KR101356216B1

KR101356216B1 - 태양전지기판의 가공방법

Info

Publication number: KR101356216B1
Application number: KR1020120005754A
Authority: KR
Inventors: 최용석; 신철진; 이형호
Original assignee: 참엔지니어링(주)
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2014-01-28
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: KR20130084855A

Abstract

본 발명은 태양전지기판의 가공방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지기판의 가공방법은, (a) 최초의 패터닝 공정(P1)에서, 기판(100)의 각 변에 평행하며, 기판(100)의 각 변에서 소정의 거리만큼 이격된 얼라인 패턴(align pattern, AP)을 레이저 가공을 이용하여 형성하는 단계; (b) 최초의 패터닝 공정(P1) 이후의 후속 패터닝 공정(P2, P3)에서, 얼라인 패턴(AP)이 직교하여 이루어지는 복수개의 얼라인 마크(align mark, AM)를 인식하는 단계; 및 (c) 후속 패터닝 공정(P2, P3)에서 (b) 단계에서 인식된 얼라인 마크(AM)를 기준으로 레이저 가공을 이용하여 기판(100) 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지기판의 가공방법{METHOD FOR PROCESSING A SUBSTRATE OF SOLAR CELL}

본 발명은 태양전지기판의 가공방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 레이저 가공 방식을 이용하여 얼라인 패턴을 형성하고, 얼라인 패턴이 직교하여 이루어지는 얼라인 마크를 인식하여 이를 기준으로 태양전지기판을 가공하는 방법에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 천연 자원의 고갈이 예측되고, 원자력 발전에 대한 환경 및 안정성 등의 문제가 대두되면서 이를 대체할 환경 친화적인 에너지에 대한 관심이 집중되고 있다. 이와 같은 환경 친화적 에너지 발전에 있어서 태양광 에너지는 고갈되지 않는 영구적인 에너지원으로서, 환경 오염 및 안정성에 대한 문제가 없고, 유지 비용이 적게 든다는 장점이 있다.

태양광 에너지 발전을 위한 태양전지는 p-n 접합된 반도체에서 태양광에 의해 여기된 소수 캐리어의 확산에 의해 발생하는 기전력을 이용하는 광전 변환 소자이며, 일반적으로 소재에 따라 실리콘 태양전지, 화합물 반도체와 같은 무기 소재를 사용하는 무기물 태양전지(화합물 태양전지), 유기물질을 포함하는 유기물 태양전지로 분류할 수 있다.

이 중, 결정질 실리콘을 이용하는 실리콘 태양전지는 발전 효율은 높지만 재료비가 비싸고 공정이 복잡하여 생산 단가를 감소시키는데 한계가 있다. 따라서, 유리나 플라스틱 등 저가의 기판에 비정질 실리콘이나 화합물 반도체 등을 증착하는 박막 태양전지가 주목을 받고 있으며, 특히 박막 태양전지는 대면적화에 유리할 뿐만 아니라 기판의 소재에 따라 플렉시블한 태양전지를 생산할 수도 있다.

도 1은 박막 태양전지를 제조하는 공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1의 (a)를 참조하면, 상부에 단위 셀이 형성되는 다수개의 단위 셀 영역(a)을 포함하는 기판(100)을 제공한다. 이어서, 기판(100) 상에는 전도성 재질의 하부전극층(200)을 형성할 수 있다. 하부전극층(200)의 소재는 접촉 저항이 낮으면서 투명한 성질을 갖는 투명전극인 TCO(Transparent Conductive Oxide)을 사용할 수 있다.

다음으로, 도 1의 (b)를 참조하면, 레이저 광원을 이용한 식각 방법인 레이저 스크라이빙(laser scribing)으로 제1 패터닝(P1)을 수행하여 하부전극층(200)에 제1 라인(L1)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 1의 (c)를 참조하면, 기판(100) 상부 전체에 p형과 n형 또는 p형, i형, n형의 반도체층인 실리콘층(300)을 적층할 수 있다. 이러한 실리콘층(300)은 이후 공정에 의해 광을 수광하여 전력을 생산할 수 있는 광전소자의 기능을 수행할 수 있다.

