KR102369179B1 - 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법 - Google Patents

태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법은, 기판에 수직방향으로 형성될 버스 바 전극의 폭 및 스텐실 마스크에 수평방향으로 단속적으로 형성되어 핑거 전극 개구부 행을 구성할 복수의 핑거 전극 개구부의 길이를 비교하는 제1단계와, 상기 핑거 전극 개구부 행을 수직방향으로 일정한 간격으로 형성하되, 상기 핑거 전극 개구부들 사이에 각각 구비되어 서로 물리적으로 연결되는 제1중간 지지부들이 수직방향으로 인접한 다른 제1중간 지지부들과 수직방향으로 일렬로 배열되어 수직 지지대를 이루도록 상기 핑거 전극 개구부 행을 형성하는 제2단계와, 상기 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 복수의 버스 바 전극 개구부를 수직방향으로 단속적으로 형성하여 버스 바 전극 개구부 열을 구성하며, 형성하는 버스 바 전극 개구부 열의 개수는 상기 제1단계의 비교 결과에 따라 결정되는 제3단계를 포함한다.

Description

태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법{FABRICATING METHOD OF STENCIL MASK FOR PRINTING ELECTRODE OF SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인쇄될 전극 폭에 따라 개구부 패턴을 다르게 형성하여 스텐실 마스크의 장력을 일정하게 유지할 수 있는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 매장량이 감소하고 기존 에너지 자원에 의한 환경 오염이 심각해지면서, 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중 태양전지는 무한히 제공되는 태양빛을 이용하고, 환경 오염을 유발하지 않는 친환경 에너지 장치로서 관련 기술들이 활발하게 연구되고 있다.
태양전지는 태양 에너지를 전기로 변환하는 전기소자로서, 현재 실리콘 태양전지가 주로 사용되고 있다.
태양전지의 기본단위는 셀로서, 그 기본 구조는 P형 및 N형 반도체가 접합되고 그 양면에 전면 전극과 후면 전극이 각각 형성된 형태를 갖는다. 전면 전극과 후면 전극은 실리콘 기판(wafer) 상에 은(Ag)이나 알루미늄(Al)과 같은 전도성을 갖는 금속 페이스트(paste)를 도포하고 열처리를 수행하는 방법에 의해 형성된다.
전면 전극과 후면 전극은 외부 도선과 전기적으로 연결되며, 태양전지에 흡수된 빛 에너지에 의해 셀 내부에서 발생하는 전류를 수집하여 외부로 전달하는 경로가 된다.
전면 전극은 매트릭스 형태로 배열된 셀(cell)들로부터 효과적으로 전류를 수거하기 위해, 서로 수직으로 교차 배열되는 복수의 핑거(finger) 전극 및 복수의 버스 바(bus bar) 전극으로 구성된다.
일반적으로, 전면 전극의 인쇄는 스크린 인쇄 기술에 의해 수행되는데, 도면을 참조하여 종래의 스크린 인쇄 방법과 스크린 마스크에 대해 설명하도록 하겠다.
도 1은 종래의 스크린 인쇄 기술에 사용되는 스크린 마스크의 일 예를 도시한 도면이고, 도 2는 에멀전으로 개구부가 패터닝된 메쉬의 일부를 도시한 도면이다.
스크린 마스크(10)는 마스크 프레임(11)과 메쉬(mesh, 12)를 포함한다.
메쉬(12)는 와이어(12a)가 그물망 형태로 직조된 것으로, 와이어(12a)들은 일정한 장력을 유지한 상태로 마스크 프레임(11)에 고정된다. 와이어(12a)는 폴리에스테르, 스테인리스 강(stainless steel) 등 다양한 소재로 제조될 수 있다.
메쉬(12) 상에는 에멀전(emulsion, 15)이 도포되어 버스 바 전극을 인쇄하기 위한 버스 바 전극 개구부(13)들 및 핑거 전극을 인쇄하기 위한 핑거 전극 개구부(14)들이 형성된다. 에멀전(15)은 버스 바 전극 개구부(13)들과 핑거 전극 개구부(14)들이 형성될 영역 외에 포토 리소그라피(photo lithography) 방법에 의해 메쉬(12) 위에 도포된다. 이후, 노광 및 건조 과정을 거치면 에멀전(15)은 메쉬(31) 위에 고착되어 메쉬(12) 상에는 버스 바 전극과 핑거 전극의 위치에 대응하는 전면전극 개구부(12b,13,14) 패턴만 제외하고 모든 영역이 에멀전(15)에 의해 가려지게 된다.
