KR101791480B1 - 태양전지 및 태양전지의 제조방법 - Google Patents

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쇼고 마쓰이
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Abstract

(목적) 본 발명은, 태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 은의 사용량을 없애거나 또는 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애는 것을 목적으로 한다.
(구성) 기판 위에 빛 등을 조사하였을 때에 고전자농도를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 상기 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막을 형성하고, 절연막에 형성된 전자취출구로부터 전자를 꺼내는 버스 전극을 갖는 태양전지에 있어서, 버스 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트에 글라스 프릿으로서 도전성 글라스를 중량비 100%로 소성하여 버스 전극을 형성하고, 도전성 페이스트로서 도전성 글라스를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지이다.

Description

태양전지 및 태양전지의 제조방법{SOLAR CELL AND PROCESS OF MANUFACTURE OF SOLAR CELL}
본 발명은, 기판(基板) 위에 빛(光) 등을 조사(照射)하였을 때에 고전자농도(高電子濃度)를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막(絶緣膜)을 형성하고, 절연막에 형성된 전자취출구(電子取出口)로부터 전자를 꺼내는 버스 전극(bus 電極)을 구비하는 태양전지(太陽電池) 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 있어서 재생 가능한 에너지를 이용하는 것 중의 하나인 태양전지는, 20세기의 주역인 반도체 기술을 기초로 하여 그 개발이 이루어지고 있다. 인류의 생존을 좌우하는 지구 차원의 중요한 개발이다. 그 개발의 과제는, 태양광(太陽光)을 전기 에너지로 변환하는 효율뿐만 아니라 제조비용의 절감 및 무공해라고 하는 과제에도 대처하면서 진행되고 있다. 이들을 실현하는 대책은, 특히 전극(電極)에 사용되고 있는 은(Ag)이나 납(Pb)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애는 것이 중요하다고 되어 있다.
일반적으로 태양전지의 구조는, 도10의 (a)의 평면도 및 (b)의 단면도에 나타내는 바와 같이 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 N형/P형의 실리콘 기판(silicon 基板)(43), 실리콘 기판(43)의 표면의 반사를 방지하는 기능을 갖고 절연체 박막(絶緣體 薄膜)인 질화 실리콘막(窒化 silicon膜)(45), 실리콘 기판(43) 중에 발생한 전자를 꺼내는 핑거 전극(finger 電極)(42), 핑거 전극(42)에서 꺼낸 전자를 모으는 버스바 전극(bus bar 電極)(41), 버스바 전극(41)에 모인 전자를 외부로 꺼내는 인출리드 전극(引出lead 電極)(47)을 각 요소로 하여 구성되어 있다.
이 중에서 버스바 전극(버스 전극)(41) 및 핑거 전극(42)에 은 및 납(납 글라스(lead glass))이 사용되고 있는데, 이것의 은의 사용량을 없애거나 혹은 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애어, 저비용이고 또한 무공해로 하는 것이 기대되고 있었다.
상기한 종래의 도10의 태양전지의 구성요소 중에서 핑거 전극(42) 등에 은 및 납(바인더(binder)로서의 납 글라스)이 사용되고 있고, 이것의 은의 사용량을 없애거나 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애어, 태양전지의 제조비용의 절감 및 무공해로 한다는 과제가 있었다.
본 발명자들은, 페이스트에 후술하는 NTA 글라스 100%를 사용하여 버스 전극 등을 실험적으로 형성한 바, 상기한 종래의 은페이스트를 사용하여 버스 전극 등을 형성하였을 때와 다르지 않거나 혹은 우수한 특성을 갖는 태양전지의 제조가 가능(후술한다)한 것을 발견하였다.
본 발명은, 이들 발견에 의거하여 은의 사용량을 없애거나 감소시키고 및 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애기 위하여, 태양전지의 구성요소인 버스 전극(버스바 전극) 등을 형성하는 데에, 페이스트를 바나딘산염 글라스(이하, 도전성의 NTA 글라스라고 하고, "NTA"는 일본국 등록상표 제5009023호))로 제작하여 소성함으로써, 은 및 납(납 글라스)의 사용량을 없애거나 감소시키는 것을 가능하게 하였다.
