KR20100110422A - 태양전지 제조용 기판 식각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지 제조에 사용되는 기판 식각장치에 관한 것으로서, 일정량의 식각액이 수용될 수 있는 식각액저장조가 구비된 프레임과, 상기 식각액저장조의 상부에 결합되어 기판의 하측면을 회전 지지함과 동시에 식각액을 기판의 하측면에 연속적으로 수송시킬 수 있게 배열 설치되며 외주면에는 상기 식각액이 수용될 수 있는 다수개의 식각액수용부가 구비되는 식각롤러, 및 상기 식각롤러를 구동시키는 구동부로 구성되어 상기 식각액이 식각액수용부에 수용된 상태로 이동됨과 동시에 회전되는 식각롤러의 외주면에 장시간 체류될 수 있게 함으로써, 식각액과 기판과의 접촉시간 및 접촉면적이 최대화되도록 하여 식각 작용이 효과적으로 수행될 수 있게 할 뿐 아니라, 식각롤러의 회전시 식각액의 용액 입자 등이 주변으로 비산 또는 확산되어 기판의 측면이나 상부가 식각되는 것을 방지할 수 있는 태양전지 제조용 기판 식각장치에 관한 것이다.

기판, 태양전지, 식각

Description

태양전지 제조용 기판 식각장치{Substrate etching machine for manufacturing solar cell}

본 발명은 태양전지 제조에 사용되는 기판 식각장치에 관한 것으로서, 기판을 일정 속도로 이송시킬 수 있도록 기판의 하면을 회전 지지할 수 있는 다수개의 식각롤러를 배열 설치하되, 상기 식각롤러의 외주면에는 식각액이 용이하게 유입될 수 있는 식각액수용부를 구비하여 상기 식각액이 회전되는 식각롤러의 외주면에 효과적으로 체류되어 식각액과 기판과의 접촉시간 및 접촉면적이 최대화되도록 함으로써, 기판이 효과적으로 식각될 수 있을 뿐 아니라, 식각 불량을 방지할 수 있는 태양전지 제조용 기판 식각장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지(Solar Cell)는 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자의 하나로서, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 가공하여 전자(electron)와 정공(hole)이 각각 구비되는 다른 극성의 N(negative)형 반도체 및 P(positive)형 반도체를 접합시키고 전극을 형성함으로써, P-N접합에 의한 태양광 발전의 원리를 이용하여 빛 에너지에 의한 전자의 이동을 통해 전기 에너지를 생산 하게 되는 광전지이다.

상기와 같은 태양전지는 다수개가 서로 연결 설치되어 하나의 모듈(module)을 형성하게 되고, 상기 다수개의 모듈을 직렬과 병렬로 연결하여 태양전지 패널(panel)을 구성하여 전력을 생산하게 되는 태양전지 어레이(array)의 가장 최소 단위의 기본 소자이다.

태양전지는 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지 또는 비정질 실리콘 태양전지와 같은 실리콘계 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류된다.

실리콘계 태양전지는 실리콘을 성장시켜 하나의 실리콘 덩어리를 형성하는 잉곳(ingot)을 제조하고, 이 잉곳을 대략 200㎛의 얇은 두께로 절단하여 기판(웨이퍼)을 제조한 후, 이 기판을 여러 가공 공정을 통해 처리함으로써 제작되게 된다.

일반적으로 태양전지 제조공정은 상기와 같이 제조된 기판의 광 흡수율을 높이기 위한 표면조직화공정, P-N접합을 형성시키는 도핑공정, 불순물을 제거하는 산화막 제거공정, 광반사 손실을 줄이기 위한 반사방지막 형성공정, P-N접합 분리공정, 전후면 전극 인쇄공정 등으로 이루어진다.

상기 제조공정 중 도핑공정은 P-N접합을 형성하기 위해 의도적으로 첨가물을 고온에서 기판에 확산시켜 P층과 N층을 형성하는 단계이며, P-N접합 분리공정은 누설 전류의 발생을 방지하기 위해 기판 외측부의 N층 일부를 분리 제거하는 단계로서, 레이저 빔을 이용한 레이저 분리법(laser isolation), 또는 플라즈마를 이용하여 여러 장의 기판을 동시에 처리하는 플라즈마 식각법 (plasma edge isolation), 또는 식각액을 이용한 습식 식각법(wet etch)을 통해 기판을 식각 처리하게 된다.

이하 도 1 및 2를 참조하여 종래의 P-N접합 분리공정을 간략히 설명한다.

