KR20080064545A - 태양전지의 전면전극 형성방법, 태양전지의 제조방법 및태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지의 전면전극 형성방법, 태양전지의 제조방법 및 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 태양전지의 전면전극 형성방법은, (S1) 전면전극 패턴에 따른 몰드를 제조하는 단계; (S2) 상기 몰드의 음각부에 전극 형성용 페이스트를 주입하는 단계; (S3) 상기 전극 형성용 페이스트가 주입된 몰드를 기판에 밀착시킨 후 상기 몰드를 기판으로부터 분리하여 전극 형성용 페이스트를 기판 위에 인쇄하는 단계; 및 (S4) 상기 기판 위에 인쇄된 페이스트를 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 태양전지의 전면전극 형성방법에 따르면, 태양전지 전면전극의 전극 라인의 두께를 적정하게 유지하면서도 전극 라인의 폭을 줄일 수 있어, 태양전지의 태양광 흡수면적을 넓히고 전극 라인의 저항을 감소시킴으로써 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.
태양전지, 전면전극, 몰드, 페이스트, 임프린팅(imprinting), 전극 라인
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 태양전지의 전면전극 형성방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 롤러 형태의 몰드를 이용한 연속 인쇄 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일반적인 태양전지의 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 태양전지의 전극형성방법, 태양전지의 제조방법 및 태양전지에 관 한 것으로, 더욱 상세하게는 태양전지 전면전극의 전극 라인의 두께를 적정하게 유지하면서도 전극 라인의 폭을 줄일 수 있어, 태양전지의 태양광 흡수면적을 넓히고 전극 라인의 저항을 감소시킬 수 있는 태양전지의 전면전극 형성방법, 태양전지의 제조방법 및 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지의 기본적인 구조를 나타낸 도 1을 참조하면, 태양전지는 다이오드와 같이 p형 반도체(101)와 n형 반도체(102)의 접합 구조를 가지며, 태양전지에 빛이 입사되면 빛과 태양전지의 반도체를 구성하는 물질과의 상호 작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 전자가 빠져나가 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라 하는데, 태양전지를 구성하는 p형(101) 및 n형 반도체(102) 중 전자는 n형 반도체(102) 쪽으로, 정공은 p형 반도체(101) 쪽으로 끌어 당겨져 각각 n형 반도체(101) 및 p형 반도체(102)와 접합된 전극(103, 104)으로 이동하게 되고, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전기가 흐르므로 전력을 얻을 수 있다.
이와 같은 태양전지의 출력특성은 일반적으로 솔라시뮬레이터를 이용하여 얻어진 출력전류전압곡선 상에서 출력전류 Ip와 출력전압 Vp의 곱 Ip×Vp의 최대값(Pm)을 태양전지로 입사하는 총광에너지(S×I: S는 소자면적, I는 태양전지에 조사되는 광의 강도)로 나눈 값인 변환효율 η에 의해 평가된다.
태양전지의 변환효율을 향상시키기 위해서는 태양전지의 태양광에 대한 흡수율을 높이고, 캐리어들의 재결합 정도를 줄여야 하며, 반도체 기판 및 전극에서의 저항을 낮추어야 한다. 태양전지에 대한 연구들은 대체로 이들과 관련하여 진행되고 있다.
전면전극의 구조나 형상 또한 태양전지의 태양광에 대한 흡수율 및 전극 저항과 밀접한 관련이 있으므로 그에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재, 전면전극의 형성은 일반적으로 스크린 프린팅 방식을 이용하여 진행되고 있다. 그러나, 스크린 프린팅 방식에 의하면 전극 라인의 폭을 줄이기가 용이하지 않으며, 전극 라인의 폭을 줄이면 전극의 두께가 줄어 들어 전극의 저항이 증가함으로써 오히려 효율을 감소시키게 된다.
따라서, 태양전지의 전면전극 형성방법의 이와 같은 문제점을 해결하려는 노력이 관련 분야에서 꾸준하게 이루어져 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양전지 전면전극의 전극 라인의 두께를 적정하게 유지하면서도 전극 라인의 폭을 줄일 수 있어, 태양전지의 태양광 흡수면적을 상승시키고 전극 라인의 저항을 감소시킬 수 있는 태양전지의 전면전극 형성방법, 태양전지의 제조방법 및 태양전지를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명은, (S1) 전면전극 패턴에 따른 몰드를 제조하는 단계; (S2) 상기 몰드의 음각부에 전극 형성용 페이스트를 주입하는 단계; (S3) 상기 전극 형성용 페이스트가 주입된 몰드를 기판에 밀착시킨 후 상기 몰드를 기판으로부터 분리하여 전극 형성용 페이스트를 기판 위에 인쇄하는 단계; 및 (S4) 상기 기판 위에 인쇄된 페이스트를 열처리하는 단계;를 포함하는 태양전지의 전면전극 형성방법을 제공한다.
