KR102595815B1

KR102595815B1 - 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크

Info

Publication number: KR102595815B1
Application number: KR1020210015274A
Authority: KR
Inventors: 이준성; 박준석; 김경민
Original assignee: 한빅솔라(주)
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2023-10-31
Also published as: KR20220111896A

Abstract

본 발명의 일실시예는 기판 위에 핑거 전극을 형성시키기 위하여, 수평방향에 대하여 단속적으로 배치되는 핑거 전극 개구부를 형성시키는 브릿지를 포함하는 지지층과, 수평방향으로 서로 분리 배치되는 핑거 전극 개구부들 사이에 위치하는 브릿지의 일면을 제외한 상기 지지층의 일면에 형성되어, 상기 기판과 상기 브릿지 사이로 오목 공간을 형성하는 보조층을 포함하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크를 제공한다.

Description

태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크{STENCIL MASK FOR PRINTING ELECTRODE OF SOLAR CELL}

본 발명은 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 전면전극 형성 시 금속 페이스트의 확산을 제어하여 금속 페이스트들 간의 전기적 연결성을 향상시킬 수 있는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크에 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 기본 구조는 P형 및 N형 반도체가 접합되고 그 양면에 전면 전극과 후면 전극이 각각 형성된 구조이다. 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 전하를 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 한다.

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, 각 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(12) 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.

도 3을 참조하여 이후 과정을 살펴보면, 실리콘 기판(30)을 스크린 인쇄 장비의 지지대(20)에 올려놓고, 실리콘 기판(30) 위에 에멀전(15)에 의해 전면전극 개구부가 패터닝된 메쉬(12)를 올린다. 그리고, 메쉬(12) 위에 금속 페이스트(31)를 올린 다음, 스퀴지(squeegee, 21)를 이동시킴으로써 금속 페이스트에 수직 방향으로 힘을 가한다. 이에 따라, 금속 페이스트(31)는 메쉬(12)의 전면전극 개구부들을 통해 토출되어 실리콘 기판(30)에 도포된다. 이때, 버스 바 전극 개구부들을 통해 토출된 금속 페이스트(31)에 의해 버스 바 전극이 인쇄되고, 핑거 전극 개구부들을 통해 토출된 금속 페이스트(31)에 의해 핑거 전극이 인쇄된다.

이와 같은 방법으로, 태양전지 셀 위에 수직으로 교차되도록 형성되는 버스 바 전극과 핑거 전극은 태양전지에서 생산되는 전류를 수집하여 전달하는 역할을 수행한다. 이 전면전극들은 전류 수집과 전달을 위해 필요한 구성 요소이지만, 실리콘 기판 위에 인쇄되기 때문에 전면전극들이 차지하는 면적만큼 실리콘 기판의 수광 면적을 감소시키게 된다.

이에 따라, 최근에는 전면전극들의 전류 수집 및 전달 능력은 유지하되 실리콘 기판의 수광 면적을 최대한 확보하기 위해, 전면전극들의 선 폭을 미세화하는 연구가 활발히 진행 중이다.

스크린 인쇄 기술에서 전극의 선 폭을 미세화하려면, 메쉬(12)의 와이어들이 더 촘촘한 간격으로 직조되어야 한다.

그런데, 메쉬(12)를 사용하는 스크린 마스크는 와이어 자체의 면적 때문에 개구율 확보에 태생적인 한계를 갖고 있다. 와이어로 직조된 구조로 인해 개구율 손실을 감수해야 하는데, 개구율이 50∼60%에 불과하다. 게다가, 와이어들의 교차 간격이 더 촘촘해지면, 스크린 마스크의 개구율은 더 감소하게 된다. 이에 따라, 개구부(13,14)로 주입되는 금속 페이스트(31)와 와이어들 사이의 마찰 저항이 더 증가하여 금속 페이스트(31) 주입이 더 어려워진다.

이를 해결하기 위해 스퀴지(21)가 금속 페이스트(31)를 누르는 힘을 증가시키거나 와이어와의 마찰 저항을 줄이기 위한 저점도 금속 페이스트(31)를 사용하기도 한다.

