KR20120012001A - 복수 파장의 레이저 빔을 이용한 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법 - Google Patents
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Abstract
복수 파장의 레이저 빔을 이용한 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법이 개시된다. 적재된 다층기판을 지지하면서 제1 주행축을 따라 왕복 이동가능한 이송테이블, 서로 상이한 파장을 가지는 복수의 레이저 빔 중 하나를 파장판의 회전 여부에 따라 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계에서 복수의 광경로 중 하나로 분기시켜 다른 하나의 레이저 빔을 중심으로 소정 각도를 이루면서 서로 교차하는 복수의 가공축 중 하나에 정렬시키고, 정렬된 가공축을 따라 다층기판의 층들을 가공하는 레이저 가공부 및 제1 주행축과 교차하여 형성된 제2 주행축을 따라 레이저 가공부를 왕복 이동시키는 갠트리 유닛을 포함하는 다층기판 가공장치에 의하면, 레이저 가공부의 회전 없이도 가공 방향을 전환할 수 있어 다층기판의 가공 공정 시 모든 방향에서 레이저 가공이 가능하면서도 가공시간을 단축시킬 수 있다.
Description
본 발명은 복수 파장의 레이저 빔을 이용한 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법에 관한 것이다.
다층기판 중의 하나인 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 1g는 이러한 박막형 태양전지를 제조하는 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 1a 내지 도 1g를 참조하여 박막형 태양전지의 일반적인 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.
우선 도 1a에 도시된 것과 같이 기판(1) 상에 예를 들어 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 예를 들면 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 기판(50)에 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 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 홈(5)이 형성된다.
또한, 액티브 영역 내에서 단위셀들을 분리하는 세퍼레이션(separation) 공정을 수행하여 어느 하나의 단위셀에 대하여 파손이 발생하더라도 나머지 단위셀들은 정상 동작하도록 할 수 있다. 이 경우 세퍼레이션 공정 역시 아이솔레이션 공정과 마찬가지로 단위셀간의 분리선 상에 있는 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)을 모두 제거해야 하기 때문에 서로 다른 복수 파장의 레이저를 이용하게 된다.
아이솔레이션 공정 또는/및 세러페이션 공정과 같이 서로 다른 복수 파장의 레이저를 이용하여 다층기판을 가공하는 경우 각 파장의 레이저에 대하여 별도의 광학계축이 존재하게 되며, 복수 파장의 레이저가 정렬되어 가공을 수행하는 가공축에 대하여 방향 전환이 필요한 경우 레이저 유닛을 회전시키고 정렬을 수행함에 있어서 상당한 시간이 소요되어 공정 택트 타임(tact time)이 증가하는 문제점이 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, 복수 파장의 레이저 빔을 이용함에 있어서 파장판과 편광 광학계를 이용함으로써 레이저 가공부의 회전 없이도 가공 방향을 전환할 수 있어 다층기판의 가공 공정, 예를 들어 박막형 태양전지 기판의 아이솔레이션 공정 또는/및 세퍼레이션 공정 시 모든 방향에서 레이저 가공이 가능하면서도 가공시간을 단축시킬 수 있는 복수 파장의 레이저 빔을 이용한 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 편광 광학계 전단에 파장판이 배치되어 편광된 레이저 빔의 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계를 거친 레이저 빔의 진행 경로를 변경시켜 가공 방향의 전환이 가능한 복수 파장의 레이저 빔을 이용한 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다층기판을 가공하는 장치로서, 적재된 다층기판을 지지하면서 제1 주행축을 따라 왕복 이동가능한 이송테이블, 서로 상이한 파장을 가지는 복수의 레이저 빔 중 하나를 파장판의 회전 여부에 따라 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계에서 복수의 광경로 중 하나로 분기시켜 다른 하나의 레이저 빔을 중심으로 소정 각도를 이루면서 서로 교차하는 복수의 가공축 중 하나에 정렬시키고, 정렬된 가공축을 따라 다층기판의 층들을 가공하는 레이저 가공부 및 제1 주행축과 교차하여 형성된 제2 주행축을 따라 레이저 가공부를 왕복 이동시키는 갠트리 유닛을 포함하는 다층기판 가공장치가 제공된다.
복수의 가공축 각각은 제1 주행축 및 제2 주행축에 평행할 수 있다.
레이저 가공부는, 제1 레이저 빔을 출사하는 제1 레이저 광원과, 제1 레이저 빔과 다른 파장 대역의 제2 레이저 빔을 출사하는 제2 레이저 광원과, 회전 여부에 따라 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변화시키는 파장판과, 제1 레이저 빔은 그대로 투과시키고 파장판을 통과한 제2 레이저 빔은 편광 특성에 따라 복수의 광경로 중 하나로 분기시키는 편광 광학계와, 편광 광학계를 투과한 제1 레이저 빔이 복수의 가공축이 교차하는 제1 위치에 조사되도록 하는 제1 투사부와, 편광 광학계에 의해 분기된 제2 레이저 빔이 복수의 가공축 중 제1 주행축에 평행한 가공축 상의 제2 위치 또는 복수의 가공축 중 제2 주행축에 평행한 가공축 상의 제3 위치에 각각 조사되도록 하는 제2 투사부 및 제3 투사부를 포함할 수 있다.
파장판은 회전 여부에 따라 제1 회전 상태와 제2 회전 상태로 교번하여 변화되되, 제1 회전 상태에서는 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변화시키지 않고, 제2 회전 상태에서는 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변화시켜 각 편광 성분의 편광 방향을 반대로 바꿀 수 있다.
편광 광학계는 제2 레이저 빔의 P 편광 성분이 그대로 투과하고 S 편광 성분이 소정 각도로 반사될 수 있다.
편광 광학계는 제2 레이저 빔의 P 편광 성분이 소정 각도로 반사되고 S 편광 성분이 그대로 투과할 수 있다.
제2 레이저 빔은 P 편광되거나 S 편광되어 파장판에 입사될 수 있다.
레이저 가공부는, 제1 레이저 빔이 편광 광학계로부터 출사되는 출사광축 상에 배치되며, 제1 레이저 빔은 그대로 투과시키고 출사광축을 따라 출사되는 제2 레이저 빔은 소정 각도 만큼 반사시켜 제2 투사부 또는 제3 투사부에 입사시키는 반사 및 투과 미러를 더 포함할 수 있다.
