KR20080091378A - 태양 전지 소자 및 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 태양 전지 소자는, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 수광면측에, 해당 수광면의 일부를 노출하여 형성된 집전극을 갖고, 상기 집전극의 수광면측에는, 접착제를 개재하여 배선 탭이 접속되어 있고, 상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고, 상기 집전극은, 내부에, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 접착제측 또는 상기 광전 변환부측 중 어느 한쪽의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역을 갖는다.
광전 변환부, 집전극, 접착제, 도전성재, 투광성 도전막, 글래스, 수지 필름

Description

태양 전지 소자 및 태양 전지 모듈{SOLAR BATTERY ELEMENT AND SOLAR BATTERY MODULE}
본 발명은, 태양 전지 소자 및 태양 전지 모듈에 관한 것으로, 특히 수율 및 신뢰성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.
태양 전지는, 클린하며 무진장한 에너지원인 태양으로부터의 광을 직접 전기로 변환할 수 있기 때문에, 새로운 에너지원으로서 기대되고 있다.
이러한 태양 전지를 가옥 혹은 빌딩 등의 전원으로서 이용함에 있어서는, 태양 전지 1매당의 출력이 기껏해야 수W 정도로 작기 때문에, 통상적으로 복수의 태양 전지 소자를 탭이라고 불리는 도전성의 접속 부재에 의해 전기적으로 직렬 혹은 병렬로 접속함으로써 출력을 수100W로까지 높인 태양 전지 모듈로서 사용된다.
상기 탭은, 통상적으로, 태양 전지 소자의 접속면에 미리 형성된 집전극에, 땜납을 이용하여 접속된다. 태양 전지 소자의 접속면을 구성하는 재료가 단결정 실리콘 혹은 다결정 실리콘 등의 비교적 높은 내열성을 갖는 재료로 구성되는 경우에는, 상기 집전극은 세라믹제의 도전성 페이스트를 이용하여 형성된다. 또한, 상기 접속면을 구성하는 재료가 비정질 반도체 재료 등의 내열성을 그다지 갖지 않는 재료로 구성되는 경우에는, 상기 집전극은 수지제의 도전성 페이스트를 이용하여 형성된다. 이 종래의 수지제의 도전성 페이스트로서, 일본 특허 공개 2005-217148호 공보에는, 에폭시 수지를 포함하는 수지제의 도전성 페이스트가 기재되어 있다.
<발명의 개시>
태양 전지 모듈은, 통상적으로, 가옥의 지붕 위 등 옥외에 설치되어 장기간에 걸쳐 사용되기 때문에, 온도 변화나 습도 변화 등 주위의 환경 변화의 영향을 받기 쉽다. 특히, 태양 전지 모듈은, 수광면측에 배치되는 글래스, Si(실리콘) 등의 반도체 재료로 구성되는 태양 전지 소자, 배면측에 배치되는 내후성의 수지 필름, 태양 전지 소자를 내부에 밀봉하는 수지제의 밀봉제, 태양 전지 소자끼리를 접속하기 위한 금속성 탭 등의 열팽창 계수가 서로 다른 다양한 부재에 의해 구성되기 때문에 온도 변화의 영향을 받기 쉽다. 이 때문에 장기간에 사용을 계속하는 동안, 각각의 부재 간의 접촉 계면에 열 변화에 의해 생긴 내부 응력에 의한 스트레스가 축적된다. 이 때문에, 예를 들면, 태양 전지 소자의 접속면과 집전극의 접촉 계면, 집전극과 땜납의 접촉 계면 등의 이종 재료 간에서의 접촉 계면에서의 밀착성이 저하하여, 태양 전지 소자와 탭 간에서의 접촉 저항의 증가 혹은 탭의 박리 등의 문제가 발생할 우려가 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 환경 변화에 의한 영향을 받기 어렵고, 장기간에 걸친 신뢰성이 향상된 태양 전지 소자 및 태양 전지 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 특징은, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와, 상기 광전 변환부의 수광면측에, 해당 수광면의 일부를 노출하여 형성된 집전극을 갖는 태 양 전지 소자로서, 상기 집전극의 수광면측에는, 접착제를 개재하여 배선 탭이 접속되어 있고, 상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도(海島) 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고, 상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 접착제측 또는 상기 광전 변환부측 중 어느 한쪽의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있는 것을 요지로 한다.