그러나, 이 방법들은 실리콘 기판(30)으로 토출되는 페이스트(31) 양을 증가시킬 수는 있으나, 새로운 문제점을 초래할 수 있는데 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

전면전극 개구부(13,14)들을 통해 토출된 금속 페이스트(31)는 실리콘 기판(30)에 도포되어 버스 바 전극(33)과 핑거 전극(34)이 된다. 이 버스 바 전극(33)의 폭과 핑거 전극(34)의 폭은 각각 버스 바 전극 개구부(13)의 폭과 핑거 전극 개구부(14)의 폭에 상응할 것으로 기대하지만, 실제로는 각 개구부(13,14)의 폭보다 더 넓게 형성된다.

스퀴지(21)의 힘을 증가시키는 경우 실리콘 기판(30)으로 토출되는 금속 페이스트(31)의 양이 늘어나면서 주변으로 넓게 퍼지게 된다. 또한, 저점도 금속 페이스트(31)를 사용하는 경우 금속 페이스트(31)가 실리콘 기판(30)으로 쉽게 토출될 수는 있으나, 낮은 점성으로 인해 주변으로 넓게 퍼지게 된다.

이와 같이, 금속 페이스트(31)가 주변으로 확산되면, 금속 페이스트(31)가 불필요하게 소모되고 실리콘 기판(30)의 수광 면적을 감소시킨다. 이는 태양전지의 전기 생산성 감소를 초래한다.

전술한 바와 같이, 스크린 마스크가 갖고 있는 태생적인 개구율 한계를 극복하기 위해 여러 개선책들이 도출되고 있지만 이 개선책들은 새로운 문제점들을 초래하고 있다. 따라서, 스크린 마스크의 개구율 한계를 근본적으로 해결하고, 전류 수집 능력은 유지하되 태양전지의 수광 면적 더 확보할 수 있는 전면전극들을 인쇄할 수 있는 방법들이 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전면전극 인쇄 시 개구부들을 통해 실리콘 기판으로 토출되는 금속 페이스트들이 불필요하게 주변으로 확산되는 것을 억제하여 불필요한 금속 페이스트 소모를 감소시킬 수 있는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전면전극 인쇄 시 개구부들을 통해 실리콘 기판으로 토출되는 금속 페이스트들 간의 전기적 연결성을 향상시켜 좀 더 안정적으로 핑거 전극을 형성할 수 있는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크를 제공하는 것이다.

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 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 기판 위에 핑거 전극을 형성시키기 위하여, 수평방향에 대하여 단속적으로 배치되는 핑거 전극 개구부를 형성시키는 브릿지를 포함하는 지지층과, 수평방향으로 서로 분리 배치되는 핑거 전극 개구부들 사이에 위치하는 브릿지의 일면을 제외한 상기 지지층의 일면에 형성하는 보조층을 포함하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 지지층은, 상기 브릿지의 일측에 형성되는 제1 섹션 지지층과 상기 브릿지의 타측에 형성되는 제2 섹션 지지층을 포함하고, 상기 보조층은, 상기 제1 섹션 지지층의 일면에 배치되는 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 지지층의 일면에 배치되는 제2 섹션 보조층을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 섹션 지지층과 상기 제2 섹션 지지층 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리와, 상기 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 보조층 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리는 같을 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 섹션 보조층 또는 상기 제2 섹션 보조층의 면적은 상기 제1 섹션 지지층 또는 상기 제2 섹션 지지층의 면적보다 크게 형성되고, 상기 제1 섹션 지지층과 상기 제2 섹션 지지층 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리는, 상기 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 보조층 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리보다 넓을 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 섹션 보조층 또는 상기 제2 섹션 보조층의 면적은 상기 제1 섹션 지지층 또는 상기 제2 섹션 지지층의 면적보다 작게 형성되고, 상기 제1 섹션 지지층과 상기 제2 섹션 지지층 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리는, 상기 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 보조층 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리보다 좁을 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 브릿지의 높이는, 상기 제1 섹션 지지층 또는 상기 제1 섹션 지지층의 높이보다 낮게 형성되되, 상기 기판이 위치하는 방향과 대향하는 상기 제1 섹션 지지층의 타면 또는 상기 제2 섹션 지지층의 타면과, 상기 브릿지의 일단은 사이에는 단차 없이 서로간 수평선 상에 배치됨에 따라 상기 오목 공간의 높이가 상기 보조층의 높이보다 높게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 보조층은 폴리이미드(Polyimide), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나로 코팅된 코팅층일 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 오목 공간에는 상기 핑거 전극 개구부들 각각을 통해 토출된 금속 페이스트가 수용됨에 따라 전기적으로 연결되는 상기 핑거 전극이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전면전극 인쇄 시 개구부들을 통해 토출되는 금속 페이스트들을 설정된 공간으로 수용하여 금속 페이스트들의 불필요한 주변 확산을 억제함으로써, 태양전지의 생산 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 스텐실 마스크 하부면의 오목부를 이용하여 핑거 전극 개구부들 각각을 통해 토출되는 금속 페이스트들을 수용함으로써, 금속 페이스트들을 전기적으로 연결하여 핑거 전극을 구성할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도1은 종래의 스크린 인쇄 기술에 사용되는 스크린 마스크의 일 예를 도시한 도면이다.
도2는 에멀젼으로 개구부가 패터닝된 메쉬의 일부를 도시한 도면이다.
도3은 스크린 인쇄 방법의 개요를 보여주기 위한 도면이다.
도4는 도3의 스크린 인쇄 방법을 이용한 인쇄 결과를 보여주기 위한 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따라 핑거 전극 개구부들에 대응하여 오목 공간이 형성된 스텐실 마스크와 이를 이용하여 인쇄된 전면 전극을 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.
도12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 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 경우뿐 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 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