복수의 가공축 중 하나가 제1 주행축과 평행하도록 제1 투사부의 일측면에 제2 투사부가 결합되고, 복수의 가공축 중 다른 하나가 제2 주행축과 평행하도록 일측면에 이웃하는 제1 투사부의 타측면에 제3 투사부가 결합될 수 있다.
레이저 가공부는 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 광축을 결합시켜 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔이 동일한 입사광축을 따라 편광 광학계로 입사되도록 하는 광축 결합부를 더 포함할 수 있다.
다층기판은 박막형 태양전지 기판이고, 다층기판 가공장치는 가시광선 파장의 레이저 빔과 적외선 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공함으로써 아이솔레이션 공정 및 세퍼레이션 공정 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다층기판을 가공하는 방법으로서, (a) 다층기판을 이송테이블에 적재하는 단계, (b) 제1 주행축을 따라 이송테이블을 전진 이동시키면서 제1 주행축에 교차하는 갠트리 유닛의 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 가공부를 이용하여 다층기판의 제1 가장자리를 레이저 가공하는 단계, (c) 이송테이블은 고정되고, 레이저 가공부를 제2 주행축을 따라 제1 주행축에 수직한 일방향으로 이동시키면서 다층기판의 제2 가장자리를 레이저 가공하는 단계, (d) 제1 주행축을 따라 이송테이블을 후진 이동시키면서 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 가공부를 이용하여 다층기판의 제3 가장자리를 레이저 가공하는 단계 및 (e) 이송테이블은 고정되고, 레이저 가공부를 제2 주행축을 따라 제1 주행축에 수직한 타방향으로 이동시키면서 다층기판의 제4 가장자리를 레이저 가공하는 단계를 포함하되, 레이저 가공부는 서로 상이한 파장을 가지는 복수의 레이저 빔 중 하나를 파장판의 회전 여부에 따라 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계에서 복수의 광경로 중 하나로 분기시켜 다른 하나의 레이저 빔을 중심으로 소정 각도를 이루면서 서로 교차하는 복수의 가공축 중 하나에 정렬시키고, 정렬된 가공축을 따라 다층기판의 층들을 가공할 수 있다.
복수의 가공축 각각은 제1 주행축 및 제2 주행축에 평행할 수 있다.
단계 (b) 및 (d) 중 하나 이상은, 복수의 레이저 빔 중 하나가 제1 주행축에 평행한 가공축에 정렬되도록 하는 회전 상태에 놓이도록 파장판의 회전 여부를 제어하는 단계가 선행될 수 있다.
또한, 단계 (c) 및 (e) 중 하나 이상은, 복수의 레이저 빔 중 하나가 제2 주행축에 평행한 가공축에 정렬되도록 하는 회전 상태에 놓이도록 파장판의 회전 여부를 제어하는 단계가 선행될 수 있다.
다층기판은 박막형 태양전지 기판이고, 레이저 가공부는 가시광선 파장의 레이저 빔과 적외선 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공함으로써 아이솔레이션 공정 및 세퍼레이션 공정 중 하나 이상을 수행할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 복수 파장의 레이저 빔을 이용함에 있어서 파장판과 편광 광학계를 이용함을써 레이저 가공부의 회전 없이도 가공 방향을 전환할 수 있어 다층기판의 가공 공정, 예를 들어 박막형 태양전지 기판의 아이솔레이션 공정 또는/및 세퍼레이션 공정 시 모든 방향에서 레이저 가공이 가능하면서도 가공시간을 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 편광 광학계 전단에 파장판이 배치되어 편광된 레이저 빔의 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계를 거친 레이저 빔의 진행 경로를 변경시킴으로써 가공 방향의 전환이 가능한 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1g는 이러한 박막형 태양전지를 제조하는 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판의 가공을 수행하기 위한 다층기판 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 평면도.
도 2c는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 측면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공부를 확대하여 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3b는 도 3a의 AA선에 따른 레이저 가공부의 단면도.
도 3c는 도 3a의 BB선에 따른 레이저 가공부의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학계의 상태에 따른 레이저 빔의 분기를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공장치를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법을 나타낸 순서도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 공정을 나타낸 개념도.
도 7a 및 도 7b는 아이솔레이션 라인을 형성하는 제1 실시예에 따른 과정을 나타낸 도면.
도 8a 및 도 8b는 아이솔레이션 라인을 형성하는 제2 실시예에 따른 과정을 나타낸 도면.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판의 가공을 수행하기 위한 다층기판 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2b는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 평면도.
도 2c는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 측면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공부를 확대하여 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3b는 도 3a의 AA선에 따른 레이저 가공부의 단면도.
도 3c는 도 3a의 BB선에 따른 레이저 가공부의 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학계의 상태에 따른 레이저 빔의 분기를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공장치를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법을 나타낸 순서도.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 공정을 나타낸 개념도.
도 7a 및 도 7b는 아이솔레이션 라인을 형성하는 제1 실시예에 따른 과정을 나타낸 도면.
도 8a 및 도 8b는 아이솔레이션 라인을 형성하는 제2 실시예에 따른 과정을 나타낸 도면.
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.
본 발명에서는 다층기판의 일례로, 도 1f에 도시된 것과 같이 기판(1) 상에 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)이 형성된 박막형 태양전지 기판(50)을 중심으로 설명하지만, 본 발명의 권리범위에 이에 한정되는 것은 아니며, 소정의 위치에서 중첩된 복수 파장의 레이저에 의한 가공을 필요로 하는 복수의 층이 적층된 다층기판에도 동일한 내용이 적용 가능할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판의 가공을 수행하기 위한 다층기판 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 평면도이며, 도 2c는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 측면도이고, 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 가공부를 확대하여 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 AA선에 따른 레이저 가공부의 단면도이고, 도 3c는 도 3a의 BB선에 따른 레이저 가공부의 단면도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 광학계의 상태에 따른 레이저 빔의 분기를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 4b를 참조하면, 다층기판 가공장치(10), 베이스플레이트(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 가공부(40), 제1 레이저 광원(42a), 제2 레이저 광원(42b), 제1 투사부(44a), 제2 투사부(44b), 제3 투사부(44c), 파장판(62), 편광 광학계(62), 제1 반사 및 투과 미러(47a), 제2 반사 및 투과 미러(47b), 제1 반사 미러(48a), 제2 반사 미러(48b), 제1 초점 렌즈(46a), 제2 초점 렌즈(46b), 제3 초점 렌즈(46c), 제1 가공축(M1), 제2 가공축(M2), 제1 위치(P1), 제2 위치(P2), 제3 위치(P3)가 도시되어 있다.
