KR101176133B1 - 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크, 태양전지 및 태양전지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크 및 태양전지 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크는 기판상에 순차적으로 위치하는 일련의 제1 스크린 마스크 및 제2 스크린 마스크를 포함하고, 제1 스크린 마스크는 제1 얼라인 마크가 형성되고, 제2 스크린 마스크는 제1 얼라인 마크와 동일한 위치에 제2 얼라인 마크가 형성될 수 있다. 이에 의해, 태양전지의 전면전극을 더블 프린팅할 때, 복수의 스크린 마스크의 정렬이 용이하며, 또한, 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크를 이용하여 전면전극을 더블 프린팅하므로 fine finger pattern을 구현할 수 있다.
Description
본 발명은 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크, 태양전지 및 태양전지 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지의 전면전극을 더블 프린팅할 수 있는 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크, 태양전지 및 이를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막형 태양전지, 염료감응형 태양전지 및 유기고분자형 태양전지 등으로 구분될 수 있으며, 그 중 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다. 이러한 태양전지에서는, 입사되는 태양 광을 전기 에너지로 변환시키는 비율과 관계된 변환효율(Efficiency)을 높이는 것이 매우 중요하다.
한편, 실리콘 태양전지의 전면전극은 유동성을 가지는 페이스트를 1회 스크린 인쇄하여 형성하는바, 이와 같이 형성된 전면전극은 충분한 종횡비(Aspect ratio)를 가지기 어려우며, 이에 따라 전면전극의 저항이 상승하여 태양전지의 필 팩터(Fill Factor)가 감소할 수 있다.
본 발명의 목적은 태양전지의 전면전극을 더블 프린팅할 수 있도록 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크, 태양전지 및 태양전지 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크는, 기판상에 순차적으로 위치하는 일련의 제1 스크린 마스크 및 제2 스크린 마스크를 포함하고, 제1 스크린 마스크는 제1 얼라인 마크가 형성되고, 제2 스크린 마스크는 제1 얼라인 마크와 동일한 위치에 제2 얼라인 마크가 형성될 수 있다.
또한, 제2 얼라인 마크는 제1 얼라인 마크와 동일한 형상이고, 제2 얼라인 마크의 크기가 제1 얼라인 마크의 크기보다 더 클 수 있다.
또한, 제1 스크린 마스크는 기판상에 버스바전극 및 핑거라인을 인쇄하기 위한 버스바전극 및 핑거라인 패턴이 형성되고, 제2 스크린 마스크는 핑거라인 패턴만이 형성될 수 있다.
또한, 제1 스크린 마스크의 핑거라인 패턴의 폭이 제2 스크린 마스크의 핑거라인 패턴의 폭보다 더 클 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 제조방법은, 실리콘 반도체 기판상에 에미터층을 형성하는 단계, 에미터층 상에 반사방지막을 형성하는 단계, 반사방지막 상에 제1 얼라인 마크를 포함하는 제1 스크린 마스크를 이용하여 제1 페이스트를 인쇄하는 제1 차 스크린 인쇄 단계 및 인쇄된 제1 페이스트 상에 제2 얼라인 마크를 포함하는 제2 스크린 마스크를 이용하여 제2 페이스트를 인쇄하는 제2 차 스크린 인쇄 단계를 포함하고, 제1 스크린 마스크는 반사방지막상에 버스바전극과 핑거라인을 인쇄하기 위한 버스바전극 및 핑거라인 패턴이 형성되고, 제2 스크린 마스크는 핑거라인 패턴만이 형성될 수 있다.
또한, 제1 차 스크린 인쇄 단계에서, 제1 얼라인 마크와 동일한 형상의 제1 얼라인 키가 상기 반사방지막 상에 인쇄되며, 제2 얼라인 마크는 제1 얼라인 마크와 동일한 형상이고, 제2 얼라인 마크의 크기가 제1 얼라인 키의 크기보다 더 클 수 있다.
또한, 제2 차 스크린 인쇄 단계에서, 제2 스크린 마스크는 제1 얼라인 키와 제2 얼라인 마크간의 위치관계에 의해 정렬될 수 있다.
또한, 제1 얼라인 키는 제2 얼라인 마크 내에 위치하며, 제1 얼라인 키와 제2 얼라인 마크간의 좌,우의 간격이 동일하고, 제1 얼라인 키와 제2 얼라인 마크간의 상,하의 간격이 동일할 수 있다.
