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KR102171809B1 - 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치와 방법 - Google Patents

반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치와 방법 Download PDF

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KR102171809B1
KR102171809B1 KR1020180151281A KR20180151281A KR102171809B1 KR 102171809 B1 KR102171809 B1 KR 102171809B1 KR 1020180151281 A KR1020180151281 A KR 1020180151281A KR 20180151281 A KR20180151281 A KR 20180151281A KR 102171809 B1 KR102171809 B1 KR 102171809B1
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 직류 전원 공급 장치(전원부)를 통한 정밀한 반송자 주입 방식(Carrier injection)으로 광열화 결함 제거 과정을 실시간으로 확인할 수 있는 장치를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치는, 내부에서 태양전지셀에 대한 고온의 열처리가 수행되는 하우징; 상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 태양전지셀이 안착되며, 상기 태양전지셀에 대한 가열을 수행하는 히팅부; 상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 히팅부에 안착된 상기 태양전지셀을 가압하여, 상기 태양전지셀을 상기 히팅부에 고정시키는 지그부; 복수 개의 LED광원을 구비하고, 상기 태양전지셀에 광을 조사하는 LED어레이부; 및 상기 지그부 및 상기 LED어레이부와 결합하고, 상기 지그부 또는 상기 LED어레이부를 회동시키는 구동부;를 포함한다.

Description

반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치와 방법 {METHOD AND APPARATUS FOR REDUCTION OF LIGHT INDUCED DEGRADATION WITH CARRIER INJECTION}
본 발명은 반송자 주입 방식으로 광열화 결합을 제거하는 장치와 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 직류 전원 공급 장치(전원부)를 통한 정밀한 반송자 주입 방식(Carrier injection)으로 광열화 결함 제거 과정을 실시간으로 확인할 수 있는 장치에 관한 것이다.
광열화 현상은 태양빛에 의해 특정 물질의 특성이 변질되거나 특정기기의 성능이 저하되는 현상을 의미한다. 최근, 태양광 에너지에 대한 연구 개발이 지속적으로 증가하고 있는데, 광열화 현상을 없애는 것이 박막형 태양전지 개발자들에게 최대 과제라 할 수 있고, 관련 산업계에겐 활성화를 가로막는 주요 요인이 되는 실정이다.
종래의 광열화 결함 제거 공정에서는, 태양전지 제작 과정 중 metallization 공정에서 사용되는 belt furnace 내에서 광열화 결함 제거 처리를 진행하기 때문에 belt furnace의 본래 기능이 중복되어 종래기술이 적용되지 않은 기존 belt furnace가 설치되어 있는 경우 기존 belt furnace를 제거하고 새로 설치해야 하므로 중복 투자의 문제가 발생한다.
또한, 종래기술은 3 ~ 10SUN의 고출력 광량을 사용하기 때문에, 고 전원을 필요로 하고 복잡한 형태의 장비 구조를 필수적으로 요한다. 그리고, 광열화 결함(Boron-Oxygen complex)을 제거(Regeneration)하기 위해 필요한 광량은 0.1SUN으로 충분하기 때문에, 고출력의 광량을 사용할 경우, 광의 균일성을 유지하기 힘들어 광조사량(Irradiance)의 제어가 어려운 문제가 있다.
다음으로, 광열화 결함 제거를 위한 고출력 광원 사용시, 결함 제거에 필요한 에너지보다 과잉의 에너지 공급으로 인하여 결함 방지 상태가 초기화 되기 때문에, 지속적인 결함 제거 과정과 초기화 과정이 동시에 발생하게 되어 제거 공정 이후 일부 결함이 초기화 됨으로 인하여 광열화 결함 제거 성능이 떨어지는 문제점이 발생한다.
