KR20180031965A - 일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치 및 이를 적용한 태양전지 기판 도금방법 - Google Patents

일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치 및 이를 적용한 태양전지 기판 도금방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일면 침적 방식을 이용하여 기판의 도금공정을 진행하는 경우, 기판의 휨 현상을 빠르게 완화하여 도금 두께 편차 발생을 최소화할 수 있는 태양전지 기판 도금장치 및 도금방법에 관한 것으로서, 기판의 수평이동을 위한 롤러부의 도입부에 널링 롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치 및 이를 적용한 태양전지 기판 도금방법{PLATING APPARATUS COMPRISING KNURLING ROLLER FOR SOLAR CELL SUBSTRATE IN ONE SIDE DIP METHOD AND PLATING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 일면 침적 방식을 이용하여 피도금체인 태양전지 기판을 도금하는 기술에 관한 것이다.
태양전지를 제조하기 위해서는 기판에 회로를 형성해야 한다. 회로를 형성하는 기술은 종래의 스크린 프린팅(screen printing) 방식과 도금 방식으로 분류될 수 있다. 스크린 프린팅 방식은 은 페이스트를 이용한 인쇄 방식으로서 은(Ag)의 가격상승으로 인한 가격경쟁력의 문제뿐만 아니라, 은 페이스트를 구성하는 바인더 및 글라스 비드 등의 불순물에 따른 전기 전도도의 저하에 따른 전기 변환 효율의 한계로 인해서, 최근에는 도금을 이용한 공법들이 활발히 연구되고 있는 상황이다.
도 1은 소성 공정 후 후면 알루미늄 전극과 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수 차이로 인해 발생한 휨 현상을 나타내고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 후면 알루미늄 전극이 인쇄된 태양전지의 기판은 소성(열처리)과정 중 실리콘 웨이퍼와 후면 알루미늄 전극의 열팽창 계수 차이에 의해 알루미늄 전극이 인쇄된 방향으로 말려버리는 휨(bowing)현상이 발생하게 된다.
이러한 휨 현상은 수평 도금 장비에서 태양전지와 맞닿는 용액의 표면장력에 의하여 완화될 수 있다. 도 2는 용액의 표면장력에 의한 태양전지 기판의 휨 현상이 완화되는 것을 나타낸다.
그런데, 태양전지 제조장비의 각 배쓰(bath)의 도입부에 사용되는 통 롤러는 액절 기능을 갖는 롤러로서, 용액에 90% 이상 침적된 상태로 회전하게 된다. 통 롤러가 회전시 매끄러운 표면을 따라 롤러에 묻은 용액은 흘러내리게 된다. 이러한 도입부의 통 롤러 구조 때문에 휨 현상이 발생한 기판은 일정거리를 이동해야만 도금면에 용액이 충분히 접촉하여 표면 장력에 의해 휨현상이 완화될 수 있다.
도 3은 종래 각 배쓰의 도입부에 종래 통 롤러가 사용된 경우 태양전지 기판이 일정 거리를 진행한 이후에 휘어 있던 기판이 펴지고, 용액과 완전히 접촉하게 되는 것을 나타내고 있다. 이처럼 태양전지 기판의 도금면이 용액에 완전히 접촉되지 않은 채 공정이 진행되면, 도금 공정 및 도금을 위한 전후 처리 공정 모두에서 도금 두께의 균일도가 저하되는 문제점이 발생한다. 통 롤러 적용시 배쓰 내 용액의 수위를 높여 휨 현상을 도입부부터 완화시킬 수 있지만, 이 경우에 용액이 태양전지 후면으로 진입하는 현상을 야기한다. 용액이 태양전지의 알루미늄 후면 전극과 접촉하게 되면 후면 전극에 손상을 유발하여 태양전지 효율 하락의 요인으로 작용할 수 있다.
본 발명의 발명가는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 많은 연구와 노력을 한 끝에 본 발명을 완성하게 되었다.
관련한 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0137934호(2012. 12. 24 공개, 태양전지용 기판 및 그 제조방법)가 있다.
본 발명은 일면 침적 방식을 이용하여 피도금체인 태양전지 기판을 도금하는 경우, 소성공정 등에 의하여 기판의 휨이 발생하고, 이러한 휨 현상을 조기에 극복하여 도금 두께 불균일도를 해결할 수 있는 태양전지 기판 도금장치 및 이를 적용한 태양전지 기판 도금방법을 제공하는 것이다.
