KR20110120478A - 박막형 태양전지의 제조방법 및 레이저 가공장치 - Google Patents

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Abstract

박막형 태양전지의 제조방법 및 레이저 가공장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 적재된 박막형 태양전지 기판을 지지하면서 제1 주행축을 따라 왕복 이동가능한 이송테이블과, 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 복수의 레이저 유닛을 포함하는 레이저 통합부와, 제1 주행축과 교차하여 형성된 제2 주행축을 따라 레이저 통합부를 왕복 이동시키는 갠트리 유닛을 포함할 수 있으며, 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합하여 하나의 장비에서 수행가능하도록 시스템 통합함으로써 택트 타임을 단축시키고 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있다.

Description

박막형 태양전지의 제조방법 및 레이저 가공장치{Method for manufacturing thin-film type solar cell and laser machining device}
본 발명은 박막형 태양전지의 제조방법 및 레이저 가공장치에 관한 것이다.
태양전지(solar cell)는 태양으로부터 생성된 광 에너지를 광기전 효과(photovoltaic effect)에 의해 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자이다. 태양전지는 재료의 종류에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류할 수 있다. 이 중 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 실리콘 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지와 같은 결정질 기판형 태양전지와 비정질의 박막형 태양전지 등으로 구분된다.
결정질 기판형 태양전지는 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 사용하여 태양전지를 제조하게 되는 바 효율은 우수하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있으며 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 생산 원가가 높은 문제점이 있다.
박막형 태양전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양전지를 제조하게 되는 바 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 활용할 수 있어 생산 원가를 낮출 수 있고 대량 생산에 적합한 장점이 있다.
박막형 태양전지의 경우, 통상 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H, 이하 '비정질 실리콘'이라 함) 박막은 물질 자체의 특성으로 인해 캐리어의 확산거리가 결정계 실리콘 기판보다 매우 작기 때문에, p형 비정질 실리콘과 n형 비정질 실리콘 사이에 불순물이 첨가되지 않은 i형(intrinsic) 비정질 실리콘층을 삽입한 p-i-n 접합구조를 주로 사용한다. p-i-n 접합구조에서 태양광은 p형 비정질 실리콘층을 통해 광흡수층(i형 비정질 실리콘층)으로 입사된다. 이때, 광흡수층은 높은 도핑 농도를 갖는 p형 비정질 실리콘층과 n형 비정질 실리콘층에 의하여 공핍되기 때문에 공핍층이라고도 한다. 비정질의 박막형 태양전지의 광전류는 대부분 광흡수층의 공핍에서 발생된 유동전류에 기인한다.
도 1a 내지 도 1h는 종래 이러한 박막형 태양전지를 제조하는 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 종래 박막형 태양전지의 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1a에 도시된 것과 같이 기판(1) 상에 주석-도핑된 산화인듐(ITO), 플루오르-도핑된 산화주석(FTO), 알루미늄-도핑된 산화아연(AZO) 등과 같은 투명전도막(transparent conductive oxide, TCO)으로 이루어진 전면전극층(2)을 형성한다. 기판(1)은 태양광이 입사될 수 있도록 투명한 유리 등의 재질로 형성되며, 전면전극층(2)은 빛의 흡수가 작아 대부분의 빛이 통과할 수 있도록 에너지 밴드갭 폭이 넓으면서도 전기를 잘 흘려줄 수 있도록 도핑된 산화물 기판의 전도막으로 이루어진다.
그리고 도 1b에 도시된 것과 같이 전면전극층(2)을 패터닝하여 증착된 전면전극층(2)이 전면전극들로 서로 분리되도록 한다. 전면전극층(2)은 가시광선 영역의 파장을 흡수하지 않는 특성으로 인하여 예를 들면 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 패터닝 공정(P1 공정)을 수행하게 된다.
다음으로 도 1c에 도시된 것과 같이 패터닝된 전면전극층(2) 상에 반도체층(3)을 형성한다. 일반적으로 반도체층(3)은 전술할 것과 같은 p-i-n 접합구조를 가진다. 이러한 반도체층(3)은 예를 들면 화학 증착법(CVD)과 같은 방법으로 형성될 수 있다.
그리고 도 1d에 도시된 것과 같이 반도체층(3)을 패터닝하여 전면전극층(2)의 일부가 노출되도록 하고, 반도체층(3)이 서로 분리되도록 한다. 이 경우 예를 들면 532nm 파장의 레이저를 이용하여 패터닝 공정(P2 공정)을 수행하게 된다.
다음으로 도 1e에 도시된 것과 같이 패터닝된 반도체층(3) 상에 알루미늄(Al) 등과 같은 금속으로 이루어진 후면전극층(4)을 형성한다.
그리고 도 1f에 도시된 것과 같이 후면전극층(4)을 패터닝하여 후면전극들로 서로 분리되도록 한다. 이 경우 하부의 반도체층(3)이 함께 패터닝될 수도 있다. 여기서는 예를 들면 532nm 파장의 레이저를 이용하여 패터닝 공정(P3 공정)을 수행하게 된다.
다음으로, 도 1g에 도시된 것과 같이 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)이 형성되고 각각에 대한 패터닝 공정(P1, P2, P3 공정)이 수행된 박막형 태양전지 기판에 대하여, 아이솔레이션(isolation) 공정을 수행하여 실제 광전변환을 통해 전기를 생산하는 단위셀들로 이루어진 액티브 영역(active area)과, 기판 가장자리 부분에 위치하여 액티브 영역을 둘러싸고 있으면서 액티브 영역을 보호하는 더미 영역(dummy area)으로 구분하게 된다. 이 경우 전면전극층(2)은 가시광선 영역의 파장을 흡수하지 않는 특성으로 인하여 예를 들면 저출력의 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 제거하고, 반도체층(3)과 후면전극층(4)은 예를 들면 532nm 파장의 레이저를 이용하여 제거하게 된다. 일반적으로 532nm 파장의 레이저를 이용한 제1 홈(5a)보다 1064nm 파장의 레이저를 이용한 제2 홈(5b)의 폭이 좁은 형상을 가지는 아이솔레이션 홈이 형성된다.
