KR20230005884A - 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선 방법에 관한 것이며, 처리 단계에서, 실리콘 태양 전지를 편향(biasing) 및 조명하는 동안, 처리 섹션에 대한 전류 밀도가 200 A/cm2 내지 20,000 A/cm2인 처리 전류가 유도된다. 본 발명의 목적은 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선 방법을 개선하는 것이다. 특히, 상기 방법을 구현하는 동안 상기 방법에 의해 달성된 개선을 정량화할 수 있어야 한다. 또한, 상기 방법을 구현하는 동안 바람직하지 않은 공정 파라미터의 적용으로 인한 어떠한 손상도 감지되어야 한다. 이러한 목적은 처리 단계 전 및/또는 후에 측정 단계가 수행된다는 점에서 달성되며, 상기 측정 단계에서, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명하고 편항함으로써 전류 밀도가 1 mA/cm2 내지 500 mA/cm2인 측정 전류가 유도되고, 상기 측정 전류의 전류 강도는 전류계를 이용하여 감지되고 각 측정 섹션에 할당 저장된다.
Description
본 발명은 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서, 전압원 및 이에 연결된 접촉 디바이스를 사용하는 하나의 처리 단계에서, 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하고 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는 전압이 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 후방 접촉부(back contact) 사이에 인가되고, 상기 전압이 인가될 때, 점광원이 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면 위로 안내되어, 태양을 향하는 면의 하위영역들의 프로세스 처리 섹션이 조명되어 처리 전류가 각 하위영역에 유도되고, 상기 처리 전류는 처리 섹션에 대하여 200 A/cm2 내지 20,000 A/cm2의 전류 밀도를 가지며 10 ns 내지 10 ms 동안 하위영역에 작용한다.
결정질 실리콘 태양 전지의 제조 과정에서, 금속 페이스트가 유전체 질화규소로 코팅된 전면 상에 접촉 그리드 형태로 스크린 프린팅된다. 질화규소층 아래에 있는 실리콘 태양 전지의 이미터층과 접촉하기 위해, 금속 페이스트가 적용된 후에 템퍼링 단계가 800 내지 900℃에서 수행된다. 이 단계에서, 금속 페이스트의 은은 금속 페이스트의 유리 프릿에 의해 질화규소층을 통해 이미터층으로 확산된다. 템퍼링 단계 동안의 공정 제어는 접촉 형성에 중요한 영향을 미친다. 공정 제어가 적절하면, 접촉 그리드와 이미터층 사이의 전이는 낮은 접촉 저항을 특징으로 한다. 공정 제어가 부적절하면, 일반적으로 높은 접촉 저항이 달성된다. 예를 들어, 템퍼링 단계에 사용되는 온도가 너무 낮은 경우, 금속 페이스트가 질화규소층을 통해 충분히 확산될 수 없어서, 작은 접촉 영역 및 따라서 높은 접촉 저항이 접촉 그리드와 이미터층 사이에 형성된다. 높은 접촉 저항은 결국 태양 전지의 효율을 심각하게 감소시켜, 태양 전지는 태양광 모듈에 설치될 수 없고 따라서 거절된다.
선행기술 문헌 DE 10 2018 001 057 A1은 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동을 개선하는 방법을 개시한다. 상기 방법에서, 실리콘 태양 전지는 처리 단계에서 순방향과 반대로 전기적으로 편향되고 점광원으로 스캔된다. 상기 방법에서, 200 A/cm2 내지 20,000 A/cm2 정도의 전류 밀도를 갖는 처리 전류가 태양 전지의 각각 조명된 하위영역에 생성된다. 점광원이 태양 전지 위로 안내되어 처리 전류가 10 ns 내지 10 ms 동안 하위영역에 작용한다. 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압과 조명의 상호작용에 의해 발생되는 이러한 전류는 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선을 유도한다.
그러나, 상기 방법에 의해 달성되는 저항 접촉 거동의 개선을 정량화하기 위해, 상기 방법을 적용한 후에 태양 전지가 전기적으로 특성화되어야 한다는 것은 불리한 점이다. 이러한 특성화는 예를 들어 태양 시뮬레이터의 조사 하에서의 태양 전지의 전류-전압 특성을 포함시키는 것일 수 있으며, 여기에서 접촉 거동의 개선은 전류-전압 곡선에서 결정되는 실리콘 태양 전지의 직렬 저항에서 유래될 수 있다. 그러나, 공지된 방법을 적용하기 전 및 후에 태양 전지를 측정하는 것은 태양 전지의 전체 공정을 시간 소비적이게 한다. 또한, 저항 접촉 거동의 개선 방법의 적용은 일부 태양 전지에 손상을 초래할 수도 있는데, 예를 들어, 다양한 파라미터(예컨대 전류에 대한 짧은 노출 시간)가 이러한 태양 전지의 나머지에 비해 이러한 태양 전지의 일부 하위영역들에 적용 가능할 수 있기 때문이다. 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동은 국소적으로 변할 수도 있으며, 공지된 방법이 적용되는 경우 이는 근본적으로 파라미터의 상응하는 변화를 수반한다. 이러한 파라미터의 국소적 변화가 공지된 방법을 이용하여 설정될 수 있지만, 공지된 방법이 적용되는 경우, 파라미터의 상응하는 국소적 변화가 필요한 실리콘 태양 전지의 영역은 알려져 있지 않다.
