KR101170109B1 - 태양전지의 인쇄패턴 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법에 있어서, 스크린 인쇄법을 이용하여 전극에 인쇄패턴을 형성하는 단계; 상기 형성된 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하는 단계; 상기 확인된 인쇄패턴의 결함부분을 비접촉식 인쇄법으로 수정하는 단계 및 상기 비접촉식 인쇄 후 열처리하는 단계를 포함하는 태양전지 인쇄패턴 형성방법이 개시된다.
본 발명에 따르면, 비접촉식 인쇄법으로서 잉크젯 인쇄 또는 에어로졸 인쇄를 사용하여 실리콘 기판에 대한 물리적 손상을 최소화시키면서 태양전지의 전면전극 인쇄패턴 결함 부분을 수정함으로써 태양전지 제조 중 전면전극 인쇄패턴의 부분적인 스크린 인쇄 실패로 인해 파기되는 태양전지를 현저히 줄여 태양전지의 제조 단가를 낮출 수 있다.
본 발명에 따르면, 비접촉식 인쇄법으로서 잉크젯 인쇄 또는 에어로졸 인쇄를 사용하여 실리콘 기판에 대한 물리적 손상을 최소화시키면서 태양전지의 전면전극 인쇄패턴 결함 부분을 수정함으로써 태양전지 제조 중 전면전극 인쇄패턴의 부분적인 스크린 인쇄 실패로 인해 파기되는 태양전지를 현저히 줄여 태양전지의 제조 단가를 낮출 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 인쇄패턴 형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크린 인쇄법으로 태양전지의 인쇄패턴을 형성한 후 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하여 결함이 발생한 부분의 인쇄패턴을 비접촉식 인쇄법으로 수정하여 태양전지 인쇄패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
태양전지란 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변화시키는 광전변환 소자로서 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 형태를 가지며 그 기본구조는 다이오드와 유사하다. 도 1에는 이러한 태양전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 이를 참조하면 태양전지는 일반적으로 base로서 p형 실리콘 기판 상에 그와 반대 도전형의 n형 에미터(Emitter) 층이 형성되어 있고, 그 계면에 p-n접합을 포함하고 있으며, 상기 실리콘 웨이퍼 층의 적어도 일부에 접촉되어 있는 후면전계(BSF) 층 및 알루미늄(Al) 층으로 후면전극을 형성하고 있으며, 또한 에미터 층의 적어도 일부에 접촉되어 있는 은(Ag) 패턴으로 전면전극을 형성하고 있다. 경우에 따라서는 에미터 상에 빛의 반사를 방해하기 위한 방사방지막을 형성할 수도 있다.
태양전지 전면전극 인쇄패턴인 스크린 마스크는 일반적으로 2 내지 3 mm로 폭이 넓은 두 개의 집전용 전극인 버스바(Busbar)와 100 내지 120 ㎛로 폭이 매우 가는 그리드 전극인 핑거(Finger)로 이루어져 있다. 도 2를 보면 태양전지 전면전극의 일반적인 인쇄패턴의 구조를 도시하였다.
현재 전면전극의 인쇄패턴 형성은 일반적으로 스크린 인쇄법(Screen printing)으로 행해지고 있다. 스크린 인쇄법의 변환 효율은 약 14~16% 수준으로서 스크린 마스크를 통하여 페이스트를 기재 상에 직접 인쇄하는 방식이다. 스크린 인쇄법은 인쇄속도가 빠르고, 공정비용이 적게 드는 장점이 있으나 전극 인쇄패턴의 인쇄 정밀도가 높지 않아 태양전지 전극 인쇄패턴의 결함이 발생하기 쉽다.
도 3에서 도시한 바와 같이 스크린 인쇄법을 이용하여 태양전지 전극 인쇄패턴을 형성하는 경우 전극 인쇄패턴에 결함이 발생한다. 스크린 인쇄법으로 인쇄패턴을 형성 한 다음 형성된 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하여 태양전지 전극의 인쇄패턴 결함이 검출된 태양전지는 인쇄패턴 결함 부분 주위의 일정 면적이 전기를 생성하는데 기여하지 못하므로 모두 파기되며, 이 비율은 일반적으로 약 3%정도 이다.