스크린 마스크(10)를 이용한 전극 인쇄 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 스크린 마스크(10) 아래에 전극 패턴이 인쇄될 실리콘 기판을 놓고 스크린 마스크(10) 위에 전도성 금속 페이스트를 놓은 후 스퀴지를 이동시켜 금속 페이스트에 압력을 가하면, 금속 페이스트는 스크린 마스크(10)의 메쉬(12) 사이 공간들을 통과하여 실리콘 기판으로 토출된다. 실리콘 기판 위에 개구부(13,14) 패턴대로 토출된 금속 페이스트는 열처리에 의해 실리콘 기판에 고정되어 버스 바 전극과 핑거 전극이 된다.
그런데, 이와 같이 스크린 마스크(10)를 이용한 스크린 인쇄 방법은 문제점들을 가지고 있다.
와이어들로 직조된 메쉬(12)는 와이어 자체가 차지하는 면적 때문에 개구율 확보에 태생적인 한계를 갖고 있다. 스크린 마스크(10)는 일반적으로 개구율이 50∼60%에 불과하며, 더 미세한 전극 패턴을 위해 와이어들을 더 촘촘하게 직조할 경우에는 개구율이 이보다 더 떨어지게 된다.
또한, 개구부(13,14)로 주입되는 금속 페이스트(31)와 와이어들 사이에 마찰 저항이 존재하기 때문에 금속 페이스트를 와이어들 사이로 원활하게 토출시키려면 스퀴지의 압력을 높여줘야 한다.
이와 같이 스크린 마스크(10)가 갖는 낮은 개구율과 와이어와 금속 페이스트 간의 마찰 저항 등의 단점들 때문에 최근에는 금속판을 직접 가공하여 버스 바 전극 개구부와 핑거 전극 개구부 패턴을 만든 스텐실 마스크의 사용이 늘어나고 있다.
도3은 일반적인 금속 스텐실 마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
도면을 보면, 스텐실 마스크(100)에는 버스 바 전극의 위치에 대응하여 복수의 버스 바 전극 개구부(110)가 형성되고, 핑거 전극의 위치에 대응하여 복수의 핑거 전극 개구부(120)가 형성된다.
스텐실 마스크(100)의 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120)는 레이저를 조사하여 금속판을 절개하는 방법으로 만들어지기 때문에 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120)는 100%의 개구율을 갖게 된다. 따라서, 인쇄 시 금속 페이스트가 개구부(110,120)들을 통해 실리콘 기판으로 원활하게 토출될 수 있어서 스크린 마스크에 비해 높은 품질의 전극 패턴을 얻을 수 있다.
그러나, 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120) 패턴에 따라 금속판의 일부가 제거되므로, 가공 전 금속판이 갖고 있던 장력과 내구성은 필연적으로 감소할 수밖에 없다. 또한, 도시된 바와 같이, 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120)들이 서로 교차하면서 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120)로 둘러싸인 고립영역(CA)이 생성될 수 있다. 이 고립영역(CA)은 기계적인 지지 구조가 없기 때문에 금속판으로부터 분리될 수 있다.