본 발명의 목적은 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동을 개선하는 방법을 개선하는 것이다. 특히, 상기 방법을 구현하는 동안 상기 방법에 의해 달성된 개선을 정량화할 수 있어야 한다. 또한, 상기 방법을 구현하는 동안 바람직하지 않은 공정 파라미터의 적용으로 인한 어떠한 손상도 감지되어야 한다.
이러한 목적은 청구항 1의 특성을 갖는 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동을 개선하는 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 유리한 실시양태가 청구항 2 내지 청구항 20에 제시되어 있다.
그 자체로 공지된 방법의 일부에서, 실리콘 태양 전지는 우선 이미터층, 접촉 그리드 및 후방 접촉부로 제조된다. 한 처리 단계에서, 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하고 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는 전압이 접촉 디바이스 및 전압원에 의해 접촉 그리드와 후방 접촉부 사이에 인가된다. 이러한 전압이 인가될 때, 점광원이 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면 위로 안내되어, 태양을 향하는 면의 하위영역들의 처리 섹션이 조명되고 따라서 처리 전류가 각 하위영역에 유도되고, 이러한 처리 전류는 처리 섹션에 대하여 200 A/cm2 내지 20,000 A/cm2의 전류 밀도를 가지며 10 ns 내지 10 ms 동안 하위영역에 작용한다.
본 발명에 따르면, 처리 단계 전 및/또는 후에 측정 단계가 수행된다. 상기 측정 단계에서, 전압원 및 접촉 디바이스를 이용하여 전압이 접촉 그리드와 후방 접촉부 사이에 인가된다. 상기 전압이 인가될 때, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면의 하위영역들의 측정 섹션이 점광원을 이용하여 조명되며, 그 동안 측정 전류가 각 하위영역에 유도되도록 전압 및 조도가 설정되고, 상기 측정 전류는 측정 섹션에 대하여 1 mA/cm2 내지 500 mA/cm2의 전류 밀도를 갖는다. 주어진 전압 및 조도에서의 측정 전류는 전류계를 이용하여 감지되고 각 측정 섹션에 할당 저장된다.
이어서 각 측정 섹션에 대하여 측정된 전류 강도는 추가 처리, 예를 들어 공정 모니터링, 공정 제어 또는 품질 관리에 이용할 수 있다. 접촉 그리드와 이미터층 사이의 우수한 저항 접촉 거동 또는 낮은 국소 단락 전류를 갖는 영역은 높은 전류 강도에 의한 열악한 저항 접촉 거동을 갖는 영역과 대조된다. 전류 강도가 각 측정 섹션 및/또는 처리 섹션에 할당 저장되기 때문에, 실리콘 태양 전지의 전기적 특성에 대한 공간 분석 정보가 존재한다. 이러한 공간 분석 정보는 처리 단계의 제어 파라미터로 사용될 수 있다. 처리 단계에서, 점광원의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준이 조명하는 동안 조정되어 처리 전류에 영향을 미칠 수 있다.
원하는 측정 정보에 따라, 측정 단계에서 인가된 전압은 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하며 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖거나, 측정 단계에서 인가된 전압은 실리콘 태양 전지의 순방향을 향한다.
본 발명에 따른 방법의 추가 실시양태에서, 각 처리 전류는 조명된 처리 섹션의 적어도 일부에 대한 처리 단계 동안 마찬가지로 전류계를 이용하여 감지되고 각 처리 섹션에 할당 저장된다. 측정 전류 강도의 감지 및 처리 전류 강도의 감지는 서로에 대해 임의로 발생할 수 있다. 예를 들어, 처리 단계 동안 처리 전류가 또한 감지되지 않고 처리 단계 후에 추가 측정 단계 없이, 측정 단계가 처리 단계 전에만 수행될 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 어떠한 측정 단계도 처리 단계 전 또는 후에 수행되지 않고 처리 전류가 처리 단계 중에만 감지될 수 있다. 또한 측정 단계가 처리 단계 전 및 후에 수행되고 또한 처리 전류가 처리 단계 동안 감지될 수 있거나, 처리 전류가 처리 단계 동안 감지되지 않고 측정 전류가 처리 단계 전 및 후의 측정 단계 동안에만 감지될 수 있다.
이어서 처리 전류의 감지되고 저장된 값은 또한 추가 처리, 예를 들어 공정 모니터링, 공정 제어 또는 품질 관리에 이용 가능하다.