도 1은 도핑공정에 의해 P-N접합이 형성된 기판의 개략적인 단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 종래의 P-N접합 분리공정 수행을 위한 습식 식각법의 개략적인 작동상태도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 도핑공정이 완료된 기판(100)은 P층 웨이퍼의 외주면 전체를 N층이 둘러싸고 있는 형태이기 때문에 N층의 일부를 분리 또는 제거하는 것이 필요하게 되는데, 이때 종래에는 기판 상부의 N층 테두리를 따라 레이저 빔을 조사하여 상부 N층의 테두리만을 제거함으로써, 상부 N층을 하부 N층(105)과 분리시키거나, 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 식각액(120)을 이용하여 기판(100)의 하부 N층(105) 전체를 습식 식각하여 제거하였다.

종래의 습식 식각은 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(100)을 식각액(120)에 띄워 기판(100)의 하측면이 식각액(120)에 직접 접촉되게 함으로써, 기판(100)의 하부 N층(105)이 제거되도록 하였다.

그러나 상기와 같은 종래의 P-N접합 분리공정은 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 기판이 식각액에 부양된 상태로 식각 처리되는 경우에는 부양조건에 따라 각 기판의 식각율이나 식각 균일도를 확보하는 것이 용이하지 않고, 둘째, 외부 진동이나 기류 발생시 식각액의 용액 입자 등이 주변으로 불필요하게 비산되거나 확산되어 기판의 측면 또는 상부면이 부분적으로 식각 처리됨으로써, 기판의 불량률이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 식각롤러가 기판을 이송시킴과 동시에 기판의 하측면을 식각 처리할 수 있게 함으로써, 식각롤러가 기판의 식각 처리는 물론 기판 반송롤러 기능도 동시에 수행할 수 있게 하여 공정의 효율성이 향상될 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 식각롤러의 외주면에 다수개의 식각액수용부를 형성하여 식각액이 회전되는 식각롤러의 외주면에 효과적으로 체류될 수 있게 함으로써, 식각액과 기판과의 접촉시간 및 접촉면적이 최대화되도록 하여 식각 작용이 효과적으로 수행될 수 있게 하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 식각액이 다수개의 식각액수용부에 균일하게 각각 수용되어 기판과 접촉되게 함으로써, 식각롤러의 회전에 의한 식각액의 용액 입자 등의 불필요한 비산이나 확산을 방지하여 기판의 불량 방지는 물론 식각 균일도를 확보하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 프레임과, 상기 프레임의 상부에 구비되어 식각액이 수용되는 식각액저장조와, 상기 식각액에 하측부가 잠길 수 있도록 상기 식각액저장조의 상부에 회전 가능하게 설치하되, 기판을 일정 속도로 이송시킬 수 있도록 상기 기판의 하면을 회전 지지할 수 있게 배열 설치되며, 외주면에 는 일정량의 식각액이 유입되어 수용될 수 있는 식각액수용부가 구비되는 식각롤러, 및 상기 식각롤러를 회전 구동시키는 구동부를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명의 상기 식각액수용부는 상기 식각롤러의 길이에 대응되게 회전 중심 축 방향을 따라 형성되는 일정 깊이의 슬릿으로 구성될 수 있다.

또 상기 슬릿은 상기 식각롤러의 회전 중심 축을 기준으로 식각롤러의 외주면에 다수개가 방사상으로 배열 설치될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 첫째, 식각롤러가 기판의 반송 기능과 식각 처리 기능을 동시에 수행하게 됨으로써, 공정설비의 단순화는 물론 공정 속도의 증가와 공정의 효율성 증가로 인해 태양전지의 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

둘째, 식각액이 식각롤러의 외주면에 장시간 체류하게 됨으로써, 식각액과 기판과의 접촉시간 및 접촉면적이 증가하여 식각 작용이 효과적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.

셋째, 식각액의 용액 입자 등이 주변으로 불필요하게 비산되거나 확산되는 것이 방지되어 기판의 불량률 방지는 물론 식각 균일도를 높일 수 있어 기판의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 태양전지 제조용 기판 식각장치의 개략적인 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명에 구비된 식각롤러의 사시도를 나타내 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양전지 제조용 기판 식각장치는 프레임(10), 식각액저장조(15), 식각롤러(20) 및 구동부(30)를 포함하여 구성된다.

프레임(10)의 상부에는 기판(100)을 식각 처리하기 위한 일정량의 식각액(120)이 내부에 저장될 수 있도록 일정 크기의 공간을 형성하는 식각액저장조(15)가 구비된다.

식각액저장조(15)는 합성수지재로 형성될 수 있으며, 내측 상부에는 다수개의 식각롤러(20)가 설치된다.

한편 프레임(10)의 일측면에는 식각롤러(20)를 회전시키는 구동부(30)가 설치된다.

프레임(10)은 태양전지를 제조하기 위한 도핑공정이나 산화막 제거공정, 광반사 손실을 줄이기 위한 반사방지막 형성공정 또는 전후면 전극 인쇄공정 등과 연계되어 기판(100)이 연속적으로 처리될 수 있도록 다른 처리 공정과 연결 설치될 수 있을 것이다.

