KR102424465B1 - 태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지지판으로서의 프레임; 프레임상에 적층되는 망사; 특정 재질의 망사 위에 적층되는 망사; 망사 위에 적층되어 레이저에 의해 패턴이 형성되거나 또는 상기 레이저에 의해 먼저 패턴이 형성된 후 실사용 프레임에 본딩되는 필름; 으로 구성된 태양전지 전극인쇄용 제판을 개시한다. 프레임은 알루미늄, 철, 비철, 나무 중 어느 하나의 재질로 제조되고, 망사는 폴리 재질 및, SUS 또는 W 재질로 제조되며, 폴리 망사와 SUS 또는 W 망사는 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 중 어느 하나에 의해 접착된다. 레이저를 이용한 패턴 가공시 탄화물을 제거하고, 패턴이 가공된 기판을 실사용 프레임에 재본딩한다.

Description

태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법{PLATE MAKING FOR PRINTING ELECTRODE OF SOLAR CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 더욱 상세하게, 레이저를 이용하여 인쇄되는 패턴을 가공하고, 레이저 가공시 생성된 탄화물을 제거하여 인쇄제판으로서의 특성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 태양광의 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치로, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다.

광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양전지는 실리콘의 상(phase)에 따라 단결정(single crystalline) 실리콘, 다결정(polycrystalline) 실리콘, 비정질(amorphous) 실리콘 태양전지로 분류된다. 이외에도 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, 연료감응 태양전지, 유기 태양전지 등이 있다.

전극을 형성하기 위한 인쇄공정은 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 스크린 메쉬(Screen Mesh)의 홈을 통하여 전도성 페이스트를 밀어내어 기재에 형성시키는 공정으로, 스크린메쉬의 재질(Metal, SUS wire, polyester wire 등), 장력(Tension), Wire diameter(선경), 메쉬의 크기(Mesh size, #400, #500 등, 1인치에 직조되는 wire의 개수), 유제의 두께, 인쇄속도, 스퀴지 압력, 스퀴지 경도, 스퀴지 각도, 인쇄압력, Screen Mesh와 인쇄기재와의 거리(Snap-off)등 많은 공정변수가 있다.

또한, 전극재료인 전도성 페이스트의 점도, 요변성(Thixotropic Index) 등도 인쇄 품질에 절대적인 영향을 미치므로 최적의 인쇄공정 조건을 확립하는 것이 필수적이다.

일반적인 태양전지는 인쇄공정을 통하여 전후면의 전극을 형성한다. 전면의 전극은 도 2와 같이 버스(bus)와 핑거(finger)로 구성되며, 핑거는 태양전지 셀에서 발생된 전자를 이동시키기 위한 통로로 이용되고, 버스(bus)는 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 태양전지를 직렬 또는 직병렬로 연결하기 위한 리본(Ribbon)을 솔더링을 하기 위한 배선이다. 상기 핑거 및 버스의 저항이 높으면 태양전지의 효율은 급격이 감소하게 되는데, 이는 배선의 저항에 의한 손실 때문이다. 도 3은 박막형 태양전지를 복수 개의 단위셀로 나누고, 복수 개의 단위셀을 직렬로 연결하는 구조로 형성하는 구조이다.

이러한 문제점을 보완하기 위하여 도 5에 도시한 바와 같이 전극의 인쇄시에 가능한한 AR(Aspect Ratio, 선폭에 대한 높이의 비율)을 높여야 하며, 이를 위하여 전극인쇄용 실버 페이스트 및 인쇄제판의 조정이 필요하다.

또한, 핑거의 선폭은 가능한 빛이 태양전지에 도달하는 면적을 넓게 하기 위하여 줄여야 한다. 그러나 핑거의 선폭을 너무 줄이면, 빛을 받는 면적은 늘어나지만, 저항이 높아져서 오히려 효율이 떨어지는 경우가 발생하며, 핑거의 선폭을 넓히면 저항은 줄어들지만 빛을 받는 면적이 줄어들어 효율이 떨어지는 경우가 발생하므로, 태양전지 제조업체에서는 다양한 방법으로 최적의 핑거 선폭 및 개수를 결정하게 된다. Bus 또한 3, 5, 12 bus등 시뮬레이션 및 효율 측정을 통하여 최적의 선폭 및 개수를 결정하게 된다.

