔버(460)로 복귀되고, 그 후에 기판이 시스템으로부터 제거될 수 있을 것이다. p-타입 층의 두께가 150 Å이고 그리고 증착속도는 분당 500 Å으로 가정할 때, p-타입 층을 부착하는데 필요한 시간은 약 0.3 분이 된다. 220 Å/분의 증착 속도에서 2,700 Å의 진성 층의 경우에, 진성 층을 부착하는데 소요되는 시간은 약 12.3 분이다. 250 Å의 n-타입 층을 분당 500 Å의 부착 속도로 증착하는 경우에, n-타입 층을 부착하는데에는 약 0.5 분이 필요할 것이다. 그에 따라, 하나의 챔버가 p-타입 층을 부착하도록 할당되고 다수의 챔버들은 진성 및 n-타입 층들을 부착하도록 할당된다면, i-n 층을 병렬로 생산할 수 있는 프로세싱 챔버들의 숫자를 늘임으로써, 기판 생산량의 증대를 달성할 수 있을 것이다. 즉, 연속적인 일련의 기판들이 이송 챔버(470)에 의해서 p-타입 층을 부착하도록 구성된 프로세스 챔버, 예를 들어 프로세스 챔버(481)로부터 로딩되고 조작될 수 있을 것이고, 이어서 각각의 기판이 i-n 층들을 형성하기 위해서 프로세스 챔버(482 내지 487)와 같은 하나 이상의 연속되는 프로세싱 챔버로 이송될 수 있을 것이다.
2 챔버 프로세싱 구성에서, i-n 층을 생산하도록 할당된 챔버들의 각각의 내부에서 i-n 층들이 부착된 후에, 프로세스가 반복될 수 있을 것이다. 그러나, 후속 기판상에 형성되는 진성 층 내로 오염물질이 유입되는 것을 방지하기 위해서, i-n 층을 생산하도록 할당된 각 챔버 내에의 시즈닝(seasoning) 프로세스와 같은 세정 프로세스를 희망하는 간격으로 실시함으로써 프로세싱 시퀀스의 소자 수율을 개선할 수 있을 것이다. 일반적으로, 본원 명세서에서 설명된 실시예들 중 하나와 관련하여 설명한 바와 같이, 시즈닝 프로세스는 프로세싱 챔버 부분으로부터 이전에 부착된 물질을 제거하기 위해서 이용되는 하나 또는 둘 이상의 단계들 그리고 프로세싱 챔버 부분 상에 물질을 부착하기 위해서 이용되는 하나 또는 둘 이상의 단계들을 포함할 수 있을 것이다. 시즈닝 프로세스 및 프로세싱 모듈(212) 내의 하나 또는 둘 이상의 성분들에서 이용될 수 있는 태양 전지 프로세싱 시퀀스의 예가 본원 명세서에서 참조되는 2008년 7월 9일자 미국 특허 출원 12/170,387 [Attorney docket # APPM 11710]에 추가로 기재되어 있다.
광흡수제 부착 실시예(들)
PECVD 챔버(401)와 유사한 프로세스 챔버 내에서 도 3a-3e의 태양 전지(300) 내에 포함된 하나 또는 둘 이상의 실리콘 층과 같은 하나 또는 둘 이상의 실리콘 층들을 형성하는데 이용되는 부착 방법의 실시예에 대해서 이하에서 설명한다. 표면적이 10,000 cm2 또는 그보다 큰, 바람직하게 40,000 cm2 또는 그보다 큰, 그리고 보다 바람직하게 55,000 cm2 또는 그보다 큰 기판이 프로세싱 챔버로 제공된다. 기판을 프로세싱 한 후에 기판을 보다 작은 태양 전지로 컷팅할 것임을 이해할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 부착 동안에 약 400 ℃ 또는 그 미만, 바람직하게 약 100 ℃ 내지 약 400 ℃의 기판 지지부 온도를 제공하도록 기판 가열 및/또는 냉각 요소(439)가 설정될 수 있을 것이다. 부착 동안에 기판 수용 표면(432) 상의 소자 기판(303)의 상부 표면과 샤워헤드(410) 사이의 간격은 400 밀(mil) 내지 약 1,200 밀, 바람직하게 400 밀 내지 약 800 밀이 될 수 있다.
실리콘 필름 부착의 경우에, 실리콘-계 가스 및 수소-계 가스가 일반적으로 제공된다. 적절한 실리콘계 가스의 비제한적인 예에는, 실란 (SiH4), 디실란 (Si2H6), 실리콘 테트라플루오라이드 (SiF4), 실리콘 테트라클로라이드 (SiCl4), 디크롤로실란 (SiH2Cl2), 및 이들의 조합이 포함된다 적합한 수소-계 가스의 비제한적인 예에는 수소 가스 (H2)가 포함된다. p-타입 실리콘 층의 p-타입 도펀트는 보론 또는 알루미늄과 같은 그룹(group) III 원소를 각각 포함할 수 있다. 바람직하게, 보론은 p-타입 도펀트로서 이용된다. 보론-함유 공급원의 예에는 트리메틸보론 (TMB (또는 B(CH3)3)), 디보란 (B2H6), BF3, B(C2H5)3, 및 유사 화합물이 포함된다. 바람직하게, TMB가 p-타입 도펀트로서 이용된다. n-타입 실리콘 층의 n-타입 도펀트는 인, 비소, 또는 안티몬과 같은 그룹 V 원소를 각각 포함할 수 있을 것이다. 바람직하게, 인은 n-타입 도펀트로서 이용된다. 인-함유 공급원의 예에는 포스핀 및 유사 화합물이 포함된다. 통상적으로, 도펀트는 수소, 아르곤, 헬륨 및 기타 적합한 화합물과 같은 캐리어 가스를 구비한다. 본원 명세서에 개시된 프로세스 절차에서, 수소 가스의 전체 유량이 제공된다. 그에 따라, 만약 예를 들어 도펀트에 대한 캐리어 가스로서 수소 가스가 제공된다면, 얼마나 많은 추가적인 수소 가스가 챔버로 공급되어야 하는지를 결정하기 위해서는 캐리어 가스 유량이 수소의 전체 유량으로부터 차감되어야 할 것이다.
이하에서는, 도 2a에 도시된 프로세싱 모듈(212) 내에 위치되며 도 3b에 도시된 것과 유사한 직렬형(tandem) 전지를 형성하기 위해서 이용될 수 있는 프로세싱 시퀀스의 예에 대해서 설명한다. 제 1 단계에서, 기판이 로드록 챔버("A")를 통해서 클러스터 툴(212A) 내로 도입되고, 이어서 기판은 진공 로봇에 의해서 기판 상에 비정질 p-타입 실리콘 층(들)을 부착하도록 구성된 프로세스 챔버("B") 내로 이송된다. 일 실시예에서, 비율이 약 20 : 1 또는 그 미만인 수소 가스 대 실란 가스로 이루어진 가스 혼합물을 제공함으로써, p-타입 비정질 실리콘 층(322)과 같은 p-타입 비정질 실리콘 층이 기판(302) 상에 형성된 TCO 층(310)의 위쪽에 형성될 수 있을 것이다. 실란 가스는 약 1 sccm/L 내지 약10 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 5 sccm/L 내지 60 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 트리메틸보론이 약 0.005 sccm/L 내지 약 0.05 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해서, 트리메틸보론이 캐리어 가스 내에서 0.5% 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/캐리어 가스 혼합물은약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있을 것이다. 메탄은 약 1 sccm/L 내지 15 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 200 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있다. 챔버의 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게는 약 1 Torr 내지 약 4 Torr로 유지된다. p-타입 비정질 실리콘 층의 증착 속도는 약 100 Å/분 또는 그 초과이다. 메탄 또는 다른 탄소 함유 화합물, 예를 들어, C3H8, C4H10, C2H2 를 이용하여 p-타입 비정질 실리콘 층의 윈도우 특성(window properties(예를 들어, 태양 복사선의 낮은 흡수)을 개선할 수 있을 것이다. p-타입 비정질 실리콘 층(322) 내에 보론 도펀트를 제공하기 위해서 트리메틸보론이 이용되는 실시예에서, 보론 도펀트 농도는 약 1 x 1018 atoms/cm2 내지 약 1 x 1020 atoms /cm2 에서 유지된다. 실리콘 카바이드 층으로서 p-타입 층을 형성하기 위해서 메탄 가스가 이용되는 실시예에서, 탄소 도펀트 농도는 층의 약 10 원자 퍼센트 내지 약 20 원자 퍼센트로 제어된다.
다음 단계에서, 기판의 표면 상에 p-타입 비정질 실리콘 층을 부착한 후에, 기판은 진공 로봇에 의해서 프로세스 챔버("B")로부터 프로세스 챔버("C")로 이송되고, 그러한 프로세스 챔버("C")는 기판 상에 i-타입 실리콘 층 및 미세결정 n-타입 실리콘 층을 부착하도록 구성된다. 일 실시예에서, 도 3b의 진성 타입 비정질 실리콘 층(324)과 같은 진성 타입 비정질 실리콘 층은 비율이 약 20 : 1 또는 그 미만인 수소 가스 대 실란 가스로 이루어진 가스 혼합물을 제공함으로써 p-타입 비정질 실리콘 층(322)의 위쪽에 형성될 수 있을 것이다. 실란 가스는 약 0.5 sccm/L 내지 약 7 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 5 sccm/L 내지 60 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 샤워헤드로 약 15 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 제공될 수 있다. 챔버의 압력은 약 0.1 Torr 내지 20 Torr, 바람직하게는 약 0.5 Torr 내지 약 5 Torr에서 유지된다. 진성 타입 비정질 실리콘 층의 증착 속도는 약 100 Å/분 또는 그 초과이다. 예시적인 실시예에서, 진성 타입 비정질 실리콘 층은 약 12.5:1의 수소 가스 대 실란의 비율에서 부착된다.
다음에, 기판이 프로세스 챔버("C") 내에 여전히 위치하는 동안에, 미세결정 n-타입 실리콘 층이 기판 상에 형성된 비정질 진성 층 상에 부착된다. 일 실시예에서, 약 100:1 또는 그 초과의 수소 가스 대 실란의 비율로 이루어진 가스 혼합물을 제공함으로써, 도 3b의 n-타입 미세결정 실리콘 층(326)과 같은 n-타입 미세결정 실리콘 층이 진성 타입 비정질 실리콘 층(324)의 위쪽에 형성될 수 있다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L, 예를 들어 약 0.35 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 30 sccm/L 내지 약 250 sccm/L, 예를 들어 약 71.43 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀은 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.006 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해서, 만약 포스핀이 캐리어 가스 내에서 0.5% 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/캐리어 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 1.2 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있을 것이다. 약 100 milliWatts/cm2 내지 약 900 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있다. 챔버의 압력은 약 1 Torr 내지 약 100 Torr, 바람직하게는 약 3 Torr 내지 약 20 Torr이다. n-타입 미세결정 n-타입 실리콘 층의 증착 속도는 약 50 Å/분 또는 그 초과이다. n-타입 미세결정 실리콘 층은 약 20 퍼센트 내지 약 80 퍼센트, 바람직하게는 약 50 퍼센트 내지 약 70 퍼센트의 결정 분율(fraction)을 가진다. 포스핀이 n-타입 미세결정 실리콘 층 내의 인 도펀트를 제공하기 위해서 이용되는 일 실시예에서, 인 도펀트 농도는 약 1 x 1018 atoms/cm2 내지 약 1 x 1020 atoms/cm2 으로 유지된다.
다음 단계에서, 기판은 자동화 장치(281)를 이용하여 클러스터 툴(212A)로부터 프로세싱 모듈(212) 내의 다른 클러스터 툴(즉, 212B-212D)로 이송된다. 일 실시예에서, 기판이 로드록 챔버("A")를 통해서 클러스터 툴(212B) 내의 프로세스 챔버("B")로 도입되고, 그에 따라 이전 단계에서 기판 상에 형성된 층들의 위쪽에 미세결정 p-타입 실리콘 층(들)이 부착될 수 있다 일 실시예에서, 비율이 약 200 : 1 또는 그 초과인 수소 가스 대 실란 가스로 이루어진 가스 혼합물을 제공함으로써, 도 3b의 p-타입 미세결정 실리콘 층(332)와 같은 p-타입 미세결정 실리콘 층이 n-타입 미세결정 실리콘 층(326)의 위에 형성된다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 0.8 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 60 sccm/L 내지 약 500 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 트리메틸보론은 약 0.0002 sccm/L 내지 약 0.0016 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해서, 만약 트리메틸보론이 캐리어 가스 내에서 0.5% 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/캐리어 가스는 약 0.04 sccm/L 내지 약 0.32 sccm/L의 유량으로 제공될 것이다. 약 50 milliWatts/cm2 내지 약 700 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있다. 챔버의 압력은 약 1 Torr 내지 약 100 Torr, 바람직하게는 약 3 Torr 내지 약 20 Torr로 유지된다. p-타입 미세결정 실리콘 층의 증착 속도는 약 10 Å/분 또는 그 초과이다. p-타입 미세결정 실리콘 층은 약 20 퍼센트 내지 약 80 퍼센트, 바람직하게는 약 50 퍼센트 내지 약 70 퍼센트의 결정 분율을 가진다. p-타입 미세결정 실리콘 층 내에서 보론 도펀트를 제공하기 위해서 트리메틸보론이 이용되는 실시예에서, 보론 도펀트 농도는 약 약 1 x 1018 atoms/cm2 내지 약 1 x 1020 atoms /cm2 으로 유지된다.
다음 단계에서, p-타입 미세결정 층을 증착한 후에, 기판은 클러스터 툴(212B) 내에 배치된 진공 로봇에 의해서 프로세스 챔버("B")로부터 프로세스 챔버("C")로 이송되고, 상기 프로세스 챔버("C")는 기판 상에 진성 타입 미세결정 실리콘 층 및 n-타입 비정질 실리콘 층을 부착하도록 구성된다. 일 실시예에서, 실란 가스 대 수소 가스의 비율이 1:20 내지 1:200인 가스 혼합물을 제공함으로써, 도 3b의 진성 타입 미세결정 실리콘 층(334)와 같은 진성 타입 미세결정 실리콘 층이 p-타입 미세결정 실리콘 층(332)의 위쪽에 형성된다. 실란 가스는 약 0.5 sccm/L 내지 약 5 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 40 sccm/L 내지 약 400 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 실란 유량은 증착 동안에 제 1 유량으로부터 제 2 유량으로 상승(ramped up)될 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 수소 유량은 증착 동안에 제 1 유량으로부터 제 2 유량으로 상승될 수 있을 것이다. 약 300 milliWatts/cm2 또는 그 초과, 바람직하게 600 milliWatts/cm2 또는 그 초과의 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 전력 밀도는 증착 동안에 제 1 전력 밀도로부터 제 2 전력 밀도로 상승될 수 있을 것이다. 챔버의 압력은 약 1 Torr 내지 약 100 Torr, 바람직하게 약 3 Torr 내지 약 20 Torr로 유지된다. 진성 타입 미세결정 실리콘 층의 증착 속도는 200 Å/분 또는 그 초과, 바람직하게 500 Å/분일 수 있을 것이다. 미세결정 진성 층의 증착 방법 및 장치가 2006년 6월 23일자로 출원되고 본원에서 참조되는 "Methods and Apparatus for Depositing a Microcrystalline Silicon Film for Photovoltaic Device"라는 명칭의 미국 특허 출원 11/426,127에 개시되어 있다. 미세결정 실리콘 진성 층은 약 20 퍼센트 내지 약 80 퍼센트, 바람직하게 55 퍼센트 내지 약 75 퍼센트의 결정 분율을 가진다. 결정 분율이 약 70% 또는 그 미만인 미세결정 실리콘 진성 층이 높은 개방회로전압(open circuit voltage)을 제공하고 그리고 높은 전지 효율을 제공한다는 놀라운 사실을 발견하였다.
다음에, 기판이 클러스터 툴(212B) 내의 프로세스 챔버("C") 내에 여전히 위치되는 동안, n-타입 비정질 실리콘 층이 기판 상에 형성된 진성 타입 미세결정 층 상에 부착된다. 일 실시예에서, 제 1 실란 유량으로 선택적인 제 1 n-타입 비정질 실리콘 층을 부착함으로써 그리고 상기 제 1 실란 유량 보다 낮은 제 2 실란 유량에서 상기 선택적인 제 1 n-타입 비정질 실리콘 층의 위쪽에 제 2 n-타입 비정질 실리콘 층을 부착함으로써, 도 3b에 도시된 n-타입 비정질 실리콘 층(336)이 진성 타입 미세결정 실리콘 층(334)의 위쪽에 형성된다. 선택적인 제 1 n-타입 비정질 실리콘 층은 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 20:1 또는 그 미만, 예를 들어 약 5.5:1 인 가스 혼합물을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 실란 가스는 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L, 예를 들어 약 5.5 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 4 sccm/L 내지 약 40 sccm/L, 예를 들어 약 27 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀은 약 0.0005 sccm/L 내지 약 0.0015 sccm/L, 예를 들어 약 0.0095 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해서, 만약 포스핀이 캐리어 가스 내에서 0.5% 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/캐리어 가스 혼합물은 약 0.1 sccm/L 내지 약 3 sccm/L, 예를 들어 약 1.9 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있을 것이다. 25 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2, 예를 들어 약 80 milliWatts/cm2 의 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있을 것이다. 챔버의 압력은 약 0.1 Torr 내지 약 20 Torr, 바람직하게 약 0.5 Torr 내지 약 4 Torr, 예를 들어 약 1.5 Torr로 유지될 수 있다. 제 1 n-타입 비정질 실리콘 층의 부착 속도는 약 200 Å/분 또는 그 초과, 예를 들어 약 561 Å/분일 수 있다. 포스핀이 n-타입 비정질 실리콘 층 내의 인 도펀트를 제공하기 위해서 이용되는 실시예에서, 인 도펀트 농도는 약 1 x 1018 atoms/cm2 내지 약 1 x 1020 atoms/cm2 로 유지된다.
제 2 n-타입 비정질 실리콘 층 부착은 수소 가스 대 실란 가스의 비율이 약 20:1 또는 그 미만, 예를 들어 7.8:1인 가스 혼합물을 제공하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 실란 가스는 약 0.1 sccm/L 내지 약 5 sccm/L, 예를 들어 약 0.5 sccm/L 내지 약 3 sccm/L, 또한 예를 들어 약 1.42 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 수소 가스는 약 1 sccm/L 내지 약 10 sccm/L, 예를 들어 약 6.42 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 포스핀은 0.01 sccm/L 내지 약 0.075 sccm/L, 예를 들어 약 0.015 sccm/L 내지 약 0.03 sccm/L, 또한 예를 들어 약 0.023 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 다시 말해서, 만약 포스핀이 캐리어 가스 내에서 0.5% 몰랄 또는 부피 농도로 제공된다면, 도펀트/캐리어 가스 혼합물은 약 2 sccm/L 내지 약 15 sccm/L, 예를 들어 약 3 sccm/L 내지 약 6 sccm/L, 또한 예를 들어 약 4.71 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있을 것이다. 25 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2, 예를 들어 약 60 milliWatts/cm2 RF 전력이 샤워헤드로 제공될 수 있다. 챔버 압력은 약 0.1 Torr 내지 약 20 Torr, 바람직하게 약 0.5 Torr 내지 약 4 Torr, 예를 들어 약 1.5 Torr에서 유지된다. 제 2 n-타입 비정질 실리콘 층의 증착 속도는 약 100 Å/분 또는 그 초과, 예를 들어 약 300 Å/분일 수 있다. 제 2 n-타입 비정질 실리콘 층의 두께는 약 300 Å 미만, 예를 들어 약 20 Å 내지 약 150 Å, 또 예를 들어 약 80 Å 이다. 제 2 n-타입 비정질 실리콘 층은 많이(heavily) 도핑되고 그리고 약 500 Ohm-cm 또는 그 미만의 비저항을 가진다. 다량의(heavily) (예를 들어, 축퇴된; degenerated) n-타입 도핑된 비정질 실리콘은 TCO 층(140)과 같은 TCO 층과의 개선된 저항 접촉을 제공하는 것으로 믿어진다. 그에 따라, 전지 효율이 개선된다. 선택적인 제 1 n-타입 비정질 실리콘 층은 전체 n-타입 비정질 실리콘 층에 대한 부착 속도를 높이기 위해서 이용된다. n-타입 비정질 실리콘 층은 선택적인 제 1 n-타입 비정질 실리콘이 없이도 형성될 수 있고 그리고 다량(예를 들어, 축퇴된) 도핑된 제 2 n-타입 비정질 층으로 주로 형성될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
n-타입, 진성 타입 및 p-타입 실리콘 함유 층을 포함하는 층들의 각각의 부착에 앞서서, 선택적인 수소 또는 아르곤 플라즈마 가스 처리 프로세스를 실시할 수 있을 것이다. 수소 처리 프로세스는 하부 층을 처리하여 표면 오염을 억제하기 위해서 실시될 수 있을 것이다. 또한, 플라즈마 처리 프로세스는 경계부에서의 전기적 특성을 개선할 수 있을 것인데, 이는 표면 결함이 처리 프로세스 동안에 제거될 수 있기 때문이다. 일 실시예에서, 플라즈마 처리 프로세스는 프로세싱 챔버 내로 수소 가스 또는 아르곤 가스를 공급함으로써 실시될 수 있을 것이다. 수소 가스 또는 아르곤 가스를 공급하기 위한 가스 유동은 약 10 sccm/L 내지 약 45 sccm/L, 예를 들어 약 15 sccm/L 내지 약 40 sccm/L, 또한 예를 들어 약 20 sccm/L 내지 약 36 sccm/L의 유량으로 제공될 수 있다. 일 실시예에서, 수소 가스는 약 21.42 sccm/L로 제공될 수 있고 또는 아르곤 가스가 약 35.7 sccm/L로 제공될 수 있다. 처리 프로세스를 실시하기 위한 RF 전력이 약 25 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2, 예를 들어 약 60 milliWatts/cm2 로 샤워헤드로 제공될 수 있을 것이고, 수소 처리의 경우에는 10 milliWatts/cm2 내지 약 250 milliWatts/cm2, 예를 들어 약 80 milliWatts/cm2 이고 그리고 아르곤 처리의 경우에는 약 25 milliWatts/cm2 일 수 있을 것이다.
