KR20170088058A - Method for reuse a solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 웨이퍼를 재활용하기 위한 처리방법에 관한 것으로, 특히 스크린 프린팅 공정을 이용해 태양전지 웨이퍼를 재자원화할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a processing method for recycling a solar cell wafer, and more particularly, to a method for recycling a solar cell wafer using a screen printing process.
태양전지는 광원을 전기에너지로 변환하는 광-전 변환 소자이다. 태양전지는 빛을 조사하면 실리콘이 빛을 흡수하여 전자-정공쌍을 생성한다. 생성된 전자-정공쌍을 분리하기 위해서 전기의 높낮이를 형성한다. 전기적으로 음극성에 가까운 p-형 반도체와 전기적으로 양극성인 n-형 반도체를 접합하면 전기의 높은 지역과 낮은 지역이 구분된다. 빛 흡수로 생성된 전자-정공쌍은 p-n 접합 전위 차에 의해 분리된다. 분리된 전자와 정공은 전극을 통해서 외부로 전력을 공급할 수 있도록 한다. 이렇게 자연친화적으로 청정한 전기 생성 소자인 태양전지는 다양한 전자제품의 전력공급원으로 사용 가능하다.A solar cell is a light-to-electricity conversion device that converts a light source into electric energy. When solar cells are irradiated with light, silicon absorbs light to generate electron-hole pairs. To separate the generated electron-hole pairs, an electric elevation is formed. When a p-type semiconductor which is electrically close to a negative polarity and an n-type semiconductor which is electrically polarized are bonded to each other, a high electric region and a low electric region are distinguished. The electron-hole pairs generated by light absorption are separated by the p-n junction potential difference. The separated electrons and holes allow the power to be supplied to the outside through the electrodes. Solar cells, which are environmentally friendly and clean electricity generation devices, can be used as power sources for various electronic products.
한편 필드에서 목표 수명을 다한 실리콘 태양전지 또는 공정 중 발생한 불량 태양전지는 화학적으로 식각함으로써 재사용 가능하다. 수명을 다한 실리콘 태양전지 또는 공정 중 발생한 불량 태양전지를 재사용하기 위한 화학적 식각 방법을 도 1을 참조하여 부연 설명하면,On the other hand, a silicon solar cell that has reached the target lifetime in the field or a defective solar cell generated during the process can be reused by chemically etching. A chemical etching method for reusing a silicon solar cell or a defective photovoltaic cell produced during a process is described in more detail with reference to FIG. 1,
우선 도 1은 일반적인 태양전지 재사용을 위한 화학적 식각 모식도를 도시한 것이다.First, FIG. 1 shows a chemical etching scheme for general solar cell reuse.
도 1을 참조하면, 목표 수명을 다한 실리콘 태양전지는 (a)에 도시한 바와 같이 은 전극(Ag electrode), 반사 방지막(Anti-Reflection Coating:ARC, SiNx), 에미터(Emitter)층, PN접합부, 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 전극이 순차 적층된 구조를 갖는다.Referring to FIG. 1, as shown in FIG. 1A, a silicon solar cell having a target life span is formed of a silver electrode, an anti-reflection coating (ARC, SiNx), an emitter layer, A silicon (Si) electrode, and an aluminum (Al) electrode are stacked in this order.
이러한 구조의 태양전지 식각은 우선 질산 혹은 질산과 불산의 혼합 용액을 사용하여 은(Ag) 전극을 식각하며, 후면 전극인 알루미늄(Al) 전극은 수산화칼륨(KOH)를 사용하여 제거한다. 아울러 반사 방지막과 에미터층은 
그러나 반사 방지막과 에미터층을 제거하기 위해 사용되는 화학물질은 환경 및 사람에 유해한 화학물질이기 때문에, 유해 화학물질의 사용을 최대한 억제하면서 태양전지 웨이퍼를 재자원화할 수 있는 새로운 개념의 재자원화 혹은 재활용 방법이 요구된다.However, since the chemicals used to remove the antireflection film and the emitter layer are chemicals that are harmful to the environment and human beings, a new concept of recycling or recycling that can recycle solar cell wafers while minimizing the use of harmful chemicals Method is required.