종래의 스크린 인쇄 기술의 단점을 개선하기 위하여 메쉬를 사용하지 않는 스텐실 인쇄 기술이 사용될 수 있다. 스텐실 인쇄 기술은 전극 패턴 개구부가 형성된 스텐실 마스크를 이용하여 실리콘 기판 위에 전극 패턴을 인쇄하는 기술이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따라 핑거 전극 개구부들에 대응하여 오목 공간이 형성된 스텐실 마스크와 이를 이용하여 인쇄된 전면 전극을 도시한 도면이다. 그리고, 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 스텐실 마스크는 와이어 메쉬(mesh)를 사용하지 않고, 레이저를 이용하여 금속 재질의 판을 직접 가공하여 버스 바 전극(210)과 핑거 전극(230) 위치에 대응하는 개구부들(105, 107)을 형성하는 방법에 의해 제조된다. 따라서, 스텐실 마스크는 100%의 높은 개구율을 가지며, 금속 재질로 구성되어 제품의 수명이 길다. 또한, 스텐실의 제조 공정은 종래의 스크린 제조 공정보다 단순하기 때문에 제조 원가 절감도 가능하다.

스텐실 마스크 제조에는 레이저 절삭법(laser cutting)이 주로 사용되는데, 전기 주조법(electroforming), 화학적 에칭법(chemical etching)에 비해 제조 공정이 단순하여 제조 시간이 짧고, 제조 비용이 적다는 장점이 있다.

이와 같이, 스텐실 마스크는 100%의 개구율을 갖기 때문에 스크린 마스크와 비교하여 개구부와 금속 페이스트 간의 마찰 저항이 거의 없다. 따라서, 스퀴지의 압력을 증가시키거나 저감도 금속 페이스트를 사용하지 않아도 금속 페이스트가 개구부들을 통해 원활하게 토출될 수 있다.

그런데, 스크린 인쇄 기술에서는 메쉬가 에멀전으로 패터닝된 개구부들을 지지하는 역할을 하지만, 스텐실 인쇄 기술에서는 단일 금속 판인 스텐실 마스크를 직접 가공하여 개구부들을 형성하기 때문에 개구부가 넓게 형성될 경우 기계적인 지지력이 약화될 수 있는 문제점이 있다.

