KR102039993B1 - 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는 버스 바 전극이 없는 태양전지의 전면전극 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 인접한 행의 핑거 전극 개구부들의 위치를 서로 어긋나게 배치하거나, 각 핑거 전극 개구부의 폭을 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지도록 하거나, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부를 타 핑거 전극 개구부의 그것보다 크게 구성한다. 이에 따라, 태양전지의 전면전극이 버스 바의 역할을 수행할 리본과 적절히 연결될 수 있다. 스텐실 기술의 특성을 고려한 설계에 따라, 스텐실 마스크의 지지력을 향상시킬 수 있으며, 단속적인 핑거 전극 개구부들을 통해 인쇄되어야 하는 핑거 전극들의 연결성을 향상시키고, 핑거 전극들로부터 수집되는 전류의 이동성을 향상시켜 전류 손실을 최소화할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 태양전지용 스텐실 마스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버스 바 전극이 없는 태양전지의 전면전극 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 스텐실 마스크에 관한 것이다.
태양전지는 태양 에너지를 전기로 직접 변환하는 전자소자로서, 일반적으로 실리콘 태양전지가 사용된다. 실리콘 태양전지의 기본적인 구조는 반도체 PN 접합이다. 실리콘 웨이퍼 상에 은 페이스트(Ag paste)나 알루미늄 페이스트(Al paste) 등의 금속 페이스트를 이용하여 전극을 인쇄한 후 열처리를 수행함으로써, 전면전극과 후면전극을 형성한다.
전면전극은 핑거(Finger) 전극과 버스 바(Bus bar) 전극으로 구성되는데, 전면전극의 인쇄는 일반적으로 스크린 인쇄 기술을 이용하여 이루어지고 있다.
도 1은 스크린 인쇄 장비의 예를 보인 것으로서, 지지 하우징(1)이 구비되고, 지지 하우징(1) 위에 실리콘 웨이퍼(2)가 안착된다.
실리콘 웨이퍼(2)의 윗면, 즉 태양광을 수광하는 면에는 스크린 마스크(3)가 놓이게 된다. 스크린 마스크(3)에는 핑거 전극과 버스 바 전극으로 이루어지는 전면전극을 형성하기 위하여 핑거 전극 패턴 및 버스 바 전극 패턴이 형성되어 있다.
도 2는 스크린 마스크(3)의 예를 보인 것으로서, 마스크 프레임(4) 상에 핑거 전극 개구부(5)와 버스 바 전극 개구부(6)가 형성되어 있다. 스크린 마스크(3)에는 금속 페이스트(7)가 놓이며, 스퀴즈(8)가 이동하면서 실리콘 웨이퍼(2)에 금속 페이스트를 제공하여 핑거 전극과 버스 바 전극이 인쇄되도록 한다.
도 3은 실리콘 웨이퍼(2)에 핑거 전극(11)과 버스바 전극(12)이 인쇄된 예를 보인 것으로서, 도 2의 각 전극 개구부 위치에 핑거 전극(11)과 버스 바 전극(12)이 인쇄된다. 후면전극이 형성된 다음에는 전면전극을 형성하고, 열처리 공정을 통해 실리콘 태양전지를 완성한다.
도 4는 메쉬(3-1) 위에 에멀전(3-2)으로 버스 바 전극과 핑거 전극 개구부가 형성된 예를 보인 것으로서, 금속 페이스트는 메쉬(3-1)의 와이어 사이에 있는 공간을 통과하여 흘러 전극을 형성하게 된다.
즉, 스크린 인쇄 기술은 기본적으로 와이어가 서로 교차하여 격자 구조를 이루는 와이어 메쉬(3-1, Wire Mesh)가 지지층 역할을 하고, 포토 리소그라피(Photo-lithography Process) 방법에 의해 패터닝된 에멀전(3-2, Emulsion)으로 각 전극의 개구부가 이루어진다.
그런데, 이와 같이 메쉬(3-1)를 사용하는 스크린 인쇄 기술은 적지 않은 문제점을 가지고 있다.
즉, 와이어로 직조된 구조로 인하여 토출부의 개구율이 50~60%에 불과하므로 인쇄가 잘 되지 않는 영역이 존재하고, 이를 개선하기 위하여 와이어의 직경을 줄이고자 하면 스크린의 제조 비용이 증가한다.