또한, 제2 차 스크린 인쇄 단계에서 인쇄되는 핑거라인 패턴의 폭이 상기 제1 차 스크린 인쇄 단계에서 인쇄되는 핑거라인 패턴의 폭보다 좁을 수 있다.
또한, 제2 스크린 인쇄 단계에서, 제1 얼라인 키 상에 제2 얼라인 마크와 동일한 형상의 제2 얼라인 키가 인쇄될 수 있다.
또한, 제1 페이스트에 포함되는 유리프릿의 함량이 제2 페이스트에 포함되는 유리프릿의 함량 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 스크린 마스크가 얼라인 마크를 포함함으로써, 이를 이용하여 태양전지의 전면전극을 더블 프린팅할 때, 복수의 스크린 마스크의 정렬이 용이하다.
또한, 얼라인 마크를 포함하는 스크린 마스크를 이용하여 전면전극을 더블 프린팅하므로 fine finger pattern을 구현할 수 있다.
또한, 태양전지의 전면전극은 더블 프린팅에 의해 형성되므로, 전면전극의 종횡비가 향상되고, 태양전지의 필 팩터가 감소한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 태양전지의 A-A' 단면을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스크린 마스크 및 이를 통해 인쇄된 전면전극을 도시한 도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스크린 마스크를 도시한 도,
도 5는 얼라인 마크를 이용한 스크린 마스크의 정렬방법을 도시한 도, 그리고
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
도 2는 도 1의 태양전지의 A-A' 단면을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스크린 마스크 및 이를 통해 인쇄된 전면전극을 도시한 도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스크린 마스크를 도시한 도,
도 5는 얼라인 마크를 이용한 스크린 마스크의 정렬방법을 도시한 도, 그리고
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다.
이하의 도면에서, 각 구성요소의 "상(on)"에 또는 "하(under)"에는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, 각 구성요소의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 각 구성요소의 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한, 이하에서 얼라인 키는 이를 형성하기 위해 페이스트를 인쇄한 경우와 페이스트의 인쇄 후 소성 과정을 거친 경우 모두 동일한 부호를 사용한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양전지의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지(100)는, 실리콘 반도체 기판(110), 기판(110)상의 에미터층(120), 에미터층(120)상의 반사방지막(130), 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속하는 전면전극(140) 및 전면전극(140)과 이격된 얼라인 키(180)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 실리콘으로 형성될 수 있으며, P형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑 되어 P형으로 구현될 수 있다.
에미터층(120)은 N형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 불순물로 도핑 될 수 있다. 에미터층(120)은 확산법, 스프레이법, 또는 프린팅 공정법 등에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 에미터층(120)은 P형 반도체 기판(110)에 N형 불순물을 주입함으로써 형성될 수 있다.
이와 같이, 에미터층(120)과 기판(110)에 반대 도전형의 불순물이 도핑 되면, 에미터층(120)과 기판(110)의 계면에는 P-N접합(junction)이 형성되고, P-N접합에 광이 조사되면 광전효과에 의해 광기전력이 발생할 수 있다.
반사방지막(130)은 에미터층(120) 상에 형성되어 기판(110)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시키고, 에미터층(120)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함을 부동화한다.
태양광의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달되는 광량이 증대되어 태양전지(100)의 단락전류(Isc)가 증가한다. 그리고, 에미터층(120)에 존재하는 결함이 부동화되면 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지(100)의 개방전압(Voc)이 증가한다. 이처럼 반사방지막(130)에 의해 태양전지(100)의 단락전류와 개방전압이 증가하면 그만큼 태양전지(100)의 변환효율이 향상될 수 있다.
이러한 방사방지막(130)은 예를 들어, 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 태양광이 입사되는 기판(110)의 일면은 텍스쳐링(texturing)된 표면을 가질 수 있다. 텍스쳐링(texturing)이란 기판(110)의 표면에 요철 형상의 패턴을 형성하는 것을 의미하는바, 기판(110)이 텍스쳐링된 표면을 가지면, 기판(110) 상에 순차적으로 위치하는 에미터층(120) 및 반사방지막(130) 역시 기판(110)의 텍스쳐링된 일면의 형상을 따라 형성될 수 있다. 이에 의해 입사된 태양광의 반사율이 저감되어 광학적 손실이 감소할 수 있다.
