KR101968788B1 - 태양전지용 인터커넥터 재료, 태양전지용 인터커넥터, 및 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀 - Google Patents
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Abstract
Al 기재(10) 표면에, 기재측으로부터 차례로 두께가 0.2㎛ 이상인 Ni 도금층(20) 및 Sn 도금층(30)을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 제공한다. 본 발명에 의하면, 동을 실질적으로 함유하지 않아 비교적 저렴하고, 또한, 납땜의 열이력에 의해 피막의 균열이나 박리 등의 문제가 발생하는 것이 효과적으로 방지된 태양전지용 인터커넥터 재료, 및 태양전지용 인터커넥터를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지용 인터커넥터 재료, 태양전지용 인터커넥터, 및 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀에 관한 것이다.
태양전지용 인터커넥터는, 주로, 결정 Si로 이루어지는 태양전지 셀의 사이를 연결해, 태양전지 셀이 변환한 전기 에너지를 집전하는 역할을 하는 배선재이다. 최근, 이와 같은 태양전지용 인터커넥터 재료로서 평각 동선(平角銅線)을 용융 땜납 도금으로 피복한 땜납 피복 평각 동선이 사용되고 있다.
그러나, 이와 같은 땜납 피복 평각 동선을 태양전지용 인터커넥터 재료로 사용하는 경우에는, 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 땜납 피복 평각 동선과 태양전지 셀을 납땜에 의해 접합했을 때의 열이력에 의해, 땜납에 포함되는 Sn이 평각 동선을 구성하는 Cu 내로 확산하여 Cu-Sn의 금속간 화합물이 생성되고, 이와 같은 Cu-Sn의 금속간 화합물은 무르기 때문에, 커켄들 보이드(Kirkendall void, 공공)의 생성이나 크랙(crack)의 원인이 되어 품질면에서 떨어진다는 문제가 있다.
이에 대해, 예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 평각 알루미늄 기재에 동 도금을 실시하고, 이것을 용융 땜납 도금으로 피복한 태양전지용 인터커넥터 재료가 제안되고 있다. 이 특허 문헌 1은 평각 알루미늄 기재에 동 도금을 실시하는 것이지만, 동이 고가이기 때문에, 동을 사용하지 않는 보다 저렴한 인터커넥터 재료가 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 실정을 감안해 이루어진 것으로서, 그 목적은, 동을 실질적으로 함유하지 않아 비교적 저렴하며, 또한, 납땜의 열이력에 의해 피막의 균열이나 박리 등의 문제가 발생하는 것이 효과적으로 방지된 태양전지용 인터커넥터 재료, 및 태양전지용 인터커넥터를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 태양전지용 인터커넥터를 이용해 얻어지는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀을 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명자들은, Al 기재 표면에, 기재측으로부터 차례로 두께가 0.2㎛ 이상인 Ni 도금층 및 Sn 도금층을 갖는 태양전지용 인터커넥터 재료에 의해, 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아내, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 의하면, Al 기재 표면에, 기재측으로부터 차례로 두께가 0.2㎛ 이상인 Ni 도금층 및 Sn 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 인터커넥터 재료가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 태양전지용 인터커넥터 재료의 Sn 도금층의 표면에 땜납층을 형성함으로써 얻어지고, Al 기재 표면에, 기재측으로부터 차례로 Sn-Ni 합금층 및 땜납층을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 인터커넥터가 제공된다.
본 발명의 태양전지용 인터커넥터에 있어서, 상기 Sn-Ni 합금층은, 상기 Ni 도금층 및 상기 Sn 도금층에, 상기 땜납층을 형성할 때의 열에 의해 확산을 일으키게 함으로써 형성된 것으로, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석법에 의해 분석했을 때의 상기 Sn-Ni 합금층의 Ni 강도와 열확산 전의 상기 Ni 도금층의 Ni 강도의 비가, 'Sn-Ni 합금층의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층의 Ni 강도'의 비율로 0.15 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지용 인터커넥터에 있어서, 상기 Sn-Ni 합금층이 상기 Al 기재 표면을 덮도록 연속적으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 어느 하나의 태양전지용 인터커넥터를 태양전지 셀에 접속해 이루어지는 것을 특징으로 하는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀이 제공된다.
