KR20120002885A - System for inspecting thin film solar cell and method of inspecting thin film solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 태양전지 검사 시스템 및 이를 이용한 박막 태양전지의 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 단(段)의 띠(string) 모양의 단위 셀을 직렬로 접속하는 모듈 구조의 박막 태양전지에 있어서 모듈 내의 셀 단위나 국지적인 출력 측정을 가능하게 하는 박막 태양전지 검사 시스템 및 이를 이용한 박막 태양전지의 검사방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film solar cell inspection system and a method for inspecting a thin film solar cell using the same, and more particularly, a thin film solar cell having a modular structure in which a plurality of string unit cells are connected in series. In the present invention, the present invention relates to a thin film solar cell inspection system that enables measurement of cell units or local power in a module, and a thin film solar cell inspection method using the same.
일반적으로 태양전지(solar cell)는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변화시키는 소자로서, p형 반도체와 n형 반도체의 접합(junction) 형태를 가지며 기본 구조는 다이오드(diode)와 동일하다.In general, a solar cell is a device for converting solar energy into electrical energy, and has a junction form of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and the basic structure is the same as a diode.
이러한 태양전지의 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.The operation principle of such a solar cell is as follows.
대부분 태양전지는 대면적의 pn 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 광전 에너지 변환(photovoltaic energy conversion)을 위해 태양전지가 기본적으로 갖춰야하는 조건은 p형 반도체 영역은 작은 전자밀도(electron density)와 큰 정공밀도(hole density)를 가지고 n형 반도체 영역은 큰 전자밀도와 작은 정공밀도를 가짐으로써, 반도체 구조 내에서 전자들이 비대칭적으로 존재해야 한다는 것이다. 따라서, 열적 평행 상태에서 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 이루어진 다이오드에서는 캐리어(carrier)의 농도 구배에 의한 확산으로 전하(charge)의 불균형이 생기고, 이로 인해 전기장(electric field)이 형성되어 더 이상 캐리어의 확산이 일어나지 않게 된다. 이와 같은 다이오드에 그 물질의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 에너지 차이인 밴드 갭 에너지(band gap energy) 이상의 빛을 가했을 경우에 빛 에너지를 받은 전자들은 가전자대에서 전도대로 여기(excite)된다. 이때, 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동할 수 있게 되며, 가전자대에는 전자들이 빠져나간 자리에 정공이 생성된다. 이것을 과잉(excess) 캐리어라고 하며 상기 과잉 캐리어는 전도대 또는 가전자대 내에서 농도 차이에 의해 확산하게 된다. 이때, p형 반도체에서 여기된 전자들과 n형 반도체에서 만들어진 정공은 각각 소수 캐리어(minority carrier)라고 칭하며, 기존 접합 전의 p형 반도체 또는 n형 반도체 내의 캐리어(즉, p형 반도체의 정공 및 n형 반도체의 전자)는 소수 캐리어와 구분하여 다수 캐리어(majority carrier)라고 칭한다.Most solar cells are composed of large-area pn junction diodes, and the basic condition for solar cells for photovoltaic energy conversion is that the p-type semiconductor region has a small electron density and a large hole density ( n-type semiconductor region has a large electron density and a small hole density, the electrons must be asymmetrically present in the semiconductor structure. Therefore, in the thermal parallel state, a diode formed of a junction of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor causes an imbalance of charge due to diffusion due to a concentration gradient of carriers, thereby forming an electric field. No abnormal carrier diffusion occurs. When such a diode is applied with light above the band gap energy, which is the energy difference between the conduction band and the valence band of the material, the electrons subjected to light energy are excited by the conduction band in the valence band. (excite) At this time, the electrons excited by the conduction band can move freely, and holes are generated in the valence band where electrons escape. This is called an excess carrier, and the excess carrier diffuses due to the difference in concentration in the conduction band or the valence band. At this time, electrons excited in the p-type semiconductor and holes made in the n-type semiconductor are called minority carriers, respectively, and carriers in the p-type semiconductor or the n-type semiconductor before bonding (that is, holes of the p-type semiconductor and n The electrons of the type semiconductors are called majority carriers separately from minority carriers.
상기 다수 캐리어들은 전기장으로 생긴 에너지 장벽(energy barrier) 때문에 흐름의 방해를 받지만 p형 반도체의 소수 캐리어인 전자는 n형 반도체 쪽으로 각각 이동할 수 있다. 상기 소수 캐리어의 확산에 의해 pn 접합 다이오드 내부에 전압 차(potential drop)가 생기게 되며, 상기 pn 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하면 태양전지로서 작용하게 된다.The majority carriers are interrupted by flow due to an energy barrier created by an electric field, but electrons, which are minority carriers of the p-type semiconductor, may move toward the n-type semiconductor, respectively. The diffusion of the minority carriers causes a potential drop inside the pn junction diode, and when the electromotive force generated at the anode terminal of the pn junction diode is connected to an external circuit, it acts as a solar cell.