이러한 발명에 따르면, 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 이 경화성의 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지가 포함되고, 상기 집전극 내부에서 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 접착제측 또는 광전 변환층측 중 어느 한쪽의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 영역을 갖고 있다. 따라서, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가 크게 된 영역의 내부 응력을 작게 할 수 있으므로, 이 영역에서 환경 변화 등의 요인에 의해 집전극에 가해지는 스트레스를 완화할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 환경 변화 등의 요인에 의해 스트레스가 가해진 경우에도, 집전극에 과잉의 스트레스가 축적되는 것을 억제할 수 있고, 이 때문에 집전극에 과잉의 스트레스가 축적됨으로써 생기는 탭 박리 등의 불량의 발생이 억제된 태양 전지 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 제1 특징에서, 상기 제1 수지는 에폭시 수지이며, 상기 제2 수지는 실리콘 수지이어도 된다.
제1 수지와의 사이에서 제2 수지가 해도 구조를 형성한다는 것은, 대세를 차지하는 제1 수지 내에, 제1 수지와 섞이는 일 없이, 제2 수지가 섬부를 형성하는 형태로 산재하는 것을 나타낸다. 이와 같이 경화성의 제1 수지와, 이 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 갖는 제2 수지와, 또한 도전성재를 포함하는 수지제의 도전성 페이스트로부터 제작된 본 발명의 집전극에 따르면, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가 크게 된 영역에서 많은 해도 구조가 형성된다. 이 결과, 이 영역에서 제1 수지끼리의 결합이 제2 수지에 의해 분단되기 때문에 내부 응력이 작아져서, 외부로부터 가해지는 스트레스가 완화되게 된다. 이러한 제2 수지로서는, 제1 수지에 대하여 상용성이 낮은 수지를 이용할 수 있다.
본 발명의 제1 특징에서, 상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 수광면측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있어도 된다.
이러한 발명에 따르면, 집전극이, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가 크게 된 내부 영역을, 수광면측의 표면 영역보다도 내부에 갖고 있다. 따라서, 집전극의 수광면측의 표면 영역에 전술한 탭을 접착제에 의해 접착할 때에, 집전극과 접착제의 접착성을 손상시키는 일이 없고, 이 때문에 집전극과 탭의 접착성을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 제1 특징에서, 상기 광전 변환부의 수광면 위에 형성된 투광성 도전막을 더 구비하고, 상기 집전극은, 상기 투광성 도전막의 수광면 위에, 그 투광성 도전막의 일부를 노출하여 형성되어 있고, 상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 투광성 도전막측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있어도 된다.
이러한 발명에 따르면, 집전극이, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가 크게 된 내부 영역을, 투광성 도전막측의 표면 영역보다도 내부에 갖고 있다. 따라서, 집전극과 투광성 도전막의 접착성을 손상시키는 일이 없고, 이 때문에 집전극과 투광성 도전막의 접착성을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 제1 특징에서, 상기 집전극의 수광면측의 표면 영역에는, 상기 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 내부 영역에서의 상기 농도비보다도 작게 된 영역이 형성되어 있어도 된다.
이러한 발명에 따르면, 집전극이, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 내부 영역에서의 농도비보다도 작게 된 영역을 갖고 있다. 따라서, 집전극의 수광측의 표면 영역에 탭을 땜납에 의해 접착할 때에, 집전극과 땜납의 접착성을 손상시키는 일이 없고, 이 때문에 집전극과 탭의 접착성을 양호하게 유지할 수 있다.
본 발명의 제2 특징에서, 글래스와 수지 필름 사이에, 배선 탭에 의해 전기적으로 접속된 복수의 태양 전지 소자가 밀봉재에 의해 밀봉되어 이루어지는 태양 전지 모듈로서, 상기 태양 전지 소자는, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와, 그 광전 변환부의 수광면측에 형성된 집전극을 가짐과 함께, 상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고, 또한, 상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 수광면측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있고, 상기 배선 탭은, 상기 집전극에서의 상기 표면 영역에, 땜납에 의해 접착되는 것을 요지로 한다.
본 발명의 제3 특징에서, 글래스와 수지 필름 사이에, 배선 탭에 의해 전기적으로 접속된 복수의 태양 전지 소자가 밀봉재에 의해 밀봉되어 이루어지는 태양 전지 모듈로서, 상기 태양 전지 소자는, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와, 그 광전 변환부의 수광면 위에 형성된 투광성 도전막과, 그 투광성 도전막의 수광면 위에, 그 투광성 도전막의 표면의 일부를 노출하여 형성된 집전극을 가짐과 함께, 상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고, 또한, 상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 투광성 도전막측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있는 것을 요지로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 소자를 설명하기 위한 구조도.