뿐만 아니라, 스크린을 사용하여 인쇄된 전극의 높이가 상대적으로 높지 않아 종횡비가 낮아져 핑거 전극의 선저항이 증가하여 태양전지의 발전 효율에 적합한 전기 전도도를 제공하기 어렵다.
스크린을 사용한 인쇄 전극의 높이가 균일하지 않으며, 와이어로 인해 저점도 페이스트를 사용해야 하므로 퍼짐성이 증가하여 은 페이스트(silver paste)의 소모량이 필요 이상으로 증가할 수 있고, 인쇄 후 전면전극의 도포면적이 증가하여 광 흡수 면적이 감소하는 문제점이 있다.
이러한 스크린 인쇄 기술의 단점을 개선하기 위하여 메쉬를 사용하지 않는 스텐실 인쇄 기술이 사용될 수 있다.
그런데 일부 스텐실 마스크의 제조 방법으로 시도되었던 전기주조법(Electroforming)은 긴 제조 시간과 복잡한 제조 공정, 초기 투자비 등의 문제가 있고, 화학적 에칭 방법은 제조 공정이 복잡하고 앞뒷면의 부정합이 발생할 우려가 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 레이저를 이용하여 직접 전극 개구부를 가공하는 방법이 사용될 수 있다.
한편, 종래 태양전지의 전면전극은 일반적으로 버스 바 전극과 핑거 전극으로 이루어진다.
그런데, 버스 바 전극은 핑거 바 전극에 비해 상대적으로 많은 은(Ag) 페이스트가 사용되고, 빛의 흡수 면적이 감소하여 수집 전류의 손실이 발생하며, 전극 인쇄 중 단차로 인한 전극 연결부의 끊김 현상이 나타날 수 있는 등 여러 가지 문제점이 나타날 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스텐실 인쇄 기술을 이용하여 버스 바가 없는 전면전극 패턴을 형성할 수 있는 태양전지용 스텐실 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 버스 바 전극이 없는 태양전지용 스텐실 마스크에는 핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비된다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는 서로 인접한 개구부 행의 대응되는 위치에 형성된 각 핑거 전극 개구부를 그 위치가 서로 어긋나게 배치한다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 각 개구부 행에서 각 핑거 전극 개구부의 폭은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 핑거 전극 개구부의 양 말단 중 적어도 하나의 말단은 일정한 각도로 한번 이상 꺾인 형태로 형성되도록 구성될 수 있다.
이때 두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분은 서로 평행하게 구성될 수 있다. 또한, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부는 자신과 인접한 두 핑거 전극 개구부의 말단에서 꺾어진 부분의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 폭과 길이 중 적어도 하나 이상은 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 그것보다 크게 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 서로 인접한 개구부 행에 있는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들의 사이에는 적어도 하나 이상의 중간 개구부가 형성되도록 구성될 수 있다.
이때 상기 중간 개구부는 대각선 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 리본이 연결될 핑거 전극을 위한 각 핑거 전극 개구부도 대각선 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는 태양전지에 인쇄된 전면전극이 버스 바의 역할을 수행할 리본과 적절히 연결될 수 있도록 해준다.
특히, 스텐실 기술의 특성을 고려한 설계에 따라, 스텐실 마스크의 지지력을 향상시킬 수 있으며, 단속적인 핑거 전극 개구부들을 통해 인쇄되어야 하는 핑거 전극들의 연결성을 향상시키고, 핑거 전극들로부터 수집되는 전류의 이동성을 향상시켜 전류 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 버스 바가 없는 전면전극을 인쇄함에 따라 은(Ag) 페이스트의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 원가절감에 기여하는 경제적 효과가 있다.
