KR101358513B1 - 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법 - Google Patents

도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법이 개시된다.
고가의 은(Ag) 사용량을 줄이기 위하여 핑거라인 전극 및 버스바 전극으로 구분되는 태양전지의 전면전극을 도금전극으로 구성하게 되면, 접착력 특성이 저하되어 후속 리본 솔더링 공정에서 문제가 될 수 있다. 그러므로, 기판의 테두리에 레지스트 물질을 코팅하여 전면전극, 특히 버스바 전극의 양 끝단을 잡아주는 실링부를 구성한다.
이에 따라, 전면전극의 형성에 소요되는 고가의 은(Ag) 사용량을 줄여 제조비용의 절감 및 고효율을 이루면서도, 기판의 실리콘 계면과의 접착력 특성을 개선할 수 있게 된다.

Description

도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법{Structure for improving adhesive strength in solar cell with plated electrode and method thereof}
본 발명은 태양전지 기술에 관한 것으로, 특히 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 광전 변환시키는 태양광 발전의 핵심소자로서, 기본적으로 p-n 접합으로 이루어진 다이오드(diode)라 할 수 있다. 태양광이 태양전지에 의해 전기로 변환되는 과정을 살펴보면, 실리콘 재질의 태양전지 기판 내부에 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 전기장에 의해 전자는 n층으로, 정공은 p층으로 이동하게 되어 p-n 접합부 사이에 광기전력이 발생된다. 이때, 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산할 수 있게 된다.
일반적인 태양전지의 구조를 살펴보면, 기판 전면 상에 반사방지막이 구비되고, 기판 전면에 구비된 반사방지막과 기판 후면 상에 전면전극 및 후면전극이 각각 구비되는 구조를 갖는다.
이 중에서, 태양전지의 전면전극은 세부적으로 복수의 핑거라인(finger line)과, 이들을 서로 연결하는 버스바(bus bar)로 구성된다. 핑거라인은 태양전지의 전면 상에 고르게 배치되어 광전 변환된 전하를 수집하는 역할을 하며, 버스바는 핑거라인에 의해 수집된 캐리어들을 외부로 이송시키는 역할을 한다. 버스바 상에는 인접 태양전지와의 전기적 연결을 위한 도전성의 인터커넥터(interconnector), 즉 리본(ribbon)이 구비된다.
이와 같은 전면전극의 형성을 위하여 은(Ag) 페이스트를 사용할 수 있으나, 고가의 금속인 은(Ag)을 전면적으로 사용하게 되면 제조원가 상승이 불가피하다.
이에 따라, 최근에는, 비용 절감을 위해 값비싼 은(Ag) 전극을 대체하는 구리(Cu) 등의 금속을 사용한 도금전극을 적용시킨 태양전지가 개발되고 있다.
그런데, 태양전지의 전면전극을 도금전극으로 형성하는 경우, 태양전지 기판 표면인 실리콘 계면과 도금전극의 접착력이 약해서, 리본을 솔더링(soldering)한 후 접착력 평가를 수행하면 기준치에 미달하게 되는 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제10-1138174호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 저비용의 재료를 사용하여 원가절감 및 효율 향상을 이룸과 동시에, 안정적인 접착력 특성을 구현할 수 있는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조는, 태양전지 기판; 상기 기판의 전면에 형성되며, 일방향으로 배열된 복수의 핑거라인 전극과, 상기 복수의 핑거라인 전극과 교차되는 방향으로 배치되어 상기 복수의 핑거라인 전극을 서로 연결하는 버스바 전극을 포함하는 전면전극; 상기 기판의 후면에 형성된 후면전극; 및 상기 기판의 서로 대향하는 양측 모서리를 감싸도록 형성되어 상기 버스바 전극의 양 끝단을 고정하는 실링부를 포함하며, 상기 전면전극은 구리층과 하나 이상의 도금층을 포함하는 도금전극으로 형성되고, 상기 실링부는 레지스트 물질이 상기 버스바 전극의 양 끝단을 덮도록 코팅되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 실링부는, 상기 기판의 외곽에 있는 버스바 전극 또는 핑거라인 전극의 끝단을 고정하도록, 레지스트 물질이 상기 기판의 테두리 전체에 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 전면전극은, 니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 합금으로 이루어진 도금전극일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 방법은, 태양전지 기판을 준비하는 단계; 도금 공정을 통해 상기 기판의 전면에 구리층과 하나 이상의 도금층을 포함하는 전면전극을 형성하되, 상기 전면전극은 일방향으로 배열된 복수의 핑거라인 전극과, 상기 복수의 핑거라인 전극과 교차되는 방향으로 배치되어 상기 복수의 핑거라인 전극을 서로 연결하는 버스바 전극을 포함하도록 형성하는 단계; 및 상기 기판의 서로 대향하는 양측 모서리에 레지스트 물질을 코팅하여 상기 버스바 전극의 양 끝단을 고정하는 실링부를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 실링부의 형성 단계에서, 상기 기판의 외곽에 있는 버스바 전극 또는 핑거라인 전극의 끝단을 고정하도록, 레지스트 물질을 상기 기판의 테두리 전체를 따라 연속적으로 코팅하여 상기 실링부를 형성할 수 있다.