미국 공개특허 제2016-0111586호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 붕소(Boron)이 도핑된 결정질 실리콘 태양전지에서 일어나는 광열화(LID)를 개선하는 장치를 제공한다는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 내부에서 태양전지셀에 대한 고온의 열처리가 수행되는 하우징; 상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 태양전지셀이 안착되며, 상기 태양전지셀에 대한 가열을 수행하는 히팅부; 상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 히팅부에 안착된 상기 태양전지셀을 가압하여, 상기 태양전지셀을 상기 히팅부에 고정시키는 지그부; 복수 개의 LED광원을 구비하고, 상기 태양전지셀에 광을 조사하는 LED어레이부; 및 상기 지그부 및 상기 LED어레이부와 결합하고, 상기 지그부 또는 상기 LED어레이부를 회동시키는 구동부;를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 구동부는, 상기 지그부 또는 상기 LED어레이부를 상하 직선 운동시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 LED어레이부는, 상기 LED광원이 설치되어 배열되는 LED어레이베이스, 및 일단이 상기 LED어레이베이스와 결합하고 타단이 상기 구동부와 결합하여 회동하는 베이스연결체,를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 지그부는, 상기 태양전지셀과 접촉하여 상기 태양전지셀을 가압하는 프레임, 및 일단이 상기 프레임과 결합하고 타단이 상기 구동부와 결합하여 회동하는 프레임연결체,를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 하우징의 천정벽과 결합하고 상기 하우징 내부의 공기를 배출시키는 에어써큘레이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 하우징은, 상기 하우징의 바닥벽에 형성되고 상기 하우징 내부로 유입되는 공기에 유로를 제공하는 에어홀을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 태양전지셀에 전압을 인가하고, 상기 태양전지셀의 전압 반응성을 측정하며, 상기 LED광원에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 지그부는 상기 태양전지셀의 상면과 접촉하는 전극인 버스바전극을 구비하고, 상기 히팅부는 상기 태양전지셀의 하면과 접촉하는 전극인 하면접촉전극을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 LED어레이부와 연결되어 상기 상기 LED어레이부에 대한 수냉식 냉각을 수행하는 쿨링부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, i) 상기 지그부가 회동하여 상기 히팅부에 안착된 상기 태양전지셀이 고정되는 단계; ii) 상기 태양전지셀의 광열화 결함 제거를 위해, 상기 히팅부의 가열에 의해 상기 태양전지셀이 열처리되는 단계; iii) 상기 태양전지셀에 대한 재생성 과정 수행을 위해, 상기 히팅부의 가열에 의해 상기 태양전지셀이 사전 열처리되고, 상기 태양전지셀에 대한 상기 LED광원의 광 조사가 수행되는 단계; iv) 상기 태양전지셀에 대한 상기 LED광원의 광 조사가 중지되고, 상기 태양전지셀에 전압이 인가되어 상기 태양전지셀에 대한 반송자 주입이 수행되는 단계; 및 v) 상기 태양전지셀에 대한 상기 LED광원의 광 조사가 수행되고, 상기 태양전지셀의 광열화 결함 제거 여부를 확인하는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 직류 전원 공급 장치(전원부)를 통한 정밀한 반송자 주입 방식(Carrier injection)으로 광열화 결함 제거 과정을 실시간으로 확인할 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명의 효과는, LED 광원을 활용하기 때문에 광원의 크기가 작고 전력 인가 방식이 단순한 광조사 구조를 가진다는 것이다.
그리고, 본 발명의 효과는, 광열화 결함 제거 이후 실제 광열화 현상이 재발생 되는지 확인 가능하다는 것이다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 LED어레이부와 지그부가 태양전지셀로부터 이격된 사항에 대한 정방향 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 LED어레이부와 지그부가 태양전지셀로부터 이격된 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 지그부가 태양전지셀에 근접한 사항에 대한 정방향 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 지그부가 태양전지셀에 근접한 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 지그부가 태양전지셀을 가압한 사항에 대한 정방향 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 지그부가 태양전지셀을 가압한 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 LED어레이부가 태양전지셀에 근접한 사항에 대한 정방향 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 LED어레이부가 태양전지셀에 근접한 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 방법의 각 단계 온도 변화에 대한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지셀의 시간 별 출력 전압에 대한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지셀의 시간 별 출력 전압에 대한 그래프이다.
