KR101487578B1 - 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 태양전지 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 요철이 있는 실리콘 기판 위에 패턴 형성이 가능한, a)알칼리 가용성 수지 15 중량부 내지 35 중량부, b)멜라민 화합물 5 중량부 내지 30 중량부, c)불소계 계면활성제 0.01 중량부 내지 1.00 중량부 및 d)유기 용매 50 중량부 내지 70 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다.

Description

태양전지용 잉크 조성물 및 이를 이용한 태양전지 제조방법{INK COMPOSITION FOR USE IN MANUFACTURING OF SOLAR CELL AND METHOD FOR PRODUCING SOLAR CELL USING THE SAME}

본 발명은 표면 요철이 있는 실리콘 기판 위에 패턴 형성이 가능한 태양전지용 잉크 조성물, 이를 이용하여 형성된 식각 마스크, 및 이를 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.

태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하, '태양전지'라 함)를 일컫는다.

태양전지의 변환효율을 결정짓는 세 가지 인자 중 하나인 개방전압 거동은 p형 실리콘 반도체 기판 표면에 n형 불순물을 확산시켜 에미터층을 형성할 때 n형 불순물의 도핑 농도와 밀접한 관련이 있다.

종래에는 태양전지의 개방전압을 증가시키기 위해 에미터층 형성시 불순물을 과도하게 도핑하는 경향이 있었다. 이러한 경우, 에미터층의 최상층부(이하, '데드 레이어(dead layer)'라 명명함)는 도핑된 n형 불순물의 농도가 실리콘 반도체 내에서의 고체 용해도 이상으로 증가하게 된다. 상기 데드 레이어는 대략 50 ~ 200nm 정도의 두께를 갖는다. 그 결과, 에미터층 표면 부근에서 캐리어의 이동도가 감소하고 과도한 불순물과의 산란 영향으로 인해 캐리어의 재결합 속도가 증가하고 캐리어의 수명시간도 감소되는 문제가 유발된다.

위와 같은 문제를 해결하기 위해, 불순물을 과도하게 도핑하는 확산 공정에 의해 에미터층을 형성한 후 질산 및 불산 혼합액을 이용한 습식 식각 또는 CF₄ 플라즈마 식각에 의해 태양전지의 성능에 악영향을 미치는 데드 레이어를 제거하는 에미터 에치-백(emitter etch-back) 공정이 제안된 바 있다.

하지만, 질산 및 불산 혼합액이나 CF₄ 플라즈마는 n형 불순물이 과도하게 도핑된 영역에 대한 에칭 선택도가 우수하지 못할 뿐만 아니라 에칭 속도가 빠르다는 단점이 있다. 따라서 종래의 에미터 에치-백 공정은 n형 불순물이 과도하게 도핑된 에미터층의 표면만을 선택적으로 제거하는데 있어서 공정 재연성과 안정성이 떨어지는 한계를 안고 있다.

이러한 에미터 에치-백 공정이 갖는 단점을 보완하기 위한 종래 기술로는 선택적 에미터 공정이 있다. 선택적 에미터 공정은 에미터 에치-백 공정을 진행한 후 전면 전극이 형성될 지점만을 노출시키는 마스크 패턴을 형성하고 마스크 패턴에 의해 노출된 에미터층 표면에 n형 불순물을 추가로 확산시킴으로써 전면 전극이 형성될 지점에만 고농도의 n형 불순물이 도핑된 에미터층을 형성하는 공정이다.

하지만 선택적 에미터 공정은 마스크 패턴의 형성을 위한 사전 식각 공정과 추가적인 불순물 확산 공정이 추가되어야 하므로 태양전지의 제조 공정이 복잡해지고 태양전지 제조 비용이 증가하는 한계가 있다.

따라서, 태양전지의 제조 공정을 간소화 하고, 제조 비용을 절감하기 위해 태양전지 제조에 대한 식각 마스크 패턴을 형성하는데 있어서 비접촉 방식인 잉크젯 프린팅 방법으로 형성하고자 하는 요구가 있다.