상기와 같은 태양전지는 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘 계, 화합물 계, 유기물 계로 분류될 수 있다.Such solar cells may be largely classified into silicon based compounds, compound based organic materials, and the like based on materials used therein.
그리고, 실리콘 계 태양전지는 반도체의 상(phase)에 따라 세부적으로 단결정(single crystalline) 실리콘, 다결정(polycrystalline) 실리콘, 비정질(amorphous) 실리콘 태양전지로 분류된다.In addition, silicon-based solar cells are classified into single crystalline silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon solar cells according to the phase of a semiconductor.
또한, 태양전지는 반도체의 두께에 따라 벌크(bulk)형 태양전지와 박막 태양전지로 분류되는데, 박막 태양전지는 반도체층의 두께가 수㎛ ~ 수십㎛ 정도의 태양전지이다.In addition, the solar cell is classified into a bulk solar cell and a thin film solar cell according to the thickness of the semiconductor, the thin film solar cell is a solar cell having a thickness of the semiconductor layer of several ㎛ ~ several tens of ㎛.
이와 같이 여러 종류의 태양전지 중에서 에너지 변환효율이 높고 제조 비용이 상대적으로 저렴한 벌크형 실리콘 태양전지가 주로 지상 전력용으로 폭넓게 활용되고 있다.As such, bulk silicon solar cells having high energy conversion efficiency and relatively low manufacturing cost are widely used for ground power.
그러나, 최근에는 벌크형 실리콘 태양전지의 수요가 급증함에 따라 원료의 부족 현상으로 가격이 상승하려는 추세에 있다.However, in recent years, as the demand for bulk silicon solar cells has soared, the price is on the rise due to the shortage of raw materials.
이에 대규모 지상 전력용 태양전지의 저가화 및 양산화 기술 개발을 위해서는 실리콘 원료를 현재의 수 100분의 1로 절감할 수 있는 박막 태양전지의 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, in order to develop a low cost and mass production technology for large-scale ground power solar cells, development of thin film solar cells that can reduce silicon raw materials to one hundredth of the present is urgently required.
박막 태양전지는 벌크형 태양전지에 비해 대면적화가 용이하다는 장점이 있으며, 이와 반대로 수광면 측의 투명전극의 저항 때문에 에너지 변환효율은 면적이 커질수록 감소하는 단점이 있다.The thin film solar cell has an advantage that it is easier to make a large area than a bulk solar cell. On the contrary, the energy conversion efficiency decreases as the area becomes larger due to the resistance of the transparent electrode on the light receiving surface side.
이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 모듈 구조의 박막 태양전지이다. 이 구조는 투명전극이 띠 모양으로 복수로 분할되고, 그 위에 형성된 작은 단위 셀들이 서로 직렬로 연결된 구조로 되어 있기 때문에 투명전극의 저항에 의한 전력손실을 작게 할 수가 있다. 또한, 대면적으로 제작할 경우에도 변환효율의 저하를 줄일 수 있다.To solve this problem, a module thin film solar cell has been developed. This structure has a structure in which the transparent electrode is divided into a plurality of bands and the small unit cells formed thereon are connected in series to each other, thereby reducing the power loss due to the resistance of the transparent electrode. In addition, even when producing a large area, it is possible to reduce the decrease in conversion efficiency.
이하, 도면을 참조하여 일반적인 박막 태양전지에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a general thin film solar cell will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 모듈 구조의 박막 태양전지의 일부를 나타내고 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a general thin film solar cell, and shows a part of a thin film solar cell having a module structure.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 박막 태양전지(15)는 직렬 연결된 다수의 단위 셀로 이루어지는데, 각각의 단위 셀은 기판(10), 상기 기판(10) 위에 형성된 투명전극(12), 상기 투명전극(12) 위에 형성되고 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(13) 및 상기 반도체층(13) 위에 형성된 금속전극(14)으로 구성된다.As shown in the figure, a general thin film
상기 투명전극(12)은 외부로부터 기판(10)을 통해 입사된 태양광의 투과를 위하여 투명한 전도성 산화물(Transparent Conductive Oxide; TCO)을 재료로 하여 형성된다.The
상기 반도체층(13)은 상기 투명전극(12) 위에 형성된 p형 실리콘층과 상기 p형 실리콘층 위에 형성된 진성(intrinsic) 실리콘층 및 상기 진성 실리콘층 위에 형성된 n형 실리콘층을 포함한 pin구조를 가진다.The
상기와 같이 구성되는 박막 태양전지(15)의 공정순서를 살펴보면 투명전극 형성용 박막, 반도체층 형성용 박막 및 금속전극 형성용 박막을 증착한 후 각각 레이저 스크라이빙(scribing)에 의한 투명전극(12), 반도체층(13) 및 금속전극(14)의 패터닝 공정이 이루어진다. 참고로, 도면부호 H3은 상기 금속전극(14)의 패터닝을 위한 레이저 스크라이빙에 의해 형성된 슬롯(slot)을 나타낸다.Referring to the process sequence of the thin film
여기서, 상기 박막 태양전지(15)의 모듈은 제조공정에서 셀 패터닝을 통해 셀들이 구분되며, 셀 제조공정 자체가 모듈 구조로 이루어지고 있으므로 각 셀의 개별 측정 또는 불량 영역의 분석이 불가능한 실정이다.Here, the modules of the thin film
도 2는 일반적인 박막 태양전지의 검사방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.2 is a view schematically showing a method for inspecting a general thin film solar cell.