기존의 스텐실 마스크에는 복수의 버스 바 전극 개구부(107)들과 핑거 전극 개구부(105)들이 종횡으로 교차되도록 형성된다. 이때, 도면에는 별도로 도시하지 않았으나, 기존의 스텐실 마스크에는 버스 바 전극 개구부(107)와 핑거 전극 개구부(105)에 의해 둘러싸인 고립영역들이 생성된다. 이러한, 고립영역은 기계적인 지지 구조가 없기 때문에 스텐실 마스크로부터 분리될 수 있다. 따라서, 스텐실 마스크에 전면전극 개구부들을 패터닝할 때에는 이러한 고립영역이 생기지 않도록 개구부(105, 107) 패턴을 설계해야 한다.

수직방향으로 형성되는 복수의 버스 바 전극 개구부(107)들과 수평방향에 대하여 단속적으로 배열되는 복수의 핑거 전극 개구부(105)들을 구성한다.

상기와 같은, 핑거 전극 개구부들은 단속적으로 배열되기 때문에 스텐실 마스크는 기계적인 지지 영역을 확보할 수 있고, 고립영역의 발생을 막을 수 있다. 반면, 단속적으로 배열된 핑거 전극 개구부들을 통해 토출된 금속 페이스트들은 실리콘 기판 상에 단속적으로 도포되기 때문에 전기적으로 연결된 일체형의 핑거 전극을 구성할 수 없다.

이는 전면 전극 인쇄시 스퀴지에 의해 스텐실 마스크의 하부면이 실리콘 기판에 밀착되어 각 핑거 전극 개구부들을 통해 토출된 금속 페이스트들이 주변으로 확산되지 못하기 때문이다.

본 발명에서는 단속적으로 형성된 핑거 전극 개구부(105)들을 통해 토출된 금속 페이스트들을 전기적으로 연결시킬 수 있는 스텐실 마스크를 제안한다.

도5의 (a)는 하부면에 오목 공간이 형성된 스텐실 마스크를 도시한 평면도이고, (d)는 스텐실 마스크를 사용하여 인쇄된 전면 전극들을 도시한 평면도이다.

먼저, (a)를 보면, 스텐실 마스크(100)는 기판(200)에 형성될 버스 바 전극(210)의 위치에 대응하여 수직방향으로 형성된 버스 바 전극 개구부(107)들과, 기판(200)에 형성될 핑거 전극(230)의 위치에 대응하여 수평방향으로 단속적으로 배열되며, 수직방향으로 일정한 간격으로 배열되어 핑거 전극 개구부 행을 구성하는 핑거 전극 개구부(105)들 사이의 빈 공간의 위치에 대응하여 스텐실 마스크(100)의 하부면에 오목 공간(109)(A)이 형성되게 된다.

스텐실 마스크(100) 하부면에 오목 공간(A)을 형성하는 이유는 전면 전극 인쇄 시 기판(200)에 밀착되는 스텐실 마스크(100)에서 오목 공간을 핑거 전극 개구부(105)들 각각을 통해 토출되는 금속 페이스트를 수용하기 위한 수용 공간으로 활용하기 위함이다. 오목 공간은 토출된 금속 페이스트들의 확산을 제한하며, 금속 페이스트들은 오목 공간 내에서 전기적으로 연결되어 일체화된 핑거 전극(230)을 구성할 수 있다.

도5의 (b)를 보면, 전면 전극 인쇄가 완료된 후, 버스 바 전극(210)들과 핑거 전극(230)들은 모두 전기적으로 연결된 형태로 형성된다.

본 발명의 일 실시예인 도5에서는 두 개의 서로 인접한 핑거 전극 개구부(105) 사이의 빈 공간의 위치에 대응하여 오목 공간이 형성되는 것으로 도시되었지만, 더 많은 핑거 전극 개구부(105)들과의 연결을 위해 오목 공간을 수평방향으로 더 길게 구현할 수도 있다.

한편, 기판 상에는 태양전지에서 생산되는 전류의 수집과 전달을 보다 효율적으로 수행하기 위해 많은 버스 바 전극들과 핑거 전극들이 인쇄된다. 스텐실 마스크의 전면 전극용 개구부들은 태양전지의 수광 면적과 전류 수집 능력 등을 고려하여 다양한 패턴으로 설계된다.

도6은 도5에서 A 영역을 확대 도시한 입체도이다.