그러나, 잉크젯 방법에 의하는 경우 종래의 잉크 조성물은 유동성이 커서 태양전지와 같은 표면 요철이 형성된 실리콘 기판에서는 잉크가 흐르게 되어 패턴 형성이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 표면 요철이 형성된 실리콘 기판에서도 패턴 형성이 가능한 잉크 조성물의 개발이 시급하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 표면 요철이 있는 실리콘 기판에도 패턴 형성이 가능한 잉크 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 선택적 에미터층 형성 공정에서 잉크젯 잉크법을 이용함으로써, 태양전지 제조방법에 있어서 안정성을 증가시키고, 생산 공정의 단순화 및 비용 절감을 통해 생산성을 향상시키고자 한다.

이를 위해, 본 발명은 a)알칼리 가용성 수지 15 중량부 내지 35 중량부, b)멜라민 화합물 5 중량부 내지 30 중량부, c)불소계 계면활성제 0.01 중량부 내지 1.0 중량부 및 d)유기 용매 50 중량부 내지 70 중량부를 포함하는 태양전지용 잉크 조성물을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 상기 잉크 조성물을 이용하여 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 식각 마스크 패턴을 마스크로 하여 에미터층을 선택적으로 식각하는 단계 및 상기 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법을 제공한다.

본 발명의 잉크 조성물은 표면 요철이 있는 실리콘 기판 위에서도 패턴 형성이 가능하여 태양전지 제조공정에 이용할 수 있으므로 태양전지 제조 공정을 단순화하고 높은 경제성을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 태양전지 제조방법은, 잉크젯 잉크법을 이용하여 태양전지를 제조함으로써, 선택적 에미터층의 형성 공정에서 공정 재연성과 높은 안정성을 제공하고, 제조 공정의 단순화를 통해 생산성을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 표면 요철이 있는 실리콘 기판 상에 본 발명의 각 실시예에 따른 잉크 조성물을 이용한 패턴형성결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 표면 요철이 있는 실리콘 기판 상에 본 발명의 비교예에 따른 잉크 조성물을 이용한 패턴형성결과를 나타낸 사진이다.
도 3은 식각 마스크 패턴 형성 후 전자주사현미경으로 단면을 측정한 사진이다.
도 4는 태양전지 제조시 에미터층을 선택적으로 식각한 후의 사진이다.
도 5는 태양전지 제조시 에미터층을 선택적으로 식각한 후 잔류하는 식각 마스크 패턴을 스트리퍼에 의해 제거한 후의 사진이다.
도 6은 잉크 조성물에 포함되는 계면활성제의 종류에 대한 시간이 지남에 따른 접촉각의 변화를 나타낸 것이다.

본 발명의 표면 요철이 있는 실리콘 기판 위에 패턴 형성이 가능한 태양전지용 잉크 조성물은 a)알칼리 가용성 수지, b)멜라민 화합물 c)불소계 계면활성제 및 d)유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 a)알칼리 가용성 수지는 식각 마스크 패턴을 형성하는 매트릭스 수지로서 페놀 수지, 아크릴 수지, 히드록시시트렌, 폴리비닐페놀, 폴리이미드 수지일 수 있다.

특히, 본 발명의 잉크 조성물에 있어서, 상기 알칼리 가용성 수지는 페놀 수지일 수 있으며, 바람직하게는 노볼락 수지일 수 있다.

여기서, 상기 노볼락 수지는 잉크 조성물의 점도를 증가시켜 표면 요철이 있는 실리콘 기판에서 잉크의 퍼짐성을 줄여주며, 열에 의해 멜라민 화합물과 결합하여 형성된 패턴의 내구성을 증가시키는 역할을 하는 것으로, 페놀류 및 알데히드류 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 축합반응으로 합성할 수 있다.

또한, 상기 페놀류는 페놀, 4-t-부틸페놀, 4-t-옥틸페놀, 2-에틸페놀, 3-에틸페놀, 4-에틸페놀, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, 2,5-자이레놀, 3,4-자이레놀, 3,5-자이레놀, 2,3,5-트리메틸페놀, 3-메틸-6-t-부틸페놀, 2-나프톨, 1,3-디하이드록시나프탈렌, 비스페놀-A로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있고, 상기 알데히드류는 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세토알데히드, 벤즈알데히드, 페닐알데히드로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다.