그 때문에 본 발명은, 기판 위에 빛 등을 조사하였을 때에 고전자농도를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막을 형성하고, 절연막에 형성된 전자취출구로부터 전자를 꺼내는 버스 전극을 갖는 태양전지에 있어서, 버스 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트에 글라스 프릿으로서 도전성 글라스를 중량비 100%로 소성하여 버스 전극을 형성하고, 도전성 페이스트로서 도전성 글라스를 사용하도록 하고 있다.
이 때에 도전성 글라스를 중량비 100% 대신에, 도전성 글라스를 중량비 100%에서 71%로 하고 나머지를 은으로 하도록 하고 있다.
또한 도전성 글라스는, 적어도 바나듐 혹은 바나듐과 바륨을 포함하는 바나딘산염 글라스로 하도록 되어 있다.
또한 도전성 글라스를 혼입하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 1초 이상이 되도록 하고 있다.
또한 도전성 글라스는, 무연이 되도록 하고 있다.
또한 핑거 전극을 소성하였을 때에, 핑거 전극이 고전자농도영역에 일단을 갖고, 또한 타단은 버스 전극의 상면의 높이와 동일한 부분 혹은 관통하여 상면으로 돌출된 부분을 형성하도록 하고 있다.
또한 소성하여 형성된 버스 전극의 위에 리드 전극을 형성하도록 하고 있다.
또한 소성하여 형성된 버스 전극의 위에 리드 전극을 초음파 납땜에 의하여 형성하고, 리드 전극이 접하는 버스 전극, 핑거 전극 및 그 이외의 부분에 접합하여, 리드 전극의 접착강도를 향상시키도록 하고 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같이 도전성의 NTA 글라스 100%, 또한 71% 정도까지(함유량을 더 적게 하더라도 좋다)를 종래의 은페이스트의 대신에 사용하여 소성함으로써, 종래의 은페이스트 중의 은의 사용량을 없애거나 혹은 감소시키고, 또한 납(납 글라스)의 이용량을 감소시키거나 또는 없게 할 수 있었다. 이들에 의하여 하기의 특징이 있다.
첫 번째, 태양전지의 버스바 전극(버스 전극)을 형성하는데에 도전성의 바나딘산염 글라스인 NTA 글라스(일본국 등록상표 제5009023호, 일본국 특허 제5333976호) 100%, 또한 71% 정도까지를 은페이스트의 대신에 사용하여, Ag의 사용량을 없애거나 감소시키고, 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없게 할 수 있었다.
두 번째, 버스바 전극(버스 전극)을 NTA 글라스 100% 내지 71% 정도(함유량을 더 적게 하더라도 좋다)를 사용함으로써, 태양광 에너지를 전자 에너지로 변환하는 효율이 거의 동일하거나 혹은 약간 높은, 버스바 전극으로서의 효과를 발휘하는 전극형성이 현재 초기단계의 실험결과로서 얻어졌다(도9를 참조). 이것은 NTA 글라스가 (1)도전성을 갖는 것, (2)NTA 글라스를 사용함으로써 핑거 전극이 상기 버스바 전극(버스 전극)의 상면의 높이와 동일한 부분 혹은 관통하여 상면으로 돌출된 부분이 형성되고, 이들 부분이 리드 전극의 초음파 납땜에 의하여 접합되고, 결과로서 고전자농도영역과 리드 전극이 직접적으로 핑거 전극에 의하여 접속되는 것, 그 이외의 요인(예를 들면 하기의 「세번 째」를 참조)에 기인하는 것으로 고찰된다.