도 2는 도 1에 도시한 태양 전지 소자를 이용한 태양 전지 모듈의 구성을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 태양 전지 소자의 집전극의 단면도.
도 4는 탭 강도의 측정을 행하는 장치를 설명하는 모식도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 태양 전지 소자의 3층 구조를 갖는 집전극의 단면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 태양 전지 소자의 집전극의 단면도.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
《제1 실시 형태》
이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[태양 전지 소자(1)의 구성]
도 1은, 본 실시 형태에 따른 태양 전지 소자(1)를 설명하기 위한 구조도이다. 도 1의 (A)는 단면 구조도, 도 1의 (B)는 태양 전지 소자(1)를 광 입사측으로부터 본 평면도이다. 또한, 도 1의 (A)는, 도 1의 (B)에서의 버스 바부(6B)의 길이 방향을 따른 단면의 구조도이다.
도 1에 도시하는 태양 전지 소자(1)는, 탭(12)이 접속되는 접속면에 비정질반도체층을 갖는 태양 전지 소자의 일례이다.
n형 단결정 실리콘 기판(2)의 일주면 위에는, 실질적으로 진성(i형)의 비정질 실리콘층(3), p형 비정질 실리콘층(4)이 순차적으로 적층되어 있다. 또한, n형 단결정 실리콘 기판(2)의 타주면 위에는, 실질적으로 진성(i형)의 비정질 실리콘층(7), n형 비정질 실리콘층(8)이 순차적으로 적층되어 있다.
그리고, 이들 n형 비정질 실리콘층(8), 실질적으로 진성의 비정질 실리콘층(7), n형 단결정 실리콘 기판(2), 실질적으로 진성의 비정질 실리콘층(3) 및 p형 비정질 실리콘층(4)에 의해 광전 변환부(100)가 구성되어 있다.
또한, p형 비정질 실리콘층(4) 위에는, ITO(Indium Tin Oxide: 산화 인듐 주석)로 이루어지는 투광성 도전막(5)과, 수지제의 도전성 페이스트로 이루어지는 집전극(6)이 순차적으로 적층되어 있다. n형 비정질 실리콘층(8) 위에는, ITO로 이루어지는 투광성 도전막(9)과, 수지제의 도전성 페이스트로 이루어지는 집전극(10)이 순차적으로 적층되어 있다.
그리고, 광전 변환부(100), 투광성 도전막(5), 투광성 도전막(9), 집전극(6), 집전극(10)으로 본 실시 형태에 따른 태양 전지 소자(1)가 구성된다.
이러한 태양 전지 소자(1)에서, 입사광은, 집전극(6) 및 투광성 도전막(5)을 통과하여 p형 비정질 실리콘층(4)측으로부터 n형 단결정 실리콘 기판(2) 방향으로 입사한다. 입사광을 유효하게 n형 단결정 실리콘 기판(2)에 입사시키기 위해서, 광 입사측에 배치되는 집전극(6)은, 투광성 도전막(5)의 표면의 일부를 노출시키도록 형성된다. 구체적으로는, 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 집전극(6)은, 가늘고 긴 형상을 갖는 서로 평행한 복수의 핑거부(6A, 6A …)와, 각 핑거부(6A, 6A …)끼리를 전기적으로 접속하기 위한 버스 바부(6B, 6B)로 구성되어 있다. 따라서, 입사광은, 이들 각 핑거부(6A, 6A …) 및 버스 바부(6B, 6B)로부터 노출되는 투광성 도전막(5)의 표면으로부터, 광전 변환부(100) 내에 입사한다.
또한, 각 핑거부(6A, 6A …)는, 입사광의 입사 면적을 증대시키기 위해서, 가능한 한 폭이 좁게 형성된다. 한편, 버스 바부(6B, 6B)는, 탭(12)을 접착시키기 위해서, 또한, 전기 저항을 가능한 한 작게 하기 위해서, 적어도 탭(12)과 동일한 정도의 폭 혹은 그 이상의 폭으로 형성된다.
n형 비정질 실리콘층(8)측에 배치되는 집전극(10)은, 광의 입사면과는 반대측의 면에 배치되어 있다. 따라서, 집전극(10)은, 투광성 도전막(9) 위의 전체면에 형성되어 있어도 되고, 광 입사측에 배치되는 집전극(6)과 마찬가지로, 복수의 핑거부(6A, 6A …) 및 버스 바부(6B, 6B)로 구성하도록 하여도 된다.