다음으로 도 1h에 도시된 것과 같이 아이솔레이션 공정이 수행된 박막형 태양전지 기판에 대하여, 더미 영역 중 내측 일부를 제외한 나머지 영역(6)에 대하여 기판(1)을 제외한 나머지 박막층들(전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4))을 제거하여 추후 모듈화 과정에서 소정의 프레임을 박막형 태양전지에 연결하는 과정에서 프레임과 박막형 태양전지 간에 불필요한 전기적인 접속이 발생하지 않도록 하는 에지 딜리션(edge deletion) 공정을 수행한다. 이 경우 에지 딜리션 공정은 예를 들면 샌드 블라스트(sand blast)를 이용하거나 고출력의 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 수행될 수 있다.
하지만, 이와 같은 종래 박막형 태양전지의 제조방법에 의하면 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정이 분리되어 있어 별도의 장비를 이용하게 되는 바 각 장비가 차지하게 되는 면적이 증가하고 장비 구입 비용이 증가하게 되며 전체 공정의 택트 타임(tact time)이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
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, 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합하여 하나의 장비에서 수행가능하도록 시스템 통합함으로써 택트 타임을 단축시키고 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있는 박막형 태양전지 제조방법 및 제조장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전면전극층, 반도체층 및 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판을 레이저 가공하는 장치가 제공된다.
일 실시예에 따른 레이저 가공장치는, 적재된 박막형 태양전지 기판을 지지하면서 제1 주행축을 따라 왕복 이동가능한 이송테이블과, 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 복수의 레이저 유닛을 포함하는 레이저 통합부와, 제1 주행축과 교차하여 형성된 제2 주행축을 따라 레이저 통합부를 왕복 이동시키는 갠트리 유닛을 포함할 수 있다.
레이저 통합부는, 제1 파장의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛과, 제2 파장의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛이 일체로 결합될 수 있다.
제1 레이저 유닛에 의한 제1 작업 영역의 일부와 제2 레이저 유닛에 의한 제2 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 중첩 영역 내에 박막형 태양전지 기판의 가장자리가 위치하도록 이송테이블과 레이저 통합부가 이동할 수 있다.
중첩 영역 내에서 제1 레이저 유닛에 의해 아이솔레이션(isolation) 라인의 일부가 형성되고, 제2 레이저 유닛에 의해 아이솔레이션 라인의 나머지 일부 및 에지 딜리션(edge deletion) 라인이 형성될 수 있다.
제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 아이솔레이션 라인이 형성될 수 있다.
또는 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 아이솔레이션 라인이 형성될 수 있다.
제1 파장은 가시광선 영역의 파장이고, 제2 파장은 적외선 영역의 파장일 수 있다.
갠트리 유닛은, 제1 주행축을 중심으로 양측에 설치된 수직프레임과, 수직프레임 사이에 설치되며 표면에 제2 주행축에 대응되는 가이드레일이 형성된 수평거더를 포함할 수 있다.
제1 레이저 유닛은, 제1 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제1 레이저 발진기와, 가이드레일을 따라 왕복 이동 가능하도록 하는 제1 경로부재와, 제1 경로부재에 결합되고 제1 레이저 발전기에서 발진된 제1 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제1 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제1 광학계를 포함하고, 제2 레이저 유닛은, 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제2 레이저 발진기와, 가이드레일을 따라 왕복 이동 가능하도록 하는 제2 경로부재와, 제2 경로부재에 결합되고 제2 레이저 발전기에서 발진된 제2 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제2 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제2 광학계를 포함하되, 제1 레이저 발진기와 제2 레이저 발진기는 제2 주행축을 따라 일렬 배치되어 일체로 결합되어 있을 수 있다.
또는 제1 레이저 유닛과 제2 레이저 유닛은 제1 파장의 레이저 빔과 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 다중 레이저 발진기와 연결되되, 제1 레이저 유닛은 다중 레이저 발진기에서 발진된 제1 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제3 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제3 광학계를 포함하고, 제2 레이저 유닛은 다중 레이저 발진기에서 발진된 제2 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제4 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제4 광학계를 포함할 수 있다.
다중 레이저 발진기는 제1 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제3 레이저 발진기와 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제4 레이저 발진기가 2층으로 적층된 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전면전극층, 반도체층 및 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판을 레이저 가공하여 박막형 태양전지를 제조하는 방법이 제공된다.
일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조방법은, (a) 전면전극층, 반도체층 및 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판을 이송테이블에 적재하는 단계, (b) 제1 주행축을 따라 이송테이블을 전진 이동시키면서 제1 주행축에 교차하는 갠트리 유닛의 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 통합부를 이용하여 박막형 태양전지 기판의 제1 가장자리를 레이저 가공하는 단계-여기서, 레이저 통합부는 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 복수의 레이저 유닛을 포함함-, (c) 이송테이블은 고정되고, 레이저 통합부를 제2 주행축을 따라 제1 주행축에 수직한 일방향으로 이동시키면서 박막형 태양전지 기판의 제2 가장자리를 레이저 가공하는 단계, (d) 제1 주행축을 따라 이송테이블을 후진 이동시키면서 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 통합부를 이용하여 박막형 태양전지 기판의 제3 가장자리를 레이저 가공하는 단계 및 (e) 이송테이블은 고정되고, 레이저 통합부를 제2 주행축을 따라 제1 주행축에 수직한 타방향으로 이동시키면서 박막형 태양전지 기판의 제4 가장자리를 레이저 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 (b) 내지 (e) 중 하나 이상의 단계에서 수행되는 박막형 태양전지 기판의 가장자리에 대한 레이저 가공은 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 통합적으로 수행되는 것일 수 있다.
레이저 통합부는, 제1 파장의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛과, 제2 파장의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛이 일체로 결합될 수 있다.
단계 (b) 내지 (e) 중 하나 이상의 단계에서 제1 레이저 유닛에 의한 제1 작업 영역의 일부와 제2 레이저 유닛에 의한 제2 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 중첩 영역 내에 박막형 태양전지 기판의 가장자리가 위치하도록 이송테이블과 레이저 통합부가 이동할 수 있다.
중첩 영역 내에서 제1 레이저 유닛에 의해 아이솔레이션 라인의 일부가 형성되고, 제2 레이저 유닛에 의해 아이솔레이션 라인의 나머지 일부 및 에지 딜리션 라인이 형성될 수 있다.