본 발명에 따른 방법에서, 측정 전류의 강도는 주어진 전압 및 주어진 조도의 측정 단계에서 감지된다. 전기적 측정은 정전류 및 각 전압의 검출로 수행될 수도 있다는 것이 일반적으로 알려져 있으며, 따라서 본 발명에 따른 방법의 측정 단계는 정전류가 지정되도록 수행될 수도 있고, 각 전압이 전압계를 이용하여 감지되고 각 측정 섹션 또는 처리 섹션에 할당 저장된다. 따라서 측정의 두 형태는 본 발명의 목적에서 동등하다고 간주될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 마찬가지로 각 측정 섹션 또는 처리 섹션에 할당되는 측정 전류 또는 처리 전류의 전류 강도의 저장에 한정되지 않는다. 저장은 마찬가지로 변환된 형태, 예를 들어 전류 밀도로 발생할 수 있으며, 이러한 경우에서 각 전류 강도는 예를 들어 측정 섹션의 면적과 관련된다. 또는, 예를 들어, 전류 강도는 저항 값으로서 인가된 전압과 관련하여 저장될 수 있다.
측정 단계의 전압원 및 접촉 디바이스는 처리 단계에서 사용된 것과 동일한 것일 수 있다. 이는 추가적인 접촉 디바이스가 필요하지 않다는 장점을 갖는다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 원칙적으로, 처리 전류를 감지하는 데 사용된 것으로부터의 다양한 접촉 디바이스 및/또는 다양한 전압원을 측정 전류를 감지하는 데 사용할 수도 있다. 점광원의 경우에도, 처리 단계 및 측정 단계 모두에서의 동일한 점광원을 사용하는 것이 물론 유리하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 원칙적으로 다양한 점광원을 사용할 수도 있다.
처리 전류 및/또는 측정 전류의 감지는 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 품질의 척도로 감지된 전류를 사용하는 가능성을 제공한다. 일정한 조명 및 인가된 전압에서, 접촉 그리드와 이미터층 사이의 우수한 저항 접촉 거동을 갖는 하위영역은 저항 접촉 거동이 열악한 하위영역보다 강한 측정 전류를 가질 것이다. 처리 단계 전의 측정 단계로, 저항 접촉 거동이 열악한 하위영역들을 확인할 수 있다. 이러한 영역에 대하여, 수정된 파라미터가 예를 들어 처리 단계 동안 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압 및 점광원의 조도에 제공된다. 또는 저항 접촉 거동이 열악한 하위영역들만이 처리 단계 동안 처리되고, 이미 우수한 저항 접촉 거동을 나타내는 하위영역들은 처리 단계가 생략될 수 있다.
처리 단계 후 측정 전류의 감지는 예를 들어 태양광 모듈의 실리콘 태양 전지의 추가 처리를 위한 품질 기능으로 사용될 수 있다.
처리 단계 전 및 후의 측정 전류의 감지로, 처리 단계에 의해 달성된 저항 접촉 거동의 개선은 공간 분석 방식으로 결정될 수 있다. 저항 접촉 거동의 개선은 전압 및 조도에 대한 일정한 파라미터를 갖는 측정 전류의 증가로 나타난다. 이러한 경우에도, 접촉 그리드와 이미터층 사이의 우수한 저항 접촉 거동에 대한 목표값에 도달하지 못하였고 따라서 표적 방식으로 이러한 하위영역들에 한정되는 추가 처리 단계가 적용될 수 있는 임의의 하위영역들을 식별할 가능성이 존재한다.
또한, 처리 단계에서 측정되고 국소 할당되는 처리 전류는 처리 단계 자체의 파라미터를 설정하는 데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 처리 섹션에 할당된 전류 강도는, 동일한 처리 단계에서의 후속 처리 섹션을 조명하는 동안 점광원의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용될 수 있다.
마찬가지로, 처리 단계 동안, 제1 전류 강도 및 이후 제2 전류 강도가 처리 섹션 중 하나를 조명하는 동안 전류계를 이용하여 감지되고, 두 전류 강도가 처리 섹션에 할당 저장되는 것이 유리하다. 이어서 이러한 두 전류 강도를 이용하여, 각 처리 섹션에 대한 처리 단계로 인한 저항 접촉 거동의 개선의 척도로 사용될 수 있는, 각 처리 섹션에 대한 전류 강도 구배를 계산할 수 있다. 이러한 경우에도, 전류 강도 구배는 후속 처리 섹션의 파라미터를 제어하기 위한 처리 단계 내에서 또는 완전히 후속 처리 단계에 사용될 수 있다.