엣지 시이머 모듈 디자인 및 프로세스
도 1 및 도 2a를 참조하면, 가변적인 크기의 기판(302)의 모두 4개의 엣지 상의 엣지 제거 영역(380)(도 3c)에 부착된 물질을 제거하기 위해서, 기판 표면 및 엣지 준비가공 단계(126) 중에 실시되는 프로세싱 시퀀스 및 엣지 제거 모듈(226)이 일반적으로 이용된다. 이러한 프로세스에서 제거되는 물질은 연성 금속 물질 층 및 경질 TCO 및 실리콘 함유 층을 포함할 수 있을 것이며, 상기 물질들은 통상적인 벨트 타입 물질 제거 장치의 수명을 크게 감소시키는 것으로 알려졌는데 이는 벨트 표면의 마모 부분 상에 연성 물질이 축적되어 벨트의 절삭 능력을 떨어뜨리기 때문이다. 이렇게 엣지 제거 영역(380)에서 제거된 물질은 태양 전지(300) 내의 활성 셀의 전기적 절연을 제공한다. 추가적으로, 엣지 제거 영역(380)은 전기적 절연을 제공하고, 그리고 외부 분위기의 침식으로 인해서 형성된 태양 전지 소자의 활성 영역의 조기 저하를 방지하기 위해서 신뢰성 있는 시일이 형성될 수 있는 영역을 생성한다.
도 8a는 엣지 제거 모듈(226)의 일 실시예의 평면도이다. 유입구 컨베이어(851)가 유리 기판을 제 1 엣지 제거 스테이션(852)으로 이송한다. 이러한 제 1 스테이션에서, 유리 기판의 2개의 대향하는 측부 엣지들이 프로세싱되고, 그로부터 물질이 제거된다. 다음에, 유리는 교차 이송 스테이션(853)으로 도입된다. 이러한 지점에서, 유리 기판은 제 2 엣지 제거 스테이션(854)으로 공급된다. 이러한 스테이션에서, 유리 기판의 남아 있는 2개의 대향 측부 엣지들이 프로세싱되고, 물질이 그로부터 제거된다. 이러한 지점에서, 기판 표면 및 엣지 준비가공 단계(126)가 완료되고, 그리고 전술한 바와 같은 추가적인 프로세싱을 위해서 태양 전지 소자가 엣지 제거 모듈(226)로부터 제거된다.
도 8b는 본 발명에 따른 물질 제거 장치(800)의 일 실시예를 부분적으로 도시한 도면이다. 일반적으로, 물질 제거 장치(800)는 장착 구조물(180), 모터(812), 모터 풀리(814), 그라인딩 휘일 풀리(816), 그라인딩 휘일(818), 및 가드 유닛(820)을 포함한다. 통상적으로, 장착 구조물(810)은 이하에서 설명하는 바와 같이 제 1 엣지 제거 스테이션(852) 또는 제 2 엣지 제거 스테이션(854) 내의 교차(cross) 부재에 장착된다. 장착 부재(810)는 수직 조정 부재(822), 수평 조정 부재(824), 및 각도 정렬 부재(826)를 포함할 수 있다. 수직 조정 부재(822), 수평 조정 부재(824), 및 각도 정렬 부재(826)의 예시적인 실시예에는, 예를 들어 개략적인 및 미세적인(coarse and fine) 나사식 조정 나사와 같은 이중(dual) 조정 기구를 포함할 수 있을 것이다. 수직 조정 부재(822), 수평 조정 부재(824), 및 각도 정렬 부재(826)는 태양 전지 소자의 엣지 제거 영역(380)(도 3c-3d) 및 시밍가공을 위한 물질 제거 장치(800)의 초기 정렬을 셋팅하기 위해서 이용될 수 있을 것이다.
물질 제거 장치(800)에 포함될 수 있는 다른 것으로는 일정 압력 부재(828)가 있다. 그라인딩 휘일(818)이 태양 전지 소자의 두께에 관계 없이 또는 두께 변동에 관계 없이 엣지 제거 프로세스 동안에 태양 전지 소자 상으로 일정한 하향 압력을 제공할 수 있게 보장하기 위해서, 일정 압력 부재(828)는 스프링 및 댐퍼의 기계식, 공압식, 또는 유압식 시스템을 포함할 수 있을 것이다. 그에 따라, 물질 제거 장치(800)는 기판의 두께 변화나 두께에 관계없이 태양 전지 소자의 상부 표면으로부터 동일한 양의 물질을 제거할 수 있을 것이다. 이러한 구성에서, 기판 두께의 변동이나 실제 기판 두께에 무관한 일정 하향 압력을 인가하는 것은 그라인딩 휘일(818)의 마모를 자동적으로 보상하는데 있어서도 유용할 것이다.
도 8c는 제 1 엣지 제거 스테이션(852) 및 제 2 엣지 제거 스테이션(854)의 일 실시예의 일부를 도시한 도면이다. 이러한 실시예에서, 제 1 엣지 제거 스테이션(852) 또는 제 2 엣지 제거 스테이션(854)은 일반적으로 기판 컨베이어(841), 지지 구조물(842), 제 1 고정형 그라인딩 휘일 장치(844), 제 2 고정형 그라인딩 휘일 장치(845), 제 1 이동형 그라인딩 휘일 장치(846), 및 제 2 이동형 그라인딩 휘일 장치(847)를 일반적으로 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 고정형 그라인딩 휘일 장치(844), 제 2 고정형 그라인딩 휘일 장치(845), 제 1 이동형 그라인딩 휘일 장치(846), 및 제 2 이동형 그라인딩 휘일 장치(847)는 도 8b에 도시된 물질 제거 장치(800)를 각각 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 제 1 및 제 2 그라인딩 휘일 장치(844 및 845)는 지지 구조물(842)의 일 단부에 고정될 수 있다. 이동형 그라인딩 휘일 장치(846 및 847)는 지지 구조물(842)의 대향 단부들에 배치될 것이다. 작동 중에, 태양 전지 소자의 폭은 이동형 그라인딩 휘일 장치(846, 847) 중 하나 또는 양자에 배치된 위치 센서(848)를 통해서 감지될 수 있다. 이어서, 이동형 그라인딩 휘일 장치(846 및 847)가 태양 전지 소자의 상부 표면 엣지로부터 적절한 양의 물질을 제거할 수 있는 위치에 있도록, 이동형 그라인딩 휘일 장치(846 및 847)의 측방향 위치가 시스템 제어부(290)에 의해서 조정될 수 있을 것이다. 그에 따라, 제 1 엣지 제거 스테이션(852) 또는 제 2 엣지 제거 스테이션(854)을 이용하여 기판 폭에 관계없이 기판(302)의 상부 표면 엣지 상의 엣지 제거 영역(380)으로부터 물질을 제거할 수 있을 것이다.
표면 준비가공 및 엣지 준비가공 단계(126) 에서 적절한 정렬을 보장하기 위해서 이동형 그라인딩 휘일 장치(846 및 847)가 독립적으로 제어될 수 있고 또는 함께 커플링될 수 있다는 것을 인식하는 것이 중요하다. 또한, 이러한 이중 휘일 구성체가 도 8c에 도시된 바와 같이 단일 지지 구조물에 장착될 수 있을 것이고, 또는 다른 것(들)과 독립적으로 작용할 수 있는 둘 또는 셋 이상의 휘일을 가지는 이중 지지 구조물(도시하지 않음)이 이용될 수도 있을 것이다.
또한, 이러한 이중 그라인딩 휘일 구성은 2 단계 엣지 제거 프로세스에서 유리하게 이용될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 제 1 휘일이 태양 전지 소자의 상부 표면으로부터 코팅된 물질의 층을 제거하고, 제 2 휘일이 유리 기판의 표면으로부터 잔류 물질을 제거하여 표면 몰리싱이 가능하게 할 수 있을 것이다. 그에 따라, 필름 적층물이 완전히 제거되고, 그리고 추후의 라미네이션에 필요한 적절한 표면 조도(roughness)가 엣지 제거 영역 제공된다. 다른 실시예에서, 각 휘일이 특정 물질을 제거할 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 휘일의 특성을 조정하여 원하는 물질만을 효과적으로 제거하게 할 수 있다. 본원 명세서에서 설명된 하나 또는 둘 이상의 실시예와 함께 이용될 수 있는 예시적인 시밍가공 장치가 2004년 1월 24일자로 출원된 미국 가명세서 출원 61/023,214, 그리고 2008년 3월 7일자로 출원된 미국 가명세서 출원 61/034,931에 개시되어 있으며, 상기 출원들은 모두 참조로서 본원 명세서에 포함된다.
일 실시예에서, 기판 표면 및 엣지 준비가공 단계(126) 중에 실시되는 프로세싱 시퀀스 및 엣지 제거 모듈(226)이 레이저 엣지 제거 모듈을 이용하여 실시된다. 이러한 구성에서, 펄스형 또는 연속형 파장의 레이저가 엣지 제거 영역(380)에 걸쳐 래스터링되어(rastered) 부착 물질을 제거한다.
엣지 제거 모듈(226)의 일 실시예에서, 희망하는 양의 물질이 제거되었는지를 확인하기 위해서, 품질 보증 테스트가 엣지 제거 영역(380) 상에서 실시된다. 일반적으로, 품질 보증 테스트는, 비제한적인 예를 들어, 기판 표면 상의 물질의 전도도를 측정하는 것, 맴돌이 전류 측정 기술, 광학적 감지 기술(예를 들어, 빛 반사, 산란, 및/또는 흡수 측정 기술)을 포함할 수 있으며, 또는 비전 시스템(예를 들어, 카메라)이 엣지 제거 영역(380)의 청정도를 모니터링하고 감지하도록 위치될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 도 17에 도시된 바와 같이 둘 또는 셋 이상의 콘택 프로브(1711) 및 전도도 측정 시스템(1710)을 이용하여 엣지 제거 영역(380)의 부분들의 전도도를 감지할 수 있다. 하나의 구성에서, 프로브(1711)들 사이에서 전류 또는 전압이 통과하고, 이는 전도도 측정 시스템(1710)에 의해서 감지되어 엣지 제거 영역(380) 내에 잔류하는 물질의 전도도를 특성화한다. 일 실시예에서, 프로브(1711)가 엣지 제거 영역(380) 내의 여러 지점에 위치되어 각 영역에서 원하는 양의 물질이 제거되었는지를 확인한다. 만약 품질 보증 테스트들 중 하나 또는 둘 이상에서 엣지 제거 프로세스가 만족스럽게 완료되지 못하였다는 것이 감지되면, 시스템 제어부(290)는 기판을 다시 프로세싱하도록 이송하거나 또는 폐기물 수집 장치로 이송할 수 있을 것이다.
본딩 와이어 부착 모듈 디자인 및 프로세스
전술한 바와 같이, 단계(131) 즉, 본딩 와이어 부착 단계 동안에, 도 9c의 프로세싱 시퀀스(980)에 도시된 바와 같은 하나 또는 둘 이상의 프로세스 단계들이 실시되어 태양 전지가 다른 외부 장치에 용이하게 그리고 시스템적으로 연결되어 생산된 전력을 전달할 수 있도록 허용하는 전기 리드들을 형성한다.
도 9a-9b는 이하에서 설명하는 프로세싱 시퀀스(980)를 실시하는데 유용한 본딩 와이어 부착 모듈(231)의 하나 또는 둘 이상의 실시예를 도시한다. 도 9a는 이러한 모듈 내의 일반적인 성분들의 일부를 도시한 본딩 와이어 부착 모듈(231)의 평면도이다. 일반적으로, 본딩 와이어 부착 모듈(231)은 측부 버스 조립체(930), 교차 버스 조립체(910), 시스템 제어부(290), 및 기판 핸들링 시스템(920)을 포함한다. 소자 기판(303)은 경로(Aj)를 따라서 본딩 와이어 부착 모듈(231) 내로 이송되고, 이어서 교차 버스 조립체(910) 및 측부 버스 조립체(930)를 통과하고, 그리고 경로(A0)를 따라서 본딩 와이어 부착 모듈(231)를 빠져나간다. 본원 명세서에서 설명되는 하나 또는 둘 이상의 실시예와 함께 이용될 수 있는 예시적인 본딩 와이어 부착 장치가 본원 명세서에서 참조하는 2008년 2월 27일자 미국 가명세서 특허 출원 61/032,005 [Atty. Dkt # 13160L]에 기재되어 있다.
일반적으로, 기판 핸들링 시스템(920)은 지지 트러스, 또는 지지 구조물(도시하지 않음)을 포함하며, 이하에서 설명하는 바와 같이, 그러한 지지 구조물은 프로세싱 시퀀스(980)를 실시하기 위해서 이용되는 다양한 성분들 밑에서 지지하고 유지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 기판 핸들링 시스템(920)은 통상적인 다수의 자동화된 컨베이어 벨트(921A)를 구비하는 컨베이어 시스템(921)을 포함하며, 상기 컨베이어 벨트는 본딩 와이어 부착 모듈(231)을 통해서 형성된 소자 기판(303)을 제어된 그리고 자동화된 방식으로 정위치시키고 이동시키는데 이용된다.
일 실시예에서, 컨베이어 시스템(921)은 또한 기판 정렬 및/또는 본딩 프로세스 동안에 기판 표면이 최소한으로 접촉되고 마모되는 상태로 태양 전지가 지지, 이동 및 정위치될 수 있게 허용하는 자동화된 컨베이어 벨트(921A)에 인접하여 위치되고 지지 구조물 상에 장착되는 다수의 무마찰 지지 요소(921B)를 포함한다. 하나의 구성에서, 통상적인 자동화된 컨베이어 벨트(921A)는 태양 전지가 자동화된 컨베이어 벨트(921A)의 이동에 의해서 무마찰 지지 요소(921B)로부터 및/또는 지지 요소 상으로 제거 및/또는 배치될 수 있게 허용하는 이동형 구조물 상에 장착된다. 무마찰 지지 요소(921B)는 다수의 홀이 형성된 하나 또는 둘 이상의 플리넘 표면을 가지는 가스 수용 플리넘을 포함할 수 있다. 작동 중에, 홀들은 가스 수용 플리넘으로부터 플리넘 표면의 위쪽에 배치된 기판의 표면으로 가스(예를 들어, 공기, N2)를 공급하도록 구성된다. 그에 따라, 홀에 의해서 공급되는 가스는 플리넘 표면 위쪽에서 기판을 "무마찰식으로" 지지하는데 이용되고, 기판의 표면의 접촉 및 마모가 없이도 이동 및 정렬될 수 있을 것이다. 무마찰 지지 요소(921B)는 또한 자동화된 컨베이어 벨트 시스템을 이용하는 것에 대비하여 보다 정밀한 기판 이동 제어를 제공할 수 있는데, 이는 정렬(이하에서 설명하는 바와 같은, 단계 986 및 988) 중에 대형 기판을 X-방향 및 Y-방향으로 적은 양만큼 이동시키는것이 마찰력에 의해서 영향을 받지 않기 때문이다. 일 실시예에서, 기판 핸들링 시스템(920)은 또한 기판을 정렬시키고 정위치시키며 및/또는 본딩 와이어 부착 모듈(231)을 통해서 이동시키는데 이용되는 다양한 종래의 파지(gripping) 부재를 포함할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 기판 핸들링 시스템(920)은 또한 비전 시스템(926)을 포함하며, 그러한 비전 시스템은 측부 버스 조립체(930) 및 교차 버스 조립체(910)의 요소들에 대해서 형성된 태양 전지의 활성 영역들을 정확하게 정렬시키는데 이용되며, 그에 따라 측부-버스(355)(도 3c) 및 교차-버스(356)이 형성된 태양 전지 소자 상에 정확하게 위치될 수 있을 것이다. 일반적으로, 비전 시스템(926) 및 시스템 제어부(290)는 비전 시스템(926) 내의 하나 또는 둘 이상의 카메라에 대해서 상대적으로 소자 기판(303)을 이동시킴으로써 그러한 소자 기판(303) 상에서 하나 또는 둘 이상의 피쳐(features)를 발견하도록 구성된다. 일반적으로, 비전 시스템(926)은 하나 이상의 카메라 그리고 표면 스캐닝에 의해서 소자 기판(303) 상에서 발견되는 피쳐의 위치를 위치결정하고, 통신하며, 그리고 저장하는 다른 전자적 성분들을 포함한다. 예를 들어, 비전 시스템(926)은 유리 기판 상에 부착된 층들 내에 형성된 다양한 스크라이브된 피쳐들(예를 들어, 단계 108, 114 및 120 에서의 레이저 스크라이브)을 발견하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 단계(102)에서 수용되는 유리 기판의 허용 오차로 인해서, 스크라이브 마크의 위치는 유리 기판의 하나 또는 둘 이상의 엣지에 대해서 변화될 수 있으며, 그에 따라 그러한 변동성(variability)이 버스 와이어(예를 들어, 측부-버스(355) 및 교차-버스(356))의 배치 및 태양 전지 형성 프로세스의 소자 수율에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 소자 기판(303) 상의 희망하는 피쳐들이 비전 시스템(926)에 의해서 발견되면, 태양 전지는 측부-버스(355) 및 교차-버스(356)가 스크라이브 라인에 대해서 희망하는 상대적 위치에 정위치될 수 있도록 기판 핸들링 시스템(920) 내의 하나 또는 둘 이상의 성분들의 이용에 의해서 재배치될 수 있을 것이다.
일반적으로, 측부 버스 조립체(930)는 2 개의 플럭스 분배 모듈(932), 2개의 납땜 모듈(933), 및 2개의 측부 버스 부착 요소(931A, 931B)를 구비하며, 상기 측부 버스 부착 요소는 태양 전지 소자(300)가 본딩 와이어 부착 모듈(231)을 통해서 방향("Aj")을 따라 이동할 때 그 태양 전지 소자 상에 2개의 측부-버스(355)(도 3c) 요소를 실질적으로 동시에 형성한다. 작동 중에, 측부 버스 조립체(930)는 후방 콘택 층(단계 118)의 희망 영역 상에 플럭스 물질을 분배하기 위해서 이용되고, 이어서 소자 기판(303)의 대향 엣지들 상에 그리고 분배된 플럭스의 일부에 위쪽에 측부-버스(355)(예를 들어, 금속 스트립)를 일반적으로 동시에 부착하고, 이어서 측부-버스(355)를 후방 콘택 층(350)으로 융합시킨다. 일 실시예에서, 희망하는 피치로 배치된 다수의 단속적인(discrete) 땜납 지점(934B)(도 9b)들을 이용하여 측부-버스(355)를 후방 콘택 층(350)에 융합시킨다.
도 9b는 측부 버스 부착 요소(931A, 931B)들 중 하나의 일부와 납땜 모듈(933)을 도시한 측면도로서, 기판이 방향("Aj")을 따라서 순차적으로 인덱싱될 때 또는 연속적으로 이동될 때 소자 기판(303)의 표면 상에 측부-버스(355)를 부착하는데 이용되는 요소들을 도시하고 있다. 작업 중에, 측부-버스(355) 물질 또는 금속 리본의 소정 길이가 공급 그리퍼(935) 및 롤러(936)에 의해서 정위치되며, 그에 따라 본딩 조립체(934) 내의 다수의 단속적인 땜납 지점(934B)이 측부-버스(355)의 길이를 따른 다양한 지점을 국부적으로 가열시켜 측부-버스(355) 물질과 후방 콘택 층(350) 사이에 다수의 전기적 커넥션을 형성한다. 일 실시예에서, 6개의 본딩 조립체(934)가 수직으로 위치됨으로써 하나 또는 둘 이상의 수직 액츄에이터(934A)의 이용에 의해서 다수의 땜납 지점(934B)이 측부-버스(355)와 동시에 접촉할 수 있게 수직으로 위치될 수 있다. 둘 또는 셋 이상과 같은 다수의 땜납 지점(934B)을 한번에 이용하는 것은 본딩 와이어 부착 모듈(231)의 생산성 개선에 도움이 될 것인데, 이는 그러한 것이 버스 라인(들)의 긴 길이를 한꺼번에 부착할 수 있기 때문이다. 버스 라인의 긴 길이를 부착하는 것은 측부-버스(355) 및 후방 콘택 층(350)을 각각의 본딩된 영역에서 양호한 전기적 커넥션을 형성하는데 필요한 온도까지 가열하는데 필요한 시간이 미치는 영향을 최소화한다. 접합된 영역들은 본딩 조립체(934)로부터 측부-버스(355) 및 후방 콘택 층(350)으로 전달되는 열의 인가에 의해서 일반적으로 형성된다는 점에 주목할 수 있을 것이다. 통상적으로, 본딩된 측부-버스(355) 내의 전기적 저항이 형성된 태양 전지 소자의 성능에 영향을 미치지 않도록, 방향("Aj")을 따른 각각의 땜납 지점(934B)들 사이의 거리가 정해진다. 일 실시예에서, 땜납 지점(934B)들은 약 10 mm 내지 50 mm의 거리로 이격된다. 일 실시예에서, 납땜 모듈(933)은 또한 다수의 냉각 노즐(도시하지 않음)을 포함하며, 그러한 냉각 노즐은 본딩 프로세스를 실시한 후에 땜납 지점(934B)들이 측부-버스(355) 표면으로부터 분리되기에 앞서서 각각의 본딩된 영역들로 냉각 유체(예를 들어, 상온 가스)를 전달하도록 위치된다.
일반적으로, 교차 버스 조립체(910)는 태양 전지(300)의 표면 상에 교차-버스(356) 커넥션 및 절연 물질(357)(도 3c)을 부착하기 위해서 이용된다. 일반적으로, 교차 버스 조립체(910)는 모션 조립체(914), 분배 조립체(916), 및 물질 공급 조립체(915)를 포함한다. 교차-버스(356) 요소들이 후방 콘택 층(350)의 표면 상에 부착될 수 있도록, 모션 조립체(914)는 교차 방향("BC")(즉, ±Y-방향)을 따라 분배 조립체(916)를 이동 및/또는 정위치시키는데 일반적으로 이용된다. 모션 조립체(914)는 일반적으로 시스템 제어부(290)로부터 전송된 명령어들을 이용하여 분배 조립체(916)의 운동을 제어하기 위해서 이용되는 통상적인 액츄에이터를 포함한다. 교차-버스(356) 요소가 태양 전지(300)의 활성 영역들을 단락시키는 것을 방지하기 위해서, 전기적 절연 특성을 가지는 절연 물질(357)이 교차-버스(356) 아래쪽에 위치된다.
