KR101756069B1 - 스크린 인쇄용 메쉬 부재 및 스크린 인쇄판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핑거 전극 및 버스 바 전극을 스크린 인쇄로 형성할 때에 사용되는 스크린 인쇄용 메쉬 부재를 제공하는 것이다. 이 메쉬 부재는 압연 금속박에 에칭으로 천공 가공된 것이다. 핑거 전극 대응부에서는, 가로로 긴 형태로 형성된 각각의 구멍이 당해 구멍의 횡길이 방향과 직교하는 방향으로 배열 설치되어, 당해 횡길이 방향의 길이가, 인쇄 패턴 예정부의 폭보다 크고, 그 단부가 인쇄 패턴 예정부의 외측까지 연장되어 형성되어 있다. 핑거 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률이 버스 바 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률보다도 크다.

Description

스크린 인쇄용 메쉬 부재 및 스크린 인쇄판{MESH MEMBER FOR SCREEN PRINTING AND SCREEN PRINTING PLATE}

본 발명은, 태양 전지의 표면 전극의 스크린 인쇄에 사용되는 스크린 인쇄판 및 이와 같은 스크린 인쇄판을 구성하기 위한 메쉬 부재(스크린 인쇄용 메쉬 부재)에 관한 것이고, 특히 태양 전지의 표면 전극의 인쇄에 사용되는 스크린 인쇄에 있어서, 태양 전지에 있어서의 변환 효율을 저하시키는 일 없이, 사용하는 표면 전극용 은 페이스트의 사용량을 삭감하여 귀금속 자원의 유효 활용을 촉진함과 함께, 제조 비용을 억제할 수 있는 스크린 인쇄용 메쉬 부재 및 스크린 인쇄판에 관한 것이다.

태양 전지 셀의 표면 전극에는, 집전용 메인 전극(「버스 바 전극」이라고 불림)과 집전용 그리드 전극(「핑거 전극」이라고 불림)이 있다. 이들 표면 전극은, 태양 전지 셀의 제조 공정에 있어서 도전성 은 페이스트를 스크린 인쇄함으로써 형성된다. 도 1의 (a) 내지 (b)(도면 대용 사진)에, 태양 전지 셀의 표면 전극(버스 바 전극 및 핑거 전극)의 구성예를 도시한다. 도 1의 (b)는, 도 1의 (a) 중의 주요부 A의 확대도이다.

스크린 인쇄에 사용되는 스크린 인쇄판에는, 금속 또는 수지(예를 들어, 폴리에스테르)로 이루어지는 세선을 편조한 메쉬 부재(이하, 「세선 메쉬 부재」라고 칭함)가 널리 사용되어 있고, 이 세선 메쉬 부재의 주연에, 폴리에스테르 세선을 편조한 메쉬 직물을 접합시켜(콤비네이션 마스크라고도 불림), 최종적으로는 알루미 프레임에 고정하고, 또한 인쇄 패턴을 형성하여 스크린 인쇄판(이하, 간단히 「인쇄판」이라고 부르는 경우가 있음)으로 하고 있다(도 2). 또한 최근에는, 압연 금속박에 에칭법으로 구멍을 뚫은 금속박 메쉬 부재도 사용되기 시작하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1).

도 3의 (a) 내지 (b)는, 스크린 인쇄에 사용되어 있는 범용 인쇄판의 일부 확대 설명도이다. 세선 메쉬 부재[도 3의 (a)] 혹은 금속박 메쉬 부재[도 3의 (b)]를 스크린 프레임(도시하지 않음)에 부착한 후, 전체면에 수지(감광성 유제)를 도포한 후 마스크로 덮고, 인쇄하지 않는 부분[예를 들어, 도 3의 (a) 내지 (b)의 「4」의 부분]에만 노광하여, 감광성 유제를 경화시키고, 이어서 인쇄하고 싶은 부분[예를 들어, 도 3의 (a) 내지 (b)의 「3」의 부분]의 감광성 유제를 제거하여, 4의 부분만을 남겨 스크린 인쇄판(5)을 제작한다[도면 중, 부호 1은 선부, 부호 2는 메쉬 부재의 개구부(구멍)를 나타냄]. 이 감광성 유제를 제거한 부분(3)을 인쇄 패턴부라고 부른다.