제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 아이솔레이션 라인이 형성될 수 있다.
또는 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 아이솔레이션 라인이 형성될 수 있다.
제1 파장은 가시광선 영역의 파장이고, 제2 파장은 적외선 영역의 파장일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합하여 하나의 장비에서 수행가능하도록 시스템 통합함으로써 택트 타임을 단축시키고 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 박막형 태양전지 기판의 4변을 레이저 가공함에 있어서 레이저 통합부를 회전시키지 않고서도 4변 전체에 대한 가공이 가능하도록 하여 회전에 소요되었던 택트 타임을 절감시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1h는 종래 이러한 박막형 태양전지를 제조하는 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조방법(특히, 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정)을 수행하기 위한 레이저 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 레이저 가공장치를 나타낸 평면도.
도 2c는 도 2a에 도시된 레이저 가공장치를 나타낸 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치를 이용한 박막형 태양전지 제조방법을 나타낸 순서도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 공정을 나타낸 개념도.
도 5a 내지 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 과정 중의 박막형 태양전지 기판의 단면도 및 레이저 빔의 빔 스팟과 작업 영역을 도시한 도면.
도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략적인 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 레이저 통합부의 단면도.
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 것으로 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 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조방법(특히, 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정)을 수행하기 위한 레이저 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 레이저 가공장치를 나타낸 평면도이며, 도 2c는 도 2a에 도시된 레이저 가공장치를 나타낸 측면도이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 레이저 가공장치(10), 바닥플레이트(12), 박막형 태양전지 기판(50), 이송테이블(20), 수용홈(22), 제1 주행축(24), 구동부(26), 갠트리 유닛(30), 수직프레임(32), 수평거더(34), 제2 주행축(36), 레이저 통합부(40), 제1 레이저 유닛(40a), 제2 레이저 유닛(40b), 제1 레이저 발진기(41a), 제2 레이저 발진기(41b), 제1 경로부재(42a), 제1 광학계(43a), 제2 광학계(43b), 제1 작업 영역(44a), 제2 작업 영역(44b), 중첩 영역(46)이 도시되어 있다.
본 실시예는 서로 다른 두 파장을 가지는 두 레이저 유닛의 작업 영역(woak area) 일부가 항상 서로 중첩되도록 구성함으로써, 전면전극층, 반도체층, 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판에 대하여 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 수행하는 과정에서 두 공정을 분리하지 않고 통합하여 수행할 수 있어 전체 공정의 택트 타임을 단축시킨 것을 특징으로 한다.
이하, '박막형 태양전지 기판'은 도 1a 내지 도 1f에 도시된 전면전극층의 형성 및 패터닝, 광전변환층의 형성 및 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝 공정까지 완료된, 즉 P1~P3 공정이 완료된 박막형 태양전지 기판을 의미하는 용어로서 사용한다.
또한, '작업 영역'은 소정 위치에 위치하는 레이저 유닛으로부터 소정 간격 이격되어 위치하는 박막형 태양전지 기판의 표면을 기준으로 할 때 레이저 유닛으로부터 레이저 빔이 조사됨에 있어서 갈바노 미러 등에 의해 그 조사 위치의 제어가 가능한 최대 범위를 의미하는 용어로서 사용한다.
또한, '아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정'은 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정이 순차적으로 수행되는 것이 아니라 박막형 태양전지 기판의 가장자리를 따라 함께 수행되는 것을 의미하는 용어로서 사용한다.
본 실시예에 따른 레이저 가공장치(10)는, 적재된 박막형 태양전지 기판(50)을 지지하면서 제1 주행축(24)을 따라 왕복 이동이 가능한 이송테이블(20)과, 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 두 레이저 유닛(40a, 40b)이 일체로 결합된 레이저 통합부(40)와, 레이저 통합부(40)를 제1 주행축(24)과 교차하는 제2 주행축(36)을 따라 왕복 이동시키는 갠트리 유닛(30)을 기본 골격으로 한다.
종래에는 가시광선 파장의 레이저 빔과 저출력의 적외선 파장의 레이저 빔을 이용한 아이솔레이션 공정과, 고출력의 적외선 파장의 레이저 빔을 이용한 에지 딜리션 공정이 별도의 장비에서 개별적으로 수행되어야 했기 때문에 공정의 택트 타임이 증가하고 최소 3 종류의 레이저 유닛을 필요로 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 실시예에서는 제1 파장(λ1)(가시광선 파장으로, 예를 들어 532nm)의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛과 제2 파장(λ2)(적외선 파장으로, 예를 들어 고출력의 1064nm)의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛, 즉 2 종류의 레이저 유닛을 이용하여 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 함께 수행함으로써 공정의 택트 타임이 단축되고 필요로 하는 장비의 수도 감소시킬 수 있게 된다.
이하에서는 박막형 태양전지 기판(50)이 직사각형 형상으로 이루어진 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 이는 발명의 이해와 설명의 편의를 위함으로, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
이송테이블(20)은 소정의 초기 위치에서 박막형 태양전지 기판(50)을 내부의 수용홈(22) 내에 적재하여 이동한다. 이송테이블(20)의 이동 경로를 규정하는 제1 주행축(24)을 따라 Y축 방향으로 이송테이블(20)은 이동하게 되며, 이를 위해 제1 주행축(24)은 소정의 경로를 따라 이송테이블(20)이 이동할 수 있도록 하는 LM(linear motor) 가이드 혹은 볼스크류 등으로 이루어질 수 있다. 도면에서는 바닥플레이트(12)의 수평중심선(Y축 방향)을 중심으로 양측에 소정 간격 이격되어 설치된 가이드레일이 제1 주행축(24)으로서 기능하는 예시가 도시되어 있다.
Y축 방향으로 연장되어 있어 이송테이블(20)에 동력을 전달하는 구동부(26)가 바닥플레이트(12)에 설치되어 있을 수 있다. 이송테이블(20)은 구동부(26)로부터 전달된 동력에 의해 제1 주행축(24)을 따라 Y축 방향으로 왕복 이동이 가능하다.
제1 주행축(24)의 일단에서 박막형 태양전지 기판(50)이 공급되어 제1 주행축(24)의 타단으로 박막형 태양전지 기판(50)이 반출된다고 할 때, 제1 주행축(24)의 일단에는 레이저 가공될 박막형 태양전지 기판(50)을 공급하는 로딩부(미도시)가 위치하고, 제1 주행축(24)의 타단에는 레이저 가공된 박막형 태양전지 기판(50)을 반출하는 언로딩부(미도시)가 위치한다.
