KR20210061057A - Method of manufacturing flexible solar cell module based on ⅲ-ⅴ compound semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor.
태양전지는 태양의 빛에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로, 친환경적이며 무한한 에너지원인 태양에너지를 사용하는 측면에서 차세대 신재생에너지로서 많은 관심을 받고 있다. 특히, 최근에는 탈원전 정책과 맞물려 태양전지를 이용한 신재생 에너지에 대한 수요가 급증하고 있는 추세이다.A solar cell is a device that converts light energy from the sun into electrical energy, and is attracting a lot of attention as a next-generation new and renewable energy in terms of using solar energy, which is an eco-friendly and infinite energy source. In particular, recently, the demand for renewable energy using solar cells is increasing rapidly in line with the policy of post-nuclear power generation.
이러한 태양전지의 시장 경제성을 확보하기 위해서는 대체 에너지의 단가와 기존 화력발전 단가가 동일한 균형점을 의미하는 Grid Parity에 도달해야 하며, 이는 태양전지 고효율 및 신뢰성 확보와 저렴한 제조단가를 통해 달성할 수 있다.In order to secure the market economy of such solar cells, the unit price of alternative energy and the unit price of existing thermal power generation must reach the same balance point, which can be achieved through securing high efficiency and reliability of solar cells and low manufacturing cost.
Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 태양전지는 우주용 태양전지로 활용되어 온 만큼 우수한 신뢰성을 확보하고 있으며, 태양광 스펙트럼을 효율적으로 이용할 수 있는 다중접합 구현이 가능하여 세계 최고 효율인 47.1%의 광변환 효율을 기록하고 있다.The Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor-based solar cell has excellent reliability as it has been used as a space solar cell, and the world's highest efficiency 47.1% photovoltaic conversion is possible due to the realization of multiple junctions that can efficiently use the solar spectrum. Efficiency is being recorded.
이러한 장점을 갖고 있는 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 태양전지는 여기에 더하여 플렉시블한 소재를 적용하여 태양전지에 형상 변형성을 부여함에 따라 그 적용성을 보다 극대화시킬 수 있는 방향으로까지 연구 개발이 이루어지고 있다.The Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor-based solar cell, which has these advantages, is further researched and developed in the direction of maximizing its applicability by applying a flexible material to give shape deformability to the solar cell. have.
Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지를 제조하는 대표적인 방법은 epitaxial lift-off (ELO)이며, 이는 metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD)을 이용하여 성장한 고품질의 Ⅲ-Ⅴ epi층을 이종캐리어에 전사하는 기술이다.The representative method of manufacturing a Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor-based flexible solar cell is epitaxial lift-off (ELO), which is a high-quality Ⅲ-Ⅴ epi layer grown using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) on heterogeneous carriers. It is a skill to be transferred.
이 기술을 활용하여 제작한 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지는 고효율 및 신뢰성 확보가 가능하며, 유연기판을 사용하여 상황에 따른 형태 변형이 가능하다. 이러한 장점을 바탕으로 IT산업, 디스플레이 산업, 전기자동차, 무인기, 우주 항공 등의 다양한 산업 분야에서 새로운 가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다. The Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor-based flexible solar cell manufactured using this technology can secure high efficiency and reliability, and can be transformed according to the situation by using a flexible substrate. Based on these advantages, it is expected to be able to create new value in various industries such as IT industry, display industry, electric vehicle, unmanned aerial vehicle, and aerospace.
하지만 기존 플렉시블 태양전지(S1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 임시 핸들러에 접착층과 관련 소재를 결합시킨 후 다수의 공정을 통해 태양전지를 생성할 수 있다. 이때, 플렉시블 태양전지를 임시 핸들러에서 분리하고, 셀 단위로 절단하는 방식으로, 먼저 접착층을 식각 또는 언더컷으로 제거한 후 레이저를 통해 태양전지를 절단하는 방식을 적용하는 것이 일반적이다.However, the existing flexible solar cell S1 may generate a solar cell through a number of processes after bonding an adhesive layer and a related material to a temporary handler, as shown in FIG. 1. In this case, a method of separating the flexible solar cell from a temporary handler and cutting it in units of cells. It is common to apply a method of first removing the adhesive layer by etching or undercutting and then cutting the solar cell through a laser.
이러한 경우, 플렉시블 태양전지의 특성상 휘어져 굴곡이 있기 때문에 레이저 공정 횟수가 늘어나며, 태양전지셀의 손상이 발생하는 등의 전체적인 수율이 저하되는 문제를 가지고 있다. In this case, since the flexible solar cell is curved and bent, the number of laser processes increases, and the overall yield decreases, such as damage to the solar cell.
뿐만아니라, 이러한 공정을 통해 생성된 플렉시블 태양전지셀(C1)은 도 3에서와 같이 인접한 기판(패드)와 전기적으로 연결되기 위해 금선(Au Wire)나 리본 와이어(Ribbon Wire)와 같은 소정 강성을 갖는 전도성 물체(A,R)를 통해 결합되는 구조를 가졌다.In addition, the flexible solar cell (C1) produced through this process has a predetermined stiffness such as Au Wire or Ribbon Wire to be electrically connected to an adjacent substrate (pad) as shown in FIG. 3. It has a structure that is bonded through a conductive object (A, R).
