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KR-20260000577-U - 컷된 전지, 모듈 및 전지의 측면 컷 표면을 위한 패시베이션 코팅 방법

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Abstract

본 출원은 컷된 태양 전지 피스, 이의 모듈, 및 태양 전지 피스의 측면 컷 면을 위한 패시베이션 막 증착 방법을 개시한다. 패시베이션 막의 증착 방법은: 컷된 태양 전지 피스를 적층하고, 이어서 태양 전지 피스를 측면에 프로세싱 윈도우가 있는 복수의 박스 내에 배치하고, 태양 전지 피스가 있는 박스를 사전 패시베이션 영역에 배치하고 ― 각 박스는 복수의 태양 전지 피스를 포함함 ― ; 사전 패시베이션 영역으로부터의 복수의 박스를 반응 챔버 내의 트레이 상에 배치하고; 가스 경로 시스템을 통해 반응 챔버 내로 반응물 및 캐리어 가스를 공급하고; 반응 챔버 내에서 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 패시베이션 막 증착을 수행하고 ― 즉 증착에 의해 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 패시베이션 막을 형성함 ― ; 측면 컷 면 상에 패시베이션 막을 증착한 후, 트레이로부터 사후 패시베이션 영역 상으로 박스를 배치하는 단계들을 포함한다. 본 출원에 따르면, 컷된 태양 전지 피스의 측면 컷 면의 패시베이션이 실현되고, 태양 전지 모듈의 효율이 향상되며, 태양 전지 모듈의 전면 또는 후면 상에 패시베이션 막의 과잉 증착으로 인한 태양 전지 모듈의 불량 용접에 의해 야기되는 수율 손실의 기술적 문제가 회피되고, 태양 전지 모듈의 발전 비용이 감소된다.

Inventors

  • 시 밍
  • 수 칭펑
  • 탕 량차이
  • 송지앙 싱지
  • 티엔 징쿤
  • 리우 펑
  • 루 용

Assignees

  • 아이디얼 데포지션 이큅먼트 앤드 애플리케이션즈 (상하이) 컴퍼니 리미티드
  • 아이디얼 데포지션 이큅먼트 앤드 애플리케이션즈 (저지앙) 컴퍼니 리미티드

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20240912
Priority Date
20230913

Claims (20)

  1. 컷된 태양 전지 피스로서, 상기 태양 전지 피스의 측면 컷 면에 산화 알루미늄의 패시베이션 막이 증착되고, 상기 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.5 mm이며, 상기 컷된 태양 전지 피스는 컷 전에 금속 그리드 라인이 인쇄 및 소성되는 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 태양 전지 피스의 상기 전면 또는 상기 후면 상의 상기 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.0 mm인 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 패시베이션 막의 두께는 55 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 패시베이션 막의 상기 두께는 40 내지 60 nm인 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  5. 컷된 태양 전지 피스로서, 상기 태양 전지 피스의 측면 컷 면에는 55 내지 100 nm의 산화 알루미늄의 패시베이션 막이 증착되고, 상기 컷된 태양 전지 피스는 컷 전에 금속 그리드 라인이 인쇄 및 소성되는 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 패시베이션 막의 두께는 40 내지 60 nm인 것을 특징으로 하는 컷된 태양 전지 피스.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.5 mm인 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.0 mm인 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 따른 컷된 태양 전지 피스로부터 제조되는 것을 특징으로 하는, 태양 전지 모듈.
  10. 태양 전지 피스의 측면 컷 면을 위한 패시베이션 막 증착 방법으로서, 단계 S101: 컷된 태양 전지 피스를 적층하고, 이어서 상기 태양 전지 피스를 측면에 프로세싱 윈도우가 있는 복수의 박스 내에 배치하고, 상기 태양 전지 피스가 있는 상기 박스를 사전 패시베이션 영역에 배치하며, 각 박스는 복수의 상기 태양 전지 피스를 포함함; 단계 S102: 상기 사전 패시베이션 영역으로부터의 복수의 상기 박스를 반응 챔버 내의 트레이 상에 배치함; 단계 S103: 가스 경로 시스템을 통해 상기 반응 챔버 내로 반응물 및 캐리어 가스를 공급함; 단계 S104: 상기 반응 챔버 내에서 상기 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 패시베이션 막 증착을 수행함, 즉 100 내지 500 ℃의 반응 온도 및 0 내지 200 Torr의 반응 압력에서, 증착에 의해 상기 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 패시베이션 막을 형성함; 단계 S105: 상기 측면 컷 면 상의 패시베이션 막 증착 후, 상기 트레이로부터 사후 패시베이션 영역 상으로 상기 박스를 배치함 을 포함하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 단계 S101 이전에, 상기 태양 전지 피스를 컷하는 단계 S100을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 태양 전지 피스가 컷되기 전에 금속 그리드 라인이 인쇄 및 소성되는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  13. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 단계 S101에서, 10 내지 2000개의 상기 태양 전지 피스가 각 박스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  14. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 단계 S101에서, 200 내지 600개의 상기 태양 전지 피스가 상기 각 박스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 태양 전지 피스의 컷 중에, 상기 태양 전지 피스는 레이저 스크라이빙에 의해 스크라이빙되고, 상기 레이저 스크라이빙 동안, 상기 태양 전지 피스는 물 분사에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  16. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 단계 S105 이후에, 상기 패시베이션 막이 형성된 상기 태양 전지 피스를 무산소 환경에서 실온으로 냉각하기 위한 무산소 냉각 단계가 또한 수행되는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  17. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 단계 S104와 상기 단계 S105 사이에서, 어닐링 처리를 수행하기 위해 어닐링 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  18. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 단계 S104에서, 상기 반응 온도는 100 내지 300 ℃이고, 상기 반응 압력은 0 내지 200 Torr인 것을 특징으로 하는, 패시베이션 막 증착 방법.
  19. 청구항 10 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 따른 상기 패시베이션 막 증착 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.5 mm인 것을 특징으로 하는, 컷된 태양 전지 피스.