제1 주행축(24)을 따라 이송테이블(20)은 로딩부로 이동하여 레이저 가공될 다른 박막형 태양전지 기판을 적재하여 이동시킬 수 있는데, 이 과정에서 그립퍼와 같이 상부에서 박막형 태양전지 기판을 잡아 올리는 방식 등 다양한 적재 방식이 적용될 수 있다.
이송테이블(20)은 박막형 태양전지 기판(50)을 적재한 상태에서 제1 주행축(24)을 따라 이동하며 소정 위치에 설치된 갠트리 유닛(30)을 통과함으로써 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정이 수행되어 이송테이블(20)에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리가 레이저 가공되도록 하는 역할을 하므로, 적재된 박막형 태양전지 기판(50)이 이송테이블(20)에 고정되어 움직이지 않도록 하는 것이 좋다.
또한, 수용홈(22) 내에는 얼라인(align)부가 구비되어 있어, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치는 레이저 통합부(40)가 박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리에 대하여 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정을 수행함에 있어서 정확한 레이저 가공이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
또한, 수용홈(22) 내에는 레이저 가공 공정 중에 발생하는 먼지, 이물 등을 집진하는 집진부가 더 구비되어 있을 수 있다.
언로딩부에서도 로딩부에서와 마찬가지로 그립퍼와 같이 상부에서 박막형 태양전지 기판을 잡아 올리는 방식 등 다양한 반출 방식이 적용될 수 있다.
이후 이송테이블(20)은 제1 주행축(24)을 따라 로딩부로 복귀 이동하여 후속 레이저 가공될 박막형 태양전지 기판을 적재하여 상술한 과정을 반복하게 된다.
갠트리 유닛(30)은 이송테이블(20)의 제1 주행축(24)과 소정 위치에서 교차하도록 배치되며, 제1 파장의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛(40a)과 제2 파장의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛(40b)이 일체로 결합된 레이저 통합부(40)가 갠트리 유닛(30)을 따라 왕복 이동가능하도록 하여, 이송테이블(20)에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)이 로딩부에서 로딩되어 언로딩부로 이동하는 과정 중에 박막형 태양전지 기판(50)의 각 가장자리에 대하여 레이저 가공을 통해 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정이 수행되도록 한다.
본 실시예에서는 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 통합 수행될 수 있도록 레이저 통합부(40)에는 제1 레이저 유닛(40a)과 제2 레이저 유닛(40b)이 일체로 결합되어 있고, 그 작업 영역 일부가 항상 서로 중첩되도록 한다.
갠트리 유닛(30)은, 제1 주행축(24)의 양측에 수직 방향으로 설치되는 수직프레임(32)과, 수직프레임(32) 사이에 설치되는 수평거더(34)를 포함한다. 수평거더(34)에는 레이저 통합부(40)의 이동 경로가 되는 제2 주행축(26)이 제1 주행축(24)과 교차하도록 X축 방향으로 형성되어 있다. 도면에서는 수평거더(34)의 상면 및 측면에 가이드레일이 형성되어 있어 제2 주행축(36)의 기능을 수행하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 수평거더(34)의 하면에 형성될 수도 있음은 물론이다.
레이저 통합부(40)의 이동 경로를 규정하는 제2 주행축(36)을 따라 레이저 통합부(40)는 왕복 이동하게 되며, 이를 위해 제2 주행축(36)은 소정의 경로를 따라 레이저 통합부(40)가 이동할 수 있도록 하는 LM 가이드 혹은 볼스크류 등으로 이루어질 수 있다.
레이저 통합부(40)는 제1 파장의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛(40a)과 제2 파장의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛(40b)이 일체로 결합되어 있다. 제1 레이저 유닛(40a)에 의한 제1 작업 영역(44a)과 제2 레이저 유닛(40b)에 의한 제2 작업 영역(44b)은 그 일부가 서로 중첩되는 중첩 영역(46)을 가지고 있으며, 중첩 영역(46) 내에 이송테이블(20) 상에 적재된 박막형 태양전지 기판의 가장자리가 위치하도록 하여 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 함께 수행될 수 있도록 한다.
제1 레이저 유닛(40a)은 가시광선 영역의 파장인 제1 파장(λ1), 예를 들면 532nm 파장의 레이저 빔을 조사하며, 아이솔레이션 공정 수행에 이용된다. 제1 파장의 레이저 빔의 빔 스팟(beam spot)의 크기는 수십 내지 수백 ㎛ 일 수 있다.
제1 레이저 유닛(40a)은 제1 파장의 레이저 빔을 발진시켜 출력하는 제1 레이저 발진기(41a)와, 수평거더(34)의 표면에 형성된 가이드레일에 따른 왕복 이동 경로를 제공하는 제1 경로부재(42a)와, 제1 레이저 발진기(41a)로부터 발진된 레이저 빔의 경로를 변화시켜 제1 작업 영역(44a) 내에서 원하는 위치에 조사하기 위한 제1 광학계(43a)를 포함한다. 여기서, 제1 광학계(43a)는 갈바노 미러와 하나 이상의 미러를 포함하고 있다. 그리고 제1 레이저 발진기(41a)의 하면에는 수평거더(34)의 상면에 형성된 가이드레일에 대응되는 가이드홈이 형성되어 있어 제2 수평축(36)을 따라 왕복 이동되도록 할 수 있다.
제2 레이저 유닛(40b)은 적외선 영역의 파장인 제2 파장(λ2), 예를 들면 고출력의 1064nm 파장의 레이저 빔을 조사하며, 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정 수행에 모두 이용된다. 제2 파장의 레이저 빔의 빔 스팟의 크기는 수십 내지 수백 ㎛ 일 수 있다.