도 4에, 세선 메쉬 부재 혹은 금속박 메쉬 부재를 사용하여 스크린 인쇄를 행할 때의 상태를 모식적으로 도시한다. 스퀴지(6)를 도면의 우측으로부터 좌측으로 이동시킴으로써, 인쇄 패턴부(3)[상기 도 3의 (a) 내지 (b) 참조]의 개구부(구멍)(2)에 페이스트(7)를 충전함과 함께, 인쇄 대상물(8)에 페이스트(7)를 부착시킨다. 스퀴지(6)가 통과한 후에는, 인쇄판의 장력(텐션)에 의해 스크린 인쇄판(5)[상기 도 3의 (a) 내지 (b) 참조]과 인쇄 대상물(8)이 이격되지만, 페이스트(7)는 인쇄 대상물(8)에 남아, 감광성 유제가 제거된 인쇄 패턴대로 인쇄된다.

태양 전지의 표면 전극의 형성에 사용되는 인쇄판은, 메쉬 부재에 감광성 유제를 도포 후, 핑거 전극과 버스 바 전극의 배선 형상을 노광, 현상하고, 이어서 은 페이스트가 투과되는 전극 부분의 감광성 유제를 제거하여 인쇄 패턴이 제작된다. 압연 금속박 메쉬 부재에 의해 핑거 전극과 버스 바 전극의 인쇄 패턴을 형성한 인쇄판의 구성예를 도 5의 (a) 내지 (b)에 도시한다. 도 5의 (b)는, 도 5의 (a) 중의 주요부 B의 확대도이다.

태양 전지의 변환 효율(빛 에너지로부터 전기 에너지로의 변환 효율)은, 표면 전극의 면적과 저항값에 크게 좌우되게 된다. 즉, 전극 면적(평면에서 볼 때 면적)은 작을수록, 또한 저항값은 작을수록 변환 효율은 향상된다.

핑거 전극은 개수가 많고, 또한 전극 부분은 태양광을 차단하므로, 수광 면적을 크게 하여 태양 전지의 변환 효율을 높이기 위해서는, 보다 가늘게 인쇄할 필요가 있다. 또한 전극을 가늘게 함으로써 전극의 저항값이 내려가면, 태양 전지의 변환 효율이 저하되므로, 폭을 좁게 한 분만큼 두껍게 하여, 전극의 단면적을 일정하게 유지하고, 저항값을 저하시키지 않도록 고안할 필요가 있다.

버스 바 전극은 핑거 전극보다도 더욱 낮은 저항값이 요구되므로, 버스 바 전극 상에 구리제의 리본(「탭」이라고 불리고 있음)을 납땜하여, 전체적으로 저저항의 전극체로 하고 있다. 탭의 폭은 버스 바 전극의 개수마다 거의 일정한 폭으로 되어 있고, 예를 들어 4개로 구성되는 경우에는 1개당 1000㎛ 정도, 3개를 포함하는 경우에는 1개당 1500㎛ 정도, 2개를 포함하는 경우에는 1개당 1800㎛ 정도의 폭으로 설정되고, 버스 바 전극의 폭은 탭의 폭에 맞추어 인쇄된다.

버스 바 전극에서는, 탭에 의해 저저항이 실현되므로, 인쇄 두께는 필요없고, 탭을 납땜할 수 있는 최저한의 두께가 있으면 된다. 이 탭은, 태양 전지끼리를 직렬로 연결하여 태양 전지 모듈로 할 때에 인접하는 태양 전지 사이를 연결하는 역할도 담당하고 있다. 버스 바 전극에 탭을 부착하여, 이웃하는 태양 전지 셀의 이면 전극에 접속한 상태를 모식적으로 도 6의 (a) 내지 (b)에 도시한다. 도 6의 (b)는, 도 6의 (a) 중의 주요부 C의 확대도이다.

핑거 전극을 가늘고 보다 두껍게 인쇄하기 위해서는, 인쇄판의 핑거 전극 대응부[상기 도 5의 (a) 내지 (b)에서는 「핑거 전극부」로 표시]에서의 개구 면적률을 높게 할 필요가 있고, 세선 메쉬 부재를 사용한 인쇄판의 핑거 전극 대응부의 개구 면적률은 60％ 정도로 설정되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2). 세선 메쉬 부재로 개구 면적률을 이 이상 크게 하면, 폭이 큰 버스 바 전극 대응부[상기 도 5의 (a) 내지 (b)에서는 「버스 바 전극부」로 표시]에서의 메쉬 부재 강도가 부족하여, 인쇄 시에 메쉬 찢김이 발생한다. 이로 인해 세선 메쉬 부재에서는 개구 면적률을 최대 60％ 정도로 억제하는 것이 일반적이다.