일반적으로, 분배 조립체(916)는 물질 공급 조립체(915)로부터 교차-버스(356) 및 절연 물질(357)을 각각 수용하는 교차-버스 물질 분배 조립체(918) 및 절연 물질 분배 조립체(917)를 포함한다. 일 실시예에서, 일 측부가 하나 또는 둘 이상의 롤러와 같은 도포 요소를 이용하여 소자 기판(303)의 표면 상에 부착될 수 있도록 그리고 교차-버스(356)가 롤러와 같은 도포 요소를 이용하여 절연 물질(357) 표면에 부착될 수 있도록, 절연 물질(357)이 양 측부 상에 부착되는 물질과 같은 접착력을 가진다.
도 1 및 도 9a-9c를 참조하면, 단계(131)에서, 일련의 서브-시퀀스 단계들 또는 프로세싱 시퀀스(980)를 이용하여 본딩 와이어 부착 프로세스를 완성한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 정크션 박스 및 기타 외부 장치들이 태양 전지의 작동 중에 생성되는 전력을 수용할 수 있도록 태양 전지에 전기적으로 연결하기 위한 장치 및 방법을 포함할 수 있을 것이다. 도 9c는 프로세싱 시퀀스(980)에 포함되고 태양 전지 소자들을 형성하기 위해서 이용되는 다수의 단계(즉, 단계 982-996)를 포함하는 프로세싱 시퀀스(980)의 일 실시예를 도시한다. 프로세싱 시퀀스의 구성, 프로세싱 단계의 수, 프로세싱 시퀀스(980)에서의 프로세싱 단계들의 순서(order), 및 본원 명세서에서 설명된 프로세싱 시퀀스(100)의 프로세스 시퀀스(980) 단계들의 순서는 본원 명세서에서 설명된 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 할 것이다.
일반적으로, 프로세스 시퀀스(980)는 단계(982)에서 시작되고, 그러한 단계에서 하나 또는 둘 이상의 소자 기판(303)이 로봇 장치에 의해서 본딩 와이어 부착 모듈(231)의 입력부로 이동되며, 그에 따라 자동화된 컨베이어 벨트(921A)가 태양 전지를 수용하고 정위치시킨다. 자동화된 컨베이어 벨트(921A)는 단계(102-130)를 따라서 프로세싱된 다수의 기판을 수용하도록 구성될 수도 있을 것이다. 기판들의 이동은 시스템 제어부(290)로부터 자동화된 컨베이어 벨트(921A)로 커플링된 하나 또는 둘 이상의 구동 기구로 전송된 명령어들에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
다음 단계에서 즉, 단계(984)에서, 기판의 선단 엣지가 기판 핸들링 시스템(920) 내의 통상적인 위치 센서(도시하지 않음)에 의해서 감지될 때까지, 기판이 자동화된 컨베이어 벨트(921A)를 따라서 이동된다. 일반적으로, 선단 엣지는 이동 방향("Aj")(도 9a)에 수직인 태양 전지의 엣지이다.
다음 단계 즉, 단계(986)에서, 기판은 다수의 무마찰 지지 요소(921B) 내에 형성된 다수의 홀을 통해서 유동하는 가스에 의해서 생성된 가스 쿠션 상으로 하강된다. 기판이 가스 쿠션 상에 위치되면, 기판 핸들링 시스템(920) 내의 통상적인 선형 액츄에이터(도시하지 않음)를 이용하여 기판을 X-축 및 Y-축 기준 표면/요소에 대해서 정렬시킨다.
다음 단계 즉, 단계(988)에서, 기판 상에 형성된 피쳐들과 본딩 와이어 부착 모듈(231) 내의 자동화된 성분들 사이에서 정확한 위치결정 및 정렬이 이루어진다. 일 실시예에서, 스크라이브 라인(354)(도 3c)의 X-방향, Y-방향, 및 각도방향이 본딩 와이어 부착 모듈(231) 내의 자동화 성분들에 대해서 상대적으로 정렬된다. 기판(W)의 X-방향, Y-방향, 및 각도방향 정렬은 시스템 제어부(290)에 의해서 제어되는 자동화된 액츄에이터 및 비전 시스템(926)에 의해서 수집된 데이터를 이용하여 조정될 수 있을 것이다.
다음 단계 즉, 단계(990)에서, 태양 전지가 정렬되면, 기판은 통상적인 파지 요소(도시하지 않음)의 이용에 의해서 형상결합방식(positively)으로 유지된다. 파지 요소 또는 작동된 클램핑 기구가 기판의 일부를 파지하면, 기준 요소들이 태양 전지로부터 분리되고 후퇴된다. 일 실시예에서, 측부-버스(355) 및 교차-버스(356) 요소들이 후속 단계들에서 정확하게 배치될 수 있도록, 파지 요소들을 이용하여 본딩 와이어 부착 모듈(231)을 통해서 알고 있는 경로를 따라서 기판을 이동시킨다. 일 실시예에서, 비전 시스템(926)을 이용하여 파지 요소가 기판의 일부를 파지한 후에 태양 전지의 위치를 다시 체크함으로써 태양 전지가 여전히 희망하는 정렬 상태에 있는지를 확인한다.
다음 단계 즉, 단계(992)에서, 측부-버스(355)가 정위치되고 후방 콘택 층(350)에 대해서 본딩된다. 일 실시예에서, 각각의 측부-버스(355)가 이하의 단계들을 연속적으로 실시함으로써 후방 콘택 층(350)에 대해서 점증적으로 본딩된다: 즉, 후방 콘택 층(350)의 표면 상으로 플럭스 물질을 도포하는 단계, 상기 플럭스 물질의 위쪽에 측부-버스(355)를 도포하는 단계, 그리고 본딩 조립체(934)를 이용하여 상기 측부-버스(355)와 후방 콘택 층(350) 사이에서 단속적인 전기적 연결 지점들을 형성하는 단계를 실시한다. 일 실시예에서, 희망하는 방향("Aj")(도 9a 및 도 9b)을 따라서 태양 전지를 인덱싱하고 그리고 땜납 지점(934B)에 의해서 공급되는 열의 인가에 의해서 측부-버스(355)를 후방 콘택 층(350)에 본딩함으로써, 양 측부-버스(355)들의 점증적인 길이가 태양 전지의 대향 엣지들에 동시에 부착된다. 이러한 구성에서, 측부-버스(355)의 길이를 따라서 땜납 지점(934B)들이 일정한 간격을 가지도록 점증적인 길이가 설정될 수 있을 것이다.
다음 단계 즉, 단계(994)에서, 절연 물질(357) 및 교차-버스(356)가 태양 전지의 후방 콘택 층(350) 상의 희망 위치에 배치된다. 이러한 프로세스에서, 측부-버스(355)로부터 정크션 박스(370)(도 3c)로 전류를 공급하기 위해서 이용되는 리드를 형성하기 위해서, 절연 물질(357) 및 교차-버스(356)의 2 개의 길이가 태양 전지의 표면 상에 위치된다. 일 실시예에서, 단계(994)를 2개의 주요 단계로 분할할 수 있을 것이다. 첫 번째로, 교차-버스(356)가 태양 전지 조사의 활성 영역들을 단락시키는 것을 방지하기 위해서, 절연 물질(357)이 교차-버스(356)와 후방 콘택 층(350) 사이에 배치된다. 이러한 단계에서, 절연 물질 분배 조립체(917)를 이용하여 하나 또는 둘 이상의 희망 길이의 절연 물질(357)을 태양 전지의 표면 상으로 분배한다. 두 번째로, 교차-버스 물질 분배 조립체(918)를 이용하여 하나 또는 둘 이상의 희망 길이의 교차-버스(356)(예를 들어, 금속 스트립 물질)을 절연 물질(357)의 표면 상으로 분배한다. 두 번째로, 교차-버스 물질 분배 조립체(918)을 이용하여 하나 또는 둘 이상의 희망 길이의 교차-버스(356)(예를 들어, 금속 스트립)를 절연 물질(357)의 표면 상으로 분배한다. 일 실시예에서, 교차-버스(356)를 분배하는 프로세스는 일 측부 상에 접착제가 부착된 교차-버스(356)를 절연 물질(357)의 표면 상으로 프레싱하는 단계 이어서 원하는 길이가 위치되었을 때 교차-버스(356)를 컷팅하는 단계를 일반적으로 포함한다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 이러한 단계는, 각각의 측부-버스(355)를 통해서 태양 전지의 활성 영역들에 독립적으로 연결되는 2개의 전기적으로 절연된 리드가 형성될 수 있도록, 2 개의 길이의 교차-버스(356) 물질 및 2개의 길이의 절연 물질(357)이 소자 기판(303)에 부착될 것을 요구한다. 태양 전지의 크기 및 디자인을 기초로 하여 측부-버스(355), 교차-버스(356), 및 절연 물질(357)의 배치를 조정할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 시스템 제어부(290)로부터 수신되는 명령어들을 이용하여, 교차-버스(356) 및 절연 물질(357)의 위치 및 물리적 구성을 태양전지 별로(solar-cell-to-solar-cell) 자동적으로 조정할 수 있을 것이다.
단계(992)의 일 실시예에서, 단계(994)에서 절연 물질(357) 및 교차-버스(356)를 후방 콘택 층(350) 상으로 분배하는 프로세스가 단계(992)의 일부 중에 실시된다. 이러한 경우에, 절연 물질(357) 및 교차-버스(356)가 태양 전지의 표면에 도포되기에 앞서서, 측부-버스(355)의 일부가 후방 콘택 층(350)에 본딩된다. 다음에, 단계(994)가 완료된 후에, 단계(992)의 나머지가 실시되어 측부-버스(355) 형성 프로세스를 완성시킨다. 이러한 구성에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 땜납 지점(934B)에 의해서 생성된 하나 이상의 본딩 영역이 측부-버스(355)와 교차-버스(356) 사이에 형성되어 전류가 측부-버스(355)로부터 교차-버스(356)로 통과하여 흐를 수 있는 신뢰성 있는 전기적 커넥션을 형성하도록, 측부-버스(355)의 일부가 교차-버스(356)의 위쪽에 배치될 수 있을 것이다.
다음 단계 즉, 단계(996)에서, 단계(992) 및 단계(994)를 완료한 후에, 파지 요소가 태양 전지를 해제하고 그리고 자동화된 컨베이어 벨트(921A)가 상승되어 무마찰 지지 요소(921B)로부터 소자 기판(303)을 수용한다. 기판이 자동화된 컨베이어 벨트(921A)에 의해서 수용된 후에, 무마찰 지지 요소(921B)로 유동하는 가스가 차단되고 그리고 자동화된 컨베이어 벨트(921A)가 프로세싱 시퀀스(100) 내의 다음 모듈을 향해서 기판을 이동시킨다. 기판의 이동은 시스템 제어부(290)로부터 자동화된 컨베이어 벨트(921A)에 커플링된 하나 또는 둘 이상의 구동 기구로 전송된 명령어들에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
본원 명세서에서 설명된 하나 또는 둘 이상의 실시예와 함께 이용될 수 있는 예시적인 본딩 와이어 부착 모듈, 모듈 하드웨어 구성 및 본딩 와이어 부착 프로세스 시퀀스의 예가 본 명세서에서 참조하는 2008년 2월 27일자 미국 가명세서 특허 출원 61/032,005에 개시되어 있다.
본딩 모듈 디자인 및 프로세스
전술한 바와 같이, 단계(134) 중에, 또는 라미네이션 단계 중에, 후방측부 유리 기판을 단계(102-132)에서 형성된 태양 전지 소자에 부착하여 본딩된 복합 태양 전지 구조물(304)(도 3d)을 형성하기 위해서, 하나 또는 둘 이상의 프로세스 단계들이 실시된다. 형성된 태양 전지의 유효 수명 중에 태양 전지가 조기에 성능저하되는 것을 방지하기 위해서, 단계(134)를 이용하여 태양 전지의 활성 요소들을 외부 분위기에 대해서 밀봉한다. 예시적인 본딩 모듈(234) 및 그 이용 방법이 본 명세서에서 참조하는 2008년 1월 25일자 미국 가명세서 특허 출원 61/023,739에 기재되어 있다.
도 10은 이하에서 설명하는 라미네이션 프로세스를 실시하는데 유용할 수 있는 본딩 모듈(234)의 하나 또는 둘 이상의 실시예를 도시한다. 도 10은 이러한 모듈 내의 공통되는 성분들의 일부를 도시하는 본딩 모듈(234)의 단면도이다. 일반적으로, 본딩 모듈(234)은 예열 모듈(1011), 라미네이션 모듈(1010), 시스템 제어부(290), 및 컨베이어 시스템(1022)을 포함한다. 일반적으로, 컨베이어 시스템(1022)은 소자 기판(303), 후방 유리 기판(361), 및 본딩 물질(360), 또는 이하에서 설명되는 복합 태양 전지 구조물(304)을 지지, 이동 및/또는 정위치시키도록 디자인된 다수의 지지 롤러(1021)를 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 태양 전지는 경로(Aj) 및 경로(A0)를 따라 본딩 모듈(234)내로 그리고 본딩 모듈(234)을 통해서 이송될 수 있다.
일반적으로, 예열 모듈(1011)은 다수의 지지 롤러(1021), 다수의 가열 요소(1001A, 1001B), 둘 또는 셋 이상의 온도 센서(예를 들어, 온도 센서 1002A, 1002B), 그리고 하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031A)를 포함한다. 다수의 지지 롤러(1021)는 복합 태양 전지 구조물(304)이 예열 모듈(1011)의 프로세싱 영역(1015) 내에 위치되는 동안에 그 복합 태양 전지 구조물(304)을 지지하도록 구성되고 그리고 정상 프로세싱 동안에 가열 요소(1001A, 1001B)에 의해서 생성되는 온도를 견디도록 구성된다. 일 실시예에서, 예열 모듈(1011)은 또한 프로세싱 동안에 공기 또는 질소(N2)와 같은 희망 유체 유동을 프로세싱 영역(1015)을 통해서 공급하는 유체 전달 시스템(1040A)을 포함한다.
통상적으로, 다수의 가열 요소(1001A, 1001B)는 시스템 제어부(290)에 의해서 제어되어 프로세싱 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)의 희망 영역들로 원하는 양의 열을 전달하는 램프(예를 들어, IR 램프), 저항형 가열 요소, 또는 기타 열 발생 장치이다. 일 실시예에서, 다수의 가열 요소(1001A)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 위쪽에 배치되고 그리고 다수의 가열 요소(1001B)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 아래쪽에 배치된다. 일 실시예에서, 가열 요소(1001A, 1001B)는 기판의 이송 방향에 실질적으로 수직으로 배향되고 그리고 램프에 의해서 전달되는 에너지는 프로세싱 영역(1015)을 통해서 연속적으로 이동됨에 따라 기판에 걸쳐 균일한 온도 프로파일을 생성한다.
압축 롤러(1031A)는 원하는 양의 힘(F)을 복합 태양 전지 구조물(304)로 제공하여 복합 태양 전지 구조물(304) 내의 모든 공기 기포가 제거될 수 있게 하고 그리고 복합 태양 전지 구조물(304) 내의 본딩 물질이 예열 프로세스 단계의 실시 이후에 균일하게 분포될 수 있게 한다. 압축 롤러(1031A)는 일반적으로 예열 모듈(1011)에서 충분히 가열된 후에 복합 태양 전지 구조물(304)을 수용하도록 구성된다.
도 10을 참조하면, 예열 모듈(1011)은 또한 예열 프로세스 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)의 영역들의 온도를 측정하도록 구성된 2개의 온도 센서(1002A, 1002B)를 포함한다. 온도 센서들은 통상적인 고온계(pyrometer)와 같은 비-접촉식 온도 센서, 또는 통상적인 접촉식 온도 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 예열 모듈(1011)은 프로세싱 동안에 또는 그 후에 복합 태양 전지 구조물(304)의 상부의 온도를 측정하도록 구성된 상부 온도 센서 및 복합 태양 전지 구조물(304)의 하부의 온도를 측정하도록 구성된 하부 온도 센서를 포함한다. 일 실시예에서, 복합 태양 전지 구조물(304)의 상부측과 하부측 사이의 온도 편차가 동일 위치에서 동시에 측정될 수 있도록, 상부 온도 센서(1002A) 및 하부 온도 센서(1002B)가 서로 상하로 배치된다.
일반적으로, 예열 프로세스 동안에, 복합 태양 전지 구조물(304)이 프로세싱 영역(1015)을 통과할 때 하나 또는 둘 이상의 가열 요소(1001A, 1001B)를 이용하여 복합 태양 전지 구조물(304)이 제어가능하게 가열된다. 일 실시예에서, 시스템 제어부(290) 그리고 기판의 상부에 위치된 하나 이상의 온도 센서(1002B) 및 기판의 바닥에 위치한 하나 이상의 온도 센서(1002B)를 이용하여, 하나 이상의 상부 가열 요소(1001A) 및 하나 이상의 하부 가열 요소(1001B)가 폐쇄 루프 제어된다. 기판이 예열된 후에, 하나 또는 둘 이상의 제어된 힘 발생 요소를 이용하는 하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031A)를 이용함으로써, 희망하는 힘이 예열된 기판의 하나 또는 둘 이상의 측부로 인가된다. 하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031A)에 의해서 제공되는 인가된 힘은 약 200 [N/cm] 내지 약 600 [N/cm]이다.
일반적으로, 라미네이션 모듈(1010)은 다수의 지지 롤러(1021), 다수의 가열 요소(1001C, 1001D), 둘 또는 셋 이상의 온도 센서(예를 들어, 온도 센서 1002C, 1002D), 그리고 하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031B)를 포함한다. 다수의 지지 롤러(1021)는 라미네이션 모듈(1010)의 프로세싱 영역(1016) 내에 배치되는 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)을 지지하도록 구성되고 그리고 정상적인 열처리 프로세싱 중에 도달하는 온도에 견딜 수 있도록 구성된다. 일 실시예에서, 라미네이션 모듈(1010)은 또한 프로세싱 동안에 프로세싱 영역(1016)을 통해서 희망 유체 유동을 전달하는데 이용되는 유체 전달 시스템(1040B)을 포함한다. 일 실시예에서, 유체 전달 시스템(1040B)은 시스템 제어부(290)로부터 전송된 명령어들을 이용하여 프로세싱 영역(1016) 내에 배치된 기판의 하나 또는 둘 이상의 표면을 가로질러 희망 공기 유동을 전달하도록 구성된 팬(fan) 조립체이다.
통상적으로, 다수의 가열 요소(1001C, 1001D)는 시스템 제어부(290)에 의해서 제어되어 프로세싱 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)의 희망 영역들로 원하는 양의 열을 전달하는 램프(예를 들어, IR 램프), 저항형 가열 요소, 또는 기타 열 발생 장치이다. 일 실시예에서, 다수의 가열 요소(1001C)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 위쪽에 배치되고 그리고 다수의 가열 요소(1001D)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 아래쪽에 배치된다. 일 실시예에서, 가열 요소(1001C, 1001D)는 기판의 이송 방향에 실질적으로 수직으로 배향되고 그리고 램프에 의해서 전달되는 에너지는 프로세싱 영역을 통해서 연속적으로 이동될 때 기판에 걸쳐 균일한 온도 프로파일을 생성한다.
하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031B)는 원하는 양의 힘(F)을 복합 태양 전지 구조물(304)(즉, 복합 구조물)로 제공하여 복합 태양 전지 구조물(304) 내의 모든 공기 기포가 제거될 수 있게 하고 그리고 복합 태양 전지 구조물(304) 내의 본딩 물질이 예열 프로세스 단계의 실시 이후에 균일하게 분포될 수 있게 한다. 압축 롤러(1031B)는 일반적으로 라미네이션 모듈(1010)에서 충분히 가열된 후에 복합 태양 전지 구조물(304)을 수용하도록 구성된다. 일 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 통상적인 전기식 또는 공압식 힘 발생 요소를 이용하여 압축 롤러(1031B)에 의해서 복합 태양 전지 구조물(304)의 양 측부로 힘(F)을 인가함으로써, 압축 롤러(1031B)의 쌍을 이용하여 기판으로부터 포획 공기를 제거할 수 있다.
도 10을 참조하면, 라미네이션 모듈(1010)은 또한 라미네이션 프로세스 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)의 영역들의 온도를 측정하도록 구성된 2개의 온도 센서(1002C, 1002D)를 포함한다. 온도 센서들은 통상적인 고온계와 같은 비-접촉식 온도 센서, 또는 통상적인 접촉식 온도 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 라미네이션 모듈(1010)은 프로세싱 동안에 또는 그 후에 복합 태양 전지 구조물(304)의 상부의 온도를 측정하도록 구성된 상부 온도 센서(1002C) 및 복합 태양 전지 구조물(304)의 하부의 온도를 측정하도록 구성된 하부 온도 센서(1002D)를 포함한다. 일 실시예에서, 복합 태양 전지 구조물(304)의 상부측과 하부측 사이의 온도 편차가 동일 위치에서 동시에 측정될 수 있도록, 상부 온도 센서(1002C) 및 하부 온도 센서(1002D)가 서로 상하로 배치된다. 일 실시예에서, 복합 태양 전지 구조물(304)의 여러 구역에서 상부 온도 및 하부 온도가 측정될 수 있도록, 온도 센서(1002C, 1002D)들의 쌍으로 이루어진 어레이가 복합 태양 전지 구조물(304)의 희망 구역의 위쪽에 배치된다.
그에 따라, 예열 프로세스를 실시한 후에, 라미네이션 프로세스가 라미네이션 모듈(1010)에서 실시된다. 라미네이션 프로세스 동안에, 복합 태양 전지 구조물(304)은 하나 또는 둘 이상의 가열 요소(1001C, 1001D)의 이용에 의해서 프로세싱 영역(1016)을 통과할 때 제어가능하게 가열된다. 일 실시예에서, 시스템 제어부(290) 그리고 기판의 상부에 위치된 하나 이상의 온도 센서(1002C) 및 기판의 바닥에 위치한 하나 이상의 온도 센서(1002D)를 이용하여, 하나 이상의 상부 가열 요소(1001C) 및 하나 이상의 하부 가열 요소(1001D)가 폐쇄 루프 제어된다. 기판이 예열된 후에, 하나 또는 둘 이상의 제어된 힘 발생 요소를 이용하는 하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031B)를 이용함으로써, 희망하는 힘이 예열된 복합 기판의 하나 또는 둘 이상의 측부로 인가된다. 하나 또는 둘 이상의 압축 롤러(1031B)에 의해서 제공되는 인가된 힘은 약 200 [N/cm] 내지 약 600 [N/cm]이다.