세 번째, 종래와 달리 핑거 전극의 형성과 버스바 전극의 형성을, 서로 다른 글라스 프릿을 함유한 페이스트를 사용하는 것에 있다. 종래, 핑거 전극의 형성에 있어서는 파이어링(firing)이라고 불리는 현상을 발생시킬 필요가 있었다. 이것은, 은의 소결조제(燒結助劑)로서 사용하고 있는 글라스 프릿 중의 성분분자, 예를 들면 납 글라스 중의 납분자의 활동에 의하여 실리콘 기판의 표층에 형성된 질화 실리콘막의 절연층을 돌파하여 핑거 전극을 형성하도록 하여 실리콘 기판에 생성된 전자를 효율적으로 모으고 있었다. 그러나 버스바 전극의 형성에 대해서는 파이어링 현상은 필요하지 않다. 종래에는 버스바 전극도 납성분을 포함한 납 글라스를 소결조제로 하여 소결되고 있었기 때문에, 구조는 다르지만 버스바 전극과 실리콘 기판과의 전기적인 도통로(導通路)가 형성되어 변환효율을 감소시키는 것으로 되어 있었다. 버스바 전극형성에 사용하는 소결조제를 파이어링 현상이 발생하지 않는 NTA 글라스를 사용함으로써 변환효율의 감소를 없게 할 수 있었다.
네 번째, 은 분말 재료의 사용에 의한 태양전지의 고비용(원재료 비용이 높음)의 문제가 있다. 또한 은재료의 지나친 수요에 의하여 재료조달의 문제도 부상하고 있다. 도전 글라스인 NTA 글라스의 함유비율이 100% 내지 71%로 대폭적으로 증가되어 그 몫의 은의 양을 적게 하더라도 변환효율을 감소시키지 않고 태양전지를 제작할 수 있는 것이 가능하였다는 것은 산업계에 큰 영향을 미친다고 생각한다.
다섯 번째, 종래의 버스바 전극의 형성에 사용하고 있었던 납 글라스의 사용을 없애는 것 즉 무연(無鉛 : lead free)으로 할 수 있었다. 이에 따라 납공해의 환경문제를 전무(全無)로 할 수 있다.
도1은, 본 발명의 1실시예 구조도(공정의 완성도 : 단면도)이다.
도2는, 본 발명의 동작설명의 플로우차트이다.
도3은, 본 발명의 상세공정의 설명도(설명도의 1)이다.
도4는, 본 발명의 상세공정의 설명도(설명도의 2)이다.
도5는, 본 발명의 상세 설명도(버스바 전극의 소성)이다.
도6은, 본 발명의 설명도(버스바 전극)이다.
도7은, 본 발명의 설명도(버스바 전극)이다.
도8은, 본 발명의 설명도(초음파 납땜)이다.
도9는, 본 발명의 측정예(효율)이다.
도10은, 종래기술의 설명도이다.
(실시예1)
도1은, 본 발명의 1실시예 구조도(공정의 완성도 : 단면도)를 나타낸다.
도1에 있어서 실리콘 기판(silicon 基板)(11)은, 공지된 반도체의 실리콘 기판이다.
고전자농도영역(高電子濃度領域)(확산도핑층(擴散doping層))(12)은, 실리콘 기판(11)의 위에 원하는 p형/n형의 층을 확산도핑 등에 의하여 형성한 공지의 영역(층)으로서, 도면에서는 상측방향으로부터 태양광(太陽光)이 입사되면 실리콘 기판(11)에서 전자(電子)를 발생(발전(發電))시키고, 그 전자를 축적하는 영역이다. 여기에서는, 축적된 전자는 전자취출구(電子取出口)(핑거 전극(finger 電極)(은(銀)))(14)에 의하여 상측방향으로 꺼내지는 것이다(발명의 효과를 참조).
절연막(絶緣膜)(질화 실리콘막(窒化 silicon膜))(13)은, 태양광을 통과(투과)시키고 또한 버스바 전극(bus bar 電極)(15)과 고전자농도영역(12)을 전기적으로 절연하는 공지의 막이다.