일본 특허 출원 공개 2011-194885호 공보 일본 특허 출원 공개 2007-62079호 공보

세선 메쉬 부재는, 세선을 일정한 간격으로 편조한 것이므로, 메쉬 부재의 모든 영역에서의 개구 면적률이 일정하고, 영역에 따라서 개구 면적률은 바뀌지 않는다. 이로 인해 핑거 전극 대응부의 개구 면적률을 크게 하여 핑거 전극을 두껍게 하고자 하면, 필연적으로 버스 바 전극도 두꺼워진다. 버스 바 전극은, 탭을 납땜하므로 두께는 그다지 필요 없고, 개구 면적률이 큰 인쇄판으로 버스 바 전극을 인쇄하면, 불필요하게 은의 사용량을 증가시키는 것으로 된다. 현재, 태양 전지로 사용되는 은 페이스트에 포함되는 은의 양은, 세계의 은의 산출량의 10％를 약간 하회한다고 알려져 있고, 장래 태양 전지의 채산량이 현재의 10배 이상으로 되면, 은 자원의 고갈이 염려된다.

귀금속 자원의 유효 활용의 관점으로부터, 은 페이스트의 사용량을 저감시키는 것, 즉 버스 바 전극의 두께를 억제하여 은 페이스트의 사용량을 저감시키는 것이 새로운 과제로 되어 있다. 은 페이스트의 사용량을 저감시키는 것은, 태양 전지의 제조 비용의 저감에도 결부되므로, 발전 코스트의 저감으로 태양 전지의 보급에도 크게 공헌하는 것이 기대된다. 태양 전지의 제조 비용(실리콘 웨이퍼에 전극을 부착한 태양 전지 셀의 제조 비용)에 차지하는 은 페이스트의 비율은 10％ 정도로 알려져 있다.

본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 태양 전지로서의 성능을 떨어뜨리는 일 없이, 사용하는 표면 전극용 은 페이스트의 사용량을 삭감하여 귀금속 자원의 유효 활용을 촉진함과 함께, 제조 비용을 억제할 수 있는 스크린 인쇄용 메쉬 부재, 및 스크린 인쇄판을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성할 수 있었던 본 발명의 스크린 인쇄용 메쉬 부재는, 태양 전지의 표면 전극으로 되는 핑거 전극 및 버스 바 전극을 스크린 인쇄로 형성할 때에 사용되는 스크린 인쇄용 메쉬 부재이며, 이 메쉬 부재는 압연 금속박에 에칭으로 천공 가공된 것이고, 핑거 전극 대응부에서는, 가로로 긴 형태로 형성된 각각의 구멍이 당해 구멍의 횡길이 방향과 직교하는 방향으로 배열 설치되어, 당해 구멍의 횡길이 방향의 길이가, 인쇄 패턴 예정부의 폭보다 크고, 그 단부가 인쇄 패턴 예정부의 외측까지 연장되어 형성되어 있고, 버스 바 전극 대응부에서는, 동일 형상의 구멍이 종방향 및 횡방향으로 복수 배열하여 배치되어 있고, 또한, 핑거 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률이 버스 바 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률보다도 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스크린 인쇄용 메쉬 부재에 있어서는, 핑거 전극 대응부의 개구 면적률이 65 내지 85％이고, 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률이 25 내지 70％인 것이 바람직하다. 또한, 핑거 전극 대응부의 개구 면적률에 대한 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률의 비가, 0.30 내지 0.80인 것이 바람직하다.