오토클레이브 모듈 디자인 및 프로세스
전술한 바와 같이, 단계(134)에서, 복합 태양 전지 구조물이 오토클레이브 모듈의 프로세싱 영역으로 삽입되고, 그러한 모듈에서 열 및 압력이 부분적으로 형성된 태양 전지로 인가되어 본딩 물질(360)과 후방 유리 기판(361), 기판(302) 또는 후방 콘택 층(350) 사이에 포획된 가스의 양을 감소시켜 포획 가스의 영역들을 통해서 주변 분위기가 태양 전지 소자의 일부분을 공격하는 것을 방지한다. 오토클레이브 프로세스는 기판(302), 후방 유리 기판 및 본딩 물질(360) 사이의 본드의 특성을 개선하기 위해서도 이용된다. 오토클레이브에서 실시되는 프로세스들은 또한 유리 및 본딩 층(예를 들어, PVB 층) 내의 응력을 제어하여 본딩/라미네이션 프로세스 동안에 유도되는 응력으로 인해서 유리의 파손 또는 기밀 밀봉의 파손을 방지하는데 있어서 유용하다.
도 11은 오토클레이브 모듈(236) 및 지지 설비의 측단면도이다. 일반적으로, 오토클레이브 모듈(236)은 베슬 조립체(1110), 하나 또는 둘 이상의 기판 랙(rack; 1120), 및 로딩 시스템(1130)을 포함한다. 일반적으로, 베슬 조립체(1110)는 유치 이동 장치(1111), 압축기(1112), 가열 유닛(1113), 냉각 유닛(1114), 및 베슬(1115)을 포함한다. 베슬(1115)은 프로세싱 동안에 프로세싱 영역(1117) 내에 배치된 복합 태양 전지 구조물(304) 및 기판 랙(1120)을 둘러싸도록 구성된 도어(1116)를 구비한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 도어(1116)는 베슬(1115)에 대해서 폐쇄 및 밀봉한다. 압축기(1112), 시스템 제어부(290) 및 압력 센서("P")를 조합하여 이용하여, 유체 펌프(1112A), 밸브(1112B), 및 릴리프 밸브(1112C)로부터의 고압 유체의 전달 및 방출을 제어함으로써, 오토클레이브 프로세스 동안에 프로세스 영역(1117) 내의 압력을 전달하고 능동적으로 제어한다. 일 실시예에서, 약 13 Bar 보다 높은 압력의 압축 공기를 프로세싱 동안에 오토클레이브 모듈(236)의 프로세싱 영역(1117)으로 제공하도록 압축기(1112)가 구성된다. 다른 실시예에서, 압력이 약 13 Bar 내지 약 15 Bar인 압축 공기를 프로세싱 동안에 프로세싱 영역(1117)으로 제공하도록 압축기(1112)가 구성된다.
오토클레이브 프로세스 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)의 온도를 제어하기 위해서, 시스템 제어부(290) 및 온도 센서("T")를 조합하여 이용함으로써, 가열 유닛(1113) 및 냉각 유닛(1114)에 포함된 성분들을 이용하여 프로세싱 영역(1117) 내에 배치된 복합 태양 전지 구조물(304)로 전달되는 열의 양을 제어한다. 일반적으로, 가열 유닛(1113)은 프로세싱 영역(1117) 내에 배치된 복합 태양 전지 구조물(304)과 열적으로 소통하는 다수의 가열 요소(1113B)(예를 들어, 열적으로 제어되는 저항형 가열 요소) 및 히터 제어부(1113A)를 포함한다. 유사하게, 냉각 유닛(1114)은 프로세싱 영역(1117) 내에 배치된 복합 태양 전지 구조물(304)과 열적으로 소통하는 냉각 유닛 제어부(1114A) 및 다수의 냉각 요소(1114B)를 포함한다. 냉각 요소(1114B)는 일련의 유체 함유 채널을 포함할 수 있으며, 그러한 채널 내에는 프로세싱 영역(1117) 내에 포함된 성분들을 냉각시키기 위해서 냉각 유닛 제어부(1114A)로부터 제공되는 유체 교환 매체가 제공된다. 일 실시예에서, 가열 요소(1113B) 및/또는 냉각 요소(1114B)가 프로세싱 영역(1117) 내에 배치되고 그리고 유체 이동 장치(1111)(예를 들어, 기계적인 팬)의 이용에 의해서 프로세싱 동안에 프로세싱 영역(1117) 내의 고압 가스의 이동에 의해서 공급되는 대류식 열 전달에 의해서 복합 태양 전지 구조물(304)의 내외로 열을 부가 및/또는 제거한다. 유체 이동 장치(1111)는 프로세싱 중에 프로세싱 영역(1117) 내의 유체로 운동을 제공하도록 그리고 또한 프로세싱 영역(1117)을 통해서 온도 변동을 감소시키도록 구성된다. 일 실시예에서, 프로세싱 영역 내의 온도는 약 140 ℃ 내지 약 160 ℃에서 약 1 내지 약 4 시간 동안 유지된다. 오토클레이브 프로세싱 온도, 압력, 및 시간은 이용되는 본딩 물질의 타입에 따라 달라질 것이고, 그리고 프로세스 변수들 중 하나 또는 둘 이상이 변화됨에 따라 달라질 것이다.
일반적으로, 로딩 시스템(1130)은 프로세싱의 전후에 베슬(1115)의 프로세싱 영역(1117)으로 하나 또는 둘 이상의 랙(1120)을 전달 및 제거하도록 구성된다. 일반적으로, 로딩 시스템(1130)은 랙(1120)을 베슬(1115)의 프로세싱 영역(1117) 내외로 자동화된 방식으로 이송하는데 이용되는 자동화된 물질 핸들링 장치(1131), 예를 들어, 컨베이어 또는 로봇 장치를 포함한다.
일반적으로, 하나 또는 둘 이상의 기판 랙(1120)은 프로세싱 동안에 복합 태양 전지 구조물(304)을 지지하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 영역 쉘프(shelves; 1121)를 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 기판 랙(1120)은 랙이 제조 라인(200) 내에서 용이하게 이동될 수 있게 하고 그리고 용이하게 위치될 수 있게 하는 휘일(1121A)을 포함한다. 복합 태양 전지 구조물(304)에 인가되는 압력 및 온도가 균일하도록 보장하기 위해서, 각각의 복합 태양 전지 구조물(304)은 희망 거리 만큼 이격된다. 일 실시예에서, 기판들이 동일한 프로세싱 조건을 가지도록 하기 위해서, 하나 또는 둘 이상의 스페이서(1122)가 양(both) 복합 태양 전지 구조물(304)들의 사이에서 그 구조물들과 접촉하도록 배치되어 인접한 복합 태양 전지 구조물(304)들 사이의 간격이 일정해지도록 한다. 일 실시예에서, 셋 또는 넷 이상의 스페이서가 인접한 복합 태양 전지 구조물(304)들 사이에 위치된다. 하나의 예에서, 스페이서(1122)들은 약 5 mm 내지 약 15 mm 간격으로 인접한 복합 태양 전지 구조물(304)들을 이격시키도록 구성된다.
일반적으로, 오토클레이브 모듈(236)은 본딩 모듈(234)의 다음에 위치된 자동화 장치(281)에 이송 연결되어(transferrably connected) 하나 또는 둘 이상의 형성된 복합 태양 전지 구조물(304)을 수용하고 그 구조물에 대해서 오토클레이브 프로세스를 실시한다. 또한, 프로세싱된 기판들이 하류 프로세싱 모듈들로 이송될 수 있도록, 오토클레이브 모듈(236)은 정크션 박스 부착 모듈(238)의 앞쪽에 위치하는 자동화 장치(281)에 이송 연결될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 본딩 모듈(234)을 떠나는 복합 태양 전지 구조물(304)은 기판 랙(1120)으로 이송되며, 그 랙은 프로세싱을 위해서 오토클레이브 모듈(236)로 이송되고, 그리고 이어서 프로세싱 후에 정크션 박스 부착 모듈(238)에 인접한 위치로 이송된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 다수의 기판 랙(1120)이 본딩 모듈(234) 이후에 배치된 자동화 장치(281)로부터 기판을 수용하도록 위치된다. 일 실시예에서, 로봇 장치(예를 들어, 자동화된 물질 핸들링 장치(1131))의 이용에 의해서 복합 태양 전지 구조물(304)을 본딩 모듈(234)의 이후에 배치되는 자동화 장치(281)로부터 이동가능한 기판 랙(1120)으로 이송하기 위해서, 하나 또는 둘 이상의 로봇(235A)(예를 들어, 6-축 로봇)이 배치된다. 유사하게, 일 실시예에서, 기판 랙(1120)은 오토클레이브 모듈로부터 로봇(235B)(예를 들어, 6-축 로봇)이 복합 태양 전지 구조물(304)을 기판 랙(1120)으로부터 정크션 박스 부착 모듈(238)의 앞쪽에 배치되는 자동화 장치(281)로 이송할 수 있는 지점까지 이동된다. 일 실시예에서, 기판 랙(1120)은 자동화된 방식으로 오토클레이브 모듈(236)의 내외로 이동될 수 있을 것이다. 일부 경우에, 인간의 간섭 필요성 및 그 간섭 정도를 최소화하는 것이 바람직하다.
정크션 박스 부착 모듈 디자인 및 프로세스
단계(138) 중에 실시되는 정크션 박스 부착 모듈(238) 및 프로세싱 시퀀스(1280)를 이용하여 정크션 박스(370)(도 3c)를 부분적으로 형성된 태양 전지 상에 설치한다. 설치된 정크션 박스(370)는 다른 태양 전지 또는 파워 그리드와 같은 형성된 태양 전지로 연결되는 외부 전기 성분들과 단계(131) 동안에 형성되는 교차-버스(356)의 단부와 같은 내부 전기 연결 지점들 사이의 경계부로서 작용한다. 일 실시예에서, 형성된 태양 전지가 다른 외부 장치에 용이하고도 시스템적으로 연결되어 생산 전력을 전달할 수 있도록, 정크션 박스(370)는 하나 또는 둘 이상의 연결 지점(예를 들어, 도 3c의 371, 372)을 포함한다. 예시적인 정크션 박스 부착 모듈(238) 및 그 이용 방법이 본 명세서에서 참조하는 2008년 1월 25일자 미국 가명세서 특허 출원 61/023,810에 기재되어 있다.
도 12a는 이하에서 설명하는 프로세싱 시퀀스(1280)를 실시하는데 유용할 수 있는 정크션 박스 부착 모듈(238)의 하나 또는 둘 이상의 실시예를 도시한다. 도 12a는 정크션 박스 부착 모듈(238) 내의 일반적인 성분들의 일부를 도시한 도면이다. 일반적으로, 정크션 박스 부착 모듈(238)은 메인(main) 구조물(120), 접착제 분배 조립체(1202), 포팅(potting) 분배 조립체(403), 정크션 박스 컨베이어 조립체(1204), 갠트리(gantry) 시스템(1205), 헤드 조립체(1206), 플럭스 분배 조립체(1212), 및 컨베이어 시스템(1201)을 포함한다. 메인 구조물(1200)은 프로세싱 시퀀스(1280)를 실시하는데 이용되는 여러 성분들을 지지하고 유지하도록 구성된 지지 트러스 또는 지지 구조물(1208)을 일반적으로 포함한다. 일 실시예에서, 컨베이어 시스템(1201)은 복합 태양 전지 구조물(304)이 정크션 박스 부착 모듈(238)을 통해서 배치되고 이송될 수 있도록 허용하기 위해서 지지 구조물(1208)에 장착되는 다수의 통상적인 컨베이어 벨트(1201A)를 포함한다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 태양 전지는 경로(Aj)를 따라서 정크션 박스 부착 모듈(238)내로 이송될 수 있고 그리고 경로(A0)를 따라서 정크션 박스 부착 모듈로부터 빠져나올 수 있다.
마찬가지로 지지 구조물(1208)에 의해서 지지되는 갠트리 시스템(1205)은 구조 성분(1205B) 및 자동화 하드웨어를 일반적으로 포함하고, 상기 자동화 하드웨어는 컨베이어 시스템(1201) 상에 위치된 태양 전지 기판의 위쪽으로 헤드 조립체(1206)를 이동시키고 위치시키기 위해서 이용된다. 갠트리 시스템(1205)은 서보모터 제어형 벨트 및 풀리 시스템과 같은 액츄에이터(1205A)를 포함할 수 있으며, 그러한 액츄에이터는 복합 태양 전지 구조물(304)의 위쪽에서 헤드 조립체(1206)를 제어가능하게 정위치시키도록 구성된다.
일반적으로, 정크션 박스 컨베이어 조립체(1204)는 작업자(operator) 또는 자동화된 공급 장치(1204A)로부터 하나 또는 둘 이상의 정크션 박스 성분(예를 들어, 정크션 박스(370) 및 정크션 박스 덮개(이하에서 설명함))를 수용하고, 이어서 자동화된 방식으로 정크션 박스 부착 모듈(238)의 수용 영역(1211)으로 전달하도록 구성된다. 하나 또는 둘 이상의 정크션 박스 성분들이 수용 영역(1211) 내에 위치되면, 헤드 조립체(1206) 성분들은 이러한 성분들을 수용, 제거 및 컨베이어 시스템(1201) 상에 위치된 복합 태양 전지 구조물(304) 상으로 위치시킬 수 있다. 일 실시예에서, 정크션 박스 컨베이어 조립체(1204)는 공급 장치(1204A)로부터 정크션 박스 성분들의 트레이(1210)를 수용하고 그리고 컨베이어 시스템(1204B)을 이용하여 그 트레이를 수용 영역(1211)으로 이동시키도록 구성된다. 일반적으로, 통상적인 컨베이어 시스템(1204B)은 시스템 제어부(290)으로부터 전성된 명령어들을 이용하여 공급 장치(1204A)로부터 수용된 성분들을 이동시키고 정위치시키도록 구성된다.
일반적으로, 접착제 분배 조립체(1202)는 접착제가 정크션 박스(370)의 실란트(sealant) 수용 표면 상에 배치될 수 있는 정크션 박스 부착 모듈(238)의 한 부분으로 고온 용융체(hot melt) RTV 접착제와 같은 접착제를 전달하도록 구성된 성분들을 포함한다. 일 실시예에서, 접착제 분배 조립체(1202)는 자동화되고 그리고 통상적인 저항형 가열 요소 및 가압 유체 전달 시스템을 이용하여 접착제 물질을 가열 및 분배하도록 구성된다. 가압 유체 전달 시스템은 가열된 접착제를 분배 헤드 조립체(1203A) 및 정크션 박스(370)로 전달하기 위해서 가압 가스 또는 다른 기계적인 수단을 이용할 수 있을 것이다. 태양 전지 제조 비용이 중요한 고려 사항이기 때문에, 자동화된 방식으로 접착제 물질을 정확하게 분배하는 것은 소자 수율을 개선할 수 있고, 형성된 소자 당 노동력 및 물질 비용을 절감할 수 있으며, 그리고 프로세스 결과를 보다 더 반복가능하게 만들 수 있을 것이다.
일반적으로, 플럭스 분배 조립체(1212)는 이하에서 설명하는 바와 같이 단계(1290) 중에 땜납 물질의 습윤성(wetting)을 개선하기 위해서 교차-버스(356)의 단부들과 정크션 박스내의 전기적 커넥션들 상으로 플럭스 물질이 부착될 수 있는 정크션 박스 부착 모듈(238)의 부분으로 플럭스 물질을 전달하도록 구성되는 성분들을 포함한다.
일반적으로, 포팅 분배 조립체(1203)는 갠트리 시스템(1205)의 이용에 의해서 복합 태양 전지 구조물(304) 및 정크션 박스(370)의 위쪽에 정확하게 배치된 분배 노즐(1227)을 이용하여 2 부분(part) RTV 물질과 같은 포팅 물질을 정크션 박스(370)의 내부 영역으로 전달하도록 구성된 성분들을 포함한다. 일반적으로, 정크션 박스(370)의 내부 영역은 정크션 박스(370)가 복합 태양 전지 구조물(304)에 대해서 밀봉가능하게 장착된 후에 형성된다. 일 실시예에서, 포팅 물질의 2 부분의 각각의 희망하는 양이 시스템 제어부(290)의 이용에 의해서 정크션 박스(370)의 내부 영역으로 동시에 전달된다. 포팅 물질은 일반적으로 형성된 태양 전지 소자의 유효 수명 중에 정크션 박스(370) 내의 전기 커넥션 및 태양 전지의 활성 영역들을 외부 공격으로부터 격리시키기 위해서 사용된다. 태양 전지 제조 비용이 중요한 고려 사항이기 때문에, 자동화된 방식으로 포팅 물질을 정확하게 분배하는 것은 소자 수율을 개선할 수 있고, 형성된 소자 당 노동력 및 물질 비용을 절감할 수 있으며, 그리고 프로세스 결과를 보다 더 반복가능하게 만들 수 있을 것이다.
헤드 조립체(1206)는 비전 시스템(1221), 로봇 그리퍼(1222), 써모드(thermode; 열패드) 조립체(1223), 및 덮개 후퇴 로봇(1226) 및 분배 노즐(1227)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 일 실시예에서, 헤드 조립체(1206)는 시스템 제어부(290) 및 액츄에이터(1205A)를 이용하여 갠트리 시스템(1205)의 길이를 따라 원하는 위치에 배치될 수 있을 것이다. 일반적으로, 헤드 조립체(1206)를 이동(y-방향 이동)시킬 수 있는 갠트리 시스템(1205)의 능력 및 태양 전지를 이동(x-방향 이동)시킬 수 있는 컨베이어 시스템(1201)의 능력을 이용하여 비전 시스템(1221)의 카메라를 태양 전지 소자에 걸쳐 스캐닝함으로써, 비전 시스템(1221) 및 시스템 제어부(290)는 형성된 태양 전지 소자(300)로부터 하나 또는 둘 이상의 피쳐를 발견하도록 구성된다. 일반적으로, 비전 시스템(1221)은 태양 전지 조사의 스캐닝에 의해서 형성된 복합 태양 전지 구조물(304) 내에서 발견되는 피쳐의 위치를 위치결정하고, 통신하며, 그리고 저장하는 다른 전자적 성분들을 포함한다. 예를 들어, 비전 시스템(1221)은 복합 태양 전지 구조물(304)의 후방 유리 기판(361) 내에서 발견되는 개구부 및 교차-버스(356)의 노출 단부의 부분의 위치를 찾기 위해서 이용될 수 있다.
태양 전지 상의 원하는 피쳐가 비전 시스템(1221)에 의해서 발견되면, 로봇 그리퍼(1222)에 의해서 수용되는 정크션 박스(370)가 복합 태양 전지 구조물(304) 상이 위치될 수 있고 그리고 전기 커넥션들이 용이하게 제조될 수 있을 것이다(이하에서 설명하는 단계 1290). 일반적으로, 로봇 그리퍼(1222)는 정크션 박스(370)를 수용, 유지 및 정위치시키도록 구성되는 작동형 로봇 그리핑 요소를 포함한다.
일반적으로, 써모드 조립체(1223)는 정크션 박스(370) 내의 전기 커넥션들과 교차-버스(356)(도 3c)의 단부들 사이의 양호한 전기적 커넥션을 형성하기 위해서 열을 전달하는데 이용되는 둘 또는 셋 이상의 열적 장치를 포함한다. 작업 중에, 정크션 박스(370) 내의 전기 커넥션들이 충분한 열을 받아서 교차-버스(356)의 단부 및/또는 전기 커넥션 상의 땜납 타입의 물질이 용융되어 견고한 전기적 커넥션을 형성할 수 있도록, 써모드 조립체(1223) 및 태양 전지(300)가 위치된다.
덮개 후퇴 로봇(1226)은 수용 영역(1211)으로부터 정크션 박스 덮개(370A)를 수용하고, 그리고 모든 전기 커넥션이 제조되고 그리고 포팅 물질이 정크션 박스(370)의 내부 영역 내에 위치된 후에 정크션 박스(370)의 위쪽에 그 덮개를 위치시키도록 디자인된다. 일반적으로, 써모드 조립체(1223)가 정크션 박스(370) 내의 전기 커넥션들로 접근할 수 있는 정크션 박스(370) 내에 형성된 개구부의 위쪽에 배치될 수 있도록, 덮개 후퇴 로봇(1226)은 정크션 박스 덮개(370A)를 수용하고 유지하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 진공 엔드-이펙터(end-effectors; 1226A)를 포함한다.
도 1 및 도 12a-12b를 참조하면, 단계(138)에서, 프로세싱 시퀀스(1280)를 이용하여 정크션 박스 부착 프로세스를 완료한다. 전술한 바와 같이, 형성된 태양 전지가 다른 태양 전지와 같은 다른 외부 장치에 용이하게 그리고 시스템적으로 연결되어 전력을 생산할 수 있도록, 본 발명의 실시예는 태양 전지의 연결 지점(들)을 형성하기 위한 장치 및 방법을 포함할 수 있다. 도 12b는 태양 전지 소자에 전기 커넥션을 형성하기 위해서 이용되는 다수의 단계(즉, 단계 1282-1294)를 포함하는 프로세스 시퀀스(1280)의 일 실시예를 도시한다. 프로세스 시퀀스(1280)의 구성, 프로세싱 단계들의 수, 및 프로세싱 단계들의 순서는 본원 명세서에 기재된 본 발명의 범위를 제한하지 않는 것으로 해석되어야 할 것이다.
일반적으로, 프로세스 시퀀스(1280)는 전술한 바와 같은 컨베이어 조립체(1204)를 이용하여 하나 또는 둘 이상의 정크션 박스(370) 및/또는 하나 또는 둘 이상의 정크션 박스 덮개(370A)가 정크션 박스 부착 모듈(238)의 수용 영역(1211)으로 이동되는 단계(1282)에서 시작된다.
다음 단계 즉, 단계(1284)에서, 정크션 박스(370)는 전술한 바와 같은 프로세스 시퀀스(100)의 단계(134) 및/또는 단계(136)를 통해서 프로세싱된 복합 태양 전지 구조물(304) 상에 설치되도록 준비된다. 단계(1284) 동안에, 고온 용융체 RTV와 같은 접착제 물질이 정크션 박스(370)의 실란트 수용 표면 상으로 부착된다.