Description

컷된 전지, 모듈 및 전지의 측면 컷 표면을 위한 패시베이션 코팅 방법 본 출원은 태양 전지 분야에 관한 것으로, 특히 막이 증착된 측면 컷 면을 갖는 태양 전지 피스, 이러한 태양 전지 피스로부터 제조된 모듈, 및 태양 전지 피스의 측면 컷 면을 위한 패시베이션 막 증착 방법에 관한 것이다. 최근 몇 년 동안, 하프 전지(half-cell) 태양 모듈 및 슁글드(shingled) 태양 모듈과 같은 새로운 태양 모듈 기술이 등장하였다. 태양 모듈을 제조할 때, 하나의 태양 전지를 두 개 이상의 피스로 분할할 필요가 있다. 산업적 응용에서, 태양 전지는 레이저 스크라이빙 및 기계적 파단, 또는 열 레이저 저손상 파단에 의해 컷된다. 태양 전지를 컷한 후 형성된 실리콘 웨이퍼의 단면(측면 컷 면)은 높은 표면 재결합 속도를 가지며, 이는 태양 전지의 전기적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 탑콘(Topcon) 태양 전지가 레이저 스크라이빙에 의해 두 개로 분할된 후, 탑콘 태양 전지의 단면은 패시베이션되지 않은 실리콘 웨이퍼 단면이며, 단면 에지의 증가된 재결합 속도로 인해 하프 전지의 변환 효율은 0.2 내지 0.3% 만큼 감소된다. 이종접합(heterojunction) 태양 전지의 경우, 더 높은 개방 회로 전압으로 인해 레이저 스크라이빙 후 변환 효율은 훨씬 더 크게 감소된다. 컷팅으로 인해 발생하는 태양 전지의 감소된 효율은 컷된 태양 전지로부터 생산된 모듈의 감소된 출력으로 직접적으로 초래한다. 용어 "패시베이션 막 증착(passivation film deposition)"은 증착을 통해 태양 전지의 표면 상에 패시베이션 막을 형성하여, 소수 캐리어 재결합이 감소되고, 전계 패시베이션 효과를 구비하며, 반사율이 감소되는 것을 지칭한다. N-형 실리콘 웨이퍼의 품질이 향상되고 태양 전지의 효율이 높아짐에 따라, 컷팅에 의해 야기되는 손실도 증가한다. 이러한 손실은 실리콘 웨이퍼의 측면 컷 면 상에 패시베이션 막 증착에 의해 감소될 수 있음을 기술하는 여러 문헌이 존재한다. 일반적으로, 패시베이션 막의 기능은 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 노출된 실리콘 댕글링 본드(dangling bond)를 포화시키고 전계 패시베이션을 형성하는 것이며, 이 두 기능은 몇 개의 원자 층의 두께에서 충족될 수 있으므로, 패시베이션 막의 두께는 일반적으로 약 10 nm인 것으로 간주된다. 중국 특허 공개공보 CN111430506A 또한 10 nm 또는 15 nm의 패시베이션 막 두께를 명확히 나타내고 있으나, 이는 구체적인 패시베이션 효과를 개시하지는 않는다. 마찬가지로, 논문 "Solar Energy Materials and Solar Cells 258 (2023) 112429"의 관점은 8 내지 14 nm의 막 두께가 원하는 패시베이션 효과의 달성에 충분하다는 것을 시사한다. 한편, 생산 효율을 향상시키기 위해, 태양 전지 피스를 적층하고 컷 면 상에 패시베이션 막 증착을 수행하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 인쇄된 태양 전지 피스의 전면 및 후면 상의 금속 그리드 라인의 높이는 통상적으로 10 내지 30 μm이고, 금속 그리드 라인의 존재는 적층된 태양 전지 피스 사이에 간극을 유발한다. 패시베이션 복구(repair) 막은 증착 동안 이러한 간극들 내로 연장되는데, 이는 과잉 증착으로 알려진 현상이다. 