본 발명의 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀에 있어서, 상기 태양전지용 인터커넥터와 상기 태양전지 셀은 납땜으로 접속되고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 동을 실질적으로 사용할 필요가 없기 때문에 비교적 저렴하고, 또한, 납땜의 열이력에 의해 피막의 균열이나 박리 등의 문제가 발생하는 것이 효과적으로 방지된 태양전지용 인터커넥터 재료, 태양전지용 인터커넥터, 및 이와 같은 태양전지용 인터커넥터를 이용해 얻어지는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀을 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터 재료(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 미만으로 한 태양전지용 인터커넥터(200a)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4의 (A)는 실시예 2의 태양전지용 인터커넥터 시료의 단면 사진이고, (B)는 비교예 1의 태양전지용 인터커넥터 시료의 단면 사진이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 미만으로 한 태양전지용 인터커넥터(200a)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4의 (A)는 실시예 2의 태양전지용 인터커넥터 시료의 단면 사진이고, (B)는 비교예 1의 태양전지용 인터커넥터 시료의 단면 사진이다.
이하, 도면에 기초해 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
〈태양전지용 인터커넥터 재료〉
도 1은 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터 재료(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터 재료(100)는, Al 기재(10)의 양면에 Ni 도금층(20) 및 Sn 도금층(30)을 차례로 형성해 이루어진다.
Al 기재(10)를 구성하는 알루미늄판으로는, 특별히 한정되지 않고, 순알루미늄(pure aluminum)판이나, JIS 규격의 1000계, 2000계, 3000계, 5000계, 6000계, 7000계의 모든 알루미늄 합금판을 이용할 수 있지만, 그 중에서도 1000계의 O재(어닐링 처리에 의해 가장 연한 상태로 만든 것)가 특히 바람직하다. Al 기재(10)의 두께는, 특별히 한정되지 않고, 태양전지용 인터커넥터로서 충분한 도전성을 확보할 수 있는 두께로 하면 되지만, 바람직하게는 0.1 내지 0.5㎜이다.
Ni 도금층(20)은, Al 기재(10) 상에 니켈 도금을 실시함으로써 형성된다. Al 기재(10) 상에 Ni 도금층(20)을 형성하는 방법으로는, 특별히 한정되지 않지만, Al 표면 상에 Ni 도금층을 직접 마련하는 것은 곤란하기 때문에, 미리 Zn층을 치환 도금에 의해 형성한 후, 그 위에 Ni 도금층을 형성하는 것이 바람직하다. 이하, 하지층으로서 Zn층을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
우선, Al 기재(10)를 구성하는 순알루미늄판 또는 알루미늄 합금판에 대해 탈지 처리를 행하고, 계속해서, 산성 에칭 및 스멋 제거(desmutting)를 행한 후, Zn의 치환 도금을 행한다. Zn의 치환 도금은 질산 침지 처리, 제1 Zn 치환 처리, 질산 아연 박리 처리, 제2 Zn 치환 처리의 각 공정을 거침으로써 행해진다. 이 경우, 각 공정의 처리 후에는 수세 처리를 실시한다. 한편, 제1 Zn 치환 처리 및 제2 Zn 치환 처리에 의해 형성되는 Zn층은, Ni 도금을 실시할 때 약간 용해된다. 이 때문에, Zn층은 Ni 도금 후 상태에서의 피막량이, 바람직하게는 5 내지 500 ㎎/㎡의 범위, 보다 바람직하게는 30 내지 300 ㎎/㎡의 범위가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 한편, Zn층의 피막량은, 처리액 중의 Zn 이온의 농도 및 제2 Zn 치환 처리에서 처리액 중에 침지하는 시간을 적절하게 선택함으로써 조정할 수 있다.
계속해서, 하지층으로서의 Zn층 위에 Ni 도금을 실시함으로써 Ni 도금층(20)을 형성한다. Ni 도금층(20)은 전기 도금법 또는 무전해 도금법의 어느 도금법을 이용해 형성해도 된다. Ni 도금층(20)의 두께는 0.2㎛ 이상이고, 바람직하게는 0.2 내지 3.0㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0㎛이다. Ni 도금층(20)은, 후술하는 바와 같이, 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 구성하는 Sn 도금층(30) 상에 땜납층을 형성했을 때, 땜납층을 형성할 때의 열에 의해 Sn 도금층(30)으로 확산함으로써 Ni-Sn 합금층을 형성하게 되는 층이다.