한국특허등록 제10-1040956호는 나노와이어를 이용한 박막 실리콘 태양전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로써, 기판의 상부에 산화아연 시드층(ZnO seed layer)을 형성하고, 산화아연 시드층을 열처리 하고, 열처리된 산화아연 시드층을 수용액에 넣어 복수의 산화아연 나노와이어(ZnO nanowire)를 성장시키고, 산화아연 나노와이어를 포함하여 산화아연 시드층 위에 박막 실리콘을 형성하고, 산화아연시드층 및 박막 실리콘 위에 전극을 형성하여, 수용액 상태에서 성장시킨 산화아연 나노와이어를 투명전극으로 활용하여 단위면적당 셀의 유효면적을 크게 할 수 있고, 입사된 태양광을 보다효율적으로 산란시킬 수 있어 태양전지의 효율을 개선할 수 있도록 한 것이다.

한국특허등록 제10-2190655호는 유리 기판을 사용한 태양광 전지를 이용하여 제조되는 태양광 모듈에 관한 것으로써, 전면 보호글라스와; 상기 전면 보호 글라스의 후면에 증착되되, 상기 전면 보호 글라스를 통해 입사된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 광전 변환 모듈; 상기 전면 보호 글라스와 광전 변환 모듈을 밀봉시켜 수분이나 외부 이물질로부터 상기 전면 보호 글라스와 광전 변환 모듈을 보호하고 외부 충격이나 외부 충돌로부터 상기 광전 변환 모듈과 전면 보호 글라스를 보호하는 밀봉재; 상기 밀봉재로 포장된 전면 보호 글라스 전면에 설치되어 외부 충격이나 충돌 또는 외부 환경으로부터 상기 전면 보호 글라스와 광전 변환 모듈을 보호하는 전면 메인 글라스; 및 상기 밀봉재로 포장된 광전 변환 모듈의 후면에 설치되어 외부 충격이나 충돌 또는 외부 환경으로부터 상기 광전 변환 모듈을 보호하는 후면 메인 글라스를 포함하여, 태양 전지 제조 공정으로 실리콘 웨이퍼 대신에 값싼 유리나 금속기판 위에 반도체 박막을 증착시키는 공정을 이용함으로써 태양광 모듈의 제조 단가를 낮출 수 있도록 한 것이다.

1. 한국특허등록 제10-1040956호 2. 한국특허등록 제10-2190655호

본 발명의 목적은, 미세선폭의 핑거를 인쇄하기 위한 전후면 인쇄용 제판으로써, 폴리이미드 필름을 부착하고 레이저로 정밀하게 가공된 인쇄패턴이 형성되도록 함으로써 AR(Aspect Ratio)이 높으면서 인쇄선폭의 형상이 매끈하게 실버 페이스트를 인쇄할 수 있도록 한, 태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 레이저를 이용하여 패턴을 가공함으로써 노광-현상공정을 이용하여 패턴이 형성된 기존 제판보다 핑거의 인쇄선폭을 획기적으로 줄일 수 있고, 기존의 메시에 유제를 이용하여 제작된 인쇄용 제판에 비하여 인쇄 횟수를 획기적으로 늘릴 수 있어 제조원가를 절감할 수 있도록 한, 태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 와이어가 직조된 메시에 유제를 바르고, 노광-현상 공정을 통해 형성된 제판의 경우, 와이어의 선경, 메시 수에 따라 개구율이 낮아 전도성 페이스트를 인쇄할 경우, 전도성 페이스트의 빠짐성에 한계가 있게 되는데 비해, PI 필름에 레이저를 이용하여 패턴을 가공하고, 와이어의 일부분 또한 끊어내는 공정이 가능하여 패턴부의 개구율을 획기적으로 높일 수 있도록 한, 태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 인쇄횟수가 증가하면서 인쇄 패턴면이 쉽게 떨어져 나가 인쇄선이 매끄럽지 못하게 되는 것을 방지할 수 있도록 한, 태양전지의 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 레이저로 패턴 가공시 생성되는 탄화물을 제거하도록 한, 태양전지 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 전극인쇄용 제판은

