KR20130076441A - 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치 - Google Patents

박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치 Download PDF

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Abstract

기판 상의 박막층 상부에 마련되어 상기 박막층에 스크라이빙 작업을 수행하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치가 개시된다. 개시된 니들 스크라이빙 장치는, 박막층에 접촉하여 이동함으로써 그루브 라인을 형성하는 니들과, 상기 니들의 상하 이동을 조절하는 VCM 엑츄에이터를 포함한다.

Description

박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치{Needle scribing apparatus for fabricating thin film solar cell}
본 발명은 스크라이빙 장치에 관한 것으로, 상세하게는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치에 관한 것이다.
에너지 문제를 해결할 뿐만아니라 환경오염의 억제에도 중요한 역할을 할 수 있는 에너지원으로서 태양전지에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 태양전지는 태양광의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 소자로서, p형 및 n형 반도체 물질을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다. 최근에는 수 마이크론 이하의 두께를 가지는 박막형 태양전지의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이러한 박막형 태양전지 중 특히 광전 변환 효율이 높고, 구조적으로 안정된 출력 특성을 얻을 수 있는 CIGS(Cu(InGa)Se2)계의 화합물을 광흡수층으로 이용하는 박막형 태양전지가 각광을 받고 있다.
CIGS 계의 박막형 태양전지는 일반적으로 기판 상에 Mo 전극층, CIGS층, 버퍼층 및 투명 전극층이 순차적으로 적층된 구조를 가지고 있다. 이러한 박막형 태양전지를 제조하는데 있어서, CIGS층 증착하거나 투명 전극층을 증착한 다음에 절연을 위한 그루브를 형성하기 위한 니들 스크라이빙 공정이 수행될 수 있다. 이러한 니들 스크라이빙 공정을 수행하기 위해 기존에는 에어 실린더 방식을 이용한 니드 스크라이빙 장치를 사용하였으나, 이러한 에어 실린더 방식은 공기 압력 및 스프링 장력을 이용하여 니들에 가해지는 압력을 조절함으로써 정밀도 및 재현성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 있어서,
기판 상의 박막층 상부에 마련되어 상기 박막층에 스크라이빙 작업을 수행하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치에 있어서,
상기 박막층에 접촉하여 이동함으로써 그루브 라인을 형성하는 니들(needle); 및
상기 니들의 상하 이동을 조절하는 보이스 코일 모터(VCM;Voice Coil Motor) 엑츄에이터;를 포함하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치가 제공된다.
상기 보이스 코일 모터(VCM) 엑츄에이터는 설정된 입력 데이터에 따라 상기 니들이 상기 박막층에 일정한 압력을 가할 수 있다.
상기 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치는, 상기 니들이 장착되는 니들 홀더; 및 상기 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터에 연결되어 상기 니들 홀더를 지지하는 지지대;를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치는 상기 지지대의 상하 이동을 가이드 하는 지지대 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 그루브 라인은 버퍼층 및 CIGS((Cu(InGa)Se2)층에 형성되어 그 하부의 Mo 층을 노출시킬 수 있다. 또한, 상기 그루브 라인은 투명 전극층, 버퍼층 및 CIGS((Cu(InGa)Se2)층에 형성되어 그 하부의 Mo 층을 노출시킬 수도 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 니들의 이동을 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터를 이용하여 조절함으로써 기판 상의 박막층에 니들이 가하는 압력을 정확하고 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 니들 스크라이빙 공정에 의해 형성되는 그루브 라인의 정확도 및 재현성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 CIGS 계의 박막형 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치의 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 일반적인 CIGS 계의 박막형 태양전지의 평면도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 본 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(110) 상에 Mo 전극층(112), CIGS(Cu(InGa)Se2)층(114), 버퍼층(116) 및 투명 전극층(118)이 순차적으로 적층되어 있다. 여기서, 상기 버퍼층(116)으로는 예를 들면 CdS층 등이 사용될 수 있으며, 투명 전극층(1180으로는 예를 들면, TCO층 등이 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지는 않고 다른 다양한 물질들이 사용될 수 있다. 이와 같은 구조의 박막 태양전지를 제조하기 위해서, 기판(110) 상에 Mo 전극층(112)을 형성한 다음, 패터닝에 의해 상기 Mo 전극층(112)에 기판(110)을 노출시키는 제1 그루브 라인(P1)을 형성한다. 다음으로, 상기 패터닝된 Mo 전극층(112)을 덮도록 CIGS층(114) 및 버퍼층(116)을 순차적으로 증착한다. 그리고, 스크라이빙 공정에 의해 상기 버퍼층(116) 및 CIGS층(114)에 Mo 전극층(112)을 노출시키는 제2 그루브 라인(P2)을 형성한다. 이어서, 상기 버퍼층(116)을 덮도록 투명 전극층(118)을 형성한 다음, 스크라이빙 공정에 의해 상기 투명 전극층(118), 버퍼층(116) 및 CIGS층(114)에 Mo 전극층(112)을 노출시키는 제3 그루브 라인(P3)을 형성한다. 도 1 및 도 2에는 제1, 제2 및 제3 그루브 라인(P1,P2,P3)은 x 방향에 나란하게 형성된 경우가 예시적으로 도시되어 있다.