전면전극(140)은 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속하며, 은, 유리 프릿 등이 포함된 전면전극(140)용 페이스트를 전면전극(140)이 형성될 위치에 인쇄한 후 열처리 공정 등을 통해 형성할 수 있다.
이때, 전면전극(140)의 열처리 과정을 통해 전면전극(140)용 페이스트에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 유리 프릿을 매개로 하여 반사방지막(130)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 에미터층(120)과 접속하게 된다.
이러한 전면전극(140)은 핑거(Finger)라인(142)과, 핑거라인(142)에 전기적으로 연결되는 버스바(Bus bar)전극(144)을 포함하여 구성될 수 있다. 핑거라인(142)은 주로 태양전지(100)에서 발생한 전자를 수집하며, 버스바전극(144)은 복수의 태양전지(100)를 모듈화할 때, 리본(미도시)을 부착하기 위한 것으로, 이를 통해 전자를 외부로 공급할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 핑거라인(142)은 제1 층(L1) 및 제1 층(L1) 상의 제2 층(L2)을 포함할 수 있다.
제1 층(L1) 및 제2 층(L2)은 후술하는 바와 같이 두 번에 걸친 스크린 프린팅의 공정을 수행하여 형성할 수 있고, 이에 의해 핑거라인(142)의 종횡비(Aspect ratio)가 향상되어 태양전지(100)의 수광면적이 증가할 수 있다.
또한, 제1 층(L1) 상에 위치하는 제2 층(L2)은 제1 층(L1)에 비해 반사방지막(130)을 관통하기 위한 파이어 스루(fire through) 현상의 필요성이 적으므로, 제2 층(L2)을 형성하기 위한 페이스트에 포함되는 유리 프릿의 함량은 제1 층(L1)을 형성하기 위한 페이스트에 포함되는 유리 프릿의 함량 이하일 수 있다. 반면에, 제2 층(L2)에 포함되는 은의 함량은 제1 층(L1)에 포함되는 은의 함량 이상일 수 있다. 따라서, 형성되는 핑거라인(142)의 전체적인 저항이 감소하여 태양전지(100)의 필 팩터(Fill Factor)가 향상될 수 있다.
이와 같이 더블 프린팅에 의해 핑거라인(142)을 형성하기 위해서는 정확한 위치에서 제1 층(L1) 및 제2 층(L2)을 스크린 인쇄하기 위한 일련의 마스크(미도시)의 정렬이 매우 중요하다.
한편, 핑거라인(142)을 형성하기 위해 두 번에 걸친 스크린 프린팅을 수행하면, 핑거라인(142)과 함께 얼라인 키(180)도 함께 인쇄가 된다. 즉, 얼라인 키(180)는 하부의 제1 얼라인 키(182)와 제1 얼라인 키(182) 상의 제2 얼라인 키(184)로 구성될 수 있고, 제1 얼라인 키(182)와 제2 얼라인 키(184)는 각각 제1 층(L1) 및 제2 층(L2)의 재질과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 얼라인 키(180) 역시 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속할 수 있다.
이러한 얼라인 키(180)는 후술하는 바와 같이 일련의 스크린 마스크(미도시)를 정렬하기 위한 기준이 되는 것으로, 이에 의해 마스크간의 정렬이 용이하고 우수할 수 있다. 이에 대하여서는 도 3 내지 도 5에서 자세히 후술하기로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 태양전지(100)는 기판(110)의 후면에 기판(110)과의 사이에 후면전계층(160)이 형성되는 후면 전극(150)과 후면 전극(150)과 이웃하여 형성되고, 모듈화를 위해 리드선(미도시)과 연결되는 버스바부(170)를 포함할 수 있다.
버스바부(170)는 은(Ag)을 포함하는 페이스트를 도포하고 소성하여 형성할 수 있다.
후면 전극(150)은, 버스바부(170)가 형성되지 않은 영역에 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극부 페이스트를 인쇄한 후 열처리를 행하여 형성할 수 있다. 인쇄된 후면 전극부 페이스트의 열처리 시에는 전극 구성 물질인 알루미늄이 기판(110)의 배면을 통해 확산 됨으로써 후면 전극부(152)와 기판(110)의 경계면에 후면 전계층(160)이 형성될 수 있다.