지지판으로서의 프레임;

상기 프레임상에 적층되는 망사;

상기 특정 재질의 망사 위에 적층되는 망사;

상기 망사 위에 적층되어 레이저에 의해 패턴이 형성되거나 또는 상기 레이저에 의해 먼저 패턴이 형성된 후 실사용 프레임에 본딩되는 필름;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 프레임은 알루미늄, 철, 비철, 나무 중 어느 하나의 재질로 제조되고, 망사는 폴리 재질 및, SUS 또는 W 재질로 제조되며, 폴리 망사와 SUS 또는 W 망사는 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 중 어느 하나에 의해 접착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 레이저를 이용한 패턴 가공시 탄화물을 제거하고, 패턴이 가공된 기판을 실사용 프레임에 재본딩하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지 전극인쇄용 제판 제조방법은

지지판으로서의 프레임을 준비하는 제1단계;

프레임상에 폴리 망사를 적층하는 제2단계;

폴리 망사 위에 SUS 또는 W 망사를 적층하고, SUS 또는 W 망사와 폴리 망사를 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 중 어느 하나에 의해 접착하는 제3단계;

SUS 또는 W 망사 위에 PI, 아크릴계, PET계, PCT계 필름 중 어느 하나가 적층되는 제4단계; 및

필름 위에 레이저에 의해 패턴이 형성되는 제5단계;로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 레이저를 이용한 패턴 가공시 탄화물을 제거하고, 패턴이 가공된 기판을 실사용 프레임에 재본딩하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 레이저를 이용하여 패턴 하부의 메시 망사의 일부 와이어를 절단하여 인쇄 패턴에서의 개구율을 높이도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 태양전지 전극인쇄용 제판 및 그 제조방법에 따르면, 폴리이미드 필름에 레이저로 형성된 미세패턴을 이용함으로써, 기존의 유제를 이용한 제판에 비하여 내구성 및 정밀도가 매우 우수하고, 연속 인쇄시 미세패턴의 형상을 그대로 유지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 기존 유제제판의 경우, 인쇄횟수가 증가함에 따라 유제가 일부 소실되어 직선상의 패턴이 지그재그 형태로 인쇄가 되는 경향이 있음과 아울러, 인쇄 후 제판을 세척할 경우 세척액에 대하여 내화학성이 우수하지 못하여 패턴이 소실되는 경우가 매우 빈번함에 반해, 본 발명에 적용된 폴리이미드 필름의 경우, 매우 뛰어난 내화학성을 가지고 있어 세척액에 대하여 강한 내구성을 가질 수 있다.

또한, 와이어가 직조된 메시에 유제를 바르고, 노광-현상 공정을 통해 형성된 제판의 경우, 와이어의 선경 및 메시 수에 따라 개구율이 낮아 전도성 페이스트를 인쇄할 경우, 전도성 페이스트의 빠짐성에 한계가 있게 되는데 비해, PI 필름에 레이저를 이용하여 패턴을 가공하고, 와이어의 일부분 또한 끊어내는 공정이 가능하여 패턴부의 개구율을 획기적으로 높일 수 있다.

또한, 인쇄횟수가 증가하면서 인쇄 패턴면이 쉽게 떨어져 나가 인쇄선이 매끄럽지 못하게 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 레이저로 패턴을 형성함으로써 고해상도 및 고정밀도의 미세 패턴 형성이 가능하다.