상기와 같은 스크린 인쇄용 메쉬 부재를 구비하는 스크린 인쇄판에서는, 태양 전지의 표면 전극의 인쇄에 사용되는 스크린 인쇄에 있어서, 태양 전지로서의 성능을 떨어뜨리는 일 없이, 사용하는 표면 전극용 은 페이스트의 사용량을 삭감하여 귀금속 자원의 유효 활용을 촉진함과 함께, 제조 비용을 억제할 수 있는 것으로 된다. 이 스크린 인쇄판에 있어서는, 핑거 전극 대응부의 인쇄 패턴의 폭이 35 내지 75㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 메쉬 부재에 의하면, 압연 금속박에 에칭으로 천공 가공된 것으로 하고, 핑거 전극 대응부 및 버스 바 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률의 관계를 규정하도록 했으므로, 태양 전지로서의 성능을 떨어뜨리는 일 없이, 페이스트 사용량의 삭감을 실현하는 스크린 인쇄용 메쉬 부재, 및 이와 같은 스크린 인쇄용 메쉬 부재를 구비하여 구성되는 스크린 인쇄판을 실현할 수 있다.

도 1의 (a) 내지 (b)는, 태양 전지 셀의 표면 전극(버스 바 전극 및 핑거 전극)의 구성예를 도시하는 도면 대용 사진이다. 도 1의 (b)는, 도 1의 (a) 중의 주요부 A의 확대도이다.
도 2는, 스크린 인쇄에 사용되는 스크린 인쇄판의 구성예를 도시하는 개략 설명도이다.
도 3의 (a) 내지 (b)는, 스크린 인쇄에 사용되어 있는 범용 인쇄판의 일부 확대 설명도이다.
도 4는, 세선 메쉬 부재 혹은 압연 금속박 메쉬 부재를 사용하여 스크린 인쇄를 행할 때의 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 5의 (a) 내지 (b)는, 압연 금속박 메쉬 부재로 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부의 인쇄 패턴을 형성한 인쇄판의 구성예를 도시하는 개략 설명도이다. 도 5의 (b)는, 도 5의 (a) 중의 주요부 B의 확대도이다.
도 6의 (a) 내지 (b)는, 버스 바 전극에 탭을 부착하여, 이웃하는 태양 전지 셀의 이면 전극에 접속한 상태를 모식적으로 도시하는 설명도이다. 도 6의 (b)는, 도 6의 (a) 중의 주요부 C의 확대도이다.
도 7의 (a) 내지 (b)는, 핑거 전극 대응부에 형성되는 구멍 형상예를 도시하는 개략 설명도이다.
도 8의 (a) 내지 (d)는, 버스 바 전극 대응부에 형성되는 구멍 형상예를 도시하는 개략 설명도이다.
도 9의 (a) 내지 (b)는, 개구 면적률을 설명하기 위한 도면[도 7의 (a) 내지 (b) 대응 설명도]이다.
도 10은, 개구율비(개구 면적률비)와 페이스트 중량의 관계를 나타내는 그래프이다.

바 전극 대응부의 개구 면적률을 바꿀 필요가 있다. 즉 핑거 전극 대응부는, 개구 면적률을 버스 바 전극부의 개구 면적률보다도 크게 형성한다. 압연 금속박에 에칭으로 천공하여 얻어지는 메쉬 부재에서는, 에칭의 패턴을 자유롭게 설정할 수 있으므로, 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부에서 개구 면적률을 바꾸는 것이 가능해진다. 이미 설명한 바와 같이, 세선 메쉬 부재에서는, 부분적으로 개구 면적률을 바꿀 수는 없고, 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부에서 개구 면적률을 바꾸는 것은, 압연 금속박의 메쉬 부재를 사용한 스크린 인쇄판을 사용함으로써 비로소 가능해진다.

압연 금속박의 소재로서는, 스테인리스강 외에, 티탄 합금, 니켈 합금, 구리 합금 등의 박 형상으로 할 수 있는 것이면 되고, 예를 들어 스테인리스강이면 SUS304H 등, 티탄 합금이면 JISH460080종 등, 니켈 합금이면 JISCS2520(1986)NCHRW1 등, 구리 합금이면 JISH3130C1720R-H 등을 들 수 있다. 또한, 이와 같은 압연 금속박은, 일반적으로 시판되고 있어, 용이하게 입수할 수 있다.

메쉬 부재의 두께(압연 금속박의 두께)는 특별히 한정되지 않지만, 5㎛ 이상 30㎛ 이하가 바람직하다. 강도의 관점으로부터, 보다 바람직하게는 10㎛ 이상이다.