나아가, 상기 축합반응은 옥살산, p-톨루엔술폰산, 트리클로로아세트산으로 이루어진 유기산; 황산, 염산, 인산으로 이루어진 무기산; 염화아연, 염화알루미늄, 초산마그네슘, 초산아연으로 이루어진 금속염 중에서 1종 이상을 선택하여 촉매로 사용할 수 있다.

한편, 상기 노볼락 수지의 중량 평균 분자량은 500 내지 7000, 바람직하게는 500 내지 5000, 더욱 바람직하게는 500 내지 3000 일 수 있다. 중량평균 분자량이 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 산처리시 패턴의 변형이나 탈락이 발생하지 않고, 잉크젯용 잉크 조성물로 사용하기 적합한 점도를 갖는다.

본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 상기 a)알칼리 가용성 수지는 잉크 조성물의 전체 중량을 기준으로 15 중량부 내지 35 중량부, 바람직하게는 20 중량부 내지 30 중량부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 a)알칼리 가용성 수지의 함량이 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 스트리퍼에 의해 패턴 제거가 용이하고, 잉크 조성물의 점도가 증가하여 잉크젯 방식으로 잉크의 토출이 어려워지는 문제를 방지할 수 있는 장점이 있다.

다음으로, 상기 b)멜라민 화합물은 알칼리 가용성 수지와의 반응으로 가교가 되어 형성된 막의 내구성을 향상시키고는 역할과 잉크 조성물의 점도를 낮추는 역할을 하는 것으로 제한 없이 사용가능하나, 바람직하게는 하기의 화학식 1로 표현된다.

<화학식 1>

식 중, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ 및 R₆는 각각 독립적으로 수소, C_{1 -6}의 알킬기, C_{1 -6}의 알콕시기, 카르복실기, C_{1 -6}의 에테르기, C_{1 -6}의 알코올기, 아미노기, 니트로기, 수산기, 페닐기 또는 아크릴기이다.

이때, 상기 화학식 1의 R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ 및 R₆는 적어도 1개 이상의 수소 이외의 치환기를 가질 수 있고, 바람직하게는 상기 화학식 1의 R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ 및 R₆는 적어도 2개 이상의 수소 이외의 치환기를 가질 수 있고, 더욱 바람직하게는 상기 화학식 1의 R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ 및 R₆는 적어도 3개 이상의 수소 이외의 치환기를 가질 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 상기 b)멜라민 화합물은 상용화된 것으로 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것이면 제한 없이 사용할 수 있으나, 예를 들면 헥사메톡시메틸멜라민 등일 수 있다.

한편, 상기 b)멜라민 화합물은 잉크 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 중량부 내지 30 중량부, 바람직하게는 10 중량부 내지 20 중량부를 포함할 수 있다. 상기 b)멜라민 화합물의 함량이 상기 수치 범위를 만족하는 경우 점도가 높지 않아 잉크젯 방식으로 잉크 토출이 용이하고, 패턴 형성이 용이하며, 식각 마스크의 제거가 용이한 장점이 있다.

나아가, 상기 b)멜라민 화합물의 점도는 바인더나 통상적으로 쓰이는 가교제의 점도보다 낮으므로, 잉크에 첨가되었을 때 상대적으로 점도가 낮아지는 효과가 있다. 따라서, 멜라민 화합물을 바인더나 가교제 대신 잉크에 첨가하는 경우, 이로 인해 점도에 여유가 생기므로, 고형분을 약 1% 내지 5% 정도 증가시킬 수 있다.

또한, 동일한 함량의 고형분이라면, 멜라민 화합물의 함량을 증가시켜 잉크젯 장비로 잉크를 토출할 때의 헤드 가열 온도를 낮출 수 있다. 이를 통해 낮은 온도에서 잉크의 토출이 가능하므로 높은 헤드 가열 온도에 기인한 노즐 건조로 인한 잉크의 미토출 문제를 해결할 수 있다.

다음으로, 상기 c)불소계 계면활성제는 잉크의 퍼짐성을 조절하기 위한 것으로, 잉크젯 장비에 잉크를 주입하는 동안 발생하는 기포가 쉽게 제거되지 않는 경우 토출 불량이 발생하므로 소포 특성이 우수한 것이 바람직하다.