도 2를 참조하면, 기존의 박막 태양전지(15)는 일반적으로 계측 장비(60)를 통해 전체 모듈의 출력량 또는 모듈 효율을 측정하여 불량 여부를 판단하고 있다. 일반적으로 박막 태양전지(15) 모듈은 제작공정이 완료된 후에 인공태양광조사기(solar simulator)(50)로 효율을 보거나 모듈의 출력치를 정의하여 평가된다. 하지만 모듈 내의 셀 단위 측정이나 국지적인 측정이 불가하여 모듈 내에 출력 분포 또는 불량 위치에 대한 평가가 이루어지기 힘들다. 그 결과, 셀 효율도 전체 면적에 대한 평균만 확인할 수밖에 없어 불량의 사전 검출 및 대응이 불가능 한 실정이다.Referring to FIG. 2, the conventional thin film
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 모듈 구조의 박막 태양전지에 있어서 모듈 내의 셀 단위나 국지적인 출력 측정을 가능하게 하는 한편, 불량 또는 출력 저하 영역을 사전에 파악할 수 있는 박막 태양전지 검사 시스템 및 이를 이용한 박막 태양전지의 검사방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and in the thin film solar cell of the module structure, it is possible to measure the cell unit or the local power in the module, and inspect the thin film solar cell which can grasp the defective or reduced output area in advance. The present invention provides a method for inspecting a thin film solar cell using the system and the same.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the configuration and claims of the invention described below.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 박막 태양전지 검사 시스템은 박막 태양전지 모듈을 로딩하는 테이블; 상기 박막 태양전지 모듈 표면에 광을 조사하는 광원; 상기 박막 태양전지 모듈 표면을 수직, 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지 모듈을 국지적으로 가리는 섀도우 마스크; 및 상기 섀도우 마스크의 스캔에 따라 셀 단위 또는 국지적으로 그 출력을 측정하여 분석하는 계측 장비를 포함한다.In order to achieve the above object, the thin film solar cell inspection system of the present invention includes a table for loading a thin film solar cell module; A light source irradiating light onto the surface of the thin film solar cell module; A shadow mask that sequentially scans the surface of the thin film solar cell module in a vertical and horizontal direction to cover the thin film solar cell module locally; And metrology equipment that measures and analyzes its output on a cell-by-cell basis or locally according to the scan of the shadow mask.
본 발명의 박막 태양전지의 검사방법은 직렬로 연결된 다수의 단위 셀로 이루어진 박막 태양전지 모듈을 제조하는 단계; 상기 박막 태양전지 모듈을 상부에 상기 박막 태양전지 모듈 표면에 광을 조사하기 위한 광원이 구비된 테이블 위에 로딩하는 단계; 제 1 섀도우 마스크를 이용하여 상기 박막 태양전지 모듈 표면을 수직한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지 모듈을 국지적으로 가리며 그 수직위치에 해당하는 출력을 측정하는 단계; 및 제 2 섀도우 마스크를 이용하여 상기 박막 태양전지 모듈 표면을 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지 모듈을 국지적으로 가리며 그 수평위치에 해당하는 출력을 측정하는 단계를 포함한다.The inspection method of the thin film solar cell of the present invention comprises the steps of manufacturing a thin film solar cell module consisting of a plurality of unit cells connected in series; Loading the thin film solar cell module on a table provided with a light source for irradiating light onto a surface of the thin film solar cell module; Sequentially scanning a surface of the thin film solar cell module in a vertical direction using a first shadow mask to locally cover the thin film solar cell module and measure an output corresponding to the vertical position; And sequentially scanning the surface of the thin film solar cell module in a horizontal direction by using a second shadow mask to locally cover the thin film solar cell module and measure an output corresponding to the horizontal position.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 태양전지 검사 시스템 및 이를 이용한 박막 태양전지의 검사방법은 모듈 내의 셀 단위나 국지적인 출력 측정을 함으로써 모듈 내의 출력 분포 및 불량 위치에 대한 분석을 진행할 수 있게 된다. 그 결과 불량 원인의 예측과 분석 및 결과를 통한 리페어(repair) 기술에 활용할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the thin film solar cell inspection system according to the present invention and the thin film solar cell inspection method using the same can proceed to analyze the output distribution and the defective position in the module by measuring the cell unit or the local power in the module. . As a result, it can be used for repair technology through predicting, analyzing and analyzing the cause of defect, thereby providing an effect of improving the yield.
