KR20100122613A

KR20100122613A - Ｘ선을 이용한 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100122613A
Application number: KR1020090041601A
Authority: KR
Inventors: 신주호
Original assignee: (주)미래컴퍼니
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-23

Abstract

X선(X-ray)을 이용한 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치는, 전극이 형성된 태양전지의 기판을 거치하는 스테이지부, 스테이지부에 거치된 기판에 영역 타입의 X선을 조사하는 X선원, 기판을 투과한 X선을 검출하는 영역 디텍터, 영역 디텍터에 의해 검출된 X선에 상응하는 투시 영상을 분석하여 전극을 식별하는 영상 분석부 및 식별된 전극의 결함을 검출하는 전극 결함 검출부를 포함할 수 있다. 이에 의하면, 태양전지의 전극 형성 공정 이후에 프린팅된 전극에 대하여 X선을 이용하여 비파괴 검사를 실시함으로써 외관상 보이지 않은 내부 공극(void), 크랙(crack) 등의 전극 결함을 검출할 수 있다.

태양전지, X선, 전극, 검사

Description

Ｘ선을 이용한 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법{Apparatus and Method for inspecting solar cell electrode using X-ray}

본 발명은 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 X선(X-ray)을 이용한 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.

태양전지(solar cell)는 태양으로부터 생성된 광 에너지를 광기전 효과(photovoltaic effect)에 의해 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자이다. 태양전지 종류에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류할 수 있다. 이 중 실리콘 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지와 같은 결정질 실리콘 태양전지와 비정질 실리콘 태양전지 등으로 구분된다.

이러한 태양전지의 제조는 웨이퍼 투입, 세정 및 절삭 손상 제거(saw damage removal), 텍스처링(texturing), p 확산에 따른 p-n 접합, PSG(인화실리케이트유리) 제거, 반사방지막 코팅, 금속전극 형성(metallization)(금속 인쇄(metal printing), 금속 건조와 소성을 포함함), 측면 분리(edge isolation), 태양전지의 평가와 분류 등의 공정으로 이루어진다. 태양전지 기판의 전면 및/또는 후면에 광생성된 전하를 수집하기 위한 금속전극을 형성하기 위해서는 스크린 프린트 방식으로 금속 분말을 인쇄하는 금속 인쇄 공정과, 인쇄된 금속 분말을 건조하고 소성하여 금속전극을 형성하는 금속 건조와 소성 공정을 거쳐야 한다.

상술한 공정을 통해 생성하는 전극은 버스바(bus bar), 그리드 핑거(grid finger) 등을 포함하며, 태양전지에서 발생된 전력을 외부로 전달하는 역할을 수행하여 태양전지의 효율 측면에서 중요한 부분이다. 이로 인해 전도성이 좋은 은(Ag), 알루미늄(Al), 그 화합물 등을 이용하여 전극을 형성한다.

태양전지에서 중요한 부분을 차지하는 전극을 검사하는 방법으로는 비젼을 이용한 광학 검사, 태양빛에 광원을 쬐어 발생되는 IR 분포를 측정하여 해당 전극의 결함을 검사하는 간접 방식의 태양광 검사 등이 있었다.

광학 검사의 경우 전극 내부에 존재하는 공극(void), 크랙(crack) 등에 대해서는 검사가 불가능하며, 외부에서 식별가능한 단순 끊어짐 정도만을 검사할 수 있는 한계가 있었다. 또한, 태양광 검사의 경우 IR 분포가 안개와 같이 확산 형태로 분포되는 바 검사 정밀도가 높지 않은 한계가 있었다.

전극 내부에 공극이나 크랙과 같은 결함이 있는 경우 태양전지에 있어서 중요한 부분인 효율 측면에서 가장 큰 영향을 미치는 저항이 발생하여 태양전지의 효율 저하에 주요한 원인이 되고 있는 바 이에 대하여 높은 정밀도로 그 결함을 검출해 낼 필요가 있다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 태양전지의 전극 형성 공정 이후에 프린팅된 전극에 대하여 X선을 이용하여 비파괴 검사를 실시함으로써 외관상 보이지 않은 내부 공극(void), 크랙(crack) 등의 전극 결함을 검출할 수 있는 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 태양전지의 전극 결함을 검출하여 생산된 제품에 대한 불량률을 낮출 수 있어 태양전지 생산 품질을 높일 수 있는 태양전지의 전극 검사 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전극이 형성된 태양전지의 기판에 대하여 X선을 조사하여 전극의 결함을 검사하는 태양전지의 전극 검사 장치가 제공된다.

일 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치는, 전극이 형성된 태양전지의 기판을 거치하는 스테이지부, 스테이지부에 거치된 기판에 영역 타입의 X선을 조사하는 X선원, 기판을 투과한 X선을 검출하는 영역 디텍터, 영역 디텍터에 의해 검출된 X선에 상응하는 투시 영상을 분석하여 전극을 식별하는 영상 분석부 및 식별된 전극의 결함을 검출하는 전극 결함 검출부를 포함할 수 있다. 스테이지부는 X선이 조사되는 영역 내에 기판의 전극 중 일부가 포함되도록 태영전지 기판을 X축, Y축, Z축 중 하나 이상의 축에 따라 이동시킬 수 있다.