특히, 본 발명의 잉크 조성물에 있어서, 상기 c)불소계 계면활성제는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 및 퍼플루오로카본(perfluorocarbon)을 포함하는 것일 수 있다. 상기 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 및 퍼플루오로카본(perfluorocarbon)을 포함하는 계면활성제를 사용하는 경우 잉크의 퍼짐성 조절이 용이하고, 잉크가 쉽게 흐르지 않아 표면 요철이 있는 실리콘 기판 위에서도 패턴 형성이 용이한 장점이 있다.

또한, 상기 c)불소계 계면활성제는 잉크 조성물을 기준으로 0.01 중량부 내지 1.00 중량부, 바람직하게는 0.01 중량부 내지 0.50 중량부, 더욱 바람직하게는 0.03 중량부 내지 0.10 중량부를 포함할 수 있다. 상기 불소계 계면활성제의 함량이 상기 수치 범위를 만족하는 경우 재현성 있게 패턴을 형성할 수 있고, 잉크의 저장 안정성이 우수한 장점이 있다.

다음으로, 상기 d)유기 용매는 비점이 140℃ 내지 250℃인 것일 수 있다. 유기 용매의 비점이 상기 수치범위를 만족하는 경우 패턴 형성 후 용매의 건조가 용이하고, 노즐면의 건조 속도를 늦추어 잉크젯 방식을 이용하여 잉크 토출이 용이한 장점이 있다.

여기서, 상기 d)유기 용매는 디에틸렌글리콜메틸부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 메톡시에탄올, 부톡시에틸아세테이트, 부톡시프로판올, 부틸락테이트, 에톡시에탄올, 에톡시에틸아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르 및 프로필렌글리콜부틸에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

이때, 상기 d)유기 용매는 잉크 조성물 전체 중량을 기준으로 50 중량부 내지 70 중량부, 55 중량부 내지 65 중량부 또는 55 중량부 내지 60 중량부를 포함할 수 있다. 유기 용매의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 점도가 높지 않아 잉크젯 헤드에서 잉크의 토출이 용이하다.

선택적으로, 본 발명에 따른 잉크 조성물은, 실리콘 기판과의 접착 특성을 향상시키기 위하여 접착 증진제를 추가로 포함할 수 있다. 상기와 같이 실리콘 기판과의 접착 특성이 부족한 경우 후술할 태양전지 제조방법 중 에미터층의 선택적 식각을 위해 사용되는 산 용액에 의해 패턴의 탈락이 발생하는 문제점이 있으므로 이를 방지하기 위함이다.

여기서, 상기 접착 증진제는 당해 기술분야에 잘 알려진 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 가수분해에 의해 실란올기를 생성하는 치환기를 가지는 것 또는 분자내에 메톡시 실릴기나 에톡시 실릴기를 가지는 것 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 글리시독시프로필트리메톡시실란, 글리시독시프로필트리에톡시실란, 메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시프로필트리에톡시실란 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 그 점도는 10cP 내지 100cP 또는 30cP 내지 80cP일 수 있다. 잉크 조성물의 점도가 상온에서 상기 수치 범위를 만족하면, 헤드의 노즐면에서 잉크의 토출이 용이하고 안정한 잉크 토출이 가능하다. 또한, 헤드에 온도를 가하여 적절한 점도치에 도달하기 용이하므로 선 패턴 형성이 용이한 장점이 있다.