이에 본 발명은 상술한 단점을 해결하기 위해 창안된 발명으로써, 유해 화학물질의 사용을 최대한 억제하면서 태양전지 웨이퍼를 재자원화할 수 있는 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법을 제공함에 있으며,SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the aforementioned drawbacks, and it is an object of the present invention to provide a method for recycling solar cell wafers capable of recycling solar cell wafers while minimizing the use of toxic chemicals.
더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 유해 화학물질을 사용하지 않고서도 반사 방지막과 에미터층을 효과적으로 제거함은 물론, 대량생산에 적용할 수 있는 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법을 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for recycling solar cell wafers which can effectively remove the antireflection film and the emitter layer without using harmful chemicals and can be applied to mass production.
또 다른 본 발명의 목적은 태양전지 공정에 재사용될 수 있는 균일한 웨이퍼 두께를 확보할 수 있는 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법을 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a method for recycling solar cell wafers that can ensure a uniform wafer thickness that can be reused in a solar cell process.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided a method for recycling solar cell wafers,
질산 용액 혹은 질산 용액이 포함된 혼합용액을 사용하여 태양전지 일면에 형성된 은 전극을 에칭하여 제거하는 단계와;Etching the silver electrode formed on one surface of the solar cell using a mixed solution containing a nitric acid solution or a nitric acid solution;
에칭 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 공정을 통해 상기 은 전극이 제거된 태양전지 일면에 형성되어 있는 반사 방지막과 에미터층을 제거하는 단계와;Removing the antireflection film and the emitter layer formed on one surface of the solar cell from which the silver electrode is removed through a screen printing process using an etching paste;
수산화칼륨 용액을 사용하여 상기 태양전지의 또 다른 일면에 형성되어 있는 알루미늄 후면 전극을 제거하여 실리콘 웨이퍼를 재생하는 단계;를 포함함을 특징으로 하며,And removing the aluminum back electrode formed on the other surface of the solar cell using a potassium hydroxide solution to regenerate the silicon wafer,
상기 반사 방지막과 에미터층을 제거하는 단계는,Wherein the step of removing the antireflection film and the emitter layer comprises:
은 전극이 제거된 태양전지 일면에 스크린 프린팅 공정을 이용해 에칭 페이스트를 인쇄하는 단계와;Printing an etching paste on one surface of the solar cell from which the electrode is removed using a screen printing process;
에칭 페이스트 인쇄된 태양전지를 지정 온도에서 지정 시간 동안 가열하는 단계와;Heating an etched paste printed solar cell at a specified temperature for a specified time;
탈이온수 혹은 수산화칼륨 용액을 이용하여 가열된 태양전지를 클리닝시키는 단계;를 더 포함함을 특징으로 한다.And cleaning the heated solar cell using deionized water or potassium hydroxide solution.
상술한 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명은 목표 수명을 다한 실리콘 태양전지 또는 공정 중 발생한 불량 태양전지를 화학적으로 식각하되, 질산용액을 사용하여 은 전극을 제거함으로써 부가가치가 있는 은을 정상적으로 회수할 수 있으며,According to the present invention, it is possible to chemically etch a silicon solar cell or a defective solar cell generated during a process that has reached its target life span, and to remove the silver electrode using a nitric acid solution, In addition,
불화수소(HF)와 같은 독성 화학약품을 사용하지 않고 스크린 프린팅 공정을 통한 에칭 페이스트를 통해 반사 방지막과 에미터층, PN접합부를 효율적으로 제거할 수 있어 환경 친화적인 태양전지 웨이퍼 재자원화 기법을 제공할 수 있다.It is possible to efficiently remove the antireflection film, the emitter layer and the PN junction through the etching paste through the screen printing process without using a toxic chemical such as hydrogen fluoride (HF), thereby providing an environmentally friendly solar cell wafer recycling technique .
또한 수산화칼륨 용액으로 후면 전극 및 BSF(Back Surface Field) 층까지 제거함으로써, 초기 웨이퍼보다는 두께가 얇지만 상업용 태양전지 공정에 투입 가능한 재사용 웨이퍼를 얻을 수 있으며, 에칭 페이스트를 사용함으로써 식각 공정을 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 이점도 있다.By removing the back electrode and back surface field (BSF) layer with a potassium hydroxide solution, reusable wafers can be obtained that are thinner than the initial wafer but can be used in commercial solar cell processes. By using the etching paste, There is also an advantage to perform.