또한, 본 발명에 따른 박막 태양전지 검사 시스템 및 이를 이용한 박막 태양전지의 검사방법은 불량 모듈 제품의 감소를 통해 제조비용이 절감되는 효과를 제공한다.In addition, the thin film solar cell inspection system according to the present invention and the thin film solar cell inspection method using the same provides an effect of reducing the manufacturing cost through the reduction of defective module products.
도 1은 일반적인 박막 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.
도 2는 일반적인 박막 태양전지의 검사방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사 시스템을 개략적으로 나타내는 도면.
도 4a는 상기 도 3에 있어서, 섀도우 마스크의 크기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 4b는 섀도우 마스크의 크기 비율에 따른 표준화된 파워(normalized power)를 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 5a 및 도 5b는 섀도우 마스크의 형태에 따른 모듈 출력을 평가한 사례를 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 섀도우 마스크의 위치에 따른 모듈 출력을 평가한 사례를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사방법에 있어서, 제 1 측정방법을 예를 들어 설명하기 위한 평면도.
도 8은 상기 도 7에 도시된 제 1 측정방법에 의해 측정된 스캔 위치에 따른 표준화된 파워를 나타내는 그래프.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사방법에 있어서, 제 2 측정방법을 예를 들어 설명하기 위한 평면도 및 단면도.
도 10은 상기 도 9a 및 도 9b에 도시된 제 2 측정방법에 의해 측정된 셀 번호에 따른 표준화된 파워를 나타내는 그래프.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a typical thin film solar cell.
2 is a view schematically showing a method for inspecting a general thin film solar cell.
3 is a schematic view showing an inspection system of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
4A is a cross-sectional view for explaining a method of determining the size of a shadow mask in FIG. 3.
4B is a graph showing a result of measuring normalized power according to a size ratio of a shadow mask.
5A and 5B illustrate an example of evaluating module output according to the shape of a shadow mask.
6A and 6B show examples of evaluating module output according to the position of a shadow mask.
7 is a plan view for explaining a first measuring method in the method of inspecting a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing normalized power according to a scan position measured by the first measuring method shown in FIG.
9A and 9B are a plan view and a sectional view for explaining, for example, a second measuring method in the method for inspecting a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing normalized power according to cell number measured by the second measuring method shown in FIGS. 9A and 9B.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막 태양전지 검사 시스템 및 이를 이용한 박막 태양전지의 검사방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a thin film solar cell inspection system and a thin film solar cell inspection method using the same according to the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.3 is a view schematically showing an inspection system of a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사 시스템(100)은 제작공정이 완료된 박막 태양전지(115) 모듈을 로딩하는 테이블(130), 상기 박막 태양전지(115) 모듈 표면에 100mW/cm2의 태양광(AM 1.5 기준)을 조사하는 광원(150), 상기 박막 태양전지(115) 모듈 표면을 상기 모듈의 셀 패터닝 방향을 기준으로 수직, 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지(115) 모듈을 국지적으로 가리는 섀도우 마스크(170) 및 상기 섀도우 마스크(170)의 스캔에 따라 셀 단위 또는 국지적으로 그 출력을 측정하여 분석하는 계측 장비(160)를 포함한다.As shown in the figure, the
상기 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사 시스템(100)은 박막 태양전지(115) 모듈이 국지적으로 가려짐에 따라 출력 특성이 변하는 원리를 이용하게 되는데, 일정 크기의 섀도우 마스크(170)를 박막 태양전지(115) 모듈 표면에 순차적으로 스캔하며, 이때 각각의 전류-전압(I-V) 특성 및 출력을 측정하여 셀 단위나 국지적으로 불량 영역을 파악하게 된다.The
참고로, 태양전지에서 효율은 태양전지에 입사된 태양에너지에 대해 생산된 전기에너지의 비로 나타낸다. 그 측정기준이 되는 광원은 100mW/cm2의 태양광으로써, 효율은 %로 표시하는 것이 보통이다.For reference, the efficiency in the solar cell is expressed as the ratio of the electrical energy produced to the solar energy incident on the solar cell. The light source serving as the measurement standard is sunlight of 100 mW / cm 2 , and the efficiency is usually expressed in%.