본 발명에 따른 잉크 조성물에 있어서, 잉크 조성물의 고형분 함량은 25% 내지 45% 일 수 있다. 본 발명의 잉크 조성물에서 고형분 함량이 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 패턴이 건조된 후 최종 마스크의 두께가 얇지 않아 실리콘 기판의 표면 요철을 완전히 덮을 수 있고, 잉크젯 방식으로 잉크 토출이 용이한 장점이 있다. 도 3은 식각 마스크 패턴 형성 후 전자주사 현미경으로 단면을 측정한 사진이다. 도 3을 참조하면, 고형분 함량이 상기 수치 범위를 만족하는 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하여 패턴을 형성하는 경우, 실리콘 기판의 표면의 요철을 완전히 덮어 안정적으로 패턴이 형성된 것을 알 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하면, 태양전지 제조시, 표면 요철이 있는 태양전지용 실리콘 기판상에 패턴 형성이 가능하므로, 선택적 에미터층 형성을 위한 식각 마스크로 이용할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용하여 형성된 태양전지용 식각 마스크는, 선택적 에미터 형성을 위한 공정에서 식각에 견디는 성능이 우수하고, 알칼리 용액에서 제거가 용이하여 태양전지 제조시 공정 재연성과 안정성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 태양전지 제조방법은, 본 발명에 따른 상기 잉크 조성물을 이용하여 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 식각 마스크 패턴을 마스크로 하여 에미터층을 선택적으로 식각하는 단계 및 상기 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 잉크 조성물을 도포하는 단계 및 열처리 단계로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 잉크 조성물을 도포하는 단계는 당해 기술분야에 잘 알려진 방법으로 수행될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 그라비아 오프셋, 잉크젯 또는 실크 스크린 방법 등에 의해 수행될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 태양전지 제조방법에 있어서, 식각 마스크 패턴 형성을 위한 잉크 조성물의 도포는 잉크젯 프린팅법으로 수행될 수 있다. 상기와 같이 잉크젯 프린팅법을 이용하는 경우 비접촉 방식으로 마스크 패턴의 형성이 가능하므로 제조 공정의 단순화가 가능하고, 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 열처리 단계는 150℃ 내지 200℃에서, 10분 내지 30분간 실시할 수 있다. 열처리 온도 및 시간이 상기 수치 범위를 만족하는 경우 내산성이 향상되어 후술할 에미터층의 선택적 식각 단계에서 사용될 수 있는 산용액에 의해 패턴의 탈락 및 분리가 일어나지 않아 안정적인 패턴 형성이 가능한 장점이 있다. 또한, 후술할 식각 마스크 패턴의 제거 단계에서도 스트리퍼에 쉽게 제거가 가능한 장점이 있다.

다음으로, 상기 에미터층을 선택적으로 식각하는 단계는 습식 또는 건식 식각법에 수행될 수 있으며, 바람직하게는 습식 식각법에 의해 수행될 수 있다.

여기서, 상기 습식 식각법은 HF, HNO₃, CH₃COOH 및 물로 이루어진 군에서 선택된 산 용액으로 수행될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 상기 용액에서 각 성분의 함량은 HF : HNO₃ : 물의 비율이 1 : 10~100 : 10~50의 부피비로 혼합될 수 있다.

다음으로, 상기 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계는 당해 기술 분야에 잘 알려진 스트리퍼를 적용하여 수행할 수 있으며, 예를 들면 모노에탄올아민, 메틸에탄올아민, 아미노이소프로판올, 아미노프로판올, 아미노에톡시에탄올, 메틸아미노에탄올, 아미노프로판올, 메틸피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디메틸포름아마이드 등에 의해 수행될 수 있다.

이때, 상기 스트리퍼에 식각 마스크 패턴을 침지하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 스프레이 하여 적용될 수 있다.

본 발명의 태양전지 제조방법은, 상기 에미터층을 선택적으로 식각하는 단계 및 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계 후에 세정단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 세정은 초순수로 세척하는 방법으로 수행될 수 있다.

상기와 같은 방법으로, 태양전지 제조공정에서 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 선택적 에미터 층이 형성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

m-크레졸과 p-크레졸 중량비 5:5를 혼합하여 제조한 중량평균분자량 1000인 노볼락 수지 31.5 중량부, 멜라민 화합물로서 헥사메톡시메틸멜라민 10.5 중량부, 불소계 계면활성제 0.035 중량부를 디에틸렌글리콜메틸부틸에테르 43.9 중량부 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 14.0 중량부를 혼합한 용매에 2 시간 동안 용해하여 본 발명의 잉크 조성물을 제조하였다.

이때, 고형분 함량은 용매 제외한 나머지 성분의 합을 전체 잉크 조성물의 중량부를 기준으로 계산한 값이고, 점도는 점도계를 사용하여 상온(25℃)에서 측정한 값이며, 잉크 토출시 헤드에 가해주는 온도는 상온(25℃)부터 80℃까지 5℃씩 높여가며 점도를 측정하여 점도가 15cP가 되는 온도를 계산하여 잉크젯 프린터기의 헤드에 입력한 값이다.