도6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스텐실 마스크는 지지층(100)과 보조층(300)을 포함하여 구성될 수 있다.

지지층(100)은 기판(200) 위에 핑거 전극을 형성시키기 위하여, 수평방향에 대하여 단속적으로 배치되는 핑거 전극 개구부(105)를 형성시키는 브릿지(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 지지층(100)은 제1 섹션 지지층(110)과, 제2 섹션 지지층(130) 그리고 브릿지(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 섹션 지지층(110)은 도6에 도시된 바와 같이, 제1 섹션 지지층(110)과 제2 섹션 지지층(130) 사이에 위치하는 브릿지(150)의 일측에 형성되고, 제2 섹션 지지층(130)은 상기 브릿지(150)의 타측에 형성된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 지지층(100)은 금속층일 수 있고, 예컨대 스테인리스 강(stainless steel)으로 구현될 수 있다.

그리고, 보조층(300)은 수평방향으로 서로 분리 배치되는 핑거 전극 개구부(105)들 사이에 위치하는 브릿지(150)의 일면을 제외한 지지층(100)의 일면에 형성되어, 기판(200)과 브릿지(150) 사이로 오목 공간(109)을 형성하여, 서로 분리 배치되는 핑거 전극 개구부(105)들 사이를 연결할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 보조층(300)은 제1 섹션 보조층(310)과, 제2 섹션 보조층(330)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1 섹션 보조층(310)은 제1 섹션 지지층(110)의 일면에 배치되고, 제2 섹션 보조층(330)은 제2 섹션 지지층(130)의 일면에 배치되는 것일 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 보조층(300)은 폴리이미드(Polyimide, PI)와 같은 고분자 층일 수 있다. 예컨대, 보조층(300)은 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나로 코팅된 코팅층일 수 있다.

본 발명의 보조층(300)은 스텐실 마스크(100, 300)와 기판(200) 사이에 형성되는 오목 공간(109)의 형성을 위한 구성이다.

기판(200) 위에 형성되는 전면 전극은 내구성 확보를 위하여, 각각의 핑거 전극 개구부(105)를 통해 토출된 금속 페이스트를 연결하는 금속 페이스트가 위치할 공간인 오목 공간(109)이 필요하는데, 만약 오목 공간(109)이 없이 서로 수평한 위치에 위치하는 핑거 전극 개구부(105)들이 분리되어 있다면, 인쇄 과정에서 토출된 금속 페이스트가 옆으로 퍼지지 못하여 지지대 영역에서 전극간 단선이 발생하여, 태양전지의 효율이 크게 낮아지거나 저항 증가로 인한 발열, 화재 등의 위험성이 증가하게 되는 문제가 있다.

즉, 각 핑거 전극 개구부(105)로부터 토출된 금속 페이스트가 인접한 핑거 전극 개구부(105) 쪽으로 퍼지기 위하여, 서로 수평한 위치에 있는 핑거 전극 개구부(105) 사이에는 오목 공간(109)이 필요하다.

다만, 금속으로 이루어진 지지층(100)을 가공하여 오목 공간(109)을 형성하기에는 공업적으로 어려움이 있기 때문에, 본 발명의 스텐실 마스크는 금속보다 가공성이 우수한 폴리이미드로 이루어진 보조층(300)을 가공하여, 오목 공간(109)을 형성하였다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 보조층(300)은 높이 차이를 두어 오목 공간(109) 형성한다. 보조층(300)은 폴리이미드와 같은 고분자 층으로 이루어지기 때문에 다양한 방법(예를 들어, 레이저 절삭(cutting), 식각(ablation) 등)을 이용하여 정밀한 가공을 하는데 있어서 용이하다. 또한, 고분자 층으로 형성되는 보조층(300)은 금속 페이스트의 퍼짐성과 잔사 발생을 억제할 수 있고, 더불어 금속 페이스트가 퍼지면서 선폭이 증가하는 현상을 방지할 수 있어, 정밀한 인쇄 특성에 유리한 장점이 있다.