다음 단계 즉, 단계(1286)에서, 갠트리 조립체(1205), 헤드 조립체(1206), 컨베이어 시스템(1201) 및 시스템 제어부(290)와 함께 조합된 비전 시스템(1221)을 이용하여 후방 유리 기판 내에 형성된 개구부 및 교차-버스(356)의 단부들을 찾도록 태양 전지를 스캐닝할 수 있다.
다음 단계 즉, 단계(1288)에서, 실란트 수용 표면 상의 접착제 물질이 후방 유리 기판(361) 내에 포함되는 개구부 주위의 시일(seal)을 형성할 수 있도록, 정크션 박스(370)는 컨베이어 시스템(1201) 상에 위치되는 복합 태양 전지 구조물(304) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 단계(1288) 동안에, 정크션 박스(370)는 로봇 그리퍼(1222)에 의해서 픽업되고, 그리고 단계(1286) 중에 비전 시스템(1221)에 의해서 수신되는 정보의 이용에 의해서 개구부 및 교차-버스(356)의 단부의 위쪽에 정확하게 배향되고 정위치된다. 일 실시예에서, 로봇 그리퍼(1222)는 설치 동안에 후방 유리 기판(361)의 표면에 대해서 접착제 물질 및 정크션 박스(370)를 가압하도록 구성된다.
다음 단계 즉, 단계(1290)에서, 정크션 박스(370) 내의 전기 커넥션 및 교차-버스(356)의 단부로 열을 전달하여 양호한 전기적 콘택을 형성하기 위해서 써모드 조립체(1223)가 정위치된다(X, Y 및 Z 방향).
다음 단계 즉, 단계(1292)에서, 정크션 박스(370)의 내부 영역은 헤드 조립체(1206) 내에 포함되는 분배 노즐(1227), 갠트리 시스템(1205), 컨베이어 시스템(1201), 및 시스템 제어부(290)의 이용에 의해서 원하는 양의 포팅 물질로 채워진다. 일반적으로, 형성된 태양 전지 소자의 수명 동안에, 단계(1290) 중에 형성되는 전기 커넥션 및 태양 전지의 활성 영역들을 외부 분위기의 공격으로부터 격리시키기 위해서, 폴리머 물질과 같은 포팅 물질이 일반적으로 이용된다.
마지막으로, 최종 단계 즉, 단계(1294)에서, 정크션 박스의 내부 영역이 외부 분위기로부터 보다 더 격리될 수 있도록, 정크션 박스 덮개가 정크션 박스(370) 상에 배치된다. 이러한 프로세스 시퀀스(1280)의 완료 후에, 태양 전지 소자는 소자 테스팅 모듈(240)로 이송되고, 그 곳에서 단계(140)가 실시될 수 있을 것이다.
예시적인 정크션 박스 부착 모듈(238) 및 그 이용 방법이 본 명세서에서 참조하는 2008년 1월 25일자 미국 가명세서 특허 출원 61/023,810 [Atty. Dkt # APPM 12961 L]에 기재되어 있다.
태양 시뮬레이터 모듈 디자인 및 프로세스
일 실시예에서, 소자 테스팅 모듈(240)은 하나 또는 둘 이상의 형성된 태양 전지의 출력을 테스트하고 품질평가하는데 이용되는 태양 시뮬레이터 모듈(1300)을 포함한다. 이러한 구성에서, 정크션 박스(370) 내의 정크션 박스 단자들(371, 372)(도 3c)과 전기적으로 접촉하도록 구성된 다양한 자동화된 성분들의 이용에 의해서 형성 태양 전지(300)의 출력을 측정하기 위해서, 발광 공급원(즉, 램프(들) 1330) 및 자동화된 프로빙 장치(즉, 프로빙 네스트 1305)를 이용하였다. 테스팅 동안에, 적어도 부분적으로 형성된 태양 전지(300)가 원하는 전기적 특성(예를 들어, 개방회로전압, 최대 전력, 단락 회로 전류, 효율)을 가진다는 것을 확인하기 위해서, 태양 전지(300)의 활성 영역(들)을 알고 있는 양의 원하는 파장 범위내의 빛 에너지에 노출시킨다. 만약 태양 시뮬레이터 모듈(1300)이 형성된 태양 전지(300)의 측정 출력 특성에서 결함을 탐지한다면, 시스템 제어부(290)는 교정 작업을 실시하거나 또는 태양 전지를 폐기 처분할 수 있을 것이다. 만약 형성된 소자의 출력이 사용자가 규정한 요건을 충족시킨다면, 후방 유리 기판(361)의 표면은 소자의 실제 측정된 전기적 특성 및 적어도 부분적으로 형성된 태양 전지(300)가 태양 전지 제조 프로세스 내의 다음 단계로 진행될 수 있다는 것을 나타내는 라벨을 부여할 수 있을 것이다. 본 발명의 일 측면에서, 둘 또는 넷 이상의 보다 작은 태양 전지 소자로 섹션화된 2.2 x 2.6 미터(예를 들어, Gen 8.5)의 형성된 태양 전지 소자와 같이 다수의 셀들을 한번에 테스트할 수 있다. 도 13a-13b는 태양 시뮬레이터 모듈(1300)의 여러 측면들에 대해서 도시한다.
일반적으로, 태양 전지 시뮬레이터는 프로브 네스트(1305), 램프(들)(1330), 갠트리(1320), 및 외장부(enclosure; 1312)를 포함한다. 하나의 구성에서, 도 13a-13b에 도시된 바와 같이, 외장부(1312)는 태양 시뮬레이터 모듈(1300)의 테스팅 영역(1313) 주위에 위치되며, 그에 따라 이탈광(stray light) 및 반사부들은 태양 전지(300)에 대해서 실시되는 테스팅 프로세스의 품질에 영향을 미치지 않게 된다. 이러한 구성에서, 태양 전지(300)는, 예를 들어, 도 13a-13b에 도시된 도면의 내부로 그리고 외부로 향하는 방향을 따라서 자동화 장치(281)의 이용에 의해서 태양 시뮬레이터 모듈(1300)의 테스팅 영역(1313) 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 외장부(1312) 외측의 빛이 테스팅 프로세스(도 13b)에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서 외장부(1312)의 벽(1314)들 중 하나 내에 형성된 개구부(1316)의 위쪽에서 작동 장치(예를 들어, 선형 모터, 공압 실린더)를 이용하여 자동화된 방식으로 배치되는 신축가능(retractable) 스크린(1315)의 이용에 의해서 테스팅 영역(1313)이 완전히 폐쇄될 수 있다. 신축가능 스크린(1315)은 균일한 빛, 일정한 세기, 테스트 반복성 및 테스트 신뢰성을 제공하기 위해서 램프(들)(1330) 및 부분적인 태양 전지(300)를 둘러싸는 테스팅 영역(1313)의 일부분을 형성한다.
일 실시예에서, 태양 전지(300)와 램프(들)(1330) 사이의 거리가 서로 약 4.4 내지 약 6.5 미터가 되도록 이격시키면서도 여전히 클래스 A 등급(Class A certification)을 달성할 수 있도록 테스팅 영역(1313)이 최적화된다. 테스팅 프로세스 동안에 램프(들)(1330)에 의해서 생성된 빛의 대부분이 태양 전지(300)에 의해서 수용될 수 있도록 하기 위해서, 외장부(1312)의 벽(1314)을 검은색 물질(예를 들어, 펠트)로 라이닝할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 태양 전지(300)의 전기적 특성들이 태양 시뮬레이터 테스팅 프로세스 동안에 측정될 수 있도록, 태양 전지 시뮬레이터 모듈(1300) 내의 전기적 성분들을 태양 전지의 정크션 박스(370) 내의 정크션 박스 단자(371, 372)에 연결하기 위해서 일반적으로 이용되는 프로브 네스트(1305)를 태양 시뮬레이터 모듈(1300)이 포함한다. 프로브 네스트(1305)는 일반적으로 4개 주요 성분들을 포함한다. 제 1 요소는 자동화 장치(281) 상에 배치되는 형성된 태양 전지(300)를 수용하고 그리고 형성된 태양 전지가 알고 있는 기준에 맞춰 정렬될 수 있게 하여 전기 커넥션이 정크션 박스 단자(371, 372) 내의 전기 커넥션 지점들에 대해서 용이하게 만들어질 수 있게 하는 정렬 기구이다. 태양 전지가 테스팅을 위해서 램프(들)(1330)에 대한 희망하는 상대적인 배향으로 능동적으로 배치될 수 있도록 그리고 이어서 테스팅 후에 자동화 장치(281)로 복귀될 수 있도록, 제 2 요소는 정렬된 태양 전지(300)를 수용하고 유지하는데 이용되는 갠트리(1320) 또는 자동화된 로봇 요소이다. 제 3 요소는 정크션 박스 단자(371, 372) 내의 전기 커넥션 지점들에 대한 신뢰가능한 연결을 허용하는 프로브 네스트(1305)이다. 마지막으로, 태양 전지(300)는 태양 전지가 태양 시뮬레이터 모듈(1300) 내의 여러 성분들 둘레로 정렬될 수 있는 기준 표면을 제공하는 하나 또는 둘 이상의 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 프로브 네스트(1305) 내의 프로빙 요소가 신뢰성 있게 삽입될 수 있도록 그리고 태양 전지(300)가 태양 전지 시뮬레이터 내에 정확하게 배치되고 유지될 수 있도록 태양 전지를 정렬하는데 이용되는 기준을 제공하는 하나 또는 둘 이상의 표면을 상기 정크션 박스(370)가 포함한다. 작업 중에, 프로브 네스트(1305) 내의 성분들을 이용하여 정크션 박스 단자(371, 372)를 위치시키고 그리고 프로브 작업을 하는데 이용될 뿐만 아니라 태양 전지의 온도를 감지하는데 이용되어 온도에 대한 판독값(readings)의 노멀라이제이션을 제공한다. 측정이 완료되면, 프로브 네스트(1305)가 분리되고, 태양 전지는 자동화 장치(281)로 다시 위치되며, 그곳에서 패널이 시스템으로부터 제거되는 동안에 라벨이 부착된다.
하나의 구성에서, 태양 시뮬레이터 모듈(1300)은 또한 램프(들)(1330)로부터 빛을 수용하도록 위치되는 기준 전지(reference cell; 1311)을 포함한다. 그러한 기준 전지(1311)는 램프(들)(1330)의 출력을 모니터링하고 제어하기 위해서 시스템 제어부(290)에 의해서 이용된다.
태양 시뮬레이터 모듈(1300)의 일 실시예에서, 램프(들)(1330)로부터 태양 전지(300)로 이동하는 빛의 경로가 실질적으로 수평이 되도록, 테스팅 프로세스 동안에 태양 전지(300)는 갠트리(1320)의 이용에 의해서 수직으로 배향된다. 수평인 빛의 경로는 서비스 편리성(serviceability)을 개선하는 것으로 믿어지는데, 이는 램프 고장시에 사용자가 전구 교체를 위해서 툴(tool)에 올라갈 필요가 없게 만들고, 그리고 툴의 전체 풋 프린트(foot print; 설치 면적)도 감소시키기 때문이다. 일 실시예에서, 갠트리(1320)는 아암(1321), 회전식 액츄에이터(1323), 기준 전지(1311), 및 기판 지지 요소(1322)를 포함한다. 기판 지지 요소(1322)는 아암(1321)에 커플링되고 그리고 테스팅 동안에 후방 유리 기판(361)의 부분들과 접촉하여 그 부분들을 유지하도록 구성되는 진공 파지 요소일 수 있다. 일반적으로, 회전식 액츄에이터(1323)는 램프(들)(1330)로부터 전달되는 빛을 수용하기 위해서 통상적인 기계적인 액츄에이터(도시하지 않음)의 이용에 의해서 자동화 장치(281)(도 13a)로부터 태양 전지(300)를 수용하고 태양 전지(300)를 원하는 배향(예를 들어, 도 13b에 도시된 수직 배향) 상태로 배향하도록 기판 지지 요소(1322)를 위치시키도록 구성된다.
통상적인 테스팅 구성에서는 테스팅 동안에 2.2 x 2.6 미터 크기의 태양 전지(300)의 경우에 6.5 미터 보다 큰 램프를 일반적으로 필요로 할 것이다. 수평적인 전달 빛 에너지 구성은 또한 태양 전지가 램프(들)(1330)에 대해서 보다 용이하게 정렬도리 수 있게 하고, 그에 따라 태양 전지 시뮬레이션 테스트의 결과를 보다 정확할 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 태양 시뮬레이터 모듈(1300)은 다수의 태양 전지(300)의 출력을 한번에 동시적으로 테스트 및 기록하도록 디자인된다. 그에 따라, 태양 시뮬레이터 모듈(1300)의 갠트리(1320) 디자인 및 프로브 네스트(1305) 디자인은 각각의 태양 전지(300) 상의 각각의 정크션 박스(370)들을 동시에 수용하도록 구성된다. 그에 따라, 다수 태양 전지 테스팅 구성은 제조 라인(200)이 대형의 태양 전지 소자를 형성할 수 있게 허용하고, 그러한 대형 태양 전지 소자는 보다 작은 태양 전지들로 섹션화될 수 있을 것이고 사용자의 개입 없이 자동화된 방식으로 동시에 테스트될 수 있을 것이다. 또한, 그러한 디자인은 태양 전지 시뮬레이터의 신뢰성, 생산량, 및 효율을 개선하고 그에 따라 태양 전지 형성 프로세스를 개선한다.
또한, 일 실시예에서, 태양 시뮬레이터 모듈(1300)은 테스팅 후에 각각의 테스트된 태양 전지(300)에 라벨을 부착하는 자동화된 라벨 장치를 포함한다. 일반적으로, 라벨은 각각의 형성된 셀, 태양 전지의 전기적 특성(예를 들어, 개방회로전압, 최대 전력, 단락 회로 전류, 효율), 그리고 안전 관련 정보에 대한 고유 시리얼 번호를 포함할 수 있을 것이다.
품질 보증의 예가 본원에 참조된 2008년 1월 10일자 미국 특허 가명세서 출원 61/020,304 (Attorney Docket No. APPM/012962L)에 개시되어 있다.
태양 파라메트릭 테스터 모듈 디자인 및 프로세스
도 1 및 도 2a를 참조하면, 일 실시예에서, 프로세싱 시퀀스(100)의 단계(140)는 부분적으로 형성된 태양 전지 소자의 일부분 상에 형성된 테스트 구조물 또는 여러 영역들을 테스트하고 분석하기 위해서 이용되는 단계(111 및 123)와 같은 다수의 테스팅 및 분석 단계를 포함한다. 일반적으로, 테스트 구조물은 제조 라인(200) 내에서 실행되는 프로세스에 관한 일부 정보를 제공하도록 디자인 것으로서, 기판(302) 상에 형성된 층 내에 또는 층 상에 형성된 스크라이브 지역 또는 영역일 수 있다. 본원 명세서에서 설명되는 하나 또는 둘 이상의 실시예와 함께 이용될 수 있는 형성된 테스트 구조물(1405)의 한 예가 도 14a에 도시되어 있다. 도 14a는 기판(302) 상의 부착 층들 내에 형성된 저항 테스터 구조물(1405) 내의 후방 콘택 층(350)의 전기적 특성을 측정하기 위해서 이용되는 측정 조립체(1461)를 도시한 도면이다. 도 14b는 본 발명의 실시예에 따른 테스트 구조물(1405)을 도시한 평면도이다. 테스트 구조물(1405)은 기판(302) 상에 부착된 TCO 층(310), 제 1 p-i-n 정크션(320), 및 후방 콘택 층(350)을 포함한다. 기판(302) 상에 형성된 형성 태양 전지(300)의 활성 부분들은 절연 홈(1431)에 의해서 테스트 구조물(1405)로부터 격리된다. 절연 홈(1431)은 기판(302) 상에 형성된 다른 활성 태양 전지로부터 격리하기 위한 절연 홈(381A-381C)(도 3e)을 형성하는데 이용되는 것과 동일한 물질 제거 프로세스 또는 스크라이빙 프로세스를 통해서 형성될 수 있을 것이다. 기판의 하나 또는 둘 이상의 영역에 형성될 수 있고 그리고 태양 전지 형성 프로세스의 품질 평가에 도움을 줄 수 있는 다른 타입의 테스트 구조물의 예가 본원에 참조된 2008년 4월 7일자 미국 특허 가명세서 출원 제 61/043,060에 개시되어 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 태양 전지 제조 라인(200)은 태양 파라메트릭 테스팅(SPT) 모듈(1400)을 포함할 수 있으며, 그러한 모듈은 태양 전지 형성 프로세스의 여러 처리단계(phase) 중에 자동화된 방식으로 태양 전지 소자의 여러 영역들을 테스트하고 분석하는데 이용된다. 비록 도 2a에서는 모듈이 태양 전지 제조 라인(200) 내의 자동화 하드웨어와 연결되지 않은 오프-라인 구성의 SPT 모듈(1400)을 도시하고 있지만, 이러한 구성이 본 발명의 범위를 제한하지는 않을 것이다. 또한, 일 실시예에서, SPT 모듈(1400)이 자동화된 방식으로 태양 전지를 수용하고 그리고 가능한 경우에 제조 라인으로 복귀시킬 수 있도록, SPT 모듈(1400)은 태양 전지 제조 라인(200) 내의 하나 또는 둘 이상의 자동화 장치(281)(예를 들어, 컨베이어, 기판 핸들링 로봇)에 이송가능하게 연결될 수 있을 것이다. 하나의 예에서, SPT 모듈(1400)은 세정 모듈(210)과 프로세싱 모듈(212) 사이에 위치된 자동화 장치(281)로부터 자동화된 방식으로 기판을 수용하도록 배치된다. 다른 예에서, SPT 모듈(1400)은 스크라이브 모듈(220)과 품질 보증 모듈(222) 사이에 위치된 자동화 장치(281)로부터 자동화된 방식으로 기판을 수용하도록 위치된다.
도 14c는 이하에서 설명하는 바와 같이 프로세스 시퀀스(1490)를 실시하는데 유용한 SPT 모듈(1400)의 하나 또는 둘 이상의 실시예를 도시한다. 도 14c는 시스템 제어부(290)와 통신하는 자동화 조립체(1420) 및 테스트 조립체(1410)를 포함하는 통상적인 SPT 모듈(1400)을 도시한다. 테스트 조립체(1410)는 지지 트러스 또는 지지 구조물(1411)을 일반적으로 포함하며, 그러한 지지 구조물은 시스템 제어부(290)로부터 전송된 명령어들을 이용하여 SPT 모듈(1400) 내에서 하나 또는 둘 이상의 테스트를 실시하기 위해서 이용되는 다양한 성분들을 지지 및 유지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 일반적으로, 테스트 조립체(1410)는 시스템 제어부(290)와 소통하는 비전 시스템(1440), 태양 전지 효율 모듈(1450), 저항 측정 모듈(1460), 및 광원(1470)을 포함한다.
일 실시예에서, 도 14c에 도시된 바와 같이, 기판(예를 들어, 소자 기판(303))이 자동화 조립체(1420)에 의해서 수용되고 그리고 테스트될 수 있도록, 수동적으로 이동될 수 있고 그리고 SPT 모듈(1400)에 연결될 수 있는 기판 지지 테이블(1480)을 이용하여 태양 전지가 SPT 모듈(1400)로 이송된다. 다른 실시예에서, 기판 지지 테이블(1480)은 자동화 장치(281)에 의해서 대체될 수 있으며, 그러한 자동화 장치는 SPT 모듈(1400)이 태양 전지 제조 라인(200) 내이 하나 또는 둘 이상의 자동화 성분과 연결될 수 있게 허용함으로써 시스템 제어부(290)로부터 전송된 명령어들을 이용하여 각각의 기판이 자동화된 방식으로 핸들링될 수 있다.
도 14c를 참조하면, 일 실시예에서, 자동화 조립체(1420)는 제어된 그리고 자동화된 방식으로 SPT 모듈(1400) 내에서 태양 전지 소자를 정위치시키는데 이용되는 다수의 통상적인 자동화된 컨베이어 롤러(1421)를 구비하는 컨베이어를 포함한다. 다른 실시예에서, 자동화된 컨베이어 롤러(1421)는 소자 기판(303)을 지지하고 정위치시키는데 이용되는 일련의 벨트를 포함한다.
자동화 조립체(1420)는 또한 기판 정렬 및/또는 테스팅 프로세스 동안에 기판 표면이 최소한으로 접촉되고 마모되는 상태로 태양 전지가 지지, 이동 및 정위치될 수 있게 허용하기 위해서 자동화 조립체(1420) 내의 지지 구조물에 장착되는 다수의 무마찰 지지 요소(1422)를 포함한다. 하나의 구성에서, 통상적인 액츄에이터 조립체(도시하지 않음)에 의해서 롤러(1421)와 무마찰 지지 요소(1422) 사이에서의 상대적인 이동에 의해서 태양 전지가 무마찰 지지 요소(1422)로 배치되고 및/또는 그 무마찰 지지 요소(1422)로부터 제거될 수 있도록, 자동화된 컨베이어 롤러(1421)는 이동형 구조물 상에 장착된다. 무마찰 지지 요소(1422)는 다수의 홀이 형성된 하나 또는 둘 이상의 플리넘 표면을 가지는 가스 수용 플리넘을 포함할 수 있다. 작동 중에, 홀들은 가스 수용 플리넘으로부터 플리넘 표면의 위쪽에 배치된 기판의 표면으로 가스(예를 들어, 공기, N2)를 공급하도록 구성된다. 그에 따라, 홀에 의해서 공급되는 가스는 플리넘 표면 위쪽에서 기판을 "무마찰식으로" 지지하는데 이용되고, 기판의 표면의 접촉 및 마모가 없이도 이동 및 정렬될 수 있을 것이다. 무마찰 지지 요소(1422)는 또한 자동화된 컨베이어 벨트 시스템을 이용하는 것에 대비하여 보다 정밀한 기판 이동 제어를 제공할 수 있는데, 이는 정렬 중에 대형 기판을 X-방향 및 Y-방향으로 적은 양만큼 이동시키는것이 마찰력에 의해서 영향을 받지 않기 때문이다.