Sn 도금층(30)은, Ni 도금층(20) 상에 Sn 도금을 실시함으로써 형성된다. Sn 도금층(30)은 전기 도금법 또는 무전해 도금법의 어느 도금법을 이용해 형성해도 된다. Sn 도금층(30)의 두께는 바람직하게는 0.5 내지 3.0㎛이다. Sn 도금층(30)의 두께가 너무 얇으면, Sn 도금층(30) 상에 땜납층을 형성할 때의 땜납 젖음성이 저하되어, 양호한 땜납층을 형성하기 어려워진다. 한편, Sn 도금층(30)의 두께가 너무 두꺼우면, 두께를 증가시키는 것에 의한 땜납 젖음성의 향상 효과가 포화되기 때문에, 비용면에서 불리하게 된다.
〈태양전지용 인터커넥터〉
도 2는 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터(200)의 구성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터(200)는, 도 1에 나타내는 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 이용해 태양전지용 인터커넥터 재료(100)의 Sn 도금층(30) 상에 땜납층(50)을 형성함으로써 제조되고, 도 2에 나타내는 바와 같이, Al 기재(10)의 양면에 Sn-Ni 합금층(40) 및 땜납층(50)을 차례로 형성해 이루어진다.
땜납층(50)은, 도 1에 나타내는 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 구성하는 Sn 도금층(30) 상에, 용융 땜납 도금을 실시함으로써 형성할 수 있다. 한편, 본 실시 형태에서는, 용융 땜납 도금에 의해 땜납층(50)을 형성함으로써, 땜납층(50)을 형성할 때의 열에 의해, 도 1에 나타내는 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 구성하는 Ni 도금층(20)과 Sn 도금층(30) 사이에 확산이 일어나, 이에 따라, 도 2에 나타내는 바와 같이, 땜납층(50) 밑에 Sn-Ni 합금층(40)이 형성되게 된다.
한편, 땜납층(50)을 형성할 때의 용융 땜납 도금의 욕온은, 바람직하게는 140 내지 300℃이고, 보다 바람직하게는 180 내지 250℃이다. 또한, 용융 땜납 도금을 행할 때의 침지 시간은 바람직하게는 3 내지 15초이다. 용융 땜납 도금의 욕온이 너무 낮은 경우나, 용융 땜납 도금을 행할 때의 침지 시간이 너무 짧은 경우에는, 땜납층(50)의 형성이 불충분하게 되고, 한편, 용융 땜납 도금의 욕온이 너무 높은 경우나, 용융 땜납 도금을 행할 때의 침지 시간이 너무 긴 경우에는, 땜납층(50)에 포함되는 Sn 성분이 Al 기재(10)까지 확산되어, Al과 Sn 사이에 고용경화가 일어나, Sn-Ni 합금층(40)의 균열이나 박리가 발생하는 경우가 있다.
땜납층(50)의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 10 내지 30㎛, 보다 바람직하게는 15 내지 30㎛이다.
Sn-Ni 합금층(40)은, 전술한 바와 같이, 땜납층(50)을 형성할 때, 도 1에 나타내는 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 구성하는 Ni 도금층(20)과 Sn 도금층(30)의 사이에서 확산이 일어남으로써 형성되는 합금층이다. 본 실시 형태에서는, Sn-Ni 합금층(40)을 구성하게 되는 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 이상, 바람직하게는 0.2 내지 3.0㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0㎛로 하고 있기 때문에, 열확산 후의 Sn-Ni 합금층(40)을 Al 기재(10)의 표면을 덮도록 연속적으로 형성할 수 있다. 즉, 열확산 후의 Sn-Ni 합금층(40)을 불연속 부분이 없는 형태로 형성할 수 있다.
한편, 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 미만으로 한 경우에는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 땜납층(50)을 형성했을 때에 형성되는 열확산 후의 Sn-Ni 합금층(40a)에 불연속 부분(41)이 발생하게 된다. 그리고, 불연속 부분(41)이 발생한 경우에는, 이 불연속 부분(41)을 기점으로 하여 Al 기재(10)와 Sn-Ni 합금층(40a)의 밀착성이 저하되어, Sn-Ni 합금층(40a)의 균열이나 박리가 발생하기 쉬워지는 문제나, 가공시 등에 발생한 크랙을 통해 부식물이 진입한 경우에, 이 불연속 부분(41)에서 부식물에 기인하는 전위차가 발행해 부식이 진행되게 된다는 문제가 생기게 된다.