다른 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치는, 전극이 형성된 기판을 거치하고 일방향으로 이동시키는 컨베이어, 컨베이어 상에서 일방향과 소정 각도를 이루는 라인 타입의 X선을 조사하는 라인 타입 X선원, 기판을 투과한 X선을 검출하고 X선에 의해 투시된 부분 영상을 조합하여 기판 전체에 대한 투시 영상을 구성하는 라인 디텍터, 투시 영상을 분석하여 전극을 검출하는 영상 분석부 및 검출된 전극의 결함을 검출하는 전극 결함 검출부를 포함할 수 있다. 라인 디텍터는 컨베이어의 이동 속도에 대응되는 모터 엔코더에서의 위치 펄스를 인가받고, 위치 펄스에 대응하여 소정 시간 동안 검출한 연속적인 X선으로부터 투시 영상을 구성할 수 있다.

영상 분석부는, 전극의 에지라인(edge line)을 검출하는 에지 검출부와, 에지라인을 기초로 하여 전극에 대응되는 관심영역(region of interest)을 설정하는 관심영역 설정부를 포함할 수 있다.

에지 검출부는 에지 검출 알고리즘을 이용하여 에지라인을 검출할 수 있다.

전극 결함 검출부는 관심영역에 대하여 블랍(Blob) 알고리즘을 이용하여 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분을 결함으로 검출할 수 있다. 전극 결함 검출부는 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분의 크기가 기준 크기 이상인 부분을 결함으로 검출할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 외부로부터 태양전지의 기판을 이송받고, 기판 전체에 대하여 라인 타입의 X선을 조사하여 획득한 제1 투시 영상을 분석하여 기판에 있는 전극에서의 결함 유무 및 결함 위치를 판별하는 라인 타입의 전극 검사 장치와, 라인 타입의 전극 검사 장치에 의해 전극에 결함이 있는 것으로 판별된 기판을 이송받고, 결함 위치에 대하여 영역 타입의 X선을 조사하여 획득한 제2 투시 영상을 분석하여 기판의 불량 여부를 판별하는 영역 타입의 전극 검사 장치와, 라인 타입의 전극 검사 장치로부터 영역 타입의 전극 검사 장치로 기판을 이송하는 이송 장치를 포함하는 태양전지의 전극 검사 시스템이 제공된다. 제1 투시 영상은 일 화소당 10μm의 해상도를 가질 수 있다. 제2 투시 영상은 일 화소당 1μm의 해상도를 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전극이 형성된 태양전지의 기판에 대하여 X선을 조사하여 전극의 결함을 검사하는 태양전지의 전극 검사 방법이 제공된다.

일 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 방법은, 전극이 형성된 태양전지의 기판을 이송받아 스테이지부에 거치하는 단계, 스테이지부를 이동시켜 기판 중 전극이 형성된 위치에 영역 타입의 X선을 조사하는 단계, 기판을 투과한 X선을 검출하여 투시 영상을 획득하는 단계, 투시 영상을 분석하여 전극을 식별하는 단계 및 식별된 전극의 결함을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 방법은, 전극이 형성된 태양전지 의 기판을 이송받아 컨베이어에 거치하는 단계, 컨베이어를 구동시켜 소정 방향으로 기판을 이동시키는 단계, 컨베이어에 거치된 기판에 라인 타입의 X선을 조사하는 단계, 기판 전체에 대한 X선 조사가 완료될 때까지 상기 이동과 상기 X선의 조사를 반복하는 단계, 기판 전체에 대한 투시 영상을 획득하는 단계, 투시 영상을 분석하여 전극을 식별하는 단계 및 식별된 전극의 결함을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

투시 영상을 분석하여 전극을 식별하는 단계는, 전극의 에지라인(edge line)을 검출하는 단계와, 에지라인을 기초로 하여 전극에 대응되는 관심영역(region of interest)을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

전극의 에지라인을 검출하는 단계는 에지 검출 알고리즘을 이용하여 에지라인을 검출할 수 있다.

식별된 전극의 결함을 검출하는 단계는 관심영역에 대하여 블랍(Blob) 알고리즘을 이용하여 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분을 결함으로 검출할 수 있다.

식별된 전극의 결함을 검출하는 단계는 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분의 크기가 기준 크기 이상인 부분을 결함으로 검출할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 외부로부터 태양전지의 기판을 라인 타입의 전극 검사 장치 내의 컨베이어로 이송받는 단계, 기판 전체에 대하여 라인 타입의 X선을 조사하여 제1 투시 영상을 획득하는 단계, 제1 투시 영상을 분석하여 기판에 있는 전극에서의 결함 유무 및 결함 위치를 판별하는 단계, 전극에 결함이 있는 것으로 판별된 기판을 영역 타입의 전극 검사 장치 내의 스테이지부로 이송하 는 단계, 결함 위치에 대응하여 스테이지부를 이동시키는 단계, 영역 타입의 X선을 조사하여 제2 투시 영상을 획득하는 단계 및 제2 투시 영상을 분석하여 기판의 불량 여부를 판별하는 단계를 포함하는 태양전지의 전극 검사 방법이 제공된다. 제1 투시 영상은 일 화소당 10μm의 해상도를 가질 수 있다. 제2 투시 영상은 일 화소당 1μm의 해상도를 가질 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 태양전지의 전극 형성 공정 이후에 프린팅된 전극에 대하여 X선을 이용하여 비파괴 검사를 실시함으로써 외관상 보이지 않은 내부 공극, 크랙 등의 전극 결함을 검출할 수 있고, 이를 통해 생산된 제품에 대한 불량률을 낮출 수 있어 태양전지 생산 품질을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것 으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 검사에 이용되는 태양전지의 전극 검사 장치의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, X선원(110), 스테이지부(120), 영역 디텍터(130), 제어 유닛(140), 기판(100)이 도시되어 있다. 제어 유닛(140)에는 영상 분석부(142)와 전극 결함 검출부(144)가 포함된다. 여기서, 스테 이지부(120)에 거치되는 기판(100)은 전술한 태양전지 제조 공정 중 금속전극 형성 공정을 통해 전면 및/또는 후면에 금속전극이 형성되어 있는 태양전지 기판이다.