그리고, 구리 등의 금속제 박판 등의 가요성을 갖는 도전성 부재로 이루어지 는 탭(12)이, 서로 인접하는 한쪽의 태양 전지 소자(1)의 집전극(6)에서의 버스 바부(6B)와, 다른쪽의 태양 전지 소자(1)의 집전극(10)에 땜납(접착제)을 이용하여 접착된다. 이에 의해, 서로 인접하는 태양 전지 소자(1)가 서로 전기적으로 접속된다.
그리고, 도 2의 단면 구조도에 도시한 바와 같이, 탭(12)에 의해 전기적으로 접속된 복수의 태양 전지 소자(1)가, 광 입사측에 배치되는 글래스 등으로 이루어지는 광 입사측 지지 부재(14)와, 내후성 필름으로 이루어지는 배면 부재(15) 사이에 협지되고, 수지 재료로 이루어지는 밀봉제(13)의 내부에 밀봉됨으로써 태양 전지 모듈이 구성된다.
[집전극(6)의 구성]
다음으로, 본 발명의 특징 부분으로 되는 집전극(6)의 구성에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다. 도 3은, 광 입사측에 배치되는 집전극(6)의 구조를 설명하기 위한 확대 단면 구조도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 집전극(6)은, 투광성 도전막(5)과 접하는 측에 배치된 제1층(601)과, 집전극(6)과 탭(12)을 접착하기 위한 땜납으로 이루어지는 땜납층(200)과 접하는 측에 배치된 제2층(602)의 2층 구조를 갖고 있다.
제1층(601) 및 제2층(602)은, 모두 도전성재(도전성 필러)와, 열경화성 수지(본 발명의 제1 수지)와, 그 열경화성 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지에 의해 구성된 수지형의 도전성 페이스트로 구성되어 있다. 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 땜납층(200)과 반대측인 투광성 도전막(5)측에 배치된 제1층(601)에서, 땜납층(200)과 접하는 측에 배치된 제2층(602)보다도 크게 되도록 구성되어 있다.
[작용·효과]
따라서, 본 실시 형태에 따르면, 제1층(601)에서 해도 구조가 제2층(602)에 비하여 많이 형성되기 때문에, 열경화성 수지끼리의 결합력이 제2층(602)과 비교하여 약해진다. 이 결과, 태양 전지 모듈을 장기간 사용함으로써 투광성 도전막(5)과 탭(12) 사이에 축적되는 내부 응력에 의한 스트레스를 완화하는 효과를 발휘한다.
다음으로, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
[실험 1]
본 발명에 따른 제2 수지가 전극 내의 내부 응력에 미치는 효과를 조사한 결과에 대해서, 이하에 설명한다.
우선, 텍스쳐면을 갖는 n형 단결정 실리콘 기판의 표면에, 두께 50Å인 i형 비정질 실리콘층, 두께 50Å인 p형 비정질 실리콘층, 및 두께 1500Å인 ITO막을 순차적으로 형성하였다. 그리고, 이 ITO막 위에, 본 발명에 따른 제1 수지로서의 비스페놀 A형의 에폭시 수지와, 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지로서의 실리콘 수지를 갖는 수지형의 도전성 페이스트를 이용하여, 두께 10㎛ 및 50㎛인 전극을 형성하였다. 또한, 도전성 페이스트는, 도전성 필러로서 1∼5㎛φ인 구형상 은 가루와, 5∼20㎛φ인 플레이크 형상 은 가루를 50wt%씩 함유하고 있 다.
그리고, 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도를 0wt%∼20wt%의 사이에서 변화시켜, 전극을 형성한 샘플에서의 전극 내의 내부 응력을 이하와 같이 하여 조사하였다.
내부 응력의 정확한 측정 방법으로서는 음 탄성법 등이 알려져 있는데, 여기에서는 요철의 텍스쳐면이 형성되어 있는 실리콘 기판 표면 위에서의 내부 응력을 조사하기 위해서, 바둑판 눈금법(JIS K 5400 준거)을 사용하여, 탭의 박리 상황을 조사함으로써, 전극 내의 내부 응력을 조사하였다.
바둑판 눈금법이란, 시험편에 소정 간격의 바둑판 눈금 형상의 칼자국을 내고, 그 칼자국의 상태를 목시로 관찰하여, 그 상태(결손부의 면적 등)에 따라 10단계의 평가를 행하는 것이다. 본 실험에서는, 125×125㎜의 크기를 갖는 기판을 이용하여 30×30㎜의 크기의 전극을 형성하고, 그 중앙 부근에 1㎜ 간격으로 11개의 칼자국을 내고, 또한 그들에 직교하도록 1㎜ 간격으로 11개의 칼자국을 냄으로써, 10×10㎜의 영역에 100개의 눈금을 형성하여, 이들의 박리 상황을 평가하였다.