이에 대해, 본 실시 형태에 의하면, Sn-Ni 합금층(40)을 구성하게 되는 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 이상으로 함으로써, 열확산 후의 Sn-Ni 합금층(40)을 Al 기재(10)의 표면을 덮도록 연속적으로 형성할 수 있어, 이에 따라, 상기 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 한편, 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께가 너무 두꺼우면, 두께를 증가시키는 것에 의한 효과가 포화되기 때문에, 비용면에서 불리하게 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석법에 의해 분석했을 때의 Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도가 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도에 대해, 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율로 0.15 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.18 이상, 더 바람직하게는 0.34 이상이다. 한편, 그 비율의 상한은 1 이하이다.
'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율을 상기 범위로 함으로써, Sn-Ni 합금층(40) 중에 함유되는 Sn 성분이 Al 기재(10) 중으로 확산하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, Sn 성분이 Al 기재(10) 중으로 확산됨으로써 발생하는 문제, 즉, Al과 Sn 사이에 고용경화가 일어나, Sn-Ni 합금층(40)의 균열이나 박리가 발생하는 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율이 너무 낮으면, 즉, Sn-Ni 합금층(40) 중의 Ni 함유 비율이 작고, Sn 함유 비율이 너무 크면, Sn-Ni 합금층(40) 중의 Sn 성분이 Al 기재(10) 중으로 확산되어 Al과 Sn 사이에 고용경화가 일어나, Sn-Ni 합금층(40)의 균열이나 박리가 발생하는 경우가 있다.
한편, 본 실시 형태에서, 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'는, 예를 들어, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석 장치를 이용해, Sn-Ni 합금층(40) 및 열확산 전의 Ni 도금층(20)을 Ar 플라즈마에 의해 스퍼터링하면서 측정을 행하여, Sn-Ni 합금층(40) 중 및 열확산 전의 Ni 도금층(20) 중에서 각각 가장 Ni 강도가 높았던 부분의 데이터를, 각각 Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도 및 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도로 구하고, 이들을 이용해 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'를 산출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율을 상기 범위로 하는 방법으로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 이상으로 하고, 땜납층(50)을 형성할 때의 용융 땜납 도금의 욕온, 및 용융 땜납 도금을 행할 때의 침지 시간을 전술한 범위로 제어하는 방법 등을 들 수 있다.
한편, 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터(200)로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, Al 기재(10) 위에 직접 Sn-Ni 합금층(40)이 형성되는 구성을 대신해, Al 기재(10) 위에 Ni 도금층(20)을 개재해 Sn-Ni 합금층(40)이 형성되는 구성이라도 무방하다. 특히, 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 두께나, 땜납층(50)을 형성할 때의 용융 땜납 도금의 욕온 및 용융 땜납 도금을 행할 때의 침지 시간에 따라서는, Ni 도금층(20) 중에의 Sn 성분의 확산이 완전하게 진행되지 않는 경우도 있다. 이 때문에, 이와 같은 경우에는, Al 기재(10)와 Sn-Ni 합금층(40) 사이에 Ni 도금층(20)이 잔존하게 된다.
본 실시 형태의 태양전지용 인터커넥터(200)는, 땜납층(50)을 형성할 때의 열에 의해, 두께 0.2㎛ 이상의 Ni 도금층과 Sn 도금층(30) 사이에 확산이 일어남으로써 형성되는 Sn-Ni 합금층(40)을 구비하는 것이기 때문에, 납땜의 열이력에 의해 Sn-Ni 합금층(40)의 균열이나 박리 등의 문제가 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 게다가, 본 실시 형태의 태양전지용 인터커넥터(200)는, 동을 실질적으로 함유하지 않기 때문에 비교적 저렴해 비용면에서도 유리하다.
이 때문에, 본 실시 형태의 태양전지용 인터커넥터(200)를 이용해, 태양전지용 인터커넥터(200)와 태양전지 셀을 납땜에 의해 접속함으로써 얻어지는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀은, 품질면에서 양호하고, 게다가, 비용면에서도 뛰어난 것이다.