도 13은 온도에 따른 광열화 결함 생성 과정과 재생성 과정의 비율에 대한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 LED어레이부(200)와 지그부(300)가 태양전지셀(10)로부터 이격된 사항에 대한 정방향 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 LED어레이부(200)와 지그부(300)가 태양전지셀(10)로부터 이격된 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 지그부(300)가 태양전지셀(10)에 근접한 사항에 대한 정방향 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 지그부(300)가 태양전지셀(10)에 근접한 사항에 대한 측방향 단면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 지그부(300)가 태양전지셀(10)을 가압한 사항에 대한 정방향 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 지그부(300)가 태양전지셀(10)을 가압한 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 LED어레이부(200)가 태양전지셀(10)에 근접한 사항에 대한 정방향 단면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 장치에서 회동한 LED어레이부(200)가 태양전지셀(10)에 근접한 사항에 대한 측방향 단면도이다.
도 1 내지 도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명의 광열화 결함 제거 장치는, 내부에서 태양전지셀(10)에 대한 고온의 열처리가 수행되는 하우징(600); 하우징(600) 내부에 형성되고, 태양전지셀(10)이 안착되며, 태양전지셀(10)에 대한 가열을 수행하는 히팅부(100); 하우징(600) 내부에 형성되고, 히팅부(100)에 안착된 태양전지셀(10)을 가압하여, 태양전지셀(10)을 히팅부(100)에 고정시키는 지그부(300); 복수 개의 LED광원(210)을 구비하고, 태양전지셀(10)에 광을 조사하는 LED어레이부(200); 및 지그부(300) 및 LED어레이부(200)와 결합하고, 지그부(300) 또는 LED어레이부(200)를 회동시키는 구동부(400);를 포함한다.
태양전지셀(10)의 광열화 결함을 제거하기 위해서는 태양전지셀(10)이 외부 광원의 영향으로부터 차단되어야 하므로, 하우징(600)은 암상자(Darkbox)로 형성될 수 있다.
본 발명의 광열화 결함 제거 장치는, 상기와 같이 LED 광원을 활용하기 때문에 광원의 크기가 작고 전력 인가 방식이 단순한 광조사 구조를 가질 수 있다. 또한, LED광원(210)을 사용하기 때문에 전력 인가 제어를 통하여 광조사량을 일정하게 유지할 수 있으며 0.1 ~ 1.4SUN의 광조사량으로 쉽게 변경 가능할 수 있다.
하우징(600) 내부에는 태양전지셀(10)의 온도를 측정하는 하우징온도센서(620)가 형성될 수 있으며, 하우징온도센서(620)는 하우징(600)의 내측면에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 하우징온도센서(620)는 비접촉 방식으로 태양전지셀(10)의 온도를 측정할 수 있다. 상기와 같은, 비접촉 방식의 태양전지 온도 감지 원리를 이용하여, 태양전지셀(10) 표면에 물리적인 손상을 가하지 않으면서 높은 열전도도로 인한 태양전지셀(10)의 급속한 온도변화를 실시간으로 탐지함으로써, 태양전지셀(10)이 80 ~ 130℃ 범위 내에서 ±0.1℃ 이내의 오차로 15일 이상 유지될 수 있다.
구동부(400)는, 지그부(300) 또는 LED어레이부(200)를 상하 직선 운동시킬 수 있다. 그리고, 도 2 내지 도 9에서 보는 바와 같이, LED어레이부(200)는, LED광원(210)이 설치되어 배열되는 LED어레이베이스(220), 및 일단이 LED어레이베이스(220)와 결합하고 타단이 구동부(400)와 결합하여 회동하는 베이스연결체(230),를 포함할 수 있다. 또한, 지그부(300)는, 태양전지셀(10)과 접촉하여 태양전지셀(10)을 가압하는 프레임(310), 및 일단이 프레임(310)과 결합하고 타단이 구동부(400)와 결합하여 회동하는 프레임연결체(320),를 포함할 수 있다.
도 8과 도 9에서 보는 바와 같이, 구동부(400)와 결합한 베이스연결체(230)가 회동함으로써 LED어레이부(200)가 회동하여, LED어레이베이스(220)에 설치된 LED광원(210)이 태양전지셀(10)에 근접하거나 이격될 수 있다. 그리고, 구동부(400)에 의해 LED어레이부(200)가 상하 직선 운동됨으로써, LED광원(210)이 태양전지셀(10)에 근접한 후, LED어레이부(200)와 태양전지셀(10) 간 수직거리가 조절될 수 있다.