이러한 경우, 도 4와 같이 플렉시블한 태양전지(S1)의 특성에 따라 기존 태양전지 모듈(S2) 전체에 대하여 휨과 같은 구조 변형이 이루어지는 경우, 정상적인 접합 부위(D2)와 달리 해당 변형 충격에 의해 Wire가 단선되는 단선 영역(D1)이 다수 발생하는 문제점 역시 갖고 있다.In this case, as shown in FIG. 4, when structural deformation such as bending is made to the entire existing solar cell module S2 according to the characteristics of the flexible solar cell S1, unlike the normal joint portion D2, There is also a problem in that there are many disconnected areas (D1) where the wire is disconnected.
따라서, 상술한 바와 같이, 플렉시블한 구성의 태양전지 분리 작업 시 발생되는 손상과, 태양전지 모듈 구성 시 발생되는 단선에 대한 문제점을 해소하여 플렉시블 태양전지 모듈 제작의 경제성 및 신뢰성을 높일 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, as described above, there is a solution to the problem of the damage that occurs during the separation work of the solar cell of the flexible configuration and the disconnection that occurs when the solar cell module is configured, thereby improving the economical efficiency and reliability of manufacturing the flexible solar cell module. Required.
본 발명은 플렉시블 태양전지의 절단 및 분리 시 발생되는 손상을 방지하고, 태양전지 모듈 구성 시 단전 발생을 최소화하여 전체 수율 및 신뢰성을 높일 수 있는 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention provides a method for manufacturing a flexible solar cell module based on a Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor that can prevent damage that occurs during cutting and separation of a flexible solar cell, and minimize the occurrence of a power failure when configuring a solar cell module to increase overall yield and reliability. It aims to provide.
상술한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법은, 베이스 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 포함하는 플렉시블 태양전지 기판을 전사시키는 단계; 상기 베이스 기판에서 상기 플렉시블 태양전지 기판을 분리시킨 뒤, 접착층(Adhesive Material)을 통해 임시 핸들러(Temporary Handler)에 상기 플렉시블 태양전지 기판을 부착시키는 단계; 후속 공정을 통해 상기 플렉시블 태양전지 기판을 플렉시블 태양전지로 변환시키는 단계; 상기 플렉시블 태양전지를 복수의 플렉시블 태양전지셀로 분리시키는 단계; 및 분리된 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀에 대하여 상기 접착층을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor according to an embodiment of the present invention for realizing the above object includes the steps of transferring a flexible solar cell substrate including a III-V compound onto a base substrate; Separating the flexible solar cell substrate from the base substrate and then attaching the flexible solar cell substrate to a temporary handler through an adhesive material; Converting the flexible solar cell substrate into a flexible solar cell through a subsequent process; Separating the flexible solar cell into a plurality of flexible solar cell cells; And removing the adhesive layer from the separated plurality of flexible solar cells.
여기서, 상기 베이스 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 포함하는 플렉시블 태양전지 기판을 전사시키는 단계는, 상기 베이스 기판 상에 상기 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 구비하는 희생층을 에피택시(epi) 성장시키는 단계; 상기 희생층 상에 태양전지 활성층을 형성하는 단계; 및 상기 태양전지 활성층 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.Here, the step of transferring the flexible solar cell substrate including the III-V compound onto the base substrate includes: epitaxy growing a sacrificial layer including the III-V compound on the base substrate; Forming a solar cell active layer on the sacrificial layer; And forming a rear electrode layer on the solar cell active layer.
여기서, 상기 Ⅲ-Ⅴ 화합물은, AlxGa1 - xAs 또는 InxGa1 -xP 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.Here, the Ⅲ-Ⅴ compounds, Al x Ga 1 - can include at least one of x As, or In x Ga 1 -x P.
여기서, 상기 베이스 기판에서 상기 플렉시블 태양전지 기판을 분리시킨 뒤, 접착층을 통해 임시 핸들러에 상기 플렉시블 태양전지 기판을 부착시키는 단계는, 상기 희생층을 제거하는 단계; 및 상기 희생층의 제거로 분리된 상기 플렉시블 태양전지 기판의 상기 후면 전극층을 상기 임시 핸들러 상에 부착시키는 단계;를 포함할 수 있다.Here, after separating the flexible solar cell substrate from the base substrate, attaching the flexible solar cell substrate to a temporary handler through an adhesive layer may include removing the sacrificial layer; And attaching the rear electrode layer of the flexible solar cell substrate separated by removal of the sacrificial layer on the temporary handler.
여기서, 상기 후속 공정은, 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대한 사진 식각(Photolithography)을 실시하는 단계; 상기 사진 식각된 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대해 금속 증착(Metal Deposition)을 실시하는 단계; 전면 전극층을 생성하는 단계; 상기 전면 전극층이 생성된 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대해 열처리(Annealing)를 실시하는 단계; 및 열처리된 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대해 메사 에칭(Mesa Etching)을 실시하는 단계;를 포함할 수 있다.Here, the subsequent process may include performing photolithography on the flexible solar cell substrate; Performing metal deposition on the photo-etched flexible solar cell substrate; Generating a front electrode layer; Performing annealing on the flexible solar cell substrate on which the front electrode layer is formed; And performing mesa etching on the heat-treated flexible solar cell substrate.