따라서, 태양전지 전극 인쇄패턴에 결함이 발생한 경우 이 결함을 수정할 필요가 있다. 대한민국 공개특허 1998-081490에는 스크린 인쇄법을 사용하여 인쇄패턴을 형성한 후 인쇄된 재료층의 패턴의 결함을 수정하는 방법에 있어서, 인쇄패턴의 결함부분에 간단하고 정확하게 결함수정용 시트의 수정용 재료층을 인쇄패턴 결함 부분에 압접하여 결함을 수정하는 방법을 개시하고 있으나 이 경우 압접 과정을 포함하고 있어 가압하는 힘에 의해 실리콘 기판이 표면 손상을 입을 수 있다는 문제가 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 태양전지 제조 중 전면전극 인쇄패턴의 부분적인 스크린 인쇄 실패로 인해 파기되는 태양전지를 줄이기 위하여 태양전지의 인쇄패턴을 스크린 인쇄법을 이용하여 형성한 뒤 상기 형성된 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하여 결함이 발생한 부분의 태양전지의 인쇄패턴을 비접촉식 인쇄법으로 수정함으로써 태양전지의 인쇄패턴을 다시 형성하여 태양전지 제조 중 파기되는 태양전지를 현저히 줄여 태양전지의 제조단가를 낮추는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지의 인쇄패턴 형성 방법에 있어서, 스크린 인쇄법을 이용하여 전극에 인쇄패턴을 형성하는 단계; 상기 형성된 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하는 단계; 기 확인된 인쇄패턴의 결함 부분을 비접촉식 인쇄법으로 수정하는 단계 및 상기 비접촉식 인쇄 후 열처리하는 단계를 포함하는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스크린 인쇄법을 이용하여 전극에 인쇄패턴을 형성하는 단계는, 스크린 마스크를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 전면에 은(Ag) 페이스트를 인쇄하는 단계; 상기 은(Ag) 페이스트가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 건조시키는 단계 및 상기 건조된 실리콘 웨이퍼를 소성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 소성단계의 온도는 600℃ 내지 900℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비접촉식 인쇄법은 잉크젯 인쇄(Ink-jet printing) 또는 에어로졸 인쇄(Aerosol printing)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 단계는 100 내지 500℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 단계는 30초 내지 2분 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 방법에 따라 제조된 태양전지 인쇄패턴이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 태양전지 인쇄패턴을 구비하는 태양전지가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 비접촉식 인쇄법으로서 잉크젯 인쇄 또는 에어로졸 인쇄를 사용하여 실리콘 기판에 대한 물리적 손상을 최소화시키면서 태양전지의 전면전극 인쇄패턴 결함 부분을 수정함으로써 태양전지 제조 중 전면전극 인쇄패턴의 부분적인 스크린 인쇄 실패로 인해 파기되는 태양전지를 현저히 줄여 태양전지의 제조 단가를 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 태양전지의 일반적인 인쇄패턴인 스크린 마스크를 도시한 도면이다.
도 3은 스크린 인쇄에 의해 형성된 태양전지 전면전극의 인쇄패턴 결함을 도시한 도면이다.
도 4는 비접촉식 인쇄법을 이용하여 태양전지 전면전극의 인쇄패턴 결함을 수정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 태양전지의 일반적인 인쇄패턴인 스크린 마스크를 도시한 도면이다.
도 3은 스크린 인쇄에 의해 형성된 태양전지 전면전극의 인쇄패턴 결함을 도시한 도면이다.
도 4는 비접촉식 인쇄법을 이용하여 태양전지 전면전극의 인쇄패턴 결함을 수정하는 방법을 도시한 도면이다.
