첨단 태양 전지 제조의 주요 특성
레이저 스크라이빙은 박막 태양 전지, 특히 페로브스카이트 태양광 모듈 생산에 있어 중요하고 정밀한 제조 공정입니다. 이 비접촉식 삭마 기술은 고에너지 레이저 빔을 사용하여 특정 재료 층을 제거함으로써 효율적인 전류 수집 및 모듈 직렬 연결을 가능하게 하는 전기적 상호 연결 패턴을 정의합니다. 이 공정은 주로 P1, P2, P3의 세 단계로 구성되며, 각 단계는 셀 구조에서 고유한 기능을 수행합니다. 각 스크라이빙 단계의 특성을 이해하는 것은 태양 전지 성능과 제조 수율을 최적화하는 데 필수적입니다.
P1 레이저 스크라이빙: 전기적 절연 생성
P1 스크라이빙 단계는 태양 전지 제조의 첫 번째이자 기초적인 공정입니다. 이 단계는 일반적으로 이토 또는 FTO와 같은 재료로 구성된 투명 전도성 산화물(총소유비용) 층을 유리 또는 유연 기판에 증착하여 패터닝하는 과정을 포함합니다. P1 스크라이빙의 주요 목적은 개별 태양 전지 세그먼트의 기반이 될 전기적으로 절연된 영역을 생성하는 것입니다.
P1 스크라이빙의 주요 특징은 다음과 같습니다.총소유비용 레이어 완전 제거하부 기판을 손상시키지 않고 이러한 정밀도를 구현하려면 신중한 매개변수 최적화가 필요합니다. 과도한 레이저 출력은 유리 기판에 미세 균열을 유발하고, 부족한 출력은 전도성 물질 잔류물을 남겨 셀 간 전기 단락을 유발할 수 있기 때문입니다. 연구에 따르면 500nm 두께의 이토 층의 경우 최적의 P1 매개변수는 일반적으로 1.8~2.4W의 레이저 출력과 2500mm/s 미만의 스크라이빙 속도를 필요로 하며, 이로 인해 트렌치 폭이 10μm 미만으로 줄어듭니다. P1 스크라이빙의 품질은 전력 생성에 사용 가능한 활성 영역을 결정하는 중요한 매개변수인 기하학적 충전율(지프)에 직접적인 영향을 미칩니다.
P2 레이저 스크라이빙: 직렬 상호 연결 설정
P2 스크라이빙은 레이저 패터닝 공정에서 기술적으로 가장 어려운 단계입니다. 이 단계는 전자 수송층(ETL), 페로브스카이트 흡수층, 정공 수송층(HTL), 그리고 경우에 따라 예비 전극층을 포함한 여러 기능층을 증착한 후에 진행됩니다. P2 공정은이 여러 층을 정확하게 절제합니다.P1 동안 지워진 기본 총소유비용 층을 노출시켜 한 셀의 전면 전극을 인접 셀의 후면 접점에 직렬로 연결하는 전도성 경로를 생성합니다.
P2 스크라이빙의 핵심 과제는 하부 총소유비용 층을 손상시키지 않고 모든 기능층을 완전히 제거할 수 있는 충분한 깊이를 확보하는 것입니다. 532nm 파장의 펨토초 레이저를 사용한 연구에서는 P1에 비해 상당히 낮은 출력 설정(약 0.46W)으로 스크라이빙을 성공적으로 수행할 수 있었지만, 열 축적을 최소화하기 위해 더 높은 스크라이빙 속도(약 4000mm/s)를 사용했습니다.
P2 스크라이브 깊이는 특정 다층 구조의 경우 일반적으로 약 858nm로 신중하게 제어해야 하며, 이는 하부 기판 손상 없이 깨끗한 삭마를 보장하기 위함입니다. P2 스크라이브가 부적절하면 접촉 저항이 증가하여 인접 셀 간의 전류 흐름을 방해할 수 있으며, 과도한 삭마는 총소유비용 층을 손상시켜 전기적 연결 불량을 초래할 수 있습니다.
P3 레이저 스크라이빙: 최종 세포 분리
P3 스크라이빙 단계는 전기 패터닝 프로세스를 완료합니다.전면 접촉 분리각 셀의. 이 단계는 일반적으로 금이나 기타 전도성 금속층인 상부 금속 전극을 증착한 후에 수행됩니다. P3의 목적은 인접한 셀의 전면 전극을 분리하는 트렌치를 생성하여 P2 공정을 통해 구축된 직렬 연결을 유지하면서 전기 단락을 방지하는 것입니다.
P3 스크라이빙은 셀 작동에 필수적인 페로브스카이트층과 전하 수송층을 손상시키지 않고 금속 전극층을 제거해야 하므로 매우 정밀해야 합니다. P3 스크라이빙의 최적 매개변수는 이전 단계보다 훨씬 낮은 레이저 출력(약 0.2W)과 더 높은 속도(약 6000mm/s)를 필요로 하는 경우가 많으며, 이로 인해 약 534nm의 트렌치 깊이가 생성됩니다. P3 스크라이빙의 품질은 최종 서브셀의 상대적 성능 매개변수에 반영됩니다. 올바르게 수행될 경우, 분리된 셀은 원래 단락 전류, 개방 회로 전압 및 충전율 값의 거의 100%를 유지해야 합니다.
기술적 고려 사항 및 응용 프로그램
세 가지 레이저 스크라이빙 공정의 효과는 여러 가지 기술적 요인에 따라 달라집니다.레이저 파장 선택재료 특성에 따라 파이버 레이저(1064nm), 엔디:야그 레이저, 자외선 레이저(355nm)가 일반적으로 선택되므로 매우 중요합니다.비접촉적 특성레이저 스크라이빙은 깨지기 쉬운 재료에 대한 도구 마모와 기계적 응력을 제거하는 동시에 기계적 대안으로는 따라올 수 없는 미크론 수준의 정밀도를 제공합니다.
다양한 레이저 유형은 다양한 응용 분야에 고유한 장점을 제공합니다. 파이버 레이저는 금속 가공에 높은 빔 품질과 효율을 제공하는 반면, CO₂ 레이저는 유기 재료 가공에 탁월한 성능을 보입니다. 파장이 짧은 자외선 레이저는 첨단 태양 전지 구조에 필수적인 고해상도 패터닝을 가능하게 합니다. P1에서 P3으로의 발전은 레이저 출력 요구량은 감소하는 반면, 정밀성과 제어에 대한 요구는 증가하는 추세를 보여주는데, 이는 가공되는 적층 구조의 복잡성이 증가함을 반영합니다.
결론
P1, P2, P3 레이저 스크라이빙 공정은 고효율 박막 태양 전지 제조에서 각각 고유하면서도 상호 연결된 역할을 수행합니다. P1은 기본적인 전기적 절연을 구축하고, P2는 셀 간의 중요한 직렬 연결을 생성하며, P3은 회로 절연을 완성합니다. 이러한 정밀 공정을 통해 데드 영역은 최소화하고 활성 영역은 극대화하여 발전할 수 있는 직렬 연결 태양광 모듈을 생산할 수 있습니다. 태양 전지 기술이 고효율 및 박막 구조로 계속 발전함에 따라, 레이저 스크라이빙이 제공하는 정밀성과 제어력은 상업적 성공에 필수적인 요소로 남을 것입니다.
핵심 키워드:
레이저 스크라이빙 장비
P1 P2 P3 레이저 공정
페로브스카이트 태양 전지 제조
정밀 레이저 절제술
박막 패터닝
태양 전지 상호 연결
비접촉 소재 가공
고정밀 레이저 시스템