아울러 위험성 있는 화학물질을 사용하지 않음으로써, 화학물질 보관 장비 및 식각을 위한 별도의 장비가 필요 없어 태양전지 재활용 산업의 진입이 용이하다.In addition, since no dangerous chemicals are used, it is easy to enter the solar cell recycling industry as there is no need for chemical storage equipment and separate equipment for etching.
도 1은 일반적인 태양전지 재사용을 위한 화학적 식각 모식도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법에 따른 태양전지 에칭 공정 흐름 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질산 용액으로 에칭하여 은 전극이 제거된 태양전지 기판 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 스크린 프린팅 공정을 이용하여 에칭 페이스트가 인쇄된 태양전지 전면 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반사 방지막과 에미터층이 제거된 태양전지 전면 SEM 측정결과 예시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 반사 방지막과 에미터층이 제거된 SEM-EDS 측정결과 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 수산화칼륨 용액으로 후면 전극이 제거된 태양전지 후면의 SEM-EDS 측정결과 예시도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 에칭 처리 완료된 태양전지 웨이퍼 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a chemical etching process for general solar cell reuse. FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a solar cell,
3 is a view illustrating a solar cell substrate in which a silver electrode is removed by etching with a nitric acid solution according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating an entire surface of a solar cell on which an etching paste is printed using a screen printing process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an SEM measurement result of a front side of a solar cell in which an antireflection film and an emitter layer are removed according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 6 is an exemplary SEM-EDS measurement result in which an antireflection film and an emitter layer are removed according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is an exemplary SEM-EDS measurement result of the rear surface of a solar cell having a rear electrode removed by a potassium hydroxide solution according to an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 8 is an exemplary solar cell wafer etched according to an embodiment of the present invention;
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성과 같은 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법에 따른 태양전지 에칭 공정 흐름도를 예시한 것이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질산 용액으로 에칭하여 은 전극이 제거된 태양전지 기판을, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 스크린 프린팅 공정을 이용하여 에칭 페이스트가 인쇄된 태양전지 전면을 각각 예시한 것이다.FIG. 2 illustrates a flowchart of a solar cell etching process according to a method for recycling solar cell wafers according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a solar cell with a silver electrode removed by etching with a nitric acid solution according to an embodiment of the present invention. 4 shows a front view of a solar cell on which an etching paste is printed using a screen printing process according to an embodiment of the present invention, respectively.
아울러 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 반사 방지막과 에미터층이 제거된 태양전지 전면 SEM(Scanning Electron Microscope) 측정결과를, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 반사 방지막과 에미터층이 제거된 SEM-EDS(Energy Dispersive Spectroscopy) 측정결과를, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 수산화칼륨 용액으로 후면 전극이 제거된 태양전지 후면의 SEM-EDS 측정결과를, 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 에칭 처리 완료된 태양전지 웨이퍼를 각각 예시한 것이다.5 shows results of scanning electron microscope (SEM) measurements of a front surface of a solar cell in which an antireflection film and an emitter layer are removed according to an embodiment of the present invention. 7 shows results of SEM-EDS measurement of the back surface of a solar cell in which a rear electrode is removed with a potassium hydroxide solution according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a graph showing the results of SEM-EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) Respectively. As shown in FIG.
우선 목표 수명을 다한 실리콘 태양전지(도 1의 (a)) 또는 공정 중 발생한 불량 태양전지 표면에는 태양전지 내부에서 발생한 전하들을 모으기 위해 도 2의 좌측에 도시한 바와 같이 은 전극(Ag electrode)이 존재한다. 은 전극은 태양전지 표면에 반원 형태로 존재하기 때문에 이를 제거하지 않고 예를 들어 기계적 연마(grinding)를 하게 되면, 은 전극과 태양전지의 단차로 인해 태양전지가 깨질 위험성이 있다.As shown in the left side of FIG. 2, a silver electrode (Ag electrode) is formed on the surface of a solar cell (FIG. 1 (a) exist. Since the silver electrode exists in a semicircular form on the surface of the solar cell, if it is subjected to, for example, mechanical grinding without removing it, there is a risk of breaking the solar cell due to the step difference between the silver electrode and the solar cell.