다음으로, 도 1의 (d)를 참조하면, 레이저 스크라이빙으로 제2 패터닝(P2)을 수행하여 실리콘층(300)에 제2 라인(L2)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 1의 (e)를 참조하면, 기판(100) 상부 전면에 전도성 재질의 상부전극층(400)을 형성할 수 있다. 상부전극층(400)의 소재는 전도성 재질을 제한 없이 사용할 수 있다.

마지막으로, 도 1의 (f)를 참조하면, 레이저 스크라이빙으로 제3 패터닝(P3)을 수행하여 실리콘층(300) 및 상부전극층(400)에 제3 라인(L3)을 형성할 수 있다.

상기와 같은 레이저 광원을 이용한 패터닝 공정에서 정확한 패턴의 형성은 태양전지의 신뢰도 측면에서 매우 중요하다. 정확한 패턴 형성을 위한 종래의 발명은 한국공개특허공보 제2003-0095580호 등에 개시되어 있다. 레이저 가공이 허용된 오차 범위를 벗어나서 패턴이 형성되는 경우, 기판의 원하는 영역이 노출되지 않거나 원하지 않은 영역이 노출될 수 있다.

도 2는 태양전지 제조공정에서의 기판 모서리를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 태양전지 제조공정에서는 공정 진행 중에 기판 모서리 부분이 손상되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 종래에는 기판의 모서리를 기준으로 하여 기판을 정렬하여 패턴을 형성하고자 할 때 공정이 진행됨에 따라 기판의 정렬이 점차 부정확해짐에 따라 패턴의 얼라인이 점차 부정확해지는 문제점이 있었다.

또한, 도 2의 하도(下圖)와 같이, 기판이 레이저 가공 장치와 수직을 이루도록 정확하게 로딩되지 않고, 기울어진 상태로 로딩되는 문제점이 있었다. 예를 들어, 제1 패터닝(P1) 공정을 완료한 후, 실리콘층(300)을 적층하기 위해 CVD 장비로 기판을 언로딩하고, 실리콘층(300) 적층 후 제2 패터닝(P2)을 공정을 위해 다시 레이저 가공 장치에 기판을 로딩할 때 제1 패터닝(P1) 공정 때와 다르게 기판이 기울어진 상태로 로딩되는 문제점이 있었다.

도 3 및 도 4는 패턴의 얼라인이 부정확한 경우에 일어날 수 있는 문제점을 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 태양전지 제조공정에서는 제2 패터닝(P2) 공정을수행한 후에, 제1 패터닝(P1)에 의한 제1 라인(L1)이 제2 패터닝(P2)에 의한 제2 라인(L2)과 영역이 겹치게 되는 문제점이 있었다.

또한, 도 4를 참조하면, 종래의 태양전지 제조공정에서는 도 3와 같이 라인(L1, L2, L3) 영역이 겹쳐지는 문제점을 회피하고자, 라인(L1, L2, L3)의 간격을 크게 벌려서 패터닝(P1, P2, P3) 공정을 수행한 결과, 태양전지의 광전변환이 실질적으로 이루어지지 않는 데드존(dead zone, b)이 넓어져서 태양전지의 광전변환효율을 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