한편 식각액(120)은 기판(100)의 하측면에 형성된 하부 N층(105)(도1에 도시함)을 식각 처리하기 위한 약액으로서, 일반적으로 질산과 불산 등이 혼합된 용액이며, 식각액저장조(15)에 저장된 상태에서 식각롤러(20)의 회전에 의해 상 방향으로 수송되어 기판(100)의 하측면에 접촉됨으로써, 기판(100)의 하부 N층(105)을 제 거하게 되는 것이다.

한편 도 1에 도시된 기판(100)은 설명의 편의를 위하여 P층과 N층을 확대 도시한 것으로서, 먼저 실리콘 덩어리를 형성하는 잉곳(ingot)을 약 200㎛의 두께로 절단하여 박판 형태로 제조된 실리콘 웨이퍼를 도핑공정을 통해 P-N접합을 형성하게 되는 것이다.

즉 기판(100)은 실리콘 웨이퍼상에 붕소(B)를 고온에서 도핑(확산)시킴으로써 P형 웨이퍼를 형성한 후, 상기와 같은 P형 웨이퍼상에 인(P)을 추가로 도핑(확산)시킴으로써, P형 웨이퍼 외주면에 N형 웨이퍼가 적층된 P-N접합 구조를 형성하게 되는 것이다.

이때 기판(100)은 도핑공정의 특성상 P형 웨이퍼의 외주면 전체에 인이 도핑(확산)되기 때문에 도 1에 도시된 바와 같이, N형 웨이퍼가 P형 웨이퍼의 외주면 전체를 둘러싸게 되는 P-N접합을 형성하게 된다.

따라서 본 발명은 식각액저장조(15) 상부에 설치된 식각롤러(20)가 식각액저장조(15)에 저장된 식각액(120)을 기판(100)으로 수송하여 기판(100) 하측면이 식각액(120)에 접촉되게 함으로써, 기판(100)의 하부 N층(105)이 제거되게 하는 것이다.

한편 식각롤러(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 양단이 식각액저장조(15)의 상부 양측면에 회전 가능하게 각각 결합되는 것으로서, 기판(100)을 일정 속도로 이송시킬 수 있도록 기판(100)의 하측면을 회전 지지할 수 있게 다수개가 일정 간격으로 이격되게 배열 설치된다.

따라서 기판(100)은 하측면이 회전되는 다수개의 식각롤러(20)의 외주면 상측부에 순차적으로 접촉되면서 화살표와 같이 식각롤러(20)의 회전 방향으로 이송되게 된다.

이때 식각롤러(20)는 하측부가 식각액(120)에 잠긴 상태에서 회전되도록 설치됨으로써, 기판(100)을 이송시킴과 동시에 지속적으로 식각액(120)을 상 방향으로 이동시키는 역할을 하게 된다.

식각롤러(20)의 하측부가 식각액(120)에 잠기는 깊이는 식각롤러(20)의 회전속도나 식각액(120)의 특성을 고려하여 식각롤러(20)의 회전시 식각액(120)이 식각롤러(20)의 상 방향으로 효과적으로 수송될 수 있도록 적정 깊이로 선정하면 될 것이다.

식각롤러(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 일정 길이와 직경을 가지는 원통 형상의 합성수지재로 구성되며, 중앙부에는 식각롤러(20)를 회전 지지할 수 있게 회전 중심 축 역할을 하는 회전샤프트(21)가 결합된다.

회전샤프트(21)는 양단이 식각액저장조(15)의 상부 양측면에 각각 회전 가능하도록 관통 결합되어 식각롤러(20)와 일체로 회전될 수 있게 구비되는 것으로서, 구동부(30)로부터 회전력을 전달받아 식각롤러(20)를 일정 속도로 회전시키게 된다.

또한 회전샤프트(21)는 일단부에 구동벨트(35)가 연결될 수 있도록 풀리(22)가 결합된다.

이때 각각의 회전샤프트(21)에 구비된 풀리(22)는 구동부(30)로부터 회전력 을 전달받아 다수개의 식각롤러(20)가 동일한 속도와 동일한 방향으로 동시에 회전될 있도록 구동벨트(35)로 서로 연결된 후, 최종적으로 구동부(30)에 연결된다.

그러나 회전샤프트(21)는 구동벨트(35)에 의해 회전되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 식각롤러(20)를 동일한 방향과 속도로 회전시킬 수 있는 기어 결합이나, 체인 등과 같은 통상적인 회전력 전달수단을 이용하여 구동부(30)와 연결될 수도 있을 것이다.

