태양전지 제작에 응용된 자동제어

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태양전지 제작에 응용된 자동제어에 대한 보고서 자료입니다.

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본문내용

말합니다. PSG는 원하지 않는 분순물들을 석출하여 포함하고 있기 때문에 확산 공정 후 제거를 해줍니다. PSG제거는 세척 과정과 마찬가지로 10%로 희석된 HF에 5분 간 넣어 제거 후 증류수로 세척합니다.
태양전지는 태양광이 생명이기 때문에 최대한 많은 빛을 받아야 합니다. 그러기 위해서는 빛이 반사 되는 양을 줄여야 하는데, 방법으로는, 전공정에 texturing, 후공정에 반사방지막(ARC) 형성이 있습니다. 상층에서 반사된 빛과 하층에서 반사된 빛이 서로 상쇄간섭을 일으키도록 함으로써 태양전지 표면에서의 빛 반사를 줄이고 특정한 파장영역의 선택성을 증가시키기 위해 사용됩니다.
반사방지막을 만들기 위해서는 multi furnace를 사용합니다. Diffusion과 마찬가지로 boat에 wafer를 끼워 furnace 안에 넣습니다. Diffusion과 달리 PECVD의 boat는 흑연으로 이루어졌습니다. boat가 furnace 안에 들어가면 boat 앞부분에 뚫린 구멍으로 전극이 연결됩니다. boat에는 +극과 -극이 있는데 wafer가 +극 방향, -극 방향, 이렇게 순차적으로 끼워지게 되어있습니다. 전극이 연결되고 온도가 상승하면서 전기가 흐르게 되는데 +극에 흘렀다가 멈추고, -극에 흐르는 걸 반복합니다. 그래서 boat를 전기가 흐르는 흑연으로 제작한 것입니다.
furnace 안에서는 플라즈마가 흘러나오게 되는데, 플라즈마는 전기가 흐르는 쪽 wafer에 달라붙게 되는데 이걸 반복하면서 wafer 표면에 반사방지막에 생기게 됩니다.
반사방지막은 공정 진행 시간에 따라 두께의 편차가 심한데 이 점을 잘 고려해서 시간 설정을 해야 합니다. 또한 시간에 의해서 나타나는 현상이 또 있는데 그건 반사방지막의 색깔입니다. 어떤 시간에서는 노란색이 되기도 하고, 녹색이 되기도 하며, 이걸 잘 조절하면 원하는 색깔을 얻을 수 있습니다.
신성솔라에너지의 칼라 셀
반사방지막이 끝난 wafer는 printing 작업을 진행합니다. 저희 회사에서 쓰는 printing 장비는 거의 수동으로 작업하는 장비이기 때문에 자동제어적인 요소가 거의 없다고 봅니다. 물론 squeegee 속도 및 압력등을 입력하면 그렇게 출력이 되지만, loading부터 wafer 마다 일일이 버튼을 눌러 printing 하기 때문에 자동 장비라고 하기에는 힘듭니다.
printing 장비
printing이 끝난 wafer는 곧바로 dry를 시킵니다. paste가 번지는 걸 방지해서 저항을 최소화하기 위해서입니다. 벨트를 통해 건조기를 통과 한 wafer는 un loader에 들어가게 되는데 이때 센서가 작동 됩니다. wafer는 TRC라는 틀에 들어가게 되는데 한 칸에 하나의 wafer 밖에 못 들어가기 때문에 센서를 통해 감지하고 wafer가 들어가게 되면 한 칸씩 TRC를 올립니다. 가장 기본적인 되먹임 제어를 쓴 장비라고 생각합니다. 이 장비는 벨트가 쓰이는 장비에 항상 같이 쓰입니다.
loader, un loader 장비에 꽂혀 있는 TRC
dry가 끝난 wafer는 소성작업을 합니다. 이는 paste가 wafer에 완전히 스며들게 하는 작업입니다. FFF(Fast Firing Furnace) 장비를 사용합니다. loader에 wafer가 꽂힌 TRC를 넣고, 온도를 설정하고 버튼을 누르면 10장씩 한 세트로 들어가게 됩니다. 역시 이때도 센서로 체크하고 조절합니다.
FFF는 열장비인데 특이한 건 빛으로 온도를 높힙니다. 소성작업은 온도에 굉장히 예민합니다. 800도 이상의 온도에서 진행하는데, 이 온도는 유동성입니다. 어떤 paste를 썼는지부터, SiNx, Diffusion에서 wafer까지 맞는 온도조건이 다 다르기 때문에 실험을 할 때는 최소 세 가지 온도조건에서 흘려보고 경향성을 본 뒤 추후 온도를 결정합니다.
(1) (2)
(3)
(1) 온도변화에 대한 그래픽
(2) un loader
(3) FFF장비의 모습
소성 작업이 끝난 wafer는 태양전지가 됐습니다. 하지만 앞서 한 Diffusion 공정에서 wafer는 pn접합을 했지만 따지고 보면 n-p-n 구조가 된 것입니다. 이를 단락시켜줘야 하는데 그 작업은 laser로 합니다. laser로 wafer 끝단을 미세하게 뚫어주는데 그러면 앞면과 뒷면의 연결된 부분이 끊어져서 완전한 pn층을 형성하게 됩니다.
laser 장비
이것으로 태양전지 제작은 끝났습니다. 공정 중간에 측정 하는 부분이 있지만 이 부분에서는 자동제어 장비가 쓰이지 않거나 희미하기 때문에 배제했습니다.
저는 연구소에서 Bifacial cell(양면 태양전지)과 Module(일반모듈과 양면모듈)을 하고 있습니다. Bifacial은 한 장으로 앞뒤 발전을 하기 때문에 공간과 wafer를 아낄 수 있다는 큰 장점이 있습니다. 보통 cell이 한 장에 4W 가량 출력이 나오는데 Bifacial은 6W의 출력이 나옵니다. 그런 점에서 매력적이기는 하나 아직 상용화가 되기에는 공정 과정이 너무 복잡하고 많습니다. 그래서 요즘은 상용화가 가능한 공정에 대해 연구하고 있습니다.
Bifacial module과 일반 module을 비교하기 위한 실험 모습입니다. 일주일 째 진행하고 있으며 하루마다 각도 및 방향을 바꿉니다. 실험을 하는 데에 쓰이는 휴대용 모듈 측정기가 있는데 이것 또한 자동제어 장비가 아닐까 하는 생각이 들었습니다. 모듈과 연결해서 일사량과 모듈의 출력을 입력한 시간 단위로 측정을 해서 자동적으로 컴퓨터에 저장 시켜줍니다. 그러면서 최종적으로 그래프로 결과를 보여줍니다.
휴대용 모듈 측정기
레포트를 쓰면서 가깝게는 실험실, 멀게는 현재의 산업을 바라보았습니다. 대부분 산업에 자동제어가 들어 가 있다는 걸 새삼 깨달았습니다. 지금 쓰는 컴퓨터에서부터 제가 가지고 있는 모든 물건 또한 자동제어를 통해 탄생한 물건이었습니다.
그런 걸 느끼고 나서 제어공학을 다시 들여다보니 신기하고 재밌는 과목이라는 걸 알았습니다. 지금은 아주 기초적인 내용을 가지고 레포트를 썼지만 후에 자동제어 공부에 파고들어 좀 더 심도 있게 자동제어를 다루고 싶습니다.

키워드

태양,   전지,   응용,   자동제어,   태양전지,   태양전지 제작