일 실시예에서, 자동화 조립체(1420)는 또한 SPT 모듈(1400) 내에서 기판을 정렬, 정위치 및/또는 이동시키는데 이용되는 여러 가지 정렬 및 파지 부재(1423)를 구비한다. 일 실시예에서, 자동화 조립체(1420)는 프로세싱 동안에 태양 전지를 정렬, 유지 및/또는 이동시키는데 이용되는 하나 또는 둘 이상의 이동형 파지 부재(1423)를 포함한다. 일 실시예에서, 자동화 조립체(1420)는 또한 자동화 조립체(1420) 내의 알고 있는 위치에 대해서 기판의 엣지를 정렬시키기 위해서 이용되는 하나 또는 둘 이상의 기준 탐색 요소를 포함한다.
일 실시예에서, 자동화 조립체(1420)는 SPT 모듈(1400)에서 발견되는 요소들에 대해서 적어도 부분적으로 형성된 태양 전지의 활성 영역들을 정확하게 정렬시키는데 이용되는 비전 시스템(1440)을 또한 포함한다. 일반적으로, 비전 시스템(1440) 및 시스템 제어부(290)는 비전 시스템(1440) 내의 하나 또는 둘 이상의 카메라에 대해서 태양 전지를 상대적으로 이동시킴으로써 소자 기판(303) 상의 하나 또는 둘 이상의 피쳐를 탐색하도록 구성된다. 하나의 구성에서, 형성된 태양 전지는 X 및 Y-방향으로 이동될 수 있는 무마찰 지지 요소(1422) 및 파지 부재(1423)를 이용하여 비전 시스템(1440)에 의해서 스캐닝된다. 일반적으로, 비전 시스템(1440)은 하나 이상의 카메라 그리고 소자 기판(303) 내부 또는 그 상부에서 발견되는 피쳐의 위치를 위치결정하고, 통신하며, 그리고 저장하는 다른 전자적 성분들을 포함한다. 예를 들어, 비전 시스템(1440)은 기판(302) 상에 부착된 층들 내에 형성된 다양한 테스트 구조물 또는 다른 스크라이브된 피쳐들(예를 들어, 단계 108, 114 및 120 에서의 레이저 스크라이브)을 발견하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 단계(102)에서 수용되는 기판(302)의 허용 오차로 인해서, 스크라이브 마크의 위치는 유리 기판의 하나 또는 둘 이상의 엣지에 대해서 변화될 수 있으며, 그에 따라 그러한 변동성(variability)이 태양 전지 형성 프로세스의 소자 수율에 영향을 미칠 수 있을 것이다. 태양 전지 상의 희망하는 피쳐들이 비전 시스템(1440)에 의해서 발견되면, 소자 기판(303)이 희망 위치에 배치되어 여러 가지 테스팅 단계들이 기판 상에 형성된 하나 또는 둘 이상의 테스트 구조물에 대해서 실시될 수 있도록 하기 위해서 태양 전지가 재배치될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 시스템 제어부(290) 내의 소프트웨어 및 비전 시스템(1440)을 이용하여 테스트 구조물(1405) 내에 형성된 스크라이빙 마크의 오정렬을 모니터링하고 및/또는 특성화할 수 있다. 일 실시예에서, 작업자가 스크라이브 라인의 오정렬 또는 필름 특성을 특성화할 수 있도록, 비전 시스템(1440)을 이용하여 테스트 구조물, 예를 들어, 테스트 구조물(1405)을 확대 및 디스플레이 한다. 다른 실시예에서, 비전 시스템(1440) 및 시스템 제어부(290)를 이용하여 테스트 구조물로부터 수신된 테스트 결과를 분석하고 이어서 바람직하지 못한 프로세스 결과를 교정하기 위해서 태양 전지(300) 형성 프로세스(들)에 대해서 자동적으로 교정한다.
도 14a 및 도 14c를 참조하면, 측정 모듈(1460)은 분석되는 여러 가지 테스트 구조물들을 탐지(probe)하도록 구성된 다수의 콘택 핀(1451-1454) 및 측정 조립체(1461)를 일반적으로 포함한다. 일반적으로, 측정 조립체(1461)는 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 전압 공급원, 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 전류 공급원, 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 전압 측정 장치 및/또는 콘택 핀에 연결되는 하나 또는 둘 이상의 전류 측정 장치를 포함한다. 일 실시예에서, 콘택 핀(1451-1454)은 많은 수의 다양한 기판상의 테스트 구조물의 다양한 희망 영역들에 신뢰성 있게 다수 접촉하도록 디자인된 "포-고(po-go") 핀의 어레이이다. 일반적으로, 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀이 기판(302) 상에 형성된 테스트 구조물 상의 희망 지점과 접촉하여 위치될 수 있도록, 저항 측정 모듈(1460)은 하나 또는 둘 이상의 방향으로 작동되고 배치될 수 있는 콘택 핀 지지 구조물을 포함한다. 일 실시예에서, 콘택 핀 지지 구조물은 기판 상에 형성된 각각의 테스트 구조물을 한번에 탐지하도록 구성된 다수의 콘택 핀(예를 들어, 100 개 보다 많은 콘택 핀)을 포함한다.
일반적으로, 태양 전지 효율 모듈(1450)은 광원(1470)을 이용하여 부분적으로 형성된 태양 전지의 성능을 특성화하는데 이용될 수 있는 하나 또는 둘 이상의 성분을 포함한다. 일 실시예에서, 도 14c에 도시된 바와 같이, 광원(1470)은 저항 측정 모듈(1460)이 탐지하도록 구성된 측부의 반대쪽에 위치하는 기판의 측부 상에 배치된다. 일반적으로, 태양 전지 효율 모듈(1450)은 부분적으로 형성된 태양 전지 소자의 전기적 특성들을 특성화하기 위해서 광원(1470) 및 저항 측정 모듈(1460) 내에 포함되는 콘택 핀들과 함께 이용될 수 있는 자동화된 조립체이다.
일 실시예에서, 트렌드 및/또는 기타 기판 프로세싱 정보를 추후에 검토하고 분석할 수 있도록, SPT 모듈(1400)은 각각의 테스트된 기판에 대해서 모듈 내에서 수집된 데이터를 식별하고 로그(log)하는데 이용될 수 있는 바코드 리더와 같은 기판 식별 장치를 포함한다. 수집된 테스트 데이터 및 바코드 정보는 시스템 제어부(290) 내에 포함된 하나 또는 둘 이상의 저장 장치에 형성되고 내부의 소프트웨어에 의해서 운용되는 하나 또는 둘 이상의 데이터 베이스로 저장되고 그리고 그 데이터 베이스로부터 판독될 수 있을 것이다.
도 1, 도 14a 및 도 14c를 참조하면, 하나 또는 모든 단계(111 또는 123)에서, 일련의 서브-시퀀스 단계, 또는 프로세싱 단계(1490)를 이용하여 태양 전지 프로세스 테스팅을 완료한다. 도 14d는 태양 전지 형성 프로세스를 테스트하는데 이용되는 다수의 단계(즉, 단계(1491-1497))를 포함한다. 여기에서 설명되는 프로세스 시퀀스(1490) 내의 프로세싱 시퀀스의 구성, 프로세싱 단계들의 수, 및 프로세싱 단계들의 순서가 본원 발명의 범위를 제한하지는 않을 것이다.
일반적으로, 자동화된 컨베이어 롤러(1421)가 태양 전지를 수용 및 정위치시킬 수 있도록 하나 또는 둘 이상의 태양 전지(이하에서는 '기판'이라 함)가 로봇 장치의 이용에 의해서 SPT 모듈(1400)의 입력부로 이동되는 단계(1491)에서 프로세스 시퀀스(1490)가 시작된다. 자동화된 컨베이어 롤러(1421)는 또한 하나 또는 둘 이상의 단계(102-130)를 따라 프로세싱된 다수의 기판을 수용하도록 구성될 수 있을 것이다. 기판의 이동은 시스템 제어부(290)로부터 자동화된 컨베이어 롤러(1421)에 커플링된 하나 또는 둘 이상의 구동 기구로 전송된 명령어들에 의해서 제어될 수 있다.
다음 단계 즉, 단계(1492)에서, 기판의 선단 엣지가 선단 엣지 개략(rough) 정지 조립체 내의 이동형 경질 정지 요소 및 광학적 센서, 및/또는 위치 센서의 이용에 의해서 감지될 때까지 기판이 자동화된 컨베이어 롤러(1421)를 따라서 이동된다. 일반적으로, 선단 엣지는 이동 방향("Ajo")(도 14c)에 수직인 태양 전지의 엣지이다.
다음 단계 즉, 단계(1493)에서, 기판은 다수의 무마찰 지지 요소(1422) 내에 형성된 다수의 홀을 통해서 유동하는 가스에 의해서 생성된 가스 쿠션 상으로 하강된다. 기판은 자동화된 컨베이어 롤러(1421)를 상승 및 하강시키는 하나 또는 둘 이상의 액츄에이터의 이용에 의해서 가스 쿠션 상으로 하강된다. 기판이 가스 쿠션 상에 위치되면, 하나 또는 둘 이상의 파지 요소(1423) 내의 서보가 태양 전지를 SPT 모듈(1400) 내의 원하는 위치에 배치하도록 제어된다. 파지 요소(1423)의 서보 제어에 의해서, 기판이 X 방향 및 Y 방향으로 정위치될 수 있게 되고 그에 따라 비전 시스템(1440)을 이용하여 다음 단계에서 미세한 조정 또는 교정이 이루어질 수 있게 한다.
다음 단계 즉, 단계(1494)에서, SPT 모듈(1400) 내의 자동화된 성분 및 기판 상에 형성된 피쳐들 사이에서 정확한 위치결정 및 정렬이 이루어진다. 일 실시예에서, 스크라이브 라인의 X-방향, Y-방향 및 각도 정렬이 SPT 모듈(1400) 내의 자동화 성분에 대해서 상대적으로 정렬된다. 기판의 X-방향, Y-방향 및 각도 정렬은 비전 시스템(1440)에 의해서 수집된 데이터 및 시스템 제어부(290)에 의해서 서보 제어형 파지 요소(1423)로 전송되는 제어 신호에 의해서 조정될 수 있다. 비전 시스템(1440)은 일반적으로 하나 이상의 카메라 그리고 태양 전지 소자가 하나 또는 둘 이상의 자동화된 조립체(1420) 성분에 의해서 이동될 때 형성 태양 전지 기판 내의 피쳐들의 위치를 위치결정하고, 통신하며, 그리고 저장하는 다른 전자적 성분들을 포함한다. 전술한 바와 같이, 유리 기판의 허용 오차로 인해서, 스크라이브 마크의 위치가 변화될 수 있으며, 그에 따라 태양 전지 형성 프로세스의 소자 수율에 영향을 미칠 수 있을 것이다.
다음 단계 즉, 단계(1495)에서, 태양 전지가 정렬되면, 기판은 하나 또는 둘 이상의 파지 요소(1423)에 의해서 형상결합 방식으로 유지된다. 파지 요소(1423)가 기판의 일부를 파지하면, 다른 여분의 파지 요소(1423)가 태양 전지로부터 분리된다. 일반적으로, 하나 또는 둘 이상의 파지 요소(1423)가 단계(126) 중에 엣지 제거 모듈(226)에 의해서 제거되는 태양 전지의 엣지에서의 영역과 같은 태양 전지의 하나 또는 둘 이상의 비-활성 영역을 파지하도록 구성된다. 일 실시예에서, 태양 전지가 여전히 희망 정렬 상태를 유지하는지 확인하기 위해서 파지 요소(1423)가 기판의 일부를 파지한 후에, 비전 시스템(1440)을 이용하여 태양 전지 위치를 다시 체크할 수 있다.
다음 단계 즉, 단계(1496)에서, 저항 측정 모듈(1460), 태양 전지 효율 모듈(1450), 비전 시스템(1440) 및/또는 광원(1470)을 이용하여, 하나 또는 둘 이상의 테스트 구조물이 탐지되고 분석된다.
다음 단계 즉, 단계(1497)에서, 단계(1491-1496)가 기판에 대해서 완료된 후에, 파지 요소(1423)가 태양 전지를 해제하고 그리고 자동화된 컨베이어 롤러(1421)가 상승되어 무마찰 지지 요소(1422)로부터 기판을 수용한다. 기판이 자동화된 컨베이어 롤러(1421)에 의해서 수용된 후에, 무마찰 지지 요소(1422)로 유동하는 가스가 차단되고 그리고 자동화된 컨베이어 롤러(1421)가 SPT 모듈(1400) 외부로 그리고 다시 제조 라인(200)으로 기판을 이송한다. 기판의 이동은 시스템 제어부(290)로부터 자동화된 컨베이어 롤러(1421)로 커플링된 하나 또는 둘 이상의 구동 기구로 전송된 명령어들에 의해서 제어될 수 있다.
대안적인 시스템 계측(metrology) 및 분석 성분
전술한 태양 시뮬레이터 모듈(1300) 및/또는 SPT 모듈(1400)과 조합하여, 장치 테스트 모듈(240)은 또한 제조 라인(200)을 제어하는데 이용될 수 있는 다른 데이터 수집 및 분석 기술을 포함할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 장치 테스팅 모듈(240)은 광전지 스택 내의 모든 물질에 대한 양자 효율(quantum efficiency), 입자, 시트 저항(Rs), 물질 조성, 부착된 필름 두께, 프로파일 측정치, FTIR, SEM, TEM, 도핑 농도, 입자 조직, 열적 측정치, 광화학적 측정치, 광학적 기계적 및 응력 측정치, 결함 밀도, 전기화학적 측정치 ,전기/홀 이펙트 측정치, 및 광전도도(photoconductivity)를 측정할 수 있는 모듈들을 포함할 수 있다. 광전지를 형성하기 위해서 이용된 제조 프로세스를 특성화하기 위해서 계측방식(metrology)을 이용하는 것은 사이클 시간, 시스템 활용도, 소자 수율, 및 프로세싱 시퀀스 효율을 개선하는데 유용할 수 있다.
일 실시예에서, 공장을 가동하기 위한 소프트웨어 및 공장 데이터 획득을 위한 계측방식이 제공되어 유용한 광전지 제조 라인을 만들 수 있다. 공장의 최종적인 결과물이 태양 전지가 되는 상태에서 광전지의 제조 상태 및 특징들(aspects)을 측정하기 위한 각각의 프로세스 단계들 이후에 계측 툴(tools)이 이용될 수 있을 것이다. 다양한 계측 프로세스 단계들이 온-라인 상태(프로세스 시퀀스 플로우 내의 상태), 또는 오프-라인 상태(기판이 프로세스 플로우로부터 제거된 상태)로 실시될 수 있을 것이다.
태양 전지 제조 라인(200)의 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 광학적 이미징 기술을 이용하여, 태양 전지 형성 프로세스 실행, 형성된 태양 전지 내의 결함, 또는 기타 중요 프로세스 파라미터들을 특성화한다. 일 측면에서, 암시야(dark field) 광학 이미징, 명시야 광학 이미징, x-레이 스펙트럼 기술, 및 IR 복사 측정과 같은 여러 가지 광학적 기술을 이용하여 프로세싱 시퀀스(100)을 통한 여러 처리단계에서 하나 또는 둘 이상의 기판의 성질을 특성화한다. 일반적으로, 광학적 측정 기술은 하나 또는 둘 이상의 복사선 공급원을 기판에 투사하는 단계, 그리고 완전한 기판 표면 또는 영역으로 부터 빛의 산란, 투과, 반사, 및/또는 흡수를 측정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 로봇, 부착(증착) 챔버(들), 및 스크라이브 모듈과 같은 태양 전지 제조 라인(200) 의 하나 또는 둘 이상의 요소들 내의 문제점 또는 트렌드를 탐색하기 위해서 다른 기판들과 비교될 수 있도록, 공장 자동화 시스템은 다수의 프로세싱된 기판의 다양한 광학적 측정 결과를 저장할 수 있다. 광학적 측정 기술은 프로세스 시퀀스의 여러 처리단계에서 실시될 수 있을 것이고 그리고 폐기물 감소, 소자 수율 개선 및 태양 전지 성능 개선을 위해서 프로세싱 문제점들을 분석하는데 이용될 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 스크라이브 모듈(예를 들어, 스크라이브 모듈(208, 214, 및 220))은 이들 물질 제거 프로세스들의 효율성을 특성화하기 위해서 광학적 측정 기술을 이용한다. 이들 기술은 레이저 공급원을 이용하여 기판 표면으로부터 물질을 제거하는 경우에 특히 효과적인데, 이는 모든 프로세싱된 기판들에 대해서 결과가 유사한지를 확인하기 위해서 물질을 제거하기 위해서 이용된 빛의 투과 및 산란을 측정하고 특성화할 수 있기 때문이다. 도 16은 스크라이브 모듈(208, 214, 및 220)과 같은 스크라이브 모듈의 일부를 도시한 도면으로서, 내부에서 실시되는 스크라이빙 프로세스를 제어하는데 유용한 광학적 검사 하드웨어 조립체(1620)의 일 실시예를 도시한 것이다. 광학적 검사 하드웨어 조립체(1620)는 시스템 제어부(290)의 이용에 의해서 스크라이빙 프로세스 동안에 세기의 변동이 측정 및 분석될 수 있도록 레이저 공급원(1610)에 의해서 제공되고 그리고 소자 기판(303)을 통해서 투과되는 빛(1611)의 세기를 모니터링하도록 위치되는 투과광 센서(1621)(예를 들어, 광전도도 타입 센서)를 포함할 수 있다. 하나의 예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 스크라이빙 프로세스를 이용하여 후방 콘택 층(350) 내의 절연 홈(381C)(도 3e)을 형성할 수 있다. 그에 따라, 스크라이브 프로세스 결과가 희망하는 범위내에 오는지를 확인하기 위해서, 그리고, 만약 그렇지 않다면, 레이저 공급원(1610)의 출력을 조정하여 스크라이빙 프로세스 중에 파워의 변동을 교정하기 위해서, 센서(1621)로부터의 탐지 신호를 이용할 수 있을 것이다. 다른 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 산란광 센서(예를 들어, 센서(1622 및 1623))를 이용하여 프로세스의 효율을 추가적으로 분석할 수 있도록 레이저 공급원(1610)으로부터의 빛의 산란을 측정한다. 시스템 제어부(290)에 의해서 수집된 데이터가 저장되고 및/또는 추가적으로 분석될 수 있다.
세정 모듈의 일 실시예(예를 들어, 세정 모듈(206, 210 및 230))에서, 하나 또는 둘 이상의 센서들이 사용후의 린스 용수 또는 사용후의 세정 용액 내에 배치되어, 기판의 청정도 및/또는 프로세스의 종료점을 모니터링한다. 이러한 구성에서, 프로세싱 챔버의 "청정도" 또는 프로세싱된 기판의 상태를 이해하기 위해서, 하나 또는 둘 이상의 전도도, 액체 광학 입자 측정 기술, pH, ORP 또는 다른 유사 기술을 이용하여 하나 또는 둘 이상의 챔버로부터의 유출되는 액체를 모니터링한다.
지지부 부착 모듈 디자인 및 프로세스
도 15a는 복합 태양 전지 구조물(304)의 후방측부와 같은 표면에 부착되는 하나 또는 둘 이상의 지지 부재를 가지는 복합 태양 전지 구조물(304)의 일 실시예를 도시한다. 제조 라인(200)의 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 세장형(elongated) 지지 부재(1520)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 표면에 부착된다. 일반적으로, 세장형 지지 부재(1520)는 태양 패널을 통상적인 분위기의 로딩 조건하에서 지지하기에 충분한 그러나 정상적인 작동 중에 태양 전지가 받는 최대 응력을 최소화하기에 충분한 가요성(flexible)을 제공하는 단면 형상을 가질 것이다. 세장형 지지 부재(1520)는 또한 풍압 업로딩(uploading)과 같은 큰 외부 로드를 지지할 수 있으면서도 태양 패널 내의 응력 집중을 최소화할 수 있는 충분한 가요성을 가지는 강한, 가요성 아교 또는 양면 테입을 통해서 태양 패널에 본딩 또는 접착될 수 있을 것이다. 지지 부재는 내식성을 제공하는 하나 또는 둘 이상의 코팅을 구비할 수 있을 것이다. 본원 명세서에서 설명된 태양 패널, 또는 태양 전지는 다양한 크기를 가질 수 있을 것이고, 2.2 미터 x 2.6 미터 정도의 면적을 가지는 광 수용 표면을 가질 수 있을 것이다.
도 15a는 태양 패널 장착 구성부(1500)의 일 실시예를 도시한 도면이다. 이러한 구성에서, 세장형 지지 부재(1520)가 지지 브라켓(1515)을 통해서 횡방향 지지 비임(1503)에 부착된다. 복합 태양 전지 구조물(304)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 비-광 수용(non-light receiving) 표면의 길이를 따라 세장형 지지 부재(1520)에 본딩된다. 복합 태양 전지 구조물(304)은 단부 브라켓(1530)을 통해서 복합 태양 전지 구조물(304)의 엣지에서 추가적으로 지지될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 2개의 세장형 지지 부재(1520)가 복합 태양 전지 구조물(304)의 길이에 걸쳐지는 것으로 도시되어 있으며; 그러나, 다른 실시예에서는 복합 태양 전지 구조물(304)의 길이에 걸쳐진 다른 임의 개수의 세장형 지지 부재(1520)를 포함할 수 있을 것이다. 복합 태양 전지 구조물(304) 및 본딩된 세장형 부재들이 본원에 참조된 2008년 3월 14일자 미국 특허 가명세서 출원 61/036,691 (Attorney Docket No. APPM/013177L02) 및 2008년 2월 14일자 미국 가명세서 특허 출원 61/028,795 (Attorney Docket No. APPM/013177L)에 기재되어 있다.
도 15b는 세장형 지지 부재(1520)를 태양 전지의 표면에 자동화된 또는 반자동화된 방식으로 본딩하는데 이용될 수 있는 지지 구조물 부착 모듈(241)을 도시한 평면도이다. 일반적으로, 지지 구조물 부착 모듈(241)은 자동화 시스템(1550)에 의해서 모두 이동가능하게 연결된 세정 영역(1560), 건조 영역(1570), 레일 부착 영역(1580), 및 부착 섹션(1590)을 포함한다. 일반적으로, 지지 구조물 부착 모듈(241)은 소자 테스팅 모듈(240)에 연결된 자동화 장치(281)로부터 복합 태양 전지 구조물(304)을 수용하도록 위치되고, 지지 구조물 부착 프로세스를 실행하며(단계 141), 이어서 경로(Aj 및 A0)를 따라 언로드 모듈(242)로 기판을 전달한다.