실시예 2, 실시예 3

하기 표 1에 기재된 구성과 함량으로 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 잉크 조성물을 제조하였다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3
노볼락 수지		31.5	31.5	21.0
메톡시메틸멜라민		10.5	10.5	21.0
불소계 계면활성제		0.035	0.035	0.035
용매1		43.9	54.4	54.4
용매2		14.0	3.5	3.5
고형분(%)		42.1	42.1	42.1
점도(cP)		69.1	57.4	27.8
잉크 토출시 헤드에 가해주는 온도(℃)		59.1	56.1	40.3

비교예 1

m-크레졸과 p-크레졸 중량비 5:5를 혼합하여 제조한 중량평균분자량 1000인 노볼락 수지 10.5 중량부, 멜라민 화합물로서 헥사메톡시메틸멜라민 31.5 중량부, 불소계 계면활성제 0.035 중량부를 디에틸렌글리콜메틸부틸에테르 54.5 중량부 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 3.5 중량부를 혼합한 용매에 2 시간 동안 용해하여 잉크 조성물을 제조하였다.

이때, 비교예 1에 따라 제조된 잉크 조성물의 고형분 함량은 42.1%, 점도는 15.8cP, 잉크 토출시 헤드에 가해주는 온도는 27.4℃였다.

비교예 2

실시예 1에서 불소계 계면활성제 대신 실리콘계 계면활성제(BYK사)를 사용한 것 외에는 동일한 조성 및 방법을 이용하여 잉크 조성물을 제조하였다.

실험예

선 패턴형성여부

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조한 잉크 조성물을 이용하여 표면 요철이 있는 실리콘 기판 위에 잉크젯 방식으로 패턴을 형성하였다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2에 따른 잉크 조성물을 이용하여 선 패턴 형성 여부를 측정한 결과는 표 2와 같다. 선 패턴 형성여부는 육안으로 측정하였으며, "O"는 선 패턴이 양호하게 형성된 것을 의미하고, "X"는 선 패턴이 형성되지 않은 것을 의미한다.

구분	선패턴 형성여부
실시예 1	O
실시예 2	O
실시예 3	O
비교예 1	X
비교예 2	X

도 1은 실시예 1 내지 3에 따른 잉크 조성물을 이용한 패턴 형성 결과를 나타낸 것이고, 도 2는 비교예 1 및 2에 따른 잉크 조성물을 이용한 패턴 형성 결과를 나타낸 것이다.

패턴 형성 결과, 상기 표 2, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하는 경우 각각 선 패턴 형성이 가능하였으나, 비교예 1 및 2에 따라 제조한 잉크 조성물을 이용하는 경우 선 패턴을 형성할 수 없었다.

패턴의 탈락 또는 분해 여부

실시예 1의 잉크 조성물을 이용하여 에미터층 상부에 식각 마스크 패턴을 형성하였다. 다음으로, 에미터층을 선택적으로 식각하기 위하여 HF : HNO₃ : 물을 1:40:20의 부피비로 혼합한 산용액을 이용하여 1분 동안 처리하고, 초순수로 1분 동안 세척하였다.

이후, 식각 마스크 패턴의 탈락 또는 분해 여부를 광학 현미경을 사용하여 육안으로 측정하였다.

결과는 도 4에 나타낸 바와 같다. 도 4는 에미터층을 선택적으로 식각한 후의 사진이다. 도 4를 참조하면, 산 용액 처리에도 불구하고 패턴의 탈락 또는 분해 없이 안정적으로 유지되는 것을 알 수 있다.

알칼리 용액에서 식각 마스크의 제거 용이성

실시예 1의 잉크 조성물을 이용하여 식각 마스크 패턴을 형성하였다. 다음으로, 에미터층을 선택적으로 식각하기 위하여 HF : HNO₃ : 물을 1:40:20의 부피비로 혼합한 산용액을 이용하여 1분동안 처리하고, 초순수로 1분동안 세척하였다.