즉, 스텐실 마스크(100)는 스크린 마스크가 갖는 낮은 개구율 문제를 극복하고 높은 품질의 전극 패턴을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 그러나, 스텐실 마스크(100)에는 개구부(110,120) 패터닝에 따라 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120)에 둘러싸인 고립영역(CA)이 생길 수 있으며, 개구부 영역이 많아질수록 스텐실 마스크(100)의 장력과 내구성이 감소되는 문제가 있다. 따라서, 스텐실 마스크(100)가 필요한 개구부 영역을 가지면서도 일정한 장력과 내구성을 갖도록 하는 개구부 패턴 설계가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 스텐실 마스크가 인쇄 시 필요한 장력을 유지할 수 있도록 버스 바 전극 개구부와 핑거 전극 개구부를 형성하기 위한 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른, 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법은, 기판에 수직방향으로 형성될 버스 바 전극의 폭 및 스텐실 마스크에 수평방향으로 단속적으로 형성되어 핑거 전극 개구부 행을 구성할 복수의 핑거 전극 개구부의 길이를 비교하는 제1단계와, 상기 핑거 전극 개구부 행을 수직방향으로 일정한 간격으로 형성하되, 상기 핑거 전극 개구부들 사이에 각각 구비되어 서로 물리적으로 연결되는 제1중간 지지부들이 수직방향으로 인접한 다른 제1중간 지지부들과 수직방향으로 일렬로 배열되어 수직 지지대를 이루도록 상기 핑거 전극 개구부 행을 형성하는 제2단계와, 상기 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 복수의 버스 바 전극 개구부를 수직방향으로 단속적으로 형성하여 버스 바 전극 개구부 열을 구성하며, 형성하는 버스 바 전극 개구부 열의 개수는 상기 제1단계의 비교 결과에 따라 결정되는 제3단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘 기판에 형성될 버스 바 전극의 폭에 따라 스텐실 마스크에 형성되는 버스 바 전극 개구부 패턴을 다르게 형성하여 스텐실 마스크에 일정한 중간 지지부 영역을 확보함으로써, 스텐실 마스크의 장력과 내구성을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 버스 바 전극 개구부를 형성할 때 수직방향으로 장력을 강화하는 수직 지지대가 유지되도록 하여 스텐실 마스크의 장력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 스크린 인쇄 기술에 사용되는 스크린 마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 에멀전으로 개구부가 패터닝된 메쉬의 일부를 도시한 도면이다.
도3은 일반적인 금속 스텐실 마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
도4는 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 일 예를 보여주는 도면이다.
도5는 스텐실 마스크를 이용한 전극 인쇄 방법을 보여주기 위한 도면이다.
도6은 본 발명에 따라 개구부 패턴이 형성된 스텐실 마스크와 이를 이용하여 전극이 인쇄된 실리콘 기판을 도시한 도면이다.
도7은 본 발명에 따라 6개의 버스 바 전극 개구부가 형성된 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따라 스텐실 마스크를 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.
도9는 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도10은 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도11은 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도12는 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도13은 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도16은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도17은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 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 명세서에서, "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.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 스텐실 마스크 제조 방법에 대해 상세히 설명하도록 하겠다.
도4는 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 일 예를 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 스텐실 마스크(100)는 망사(140)에 접착제로 부착되고, 망사(140)는 프레임(142)에 고정된다. 스텐실 마스크(100)는 망사(140)에 의해 프레임(142) 방향으로 장력을 받게 되어 팽팽한 상태를 유지하게 된다.
스텐실 마스크(100)에는 수직방향으로 형성된 버스 바 전극 개구부(110)가 복수의 열을 이루고 있고, 수평방향으로 단속적으로 형성된 핑거 전극 개구부(120)들이 복수의 행을 이루고 있다.
핑거 전극 개구부(120)들 사이에는 각각 중간 지지부(122)가 생성되는데, 중간 지지부(122)는 스텐실 마스크(100)와 물리적으로 연결되는 구조이므로 스텐실 마스크(100)에 장력과 내구성을 제공하는 영역이다. 따라서, 중간 지지부(122)를 많이 확보할수록 스텐실 마스크(100)의 장력과 내구성은 향상된다.
도4에서는 중간 지지부(122)들이 수직방향으로 일직선으로 구성된 중간 지지부 열(N-1, N, N+1)이 3개 존재한다.
도5는 스텐실 마스크를 이용한 전극 인쇄 방법을 보여주기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 작업대(160) 위에 실리콘 기판(150)이 놓여 지고, 그 위에는 망사(140)에 의해 프레임(142)에 고정된 스텐실 마스크(100)가 놓여 진다. 그리고, 스텐실 마스크(100) 위에는 전도성의 금속 페이스트가 올려지며, 스텐실 마스크(100)는 망사(140)에 의해 당겨져서 실리콘 기판(150)과 일정한 간격(d)을 유지한다. 여기서, 실리콘 기판(150)과 스텐실 마스크(100) 사이의 간격(d)은 보통, 0.5∼2㎜로 설정된다.