그 외, 폴리이미드와 같은 고분자 층으로 형성되는 보조층(300)의 이점으로는 결정질 실리콘 태양전지의 피라미드 요철구조로 된 표면을 보호할 수 있다는 점과, 상대적으로 부드러운 폴리이미드 층이 완충작용을 하면서 실리콘 피라미드 구조가 깨지는 현상을 방지할 수 있다는 점, 그리고 금속 표면의 이물질이 실리콘과 접촉하면서 오염이 발생될 수 있는 현상을 억제시킬 수 있다는 점이 있다.

본 발명의 보조층(300)을 상술한 바와 같은 장점을 가지는 폴리이미드 층으로 형성시키기 위해서는, 스프레이 코팅, 및 폴리이미드(PI) 필름(테이프) 접착 등의 방법이 이용될 수 있다.

스프레이 코팅방법의 경우, 초음파 노즐을 사용하여 액적을 미세화하여 분사하는 초음파 스프레이 방식을 이용할 수 있다. 그리고 PI 필름 접착방법의 경우, PI 필름의 일면에 접착제를 도포하여 금속층(지지층) 표면에 부착하거나, PI 필름의 일면에 열가소성 PI 층을 도포한 후, 금속층(지지층)의 표면에 올려놓은 상태에서 열 압착하여 부착시킬 수 있다. 그러나, PI 필름에 접착제를 사용하면 레이저 가공 과정에서 휘발성 접착제가 발화되면서 타거나 심한 연기가 나게 되어 주변 장비를 오염시키고, 레이저가 조사되는 렌즈에 이물질이 끼는 등의 부작용이 발생하여 부적합하다. 열가소성 수지를 사용하며 PI 필름을 압착시키는 방법은 접착제를 사용하지 않기 때문에 위와 같은 접착제에 의한 연소 문제를 야기시키지 않는다.

도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이고, 도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이며, 도9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이고, 도10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이며, 도11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이고, 도12는 본 발명의 제6 실시예에 따른 스텐실 마스크를 도시한 도면이다.

먼저 본 발명의 제1 실시예인 도7을 참조하여 설명한다. 도7의 (a)에 따르면, 제1 섹션 지지층(110)과 제2 섹션 지지층(130) 사이에 위치하는 브릿지(150)의 높이는, 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130)과 동일하며, 제1 섹션 보조층(310)과 제2 섹션 보조층(330)의 면적은 제1 섹션 지지층(110) 및 제2 섹션 지지층(130)과 동일하게 마련될 수 있다. 이에 따라, 제1 섹션 지지층(110)과 제2 섹션 지지층(130) 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리(W1)와, 제1 섹션 보조층(310)과 제2 섹션 보조층(330) 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리(W2)는 동일하게 형성될 수 있다.

도7의 (b)는 스텐실 마스크의 절단면을 도시한 것으로서, 보다 구체적으로는 도7의 (b)에서 A 부분이 도7의 (a)의 제1 절단면(Y-Y')에 해당한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 스텐실 마스크는 지지층(100) 일면에 위치하는 보조층(300)에 의해 T2 만큼의 높이를 가지는 오목 공간(109)을 형성할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 오목 공간(109)을 앞서 설명한 바와 같이, 양 옆에 있는 핑거 전극 개구부(105)들을 연결하는 공간으로서, 도7의 (c)에 도시된 바와 같이, 각 핑거 전극 개구부(105)를 통해 토출된 금속 페이스트(51)를 연결할 수 있도록 금속 페이스트(51)가 수용 가능한 공간이다.

도7의 (d)는 (a)의 저면도이다. (d)에서 확인할 수 있듯이, 제1 실시예에 따른 스텐실 마스크는 제1 간격 거리(W1)와, 제2 간격 거리(W2)가 동일하게 형성된다.

도7의 (e)는 (a)의 제2 절단면(X-X')을 도시한 것이다. 제1 실시예에 따른 오목 공간(109)의 높이(T2)는 보조층(300)의 높이(T2)와 같게 형성된다.

도7의 (f)는 금속 페이스트(51)가 토출된 모습을 도시한 것이다.

