KR20180095413A - Methods for making a solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지를 다수 개로 분할하고 이를 겹쳐 배열한 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell in which solar cells are divided into a plurality of solar cells and the solar cells are stacked on top of each other.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고, 이에 따라 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 태양 전지가 주목 받고 있다.Recently, as energy resources such as oil and coal are expected to be depleted, interest in alternative energy to replace them is increasing, and solar cells that produce electric energy from solar energy are attracting attention.
일반적인 태양전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)에 의해 p-n 접합을 형성하는 반도체부, 그리고 서로 다른 도전성 타입의 반도체부에 각각 연결된 전극을 구비해 만들어진다. 이 같은 구성의 태양전지는 여러 장을 연결시켜 만든 태양전지 모듈을 이용해 발전하고 전력을 얻는다.Typical solar cells are made up of semiconductors that form p-n junctions of different conductivity types, such as p-type and n-type, and electrodes that are connected to semiconductor units of different conductivity types, respectively. This type of solar cell uses solar cell modules made by connecting several sheets to generate power and power.
태양전지의 발전 효율을 좋게 하기 위한 하나의 방법으로 규격화된 태양전지, 156 * 156(mm) 크기의 웨이퍼를 사용해 만든 태양전지 하나를 여러 개로 분할해 컷 셀을 만들고, 이 컷 셀들을 연결시켜 만든 태양전지 모듈이 제안되었다.One way to improve the efficiency of solar cell generation is to make a cut cell by dividing one solar cell made using standardized solar cell, 156 * 156 (mm) size wafer, and connecting these cut cells A solar cell module has been proposed.
태양전지의 분할은 태양전지에서 사용하는 기판이 반도체이므로, 반도체의 스크라이브(scribe) 공정이 채용된다. 스크라이브 공정은 웨이퍼를 다수의 칩으로 잘라내기 위해 다이아몬드 커터, 레이저 등으로 웨이퍼의 표면에 홈을 내는 과정을 일컫는다.Since the substrate used in the solar cell is a semiconductor, a scribing process of a semiconductor is adopted. The scribing process refers to a process of grooving the surface of a wafer with a diamond cutter or a laser to cut the wafer into a plurality of chips.
본 발명과 관련해서, 태양전지에 레이저를 조사하는 경우 레이저에 의해 레이저가 조사된 부분이 열화되는 문제가 발생한다. 여기서 열화는 결함(defects) 또는 댕글링 결합(dangling bonds)의 수가 늘어나는 것 등을 이유로 효율이 떨이지는 현상을 말하며, 필 팩터(FF) 값을 통해 손쉽게 확인할 수가 있다. 태양전지의 열화가 커질수록, 필 팩터 값은 떨어진다In relation to the present invention, when a laser beam is irradiated on a solar cell, there arises a problem that a portion irradiated with the laser beam is deteriorated. Here, deterioration is a phenomenon in which efficiency is reduced due to defects or the increase in the number of dangling bonds, and can easily be confirmed through the value of the fill factor (FF). The larger the deterioration of the solar cell, the lower the fill factor value
한편, 태양전지에서 주요하게 사용되는 실리콘 박막은 실리콘의 결정형에 따라 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘으로 나눌 수 있다. 이 중 비정질 실리콘의 경우 열역학적으로 불안정할 뿐만 아니라, 결정형 실리콘(단결정 및 다결정 실리콘을 말함)보다 광 흡수 계수가 10배 이상 높아 레이저를 조사하면, 빛 에너지를 잘 흡수해 결정형 실리콘보다 심하게 열화가 되는 문제가 있다.On the other hand, silicon thin films mainly used in solar cells can be divided into single crystal silicon, polycrystalline silicon and amorphous silicon depending on the crystal type of silicon. Of these, amorphous silicon is thermodynamically unstable, and its light absorption coefficient is 10 times higher than that of crystalline silicon (monocrystalline and polycrystalline silicon). When a laser is irradiated, it absorbs light energy more seriously than crystalline silicon there is a problem.
이상의 설명은 비정질 실리콘에 한정해서 열화 문제를 설명했으나, 다결정 실리콘 박막 및 금속 산화물의 경우에도 단결정 실리콘 박막에 비해 열화되는 정도가 심해, 스크라이빙 공정 후 막 특성이 크게 떨어지는 문제가 있다.Although the above explanation describes the deterioration problem only for amorphous silicon, the polycrystalline silicon thin film and the metal oxide also have a problem that the degree of deterioration is greater than that of the single crystal silicon thin film and the film characteristics after the scribing process are greatly deteriorated.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 레이저 조사에 의해 열화된 태양전지를 회복시키는데 있다.The present invention has been made in view of such technical background, and is intended to recover a solar cell deteriorated by laser irradiation.
본 발명의 일 실시예에서는 태양전지의 일부를 구성하는 박막 위로 스크라이빙 선을 따라 레이저를 조사하는 스크라이빙 단계, 상기 레이저가 조사된 상기 박막에 열을 공급하는 회복 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법을 개시한다.In an embodiment of the present invention, a scribing step of irradiating a laser along a scribe line above a thin film constituting a part of a solar cell, and a recovery step of supplying heat to the thin film irradiated with the laser, And a method for producing the same.
상기 박막은 비정질 실리콘층, 단결정 실리콘층, 다결정 실리콘층 또는 금속 산화물층 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 박막은 상기 태양전지에서 후면 전계부를 형성하고 있을 수 있다.The thin film may include at least one of an amorphous silicon layer, a single crystal silicon layer, a polycrystalline silicon layer, and a metal oxide layer, and the thin film may form a rear electric field portion in the solar cell.
상기 태양전지는 단결정 실리콘으로 이뤄진 반도체 기판을 포함할 수 있다.The solar cell may comprise a semiconductor substrate of monocrystalline silicon.
상기 일 실시예의 제조 방법은 상기 스크라이빙 단계에 이어서 바로 상기 회복 단계가 인-라인으로 실시될 수 있다.The manufacturing method of one embodiment may be performed in-line following the scribing step.
상기 회복 단계는, 상기 열과 함께 빛을 동시에 공급할 수도 있고, 상기 회복 단계에서 상기 빛의 광도가 100W/m2 내지 30,000 W/m2이거나 바람직하게 100W/m2 내지 20,000 W/m2일 수 있다.The recovering step may simultaneously supply light with the heat, and in the recovering step, the luminous intensity of the light may be 100 W / m 2 to 30,000 W / m 2, or preferably 100 W / m 2 to 20,000 W / m 2 .
상기 회복 단계에서 상기 빛의 파장은 300nm 내지 1,000nm이거나, 바람직하게 400nm 내지 800nm일 수 있다. In the recovery step, the wavelength of the light may be 300 nm to 1,000 nm, or preferably 400 nm to 800 nm.
상기 회복 단계에서 공정 온도가 100℃ 내지 300℃이거나, 바람직하게 200℃ 내지 300℃일 수 있다.In the recovery step, the process temperature may be 100 ° C to 300 ° C, or preferably 200 ° C to 300 ° C.
상기 회복 단계에서 공정 시간이 30초 내지 1시간이거나, 바람직하게 1분 내지 30분일 수 있다.In the recovery step, the processing time may be 30 seconds to 1 hour, or preferably 1 minute to 30 minutes.
상기 일 실시예의 제조 방법은 상기 스크라이빙 단계와 상기 회복 단계 사이에, 상기 태양전지를 다수의 컷 셀로 나누는 단계, 상기 컷 셀에 도전성 접착제를 도포하는 단계를 포함하고, 상기 도전성 접착제의 융점은 상기 회복 단계의 공정 온도 범위 내일 수 있다.The manufacturing method of one embodiment includes dividing the solar cell into a plurality of cut cells between the scribing step and the recovery step, and applying a conductive adhesive to the cut cells, wherein the melting point of the conductive adhesive is It may be within the process temperature range of the recovery step.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크라이빙 공정에서 태양전지가 레이저를 받아 열화되더라도 열화된 태양전지를 회복시킬 수 있고, 이에 따라 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, even when the solar cell receives a laser in the scribing process, the deteriorated solar cell can be recovered, thereby improving the power generation efficiency of the solar cell.
도 1은 컷 셀로 만들어진 태양전지 모듈의 개략적인 평면 모습을 보여준다.
도 2는 도 1의 단면 모습을 보여준다.
도 3은 모 셀을 전달하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A′선에 따른 단면 모습을 보여준다.