후면 전계층(160)은 캐리어가 기판(110)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있으며, 캐리어의 재결합이 방지되면 개방전압이 상승하여 태양전지(100)의 효율이 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 스크린 마스크와 이를 통해 인쇄된 전면전극을 도시한 도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 스크린 마스크를 도시한 도이고, 도 5는 얼라인 마크를 이용하여 스크린 마스크를 정렬하는 방법을 도시한 도이다.
도 3의 (a)는 제1 스크린 마스크(200)를 도시한 것으로, 도 3의 (a)를 참조하면, 제1 스크린 마스크(200)에는 제1 얼라인 마크(220)와 전면전극(140)을 인쇄하기 위한 패턴(210)이 형성되어 있다. 제1 얼라인 마크(220)는 전면전극(140)을 인쇄하기 위한 패턴(210)과 이격되며, 일 예로 제1 얼라인 마크(220)는 'ㅁ'형상의 개구일 수 있다. 한편, 도면에는 제1 얼라인 마크(220)가 한 개인 것이 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않는다. 즉, 제1 얼라인 마크(220)는 두 개 이상 형성될 수 있다. 또한 제1 얼라인 마크(220)는 제1 스크린 마스크(200)의 가장자리에 위치할 수 있으며, 제1 얼라인 마크(220)가 두 개 이상 형성된 경우는, 일 예로 서로 대각선에 위치할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.
도 3의 (b)는 제1 스크린 마스크(200)를 통해 인쇄된 전면전극(140)을 도시한다. 한편, 전면전극(140)을 형성하기 위해 스크린 프린팅을 수행하면, 제1 스크린 마스크(200)에 형성된 제1 얼라인 마크(220)과 동일한 형상의 제1 얼라인 키(182)도 전면전극(140)과 함께 인쇄된다.
도 4는 제2 스크린 마스크(300)를 도시한다. 도 4의 (a)를 참조하면, 제2 스크린 마스크(300)에는 전면전극(140) 중 핑거라인(142)의 형성을 위한 패턴(310)이 형성되어 있으며, 제1 스크린 마스크(200)의 제1 얼라인 마크(220)와 동일한 위치에 제2 얼라인 마크(320)를 포함한다. 일 예로 제2 얼라인 마크(320)는 'ㅁ'형상의 개구일 수 있으며, 두 개 이상 형성될 수 있다.
한편, 제2 스크린 마스크(300)에는 버스전극(144)을 인쇄하기 위한 패턴은 생략될 수 있는데, 이는 버스전극(144)의 폭이 핑거라인(142)의 폭에 비해 넓게 형성되므로 제1 스크린 마스크(200)에 의한 1회의 인쇄만으로 충분한 전도성을 가질 수 있기 때문이다.
도 4의 (b)는 더블 스크린 인쇄를 위해 제2 스크린 마스크(300)를 정렬한 상태를 도시한다. 제2 스크린 마스크(300)에 형성된 제2 얼라인 마크(320)는 제1 스크린 마스크(200)의 제1 얼라인 마크(220)와 동일한 형상이고, 제1 얼라인 마크(220)보다 그 크기가 크다.
따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 제2 스크린 마스크(300)의 정렬시 제2 얼라인 마크(320) 내에 제1 얼라인 마크(220)에 의해 형성된 제1 얼라인 키(182)가 위치하며, 이와의 위치관계에 의해 제2 스크린 마스크(300)의 정렬을 용이하고 정확하게 수행할 수 있다.
즉, 제1 얼라인 마크(220)에 의해 형성된 제1 얼라인 키(182)는 제2 스크린 마스크(300)를 정렬하기 위한 기준이 되는데, 우선 제1 얼라인 키(182)는 제1 얼라인 마크(220)의 폭과 동일한 제1 폭(a)을 가지므로, 제1 폭(a)보다 큰 제2 폭(b)을 가지는 제2 얼라인 마크(320) 내에 위치하여 '回'의 형상을 가질 수 있다.
이때, 제2 스크린 마스크(300)는 제1 얼라인 키(182)와 제2 얼라인 마크(320)간의 좌우상하(1,2,3,4)의 간격을 인식하여 정확한 정렬이 가능하다. 일 예로, 제1 얼라인 키(182)와 제2 얼라인 마크(320)간의 좌,우(1,2)의 간격이 동일하고, 얼라인 키(182)와 제2 얼라인 마크(320)간의 상,하(3,4)의 간격이 동일하도록 위치할 수 있다.