본 발명은 태양전지의 인쇄패턴 형성방법에 있어서, 스크린 인쇄로 인해 태양전지 전면전극의 인쇄패턴 결함이 있어 파기되는 태양전지 전면전극의 인쇄결함 부분을 비접촉식 인쇄법을 이용하여 수정함으로써 전면전극 인쇄패턴의 결함에 의해 파기되는 태양전지를 현저하게 줄인 태양전지의 인쇄패턴 형성방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 먼저 스크린 인쇄법을 이용하여 태양전지의 전면 전극에 인쇄패턴을 형성한다. 본 발명에서 사용되는 스크린 인쇄 기기는 피인쇄물 상에 목적 인쇄패턴을 형성하기 위한 인쇄재료를 토출하는 개구부가 설치된 스크린 인쇄판과 스크린 인쇄판 상에서 평행이동함으로써 상기 개구부를 통해 인쇄재료를 토출시켜 피인쇄물에 도포하는 스퀴지(squeegee) 및 상기 스퀴지를 평행이동시키는 평행이동장치를 구비한 것이 사용될 수 있다.
먼저 실리콘 웨이퍼를 인쇄판에 장착시킨 전면전극 인쇄패턴이 형성된 스크린 마스크를 실리콘 웨이퍼 전면에 미세하게 띄운 상태로 고정시킨 뒤 인쇄재료를 토출시켜 피인쇄물에 도포하는 스퀴지를 이용하여 은(Ag) 페이스트를 한쪽에서 반대쪽으로 압력을 가하면서 평행이동시켜준다. 이 때 스크린 마스크의 전면전극 인쇄패턴 부분은 구멍이 뚫려있어 도포되고 있는 은(Ag) 페이스트가 이 구멍을 통과하여 아래에 위치하고 있는 실리콘 웨이퍼에 인쇄된다.
그 다음 상기 은(Ag) 페이스트가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 200℃ 내지 300℃의 온도에서 1분간 건조시킨다. 200℃보다 낮은 온도에서 건조시킬 경우 유기 바인더(binder) 또는 용매가 완전히 건조되지 않을 수 있으며, 300℃보다 높은 온도에서 건조시킬 경우 건조 후에 은(Ag) 입자가 날리는 현상이 발생할 수 있다. 일반적으로 유기 바인더 또는 용매가 완전히 건조되는데 걸리는 시간은 1분 정도 소요되므로 건조과정은 통상적으로 1분 동안 진행된다.
본 발명에 따르면, 실리콘 웨이퍼의 후면에도 후면전극이 형성되는 것이 바람직하며 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄(Al)을 증착시켜 후면전극을 형성할 수 있다.
그 다음 인쇄패턴이 인쇄되어 건조된 실리콘 웨이퍼를 고온에서 소성 하게 되면 태양전지의 인쇄패턴이 제조된다. 소성은 상온(25℃)에서 20 ℃/sec 내지 100 ℃/sec의 승온속도로 최고온도가 600℃ 내지 900℃에 도달할 때까지 진행한다. 승온속도가 20 ℃/sec보다 낮을 경우에는 소성공정 중에 실리콘 질화막의 특성에 영향을 줄 수 있으며, 100 ℃/sec보다 높을 경우에는 온도제어가 어려운 문제가 있다. 또한, 소성온도의 최고온도가 600℃보다 낮을 경우 전면전극의 실리콘 질화막 침투가 제대로 일어나지 않아 직렬저항이 증가하여 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 900℃보다 높을 경우에는 전면전극의 실리콘 질화막 침투가 너무 과하게 되어 션트(shunt)가 발생하여 효율이 저하되는 문제점이 있다.