도 5는 태양전지의 개략적인 단층 구조를 예시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법이 실시되는 설비를 모식적으로 보여준다.
도 8은 회복 단계에서 열만 공급한 경우와 열과 빛을 함께 공급한 경우에 있어 시간에 따른 온도 변화를 보여준다.
도 9는 회복 단계가 컷 셀의 스트링과정에서 실시되는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법이 실시되는 설비를 모식적으로 보여준다.Fig. 1 shows a schematic plan view of a solar cell module made of cut cells.
Fig. 2 shows a sectional view of Fig.
3 is a view for explaining a method of transferring a mother cell.
4 shows a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG.
Figure 5 illustrates a schematic monolayer structure of a solar cell.
6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 schematically shows a facility in which a manufacturing method of a solar cell according to an embodiment of the present invention is implemented.
FIG. 8 shows a temperature change with time in the case of supplying only heat in the recovery step and in the case of supplying heat and light together.
9 is a flow chart illustrating a method in which a recovery step is performed in a string process of a cut cell.
10 schematically shows a facility in which a method of manufacturing a solar cell according to another embodiment of the present invention is implemented.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제 축척에 맞춰 도시되지 않을 수 있고. 형상이나 구조 역시 단순화해서 도시될 수 있다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description may be simplified or omitted. In addition, the various embodiments shown in the drawings are illustrative and may not be drawn to scale to facilitate illustration. The shape or structure can also be illustrated by simplicity.
도 1은 컷 셀로 만들어진 태양전지 모듈의 개략적인 평면 모습이고, 도 2는 도 1의 단면 모습을 보여준다.FIG. 1 is a schematic plan view of a solar cell module made of cut cells, and FIG. 2 is a sectional view of FIG.
도 1 및 도 2를 참조하면, 태양전지 모듈은 이웃한 컷 셀(10) 일부를 겹쳐 배열하고, 겹쳐진 부분에서 이웃하고 있는 컷 셀(10)이 전기적으로 연결된 구성을 갖는다.Referring to FIGS. 1 and 2, a solar cell module has a configuration in which a plurality of neighboring
컷 셀(10)은 전기적 연결을 위해 패드(11)를 더 포함해 구성될 수 있다. 패드(11)는 이웃하고 있는 두 컷 셀이 겹쳐지는 부분에 대응하게 위치하며, 각 컷 셀(10)의 전극에 전기적으로 연결되어 있다.The
도시된 바에 따르면, 각 컷 셀의 후면 단부로 패드(11)가 형성되고, 컷 셀(10)의 후면에 배치된 전극에 전기적으로 연결되어 있다. 그리고, 이에 이웃한 다른 컷 셀(10)의 전면 단부로도 패드(11)가 형성되고, 이 컷 셀(10)의 전면에 배치된 전극에 전기적으로 연결되어 있다. The
이 두 컷 셀은 패드(11)가 서로 겹쳐지도록 배열되고, 도전성 접착제에 의해 이 두 패드는 솔더링(soldering)될 수 있다. 다른 형태로, 패드와 패드를 전기적으로 연결하는 인터커넥터가 이용될 수 있고, 패드(11)를 사용하지 않고 인터커넥터를 이용해서 전극을 바로 연결시키거나, 또는 전극을 접촉시켜 직접적으로 연결하는 것도 가능하다. These two cut cells are arranged so that the
이에 따라, 이웃하고 있는 두 컷 셀은 포개어 배치하는 것으로 전기적으로 연결된다.Accordingly, the neighboring two cut cells are electrically connected by overlapping.
바람직한 한 형태에서, 전극과 패드는 은(Ag)과 같은 금속 물질로 형성될 수 있고, 동일한 금속 물질 또는 다른 금속 물질로 형성될 수 있다. 일 예로 전극과 패드는 동일한 공정을 통해 만들어져 같은 물질로 형성되거나, 패드부 사이의 높은 결합력을 얻기 위해 패드부는 도전성 접착제(또는, 인터커넥터)에 잘 접합이 될 수 있도록 도전성 접착제(또는, 인터커넥터)에 포함된 솔더 물질중 적어도 하나와 동일한 금속 물질을 포함해 구성될 수 있다.In one preferred form, the electrode and pad may be formed of a metallic material such as silver (Ag), and may be formed of the same metallic material or other metallic material. For example, the electrode and the pad may be formed of the same material through the same process, or may be formed of the same material, or may be formed of a conductive adhesive (or inter-connector) so that the pad portion can be well bonded to the conductive adhesive The solder material may include at least one of the solder materials.
컷 셀(10)은 도 3 및 도 4에서 예시하는 바처럼, 규격화된 태양전지(이하, 모 셀)(1), 예로 사각형 웨이퍼(square type)를 사용한 156 × 156(mm) 사이즈의 태양전지 하나를 다수로 분할해 만들 수 있는데 도면에서는 하나의 태양전지가 4개로 분할된 것을 예시한다. 또한 도면에서는 모 셀(1)이 사각 형상을 갖는 것을 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니고 의사 사각형 웨이퍼(Pseudo square type)를 사용한 태양전지 역시 포함될 수가 있다. 분할에 사용되는 모 셀(1)은 전기 발전에 필요한 구성인 반도체 기판((예로, 비정질 실리콘, 다결정 실리콘, 단결정 실리콘등), 반도체 기판과 p-n 접합을 이루는 에미터, 후면전계부, 패시베이션막, 전하를 수집하는 전극들 등을 모두 포함해 이미 구성된 것으로, 도면들에서는 설명의 편의를 위해서 생략하였다. 이 모 셀(1)은 특별한 제한 없이 다양한 종류의 태양전지, 예를 들어, 이종접합 태양전지, 양면 수광형 태양전지, 후면 접촉형 태양전지, 에미터 또는 후면 전계부 중 적어도 하나는 금속 산화물로 만들어진 태양전지와 같이 현재까지 개발된 다양한 형태의 태양전지가 이용될 수 있다.3 and 4, the
모 셀(1)은 스크라이빙 선(L1, L2, L3)을 따라 레이저를 조사해 분할될 수 가 있다. The
레이저는 모 셀(1) 중 빛을 받는 수광면의 반대면에 레이저가 조사되는 것이 바람직하다. 레이저를 모 셀(1)에 조사하는 경우, 레이저에 의해 태양전지의 표면이 용융되었다 식으면서 분할 홈을 형성한다. 그런데, 이때 레이저의 높은 열로 인해 분할 홈 형성 주변이 같이 열에너지를 받게 되고, 이 과정에서 안정화된 결합을 이루고 있던 실리콘(Si) 사이의 결합이 깨지면서 재결합 사이트(recombination site)가 늘어나게 된다. 때문에, 레이저가 태양전지에 조사될 때, 모 셀(1)의 수광면보다는 반대면에 조사되는 것이 바람직하다.It is preferable that the laser is irradiated on the opposite surface of the light receiving surface of the
또한, 레이저(LA)는 바람직하게 pn 접합을 이루는 영역을 벗어나 조사되는 것이 바람직하다. 주지하는 바처럼, 태양전지(1)는 반도체 기판과 에미터 사이의 pn 접합에 의해 전기를 생산한다. 그런데, 에미터가 형성된 영역에 레이저가 조사되면, 레이저에 의해 pn 접합 영역이 손상되므로 태양 전지의 발전 효율이 떨어질 수 밖에 없다.Further, it is preferable that the laser LA is irradiated out of the region where the pn junction is formed. As is known, the
본 발명에서는 이러한 점들을 고려해서, 레이저는 에미터가 형성된 영역을 벗어나 조사되는 것이 바람직하다.In consideration of these points, in the present invention, it is preferable that the laser is irradiated out of the region where the emitter is formed.
일 예로, 에미터가 반도체 기판의 전면에 형성되고, 이에 맞춰 전극이 태양전지의 전면과 후면에 나눠 형성된 일반적 구조의 태양전지에서, 레이저는 에미터가 형성되지 않은 태양전지의 후면에 조사될 수 있다.For example, in a solar cell having a general structure in which an emitter is formed on the front surface of a semiconductor substrate and electrodes are formed on the front and rear surfaces of the solar cell, the laser can be irradiated on the rear surface of the solar cell having no emitter have.