따라서, 제2 스크린 마스크(300)를 이용하여 정확한 위치에 핑거라인(142)을 2차 스크린 인쇄할 수 있으며, fine finger pattern의 구현이 가능해진다.
또한, 제1 스크린 마스크(200)의 핑거라인(142) 패턴의 폭이 제2 스크린 마스크(300)의 핑거라인(142) 패턴의 폭보다 크게 형성되는 것이 바람직한데, 이는 제조 공정에서 발생할 수 있는 오차 등을 고려하여 정확한 위치에서 2차 스크린 인쇄를 수행하도록 하기 위함이다.
한편, 제2 스크린 마스크(300)를 이용하여 핑거라인(142)을 2차 스크린 인쇄하면, 동시에 제2 스크린 마스크(300)에 형성된 제2 얼라인 마크(320)에 대응하는 제2 얼라인 키(미도시)도 함께 인쇄된다. 제2 얼라인 키(미도시)는 제1 얼라인 키(182)보다 큰 폭을 가지므로, 제1 얼라인 키(182)를 커버하며 제1 얼라인 키(182) 상에 인쇄된다. 이러한 제2 얼라인 키(미도시)는 추가적인 스크린 인쇄의 수행시 스크린 마스크(미도시)의 정렬 기준이 될 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 제조방법을 도시한 도이다. 도 6 내지 도 9는 도 2에 도시된 태양전지(100)의 A-A' 단면을 기준으로 설명한다.
도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)의 제조방법을 설명하면, 우선, 도 6과 같이, 실리콘 반도체 기판(110) 상에 에미터층(120) 및 반사방지막(130)을 순차적으로 형성한다.
에미터층(120)은 확산법, 스프레이법, 또는 프린팅 공정법 등에 의한 방법에 의해 형성될 수 있다. 일 예로, 에미터층(120)은 P형 반도체 기판(110)에 N형 불순물을 주입함으로써 형성될 수 있다.
반사방지막(130)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 에미터층(120) 및 반사방지막(130)이 순차적으로 형성되는 기판(110)의 일면에는 요철 형상의 패턴을 형성할 수 있다. 요철 형상의 패턴은 기판(110)을 에칭액 등에 담그는 공정, 레이저 에칭, 반응성이온식각(Reactive Ion Etching) 등에 의해 형성할 수 있으며, 요철 형상은 피라미드, 정사각형, 삼각형 등 다양한 형태일 수 있다.
다음으로, 도 7과 같이 반사방지막(130) 상에 제1 차 스크린 프린팅을 수행한 후, 도 8에 도시한 바와 같이 제2 차 스크린 프린팅을 수행한다.
제1 차 스크린 프린팅은 반사방지막(130) 상에 제1 스크린 마스크(200)를 위치시킨 후, 스퀴즈 러버(180)를 이동하여 제1 페이스트(143)를 반사방지막(130) 상에 인쇄하여 수행할 수 있다.
여기서, 제1 스크린 마스크(200)에는 버스바전극(144) 및 핑거라인(142)을 인쇄하기 위한 개구 뿐만 아니라, 제1 얼라인 키(182)를 인쇄하기 위한 개구, 즉 제1 얼라인 마크가 형성되어 있다. 따라서, 제1 차 스크린 프린팅에 의해 제1 페이스트(143)는 버스바전극(144)과 핑거라인(142)이 형성될 위치에 인쇄됨과 동시에 제1 얼라인 마크가 형성된 지점과 대응한 위치에 제1 얼라인 키(182)를 인쇄하게 된다. 이러한 제1 얼라인 키(182)는 제2 스크린 마스크(300)를 정렬하기 위한 기준이 될 수 있다.
이어서, 제2 스크린 마스크(300)를 이용하여 제2 차 스크린 프린팅을 수행한다. 제2 차 스크린 프린팅은 스퀴즈 러버(180)를 이동하여 제2 페이스트(145)를 인쇄하여 수행할 수 있다. 제2 스크린 마스크(300)에는 핑거라인(142)을 인쇄하기 위한 개구와 제2 얼라인 키(184)를 형성하기 위한 개구만 형성될 수 있는데, 이는 버스전극(144)의 폭이 핑거라인(142)의 폭에 비해 넓게 형성되므로 제1 차 스크린 프린팅에 의하더라도 충분한 전도성을 확보할 수 있기 때문이다.
