KR20120067362A - 백 콘택 태양 전지들 내에서의 비아들의 레이저 드릴링 - Google Patents

백 콘택 태양 전지들 내에서의 비아들의 레이저 드릴링 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 에미터 랩 쓰루(EWT) 태양 전지들과 같은 백 콘택 태양 전지들을 제조하는 동안 실리콘 기판 내에 홀들을 레이저 드릴링하기 위한 방법들 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법 및 장치는 실리콘 기판 내에서 단일 펄스 드릴링을 달성하기 위해 짧은 초점 거리 플랫 필드 렌즈 및 동적 스캐닝 기술을 이용한다. 본 발명의 방법 및 장치는 통상의 장치 및 프로세스들과 비교하여 EWT 태양 전지 기판 내에서 증가된 속도 및 홀들의 품질을 야기한다.

Description

백 콘택 태양 전지들 내에서의 비아들의 레이저 드릴링{LASER DRILLING OF VIAS IN BACK CONTACT SOLAR CELLS}
[0001] 본 발명은 단일 펄스 드릴링, 짧은 초점 거리 플랫 필드 렌즈(short focal length flat field lens) 및 동적 스캐닝 기술(dynamic scanning technique)의 결합을 이용하여, 에미터 랩-쓰루(emitter-wrap-through, EWT) 태양 전지들과 같은 백 콘택(back contact) 태양 전지들에서의 비아들의 레이저 드릴링에 관한 것이다.
[0002] 오늘날 폭넓게 이용되고 있는 태양 전지 설계는 전방 표면(front surface), 또는 빛을 받는 표면 근처에 형성되는 p/n 접합부를 포함하며, 이 p/n 접합부는 형성되는 전지에 빛 에너지가 흡수될 때 전자/정공 쌍들을 생성한다. 통상의 전지 설계는 전지의 전면 측 상의 한 세트의 전기 콘택들 및 태양 전지의 후면 측 상의 제 2 세트의 전기 콘택들을 갖는다. 전형적인 광기전력 모듈에 있어서, 이러한 개별적인 태양 전지들은 전기적으로 직렬로 상호연결되어, 생성되는 전압을 증가시킨다. 전형적으로, 이러한 상호연결은 하나의 태양 전지의 전면 측으로부터 인접하는 태양 전지의 후면 측으로 전도성 리본(conductive ribbon)을 솔더링(soldering)함으로써 달성된다.
[0003] 백 콘택 태양 전지들은 후방 표면(rear surface) 상에 음극성(negative-polarity) 및 양극성(positive-polarity) 콘택들을 모두 갖는다. 백 콘택 실리콘 태양 전지들은 통상의 실리콘 태양 전지들과 비교하여 몇 가지 장점들을 갖는다. 첫 번째 장점은, 백 콘택 전지들은 감소된 또는 소거된 콘택 차폐 손실들(contact obscuration losses)로 인해 더 높은 변환 효율을 갖는다는 것이다(콘택 그리드(contact grid)로부터 반사되는 태양광은 전기로 변환되는 데에 이용될 수 없다). 두 번째 장점은, 2개의(both) 전도성 타입 콘택들이 모두 동일한 표면 상에 있기 때문에, 전기 회로들로 백 콘택 전지들의 어셈블리는 더욱 쉬워지고, 그에 따라 비용이 더욱 저렴해진다는 것이다. 일 예로서, 백 콘택 전지들의 이용으로, 광기전력 모듈과 태양 전지 전기 회로를 단일 단계로 캡슐화(encapsulation)함으로써, 현재의 광기전력 모듈 어셈블리와 비교하여 현저한 비용 절감을 달성할 수 있다. 백 콘택 전지의 마지막 장점은, 보다 균일한 외관을 통한 더 나은 심미감(aesthetics)이다. 심미감은 건물-일체형(building-integrated) 광기전력 시스템들 및 자동차들의 광기전력 선루프들과 같은 몇몇 응용들에 있어서 중요하다. 도 1은 전형적인 백-콘택 전지의 구조(100)를 도시한다. 실리콘 기판(101)은 n-타입 또는 p-타입일 수 있다. 고 농도로 도핑된 에미터들(heavily doped emitters)(n++ 102 또는 p++ 103)은 일부 설계들에서는 생략될 수 있다. p-타입(105) 및 n-타입(106) 금속 콘택들은 구조(100)의 후방 표면 상에 제공된다. 대안적으로, 다른 설계들에서, 이러한 고 농도로 도핑된 에미터들은 후방 표면 상에서 서로 직접적으로 콘택할 수 있다. 후방-표면 패시베이션(passivation)(104)은 후방 표면상에서의 광생성 캐리어들(photogenerated carriers)의 손실을 줄이는 것을 돕고, 콘택들 간의 도핑되지 않은 표면들에서의 션트 전류들(shunt currents)로 인한 전기적 손실들을 줄이는 것을 돕는다.