제2 레이저 유닛(40b)은 제2 파장의 레이저 빔을 발진시켜 출력하는 제2 레이저 발진기(41b)와, 수평거더(34)의 표면에 형성된 가이드레일에 따른 왕복 이동 경로를 제공하는 제2 경로부재(미도시)와, 제2 레이저 발진기(41b)로부터 발진된 레이저 빔의 경로를 변화시켜 제2 작업 영역(44b) 내에서 원하는 위치에 조사하기 위한 제2 광학계(43b)를 포함한다. 여기서, 제2 광학계(43b)는 갈바노 미러와 하나 이상의 미러를 포함하고 있다. 그리고 제2 레이저 발진기(41b)의 하면에는 수평거더(34)의 상면에 형성된 가이드레일에 대응되는 가이드홈이 형성되어 있어 제2 수평축(36)을 따라 왕복 이동되도록 할 수 있다.
박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리 중 제1 주행축(24)과 평행한 가장자리를 가공하는 경우 레이저 통합부(40)는 소정 위치에 정지된 상태로 위치하고 이송테이블(20)이 제1 주행축(24)을 따라 이동하여 해당 가장자리에 대한 레이저 가공이 이루어지도록 한다. 그리고 제1 주행축(24)과 교차하는, 즉 제2 주행축(36)과 평행한 가장자리를 가공하는 경우 이송테이블(20)은 소정 위치에 정지된 상태로 위치하고 레이저 통합부(40)가 제2 주행축(36)을 따라 이동하여 해당 가장자리에 대한 레이저 가공이 이루어지도록 한다. 여기서, 이송테이블(20)의 제1 주행축(24)을 따른 이동 속도와 레이저 통합부(40)의 제2 주행축(36)을 따른 이동 속도는 각 가장자리에서의 레이저 가공 속도에 따라 조정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공장치를 이용한 박막형 태양전지 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 공정을 나타낸 개념도이며, 도 5a 내지 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 과정 중의 박막형 태양전지 기판의 단면도 및 레이저 빔의 빔 스팟과 작업 영역을 도시한 도면이다. 도 4a 내지 도 8d를 참조하면, 박막형 태양전지 기판(50), 이송테이블(20), 제1 주행축(24), 갠트리 유닛(30), 제2 주행축(36), 레이저 통합부(40), 제1 레이저 유닛(40a), 제2 레이저 유닛(40b), 기판(1), 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4), 아이솔레이션 라인(52a, 52b, 52c, 52d), 에지 딜리션 라인(54a, 54b, 54c, 54d), 제1 작업 영역(44a), 제2 작업 영역(44b), 중첩 영역(46), 제1 빔 스팟(60a), 제2 빔 스팟(60b)이 도시되어 있다.
본 실시예는 전면전극층의 형성 및 패터닝, 반도체층의 형성 및 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판(50)에 대하여 전술한 레이저 가공장치를 구동하여 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합 수행하는 방법에 대한 것으로, 본 실시예에 따른 레이저 가공장치 외에도 다양한 구성요소가 추가, 변경, 생략될 수 있음은 물론이다.
또한, 이하에서는 박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리에 대하여 반시계 방향으로 레이저 가공함으로써 박막형 태양전지 기판(50)의 4변에 모두 아이솔레이션 라인 및 에지 딜리션 라인이 형성되도록 하는 공정에 관한 것이지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지는 않으며, 시계 방향으로 레이저 가공할 수도 있음은 물론이다.
후술하는 바와 같이 본 실시예는 박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리를 가공함에 있어서 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정을 진행하여 전체 공정의 택트 타임을 단축시키는 방법으로서, 편의상 박막형 태양전지 기판(50)이 이송테이블(20)에 적재된 단계에서부터 설명한다.
박막형 태양전지 기판(50)이 로딩부에서 적재되고 갠트리 유닛(30)을 통과하여 언로딩부에서 반출된다고 할 때, 박막형 태양전지 기판(50)의 이동방향을 기준으로 로딩부 쪽을 전방, 언로딩부 쪽을 후방이라 지칭하여 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 이송테이블(20)에 박막형 태양전지 기판(50)이 적재되고(단계 S110), 이송테이블(20)은 제1 주행축(24)을 따라 후방을 향하여 전진 이동한다(단계 S120).
여기서, 제1 주행축(24)을 따라 이동되는 박막형 태양전지 기판(50)에 대하여 정확한 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정을 수행하기 위해 정렬 작업이 선행될 수 있다. 정렬 작업은 이송테이블(20)의 수용홈(22) 내에 구비된 얼라인부(미도시)에 의해 수행된다.
다음으로, 도 4b에 도시된 것과 같이 이송테이블(20) 상에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)(혹은 필요에 따라 정렬 작업이 완료된 박막형 태양전지 기판(50))은 이송테이블(20)을 따라 후방을 향하여 이동하면서 레이저 통합부(40)에 의해 제1 가장자리에 대하여 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정이 수행된다(단계 S130). 여기서 제1 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 레이저 통합부(40)를 소정 위치에 정지된 상태(제1 상태)로 위치시키게 된다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 박막형 태양전지 기판(50)의 제1 가장자리를 레이저 가공함에 있어서, 제1 레이저 유닛(40a)에 의한 제1 작업 영역(44a)과 제2 레이저 유닛(40b)에 의한 제2 작업 영역(44b) 및 중첩 영역(46)이 도시되어 있다.
중첩 영역(46) 내에서 레이저 가공에 의해 아이솔레이션 라인(52a)과 에지 딜리션 라인(54a)이 형성되도록 레이저 통합부(40)를 제1 상태로 위치시키게 되며, 이송테이블(20)의 전진 이동에 의해 박막형 태양전지 기판(50)이 전진 이동함에 따라 아이솔레이션 라인(52a)과 에지 딜리션 라인(54a)이 형성된다.
아이솔레이션 라인(52a)을 형성할 때, 제1 레이저 유닛(40a)으로부터 조사되는 제1 파장(λ1)의 레이저 빔에 의한 제1 빔 스팟(60a)과, 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)은 서로 중첩되어 액티브 영역에 인접한 부분에서 계단 형상을 가지게 됨으로써 전면전극층(2)과 후면전극층(4)간의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
또한, 에지 딜리션 라인(54a)은 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)이 시간 흐름상 중첩되어 박막형 태양전지 기판(50)의 외측으로 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)을 제거하게 된다.