그러나, 스퀴지(164)가 스텐실 마스크(100)를 일정한 압력으로 누르면서 이동하면, 스퀴지(164)가 지나가는 지점의 스텐실 마스크(100)는 스퀴지(164)의 압력에 의해 실리콘 기판(150)과의 간격이 좁혀지고 이때 금속 페이스트(162)가 실리콘 기판(150)으로 토출된다. 이후, 스퀴지(164)가 지나가고 압력이 제거되면 스텐실 마스크(100)는 장력에 의해 실리콘 기판(150)과 원래의 간격(d)으로 돌아간다.
실리콘 기판(150)에 전극 패턴이 잘 인쇄되려면 스텐실 마스크(100)가 일정한 크기 이상의 장력을 가져야 한다. 예를 들어, 스텐실 마스크(100)의 장력이 너무 약하면 스퀴지(164)가 지나간 후에도 스텐실 마스크(100)가 실리콘 기판(150)과 계속 가까운 간격을 유지하면서 스텐실 마스크(100)와 금속 페이스트가 제대로 분리되지 않아 인쇄 불량이 발생할 수 있다. 이로 인해 태양전지 품질 저하 및 생산성 저하가 초래될 수 있다.
실리콘 기판(150) 상의 인쇄 불량을 방지하기 위해서는 스퀴지의 압력이 제거되면 스텐실 마스크가 바로 원래의 팽팽한 상태로 돌아와야 하는데, 보통, 15∼30N/㎝의 장력을 가져야 하며, 바람직하게는 18∼26N/㎝의 장력을 가져야 한다.
이와 같이 스텐실 마스크(100)가 일정한 장력 범위를 갖기 위해서는 개구부들의 위치와 간격, 중간 지지부 확보 등과 같은 패턴 설계가 중요하다.
도6은 본 발명에 따라 개구부 패턴이 형성된 스텐실 마스크와 이를 이용하여 전극이 인쇄된 실리콘 기판을 도시한 도면이다.
(a)는 버스 바 전극 개구부 및 핑거 전극 개구부가 형성된 스텐실 마스크를 나타낸 도면이고, (b)는 (a)의 스텐실 마스크를 이용하여 버스 바 전극 및 핑거 전극이 인쇄된 실리콘 기판을 나타낸 도면이다.
(a)를 보면, 스텐실 마스크(100)에 버스 바 전극 개구부(110)가 수직방향으로 단속적으로 형성되어 있고, 핑거 전극 개구부(120)가 수평방향으로 단속적으로 형성되어 있다. 버스 바 전극 개구부(110)들 사이에는 일정한 간격이 있어서 스텐실 마스크(100)에 기계적인 지지력을 제공하며, 핑거 전극 개구부(120)들 사이에도 일정한 간격이 있어서 스텐실 마스크(100)에 기계적인 지지력을 제공한다.
도면에 도시되진 않았지만, 버스 바 전극 개구부(110)들와 핑거 전극 개구부(120)들을 통해 실리콘 기판(150)으로 토출된 금속 페이스트는 스텐실 마스크(100)와 실리콘 기판(150) 사이의 공간에서 확산되어 서로 전기적으로 연결된다.
(b)를 보면, 버스 바 전극(114)과 핑거 전극(124)은 일체형의 패턴으로 형성된다. 이때, 버스 바 전극의 폭(D10)은 버스 바 전극 개구부(110)의 길이에 따라 결정된다. 따라서, 버스 바 전극의 폭(D10)을 넓히기 위해 버스 바 전극 개구부(110)의 길이를 늘려서 형성할 경우 스텐실 마스크(100)의 장력이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도7은 본 발명에 따라 6개의 버스 바 전극 개구부가 형성된 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 스텐실 마스크(100)에는 6개의 버스 바 전극 개구부(110)가 수직방향으로 형성되고, 복수의 핑거 전극 개구부(120)가 수평방향으로 형성된다.
도7에는 버스 바 전극 개구부(110)와 핑거 전극 개구부(120)가 하나의 패턴으로 도시되어 있지만, 실제로는 도6에 도시된 바와 같이 복수의 개구부(110,120)들이 단속적으로 배열되는 형태를 가진다.
도7의 스텐실 마스크(100)를 이용하여 실리콘 기판에 전극을 인쇄할 경우 실리콘 기판에는 6개의 버스 바 전극이 형성되는데, 이를 6BB로 지칭한다.