[0004] 백-콘택 실리콘 태양 전지를 제조하기 위한 몇 개의 접근법들이 있다. 이러한 접근법들은 금속화 랩 어라운드(metallization wrap around, MWA), 금속화 랩 쓰루(metallization wrap through, MWT), 에미터 랩 쓰루(emitter wrap through, EWT) 및 백-접합부(back-junction) 구조들을 포함한다. MWA 및 MWT는 전방 표면상에 금속 전류 수집 그리드(metal current collection grid)들을 갖는다. 이러한 그리드들은, 백-콘택 전지를 제조하기 위해 엣지 주위를 또는 홀들(holes)을 통해 후방 표면에 각각 감긴다. MWT 및 MWA 전지들과 비교하여 EWT 전지들이 갖는 고유한 특징은, 전지의 전면 측 상에는 어떠한 금속 커버리지도 없다는 것인데, 이는 전지 상에 부딪히는 어떠한 빛도 차단되지 않아, 보다 높은 효율들을 야기한다는 것을 의미한다. EWT 전지는 실리콘 기판 내의 도핑된 전도성 채널들을 통하여 전방 표면으로부터 후방 표면으로 전류-수집 접합부(current-collection junction)("에미터")를 감싼다. "에미터"는 반도체 디바이스 내에서 고 농도로 도핑된 영역을 나타낸다.
[0005] 일반적으로, EWT 전지들은 실리콘 기판 내에 홀들을 드릴링하기 위해 레이저를 이용하여 형성된다. 에미터(즉, p-타입 실리콘 기판의 표면 상의 n+ 접합부)는 전방 표면, 후방 표면 및 홀 표면들 내로 확산된다. 따라서, 전방 표면과 후방 표면 기판을 연결하는 전도성 채널, 또는 비아가 형성된다. 전형적으로, 에미터는 제한된 전도성을 갖는 바, 전형적으로 30 내지 150 ohms/square의 값들을 갖는다. 이에 따라, 전면 에미터 내에서의 그리고 비아들 내에서의 전류 흐름으로 인한 저항 손실들을 제한하기 위해서, 높은 밀도의 비아들(예를 들어, 평방 밀리미터 당 0.5 내지 5개의 홀들)이 필요하다. 따라서, 156mm × 156mm EWT 실리콘 태양 전지는 120,000개까지의 홀들을 요구할 수 있는데, 이는 레이저 프로세싱 단계들을 수행하는 데에 상당량의 시간을 필요로 한다.
[0006] 펨토초(femtoseconds) 내지 밀리초(milliseconds)의 펄스 폭들을 갖는 적외선(IR) 및 자외선(UV) 파장 레이저들을 포함하는 다양한 레이저들이 실리콘을 기계가공(machining)하는 데에 이용되어 왔다. 실리콘으로부터 질량(mass) 제거를 달성하기 위해, 어블레이션 프로세스(ablation process)에서 실리콘 물질의 배출(ejection)이 야기되도록, 실리콘 기판은 전형적으로 기화 온도를 훨씬 넘게 된다. 통상적으로, 실리콘의 빠른 기계 가공을 위해, 높은 전력 밀도(즉, 30GW/cm2 보다 큰 전력 밀도)가 이용됨으로써, 과열된 볼륨(superheated volume)은 폭발적 보일링(explosive boiling)을 통해 액체 실리콘 드롭들(liquid silicon drops)의 배출을 야기한다. 이러한 기계가공의 일 예는 Quanming Lu 등의 "Delayed phase explosion during high-power nanosecond laser ablation of silicon"(Appl. Phys. Lett. 80, 3072(2002))에서 설명된다.