도 1은 스크린 인쇄 장비의 예,
도 2는 스크린 마스크의 예,
도 3은 태양전지에 인쇄된 전면전극의 예,
도 4는 메쉬와 에멀전으로 패턴이 형성된 예,
도 5는 스텐실 인쇄에서 발생할 수 있는 고립 영역을 설명하는 예,
도 6은 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 예,
도 7은 태양전지의 전면전극에 리본이 연결된 예,
도 8은 태양전지의 직렬 연결을 보인 예,
도 9는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조에 관한 예,
도 10은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조의 또 다른 예,
도 11은 핑거 전극 개구부들의 배치에 관한 일 실시예,
도 12는 전류의 이동성을 향상시키기 위한 개구부 구조에 관한 예,
도 13 내지 도 15는 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예,
도 16은 리본과 연결될 핑거 전극과의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예,
도 17은 중간 개구부에 관한 예,
도 18과 도 19은 중간 개구부에 관한 또 다른 예이다.
도 2는 스크린 마스크의 예,
도 3은 태양전지에 인쇄된 전면전극의 예,
도 4는 메쉬와 에멀전으로 패턴이 형성된 예,
도 5는 스텐실 인쇄에서 발생할 수 있는 고립 영역을 설명하는 예,
도 6은 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 예,
도 7은 태양전지의 전면전극에 리본이 연결된 예,
도 8은 태양전지의 직렬 연결을 보인 예,
도 9는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조에 관한 예,
도 10은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조의 또 다른 예,
도 11은 핑거 전극 개구부들의 배치에 관한 일 실시예,
도 12는 전류의 이동성을 향상시키기 위한 개구부 구조에 관한 예,
도 13 내지 도 15는 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예,
도 16은 리본과 연결될 핑거 전극과의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예,
도 17은 중간 개구부에 관한 예,
도 18과 도 19은 중간 개구부에 관한 또 다른 예이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
먼저, 도 4와 도 5를 참조하여 스크린 인쇄 기술과 스텐실 인쇄 기술의 특성을 살펴보기로 한다.
종래의 스크린 인쇄 기술은 메쉬(3-1)에 에멀전(3-2)이 고착되는 방식이기 때문에 메쉬(3-1)가 모든 영역을 지지해주므로, 도 5a에 도시된 예와 같이 자유롭게 패턴을 형성할 수 있다.
그러나, 스텐실 인쇄 기술의 경우에는 도 5b에 도시된 예와 같이 개구부로 둘러싸인 영역 중 주변과 연결되지 않고는 독립적으로 존재할 수 없는 영역(51)이 존재한다. 즉, 'A' 모양의 내부 삼각형 모양(51)은 지지해주는 곳이 없기 때문에 독립적으로 존재할 수 없다.
그러므로, 스텐실 인쇄 기술을 사용할 때는 도 5c에 도시된 예와 같이 개구부로 고립된 영역이 발생하는 경우 주변 기판을 연결할 수 있도록 처리해야 한다.
즉, 전면전극 패턴을 설계할 때는 각 전면전극의 연결 관계를 적절히 설계함으로써, 고립된 영역이 나타나지 않도록 하고, 내구성을 확보할 필요가 있다.
도 6은 본 발명에 따른 스텐실 마스크(100)의 기본적인 구조를 보인 것으로서, 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 핑거 전극 개구부가 형성되어 있으며, 여러 개의 핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비된다.
이러한 스텐실 마스크(100)를 이용하여 전면전극의 인쇄가 이루어지면 각 핑거 전극 개구부들을 통해 페이스트가 태양전지의 표면으로 흘러 번지게 되고, 인접한 핑거 전극 개구부를 통해 흐른 페이스트들이 서로 합쳐지면서 전기적으로 접속된다. 이러한 상황을 고려하여 각 핑거 전극 개구부들의 거리가 결정된다.
도 6에는 각 개구부 행에 8개의 핑거 전극 개구부가 형성되고, 17개의 개구부 행이 구비된 예를 보였지만, 개구부 행의 수, 하나의 개구부 행에 단속적으로 배치되는 핑거 전극 개구부의 수, 인접한 핑거 전극 개구부들 사이의 거리, 개구부 행들 사이의 거리, 핑거 전극 개구부의 모양과 크기 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
특히, 스텐실 마스크(100)에는 버스 바 전극을 위한 개구부가 없다. 버스 바 전극이 없는 구조는 스텐실 기술에 적합하고 구현이 용이하며, 실제 태양전지의 효율 향상을 위해서도 바람직한 개발 방향이다.