일반적으로, 자동화 시스템(1550)은 지지 구조물 부착 모듈(241)의 여러 섹션들을 통해서 태양 전지를 지지하고 이송하는데 이용되는 컨베잉 시스템이다. 하나의 예에서, 도 15b에 도시된 바와 같이, 자동화 시스템(1550)은 시스템 제어부(290)로부터 전송되는 명령어들에 의해서 제어되는 일련의 작동형 컨베이어 벨트(1555)를 포함한다. 일 실시예에서, 자동화 시스템(1550) 성분들은 본원 명세서에서 설명되는 자동화 시스템(281)과 유사하다.
지지 구조물 부착 프로세스의 제 1 단계에서, 세정 모듈(1560)이 후방 유리 기판(361)에 대한 하나 또는 둘 이상의 세정 및 처리준비 프로세스를 실시하도록 구성되며, 그에 따라 세장형 지지 부재(1520)가 후속 단계에서 확실하고도 신뢰성 있게 부착될 수 있을 것이다. 세정 및 처리준비 프로세스는 후방 유리 기판(361)의 세정 유체 린스, 입자를 제거하기 위한 표면의 가스 퍼지, 및/또는 세장형 지지 부재(1520)와 태양 전지의 표면 사이의 본드를 형성하는 것 또는 촉진하는 것을 돕기 위해서 이용될 수 있는 프라이머 또는 기타 물질(예를 들어, 아교)을 도포하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 세정 유체 또는 프라이머 물질은 하나 또는 둘 이상의 공급원 베슬(1561)로부터 노즐(1562)을 통해서 복합 태양 전지 구조물(304)의 표면으로 전달된다.
다음 단계에서, 복합 태양 전지 구조물(304)은 본딩 프로세스에 영향을 미칠 수도 있는 오염물질을 제거하기 위해서 복합 태양 전지 구조물(304)을 건조시키는 건조 영역(1570)으로 이송된다. 일 실시예에서, 건조 영역(1570)은 세정 프로세스 동안에 세정 용액 성분의 증발을 촉진함으로써 기판의 표면을 건조시키기 위해서 및/또는 전달된 프라이머 또는 다른 화학물질로부터 발생되는 증기들을 수집하기 위해서 구성되는 후드(1573) 및 배기 장치(1572)(예를 들어, 팬)을 포함한다.
다음 단계에서, 복합 태양 전지 구조물(304)은 레일 부착 영역(1580)으로 이송되며, 그 영역에서 세장형 지지 부재(1520)가 로봇 장치(1581)에 의해서 복합 태양 전지 구조물(304) 상에 위치된다. 로봇 장치(1581)는 수용 지역(도시하지 않음)으로부터 세장형 지지 부재(1520)를 수용하고 그리고 세장형 지지 부재(1520)를 복합 태양 전지 구조물(304)의 희망 영역에 위치시키도록 배치된 통상적인 로봇 장치들일 수 있다. 일 실시예에서, 세장형 지지 부재(1520)를 복합 태양 전지 구조물(304) 상에 위치시키기에 앞서서, 로봇 장치(1581)에 의해서 복합 태양 전지 구조물(304)의 표면에 대해서 배치되는 지지 부재(1520)의 본딩 표면에 소정량의 아교 또는 테입 유사 물질이 세장형 부착된다.
다음 단계에서, 하나 또는 둘 이상의 자동화된 롤러(1591)의 이용에 의해서, 자동화 시스템(1550) 상에 지지되는 복합 태양 전지 구조물(304)의 표면에 대해서 세장형 지지 부재(1520)가 가압되는 부착 섹션(1590)을 통해서 복합 태양 전지 구조물(304)이 이송된다. 일 실시예에서, 세장형 지지 부재(1520) 및 복합 태양 전지 구조물(304)을 본딩하기 위해서 이용되는 부재들이 접촉하도록 보장하기 위해서, 자동화된 롤러(1591)의 쌍이 희망하는 로드를 세장형 지지 부재(1520) 및 복합 태양 전지 구조물(304)에 제공하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 액츄에이터(도시하지 않음)에 의해서 한 쌍의 자동화된 롤러(1591)에 의해서 인가되는 힘 그리고 복합 태양 전지 구조물(304)이 자동화 시스템(1550) 성분에 의해서 자동화된 롤러(1591)들을 통해서 공급되는 속도가 시스템 제어부(290)에 의해서 제어된다. 다음에, 복합 태양 전지 구조물(304)이 하나 또는 둘 이상의 자동화 시스템(1550) 성분을 이용하여 언로드 모듈(242)로 이송될 수 있다.
자동화 및 분위기 제어
제조 라인(200)의 일 측면(도 2a-2c)은 "원재료의" 프로세싱되지 않은 기판을 수용하고 그리고 다수의 자동화된 프로세스를 실행하여, 최종 소비자에게 선적될 수 있는 완전한 기능의 테스트된 태양 전지 소자를 형성하는 능력이다. 태양 전지 기판을 여러 프로세싱 스테이션으로 이동시키기 위해서, 컨베이어 및 기타 자동화 장치들을 이용하여 제조 라인(200)을 통해서 기판의 각각의 이동을 제어한다. 하나의 예에서, 시스템을 통한 프로세스 유동이, 도 2a에 도시된 바와 같이 유동 경로("P")를 따라, 또는 도 2b-2c에 도시된 바와 같이 경로(P1-P18)를 따라 시스템을 통과하도록, 제조 라인(200)이 구성된다. 일반적으로, 제조 라인(200)을 통한 다양한 기판의 벌크(bulk) 이동은 시스템의 제어부(290)에 의해서 전송되는 명령어에 의해서 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 모듈(예를 들어, 202, 206, 208, 210, 212, 218 등)에 의해서 수용되거나 또는 그 모듈들 내에 위치될 수 있는 기판(302)을 이동 및 정위치시키도록 구성되는 다수의 자동화 장치(281)의 이용에 의해서 실시된다. 자동화 장치(281)는 기판을 이동 및 정위치시키도록 구성된 로봇 장치 또는 컨베이어를 일반적으로 포함할 수 있을 것이다. 하나의 예에서, 자동화 장치(281)는 기판을 필요에 따라 이동 및 정위치시키도록 구성되는 일련의 통상적인 기판 컨베이어들(예를 들어, 롤러 타입 컨베이어) 및/또는 로봇 장치(예를 들어, 6-축 로봇, SCARA 로봇)이다. 로봇과 같이 태양 전지 제조 라인에서 이용될 수 있는 듀얼 아암 엔드-이펙터가 본원에 참조된 2006년 2월 6일자 미국 특허 가명세서 출원 11/421 ,793에 추가로 기재되어 있다. 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 자동화 장치(281)는 또한 희망하는 프로세싱 챔버 상류의 기판이 제조 라인 내의 희망 위치까지 이동하는 것을 방해할 수 있는 기판을 지나서 전달될 수 있도록 허용하는 하나 또는 둘 이상의 기판 승강 성분, 또는 도개교식 컨베이어를 포함할 수도 있을 것이다. 이러한 방식에서, 여러 프로세싱 챔버로 기판을 이동시키는 것은 다른 프로세싱 챔버 위치로 전달되도록 대기하는 다른 기판에 의해서 방해받지 않을 것이다.
도 1, 2a, 6을 참조하면, 태양 전지 제조 라인(200)의 일 실시예에서, 하나 또는 둘 이상의 어큐뮬레이터(211)가 삽입되어 태양 전지 제조 라인(200)을 통한 기판의 유동에 대한 버퍼링 능력을 제공한다. 일반적으로, 어큐뮬레이터(211)는 기판을 지지할 수 있고 그리고 자동화 장치(281)에 의해서 후퇴될 수 있는 다수의 기판 지지부를 구비한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 일 실시예에서, 태양 전지 제조 라인(200)은 프로세싱 모듈(212) 내의 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D)의 앞쪽에 배치되는 하나 이상의 어큐뮬레이터(211)(예를 들어, 2개의 어큐뮬레이터(211)가 도 2a에 도시되어 있다)를 구비한다. 태양 전지의 제조 중에, 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D)이 기판 공급 대기부를 구비하고 그리고 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴(212A-212D)이 고장난 경우(go down)에 상류 프로세스로부터의 기판이 저장될 수 있도록 보장하기 위해서 둘 또는 셋 이상의 기판을 어큐뮬레이터(211)에 로드하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 태양 전지 제조 라인(200)은 프로세싱 모듈(212)의 이후에 배치되는 하나 이상의 어큐뮬레이터(211)를 구비한다. 제조 중에, 어큐뮬레이터(211B)는 프로세싱 모듈(212)을 빠져나가는 기판을 수용하여 기판들이 냉각될 수 있는 시간을 제공하고, 후방 콘택 부착 챔버(218)로 기판을 공급하기 위한 공급 대기부를 제공하며, 및/또는 후방 콘택 부착 챔버(218)가 고장난 경우에 프로세싱 모듈(212)로부터의 기판들을 저장할 수 있는 수집 영역을 제공한다. 일 실시예에서, 전술한 바와 같이, 인터커넥션 형성 단계(114)의 결과가 반복될 수 있도록 하기 위해서, 어큐뮬레이터(211)를 빠져나가는 기판들의 온도를 모니터링 및/또는 능동적으로 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 일 측면에서, 어큐뮬레이터(211B)를 빠져나가는 또는 스크라이브 모듈(214)에 도착한 기판의 온도가 약 20 ℃ 내지 약 25 ℃ 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 기판 온도를 약 25 +/- 0.5 ℃로 제어하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 어큐뮬레이터(211B)는 약 80개 이상의 기판을 유지하도록 구성된다. 태양 전지 제조 라인(200)의 일반적인 운전 중에, 어큐뮬레이터(211B)는 하류 모듈이 유지보수 작업을 위해서 중단되는 경우에 버퍼링을 위해서 공간의 약 절반을 비워 놓을 수 있을 것이다.
일 실시예에서, 태양 전지 제조 라인(200)은 스크라이브 모듈(214) 다음에 배치되는 하나 이상의 어큐뮬레이터(211B)를 구비한다. 제조 중에, 어큐뮬레이터(211C)를 이용하여 콘택 부착 챔버(218)로 기판을 공급하기 위한 공급 준비부를 제공할 수 있고 및/또는 콘택 부착 챔버(218)가 고장인 경우에 또는 스크라이브 모듈(214)의 생산량에 보조를 맞추지 못하는 경우에 프로세싱 모듈(212)로부터 나오는 기판들을 저장할 수 있는 수집 영역을 제공할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 후방 콘택 형성 단계(120)의 결과가 반복가능하도록 보장하기 위해서 어큐뮬레이터(211C)로부터 빠져나오는 기판들의 온도를 모니터링하고 및/또는 능동적으로 제어하는 것이 일반적으로 바람직할 것이다. 하나의 측면에서, 어큐뮬레이터(211C)를 빠져나가는 또는 콘택 부착 챔버(218)에 도착하는 기판의 온도가 약 20 ℃ 내지 약 25 ℃ 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 기판 온도를 약 25 +/- 0.5 ℃로 제어하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 약 80개 이상의 기판을 유지하도록 구성되는 하나 또는 둘 이상의 어큐뮬레이터(211C)가 배치되는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 태양 전지 제조 라인(200)은 프로세싱 모듈(212)의 이후에 배치되는 어큐뮬레이터(211)를 포함한다. 제조 중에, 어큐뮬레이터(211D)를 이용하여 스크라이브 모듈(220)로 기판을 공급하기 위한 공급 준비부를 제공할 수 있고 및/또는 스크라이브 모듈(220)이 고장인 경우에 또는 프로세싱 모듈(218)의 생산량에 보조를 맞추지 못하는 경우에 프로세싱 모듈(218)로부터 나오는 기판들을 저장하는 수집 영역을 제공할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 후방 콘택 형성 단계(120)의 결과가 반복가능하도록 보장하기 위해서 어큐뮬레이터(211D)로부터 빠져나오는 기판들의 온도를 모니터링하고 및/또는 능동적으로 제어하는 것이 일반적으로 바람직할 것이다. 하나의 측면에서, 어큐뮬레이터(211D)를 빠져나가는 또는 스크라이브 모듈(220)에 도착하는 기판의 온도가 약 20 ℃ 내지 약 26 ℃ 가 되도록 하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 기판 온도를 약 25 +/- 0.5 ℃로 제어하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 약 80개 이상의 기판을 유지할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 어큐뮬레이터(211C)를 배치하는 것이 바람직하다.
제어 시스템 디자인
본 발명의 실시예는 또한 태양 전지 제조 프로세스 시퀀스 내의 프로세싱 챔버들의 할당, 그리고 기판과 물질의 유동을 제어할 수 있는 하나 또는 둘 이상의 제어부를 포함하는 자동화 시스템을 제공할 수 있다. 자동화 시스템은 또한 시스템 내에 형성된 각각의 완성된 소자의 특성을 실시간으로 제어하고 조정(tailor)하는데 이용될 수 있을 것이다. 자동화 시스템은 또한 기판 폐기물 감소, 소자 수율 개선, 및 기판 제조 시간 감소를 위해서 시스템의 시동 및 고장 수리를 제어하는데 이용될 수 있을 것이다.
도 7은 시스템 제어부(290) 내에 포함될 수 있는 여러 제어 피쳐들의 일 실시예를 도시한 도면이다. 일 실시예에서, 시스템 제어부(290)는 기판 프로세싱의 전략적인 측면을 다루는 공장 자동화 시스템(FAS)(291)을 포함하고, 그에 따라 다양한 유지보수 작업의 스케쥴링 및 시스템의 여러 부분 내로 또는 여러 부분을 통한 기판의 발송(dispatch)을 제어할 수 있을 것이다. 그에 따라, FAS는 물질 핸들링/제어 시스템(MHS; 295), 엔터프라이즈 리소스(enterprise resource ;ERP) 시스템(292), 유지 보수(preventive maintenance; PM) 운용 시스템(293), 그리고 데이터 획득 시스템(294)과 같은 제어 아키텍쳐 내의 수많은 성분들을 제어하고 그리고 그 성분들로부터 정보를 수용할 수 있을 것이다. 일반적으로, FAS(291)는, 공장 수율 개선을 위한 다른 지속적인 개선 기술과 함께, 공장의 완전한 제어 및 모니터링, 피드백 제어, 피드 포워드 제어, 자동 프로세스 제어(APC), 및 통계적 프로세스 제어(statistic process control ;SPC) 기술의 이용을 제공한다.
일반적으로, MHS 시스템(295)은 하나 또는 둘 이상의 기판의 시스템을 통한 이동을 제어하기 위해서 시스템 내의 여러 모듈의 경계부 및 실제 이동을 제어한다. 일반적으로, MHS 시스템(295)은 다수의 프로그램 가능한 로직 제어부(PLCs)와 경계를 이루며, 그러한 프로그램 가능한 로직 제어부(PLCs)의 각각은 태양 전지 제조 라인(200) 내에서 실시되는 다양한 프로세싱의 보다 작은 구성들의 이동 및 제어를 담당한다. 시스템을 통한 기판의 시스템적인 이동을 제어하고 다루기 위해서, MHS 및 FAS 시스템은 피드 포워드 또는 기타 자동 제어 로직을 이용할 수 있을 것이다. 태양 전지의 제조 비용이 일반적으로 문제가 되기 때문에, 제조 라인의 설비 비용을 최소화하는 것이 종종 중요 해결 과제가 된다. 따라서, 일 실시예에서, 태양 전지 제조 라인(200) 내의 하나 또는 둘 이상의 자동화된 장치(281)를 제어하는 것, 그리고 하나 또는 둘 이상의 모듈(296)(예를 들어, 정크션 박스 부착 모듈(238), 오토클레이브 모듈(236))을 제어하는 것과 같은 하위 레벨 제어 과제를 실행하기 위해서 저렴한 프로그램 가능 로직 제어부(PLCs)의 네트워크를 이용한다. 이러한 장치들의 구성을 이용하는 것은 또 다른 이점을 제공할 수 있는데, 이는 PLCs가 일반적으로 매우 신뢰성이 높고 또 업그레이드가 용이하기 때문이다. 하나의 예에서, MHS 시스템으로부터 전송되고 그리고 또한 PLC 타입 장치일 수 있는 수퍼바이저 제어부(297)을 통해서 전달되는 명령어들을 이용하여 자동화된 장치(281)의 그룹들 또는 영역들(298)을 통한 기판 이동을 제어하도록 MHS 시스템(295)이 구성된다.
ERP 시스템(292)은 태양 전지 소자의 제조 중에 발생되는 여러 가지 재정적 및 지원 타입 기능을 취급한다. ERP 시스템(292)은 제조 시퀀스에서 희망하는 시간에 각 모듈을 이용할 수 있는지를 확인하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. ERP 시스템(292)은 제조 라인에서 여러 가지 현재의 그리고 미래의 지원 타입 문제를 제어하고 사용자에게 알려줄 수 있을 것이다. 일 실시예에서, ERP 시스템(292)은 제조 시퀀스 내에서 사용되는 여러 가지 소모성 물질에 대한 예측 및 주문을 할 수 있을 것이다. ERP 시스템(292)은 또한 형성된 소자들 상의 이윤을 개선하기 위해서 시스템의 생산량을 검토, 분석 및 제어하는데 이용될 수 있을 것이다. ERP 시스템(292)은 소모성 물질, 여유분, 및 기타 물질 관련 문제점들을 운영에 관한 명령이나 제어를 제공하기 위해서 SAP와 통합될 수 있을 것이다.
PM 운영 시스템(293)은 유지보수 작업을 실시하기 위해서 시스템 내의 여러 요소들의 스케쥴링 및 중단을 제어하기 위해서 일반적으로 이용된다. 그에 따라, 제조 라인 또는 제조 라인의 지선(branch)의 중단 시간을 최소화할 수 있도록 제조 라인 내의 인접 모듈들에서 실시되는 유지 보수 작업과의 조화를 이룰 수 있게 PM 운영 시스템(293)이 이용될 수 있을 것이다. 하나의 예에서, 서비스를 위해서 성분들이 분리가능하게 제거되었을 때 양 부분들의 불필요한 중단 시간을 최소화하기 위해서 클러스터 툴(212B) 및 그와 관련한 유입구 자동화 장치(281)를 중단시키는 것이 바람직할 수 있을 것이다. 유지 보수 작업의 실시가 준비되었을 때 여분의 부분 및 기타 소모성 요소들 모두가 정렬되고(ordered) 유지보수 작업자를 기다리도록 하기 위해서, PM 운영 시스템(293) 및 ERP 시스템(292)이 함께 작동(work)할 수 있는 것이 일반적이다.
일 실시예에서, 기판에 대해서 실시되는 프로세스들이 반복가능하고 그리고 규정(specification) 내에 있는지를 확인하는데 유용한 각각의 프로세싱 툴, 인-라인 계측 데이터, 오프라인 계측 데이터 및 기타 표시장치들로부터 수신된 다양한 프로세스 데이터를 수용, 저장, 분석 및 보고하도록 구성된 데이터 획득 시스템(294)에 FAS(291)가 또한 커플링된다. 내부의 입력부/센서로부터 또는 외부의 공급원(예를 들어, 외부 시스템(ERP, 원격 공급원))으로부터 수집된 입력 및 출력 데이터가 분석되고 그리고 태양 전지 제조 라인의 희망 지역으로 분배되고 및/또는 프로세스 시퀀스의 여러 지역들에서 통합되어, 사이클 시간, 시스템 또는 챔버 이용도, 소자 수율 및 프로세스 효율을 개선할 수 있다. 일 실시예에서, 광전지 제조 설비의 제어를 위한 공장 자동화 소프트웨어의 이용이 제공된다. 그러한 자동화는 WIP 데이터 저장 및 분석을 제공할 것이다. 일련 번호 추적 및 데이터 저장 역시 제공될 수 있을 것이다. 또한, 소프트웨어는 수율을 개선하고 회사 ERP 시스템과 링크시켜 예상, WIP 프래닝(planning), 세일즈, 보증 지급 지불(warranty claim payment) 및 디펜스(defense), 그리고 캐시 플로우 분석을 보조하기 위해서 데이터를 가공할 수 있을 것이다.
이상의 설명이 본 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본 발명의 다른 실시예 및 추가적인 실시예들은 본 발명의 기본 사상의 범위 내에서도 변경될 수 있을 것이며, 그에 따라 본 발명은 특허청구범위에 의해서 그 범위가 결정될 것이다.