[0007] 레이저 기계가공으로부터 배출된 물질은 또한 실리콘 기판 상에 플라즈마가 형성되게 한다. 결과적인 플라즈마는 반사 및 흡수 손실들을 통해 실리콘 기판 상에서의 레이저 전력 밀도를 감소시키는 효과(effect)를 갖는다. 이러한 효과를 방지하기 위해, 플라즈마 밀도를 감소시키도록 비활성 가스 블랭킷(inert gas blanket)이 공급될 수 있으며, 결과적으로 레이저 빔과 생성된 플라즈마의 상호 작용으로 인해 레이저 전력 손실이 덜 감소하게 된다. J. Ren, M. Kelly 및 L. Hellelink의 "Laser ablation of silicon in water with nanosecond and femtosecond pulses"(Opt. Lett. 30, 648 (2005))에서 설명되는 바와 같이, 물 및 기타 액체 코팅들도 레이저 기계가공율을 향상시키는 데에 유용한 것으로 밝혀졌다. 이러한 액체 코팅들은, 반사율을 감소시킴으로써 실리콘 기판 내로의 레이저 에너지의 광학적인 결합을 향상시키는 것을 도우며, 결과적으로 실리콘 기판의 뜨거운 표면으로부터 산소를 차단시킴으로써 플라즈마 밀도를 감소시킨다.
[0008] 실리콘 내에 비아 홀들을 드릴링하기 위한 레이저 및 스캐닝 시스템은, 높은 수율, 높은 품질(즉, 최소의 잔류물 손상 및 부스러기(debris)는 쉽게 제거되어야 한다), 이후의 태양 전지 패턴들(즉, 에미터 확산 및 금속 콘택들/그리드들)이 정확하게 정렬될 수 있도록 하기 위한, 홀 패턴 내에서의 우수한 정밀도 및 높은 정확도, 및 낮은 자본 및 운영비를 갖는 것이 요구된다. 레이저 프로세스 수율에 대한 제한적인 요인들 중 하나는 각각의 비아 홀을 드릴링하는 데에 요구되는 펄스들의 개수이다. 통상의 방법들에 따르면, 드릴링될 기판의 크기와 같거나 또는 이러한 기판의 크기를 넘는 스캔 영역을 제공하는 초점 거리를 갖는 렌즈가 제공된다. 예를 들어, 통상적으로, 156mm × 156mm 기판의 전체 표면 상에 홀들의 패턴을 드릴링하는 데에는, 적어도 256mm의 초점 거리를 갖는 렌즈가 이용될 수 있다. 하지만, 결과적인 전력 밀도들이 너무 낮아, 전형적인 EWT 태양 전지 기판을 펀치 쓰루(punch through)할 수가 없다. 결과적으로, 다중 패스(multiple pass) 드릴링이 요구되며, 이는 수율을 상당히 감소시킨다. 따라서, 이를 테면 백 콘택 태양 전지 기판과 같은 기판 내에 비아 홀들을 드릴링하기 위한 개선된 방법들 및 장치들이 필요하다.
[0009] 일 실시예에서, 기판을 통해 홀들을 형성하는 방법은, 레이저 스캐너(laser scanner)를 이용하여 기판의 제 1 섹션(section)을 통해 홀들의 제 1 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 섹션에 인접하는 상기 기판의 제 2 섹션 상에 상기 레이저 스캐너를 위치시키는 단계; 및 상기 기판의 제 2 섹션을 통해 홀들의 제 2 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 각 홀은 단일 레이저 펄스로 형성된다.
[0010] 다른 실시예에서, 기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치는, 기판을 홀딩(holding)하고 측방으로 이동시키도록 구성된 포지셔닝 테이블(positioning table); 및 상기 기판의 표면 영역의 절반부(half) 보다 작은 스캔 영역(scan area)을 갖도록 구성된 레이저 스캐너를 포함하며, 상기 레이저 스캐너는 상기 기판 또는 상기 레이저 스캐너를 이동시키지 않으면서 상기 기판의 제 1 섹션을 통해 홀들의 패턴을 형성하도록 구성되며, 상기 레이저 스캐너는 단일 레이저 펄스로 각 홀을 형성하도록 구성된다.
[0011] 본 발명의 전술한 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 앞서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 특정한 설명은 실시예들을 참조로 이루어질 수 있고, 실시예들 중 일부는 첨부되는 도면들에 예시된다. 그러나 본 발명이 다른 등가적인 유효 실시예들에 대해 허용할 수 있기 때문에, 첨부되는 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들을 예시하는 것이며, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되지 않는다는 것을 주목해야 한다.
[0012] 도 1은 후방 표면상의 피쳐들 만을 강조하여 나타낸, 일반적인 백-콘택 태양 전지를 도시한다.
[0013] 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 개략적인 측면도이다.
[0014] 도 3은 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 도 2의 포지셔닝 테이블 상에 위치되는 기판의 개략적인 상부도이다.
[0015] 도 4는 다른 실시예에 따른 레이저 드릴링 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 도 2의 포지셔닝 테이블 상에 위치되는 기판의 개략적인 상부도이다.
[0016] 도 5는 다른 실시예에 따른 레이저 드릴링 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 포지셔닝 테이블 상에 위치되는 기판의 개략적인 상부도이다.