전자취출구(핑거 전극(은))(14)는, 고전자농도영역(12) 중에 축적된 전자를 절연막(13)에 형성된 구멍을 통하여 꺼내는 입구(핑거 전극)이다. 핑거 전극(14)은, 본 발명에서는 도면에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)을 NTA 글라스(NTA glass) 100%(내지 71% 정도)에서 소성(燒成)하였을 경우에는, 핑거 전극(14)이 버스바 전극(15)의 상면의 높이와 동일한 부분 혹은 관통하여 상면으로 돌출된 부분을 형성(소성)하여, 고전자농도영역(12) 중의 전자를 상기 핑거 전극(14)을 통하여 리드선(17)에 직접적으로 유입시키는(전자를 직접적으로 꺼내는) 것이 가능하게 된다. 즉 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1(종래의 경로1)과, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2(본 발명에서 추가된 경로2)의 2개의 경로에 의하여 고전자농도영역(12) 중의 전자(전류)를 리드선(17)을 통하여 외부로 꺼낼 수 있고, 결과로서 고전자농도영역(12)과 리드선(17) 사이의 저항값을 매우 작게 할 수 있어, 손실을 감소시켜서 결과적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
버스바 전극(전극1(NTA 글라스 100%))(15)은, 복수의 전자취출구(핑거 전극)(14)를 전기적으로 접속하는 전극으로서, Ag의 사용량을 없애거나 또는 삭감하는 대상의 전극이다(발명의 효과를 참조).
이면전극(裏面電極)(전극2(알루미늄(aluminum)))(16)은, 실리콘 기판(11)의 하면에 형성된 공지의 전극이다.
리드선(lead線)(땜납(solder) 형성)(17)은, 복수의 버스바 전극(15)을 전기적으로 연결한 전자(전류I)를 외부로 꺼내거나, 또한 본 발명에서는 핑거 전극(14)이 버스바 전극(15)의 상면과 동일한 높이의 부분 혹은 관통된 부분에 상기 리드선을 초음파 납땜하여 접합함으로써 전자(전류)를 외부로 꺼내거나 하는 리드선이다.
이상의 도1의 구조를 기초로 하여, 상측으로부터 하측방향으로 태양광을 조사하면, 태양광은 리드선(17) 및 전자취출구(14)가 없는 부분과 절연막(13)을 통과하여 실리콘 기판(11)에 입사됨으로써 전자를 발생시킨다. 그 후에 고전자농도영역(12)에 축적된 전자는, 전자취출구(핑거 전극)(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1 및 전자취출구(핑거 전극)(14), 리드선(17)의 경로2의 양쪽 경로를 통하여 외부로 꺼내어진다. 이 때에 도2부터 도9에서 후술하는 바와 같이 버스바 전극(15)을, 페이스트(paste)에 글라스 프릿(glass frit)으로서 NTA 글라스(도전성 글라스(導電性 glass)) 100% 내지 71%(더 적더라도 좋음, 도9를 참조)를 혼입(混入)하여 소성시켜서 형성함으로써, Ag의 사용량을 없애거나 또는 감소시킬 수 있다. 이하 순차적으로 상세하게 설명한다.
도2는, 본 발명의 동작설명의 플로우차트를 나타내고, 도3 및 도4는 각 공정의 상세구조를 나타낸다.
도2에 있어서, S1에서는 실리콘 기판을 준비한다.
S2에서는 클리닝(cleaning)을 한다. 이들 S1, S2는, 도3의 (a)에 나타내는 바와 같이 S1에서 준비한 실리콘 기판(11)의 면(고전자농도영역(12)을 형성하는 면)을 깨끗하게 클리닝을 한다.
S3에서는 확산도핑을 한다. 이것은, 도3의 (b)에 나타내는 바와 같이 도3의 (a)에서 클리닝한 실리콘 기판(11)의 위에 공지의 확산도핑을 하여 고전자농도영역(12)을 형성한다.
S4에서는 반사방지막(反射防止膜)(질화 실리콘막)을 형성한다. 이것은, 도3의 (c)에 나타내는 바와 같이 도3의 (b)의 고전자농도영역(12)을 형성한 후에, 반사방지막(태양광을 통과시키고 또한 표면반사를 가급적 저감시킨 막)으로서 예를 들면 질화 실리콘막을 공지의 방법에 의하여 형성한다.