레이저 광원을 이용한 패터닝 공정에서 패턴의 얼라인은 태양전지 제조공정 중 식각을 행하는 모든 공정에서 필요할 수 있고, 특히 상기와 같은 레이저 스크라이빙을 이용한 패터닝 공정을 수행하기 전에는 더욱 정확한 패턴의 얼라인이 요구되는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지 제조공정 중에 기판 상에 패턴을 정확하게 형성할 수 있는 태양전지기판의 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 태양전지기판 상에 패턴을 정확하게 형성하여 레이저 스크라이빙 공정에 안정성을 향상시킬 수 있는 태양전지기판의 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판의 모서리 부분 손상과 관계없이 패턴을 정확하게 형성할 수 있는 태양전지기판의 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기의 목적은 (a) 최초의 패터닝 공정에서, 기판의 각 변에 평행하며, 상기 기판의 각 변에서 소정의 거리만큼 이격된 얼라인 패턴(align pattern)을 레이저 가공을 이용하여 형성하는 단계; (b) 상기 최초의 패터닝 공정 이후의 후속 패터닝 공정에서, 상기 얼라인 패턴이 직교하여 이루어지는 복수개의 얼라인 마크(align mark)를 인식하는 단계; 및 (c) 상기 후속 패터닝 공정에서 상기 (b) 단계에서 인식된 상기 얼라인 마크를 기준으로 레이저 가공을 이용하여 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법에 의해 달성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 태양전지 제조공정 중에 기판 상에 패턴을 정확하게 형성할 수 있다.

또한, 태양전지 기판 상에 패턴을 정확하게 형성하여 레이저 스크라이빙 공정에 안정성을 제공할 수 있다.

또한, 기판의 모서리 부분 손상과 관계없이 패턴을 정확하게 형성할 수 있는 태양전지기판의 가공방법을 제공할 수 있다.

또한, 레이저 스크라이빙 공정에서 얼라인 마크를 패터닝하는 공정을 바로 수행할 수 있어, 태양전지의 생산 시간을 단축할 수 있다.

또한, 얼라인 마크를 원하는 위치에 가공할 수 있다.

도 1은 박막 태양전지를 제조하는 공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 태양전지 제조공정에서의 기판 모서리를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 패턴의 얼라인이 부정확한 경우에 일어날 수 있는 문제점을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 패턴이 형성된 기판을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 마크를 인식하는 것을 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서에 있어서, 라인(line)이란 기판 상에 레이저 가공을 이용하여 식각된 영역인 패턴(pattern), 홀(hole), 트렌치(trench) 등을 포함하는 의미로 이해될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 패턴(AP)이 형성된 기판을 나타내는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 5에는 얼라인 패턴(AP)과 얼라인 마크(AM)만을 도시하고, 라인(L1, L2, L3)은 도시하지 않음을 밝혀둔다.

도 5를 참조하면, 레이저 가공 장치(미도시)에 안착된 기판(100)의 각 변에 평행하며, 기판(100)의 각 변에서 소정의 거리만큼 이격된 얼라인 패턴(align pattern, AP)을 형성할 수 있다. 얼라인 패턴(AP)은 레이저 스크라이빙(laser scribing)과 같은 레이저 가공 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 기판(100) 상부에 하부전극층(200)을 형성하고, 하부전극층(200)에 레이저 가공 방식을 이용하여 제1 라인(L1)을 형성하는 제1 패터닝(P1) 공정을 진행함과 동시에 같은 레이저를 사용하여 상기 얼라인 패턴(AP)을 형성할 수 있다.

한편, 얼라인 패턴(AP)이 직교할 수 있도록 기판(100)은 사각형의 형태를 가지는 것이 바람직하다. 일 예로, 기판은 가로 1100 mm, 세로 1300 mm의 크기를 가질 수 있다.

하부전극층(200)은 소재는 접촉 저항이 낮으면서 투명한 성질을 갖는 투명전극인 TCO(Transparent Conductive Oxide)을 사용할 수 있는데, 일례로 AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B) 및 FTO(SnO₂:F) 중 어느 하나일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며 통상적인 전도성 소재를 제한 없이 사용할 수 있다.

하부전극층(200)에 얼라인 패턴(AP)을 형성하기 위해 사용하는 레이저는 1064 nm 파장의 레이저인 것이 바람직하다. 1064 nm 파장의 레이저를 사용하여 레이저 스크라이빙 함으로써 하부전극층(200)만이 선택적으로 식각되어 얼라인 패턴(AP)을 형성할 수 있다.