[0017] 도 6은 통상의 레이저 드릴링 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 고정 테이블(stationary table) 상에 위치되는 기판의 개략적인 상부도이다.
[0018] 도 7은 도 3-6과 관련하여 예들 1-4에서 설명되는 프로세스들의 프로세싱 시간들을 비교하는 챠트이다.
[0019] 명확성을 위해, 도면들 사이에서 공통되는 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 적용가능한 곳에서는 동일한 참조 부호가 이용되었다. 일 실시예의 피쳐들은 추가의 설명 없이 다른 실시예들에 통합될 수 있음이 고려된다.
[0020] 본 발명은 에미터 랩 쓰루(EWT) 태양 전지들과 같은 백 콘택 태양 전지들을 제조하는 동안 실리콘 기판 내에 홀들을 레이저 드릴링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명의 방법 및 장치는 태양 전지 기판 내에서 단일 펄스 드릴링을 달성하기 위해 짧은 초점 거리 플랫 필드 렌즈 및 동적 스캐닝 기술을 이용한다. 본 발명의 방법 및 장치는 통상의 장치 및 프로세스들과 비교하여 EWT 태양 전지 기판에서 증가된 속도 및 홀들의 품질을 야기한다. 본원에 개시된 사상들로부터 이득을 얻을 수 있는 태양 전지 디바이스들은, 단결정 실리콘, 다중-결정 실리콘(multi-cyrstalline), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 게르마늄(Ge), 갈륨 비소(GaAs), 텔루르화 카드뮴(cadmium telluride, CdTe), 황화 카드뮴(cadmium sulfide, CdS), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(copper indium gallium selenide, CIGS), 구리 인듐 셀레나이드(copper indium selenide, CuInSe2), 갈륨 인듐 포스파이드(gallium indium phosphide, GaInP2)를 포함하는 기판들 상에 형성되는 디바이스들 뿐 아니라, 이를 테면 GaInP/GaAs/Ge, ZnSe/GaAs/Ge 또는 태양광을 전기 전력으로 변환하는 데에 이용될 수 있는 기타 유사한 기판 물질들과 같은 헤테로접합 전지들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 태양 전지 기판은 단결정 실리콘, 다중-결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘을 포함한다.
[0021] 레이저 드릴링 프로세스 수율에 대한 제한적인 요인들 중 하나는 각 비아 홀을 드릴링하는 데에 필요한 펄스들의 개수이다. 일반적으로, 더 짧은 초점 거리를 갖는 렌즈는 더 작은 스폿 사이즈(spot size) 및 더 높은 전력 밀도들을 가능하게 하지만, 더 짧은 초점 거리 렌즈는 더 작은 시야(field of view) 및 더 제한된 초점 심도(depth of focus)를 갖는다. 따라서, 짧은 초점 거리 렌즈들은 전형적인 EWT 태양 전지 기판의 전체 표면상에 홀 패턴을 제공하는 데에 이용될 수 없다. 일 예에서, EWT 태양 전지 기판은 적어도 156mm × 156mm × 3mm 이다.
[0022] 일반적으로, 긴 초점 거리 렌즈를 이용하게 되면, 더 큰 시야를 가능하게 하며, 이에 따라 검류계 기반 미러 스캐너(galvanometer-based mirror scanner)(이하, "스캐너"라 함)를 이용하여 레이저 스폿의 빠른 이동을 수행할 수 있다. 하지만, 긴 초점 거리 렌즈들의 이용은, 각각의 홀을 형성하기 위해 다수의 펄스들의 이용을 요구한다. 따라서, 스캐너는 홀을 형성하기 위해 동일 위치에서 다수의 펄스들을 획득하기 위하여 홀들의 패턴 내의 각 포인트에서 멈추어야 하거나(이는 프로세싱 시간 연장을 야기한다), 또는 스캐너는 각 기판상에서 패턴을 다수번 정확하게 스캔해야 하는데, 이는 패스들(passess) 간의 정렬 에러들로 인한 더 큰 기판 손상 가능성을 야기한다.