다음으로 식각 마스크 패턴을 제거하기 위해 스트리퍼에 1분 동안 처리한 후 초순수로 1분 동안 세척하였다.

이후, 식각 마스크의 제거 여부를 광학 현미경을 사용하여 육안으로 측정하였다.

결과는 도 5에 나타낸 바와 같다. 도 5는 에미터층을 선택적으로 식각한 후 잔류하는 식각 마스크 패턴을 스트리퍼에 의해 제거한 후를 나타낸 사진이다. 도 5를 참조하면, 식각 마스크가 용이하게 제거된 것을 알 수 있다.

시간에 따른 접촉각 변화

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 잉크 조성물을 이용하여 시간이 지남에 따른 접촉각 변화 여부를 접촉각 측정기(KRUSS사 DSA100)를 이용하여 측정하였다.

결과는 도 6에 나타낸 바와 같다. 도 6을 참조하면, 불소계 계면활성제를 사용한 실시예 1 및 2의 경우, 실리콘계 계면활성제를 사용하는 비교예 1 및 2와 비교하여, 시간이 지나도 접촉각에 큰 변화가 없으므로 안정적으로 패턴을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 본 명세서에서 접촉각은 드랍된 잉크의 액적과 기재가 접하는 점에서 액적 표면으로 이끄는 접선과 기재 표면과 이루는 각을 의미한다.

Claims (15)

1. a)알칼리 가용성 수지 15 중량부 내지 35 중량부;
   b)멜라민 화합물 5 중량부 내지 30 중량부;
   c)불소계 계면활성제 0.01 중량부 내지 1.00 중량부; 및
   d)유기 용매 50 중량부 내지 70 중량부를 포함하고,
   상기 알칼리 가용성 수지는 페놀 수지, 아크릴 수지, 히드록시스티렌, 폴리비닐페놀 또는 폴리이미드 수지인 태양전지용 잉크 조성물.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 페놀 수지는 노볼락 수지인 태양전지용 잉크 조성물.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 노볼락 수지의 중량 평균 분자량은 500 내지 7000인 태양전지용 잉크 조성물.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 멜라민 화합물은 하기의 화학식 1로 표현되는 태양전지용 잉크 조성물.
   <화학식 1>
   

   

   
   식 중, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ 및 R₆는 각각 독립적으로 수소, C_{1 -6}의 알킬기, C_{1 -6}의 알콕시기, 카르복실기, C_{1 -6}의 에테르기, C_{1 -6}의 알코올기, 아미노기, 니트로기, 수산기, 페닐기 또는 아크릴기임.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 유기 용매는 비점이 140℃ 내지 250℃인 태양전지용 잉크 조성물.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 유기 용매는 디에틸렌글리콜메틸부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 메톡시에탄올, 부톡시에틸아세테이트, 부톡시프로판올, 부틸락테이트, 에톡시에탄올, 에톡시에틸아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸에톡시프로피오네이트, 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르 및 프로필렌글리콜부틸에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 태양전지용 잉크 조성물.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 잉크 조성물은 가수분해에 의해 실란올기를 생성하는 치환기를 가지는 것 또는 분자내에 메톡시 실릴기나 에톡시 실릴기를 가지는 접착 증진제를 추가로 포함하는 태양전지용 잉크 조성물.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물은 점도가 10cP 내지 100cP인 태양전지용 잉크 조성물.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 잉크 조성물은 고형분 함량이 25 중량부 내지 45 중량부인 태양전지용 잉크 조성물.
    
12. 제1항, 제3항 내지 제7항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항의 잉크 조성물을 이용하여 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 식각 마스크 패턴을 마스크로 하여 에미터층을 선택적으로 식각하는 단계; 및
    상기 식각 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 태양전지 제조방법.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 식각 마스크 패턴을 형성하는 단계는 상기 잉크 조성물을 도포하는 단계 및 열처리 단계로 이루어지는 태양전지 제조방법.
    
14. 제13항에 있어서,
    상기 잉크 조성물을 도포하는 단계는 잉크젯 프린팅법으로 수행되는 태양전지 제조방법.
    
15. 제13항에 있어서,
    상기 열처리 단계는 150℃ 내지 200℃에서 10분 내지 30분간 수행되는 태양전지 제조방법.

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