여기서, 상기 플렉시블 태양전지를 복수의 플렉시블 태양전지셀로 분리시키는 단계는, 레이저를 이용하여 웨이퍼 단위의 상기 플렉시블 태양전지를 상기 후면 전극층까지 절단하는 단계;를 포함할 수 있다.Here, the step of separating the flexible solar cell into a plurality of flexible solar cell cells may include cutting the flexible solar cell in wafer units to the rear electrode layer using a laser.
여기서, 플렉시블 회로 기판에 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 연속적으로 부착시키는 단계; 및 전도성 테이프를 통해 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 서로 전기적으로 연결시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.Here, continuously attaching the plurality of flexible solar cells to a flexible circuit board; And electrically connecting the plurality of flexible solar cells to each other through a conductive tape.
여기서, 상기 플렉시블 회로 기판에 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 연속적으로 부착시키는 단계는, 상기 플렉시블 회로 기판에 플렉시블 에폭시를 도포하는 단계; 및 상기 플렉시블 에폭시가 도포된 상기 플렉시블 회로 기판에 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 다이 본딩(Die Bonding)하는 단계;를 포함할 수 있다.Here, the step of continuously attaching the plurality of flexible solar cell cells to the flexible circuit board may include applying a flexible epoxy to the flexible circuit board; And die bonding the plurality of flexible solar cells to the flexible circuit board coated with the flexible epoxy.
여기서, 상기 전도성 테이프를 통해 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 서로 전기적으로 연결시키는 단계는, 상기 전도성 테이프는 복수의 비아홀(Via Hole)을 포함하고, 상기 복수의 비아홀이 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀에 각각 대응되도록 상기 전도성 테이프를 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀에 부착하는 단계;를 포함할 수 있다.Here, in the step of electrically connecting the plurality of flexible solar cell cells to each other through the conductive tape, the conductive tape includes a plurality of via holes, and the plurality of via holes are the plurality of flexible solar cell cells. Attaching the conductive tape to the plurality of flexible solar cells so as to correspond to each of the; may include.
여기서, 상기 전도성 테이프의 상기 비아홀에 상기 플렉시블 에폭시를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.Here, it may further include applying the flexible epoxy to the via hole of the conductive tape.
상술한 구성을 갖는 본 발명의 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법에 의하면, 플렉시블 태양전지의 셀 분리 시 손상을 최소화할 수 있다.According to the method for manufacturing a flexible solar cell module based on the III-V compound semiconductor of the present invention having the above-described configuration, damage can be minimized when the flexible solar cell is separated from the cell.
또한, 플렉시블 태양전지 모듈 구성 시, 전도성 테이프를 통한 셀 간 연결 구조를 통해 모듈의 형상 변형에 따른 단선을 방지할 수 있다.In addition, when configuring a flexible solar cell module, disconnection due to shape deformation of the module can be prevented through a connection structure between cells through a conductive tape.
또한, 플렉시블 구조를 통해 다양한 제품 및 산업구조에 적용 가능하여 적용성을 향상시킬 수 있다.In addition, it can be applied to various products and industrial structures through a flexible structure, thereby improving applicability.
또한, 공정 및 완제품의 손상을 최소화하여 전체 수율을 높임에 따라 경제성을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the economy by minimizing damage to the process and the finished product and increasing the overall yield.
도 1은, 종래 태양전지(S1)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 종래 플렉시블 태양전지(S1) Dicing의 문제점을 보여주기 위한 도면이다.
도 3은, 종래 태양전지 모듈(S2)의 전기적 연결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 태양전지 모듈(S2)의 단선 예시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명에 따른 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법 중 플렉시블 태양전지셀(300)을 생성하기까지의 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6 내지 도 10은 도 5의 제조방법을 각 단계별로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 본 발명의 따른 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법 중 도 5에서 생산된 플렉시블 태양전지셀(300)을 결합하여 플렉시블 태양전지 모듈(600)을 생성하기까지의 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는, 도 11의 플렉시블 태양전지 모듈(600) 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a method of manufacturing a conventional solar cell S1.
2 is a diagram illustrating a problem of dicing a conventional flexible solar cell (S1).
3 is a view for explaining the electrical connection structure of the conventional solar cell module (S2).
4 is a diagram for explaining an example of disconnection of the solar cell module S2.
5 is a flowchart illustrating a process of generating a flexible
6 to 10 are views for explaining each step of the manufacturing method of FIG. 5.
FIG. 11 is a process of manufacturing a flexible
12 is a diagram illustrating a manufacturing process of the flexible
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, a method of manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this specification, the same/similar reference numerals are assigned to the same/similar configurations even in different embodiments, and the description is replaced with the first description.