그리고, 에미터와 후면 전계부(BSF)가 모두 반도체 기판의 후면에 형성된 후면 접촉형 태양전지에서, 레이저는 수광면의 반대면인 후면으로 조사되나, 에미터가 형성된 영역을 벗어나도록 조사될 수 있다.In the rear contact type solar cell in which both the emitter and the back surface electric field BSF are formed on the back surface of the semiconductor substrate, the laser is irradiated to the rear surface opposite to the light receiving surface, but can be irradiated so as to deviate from the region where the emitter is formed have.
이처럼, 레이저는 캐리어가 생산되는 pn 접합을 벗어난 위치로 조사해서 태양전지의 발전 효율이 줄어드는 것을 방지한다.As such, the laser irradiates the carrier beyond the pn junction where it is produced to prevent the generation efficiency of the solar cell from decreasing.
스크라이빙 선(L1, L2, L3)을 따라 레이저가 조사됨에 따라, 태양전지(1) 중 레이저가 조사된 면(13)으로는 분할 홈(SH)이 스크라이빙 선(L1, L2, L3)을 따라서 만들어진다. 여기서, 스크라이빙 선(L1, L2, L3)은 태양전지(1)을 분할하기 위해서 레이저가 태양전지에 조사되는 방향을 알려주는 가상의 선이다. 레이저는 바람직한 형태에서 레이저에 의한 손상(damage)을 줄이기 위해 펄스 타입 레이저가 이용될 수 있다. 펄스 타입 레이저는 펄스에 동기화해 레이저가 조사되므로, 레이저가 태양전지(1)를 스캔하는 동안 연속적으로 조사되지 않고 간헐적으로 조사가 되기 때문에 레이저가 연속적으로 조사되는 선형 레이저보다 태양전지에 가해지는 열적 손상을 줄일 수 있다. 또한, 바람직하게 레이저는 각각의 스크라이빙 선(L1, L2, L3)을 따라 1회 조사되어 분할 홈(SH)을 형성하는 것보다는 수 회로 나눠 조사되는 것이 바람직하고, 조사 횟수는 레이저의 세기, 분할 홈(SH)의 깊이(D1) 등을 고려해서 조절될 수 있다. 이에 의하면, 레이저의 세기를 줄여 레이저를 조사할 수 있어, 스크라이빙 과정에서 태양전지에 가해지는 손상을 효과적으로 줄일 수 있다.As the laser is irradiated along the scribing lines L1, L2 and L3, the dividing grooves SH are formed on the
분할 홈(SH)의 깊이(D1)는 바람직한 한 형태에서 태양전지(1)의 두께(T1) 대비 50% ∼ 70% 인 것이 바람직하다. 분할 홈(SH)이 형성된 후에, 태양전지(1)는 물리적인 힘을 받아 다수의 컷 셀로 분할된다. 그런데, 분할 홈(SH)의 깊이(D1)가 50% 보다 작으면 분할 홈(SH)을 따라 태양전지가 나눠지지 못하고, 크랙과 같은 결함이 태양전지에 발생할 수가 있다. 그리고, 분할 홈(SH)의 깊이(D1)가 70% 이상이 되면, 태양전지에 전달되는 열적 스트레스가 높아져 태양전지의 효율을 떨어트릴 수 있다. The depth D1 of the dividing groove SH is preferably 50% to 70% of the thickness T1 of the
도시된 바에 따르면, 컷 셀(10)은 정사각형 모양의 태양전지(1)로부터 만들어지므로, 장변과 단변을 갖는 대략 직사각형 형상을 갖는다. 바람직한 형태에서, 컷 셀(10)은 장변이 겹쳐지도록 배열되며, 겹쳐진 영역에 각 컷 셀(10)의 패드(11)가 위치해 도전성 접착제를 사이에 두고 서로 맞닿아 솔더링된다. 이때, 도전성 접착제는 모 셀(1)을 컷 셀(10)로 분할 한 후에 컷 셀(10)을 서로 겹쳐 배열하기 전에 패드(11)에 도포되거나, 컷 셀로 분할되기 전 모 셀에 도포되는 것도 가능하다. As shown, the
도 5는 본 발명을 설명하는 태양전지의 개략적인 단층 구조를 예시한다. 도 5에서 도시하는 바에 따르면, 태양전지는 베이스가 되는 반도체 기판(101) 위에 다양한 박막들(103, 105)이 반도체 공정에 의해 만들어져 있다.Figure 5 illustrates a schematic monolayer structure of a solar cell illustrating the present invention. 5, various
일 예로, 패시베이션막, 반사방지막, 후면전계부, 에미터 등이 PECVD, LPCVD, CVD법과 같은 박막 공정에 의해 실리콘으로 이뤄진 반도체 기판(101) 위에 박막으로 적층 형성될 수 있다.For example, a passivation film, an antireflection film, a backside electrical part, an emitter, and the like may be formed as a thin film on a semiconductor substrate 101 formed of silicon by a thin film process such as PECVD, LPCVD, or CVD.
상기 박막들(103, 105)을 이루는 재질은 금속 산화물 반도체 박막(예로, 이그조(indium-gallium-zinc oxide, IGZO)), 불순물이 도핑된 실리콘 박막, 진성 실리콘 박막 등을 포함하며, 이 중 실리콘 박막은 결정성에 따라 비정질 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 중 어느 하나일 수 있다.The material forming the
불순물이 도핑된 실리콘 박막(103)은 반도체 기판(101)과 pn 접합을 이루는 에미터 또는 반도체 기판(103)에 도핑된 불순물과 동일한 도전형의 불순물이 고농도로 도핑된 후면 전계부가 될 수 있다. 또한, 금속 산화물층 역시 도핑된 실리콘 박막(103)과 같이 에미터 또는 후면 전계부로 사용될 수 있다.The silicon thin film 103 doped with the impurity may be an emitter forming the pn junction with the semiconductor substrate 101 or a rear electric field portion doped with impurities of the same conductivity type as that of the doped impurity in the semiconductor substrate 103 at a high concentration. In addition, the metal oxide layer may also be used as an emitter or a back electric field portion, such as a doped silicon thin film 103.
그리고, 진성 실리콘 박막(105)은 패시베이션막 또는 반사방지막 중 적어도 하나를 구성할 수 있다.The intrinsic silicon
반도체 기판(101)의 어느 한 면 또는 양면에 각각 형성되는 이 같은 박막들의 두께는 대략 2 내지 3(um)인 반면, 반도체 기판의 두께는 대략 180(um) 전후의 두께를 갖는다.The thickness of such thin films formed on either or both sides of the semiconductor substrate 101 is approximately 2 to 3 (um), while the thickness of the semiconductor substrate is approximately 180 (um).
때문에 박막들(103, 105)은 레이저의 조사에 의해 쉽게 열화가 일어나는 반면, 상대적으로 반도체 기판(101)은 두껍기 때문에 열화되는 정도가 적으며, 특히 요즘 들어와 많이 사용되는 단결정 실리콘의 경우는 안정된 결합을 유지하고 있어 열화가 적게 일어난다.The
이에 반해, 박막(103, 105)이 비정질 실리콘층인 경우는, 열역학적으로 불안정할 뿐 아니라 광 흡수 계수가 안정된 단결정 실리콘보다 높아 열화가 쉽게 일어나 스크라이빙 공정 후 필 팩터(FF) 값이 급격히 낮아질 수가 있다.On the other hand, when the
실리콘 박막은 결정성에 따라 비정질 실리콘, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘으로 나눌 수 있는데, 레이저의 조사에 의해 비정질 실리콘의 열화가 가장 심하게 일어나는 반면, 단결정 실리콘은 열화가 가장 적게 일어나며, 금속 산화물은 비정질 실리콘과 동일 범위에서 열화가 발생한다.Silicon thin films can be classified into amorphous silicon, single crystal silicon, and polycrystalline silicon depending on the crystallinity. The laser irradiation causes the deterioration of the amorphous silicon most severely, while the single crystal silicon has the least deterioration. The metal oxide is the same as the amorphous silicon Deterioration occurs in the range.