과잉 증착 막이 태양 전지 피스의 전면 및 후면 상의 용접점 상에 증착될 때, 불량한 접촉이 야기될 수 있으며, 대응하는 방식으로 제조된 태양 모듈의 수율에 부정적인 영향을 미친다. 종래 기술에서, 과잉 증착 문제를 해결하는 한 가지 방법은 태양 전지 피스 상에 금속 그리드 라인을 인쇄하기 전에 태양 전지 피스를 컷하고 패시베이션 막 증착을 수행하여, 태양 전지 표면 상의 용접점이 과잉 증착의 영향을 받지 않도록 하는 것이다. 그러나, 이러한 처리 방법에서는 다음과 같은 기술적 문제가 발생한다: 1) 그리드 라인이 없는 태양 전지 피스들은 상호 마찰로 인해 스크래치가 발생할 수 있으며; 2) 하프 전지 또는 더 작은 전지(슁글(shingles))을 인쇄하는 것은 인쇄 라인의 처리량을 현저히 감소시킬 수 있고, 그에 따라 생산 라인의 자본 비용을 증가시켜 현저한 비용 상승을 초래한다. 중국 특허 공개공보 CN111430506A에 개시된 측면 컷 면을 위한 패시베이션 막 증착 방법은 과잉 증착의 문제를 언급하지 않으며, 나아가 해당 문제를 해결하는 방법을 언급하지 않는다. 도 1은 종래 기술에 따른 증착 방법에 의해 증착된 후의 태양 전지 피스의 사진이며, 과잉 증착 현상이 심각함을 알 수 있고, 태양 전지의 전면 및 후면 상의 금속 용접 스트립의 용접점 상에 패시베이션 막이 형성되어, 용접 스트립과 금속 용접점 사이의 접촉이 영향을 받는다. 컷된 태양 전지 피스로 제조된 태양 모듈의 EL 사진은 암점(dark spot)을 보여주며, 이는 효율 및 신뢰성 감소, 그리고 낮은 수율을 초래한다(도 2). 본 고안자들은 기존의 증착 기술이 채택되고 막 두께가 개시된 코팅 두께 범위 내에 있을 때, 태양 전지 피스의 전면 및 후면 상의 용접점 상에 과잉 증착 막이 증착될 때 불량한 접촉이 야기되고, 태양 전지 피스의 용접점과 용접 스트립 사이의 접촉이 영향을 받으며, 국부적인 EL 암점이 발생하여, 최종적으로 대응하는 방식으로 제조된 태양 모듈의 수율이 영향을 받는다는 것을 발견하였다. 따라서, 당업자에 의해 시급히 해결되어야 할 기술적 과제는 기존 기술의 단점을 극복하고, 개선된 태양 전지 및 그 모듈뿐만 아니라, 대응하는 측면 컷 면 패시베이션 막 증착 방법을 제공하여, 태양 전지 및 그 모듈의 효율을 향상시키면서, 그 모듈의 수율을 보장하고 최종적으로 모듈의 발전 비용을 감소시키는 것이다. 본 출원은 종래 기술의 결함을 극복하는 것을 목적으로 하며, 인쇄 생산성이 감소되지 않도록 보장하는 조건 하에서, 패시베이션 막이 증착된 측면 컷 면을 갖는 컷된 태양 전지 피스, 그 모듈 및 태양 전지 피스의 측면 컷 면을 위한 패시베이션 막 증착 방법을 제공하여, 태양 전지 피스의 효율을 효과적으로 향상시킨다. 본 출원은 또한 과잉 증착에 의해 발생되는 부정적인 영향을 실질적으로 감소시키고, 대응하는 태양 모듈의 효율 및 수율을 향상시키며, 모듈의 발전 비용을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 나아가, 측면 컷 면 패시베이션 막 증착 방법의 채택은 과잉 증착 현상 및 과잉 증착에 의해 야기되는 부정적인 영향을 명백히 감소시킬 수 있다. 