전술한 바와 같이, 태양전지의 실리콘 기판은 빛을 흡수하여 전류를 생산하며, 생산된 전류는 복수의 핑거 전극들로 수집되고 이 전류들은 버스 바 전극들을 통해 외부로 전달된다. 최근에는 전류 전달 효율을 높이기 위해 버스 바 전극의 수를 늘린 실리콘 기판이 많이 사용된다. 이에 따라, 실리콘 기판은 4BB, 5BB에서 6BB, 9BB, 12BB로 바뀌고 있다.
그런데, 버스 바 전극의 수를 늘릴 경우 전류 전달 효율은 높아지지만 버스 바 전극이 실리콘 기판에서 차지하는 면적이 늘어나서 수광면적을 줄일 수 있다. 따라서, 버스 바 전극의 수를 늘릴 때에는 버스 바 전극의 폭을 감소시켜 수광면적의 감소를 방지한다.
보통, 4BB와 5BB의 경우 버스 바 전극의 폭이 600∼2000㎛이며, 6BB와 9BB의 경우 버스 바 전극의 폭이 200∼1000㎛이고, 12BB 이상에서는 50∼500㎛이다.
한편, 실리콘 기판에 인쇄되는 버스 바 전극의 폭은 스텐실 마스크의 버스 바 전극 개구부의 길이에 대응된다. 예를 들어, 전류 전달 효율을 높이기 위해 버스 바 전극의 폭을 늘리려면 버스 바 전극 개구부의 길이도 길게 형성해야 되는데, 길이가 늘어나는 만큼 스텐실 마스크의 장력 및 내구성이 저하될 수 있다.
따라서, 버스 바 전극 개구부의 길이는 스텐실 마스크의 장력과 내구성 저하를 고려하여 결정되어야 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 버스 바 전극은 4BB, 6BB, 9BB, 12BB 등 다양한 수로 제작되지만 핑거 전극은 보통, 일정한 개수 범위 내에서 형성된다. 그리고, 핑거 전극 개구부의 길이와 핑거 전극 개구부들 사이의 간격도 일정하게 유지된다. 보통, 핑거 전극 개구부의 길이는 100∼400㎛로 형성된다.
즉, 스텐실 마스크의 장력과 내구성을 일정하게 유지하기 위해서는 실리콘 기판에 형성될 버스 바 전극의 수와 그에 따른 버스 바 전극의 폭을 고려하여 버스 바 전극 개구부 패턴이 설계되어야 한다.
본 발명에서는 일정하게 유지되는 핑거 전극 개구부의 길이와 버스 바 전극의 폭을 비교하여, 그 결과에 따라 스텐실 마스크에 버스 바 전극 개구부 패턴을 다르게 형성함으로써 스텐실 마스크의 장력과 내구성을 유지하고자 한다.
한편, 스텐실 마스크는 금속판으로 제조되며, 주로 SUS(steel use stainless)가 사용된다. SUS는 STS라고도 하며, SUS304, SUS305, SUS316 등이 다양하게 사용될 수 있다.
스텐실 마스크의 두께는 5∼200㎛범위를 사용되지만, 20∼100㎛의 두께로 가공되는 것이 바람직하다.
도8은 본 발명의 실시예에 따라 스텐실 마스크를 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.
먼저, 스텐실 마스크에 버스 바 전극 개구부와 핑거 전극 개구부를 형성하기 전에 단계(S200)에서 실리콘 기판에 인쇄될 버스 바 전극의 폭(D20)과 핑거 전극 개구부의 길이(L20)를 비교한다.
버스 바 전극의 폭(D20)이 핑거 전극 개구부의 길이(L20)보다 클 경우, 단계(S210)에서 스텐실 마스크에 복수의 핑거 전극 개구부를 수평방향으로 단속적으로 형성하여 핑거 전극 개구부 행을 구성하며, 이 핑거 전극 개구부 행을 수직방향으로 복수개 형성한다. 그리고, 단계(S220)에서 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 버스 바 전극의 폭보다 작은 개구부 길이를 갖는 적어도 2개의 버스 바 전극 개구부 열을 형성한다. 버스 바 전극 개구부 열은 복수의 버스 바 전극 개구부들이 수직방향으로 단속적으로 배열되어 구성된다.