이 같은 문제를 해결하고자 본 발명의 제조 방법에서는 열화된 태양전지를 회복시키는 회복 단계를 포함해 구성된다.In order to solve such a problem, the manufacturing method of the present invention includes a recovery step of recovering a deteriorated solar cell.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조 방법을 설명하는 흐름도이다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described. 6 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예의 제조 방법은, 태양전지의 일부를 구성하는 박막 위로 스크라이빙 선을 따라 레이저를 조사하는, 스크라이빙 단계(S11), 상기 레이저가 조사된 상기 박막에 열을 공급하는, 회복 단계(S13)를 포함한다. 회복 단계는 열과 함께 빛을 동시에 공급할 수도 있고, 열과 함께 빛을 동시에 공급하게 되면 열만 공급할 때보다 높은 열을 사용할 수 있어 회복 단계가 보다 효과적으로 실시될 수가 있다.A manufacturing method of an embodiment of the present invention includes a scribing step (S11) of irradiating a laser along a scribe line above a thin film constituting a part of a solar cell, a step of supplying a heat to the thin film irradiated with the laser , And a recovery step S13. In the recovery step, light can be supplied simultaneously with heat. If light is supplied simultaneously with heat, a higher heat can be used than when only heat is supplied, so that the recovery step can be performed more effectively.
스크라이빙 단계(S11)에서, 상기 레이저는 태양전지를 구성하는 박막들 중 비정질 실리콘층, 단결정 실리콘층, 다결정 실리콘층 또는 금속 산화물층 비정질 실리콘층, 단결정 실리콘층, 다결정 실리콘층 또는 금속 산화물층 중 적어도 하나를 포함하는 박막 위로 조사가 된다.In the scribing step S11, the laser is irradiated onto the amorphous silicon layer, the single crystal silicon layer, the polycrystalline silicon layer or the metal oxide layer amorphous silicon layer, the single crystal silicon layer, the polycrystalline silicon layer or the metal oxide layer The film is irradiated onto the thin film including at least one of the films.
이에, 상기 레이저의 조사에 의해 열화된 박막을 회복시키기 위해서, 상기 스크라이빙 단계(S11)에 이어서 회복 단계(S13)가 실시된다.Thus, in order to recover the thin film deteriorated by the laser irradiation, the recovery step (S13) is performed following the scribing step (S11).
컷 셀을 만드는 과정에서 열화는 태양전지에 레이저를 조사하는 과정과 태양전지를 컷 셀로 분할하는 과정에서 발생한다. 따라서, 회복 단계(S13)는 상기 스크라이빙 단계에 이어 바로 진행되거나, 또는 스크라이빙 공정에서 형성된 분할 홈을 따라 태양전지를 컷 셀로 분할 한 후에 컷 셀을 서로 연결시키는 과정에서 회복(recovery) 단계가 수행될 수도 있다. 일반적으로 태양전지의 분할은 스크라이빙 단계를 진행해서 태양전지의 표면에 분할 홈을 형성한 후, 롤러로 이 분할 홈을 따라 기계적으로 롤해 다수의 컷 셀로 분할하는 과정을 말한다.In the process of making cut cells, deterioration occurs in the process of irradiating the solar cell with the laser and in dividing the solar cell into the cut cell. Therefore, the recovery step S13 may be performed immediately after the scribing step, or may be a recovery process in which the cut cells are connected to each other after the solar cells are divided into cut cells along the dividing grooves formed in the scribing process, Step may be performed. Generally, the division of a solar cell refers to a process in which a dividing groove is formed on the surface of a solar cell by advancing to a scribing step and then mechanically rolled along the dividing groove by a roller to divide into a plurality of cut cells.
바람직하게 연속적으로 진행되는 인-라인 설비의 흐름과 비용, 그리고 실제 태양전지의 열화 문제는 레이저를 조사하는 스크라이빙 단계에서 크게 발생한다는 점을 고려할 때, 스크라이빙 단계에 이어서 바로 회복(recovery) 단계가 진행되는 것이 바람직하다. 참고로, 본 발명자가 단계별로 열화 정도를 알아보기 위해 수차에 걸쳐 실험한 결과에 따르면, 레이저를 조사한 후 일어나는 열화가 컷 셀로 분할한 후 일어나는 열화보다 약 2∼2.5배 컸다.Considering that the flow and cost of a continuously in-line facility and the problem of deterioration of the actual solar cell largely occur during the scribing step of irradiating the laser, ) Step is preferably carried out. For reference, the present inventors have experimented with aberrations in order to investigate the degree of deterioration in stages, and the deterioration that occurs after laser irradiation is about 2 to 2.5 times larger than the deterioration that occurs after dividing into cut cells.
도 7은 스크라이빙 단계와 회복 단계가 연속적으로 실시되는 인-라인(in-line) 형태로 구현된 설비의 개략적인 모습을 보여준다. 본 발명의 제조 방법이 반드시 이 같은 설비에서 구현되는 것은 아니며, 도 7의 설비는 예시를 위한 도면일 뿐이다.FIG. 7 shows a schematic view of a facility implemented in an in-line form in which the scribing step and the recovery step are carried out continuously. The manufacturing method of the present invention is not necessarily implemented in such a facility, and the equipment of Fig. 7 is only a drawing for illustration.
롤러(321, 323)가 화살표 방향으로 회전해 벨트(330)가 시계 방향으로 움직인다. 태양전지(1)는 이 벨트(330) 위에 위치한 상태에서, 벨트(330)의 움직임에 맞춰 순차적으로 레이저 장치(410), 회복 장치(510)로 공급된다.The
레이저 장치(410)는 프로그램된 절차에 맞춰 스크라이빙 선에 맞춰 레이저를 태양전지(1)에 조사하는 레이저(411)를 포함해 구성되며, 회복 장치(510)는 프로그램된 절차에 맞춰 열 또는 열과 빛을 동시에 태양전지(1)에 각각 공급하는 광원부(511, 513)와 열원부(521)를 포함해 구성된다.The
바람직한 형태에서, 광원부(511, 513)와 열원부(521)는 태양전지(1)를 사이에 두고 마주하도록 배치되어 있으며, 광원부(511, 513)와 열원부(521)의 동작은 프로그램에 맞춰 개별적을 동작 제어될 수 있다.In a preferred form, the
이 같은 설비에서, 태양전지(1)는 롤러(321, 323) 회전에 의해 화살표 방향으로 움직여, 레이저 장치(411)와 회복 장치(510) 쪽으로 순차적으로 공급된다.In such a facility, the
레이저 장치(410)는 프로그램된 조건에 맞춰 태양전지(1)에 레이저가 조사된다. 레이저(411)는 바람직한 한 형태에서 YAG 레이저가 사용될 수 있고, 발진 조건은 태양전지(1)의 결정 구조, 두께, 분할 홈의 깊이 등을 변수로 상황에 맞춰 다양하게 조정된다. 이 밖에도 레이저는 당 업계에서 잘 알려진 CO2 레이저 등, 상술한 바처럼 태양전지 두께 대비 분할 홈의 깊이가 50% ∼ 70% 형성할 수 있는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.The
레이저(411)는 이송된 태양전지(1)의 표면, 바람직하게는 수광면의 반대면(이하, 조사면)에 레이저를 조사해서 분할 홈을 형성한다. 레이저를 태양전지(1)에 조사하는 경우, 레이저에 의해 태양전지의 표면이 용융되었다 식으면서 분할 홈을 형성한다. 그런데, 이때 레이저의 높은 열로 인해 분할 홈 형성 주변이 같이 열에너지를 받게 되고, 이 과정에서 재결정화가 이뤄지며 댕글링 본드와 같은 결함이 늘어나게 되므로, 레이저(LA)는 조사면에 조사되는 것이 바람직하다.The
때문에, 바람직한 한 형태에서, 태양전지(1)는 조사면이 레이저(LA)를 향하도록 이송된다.Therefore, in a preferred form, the
레이저가 조사된 태양전지(1), 즉 열화(또는 결함)가 발생한 태양전지(1)는 이어서 벨트(330)의 이동에 맞춰 바로 회복 장치(510)로 공급된다.The
본 발명에서 회복 단계는, 태양 전지(1)에 열 또는 열과 빛을 제공해서 열화된 태양전지를 회복시키는 방식으로 이뤄질 수 있다. 태양 전지에 열만 공급하는 것보단 빛과 열을 동시에 공급하는 것이 보다 효과적일 수 있다.In the present invention, the recovery step may be performed in such a manner that heat, heat and light are supplied to the
본 발명자가 실험한 바에 따르면, 열만 공급하는 경우 비정질 실리콘층은 특정 온도, 약 200℃ 이상에서 열화가 생기는 문제가 발생하였다. 따라서, 열만 공급하는 경우에 200℃보다 낮은 온도에서만 회복 단계를 실시할 수 있는 반면에, 열과 동시에 빛을 공급하면 비정질 실리콘층이 열화되는 온도가 높아졌다. 이에, 회복 단계는 태양전지에 열만 공급하는 것 보단 열과 빛을 동시에 공급해서 실시되는 것이 바람직할 수 있다.According to experiments conducted by the present inventors, there has been a problem that when the amorphous silicon layer is supplied only with heat, the amorphous silicon layer deteriorates at a specific temperature of about 200 ° C or higher. Therefore, in the case of supplying only the heat, the recovery step can be performed only at a temperature lower than 200 ° C, whereas when the light is supplied simultaneously with the heat, the temperature at which the amorphous silicon layer deteriorates is increased. Therefore, it is preferable that the recovery step is performed by simultaneously supplying heat and light to the solar cell, rather than only supplying heat to the solar cell.