그리고, 구동부(400)와 결합한 프레임연결체(320)가 회동함으로써 지그부(300)가 회동하여, 프레임(310)이 히팅부(100)에 안착된 태양전지셀(10)에 근접하거나 이격될 수 있다. 그리고, 구동부(400)에 의해 지그부(300)가 상하 직선 운동됨으로써, 프레임(310)이 태양전지셀(10)과 접촉하여 태양전지셀(10)이 히팅부(100)에 안정적으로 고정되거나, 프레임(310)과 태양전지셀(10)의 접촉이 해제됨으로써 태양전지셀(10)을 이동시킬 수 있다.
히팅부(100)는, 내부에 태양전지셀(10)을 가열하는 가열선을 구비하고, 가열선의 설치 경로를 제외한 히팅부(100)의 상면 일 부위에 적어도 하나 이상의 진공흡착홀을 구비할 수 있다. 그리고, 태양전지셀(10)의 하면이 히팅부(100)의 상면과 접촉하는 경우, 진공흡착홀을 통해 진공 흡착이 수행되어 히팅부(100)에 태양전지셀(10)이 안정적으로 안착될 수 있다.
본 발명의 광열화 결함 제거 장치는, 태양전지셀(10)에 전압을 인가하고, 태양전지셀(10)의 전압 반응성을 측정하며, LED광원(210)에 전원을 공급하는 전원부(500)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 정밀한 반송자 주입 방식(Carrier injection)으로 광열화 결함 제거 과정을 실시간으로 확인할 수 있다. 그리고, 전원부(500)의 반송자 주입 크기를 0.1 ~ 1.0A 사이로 조정하여 과잉에너지 상태에 도달하지 않도록 조건을 조정함으로써, 광열화 결함 제거 특성을 다양하게 인가할 수 있다.
지그부(300)는 태양전지셀(10)의 상면과 접촉하는 전극인 버스바전극을 구비하고, 히팅부(100)는 태양전지셀(10)의 하면과 접촉하는 전극인 하면접촉전극을 구비할 수 있다. 그리고, 버스바전극과 하면접촉전극은 전원부(500)와 연결되며, 이에 따라 전원부(500)로부터 태양전지셀(10)로 전압이 인가될 수 있다. 그리고, 동시에 LED광원(210)에 의해 태양전지셀(10)에 광이 조사되어 태양전지셀(10)로부터 전기가 생성되는 경우, 버스바전극과 하면접촉전극으로부터 전원부(500)로 전류가 인가되어 전원부(500)가 태양전지셀(10)의 전압 반응성을 측정할 수 있다.
본 발명의 광열화 결함 제거 장치는, 하우징(600)의 천정벽과 결합하고 하우징(600) 내부의 공기를 배출시키는 에어써큘레이터(800)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 하우징(600)은, 하우징(600)의 바닥벽에 형성되고 하우징(600) 내부로 유입되는 공기에 유로를 제공하는 에어홀(610)을 구비할 수 있다.
하우징(600) 내부에서 히팅부(100)에 의해 태양전지셀(10)에 대한 지속적인 가열이 수행되고, 이와 같은 고온의 열처리를 통하여 광열화 결함 제거를 시도하게 되어, 하우징(600) 내부 온도가 지속적으로 상승할 수 있다. 이에 따라, 하우징(600) 내부의 온도가 등온으로 유지되지 않을 수 있으므로, 하우징(600)의 천정벽과 결합한 에어써큘레이터(800)가 회전 운동을 수행하여 하우징(600) 내부의 가열된 공기를 강제로 외부 배출시킬 수 있다.
하우징(600) 내부 가열 공기의 상부 방향 강제 배출을 위하여, 하우징(600) 바닥벽에 형성되는 복수 개의 에어홀(610)(Air hole)을 통하여 하우징(600) 내부로 외기의 주입이 일어나게 되며, 외기 주입 후 내부 공기 순환 과정에서 외부 광을 차단하기 위하여, 에어홀(610)은 이중막 구조의 공기 순환 유로 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 하우징(600)의 바닥벽이 이중 벽 구조를 구비하고, 이와 같은 이중 벽 구조 중 상부벽과 하부벽의 에어홀(610)의 위치가 각각의 벽 중심을 기준으로 서로 상이하게 형성됨으로써, 하우징(600) 내부로 침투할 수 있는 외부 광의 경로가 차단될 수 있다.