본 실시예는 서로 다른 파장을 가지는 레이저 빔 중 하나가 파장판 및 편광 광학계에 의해 그 광경로가 둘 이상으로 분기되어 두 개의 광경로 중 원하는 방향으로 진행하도록 제어될 수 있어 레이저 가공부를 회전시키지 않고서도 박막형 태양전지 기판의 네 가장자리를 모두 가공할 수 있고 전체 공정의 택트 타임을 단축시킨 것을 특징으로 한다.
이하, '박막형 태양전지 기판'은 도 1a 내지 도 1f에 도시된 전면전극층의 형성 및 패터닝, 반도체층의 형성 및 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝 공정까지 완료된, 즉 P1 내지 P3 공정이 완료된 박막형 태양전지 기판(50)을 의미하는 용어로써 사용한다.
본 실시예에 따른 다층기판 가공장치(10)는, 적재된 박막형 태양전지 기판(50)을 지지하면서 제1 주행축(24)을 따라 왕복 이동이 가능한 이송테이블(20)과, 서로 다른 복수 파장의 레이저 빔 중 하나를 이용하여 박막형 태양전지 기판(50)의 층 전부 혹은 일부를 1차 가공하고 1차 가공된 영역에 대하여 복수 파장의 레이저 빔 중 다른 하나를 이용하여 박막형 태양전지 기판(50)의 층 일부 혹은 나머지 층 전부를 2차 가공하는 레이저 가공부(40)와, 레이저 가공부(40)를 제1 주행축(24)과 교차하는 제2 주행축(36)을 따라 왕복 이동시키는 갠트리 유닛(30)을 기본 골격으로 한다.
종래에는 직사각형 형상의 박막형 태양전지 기판의 가장자리를 따른 아이솔레이션 공정 혹은 단위셀을 구분하는 세퍼레이션 공정을 수행함에 있어서 가시광선 파장과 적외선 파장의 레이저 빔으로 가공할 때 가공축이 X축 방향과 Y축 방향으로 두 개 이상 있어야 하며, 가공 방향 전환을 위해서는 레이저 가공부를 회전시키고 정렬해야 하기 때문에 가공에 필요한 시간이 길어져 전체 공정의 택트 타임이 증가하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 실시예에서는 제1 파장(λ1)(적외선 파장으로, 예를 들어 1064nm)의 레이저 빔(이하 '제1 레이저 빔'이라 칭함)과 제2 파장(λ2)(가시광선 파장으로, 예를 들어 532nm)의 레이저 빔(이하 '제2 레이저 빔'이라 칭함) 중 어느 하나에 대하여 파장판 및 편광 광학계를 이용하여 광경로를 분기시킴으로써 레이저 가공부 자체의 회전 없이도 X축 방향 또는 Y축 방향으로의 가공축 정렬이 용이하게 이루어지도록 하고, 전체 공정의 택트 타임을 단축시킬 수 있도록 한다.
이하에서는 박막형 태양전지 기판(50)이 직사각형 형상으로 이루어진 것을 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 예를 들어 LM(linear motor) 가이드 혹은 볼스크류 등으로 이루어질 수 있다. 도면에서는 베이스플레이트(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 베이스플레이트(12)에 설치되어 있을 수 있다. 이송테이블(20)은 구동부(26)로부터 전달된 동력에 의해 제1 주행축(24)을 따라 Y축 방향으로 왕복 이동할 수 있다.
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 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)의 하부를 통과함으로써 아이솔레이션 공정 혹은 세퍼레이션 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 박막형 태양전지 기판(50)을 정렬시키는 얼라인(align)부가 구비되어 있어, 본 실시예에 따른 다층기판 가공장치(10)는 레이저 가공부(40)가 박막형 태양전지 기판(50)에 대하여 아이솔레이션 공정 혹은 세퍼레이션 공정을 수행함에 있어 정확한 레이저 가공이 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 수용홈(22) 내에는 레이저 가공 공정 중에 발생하는 먼지, 이물 등을 집진하는 집진부(미도시)가 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 복귀하여 후속 레이저 가공될 박막형 태양전지 기판을 적재하여 상술한 과정을 반복하게 된다.
레이저 가공부(40)는, 제1 레이저 빔을 출사하는 제1 레이저 광원(42a)과, 편광된 제2 레이저 빔을 출사하는 제2 레이저 광원(42b)과, 회전 여부에 따라 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변경하는 파장판(62)과, 제1 레이저 빔은 투과시키고 파장판(62)을 투과한 제2 레이저 빔은 그 편광 특성에 따라 그 광경로를 분기시키는 편광 광학계(64)와, 편광 광학계(64)를 투과한 제1 레이저 빔을 박막형 태양전지 기판(50)의 제1 위치(P1)에 조사하는 제1 투사부(44a)와, 편광 광학계(64)에 의해 광경로가 분기된 제2 레이저 빔을 박막형 태양전지 기판(50)의 제2 위치(P2) 및 제3 위치(P3)에 각각 조사하는 제2 투사부(44b)와 제3 투사부(44c)를 포함한다.
제1 투사부(44a)의 일 측면에 제2 투사부(44b)가 결합되어 있으며, 제1 투사부(44a)의 측면 중 제2 투사부(44b)가 결합된 측면에 이웃하는 측면에 제3 투사부(44c)가 결합되어 있다. 즉, 제1 투사부(44a)를 중심으로 제2 투사부(44b)와 제3 투사부(44c)가 서로 소정 각도 만큼 이격되어 결합되어 있으며, 이는 제1 가공축(M1)과 제2 가공축(M2)이 이루는 각도에 대응된다.