일 실시예에 따르면, 도7에 따른 지지층(100)에 형성되는 핑거 전극 개구부(105)의 폭은 10 내지 50 μm로 형성됨이 바람직하고, 보조층(300)에 형성되는 핑거 전극 개구부(105)의 폭 또한 10 내지 50 μm로 형성되는 것이 좋고, 지지층(100)의 두께(T1)는 20 내지 100 μm 로 형성되는 것이 바람직하고, 보조층(300)의 두께(T2)는 5 내지 30 μm로 형성되는 것이 바람직하며, 브릿지(150)의 폭(D1)은 10 내지 50 μm로 구현되는 것이 좋다.

도8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스텐실 마스크이다. 도8의 (a)에 따르면, 브릿지(150)의 높이(T1)는 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130)의 높이(T1)와 동일하며, 제1 섹션 보조층(310)과 제2 섹션 보조층(330)의 면적은 제1 섹션 지지층(110) 및 제2 섹션 지지층(130)보다 크게 마련될 수 있다. 이에 따라, 제2 실시예에 따른 제1 섹션 지지층(110)과 제2 섹션 지지층(130) 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리(W1)가, 제1 섹션 보조층(310)과 제2 섹션 보조층(330) 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리(W2)보다 넓게 형성될 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 오목 공간(109)의 높이(T2)는 제1 실시예와 마찬가지로 보조층(300)의 높이(T2)와 동일하다.

도8에 따른 보조층(300)에 형성되는 핑거 전극 개구부(105)의 폭은 5 내지 30 μm로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 제2 실시예에 따른 스텐실 마스크는 보다 얇은 미세 선 폭을 구현하기 위한 것이다.

도9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 스텐실 마스크이다. 도9의 (a)에 따르면, 브릿지(150)의 높이(T1)는 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130)의 높이(T1)와 동일하며, 제1 섹션 보조층(310)과 제2 섹션 보조층(330)의 면적은 제1 섹션 지지층(110) 및 제2 섹션 지지층(130)보다 작게 마련될 수 있다. 이에 따라, 제3 실시예에 따른 제1 섹션 지지층(110)과 제2 섹션 지지층(130) 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리(W1)가, 제1 섹션 보조층(310)과 제2 섹션 보조층(330) 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리(W2)보다 좁게 형성될 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 오목 공간(109)의 높이(T2)는 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 보조층(300)의 높이(T2)와 동일하다.

도9에 따른 보조층(300)에 형성되는 핑거 전극 개구부(105)의 폭은 10 내지 500 μm로 형성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 제3 실시예에 따른 스텐실 마스크는 보조층(300)에 의한 단차(T2)만을 포커싱한 것으로서, 현장의 변수에 의해 지지층(100)과 보조층(300)간에 정렬 상태(alignment)가 맞지 않아도 보조층(300)에 의한 단차(T2)를 통해 오목 공간(109)이 형성될 수 있음을 도시한 것이다.

도7 내지 도9를 참조하여 상술한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 스텐실 마스크는 모두 브릿지(150)의 높이(T1)와 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130)의 높이(T1)가 동일하게 마련된다.

도10 내지 도12를 참조하여 이하에서 설명하는 본 발명의 제4 내지 제6 실시예에 따른 스텐실 마스크는 브릿지(150)의 높이가 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130)의 높이(T1)보다 낮게 형성되는 것으로서, 이에 따른 오목 공간(109)의 높이(T3)가 제1 내지 제3 실시예에 비해 높게 형성된다.

도10 내지 도12에 도시된 바와 같은 본 발명의 스텐실 마스크의 브릿지(150)는 기판(200)이 위치하는 방향과 대향하는 제1 섹션 지지층(110)의 타면, 그리고 제2 섹션 지지층(130)의 타면간 단차 형성 없이, 서로간 수평선 상에 배치되되, 브릿지(150)의 높이가 짧아짐에 따라, 브릿지(150)의 타측으로 형성되는 오목 공간(109)의 높이가 보조층(300)의 높이보다 높게 형성된다.