즉, 핑거 전극 개구부의 길이(L20)를 기준으로 하여 버스 바 전극의 폭(D20)이 큰 경우, 버스 바 전극의 폭(D20)에 대응하여 버스 바 전극 개구부의 길이를 크게 형성하고 그 버스 바 전극 개구부들을 수직방향으로 일정하게 배열하면 스텐실 마스크의 장력이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 이때에는 버스 바 전극의 폭에 대응하는 개구부 길이를 갖는 버스 바 전극 개구부 열을 형성하는 것 대신, 버스 바 전극의 폭보다 작은 개구부 길이를 갖는 버스 바 전극 개구부 열을 일정 간격으로 2개 이상 형성함으로써, 버스 바 전극 열들 사이에 구비되어 물리적으로 연결된 중간 지지부들이 기계적 지지력을 제공하여 스텐실 마스크의 장력과 내구성을 유지하도록 한다.
한편, 버스 바 전극의 폭(D20)이 핑거 전극 개구부의 길이(L20)와 같거나 보다 작을 경우, 단계(S230)에서 스텐실 마스크의 수직방향으로 일정한 간격으로 복수의 핑거 전극 개구부 행들을 형성하고, 단계(S240)에서 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 버스 바 전극의 폭에 대응되는 개구부 길이를 갖는 하나의 버스 바 전극 개구부 열을 형성한다. 이때, 버스 바 전극의 폭에 대응하는 개구부 길이를 갖는 복수의 버스 바 전극 개구부들이 수직방향으로 단속적으로 배열되어 버스 바 전극 개구부 열을 구성한다.
단계(S210)와 단계(S220)는 순서가 바뀔 수 있으며, 단계(S230)와 단계(S240)도 순서가 바뀔 수 있다.
도9는 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 기판에 형성될 버스 바 전극의 폭(D20)이 스텐실 마스크에 형성될 핑거 전극 개구부의 길이(L20)보다 클 때, 버스 바 전극 패턴영역에 대응되도록 버스 바 전극의 폭(D20)보다 작은 개구부 길이를 갖는 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2)을 2개 형성하였다.
그리고, 핑거 전극 개구부 행을 이루도록 복수의 핑거 전극 개구부(220)를 수평방향으로 단속적으로 형성하며, 핑거 전극 개구부 행은 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2)을 관통하여 배열된다.
핑거 전극 개구부(220)들 사이에는 서로 물리적으로 연결되어 스텐실 마스크에 기계적 지지력을 제공하는 제1중간 지지부(231)가 구비된다. 제1중간 지지부(231)의 폭(G21)은 10∼50㎛의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
수직방향으로 서로 인접한 제1중간 지지부(231)들은 수직방향으로 일렬로 배열되어 수직 지지대를 이룬다. 이와 같이 제1중간 지지부(231)들이 수직방향으로 물리적으로 연결되면 수직방향 장력이 강화되는 효과가 있다. 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2)들은 제 1중간 지지부(231)들의 배열에 의해 형성된 수직 지지대의 형태를 유지하기 위해서 수직 지지대를 제외한 영역에 형성되어야 한다. 이에 따라, 인접한 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2)에서 수평방향으로 서로 인접한 버스 바 전극 개구부(210)들 사이에 각각 구비되어 물리적으로 연결되는 제 2중간 지지부(232)들도 수직방향으로 일렬로 배열되어 수직 지지대를 이루게 된다.
여기서, 제 2중간 지지부(232)의 폭(G22)은 10∼50㎛가 바람직하며, 동일한 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2)에서 수직방향으로 서로 인접한 버스 바 전극 개구부(210)들 간의 간격(G23)도 10∼50㎛가 바람직하다.
도10은 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도10은 도9와 거의 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 다른 부분에 대해서만 설명하도록 하겠다.
도9와 마찬가지로 도10도 버스 바 전극의 폭(D20)이 핑거 전극 개구부의 길이(L20)보다 큰 경우이므로, 버스 바 전극 패턴영역에 대응되도록 버스 바 전극의 폭(D20)보다 작은 개구부 길이(BL20)를 갖는 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2,C3)을 복수 개 형성하였다.
이때에도 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2,C3)은 제 1중간 지지부(231)가 수직방향으로 일렬로 배열되어 구성되는 수직 지지대를 제외한 영역에 형성되어 스텐실 마스크의 수직방향 장력 저하를 방지한다.