본 실시예에 따른 영역 타입의 태양전지의 전극 검사 장치는 스테이지부(120) 상에 거치된 전극이 형성되어 있는 기판(100)에 대하여 전극에 영역 타입의 X선을 조사하고, 기판(100)을 투과한 X선량을 검출하여 획득한 영상으로부터 기판(100)의 전극을 식별하고 해당 전극에 결함이 있는지 여부를 판별하는 검사를 행한다.

기판(100) 전체가 아닌 부분에 대해서 검사를 수행하는 바, 태양전지에 대하여 정밀 검사를 수행하거나 샘플 검사를 수행하고자 할 때에 본 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치가 이용될 수 있다.

스테이지부(120)에는 전단의 이송 장치에 의해 전극 검사 장치 내로 이송된 기판(100)이 거치된다. 전단의 이송 장치는 컨베이어 혹은 로봇 암 등일 수 있다. 스테이지부(120)는 도 1에 도시된 X축, Y축, Z축 중 하나 이상의 축에 따른 이동이 가능하다. 예를 들어, XY 평면을 따라 2차원 이동함으로써 상면에 거치된 기판(100)도 함께 2차원 이동시킴으로써 X선원(110)으로부터의 X선이 조사되는 영역, 즉 검사하고자 하는 영역을 변경시킬 수 있다. 또한, Z축을 따라 1차원 이동함으로써 X선원(110)과 기판(100) 사이의 거리를 조절하여 투시 영상의 해상도, 배율 등을 변경시킬 수도 있다.

X선원(X-ray source)(110)은 스테이지부(120)의 상방(上方)에 배치되어 있고, 스테이지부(120)의 하방(下方)에 배치된 영역 디텍터(130)로 향하여 X선을 조 사한다. 스테이지부(120)에 거치된 기판(100)의 일부 영역이 X선의 경로 상에 배치되며, 해당 영역에 대응되는 투시 영상의 획득이 가능하다. 여기서, X선원(110)은 X선을 방출하는 진공관인 X선 튜브(X-ray tube)를 포함한다.

영역 디텍터(area detector)(120)는 스테이지부(120)를 기준으로 X선원(110)과 대향되어 위치하며, 기판(100) 혹은 스테이지부(120)를 투과하여 오는 X선을 검출한다. 이 영역 디텍터(130)는 하나 이상의 화소로 구성되어 있다. 영역 디텍터(130)에 의해 검출된 X선으로부터 X선이 조사된 기판(100)의 소정 영역에 대응되는 투시 영상의 생성이 가능하다.

제어 유닛(140)은 제어 프로그램에 포함되는 영상 분석 루틴, 전극 결함 검출 루틴 등을 실행할 수 있다. 제어 유닛(140)은 메모리를 구비할 수 있으며, 메모리에는 후술하는 전극 결함이 검출된 태양전지의 투시 영상 등이 저장될 수 있다.

제어 유닛(140)은 X선원(110), 스테이지부(120), 영역 디텍터(130) 등과 접속되어 있어, X선원(110)에서의 X선 조사, 스테이지부(120)의 이동, 영역 디텍터(130)의 X선 검출 등을 제어할 수 있다.

제어 유닛(140)은 메모리에 저장된 전극 결함 검출 프로그램을 독출하여 실행하며, 영상 분석부(142) 및 전극 결함 검출부(144)를 포함할 수 있다.

영상 분석부(142)는 투시 영상을 분석하여 X선이 조사된 영역 내에 포함된 전극을 식별한다. 우선 전극의 에지라인(edge line)을 검출하고, 검출된 다수의 에지라인을 기초로 하여 전극에 대응되는 관심영역(region of interest, ROI)을 설정함으로써 전극의 식별이 가능하다. 이에 대한 상세한 내용은 추후 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

전극 결함 검출부(144)는 관심영역으로 설정된 전극에 대하여 공극이나 크랙과 같은 결함이 있는지 여부를 판별한다. 결함이 있는 경우에 투시 영상에서 상대적으로 밀도가 불균형하게 표시가 되며, 소정의 알고리즘을 이용하여 밀도가 불균형하게 표시된 영역을 찾아낼 수 있다. 여기서, 밀도가 불균형한 정도에 대해서는 미리 설정되거나 사용자에 의해 입력된 임계치(threshold)를 기준으로 그 정도를 결정할 수 있다. 그리고 밀도가 불균형한 영역의 크기가 미리 설정되거나 사용자에 의해 입력된 기준 크기보다 큰 경우에 결함으로 판별할 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 본 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부는 영역 디텍터(130)에 의해 검출된 X선에 상응하는 투시 영상을 표시하거나 영상 분석부(142)에 의해 분석된 에지라인, 관심영역을 강조하여 표시할 수 있다. 또한, 전극 결함 검출부(144)에 의해 검출된 전극 결함을 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 표시할 수도 있다.