조명하는 동안 측정 전류 또는 처리 전류의 강도를 감지하는 것 외에도, 실리콘 태양 전지의 역전류는 이전 및/또는 후속 측정 단계에서 및/또는 처리 단계에서 조명되지 않은 실리콘 태양 전지로 감지되고 각 처리 섹션 또는 측정 섹션에 할당 저장될 수도 있다. 역전류의 값은 바람직하지 않은 파라미터를 이용한 처리 단계의 적용으로 인한 실리콘 태양 전지의 가능한 손상을 평가하는 데 적합하다. 역전류는 기준값을 이용하여 평가되며, 기준값은 예를 들어 본 발명에 따른 방법 전 실리콘 태양 전지의 전기적 특성화(예를 들어, 전류-전압 곡선 기록)로부터 얻어진 역전류 값과 비교된다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법이 적용될 때 측정된 역전류가 이전의 전기적 특성화에서 생성된 역전류 값보다 큰 경우, 이는 개선 방법을 적용하는 동안의 불리한 파라미터로 인한 실리콘 태양 전지에 대한 손상을 나타내는 것일 수 있다. 이러한 손상은 예를 들어 실리콘 태양 전지 내의 단락의 생성일 수 있으며, 이는 실리콘 태양 전지의 역전류의 증가로 확인될 수 있다.
이전의 전기적 특성화로부터 생성된 역전류 값의 사용 외에도, 기준값은 처리 단계 전의 측정 단계에서 감지된 역전류일 수도 있다. 또는 역전류는 처리 섹션의 적어도 일부를 조명하기 전에 처리 단계에서 측정될 수 있다.
유리한 실시양태에서, 각 기준 역전류로부터의 역전류의 편차는 마찬가지로, 처리 섹션의 적어도 일부를 조명하는 동안 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 실리콘 태양 전지에 대한 거절 기준은 처리 단계 후의 역전류의 임계값을 정의함으로써 및/또는 처리 단계에서 발생하는 역전류의 변화에 대한 임계값을 정의함으로써 생성될 수도 있으므로, 해당 실리콘 태양 전지는 예를 들어 추가의 처리가 중단되어 태양광 모듈에 설치되지 않을 수 있다.
역전류가 측정 단계 또는 처리 단계에서 감지되는 경우, 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는, 순방향과 반대로 향하는 전압도 달라질 수 있다. 따라서 역전류는 각각의 주어진 전압에 대하여 정의되고 각 측정 섹션 또는 처리 섹션에 할당 저장된다. 순방향과 반대로 향하는 전압을 변화시켜 실리콘 태양 전지에 대한 손상의 유형을 확인할 수 있으며, 따라서 예를 들어 실리콘 태양 전지의 균열의 형태의 손상 내지 증가된 전하-캐리어 재결합으로 인한 손상의 구별이 이루어질 수 있다.
방법의 추가 실시양태에서, 처리 단계에서 및/또는 측정 단계에서, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면에 의해 반사된 조명의 비율이 처리 섹션 또는 측정 섹션의 적어도 일부를 조명하는 동안 측정되고 각 섹션에 할당 저장된다. 따라서 처리 단계에서 발생하는 광학 특성의 변화도 확인될 수 있다.
유리하게는, 측정 단계에서 측정 섹션을 조명하는 동안 및/또는 처리 단계에서 처리 섹션을 조명하는 동안 점광원에서 방출되는 광선의 파장이 변하며, 또한 측정 단계 및/또는 처리 단계에서 전류 강도가 이러한 광선에 대하여 감지되고 각 섹션에 할당 저장된다.
유리하게는 동일한 전류계를 측정 전류 및/또는 처리 전류 및/또는 역전류의 전류 강도를 감지하는 데 사용할 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 측정 범위에 따라 다양한 측정계를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 처리 전류의 전류 강도와 역전류의 전류 강도는 자릿수가 다르며, 따라서 각 범위에 최적화된 두 개의 전류계를 이용하는 것이 편리할 수 있다.
본 발명의 다양한 예시적 실시양태를 이하에 설명한다.
제1 예시적 실시양태:
실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동을 개선하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 실리콘 태양 전지를 우선 이미터층, 접촉 그리드 및 후방 접촉부로 제조한다. 이는 예를 들어 프로세싱 테이블 상에 위치한 치수가 15.7 cm ×15.7 cm인 다결정질 실리콘 태양 전지일 수 있다. 이어서 접촉 디바이스를 통해 접촉 그리드를 전압원의 한 극에 전기적으로 연결하고 후방 접촉부를 전압원의 다른 극에 전기적으로 연결한다. 접촉 디바이스에는 예를 들어 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 후방 접촉부에 놓이고 케이블 연결을 통해 전압원에 연결되는 스프링 접촉 핀이 장착될 수 있다.
제1 측정 단계에서, 전압원을 이용하는 접촉 디바이스를 통해 실리콘 태양 전지의 순방향을 향하는 전압을 접촉 그리드와 후방 접촉부 사이에 인가한다. 이 전압이 인가될 때, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면의 하위영역들의 각 측정 섹션을 점광원을 이용하여 조명한다. 이 점광원은 예를 들어 레이저 또는 포커스 백색광원일 수 있다. 조명의 결과로, 측정 전류가 각 하위영역에 유도되며, 이러한 측정 전류의 전류 밀도가 측정 섹션에 대하여 1 mA/cm2 내지 500 mA/cm2이도록 인가된 전압 및 점광원의 조도가 설정된다. 각 측정 섹션의 조명에 대하여, 점광원에 의해 방출된 빛이 측정 섹션마다 안내되고, 인가된 전압 및 점광원의 조도는 일정하게 유지된다. 이어서 전류계 및 접촉 디바이스를 이용하여 각 측정 섹션에 대한 실리콘 태양 전지의 전류를 측정하며, 각 측정 전류의 감지된 전류 강도는 각 측정 섹션에 할당 저장된다. 각 측정 섹션에 대한 측정된 전류 강도의 할당은 예를 들어 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면에 대한 상기 측정 섹션의 위치 좌표와 함께 각 전류 강도를 저장함으로써 수행된다.