S5에서는 핑거 전극을 스크린 인쇄(screen 印刷)한다. 이것은, 도3의 (d)에 나타내는 바와 같이 도3의 (c)의 질화 실리콘막(13)을 형성한 후에, 형성되는 핑거 전극(14)의 패턴(pattern)을 스크린 인쇄한다. 인쇄재료는, 예를 들면 은에 프릿으로서 납 글라스(lead glass)를 혼입한 것을 사용한다.
S6에서는, 핑거 전극을 소성(燒成)시켜서 파이어 스루(fire through)시킨다. 이것은, 도3의 (d)에서 스크린 인쇄된 핑거 전극(14)의 패턴(은과 납 글라스의 프릿을 혼입한 것)을 소성하고, 도3의 (e)에 나타내는 바와 같이 질화 실리콘막(13)에 파어어 스루시켜서 그 중에 은(도전성)을 형성한 핑거 전극(14)을 형성한다.
S7에서는 버스바 전극(전극1)을 스크린 인쇄한다. 이것은, 도4의 (f)에 나타내는 바와 같이 도3의 (e)의 핑거 전극(14)을 형성한 후에, 형성되는 버스바 전극(15)의 패턴을 스크린 인쇄한다. 인쇄재료는, 예를 들면 프릿으로서 NTA 가스(100%)의 것을 사용한다.
S8에서는 버스바 전극을 소성시킨다. 이것은, 도4의 (f)에서 스크린 인쇄된 버스바 전극(15)의 패턴(NTA 글라스(100%)의 프릿)을 소성(소성시간은 길어도 1분 이내, 1∼3초 이상으로 소성)시킴으로써, 도4의 (g)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)이 최상층에 형성되고, 또한 본 발명의 특징인 핑거 전극(14)이, 상기 최상층에 형성된 버스바 전극(15)의 상면과 동일한 높이의 부분 또는 관통된 부분이 형성된다.
한편 S5 및 S7의 인쇄를 하고, 양자를 동시에 소성하더라도 좋다.
S9에서는 이면전극(전극2)을 형성한다. 이것은, 도4의 (h)에 나타내는 바와 같이 실리콘 기판(11)의 하측(이면)에 예를 들면 알루미늄 전극을 형성한다.
S10에서는 리드선을 땜납에 의하여 형성한다. 이것은, 도4의 (i)에 나타내는 바와 같이 도4의 (g)의 버스바 전극을 전기적으로 접속하는 리드선을 땜납에 의하여 형성하여, 예를 들면 초음파 납땜에 의하여 형성하여 전기적으로 접속하면, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1(종래의 경로1)과, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2(본 발명에서 추가한 경로2)의 양쪽 경로에서, 고전자농도영역(12) 중의 전자(전류)를 리드선(17)을 통하여 외부로 꺼내는 것이 가능하게 되어, 고전자농도영역(12)과 리드선(17) 사이의 저항값을 매우 작게 하여 로스(loss)를 감소시켜서 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 본 발명에서 추가한 경로2는, 핑거 전극(14)의 일단(一端)이 고전자농도영역(12) 중에 있고, 타단(他端)이 NTA 글라스 100%인 버스바 전극(15)의 상면과 동일한 높이의 부분 혹은 관통된 부분에 있고, 이 부분에 리드선이 직접 접합(초음파 납땜에 의하여 직접 접합)되기 때문에, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2가 형성된다. 또 경로1은 종래의 경로이다.
이상의 공정에 의하여 실리콘 기판에 태양전지를 형성할 수 있다.
도5는, 본 발명의 상세 설명도(버스바 전극의 소성)을 나타낸다.
도5의 (a)는 버스바 전극을 은 100%, NTA 0%(중량비)로 소성한 예를 모식적으로 나타내고, 도5의 (b)는 버스바 전극을 은 50%, NTA 50%(중량비)로 소성한 예를 모식적으로 나타내고, 도5의 (c)는 버스바 전극을 NTA 100%(중량비)로 소성한 예를 모식적으로 나타낸다. 소성시간은, 길어도 1분 이내이고, 1∼3초 이상으로 하였다.