상기와 같은 박막형 태양전지의 제조에 있어서, 상기한 제2 그루브 라인(P2)이나 제3 그루브 라인(P3)은 본 발명에 따른 니들 스크라이빙 장치를 이용하여 높은 정확도 및 재현성을 가지고 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치를 도시한 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치의 정면도이다. 본 실시예에 따른 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치(200)는 기판(도 2의 110) 상의 박막층 상부에 마련되어 상기 박막층에 스크라이빙 작업을 수행한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치(200)는 박막층에 접촉하여 이동함으로써 그루브 라인을 형성하는 니들(needle,220)과, 상기 니들의 상하 이동을 조절하는 보이스 코일 모터(VCM;Voice Coil Motor) 엑츄에이터(210)를 포함한다.
상기 니들(220)은 기판(도 2의 110) 상에 형성된 박막층(예를 들면, 버퍼층(116) 또는 투명 전극층(118)))에 접촉하여 이동함으로써 박막층을 벗겨내어 그루브 라인을 형성한다. 상기 기판(110)으로는 박막형 태양전지용 기판으로서 일반적으로 유리 기판이 사용되며, 이외에도 다양한 재질의 기판이 사용될 수 있다. 그리고, 본 실시예에서 니들 스크라이빙 작업을 통해 형성되는 그루브 라인은 예를 들면, 도 2에서 버퍼층(116) 및 CIGS층(114)에 형성되어 Mo 전극층(112)을 노출시키는 제2 그루브 라인(P2)이나, 투명 전극층(118), 버퍼층(116) 및 CIGS층(114)에 형성되어 Mo 전극층(112)을 노출시키는 제3 그루브 라인(P2)이 될 수 있다. 하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)는 영구자석의 자기장 내에서 코일의 유도 자기력에 의해 생기는 로렌츠(Lorenz) 힘을 이용하여 니들(220)을 직선 운동시키는 액츄에이터이다. 이러한 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)는 비교적 짧은 거리를 정밀하게 직선 운동시켜 주는 시스템에 유용하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)를 이용함으로써 상기 니들(220)의 직선 운동을 정밀하게 제어할 수 있다. 즉, 상기 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)는 입력된 데이터에 의해 상기 니들(220)을 박막층 쪽으로 이동시켜 접촉시킨 후 니들(220)이 박막층에 일정한 압력을 가하게 한다.
상기 니들(220)은 니들 홀더(222)에 장착될 수 있으며, 이러한 니들 홀더(222)는 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)에 의해 상하 이동하도록 설치된 지지대(230)에 의해 지지될 수 있다. 한편, 상기 지지대(230) 주위에는 상기 지지대(230)의 상하 운동을 가이드하는 지지대 가이드(240)가 더 설치될 수 있다.
박막형 태양전지를 제조 공정에서, 상기와 같은 구조의 니들 스크라이빙 장치(200)를 이용하여 기판(도 2의 110) 상에 형성된 박막층(예를 들면, 도 2에서의 버퍼층(116) 또는 투명 전극층(118)))에 그루브 라인(예를 들면, 도 2에서 제2 그루브 라인(P2) 또는 제3 그루브 라인(P3))을 형성하는 방법을 다음과 같다.
먼저, 본 실시예에 따른 니들 스크라이빙 장치(200)는 기판(110) 상에 형성된 박막층 위에 마련한다. 다음으로, 상기 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)에 소정의 데이터가 입력되면, 상기 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)는 구동하여 지지대(230) 및 니들 홀더(222)를 통해 상기 니들(220)을 박막층 쪽(즉, -z 방향)으로 하강시킨다. 이어서, 상기 니들(220)은 박막층에 접촉하면서 상기 박막층에 일정한 압력을 가하게 된다. 여기서, 상기 니들(220)이 박막층에 가하는 압력은 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)에 입력되는 데이터 값에 의해 정해된다. 상기 입력 데이터 값은 캘리브레이션(calibration)을 통해 니들(220)이 그루브 라인을 형성하는데 가장 적정한 압력을 선택함으로써 결정된다. 구체적으로 예를 들면, 도 2에서 제2 그루브 라인(P2)을 형성하고자 하는 경우에는 기판(110) 상에 Mo 전극층(112), CIGS층(114) 및 버퍼층(116)을 형성한 다음, 상기 니들(220)이 Mo 전극층(112)을 손상시키지 않으면서 버퍼층(116) 및 CIGS층(114)만을 정확히 벗겨 정도의 압력이 캘리브레이션을 통해 결정될 수 있다. 한편, 도 2에서 제3 그루브 라인(P3)을 형성하고자 하는 경우에는 기판(110) 상에 Mo 전극층(112), CIGS층(114), 버퍼층(116) 및 투명 전극층(118)을 형성한 다음, 상기 니들(220)이 Mo 전극층(112)을 손상시키지 않으면서 투명 전극층(118), 버퍼층(116) 및 CIGS층(114) 만을 정확히 벗겨낼 정도의 압력이 캘리브레이션을 통해 결정될 수 있다.
그리고, 이렇게 결정된 압력값이 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)에 입력되면 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)는 니들(220)을 하강시켜 원하는 압력으로 박막층에 접촉하게 한다. 그리고, 이 상태에서, 상기 기판(110)을 소정 방향, 예를 들면 도 1에서 x 방향 쪽으로 이동시키게 되면, 니들(220)이 일정한 폭으로 박막층을 벗겨 내면서 Mo 전극층(112)을 노출시키는 제2 그루브 라인(P2) 또는 제3 그루브 라인(P3)을 형성할 수 있다. 한편, 기판(110)이 고정되고 니들 스크라이빙 장치(200)가 이동하는 것도 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 니들 스크라이빙 장치(200)는 니들(220)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있는 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터(210)를 적용함으로써 기판 상에 원하는 형태의 그루브 라인들을 정확하고 재현성 있게 형성할 수 있다. 이에 따라, 박막형 태양전지의 수율도 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
P1... 제1 그루브 라인 P2... 제2 그루브 라인
P3... 제3 그루브 라인 110... 기판
112... Mo 전극층 114... CIGS층
116... 버퍼층 118... 투명 전극층
200... 니들 스크라이빙 장치 210... VCM 액츄에이터
220... 니들 230... 니들 홀더
240... 지지대 가이드