제1 측정 단계 후의 처리 단계에서, 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는, 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압이 전압원 및 접촉 디바이스에 의해 인가된다. 이 전압이 인가될 때, 측정 단계에서 이미 사용된 점광원이 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면 위에 안내되고, 이 과정에서, 태양을 향하는 면의 하위영역들의 처리 섹션이 조명된다. 조명의 결과로, 전류가 각 하위영역에 유도된다. 이 전류는 섹션에 대하여 200 A/cm2 내지 20,000 A/cm2의 전류 밀도를 가지며 10 ns 내지 10 ms 동안 하위영역에 작용한다. 전류 강도 및 노출 시간은 이러한 파라미터 윈도우 내에서 실리콘 태양 전지에 대한 점광원의 이동 속도, 점광원의 조도, 및 (항복 전압보다 낮은 값의) 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 통해 설정된다. 이러한 처리 단계의 결과로, 실리콘 태양 전지의 접촉 핑거(finger)와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동은, 특히 처리 단계 전에 접촉 그리드와 이미터층 사이에 높은 접촉 저항을 갖는 영역에서 상당히 개선된다.
처리 단계 후, 제1 측정 단계와 유사한 추가의 제2 측정 단계를 수행한다. 다시, 바람직하게는 제1 측정 단계 동안의 것과 동일한 전압 및 조도에 대한 파라미터로, 측정 전류의 전류 강도를 감지하고, 각 측정 섹션에 할당 저장한다. 각 측정 섹션에 대하여, 처리 단계 전의 측정 전류의 강도 값 및 처리 단계 후의 측정 전류의 강도 값이 존재한다. 따라서 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선에 대한 공간 분석 정량화는 각 측정 전류 값의 변화로부터 얻어진다. 측정 전류로부터 계산된 변화는 각 측정 섹션에 할당 저장될 수도 있다. 이어서 실리콘 태양 전지는 달성된 결과(측정 전류의 강도의 변화)에 따라 추가 처리 단계에 적용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 추가 처리 단계에서, 측정 단계에서 해당 측정 섹션이 측정 전류의 지정된 변화 및/또는 측정 전류의 지정된 목표값에 도달하지 않은 처리 섹션만이 처리된다.
측정 단계에 인가된 전압은 실리콘 태양 전지의 순방향에 반대로 향할 수 있고 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 가질 수 있거나, 측정 단계에 인가된 전압은 실리콘 태양 전지의 순방향을 향할 수 있다.
제2 예시적 실시양태:
측정 단계를 제1 예시적 실시양태와 유사하게 수행한다. 그러나, 처리 단계에서, 순방향과 반대로 향하는 전압 및 점광원의 조도에 대한 파라미터를, 제1 측정 단계에서 감지된 측정 전류의 전류 강도에 기반하여 조정한다. 제1 측정 단계에서 측정 전류의 낮은 전류 강도를 나타내는 영역은, 이미 측정 전류의 높은 전류 강도를 나타내는 영역보다 높은 처리 전류 및/또는 처리 전류에 대한 긴 노출 시간을 이용하여 처리 단계에서 처리된다. 처리 전류의 증가는 순방향과 반대로 향하는 전압의 증가 및/또는 점광원의 조도 증가를 통해 달성될 수 있다. 처리 전류에 대한 노출 시간의 증가는 각 처리 섹션에 대한 점광원의 지속 시간을 통해 제어된다.
제3 예시적 실시양태:
이 경우에서도, 측정 단계에서 측정 섹션을 조명하는 동안 측정 전류를 감지하고, 처리 단계를 상응하게 수행한다. 또한, 제2 측정 단계에서, 측정 섹션의 적어도 제1 부분을 조명하기 전 및/또는 후에, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명되지 않은 상태로 두고, 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는, 순방향과 반대로 향하는 전압을 전압원을 이용하는 접촉 디바이스를 통해 접촉 그리드와 후방 접촉부 사이에 인가하여, 전압이 인가될 때 실리콘 태양 전지의 역전류를 전류계를 이용하여 감지한다. 이어서 이 역전류를 각 측정 섹션에 할당 저장한다. 각 역전류는 처리 단계에서 발생하는 실리콘 태양 전지의 임의의 손상에 대한 특성 값으로 사용될 수 있다. 이를 위해, 측정된 측정 섹션의 결정된 역전류를 상기 방법 전에 실리콘 태양 전지의 전기적 특성화로부터 얻은 기준 역전류와 비교한다. 이러한 전기적 특성화는 예를 들어, 실리콘 태양 전지의 제조 과정 동안 일반적인, 태양 전지 효율 결정에 전류-전압 곡선을 포함시키는 것일 수 있다. 유리하게는, 역전류는 모든 측정 섹션의 조명 전 또는 후에 측정 단계에서 측정된다.