버스 바 전극은 각 핑거 전극으로부터 수집된 전류를 모아 운반하는 역할을 수행하는데, 이러한 역할은 스텐실 마스크(100)를 통해 각 핑거 전극이 태양전지의 표면에 인쇄된 후 특정 핑거 전극에 연결되는 리본이 수행할 수 있다.
도 7은 버스 바 전극이 없이 핑거 전극만으로 전면전극이 형성된 태양전지(200)의 예를 보인 것으로서, 버스 바 전극의 역할은 리본(210)이 수행할 수 있다. 리본은 '와이어'로 불리기도 하며, 각 핑거 전극에 전기적으로 접촉되는 것으로서, 전기 전도성이 좋은 재질로 구성된다.
도 8은 각 태양전지(200)가 리본(210)을 통해 직렬 연결되는 예를 보인 것으로서, 각 태양전지의 전면전극과 다음 태양전지의 후면전극이 리본을 통해 연결되어 직렬 연결을 이룬다.
이제 본 발명에 따른 스텐실 마스크(100)의 구조에 관한 다양한 실시예에 관하여 설명하기로 한다.
도 9는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조에 관한 예를 보인 것으로서, 도 9a는 스텐실 마스크(100)에서의 핑거 전극 개구부에 대한 예이고, 도 9b는 태양전지(200)에 인쇄된 예를 보인 것이다.
각 개구부 행의 핑거 전극 개구부들 중 리본(210)과 연결될 핑거 전극(202)을 위한 핑거 전극 개구부(102)의 폭과 길이 중 적어도 하나 이상은 리본(210)과 연결되지 않는 핑거 전극(201)을 위한 핑거 전극 개구부(101)의 그것보다 크도록 구성될 수 있다.
그러면 해당 핑거 전극 개구부(102)를 통해 인쇄된 핑거 전극(202)과 리본(210)의 연결성을 향상시킬 수 있다.
즉, 핑거 전극(202)의 폭이 커지면 리본(210)과의 접촉 면적이 커지게 되고, 핑거 전극(202)의 길이가 길어지면 리본의 배치에 오차가 발생하더라도 핑거 전극(202)에 접촉할 수 있는 범위를 넓혀준다.
도 9를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 핑거 전극 개구부(101)의 가로 길이(A)는 10μm~30,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~3,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(B)는 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부들 사이의 간격(C)은 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다.
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)의 가로 길이(D)는 10μm~2,000μm로 구성할 수 있지만, 200μm~1,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 개구부 행들 사이의 거리(S)는 100μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 500μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
도 10을 참조하여, 리본과 연결될
핑거
전극을 위한 개구부 구조의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.
리본과 연결될
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(102-1, 102-2)는 각 개구부 행에서
핑거
전극 개구부(101-1)와
핑거
전극 개구부(101-2)가 서로
이격된
부분의 상측과 하측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 리본과 연결될
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(102-1, 102-2)는 각
핑거
전극 개구부(101-1, 101-2) 사이의 상측 및 하측에 쌍으로 배치될 수 있다.
그러면, 전면 전극을 인쇄할 때, 리본과 연결될
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(102-1, 102-2)와, 리본과 연결되지 않는
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(101-1, 101-2)가 서로 마주보는 부분에서 페이스트의 퍼짐에 의한 접촉 면적(180)이 증가한다. 이에 따라, 전기적 연결이 양호해지고, 저항이 감소하여 효율이 높아질 수 있다.
도 10을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(102-1, 102-2)와, 리본과 연결되지 않는
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(101-1, 101-2) 사이의 간격(F)은 0.1μm~100μm로 구성할 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다
이때, 리본과 연결될
핑거
전극을 위한
핑거
전극 개구부(102-1, 102-2)의 가로 길이(D)는 10μm~2,000μm로 구성할 수 있지만, 200μm~1,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
스텐실 마스크(100)는 메쉬와 같은 지지 부재가 없이 얇은 마스크 판(예: 수십 μm)에 직접 전면전극을 위한 개구부를 형성하여 이루어지고, 태양전지의 표면에 놓여 전극 인쇄에 사용된다. 그러므로, 스텐실 마스크(100)는 지지 구조와 내구성 등이 중요하게 고려되어야 한다.