한편, 이와 같은 본 실시 형태의 태양전지용 인터커넥터(200)로는, 예를 들어, 길이가 긴 Al판(코일)의 양면에 전술한 방법에 따라 Sn-Ni 합금층(40) 및 땜납층(50)을 차례로 형성한 것을, 필요한 폭으로 절단(slit)함으로써 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 얻어지는 태양전지용 인터커넥터(200)는, 상하면에 Sn-Ni 합금층(40) 및 땜납층(50)이 형성되는 한편, 두께 방향을 형성하는 면(절단면)에는 이들 Sn-Ni 합금층(40) 및 땜납층(50)이 형성되지 않게 된다.
혹은, 본 실시 형태의 태양전지용 인터커넥터(200)로는, 예를 들어, 평각 Al선의 표면 전체에, 전술한 방법에 따라 Sn-Ni 합금층(40) 및 땜납층(50)을 형성함으로써 얻을 수도 있다. 그리고, 이 경우에 얻어지는 태양전지용 인터커넥터(200)는, 전술한 방법과는 달리 절단 공정을 거치지 않기 때문에, 전술한 특허 문헌 1(일본 특허공개 2006-49666호 공보)에 기재된 인터커넥터와 마찬가지로, 상하면 및 두께 방향을 형성하는 면 모두에 Sn-Ni 합금층(40) 및 땜납층(50)이 형성된 것이 된다.
한편, 본 실시 형태에 따른 태양전지용 인터커넥터(200)의 사이즈는, 특별히 한정되지 않지만, 두께가 통상적으로 0.1 내지 0.7㎜, 바람직하게는 0.1 내지 0.5㎜이고, 폭이 통상적으로 0.5 내지 10㎜, 바람직하게는 1 내지 6㎜이다. 한편, 길이에 대해서는, 태양전지의 배열 등에 따라 적절하게 설정하면 된다.
《실시예》
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
〈실시예 1〉
Al 기재(10)를 형성하기 위한 재료로서, A1100계의 O재를 준비했다(두께 0.3㎜, 폭 40㎜, 길이 120㎜). 그리고, Al 기재를 알칼리액으로 탈지하고, 계속해서 황산 중에서 에칭 처리를 실시하고, 질산 중에서 스멋 제거 처리를 실시한 후, 수산화 나트륨: 150 g/L, 로셸염(Rochelle salt): 50 g/L, 산화 아연: 25g/L, 염화제1철 1.5 g/L를 포함하는 처리액 중에 침지해 제1 Zn 치환 처리를 행했다. 계속해서, 제1 Zn 치환 처리를 행한 Al 기재를, 400 g/L의 질산 수용액 중에 침지해 치환 석출한 Zn을 제거한 후, 제1 Zn 치환 처리에서 이용한 처리액과 같은 처리액 중에 10초간 침지함으로써 제2 Zn 치환 처리를 실시해, 100 ㎎/㎡의 피막량으로 Al 기재 상에 Zn층을 형성했다.
계속해서, Zn층을 형성한 Al 기재(10)에 대해 하기 조건으로 니켈 도금을 행해, Zn층 상에 두께 0.2㎛의 Ni 도금층(20)을 형성했다.
욕 조성: 황산 니켈 250 g/L, 염화 니켈 45 g/L, 붕산 30 g/L
pH: 3 내지 5
욕온: 60℃
전류 밀도: 1 내지 5 A/d㎡
계속해서, Ni 도금층(20)을 형성한 Al 기재(10)에 대해, 하기 조건으로 주석 도금을 행해, Ni 도금층 상에 두께 0.5㎛의 Sn 도금층(30)을 형성함으로써, 도 1에 나타내는 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를 얻었다.
욕 조성: 황산 제1주석 30 g/L, 황산 70 ml/L, 적당량의 광택제 및 산화 방지제
pH: 1 내지 2
욕온: 40℃
전류 밀도: 5 내지 10 A/d㎡
계속해서, 얻어진 태양전지용 인터커넥터 재료(100)를, 욕온을 200℃로 조정한 Sn-Pb 땜납으로 이루어지는 용융 땜납 도금조에 3초간 침지함으로써, 두께 20㎛의 땜납층(50)을 형성해, 도 2에 나타내는 태양전지용 인터커넥터(200)를 제조했다. 한편, 본 실시예에서 제조한 태양전지용 인터커넥터(200)는 절단 전의 것으로서, 그 사이즈는 폭 40㎜, 길이 120㎜이고, 태양전지의 배열 등에 맞춰 절단함으로써 태양전지용 인터커넥터로서 적절하게 사용 가능한 것이다. 그리고, 얻어진 태양전지용 인터커넥터 재료(100) 및 태양전지용 인터커넥터(200)를 이용해, 이하의 방법에 따라 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율 및 Sn-Ni 합금층(40)의 연속성의 평가를 행했다.