또한, 레이저 가공시 생성된 탄화물을 제거하여 회로패턴이 용이하게 형성될 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 일반적인 스크린 인쇄 공정도.
도 2는 전극 구성도.
도 3은 리본 솔더링공정을 통한 태양전지의 연결 예시도.
도 4는 일반적인 와이어 메시의 예시도.
도 5는 태양전지에 인쇄공정으로 형성된 핑거의 형상 및 전극의 높이/선폭의 비(AR)를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 전극 인쇄용 제판의 구성 예시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 전극 인쇄용 제판의 제조 공정 흐름도.
도 8은 레이저 30um 패턴 인쇄시 finger 높이 데이터.
도 9는 레이저 30um 패턴 인쇄시 finger 선폭 데이터.
도 10은 레이저 30um 패턴 인쇄시 bus 높이 데이터.
도 11은 레이저 30um 패턴 인쇄시 cell 효율 측정 데이터.
상기 도면을 통하여 본 발명의 명확한 실시예를 도시하였고 하기 내용에서 더욱 상세히 설명한다. 이러한 도면은 그 어떤 방식으로 본 발명의 취지의 범위를 한정하려는 것이 아니라, 특정된 실시예를 참고로 하여 본 기술 분야의 당업자로 하여금 본 발명의 개념을 이해하도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

[발명의 바람직한 형태]

본 발명은 태양전지 전극 인쇄용 제판 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명은, SUS 와이어(wire)가 교차 배치된 mesh 망사에 유제를 노광 현상하는 공정을 통해 제조되는 기존의 인쇄제판의 제조방법과는 달리, mesh 망사에 폴리이미드 필름을 부착하고, 레이저를 이용하여 미세하게 인쇄 패턴을 형성할 수 있도록 한, 태양전지 전극 인쇄용 제판 및 그 제조방법을 개시한다.

또한, 레이저를 이용하여 mesh 망사의 일부분의 wire를 절단하여 인쇄패턴의 개구율을 높이는 것이 가능하다. 일반 SUS #380 mesh의 wire의 선경은 대략 34um 이며, 개구율은 24%로 미세선폭으로 인쇄에는 한계가 있고, 420mesh의 경우에도 개구율이 30% 수준으로 전도성 페이스트가 충분히 빠지기에는 매우 낮은 개구율을 가지고 있다.

본 발명의 태양전지 전극 인쇄용 제판은, 지지판으로서 알루미늄, 철 등의 재질로 이루어진 프레임과, 프레임상에 배치되는 폴리 망사와, 폴리 망사 위에 배치되는 SUS 망사와, SUS 망사 위에 배치되어 레이저로 패턴이 형성되는 PI, 아크릴계, PET계, PCT계 필름으로 구성되고, 상기 SUS 망사와 폴리 망사는 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 등에 의해 접착되도록 구성한다.

또한, 본 발명은 레이저 장비에 적합한 지그에 제판 및 본딩을 하고, 레이저를 이용하여 패턴을 가공하며, 레이저를 이용한 패턴 가공시 탄화물을 제거하고, 패턴이 가공된 기판을 실사용 프레임에 재본딩하도록 한다.

또한, 필름에 먼저 레이저를 이용하여 인쇄패턴을 형성하고, 레이저로 패턴이 형성된 필름을 망사/프레임에 본딩하도록 구성하는 것도 가능하다.

상기 패턴 가공시 탄화물 제거는 물, 알카리, 중성세제, 플라즈마 등을 사용할 수 있다.

[발명의 바람직한 실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 전극 인쇄용 제판의 구성 예시도이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 전극 인쇄용 제판의 제조 공정 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 전극 인쇄용 제판은, 지지판으로서 프레임(100)과, 상기 프레임(100)에 스트레칭 후 본딩된 제1 망사(200)와, 상기 프레임(100)에 견장된 제1 망사(200) 위에 적층되는 제2 망사(300)와, 상기 제2 망사(300) 위에 적층되어 레이저로 패턴이 형성되는 필름(400)으로 구성된다.

상기 제2 망사(300)는 가장자리 일정부분이 견장된 제1 망사(200)와 핫멜트 등에 의해 접착된 후, 제1 망사(200)와 분리된다.

상기 프레임(100)은 알루미늄, 철, 비철, 나무 등 지지대로서의 역할을 할 수 있는 재질이면 어떤 것이든 상관없다.