도 5는, 본 발명에 따른 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법 중 플렉시블 태양전지셀(200)을 생성하기까지의 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 내지 도 10은 도 5의 제조방법을 각 단계별로 설명하기 위한 도면이다.5 is a flowchart illustrating a process of generating a flexible
Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 태양전지 모듈은, 일반적으로 GaAs, InGaAs, AlGaAs, InGaP, AlGaInP 등과 같이 Ⅲ-Ⅴ족 원소의 화합물 반도체 재료로 구성된 태양전지로 구성될 수 있다. 이들 원소들은 공유결합을 하고 있기 때문에 재료 자체의 물성이 우수하고, 태양광을 보다 효율적으로 활용할 수 있는 다중접합 구조 구현이 가능하여 상대적으로 높은 광전변환효율 달성이 가능하다.A solar cell module based on a III-V compound semiconductor may be composed of a solar cell made of a compound semiconductor material of a III-V group element, such as GaAs, InGaAs, AlGaAs, InGaP, and AlGaInP. Since these elements are covalently bonded, the material itself has excellent physical properties, and it is possible to realize a multi-junction structure that can utilize sunlight more efficiently, thereby achieving relatively high photoelectric conversion efficiency.
40% 이상의 높은 효율을 기록하고 있는 InGaP/(In)GaAs/Ge 삼중접합 태양전지의 구조를 살펴보면 밴드갭이 다른 세 종류의 태양전지가 연결된 적층구조로 되어 있다. 밴드갭의 크기 순으로 적층된 각각의 태양전지 셀이 다른 파장영역의 빛을 순차적으로 흡수하여 전기를 생산하는 것이다. 전기적으로 직렬연결 구조이기 때문에 총 전류는 제한되지만, 총 전압은 각 태양전지 전압의 합만큼 증가하여 단일접합 태양전지 이상의 효율 달성이 가능하다.Looking at the structure of an InGaP/(In)GaAs/Ge triple junction solar cell, which has a high efficiency of more than 40%, it is a stacked structure in which three types of solar cells with different band gaps are connected. Each solar cell stacked in the order of the band gap size sequentially absorbs light in a different wavelength range to generate electricity. Since it is electrically connected in series, the total current is limited, but the total voltage is increased by the sum of the voltages of each solar cell, so that more than a single junction solar cell can be achieved.
Si 태양전지와 Ⅲ-Ⅴ 화합물 태양전지의 태양광 흡수 스펙트럼을 비교해보면 단일접합 구조의 Si 태양전지는 전체 태양광 스펙트럼 중 일부 영역만을 전기에너지로 변환시킬 수 있는데, 이는 p-n 접합 구성 물질의 밴드갭에 따라 열손실 및 투과 손실이 발생할 수 있어 고효율 태양전지 구현에 한계가 있다. 반면에 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 태양전지는 보다 넓은 영역의 태양광 스펙트럼을 흡수하여 전기에너지로 변환시킬 수 있다. 밴드갭을 보다 세분화하여 사중접합 이상의 태양전지 구조를 구현할 경우 50% 이상의 효율 달성도 이론적으로 가능하기 때문에 발전 가능성이 매우 높다고 할 수 있다.Comparing the solar absorption spectrum of a Si solar cell and a Ⅲ-Ⅴ compound solar cell, a Si solar cell with a single junction structure can convert only a part of the entire solar spectrum into electric energy, which is the band gap of the pn junction material. As a result, heat loss and transmission loss may occur, so there is a limit to the implementation of high-efficiency solar cells. On the other hand, a Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor-based solar cell can absorb a wider area of the solar spectrum and convert it into electrical energy. If the band gap is further subdivided to implement a solar cell structure of more than quadruple junction, it can be said that the possibility of power generation is very high because it is theoretically possible to achieve an efficiency of 50% or more.
플렉시블 태양전지는, 유연 기판을 사용하여 구부리거나 휠 수 있어서 상황에 따라 형태를 변형시킬 수 있으며, 가볍고 휴대성이 매우 뛰어나다.A flexible solar cell can be bent or bent using a flexible substrate, so it can change its shape according to the situation, and it is light and has excellent portability.
플렉시블 재료로는 폴리이미드(Poliyimid) 또는 타 금속과 조합하여 유연 기판인 플렉시블 기판을 구현할 수 있다. 기술한 플렉시블 재료는 한정된 것이 아니며, 적용 가능한 다양한 종류의 재료들이 조합되어 적용될 수 있다.As a flexible material, a flexible substrate, which is a flexible substrate, may be implemented in combination with polyimide or other metals. The described flexible material is not limited, and various types of applicable materials may be combined and applied.
본 발명은, 상술한 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 및 플렉시블 재료를 통해 높은 광전환효율 및 유연성을 모두 갖춘 태양전지 모듈을 제조하는 것을 제1 효과, 웨이퍼 단위의 플렉시블 태양전지를 플렉시블 태양전지셀로 분리할 때 발생되는 손상 방지를 제2 효과, 복수의 플렉시블 태양전지셀을 하나의 플렉시블 태양전지 모듈로 구성하는 경우 발생될 수 있는 단선 방지를 3차 효과로 각각 도모하고자 한다.The present invention is the first effect of manufacturing a solar cell module having both high light conversion efficiency and flexibility through the aforementioned III-V compound semiconductor and flexible material. The second effect is to prevent damage that occurs during this time, and the third effect is to prevent disconnection that may occur when a plurality of flexible solar cells are configured as one flexible solar cell module.