태양전지에 레이저가 조사되면, 레이저에 의해 태양전지의 표면에 분할 홈이 생기면서 태양전지의 표면에 형성되었던 패시베이션막이 제거되고, 또한 분할 홈 주변이 대기 중에 그대로 노출이 된다. 이에 분할 홈 주변에 재결합 사이트가 증가하게 되는데, 회복 단계에서 태양전지에 공급된 열과 빛은 실리콘 박막에 포함된 수소의 이동도를 개선하여 수소의 확산 속도를 증가시켜 열화를 개선시킬 수 있다. 실리콘 박막 내부에 많은 양의 수소가 포함되어 있는데, 레이저 조사에 의해 발생된 결함, 일 예로 실리콘 사이의 결합이 깨어진 부분에 수소가 이동해 이들 결합을 안정화시킨다거나, 수소를 빠르게 확산시켜 이들의 계면까지 쉽게 확산될 수 있다. 그러면, 비정질 반도체층의 내부에 위치하는 수소의 양을 크게 줄일 수 있으며 계면에서의 결함을 줄일 수 있다. When a laser beam is irradiated on the solar cell, a dividing groove is formed on the surface of the solar cell by the laser, and the passivation film formed on the surface of the solar cell is removed. Therefore, the recombination site increases around the split groove. In the recovery step, the heat and light supplied to the solar cell can improve the mobility of hydrogen included in the silicon thin film, thereby increasing the diffusion rate of hydrogen and improving the deterioration. A large amount of hydrogen is contained in the silicon thin film. In the case of defects generated by laser irradiation, for example, hydrogen migrates to a part where the bond between silicon is broken and stabilizes these bonds, or hydrogen diffuses rapidly to these interfaces It can be easily diffused. Thus, the amount of hydrogen located inside the amorphous semiconductor layer can be greatly reduced, and defects at the interface can be reduced.
또한, 태양전지에 레이저가 조사되면, 레이저가 조사된 주변은 레이저에 의해 높은 온도(약 700℃) 전후로 가열된다. 그럼, 안정화된 결합을 이루고 있던 실리콘 사이의 결합이 열에너지를 받아 깨지면서 누설 전류가 늘어나게 되는데, 회복 단계에서 태양전지에 공급된 열과 광은, 상술한 바처럼 수소의 확산 속도를 증가시켜 깨어진 결합을 다시 안정화된 상태로 돌려, 이 역시 레이저 조사에 의해 태양전지가 열화되는 것을 줄일 수 있다.Further, when a laser beam is irradiated on a solar cell, the laser irradiated periphery is heated to a high temperature (about 700 ° C) by a laser. Then, the bond between the stabilized bonds is absorbed by thermal energy, and the leakage current is increased. In the recovery phase, the heat and light supplied to the solar cell increase the diffusion rate of hydrogen as described above, It is possible to reduce the deterioration of the solar cell by the laser irradiation.
회복 단계에서, 태양 전지(1)에 제공되는 광은 100W/m2 내지 30,000 W/m2의 광도를 가질 수 있다. 광도가 100W/m2미만이면, 회복 단계에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 30,000 W/m2를 초과하는 광도를 가지는 현재 광원에 의하여 광을 구현하기 어려울 수 있다. 일 예로, 회복 단계에서 태양 전지(1)에 제공되는 빛은 100W/m2 내지 20,000 W/m2의 광도를 가질 수 있다. 이에 의하면 회복 단계에 의한 효과를 효과적으로 향상할 수 있다. In the recovery step, the light provided to the
일 예로, 회복 단계에서 태양 전지(1)에 제공되는 광은 300nm 내지 1,000nm의 파장을 가질 수 있다. 1,000 nm를 초과하는 파장을 가지는 적외선 영역의 광은 태양 전지(1)를 제어 가능한 수준 이상으로 가열할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 태양 전지(1)의 회복에만 관련되는 범위의 파장을 가지는 광만을 사용하여 태양 전지(1)의 회복 단계에 의한 효과를 최대화할 수 있다. 일 예로, 태양 전지(1)에 제공되는 광이 400nm 내지 800nm의 파장을 가질 수 있다. 이와 같이 태양 전지(1)의 광전 변환에 직접 관여하는 파장의 빛을 사용하여 실리콘 박막(예로, 비정질 실리콘막, 다결정 실리콘 막)과 금속 산화물막의 열화를 방지하면 태양 전지(1)의 회복 단계에서의 효과를 최대화할 수 있다. As an example, the light provided to the
한편, 회복 단계에서 태양 전지(1)에 제공되는 광은 400nm 이하의 파장을 가질 수 있으며, 구체적으로 300 내지 400nm의 파장을 가질 수 있다. 이 경우 광도는 100 W/m2 내지 5,000 W/m2 일 수 있다. 또한, 회복 단계에서 태양 전지(1)에 제공되는 광은 400nm 초과 1,000nm 이하의 파장을 가질 수 있으며, 이 경우 광도는 100 W/m2 내지 30,000 W/m2 일 수 있다. 이는, 태양 전지(1)에 제공되는 광의 파장에 따라 서로 다른 에너지를 가지기 때문이며, 이에 따라 광도 역시 광의 파장에 대응하여 변화될 수 있다.On the other hand, the light provided to the
따라서, 400nm 이하의 파장대를 가지는 광원의 경우 에너지가 높기 때문에 400nm 초과하는 파장대를 광원과 비교하였을 때 더 낮은 광도를 제공하여 효과를 최대화할 수 있다. 이처럼 회복 단계에서 태양 전지(1)에 제공되는 광은 상술한 범위의 파장과 광도에서 수소의 이동도를 개선하여 광에 의하여 실리콘 박막이 열화되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예에서 회복 단계는 상온에서 또는 열이 제공된 상태에서 수행될 수 있다. 특히, 회복 단계에서 광과 함께 열이 제공되면 효과적으로 열화된 실리콘 박막을 효과적으로 회복시킬 수 있다. Therefore, since a light source having a wavelength band of 400 nm or less has a high energy, a wavelength band exceeding 400 nm can be provided with a lower luminous intensity as compared with a light source, thereby maximizing the effect. As described above, the light provided to the
일 예로, 회복 단계의 공정 온도가 상온 내지 300℃(일 예로, 15 내지 300℃)일 수 있다. 여기서, 공정 온도라 함은 회복 단계가 수행되는 태양 전지(1)의 온도를 의미할 수 있다. 공정 온도를 상온보다 낮게 하면, 회복 단계에 의한 효과가 저하될 수 있고 상온보다 낮게 하기 위하여 별도의 장치를 사용하여야 한다. 공정 온도가 300℃를 초과하면, 회복 단계에 의한 효과가 구현되기 전에 회복 단계를 수행하는 공정 중에 실리콘 박막이 열화될 수 있다. 일 예로, 회복 단계는 공정 온도가 100℃ 내지 300℃일 수 있다. 공정 온도가 100℃ 이상일 때 회복 단계에 의한 효과를 좀더 향상할 수 있기 때문이다. As an example, the process temperature of the recovery step may be from room temperature to 300 캜 (for example, from 15 to 300 캜). Here, the process temperature may mean the temperature of the
이때, 본 실시예에서는 회복 단계의 공정 온도를 200℃ 내지 300℃로 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 회복 단계에서 가해지는 광에 의하여 태양 전지(1)에서 실리콘 박막의 열화를 방지할 수 있어 200℃ 이상의 온도에서 열적 안정성을 확보할 수 있기 때문이다. At this time, in this embodiment, the process temperature of the recovery step can be set to 200 to 300 캜. As described above, according to the present embodiment, deterioration of the silicon thin film in the