제1 투사부(44a), 제2 투사부(44b), 제3 투사부(44c) 각각은 입사된 레이저 빔이 박막형 태양전지 기판(50)의 소정 위치에 조사되도록 하는 제1 초점 렌즈(46a), 제2 초점 렌즈(46b), 제3 초점 렌즈(46c)를 포함하고 있으며, 필요에 따라 레이저 빔의 광경로를 변경하기 위한 미러(제2 반사 및 투과 미러(47b), 제1 반사 미러(48a), 제2 반사 미러(48b))를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 위치(P1) 및 제2 위치(P2)는 제1 가공축(M1) 상에 정렬되어 위치하고 제1 위치(P1) 및 제3 위치(P3)는 제2 가공축(M2) 상에 정렬되어 위치함으로써, 제1 위치(P1) 및 제2 위치(P2)로 레이저 빔이 조사되는 경우 제1 가공축(M1)을 따른 레이저 가공이 수행되고 제1 위치(P1) 및 제3 위치(P3)로 레이저 빔이 조사되는 경우 제2 가공축(M2)을 따른 레이저 가공이 수행되어 레이저 가공부(40) 자체가 회전하지 않고서도 그 가공축의 방향을 전환한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제1 가공축(M1) 및 제2 가공축(M2)은 제1 위치(P1)에서 서로 교차하며, 제1 가공축(M1)은 이송테이블(20)에 의한 박막형 태양전지 기판(50)의 이동 방향(Y축 방향)에 대응되고, 제2 가공축(M2)은 레이저 가공부(40)의 이동 방향(X축 방향)에 대응된다.
제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔이 제1 가공축(M1) 혹은 제2 가공축(M2) 상에 정렬되어 조사됨으로써 시차를 두고 박막형 태양전지 기판(50)의 층들(전면전극층, 반도체층, 후면전극층 등)을 제거하게 된다.
파장판(62)은 회전 정도에 따라 소정 범위의 파장 대역에 속하는 레이저 빔의 편광 특성(예를 들면, 편광 방향 등)을 변화시키는 광학 소자이다. 그리고 소정 범위의 파장 대역에 속하지 않는 레이저 빔은 파장판(62)을 그대로 투과할 수 있다. 이하 본 실시예에서는 상기 소정 범위의 파장 대역은 가시광선 대역으로 제1 레이저 빔이 속하지 않고 제2 레이저 빔이 속하는 경우를 가정하여 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
파장판(62)은 예를 들면 모터와 같은 구동수단에 의해 회전함으써 제1 회전 상태 및 제2 회전 상태 중 하나로 그 상태가 교번하여 변화함으로써 입사된 제2 레이저 빔에 대하여 2개의 수직한 편광 성분(P 편광 성분 및 S 편광 성분) 사이의 위상을 쉬프트(shift)한다.
이러한 파장판(62)은 반파장판(half-wave plate, λ/2 plate)으로서, 제1 회전 상태에서는 입사된 레이저 빔의 편광 특성을 변화시키지 않고 그대로 투과시키지만 제2 회전 상태에서는 입사된 레이저 빔의 각 편광 성분을 180도(즉, 반파장)만큼 지연시키게 된다. 즉, 입사되는 레이저 빔이 P 편광되거나 S 편광된 경우 제2 회전 상태에서는 그 편광 방향을 변화시킴으로써 S 편광되거나 P 편광된 레이저 빔이 출사되도록 할 수 있다.
파장판(62)은 미리 지정된 방향(orientation) 및 두께(thickness)를 가지는 2개의 복굴절 수정(birefrigent crystal)으로 구성될 수 있다.
편광 광학계(64)는 소정 범위의 파장 대역에 속하는 레이저 빔의 P 편광 성분과 S 편광 성분의 광 경로를 변경시킬 수 있다. 소정 범위의 파장 대역에 속하지 않는 레이저 빔은 편광 광학계(64)를 그대로 투과할 수 있다. 여기서, 소정 범위의 파장 대역은 가시광선 대역으로 제1 레이저 빔이 속하지 않고 제2 레이저 빔이 속하는 경우를 가정하여 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
편광 광학계(64)에는 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔이 입사되고, 제1 레이저 빔은 편광 광학계(64)를 그대로 투과하여 출사되며, 제2 레이저 빔은 편광 특성에 따라 그대로 투과하여 출사되거나 반사되어 출사됨으로써 그 광경로가 분기될 수 있다.
편광 광학계(64)는 도 4a 혹은 도 4b에 도시된 것과 같은 투명한 큐브 형태로서, 내부에 대각선 방향으로 편광 필름이 부착되어 있거나 편광특성을 가지는 물질이 도포(예를 들면, 증착)되어 있을 수 있다. 편광 광학계(64) 자체는 회전하지 않고 고정되어 있는 특징을 가진다.
일례로 편광 광학계(64)가 도 4a에 예시된 것과 같이 고정된 경우, 입사광축(72)을 따라 입사된 제2 레이저 빔이 P 편광된 경우에는 그대로 투과하여 제1 출사광축(74)을 따라 출사되고, 제2 레이저 빔이 S 편광된 경우에는 소정 각도로 반사되어 제2 출사광축(76)을 따라 출사된다.
따라서 최초 제2 레이저 빔이 P 편광되어 P 편광 성분만을 가지는 경우, 제2 레이저 빔은 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화하지 않은 경우에는 편광 광학계(64)를 그대로 투과하게 되고, 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화한 경우에는 편광 광학계(64)에서 소정 각도로 반사된다. 또는 최초 제2 레이저 빔이 S 편광되어 S 편광 성분만을 가지는 경우, 제2 레이저 빔은 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화하지 않은 경우에는 편광 광학계(64)에서 소정 각도로 반사되고, 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화한 경우에는 편광 광학계(64)를 그대로 투과하게 된다. 즉, 편광된 제2 레이저 빔의 광경로는 파장판(62)의 회전 여부에 따라 편광 광학계(64)를 거치면서 제1 출사광축(74)과 제2 출사광축(76), 2개의 출사광축을 따라 분기될 수 있다.
다른 예로 편광 광학계(64)가 도 4b에 예시된 것과 같이 고정된 경우, 입사광축(72)을 따라 입사된 제2 레이저 빔이 P 편광된 경우에는 소정 각도로 반사되어 제3 출사광축(78)을 따라 출사되고, 제2 레이저 빔이 S 편광된 경우에는 그대로 투과하여 제1 출사광축(74)을 따라 출사된다.