얼라인 패턴(AP)이 기판의 각 변에서 너무 가까운 거리에 이격되어 형성되는 경우 기판의 모서리에 가까워 얼라인 패턴(AP) 자체에 손상을 가져올 수 있고, 얼라인 패턴(AP)이 기판의 각 변에서 너무 먼 거리에 이격되어 형성되는 경우 태양전지로 사용할 수 있는 기판의 면적이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 얼라인 패턴(AP)은 기판의 각 변에서 3 mm 내지 15 mm 이격되어 형성되는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 12 mm 이격되어 형성될 수 있다. 한편, 얼라인 패턴(AP)의 선폭은 얼라인 패턴(AP)이 직교하여 얼라인 마크(AM)를 형성할 수 있다면 그 선폭에 있어서의 제한은 없다.

얼라인 마크(align mark, AM1 내지 AM4)는 얼라인 패턴(AP)이 직교하여 형성되며, 얼라인 마크(AM)를 기준으로 레이저 가공을 이용하여 기판(100) 상에 패터닝 공정(P2, P3)을 수행할 수 있다. 도 5를 참조하면, 얼라인 패턴(AP)이 기판의 각 변으로부터 4번의 레이저 가공을 통해 4개의 얼라인 마크(AM1 내지 AM4)가 형성되었음을 확인할 수 있다. 얼라인 마크(AM)는 얼라인 패턴(AP)이 직교하여 형성되므로 '+' 모양으로 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 마크(AM)를 인식하는 것을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 얼라인 마크(AM)는 최초의 패터닝 공정[예를 들어, 제1 패터닝(P1) 공정] 이후의 후속 패터닝 공정(P2, P3)에서 인식할 수 있다. 도 1에서는 후속 패터닝 공정을 제2 패터닝(P2), 제3 패터닝(P3) 공정으로 도시하고 있으나, 본 발명의 후속 패터닝 공정은 이에 한정되는 것이 아니고 태양전지 제조에 있어서 최초의 패터닝 공정을 제외한 후속 패터닝 공정을 전부 포함한 의미로 이해되어야 할 것이다.

얼라인 마크(AM)는 이미지 판독 방식을 이용하여 인식할 수 있다. 이미지 판독을 위해서 카메라(미도시)가 레이저 가공 장치(미도시)에 설치될 수 있고, 카메라는 얼라인 마크(AM)의 가로축과 세로축이 접하는 접점, 즉 '+' 모양의 정중앙을 인식할 수 있다. 또한, 얼라인 마크(AM)의 '+' 모양의 가로축 및 세로축을 더 인식하여 얼라인 마크(AM)의 가로축 또는 세로축과 평행한 라인(L2, L3)이 형성되도록 패터닝(P2, P3) 공정을 수행할 수 있다.

구체적으로, 상기 카메라는 얼라인 마크(AM)의 얼라인 상태, 즉 얼라인 마크(AM)의 '+' 모양의 정중앙, 가로축 및 세로축을 인식한 후에, 얼라인 마크(AM)의 가로축 및 세로축을 레이저 가공을 위한 기준 가로축 및 기준 세로축으로 설정할 수 있다. 이어서, 기준 가로축 및 기준 세로축을 기준으로 이에 평행하도록 레이저 가공 장치(미도시)의 레이저 가공부(미도시)를 이동하면서 레이저 스크라이빙을 수행할 수 있다. 따라서, 얼라인 마크(AM)의 가로축 및 세로축과 평행하도록 실리콘층(300)에 제2 라인(L2), 또는 상부전극층(400)에 제3 라인(L3)을 형성할 수 있다.