이때 구동부(30)는 모터(도시하지 않음)를 이용하여 회전샤프트(21)를 회전 구동시킬 수 있을 것이다.

한편 식각롤러(20)의 외주면에는 다수개의 식각액수용부(25)가 형성된다.

식각액수용부(25)는 프레임(10)의 식각액저장조(15)에 저장된 식각액(120)이 유입되어 수용될 수 있도록 형성되는 것으로서, 식각롤러(20)의 길이에 대응되게 회전샤프트(21)의 중심 축 방향을 따라 형성되는 일정 깊이의 슬릿으로 구성된다.

이때 식각액수용부(25)는 회전샤프트(21)의 회전 중심 축을 기준으로 식각롤러(20)의 외주면에 방사상으로 다수개가 형성되며, 필요에 따라 보다 미세하게 이격되도록 구비될 수 있을 것이다.

식각액수용부(25)는 일정 폭의 슬릿으로 한정되는 아니며, '∪'자 형태나 양측면이 경사지게 형성되는 사다리 형태, 또는 반원형 등 다양한 형태로 구성될 수 있을 것이다.

따라서 식각액수용부(25)는 식각액(120)이 내부에 유입되도록 함으로써, 식각롤러(20)가 회전될 때 식각액(120)이 식각롤러(20)의 외주면을 따라 흘러내리지 않고 장시간 체류될 수 있게 하는 것이다.

이하 도 5를 참조하여 본 발명의 작동 과정을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 작동상태도를 나타낸 것으로서, 도시된 바와 같이, 다수개의 식각롤러(20)는 하측부가 식각액(120)에 잠긴 상태에서 동일한 방향으로 회전하게 되고, 이때 기판(100)은 하측면이 식각롤러(20)의 외주면 상측부에 접촉되어 식각롤러(20)의 회전 방향으로 이송되게 된다.

이때 식각액(120)은 식각롤러(20)의 회전과 동시에 식각액수용부(25)에 순차적으로 유입된 후, 식각롤러(20)의 회전시 외주면을 따라 흘러내리지 않고 상 방향으로 이동하여 기판(100)의 하측면 전체에 접촉됨으로써, 기판(100)의 하부 N층(105)을 식각 처리하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 다수개의 식각롤러(20)가 기판(100)을 회전 지지함과 동시에 식각액(120)이 기판(100)의 하측면에 지속적으로 접촉되게 하여 기판(100)의 하부 N층(105)을 식각 처리하게 됨으로써, 기판(100)의 식각 처리는 물론 기판(100) 반송롤러 기능도 동시에 수행할 수 있게 되는 것이다.

또한 식각액(120)이 식각롤러(20)의 외주면에 형성된 다수개의 식각액수용부(25)에 의해 식각롤러(20)의 회전에 따라 상 방향으로 효과적으로 이동됨으로써, 식각액(120)과 기판(100)과의 접촉시간 및 접촉면적이 최대화되어 식각 작용이 효과적으로 수행될 수 있을 뿐 아니라, 식각롤러(20)의 회전시 식각액(120)의 용액 입자 등이 주변으로 불필요하게 비산되거나 확산되는 것이 방지되어 기판(100)의 불량 방지는 물론 식각 균일도를 확보할 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 태양전지 제조용 기판의 개략적인 단면도,

도 2는 종래의 P-N접합 분리공정의 작동상태도,

도 3은 본 발명의 사시도,

도 4는 본 발명에 구비되는 식각롤러의 사시도,

도 5는 본 발명의 작동상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 프레임 15 : 식각액저장조

20 : 식각롤러 21 : 회전샤프트

22 : 풀리 25 : 식각액수용부

30 : 구동부 35 : 구동벨트

100 : 기판 105 : 하부 N층

120 : 식각액

Claims (3)

1. 프레임;

   상기 프레임의 상부에 구비되어 식각액이 수용되는 식각액저장조;

   상기 식각액에 하측부가 잠길 수 있도록 상기 식각액저장조의 상부에 회전 가능하게 설치하되, 기판을 일정 속도로 이송시킬 수 있도록 상기 기판의 하면을 회전 지지할 수 있게 배열 설치되며, 외주면에는 일정량의 식각액이 유입되어 수용될 수 있는 식각액수용부가 구비되는 식각롤러; 및

   상기 식각롤러를 회전 구동시키는 구동부;

   를 포함하여 구성되는 태양전지 제조용 기판 식각장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 식각액수용부는 상기 식각롤러의 길이에 대응되게 회전 중심 축 방향을 따라 형성되는 일정 깊이의 슬릿으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조용 기판 식각장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 슬릿은 상기 식각롤러의 회전 중심 축을 기준으로 식각롤러의 외주면에 다수개가 방사상으로 배열 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 제조용 기판 식각장치.

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