Claims (6)

  1. 기판 상의 박막층 상부에 마련되어 상기 박막층에 스크라이빙 작업을 수행하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치에 있어서,
    상기 박막층에 접촉하여 이동함으로써 그루브 라인을 형성하는 니들(needle); 및
    상기 니들의 상하 이동을 조절하는 보이스 코일 모터(VCM;Voice Coil Motor) 엑츄에이터;를 포함하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보이스 코일 모터(VCM) 엑츄에이터는 설정된 입력 데이터에 따라 상기 니들이 상기 박막층에 일정한 압력을 가하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 니들이 장착되는 니들 홀더; 및
    상기 보이스 코일 모터(VCM) 액츄에이터에 연결되어 상기 니들 홀더를 지지하는 지지대;를 포함하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 지지대의 상하 이동을 가이드 하는 지지대 가이드를 더 포함하는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브 라인은 버퍼층 및 CIGS((Cu(InGa)Se2)층에 형성되어 그 하부의 Mo 층을 노출시키는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루브 라인은 투명 전극층, 버퍼층 및 CIGS((Cu(InGa)Se2)층에 형성되어 그 하부의 Mo 층을 노출시키는 박막형 태양전지 제조용 니들 스크라이빙 장치.
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CN104526759A (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 苏州幸福新能源科技有限责任公司 太阳能背板开口装置
KR20190107514A (ko) * 2018-03-12 2019-09-20 (주)큐엠씨 발광다이오드 칩을 전사하는 전사 장치 및 방법
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