카메라는 2개의 얼라인 마크(AM)를 인식할 수 있다. 다시 도 5를 참조하면, 얼라인 마크 AM1 및 AM2, 또는 AM1 및 AM3과 같이 기판의 같은 변 측에 형성되어 있는 2개의 얼라인 마크(AM)를 인식하여 2개의 얼라인 마크의 정중앙을 연결하는 축을 기준 축으로 설정하고, 이 기준 축과 평행하도록 라인(L2, L3)을 형성하는 패터닝(P2, P3) 공정을 수행할 수 있다. 일 예로, 얼라인 마크 AM1 및 AM2의 '+' 모양의 정중앙을 인식함과 동시에, 얼라인 마크 AM1 및 AM2의 '+' 모양의 정중앙을 서로 연결하여 완성되는 가상의 축을 기준으로 하여 이에 평행하게 라인(L2, L3)을 형성하도록 레이저 가공 장치(미도시)의 레이저 가공부(미도시)를 이동하여 레이저 스크라이빙을 수행할 수 있다. 한편, 2개의 얼라인 마크(AM)를 인식하기 위해 레이저 가공 장치에는 2개의 카메라가 설치되어도 무방하다.

이와 같이 2개의 얼라인 마크(AM)를 인식하여 기판(100)을 패터닝하는 경우에는 1개의 얼라인 마크(AM)만을 기준으로 하여 기판(100)을 패터닝하는 경우보다 정확한 패턴의 형성이 가능하다.

또한, 카메라는 3개의 얼라인 마크(AM)를 인식할 수 있다. 다시 도 5를 참조하면, 얼라인 마크 AM1, AM2 및 AM3와 같이 기판의 같은 변 측에 형성되어 있는 2개의 얼라인 마크(AM)와 그 변에 수직하는 변 측에 형성되어 있는 1개의 얼라인 마크(AM)를 더하여 3개의 얼라인 마크(AM)를 인식할 수 있다. 한편, 3개의 얼라인 마크(AM)를 인식하기 위해 레이저 가공 장치에는 3개의 카메라가 설치되어도 무방하다.

이와 같이 3개의 얼라인 마크(AM)를 인식하여 기판(100)을 패터닝하는 경우에는 1개 또는 2개의 얼라인 마크(AM)만을 기준으로 하여 기판(100)을 패터닝하는 경우보다 더 정확한 패턴의 형성이 가능하다. 예를 들어, 얼라인 마크 AM1, AM2 및 AM3를 인식하여 AM1 및 AM2의 '+' 모양의 정중앙을 서로 연결하여 완성되는 가상의 축과, AM2 및 AM3의 '+' 모양의 정중앙을 서로 연결하여 완성되는 가상의 축이 같은 수평면상에서 포함되도록 하고, 이 가상의 축을 기준으로 하여 이에 평행하게 라인(L2, L3)을 형성하도록 레이저 가공 장치(미도시)의 레이저 가공부(미도시)를 이동하여 레이저 스크라이빙을 수행할 수 있다. 결국, 기판(100)이 기울어져 안착되어도 이에 대해서 보정을 수행하여 더 정확하게 패턴을 형성할 수 있다.

한편, 상기 카메라는 얼라인 마크(AM)의 정렬 상태, 즉 얼라인 마크(AM)의 '+' 모양의 정중앙, 가로축 및 세로축을 인식한 후에, 얼라인 마크(AM)와 대응되는, 레이저 가공을 수행하기 위한 기판(100)이 안착될 위치로 기판(100)을 이동시킴으로써 기판(100)을 정렬시켜 레이저 가공을 수행할 수 있다. 이때, 기판(100)을 수평, 수직 또는 회전하는 방향으로 이동시킬 수 있도록 레이저 가공 장치 내에 기판(100)이 안착되어 있는 기판정렬장치(미도시)를 이용할 수 있다.

이때, 얼라인 마크 AM1 및 AM2, 또는 AM1 및 AM3과 같이 기판의 같은 변 측에 형성되어 있는 2개의 얼라인 마크(AM)를 인식하여 기판(100)을 정렬한 후 패터닝 공정(P2, P3)을 수행할 수 있다. 또한, 얼라인 마크 AM1 및 AM4와 같이 기판의 대각선 모서리 측에 형성되어 있는 2개의 얼라인 마크(AM)를 인식하여 기판(100)을 정렬한 후 패터닝 공정(P2, P3)을 수행할 수 있다. 일 예로, 얼라인 마크 AM1 및 AM2의 '+' 모양의 정중앙 인식함과 동시에, 얼라인 마크 AM1 및 AM2의 '+' 모양의 정중앙을 서로 연결하여 완성되는 가상의 축을 기준으로 하여 기판정렬장치를 이용하여 기판(100)을 정렬한 후 패터닝 공정(P2, P3)을 수행할 수 있다.