도5의 (a)와 도5의 (b)와 도5의 (c)에서 도면에 나타내는 바와 같이 거의 동일한 구조가 되도록 형성된 태양전지의 시작실험(試作實驗)에서는 하기와 같은 실험결과가 얻어졌다.
태양전지의 변환효율
도5의 (a)의 Ag 100%, NTA 0% 평균 약 17.0%
도5의 (b)의 Ag 50%, NTA 50% 평균 약 17.0%
도5의 (c)의 Ag 0%, NTA 100% 평균 약 17.2%
시작실험의 결과는, 버스바 전극의 패턴을 인쇄하는 재료로서, 도5의 (a)와, 도5의 (b)에서는 태양전지를 형성하였을 때의 변환효율이 평균 약 17.0%로 거의 동일한 결과가 얻어지고, 또한 도5의 (c)에서는 변환효율이 평균 약 17.2%가 얻어졌다. 이들 도5의 (a)부터 (c)의 모두는 거의 동일한 변환효율의 범위 내이거나 혹은 도5의 (c)의 NTA 100%가 약간 높은 변환효율인 것이 초기실험결과로부터 판명되었다. 한편 NTA 글라스는 바나듐(vanadium), 바륨(barium), 철(鐵)로 구성되고, 특히 철은 내부적으로 강하게 결합되어 상기 내부에 머물러 있어, 다른 재료와 혼합되더라도 그 결합성은 극히 작은 성질을 갖는 것(일본국 특허 제5333976호 등을 참조), 또한 이미 설명한 본 발명의 고전자농도영역과 리드선 사이의 경로(경로1과, 경로2가 병렬)의 개선에 의한 것으로 추측된다.
도6 및 도7은, 본 발명의 설명도(버스바 전극)를 나타낸다.
도6의 (a) 및 도6의 (b)는 NTA 50%, Ag 50%의 것으로서, 도6의 (a)는 전체 평면도를 나타내고, 도6의 (b)는 확대도를 나타낸다. 도7의 (c)는 NTA 100%, Ag 0%인 것으로서, 도7의 (c)는 확대도를 나타낸다.
도6의 (a) 및 도6의 (b)에 있어서 버스바 전극(15)은, 도6의 (a)의 전체 평면도에 나타내는 바와 같이 긴 바(bar) 모양의 전극으로서, 이것을 광학현미경에 의하여 확대하면 도6의 (b)에 나타내는 바와 같은 구조가 관찰되었다.
도6의 (b)에 있어서 버스바 전극(15)은, 종래의 Ag와 납 글라스의 프릿(frit)에 의하여 소성되었을 경우에는 Ag가 균일하게 분산되어 있었지만, 본 발명의 Ag와 NTA 글라스의 프릿에 의하여 소성(길어도 1분 이내, 1∼3초 이상의 소성)되었을 경우에는 상기 도6의 (b)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)의 중앙부분에 Ag가 모여서 형성되는 것이 판명되었다. 그 때문에, 발명의 효과의 부분에서 설명한 바와 같이 Ag에 NTA 글라스를 혼입하여 단시간 소성(길어도 1분, 1∼3초 이상의 소성)시키면 Ag가 중앙부분에 모여서 도전성이 향상되고(종래에는 Ag는 균일하게 분산되어 있었던 경우와 비교하여 도전성이 향상되고), 또한 NTA 글라스 자체도 도전성을 갖는 것 등의 종합적인 작용에 의하여 Ag의 비율을 감소시켜서 NTA 글라스를 늘리더라도, 태양전지로서 제조하였을 경우의 변환효율은 상기한 바와 같이 약 16.9%로서 실험에서는 거의 동일한 결과가 얻어졌다.
한편 소성온도는, 500℃에서 900℃이지만, 태양전지로서 형성하였을 경우에 최적의 온도를 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다. 지나치게 낮아도 지나치게 높아도 도6의 (b)와 같은 구조가 얻어지지 않아, 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다.