따라서 최초 제2 레이저 빔이 P 편광되어 P 편광 성분만을 가지는 경우, 제2 레이저 빔은 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화하지 않은 경우에는 편광 광학계(64)에서 소정 각도로 반사되고, 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화한 경우에는 편광 광학계(64)을 그대로 투과하게 된다. 또는 최초 제2 레이저 빔이 S 편광되어 S 편광 성분만을 가지는 경우, 제2 레이저 빔은 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화하지 않은 경우에는 편광 광학계(64)을 그대로 투과하게 되고, 파장판(62)에 의해 편광 특성이 변화한 경우에는 편광 광학계(64)에서 소정 각도로 반사된다. 즉, 편광된 제2 레이저 빔의 광경로는 파장판(62)의 회전 여부에 따라 편광 광학계(64)를 거치면서 제1 출사광축(74)과 제3 출사광축(78), 2개의 출사광축을 따라 분기될 수 있다.
본 실시예에서 레이저 가공부(40)는 제1 레이저 광원(42a)과 제2 레이저 광원(42b) 각각으로부터 출사된 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔이 동일한 입사광축을 따라 편광 광학계(64)에 입사될 수 있도록 하는 광축 결합부를 더 포함할 수 있다.
광축 결합부는 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔 중 하나 이상의 광경로를 변경하여 제1 레이저 빔의 광축과 제2 레이저 빔의 광축을 결합한다. 도 3b에 예시된 것과 같이 광축 결합부는 제1 레이저 빔을 반사하고 제2 레이저 빔을 투과시켜 제1 레이저 빔과 제2 레이저 빔이 동일한 광경로를 가지도록 하는 제1 반사 및 투과 미러(47a)일 수 있다.
제2 레이저 빔의 진행 경로를 중심으로 볼 때, 광축 결합부는 파장판(62)의 전단 혹은 후단에 연결될 수 있다. 특히 광축 결합부가 파장판(62)의 전단에 연결되는 경우, 파장판(62)은 제1 레이저 빔을 그대로 투과시키는 성질을 가질 수 있다.
본 실시예에서도 제2 레이저 빔이 P 편광 성분 혹은 S 편광 성분만을 가지도록 제2 레이저 광원(42b)과 파장판(62) 사이의 광경로 상에 별도의 편광 수단(미도시)이 더 구비되어 있을 수 있다.
이하에서는 제2 레이저 빔이 P 편광 성분만을 가지도록 편광되어 있고, 편광 광학계(64)가 도 4a에 예시된 것과 같이 고정된 경우를 중심으로 레이저 빔의 진행 경로를 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 레이저 빔이 S 편광 성분만을 가지도록 편광되어 있거나 편광 광학계(64)가 도 4b에 예시된 것과 같이 고정되어 있을 수도 있음은 물론이다.
제1 레이저 광원(42a)으로부터 출사된 제1 레이저 빔은 광축 결합부에 의해 그 광경로가 변경되어, 제2 레이저 광원(42b)으로부터 출사되어 광축 결합부를 투과한 제2 레이저 빔과 동일한 광축을 가지고 편광 광학계(64)에 입사된다.
P 편광된 제2 레이저 빔은 제1 회전 상태의 파장판(62)을 투과하는 경우 그 편광 특성은 변화하지 않으며, 제2 회전 상태의 파장판(62)을 투과하는 경우 그 편광 특성이 변화하여 S 편광된 제2 레이저 빔이 된다.
우선 파장판(62)이 제1 회전 상태에 있는 경우, 파장판(62)을 통과한 제2 레이저 빔은 그 편광 특성이 변화하지 않은 채로 편광 광학계(64)에 입사되어 그대로 투과하게 되고(도 3b 참조), 제2 반사 및 투과 미러(47b)에 의해 반사되어 제2 투사부(44b)를 향해 진행한다. 제2 투사부(44b) 내에는 제1 반사 미러(48a)가 구비되어 있어 제2 레이저 빔이 제2 위치(P2)에 조사된다.
그리고 파장판(62)이 회전하여 제2 회전 상태로 놓여진 경우, 파장판(62)을 통과한 제2 레이저 빔은 그 편광 특성이 변화하여 편광 광학계(64)에 입사되며, S 편광 특성에 따라 소정 각도 만큼 반사되어(도 3c 참조), 제3 투사부(44c)를 향해 진행한다. 제3 투사부(44c) 내에는 제2 반사 미러(48b)가 구비되어 있어 제2 레이저 빔이 제3 위치(P3)에 조사된다.
여기서, 제1 레이저 빔은 파장판(62)의 상태에 무관하게 편광 광학계(64)를 투과하고 제1 투사부(44a) 내에 구비된 제2 반사 및 투과 미러(47b) 역시 투과하여 제1 위치(P1)에 조사된다.
갠트리 유닛(30)은 이송테이블(20)의 제1 주행축(24)과 소정 위치에서 교차하도록 배치되며, 레이저 가공부(40)가 갠트리 유닛(30)을 따라 왕복 이동가능하도록 하여, 이송테이블(20)에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)이 로딩부에서 언로딩부로 이동하는 과정 중에 박막형 태양전지 기판(50)의 각 가장자리에 대하여 레이저 가공을 통해 아이솔레이션 공정 혹은 세퍼레이션 공정이 수행되도록 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 가공부(40)의 이동 경로가 되는 제2 주행축(36)이 제1 주행축(24)과 교차하도록 X축 방향으로 형성되어 있다. 도면에서는 수평거더(34)의 측면에 가이드레일이 형성되어 있어 제2 주행축(36)의 기능을 수행하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 수평거더(34)의 상면이나 하면에 형성될 수도 있음은 물론이다.
레이저 가공부(40)의 이동 경로를 규정하는 제2 주행축(36)을 따라 레이저 가공부(40)는 왕복 이동하게 되며, 이를 위해 제2 주행축(36)은 소정의 경로를 따라 레이저 가공부(40)가 이동할 수 있도록 하는 예를 들어 LM 가이드 혹은 볼스크류 등으로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 따를 때, 박막형 태양전지 기판(50)의 가장자리 중 제1 주행축(24)과 평행한 가장자리를 가공하는 경우 레이저 가공부(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 가공부(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 가공부(40)의 제2 주행축(36)을 따른 이동 속도는 각 가장자리에서의 레이저 가공 속도에 따라 조정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공장치를 이용하여 다층기판을 가공하는 방법을 나타낸 순서도이고, 도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 태양전지 제조 공정을 나타낸 개념도이며, 도 7a 및 도 7b는 아이솔레이션 라인을 형성하는 제1 실시예에 따른 과정을 나타낸 도면이고, 도 8a 및 도 8b는 아이솔레이션 라인을 형성하는 제2 실시예에 따른 과정을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 다층기판 가공장치(10), 베이스플레이트(12), 박막형 태양전지 기판(50), 이송테이블(20), 수용홈(22), 제1 주행축(24), 구동부(26), 갠트리 유닛(30), 레이저 가공부(40), 아이솔레이션 라인(80a, 80b, 80c, 80d)이 도시되어 있다.