상기 프레임(10)은 상하 좌우로 배열된 수직 및 수평부재의 모서리 연결을 통해 예를 들어, 사각 테두리부를 이루도록 형성되며, 그 안쪽 둘레면에 특정 재질의 제1 망사(200)와, 상기 특정 재질의 제1 망사(200) 위에 적층되는 또 다른 재질의 제2 망사(300)와, 상기 제2 망사(300) 위에 적층되어 레이저로 패턴이 형성되는 필름(400)이 구성된다.

상기 제1 망사(200)는 폴리(PET) 재질로 제조된 것을 사용할 수 있다.

상기 PET 섬유는 합성폴리로 만든 모노필라멘트 화학섬유이다. 이 섬유의 특성은 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 잘 늘어나지 않고 빛 저항력이 뛰어나며, 기계적 내구성과 내마모성이 우수하며, 기후 요인에 민감하지 않고 2% 늘어난 후 100% 회복 가능할 정도로 치수 회복력이 뛰어나다.

특성	PET 섬유
비중	1.38
인장강도 daN/mm3	45 ~ 75
상대적 점착력(젖은 상태) %	100
파탄인장력(건조된 상태) %	15 ~ 30
파탄인장력(젖은상태) %	15 ~ 30
20℃ 및 상대습도 65%에서 습기흡수도	0.4
녹는점 ℃	240 ~ 260
연화점 ℃	220 ~ 240
한계온도 ℃(건조상태에서 대략 한계온도)	건조된 상태로 최고 150℃ 까지 연속노출
빛 및 기후저항력	우수, 매우우수
내마모력	우수
황산, 염산 질산(산정)	낮은농도, 온도방응시간에 영향받지 않음
포름산, 호산(산성)	영향 받지 않음
수산화나트륨, 수산화칼슘(알칼리성)	높은온도, 농도반응시간에 용해
솔벤트	일반적인 스크린 프린팅 솔벤트에 저항력 우수

상기 제2 망사(300)는 SUS 재질로 제조된 것을 사용할 수 있다.

상기 제2 망사(300)는 stainless steel에 몰리브덴(Mo)을 전착시켜 제조한 것일 수 있다. SUS의 메쉬는 300-500mesh 인 것이 바람직하고, 선경은 16-25um 인 것이 바람직하다.

또한, 레이저 가공으로 인한 장력의 변화 및 녹는 현상의 방지를 위하여 텅스텐(W) 재질의 망사를 사용할 수 있다. W의 경우, 녹는점이 3,000℃ 정도이므로 UV 등 단파장의 레이저에도 변화가 없다.

상기 제1 망사(200)와 제2 망사(300)는 접착제를 통해 접착되며, 접착제로는 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 등을 사용할 수 있다.

액상 페이스트 접착제는 점도 거동이나 열화 등에 의하여 도포량이나 도포 시공 형상 등에 큰 편차를 발생시킨다. 그 결과, 도포되는 액상 페이스트 접착제의 두께의 불균일 때문에 접착 신뢰성이 부족한 단점이 있다. 즉, 액상 페이스트 접착제의 도포량이 부족하면 부착 강도가 낮아져, 후속 공정의 필름 적층 공정에서 필름이 떨어지게 된다.

또한, 액상 페이스트 접착제의 도포량이 과하면 필름 위까지 접착제가 흘러 수율 및 신뢰성 저하를 발생시킨다. 이 때문에 액상 페이스트 접착제의 도포량 제어를 빈번하게 행할 필요가 있어, 작업성이나 생산성에 지장을 초래한다

따라서 본 발명은 접착제로서 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화성 에폭시, 아크릴수지 등을 사용하여 이러한 단점을 극복한다.

UV 핫멜트 테이프에 사용되는 점착제는 아크릴릭 모노머(Acrylic monomer)와 올리고머(Oligomer), 그리고 광개시제(Photo Initiator)와 점착부여제(Tackifier)로 크게 나누어질 수 있다.