또한 은 전극의 경우 용액에 용해시켜 회수할 시 부가가치가 있으므로, 본 발명의 실시예에서는 질산 용액을 이용하여 은 전극을 우선적으로 제거한다. 물론 질산 용액을 포함하는 혼합 용액(예를 들면 질산 용액과 불산 용액)을 이용하여 은 전극을 제거할 수도 있을 것이다. 구체적으로는 상온의 질산 용액에서 은 전극을 제거하며 1분 내지 10분간 에칭 처리함으로써, 도 2의 좌측 두 번째 도면에서와 같이 태양전지 전(前)면의 은(Ag) 전극이 제거된 상태가 된다. 도 3은 질산 용액으로 에칭하여 은 전극이 제거된 태양전지 기판을 예시한 것이다.In addition, in the case of the silver electrode, silver electrode is preferentially removed by using a nitric acid solution in the embodiment of the present invention because silver is added in value when it is dissolved in a solution. Of course, the silver electrode may be removed by using a mixed solution containing a nitric acid solution (for example, a nitric acid solution and a hydrofluoric acid solution). Specifically, the silver electrode is removed from the nitric acid solution at room temperature and is etched for 1 minute to 10 minutes. As a result, the silver (Ag) electrode on the front surface of the solar cell is removed do. FIG. 3 illustrates a solar cell substrate in which a silver electrode is removed by etching with a nitric acid solution.
질산 용액을 이용하여 은 전극을 제거하면 이후 전면 전극(은 전극)이 제거된 상태의 태양전지 전면에 스크린 프린팅 공정을 이용해 상용화된 에칭 페이스트를 인쇄한다. 스크린 프린팅 공정을 에칭 페이스트가 인쇄된 태양전지 기판의 전면을 도 4에 예시하였다. 이후 오븐이나 벨트 퍼니스를 이용하여 320 내지 380℃ 온도에서 약 60초 내지 120초 동안 열을 가한다. 이와 같이 열을 가하는 동안 에칭이 진행된다. 인쇄된 에칭 페이스트는 탈이온수(Deionized water)나 0.05% 농도의 수산화칼륨(KOH) 용액을 이용하여 클리닝을 실시한다. 이러한 클리닝에 의해 태양전지 일면에 형성되어 있는 반사 방지막과 에미터층은 제거된다. 이와 같이 에칭 페이스트로 반사 방지막(ARC)과 에미터층이 제거된 태양전지 기판의 전면 SEM 측정결과와 SEM-EDS 측정결과를 각각 도 5와 도 6에 예시하였다.When the silver electrode is removed using a nitric acid solution, a commercially available etchant paste is printed on the entire surface of the solar cell where the front electrode (silver electrode) is removed by a screen printing process. A screen printing process is illustrated in Fig. 4, which is a front view of a solar cell substrate on which an etching paste is printed. Thereafter, heat is applied at 320 to 380 DEG C for about 60 to 120 seconds using an oven or a belt furnace. Thus, the etching proceeds while applying heat. The printed etching paste is cleaned using deionized water or a potassium hydroxide (KOH) solution at a concentration of 0.05%. By this cleaning, the antireflection film and the emitter layer formed on one surface of the solar cell are removed. The results of the front and side SEM measurements of the solar cell substrate in which the antireflection film (ARC) and the emitter layer are removed by the etching paste are shown in FIGS. 5 and 6, respectively.
에칭 페이스트로 반사 방지막(ARC)과 에미터층을 제거한 이후에는 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용하여 태양전지의 또 다른 일면, 즉 후면에 형성되어 있는 알루미늄 후면 전극 및 후면 전계를 제거한다. 즉, 수산화칼륨(KOH) 용액 160 내지 180℃에서 약 5분 내지 10분간 식각을 실시한다. 후면의 전극 및 전계가 식각되는 동안 전면의 실리콘 표면도 동시에 일부 식각이 되면서 에미터 영역이 같이 식각된다. 도 7은 수산화칼륨(KOH) 용액으로 태양전지의 후면 전극 및 전계가 제거된 후면 SEM-EDS의 측정 결과를 나타낸 것이다.After removing the antireflective coating (ARC) and the emitter layer with the etching paste, potassium hydroxide (KOH) solution is used to remove the aluminum back electrode and back electric field formed on the other surface of the solar cell, that is, the rear surface. That is, a potassium hydroxide (KOH) solution is etched at 160 to 180 ° C for about 5 to 10 minutes. During the etching of the rear electrode and the electric field, the entire surface of the silicon is etched at the same time, and the emitter region is etched in the same manner. FIG. 7 shows the measurement results of the rear surface electrode and the rear surface SEM-EDS of the solar cell using potassium hydroxide (KOH) solution.