상기 방법에 따라 스크린 인쇄로 제조된 태양전지 중 전면전극 형성시 인쇄패턴이 제대로 인쇄되지 않아 끊어져 있을 경우에 태양전지는 단순히 그 부분만 전기 수집을 못하는 것이 아니라 끊겨진 인쇄패턴 라인 전체가 전기수집을 하지 못하게 된다. 따라서 이로 인해 태양전지의 효율이 급격하게 저하되므로 태양전지가 제조된 뒤 전면전극에 형성된 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하여 인쇄패턴이 끊겨진 태양전지는 파기 처분되며 그 비율은 약 3%이다.
본 발명에 따른 태양전지 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하는 방법은 컴퓨터를 이용하여 이루어진다. 제조된 태양전지 중 인쇄패턴의 결함이 없는 태양전지 전면전극의 경우 흰색을 띄며, 인쇄패턴의 결함이 존재하는 태양전지 전면전극의 경우에는 검정색과 유사한 어두운 색을 띄게 되어 전면전극의 상부에서 사진을 촬영하게 되면 컴퓨터가 색의 차이를 구별하여 인쇄패턴의 결함이 존재하는 태양전지를 구별한다. 또한 인쇄패턴의 결함이 존재하는 태양전지의 인쇄패턴과 컴퓨터에 인식되어 있는 원래의 인쇄패턴의 비교를 통해 인쇄패턴 결함이 존재하는 부분을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면, 컴퓨터로 확인된 태양전지 전면전극의 인쇄패턴 결함 부분을 수정하여 결함으로 인하여 파기되는 태양전지를 현저히 줄일 수 있다. 결함 수정에 사용되는 방법으로는, 전면전극의 인쇄패턴 인쇄에 사용한 스크린 인쇄법을 그대로 사용하는 것은 어렵다. 그 이유는 스크린 인쇄법을 사용하여 패턴 결함을 수정하려면 수정용 스크린 마스크를 사용하여 결함 부분에 인쇄재료와 동일한 조성의 페이스트를 인쇄하여야 하는데 제조되는 인쇄패턴 결함부분이 일정하지 않은 경우 결함 부분에 해당하는 인쇄패턴수정용 스크린 마스크를 제작하여 동일한 조성의 페이스트를 인쇄하여 끊겨진 인쇄패턴을 수정해야 하는데, 결함부분에 해당하는 인쇄패턴 수정용 스크린 마스크를 매번 제작하는 데에는 한계가 있다.
따라서 본 발명에는 종래의 스크린 인쇄법을 이용하여 인쇄패턴의 결함을 수정하는 대신 비접촉식 인쇄법을 사용하여 태양전지 전면전극의 인쇄패턴이 끊겨진 부분에만 은(Ag) 잉크를 인쇄하여 결함을 수정한다. 상기 비접촉식 인쇄법으로는 비접촉식 인쇄법의 원리를 갖는 모든 인쇄법이라면 모두 사용될 수 있으며, 바람직하게는 잉크젯 인쇄(Ink-jet printing) 또는 에어로졸 인쇄(Aerosol printing)일 수 있다. 잉크젯 인쇄법은 수 나노 혹은 수십 나노 크기의 은 입자가 들어있는 액상 잉크를 압전체(piezoelectrics)를 이용하여 노즐을 통과시켜 인쇄하는 방법이며, 에어로졸 인쇄법은 수 나노 혹은 수십 나노 크기의 은 입자가 들어있는 액상 잉크를 운송 기체(carrier gas)를 통해 에어로졸로 만든 뒤 헤드(head)를 통해 인쇄하는 방법이다.
상기 비접촉식 인쇄법의 경우 인쇄된 전극의 종횡비가 스크린 인쇄법에 비해 매우 낮을 수 있다. 이는 비접촉식 인쇄법으로 인쇄된 전극의 저항이 매우 높음으로 인해 발생하는 현상으로서, 전면전극을 처음부터 비접촉식 인쇄법으로 수행하기에는 기술적 한계가 있지만 인쇄패턴의 결함부분에만 적용하는 것은 가능하다.