본 실시예는 다층기판, 예를 들어 박막형 태양전지 기판(50)에 대하여 전술한 다층기판 가공장치(10)를 구동시켜 아이솔레이션 공정 혹은 세퍼레이션 공정과 같은 레이저 가공을 수행하는 방법에 대한 것으로, 본 실시예에 따른 다층기판 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 4변 모두에 아이솔레이션 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 레이저 가공부(40)를 회전시키지 않고서도 가공 방향을 변경함으로써 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 설명하기로 한다. 또한, 제2 레이저 빔이 P 편광되어 있고, 편광 광학계(64)는 도 4a에 도시된 것과 같이 고정된 것을 가정하여 설명하기로 한다.
도 6a에 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 정렬 작업이 선행될 수 있다. 정렬 작업은 이송테이블(20)의 수용홈(22) 내에 구비된 얼라인부에 의해 수행될 수 있다.
다음으로, 도 6b에 도시된 것과 같이 이송테이블(20)에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)(혹은 필요에 따라 정렬 작업이 완료된 박막형 태양전지 기판(50))은 이송테이블(20)을 따라 후방을 향하여 이동하면서 제1 가장자리에 대하여 아이솔레이션 공정이 수행되어 아이솔레이션 라인(80a)이 형성된다(단계 S130). 여기서, 제1 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 레이저 가공부(40)를 소정 위치에 정지된 상태(제1 상태)로 위치시키게 된다.
이 경우 레이저 가공부(40)의 파장판(62)은 제1 회전 상태에 놓여 있도록 제어되어 제2 레이저 빔의 편광특성이 P 편광된 상태 그대로 변화하지 않음으로써 편광 광학계(64)를 그대로 투과하게 되며, 도 3b에 도시된 것과 같이 제1 레이저 빔이 제1 위치(P1)에 조사되고 제2 레이저 빔이 제2 위치(P2)에 조사되도록 함으로써 제1 가장자리에 평행한 제1 가공축(M1)을 따라 레이저 가공이 이루어지도록 한다.
박막형 태양전지 기판(50)의 제1 가장자리를 레이저 가공함에 있어서, 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같이 우선 제2 레이저 빔에 의한 1차 가공이 수행되어 반도체층(3) 및 후면전극층(4)이 제거되어 전면전극층(2)이 노출되도록 하는 제1 홈(90a)이 형성되고, 박막형 태양전지 기판(50)의 전진 이동에 의해 제1 레이저 빔에 의한 2차 가공이 수행되어 제1 홈(90a)에 의한 노출 영역 내의 전면전극층(2)이 제거되어 제2 홈(90b)이 형성됨으로써, 제1 홈(90a)과 제2 홈(90b)으로 이루어진 아이솔레이션 홈(90)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 빔에 의한 가공 부분(제2 홈(90b))이 제2 레이저 빔에 의한 가공 부분(제1 홈(90a))보다 그 폭이 좁아 계단 형상의 아이솔레이션 홈(90)이 형성됨으로써 액티브 영역에서 전면전극층(2)과 후면전극층(4)의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
제1 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 도 6c에 도시된 것과 같이 레이저 가공부(40)가 갠트리 유닛(30)을 따라 제1 주행축(24)에 수직한 제2 주행축(36)을 따라 일방향(도 6c에서는 하방향)을 향하여 이동하면서 제2 가장자리에 대하여 아이솔레이션 공정이 수행되어 아이솔레이션 라인(80b)이 형성된다(단계 S140). 여기서, 제2 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 이송테이블(20)은 소정 위치에 정지된 상태로 위치한다.
이 경우 레이저 가공부(40)의 파장판(62)은 제2 회전 상태에 놓여 있도록 제어되어 제2 레이저 빔의 편광 특성이 S 편광된 상태로 변화함으로써 편광 광학계(64)에서 소정 각도로 반사되며, 도 3c에 도시된 것과 같이 제1 레이저 빔이 제1 위치(P1)에 조사되고 제2 레이저 빔이 제3 위치(P3)에 조사되도록 함으로써 제2 가장자리에 평행한 제2 가공축(M2)을 따라 레이저 가공이 이루어지도록 한다.
박막형 태양전지 기판(50)의 제2 가장자리를 레이저 가공하는 경우에도 제1 가장자리를 가공하는 경우와 마찬가지로, 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같이 우선 제2 레이저 빔에 의한 1차 가공이 수행되어 반도체층(3) 및 후면전극층(4)이 제거되어 전면전극층(2)이 노출되도록 하는 제1 홈(90a)이 형성되고, 레이저 가공부(40)의 일방향 이동에 의해 제1 레이저 빔에 의한 2차 가공이 수행되어 제1 홈(90a)에 의한 노출 영역 내의 전면전극층(2)이 제거되어 제2 홈(90b)이 형성됨으로써, 제1 홈(90a)과 제2 홈(90b)으로 이루어진 아이솔레이션 홈(90)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 빔에 의한 가공 부분(제2 홈(90b))이 제2 레이저 빔에 의한 가공 부분(제1 홈(90a))보다 그 폭이 좁아 계단 형상의 아이솔레이션 홈(90)이 형성됨으로써 액티브 영역에서 전면전극층(2)과 후면전극층(4)의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
제2 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 도 6d에 도시된 것과 같이 이송테이블(20)에 적재된 박막형 태양전지 기판(50)은 이송테이블(20)을 따라 전방을 향하여 후진 이동하면서 레이저 가공부(40)에 의해 제3 가장자리에 대하여 아이솔레이션 공정이 수행되어 아이솔레이션 라인(80c)이 형성된다(단계 S150). 여기서, 제3 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 레이저 가공부(40)를 소정 위치에 정지된 상태(제2 상태)로 위치시키게 된다.