상술한 바와 같은 각각의 단계를 거치면 도 8에 예시한 바와 같이 매끄러운 표면의 에칭 처리 완료된 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다.By performing the respective steps as described above, it is possible to obtain an etched silicon wafer having a smooth surface as illustrated in FIG.
상술한 바와 같이 본 발명은 목표 수명을 다한 실리콘 태양전지 또는 공정 중 발생한 불량 태양전지를 화학적으로 식각하되, 질산용액을 사용하여 은 전극을 제거함으로써 부가가치가 있는 은을 정상적으로 회수할 수 있으며,As described above, the present invention can chemically etch a silicon solar cell that has reached its target lifetime or a defective solar cell generated during a process, and can remove silver with a nitric acid solution to recover silver with added value,
불화수소(HF)와 같은 독성 화학약품을 사용하지 않고 스크린 프린팅 공정을 통한 에칭 페이스트를 통해 반사 방지막과 에미터층, PN접합부를 효율적으로 제거할 수 있어 환경 친화적인 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법이라 할 수 있다.It is possible to efficiently remove the antireflection film, the emitter layer and the PN junction through the etching paste through the screen printing process without using a toxic chemical such as hydrogen fluoride (HF), thereby being an environmentally friendly method for recycling solar cell wafers have.
또한 수산화칼륨 용액으로 후면 전극 및 BSF(Back Surface Field) 층까지 제거함으로써, 초기 웨이퍼 보다는 두께가 얇지만 상업용 태양전지 공정에 투입 가능한 재사용 웨이퍼를 얻을 수 있으며, 에칭 페이스트를 사용함으로써 식각 공정을 빠르고 정확하게 수행할 수 있는 이점도 있다.By removing the back electrode and back surface field (BSF) layer with a potassium hydroxide solution, reusable wafers can be obtained that are thinner than the initial wafer but can be used in commercial solar cell processes. By using the etching paste, There is also an advantage to perform.
아울러 위험성 있는 화학물질을 사용하지 않음으로써, 화학물질 보관 장비 및 식각을 위한 별도의 장비가 필요 없어 태양전지 재활용 산업의 진입이 용이하다 할 수 있다.In addition, since no hazardous chemicals are used, there is no need for separate equipment for chemical storage and etching, which makes it easy to enter the solar cell recycling industry.
이상은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.
Claims (2)
질산 용액 혹은 질산 용액이 포함된 혼합 용액을 사용하여 태양전지 일면에 형성된 은 전극을 에칭하여 제거하는 단계와;
에칭 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 공정을 통해 상기 은 전극이 제거된 태양전지 일면에 형성되어 있는 반사 방지막과 에미터층을 제거하는 단계와;
수산화칼륨 용액을 사용하여 상기 태양전지의 또 다른 일면에 형성되어 있는 알루미늄 후면 전극을 제거하여 실리콘 웨이퍼를 재생하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법.
A method for recycling a solar cell wafer,
Etching the silver electrode formed on one surface of the solar cell using a mixed solution containing a nitric acid solution or a nitric acid solution;
Removing the antireflection film and the emitter layer formed on one surface of the solar cell from which the silver electrode is removed through a screen printing process using an etching paste;
And removing the aluminum back electrode formed on the other surface of the solar cell using a potassium hydroxide solution to regenerate the silicon wafer.
은 전극이 제거된 태양전지 일면에 스크린 프린팅 공정을 이용해 에칭 페이스트를 인쇄하는 단계와;
에칭 페이스트 인쇄된 태양전지를 지정 온도에서 지정 시간 동안 가열하는 단계와;
탈이온수 혹은 수산화칼륨 용액을 이용하여 가열된 태양전지를 클리닝시키는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 태양전지 웨이퍼 재자원화 방법.
The method according to claim 1, wherein the step of removing the anti-
Printing an etching paste on one surface of the solar cell from which the electrode is removed using a screen printing process;
Heating an etched paste printed solar cell at a specified temperature for a specified time;
Cleaning the heated solar cell using deionized water or potassium hydroxide solution.
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