[인더스트리뉴스 권선형 기자] 태양광 기술이 빠르게 발전하고 있는 가운데, 광변환 효율을 높이는 동시에 제조원가를 낮추는 기술도 빠르게 발전하고 있다. 이 중 태양전지 미세 구조화에 적합한 레이저 기술도 광변환 효율을 높이는 방향으로 기술개발이 진행 중이다. 레이저 기술은 빠르게 가공이 가능해 대량 생산을 위해 생산 라인에 안정적이고, 쉽게 통합할 수 있는 장점이 있다. 또 높은 정확도, 비접촉식 가공, 신속한 포지셔닝, 레이저 출력 매개변수를 빠르게 조정할 수 있어 현재 PERC(Passivated Emitter Rear Cell) 태양전지 제조과정에 적용되고 있다.

레이저, 광학 전문기업 제이피티는 이 분야의 선두 기업이다. 제이피티는 레이저 기술을 PERC 태양전지 제조과정에서 선택적 이미터 형성과 후면 접촉면 개방에 적용해 효율성을 개선하고 있다.

제이피티 장난(Zhang Nan) 시니어 프로젝트 매니저는 “레이저 접촉면 개방은 PERC 태양전지 제조 공정에서 중요한 단계로 알루미늄 페이스트를 스크린 프린팅하기 전 단계에서 공정의 산업화에 많은 도움이 된다”며, “이 단계에서 레이저 빔은 노출된 금속층과 실리콘 사이의 접촉을 확실하게 하기 위해 실리콘 밑에 있는 태양전지 후면에 얇은 유전체 패시베이션(일반적으로 Al2O3, SiNx:H)을 꿰뚫는 데 사용된다”고 소개했다.

유전체 패시베이션과 레이저 접촉면 개방의 조합은 태양전지의 전기 손실을 줄여 변환효율을 높인다. 개구부의 너비는 일반적으로 설계 요구 사항에 따라 수십 마이크로미터 정도다. PERC 전지의 후면을 여는 여러 다른 접근 방식과 비교할 때 레이저는 생산 시 빠르고 매우 안정적이며 신뢰할 수 있는 이점이 있다. 또한 셀 후면에 있는 구멍의 크기와 패턴은 레이저 절제로 자유롭게 조정할 수 있다. 후면 패시베이션은 결정 구조 손상을 최적화하기 위해 항상 최적의 레이저 매개변수를 찾을 수 있다는 장점이 있다.

태양전지 제조단계에도 레이저가 사용되지만 PERC 부품 생산단계에서도 레이저가 사용된다. 레이저는 태양전지 분할에 적용되기도 한다. 비파괴 레이저 스크라이빙(Non-destructive laser scribing) 공정은 열적으로 유도된 기계적 응력(mechanical stress)을 사용해 태양전지를 절단한다. 레이저 스크라이빙은 나노초 펄스 파이버 레이저( nanosecond pulse fiber laser)로 가공된 다음 CW fiber laser(300W)와 scribing 방향을 따라 태양전지를 분할하는 외부 냉각 기술에 의해 활성화되는 가열 프로세스가 뒤따른다.

이외에도 태양전지 생산의 모든 단계에서 결함 감지를 위한 광발광(photoluminescence), Baron 원자를 사용한 selective 도핑 등과 같은 다양한 레이저 응용 분야가 있다.

제이피티 장난(Zhang Nan) 시니어 프로젝트 매니저는 “레이저는 가까운 미래에 더 높은 효율과 저렴한 태양전지 기술발전이 이루어질 것”이라며, “제이피티는 레이저 및 광학 설비를 개발하고 제조하는 업체로서 태양전지 생산 과정에 사용되는 레이저를 개발하고 있고 치열한 중국 레이저 시장에서 MOPA 부문 판매량 1위를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있다”고 밝혔다.

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