[0023] 본 발명의 일 실시예에서, 실리콘 기판으로부터 물질을 보다 효율적으로 제거하기 위해서 각 레이저 펄스로부터 더 높은 농도의 에너지를 제공하기 위해 짧은 초점 거리 렌즈가 이용된다. 짧은 초점 거리는 초점(focal point)에서 작은 빔 직경으로 높은 전력 밀도를 야기한다. 따라서, 단일 펄스를 이용하여 각 비아에 대해 홀을 드릴링하는 것이 가능해진다. 높은 반복 레이트들(repetition rates)을 이용하기 위해, 스캐너는 동적 드릴링 모드(dynamic drilling mode)에서 실행된다. 이러한 모드에서, 스캐너는 각 홀 위치에서 중지하지 않는다; 오히려, 비아들의 피치(pitch)는 펄스 레이트 및 스캐너 내의 미러들의 이동 속도에 의해 결정된다. 따라서, 동적 모드는 비아들에 대한 홀들이 소정의 시야 내에서 훨씬 더 빠르게 드릴링될 수 있게 한다. 다음, 시야는 드릴링 프로세스를 완료하기 위해 기판의 다른 섹션으로 신속하게 재위치된다. 일 실시예에서, 시야는 갠트리 방법(gantry method) 또는 전동식(motorized) X/Y 테이블을 이용하여 기판의 다른 섹션으로 재위치된다.
[0024] 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(200)의 개략적인 측면도이다. 레이저 소스(210)가 제공되며, 이 레이저 소스(210)는 검류계 기반 스캐너(220)에 전자기 에너지의 펄스들을 공급한다. 레이저 소스(210)는 1030nm의 파장과 같은 적외선 파장들에서 동작하는 Q-스위치드 레이저(Q-switched laser)일 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 소스(210)는 약 4 내지 약 6mJ/pulse의 총 에너지를 갖는 약 1.5㎲ 또는 이 보다 큰 펄스 폭과 같은 긴 펄스를 생성한다. 일 실시예에서, 펄스 폭 및 주파수는, 레이저와 기판 사이에 배치되는 수냉 셔터(water cooled shutter)의 사용에 의해 제어된다. 스캐너(220)는 통상의 검류계-기반 스캐너이며, 이러한 검류계-기반 스캐너는 검류계, 하나 이상의 미러들(예를 들어, X 미러 및 Y 미러), 및 시스템을 제어하는 서보 드라이버 보드(servo driver board)를 갖는다. 스캐너(220)는 그에 부착된 렌즈(225)의 시야 내에서 X-Y 평면으로 펄스들의 패턴이 지향하도록 구성된다. 렌즈(225)는 163mm 또는 100mm와 같은 짧은 초점 거리 렌즈일 수 있다.
[0025] 스캐너는 포지셔닝 갠트리(positioning gantry)(230)에 장착될 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 포지셔닝 갠트리(230)는 오로지 X-방향에서만 스캐너(220)의 이동을 제공하기 위해 레일(rail) 및 액츄에이터(예를 들어, 선형 모터)를 포함한다. 다른 실시예에서, 포지셔닝 갠트리(230)는 X-Y 포지셔닝 시스템이다.
[0026] EWT 태양 전지 기판과 같은 기판(240)은 스캐너(220) 아래의 포지셔닝 테이블(250) 상에 위치된다. 일 실시예에서, 포지셔닝 테이블(250)은 기판(240)을 X 방향 및 Y 방향 모두로 이동시키도록 구성된 하나 이상의 액츄에이터들(예를 들어, 선형 모터)을 갖는 통상의 X-Y 포지셔닝 테이블이다.
[0027] 시스템 제어기(280)는 X-Y 포지셔닝 테이블(250), 포지셔닝 갠트리(230), 스캐너(220) 및 레이저(210) 출력부(output)(예를 들어, 수냉 셔터)의 이동을 제어 및 조정하는 데에 이용된다. 이러한 시스템 제어기(280)는 메모리(미도시), 중앙 처리 유닛(CPU)(미도시), 및 장치(200)의 제어되는 컴포넌트들 각각에 결합되는 지원 회로들(미도시)을 포함한다.
[0028] 도 3은 일 실시예에 따른 레이저 드릴링 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 포지셔닝 테이블(250) 상에 위치되는 기판(240)의 개략적인 상부도이다. 일 실시예에서, 기판(240)은 약 150㎛ 내지 약 300㎛의 두께를 갖는 156mm × 156mm 실리콘 기판이다. 기판(240)은 사분면들(Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 및 Ⅳ)로 분할되는 것으로 개략적으로 나타나있다. 도 2 및 3을 참조하면, 렌즈(225)는 일 실시예에 따라 164mm의 초점 거리를 갖는다. 본 예에서, 다음 스캐너(220)는 약 80mm × 80mm의 스캔 영역을 가지며, 레이저 소스(210)는 약 4 내지 약 6mJ/pulse의 총 에너지를 갖는 약 1.5㎲ 또는 이 보다 큰 펄스 폭을 갖는 펄스를 제공한다. 따라서, 300㎛ 보다 작은 두께를 갖는 기판(240)을 통해 각 홀을 드릴링하는 데에 단일 펄스 만이 요구된다.