이때, 도면에는 자세히 도시하지 않았지만, 상기 박막 태양전지(115)는 직렬 연결된 다수의 단위 셀로 이루어지는데, 각각의 단위 셀은 기판, 상기 기판 위에 형성된 투명전극, 상기 투명전극 위에 형성되고, 예를 들어 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층 및 상기 반도체층 위에 형성된 금속전극으로 구성된다. 그리고, 상기 박막 태양전지(115)의 전기적인 단락 방지 및 보호를 위해 수지(resin)로 된 보호층이 상기 금속전극 위에 형성될 수 있다.At this time, although not shown in detail in the drawing, the thin film
상기 투명전극은 외부로부터 기판을 통해 입사된 태양광의 투과를 위하여 투명한 전도성 산화물을 재료로 하여 형성될 수 있으며, 상기 반도체층은 상기 투명전극 위에 형성된 p형 실리콘층과 상기 p형 실리콘층 위에 형성된 진성 실리콘층 및 상기 진성 실리콘층 위에 형성된 n형 실리콘층을 포함한 pin구조를 가질 수 있다.The transparent electrode may be formed of a transparent conductive oxide as a material to transmit sunlight incident from the outside through the substrate, and the semiconductor layer may be formed on the p-type silicon layer and the p-type silicon layer. It may have a pin structure including a silicon layer and an n-type silicon layer formed on the intrinsic silicon layer.
이때, 상기 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지(115)는 기판 위에 적층되는 투명전극, 반도체층 및 금속전극으로 이루어지는 복수 단의 띠 모양의 단위 셀을 직렬로 접속하는 모듈 구조를 가진다. 모듈의 전지들로의 분할은 다양한 이유들로 행해지는데, 주요한 이유는 결과적인 직렬 상호접속부가 감소된 전류(단일 전지의 전류와 동일한)로 고전압 출력을 제공하며 저전류가 그러한 전지들에서 사용되는 직렬의 상대적인 고저항 투과성(transparent) 전도체들의 효과를 감소시킨다는 것이다. 특히, 옴의 법칙에 의하여 전류의 감소는 직렬 저항들의 전력 손실을 감소시킨다.In this case, the thin film
상기와 같이 구성되는 박막 태양전지(115)의 공정순서를 살펴보면 투명전극 형성용 박막, 반도체층 형성용 박막 및 금속전극 형성용 박막을 증착한 후 각각 레이저 스크라이빙(scribing)에 의한 투명전극, 반도체층 및 금속전극의 패터닝 공정이 이루어진다.Looking at the process sequence of the thin film
이와 같은 제조공정을 통해 제작공정이 완료된 박막 태양전지(115) 모듈은 본 발명의 실시예에 따른 검사를 위해 소정의 테이블(130) 위에 로딩되며, 상기 테이블(130)은 로딩된 박막 태양전지(115) 모듈을 전후좌우 이동시키는 구동장치를 포함할 수 있다.The thin film
이때, 상기 섀도우 마스크(170)의 크기, 즉 폭은 전체 모듈에서 1개 셀이 완전히 가려질 경우 출력 값이 0이 되기 때문에 셀 폭(cell width)의 10%~90%에 해당되게 설계할 수 있다.In this case, the size, that is, the width of the
도 4a는 상기 도 3에 있어서, 섀도우 마스크의 크기를 결정하는 방법을 설명하기 위한 단면도이며, 도 4b는 섀도우 마스크의 크기 비율에 따른 표준화된 파워(normalized power)를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating a method of determining the size of a shadow mask in FIG. 3, and FIG. 4B is a graph showing a result of measuring normalized power according to a size ratio of a shadow mask.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지(115)는 다수개의 단위 셀(120)이 직렬로 연결된 모듈 구조를 이루며, 상기 셀(120) 표면을 섀도우 마스크(170)가 상기 모듈의 셀(120) 패터닝 방향을 기준으로 수직, 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지(115) 모듈을 국지적으로 가리게 된다.Referring to FIG. 4A, the thin film
이때, 상기 1개의 단위 셀(120)의 폭을 B라고 할 때 상기 섀도우 마스크(170)의 폭(A)은 도 4b를 참조하면, 0.1B ~ 0.9B의 크기로 설계할 수 있다. 즉, 마스크 크기 비율이 0에서 1로 감소함에 따라 표준화된 파워는 거의 선형적으로 감소하고, 마스크 크기 비율이 1인 경우(섀도우 마스크(170)의 폭(A)이 단위 셀(120)의 폭(B)과 같은 경우)는 상기 섀도우 마스크(170)에 의해 전체 모듈에서 1개의 단위 셀(120)이 완전히 가려지게 되며, 이 경우 출력 값이 0에 가까워지는 것을 알 수 있다.In this case, when the width of one
여기서, 상기 마스크 크기 비율은 셀(120)의 폭(B)에 대한 섀도우 마스크(170)의 폭(A)의 비를 의미한다.Here, the mask size ratio means a ratio of the width A of the