상기 전면전극의 형성 단계에서, 상기 태양전지 기판의 실리콘 계면으로부터 니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 다중 금속층을 순차적으로 도금하여 상기 전면전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법에 따르면, 전면전극을 도금전극으로 형성함으로써 저비용의 재료를 사용하여 원가절감 및 효율 향상을 이룸과 더불어, 기판의 외곽에 이러한 도금전극의 끝단을 잡아줄 수 있는 실링부를 구성하여 솔더링 및 접착력 특성을 개선할 수 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조를 나타낸 평면도.
도 1b는 도 1a의 Ι-Ι' 면을 나타낸 개략적 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 방법을 나타낸 흐름도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조를 나타낸 평면도이다. 그리고, 도 1b는 도 1a의 Ι-Ι' 면을 나타낸 개략적 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 먼저 실리콘 재질의 태양전지 기판(100)을 구비한다. 여기서, 태양전지 기판(100)은 p형 또는 n형의 결정질 실리콘 기판일 수 있다. 이하에서는, 편의상 태양전지 기판(100)이 p형의 결정질 실리콘 기판인 경우를 가정한다.
기판(100)의 전면에는 전면전극(110)이 구비된다. 전면전극(110)은 세부적으로 복수의 핑거라인 전극(111)과, 이들을 서로 연결하여 전기적으로 접속시키기 위한 버스바 전극(112)으로 구분된다.
복수의 핑거라인 전극(111)은 태양전지 기판(100)의 전면 상에 고르게 배치되어 n형 반도체층(130)에 집적되는 캐리어를 이송하는 역할을 한다. 일방향으로 배열되는 복수의 핑거라인 전극(111)과 비교하여, 전면전극(110)은 기판(100)의 전면에 핑거라인 전극(111)과 교차되는 방향으로 형성되어, 이러한 복수의 핑거라인 전극(111)을 서로 연결해 주는 역할을 한다.
복수의 태양전지를 서로 연결하는 차후의 모듈 공정에서, 하나의 태양전지를 인접하는 다른 태양전지와 전기적으로 연결하기 위하여 리본(도시되지 않음)을 버스바 전극(112) 상에 솔더링하여 사용하게 된다.
도 1b를 참조하여 단면 구조를 살펴보면, 기판(100)의 표면을 따라 일정 깊이로 n형 반도체층(130)이 형성되며, n형 반도체층(130)과 접촉하도록 전술한 전면전극(110)이 형성된다.
한편, 기판(100) 후면의 하부에는 후면전극(140)이 형성된다.
일 실시예에서, 후면전극(140)은 기판(100)의 후면 전체면에 걸쳐 알루미늄(Al) 페이스트를 도포한 후 소성하여 형성할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 실시예에 따라, 태양전지의 일반적인 구조에 사용되는 전면의 반사방지막, 후면전극(140)과 접하는 기판(100)의 내부에 형성되는 p형 후면전계층, n형 반도체층(130) 중 전극이 형성될 일부 영역을 고농도로 도핑하는 선택적 에미터 구조 등을 추가적으로 적용할 수 있다.