또한, 제1중간 지지부(231)의 폭(G21), 제2중간 지지부(232)의 폭(G22) 및 수직방향으로 서로 인접한 버스 바 전극 개구부(210)들 사이의 간격(G23)은 모두 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하다
도11은 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도11도 도9 및 도10과 거의 동일하며 버스 바 전극 개구부의 길이(BL20)만 다른 경우를 나타낸다. 다만, 도11에서도 제 1중간 지지부(231)들이 수직방향으로 일렬로 배열된 수직 지지대를 침범하지 않도록 버스 바 전극 개구부 열(C1,C2,C3)을 형성하는 것이 중요하다.
도12는 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 실리콘 기판에 형성될 버스 바 전극의 폭(D30)이 핑거 전극 개(BL30)를 갖는 버스 바 전극 개구부 열(C1)을 형성한다. 버스 바 전극 개구부 열(C1)은 수직방향으로 배열된 복수의 버스 바 전극 개구부(310)들로 구성된다. 물론, 이때에도 버스 바 전극 개구부 열(C1)은 버스 바 전극 패턴영역에 대응되도록 형성되며, 제1중간 지지부(331)로 구성된 수직 지지대를 침범하지 않도록 형성된다.
복수의 핑거 전극 개구부(320)는 수평방향으로 단속적으로 형성되며, 복수의 핑거 전극 개구부(32)들은 핑거 전극 개구부 행을 구성한다. 이 핑거 전극 개구부 행들은 수직방향으로 일정한 간격으로 배열되며, 버스 바 전극 개구부 열을 관통하여 형성된다.
도13은 본 발명의 일실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도13은 도12와 동일하며 버스 바 전극 개구부(310)의 길이(BL30)만 다른 경우이므로 설명은 생략하도록 하겠다.
도14는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
앞서 도9 내지 도13에서 서술한 실시예에서는 핑거 전극 개구부 행이 버스 바 전극 개구부 열을 관통하여 형성되기 때문에 버스 바 전극 개구부 열을 형성할 때 핑거 전극 개구부들 사이의 제1중간 지지부의 배열에 의해 형성된 수직 지지대를 침범하지 않도록 버스 바 전극 개구부 열을 형성해야 했다.
그러나, 도14 내지 도17에서 서술할 실시예에서는 버스 바 전극 개구부 열이 핑거 전극 개구부 행을 관통하여 형성되기 때문에 이러한 수직 지지대를 고려할 필요가 없다.
도시된 바와 같이, 버스 바 전극의 폭(D40)이 핑거 전극 개구부의 길이(L40)보다 클 때 버스 바 전극의 폭(D40)보다 작은 개구부 길이(BL40)를 갖는 버스 바 전극 개구부 열을 일정한 간격으로 복수개 형성한다.
이때, 버스 바 전극 개구부 열은 인접한 핑거 전극 개구부(420)와의 간격(G44)이 10∼50㎛가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 버스 바 전극 개구부 열들 사이에 구비되어 물리적으로 연결된 제2중간 지지부(432)의 폭(G42)도 10∼50㎛가 되는 것이 바람직하며, 수직방향으로 인접한 버스 바 전극 개구부(410)들 사이의 간격(G43)도 10∼50㎛를 갖는 것이 바람직하다.
도15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이보다 클 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도15는 도14와 거의 동일하며 스텐실 마스크에 형성된 버스 바 전극 개구부 열의 개수만 다르다.
수평방향으로 단속적으로 배열된 핑거 전극 개구부(420) 사이에 구비되어 물리적으로 연결되고, 수직방향으로 일렬로 배열되어 수직 지지대를 구성하는 제1중간 지지부(431)의 폭(G41)은 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 버스 바 전극 개구부 열 사이에 구비된 제2중간 지지부(432)의 폭(G42), 수직방향으로 인접한 버스 바 전극 개구부(410)들 사이의 간격(G43) 및 버스 바 전극 개구부 열과 인접한 핑거 전극 개구부(420) 사이의 간격(G44)도 모두 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
도16은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 버스 바 전극의 폭(D50)은 핑거 전극 개구부(520)의 길이(L50)와 동일하거나 더 작을 때 버스 바 전극의 폭(D50)에 대응하는 개구부 길이(BL50)를 갖는 버스 바 전극 개구부 열(C1)이 1개 형성된다.