한편, 제2 스크린 마스크(300)는 도 5에서 상술한 바와 같이 제2 얼라인 마크와 제1 차 스크린 프린팅에 의해 인쇄된 제1 얼라인 키(182)와의 위치관계에 의해 정확한 정렬이 가능하며, 이에 의해 정확한 위치에 핑거라인(142)을 2차 스크린 인쇄할 수 있다. 또한, 제2 차 스크린 인쇄에서 인쇄되는 핑거라인(142) 패턴의 폭이 제1 차 스크린 인쇄 단계에서 인쇄되는 핑거라인(142) 패턴의 폭보다 좁게 형성되도록 하는 것이 제조공정 등에서 발생할 수 있는 오차를 고려할 때 바람직하다.
이러한 더블 스크린 인쇄 공정에 사용되는 제1 페이스트(143) 및 제2 페이스트(145)는 은, 유리 프릿, 바인더, 솔벤트 등을 포함할 수 있으나, 제2 페이스트(145)는 인쇄된 제1 페이스트(143)상에 인쇄되므로, 반사방지막(130)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상의 필요성이 상대적으로 작다. 따라서, 제2 페이스트(145)에 포함되는 유리 프릿의 함량은 제1 페이스트(143)에 포함되는 유리 프릿의 함량 이하일 수 있으며, 반면에, 은의 함량은 제1 페이스트(143)에 포함되는 은의 함량 이상일 수 있다. 이에 의해, 형성되는 핑거라인(142)의 전체적인 저항이 감소하여 태양전지(100)의 필 팩터(Fill Factor)가 향상될 수 있다.
한편, 제2 스크린 마스크(300)를 이용하여 핑거라인(142)을 2차 스크린 인쇄하면, 동시에 제2 얼라인 마크(320)에 대응하는 제2 얼라인 키(184)도 함께 인쇄된다. 제2 얼라인 키(184)는 제1 얼라인 키(182)를 커버하며 제1 얼라인 키(182) 상에 인쇄된다.
한편, 기판(110)의 후면에는 버스바부(미도시)를 형성하기 위한 버스바부 페이스트(미도시)와 후면전극(150) 형성을 위한 후면전극 페이스트(152)를 인쇄한다.
버스바부 페이스트(미도시)는 은(Ag)을 포함할 수 있으며, 후면전극 페이스트(152)는 버스바부(미도시)가 형성되지 않은 영역에 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극부 페이스트를 인쇄한다.
다음으로 도 9와 같이, 열처리 과정을 거쳐 전면전극(140), 후면전극(150) 및 버스바부(미도시)를 형성한다.
열처리 과정시 전면전극(140)은 1차 스크린 프린팅에 의해 하부에 위치한 제1 페이스트에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 유리 프릿을 매개로 하여 반사방지막(130)을 관통하는 파이어 스루(fire through) 현상에 의해 에미터층(120)과 접속하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 제1 얼라인 키(182)는 제1 페이스트(143)로 형성되고, 제2 얼라인 키(184)는 제2 페이스트(145)로 형성되므로, 전면전극(140)의 열처리 시 얼라인 키(180) 역시 반사방지막(130)을 관통하여 에미터층(120)과 접속할 수 있다.