도 11을 참조하자면, 스텐실 마스크(100)에 형성되는 다수의 핑거 전극 개구부들 중 리본의 연결에 사용되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(101-1)는 인접한 개구부 행의 대응되는 핑거 전극 개구부(101-2)와 그 위치가 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
즉, 열 방향에서 직선으로 바라볼 때 인접한 개구부 행의 대응되는 두 핑거 전극 개구부(101-1, 101-2)는 일정 거리(g)만큼 어긋나게 배치된다.
이와 같은 배치는 리본의 연결에 사용되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들 모두에 대해 적용될 수도 있고, 필요에 따라서는 일부에만 적용될 수도 있다. 또한, 서로 어긋나게 배치할 때, 인접한 핑거 전극 개구부들 사이의 어긋나는 거리(g)도 다양하게 구성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 모든 핑거 전극 개구부가 동일한 위치에 배치되었을 때에 비하여 스텐실 마스크(100)의 전체적인 지지력이 강화될 수 있고, 내구성도 향상될 수 있다.
태양전지의 각 핑거 전극에서 수집된 전류는 리본으로 모여 흐르게 되기 때문에 리본에서 가까이 있는 핑거 전극일수록 많은 전류가 흐르게 된다. 그러므로, 전류량 증가에 따라 선저항이 증가하는 것을 방지하고, 전류가 원활하게 흐르도록 하기 위하여, 리본과 연결되는 핑거 전극에서 가까운 핑거 전극일수록 더 많은 전류가 흐르도록 구성될 수 있다.
도 12는 전류의 이동성을 향상시키기 위한 개구부 구조에 관한 예로서, 각 개구부 행에서 핑거 전극 개구부의 폭은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)와 가까울수록 더 넓어지도록 구성될 수 있다.
도 12에는 각 핑거 전극 개구부 단위로 그 폭이 변경되는 예가 도시되었지만, 하나의 핑거 전극 개구부에서도 폭이 변경될 수 있다.
도 12를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극 개구부(102)의 가로 길이(D)는 10μm~2,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~1,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E1)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 10μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
이때 각 핑거 전극 개구부들의 세로 길이 E2와 E3은 'E1 > E2 > E3'의 관계에 있도록 구성될 수 있다.
스텐실 마스크(100)에서 각 핑거 전극 개구부는 단속적으로 형성되기 때문에 페이스트의 인쇄가 이루어질 때 인접한 핑거 전극 개구부를 통해 흐른 페이스트들이 서로 전기적으로 잘 연결될 수 있도록 함으로써, 전기적인 연결이 끊어지는 부분이 없도록 해야 한다.
도 13은 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예를 보인 것으로서, 핑거 전극 개구부(101)의 양 말단 중 적어도 하나의 말단은 일정한 각도로 적어도 한번 이상 꺾인 형태로 형성될 수 있다.
이때 각 핑거 전극 개구부의 수평 부분(A)과 꺾어진 부분(A2)의 비율, 꺾어지는 각도 등은 다양하게 구성될 수 있다. 특히, 두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분(311, 312)은 서로 평행하게 구성될 수 있다.
이와 같이 구성하면, 전면전극을 인쇄할 때, 각 핑거 전극 개구부의 말단(311, 312)을 통해 흐른 페이스트가 퍼지면서 서로 합쳐지는 접합 영역이 증가하므로, 물리적/전기적 연결성이 더욱 개선될 수 있으며, 핑거 전극의 단선 문제를 해결할 수 있다.
핑거 전극 사이의 물리적/전기적 연결성을 개선하기 위해서는 이러한 방식 이외에도 핑거 전극 개구부의 말단 부위의 폭을 더 넓히거나 특정 모양을 갖도록 형성하는 등 다양한 방식을 사용할 수 있다.
그러나, 도 13에 보인 예와 같이, 핑거 전극 개구부의 말단에서 일정한 각도로 꺾인 형태로 구성하면, 수평 방향의 핑거 전극 개구부(101)를 형성하는 레이저 가공 방식을 그대로 이용하면서 말단 부위에서 일정 각도로 꺾어 진행하기만 하면 되기 때문에 레이저를 이용한 핑거 전극 개구부의 형성 과정이 단순화되어 비용을 절약할 수 있게 된다.