이전에 결정된 기준 역전류에 대한 제2 측정 단계에서 측정된 역전류의 변화는 처리 단계에서 발생한 실리콘 태양 전지의 손상의 척도로 사용된다. 처리 단계 후에 실리콘 태양 전지의 역전류가 증가하는 경우, 실리콘 태양 전지에 대한 손상이 처리 단계에서 발생한 것으로 결론지을 수 있다.
제4 예시적 실시양태:
방법을 제3 예시적 실시양태와 유사하게 진행한다. 그러나, 이와 대조적으로, 기준 역전류를 제1 측정 단계에서 생성한다. 제2 측정 단계에서와 같이, 측정 섹션의 적어도 제1 부분을 조명하기 전 및/또는 후에, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명되지 않은 상태로 두어 전압이 인가될 때 실리콘 태양 전지의 역전류를 전류계를 이용하여 감지한다. 이어서 제1 측정 단계에서 감지된 역전류에 대한 제2 측정 단계에서 감지된 역전류의 변화를 처리 단계에 의해 유발된 실리콘 태양 전지에 대한 임의의 손상의 척도로 사용한다.
제5 예시적 실시양태:
측정 단계에서 측정 전류 및/또는 역전류를 감지하는 것 외에도 또는 이를 대신하여, 처리 전류의 실제 전류 강도를 또한 처리 단계의 조명된 처리 섹션 중 적어도 일부에 대하여 감지하고 각 처리 섹션에 할당 저장한다. 각 하위영역에 대한 전류의 노출 시간이 끝날 때 전류 강도를 감지한다. 처리 섹션에 대해 감지된 처리 전류를, 처리 단계에 의해 달성된 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선의 척도로 사용한다. 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전류 및 점광원의 조도에 대한 동일한 파라미터로 처리 섹션을 처리하는 경우, 접촉 그리드와 이미터층 사이에 우수한 저항 접촉 관계를 갖는 영역은 각 처리 섹션의 처리 종료 시 전류 강도가 더 높게 나타난다. 각 처리 섹션에 대하여 감지되고 저장된 처리 전류는 예를 들어 실리콘 태양 전지의 추가 처리에서의 품질 특성으로 사용된다. 마찬가지로, 감지되고 저장된 처리 전류는 추가 처리 단계를 수행하는 데 사용될 수도 있으며, 이 경우, 예를 들어, 측정된 처리 전류가 낮은 영역은 추가 처리 단계에서 표적 방식으로 변경된 파라미터로 다시 처리된다. 이 경우 변경된 파라미터는 다시 점광원의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준이다.
제6 예시적 실시양태:
제4 예시적 실시양태와 대조적으로, 처리 단계 전에 측정 단계가 수행되지 않는 경우, 제2 측정 단계에서 결정된 역전류와 비교하기 위해, 기준 역전류가 처리 단계에서 결정될 수도 있다. 이를 위해, 처리 단계에서, 처리 섹션을 조명하기 전에 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명되지 않은 상태로 두고, 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압이 인가될 때 역전류를 감지한다.
제7 예시적 실시양태:
전술한 예시적 실시양태와는 대조적으로, 처리 섹션의 처리 후 기준 역전류 및 역전류 모두 처리 단계에서만 측정될 수 있다. 이를 위해, 처리 단계에서, 처리 섹션의 제1 부분을 조명하기 전에, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명되지 않은 상태로 두고 순방향과 반대로 향하는 전압이 인가될 때 역전류를 감지한다. 이어서 처리 섹션의 제1 부분을 점진적으로 조명한다. 처리 섹션의 제1 부분의 조명이 끝날 때, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 다시 조명되지 않은 상태로 두고, 역전류를 다시 감지한다. 이어서 처리 섹션의 제1 부분을 조명하기 전에 감지된 역전류의 값을, 처리 섹션의 제1 부분을 조명한 후 감지된 역전류에 대한 기준값으로 사용한다.
처리 단계에서, 예를 들어 처리 섹션을 처리하는 동안 점광원을 이용하여 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 라인별로 스캔하는 경우, 각 라인을 따라 놓인 처리 섹션이 연속적으로 조명된다. 각 라인 후에, 점광원은 스위치 오프되거나 스위치 온 상태에서 실리콘 태양 전지의 가장자리를 넘어 태양 전지의 태양을 향하는 면으로부터 멀어지도록 안내되어, 태양 전지의 태양을 향하는 면이 완전히 조명되지 않고, 순방향과 반대로 향하는 전압이 인가될 때 역전류가 감지될 수 있다. 각 경우에, 라인을 조명한 후 감지되는 역전류는 후속 라인을 조명한 후 생성되는 역전류에 대한 기준 역전류로 사용된다. 따라서 실리콘 태양 전지에 대한 임의의 손상은 특정 라인(또는 처리 섹션)의 처리에도 할당될 수 있다.