더욱 예기치 않게, 본 고안자는 연구 과정에서, 기존 기술에서의 일반적인 이해와는 반대로, 컷된 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상의 패시베이션 막 두께가 20 nm 초과일 때, 그리고 특히 25nm 초과일 때, 특히 30 nm에 근접할 때, 패시베이션 효과가 현저한 개선을 보이며, 이어서 패시베이션 막의 두께 증가에 따라 지속적으로 상승하고, 이어서 패시베이션 막의 두께가 60 내지 80 nm일 때 비교적 안정하게 된다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 측면 컷 면 상에 패시베이션 막이 증착되지 않은 하프 전지의 샘플 베이스라인(BL)과 비교하여, 패시베이션 막 두께가 0 내지 60 nm 범위일 때, 태양 전지 피스의 효율은 패시베이션 막의 두께와 함께 증가하며, 패시베이션 막의 두께가 60 nm 초과에 도달할 때, 막 두께가 증가해도 태양 전지 피스의 효율은 더 이상 증가하지 않는데, 이는 패시베이션 효과가 포화되었음을 나타낸다(도 3). 대응하는 태양 모듈의 전력 출력은 실질적으로 동일한 개선 경향을 나타낸다(도 4). 이를 위해, 본 출원의 제1 양태는 컷된 태양 전지 피스에 관한 것으로서, 여기서 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 산화 알루미늄의 패시베이션 막이 증착되고, 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.5 mm이며, 컷된 태양 전지 피스는 컷 전에 금속 그리드 라인이 인쇄 및 소성된다. 바람직하게는, 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.0 mm이다. 바람직하게는, 패시베이션 막의 두께는 55 내지 100 nm이다. 더욱 바람직하게는, 패시베이션 막의 두께는 40 내지 60 nm이다. 본 출원의 제2 양태는 또한 컷된 태양 전지 피스에 관한 것이며, 여기서 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 21 내지 100 nm의 산화 알루미늄의 패시베이션 막이 증착되고, 컷된 태양 전지 피스는 컷 전에 금속 그리드 라인이 인쇄 및 소성된다. 바람직하게는, 패시베이션 막의 두께는 25 내지 80 nm이며, 더욱 바람직하게는, 패시베이션 막의 두께는 30 내지 60 nm이다. 바람직하게는, 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지 1.5 mm이며, 더욱 바람직하게는, 태양 전지 피스의 전면 또는 후면 상의 과잉 증착 폭은 0.1 내지1.0 mm이다. 바람직하게는, 상기 패시베이션 막의 재료는 산화 알루미늄, 질화 실리콘, 산질화 실리콘, 산화 실리콘, 다결정 실리콘 및 비정질 실리콘 중 어느 하나이다. 본 출원의 제3 양태는 태양 모듈에 관한 것으로, 여기서 태양 모듈은 본 출원의 제1 양태 및/또는 제2 양태에 따른 컷 후에 막이 증착된 복수의 컷된 태양 전지 피스를 포함하며, 공지된 방법에 따라 제조된다. 본 출원은 컷 후의 태양 전지 피스의 측면 컷 면을 위한 패시베이션 막 증착 방법에 관한 것이며, 다음 단계를 포함한다: 단계 S101: 컷된 태양 전지 피스를 적층하고, 이어서 태양 전지 피스를 측면에 프로세싱 윈도우가 있는 복수의 박스 내에 배치하고, 태양 전지 피스가 있는 박스를 사전 패시베이션 영역에 배치하며, 여기서 각 박스는 복수의 태양 전지 피스를 포함한다; 단계 S102: 사전 패시베이션 영역으로부터의 복수의 박스를 반응 챔버 내의 트레이 상에 배치한다; 단계 S103: 가스 경로 시스템을 통해 반응물 및 캐리어 가스를 반응 챔버 내로 공급한다; 단계 S104: 반응 챔버 내에서 태양 전지 피스의 측면 컷 면 상에 패시베이션 막 증착을 수행하며, 즉 100 내지 500 ℃의 반응 온도 및 0 내지 200 Torr의 반응 압력으로 증착에 의해 태양