이에 의하여 상대적으로 높은 200℃ 내지 300℃의 공정 온도에서도 회복 단계를 수행할 수 있다. 그리고 본 실시예에서는 광에 의하여 회복 단계에서의 태양 전지(1)의 온도인 공정 온도를 효과적으로 향상할 수 있다. 즉, 광을 열과 함께 사용하면, 광에 의해서도 태양 전지(1)의 온도를 향상시킬 수 있다. 이에 의하여 열원을 통하여 태양 전지(1)에 공급되는 열의 양을 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 열원에 의하여 가해지는 열에 의하여 태양 전지(1)의 온도를 미세하게 제어하기 어려울 수 있는데, 열원으로 태양 전지(1)를 대략적인 온도 범위에 해당하게 한 상태에서 광을 조사하는 것에 의하여 태양 전지(1)의 온도를 원하는 범위로 미세하게 제어하여 안정적으로 유지할 수 있다. Thus, the recovery step can be performed even at a relatively high process temperature of 200 to 300 캜. In this embodiment, the process temperature which is the temperature of the
본 실시예에서 회복 단계는 별도의 예열 공정 없이 상술한 공정 온도를 가지며 광을 제공하는 회복 장치(510) 내에 태양 전지(1)를 투입하여 진행될 수 있다. 공정 온도가 높지 않으므로 공정 온도에서는 급격한 온도 변화에 의하여 태양 전지(1)이 특성이 저하되는 등의 문제가 발생할 가능성이 크지 않기 때문이다. 이에 따라 예열 공정 및 이를 위한 설비를 제거하여 생산성을 향상할 수 있다. In the present embodiment, the recovery step may be performed by injecting the
회복 단계의 공정 시간은 30초 내지 1시간일 수 있다. 공정 시간이 30초 미만이면 회복 단계에 의한 효과가 충분하지 않을 수 있다. 공정 시간이 1시간을 초과하면 공정 시간이 길어 생산성이 저하될 수 있다. 일 예로, 회복 단계의 공정 시간이 1분 내지 30분일 수 있다. 이에 의하면 회복 단계의 효과를 안정적으로 구현하면서 높은 생산성을 유지할 수 있다. The process time of the recovery step may be from 30 seconds to 1 hour. If the process time is less than 30 seconds, the effect of the recovery step may not be sufficient. If the process time exceeds 1 hour, the process time may be long and the productivity may be lowered. As an example, the process time of the recovery step may be from 1 minute to 30 minutes. According to this, high productivity can be maintained while stably implementing the effect of the recovery step.
한편, 광원부(511, 513)는 태양 전지(1)에 원하는 광도를 가지는 광을 제공하는 역할을 한다. 회복 단계에서 필요한 광의 광도가 100 W/m2 내지 30,000 W/m2이므로 광원부(511, 513)는 100W/m2 내지 30,000 W/m2의 광도를 가지는 광을 제공할 수 있다.On the other hand, the
이때, 회복 단계에 필요한 광도의 광을 제공하기 위하여 광원부(511, 513)의 광도를 조절하는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 즉, 광원부(511, 513)를 구성하는 광원(미도시)의 개수, 종류, 출력 등을 조절하거나, 광원과 태양 전지(1) 사이의 거리를 변경할 수 있다. At this time, various methods of adjusting the luminous intensities of the
본 실시예에서 광원부(511, 513)는 플라스마 발광에 의하여 광을 제공하는 플라스마 라이팅 시스템(plasma lighting system, PLS)으로 이루어질 수 있다. 플라스마 라이팅 시스템에서는 전구의 내부에 특정 기체를 채우고, 마그네트론에 의하여 발생된 마이크로파(microwave)와 같은 전자파 또는 입사빔을 인가하여 전구 내부의 기체 가스를 고도로 이온화시키고(즉, 플라스마를 생성시키고), 이러한 플라스마로부터 광이 방출된다. 플라스마 라이팅 시스템에서 방출되는 광의 파장은 300 내지 1200nm일 수 있다.In this embodiment, the
플라스마 라이팅 시스템은 종래의 조명 시스템의 구성 요소인 전극, 필라멘트, 수은을 사용하지 않아 친환경적이며 반영구적인 수명을 가진다. 그리고 광속 유지율이 매우 뛰어나 초광속 기준으로 장시간 사용해도 광량의 변화가 적다. 열에 강하여 열적 안정성이 우수하여 열원부(521)와 같은 공간에서 사용해도 문제가 되지 않으며, 충분한 광도의 광을 방출할 수 있다. 참고로, 발광 다이오드 등과 같은 다른 광원은 열에 취약하여 열원부(521)와 함께 사용하기 어렵고 낮은 수준의 광도의 광만을 방출한다. 또한, 플라스마 라이팅 시스템은 가시광 영역의 전체 파장에 걸쳐 거의 균일한 연속광을 방출할 수 있어 태양광과 유사한 광을 제공할 수 있다. 이때, 본 실시예에서 플라스마 라이팅 시스템의 전구 내부를 채우는 기체로 인듐(In)과 브롬(Br)이 화합되어 형성된 In-Br 화합물을 사용할 수 있다. 이에 의하여 종래의 유황(sulfur) 기체를 사용한 경우보다 태양광과 좀더 유사한 스펙트럼을 가질 수 있다. 이와 같이 태양광과 유사한 스펙트럼의 광을 제공하면, 태양광과 유사한 조건에서 회복 단계를 수행할 수 있어 태양광에 의하여 발생될 수 있는 열화 등을 회복 단계에서 미리 효과적으로 방지할 수 있다. The plasma lighting system does not use electrodes, filaments, and mercury, which are components of conventional lighting systems, and is environmentally friendly and has a semi-permanent life. And the luminous flux retention rate is very excellent. Therefore, even when used for a long time on the basis of a super light flux, the amount of light change is small. It is resistant to heat and is excellent in thermal stability, so that it is not a problem to use it in the same space as the
본 실시예에서는 광원부(520)로 플라스마 라이팅 시스템을 사용하는 것을 예시하였다. 이에 의하여 원하는 광도의 광을 태양 전지(1)에 안정적으로 제공할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 광원부로 제논 램프, 할로겐 램프, 레이저, 발광 다이오드 (LED) 등을 사용할 수도 있다. In this embodiment, the use of the plasma lighting system as the light source unit 520 is exemplified. Thus, the light of the desired light intensity can be stably provided to the
한편, 광원부로 자외선을 발광하는 UV 램프를 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 UV 램프는 300 내지 400nm 파장의 광을 방출할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, UV 램프는 300nm 미만의 극자외선을 방출할 수도 있다.Meanwhile, a UV lamp that emits ultraviolet light may be used as the light source unit, and the UV lamp may emit light of a wavelength of 300 to 400 nm. However, it is not limited thereto, and the UV lamp may emit extreme ultraviolet rays of less than 300 nm.
상술한 바와 같이 회복 단계에서는 열원부(521)에 의하여 목표 온도로 태양전지를 가열하거나, 또는 열원부(521)가 태양전지를 가열하는 동안 동시에 광원부(511, 513)에 의하여 빛이 태양전지에 공급될 수가 있다. 열원부(521)에 의해서만 태양전지를 가열하는 경우에, 공정 온도는 100℃ 내지 300℃, 바람직하게는 200℃ 내지 300℃일 수 있다. As described above, in the recovery step, the solar cell is heated to the target temperature by the
본 실시예에서는 광원부(511, 513)와 열원부(521)는 서로 분리된 위치에서 태양 전지(1)에 광과 열을 제공한다. 이 상태에서 광원부(511, 513)와 열원부(521)가 태양 전지(1)에 광과 열을 제공하여 광원부(511, 513)와 열원부(521)가 서로에게 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다. In this embodiment, the
일 예로, 메인 영역(220) 내에서 광원부(511, 513)가 태양 전지(1)의 일측에 위치하고, 열원부(521)이 태양 전지(1)의 타측에 위치할 수 있다. 그러면, 광원부(511, 513)와 열원부(521)에 의한 광 및 열을 태양 전지(1)에 효과적으로 전달하면서도 서로 간의 간섭을 최소화할 수 있다.The
한편, 도 8은 회복 단계에서, 열만 공급한 경우와, 열과 빛을 함께 공급한 경우에 있어 시간에 따른 온도 변화를 보여준다.Meanwhile, FIG. 8 shows temperature changes with time in the case of supplying only heat and in the case of supplying heat and light together in the recovery step.