본 실시예에서는 베이스 기판상에 화합물 및 공정들을 통해 플렉시블 태양전지셀을 생성하기까지의 과정에 대하여 설명하도록 한다. 요약하면, 베이스 기판에서 희생층 식각을 통해 태양전지의 활성영역을 이종 기판에 전사시킨 후, 해당 플렉시블 태양전지 기판을 임시 핸들러에 부착하여 플렉시블 태양전지로 변환시키며, 이후 절단 및 제거 방식을 통해 복수의 플렉시블 태양전지셀을 생성하는 것이다.In the present embodiment, a description will be given of a process of generating a flexible solar cell through a compound and processes on a base substrate. In summary, after the active region of the solar cell is transferred to a heterogeneous substrate through sacrificial layer etching on the base substrate, the flexible solar cell substrate is attached to a temporary handler to convert it into a flexible solar cell. It is to create a flexible solar cell of.
이하에서는 각 공정에 대하여 단계별로 설명하도록 하며, 기존 공정과 큰 차이가 없는 공지된 공정에 대해서는 간략히 설명하거나 생략하도록 한다.Hereinafter, each process will be described step by step, and known processes that do not differ significantly from existing processes will be briefly described or omitted.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 플렉시블 태양전지를 생성하기 위해 웨이퍼와 같은 반도체 기판인 베이스 기판(W) 상에 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 포함하는 희생층(110) 및 태양전지 활성영역을 에피택시(epi) 성장시킬 수 있다(S11).First, as shown in FIG. 5, the present invention provides a
희생층(110)은, 다양한 재료의 재질이 적용될 수 있으며 본 실시예에서는 AlxGa1-xAs 및 InxGa1-xP 중 적어도 어느 하나가 적용되어 활용될 수 있다. Materials of various materials may be applied to the
이렇게 베이스 기판(W) 상에 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 구비하는 활성층은 에픽택시 성장법에 의해 성장될 수 있다. 해당 에피택시 성장법은 일반적인 기술사항이므로, 관련 설명은 생략하도록 한다.In this way, the active layer including the III-V compound on the base substrate W may be grown by an epitaxy growth method. Since the epitaxy growth method is a general technical matter, a related description will be omitted.
이러한 성장법을 통하면, 희생층(110) 상에는 단일 또는 다중접합되는 태양전지 활성층(120)이 생성될 수 있다(S12). 또한, 구체적으로 도시하지 않았으나, 성장 과정이나, 공정 상에서는 상술한 플렉시블한 재료가 더 포함될 수도 있다.Through this growth method, a single or multi-junction solar cell
태양전지 활성층(120)이 생성되면, 그 위에 후면 전극층(130)을 생성할 수 있다(S13). 후면 전극층(130)은, 후술하는 플렉시블 태양전지 모듈에서의 전기적인 연결을 위한 수단으로 (-)극을 가질 수 있으나, 전면 전극층(140)과의 관계를 고려하여 극의 속성은 공정 상에서 변화될 수도 있다.When the solar cell
또한, 본 실시예에서 후면 전극층(130)은 Au 또는 Copper 등 HCL 및 HF에 견딜 수 있는 플렉시블 금속박으로 형성될 수 있다.In addition, in this embodiment, the
태양전지 활성층(120) 상에 후면 전극층(130)이 형성되면, 베이스 기판(W)과의 분리를 위해 희생층(110)을 제거할 수 있다(S14).When the
희생층(110)의 제거 방식으로는, 상술한 HCL 및 HF 용액을 통한 식각이나 또는 언더컷(Under Cut) 등이 선택적으로 적용될 수 있다.As a method of removing the
희생층(110)의 제거를 통해 베이스 기판(W)에서 분리되는 태양전지 활성층(120) 및 후면 전극층(130)의 결합체는 플렉시블 태양전지 기판(100)으로 칭하도록 하며, 이들은 기존의 상하 위치를 회전시켜, 하부에 후면 전극층(130)이 위치하도록 위치 변경을 실시할 수 있다.The combination of the solar cell
이렇게 생성되는 플렉시블 태양전지 기판(100)은 임시 핸들러(H) 상에 부착된다(S15). 접착 방법은 준비된 임시 핸들러(H)의 상부에 접착층(A)(Adhesive Material)을 도포하고, 그 위에 후면 전극층이 접착되도록 플렉시블 태양전지 기판(100)을 임시 핸들러(H)와 결합시킬 수 있다.The flexible
임시 핸들러(H)에 플렉시블 태양전지 기판(100)의 결합이 완료되면, 플렉시블 태양전지 생성을 위한 다수의 후속공정을 실시할 수 있다(S16).When the coupling of the flexible
후속공정은, 플렉시블 태양전지 기판(100)에 대한 사진 식각(Photolithography), 사진 식각된 플렉시블 태양전지 기판(100)에 대한 금속 증착(Metal Deposition), 금속 증착된 기판에 대한 열처리(Annealing), 열처리된 기판에 대한 메사 에칭(Mesa Etching) 등을 포함할 수 있다. 특히, 금속 증착을 통해 전면 전극층(140)이 형성되며 이때, 버스바 라인(도 12, 310 이하생략) 역시 같이 형성될 수 있다. 즉, 전면 전극층(140)은 버스바 라인을 구비할 수 있다.Subsequent processes include photolithography for the flexible
이러한 다수의 공정을 통해 기존 플렉시블 태양전지 기판(100)은 플렉시블 태양전지(200)로 변환 생성될 수 있으며, 태양전지의 최하부에는 후면 전극층(130)(-), 최상단에는 전면 전극층(140)(+)이 각각 형성될 수 있다. 또한, 전면 전극층(140)은 후면 전극층(130)과 동일하게 플렉시블 금속박으로 구성될 수 있다.Through such a number of processes, the existing flexible