도 13을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 핑거 전극 개구부의 가로 길이(A)는 10μm~30,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~3,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 꺾인 부분의 길이(A2)는 0.1μm~1,000μm로 구성될 수 있지만, 20μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부들 사이의 간격(C)은 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하며, 핑거 전극 개구부의 꺾인 각도(G)는 1도~90도로 구성될 수 있지만, 2도~30도로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부의 세로 길이(B)는 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 레이저 빔의 크기(spot size)에 맞추어 5μm~50μm로 구성하면, 이 범위의 세로 길이를 갖는 핑거 전극 개구부의 가공이 더욱 편리하게 이루어질 수 있다.
도 14는 꺾어진 부분의 길이에 따른 다양한
실시예를
보인 것으로서, 꺾어진 부분의 길이는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있음을 나타내고 있으며, 꺾어진 부분이 서로 평행하게 대응되는 부분이 길수록 페이스트 인쇄시 접촉부위가 넓어지게 된다. 또한, 도 14d에 보인 예와 같이, 대응되는
핑거
전극 개구부의 꺾어진 부분의 길이는 서로 비대칭적으로 구성될 수도 있다.
도 14를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 대응되는
핑거
전극 개구부에서 꺾어지기 시작한 부분 사이의 수평 거리(x), 꺾어진 부분의 말단과 말단 사이의 수평 거리(z, y)는 각각 1μm~1,000μm로 구성될 수 있지만, 5μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
도 15를 참조하자면, 레이저 빔을 이용하여 가공할 때, 레이저 빔 조사를 시작하는 지점(P)과 인접한
핑거
전극 개구부가 가까울 경우(a), 초기 레이저의 과도한 출력에 의해 마스크 판(금속판)이 파손되는 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 레이저 빔 조사를 시작하는 지점(P)과 인접한
핑거
전극 개구부가 충분히 떨어지도록 구성하면(b), 초기 레이저의 과도한 출력에 의해 마스크 판(금속판)이 파손되는 상황을 억제할 수 있게 된다.
도 16을 참조하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)는 평행하게 구성된 두 부분(313, 314)의 사이에 형성될 수 있다.
그러면 전면전극을 인쇄할 때, 각 핑거 전극 개구부(102, 313, 314)를 통해 흐른 페이스트들의 접촉성이 향상될 수 있다. 즉, 인쇄 후 리본과 연결될 핑거 전극과, 그에 인접하여 양쪽에 형성되는 핑거 전극이 더욱 확실하게 물리적/전기적으로 연결될 수 있다.
도 16을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)의 가로 길이(D)는 10μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~2,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부(102)의 꺾인 각도(G)는 1도~90도로 /구성될 수 있지만, 10도~80도로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 핑거 전극 개구부(102)와 꺾인 부분(313, 314) 사이의 간격(F)은 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 도 9b에 도시된 예와 같이, 스텐실 마스크(100)를 이용하여 태양전지에 전면전극을 인쇄한 후 리본(210)이 부착되는데, 전극(202)의 높이로 인한 단차로 인해 리본 부착 공정에서 전극(202)에만 압력이 집중되어 태양전지의 표면이 훼손될 수 있다. 또한, 리본(210)이 부착된 후에도 태양전지의 표면과 리본 사이에 단차가 존재하여 전극(202)과 리본(210)의 부착 상태가 나빠질 수 있다.
스텐실 마스크(100)는 리본의 부착성을 향상시키기 위하여, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들의 사이에 적어도 하나 이상의 중간 개구부를 구비하도록 구성될 수 있다.
도 17은 리본과 연결될 핑거 전극에 대응하는 핑거 전극 개구부들(102-1, 102-2)의 사이에 수평의 직선 형태로 중간 개구부(105-1)가 형성된 예를 나타낸 것이다. 중간 개구부의 모양, 크기, 개수 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것으로서, 특별히 제한되지 않는다.
도 17을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 중간 개구부의 가로 길이(D2)는 10μm~2,000μm로 구성될 수 있지만, 50μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E2)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 50μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
중간 개구부들 사이의 거리(F)는 10μm~1,000μm 로 구성될 수 있지만, 100μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
도 18은 중간 개구부(105-2)의 또 다른 실시예로서, 리본과 연결될 핑거 전극에 대응하는 핑거 전극 개구부들(102-1, 102-2)의 사이에 대각선 방향으로 형성된 예를 나타내었다.