제1 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 도 4c에 도시된 것과 같이 레이저 통합부(40)가 갠트리 유닛(30)을 따라 제1 주행축(24)에 수직한 제2 주행축(36)을 따라 일방향(도 4c에서는 하방향)을 향하여 이동하면서 제2 가장자리에 대한 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정이 수행된다(단계 S140). 여기서 제2 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 이송테이블(20)을 소정 위치에 정지된 상태로 위치시키게 된다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 박막형 태양전지 기판(50)의 제2 가장자리를 레이저 가공함에 있어서, 제1 레이저 유닛(40a)에 의한 제1 작업 영역(44a)과 제2 레이저 유닛(40b)에 의한 제2 작업 영역(44b) 및 중첩 영역(46)이 도시되어 있다.
중첩 영역(46) 내에서 레이저 가공에 의해 아이솔레이션 라인(52b)과 에지 딜리션 라인(54b)이 형성되도록 이송테이블(20)을 소정 위치에 정지된 상태로 위치시키게 되며, 레이저 통합부(40)가 하방향 이동함에 따라 아이솔레이션 라인(52b)과 에지 딜리션 라인(54b)이 형성된다.
아이솔레이션 라인(52b)을 형성할 때, 제1 레이저 유닛(40a)으로부터 조사되는 제1 파장(λ1)의 레이저 빔에 의한 제1 빔 스팟(60a)과, 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)은 서로 중첩되어 액티브 영역에 인접한 부분에서 계단 형상을 가지게 됨으로써 전면전극층(2)과 후면전극층(4)간의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
또한, 에지 딜리션 라인(54b)은 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)이 시간 흐름상 중첩되어 박막형 태양전지 기판(50)의 외측으로 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)을 제거하게 된다.
제2 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 도 4d에 도시된 것과 같이 이송테이블(20) 상에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)은 이송테이블(20)을 따라 전방을 향하여 이동하면서 레이저 통합부(40)에 의해 제3 가장자리에 대한 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정이 수행된다(단계 S150). 여기서 제3 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 레이저 통합부(40)를 소정 위치에 정지된 상태(제2 상태)로 위치시키고 있게 된다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 박막형 태양전지 기판(50)의 제3 가장자리를 레이저 가공함에 있어서, 제1 레이저 유닛(40a)에 의한 제1 작업 영역(44a)과 제2 레이저 유닛(40b)에 의한 제2 작업 영역(44b) 및 중첩 영역(46)이 도시되어 있다.
중첩 영역(46) 내에서 레이저 가공에 의해 아이솔레이션 라인(52c)과 에지 딜리션 라인(54c)이 형성되도록 레이저 통합부(40)를 제2 상태에 위치시키게 되며, 이송테이블(20)의 후진 이동에 의해 박막형 태양전지 기판(50)이 후진 이동함에 따라 아이솔레이션 라인(52c)과 에지 딜리션 라인(54c)이 형성된다.
아이솔레이션 라인(52c)을 형성할 때, 제1 레이저 유닛(40a)으로부터 조사되는 제1 파장(λ1)의 레이저 빔에 의한 제1 빔 스팟(60a)과, 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)은 서로 중첩되어 액티브 영역에 인접한 부분에서 계단 형상을 가지게 됨으로써 전면전극층(2)과 후면전극층(4)간의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
또한, 에지 딜리션 라인(54c)은 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)이 시간 흐름상 중첩되어 박막형 태양전지 기판(50)의 외측으로 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)을 제거하게 된다.
제3 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 도 4e에 도시된 것과 같이 레이저 통합부(40)가 갠트리 유닛(30)을 따라 제1 주행축(24)에 수직한 타방향(도 4e에서는 상방향)을 향하여 이동하면서 제4 가장자리에 대한 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정이 수행된다(단계 S160). 여기서 제4 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 이송테이블(20)을 소정 위치에 정지된 상태로 위치시키고 있게 된다.
도 8a 및 8b를 참조하면, 박막형 태양전지 기판(50)의 제4 가장자리를 레이저 가공함에 있어서, 제1 레이저 유닛(40a)에 의한 제1 작업 영역(44a)과 제2 레이저 유닛(40b)에 의한 제2 작업 영역(44b) 및 중첩 영역(46)이 도시되어 있다.
중첩 영역(46) 내에서 레이저 가공에 의해 아이솔레이션 라인(52d)과 에지 딜리션 라인(54d)이 형성되도록 이송테이블(20)을 소정 위치에 정지된 상태로 위치시키게 되며, 레이저 통합부(40)가 상방향 이동함에 따라 아이솔레이션 라인(52d)과 에지 딜리션 라인(54d)이 형성된다.
아이솔레이션 라인(52d)을 형성할 때, 제1 레이저 유닛(40a)으로부터 조사되는 제1 파장(λ1)의 레이저 빔에 의한 제1 빔 스팟(60a)과, 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)은 서로 중첩되어 액티브 영역에 인접한 부분에서 계단 형상을 가지게 됨으로써 전면전극층(2)과 후면전극층(4)간의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
또한, 에지 딜리션 라인(54d)은 제2 레이저 유닛(40b)으로부터 조사되는 제2 파장(λ2)의 레이저 빔에 의한 제2 빔 스팟(60b)이 시간 흐름상 중첩되어 박막형 태양전지 기판(50)의 외측으로 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)을 제거하게 된다.
제4 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 이송테이블(20)은 전진 이동하여 4변 전체에 대하여 레이저 가공된 박막형 태양전지 기판(50)을 언로딩부로 반출하여(단계 S170) 아이솔레이션 및 에지 딜리션을 위한 레이저 가공 공정을 완료하게 된다.
본 실시예에서, 레이저 가공에 의해 형성된 아이솔레이션 라인의 폭은 수십 내지 수백 ㎛이며, 에지 딜리션 라인의 폭은 수 내지 수십 mm이다.
또한, 본 실시예에서, 박막형 태양전지 기판의 4변을 레이저 가공함에 있어서 레이저 통합부를 회전시키지 않고서도 4변 전체에 대한 가공이 가능하도록 하여 회전에 소요되었던 택트 타임을 절감시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조방법은 기록매체에 저장된 후 소정의 장치, 예를 들면, 레이저 가공장치와 결합하여 수행될 수 있다. 여기서, 기록매체는 하드 디스크, 비디오테이프, CD, VCD, DVD와 같은 자기 또는 광 기록매체이거나 또는 오프라인 또는 온라인상에 구축된 클라이언트 또는 서버 컴퓨터의 데이터베이스일 수도 있다.