본 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치로 태양전지의 전극을 검사하는 방법에 대하여 도 2 이하의 도면들을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극을 검사하는 방법의 순서도이고, 도 3은 전극에 대응되는 에지라인과 관심영역이 식별된 투시 영상의 예시도이며, 도 4는 관심영역 내에서 전극 결함이 검출된 투시 영상의 예시도이다.

금속전극이 형성된 태양전지 기판(100)이 외부로부터 태양전지의 전극 검사 장치 내로 이송되어 스테이지부(120)에 거치된다(단계 S210).

X선원(110)으로부터 조사된 X선은 스테이지부(120)에 거치된 기판(100)의 일부 영역을 투과하여 영역 디텍터(130)에 의해 검출된다(단계 S220). 여기서, 기판(100) 중 검사하고자 하는 위치에 X선원(110)이 조사될 수 있도록 스테이지부(120)를 XY 평면 상에서 2차원 이동시킬 수 있으며, 스테이지부(120)를 Z축 방향으로 이동시킴으로써 해당 위치에 대한 투시 영상의 배율을 조절할 수 있다.

영역 디텍터(130)는 X선이 투과한 기판(100) 상의 영역에 대한 투시 영상을 획득한다(단계 S230). 투시 영상에서는 기판(100)의 구조에 따라 투과된 X선량의 차이로 인해 전극이 구별될 수 있다.

영상 분석부(142)는 투시 영상에 대하여 영상 분석을 수행하여 전극을 식별한다(단계 S240).

보다 상세하게는 전극의 에지라인을 검출하고(단계 S242), 검출된 에지라인을 기초로 하여 전극에 대응되는 관심영역을 설정한다(단계 S244).

에지라인의 검출은 에지 검출 알고리즘에 따라 이루어질 수 있다. 도 3을 참조하면, 화살표 방향으로 에지 검출 알고리즘을 적용하여 하나 이상의 에지라인(EL1~EL6)을 검출할 수 있다.

예를 들어, X선이 태양전지 기판(100)을 투과함에 있어서 전극이 위치한 부분에서의 투과한 X선량이 타 부분과의 차이를 보이기 때문에 투시 영상 중 전극 부분을 구성하는 화소들은 그 주변의 화소들과 비교할 때 휘도에 있어서 큰 차이를 보인다. 따라서, 에지 검출 알고리즘에 따라 도 3에 도시된 화살표 방향으로 에지 검출을 수행함에 있어서 투시 영상의 화소들의 휘도가 급격한 변화를 보이는 부분 의 화소를 에지라인에 속하거나 에지라인 부근의 화소로 결정함으로써 에지라인을 검출할 수 있다.

검출된 에지라인에 대하여 상대적으로 인접한 두 에지라인(EL1과 EL2, EL3와 EL4, EL5와 EL6)을 그룹화하여, 에지라인 내의 영역을 전극에 대응되는 것으로 판별하여 관심영역(ROI 1, ROI 2, ROI 3)으로 설정한다. 관심영역(ROI)은 전극으로 판별되며, 이후 전극 결함을 검출함에 있어서 기준이 된다.

관심영역이 설정된 이후 관심영역 내의 영상에 대하여 상대적으로 밀도가 주변과 비교할 때 차이가 있는 불균형한 부분이 있는 경우 이를 전극 결함으로 검출한다(단계 S250).

예를 들어, 블랍(Blob) 알고리즘을 이용함으로써 관심영역 내에서 주변 화소와 비교할 때 상대적으로 밀도가 낮은 부분에 대해서 검출할 수 있다. 미리 설정되거나 사용자에 의해 입력된 임계치를 기준으로 밀도가 불균형한 정도를 결정할 수 있으며, 밀도가 불균형한 것으로 판별된 영역의 크기가 미리 설정되거나 사용자에 의해 입력된 기준 크기보다 큰 경우에 결함으로 판별할 수 있다.

블랍 알고리즘에 따르면 특정 범위의 휘도를 가지는 이미지 상의 화소들이 모여 있는 곳(segment)을 하나의 객체(object)로 보아 불특정한 모양의 객체를 찾는다. 상대적으로 밀도가 낮은 부분이 불특정한 모양의 객체를 구성하게 되어 블랍 알고리즘에 의해 검출될 수 있다.

도 4를 참조하면, 인접한 두 에지라인 EL(n)과 EL(n+1) 사이의 관심영역(ROI)에 대해서 블랍 알고리즘을 이용하여 주변과 비교할 때 상대적으로 밀도가 불균형한 부분 D1과 D2를 검출해 낼 수 있다. 여기서, 기준 크기보다 작은 D2는 결함으로 판별되지 않을 수 있지만, 기준 크기보다 큰 D1은 결함으로 판별될 수 있다.