이 경우 레이저 가공부(40)의 파장판(62)은 제1 회전 상태에 놓여 있도록 제어되어 제2 레이저 빔의 편광특성은 P 편광된 상태 그래도 변화하지 않음으로써 편광 광학계(64)를 그대로 투과하게 되며, 도 3b에 도시된 것과 같이 제1 레이저 빔이 제1 위치(P1)에 조사되고 제2 레이저 빔이 제2 위치(P2)에 조사되도록 함으로써 제3 가장자리에 평행한 제1 가공축(M1)을 따라 레이저 가공이 이루어지도록 한다.
박막형 태양전지 기판(50)의 제3 가장자리를 레이저 가공함에 있어서, 도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 같이 우선 제1 레이저 빔에 의한 1차 가공이 수행되어 후면전극층(4)에서부터 전면전극층(2)까지 모두 제거된 제3 홈(95a)이 형성되도록 하고, 박막형 태양전지 기판(50)의 후진 이동에 의해 제2 레이저 빔에 의한 2차 가공이 수행되어 제3 홈(95a) 주위의 반도체층(3) 및 후면전극층(4)이 제거된 제4 홈(95b)이 형성됨으로써 최종적으로 아이솔레이션 홈(95)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 빔에 의한 가공 부분(제3 홈(95a))이 제2 레이저 빔에 의한 가공 부분(제4 홈(95b))보다 그 폭이 좁아 계단 형상의 아이솔레이션 홈(95)이 형성됨으로써 액티브 영역에서 전면전극층(2)과 후면전극층(4)의 전기적인 접속을 방지하게 된다.
제3 가장자리에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 도 6e에 도시된 것과 같이 레이저 가공부(40)가 갠트리 유닛(30)을 따라 제1 주행축(24)에 수직한 타방향(도 6e에서는 상방향)을 향하여 이동하면서 제4 가장자리에 대하여 아이솔레이션 공정이 수행되어 아이솔레이션 라인(80d)이 형성된다(단계 S160). 여기서, 제4 가장자리에 대한 레이저 가공이 원활히 이루어질 수 있도록 이송테이블(20)은 소정 위치에 정지된 상태로 위치한다.
이 경우 레이저 가공부(40)의 파장판(62)은 제2 회전 상태에 놓여 있도록 제어되어 제2 레이저 빔의 편광특성이 S 편광된 상태로 변화함으로써 편광 광학계(64)에서 소정 각도로 반사되며, 도 3c에 도시된 것과 같이 제1 레이저 빔이 제1 위치(P1)에 조사되고 제2 레이저 빔이 제3 위치(P3)에 조사되도록 함으로써 제2 가장자리에 평행한 제2 가공축(M2)을 따라 레이저 가공이 이루어지도록 한다.
박막형 태양전지 기판(50)의 제4 가장자리를 레이저 가공하는 경우에도 제3 가장자리를 가공하는 경우와 마찬가지로, 도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 같이 우선 제1 레이저 빔에 의한 1차 가공이 수행되어 후면전극층(4)에서부터 전면전극층(2)까지 모두 제거된 제3 홈(95a)이 형성되도록 하고, 레이저 가공부(40)의 타방향 이동에 의해 제2 레이저 빔에 의한 2차 가공이 수행되어 제3 홈(95a) 주위의 반도체층(3) 및 후면전극층(4)이 제거된 제4 홈(95b)이 형성됨으로써 최종적으로 아이솔레이션 홈(95)이 형성될 수 있다. 여기서, 제1 레이저 빔에 의한 가공 부분(제3 홈(95a))이 제2 레이저 빔에 의한 가공 부분(제4 홈(95b))보다 그 폭이 좁아 계단 형상의 아이솔레이션 홈(95)이 형성됨으로써 액티브 영역에서 전면전극층(2)과 후면전극층(4)의 전기적인 접속을 방지하게 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) 아이솔레이션을 위한 다층기판 가공 공정을 완료하게 된다.
본 실시예에서, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 다층기판 가공을 위한 이송테이블과 레이저 가공부의 제어방법은 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.
본 발명에서는 파장판 및 편광 광학계에 의해 광경로가 분기되는 레이저 빔이 제2 레이저 빔, 즉 가시광선 파장 대역인 것을 가정하여 설명하였지만, 이는 하나의 실시예에 불과하며 필요에 따라 파장판 및 편광 광학계는 다양한 파장 대역의 레이저 빔에 대하여 광경로를 분기시킬 수 있다. 이 경우 분기 대상이 되는 레이저 빔은 파장판에 입사되기 이전에 편광되어 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.