도 8에서 예시하는 바처럼, 열만 공급한 경우에 비해, 열과 빛을 함께 공급한 경우에 있어 공정 온도를 더 높이 쉽게 상승시킬 수 있다.As illustrated in FIG. 8, the process temperature can be easily raised higher when heat and light are supplied together, as compared with a case where only heat is supplied.
이에 의하여 열원을 통하여 태양 전지(1)에 공급되는 열의 양을 줄여 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 열원에 의하여 가해지는 열에 의하여 태양 전지(1)의 온도를 미세하게 제어하기 어려울 수 있는데, 열원으로 태양 전지(1)를 대략적인 온도 범위에 해당하게 한 상태에서 광을 조사하는 것에 의하여 태양 전지(1)의 온도를 원하는 범위로 미세하게 제어하여 안정적으로 유지할 수 있다. Thus, the amount of heat supplied to the
이상의 회복 단계 설명은 실리콘 박막(비정질 실리콘막 또는 다결정 실리콘막)을 예로 들어 설명하였으나, 위의 설명이 실리콘 박막에 국한되어 있는 것은 아니다. 본 발명자가 실험한 결과에 따르면 동일한 조건에서 실리콘 박막과 금속 산화물층은 동일 또는 유사한 회복 결과를 보여주었다. 따라서, 위에서 설명하는 회복 단계(S13)은 금속 산화물층을 대상으로도 동일 또는 유사하게 적용될 수가 있다.The description of the recovery step has been made by taking a silicon thin film (an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film) as an example, but the above description is not limited to the silicon thin film. According to the results of experiments conducted by the present inventors, the silicon thin film and the metal oxide layer showed the same or similar recovery results under the same conditions. Therefore, the recovery step S13 described above can be applied to the metal oxide layer in the same or similar manner.
아래의 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 의한 효과를 알아보기 위한 실험한 결과를 보여준다.Table 1 below shows the experimental results for examining the effect of the manufacturing method according to one embodiment of the present invention.
이 실험에서는 단결정 실리콘 기판에 p+ 도핑된 비정질 실리콘층을 형성하고 기판 전체를 패시베이션시킨 실험용 태양전지를 사용했으며, 레이저는 출력이 8∼9(W)인 피코 세컨드(ps) IR 레이저를 사용하였다. 레이저는 비정질 실리콘층을 향해 1회 조사해 깊이가 태양전지 전체 두께 대비 약 50%인 홈을 형성하였다. In this experiment, a p + doped amorphous silicon layer was formed on a monocrystalline silicon substrate and a passivation layer of the entire substrate was used. A picosecond (ps) IR laser with an output power of 8 to 9 (W) was used. The laser was irradiated once to the amorphous silicon layer to form a groove having a depth of about 50% of the total thickness of the solar cell.
태양전지의 열화 정도를 알아보기 위해 레이저를 조사하기 전(A), 조사한 후(B), 태양전지를 나눈 후(C), 그리고 회복 단계를 진행한 후(D)에 있어 태양전지의 출력전압(mV)를 각각 측정하였으며, 기판은 총 3개를 사용해 각각의 경우에 있어 출력 전압의 변화를 측정하는 형태로 실험을 진행하였다. In order to investigate the degree of deterioration of the solar cell, the output voltage of the solar cell was measured before (A), after the irradiation (B), after dividing the solar cell (C) (mV) were measured. The total of three substrates were used to measure the change of the output voltage in each case.
이 실험에서 태양전지의 회복은 태양전지에 210℃의 열과, 빛을 동시에 10분동안 공급하는 형태로 실시하였고, 이때, 빛의 광도 1,800 W/m2, 파장은 530nm인 빛을 사용하였다.In this experiment, the recovery of the solar cell was performed by supplying heat and light of 210 ° C to the solar cell at the same time for 10 minutes. At this time, the light having a luminance of 1,800 W / m 2 and a wavelength of 530 nm was used.
실험 결과를 살펴보면, 실험예 1의 레이저 조사 전(A) 출력 전압은 757(mV)였으나, 레이저 조사 후(B) 출력 전압은 746(mV)로 약 11(mV) 줄어들었다. 이 같은 레이저 조사 전과 후의 출력 전압 감소는 비정질 실리콘층의 열화에 기인한다. 그리고, 태양전지를 쪼갠 후(C)는 (B)에 비해 약 2(mV)의 출력 감소를 보였으나, 회복 단계를 진행한 후(D)는 레이저를 조사하기 전(A)과 조사한 후(B) 사이에 해당하는 746(mV)로 출력전압이 다시 커진 것으로 조사되었다.As a result, the output voltage (A) of the experimental example 1 was 757 (mV), but the output voltage (B) after the laser irradiation was reduced by about 11 (mV) to 746 (mV). The decrease in the output voltage before and after the laser irradiation is caused by the deterioration of the amorphous silicon layer. After cutting the solar cell, (C) showed a power reduction of about 2 (mV) compared to (B), but after the recovery step (D) B), the output voltage was again increased to 746 (mV).
그리고, 실험예 2에 따르면 (A)에서 753(mV), (B)에서 743(mV), (C)에서의 742(mV)로 점진적으로 출력 전압이 줄었으나, (D)에서는 744(mV)로 상승한 것으로 조사되었다.According to Experimental Example 2, the output voltage gradually decreased from 753 (mV) to 743 (mV) in (A), 743 (mV) in (B), and 744 ), Respectively.
실험 3에서도 이와 비슷하게 (A), (B), (C)에서 각각 751(mV), 741(mV), (740(mV)로 출력 전압이 점진적으로 줄었으나, 회복 단계를 실시한 이후에는 다시 743(mV)로 출력 전압이 상승하는 것으로 조사되었다.In Experiment 3, the output voltage was gradually decreased to 751 (mV), 741 (mV), and 740 (mV) in (A), (B) and (C), respectively. (mV) of the output voltage.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따라 태양전지에 레이저를 조사한 후에 회복 단계를 진행함으로써, 출력 감속 폭 대비 실험예 1은 약 15%, 실험예 2는 약 18%, 실험예 3은 약 17%만큼 회복되는 것으로 조사되었다.As described above, according to the embodiment of the present invention, after the laser is irradiated to the solar cell and the recovery step is performed, the output deceleration width is about 15%, the experimental example 2 is about 18%, the experimental example 3 is about 17% Of the total.
한편, 상술한 실시예에서는 스크라이빙 단계(S11)와 회복 단계(S13)가 인-라인 형태로 실시되는 것을 예로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되고자 함은 아니다.Meanwhile, although the scribing step S11 and the recovery step S13 are performed in an in-line form in the above-described embodiment, the present invention is not limited thereto.