이와 같이 생성되는 플렉시블 태양전지(200)는 하나의 단일 구조로 형성됨에 따라 이를 복수의 플렉시블 태양전지셀(300)로 절단하기 위한 공정과 임시 핸들러(H)와 분리시키기 위한 공정을 더 필요로 한다.As the flexible
해당 공정은 본 실시예의 차별적인 공정으로, 앞서 상술한 바와 같이 기존에는 먼저 접착층(A)을 제거한 상태로 플렉시블 태양전지(200)를 절단함에 따라 플렉시블한 구성에 의한 손상이 발생 되었다.This process is a differential process of the present embodiment, and as described above, damage caused by the flexible configuration was caused by cutting the flexible
따라서, 본 실시예에서는 먼저, 플렉시블 태양전지(200)가 접착층(A)에 부착된 상태에서 레이저와 같은 절단 수단을 이용하여 플렉시블 태양전지(200)를 복수의 플렉시블 태양전지셀(300)로 절단시킬 수 있다(S17). 이때, 절단 높이는 바람직하게는 플렉시블 태양전지셀(300)까지 즉, 후면 전극층(130)까지 일 수 있다. 또한, 레이저로는 UV 펨토초 레이저가 적용될 수 있다.Therefore, in this embodiment, first, the flexible
반면, 공정이나 실험 조건에 따라 접착층(A)도 절단 대상에 포함될 수 있다. 하지만, 이런 다양한 조건에서도 플렉시블 태양전지셀(300) 하부에는 접착층(A) 및 임시 핸들러(H)가 위치하여 지지할 수 있다.On the other hand, depending on the process or experimental conditions, the adhesive layer (A) may also be included in the cutting target. However, even under these various conditions, an adhesive layer (A) and a temporary handler (H) may be positioned and supported under the flexible
이후, 용액 식각 또는 언더컷 등의 방식을 통해 플렉시블 태양전지셀(300)과 임시 핸들러(H)를 서로 결합시켜주던 접착층(A)을 도 9와 같이 제거할 수 있다(S18).Thereafter, the adhesive layer (A) bonding the flexible
이와 같은 공정을 통하는 경우, 플렉시블 태양전지셀(300)의 절단 시, 접착층(A)을 통해 임시 핸들러(H)와 결합된 상태이므로, 도 10에서와 같이 보다 안정적인 절단이 이루어져 태양전지셀에 대한 손상을 최소화시킬 수 있는 것이다.In the case of such a process, when the flexible
이상은 플렉시블 태양전지셀의 생성까지의 공정에 대하여 설명하였다. 이하에서는 생성된 플렉시블 태양전지셀을 통해 플렉시블 태양전지 모듈을 구성하는 방법에 관하여 설명하도록 한다.The above has been described with respect to the process up to the generation of the flexible solar cell. Hereinafter, a method of configuring a flexible solar cell module through the generated flexible solar cell will be described.
도 11은, 본 발명의 따른 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈(600) 제조방법 중 도 5에서 생산된 플렉시블 태양전지셀(300)을 결합하여 플렉시블 태양전지 모듈(600)을 생성하기까지의 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 12는, 도 11의 플렉시블 태양전지 모듈(600) 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 11 is a method for manufacturing a flexible
앞선 공정을 통해 복수의 플렉시블 태양전지셀(300)이 생성된 그 이후의 공정에 대하여 연속하여 설명하도록 한다.Subsequent processes in which the plurality of flexible
먼저, 플렉시블 회로 기판(400)을 준비할 수 있다(S21). 플렉시블 회로 기판(400)은 플렉시블한 재질로 이루어질 수 있으며, 복수의 플렉시블 태양전지셀(300)이 실장될 수 있는 패드로 구성되어 이들을 서로 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이때, 플렉시블 회로 기판(400) 상에는 회로 기판 전극(410)(-)이 소정 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다.First, a
플렉시블 회로 기판(400)이 준비되면, 기판 상에 플렉시블 에폭시(FER)(E)를 도포할 수 있다(S22). 플렉시블 에폭시(E)는 방수, 난연성, 및 절연성 등을 갖춘 연질의 접착제일 수 있다.When the
플렉시블 회로 기판(400) 상에 플렉시블 에폭시(E)가 도포되면, 복수의 플렉시블 태양전지셀(300)을 플렉시블 회로 기판(400)에 다이 본딩(Die-Bonding)을 실시할 수 있다(S23). 다이 본딩은 플렉시블 태양전지셀(300)과 회로 기판을 서로 전기적으로 연결하기 위한 실장 방법으로, 태양전지셀(300)의 후면 전극층이 회로 기판의 전극층에 전기적으로 결합될 수 있도록 연속하여 본딩시킬 수 있다.When the flexible epoxy (E) is applied on the
즉, 후면 전극층이 회로 기판에 연장되게 설치되는 회로 기판 전극(410)을 향하도록 복수의 플렉시블 태양전지셀(300)이 서로 연속되도록 본딩될 수 있는 것이다.That is, a plurality of flexible
이렇게 다이 본딩이 완료되면, 전도성 테이프(500)를 준비할 수 있다.When die bonding is completed in this way, the
전도성 테이프(500)는, 구리 또는 동과 같은 전도성 재료로 구성되는 테이프로, 일면과 타면은 이를 관통하는 복수의 비아홀(510)(Via Hole)이 형성될 수 있다(S24). 비아홀(510)은 전도성 테이프(500)의 부착 시 각 플렉시블 태양전지셀(300) 마다 복수로 대응될 수 있도록 형성될 수 있다. 또한, 전도성 테이프(500)는 일면만이 전도성으로 구성되는 단면 전도성 테이프일 수 있다.The