도 18을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 중간 개구부(105-2)의 가로 길이(D2)는 10μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~1,800μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E2)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다. 중간 개구부(105-2)와 핑거 전극 개구부(102-2)가 이루는 각도(G)는 1도~90도로 구성될 수 있지만, 10도 ~ 80도로 구성하는 것이 바람직하다.
도 19는 리본이 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들과, 이 핑거 전극 개구부들의 사이에 구비되는 중간 개구부가 모두 대각선 방향으로 형성된 예를 보인 것이다.
이와 같이 중간 개구부를 이용하여 태양전지의 전면전극을 인쇄하면, 리본의 부착성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 19를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부나 중간 개구부의 가로 길이(D)는 10μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~2,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성되는 것이 가능하지만, 100μm~500μm로 구성되는 것이 바람직하다.
대각선 방향으로 꺾인 각도(G)는 1도~90도로 구성될 수 있지만, 10도~80도로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 각 개구부들 사이의 간격(F)은 0.1μm~100μm로 구성되는 것이 가능하지만, 5μm~50μm로 구성되는 것이 바람직하다.
위에서 설명한 각 실시예들은 스텐실 마스크(100)에 각각 개별적으로 구현될 수도 있고, 그 성질에 반하지 않는 한 둘 이상의 실시예가 함께 적용될 수도 있음은 물론이다.
구체적인 예로서, 각 핑거 전극 개구부가 서로 인접한 개구부 행의 대응되는 위치에 형성된 각 핑거 전극 개구부와 그 위치가 서로 어긋나게 배치되고, 이와 아울러 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지도록 구성된 스텐실 마스크를 구현할 수 있다.
또한, 동일한 스텐실 마스크에 대하여, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 폭과 길이를 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 그것보다 크게 구성할 수 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
100: 스텐실 마스크 101, 102: 핑거 전극 개구부
105-1, 105-2: 중간 개구부
200: 태양전지 210: 리본
105-1, 105-2: 중간 개구부
200: 태양전지 210: 리본
Claims (18)
- 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
서로 인접한 개구부 행의 대응되는 위치에 형성된 각 핑거 전극 개구부는 그 위치가 서로 어긋나게 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
각 개구부 행에서 각 핑거 전극 개구부의 폭은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
핑거 전극 개구부의 양 말단 중 적어도 하나의 말단은 일정한 각도로 한번 이상 꺾인 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 3 항에 있어서,
두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분은 서로 평행하게 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 3 항에 있어서,
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부는 두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
상기 각 개구부 행에서 핑거 전극 개구부와 핑거 전극 개구부가 서로 이격된 부분의 상측과 하측에, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 6 항에 있어서,
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와, 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부 사이의 간격은 5μm 이상 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 폭과 길이 중 적어도 하나 이상은 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 그것보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들의 사이에는 적어도 하나 이상의 중간 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 9 항에 있어서,
상기 중간 개구부는 대각선 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 10 항에 있어서,
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 각 핑거 전극 개구부는 대각선 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 2 항에 있어서,
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,000μm 이하이고, 세로 길이는 10μm 이상 500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 3 항에 있어서,
상기 꺾인 부분의 길이는 20μm 이상 500μm 이하이고, 꺾인 각도는 2도 이상 30도 이하이며, 상기 핑거 전극 개구부의 세로 길이는 5μm 이상 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 5 항에 있어서,
상기 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 2,000μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하이며, 꺾어진 각도는 10도 이상 80도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 8 항에 있어서,
상기 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,000μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 9 항에 있어서,
상기 중간 개구부의 가로 길이는 50μm 이상 1,500μm 이하이고, 세로 길이는 50μm 이상 1,500μm 이하이며, 상기 중간 개구부들 사이의 간격은 100μm 이상 1,500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 10 항에 있어서,
상기 중간 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,800μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하이며, 상기 핑거 전극 개구부와 이루는 각도는 10도 이상 80도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크. - 제 11 항에 있어서,
상기 리본이 연결될 핑거 전극을 위한 각 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,800μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하이며, 꺽인 각도는 10도 이상 80도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
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Citations (1)
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Patent Citations (1)
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