전술한 전면전극(110)은 원가절감을 위하여, 고가의 은(Ag)을 대신하여 구리층과 하나 이상의 도금층을 포함하는 도금전극으로 형성된다. 이러한 도금전극은 니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 합금으로 이루어질 수 있으며, 태양전지 기판(100)의 실리콘 계면으로부터 니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 다중 금속층을 순차적으로 도금하여 형성할 수 있다.
여기서, 구리(Cu)는 실리콘 재질의 기판(100)에 대한 도금 특성이 좋지 않으므로, 이점을 감안하여 전면전극(110)을 형성할 기판(100) 상의 전극 영역에 니켈(Ni)을 먼저 도금한 후 구리(Cu)를 도금한다. 또한, 구리(Cu)의 표면에 주석(Sn) 또는 은(Ag)을 얇게 도금하여 리본과의 솔더링 특성을 개선할 수 있다.
이와 같이 전면전극(110)을 도금전극으로 구성하면 은(Ag) 페이스트를 사용하는 종래의 경우와 비교하여 접착력 특성이 저하될 수 있으므로, 버스바 전극(112)의 양 끝단을 잡아주는 실링부(120)를 형성한다.
실링부(120)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 것처럼, 기판(100)의 서로 대향하는 양측 모서리를 감싸도록 형성되어 버스바 전극(112)의 양 끝단을 고정한다. 이러한 실링부(120)는 버스바 전극(112)의 양 끝단을 덮도록 레지스트 물질을 코팅하여 형성할 수 있다.
실링부(120)의 레지스트 물질의 코팅범위는 기판(100)의 외곽으로부터 버스바 전극(112)의 끝단을 확실히 덮는 위치까지 올 수 있도록 조절한다. 예컨대, 도 1b에 도시한 바와 같이, 버스바 전극(112)의 끝단 위치가 기판(100)의 외곽으로부터 0.5mm 인입된 위치에 있다면, 레지스트 물질이 기판(100)의 외곽으로부터 1mm만큼 인입된 위치까지 코팅되어 버스바 전극(112)의 끝단을 완전히 덮을 수 있도록 한다.
이와 같이, 리본 솔더링에 대비하여 도금전극으로 형성된 버스바 전극(112)이 기판(100)으로부터 떨어져 나가지 않도록, 접착력이 가장 약한 버스바 전극(112)의 양 끝단을 실링부(120)를 통해 잡아줌으로써, 원가절감 및 접착력 향상을 동시에 이룰 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2의 실시예는 기판(100)의 테두리 전체에 레지스트 물질을 코팅하여 전면전극(110)의 끝단을 잡아주는 실링부(220)를 구성한 것이다.
여기서, 실링부(220)는 기판(100)의 외곽에 있는 전면전극(110)의 끝단, 즉, 버스바 전극(112) 또는 핑거라인 전극(111)의 끝단을 고정하도록, 레지스트 물질을 기판(100)의 테두리 전체에 코팅하여 형성한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 방법을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 실리콘 재질의 태양전지 기판(100)을 준비한다(S110). 여기서, 태양전지 기판(100)은 p형 또는 n형의 결정질 실리콘 기판일 수 있다. 이하에서는, 편의상 태양전지 기판(100)이 p형의 결정질 실리콘 기판인 경우를 가정한다.
그리고, 확산 공정 등을 통해 태양전지 기판(100)의 상층부에 n형 반도체층(130)과 반사방지막(도시하지 않음)을 형성한 후, 레이저를 이용해 반사방지막의 일부 영역을 제거하여 반사방지막 상에 전면전극(110)을 형성하기 위한 전극 영역을 패터닝한다. 기판(100)의 후면에는 알루미늄(Al) 페이스트를 도포 및 소성하여, 기판(100) 후면의 전체면에 걸쳐 후면전극(140)을 형성한다.
이와 같이 태양전지 기판(100)을 준비한 상태에서(S110), 도금 공정을 진행하여 기판(100) 전면에 패터닝된 전극 영역 상에 전면전극(110)을 형성한다(S120). 도금 공정을 통해 기판(100)의 전면에 구리층과 하나 이상의 도금층을 포함하는 전면전극이 형성된다.