스텐실 마스크에는 복수의 핑거 전극 개구부(520)들이 수평방향으로 단속적으로 형성되어 핑거 전극 개구부 행을 구성하며, 수직방향으로 형성된 복수의 버스 바 전극 개구부(510)들로 구성된 버스 바 전극 개구부 열(C1)은 핑거 전극 개구부 행을 관통하여 형성된다.
핑거 전극 개구부(520)들 사이에 구비되는 제 1중간 지지부(531)의 폭(G51)은 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하며, 수직방향으로 서로 인접한 버스 바 전극 개구부(510)들 사이의 간격(G53)도 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 버스 바 전극 개구부 열(C1)과 인접한 핑거 전극 개구부(520) 사이의 간격(G54)도 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
도17은 본 발명의 다른 실시예에 따라 버스 바 전극의 폭이 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작을 때의 개구부 패턴 형성 방법을 설명하기 위해 스텐실 마스크의 일부를 나타낸 도면이다.
도17은 도16과 거의 동일하며, 버스 바 전극 개구부의 길이(BL50)가 도16에 비해 더 짧다.
버스 바 전극 개구부 열과 인접한 핑거 전극 개구부(520) 사이의 간격(G54)은 10∼50㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
100: 스텐실 마스크
110,210,310,410,510: 버스 바 전극 개구부
120,220,320,420,520: 핑거 전극 개구부
231,331,431,531: 제 1중간 지지부
232,332,432,532: 제 2중간 지지부

Claims (13)

  1. 기판에 수직방향으로 형성될 버스 바 전극의 폭 및 스텐실 마스크에 수평방향으로 단속적으로 형성되어 핑거 전극 개구부 행을 구성할 복수의 핑거 전극 개구부의 길이를 비교하는 제1단계와,
    상기 핑거 전극 개구부 행을 수직방향으로 일정한 간격으로 형성하되, 상기 핑거 전극 개구부들 사이에 각각 구비되어 서로 물리적으로 연결되는 제1중간 지지부들이 수직방향으로 인접한 다른 제1중간 지지부들과 수직방향으로 일렬로 배열되어 수직 지지대를 이루도록 상기 핑거 전극 개구부 행을 형성하는 제2단계와,
    상기 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 복수의 버스 바 전극 개구부를 수직방향으로 단속적으로 형성하여 버스 바 전극 개구부 열을 구성하며, 형성하는 버스 바 전극 개구부 열의 개수는 상기 제1단계의 비교 결과에 따라 결정되는 제3단계를 포함하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1중간 지지부의 폭은 10∼50㎛인 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 버스 바 전극의 폭이 상기 핑거 전극 개구부의 길이보다 큰 경우, 상기 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 버스 바 전극의 폭보다 작은 개구부 길이를 갖는 버스 바 전극 개구부 열을 일정한 간격으로 적어도 두 개 형성하는 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    인접한 버스 바 전극 개구부 열들에서 수평방향으로 서로 인접한 버스 바 전극 개구부들 사이에는 서로 물리적으로 연결되는 제2중간 지지부가 각각 구비되며, 상기 제2중간 지지부의 폭은 10∼50㎛인 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 버스 바 전극의 폭이 상기 핑거 전극 개구부의 길이와 같거나 더 작은 경우 상기 버스 바 전극의 패턴 영역에 대응되도록 버스 바 전극의 폭에 대응되는 개구부 길이를 갖는 버스 바 전극 개구부 열을 1개 형성하는 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2단계와 제3단계는 순서가 바뀔 수 있는 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 버스 바 전극 개구부 열은 상기 핑거 전극 개구부 행을 관통하여 형성되는 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 버스 바 전극 개구부 열은 상기 수직 지지대를 제외한 영역에 형성되는 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 핑거 전극 개구부 행은 상기 버스 바 전극 개구부 열을 관통하여 형성되는 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 버스 바 전극 개구부 열과 인접한 핑거 전극 개구부 사이의 간격은 10∼50㎛인 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 버스 바 전극 개구부 열에서 수직방향으로 서로 인접한 버스 바 전극 개구부들 사이의 간격은 10∼50㎛인 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 핑거 전극 개구부의 길이는 100∼400㎛인 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크의 두께는 20∼100㎛인 것인 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크 제조 방법.
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