광에너지를 활용한 태양전지기판 스크라이빙 특성 연구

Abstract

The mechanical processing method traditionally used in the industrial field is being actively reviewed as a replacement process using an industrial laser, and many processes are already being converted to the laser process. The advantages of laser processing are almost unaffected by the hardness or strength of the material. It is also possible to process hard or brittle ceramics, glass and materials such as tiles, quartz and marble. The laser scribing width can be made very narrow by the concentrated spot size and absorption depending on the wavelength. Since the process is performed through high-speed heating, the process can be carried out without deformation or contamination of materials and tools. Since the concentration of the light source can be increased with a low heat input, the heat direction is small, and the thermal deformation is relatively small compared to other processes. Highspeed process execution is possible, and complex shapes and 3D machining are possible. Above all, since non-contact precision machining is possible, there are many advantages compared to the existing contact process, and noise generation is also relatively advantageous. On the other hand, in general, the speed cannot be increased compared to the mechanical process, and the surface roughness is not as good as that of electric discharge machining or mechanical process machining. There are many disadvantages in processing thick materials by using concentrated energy. In addition, there is a possibility that damage may occur due to reflection during material processing due to the surface reflection of the material, and it may become a cost burden as an expensive laser system must be adopted when configuring the equipment. In the areas where the laser process is suitable for each review process, it is more actively applied and process improvement is being made. In particular, in the solarcell manufacturing process, the breaking process by laser scribing is being performed as a 100% laser process, and related laser processing technology development is being actively carried out. In addition to laser-related basic processing parameters, the research direction is aimed at improving machinability through experiments and result analysis on related element processing parameters.|산업 현장에서 전통적으로 사용하는 기계식 가공 방식이 산업용 레이저를 활용해서 대체 공정으로서 검토가 활발하게 이루어지고 있으며, 이미 많은 공정이 레이저 공정으로 전환되고 있다. 레이저 가공의 장점은 재료의 경도나 강도에 영향을 거의 받지 않는다. 단단하거나 취성이 강한 세라믹, 유리 그리고 타일이나 석영 및 대리석등 재료 가공 또한 가능하다. 집중시킨 spot size와 파장에 따른 흡수도에 의해 절단폭을 매우 좁게 할 수 있다. 고속 가열을 통하여 공정이 이루어지므로 자재 및 공구의 변형이나 오염이 없이 공정을 진행할 수 있다. 낮은 열 투입량으로 광원의 집중도를 높일 수 있으므로 열열향이 적고 상대적으로 타 공정에 비해 열변형도 적다. 고속 공정 실행이 가능하며 복잡형 형상 및 3차원 가공도 가능하다. 무엇보다도 비접촉식 정밀 가공이 가능하므로 기존 접촉식 공정에 비해 많은 유리한 점이 있으며 소음 발생도 상대적으로 유리하다. 반면에 일반적으로 레이저 공정은 기계적 공정보다는 속도를 높일 수 없으며 방전 가공이나 또는 기계식 공정 가공보다는 표면 조도가 좋지 않다. 또한 집광된 에너지를 사용함으로 두꺼운 재질을 가공하는데 많은 단점이 있다. 더불어 재질의 표면 반사로 인해 재료 가공시 역반사에 의해 손상이 발생할 수 있는 가능성이 있으면 장비를 구성 시 고가의 레이저 시스템 채택해야 됨에 따라 원가적 부담이 될 수도 있다. 현재 산업현장에서 레이저공정의 장점이 적용 가능한 영역에서는 좀 더 활발히 적용되고 관련 공정이 개선이 이루어지고 있다. 태양전지기판 제조 공정상 스크라이빙에 의한 브레이킹 공정은 100% 레이저 공정으로 진행되고 있으며 관련 레이저 가공 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 비접촉 공정 기술을 적용함에 따라 물리적 기계적 공정에 비해 태양전지기판 파손 및 손상을 줄일 수 있어 수율을 높일 수 있다. 레이저 집광 광학계를 통해 에너지밀도가 높은 작은 초점을 활용함으로 절단면 조도 및 해상도 높은 스크라이빙 품질을 확보할 수 있다. 레이저 출력, 주파수, 스캔속도와 같은 관련 기본 가공파라메타[1]와 더불어 자재 온도와 같은 외부 환경 가공파라메타에 대한 실험과 결과 분석을 통해 가공성 개선을 목표로 연구 방향을 잡고자 한다. 레이저 출력을 일정하게 한 후 레이저 주파수를 상승시키면 펄스에너지는 감소하지만 레이저 중첩도가 증가해서 태양전지기판 스크라이빙 공정에 필요한 온도 상승에 추가 요인으로 작용될 것으로 기대된다. 레이저 주파수를 높이고 더불어 외부 보조 열원으로 태양전지기판 온도를 상승시키면 상변화 에너지로 작용해서 스크라이빙 공정 속도 개선이 있을 것으로 본다.