도7의 (c)에 있어서 버스바 전극(15)은, 도면에 나타내는 중앙부분의 가로방향의 폭이 넓은 바 모양의 전극으로서, 본 발명에 관한 NTA 100%인 확대사진의 일례를 나타낸다.
이 도7의 (c)의 버스바 전극(15)은, 세로방향으로 폭이 좁은 핑거 전극(14)이 상기 버스바 전극(15)을 관통하여 상측으로 조금 돌출된 부분이 있고, 또한 상기 돌출된 부분의 주위가 원래의 핑거 전극(14)의 폭보다 굵게 되어 있는 것이 판명되었다. 그리고 도면에 나타내는 버스바 전극(15)의 위에, 상기 버스바 전극(15)의 폭과 동일하거나 약간 작거나 또는 약간 큰 폭으로, 후술하는 도8에서 상세하게 설명하는 바와 같이 초음파 납땜함으로써, 이미 설명한 경로1(고전자농도영역(12)), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1) 및 경로2(고전자농도영역(12)), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2)의 양쪽 경로에서 고농도전자영역과 상기 리드선을 도전시켜서 접속하여, 전자(전류)의 손실을 감소시켜서 외부로 효율적으로 꺼내는 것이 가능하게 되어, 도6의 (a), (b)와 거의 동일한 변환효율 또는 약간 높은 변환효율(약 17.2%)이 얻어졌다.
한편 소성온도는, 도6의 (a), (b)와 거의 동일한 500℃에서 900℃이지만, 태양전지로서 형성하였을 경우에 최적의 온도를 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다. 지나치게 낮아도 지나치게 높아도 도7의 (c)와 같은 구조가 얻어지지 않아, 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다.
도8은, 본 발명의 설명도(초음파 납땜)를 나타낸다. 이것은, 이미 설명한 도7의 (c)의 NTA 100%인 경우의 것이다(또한 마찬가지로 도6의 (a), (b)에 적용하더라도 좋다).
도8의 (a)는, 핑거 전극(14)을 소성한 후의 상태를 나타낸다.
도8의 (b)는, 도8의 (a)의 버스바 전극(15)의 위에, 점선으로 나타내는 여기에서는 약간 큰(혹은 동일하거나 또는 작더라도 좋다) 리드선(17)을 납땜하는 종래의 예를 나타낸다. 이 종래의 예에서는, 통상의 납땜에 의하여 이루어지기 때문에 핑거 전극(14)이 돌출된 부분(Ag)과 리드선(17)은 땜납에 의하여 접합(solder joint)되지만, 핑거 전극(14)이 돌출되어 있지 않은 부분(NTA 100%인 부분)과 리드선(17)은 충분하게 땜납에 의하여 접합되지 않아 기계적 강도가 충분한 것은 아니다. 한편 후술하는 도8의 (c)의 초음파 납땜하였을 경우에는, 땜납에 의하여 접합되어 기계적 강도가 대폭적으로 향상되었다.
도8의 (c)는, 도8의 (a)의 버스바 전극(15)(도7의 (c)의 버스바 전극(15))의 위에, 점선으로 나타내는 약간 큰 리드선(17)을 초음파 납땜하는 본 발명의 예를 나타낸다. 이 본 발명의 예에서는, 초음파 납땜에 의하여 이루어지기 때문에 핑거 전극(14)이 돌출된 부분(Ag)과 리드선(17)은 땜납에 의하여 접합되고, 또한 핑거 전극(14)이 없는 부분(NTA 100%인 부분)과 리드선(17)도 땜납에 의하여 접합되어 기계적 강도가 대폭적으로 향상됨과 아울러, 이미 설명한 경로2(고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로2)의 도전성이 향상되었다.