도 9a 내지 9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예는 고출력의 제2 파장(λ2)을 가지는 레이저 빔을 선 조사하고, 제1 파장(λ1)을 가지는 레이저 빔을 후 조사하는 방법에 관한 것이다.
도 9a를 참조하면, 전면전극층(2)의 형성 및 패터닝, 반도체층(3)의 형성 및 패터닝, 후면전극층(4)의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판(50)이 도시되어 있다.
도 9b를 참조하면, 제2 레이저 유닛(40b)을 이용하여 액티브 영역을 제외한 외측 부분에 대해서 제2 파장의 레이저 빔을 조사하여 아이솔레이션 라인 일부(52-1)와 에지 딜리션 라인(54)을 형성한다.
이후 도 9c에 도시된 것과 같이, 제2 파장의 레이저 빔에 의해 형성된 아이솔레이션 라인의 일부 중 액티브 영역에 인접한 부분(52-2)에 대하여 제1 파장의 레이저 빔이 조사되도록 하여 계단 형상을 가지도록 함으로써 전면전극층(2)과 후면전극층(4)간의 전기적인 접속을 방지할 수 있게 된다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 방법을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예는 제1 파장(λ1)을 가지는 레이저 빔을 선 조사하고, 고출력의 제2 파장(λ2)을 가지는 레이저 빔을 후 조사하는 방법에 관한 것이다.
도 10a를 참조하면, 전면전극층(2)의 형성 및 패터닝, 반도체층(3)의 형성 및 패터닝, 후면전극층(4)의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판(50)이 도시되어 있다.
도 10b를 참조하면, 제1 레이저 유닛(40a)을 이용하여 액티브 영역의 외측 부분에 대해서 제1 파장의 레이저 빔을 조사하여 아이솔레이션 라인 일부(52-3)를 형성한다.
이후 도 10c에 도시된 것과 같이, 제1 파장의 레이저 빔에 의해 형성된 아이솔레이션 라인의 일부 중 액티브 영역에 인접하지 않은 부분(52-4)에 대하여 제2 파장의 레이저 빔이 조사되도록 하여 계단 형상을 가지도록 함으로써 전면전극층(2)과 후면전극층(4)간의 전기적인 접속을 방지할 수 있게 된다. 그리고 제2 파장의 레이저 빔을 조사하여 에지 딜리션 라인(54)도 함께 형성한다.
이상에서는 레이저 가공장치(10)가 도 2에 도시된 것과 같이 레이저 통합부(40)를 구성하는 제1 레이저 유닛(40a) 및 제2 레이저 유닛(40b)은 제2 주행축(36)을 따라 일렬 배치되어 일체로 결합되는 구조를 가지는 것으로 가정하여 설명하였다. 하지만, 실시예에 따라 도 11에 도시된 것과 같은 결합 구조를 가질 수도 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 가공장치의 개략적인 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시된 레이저 통합부의 단면도이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 박막형 태양전지 기판(50), 바닥플레이트(12), 이송테이블(20), 제1 주행축(24), 갠트리 유닛(30), 수직프레임(32), 수평거더(34), 제2 주행축(36), 레이저 통합부(40'), 다중 레이저 발진기(41c), 제3 경로부재(42c), 제3 광학계(43c), 제4 광학계(43d), 제3 레이저 발진기(41c-1), 제4 레이저 발진기(41c-2), 제1 미러(48a), 제2 미러(48b)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 레이저 가공장치에 포함되는 레이저 통합부(40')는, 가시광선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔과 적외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔의 발진이 가능한 다중 레이저 발진기(41c)와, 다중 레이저 발진기(41c)를 제2 주행축(36)을 따라 왕복 이동시키는 제3 경로부재(42c)와, 다중 레이저 발진기(41c)로부터 발진된 적외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔의 경로를 변경시켜 제3 작업 영역 중 임의의 위치에 조사시키는 제3 광학계(43c)와, 다중 레이저 발진기(41c)로부터 발진된 가시광선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔의 경로를 변경시켜 제4 작업 영역 중 임의의 위치에 조사시키는 제4 광학계(43d)를 포함한다. 여기에서는 제3 광학계(43c) 및 제4 광학계(43d)가 복수의 레이저 유닛에 대응되며, 복수의 레이저 유닛이 하나의 다중 레이저 발진기(41c)에 연결되어 있는 것으로 볼 수 있다.
도 12을 참조하면, 다중 레이저 발진기(41c)는 가시광선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔을 발진하는 제3 레이저 발진기(41c-1) 및 적외선 영역의 파장을 가지는 레이저 빔을 발진하는 제4 레이저 발진기(41c-2)가 2층으로 적층된 구조를 가질 수도 있을 것이다. 이때 제3 레이저 발진기(41c-1)가 상층에 위치하고, 제4 레이저 발진기(41c-2)가 하층에 위치하도록 배치된 경우가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 제3 레이저 발진기가 하층에 위치하고 제4 레이저 발진기가 상층에 위치할 수도 있을 것이다.
상층에 위치한 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔이 제1 미러(48a)를 통해 제3 광학계(43c)로 진행하도록 하며, 하층에 위치한 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 빔이 제2 미러(48b)를 통해 제4 광학계(43d)로 진행하도록 한다.
제3 광학계(43c)와 제4 광학계(43d)는 제2 주행축(36)에 대하여 수직한 방향, 즉 제1 주행축(24)을 따라 일렬 배치되어 일체로 결합되는 구조를 가지고 있다. 이와 같은 결합 구조를 가지더라도 제3 광학계(43c)에 의한 제3 작업 영역과 제4 광학계(43d)에 의한 제4 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 중첩 영역이 확보됨으로써 전술한 것과 같이 박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리 부분에서 아이솔레이션 및 에지 딜리션 통합 공정을 수행할 수 있을 것이다.
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.