이와 다르게, 본 발명의 다른 실시예에서는 스크라이빙 단계(S11)와 회복 단계(S13)를 분리해 실시하는 것도 가능하다. 바람직한 한 형태에서, 회복 단계(S13)는 컷 셋(10)을 서로 연결시키는 접합 과정에서 회복 단계(S11)를 동시에 실시하는 것도 가능하다.Alternatively, in another embodiment of the present invention, the scribing step S11 and the recovery step S13 may be separately performed. In a preferred form, the recovery step S13 may be performed simultaneously with the recovery step S11 in the bonding process of connecting the
이에 대해서, 도 9를 통해 설명한다. 도 9는 컷 셀(10)을 스트링하는 과정에서 회복 단계(S13)가 포함된 실시예를 설명하는 흐름도이고, 도 10은 이에 사용되는 설비를 모식적으로 도시한다.This will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart for explaining an embodiment in which a recovery step S13 is included in the process of stringing the
이 도면들을 참조하면, 도 9에 도시한 제조 방법은 독립된 2개의 설비(SU1, SU2)를 이용해서 실시된다. 제1 설비(SU1)는 레이저 장치(410)와 분할 장치(610)를 포함한다. 레이저 장치(410)는 프로그램된 절차에 맞춰 스크라이빙 선에 맞춰 레이저를 모 셀(1)에 조사하는 레이저(411)를 포함해 구성되며, 분할 장치(610)는 레이저가 조사된 모 셀(1)에 기계적 충격을 가해 모 셀(1)을 다수의 컷 셀(10)로 분할하는 구성이다. 이러한 설비의 구체적 구성은 이미 해당 기술분야에서 여러 가지 형태로 다양하게 실시되고 있는 바, 여기서 그 상세한 설명은 생략한다.Referring to these drawings, the manufacturing method shown in Fig. 9 is carried out by using two independent facilities SU1 and SU2. The first equipment SU1 includes a
제2 설비(SU2)는 각 컷 셀(10)마다 형성된 패드(미도시) 위로 도전성 접착제를 도포하는 디스펜서 장치(710)와 레이업된 컷셀들을 가열해 도전성 접착제를 경화시킴과 동시에 레이저 조사 과정에서 발생한 열화를 회복시키는 회복 과정을 동시에 실시하는 회복 장치(510)를 포함한다. 이 회복 장치(510)는 상술한 바처럼 광원부(511, 513)와 열원부(521)를 포함하며, 그 구성 및 동작은 이미 상술한 바와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.The second facility SU2 includes a
S101 단계에서, 모 셀(1)이 놓인 벨트(330)가 롤러(321, 323)의 회전에 의해 레이저 장치(410) 아래로 위치하게 된다. 레이저 장치(410)는 프로그램된 절차에 맞춰 모 셀(1)에 조사해 상술한 바처럼 분할 홈에 모 셀(1) 표면에 형성한다.In step S101, the
S102 단계에서, 분할 홈이 만들어진 모 셀(1)은 분할 장치(610)에 의해 분할 홈을 따라 나눠져 다수의 컷 셀(10)이 만들어진다. 분할 정치(610)는 일 예로 컷 셀(10)을 지그(미도시)로 지지한 채 한쪽 면에 충격을 주어 모 셀(1)을 다수의 컷 셀(10)로 쪼갤 수 있다.In step S102, the
S103 단계 및 S104 단계는 제2 설비(SU2)에 의해 진행되는데, 설비 사이의 이동은 로봇과 같은 이송 수단이 이용될 수 있다.Steps S103 and S104 are carried out by the second facility SU2, and a transfer means such as a robot can be used for the movement between the equipments.
S103 단계에서, 디스펜서 장치(710)는 컷 셀(10) 위, 보다 정확히는 패드(미도시) 위로 도전성 접착제(CA)를 프로그램된 정보에 맞춰 토출한다. 이에 따라, 디스펜서 장치(710)를 지나는 모든 컷 셀(10)의 패드 위로는 도전성 접착제가 도포된다. 일 예에서, 도전성 접착제(CA)는 범용적으로 다양한 것들이 사용될 수 있는데, 일 예로 솔더 페이스트, 고체 상태의 솔더 등이 사용될 수 있다. 도전성 접착제는 특히 상술한 회복 과정에서 태양전지(1)에 가해지는 온도 범위 내의 융점을 갖는 것은 어느 것을 사용하여도 무방하다. 상술한 바처럼, 회복 과정에서 태양전지는 100℃ 내지 300℃의 온도 또는 200℃ 내지 300℃의 온도로 가열되므로, 이 온도 범위에서 경화가 되는 도전성 접착제라면 어느 것을 사용하여도 무방하다.In step S103, the
S104 단계에서, 도전성 접착제(CA)가 도포된 컷 셀(10) 위로는 다른 컷 셀(10)이 레이-업(lay-up)돼서 가열 장치(510)로 공급된다. 도면에 도시하지는 않았지만, 도전성 접착제(CA)가 도포된 제1 컷 셀(10) 위로는 로봇과 같은 수단에 의해 제2 컷 셀(10)이 제1 컷 셀의 패드 부분과 접촉하게 선택적으로 포개질 수가 있다. 여기서, 제2 컷 셀(10)쪽에도 도전성 접착제가 도포되어 있을 수도 있고, 도전성 접착제가 도포되지 않을 수도 있다. 또한 도전성 접착제는 복수의 컷 셀(10)에 도포된 후에 이들을 레이 업하고 가열 장치(510)로 공급해 회복 단계(S13)를 실시하거나, 하나의 컷 셀(10)에 도전성 접착제를 도포하고 다른 컷 셀을 레이업 한 후에 가열 장치(510)로 공급해 회복 단계(S13)를 실시하는 것처럼 컷 셀마다 회복 단계(S13)를 실시하는 것도 가능하다.In step S104,
가열 장치(510)를 지나면서 공급된 열과 빛은 상술한 회복 단계(S13)에서 설명한 바와 같은 범위의 것이 사용된다. 이에 따라, 레이저 조사 과정에서 열화되었던 컷 셀은 도전성 접착제를 경화시키는 과정에서 동시에 회복시킬 수 있다.Heat and light supplied while passing through the
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
Claims (16)
상기 레이저가 조사된 상기 박막에 열을 공급하는, 회복 단계;
를 포함하는 태양전지의 제조 방법.A scribing step of irradiating a laser along a scribe line above a thin film constituting a part of the solar cell; And,
A recovery step of supplying heat to the thin film to which the laser is irradiated;
Wherein the method comprises the steps of:
상기 박막은 비정질 실리콘층, 단결정 실리콘층, 다결정 실리콘층 또는 금속 산화물층 중 적어도 하나를 포함하는 태양전지의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the thin film comprises at least one of an amorphous silicon layer, a single crystal silicon layer, a polycrystalline silicon layer, and a metal oxide layer.
상기 박막은 상기 태양전지에서 후면 전계부를 형성하는 태양전지의 제조 방법.3. The method of claim 2,
Wherein the thin film forms a rear electric field portion in the solar cell.
상기 태양전지는 단결정 실리콘으로 이뤄진 반도체 기판을 포함하는 태양전지의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the solar cell comprises a semiconductor substrate made of monocrystalline silicon.
상기 스크라이빙 단계에 이어서 바로 상기 회복 단계가 인-라인으로 실시되는 태양전지의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the recovery step is performed in-line immediately after the scribing step.
상기 회복 단계는, 상기 열과 함께 빛을 동시에 공급하는 태양전지의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the recovery step simultaneously supplies light with the heat.
상기 회복 단계에서 상기 빛의 광도가 100W/m2 내지 30,000 W/m2인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 6,
Wherein the light intensity of the light in the recovery step is 100 W / m 2 to 30,000 W / m 2 .
상기 회복 단계에서 상기 빛의 광도가 100W/m2 내지 20,000 W/m2인 태양 전지의 제조 방법. 8. The method of claim 7,
Wherein the light intensity of the light in the recovery step is 100 W / m 2 to 20,000 W / m 2 .
상기 회복 단계에서 상기 빛의 파장이 300nm 내지 1,000nm인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 6,
And the wavelength of the light is 300 nm to 1,000 nm in the recovery step.
상기 회복 단계에서 상기 빛의 파장이 400nm 내지 800nm인 태양 전지의 제조 방법. 10. The method of claim 9,
And the wavelength of the light in the recovery step is 400 nm to 800 nm.
상기 회복 단계에서 공정 온도가 100℃ 내지 300℃인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 6,
And the process temperature in the recovery step is 100 ° C to 300 ° C.
상기 회복 단계에서 공정 온도가 200℃ 내지 300℃인 태양 전지의 제조 방법. 12. The method of claim 11,
And the process temperature in the recovery step is 200 ° C to 300 ° C.
상기 회복 단계에서 공정 시간이 30초 내지 1시간인 태양 전지의 제조 방법. The method according to claim 6,
And the process time in the recovery step is 30 seconds to 1 hour.
상기 회복 단계에서 공정 시간이 1분 내지 30분인 태양 전지의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
And the process time in the recovery step is 1 to 30 minutes.
상기 스크라이빙 단계와 상기 회복 단계 사이에,
상기 태양전지를 다수의 컷 셀로 나누는 단계; 그리고,
상기 컷 셀에 도전성 접착제를 도포하는 단계; 를 포함하고,
상기 도전성 접착제의 융점은 상기 회복 단계의 공정 온도 범위 내인 태양전지의 제조 방법.7. The method according to claim 1 or 6,
Between the scribing step and the recovery step,
Dividing the solar cell into a plurality of cut cells; And,
Applying a conductive adhesive to the cut cells; Lt; / RTI >
Wherein the melting point of the conductive adhesive is within the process temperature range of the recovery step.
상기 도전성 접착제의 융점은 100℃ 내지 300℃인 태양 전지의 제조 방법.16. The method of claim 15,
Wherein the conductive adhesive has a melting point of 100 占 폚 to 300 占 폚.
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