상기 페이스트는 대표적으로 은, 글라스 프릿 및 바인더를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전면전극 형성방법은, 상기 (S2) 단계 후 상기 몰드의 양각부에 묻어 있는 상기 전극 형성용 페이스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 열처리 온도는 페이스트 내의 은, 글라스 프릿 및 바인더 함량 비율에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 일반적으로 700℃ ~ 850℃인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 본 발명의 전면전극 형성방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 본 발명의 태양전지의 제조방법을 이용하여 제조되는 태양전지를 제공한다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
스크린 프린팅 방식으로 태양전지의 전극을 형성할 경우, 통상 전면전극 라인의 폭은 100~120㎛, 전극 두께는 10~15㎛ 정도가 된다. 태양전지 효율 향상을 위해 전극 폭을 줄여야 하지만, 스크린 프린팅 방식의 경우 전극 라인의 폭이 줄어들면 전극의 두께가 역시 줄어들어 전극 라인 자체 저항이 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명의 발명자들은 종래의 스크린 프린팅 방식에 의한 전극 형성 방법을 개선하여 임프린팅(imprinting) 방식을 도입함으로써, 전극 라인의 두께를 소정 크기 이상으로 유지하면서도 전극 라인의 폭을 줄일 수 있는 본 발명의 전면전극 형성방법을 완성하기에 이르렀다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 태양전지의 전면전극 형성방법을 설명한다.
본 발명에 따르면, 먼저 전면전극 패턴에 따른 몰드(201)를 제조한다(도 2a 참조). 전면전극 패턴은 특별히 제한되지 않으며, 제조하고자 하는 전면전극의 라인 폭 및 두께와 라인간의 간격 그리고 페이스트의 옆퍼짐 현상을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 몰드(201)의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 대표적으로 폴리디메틸실록세인(Poly-dimethyl-Siloxane, PDMS) 또는 금속 합금이 사용될 수 있다. 금속 합금으로는 태양전지 제조 분야 및 다른 기술 분야에서 몰드 제조를 위해 사용되는 공지의 것들이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 몰드(201)의 음각부에 전면전극 형성용 페이스트(203)를 주입한다(도 2b 참조). 상기 전면전극 형성용 페이스트(203)는 대표적으로 은, 글라 스 프릿 및 바인더를 포함하여 이루어질 수 있다. 은은 우수한 전기전도성으로 인해 대표적으로 전면전극에 사용되고, 글라스 프릿은 열처리 시에 반사방지막 등을 관통하여 전면전극이 실리콘 기판의 에미터층에 연결되도록 하고, 바인더는 페이스트를 구성하는 다른 구성 성분들이 상호 간에 잘 결합되도록 한다.
다음으로, 상기 전극 형성용 페이스트가 주입된 몰드(201)를 기판(205)에 밀착시킨 후 상기 몰드(201)를 기판(205)으로부터 분리하여 전극 형성용 페이스트(203)를 기판 위에 인쇄한다(도 2c 및 도 2d 참조). 상기 몰드의 양각부에 묻어 있는 전극 형성용 페이스트(203)는 기판(205) 위에 도포되어 전지의 태양광 흡수율을 감소시키므로, 전극 형성용 페이스트(203)를 기판(205) 위에 인쇄하기에 앞서 몰드(201)의 양각부에 묻어 있는 전극 형성용 페이스트(203)를 제거하는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 몰드(201)로 페이스트(203)를 주입하고, 페이스트(203)를 기판(205) 위에 인쇄하는 과정은, 외면에 전극 패턴이 형성된 롤러 형태의 몰드를 이용하여 연속적으로 진행될 수 있다. 도 3을 참조하여 롤러 형태의 몰드를 이용한 연속 인쇄 공정에 관하여 설명하면, 기판(307)은 이송 수단(308)에 의해 이송되면서 롤러 형태의 몰드(301)의 외면과 접하게 되고, 몰드(301) 외면의 음각부에 채워진 전극 형성용 페이스트(303)는 기판(307) 위에 도포되게 된다. 이때, 몰드(301)는 연속적으로 회전하면서 페이스트 공급부(302)로부터 페이스트(303)를 공급 받고, 몰드(301) 외면의 양각부에 도포된 페이스트(303)는 페이스트 제거 테이프(306)에 의해 제거된다. 페이스트 제거 테이프(306)는 롤러(305)에 의해 회전하면서, 연속적으로 페 이스트(303) 제거 공정을 수행하게 된다.