비아홀(510)이 형성된 전도성 테이프(500)가 준비되면, 해당 비아홀(510)이 회로 기판에 각 태양전지셀의 버스바 라인(전면 전극층, 310)에 대하여 대응되도록 도 12와 같이 부착시킬 수 있다(S25). 따라서, 복수의 태양전지셀의 버스바 라인(310)은 전도성 테이프(500)에 의해 서로 연속적으로 연결되며, 각 버스바 라인(310)에 대응되는 전도성 테이프(500)에는 복수의 비아홀(510)이 형성된 상태일 수 있다. 전도성 테이프(500)가, 단면 테이프인 경우, 전도성면이 버스바 라인(310)을 향하도록 부착될 수 있다.When the
플렉시블 태양전지셀(300)의 버스바 라인(310)은 전도성 테이프(500)를 통해 플렉서블 회로 기판(400)과 전기적으로 연결됨에 따라 각각의 플렉시블 태양전지셀(300)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.As the
이렇게 전도성 테이프(500)의 부착이 완료되면, 비아홀(510)에 대하여 플렉시블 에폭시(E)를 도포하여 (S26) 플렉시블 태양전지 모듈(600)을 완성할 수 있다.When the attachment of the
이와 같은 구성되는 플렉시블 태양전지 모듈은, 이를 구성하는 각 구성인 회로 기판, 태양전지셀, 전도성 테이프 모두 플렉시블하게 구현됨에 따라, 이들의 전체 결합체인 태양전지 모듈 역시 플렉시블한 제품으로 구현될 수 있는 것이다. 따라서, 해당 플렉시블 태양전지 모듈은 다양한 대상에 대한 적용성을 보다 넓힘과 동시에 형상 변형에 따른 단선 및 태양전지 손상 등에 대한 문제에서 보다 자유로울 수 있어 제품 수율 등의 경제적 효과를 향상시킬 수 있다.The flexible solar cell module configured as described above can be implemented as a flexible product as the circuit board, solar cell, and conductive tape, which are components of the same, are all flexibly implemented. . Accordingly, the flexible solar cell module can broaden its applicability to various targets, and at the same time be more free from problems such as disconnection due to shape deformation and damage to the solar cell, thereby improving economic effects such as product yield.
상기와 같은 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법은, 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.The method of manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor as described above is not limited to the configuration and operation method of the embodiments described above. The above embodiments may be configured so that all or a part of each of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.
100: 플렉시블 태양전지 기판 500: 전도성 테이프
110: 희생층 510: 비아홀
120: 태양전지 활성층 600: 플렉시블 태양전지 모듈
130: 후면 전극층 W: 베이스 기판
140: 전면 전극층 H: 임시 핸들러
200: 플렉시블 태양전지 A: 접착층
300: 플렉시블 태양전지셀 E: 플렉시블 에폭시
310: 버스바 라인(전면 전극층)
400: 플렉시블 회로 기판
410: 회로 기판 전극100: flexible solar cell substrate 500: conductive tape
110: sacrificial layer 510: via hole
120: solar cell active layer 600: flexible solar cell module
130: rear electrode layer W: base substrate
140: front electrode layer H: temporary handler
200: flexible solar cell A: adhesive layer
300: flexible solar cell E: flexible epoxy
310: bus bar line (front electrode layer)
400: flexible circuit board
410: circuit board electrode
Claims (10)
상기 베이스 기판에서 상기 플렉시블 태양전지 기판을 분리시킨 뒤, 접착층(Adhesive Material)을 통해 임시 핸들러(Temporary Handler)에 상기 플렉시블 태양전지 기판을 부착시키는 단계;
후속 공정을 통해 상기 플렉시블 태양전지 기판을 플렉시블 태양전지로 변환시키는 단계;
상기 플렉시블 태양전지를 복수의 플렉시블 태양전지셀로 분리시키는 단계; 및
분리된 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀에 대하여 상기 접착층을 제거하는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
Transferring the flexible solar cell substrate including the III-V compound onto the base substrate;
Separating the flexible solar cell substrate from the base substrate and then attaching the flexible solar cell substrate to a temporary handler through an adhesive material;
Converting the flexible solar cell substrate into a flexible solar cell through a subsequent process;
Separating the flexible solar cell into a plurality of flexible solar cell cells; And
A method of manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor comprising; removing the adhesive layer from the separated plurality of flexible solar cell cells.