1: 기판 2: 전면전극층
3: 반도체층 4: 후면전극층
5a, 5b: 홈 6: 더미 영역 외측
10: 레이저 가공장치 20: 이송테이블
22: 수용홈 24: 제1 주행축
30: 갠트리 유닛 32: 수직프레임
34: 수평거더 36: 제2 주행축
40, 40': 레이저 통합부 40a, 40b: 레이저유닛
41a, 41b: 레이저 발진기 41c: 다중 레이저 발진기
42a, 42c: 경로 부재 43a, 43b, 43c, 43d: 광학계
48a, 48b: 미러 50: 박막형 태양전지 기판
52a, 52b, 52c, 52d: 아이솔레이션 라인
54a, 54b, 54c, 54d: 에지 딜리션 라인
60a, 60b: 빔 스팟

Claims (19)

  1. 전면전극층, 반도체층 및 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판을 레이저 가공하는 장치로서,
    적재된 상기 박막형 태양전지 기판을 지지하면서 제1 주행축을 따라 왕복 이동가능한 이송테이블과;
    작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 복수의 레이저 유닛을 포함하는 레이저 통합부와;
    상기 제1 주행축과 교차하여 형성된 제2 주행축을 따라 상기 레이저 통합부를 왕복 이동시키는 갠트리 유닛을 포함하는 레이저 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 통합부는, 제1 파장의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛과, 제2 파장의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛이 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이저 유닛에 의한 제1 작업 영역의 일부와 상기 제2 레이저 유닛에 의한 제2 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 중첩 영역 내에 상기 박막형 태양전지 기판의 가장자리가 위치하도록 상기 이송테이블과 상기 레이저 통합부가 독립적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중첩 영역 내에서 상기 제1 레이저 유닛에 의해 아이솔레이션(isolation) 라인의 일부가 형성되고, 상기 제2 레이저 유닛에 의해 상기 아이솔레이션 라인의 나머지 일부 및 에지 딜리션(edge deletion) 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 상기 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 상기 아이솔레이션 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 상기 제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 상기 아이솔레이션 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장은 가시광선 영역의 파장이고, 상기 제2 파장은 적외선 영역의 파장인 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 갠트리 유닛은, 상기 제1 주행축을 중심으로 양측에 설치된 수직프레임과, 상기 수직프레임 사이에 설치되며 표면에 상기 제2 주행축에 대응되는 가이드레일이 형성된 수평거더를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 레이저 유닛은, 상기 제1 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제1 레이저 발진기와, 상기 가이드레일을 따라 왕복 이동 가능하도록 하는 제1 경로부재와, 상기 제1 경로부재에 결합되고 상기 제1 레이저 발전기에서 발진된 상기 제1 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제1 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제1 광학계를 포함하고,
    상기 제2 레이저 유닛은, 상기 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제2 레이저 발진기와, 상기 가이드레일을 따라 왕복 이동 가능하도록 하는 제2 경로부재와, 상기 제2 경로부재에 결합되고 상기 제2 레이저 발전기에서 발진된 상기 제2 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제2 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제2 광학계를 포함하되,
    상기 제1 레이저 발진기와 상기 제2 레이저 발진기는 상기 제2 주행축을 따라 일렬 배치되어 일체로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 레이저 유닛과 상기 제2 레이저 유닛은 상기 제1 파장의 레이저 빔과 상기 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 다중 레이저 발진기와 연결되되,
    상기 제1 레이저 유닛은 상기 다중 레이저 발진기에서 발진된 상기 제1 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제3 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제3 광학계를 포함하고,
    상기 제2 레이저 유닛은 상기 다중 레이저 발진기에서 발진된 상기 제2 파장의 레이저 빔의 경로를 변경하여 제4 작업 영역 내에 조사되도록 하는 제4 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다중 레이저 발진기는 상기 제1 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제3 레이저 발진기와 상기 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제4 레이저 발진기가 2층으로 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
  12. 박막형 태양전지를 제조하는 방법으로서,
    (a) 전면전극층, 반도체층 및 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판을 이송테이블에 적재하는 단계;
    (b) 제1 주행축을 따라 상기 이송테이블을 전진 이동시키면서 상기 제1 주행축에 교차하는 갠트리 유닛의 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 통합부를 이용하여 상기 박막형 태양전지 기판의 제1 가장자리를 레이저 가공하는 단계-여기서, 상기 레이저 통합부는 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 복수의 레이저 유닛을 포함함-;
    (c) 상기 이송테이블은 고정되고, 상기 레이저 통합부를 상기 제2 주행축을 따라 상기 제1 주행축에 수직한 일방향으로 이동시키면서 상기 박막형 태양전지 기판의 제2 가장자리를 레이저 가공하는 단계;
    (d) 상기 제1 주행축을 따라 상기 이송테이블을 후진 이동시키면서 상기 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 통합부를 이용하여 상기 박막형 태양전지 기판의 제3 가장자리를 레이저 가공하는 단계; 및
    (e) 상기 이송테이블은 고정되고, 상기 레이저 통합부를 상기 제2 주행축을 따라 상기 제1 주행축에 수직한 타방향으로 이동시키면서 상기 박막형 태양전지 기판의 제4 가장자리를 레이저 가공하는 단계를 포함하는 박막형 태양전지 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단계 (b) 내지 (e) 중 하나 이상의 단계에서 수행되는 상기 박막형 태양전지 기판의 가장자리에 대한 레이저 가공은 아이솔레이션(isolation) 공정 및 에지 딜리션(edge deletion) 공정이 통합적으로 수행되는 것임을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 레이저 통합부는, 제1 파장의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 유닛과, 제2 파장의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 유닛이 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 (b) 내지 (e) 중 하나 이상의 단계에서 상기 제1 레이저 유닛에 의한 제1 작업 영역의 일부와 상기 제2 레이저 유닛에 의한 제2 작업 영역의 일부가 서로 중첩되는 중첩 영역 내에 상기 박막형 태양전지 기판의 가장자리가 위치하도록 상기 이송테이블과 상기 레이저 통합부가 이동하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 중첩 영역 내에서 상기 제1 레이저 유닛에 의해 아이솔레이션(isolation) 라인의 일부가 형성되고, 상기 제2 레이저 유닛에 의해 상기 아이솔레이션 라인의 나머지 일부 및 에지 딜리션(edge deletion) 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 상기 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 상기 아이솔레이션 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제2 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 선 조사되고, 상기 제1 레이저 유닛에 의한 레이저 빔이 후 조사되도록 하여 상기 아이솔레이션 라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장은 가시광선 영역의 파장이고, 상기 제2 파장은 적외선 영역의 파장인 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지 제조방법.
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