한편, 후면전극 페이스트(152)는 열처리시 포함된 알루미늄이 기판(110)의 후면을 통해 확산함으로써, 후면전극(150)와 기판(110)의 계면에 후면전계층(160)을 형성한다. 후면전계층(160)은 태양광에 의해 생성된 전자의 후면 재결합을 최소화하여 태양전지의 효율 향상에 기여한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 태양전지 110 : 기판
120 : 에미터층 130 : 반사방지막
140 : 전면전극 142 : 핑거라인
144 : 버스바전극 150 : 후면전극
160 : 후면전계층 180 : 얼라인 키
182 : 제1 얼라인 키 184 : 제2 얼라인 키
200 : 제1 스크린 마스크 220 : 제1 얼라인 마크
300 : 제2 스크린 마스크 320 : 제2 얼라인 마크
120 : 에미터층 130 : 반사방지막
140 : 전면전극 142 : 핑거라인
144 : 버스바전극 150 : 후면전극
160 : 후면전계층 180 : 얼라인 키
182 : 제1 얼라인 키 184 : 제2 얼라인 키
200 : 제1 스크린 마스크 220 : 제1 얼라인 마크
300 : 제2 스크린 마스크 320 : 제2 얼라인 마크
Claims (19)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 실리콘 반도체 기판상에 에미터층을 형성하는 단계;
상기 에미터층 상에 반사방지막을 형성하는 단계;
상기 반사방지막 상에 제1 얼라인 마크를 포함하는 제1 스크린 마스크를 이용하여 제1 페이스트를 인쇄하는 제1 차 스크린 인쇄 단계; 및
상기 인쇄된 제1 페이스트 상에 제2 얼라인 마크를 포함하는 제2 스크린 마스크를 이용하여 제2 페이스트를 인쇄하는 제2 차 스크린 인쇄 단계;를 포함하고,
상기 제1 스크린 마스크는 상기 기판상에 버스바전극과 핑거라인을 인쇄하기 위한 버스바전극 및 핑거라인 패턴이 형성되고, 상기 제2 스크린 마스크는 상기 핑거라인 패턴만이 형성되며,
상기 제1 차 스크린 인쇄 단계에서, 상기 제1 얼라인 마크와 동일한 형상의 제1 얼라인 키가 상기 반사방지막 상에 인쇄되며,
상기 제2 얼라인 마크는 상기 제1 얼라인 마크와 동일한 형상이고, 상기 제2 얼라인 마크의 크기가 상기 제1 얼라인 키의 크기보다 더 크며,
상기 제2 차 스크린 인쇄 단계에서 상기 제2 얼라인 마크 내로 상기 제1 얼라인 키 전체가 위치한 상태로 상기 제2 스크린 마스크를 위치시킨 상태에서 상기 제2 페이스트를 인쇄하는 태양전지 제조방법. - 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 제2 차 스크린 인쇄 단계에서, 상기 제2 스크린 마스크는 상기 제1 얼라인 키와 상기 제2 얼라인 마크간의 위치관계에 의해 정렬되는 태양전지 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 제1 얼라인 키는 상기 제2 얼라인 마크 내에 위치하며, 상기 제1 얼라인 키와 상기 제2 얼라인 마크간의 좌,우의 간격이 동일하고, 상기 제1 얼라인 키와 상기 제2 얼라인 마크간의 상,하의 간격이 동일한 태양전지 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 차 스크린 인쇄 단계에서 인쇄되는 상기 핑거라인 패턴의 폭이 상기 상기 제1 차 스크린 인쇄 단계에서 인쇄되는 상기 핑거라인 패턴의 폭보다 좁은 태양전지 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 스크린 인쇄 단계에서, 상기 제1 얼라인 키 상에 상기 제2 얼라인 마크와 동일한 형상의 제2 얼라인 키가 인쇄되는 태양전지 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1 페이스트에 포함되는 유리프릿의 함량이 상기 제2 페이스트에 포함되는 상기 유리프릿의 함량 이상인 태양전지 제조방법. - 제5항에 있어서,
인쇄된 상기 제1 페이스트와 상기 제2 페이스트를 열처리하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 열처리시 상기 제1 페이스트는 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층과 접속하는 태양전지 제조방법. - 실리콘 반도체 기판;
상기 기판 상의 에미터층;
상기 에미터층 상의 반사방지막;
상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층과 접속하는 전면전극; 및
상기 전면전극과 이격되고 상기 기판 상의 가장자리에 위치하는 얼라인 키;를 포함하고,
상기 전면전극은 핑거라인과 상기 핑거라인과 접하는 버스바 전극을 포함하며, 상기 핑거라인은 제1 층 및 상기 제1 층 상에 형성된 제2 층으로 구성되며,
상기 얼라인 키는, 제1 얼라인 키와, 상기 제1 얼라인 키보다 더 크게 형성되어 상기 제1 얼라인 키의 측면 및 상면을 커버하는 제2 얼라인 키를 포함하고,
상기 제1 얼라인 키는 상기 제1 층과 동일한 재질로 형성되며, 상기 제2 얼라인 키는 상기 제2 층과 동일한 재질로 형성된 태양전지. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 얼라인 키는 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층과 접하는 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 제1 층의 유리 프릿의 함량은 상기 제2 층의 유리 프릿의 함량 이상인 태양전지. - 제14항에 있어서,
상기 얼라인키는 2개 이상 형성된 태양전지. - 제18항에 있어서,
상기 2개 이상 형성된 얼라인 키는 상기 기판의 대각선 방향에 위치한 태양전지.
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