또한, 널링 롤러를 포함하는 수평 반송 라인에 의하여 도금 공정 및 전후처리 공정이 IN LINE으로 이루어질 수 있는 태양전지 기판 도금장치 및 도금방법을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
이와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 일면 침적 방식을 이용하여 피도금체인 태양전지 기판의 일면을 도금하는 태양전지 기판 도금장치에 있어서,
도금액을 수용하는 도금조(bath);
상기 기판의 일면이 상기 도금조의 도금액에 침지된 상태에서 상기 기판을 수평이동시킬 수 있도록 일정간격으로 이격되어 배치되는 복수의 롤러부; 및
상기 도금조의 도금액에 침지되어 상기 기판의 일면에 도금을 진행하는 도금부를 포함하고,
상기 복수의 롤러부 중 상기 기판과 처음으로 접하는 도입부 롤러는 널링(knurning) 롤러로 형성되어, 상기 도금액의 표면장력에 의하여 상기 기판의 휨을 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는,
일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치를 제공하는 것이다.
상기 도금은 광유도 도금 또는 순방향 바이어스 도금(Forward Bias Plating)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일면은 일면 침적 방식을 이용하여 피도금체인 태양전지 기판의 일면을 도금하는 태양전지 기판 도금방법에 있어서,
상기 기판에 니켈을 도금하는 니켈 도금 공정;
상기 기판에 구리를 도금하는 구리 도금 공정; 및
상기 기판에 주석(또는 은)을 도금하는 주석(또는 은) 도금 공정을 포함하고,
상술한 각각의 공정에 있어서 수평 반송 라인에 의하여 상기 기판을 수평이동시키되, 상기 수평 반송 라인은 도입부가 널링 롤러로 형성된 복수의 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금방법을 제공하는 것이다.
상기 기판의 드릴링 공정 중 발생한 스미어(smear)를 제거하는 디스미어(desmear) 공정;
상기 기판 상의 불순물을 제거하는 디글레이즈(deglaze) 공정; 및
무전해 도금을 위한 촉매처리 전에 상기 기판 표면의 활성화를 위하여 하는 해당 용액에 상기 기판을 침지시키는 프리딥 공정을 더 포함하고,
상술한 각각의 공정에 있어서 수평 반송 라인에 의하여 상기 기판을 수평이동시키되, 상기 수평 반송 라인은 도입부가 널링 롤러로 형성된 복수의 롤러부를 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양전지 기판 도금장치 및 이를 적용한 태양전지 기판 도금방법을 이용하면 기판의 휨 현상으로 인한 도금 두께 불균일도를 해결할 수 있다.
또한, 널링 롤러를 포함하는 수평 반송 라인에 의하여 도금 공정 전체가 진행되어, 일관된 프로세스를 구축하고, 작업 효율의 개선하며, 처리시간을 단축할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 소성 공정 후 후면 알루미늄 전극과 실리콘 웨이퍼의 열팽창 계수 차이로 인해 발생한 휨 현상을 나타내는 도면이다.
도 2는 용액의 표면장력에 의한 태양전지 기판의 휨 현상이 완화되는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 각 배쓰의 도입부에 종래 통 롤러가 사용된 경우 태양전지 기판이 일정 거리를 진행한 이후에 휘어 있던 기판이 펴지고, 용액과 완전히 접촉하게 되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도금조의 도입부에 통 롤러가 아닌 널링 롤러를 구비하여 기판의 휨 현상이 도입부부터 완화되는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도금조에서 기판이 도금되는 것을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 널링 롤러의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 널링 롤러의 3D 이미지를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금방법의 도금 공정 및 전후처리 공정을 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
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.
이하, 본 발명에 따른 일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치 및 도금방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서, 도금조(10)의 도입부에 통 롤러가 아닌 널링 롤러(100)를 구비하여 기판의 휨 현상이 도입부부터 완화되는 것을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도금조(10)에서 기판이 도금되는 것을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일면 침적 방식에서의 널링 롤러(100)를 포함하는 태양전지 기판 도금장치는 도금조(10)의 도입부에 널링 롤러(100)를 사용한다.
본 발명에 따른 일면 침적 방식에서의 널링 롤러(100)를 포함하는 태양전지 기판 도금장치는 도금조(10), 복수의 롤러부(30), 도금부(20)를 포함하되, 복수의 롤러부(30) 중 도금조(10)에 침지되어 기판(S)과 처음으로 접하는 도입부 롤러가 널링 롤러(100)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도금조(10)는 도금액을 수용하며, 도금조(10)에 수용된 도금액에 의하여 기판(S)의 도금이 진행된다. 도금조(10)에 수용된 도금액에는 복수의 롤러부(30)가 잠겨 있고, 도금부(20) 또한 도금액에 완전 침지되어 있다.
복수의 롤러부(30)를 구성하는 각각의 롤러는 수평으로 나란히 배열되되, 일정간격 이격된다. 수평으로 나열된 복수의 롤러부(30) 상부를 따라서 기판이 이동하게 된다. 이때, 복수의 롤러부(30)를 구성하는 각각의 롤러는 액절 기능을 가진 롤러로서 90% 이상 도금액에 침적된 상태로 회전하게 된다. 롤러가 회전함에 따라서 롤러 상부에 위치하는 기판은 수평 이동할 수 있게 된다.