'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율은, 다음 방법에 의해 측정했다. 즉, 우선, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석 장치(GDS-3860, 리가쿠사 제품)를 이용해, 고주파 전력: 40 W, 광전자증배관(Photomultiplier Tube) 전압(Ni): 370 V의 조건으로, Sn-Ni 합금층(40) 및 열확산 전의 Ni 도금층(20)을 Ar 플라즈마에 의해 스퍼터링하면서 측정을 행했다. 그리고, 얻어진 측정 데이터로부터, Sn-Ni 합금층(40) 중 및 열확산 전의 Ni 도금층(20) 중에서 각각의 Ni 강도의 피크치를 얻고, 각각을 Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도 및 열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도로 하여 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'를 산출했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, Sn-Ni 합금층(40)의 연속성은, 태양전지용 인터커넥터(200)의 단면을 전계 방출형 주사 전자현미경(FE-SEM)(JSM-6330F, 일본전자사 제품)에 의해 관찰함으로써 평가했다. 전계 방출형 주사 전자현미경에 의한 관찰의 결과, Sn-Ni 합금층(40)에, 도 3에 나타낸 바와 같은 불연속 부분, 즉, 땜납층(50)이 직접 Al 기재(10) 표면에 접촉하고 있는 부분(Al 기재(10) 표면에서 Ni의 함유 비율이 실질적으로 제로인 부분)이 관찰되는 경우에는, Sn-Ni 합금층(40)의 연속성 '없음'이라고 판단하고, 불연속 부분이 관찰되지 않는 경우에는 Sn-Ni 합금층(40)의 연속성 '있음'이라고 판단했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
〈실시예 2 내지 4〉
Ni 도금층(20)의 두께를 각각 0.5㎛(실시예 2), 1㎛(실시예 3), 및 1.5㎛(실시예 4)로 변경한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 태양전지용 인터커넥터 재료(100) 및 태양전지용 인터커넥터(200)를 제조하고, 동일하게 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
〈실시예 5〉
땜납층(50)을 형성할 때의 용융 땜납 도금조의 온도를 200℃에서 250℃로 변경하고, 땜납층(50)을 두께 20㎛로 형성한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 태양전지용 인터커넥터 재료(100) 및 태양전지용 인터커넥터(200)를 제조하고, 동일하게 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
〈실시예 6 내지 8〉
Ni 도금층(20)의 두께를 각각 0.5㎛(실시예 6), 1㎛(실시예 7), 및 1.5㎛(실시예 8)로 변경한 것 외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여, 태양전지용 인터커넥터 재료(100) 및 태양전지용 인터커넥터(200)를 제조하고, 동일하게 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
〈비교예 1, 2〉
Ni 도금층(20)의 두께를 각각 0.1㎛(비교예 1) 및 0.15㎛(비교예 2)로 변경한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 태양전지용 인터커넥터 재료(100) 및 태양전지용 인터커넥터(200)를 제조하고, 동일하게 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
〈비교예 3, 4〉
Ni 도금층(20)의 두께를 각각 0.1㎛(비교예 3) 및 0.15㎛(비교예 4)로 변경한 것 외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여, 태양전지용 인터커넥터 재료(100) 및 태양전지용 인터커넥터(200)를 제조하고, 동일하게 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타내는 바와 같이, Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 이상으로 한 실시예 1 내지 8에서는, 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율이 모두 높고, 또한, 모두 Sn-Ni 합금층(40)이 Al 기재(10) 표면을 덮도록 연속적으로 형성되고 있어, 도 3에 나타내는 바와 같은 불연속 부분은 확인되지 않았다.