또한, 기존의 솔벤트 타입의 아크릴 점착제와 마찬가지로 2-Ethylhexyl acrylate, Butyl acrylate 이외에 보조 모노머, 관능기 모노머 등과 분자량 10³~ 10

만, 탄소 수 100 ~ 1000개의 올리고머(Oligomer)가 사용될 수 있으며, 광개시제로는 Irgacure 184, 369, 819, TPO (Isobornyl Acrylate는 모노머임) 등이 사용될 수 있다

상기 중합물은 고형분 100%이며, 110℃ 기준 최소 7,000cps의 점도를 갖도록 하여 핫멜트(Hotmelt) 공법으로 사용할 수 있도록 한다. 이는 경화 과정이 이루어지기 전에 코팅하는 것으로서, 열가소성 탄성중합체(TPE)처럼 적절한 온도에서 슬롯 다이를 이용하여 코팅을 하지만, 이후에 고압 UV 램프의 파장으로 라디칼 반응에 의한 경화를 통하여 UV 경화형 중합체인 고분자가 된다.

UV 핫멜트 점착 테이프는 상기의 UV 라디칼 반응형 점착제를 핫멜트 공법에 적용시킨 것이며, 생산성을 향상시킬 수 있도록 고압 UV 램프를 설치하고, 1차 코팅과 2차 코팅이 동시에 이루어질 수 있다.

상기 고압의 UV 램프의 높이에 따른 광도 조절과 램프의 종류와 파장영역, 램프 수에 따른 광량 조절이 가능하며 이에 따른 코팅 속도를 조절할 수 있게 된다.

UV 경화형 잉크 및 수지의 경우, 조사되는 UV는 UV 코팅층의 표면에 충분히 도달하여 광중합 반응이 충분히 일어나지만, UV 코팅층의 표면으로부터 깊이 들어갈수록 조사되는 UV가 도달하는 양이 적어지게 되고, 베이스층과 인접한 영역에서는 UV 조사량이 부족하여 광중합 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있다. 즉 UV 코팅층은 부직포 베이스층과의 접착력이 약해지게 된다.

따라서 UV 코팅층이 부직포 베이스층과 강하게 접착하게 하기 위해서는, UV 코팅층의 두께를 적절하게 제어하여야 한다. UV 코팅층의 적절한 두께는 실험적으로 정할 수 있으며, UV 코팅층이 실질적으로 기능할 수 있는 한도 내에서 가급적 얇은 것이 좋다.

상기 열경화성 에폭시 수지는 디사이클로펜타디엔계 에폭시 수지를 포함할 수 있다.

상기 아크릴수지 조성물은 하도액과 상도액으로 이루어지며, 상기 하도액은 증류수 100ml를 기준으로 유리전이온도(Tg) -11~145℃의 범위를 갖는 수성 아크릴 수지 90-100g, 생분해 촉매제 0.01-1g이 첨가되어 분산 제조되고; 상기 상도액은 증류수 100ml를 기준으로 유리전이온도(Tg) 10~21℃의 범위를 갖는 수성 아크릴 수지 90-100g, 생분해 촉매제 0.01-1g이 첨가되어 분산 제조될 수 있다.

상기 필름(400)은 PI, 금속성 판재, 아크릴계 필름, PET계 필름, PCT계 필름으로 구성될 수 있다.

상기 PET 필름은 PET 베이스 칩(base chip)과 자외선 흡수제를 포함하는 MB 칩(Master batch chip)을 용융 혼합하여 제작함으로써 별도의 코팅 공정 없이 10nm~400nm 근방의 자외선을 99% 이상 차단 가능한 것일 수 있다.

상기 PET 필름은 상기 필름을 제작하는 원료인 PET 베이스 칩(base chip)에 자외선 흡수제를 혼합하여 형성함으로써 필름 제작 공정시 필름의 표면에 별도의 코팅을 하지 않고도 400nm 자외선을 99% 이상 차단 가능하며, 상기 PET 베이스 칩의 100중량부에 대해, 상기 자외선 흡수제 1 내지 4 중량부로 제조될 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 태양광 모듈 기판 제조방법은, 지지판으로서의 프레임을 준비하는 제1단계; 상기 프레임상에 폴리 망사를 적층하는 제2단계; 상기 폴리 망사 위에 SUS 망사를 적층하는 제2단계;, 상기 SUS 망사와 폴리 망사를 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 중 어느 하나에 의해 접착하는 제3단계; 상기 SUS 망사 위에 PI, 아크릴계, PET계, PCT계 필름 중 어느 하나가 적층되는 제4단계; 및 상기 필름 위에 레이저 장비에 의해 레이저 패턴을 형성하는 제5단계;로 구성될 수 있다.