또한, 핑거 전극 대응부라 함은, 스크린 인쇄한 후에 핑거 전극으로 되는 부분에 대응하는 메쉬 부재 부분을 의미하고, 버스 바 전극 대응부는, 스크린 인쇄한 후에 버스 바 전극으로 되는 부분에 대응하는 메쉬 부재 부분을 의미한다. 또한 인쇄 패턴 예정부라 함은, 스크린 인쇄하는 단계에서 인쇄 패턴이 설정되는 부분에 대응하는 메쉬 부재 부분을 의미하지만, 이 부분을 설명의 편의상 「인쇄 패턴부」라고 부르는 경우가 있다.

높은 개구 면적률을 본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해, 여러 가지 각도로부터 검토했다. 그 결과, 메쉬 부재에서의 핑거 전극 대응부의 개구 면적률을 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률보다도 크게 하고, 즉 은 페이스트의 투과량을 높여 핑거 전극을 가늘고 두껍게 인쇄하면서, 또한 버스 바 전극 대응부로부터의 은 페이스트 투과량을 제어하여 필요 이상으로 높아지지 않도록 함으로써, 태양 전지로서의 성능을 떨어뜨리는 일 없이, 페이스트 사용량의 삭감을 실현할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성했다.

핑거 전극과 버스 바 전극의 인쇄 두께를 바꾸기 위해서는, 메쉬 부재의 단계에서 핑거 전극 대응부와 버스 달성하기 위해서는, 인쇄 패턴부 내(즉, 인쇄 패턴 예정부 내)에 가능한 한 메쉬의 선부가 존재하지 않는 형태로 할 필요가 있다. 본 발명의 메쉬 부재에서는, 핑거 전극 대응부에서의 구멍 형상을 가로로 긴 형태로 형성된 각각의 구멍이 당해 구멍의 횡길이 방향과 직교하는 방향으로 배열 설치된 것으로 하고, 이 횡방향의 길이를 인쇄 패턴 예정부의 폭보다 크게 형성하여, 그 단부가 인쇄 패턴 예정부의 외측까지 연장되어 형성함으로써, 65 내지 85％의 높은 개구 면적률을 얻는 것을 실현했다. 이와 같은 구멍 형상(개구 형상)을 도 7의 (a) 내지 (b)에 도시한다[도 7의 (a)는, 대략 직사각형의 것, 도 7의 (b)는, 타원형의 것을 나타냄]. 또한, 핑거 전극 대응부에서의 구멍 형상은, 상기의 요건을 충족하는 것이면 되고, 도시한 대략 직사각형 또는 타원형으로 한정되지 않는다.

도 7의 (a) 내지 (b)에 도시한 구멍 형상은, 인쇄 패턴의 길이 방향[도 7의 (a) 내지 (b)의 상하 방향]으로 메쉬의 선부가 존재하지 않으므로, 메쉬가 변형되기 쉽고, 선부의 폭을 75㎛ 이하의 가는 인쇄 패턴부의 폭으로만 사용할 수 있다. 단, 핑거 전극 대응부의 인쇄 패턴부의 폭이 35㎛ 이하로 되면 페이스트의 토출이 억제되고, 그 결과로서 전극의 단선이 실용상 문제로 되므로, 핑거 전극 대응부의 인쇄 패턴부의 폭은 35 내지 75㎛로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 40㎛ 이상, 70㎛ 이하이다.

한편, 버스 바 전극 대응부에서는, 동일 형상의 구멍이 종방향 및 횡방향으로 복수 배열하여 배치된다. 이때의 구멍 형상은, 일반적으로 메쉬 부재로 사용되고 있는 정사각형, 직사각형, 육각형 혹은 원형이면 되지만, 이들로 한정되지 않는다. 이와 같은 구멍 형상(개구부 형상)의 예를, 도 8의 (a) 내지 (d)에 도시한다. 도 8의 (a) 내지 (d)에는, 대표적인 구멍 형상인 상기한 정사각형, 직사각형, 육각형 및 원형을 각각 도시했다.

버스 바 전극 대응부에서 상기와 같은 구멍 형상을 갖는 메쉬 부재에서는, 강도적으로 만족할 수 있는 것으로 되므로, 개구 면적률을 25 내지 70％(보다 바람직하게는 30 내지 65％)로 해도, 일반적인 버스 바 전극의 폭인 1000 내지 2000㎛ 정도로 제작해도 문제없이 사용 가능하다. 버스 바 전극 대응부에서의 개구 면적률이 70％보다도 커지면, 인쇄 시에 메쉬 부재의 찢김이 발생하기 쉬워진다. 또한 개구 면적률이 25％보다도 작아지면, 인쇄 후의 버스 바 전극에 인쇄 불량이 발생하여, 핑거 전극과의 접속이 불안정해짐과 함께, 탭의 납땜에도 문제가 발생한다.