상기 베이스 기판 상에 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 포함하는 플렉시블 태양전지 기판을 전사시키는 단계는,
상기 베이스 기판 상에 상기 Ⅲ-Ⅴ 화합물을 구비하는 희생층을 에피택시(epi) 성장시키는 단계;
상기 희생층 상에 태양전지 활성층을 형성하는 단계; 및
상기 태양전지 활성층 상에 후면 전극층을 형성하는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 1,
The step of transferring the flexible solar cell substrate including the III-V compound onto the base substrate,
Epitaxy growing a sacrificial layer including the III-V compound on the base substrate;
Forming a solar cell active layer on the sacrificial layer; And
Forming a rear electrode layer on the solar cell active layer; comprising, a III-V compound semiconductor-based flexible solar cell module manufacturing method.
상기 Ⅲ-Ⅴ 화합물은,
AlxGa1 - xAs 및 InxGa1 -xP 중 적어도 어느 하나를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 1,
The III-V compound,
Al x Ga 1 - x As and In x Ga 1 -x P of at least one, Ⅲ-Ⅴ compound semiconductor-based solar cell module including a flexible method.
상기 베이스 기판에서 상기 플렉시블 태양전지 기판을 분리시킨 뒤, 접착층을 통해 임시 핸들러에 상기 플렉시블 태양전지 기판을 부착시키는 단계는,
상기 희생층을 제거하는 단계; 및
상기 희생층의 제거로 분리된 상기 플렉시블 태양전지 기판의 상기 후면 전극층을 상기 임시 핸들러 상에 부착시키는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 2,
After separating the flexible solar cell substrate from the base substrate, attaching the flexible solar cell substrate to a temporary handler through an adhesive layer,
Removing the sacrificial layer; And
Attaching the rear electrode layer of the flexible solar cell substrate separated by the removal of the sacrificial layer on the temporary handler; including, III-V compound semiconductor-based flexible solar cell module manufacturing method.
상기 후속 공정은,
상기 플렉시블 태양전지 기판에 대한 사진 식각(Photolithography)을 실시하는 단계;
상기 사진 식각된 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대해 금속 증착(Metal Deposition)을 실시하는 단계;
전면 전극층을 생성하는 단계;
상기 전면 전극층이 생성된 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대해 열처리(Annealing)를 실시하는 단계; 및
열처리된 상기 플렉시블 태양전지 기판에 대해 메사 에칭(Mesa Etching)을 실시하는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 1,
The subsequent process,
Performing photolithography on the flexible solar cell substrate;
Performing metal deposition on the photo-etched flexible solar cell substrate;
Generating a front electrode layer;
Performing annealing on the flexible solar cell substrate on which the front electrode layer is formed; And
A method for manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor comprising; performing a mesa etching on the heat-treated flexible solar cell substrate.
상기 플렉시블 태양전지를 복수의 플렉시블 태양전지셀로 분리시키는 단계는,
레이저를 이용하여 웨이퍼 단위의 상기 플렉시블 태양전지를 상기 후면 전극층까지 절단하는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 3,
The step of separating the flexible solar cell into a plurality of flexible solar cell cells,
A method of manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor comprising; cutting the flexible solar cell in a wafer unit to the rear electrode layer using a laser.
플렉시블 회로 기판에 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 연속적으로 부착시키는 단계; 및
전도성 테이프를 통해 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 서로 전기적으로 연결시키는 단계;를 더 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 1,
Continuously attaching the plurality of flexible solar cells to a flexible circuit board; And
The method of manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor further comprising; electrically connecting the plurality of flexible solar cell cells to each other through a conductive tape.
상기 플렉시블 회로 기판에 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 연속적으로 부착시키는 단계는,
상기 플렉시블 회로 기판에 플렉시블 에폭시를 도포하는 단계; 및
상기 플렉시블 에폭시가 도포된 상기 플렉시블 회로 기판에 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 다이 본딩(Die Bonding)하는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 6,
The step of continuously attaching the plurality of flexible solar cell cells to the flexible circuit board,
Applying a flexible epoxy to the flexible circuit board; And
A method for manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor comprising; die bonding the plurality of flexible solar cell cells to the flexible circuit board coated with the flexible epoxy.
상기 전도성 테이프를 통해 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀을 서로 전기적으로 연결시키는 단계는,
상기 전도성 테이프는 복수의 비아홀(Via Hole)을 포함하고,
상기 복수의 비아홀이 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀에 각각 대응되도록 상기 전도성 테이프를 상기 복수의 플렉시블 태양전지셀에 부착하는 단계;를 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.
The method of claim 6,
Electrically connecting the plurality of flexible solar cells to each other through the conductive tape,
The conductive tape includes a plurality of via holes,
Attaching the conductive tape to the plurality of flexible solar cell cells so that the plurality of via holes correspond to the plurality of flexible solar cell cells, respectively. Including, III-V compound semiconductor-based flexible solar cell module manufacturing method.
상기 전도성 테이프의 상기 비아홀에 상기 플렉시블 에폭시를 도포하는 단계를 더 포함하는, Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 기반의 플렉시블 태양전지 모듈 제조방법.The method of claim 8,
A method for manufacturing a flexible solar cell module based on a III-V compound semiconductor, further comprising the step of applying the flexible epoxy to the via hole of the conductive tape.
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WO2024035723A1 (en) * | 2022-08-10 | 2024-02-15 | Sierra Space Corporation | Solar array system with electrically conductive adhesive and method of manufacturing |
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- 2019-11-19 KR KR1020190148816A patent/KR102320383B1/en active IP Right Grant
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