10: 다층기판 가공장치 12: 베이스플레이트
20: 이송테이블 22: 수용홈
24: 제1 주행축 26: 구동부
30: 갠트리 유닛 32: 수직프레임
34: 수평거더 36: 제2 주행축
40: 레이저 가공부 42a, 42b: 레이저 광원
44a, 44b, 44c: 투사부 46a, 46b, 46c: 초점렌즈
47a, 47b: 반사 및 투과 미러 48a, 48b: 반사 미러
62: 파장판 64: 편광 광학계
72: 입사광축 74, 76, 78: 출사광축
80a, 80b, 80c, 80d: 아이솔레이션 라인
20: 이송테이블 22: 수용홈
24: 제1 주행축 26: 구동부
30: 갠트리 유닛 32: 수직프레임
34: 수평거더 36: 제2 주행축
40: 레이저 가공부 42a, 42b: 레이저 광원
44a, 44b, 44c: 투사부 46a, 46b, 46c: 초점렌즈
47a, 47b: 반사 및 투과 미러 48a, 48b: 반사 미러
62: 파장판 64: 편광 광학계
72: 입사광축 74, 76, 78: 출사광축
80a, 80b, 80c, 80d: 아이솔레이션 라인
Claims (16)
- 다층기판을 가공하는 장치로서,
적재된 상기 다층기판을 지지하면서 제1 주행축을 따라 왕복 이동가능한 이송테이블;
서로 상이한 파장을 가지는 복수의 레이저 빔 중 하나를 파장판의 회전 여부에 따라 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계에서 복수의 광경로 중 하나로 분기시켜 다른 하나의 레이저 빔을 중심으로 소정 각도를 이루면서 서로 교차하는 복수의 가공축 중 하나에 정렬시키고, 정렬된 가공축을 따라 상기 다층기판의 층들을 가공하는 레이저 가공부; 및
상기 제1 주행축과 교차하여 형성된 제2 주행축을 따라 상기 레이저 가공부를 왕복 이동시키는 갠트리 유닛을 포함하는 다층기판 가공장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 가공축 각각은 상기 제1 주행축 및 상기 제2 주행축에 평행한 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제2항에 있어서,
상기 레이저 가공부는,
제1 레이저 빔을 출사하는 제1 레이저 광원과;
상기 제1 레이저 빔과 다른 파장 대역의 제2 레이저 빔을 출사하는 제2 레이저 광원과;
회전 여부에 따라 상기 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변화시키는 파장판과;
상기 제1 레이저 빔은 그대로 투과시키고 상기 파장판을 통과한 제2 레이저 빔은 상기 편광 특성에 따라 상기 복수의 광경로 중 하나로 분기시키는 편광 광학계와;
상기 편광 광학계를 투과한 제1 레이저 빔이 상기 복수의 가공축이 교차하는 제1 위치에 조사되도록 하는 제1 투사부와;
상기 편광 광학계에 의해 분기된 제2 레이저 빔이 상기 복수의 가공축 중 상기 제1 주행축에 평행한 가공축 상의 제2 위치 또는 상기 복수의 가공축 중 상기 제2 주행축에 평행한 가공축 상의 제3 위치에 각각 조사되도록 하는 제2 투사부 및 제3 투사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제3항에 있어서,
상기 파장판은 회전 여부에 따라 제1 회전 상태와 제2 회전 상태로 교번하여 변화되되,
상기 제1 회전 상태에서는 상기 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변화시키지 않고, 상기 제2 회전 상태에서는 상기 제2 레이저 빔의 편광 특성을 변화시켜 각 편광 성분의 편광 방향을 반대로 바꾸는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제4항에 있어서,
상기 편광 광학계는 상기 제2 레이저 빔의 P 편광 성분이 그대로 투과하고 S 편광 성분이 소정 각도로 반사되는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제4항에 있어서,
상기 편광 광학계는 상기 제2 레이저 빔의 P 편광 성분이 소정 각도로 반사되고 S 편광 성분이 그대로 투과하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제2 레이저 빔은 P 편광되거나 S 편광되어 상기 파장판에 입사되는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제4항에 있어서,
상기 레이저 가공부는, 상기 제1 레이저 빔이 상기 편광 광학계로부터 출사되는 출사광축 상에 배치되며, 상기 제1 레이저 빔은 그대로 투과시키고 상기 출사광축을 따라 출사되는 상기 제2 레이저 빔은 소정 각도 만큼 반사시켜 상기 제2 투사부 또는 상기 제3 투사부에 입사시키는 반사 및 투과 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제3항에 있어서,
상기 복수의 가공축 중 하나가 상기 제1 주행축과 평행하도록 상기 제1 투사부의 일측면에 상기 제2 투사부가 결합되고, 상기 복수의 가공축 중 다른 하나가 상기 제2 주행축과 평행하도록 상기 일측면에 이웃하는 상기 제1 투사부의 타측면에 상기 제3 투사부가 결합된 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제3항에 있어서,
상기 레이저 가공부는 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔의 광축을 결합시켜 상기 제1 레이저 빔 및 상기 제2 레이저 빔이 동일한 입사광축을 따라 상기 편광 광학계로 입사되도록 하는 광축 결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층기판은 박막형 태양전지 기판이고,
상기 다층기판 가공장치는 가시광선 파장의 레이저 빔과 적외선 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공함으로써 아이솔레이션(isolation) 공정 및 세퍼레이션(separation) 공정 중 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
- 다층기판을 가공하는 방법으로서,
(a) 다층기판을 이송테이블에 적재하는 단계;
(b) 제1 주행축을 따라 상기 이송테이블을 전진 이동시키면서 상기 제1 주행축에 교차하는 갠트리 유닛의 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 레이저 가공부를 이용하여 상기 다층기판의 제1 가장자리를 레이저 가공하는 단계;
(c) 상기 이송테이블은 고정되고, 상기 레이저 가공부를 상기 제2 주행축을 따라 상기 제1 주행축에 수직한 일방향으로 이동시키면서 상기 다층기판의 제2 가장자리를 레이저 가공하는 단계;
(d) 상기 제1 주행축을 따라 상기 이송테이블을 후진 이동시키면서 상기 제2 주행축 중 소정 위치에 고정된 상기 레이저 가공부를 이용하여 상기 다층기판의 제3 가장자리를 레이저 가공하는 단계; 및
(e) 상기 이송테이블은 고정되고, 상기 레이저 가공부를 상기 제2 주행축을 따라 상기 제1 주행축에 수직한 타방향으로 이동시키면서 상기 다층기판의 제4 가장자리를 레이저 가공하는 단계를 포함하되,
상기 레이저 가공부는 서로 상이한 파장을 가지는 복수의 레이저 빔 중 하나를 파장판의 회전 여부에 따라 편광 특성을 변화시킴으로써 편광 광학계에서 복수의 광경로 중 하나로 분기시켜 다른 하나의 레이저 빔을 중심으로 소정 각도를 이루면서 서로 교차하는 복수의 가공축 중 하나에 정렬시키고, 정렬된 가공축을 따라 상기 다층기판의 층들을 가공하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
- 제12항에 있어서,
상기 복수의 가공축 각각은 상기 제1 주행축 및 상기 제2 주행축에 평행한 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
- 제13항에 있어서,
상기 단계 (b) 및 (d) 중 하나 이상은, 상기 복수의 레이저 빔 중 하나가 상기 제1 주행축에 평행한 가공축에 정렬되도록 하는 회전 상태에 놓이도록 상기 파장판의 회전 여부를 제어하는 단계가 선행되는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
- 제13항에 있어서,
상기 단계 (c) 및 (e) 중 하나 이상은, 상기 복수의 레이저 빔 중 하나가 상기 제2 주행축에 평행한 가공축에 정렬되도록 하는 회전 상태에 놓이도록 상기 파장판의 회전 여부를 제어하는 단계가 선행되는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층기판은 박막형 태양전지 기판이고,
상기 레이저 가공부는 가시광선 파장의 레이저 빔과 적외선 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공함으로써 아이솔레이션(isolation) 공정 및 세퍼레이션(separation) 공정 중 하나 이상을 수행하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공방법.
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