도 5a 및 도 5b는 섀도우 마스크의 형태에 따른 모듈 출력을 평가한 사례를 나타내는 도면이다.5A and 5B illustrate an example of evaluating module output according to a shape of a shadow mask.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제 1, 제 2 섀도우 마스크(170a, 170b)는 박막 태양전지(115) 모듈 표면을 상기 모듈의 셀 패터닝 방향(예를 들어, 도 5a의 좌우방향)을 기준으로 수직한 방향(이 경우 도 5a의 상하방향) 및 수평한 방향(이 경우 도 5a의 좌우방향)으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지(115) 모듈을 국지적으로 가리게 된다.Referring to FIG. 5A, the first and
이때, 상기 제 1, 제 2 섀도우 마스크(170a, 170b)의 면적 비율에 따라 측정된 최대파워는 도 5b를 참조하면, 상기 제 1 섀도우 마스크(170a)를 수직한 방향으로 순차적으로 스캔하는 경우 마스크의 면적 비율이 증가함에 따라 거의 선형적으로 최대파워가 감소하는 것을 알 수 있다.In this case, the maximum power measured according to the area ratio of the first and
또한, 상기 제 2 섀도우 마스크(170b)를 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하는 경우 마스크의 면적 비율이 증가함에 따라 최대파워가 상기 수직한 방향의 경우에 비해 급격하게 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지(115)가 복수 단의 띠 모양의 단위 셀들이 직렬로 연결된 모듈 구조이기 때문이며, 상기 제 2 섀도우 마스크(170b)가 단위 셀을 가리는 면적이 10%이상만 되더라도 출력이 급격하게 감소하게 된다.In addition, when the
참고로, 도 6a 및 도 6b는 섀도우 마스크 위치에 따른 모듈 출력을 평가한 사례를 나타내는 도면으로써, 섀도우 마스크를 박막 태양전지의 상부, 중앙부 및 하부에 위치할 경우의 각각의 전류-전압(I-V) 특성을 나타내고 있다.For reference, FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating examples of evaluating module output according to shadow mask positions, and each current-voltage (IV) when the shadow mask is positioned on the top, center, and bottom of the thin film solar cell. The characteristics are shown.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제 1 섀도우 마스크(170a)를 수직한 방향으로 스캔하는 경우에 제 1 섀도우 마스크(170a)가 박막 태양전지(115)의 상부(M1), 중앙부(M2) 및 하부(M3)의 어느 위치에 있더라도 모듈 출력에 차이가 없음을 알 수 있다.6A and 6B, when the
이때, 어느 위치(M1 ~M3)에서든지 모듈 출력의 변화가 발생하는 경우에는 그 위치(M1 ~M3)에 있어 셀 단위나 국지적인 불량이 있음을 알 수 있게 된다.At this time, when a change in the module output occurs in any of the positions (M1 to M3), it can be seen that there is a cell unit or a local defect in the positions (M1 to M3).
이와 같은 모듈 출력 평가를 바탕으로 섀도우 마스크를 사용하여 모듈의 셀 패터닝 방향을 기준으로 수직하게 스캔하며 측정하고, 수평한 방향으로 스캔하여 각각의 셀들을 가려서 측정한다. 이때의 결과들을 취합하여 각각의 I-V 차이 특히 Jsc의 차이를 구분하여 셀 단위나 국지적으로 불량 또는 출력 저하 영역을 파악하게 된다.Based on the module output evaluation, a shadow mask is used to scan and measure vertically based on the cell patterning direction of the module, and to scan each cell by scanning in a horizontal direction. The results are collected to identify each I-V difference, in particular the difference between Jsc, to identify areas of failure or output degradation on a cell basis or locally.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사방법에 있어서, 제 1 측정방법을 예를 들어 설명하기 위한 평면도이며, 도 8은 상기 도 7에 도시된 제 1 측정방법에 의해 측정된 스캔 위치에 따른 표준화된 파워를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a plan view illustrating an example of a first measuring method in the method of inspecting a thin film solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 8 is measured by the first measuring method shown in FIG. 7. It is a graph showing normalized power according to scan position.