또한, 3개의 얼라인 마크(AM)를 인식하여 기판(100)을 정렬시키는 경우에는 1개 또는 2개의 얼라인 마크(AM)만을 기준으로 하여 기판(100)을 정렬시키는 경우보다 더 정확한 정렬이 가능하다. 예를 들어, 레이저 가공 장치(미도시) 내에서 기판(100)이 안착되는 기판정렬장치(미도시)에는 기판(100)의 4개의 얼라인 마크(AM) 부분을 지지하는 4개의 기판지지부(미도시)가 마련되어 있을 수 있다. 만약, 기판(100)이 기판정렬장치에 기울어져 안착된 경우라면 카메라에 의해 측정된 AM1과 AM2의 거리 및 AM1과 AM3의 거리가 원래 설계된 거리보다 짧게, 즉, 기판(100)의 한변만을 기준으로 기울어진 각도가 θ라면 cosθ배만큼 짧게 측정될 것이다. 따라서, 4개의 기판지지부의 높이를 각각 조절하여, 원래 설계된 거리와 AM1과 AM2의 거리 및 AM1과 AM3의 거리가 같아지도록 할 수 있다. 결국, 기판(100)이 안착된 각도에 대해서까지 보정을 수행하여 더 정확하게 기판(100)을 정렬시킨 후 패터닝 공정(P2, P3)을 수행할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지기판을 가공하는 방법을 태양전지 제조공정에 따라 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1 (a)에서와 같이, 상부에 전도성 재질의 TCO 하부전극층(200)이 형성된 가로 1100 mm, 세로 1300 mm의 크기의 기판(100)을 제공한다.

이어서, 도 1의 (b)와 같이, 레이저 광원을 이용한 식각 방법인 레이저 스크라이빙으로 제1 패터닝(P1)을 수행하여 하부전극층(200)에 제1 라인(L1)을 형성할 수 있다. 동시에, 도 5와 같이, 기판(100)의 각 변에 평행하며, 기판(100)의 각 변에서 12 mm 거리만큼 이격된 얼라인 패턴(AP)을 형성할 수 있다. 이때, 제1 패터닝(P1)에 의한 제1 라인(L1)과 얼라인 패턴(AP)은 1064 nm 파장의 레이저를 사용하여 형성할 수 있다. 따라서, 레이저 스크라이빙 공정으로 제1 패터닝(P1)에 의한 제1 라인(L1)과 얼라인 패턴(AP)을 동시에 형성할 수 있어, 태양전지의 생산 시간을 단축할 수 있다.

이어서, 도 1의 (c) 및 (d)와 같이, 기판(100) 상부 전체에 실리콘층(300)을 적층하고, 레이저 스크라이빙으로 제2 패터닝(P2)을 수행하여 실리콘층(300)에 제2 라인(L2)을 형성할 수 있다. 제2 패터닝(P2)을 수행할 때, 얼라인 패턴(AP)이 직교하여 형성된 얼라인 마크(AM)를 카메라로 인식하여, 얼라인 마크(AM)를 기준[구체적으로는 얼라인 마크(AM)의 가로축 및 세로축을 기준]으로 하여 이에 평행하도록 제2 라인(L2)을 형성하므로, 제2 패터닝(P2)에 의한 제2 라인(L2)을 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있다.

이어서, 도 1의 (e) 및 (f)와 같이, 기판(100) 상부 전면에 전도성 재질의 상부 전극층(400)을 형성하고, 레이저 스크라이빙으로 제3 패터닝(P3)을 수행하여 실리콘층(300) 및 상부전극층(400)에 제3 라인(L3)을 형성할 수 있다. 마찬가지로 제3 패터닝(P3)을 수행할 때, 얼라인 패턴(AP)이 직교하여 형성된 얼라인 마크(AM)를 카메라로 인식하여, 얼라인 마크(AM)를 기준[구체적으로는 얼라인 마크(AM)의 가로축 및 세로축을 기준]으로 하여 이에 평행하도록 제2 라인(L2)을 형성하므로, 제3 패터닝(P3)에 의한 제3 라인(L3)을 원하는 위치에 정확하게 형성할 수 있다.