단계 S250에서 검출된 전극 결함에 대해서 디스플레이부를 통해서 도 3 혹은 도 4에 도시된 것과 같은 투시 영상을 사용자에게 보여줄 수도 있다.

상술한 태양전지의 전극 검사 방법은 태양전지 제조 공정 중 금속전극 형성 공정이 완료된 직후에 수행되거나 혹은 소성 공정이 완료된 후 태양전지의 평가 공정 중에 포함되어 수행될 수 있다.

또한, 상술한 태양전지의 전극 검사 방법은 X선원(110)에 의해 X선이 조사된 일부 영역에 대해서만 검사를 수행할 수 있고 일 화소당 최대 1μm 정도의 해상도의 투시 영상을 획득할 수 있는 바, 샘플 검사와 정밀 검사에 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전체 검사를 위한 전극 검사 장치의 개략적인 구성도이다. 도 5를 참조하면, X선원(310), 컨베이어(320), 라인 디텍터(330), 제어 유닛(340), 기판(300)이 도시되어 있다. 제어 유닛(340)에는 영상 분석부(342) 및 전극 결함 검출부(344)가 포함된다. 여기서, 컨베이어(320)에 거치되는 기판(300)은 전술한 태양전지 제조 공정 중 금속전극 형성 공정이 완료되어 전면 및/또는 후면에 금속전극이 형성되어 있는 태양전지 기판이다.

본 실시예에 따른 라인 스캔 타입의 태양전지의 전극 검사 장치는 컨베이어(320)에 거치되어 소정 방향으로 이동되는 기판(300)에 대하여 라인 타입의 X선 을 연속적으로 조사하고, 기판(300)을 투과한 X선량을 검출하여 획득한 기판(300) 전체에 대응되는 영상으로부터 기판(300)의 전극을 식별하고 해당 전극에 결함이 있는지 여부를 판별하는 검사를 행한다.

기판(300) 전체에 대하여 검사를 수행하는 바, 태양전지의 양산 라인에서 전수 검사를 수행하고자 할 때에 본 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치가 이용될 수 있다.

컨베이어(320)에는 전단의 이송 장치에 의해 전극 검사 장치 내로 이송된 기판(300)이 거치된다. 전단의 이송 장치는 컨베이어 혹은 로봇 암 등일 수 있다. 컨베이어(320)는 소정 방향으로 기판(300)을 이동시킴으로써 X선원(310)으로부터 조사되는 라인 타입의 X선이 기판(300) 전체에 조사될 수 있도록 한다. 컨베이어(320)는 컨베이어 모터에 의해 구동되며, 컨베이어(320)에 의한 이동 속도는 미리 설정되거나 사용자가 입력한 설정 속도가 되도록 제어 유닛(340)에 의한 컨베이어 모터의 제어에 의해 미세하게 제어될 수 있다.

컨베이어(320)는 컨베이어 벨트, 컨베이어 프레임으로 구성될 수 있다. 컨베이어 벨트는 단이 없는 형상의 벨트로, 벨트의 내측으로부터 컨베이어 프레임에 의해 지지되어 있다. 그리고 컨베이어 모터의 구동력을 받아 회전하여 벨트 상에 거치된 기판(300)을 소정 방향으로 이동한다. 컨베이어 프레임은 단이 없는 형상의 벨트의 내측으로부터 컨베이어 벨트를 지지하고, 하방(下方) 또는 내부에 X선원(310)으로부터 조사되어 기판(300) 및/또는 컨베이어(320)를 투과한 라인 타입의 X선을 검출하기 위한 라인 디텍터(330)가 배치된다.

X선원(310)은 컨베이어(320)의 상방(上方)에 배치되어 있고, 컨베이어(320)의 하방 또는 내부에 배치된 라인 디텍터(330)로 향하여 라인 타입의 X선을 조사한다. 컨베이어(320)에 거치된 기판(300)의 이동 방향과 라인 타입의 X선은 실질적으로 직교한다. 여기서, X선원(310)은 X선을 방출하는 진공관인 하나 이상의 X선 튜브(X-ray tube)가 일렬로 배치되어 구성될 수 있다.

라인 디텍터(line detector)(330)는 컨베이어(320)를 기준으로 X선원(310)과 대향되어 위치하며, 컨베이어(320)의 하방 또는 내부에 배치되어 있고, 기판(300) 및/또는 컨베이어(320)를 투과하여 오는 X선을 검출한다. 라인 디텍터(330)는 컨베이어(320)에 의한 이동 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 일직선으로 수평 배치된 복수의 화소로 구성되어 있다. 라인 디텍터(330)에 의해 소정 시간 동안 연속적으로 검출된 라인 타입의 X선으로부터 프레임 그래버(frame grabber)를 이용하여 기판(300) 전체에 대한 투시 영상의 생성이 가능하다.

제어 유닛(340)은 제어 프로그램에 포함되는 영상 분석 루틴, 전극 결함 검출 루틴 등을 실행할 수 있다. 제어 유닛(340)은 메모리를 구비할 수 있으며, 메모리에는 후술하는 전극 결함이 검출된 태양전지의 투시 영상 등이 저장될 수 있다.