[0029] 도 3에 나타낸 바와 같이, 스캐너(220)는 기판(240)의 사분면(Ⅰ)을 통해 홀들의 패턴(310)을 형성한다. 일 예에서, 홀들은 약 40 내지 70㎛의 직경을 갖는다. 스캐너(220) 속도는 약 3750mm/s 이며, 레이저 펄스 반복 레이트는 약 15kHz 이다. 사분면(Ⅰ) 내에 홀들의 패턴(310)을 형성한 후, 스캐너(220)는 기판(240)의 사분면(Ⅱ) 내에 홀들의 패턴(310)을 형성하도록 위치된다. 일 실시예에서, 스캐너(220)가 포지셔닝 갠트리(230)에 의해 사분면(Ⅱ) 상의 위치로 이동한다. 다른 실시예에서, 기판(240)이 포지셔닝 테이블(250)에 의해 이동되며, 이에 따라 스캐너(220)가 기판(240)의 사분면(Ⅱ) 상에 위치하게 된다. 다음, 스캐너는 상기 설명한 파라미터들을 이용하여 기판(240)의 사분면(Ⅱ)을 통해 홀들의 패턴(310)을 형성한다. 다음, 기판(240)의 사분면들(Ⅲ 및 Ⅳ) 내에서 홀들의 패턴(310)을 드릴링하기 위해, 스캐너(220) 또는 기판(240)의 포지셔닝 프로세스가 상기 설명한 바와 같이 반복된다. 따라서, 각 홀에 대해 단일 펄스만을 이용하여, EWT 태양 전지의 제조에서 이후 이용하기 위해, 전체 기판(240)에 걸쳐서(across) 홀들의 패턴이 드릴링된다. 본 예에서는, 전체 기판(240)에 대해 약 6.5초의 프로세싱 시간을 달성한 것으로 발견되었다.
[0030] 도 4는 다른 실시예에 따른 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 포지셔닝 테이블(250) 상에 위치되는 기판(240)의 개략적인 상부도이다. 제 1 예에서와 같이, 기판(250)은 약 150㎛ 내지 약 300㎛의 두께를 갖는 156mm × 156mm 실리콘 기판이다. 기판(240)은 절반부들(halves)(Ⅰ 및 Ⅱ)로 분할되는 것으로 개략적으로 나타나있다. 도 2 및 4를 참조하면, 렌즈(225)는 본 실시예에 따라 164mm의 초점 거리를 갖는다. 제 1 예에서와 같이, 스캐너(220)는 약 80mm × 80mm의 스캔 영역을 갖는데, 이는 대략적으로 기판(240)의 1/4을 덮는다. 제 1 예에서와 같이, 300㎛ 보다 작은 두께를 갖는 기판(240)을 통해 각 홀을 드릴링하는 데에 단일 펄스만이 요구된다.
[0031] 도 3과 관련하여 설명된 제 1 예와 대조적으로, 본 예는 홀들의 패턴(410)이 기판(240)을 통해 드릴링되는 동안, X-방향으로 스캐너(220)와 기판(240) 간의 상대적인 이동을 제공한다. 일 실시예에서, 이러한 상대적인 이동은 홀들의 패턴(410)을 드릴링하는 동안 스캐너(220)를 이동시키는 포지셔닝 갠트리(230)에 의해 제공된다. 다른 실시예에서, 이러한 상대적인 이동은 홀들의 패턴을 드릴링하는 동안 포지셔닝 테이블(250)에 의해 제공된다. 결과적으로, 패턴(410)은 기판(240)의 전체 절반부(Ⅰ)를 덮는다. 본 예에서, 홀들은 약 40 내지 70㎛의 직경을 갖는다. 스캐너(220) 속도는 약 3750mm/s 이며, 레이저 펄스 반복 레이트는 약 15kHz이다. 절반부(Ⅰ) 내에 홀들의 패턴(410)을 형성한 후, 스캐너(220)는 기판(240)의 절반부(Ⅱ) 내에 홀들의 패턴(410)을 형성하도록 위치된다. 일 실시예에서, 스캐너(220)가 포지셔닝 갠트리(230)에 의해 절반부(Ⅱ) 상의 위치로 이동한다. 다른 실시예에서, 기판(240)이 포지셔닝 테이블(250)에 의해 이동하며, 이에 따라 스캐너(220)가 기판(240)의 절반부(Ⅱ) 상에 위치하게 된다. 다음, 스캐너는 상기 설명한 파라미터들을 이용하여 기판(240)의 절반부(Ⅱ)를 통해 홀들의 패턴(410)을 형성한다. 따라서, 각 홀에 대해 단일 펄스만을 이용하여, EWT 태양 전지의 제조에서 이후 이용하기 위해, 전체 기판(240)에 걸쳐서(across) 홀들의 패턴이 드릴링된다. 본 예에서는, 전체 기판(240)에 대해 약 5.5초의 프로세싱 시간을 달성한 것으로 발견되었다.