제8 예시적 실시양태:
처리를 제7 예시적 실시양태와 유사하게 수행한다. 또한, 라인을 조명하기 전 및 후 생성되는 역전류의 변화를 처리 단계에서의 후속 라인의 조명에 대한 파라미터(점광원의 조도, 조명에 대한 노출 시간, 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준)를 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용한다. 예를 들어, 역전류의 증가가 감지되는 경우, 역전류의 추가적인 증가를 방지하도록 파라미터(예를 들어 조명에 대한 노출 시간)가 후속 라인의 조명에 대하여 변경된다.
모든 전술한 예시적 실시양태에서, 추가 실시양태로서, 순방향과 반대로 향하는 전압은 측정 단계 또는 처리 단계에서 역전류를 감지하는 동안 변할 수도 있으며, 단, 상기 전압은 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는다. 따라서 역전류는 각각의 주어진 전압에 대하여 정의되고 각 측정 섹션 또는 처리 섹션에 할당 저장된다.
제9 예시적 실시양태:
처리 단계에서 감지된 처리 섹션의 처리 전류(cf. 제5 예시적 실시양태)를 이용하여 후속 처리 섹션을 처리하기 위한 파라미터를 제어한다. 처리 섹션을 처리하는 동안 감지된 처리 전류를 기준값과 비교하도록 제어를 수행한다. 예를 들어 감지된 처리 전류가 이러한 기준값보다 낮은 경우, 이는 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 여전히 불충분하다는 신호일 수 있다. 따라서, 후속 처리 섹션에서, 파라미터는 이러한 처리 섹션의 조명에 따라 조정된다.
제10 예시적 실시양태:
각 경우에 처리 전류의 전류 강도가 각 하위영역의 전류에 대한 노출 시간이 끝날 때 감지되는 제5 예시적 실시양태와 대조적으로, 이 경우에서는 조명하는 동안 각 처리 섹션에 대하여 전류계를 이용하여 제1 전류 강도를 먼저 감지하고 제2 전류 강도를 이어서 감지하며, 두 전류 강도를 처리 섹션에 할당 저장한다. 전류 강도의 변화(구배)를 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동의 개선의 척도로 사용한다. 처리 섹션을 조명하는 동안의 전류 강도의 증가는 저항 접촉 거동의 개선을 나타낸다. 전류 강도의 약간의 증가 또는 증가의 부재는 저항 접촉 거동의 약간의 개선 또는 개선의 부재만을 나타낸다. 따라서 처리 섹션을 조명하는 동안의 전류 강도의 변화를 하나 이상의 후속 처리 섹션의 파라미터(점광원의 조도, 조명에 대한 노출 시간, 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준)의 제어에 사용한다. 전류 강도의 구배는 제어 파라미터로 사용될 뿐만 아니라 각 처리 섹션에 할당 저장된다.
열거된 모든 예시적 실시양태에서, 처리 단계에서 및/또는 측정 단계에서, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면에 의해 반사된 조명의 비율은 처리 섹션 또는 측정 섹션의 적어도 일부를 조명하는 동안 임의로 측정되고 각 섹션에 할당 저장된다. 또한, 점광원에 의해 방출된 광선의 파장은 반사된 비율을 감지하는 동안 임의로 변하며, 반사된 비율은 특정 파장에 대하여 감지되고 각 섹션에 할당 저장된다. 점광원에 의해 방출된 광선의 파장은 또한 측정 전류 및/또는 처리 전류의 전류 강도를 감지하는 동안 임의로 변하며; 이 경우에도, 측정 전류 및/또는 처리 전류의 전류 강도는 특정 파장에 대하여 각각 감지되고 각 섹션에 할당 저장된다.