제어 유닛(340)은 X선원(310), 컨베이어(320), 라인 디텍터(330) 등과 접속되어 있어, X선원(310)에서의 X선 조사, 컨베이어(320)에서의 이동, 라인 디텍터(330)의 X선 검출 등을 제어할 수 있다. 또한, 제어 유닛(340)은 모터 엔코더를 제어하여 컨베이어(320)의 이동 속도를 검출하고, 이동 속도에 상응하는 위치 펄스를 라인 디텍터(330)에 인가함으로써 라인 디텍터(330)에서 프레임 그래버를 이용 하여 연속적으로 검출된 X선으로부터 기판(300)에 대한 투시 영상을 구성할 수 있게 한다.

제어 유닛(340)은 메모리에 저장된 전극 결함 검출 프로그램을 독출하여 실행하며, 영상 분석부(342) 및 전극 결함 검출부(344)를 포함할 수 있다.

영상 분석부(342)는 투시 영상을 분석하여 기판(300)의 전극을 식별한다. 우선 전극의 에지라인을 검출하고, 검출된 다수의 에지라인을 기초로 하여 전극에 대응되는 관심영역(ROI)을 설정함으로써 전극의 식별이 가능하다. 이에 대한 상세한 내용은 앞서 상세히 설명하였는 바 생략하기로 한다.

전극 결함 검출부(344)는 관심영역으로 설정된 전극에 대하여 공극이나 크랙과 같은 결함이 있는지 여부를 판별한다. 결함이 있는 경우에 투시 영상에서 상대적으로 밀도가 불균형하게 표시가 되며, 블랍 알고리즘을 이용하여 밀도가 불균형하게 표시된 영역을 찾아낼 수 있다. 여기서, 밀도가 불균형한 정도에 대해서는 미리 설정되거나 사용자에 의해 입력된 임계치를 기준으로 그 정도를 결정할 수 있다. 그리고 밀도가 불균형한 영역의 크기가 미리 설정되거나 사용자에 의해 입력된 기준 크기보다 큰 경우에 결함으로 판별할 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만, 본 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치는 디스플레이부를 더 포함할 수 있다. 디스플레이부는 라인 디텍터(330)에 의해 검출된 X선에 상응하는 투시 영상을 표시하거나 영상 분석부(342)에 의해 분석된 에지라인, 관심영역을 강조하여 표시할 수 있다. 또한, 전극 결함 검출부(344)에 의해 검출된 전극 결함을 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 표시할 수도 있다.

본 실시예에 따른 태양전지의 전극 검사 장치로 태양전지의 전극을 검사하는 방법에 대하여 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전극을 검사하는 방법의 순서도이다.

금속전극이 형성된 태양전지 기판(300)이 외부로부터 태양전지의 전극 검사 장치 내로 이송되어 컨베이어(320)에 거치된다(단계 S410). 컨베이어(320)의 이동 구동에 의해 컨베이어(320)에 거치된 기판(300)은 소정 방향으로 이동된다(단계 S420).

X선원(310)으로부터 조사된 라인 타입의 X선은 컨베이어(320)에 거치된 기판(300)을 투과하여 라인 디텍터(330)에 의해 검출된다(단계 S430). 컨베이어(320)에 거치된 기판(300) 전체에 대하여 X선 조사가 완료되었는지 여부를 판별한다(단계 S440). 기판(300) 전체에 대한 X선 조사가 완료되지 않은 경우에는 단계 S420으로 진행하여 지속적으로 컨베이어(320)가 이동하게 된다.

컨베이어(320)의 이동에 의해 기판(300) 전체에 대한 X선 조사가 완료된 경우에는 단계 S450으로 진행하여 기판(300) 전체에 대한 투시 영상을 구성한다. 라인 타입의 X선을 검출하여 투시 영상을 구성하는 경우 프레임 그래버를 이용할 수 있으며, 컨베이어(320)의 이동 속도에 대응되는 모터 엔코더의 위치 펄스를 이용하게 된다. 투시 영상에서는 기판(300)의 구조에 따라 투과된 X선량의 차이로 인해 전극이 구별될 수 있다.

영상 분석부(342)는 투시 영상에 대하여 영상 분석을 수행하여 전극을 식별 한다(단계 S460). 보다 상세하게는 전극의 에지라인을 검출하고(단계 S462), 검출된 에지라인을 기초로 하여 전극에 대응되는 관심영역을 설정한다(단계 S464). 에지라인의 검출, 관심영역의 설정은 도 3을 참조하여 전술하였는 바 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

관심영역이 설정된 이후 관심영역 내의 영상에 대하여 상대적으로 밀도가 주변과 비교할 때 차이가 있는 불균형한 부분이 있는 경우 이를 전극 결함으로 검출한다(단계 S470). 전극 결함의 검출은 도 4를 참조하여 전술하였는 바 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

단계 S470에서 검출된 전극 결함에 대해서 디스플레이부를 통해서 도 3 혹은 도 4에 도시된 것과 같은 투시 영상을 사용자에게 보여줄 수도 있다.