본 발명의 광열화 결함 제거 장치는, LED어레이부(200)와 연결되어 LED어레이부(200)에 대한 수냉식 냉각을 수행하는 쿨링부(700)를 더 포함할 수 있다. LED어레이부(200)에서 LED광원(210)이 설치되지 않은 LED어레이베이스(220)의 일면에 형성되고 냉각수가 유동하는 패드 형상의 쿨링패드(710)가 쿨링부(700)에 포함될 수 있다. 그리고, 쿨링부(700)는, 쿨링패드(710)로 냉각수를 공급하는 쿨링펌프(720) 및, 일단이 쿨링펌프(720)와 결합하고 타단이 쿨링패드(710)와 결합하여 쿨링펌프(720)와 쿨링패드(710) 간 유동하는 냉각수에 유로를 제공하는 냉각수관(730)을 포함할 수 있다. LED어레이부(200)에는 LED광원(210)의 온도를 측정하는 LED어레이온도센서(240)가 형성되고, 전원부(500)는 LED어레이온도센서(240)로부터 전달되는 LED광원(210)의 온도 정보를 이용하여, 쿨링펌프(720)에 인가되는 전력을 조절함으로써 LED광원(210)의 냉각 속도를 조절할 수 있다.
이하, 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 방법에 대해 설명하기로 한다. 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광열화 결함 제거 방법의 각 단계 온도 변화에 대한 그래프이다.
첫째 단계에서, 지그부(300)가 회동하여 히팅부(100)에 안착된 태양전지셀(10)이 고정될 수 있다. 첫째 단계는 시작(Initial) 단계로써, 태양전지셀(10)에 대한 LED광원(210)의 광 조사가 중지된 상태로써, 도 2와 도 3에서 보는 바와 같이, LED광원(210)이 태양전지셀(10)로부터 이격된 상태일 수 있다.
둘째 단계에서, 태양전지셀(10)의 광열화 결함 제거를 위해, 히팅부(100)의 가열에 의해 태양전지셀(10)가 열처리될 수 있다. 태양전지셀(10)의 제작 과정 중에 주입되는 가시광선으로 인하여 p-type 태양전지셀(10) 내부에 일부 광열화 결함이 생성되어 있기 때문에, 이를 제거하기 위하여 암상태(Dark state)에서 150 내지 250℃의 온도로 5 내지 15 분 간 태양전지셀(10)을 열처리 하여 태양전지셀(10)에 생성된 광열화 결함을 모두 제거하는 회복(Recovery) 과정을 수행할 수 있다.
셋째 단계에서, 태양전지셀(10)에 대한 재생성 과정 수행을 위해, 히팅부(100)의 가열에 의해 태양전지셀(10)이 사전 열처리되고, 태양전지셀(10)에 대한 LED광원(210)의 광 조사가 수행될 수 있다. 둘째 단계의 회복(Recovery) 과정 이후에 태양전지셀(10)의 광열화 결함 제거를 위한 재생성(Regeneration) 과정을 수행하기 위한 목표온도범위(80 내지 150℃) 이내에서 사전열처리(Pre-annealing) 온도로 20분 이상 유지하여 태양전지셀(10)의 온도 안정성이 확보될 수 있다. 그리고, 이와 같은 재생성 과정에서는 태양전지셀(10)에 대한 광 조사가 수행될 수 있다.
넷째 단계에서, 태양전지셀(10)에 대한 LED광원(210)의 광 조사가 중지되고, 태양전지셀(10)에 전압이 인가되어 태양전지셀(10)에 대한 반송자 주입이 수행될 수 있다. 셋째 단계의 사전열처리(Pre-annealing) 공정 이후에 태양전지셀(10)의 온도가 사전 설정된 목표 값에서 안정화 됨을 확인한 이후에, 전원부(500)는 반송자 주입(Carrier injection)을 시작함과 동시에 태양전지셀(10)의 전압 출력을 실시간으로 기록 시작할 수 있다.