이때, 도금액에 침지된 채로 기판을 수평이동시키는 복수의 롤러부(30) 중 기판과 처음으로 접하는 도입부의 롤러는 널링 롤러(100)로 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 널링 롤러(100)는 롤러가 회전하면서 톱니바퀴 형태의 틈에 도금액을 머금고 회전하게 된다. 널링 롤러(100)의 틈에 담긴 도금액에 의하여 기판이 널링 롤러(100)와 접촉하여 통과하는 순간부터 기판의 도금면에 도금액이 충분히 접촉하게 된다. 이러한 도금액과 기판의 도금면의 충분한 접촉 때문에 도금액에 의한 표면장력으로 기판의 휨이 빠르게 펴지게 된다.
이렇게, 기판의 휨이 도금조(10)의 도입부부터 펴지게 되면, 기판의 도금면 전체에 도금이 균일하게 진행되어, 도금 두께의 균일도를 크게 향상시킬 수 있게 된다. 종래와 같이 도입부가 널링 롤러(100)가 아닌 통 롤러로 구성되면 기판의 도금면이 도금액에 완전히 접촉되지 않은 채 도금 공정이 진행되고, 이 경우 도금 두께의 편차가 발생하여 기판 내의 도금 두께의 균일도가 저해되는 문제점이 있었으나, 본 발명에서와 같이 도입부의 롤러를 톱니바퀴 형태의 틈을 갖는 널링 롤러(100)로 구성함으로써, 이러한 문제점을 해결할 수 있게 된다.
즉, 도입부에 널링 롤러(100)를 적용함으로써 기판이 도입부 롤러를 통과하면서부터 도금액에 접촉되고, 도금액의 표면장력에 의하여 기판이 도금부(20)부터 펴진 상태로 도금조(10)의 복수의 롤러부(30) 상을 이동하면서 도금이 진행될 수 있다.
이때 널링 롤러(100)의 자세한 도면은 도 6 내지 도 7에 나타나 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 널링 롤러(100)의 측면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 널링 롤러(100)의 3D 이미지를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 7을 참조하면 널링 롤러(100)는 원통형 본체의 외주에 본체의 길이방향을 따라서 다수의 틈이 형성되어 있다. 이러한 틈에 도금액이 수용되고, 도금액을 틈에 수용한 채로 롤러가 회전하게 되는 것이다.
이때의 틈 간격은 롤러가 회전하면서도 많은 양의 도금액을 수용할 수 있어야 한다. 틈 사이의 간격이 너무 좁거나 너무 넓지 형성되지 않아야 하며, 롤러의 회전 속도에 따라 틈 사이 간격은 다른 간격으로 형성될 수 있다.
도금부(20)는 도금조(10)의 도금액에 완전히 침지되어 기판의 일면에 도금을 진행하게 된다. 이때 도금부(20)의 도금은 광유도 도금 또는 순방향 바이어스 도금을 포함할 수 있다.
이를 위하여 본 발명에 따른 도금부(20)는 도금조(10)에 침지된 광유도 도금유닛(21) 및 순방향 바이어스 도금유닛(22)을 포함한다.
광유도 도금유닛(21)은 복수의 롤러부(30) 상을 이동하는 기판에 빛을 조사하여 광유도 도금을 실시하게 된다. 이때 광유도 도금유닛(21)은 복수의 롤러부(30)의 각 롤러 사이에 기판의 수평이동방향을 따라 배치된다. 광유도 도금유닛(21)은 복수의 LED를 포함하여, LED로부터의 빛이 기판에 조사되어 기판에 광유도 도금을 실시하게 된다.
순방향 바이어스 도금유닛(22)은 양극부재, 음극부재,전원부 및 통전부를 포함한다. 양극부재를 통하여 기판에 순방향 바이어스 도금을 실시하게 된다. 양극부재가 도금액에 침지되어 전원부로부터 공급된 전류를 유출하게 된다. 이러한 양극부재에는 산화반응이 진행된다. 전원부에서 공급된 전류가 양극부재와 도금액을 거쳐 기판에 전달되어 기판의 도금을 진행하게 되고, 기판을 거친 전류는 통전부를 지나 음극부재를 거쳐 전원부로 순환하게 된다.