또한, 상술한 태양전지의 전극 검사 방법은 컨베이어(320)에 거치된 기판(300)에 대해서 검사를 수행할 수 있고 일 화소당 10μm 정도의 해상도의 투시 영상을 획득할 수 있는 바, 다수의 기판(300)에 대해서 연속적으로 검사를 수행할 수 있어 양산 라인의 전수 검사에 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 태양전지의 전극 결함을 검사하는 전극 검사 시스템은 도 5를 참조하여 설명한 라인 스캔 타입의 전극 검사 장치와 도 1을 참조하여 설명한 영역 타입의 전극 검사 장치를 모두 포함할 수 있다. 전단에 라인 스캔 타입의 전극 검사 장치가 배치되고, 후단에 영역 타입의 전극 검사 장치가 배치되며, 두 장치 사이에 로봇 암과 같은 이송 장치가 더 구비될 수 있다.

라인 스캔 타입의 전극 검사 장치를 통해 양산 라인의 태양전지에 대하여 전수 검사를 수행할 수 있다. 이 중 전극 결함이 있는 것으로 판별된 기판에 대해서는 이송 장치를 이용하여 후단의 영역 타입의 전극 검사 장치로 이송시킨 후 결함이 있는 위치에 한하여 보다 높은 해상도를 가지는 정밀 검사를 수행할 수 있다.

즉, 라인 스캔 타입의 전극 검사 장치를 통해 전극 결함 유무와 전극 결함 위치를 판별하고, 영역 타입의 전극 검사 장치를 통해 전극 결함 위치에 대한 보다 정밀한 검사를 수행하여 전극 결함의 크기 및 태양전지 기판의 불량 여부를 최종적으로 판별할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 검사 시스템에서 수행하는 전극 검사 방법의 순서도이다.

금속전극이 형성된 태양전지 기판을 전극 검사 시스템 내의 라인 스캔 타입의 전극 검사 장치 내로 이송한다(단계 S510).

라인 스캔 타입의 전극 검사 장치는 라인 타입의 X선을 이용하여 기판 전체에 대한 전극 결함 검사를 수행한다(단계 S520). 기판 전체에 대한 전극 결함 검사 방법은 도 6을 참조하여 설명한 것과 동일하다.

이후 전극 결함이 있는 것으로 판별된 기판에 대해서는 해당 기판을 이송 장치를 이용하여 영역 타입의 전극 검사 장치로 이송한다(단계 S530).

영역 타입의 전극 검사 장치는 결함이 있는 것으로 판별된 위치에 한하여 전극 결함 검사를 수행한다(단계 S540). 기판의 소정 영역에 대한 전극 결함 검사 방법은 도 2를 참조하여 설명한 것과 동일하다.

상술한 것과 같은 전극 검사 시스템과 방법을 통해 비파괴 검사 형태로 태양전지의 전극 내부에 있는 공극이나 크랙 등의 결함을 찾아낼 수 있어 태양전지의 생산 품질을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영역 검사에 이용되는 태양전지의 전극 검사 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 전극을 검사하는 방법의 순서도.

도 3은 전극에 대응되는 에지라인과 관심영역이 식별된 투시 영상의 예시도.

도 4는 관심영역 내에서 전극 결함이 검출된 투시 영상의 예시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전체 검사를 위한 전극 검사 장치의 개략적인 구성도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 전극을 검사하는 방법의 순서도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 검사 시스템에서 수행하는 전극 검사 방법의 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 300: 태양전지 기판 110, 310: X선원

120: 스테이지부 130: 영역 디텍터

320: 컨베이어 330: 라인 디텍터

140, 340: 제어 유닛 142, 342: 영상 분석부

144, 344: 전극 결함 검출부

Claims

전극이 형성된 태양전지의 기판을 거치하는 스테이지부;

상기 스테이지부에 거치된 상기 기판에 영역 타입의 X선을 조사하는 X선원;

상기 기판을 투과한 X선을 검출하는 영역 디텍터;

상기 영역 디텍터에 의해 검출된 X선에 상응하는 투시 영상을 분석하여 상기 전극을 식별하는 영상 분석부;

상기 식별된 전극의 결함을 검출하는 전극 결함 검출부를 포함하는 태양전지의 전극 검사 장치.
제1항에 있어서,

상기 스테이지부는 상기 X선이 조사되는 영역 내에 상기 기판의 전극 중 일부가 포함되도록 상기 태영전지 기판을 X축, Y축, Z축 중 하나 이상의 축에 따라 이동시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 장치.
전극이 형성된 기판을 거치하고 일방향으로 이동시키는 컨베이어;

상기 컨베이어 상에서 상기 일방향과 소정 각도를 이루는 라인 타입의 X선을 조사하는 라인 타입 X선원;

상기 기판을 투과한 X선을 검출하고 상기 X선에 의해 투시된 부분 영상을 조합하여 상기 기판 전체에 대한 투시 영상을 구성하는 라인 디텍터;

상기 투시 영상을 분석하여 상기 전극을 검출하는 영상 분석부;

상기 검출된 전극의 결함을 검출하는 전극 결함 검출부를 포함하는 태양전지의 전극 검사 장치.
제3항에 있어서,

상기 라인 디텍터는 상기 컨베이어의 이동 속도에 대응되는 모터 엔코더에서의 위치 펄스를 인가받고, 상기 위치 펄스에 대응하여 소정 시간 동안 검출한 연속적인 상기 X선으로부터 상기 투시 영상을 구성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 영상 분석부는,