그 후, 태양전지셀(10)이 노출되는 온도와 반송자 주입 조건에 따라 수시간에서 수십시간까지 광열화 결함 제거 공정을 실시하고, 광열화 결함 제거 공정이 포화(Saturation) 된 상황에서 반송자 주입을 멈추며, 태양전지셀(10)의 온도를 상온(20 내지 30℃)로 급냉하여 광열화 결함 제거 공정 완료할 수 있다.
다섯째 단계에서, 태양전지셀(10)에 대한 LED광원(210)의 광 조사가 수행되고, 태양전지셀(10)의 광열화 결함 제거 여부를 확인할 수 있다. 구체적으로, 태양전지셀(10)의 온도가 상온에 도달하여 안정화 됨을 확인한 이후에 반송자 주입을 통하여 광열화 결함이 제거되었는지 확인할 수 있다.
[실험 예]
Full BSF 구조의 p-type 결정질 실리콘 태양전지셀(10)(두께 200㎛ 이하)을 마련하였다. 그리고, 하우징(600) 내부에서 히팅부(100)가 태양전지셀(10)을 200℃의 온도로 10분간 가열하도록 하여 태양전지셀(10)에 대한 열처리를 수행하였다. 여기서, 태양전지셀(10)에 대한 열처리를 수행 시 태양전지셀(10)에 대한 LED광원(210)의 광 조사가 수행되도록 하였다. 그 후, 히팅부(100)가 온도를 감소시켜 태양전지셀(10)을 130℃의 온도로 30분간 가열하도록 하여 태양전지셀(10)에 대한 사전열처리를 수행하였다. 다음으로, 전원부(500)(Source-Measure Unit; SMU)를 이용하여 0.2A의 조건으로 태양전지셀(10)에 대한 반송자 주입(Carrier injection)을 실시하였다. 그리고, 전원부(500)를 이용하여 태양전지셀(10)의 시간 별 출력 전압을 측정하였다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지셀(10)의 시간 별 출력 전압에 대한 그래프이고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지셀(10)의 시간 별 출력 전압에 대한 그래프이다. 구체적으로, 도 11은 [실험 예]에 의한 태양전지셀(10)의 시간 별 출력 전압을 100,000초까지 측정한 그래프이고, 도 12는 [실험 예]에 의한 태양전지셀(10)의 시간 별 출력 전압을 20,000초 단위로 표시한 그래프이다.
도 11과 도 12에서 보는 바와 같이, 태양전지셀(10)의 전압이 초기에 매우 낮은 출력으로 감소하다가 100sec 이후 급격하게 감소하는 형태를 확인하였고, 5000sec 이후 서서히 전압이 회복되는 과정을 관찰하였으며, 10000sec 이후 절반 이상의 열화 특성이 회복됨을 확인하였다.
도 13은 온도에 따른 광열화 결함 생성 과정과 재생성 과정의 비율에 대한 그래프이다. 도 13에서, a그래프는, b 내지 d 그래프의 경우 대비 가장 높은 온도로 태양전지셀(10)에 대한 열처리를 수행한 경우, 태양전지셀(10)에서 광열화 결함 생성(Degradation)의 양과 재생성(Regeneration)의 양 비율이 1:1(1/1)인 경우에 대한 그래프이다. 또한, 도 13에서 b그래프는, c와 d 그래프의 경우 대비 상대적으로 더 높은 온도로 태양전지셀(10)에 대한 열처리를 수행한 경우, 태양전지셀(10)에서 광열화 결함 생성(Degradation)의 양과 재생성(Regeneration)의 양 비율이 1:5(1/5)인 경우에 대한 그래프이다. 또한, 도 13에서 c그래프는, d 그래프의 경우 대비 상대적으로 더 높은 온도로 태양전지셀(10)에 대한 열처리를 수행한 경우, 태양전지셀(10)에서 광열화 결함 생성(Degradation)의 양과 재생성(Regeneration)의 양 비율이 1:20(1/20)인 경우에 대한 그래프이다. 그리고, 도 13에서 d그래프는, 가장 낮은 온도로 태양전지셀(10)에 대한 열처리를 수행한 경우, 태양전지셀(10)에서 광열화 결함 생성(Degradation)의 양과 재생성(Regeneration)의 양 비율이 1:500(1/500)인 경우에 대한 그래프이다.