상기 제4단계 및 제5단계는, 필름에 레이저로 패턴을 먼저 형성한 후, 상기 프레임 및 SUS 또는 W 망사에 적층 본딩하도록 구성할 수도 있다.

상기 레이저는 기판 상에 전극인쇄 패턴을 형성하기 위해 조사되는 것으로서, 기판의 모재와 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 탄화물로 이루어진 금속 화합물 모두에 흡수되는 파장을 가질 수 있다. 즉, 레이저는 100nm대의 자외선 파장으로부터 1064um의 적외선에 이르기까지의 파장을 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는 250nm~550nm의 파장을 가지는 레이저가 바람직하다.

레이저가 자외선 영역의 파장보다 큰 파장을 가지는 경우, 레이저가 모재와 금속 화합물 모두에 흡수되기 어렵다.

이와 같이, 열선인 적외선 영역의 파장을 가지는 레이저에 비해 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저를 사용함으로써 기판에 미치는 열적 영향을 최소화할 수 있다.

레이저 패턴 가공시 생성되는 탄화물 세정 장치에는 오존(O3) 또는 수소(H2)가 용해된 초순수를 포함하는 세정액이 채워질 수 있다. 이러한 세정액은 가스 상태의 오존(O3) 또는 수소(H2)를 초순수에 용해시켜 제조할 수 있다. 따라서, 세정액은 산화성 또는 환원성을 가져 세정 기능을 수행할 수 있다.

상기 세정 장치에는 또한, 나노 버블 또는 마이크로 버블을 제조하는 초음파 세정기가 구성될 수 있다. 레이저 조사시 모재와 금속 화합물이 분해되며 발생한 파티클(particle)은 기판 및 패턴 위에 부착되는데, 이러한 파티클은 패턴에서 무전해 도금이 이루어지는 것을 방해하게 된다. 따라서 초음파 세정기에서 발생한 나노 버블 또는 마이크로 버블은 이러한 파티클을 기판 및 패턴으로부터 진동에 의해 이탈시켜 제거할 수 있다.

[시험예]

태양전지의 효율을 증가시키기 위해 전극에 포함된 에미터(emitter)의 두께가 얇아질 것이 요구되고 있다.

그러나, 에미터의 두께가 얇아지는 경우, 태양전지의 성능을 저하시킬 수 있는 션팅(shunting) 현상을 유발시킬 수 있다.

또한, 태양전지의 면적은 광전 변환효율을 향상시키기 위해 넓어지는 추세에 있다. 그러나, 이러한 경우 태양전지의 접촉저항이 높아져 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.

따라서 웨이퍼와의 접촉성을 향상시켜 에미터의 박막화가 가능하고, 접촉저항(Rc)과 직렬저항(Rs)을 최소화시켜 변환효율을 높일 수 있는 기술이 필요하다.

앞서 설명한 바와 같이, 핑거 및 버스의 저항이 높으면 태양전지의 효율은 급격이 감소하게 된다. 따라서 전극 인쇄시 가능한한 AR을 높여야 하다.

그러나 핑거의 선폭은 가능한한 빛이 태양전지에 도달하는 면적을 넓게 하기 위하여 줄여야 하지만, 핑거의 선폭을 너무 줄이면, 빛을 받는 면적은 늘어나지만, 저항이 높아져서 오히려 효율이 떨어질 수 있고, 핑거의 선폭을 너무 넓히면 저항은 낮아지지만 빛을 받는 면적이 줄어들어 효율이 떨어지므로, 최적의 핑거 선폭 및 개수를 결정하여야 한다. 또한, 버스도 최적의 선폭 및 개수를 결정하여야 한다.