상기 개구 면적률이라 함은, 예를 들어 도 9의 (a) 내지 (b)[도 7의 (a) 내지 (b) 대응 설명도]에 도시한 바와 같이, 구멍(개구부)을 형성한 영역과 그 이외의 영역의 경계(점선으로 나타냄)를, 구멍의 단부를 기준으로 하여 설정하고, 점선으로 둘러싸인 영역 내에서의 구멍(개구부)의 면적 비율(평면에서 볼 때 면적률:％)을 의미한다. 또한, 도 9의 (a) 내지 (b)에서는, 핑거 전극 대응부(도면에서는 「핑거 전극부」라고 표시)에서의 개구 면적률의 경우를 도시했지만, 버스 바 전극 대응부에서의 개구 면적률의 경우에 있어서도 마찬가지로 하여 계산한다.

본 발명의 메쉬 부재에서는, 핑거 전극 대응부의 개구 면적률을 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률보다도 크게 할 수 있는 것이지만, 핑거 전극 대응부의 개구 면적률에 대한 버스 바 전극부의 개구 면적률의 비(「버스 바/핑거」, 이하 간단히 「개구율비」라고 부르는 경우가 있음)는, 0.30 내지 0.80인 것이 바람직하다. 이 개구율비가 0.30보다도 작아지면, 스크린 인쇄 시에 은 페이스트의 양이 지나치게 적어져, 인쇄 불량이 발생하기 쉬워진다. 또한 개구율비가 0.80보다도 커지면, 은 페이스트량의 저감 효과가 얻어지기 어려워진다. 개구율비는, 보다 바람직하게는 0.40 이상이고, 보다 바람직하게는 0.70 이하이다.

핑거 전극 대응부의 개구 면적률과 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률을 바꾸어 메쉬 부재를 제작하고, 이들을 구비하여 인쇄판을 구성하고, 이 인쇄판을 사용하여 인쇄 시험을 행했을 때의 전극에 형성된 은 페이스트의 중량을 측정했다.

이때 메쉬 부재에는, 두께 25㎛의 스테인리스 압연박(일본 금속 가부시끼가이샤제, SUS301)을 압연 금속박으로서 사용했다. 압연 금속박에 레지스트를 도포하고, 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부에서 구멍 형상 및 개구 면적률이 바뀌도록 구멍을 배열하고, 인쇄한 패턴을 묘화한 유리 마스크를 사용하여 노광 후, 현상했다. 그 후 에칭에 의해, 구멍을 형성한 부분의 압연 금속박을 녹이고, 압연 금속박에 구멍을 형성한 메쉬 부재를 제작했다.

메쉬 부재의 구멍 형상은, 핑거 전극 대응부에서는 코너부를 둥그스럼하게 한 대략 직사각형으로 하고[상기 도 7의 (a) 참조], 버스 바 전극 대응부에서는 코너부를 둥그스럼하게 한 정사각형으로 했다. 구멍과 구멍의 간격(피치)은, 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부 모두 100㎛로 했다. 핑거 전극 대응부의 개구 면적률과 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률을 각각 독립하여 바꾼 복수의 메쉬 부재(압연 금속박 메쉬 부재)를 제작했다. 이때 핑거 전극 대응부에서의 구멍의 크기[도 7의 (a)에 도시한 대략 직사각형의 긴 변의 길이]는, 핑거 전극 대응부에서의 인쇄 패턴 폭(하기 표 1, 2)보다도 커지도록 75 내지 350㎛의 범위로 설정했다.

메쉬 부재의 스퀴지면측과 인쇄면측의 개구의 면적을 현미경(가부시끼가이샤 키엔스제, 형식 VHX-2000)으로 측정하고(구멍의 형태에 따라서는, 양면에서 개구 면적률이 상이함), 각 면에서의 개구 면적률을 평균한 것을 개구 면적률로 했다. 또한, 개구 면적률의 측정은, 어떤 영역(핑거 전극 대응부 및 버스 바 전극 대응부)에 있어서도, 균등하게 되도록 5개소(예를 들어 핑거 전극 대응부에서는, 중앙 1개소와 4코너의 4개소)에 대해, 상기와 동일하게 측정하여, 평균화했다.