도 7에 도시된 바와 같이, 박막 태양전지(115) 상부에 상기 박막 태양전지(115) 모듈을 국지적으로 가리는 제 1 섀도우 마스크(170a)를 위치시킨 후, 상기 박막 태양전지(115) 모듈 표면을 상기 모듈의 셀 패터닝 방향을 기준으로 수직한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지(115) 모듈을 국지적으로 가리며 그 수직위치에 해당하는 출력을 측정하게 된다.As shown in FIG. 7, after placing the
이때, 상기 출력 또는 효율 측정은 일반적인 측정 방법으로 AM 1.5에 준하는 광 강도에서 진행될 수 있다.In this case, the output or efficiency measurement may be performed at a light intensity corresponding to AM 1.5 as a general measurement method.
그리고, 상기 제 1 섀도우 마스크(170a)는 크기에 제한이 없으나, 모듈 내의 1개의 단위 셀 폭에 대해 10% ~ 90%의 크기를 가질 수 있다.The
이와 같은 제 1 측정결과 전류 또는 효율의 차이가 발생하는 영역이 검출되는 경우 그 영역 내, 즉 전류 또는 효율의 차이가 발생할 때 제 1 섀도우 마스크(170a)가 위치하는 영역 내에 불량이 존재하는 것을 인지할 수 있게 된다. 예를 들어 상기 도 7과 같이 4번째 단위 셀의 a 위치에 불량(D)이 발생한 경우, 도 8과 같이 스캔 위치에 따른 표준화된 파워를 측정하게 되면 불량(D)이 발생한 a 위치에서 표준화된 파워가 변하는 것을 알 수 있다. 참고로, 표준화된 파워가 100%인 경우는 제 1 섀도우 마스크(170a)에 의해 박막 태양전지(115)가 가려지지 않았을 때의 파워를 의미한다.When a region where a difference in current or efficiency occurs as a result of the first measurement is detected, it is recognized that a defect exists in the region, that is, in a region where the
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 박막 태양전지의 검사방법에 있어서, 제 2 측정방법을 예를 들어 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.9A and 9B are plan views and cross-sectional views for illustrating a second measuring method by way of example in the method for inspecting a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention.
또한, 도 10은 상기 도 9a 및 도 9b에 도시된 제 2 측정방법에 의해 측정된 셀 번호에 따른 표준화된 파워를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing normalized power according to the cell number measured by the second measuring method shown in FIGS. 9A and 9B.
전술한 제 1 측정방법에 의해 수직한 방향으로 박막 태양전지의 출력을 순차적으로 측정하여 수직한 위치에 대한 불량 영역(예를 들어, a 위치)을 파악한 후, 상기 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 제 2 섀도우 마스크(170b)를 이용하여 상기 박막 태양전지(115) 모듈 표면을 상기 모듈의 셀 패터닝 방향을 기준으로 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지(115) 모듈을 국지적으로 가리며 그 수평위치에 해당하는 출력을 측정하게 된다. 상기 제 2 측정방법의 경우에는 상기 제 2 섀도우 마스크(170b)가 각 셀(120)의 위치에 맞게 배치될 수 있다.By sequentially measuring the output of the thin film solar cell in the vertical direction by the above-described first measuring method to determine the defective area (for example, the a position) for the vertical position, shown in FIGS. 9A and 9B As described above, the surface of the thin film
이때, 상기 출력 또는 효율 측정은 일반적인 측정 방법으로 AM 1.5에 준하는 광 강도에서 진행될 수 있다.In this case, the output or efficiency measurement may be performed at a light intensity corresponding to AM 1.5 as a general measurement method.
그리고, 상기 제 2 섀도우 마스크(170b)는 단위 셀(120)의 폭보다 작은 크기를 가지며, 모듈 내의 1개의 단위 셀 폭에 대해 10% ~ 90%의 크기를 가질 수 있다.The
이와 같은 제 2 측정결과 전류 또는 효율의 차이가 발생하는 영역이 검출되는 경우 그 영역 내, 즉 전류 또는 효율의 차이가 발생할 때 제 2 섀도우 마스크(170b)가 위치하는 단위 셀(120) 내에 불량이 존재하는 것을 인지할 수 있게 된다. 예를 들어 상기 도 7 및 도 9와 같이 4번째 단위 셀(120)에 불량(D)이 발생한 경우, 도 10과 같이 셀 번호에 따른 표준화된 파워를 측정하게 되면 불량(D)이 발생한 4번째 단위 셀(120) 위치에서 표준화된 파워가 변하는 것을 알 수 있다. 참고로, 표준화된 파워가 100%인 경우는 제 2 섀도우 마스크(170b)에 의해 박막 태양전지(115)가 가려지지 않았을 때의 파워를 의미하며, 상기 제 2 섀도우 마스크(170b)에 의해 박막 태양전지(115)의 각각의 단위 셀(120)이 수직한 방향으로 일부 가려지는 경우에는 상기 제 1 섀도우 마스크(170a)에 의해 여러 단위 셀의 일부가 수평한 방향으로 가려지는 경우에 비해 출력 저하가 크게 나타날 수 있다.When a region where a difference in current or efficiency occurs is detected as a result of the second measurement, a defect is detected in the
상기 수직, 수평한 방향으로의 제 1, 제 2 측정에 대한 전류 또는 효율의 차이를 통하여 출력이 저하되는 영역 또는 불량 영역에 대한 위치를 파악할 수 있게 된다. 또한, 이를 분석함으로써 그 부분에 대한 불량 발생 원인을 쉽게 파악할 수 있게 된다.Through the difference in current or efficiency for the first and second measurements in the vertical and horizontal directions, it is possible to determine the position of the region where the output is degraded or the defective region. In addition, by analyzing this, it is possible to easily determine the cause of the failure of the portion.