[0032] 도 5는 다른 실시예에 따른 프로세스를 수행하는 데에 이용하기 위해 포지셔닝 테이블(250) 상에 위치되는 기판(240)의 개략적인 상부도이다. 이전의 예들에서와 같이, 기판(240)은 약 150㎛ 내지 약 300㎛의 두께를 갖는 156mm × 156mm 실리콘 기판이다. 기판(240)은 섹션들(Ⅰ-Ⅸ)로 분할되는 것으로 개략적으로 나타나있다. 도 2 및 5를 참조하면, 렌즈(225)는 본 실시예에 따라 100mm의 초점 거리를 갖는다. 제 1 예에서와 같이, 스캐너(220)는 약 55mm × 55mm의 스캔 영역을 갖는 바, 이는 대략적으로 기판(240)의 1/9을 덮는다. 처음 2개의 예들에서와 같이, 300㎛ 보다 작은 두께를 갖는 기판(240)을 통해 각 홀을 드릴링하는 데에 단일 펄스만이 요구된다.
[0033] 도 5에 나타낸 바와 같이, 스캐너(220)는 기판(240)의 섹션(Ⅰ)을 통해 홀들의 패턴(510)을 형성한다. 본 예에서, 홀들은 약 40 내지 70㎛의 직경을 갖는다. 스캐너(220) 속도는 약 3750mm/s이며, 레이저 펄스 반복 레이트는 약 15kHz이다. 섹션(Ⅰ) 내에 홀들의 패턴(510)을 형성한 후, 스캐너(220)는 기판(240)의 섹션(Ⅱ) 내에서 홀들의 패턴(510)을 형성하도록 위치된다. 일 실시예에서, 스캐너(220)가 포지셔닝 갠트리(230)에 의해 섹션(Ⅱ) 상의 위치로 이동한다. 다른 실시예에서, 기판(240)이 포지셔닝 테이블(250)에 의해 이동하며, 이에 따라 스캐너(220)가 기판(240)의 섹션(Ⅱ) 상에 위치하게 된다. 다음, 스캐너는 상기 설명한 파라미터들을 이용하여 기판(240)의 섹션(Ⅱ)을 통해 홀들의 패턴(510)을 형성한다. 다음, 기판(240)의 섹션들(Ⅲ-Ⅸ) 내에서 홀들의 패턴(510)을 드릴링하기 위해, 스캐너(220) 또는 기판(240)의 포지셔닝 프로세스가 상기 설명한 바와 같이 반복된다. 따라서, 각 홀에 대해 단일 펄스만을 이용하여, EWT 태양 전지의 제조에서 이후 이용하기 위해, 전체 기판(240)에 걸쳐서 홀들의 패턴이 드릴링된다. 본 예에서는, 전체 기판(240)에 대해 약 9초의 프로세싱 시간을 달성한 것으로 발견되었다.
[0034] 비교를 위해, 254mm의 초점 거리를 갖는 렌즈를 이용하는 통상의 셋업이 이용되었다. 도 6은 이러한 예의 도시를 위한, 고정 테이블(650) 상에 위치되는 기판(240)의 개략적인 상부도이다. 본 예에서, 스캔 영역은 156mm × 156mm 기판(240)의 전체 영역을 덮는다. 스캐너 속도 및 펄스 반복 레이트는 도 3과 관련하여 설명된 것과 동일했다. 렌즈의 초점 거리가 더 길기 때문에, 각 홀을 드릴링하는 데에 4개의 펄스들이 요구된다. 본 예에서는, 전체 기판(240)에 대해 약 17.5초의 프로세싱 시간을 달성한 것으로 발견되었다.