수지 메쉬를 메쉬 부재의 주변에 부착한 콤비네이션 마스크로 하고, 감광성 유제를 도포 후, 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부에 인쇄 패턴부를 형성하여 인쇄판을 제작했다. 이들 인쇄판을 사용하여 스크린 인쇄를 행하고, 인쇄된 페이스트 중량을 측정했다. 페이스트는, 태양 전지의 표면 전극용 은 페이스트(교토 일렉스 가부시끼가이샤제, 품명 DD-1200M-200)를 사용했다. 인쇄는, 토까이세이끼 가부시끼가이샤제 스크린 인쇄 장치(형식 SSA-PC250)를 사용하고, 인쇄 조건을 인압 10kgf, 클리어런스 1㎜, 인쇄 속도 200㎜/sec로 하여, 태양 전지용 다결정 웨이퍼(외형 치수 156×156㎜)에 인쇄했다.

스크린 인쇄 전 및 인쇄 후에, 태양 전지 웨이퍼의 중량을 전자 천칭(켄세이고교 가부시끼가이샤제, 형식 HR-120)으로 측정하여, 인쇄된 페이스트 중량을 구했다. 인쇄판에서의 핑거 전극 대응부 및 버스 바 전극 대응부의 인쇄 패턴부의 폭을 현미경(가부시끼가이샤 키엔스제, 형식 VHX-2000)으로 측정했다.

이때 페이스트의 투과성을 확보하기 위해, 핑거 전극 대응부에서의 개구 면적률은 가능한 한 커지도록, 66 내지 84％의 범위로 설정했다. 또한 핑거 전극 대응부의 인쇄 패턴부의 폭은 30 내지 71㎛로 설정했다. 핑거 전극의 개수는, 태양 전지에서 표준적으로 사용되고 있는 범위인 72 내지 100개로 설정했다.

버스 바 전극 대응부에서의 개구 면적률은, 가능한 한 작게 한다는 관점으로부터, 20％ 이상, 72％ 이하로 설정했다. 버스 바 전극 대응부에서의 인쇄 패턴부의 폭은, 버스 바 전극의 개수가 2개인 경우에 1개당 1700 내지 1800㎛로, 버스 바 전극의 수가 3개인 경우에 1개당 1450 내지 1500㎛로 설정했다.

그 결과를, 하기 표 1, 2에 나타낸다. 하기 표 1, 2에서는, 핑거 전극 대응부의 개구 면적률에 대한 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률의 비(개구율비)의 순서로, 시험 No.를 붙이고 있다. 또한, 이 결과에 기초하여, 개구율비와 페이스트 중량의 관계를 도 10에 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서 「－」로 나타낸 란은, 버스 바 전극 대응부[도 10에서는 「버스 바 전극부」라고 표시]에서 메쉬 찢김이 발생한 것을 의미한다.

이들 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 개구율비가 1부터 0.80까지는 페이스트 중량은 거의 일정값으로 되지만, 개구율비가 0.80보다 작아지면 페이스트 중량은 감소하여, 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 더욱, 바람직하게는 개구율비를 0.70 이하로 함으로써, 큰 비용 절감 효과를 얻는 것이 가능해진다. 단, 개구율비가 0.30보다도 작아지면(시험 No.40, 41), 버스 바 전극에 인쇄 불량이 인정되었다. 시험 No.40에서 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률이 20％, 시험 No.41에서 버스 바 전극 대응의 개구 면적률이 21％로 되어 있고, 이 개구 면적률에서는 인쇄 불량을 피하기 어렵다.