태양전지용 기판에 대한 도금 공정에 있어서, 막의 균일한 도포성과, 우수한 층간 접착력을 얻기 위해 씨드 레이어(seed layer) 를 기판 표면에 형성시키는 것이 좋다. 이를 위해서, 도금조(10)의 중앙 부근에 위치하는 LED 램프 광원을 켜고, 도금조(10) 상부에 수평으로 단면 침지되어있는 피도금체인 기판을 향해 빛(L)을 조사하여 광유도 도금을 실시하거나 또는 LED 램프 광원을 끄고, 전류를 공급하여 순방향 바이어스 도금을 실시할 수 있다. 이로써 기판의 단면에 씨드 레이어를 형성하여 기판 표면의 전기전도도(conductivity)를 개선해 줄 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 일면 침적 방식에서의 널링 롤러(100)를 포함하는 태양전지 기판 도금방법의 도금 공정 및 전후처리 공정을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 도금 공정 및 전후처리 공정은 수평 반송 라인에 의하여 공정 전체가 진행될 수 있다. 수평 반송 라인에 의한 수평 반송식 도금공정의 진행을 통하여 도금공정의 일관된 프로세스를 구축하고, 도금작업효율을 개선할 수 있으며, 처리시간을 크게 단축할 수 있다. 또한 핸들링이 곤란한 박판의 기판에 대응이 매우 용이하다.
이때, 수평 반송 라인에 의한 도금 공정 및 전후처리 공정의 진행에 있어서, 각 공정을 구성하는 수평 반송 라인의 복수의 롤러부(30)에 도입부에 널링 롤러(100)가 형성될 수 있다.
널링 롤러(100)를 포함하는 복수의 롤러부(30)의 구성은 니켈, 구리 또는 주석(또는 은) 도금 공정뿐만 아니라, 전후처리 공정으로서, 디스미어 공정, 디글레이즈공정, 프리딥 공정 등의 수평 반송 라인에도 포함될 수 있다.
즉, 균일한 도금 전극을 형성하기 위하여 도금공정뿐만 아니라 도금공정과 연관된 전후처리 공정에 널링 롤러(100)를 적용하여 도금액이 태양전지 기판에 원활히 접촉하여 도금 두께의 균일도를 개선함과 동시에 도금액에 의한 후면 손상을 방지할 수 있다.
결국, 본 발명을 이용하여 태양전지 도금을 진행하게 되면, 수평 반송 라인을 통한 작업의 효율성 제고 및 널링 롤러(100)를 포함한 복수의 롤러부(30)의 구성을 통한 도금 두께 개선을 달성할 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
S: 기판
10: 도금조
20: 도금부
21: 광유도 도금유닛
22: 순방향 바이어스 도금유닛
30: 복수의 롤러부
100: 널링 롤러

Claims (4)

  1. 일면 침적 방식을 이용하여 피도금체인 태양전지 기판의 일면을 도금하는 태양전지 기판 도금장치에 있어서,
    도금액을 수용하는 도금조(bath);
    상기 기판의 일면이 상기 도금조의 도금액에 침지된 상태에서 상기 기판을 수평이동시킬 수 있도록 일정간격으로 이격되어 배치되는 복수의 롤러부; 및
    상기 도금조의 도금액에 침지되어 상기 기판의 일면에 도금을 진행하는 도금부를 포함하고,
    상기 복수의 롤러부 중 상기 기판과 처음으로 접하는 도입부 롤러는 널링(knurning) 롤러로 형성되어, 상기 도금액의 표면장력에 의하여 상기 기판의 휨을 시킬 수 있는 것을 특징으로 하는,
    일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도금부의 도금은 광유도 도금 또는 순방향 바이어스 도금(Forward Bias Plating)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금장치.
  3. 일면 침적 방식을 이용하여 피도금체인 태양전지 기판의 일면을 도금하는 태양전지 기판 도금방법에 있어서,
    상기 기판에 니켈을 도금하는 니켈 도금 공정;
    상기 기판에 구리를 도금하는 구리 도금 공정; 및
    상기 기판에 주석(또는 은)을 도금하는 주석(또는 은) 도금 공정을 포함하고,
    상술한 각각의 공정에 있어서 수평 반송 라인에 의하여 상기 기판을 수평이동시키되, 상기 수평 반송 라인은 도입부가 널링 롤러로 형성된 복수의 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판의 드릴링 공정 중 발생한 스미어(smear)를 제거하는 디스미어(desmear) 공정;
    상기 기판 상의 불순물을 제거하는 디글레이즈(deglaze) 공정; 및
    무전해 도금을 위한 촉매처리 전에 상기 기판 표면의 활성화를 위하여 하는 해당 용액에 상기 기판을 침지시키는 프리딥 공정을 더 포함하고,
    상술한 각각의 공정에 있어서 수평 반송 라인에 의하여 상기 기판을 수평이동시키되, 상기 수평 반송 라인은 도입부가 널링 롤러로 형성된 복수의 롤러부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    일면 침적 방식에서의 널링 롤러를 포함하는 태양전지 기판 도금방법.
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