이와 같은 과정을 통해 기판 위에 전극 형성용 페이스트(203)가 도포되면, 이를 열처리하는 과정을 거치게 된다. 열처리를 통해 전극 형성용 페이스트(203)가 반사방지막 및 부동층을 관통하여 에미터층과 연결되게 된다(punch through). 상기 열처리 온도는 페이스트 내의 은, 글라스 프릿 및 바인더 함량 비율에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 일반적으로 700℃ ~ 850℃인 것이 바람직한데, 700℃ 미만이면 펀치스루(Punch through)가 되지않아 시리즈 저항(Series resistance)가 높아지는 문제가 있고, 850℃를 초과하면 에미터층까지 관통하는 과도한 펀치 스루로 인하여 션팅 저항(Shunting resistance)이 작아지는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
본 발명의 태양전지 제조방법은 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 전면전극 형성방법을 포함한다 이하, 일반적인 태양전지의 구조를 모식적으로 나타낸 도 4를 참조하여 본 발명의 태양전지 제조방법을 설명한다.
본 발명의 태양전지의 제조방법에 따르면, 먼저 제1 도전형 반도체 기판(401)상에 그에 반대 도전형의 제2 도전형 반도체층(402)을 형성하여 그 계면에 p-n 접합을 형성한다. 제1 도전형 반도체 기판(401)으로는 대표적으로 p형 실리콘 기판이 이용되며, 예를 들어 p형 실리콘 기판에 n형 도펀트(dopant)를 도포한 후 열처리하여 n형 도펀트가 p형 실리콘 기판으로 확산되도록 함으로써 p-n 접합을 형성할 수 있다. p형 실리콘 기판에는 대표적으로 B, Ga, In 등의 3족 원소들이 도핑되어 있는데, p형 실리콘 기판에 P, As, Sb 등의 5족 원소들을 도핑함으로써 n형 도전층을 형성할 수 있다.
다음으로, 제2 도전형 반도체층(402) 상에 반사방지막(405)을 형성한다. 반사방지막(405)은 대표적으로 실리콘나이트라이드로 형성될 수 있으며, 반사방지막(405)의 형성에는 화학기상증착 및 플라즈마 화학기상증착 방법 등이 이용될 수 있다.
마지막으로, 상기 반사방지막(405)을 관통하여 상기 제2 도전형 반도체층(402)에 연결되도록 전면전극(403)을 형성하고, 상기 제1 도전형 반도체 기판(401)을 사이에 두고 상기 전면전극(403)과 반대측에, 상기 제1 도전형 반도체 기판(401)과 연결되도록 후면전극(404)을 형성한다. 전면전극(403) 형성 및 후면전극(404) 형성은 그 순서를 바꾸어도 무방하며, 각각의 페이스트를 도포한 후 동시에 열처리함에 의해서도 역시 가능하다.
상기 본 발명의 제조방법을 통해 제조된 태양전지는 전면전극(403)의 전극 라인의 폭이 얇으면서도 그 두께는 적정하게 유지되어, 전극 저항이 낮을 뿐만 아니라 우수한 태양광 흡수율을 가진다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되지 않아야 하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 태양전지의 전면전극 형성방법에 따르면, 태양전지 전면전극의 전극 라인의 두께를 적정하게 유지하면서도 전극 라인의 폭을 줄일 수 있어, 태양전지의 태양광 흡수면적을 상승시키고 전극 라인의 저항을 감소시킴으로써 광전변환효율을 향상시킬 수 있다.
Claims (6)
- (S1) 전면전극 패턴에 따른 몰드를 제조하는 단계;(S2) 상기 몰드의 음각부에 전극 형성용 페이스트를 주입하는 단계;(S3) 상기 전극 형성용 페이스트가 주입된 몰드를 기판에 밀착시킨 후 상기 몰드를 기판으로부터 분리하여 전극 형성용 페이스트를 기판 위에 인쇄하는 단계; 및(S4) 상기 기판 위에 인쇄된 페이스트를 열처리하는 단계;를 포함하는 태양전지의 전면전극 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 페이스트는 은, 글라스 프릿 및 바인더를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 (S2) 단계 후 상기 몰드의 양각부에 묻어 있는 상기 전극 형성용 페이스트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 열처리 온도는 700℃ ~ 850℃인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극 형성방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 전면전극 형성방법을 포함하는 태양전지의 제조방법.
- 제5항에 따른 태양전지의 제조방법을 이용하여 제조되는 태양전지.
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