또한, 불량 영역에 대한 리페어가 가능하여 실제 제품의 불량 모듈을 복원시킬 수 있고, 따라서 수율이 향상되는 효과를 제공하게 된다.In addition, it is possible to repair the defective area to restore the defective module of the actual product, thereby providing an effect of improving the yield.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.Many details are set forth in the foregoing description but should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.
100 : 검사 시스템 110 : 기판
115 : 박막 태양전지 130 : 테이블
150 : 광원 160 : 계측 장비
170,170a,170b : 섀도우 마스크100: inspection system 110: substrate
115: thin film solar cell 130: table
150: light source 160: measurement equipment
170,170a, 170b: Shadow Mask
Claims (11)
상기 박막 태양전지 모듈 표면에 광을 조사하는 광원;
상기 박막 태양전지 모듈 표면을 수직, 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지 모듈을 국지적으로 가리는 섀도우 마스크; 및
상기 섀도우 마스크의 스캔에 따라 셀 단위 또는 국지적으로 그 출력을 측정하여 분석하는 계측 장비를 포함하는 박막 태양전지 검사 시스템.Table for loading a thin film solar cell module;
A light source irradiating light onto the surface of the thin film solar cell module;
A shadow mask that sequentially scans the surface of the thin film solar cell module in a vertical and horizontal direction to cover the thin film solar cell module locally; And
Thin-film solar cell inspection system including a measurement device for measuring and analyzing the output of the cell unit or locally according to the scan of the shadow mask.
상기 박막 태양전지 모듈을 상부에 상기 박막 태양전지 모듈 표면에 광을 조사하기 위한 광원이 구비된 테이블 위에 로딩하는 단계;
제 1 섀도우 마스크를 이용하여 상기 박막 태양전지 모듈 표면을 수직한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지 모듈을 국지적으로 가리며 그 수직위치에 해당하는 출력을 측정하는 단계; 및
제 2 섀도우 마스크를 이용하여 상기 박막 태양전지 모듈 표면을 수평한 방향으로 순차적으로 스캔하여 상기 박막 태양전지 모듈을 국지적으로 가리며 그 수평위치에 해당하는 출력을 측정하는 단계를 포함하는 박막 태양전지의 검사방법.Manufacturing a thin film solar cell module including a plurality of unit cells connected in series;
Loading the thin film solar cell module on a table provided with a light source for irradiating light onto a surface of the thin film solar cell module;
Sequentially scanning a surface of the thin film solar cell module in a vertical direction using a first shadow mask to locally cover the thin film solar cell module and measure an output corresponding to the vertical position; And
Sequentially scanning a surface of the thin film solar cell module in a horizontal direction by using a second shadow mask to locally cover the thin film solar cell module and to measure an output corresponding to the horizontal position of the thin film solar cell. method of inspection.
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KR1020100063622A KR20120002885A (en) | 2010-07-01 | 2010-07-01 | System for inspecting thin film solar cell and method of inspecting thin film solar cell using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120002885A true KR20120002885A (en) | 2012-01-09 |
Family
ID=45610078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020100063622A KR20120002885A (en) | 2010-07-01 | 2010-07-01 | System for inspecting thin film solar cell and method of inspecting thin film solar cell using the same |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019047583A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-22 | 富士電機株式会社 | Solar cell module diagnostic system and solar cell module diagnostic method |
CN110993742A (en) * | 2019-12-23 | 2020-04-10 | 顺德中山大学太阳能研究院 | Crystalline silicon solar panel repairing device and using method thereof |
KR102334792B1 (en) | 2021-04-27 | 2021-12-03 | 유은혜 | Ferrules for golf clubs that form a split structure |
-
2010
- 2010-07-01 KR KR1020100063622A patent/KR20120002885A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019047583A (en) * | 2017-08-31 | 2019-03-22 | 富士電機株式会社 | Solar cell module diagnostic system and solar cell module diagnostic method |
CN110993742A (en) * | 2019-12-23 | 2020-04-10 | 顺德中山大学太阳能研究院 | Crystalline silicon solar panel repairing device and using method thereof |
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