Claims (63)

  1. 태양 전지 형성 시스템으로서:
    제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 가지는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    제 1 기판의 표면으로부터 상기 실리콘-함유 층의 일부를 제거하도록 구성된 제 1 스크라이빙 장치;
    시스템 내에서 실시되는 하나 또는 둘 이상의 프로세스의 출력을 특성화(characterize)하도록 구성된 테스트 모듈을 포함하며;
    상기 테스트 모듈은:
    기판 지지부;
    상기 기판 지지부 상에 배치된 제 1 기판의 표면 상에 둘 이상의 지점과 접촉하도록 배향된 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀과 전기적으로 소통하는 측정 장치;
    상기 제 1 기판의 표면을 보여주도록 배치된 비전 시스템; 및
    상기 기판 지지부 상에 배치된 제 1 기판을 상기 둘 또는 셋 이상의 콘택 핀에 대해서 정위치시키도록 구성된 액츄에이터를 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴 중 하나, 제 1 스크라이빙 장치, 및 테스트 모듈 사이에서 기판을 이송하도록 배치된 자동화 장치를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘-함유 층의 위쪽에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 부착 챔버;
    기판 표면으로부터 상기 실리콘-함유 층 및 전도성 층의 일부를 제거하도록 구성된 제 2 스크라이빙 장치; 및
    상기 테스트 모듈 및 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴과 소통하고, 상기 테스트 모듈로부터 수용된 데이터를 기초로 실리콘-함유 층 부착 프로세스를 변경하도록 구성된 시스템 제어부를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  4. 태양 전지 형성 시스템으로서:
    제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 가지는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    상기 실리콘-함유 층 상에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버; 및
    본딩 와이어 부착 모듈을 포함하며;
    상기 본딩 와이어 부착 모듈은:
    제 1 위치로부터 제 2 위치로 기판을 이송하도록 구성된 기판 핸들링 장치;
    상기 기판의 표면을 보여주도록 배치된 비전 시스템;
    상기 기판이 상기 기판 핸들링 장치에 의해서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 때 상기 기판의 표면 상에 형성된 전도성 층 상에 전도성 요소를 실질적으로 동시에 위치시키도록 각각 구성되는 둘 또는 셋 이상의 전도성 요소 부착 장치; 그리고
    상기 전도성 층 상에 배치된 각각의 전도성 요소의 둘 또는 셋 이상의 영역으로 열을 제공하도록 배치될 수 있는 둘 또는 셋 이상의 땜납 지점을 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴 중 하나, 상기 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 및 상기 본딩 와이어 부착 모듈 사이에서 기판을 이송하도록 위치되는 자동화 장치를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  6. 태양 전지 형성 시스템으로서:
    기판의 표면 상에 형성된 층의 일부를 제거하도록 구성된 제 1 스크라이빙 장치; 상기 층 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 가지는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 제 1 스크라이빙 장치, 및 제 1 버퍼 챔버와 이송가능하게 소통하는 제 1 기판 이송 장치로서, 상기 제 1 버퍼 챔버가 다수의 기판 지지 위치를 가지고 그리고 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴과 스크라이빙 장치 사이에 배치되는, 제 1 기판 이송 장치;
    상기 실리콘-함유 층의 위쪽에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버;
    상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴, 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버 및 제 2 버퍼 챔버와 이송가능하게 소통하는 제 2 기판 이송 장치로서, 상기 제 2 버퍼 챔버가 다수의 기판 지지 위치를 가지고 그리고 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴과 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버 사이에 배치되는, 제 2 기판 이송 장치를 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 버퍼 챔버가 상기 다수의 기판 지지 위치 상에 배치된 기판의 온도를 제어하기 위한 열 교환 장치를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 수용 모듈이 약 5.7 m2 이상의 면적을 가지는 기판을 수용하도록 구성되는
    태양 전지 형성 시스템.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 형성된 층의 일부를 제거하도록 구성된 제 2 스크라이빙 장치; 및
    상기 제 2 스크라이빙 장치, 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버 및 제 3 버퍼 챔버와 이송가능하게 소통하는 제 3 기판 이송 장치로서, 상기 제 3 버퍼 챔버가 다수의 기판 지지 위치를 가지고 그리고 상기 제 2 스크라이빙 장치와 상기 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버 사이에 배치되는, 제 3 기판 이송 장치를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  10. 태양 전지 형성 시스템으로서:
    실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 가지는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    상기 실리콘-함유 층 위쪽에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버;
    엣지 시이머 모듈을 포함하며;
    상기 엣지 시이머 모듈은:
    제 1 위치로부터 제 2 위치로 기판을 이송하도록 구성된 기판 이송 장치;
    액츄에이터 및 상기 액츄에이터에 커플링된 제거 부재를 각각 구비하는 둘 이상의 엣지 제거 장치로서, 기판 이송 장치가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 기판을 이송할 때 실리콘-함유 층의 일부를 제거하고 그리고 실질적으로 동시에 상기 기판의 표면으로부터 실리콘-함유 층 및 부착된 전도성 층의 일부를 제거하도록 구성되는, 둘 이상의 엣지 제거 장치를 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴 중 하나, 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 및 엣지 시이밍 모듈 사이에서 기판을 이송하도록 배치되는 자동화 장치를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  12. 태양 전지 형성 시스템으로서:
    제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 가지는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    제 1 기판의 표면상에 전도성 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버;
    실리콘-함유 층을 가지는 제 1 및 제 2 기판 그리고 그 사이에 배치된 본딩 층으로 열 및 압력을 인가함으로써 제 2 기판을 제 1 기판에 본딩하도록 구성된 라미네이션 장치;
    오토클레이브를 포함하며;
    상기 오토클레이브는:
    베슬;
    상기 베슬의 프로세싱 영역과 유체 소통하는 유체 전달 시스템; 그리고
    본딩된 다수의 제 1 및 제 2 기판을 지지하도록 구성되고 상기 프로세싱 영역 내에서 이동가능하게 배치될 수 있는 기판 지지부를 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴 중 하나, 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버, 그리고 라미네이션 장치 사이에서 기판을 이송하도록 배치되는 자동화 장치를 더 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    유리 레이-업 모듈을 더 포함하며;
    상기 유리 레이-업 모듈은:
    상기 기판의 표면 위쪽에 본딩 물질 시트를 자동화된 방식으로 위치시키도록 구성된 제 1 로봇 장치;
    상기 본딩 물질 및 상기 기판 표면의 위쪽에 후방 유리 기판을 위치시키도록 구성된 제 2 로봇 장치를 포함하는
    태양 전지 형성 시스템.
  15. 대형 기판 상에 다수의 태양 전지 소자를 형성하기 위한 방법으로서:
    기판의 표면 상에 광흡수 층을 부착하는 단계;
    기판 표면 상의 영역으로부터 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    상기 기판의 표면 상에 금속 층을 부착하는 단계;
    상기 기판 표면 상의 영역으로부터 금속 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    상기 기판 상에 하나 또는 둘 이상의 테스트 구조물을 형성하는 단계;
    상기 테스트 구조물의 일부의 전기적 특성을 측정하는 단계를 포함하며;
    상기 테스트 구조물은 상기 기판의 다른 부분들 상에 형성된 태양 전지 소자들과 전기적으로 절연되고 그리고 상기 광흡수 층의 일부 또는 금속 층의 일부를 적어도 포함하며,
    상기 전기적 특성을 측정하는 단계는:
    기판의 표면을 둘 또는 그 이상의 콘택 핀과 접촉시키는 단계;
    둘 또는 그 이상의 콘택 핀 중 두개로 전류 또는 전압을 공급하는 단계; 그리고
    상기 둘 또는 그 이상의 콘택 핀 중 두개에서 전류 유동 또는 전압을 측정하는 단계를 포함하는
    태양 전지 소자를 형성하기 위한 방법.
  16. 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 라인으로서:
    기판을 통합된 제조 라인으로 로딩하기 위한 기판 로딩 스테이션;
    상기 기판 로딩 스테이션의 하류에 배치되고 그리고 제조 라인으로의 도입 후에 기판을 세정하도록 구성된 제 1 기판 세정장치;
    상기 제 1 기판 세정 장치의 하류에 배치되고 그리고 부착된 전방 콘택 층을 에칭하여 그 사이에 절연부를 제공하도록 구성된 전방 콘택 절연 모듈;
    상기 전방 콘택 절연 모듈의 하류에 배치되고 그리고 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 다수의 클러스터 툴;
    상기 다수의 클러스터 툴의 하류에 배치되고 그리고 상기 실리콘-함유 층을 에칭하도록 그리고 전방 콘택 층으로의 인터커넥트를 형성하도록 구성된 인터커넥트 형성 모듈;
    상기 후방 콘택 절연 모듈의 하류에 배치되고 그리고 상기 실리콘-함유 층의 위에 금속 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 금속 부착 챔버;
    상기 하나 또는 둘 이상의 금속 부착 챔버 하류에 배치되는 후방 콘택 절연 모듈;
    상기 기판의 둘레 지역으로부터 물질을 제거하도록 구성되고 하나 또는 둘 이상의 금속 부착 챔버들의 하류에 배치된 하나 또는 둘 이상의 물질 제거 챔버;
    상기 하나 또는 둘 이상의 물질 제거 챔버의 하류에 배치된 제 2 기판 세정장치;
    상기 제 2 기판 세정장치의 하류에 배치된 본딩 와이어 부착 모듈; 및
    상기 본딩 와이어 부착 모듈의 하류에 배치되고 그리고 실리콘-함유 층 및 본딩 층이 그 사이에 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 열 및 압력을 인가함으로써 제 1 기판에 제 2 기판을 본딩하도록 구성된 라미네이션 장치를 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 라미네이션 장치의 하류에 배치된 오토클레이브를 더 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 오토클레이브가:
    베슬;
    상기 베슬의 프로세싱 영역과 유체 소통하는 유체 전달 시스템; 그리고
    본딩된 다수의 제 1 및 제 2 기판을 프로세싱 영역 내에서 함께 지지하도록 구성되는 기판 지지부를 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 본딩 와이어 부착 모듈은:
    제 1 위치로부터 제 2 위치로 기판을 이송하도록 구성된 기판 핸들링 장치;
    상기 기판의 표면을 보여주도록 배치된 비전 시스템;
    상기 기판이 상기 기판 핸들링 장치에 의해서 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동될 때 상기 기판의 표면 상에 형성된 전도성 층 상에 전도성 요소를 실질적으로 동시에 위치시키도록 각각 구성되는 둘 또는 셋 이상의 전도성 요소 부착 장치; 그리고
    상기 전도성 층 상에 배치된 각각의 전도성 요소의 둘 또는 셋 이상의 영역으로 열을 제공하도록 배치될 수 있는 둘 또는 셋 이상의 땜납 지점을 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  20. 제 16 항에 있어서,
    제조 라인에서 실시되는 하나 또는 둘 이상의 프로세스들의 출력을 특성화하기 위해서 상기 제조 라인을 따라 배치된 하나 또는 둘 이상의 테스트 모듈을 더 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나 또는 둘 이상의 테스트 모듈이:
    다수의 콘택 핀;
    상기 다수의 콘택 핀들 중 하나 이상과 전기적으로 소통하는 측정 장치;
    상기 제 1 기판의 표면을 보여주도록 배치되고, 카메라, 제어부 및 하나 또는 둘 이상의 로봇 장치의 이용에 의해서 기판 상에 형성된 피쳐들을 보여주도록 구성된 비전 시스템; 및
    상기 콘택 핀이 기판의 희망 표면과 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 콘택 핀을 상기 기판에 대해서 상대적으로 위치시킬 수 있도록 구성된 액츄에이터를 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  22. 제 16 항에 있어서,
    제 1 기판 세정장치의 하류에 배치되고 그리고 기판 상에 전방 콘택 층을 형성하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 전방 콘택 부착 모듈을 더 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 라미네이션 장치로부터 하류에 배치된 오토클레이브;
    제 1 기판 세정장치로부터 하류에 배치되고 그리고 기판 상에 전방 콘택 층을 형성하도록 구성되는 하나 또는 둘 이상의 콘택 부착 모듈; 그리고
    상기 제조 라인에서 실시되는 하나 또는 둘 이상의 프로세스의 출력을 특성화하기 위해서 상기 제조 라인을 따라서 배치된 하나 또는 둘 이상의 테스트 모듈을 더 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  24. 제 16 항에 있어서,
    태양 전지 지지 구조물 부착 모듈을 더 포함하는
    태양 전지 제조 라인.
  25. 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템에서 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법으로서:
    자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템으로 기판을 로딩하는 단계;
    기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계;
    전방 콘택 층이 부착된 기판의 표면 상에 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계;
    다수의 인터커넥트를 내부에 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 상기 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    내부에 형성된 인터커넥트 내에 그리고 광흡수 층 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계;
    후방 콘택 층의 절연 영역들을 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계;
    오토클레이브 챔버의 프로세싱 영역 내에 상기 복합 구조물을 정위치시키는 단계; 그리고
    상기 복합 구조물을 가열하고 그리고 상기 오토클레이브의 프로세싱 영역으로 가스를 전달하여 상기 후방 유리와 기판 사이에 개선된 본딩을 형성하는 단계를 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 기판으로 본딩 와이어 조립체를 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  27. 제 25 항에 있어서,
    로딩 후에 그리고 다수의 광흡수 층을 부착한 후에 기판을 세정하는 단계 그리고 이어서 기판의 세정된 표면 상에 전방 콘택 층을 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  28. 제 25 항에 있어서,
    절연 지역을 제공하기 위해서 상기 기판의 적어도 둘레 주위에서 후방 콘택 층 및 다수의 광흡수 층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  29. 제 25 항에 있어서,
    후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 본딩 와이어 조립체를 상기 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  30. 제 25 항에 있어서,
    광흡수 층을 기판 상에 부착하기에 앞서서 기판 상에 부착된 전방 콘택 층의 일부를 제거하는 단계 및 기판을 세정하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    제조 시스템으로 기판을 로딩한 후에 기판을 세정하기에 앞서서 기판을 처리준비하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  32. 제 25 항에 있어서,
    상기 광흡수 층을 부착하는 단계가 클러스터 툴 내에서 하나 또는 둘 이상의 비정질 실리콘 층 및 하나 또는 둘 이상의 미세결정 층을 기판 상에 부착하여 하나 또는 둘 이상의 p-i-n 정크션을 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 광흡수 층을 기판 상에 부착하는 단계에 이어서 기판을 냉각시키는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 본딩 와이어 조립체를 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  35. 제 33 항에 있어서,
    로딩 후에 그리고 다수의 광흡수 층을 부착하기에 앞서서 기판을 세정하는 단계 및 기판 상의 세정된 표면 상에 전방 콘택 층을 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    절연 지역을 제공하기 위해서 상기 기판의 적어도 둘레 주위에서 후방 콘택 층 및 다수의 광흡수 층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 둘 또는 셋 이상의 버스 와이어를 후방 콘택 층에 대체적으로 동시에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  38. 자동화되고 통합된 태양 전지 제조 시스템에서 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법으로서:
    전방 콘택 층이 부착된 기판의 표면 상에 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계;
    다수의 인터커넥트를 내부에 형성하기 위해서 기판 표면 상의 영역으로부터 상기 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    내부에 형성된 인터커넥트 내에 그리고 광흡수 층 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계;
    둘 또는 그 이상의 물질 제거 장치를 대체적으로 동시에 이용하여 기판 표면 상의 둘 또는 그 이상의 영역으로부터 광흡수 층의 적어도 일부 및 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계; 그리고
    복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계를 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    기판의 표면 상에 부착된 전방 콘택 층을 가지는 기판을 로딩하는 단계; 그리고
    기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 기판을 로딩하는 단계 및 기판을 세정하는 단계가 다수의 광흡수 층을 부착하는 단계 이전에 실시되는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    부착된 전방 콘택 층의 영역들을 절연하기 위해서 기판 상에 부착된 전방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    전방 콘택 층의 일부를 제거한 후에 기판을 세정하는 단계;
    부착된 후방 콘택 층의 영역들을 절연시키기 위해서 기판 상에 부착된 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및
    기판 표면이 처리준비된 후에 기판을 세정하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  41. 제 38 항에 있어서,
    오토클레이브 챔버의 프로세싱 영역 내에서 복합 구조물을 정위치시키는 단계; 및
    후방 유리와 기판 사이에 개선된 본딩을 형성하기 위해서 오토클레이브의 프로세싱 영역 내로 가스를 전달하고 복합 구조물을 가열하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  42. 제 38 항에 있어서,
    둘 또는 셋 이상의 측부 버스를 후방 콘택 층 상에 부착하는 단계;
    상기 후방 콘택 층 그리고 상기 둘 또는 셋 이상의 측부-버스의 일부분의 위쪽에 둘 또는 셋 이상의 교차-버스를 부착하는 단계; 및
    상기 기판이 오토클레이브 챔버 내에서 처리된 후에 정크션 박스를 상기 복합 구조물에 본딩하는 단계를 포함하며,
    상기 정크션 박스 내에 배치된 하나 이상의 전도성 요소가 본딩 후에 상기 둘 또는 셋 이상의 교차-버스 중 하나와 전기적으로 소통하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 정크션 박스가 부착된 후에 지지 구조물을 상기 복합 구조물에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    태양 전지 제조 시스템으로부터 기판을 제거하지 않고 상기 각각의 진행 단계들이 실시되는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  45. 제 38 항에 있어서,
    후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 본딩 와이어 조립체를 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  46. 제 38 항에 있어서,
    다수의 광흡수 층을 부착하기에 앞서서 기판을 세정하는 단계 그리고 기판의 세정된 표면 상에 전방 콘택 층을 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  47. 제 38 항에 있어서,
    절연 지역을 제공하기 위해서 기판의 적어도 둘레 주위에서 후방 콘택 층 및 다수의 광흡수 층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  48. 제 45 항에 있어서,
    후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 본딩 와이어 조립체를 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  49. 제 38 항에 있어서,
    상기 기판 상의 광흡수 층을 부착하기에 앞서서 기판 상에 부착된 전방 콘택 층의 일부를 제거하는 단계 그리고 기판을 세정하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  50. 제 38 항에 있어서,
    상기 광흡수 층을 부착하는 단계가 클러스터 툴 내에서 하나 또는 둘 이상의 비정질 실리콘 층 및 하나 또는 둘 이상의 미세결정 층을 기판 상에 부착하여 하나 또는 둘 이상의 p-i-n 정크션을 기판 상에 형성하는 단계를 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    기판 상에서 광흡수 층을 부착한 후에 기판을 냉각시키는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 본딩 와이어 조립체를 상기 기판 상에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  53. 제 51 항에 있어서,
    로딩 후에 그리고 다수의 광흡수 층을 부착하기에 앞서서 기판을 세정하는 단계 그리고 이어서 기판의 세정된 표면 상에 전방 콘택 층을 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    절연 지역을 제공하기 위해서 상기 기판의 적어도 둘레 주위에서 후방 콘택 층 및 다수의 광흡수 층의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  55. 제 54 항에 있어서,
    후방 유리 기판을 본딩하는 단계에 앞서서 본딩 와이어 조립체를 상기 기판에 부착하는 단계를 더 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  56. 태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템으로서:
    기판을 수용하도록 구성된 기판 수용 모듈;
    기판 시임가공 모듈;
    상기 기판이 기판 시임가공 모듈에서 프로세싱된 후에 기판을 세정하도록 정위치된 제 1 세정 모듈;
    전방 콘택 절연 모듈;
    기판이 전방 콘택 절연 모듈 내에서 프로세싱된 후에 기판을 세정하도록 정위치된 제 2 기판 세정 모듈;
    기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    광흡수 층(들) 절연 모듈;
    기판의 표면 상에 금속 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버;
    하나 또는 둘 이상의 후방 콘택 절연 모듈;
    엣지 제거(exclusion) 모듈;
    기판이 상기 엣지 제거 모듈 내에서 프로세싱된 후에 기판으로 세정하도록 정위치된 제 3 기판 세정 모듈;
    본딩 와이어 부착 모듈; 및
    본딩 모듈을 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
  57. 제 56 항에 있어서,
    상기 기판이 본딩 모듈 내에서 프로세싱된 후에 기판을 가열하도록 배치된 오토클레이브 모듈을 더 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
  58. 태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템으로서:
    기판의 표면으로부터 물질을 제거하도록 구성된 물질 제거 챔버들;
    시스템 내에서 실행되는 하나 또는 둘 이상의 프로세스들의 출력을 특성화하도록 구성된 테스트 모듈을 포함하며,
    상기 테스트 모듈은:
    다수의 콘택 핀;
    상기 다수의 콘택 핀들 중 하나 이상과 전기적으로 소통하는 측정 장치;
    상기 기판의 표면을 관찰하도록 정위치되고, 그리고 카메라, 제어부 및 하나 또는 둘 이상의 로봇 장치를 이용하여 기판 상에 형성된 피쳐를 관찰하도록 구성된 비전 시스템; 그리고
    콘택 핀들이 기판 상의 희망하는 표면과 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 콘택 핀들을 기판에 대해서 상대적으로 정위치시키도록 구성된 액츄에이터를 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
  59. 태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법으로서:
    기판의 표면으로부터 하나 또는 둘 이상의 오염물질을 제거하기 위해서 기판을 세정하는 단계;
    기판의 표면 상에 광흡수 층을 부착하는 단계;
    상기 기판 표면 상의 영역으로부터 광흡수 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    상기 기판의 표면 상에 후방 콘택 층을 부착하는 단계;
    상기 기판 표면 상의 영역으로부터 후방 콘택 층의 적어도 일부를 제거하는 단계;
    복합 구조물을 형성하기 위해서 상기 기판의 표면으로 후방 유리 기판을 본딩하는 단계;
    상기 복합 구조물을 오토클레이브 챔버의 프로세싱 영역 내에 정위치시키는 단계; 그리고
    상기 오토클레이브의 프로세싱 영역으로 가스를 전달하고 상기 복합 구조물을 가열하여 상기 후방 유리와 기판 사이에 개선된 본딩을 형성하는 단계를 포함하는
    태양 전지 기판을 프로세싱하는 방법.
  60. 태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템으로서:
    제 1 기판의 표면 상에 실리콘-함유 층을 부착하도록 구성된 하나 이상의 프로세싱 챔버를 구비하는 하나 또는 둘 이상의 클러스터 툴;
    상기 제 1 기판의 표면 상에 금속 층을 부착하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 부착 챔버;
    둘 또는 셋 이상의 물질 제거 장치를 대체적으로 동시에 이용하여 제 1 기판의 표면상의 둘 또는 그 이상의 영역으로부터 실리콘-함유 층의 적어도 일부 및 금속 층의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 엣지 제거 모듈;
    둘 또는 그 이상의 버스 라인을 상기 금속 층 상에 실질적으로 동시에 정위치시키도록 구성된 본딩 와이어 부착 모듈; 그리고
    실리콘-함유 층 및 본딩 층이 그 사이에 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판으로 열 및 압력을 인가함으로써 제 1 기판에 제 2 기판을 본딩하도록 구성된 본딩 모듈을 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 기판이 본딩 모듈 내에서 본딩된 후에 제 1 기판, 제 2 기판 및 본딩 층을 가열하도록 배치되는 오토클레이브 모듈을 더 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
  62. 제 60 항에 있어서,
    시스템 내에서 실시되는 하나 또는 둘 이상의 프로세스의 출력을 특성화하도록 구성된 테스트 모듈을 더 포함하며;
    상기 테스트 모듈은:
    다수의 콘택 핀;
    상기 다수의 콘택 핀들 중 하나 이상과 전기적으로 소통하는 측정 장치;
    상기 제 1 기판의 표면을 보여주도록 배치되고, 카메라, 제어부 및 하나 또는 둘 이상의 로봇 장치의 이용에 의해서 기판 상에 형성된 피쳐들을 보여주도록 구성된 비전 시스템; 및
    상기 콘택 핀이 기판의 희망 표면과 전기적으로 접촉할 수 있도록 상기 콘택 핀을 상기 기판에 대해서 상대적으로 위치시킬 수 있도록 구성된 액츄에이터를 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
  63. 제 60 항에 있어서,
    상기 오토클레이브가:
    베슬;
    상기 베슬의 프로세싱 영역과 유체 소통하는 유체 전달 시스템; 그리고
    상기 프로세싱 영역 내에서 함께 본딩된 다수의 제 1 및 제 2 기판을 지지하도록 구성된 기판 지지부를 포함하는
    태양 전지를 형성하기 위한 자동화되고 통합된 시스템.
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