[0035] 도 7은 도 3-6과 관련하여 예들 1-4에서 설명된 프로세스들의 프로세싱 시간들을 비교하는 챠트이다. 예 1은 도 3과 관련하여 상기 설명한 예를 나타낸다. 예 2는 도 4와 관련하여 상기 설명한 예를 나타낸다. 예 3은 도 5와 관련하여 상기 설명한 예를 나타낸다. 예 4는 통상의 프로세스들 및 장치를 이용하여 도 6과 관련하여 상기 설명한 예를 나타낸다. 드릴링 시간은 전체 기판상에서 홀들의 패턴을 드릴링하는 데에 소모되는 총 시간을 나타낸다. 미러 안정화 시간(mirror stabilization time)은 홀들의 각 라인의 끝부분 및 시작부에서 스캐너 내의 미러들을 가속(acceleration) 및 감속(deceleration)시키는 데에 소모되는 총 시간을 나타낸다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 프로세스들은 드릴링 프로세스들의 단일 패스(single pass) 특성으로 인해 놀라운 시간 절약을 가져온다.
[0036] 비록 본 발명이 이러한 바람직한 실시예들과 특히 관련하여 상세히 설명되기는 하였지만, 다른 실시예들도 동일한 결과들을 달성할 수 있다. 본 발명의 변형들 및 수정들이 당업자에게 자명할 것이며, 본 발명은 이러한 모든 수정들 및 등가물들을 포괄하도록 의도된다. 상기 인용된 모든 특허들, 참조 문헌들 및 공개들의 전체 개시내용은 참조로서 본원에 통합된다.

Claims (14)

  1. 기판을 통해 홀들을 형성하는 방법으로서,
    레이저 스캐너(laser scanner)를 이용하여, 상기 기판의 표면의 제 1 섹션(section) 내에서 상기 기판을 통해 홀들의 제 1 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 섹션에 인접하는 상기 기판의 표면의 제 2 섹션 상에 상기 레이저 스캐너를 위치시키는 단계; 및
    상기 제 2 섹션 내에서 상기 기판을 통해 홀들의 제 2 패턴을 형성하는 단계 ? 각 홀은 단일 레이저 펄스로 형성됨 ? ;
    를 포함하는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는, 결과적인 스캔 영역이 상기 기판의 표면의 영역 보다 실질적으로 작도록 구성된 렌즈를 갖는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는, 상기 결과적인 스캔 영역이 상기 기판의 표면의 영역의 절반부(half) 보다 작도록 구성된 렌즈를 갖는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀들의 제 1 및 2 패턴을 형성하는 동안 상기 기판을 이동시키는 단계
    를 더 포함하는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 섹션 상에 상기 레이저 스캐너를 위치시키는 단계는 상기 스캐너에 대해 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 섹션 상에 상기 레이저 스캐너를 위치시키는 단계는 상기 레이저 스캐너를 이동시키는 단계를 포함하는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 섹션에 인접하는 상기 기판의 표면의 제 3 섹션 상에 상기 레이저 스캐너를 위치시키는 단계; 및
    상기 제 3 섹션 내에 상기 기판을 통해 홀들의 제 3 패턴을 형성하는 단계;
    를 더 포함하는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    각 홀은 약 40㎛ 내지 약 70㎛의 직경을 갖는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 기판은 약 156mm의 폭, 약 156mm의 길이, 및 약 0.3mm의 두께를 갖는,
    기판을 통해 홀들을 형성하는 방법.
  10. 기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치로서,
    시스템 제어기;
    평면 내에서 상기 기판을 이동시키도록 구성된 포지셔닝 테이블(positioning table) ? 상기 기판의 이동은 상기 시스템 제어기로부터의 명령들에 의해 제어됨 ? ; 및
    상기 기판의 표면의 영역 보다 실질적으로 작은 스캔 영역을 갖게 구성된 레이저 스캐너 ? 상기 레이저 스캐너는 상기 기판 또는 상기 레이저 스캐너를 이동시키지 않으면서 상기 기판의 표면의 영역의 제 1 섹션 내에서 상기 기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하도록 구성됨 ? ;
    를 포함하며, 상기 레이저 스캐너는,
    레이저 소스; 및
    상기 레이저와 상기 기판 사이에 배치되는 렌즈 ? 상기 시스템 제어기는, 단일 레이저 펄스로 각 홀이 형성되도록, 상기 렌즈를 통해 전자기 에너지를 전송하도록 상기 레이저 소스를 제어함 ? ;
    를 포함하는,
    기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 렌즈는 대략 163mm의 초점 거리(focal length)를 갖는,
    기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 렌즈는 대략 100mm의 초점 거리를 갖는,
    기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너를 이동시키도록 구성된 포지셔닝 갠트리(positioning gantry)를 더 포함하는,
    기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 레이저는 약 1030nm의 파장에서 전자기 에너지를 전달(delivery)하도록 구성되는,
    기판을 통해 홀들의 패턴을 형성하기 위한 장치.
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