도 13에서 보는 바와 같이, 광열화 결함 생성(Degradation) 과정과 재생성(Regeneration) 과정의 비율이 온도에 따라서 달라지며, 태양전지셀(10)의 온도가 증가할 경우 a그래프(1/1)와 같이 태양전지의 성능이 감소하다가 다시 상승하게 되며, 온도가 상온에 가까운 경우 d그래프(1/500)와 같이 태양전지셀(10)의 성능이 지속적으로 감소하다가 포화되는 광열화 형태를 확인하였다. 이에 따라, 태양전지셀(10)에 대한 상대적으로 고온의 열처리를 통하여 광열화 결함을 제거할 수 있음을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 태양전지셀
100 : 히팅부
200 : LED어레이부
210 : LED광원
220 : LED어레이베이스
230 : 베이스연결체
240 : LED어레이온도센서
300 : 지그부
310 : 프레임
320 : 프레임연결체
400 : 구동부
500 : 전원부
600 : 하우징
610 : 에어홀
620 : 하우징온도센서
700 : 쿨링부
710 : 쿨링패드
720 : 쿨링펌프
730 : 냉각수관
800 : 에어써큘레이터

Claims (10)

  1. 내부에서 태양전지셀에 대한 고온의 열처리가 수행되는 하우징;
    상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 태양전지셀이 안착되며, 상기 태양전지셀에 대한 가열을 수행하는 히팅부;
    상기 하우징 내부에 형성되고, 상기 히팅부에 안착된 상기 태양전지셀을 가압하여, 상기 태양전지셀을 상기 히팅부에 고정시키는 지그부;
    복수 개의 LED광원을 구비하고, 상기 태양전지셀에 광을 조사하는 LED어레이부; 및
    상기 지그부 및 상기 LED어레이부와 결합하고, 상기 지그부 또는 상기 LED어레이부를 회동시키는 구동부;를 포함하고,
    상기 지그부는 상기 태양전지셀의 상면과 접촉하는 전극인 버스바전극을 구비하고, 상기 히팅부는 상기 태양전지셀의 하면과 접촉하는 전극인 하면접촉전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 지그부 또는 상기 LED어레이부를 상하 직선 운동시키는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED어레이부는,
    상기 LED광원이 설치되어 배열되는 LED어레이베이스, 및
    일단이 상기 LED어레이베이스와 결합하고 타단이 상기 구동부와 결합하여 회동하는 베이스연결체,를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지그부는,
    상기 태양전지셀과 접촉하여 상기 태양전지셀을 가압하는 프레임, 및
    일단이 상기 프레임과 결합하고 타단이 상기 구동부와 결합하여 회동하는 프레임연결체,를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징의 천정벽과 결합하고 상기 하우징 내부의 공기를 배출시키는 에어써큘레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 하우징의 바닥벽에 형성되고 상기 하우징 내부로 유입되는 공기에 유로를 제공하는 에어홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지셀에 전압을 인가하고, 상기 태양전지셀의 전압 반응성을 측정하며, 상기 LED광원에 전원을 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 LED어레이부와 연결되어 상기 LED어레이부에 대한 수냉식 냉각을 수행하는 쿨링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치.
  10. 청구항 1의 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 장치를 이용한 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 방법에 있어서,
    i) 상기 지그부가 회동하여 상기 히팅부에 안착된 상기 태양전지셀이 고정되는 단계;
    ii) 상기 태양전지셀의 광열화 결함 제거를 위해, 상기 히팅부의 가열에 의해 상기 태양전지셀이 열처리되는 단계;
    iii) 상기 태양전지셀에 대한 재생성 과정 수행을 위해, 상기 히팅부의 가열에 의해 상기 태양전지셀이 사전 열처리되고, 상기 태양전지셀에 대한 상기 LED광원의 광 조사가 수행되는 단계;
    iv) 상기 태양전지셀에 대한 상기 LED광원의 광 조사가 중지되고, 상기 태양전지셀에 전압이 인가되어 상기 태양전지셀에 대한 반송자 주입이 수행되는 단계; 및
    v) 상기 태양전지셀에 대한 상기 LED광원의 광 조사가 수행되고, 상기 태양전지셀의 광열화 결함 제거 여부를 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반송자 주입 방식을 이용한 광열화 결함 제거 방법.
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