보다 상세하게는, 도10은 도7과 같이 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130) 사이의 제1 간격(W1)이 제1 및 제2 섹션 보조층(310, 330) 사이의 제2 간격(W2)과 동일하게 구현된 구현 예이고, 도11은 도8과 같이 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130) 사이의 제1 간격(W1)이 제1 및 제2 섹션 보조층(310, 330) 사이의 제2 간격(W2)보다 넓게 형성되는 구현 예이며, 도12는 도9와 같이 제1 및 제2 섹션 지지층(110, 130) 사이의 제1 간격(W1)이 제1 및 제2 섹션 보조층(310, 330) 사이의 제2 간격(W2)보다 좁게 형성되는 구현 예이다.

도8과 도11와 같은 본 발명의 제2 실시예 그리고 제5 실시예에 따른 보조층(300)은 제2 간격(W2)을 보다 더 작게 형성함으로써, 더 얇은 핑거 전극 개구부(105)의 선폭(W2)을 갖도록 하고, 이에 따라 토출되는 금속 페이스트(metal paste) 또는 잉크(metal ink)의 양과 폭이 감소하며 인쇄되는 전극의 폭을 더 줄일 수 있다는 이점이 있다.

이상 설명한 본 발명의 스텐실 마스크의 보조층(300)을 이용하여 오목 공간을 형성하기 위하여 보조층(300)을 가공해야 하는데, 이때 이용될 수 있는 보조층의 가공 방법으로는 절삭(cutting) 또는 식각(ablation)을 이용할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

기판 위에 핑거 전극을 형성시키기 위하여, 수평방향에 대하여 단속적으로 배치되는 핑거 전극 개구부를 형성시키는 브릿지를 포함하는 지지층과,
수평방향으로 서로 분리 배치되는 핑거 전극 개구부들 사이에 위치하는 상기 브릿지의 일면을 제외한 상기 지지층의 일면에 형성되어, 상기 기판과 상기 브릿지 사이로 오목 공간을 형성하는 보조층을 포함하되,
상기 보조층은 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 테프론(Teflon) 중 적어도 하나로 이루어지고, 스프레이 코팅 또는 접착 방식으로 상기 지지층의 일면에 형성되되,
레이저 절삭 방법을 이용하여 상기 보조층을 가공함에 따라 상기 오목 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.
제1항에 있어서,
상기 지지층은, 상기 브릿지의 일측에 형성되는 제1 섹션 지지층과 상기 브릿지의 타측에 형성되는 제2 섹션 지지층을 포함하고,
상기 보조층은, 상기 제1 섹션 지지층의 일면에 배치되는 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 지지층의 일면에 배치되는 제2 섹션 보조층을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.
제2항에 있어서,
상기 제1 섹션 지지층과 상기 제2 섹션 지지층 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리와, 상기 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 보조층 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리는 같은 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.
제2항에 있어서,
상기 제1 섹션 보조층 또는 상기 제2 섹션 보조층의 면적은 상기 제1 섹션 지지층 또는 상기 제2 섹션 지지층의 면적보다 크게 형성되고,
상기 제1 섹션 지지층과 상기 제2 섹션 지지층 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리는, 상기 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 보조층 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리보다 넓은 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.
제2항에 있어서,
상기 제1 섹션 보조층 또는 상기 제2 섹션 보조층의 면적은 상기 제1 섹션 지지층 또는 상기 제2 섹션 지지층의 면적보다 작게 형성되고,
상기 제1 섹션 지지층과 상기 제2 섹션 지지층 사이 간격으로 정의되는 제1 간격 거리는, 상기 제1 섹션 보조층과 상기 제2 섹션 보조층 사이의 간격으로 정의되는 제2 간격 거리보다 좁은 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.
제2항에 있어서,
상기 브릿지의 높이는, 상기 제1 섹션 지지층 또는 상기 제1 섹션 지지층의 높이보다 낮게 형성되되,
상기 기판이 위치하는 방향과 대향하는 상기 제1 섹션 지지층의 타면 또는 상기 제2 섹션 지지층의 타면과, 상기 브릿지의 일단은 사이에는 단차 없이 서로간 수평선 상에 배치됨에 따라 상기 오목 공간의 높이가 상기 보조층의 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.
삭제
제1항에 있어서,
상기 오목 공간에는 상기 핑거 전극 개구부들 각각을 통해 토출된 금속 페이스트가 수용됨에 따라 전기적으로 연결되는 상기 핑거 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 인쇄용 스텐실 마스크.