개구율비가 0.80을 초과하고, 또한 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률이 70％를 초과하면, 스크린 인쇄 시에 인쇄판의 버스 바 전극 대응부의 메쉬 부재에 찢김이 발생하여(시험 No.2, 5), 인쇄 실험을 행할 수 없는 인쇄판이 있었다. 이와 같은 관점으로부터, 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률은 70％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

이에 대해, 개구율비를 0.30 내지 0.80의 범위로 하는 메쉬 부재(시험 No.10 내지 39)에서는, 핑거 전극 대응부에서의 메쉬의 단선은 관찰되지 않고, 또한 버스 바 전극의 긁힘도 관찰되지 않아 양호한 전극으로 되어 있다. 또한 인쇄 시의 버스 바 전극 대응부에 있어서의 메쉬 부재의 찢김도 보이지 않는다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 전ㆍ후술의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기 표 3에 나타낸 사양의 스크린 인쇄판(시험 No.42, 43)을 사용하여, 실제의 태양 전지를 제작하여 변환 효율을 측정했다. 제작한 태양 전지의 핑거 전극 및 버스 바 전극의 실제의 폭과 두께를 레이저 현미경(가부시끼가이샤 키엔스제, 형식 VK9700)에 의해 측정했다. 그 결과를, 하기 표 4에 나타낸다.

시험 No.42에서는, 개구율비가 0.91인 인쇄판을 사용하여 각 전극(핑거 전극 및 버스 바 전극)을 형성하고 있고, 시험 No.43에서는, 개구율비 0.57인 인쇄판을 사용하여 각 전극을 형성하고 있다. 페이스트 중량은 각각 232.0mg(시험 No.42), 190.1mg(시험 No.43)으로 크게 상이하지만, 변환 효율은 각각 16.4％, 16.5％로 거의 동일 레벨이고, 페이스트 중량이 삭감된 상태에서 태양 전지로서의 성능을 유지하고 있는 것을 알 수 있다.

이것은 핑거 전극의 폭, 두께가 양자에서 거의 동일한 것과, 버스 바 전극의 폭이 거의 동일하고 두께가 크게 상이한 것으로 실현되고 있다. 즉, 핑거 전극 대응부와 버스 바 전극 대응부에서, 구멍 형상 및 개구 면적률을 바꿀 수 있는 압연 금속박 메쉬 부재를 사용한 인쇄판의 유용성이 명확하게 인정된다.

본 출원을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변형이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명확하다.

본 출원은, 2012년 6월 19일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-138165)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 메쉬 부재에 의하면, 압연 금속박에 에칭으로 천공 가공된 것으로 하고, 핑거 전극 대응부 및 버스 바 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률의 관계를 규정하도록 했으므로, 태양 전지로서의 성능을 떨어뜨리는 일 없이, 페이스트 사용량의 삭감을 실현하는 스크린 인쇄용 메쉬 부재, 및 이와 같은 스크린 인쇄용 메쉬 부재를 구비하여 구성되는 스크린 인쇄판을 실현할 수 있다.

1 : 선부
2 : 구멍(개구부)
3 : 인쇄 패턴부
5 : 스크린 인쇄판
6 : 스퀴지
8 : 인쇄 대상물

Claims (4)

1. 태양 전지의 표면 전극이 되는 핑거 전극 및 버스 바 전극을 스크린 인쇄로 형성할 때에 사용되는 스크린 인쇄용 메쉬 부재이며,
   이 메쉬 부재는 금속박에 구멍이 형성된 것이고,
   핑거 전극 대응부에서는, 가로로 긴 형태로 형성된 각각의 구멍이 당해 구멍의 횡길이 방향과 직교하는 방향으로 배열 설치되어, 당해 구멍의 횡길이 방향의 길이가, 인쇄 패턴 예정부의 폭보다 크고, 그 단부가 인쇄 패턴 예정부의 외측까지 연장되어 형성되어 있고,
   버스 바 전극 대응부에서는, 동일 형상의 구멍이 종방향 및 횡방향으로 복수 배열하여 배치되어 있고, 또한,
   핑거 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률이 버스 바 전극 대응부에 있어서의 개구 면적률보다도 크고,
   핑거 전극 대응부의 개구 면적률에 대한 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률의 비가, 0.30 내지 0.80인 것을 특징으로 하는, 스크린 인쇄용 메쉬 부재.
2. 제1항에 있어서, 핑거 전극 대응부의 개구 면적률이 65 내지 85％이고, 버스 바 전극 대응부의 개구 면적률이 25 내지 70％인, 스크린 인쇄용 메쉬 부재.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 스크린 인쇄용 메쉬 부재를 구비하는, 스크린 인쇄판.
4. 제3항에 있어서, 핑거 전극 대응부의 인쇄 패턴의 폭이 35 내지 75㎛인, 스크린 인쇄판.

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