상기 전극의 에지라인(edge line)을 검출하는 에지 검출부와,

상기 에지라인을 기초로 하여 상기 전극에 대응되는 관심영역(region of interest)을 설정하는 관심영역 설정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 장치.
제5항에 있어서,

상기 에지 검출부는 에지 검출 알고리즘을 이용하여 상기 에지라인을 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 장치.
제5항에 있어서,

상기 전극 결함 검출부는 상기 관심영역에 대하여 블랍(Blob) 알고리즘을 이용하여 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분을 상기 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 장치.
제7항에 있어서,

상기 전극 결함 검출부는 상기 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분의 크기가 기준 크기 이상인 부분을 상기 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 장치.
외부로부터 태양전지의 기판을 이송받고, 상기 기판 전체에 대하여 라인 타 입의 X선을 조사하여 획득한 제1 투시 영상을 분석하여 상기 기판에 있는 전극에서의 결함 유무 및 결함 위치를 판별하는 라인 타입의 전극 검사 장치와;

상기 라인 타입의 전극 검사 장치에 의해 상기 전극에 결함이 있는 것으로 판별된 기판을 이송받고, 상기 결함 위치에 대하여 영역 타입의 X선을 조사하여 획득한 제2 투시 영상을 분석하여 상기 기판의 불량 여부를 판별하는 영역 타입의 전극 검사 장치와;

상기 라인 타입의 전극 검사 장치로부터 상기 영역 타입의 전극 검사 장치로 상기 기판을 이송하는 이송 장치를 포함하는 태양전지의 전극 검사 시스템.
제9항에 있어서,

상기 제1 투시 영상은 일 화소당 10μm의 해상도를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 시스템.
제9항에 있어서,

상기 제2 투시 영상은 일 화소당 1μm의 해상도를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 시스템.
전극이 형성된 태양전지의 기판을 이송받아 스테이지부에 거치하는 단계;

상기 스테이지부를 이동시켜 상기 기판 중 상기 전극이 형성된 위치에 영역 타입의 X선을 조사하는 단계;

상기 기판을 투과한 X선을 검출하여 투시 영상을 획득하는 단계;

상기 투시 영상을 분석하여 상기 전극을 식별하는 단계; 및

상기 식별된 전극의 결함을 검출하는 단계를 포함하는 태양전지의 전극 검사 방법.
전극이 형성된 태양전지의 기판을 이송받아 컨베이어에 거치하는 단계;

상기 컨베이어를 구동시켜 소정 방향으로 상기 기판을 이동시키는 단계;

상기 컨베이어에 거치된 상기 기판에 라인 타입의 X선을 조사하는 단계;

상기 기판 전체에 대한 X선 조사가 완료될 때까지 상기 이동과 상기 X선의 조사를 반복하는 단계;

상기 기판 전체에 대한 투시 영상을 획득하는 단계;

상기 투시 영상을 분석하여 상기 전극을 식별하는 단계; 및

상기 식별된 전극의 결함을 검출하는 단계를 포함하는 태양전지의 전극 검사 방법.
제12항 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투시 영상을 분석하여 상기 전극을 식별하는 단계는,

상기 전극의 에지라인(edge line)을 검출하는 단계와;

상기 에지라인을 기초로 하여 상기 전극에 대응되는 관심영역(region of interest)을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 방법.
제14항에 있어서,

상기 전극의 에지라인을 검출하는 단계는 에지 검출 알고리즘을 이용하여 상기 에지라인을 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 방법.
제15항에 있어서,

상기 식별된 전극의 결함을 검출하는 단계는 상기 관심영역에 대하여 블랍(Blob) 알고리즘을 이용하여 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분을 상기 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 방법.
제16항에 있어서,

상기 식별된 전극의 결함을 검출하는 단계는 상기 임계치 이하의 밀도를 가지는 부분의 크기가 기준 크기 이상인 부분을 상기 결함으로 검출하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 방법.
외부로부터 태양전지의 기판을 라인 타입의 전극 검사 장치 내의 컨베이어로 이송받는 단계;

상기 기판 전체에 대하여 라인 타입의 X선을 조사하여 제1 투시 영상을 획득하는 단계;

상기 제1 투시 영상을 분석하여 상기 기판에 있는 전극에서의 결함 유무 및 결함 위치를 판별하는 단계;

상기 전극에 결함이 있는 것으로 판별된 기판을 영역 타입의 전극 검사 장치 내의 스테이지부로 이송하는 단계;

상기 결함 위치에 대응하여 상기 스테이지부를 이동시키는 단계;

영역 타입의 X선을 조사하여 제2 투시 영상을 획득하는 단계; 및

상기 제2 투시 영상을 분석하여 상기 기판의 불량 여부를 판별하는 단계를 포함하는 태양전지의 전극 검사 방법.
제18항에 있어서,

상기 제1 투시 영상은 일 화소당 10μm의 해상도를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 방법.
제18항에 있어서,

상기 제2 투시 영상은 일 화소당 1μm의 해상도를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 검사 방법.