상기 태양전지 전면전극의 결함 부분을 비접촉식 인쇄방법으로 인쇄하여 결함을 수정한 뒤에는 이미 형성된 전극에는 영향을 미치지 않으며 인쇄패턴 결함 부분에 비접촉식 인쇄법으로 인쇄된 은(Ag) 입자들의 소결(sintering)이 잘 일어날 수 있는 적절한 조건의 온도 및 시간으로 열처리해주어야 한다. 열처리 단계의 바람직한 온도는 100 내지 500℃이다. 열처리 온도가 100℃ 보다 낮은 경우에는 인쇄된 은 입자들이 서로 소결이 이뤄지지 않아 완성된 전극 패턴의 저항이 커지는 문제점이 있으며, 500℃보다 높은 경우에는 기존의 동시 소성을 통해 최적화되어있는 은(Ag) 페이스트 실리콘 질화막 침투 현상이 진행되어 과소성으로 인한 션트(shunt)가 일어나고, 후면전계(BSF)의 변형 및 특성이 하락하는 문제가 있다.
또한 열처리 단계는 30초 내지 20분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 단계의 시간이 30초보다 짧을 경우 소결이 거의 일어나지 않아 전면전극이 저항이 높아져 효율이 저하되는 문제점이 있으며, 20분보다 길 경우에는 소결이 과하게 일어나 전극의 종횡비가 감소하여 빛을 수용할 있는 면적이 줄어드는 문제점이 있다.
본 발명에서는, 비접촉식 인쇄법을 이용하여 태양전지의 인쇄패턴 결함 수정함으로써 스크린 인쇄법을 이용하여 태양전지를 제조할 경우 발생할 수 있는 태양전지의 인쇄패턴 결함을 비접촉식 인쇄법을 이용하여 수정함으로써 태양전지 제조 후 결함이 있어 파기되는 태양전지를 현저히 줄일 수 있고, 그로 인해 태양전지의 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
Claims (8)
- 태양전지의 인쇄패턴 형성 방법에 있어서,
스크린 인쇄법을 이용하여 전면전극에 인쇄패턴을 형성하는 단계;
상기 형성된 전면전극의 인쇄패턴의 결함 여부를 확인하는 단계;
상기 확인된 전면전극의 인쇄패턴의 결함 부분을 비접촉식 인쇄법으로 수정하는 단계; 및
상기 비접촉식 인쇄 후 열처리하는 단계;
를 포함하는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 스크린 인쇄법을 이용하여 전극에 인쇄패턴을 형성하는 단계는,
스크린 마스크를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 전면에 은(Ag) 페이스트를 인쇄하는 단계;
상기 은(Ag) 페이스트가 인쇄된 실리콘 웨이퍼를 건조시키는 단계; 및
상기 건조된 실리콘 웨이퍼를 소성하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법.
- 제 2항에 있어서,
상기 소성단계의 온도는 600℃ 내지 900℃인 것을 특징으로 하는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 비접촉식 인쇄법은 잉크젯 인쇄(Ink-jet printing) 또는 에어로졸 인쇄(Aerosol printing)인 것을 특징으로 하는 태양전지 인쇄패턴 형성방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 열처리 단계는 100 내지 500℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 열처리 단계는 30초 내지 2분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 인쇄패턴 형성방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따라 제조된 태양전지 인쇄패턴.
- 제 7항에 따른 태양전지 인쇄패턴을 구비하는 태양전지.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020100091046A KR101170109B1 (ko) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | 태양전지의 인쇄패턴 형성방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120029138A KR20120029138A (ko) | 2012-03-26 |
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Family
ID=46133687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020100091046A KR101170109B1 (ko) | 2010-09-16 | 2010-09-16 | 태양전지의 인쇄패턴 형성방법 |
Country Status (1)
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2005166914A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Sharp Corp | 太陽電池の製造方法 |
-
2010
- 2010-09-16 KR KR1020100091046A patent/KR101170109B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166914A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Sharp Corp | 太陽電池の製造方法 |
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| KR20120029138A (ko) | 2012-03-26 |
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