도9는, 본 발명의 측정예(효율)를 나타낸다. 본 도9는, 이미 설명한 버스바 전극(15)에 대하여, NTA를 100%에서 70%로 변화시켰을 때의 양호한 측정예로서, 도9의 가로축은 샘플(sample)의 번호를 나타내고, 세로축은 효율(%)을 나타낸다. 샘플은,
·NTA 100% Ag 0%
·NTA 90% Ag 10%
·NTA 80% Ag 20%
·NTA 70% Ag 30%
로 하고, 이들에 의하여 태양전지를 형성하고, 각 측정결과(효율)는 도면에 나타내는 바와 같다. 한편 초기실험이기 때문에 측정결과에는 도면에 나타내는 바와 같이 상당한 편차가 있지만, 16.9에서 17.5의 범위 내에 들어가 있어, NTA 100%로 버스바 전극(15)을 형성(즉 Ag 없이 형성)하여 태양전지를 제조하였을 경우에도, NTA 70%(혹은 또 80%, 90%)에 비하여 동일한 정도 또는 약간 높은 효율이 얻어져서, NTA 100%에서도 사용할 수 있는 것이 판명되었다(발명자들은 이 사실을 발견하였다).
11 : 실리콘 기판
12 : 고전자농도영역(확산도핑)
13 : 절연막(질화 실리콘막)
14 : 전자취출구(핑거 전극)
15 : 버스바 전극
16 : 이면전극
17 : 리드선

Claims (18)

  1. 기판(基板) 위에 빛(光) 등을 조사(照射)하였을 때에 고전자농도(高電子濃度)를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 상기 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막(絶緣膜)을 형성하고, 상기 절연막에 형성된 전자취출구(電子取出口)로부터 전자를 꺼내는 버스 전극(bus 電極)을 갖는 태양전지(太陽電池)에 있어서,
    상기 버스 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트(導電性 paste)에 글라스 프릿(glass frit)으로서, 적어도 바나듐(vanadium) 혹은 바나듐과 바륨(barium)을 포함하는 바나딘산염 글라스(vanadate glass)로서, 상기 바나딘산염 글라스의 전자도전성(電子導電性) 또한 내광성(耐光性)을 갖는 도전성 글라스를 중량비 100%로 소성(燒成)하여 버스 전극을 형성하고, 도전성 페이스트로서 상기 도전성 글라스를 100% 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 글라스를 중량비 100% 대신에, 도전성 글라스를 중량비 70% 이상 100% 미만으로 하고 나머지를 은(銀)으로 한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 글라스를 혼입(混入)하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 1초 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도전성 글라스를 혼입(混入)하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 1초 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 도전성 글라스는, 무연(無鉛 ; Pb free)인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 전자취출구를 소성하였을 때에, 상기 전자취출구가 상기 고전자농도영역에 일단(一端)을 갖고, 또한 타단(他端)은 버스 전극의 상면의 높이와 동일한 부분 혹은 관통하여 상면으로 돌출된 부분을 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 소성하여 형성된 버스 전극의 위에 상기 리드 전극(lead 電極)을 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 소성하여 형성된 버스 전극의 위에 리드 전극을 초음파 납땜에 의하여 형성하고, 리드 전극이 접하는 버스 전극, 전자취출구 및 그 이외의 부분에 접합하여, 상기 리드 전극의 접착강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  9. 기판 위에 빛 등을 조사하였을 때에 고전자농도를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 상기 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 형성된 전자취출구로부터 전자를 꺼내는 버스 전극을 갖는 태양전지의 제조방법에 있어서,
    상기 버스 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트에 글라스 프릿으로서, 적어도 바나듐(vanadium) 혹은 바나듐과 바륨(barium)을 포함하는 바나딘산염 글라스(vanadate glass)로서, 상기 바나딘산염 글라스의 전자도전성(電子導電性) 또한 내광성(耐光性)을 갖는 도전성 글라스를 중량비 100%로 소성하여 버스 전극을 형성하고, 도전성 페이스트로서 상기 도전성 글라스를 100% 사용하는 스텝(step)을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도전성 글라스를 중량비 100% 대신에, 도전성 글라스를 중량비 70% 이상 100% 미만으로 하고 나머지로서 은을 혼입하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 도전성 글라스를 혼입하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 1초 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 도전성 글라스를 혼입하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 1초 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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