Claims (21)
- 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동을 개선하는 방법으로서,
처리 단계에서, 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 가지며 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압을, 전압원 및 이에 연결된 접촉 디바이스를 이용하여 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 후방 접촉부(back contact) 사이에 인가하고, 상기 전압이 인가될 때, 점광원이 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면 위로 안내되어, 태양을 향하는 면의 하위영역들의 처리 섹션이 조명되고 따라서 처리 전류가 각 하위영역에 유도되고, 상기 처리 전류는 처리 섹션에 대하여 200 A/cm2 내지 20,000 A/cm2의 전류 밀도를 갖고 10 ns 내지 10 ms 동안 하위영역에 작용하며,
처리 단계 전 및/또는 후에 측정 단계가 수행되고, 상기 측정 단계에서, 전압원 및 접촉 디바이스를 이용하여 전압을 접촉 그리드와 후방 접촉부 사이에 인가하고, 상기 전압이 인가될 때, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면의 하위영역들의 측정 섹션이 점광원을 이용하여 조명되며, 따라서 측정 전류가 각 하위영역에 유도되고, 상기 측정 전류는 측정 섹션에 대하여 1 mA/cm2 내지 500 mA/cm2의 전류 밀도를 갖고, 측정 전류의 전류 강도를 전류계를 이용하여 감지하고 각 측정 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는, 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드와 이미터층 사이의 저항 접촉 거동을 개선하는 방법. - 제1항에 있어서, 조명된 처리 섹션의 적어도 일부에 대한 처리 단계 동안 처리 전류의 전류 강도를 전류계를 이용하여 감지하고 각 처리 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는, 측정 단계에서 인가되는 전압은 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하거나, 측정 단계에서 인가되는 전압은 실리콘 태양 전지의 순방향을 향하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 단계에서 측정 섹션에 할당된 측정 전류의 전류 강도를, 상기 측정 단계 후의 처리 단계에서, 처리 섹션 중 적어도 하나를 조명하는 동안의 점광원의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계 전의 측정 단계에서 감지된 측정 섹션 중 하나의 전류 강도 및 처리 단계 후의 측정 단계에서 감지된 상기 측정 섹션의 전류 강도로부터 변화를 결정하고, 상기 변화를 각 측정 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제5항에 있어서, 측정 섹션에 할당된 전류 강도의 변화를, 처리 섹션 중 하나 이상을 조명하는 동안의 점광원의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 추가 처리 단계의 제어 파라미터로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 섹션에 할당된 전류 강도를, 처리 단계에서, 처리 단계의 후속 처리 섹션을 조명하는 동안의 점광원의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계에서, 처리 섹션 중 하나를 조명하는 동안, 전류계를 이용하여 제1 전류 강도 및 이어서 제2 전류 강도를 감지하고, 두 전류 강도를 처리 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제8항에 있어서, 제1 전류 강도 및 제2 전류 강도로부터 전류 강도 구배를 결정하고 처리 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제9항에 있어서, 처리 단계에서 처리 섹션에 할당된 전류 강도 구배를, 처리 단계에서 후속 처리 섹션을 조명하는 동안의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계에서, 처리 섹션의 적어도 제1 부분을 조명하기 전 및/또는 후에, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명하지 않고, 전류계를 이용하여 실리콘 태양 전지의 역전류를 감지하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 단계에서, 측정 섹션의 적어도 제1 부분을 조명하기 전 및/또는 후에, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면을 조명하지 않고, 전압원을 이용하는 접촉 디바이스를 통해, 순방향과 반대로 향하고 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는 전압을 접촉 그리드와 후방 접촉부 사이에 인가하고, 상기 과정에서 전류계를 이용하여 실리콘 태양 전지의 역전류를 감지하고 측정 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항에 있어서, 역전류를 기준 역전류와 비교하고, 기준 역전류로부터의 역전류의 편차를, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면의 섹션의 추가 부분을 조명하는 동안의 조도 및/또는 조명에 대한 노출 시간 및/또는 실리콘 태양 전지의 순방향과 반대로 향하는 전압의 수준을 설정하기 위한 제어 파라미터로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 기준 역전류는 상기 방법 전에 실리콘 태양 전지의 전기적 특성화로부터 얻어진 것을 특징으로 하는 방법.
- 제13항에 있어서, 처리 섹션의 제1 부분을 조명하기 전에 처리 단계에서 감지된 역전류를, 처리 섹션의 제1 부분에 대하여 이후에 감지된 역전류에 대한 기준 역전류로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 처리 섹션에 대한 처리 단계에서 사용된 기준 역전류는 처리 단계 전의 측정 섹션에 대한 측정 단계에서 결정된 역전류인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 역전류를 감지하기 위한 측정 단계에서 및/또는 처리 단계에서, 순방향과 반대로 향하고 실리콘 태양 전지의 항복 전압보다 낮은 값을 갖는 전압이 변하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 처리 단계에서 및/또는 측정 단계에서, 처리 섹션 또는 측정 섹션의 적어도 일부를 조명하는 동안 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면에 의해 반사된 조명의 비율을 측정하고 각 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제18항에 있어서, 처리 단계에서 및/또는 측정 단계에서, 처리 섹션 또는 측정 섹션 중 적어도 일부를 조명하는 동안 점광원에 의해 방출된 광선의 파장이 변하고, 또한 이 파장에서, 실리콘 태양 전지의 태양을 향하는 면에 의해 반사된 조명의 비율을 측정하고 각 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 단계에서 및/또는 처리 단계에서 점광원에 의해 방출된 광선의 파장이 변하고, 또한 측정 단계 및/또는 처리 단계에서 이 광선에 대한 전류 강도를 감지하고 각 섹션에 할당 저장하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 전류계를 접촉 디바이스에, 또는 실리콘 태양 전지의 접촉 그리드 및 후방 접촉부에 연결된 추가의 접촉 디바이스에 연결하는 것을 특징으로 하는 방법.
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