한편, Ni 도금층(20)의 두께를 0.2㎛ 미만으로 한 비교예 1 내지 4에서는, 'Sn-Ni 합금층(40)의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층(20)의 Ni 강도'의 비율이 모두 낮고, 또한, 모두 Sn-Ni 합금층(40)에 불연속 부분이 확인되어, Sn-Ni 합금층(40)이 연속성을 갖지 않는 것이었다.
여기에서, 도 4의 (A)에 실시예 2의 태양전지용 인터커넥터 시료의 단면 사진을, 도 4의 (B)에 비교예 1의 태양전지용 인터커넥터 시료의 단면 사진을 각각 나타냈다. 도 4의 (A)로부터도 확인할 수 있듯이, 실시예 2에서는 Sn-Ni 합금층(40)에 불연속 부분이 존재하지 않고, Sn-Ni 합금층(40)이 Al 기재(10) 표면을 덮도록 연속적으로 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다. 한편, 비교예 1에서는, Sn-Ni 합금층(40)에 불연속 부분이 존재해, Sn-Ni 합금층(40)은 연속성을 갖지 않는 것을 확인할 수 있다.
100…태양전지용 인터커넥터 재료
200…태양전지용 인터커넥터
10…Al 기재
20…Ni 도금층
30…Sn 도금층
40…Sn-Ni 도금층
50…땜납층
200…태양전지용 인터커넥터
10…Al 기재
20…Ni 도금층
30…Sn 도금층
40…Sn-Ni 도금층
50…땜납층
Claims (6)
- Al 기재 표면에, 기재측으로부터 차례로, 두께가 0.2㎛ 이상인 Ni 도금층 및 Sn 도금층을 형성하는 단계와, Al 기재에 상기 Ni 도금층 및 Sn 도금층이 형성된 상태에서, 상기 Sn 도금층의 표면에 용융 땜납 도금에 의해 땜납층을 형성하는 단계를 갖는 태양전지용 인터커넥터의 제조 방법으로서,
상기 용융 땜납 도금을 욕온 140℃ 내지 300℃, 침지 시간 3 내지 15초의 조건에서 행하여, 상기 용융 땜납 도금을 행할 때의 열에 의해 상기 Ni 도금층 및 상기 Sn 도금층을 확산시켜 Sn-Ni 합금층을 형성하고,
상기 Sn-Ni 합금층에서, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석법에 의해 분석했을 때의 상기 Sn-Ni 합금층의 Ni 강도와 열확산 전의 상기 Ni 도금층의 Ni 강도의 비를, 'Sn-Ni 합금층의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층의 Ni 강도'의 비율로 0.15 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 인터커넥터의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 땜납층을 형성하는 단계에서, 상기 Sn-Ni 합금층을, 상기 Al 기재 표면을 덮도록 연속적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 인터커넥터의 제조 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 땜납의 두께가 10㎛ 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지용 인터커넥터의 제조 방법. - 태양전지용 인터커넥터를 제조하는 단계와, 상기 태양전지용 인터커넥터를 태양전지 셀에 접속하는 단계를 갖는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀의 제조 방법으로서,
상기 태양전지용 인터커넥터를 제조하는 단계가,
Al 기재 표면에, 기재측으로부터 차례로, 두께가 0.2㎛ 이상인 Ni 도금층 및 Sn 도금층을 형성하는 단계; 및
상기 Al 기재에 상기 Ni 도금층 및 Sn 도금층이 형성된 상태에서, 상기 Sn 도금층의 표면에 용융 땜납 도금에 의해 땜납층을 형성하는 단계를 갖고,
상기 용융 땜납 도금을 욕온 140℃ 내지 300℃, 침지 시간 3 내지 15초의 조건에서 행하여, 상기 용융 땜납 도금을 행할 때의 열에 의해 상기 Ni 도금층 및 상기 Sn 도금층을 확산시켜 Sn-Ni 합금층을 형성하고,
상기 Sn-Ni 합금층에서, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석법에 의해 분석했을 때의 상기 Sn-Ni 합금층의 Ni 강도와 열확산 전의 상기 Ni 도금층의 Ni 강도의 비를, 'Sn-Ni 합금층의 Ni 강도/열확산 전의 Ni 도금층의 Ni 강도'의 비율로 0.15 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 태양전지용 인터커넥터와 상기 태양전지 셀이, 납땜에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 인터커넥터를 구비한 태양전지 셀의 제조 방법. - 삭제
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