전면전극(110)은 일방향으로 배열된 복수의 핑거라인 전극(111)과, 복수의 핑거라인 전극(111)과 교차되는 방향으로 배치되어 복수의 핑거라인 전극(111)을 서로 연결하는 버스바 전극(112)을 포함하도록 형성한다.
이때, 태양전지 기판(100)의 실리콘 계면으로부터 니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 다중 금속층을 순차적으로 도금하여 전면전극(110)을 형성할 수 있다.
그런 다음, 기판(100)의 테두리에 레지스트 물질을 코팅하여 전면전극(110)의 끝단을 잡아주어 접착력을 향상시키는 실링부(120, 220)를 형성한다(S130).
이때, 실링부(120)는 도 1a 및 도 1b의 일 실시예와 같이, 서로 대향하는 양측 모서리에 레지스트 물질을 코팅하여 버스바 전극(112)의 양 끝단을 고정하도록 형성할 수 있다.
혹은, 도 2의 다른 실시예와 같이, 실링부(220)가 기판(100)의 외곽에 있는 버스바 전극(112) 또는 핑거라인 전극(111)의 끝단을 고정하도록, 레지스트 물질을 기판(100)의 테두리 전체를 따라 연속적으로 코팅하여 보다 강한 접착력을 구현할 수도 있다.
본 발명에 따른 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조 및 그 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 기판
110: 전면전극
111: 핑거라인 전극
112: 버스바 전극
120, 220: 실링부
130: 반도체층
140: 후면전극

Claims (6)

  1. 태양전지 기판;
    상기 기판의 전면에 형성되며, 일방향으로 배열된 복수의 핑거라인 전극과, 상기 복수의 핑거라인 전극과 교차되는 방향으로 배치되어 상기 복수의 핑거라인 전극을 서로 연결하는 버스바 전극을 포함하는 전면전극;
    상기 기판의 후면에 형성된 후면전극; 및
    상기 기판의 서로 대향하는 양측 모서리를 감싸도록 형성되어 상기 버스바 전극의 양 끝단을 고정하는 실링부를 포함하며,
    상기 전면전극은 구리층과 하나 이상의 도금층을 포함하는 도금전극으로 형성되고, 상기 실링부는 레지스트 물질이 상기 버스바 전극의 양 끝단을 덮도록 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실링부는,
    상기 기판의 외곽에 있는 버스바 전극 또는 핑거라인 전극의 끝단을 고정하도록, 레지스트 물질이 상기 기판의 테두리 전체에 코팅되어 형성된 것을 특징으로 하는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전면전극은,
    니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 합금으로 이루어진 도금전극인 것을 특징으로 하는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 구조.
  4. 태양전지 기판을 준비하는 단계;
    도금 공정을 통해 상기 기판의 전면에 구리층과 하나 이상의 도금층을 포함하는 전면전극을 형성하되, 상기 전면전극은 일방향으로 배열된 복수의 핑거라인 전극과, 상기 복수의 핑거라인 전극과 교차되는 방향으로 배치되어 상기 복수의 핑거라인 전극을 서로 연결하는 버스바 전극을 포함하도록 형성하는 단계; 및
    상기 기판의 서로 대향하는 양측 모서리에 레지스트 물질을 코팅하여 상기 버스바 전극의 양 끝단을 고정하는 실링부를 형성하는 단계를 포함하는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 실링부의 형성 단계에서,
    상기 기판의 외곽에 있는 버스바 전극 또는 핑거라인 전극의 끝단을 고정하도록, 레지스트 물질을 상기 기판의 테두리 전체를 따라 연속적으로 코팅하여 상기 실링부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전면전극의 형성 단계에서,
    상기 태양전지 기판의 실리콘 계면으로부터 니켈(Ni)/구리(Cu)/주석(Sn), 또는 니켈(Ni)/구리(Cu)/은(Ag)의 다중 금속층을 순차적으로 도금하여 상기 전면전극을 형성하는 것을 특징으로 하는, 도금전극을 가지는 태양전지의 접착력 개선 방법.
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CN108604610A (zh) * 2016-02-03 2018-09-28 三菱电机株式会社 太阳能电池模块及其制造方法

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