도 8은 본 발명의 제판 제조방법으로 제조된 제판에 레이저로 선폭이 30um으로 형성된 패턴을 이용하여 인쇄 평가를 실시한 것이다. Finger 1의 높이는 최소 9.05um, 최대 19.17um, 평균 14.11um이고, finger 2의 높이는 최소 7.51um, 최대 20.29um, 평균 13.09um으로 형성되었다.

도 9는 레이저 30um 선폭 패턴의 제판을 이용하여 실시한 finger 선폭 데이터이다.

도 10은 Bus bar 인쇄 데이터로써, bus의 높이는 최소 22.61um, 최대 38.27um, 평균 31.50um이다.

도 11은 본 발명의 제판을 이용하고 레이저로 30um으로 형성된 선폭패턴을 이용하여 인쇄된 cell의 효율 측정 데이터이다.

6인치 P-PERC 셀에 국내 “H”사의 전면 실버페이스트를 이용하여 인쇄를 하고, 소성하여 태양전지를 제조하였다.

본 발명의 제판을 이용하여 도 8 내지 도 10의 데이터로 제조된 태양전지는 종래 대비 성능(Voc, Jsc, Fill Factor, 효율)이 향상됨을 확인할 수 있다. 태양전지의 효율은 19.1%이며, FF가 75% 수준으로 다소 낮은 이유는 사용된 전도성 페이스트가 30um의 미세선폭에 맞게 제조된 페이스트가 아니라, 통상 38um이상의 선폭패턴에 최적화된 페이스트로서 점도가 높고, 흐름성이 떨어져서 레이저로 가공된 30um의 미세패턴 인쇄용에는 적합하지 않았기 때문이다. 30um의 선폭패턴에 최적화된 페이스트를 이용한다면, FF가 80% 수준으로 형성될 것이며, 효율은 21% 이상을 달성할 수 있을 것이다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100 : 프레임 200 : 풀리 망사
300 : SUS 또는 W 망사 400 : 필름

Claims (6)

1. 지지판으로서의 프레임;
   상기 프레임상에 적층되는 제1 망사;
   상기 제1 망사 위에 적층되는 제2 망사;
   상기 제2 망사 위에 적층되어 레이저에 의해 패턴이 형성되거나 또는 상기 레이저에 의해 먼저 패턴이 형성된 후 제2 망사 위에 적층되어 프레임에 본딩되는 필름; 으로 구성되고,
   상기 레이저에 의해 패턴 형성시 탄화물이 제거되고, 패턴이 형성된 기판이 실사용 프레임에 재본딩되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극인쇄용 제판.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 프레임은 알루미늄, 철, 비철, 나무 중 어느 하나의 재질로 제조되고,
   상기 제1 망사는 폴리 재질로 제조되고,
   상기 제2 망사는 SUS 또는 W 재질로 제조되며,
   상기 폴리 재질의 망사와 SUS 또는 W 재질의 망사는 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 중 어느 하나에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극인쇄용 제판.
3. 삭제
4. 지지판으로서의 프레임을 준비하는 제1단계;
   상기 프레임상에 폴리 망사를 적층하는 제2단계;
   상기 폴리 망사 위에 SUS 또는 W 망사를 적층하고, 상기 폴리 망사와 SUS 또는 W 망사를 핫멜트 테이프, UV 경화형 잉크 및 수지, 열경화형 에폭시, 아크릴수지 중 어느 하나에 의해 접착하는 제3단계;
   상기 SUS 또는 W 망사 위에 PI, 아크릴계, PET계, PCT계 필름 중 어느 하나가 적층되는 제4단계; 및
   상기 필름 위에 레이저에 의해 패턴이 형성되는 제5단계;로 구성되고,
   상기 레이저에 의해 패턴 형성시 탄화물이 제거되고, 패턴이 형성된 기판이 실사용 프레임에 재본딩되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극인쇄용 제판 제조방법.
5. 삭제
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 레이저를 이용하여 패턴 하부의 메시 망사의 일부 와이어를 절단하여 인쇄 패턴에서의 개구율을 높이도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극인쇄용 제판 제조방법.

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