위에서는 제3 패터닝(P3) 공정까지만을 설명하였으나, 패터닝 공정이 더 추가되는 경우에 상기 방법을 이용하여 얼라인 마크(AM)를 기준으로 패터닝 공정을 수행할 수 있음은 당연하다.

본 발명은 태양전지 제조공정 중에 기판 상에 패턴을 정확하게 형성할 수 있어, 레이저 스크라이빙 공정에 안정성이 향상되는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 얼라인 마크를 기판의 원하는 위치에 가공할 수 있고, 얼라인 마크를 기준으로 패터닝 공정을 수행하므로 기판의 모서리 부분 손상과 관계없이 패턴을 정확하게 형성할 수 있는 이점이 있다. 또한, 레이저 스크라이빙 공정에서 얼라인 마크를 패터닝하는 공정을 동시에 수행할 수 있어, 태양전지의 생산 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

100: 기판
200: 하부전극층
300: 실리콘층
400: 상부전극층
a: 단위 셀 영역
b: 데드존(dead zone)
P1, P2, P3: 패터닝
L1, L2, L3: 라인
AM1, AM2, AM3, AM4: 얼라인 마크(align mark)
AP: 얼라인 패턴(align pattern)

Claims

(a) 기판의 상부에 하부전극층을 형성하는 단계;
(b) 레이저 가공을 이용하여, 상기 하부전극층에 상기 기판의 각 변에 평행하며 상기 기판의 각 변에서 소정의 거리만큼 이격된 얼라인 패턴(align pattern)을 형성하고, 동시에 상기 하부전극층을 패터닝하여 제1 라인을 형성하는 최초의 패터닝 공정 단계;
(c) 상기 얼라인 패턴이 직교하여 이루어지는 복수개의 얼라인 마크(align mark)를 인식하는 단계; 및
(d) 상기 (c) 단계에서 인식된 상기 얼라인 마크를 기준으로 레이저 가공을 이용하여 상기 기판 상에 후속 라인을 형성하는 후속 패터닝 공정 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 얼라인 마크는 '+' 모양이며, 상기 얼라인 마크의 정중앙을 인식하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제2항에 있어서,
상기 얼라인 마크의 '+' 모양의 가로축 및 세로축을 더 인식하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 후속 라인은 제2 라인 및 제3 라인을 포함하며,
상기 제2 라인은 상기 하부전극층 상에 형성되는 실리콘층을 패터닝하여 형성하고,
상기 제3 라인은 상기 실리콘층 및 상기 실리콘층 상에 형성되는 상부전극층을 패터닝하여 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 하부전극층은 AZO(ZnO:Al), ITO(Indium-Tin-Oxide), GZO(ZnO:Ga), BZO(ZnO:B), FTO(SnO₂:F) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 소정의 거리는 3 mm 내지 15 mm인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 얼라인 마크는 카메라를 이용한 이미지 판독 방식으로 인식하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저는 1064 nm 파장의 레이저인 것을 특징으로 하는 태양전지 기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 기판 상에 상기 (c) 단계에서 인식된 2개의 상기 얼라인 마크를 연결하는 축과 평행하도록 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 기판 상에 상기 (c) 단계에서 인식된 3개의 상기 얼라인 마크 중 2개의 상기 얼라인 마크를 연결하는 복수개의 축과 평행하도록 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저 가공은 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계는 상기 (c) 단계에서 인식된 얼라인 마크에 대응되는, 레이저 가공을 위한 위치로 상기 기판을 이동하여 상기 기판을 정렬한 후, 레이저 가공을 이용하여 상기 기판 상에 상기 후속 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지기판의 가공방법.