상기 바둑판 눈금법에 의해, 두께 10㎛로 전극을 형성한 샘플과, 두께 50㎛로 전극을 형성한 샘플에서의 결손 상태를 비교하였다. 양자의 차이가 큰 경우에는, 내부 응력이 높다고 판단하였다. 이 이유는 이하와 같다.
ITO막 위에 형성한 전극의 박리에는, ITO막과 전극의 밀착성이 낮은 것에 기인하는 박리와, 전극 내부의 내부 응력이 높아진 것에 기인하는 박리의 2종류가 생각된다. 따라서, 본 실험에 있어서는, 두께가 서로 다른 2종류의 샘플에서의 박리 상태를 비교함으로써, 전극 내부의 내부 응력이 큰 것에 기인하는 박리를 평가하였다. 즉, ITO막과 전극 사이의 밀착성이 낮은 경우에는, 두께가 서로 다른 2종류의 샘플 중 어느 것에서도 박리가 크기 때문에, 두께가 서로 다른 샘플 사이에서 그다지 박리 상황에 차는 생기지 않는다. 한편, ITO막과 전극 사이의 밀착성이 높은 경우에는, 박리는 전극 내부의 내부 응력에 의해 생기게 된다. 여기에서, 막 내의 내부 응력은, 막의 두께가 커질수록 커지는 것이 알려져 있다. 따라서, 막 내의 내부 응력이 큰 샘플은, 두께가 작은 경우에는 박리하기 어려워도, 두께가 커지면 박리하기 쉬워지기 때문에, 두께가 작은 샘플과 두께가 큰 샘플 사이에서 박리 상태의 차가 커진다.
상기 바둑판 눈금법을 이용하여, 구체적으로는, 목시로 박리의 상황을 0∼10점의 범위에서 점수를 붙이고, 막 두께가 10㎛와 50㎛인 샘플 사이에서의 점수의 차가 0이면 「낮음」, 2이면 「중간」, 4 이상이면 「높음」으로 하였다. 표 1에, 본 실험에서의 실리콘 수지의 농도(중량 퍼센트. 이하, wt%)는, 실리콘 수지의 에폭시 수지에 대한 농도비를 나타내는 것으로 한다.
이 표에 나타낸 바와 같이, 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도를 크게 함으로써, 전극 내의 내부 응력을 작게 할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이, 에폭시 수지와 실리콘 수지는 상용성이 낮기 때문에, 에폭시 수지와 실리콘 수지를 혼합하면 페이스트 내부에 해도 구조(실리콘 수지가 섬부)가 생긴다. 그 결과 에폭시 수지의 내부 응력이 실리콘 수지에 의해 분단되어, 수지 전체로서의 내부 응력이 저하하기 때문이라고 생각된다.
따라서, 실리콘 수지에 한하지 않고, 에폭시 수지와 상용성이 낮은 재료이면 페이스트 내에 해도 구조를 형성할 수 있으므로, 이 도전성 페이스트에 의해 제작된 전극 내의 내부 응력을 작게 할 수 있다.
또한, 표 1에 의하면, 실리콘 수지의 농도가 5wt% 이상에서 내부 응력을 작게 할 수 있고, 바람직하게는 실리콘 수지의 농도가 20wt% 이상이다.
페이스트의 실리콘 수지 농도와 내부 응력
실리콘 수지 농도 내부 응력
0wt% 높음
5wt% 중간
10wt% 중간
20wt% 낮음
[실험 2]
다음으로, 본 발명에 따른 제2 수지가, 땜납의 접착성에 미치는 효과에 대해서, 이하에 설명한다.
본 실험에서도, 제1 수지로서의 비스페놀 A형의 에폭시 수지와, 제2 수지로서의 실리콘 수지를 포함하는 수지형의 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하였다. 또한, 본 실험에서도, 도전성 페이스트 내에는, 도전성 필러로서 1∼5㎛φ인 구형상 은 가루와, 5∼20㎛φ인 플레이크 형상 은 가루를 50wt%씩 함유하고 있다.
그리고, 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도를 0wt%∼30wt%의 사이에서 변화시켜 전극을 형성하여 샘플을 제작하고, 각각의 전극 표면에 구리박으로 이루어지는 탭을 납땜하고, 그 후 박리시킨 후에 탭의 납땜면을 목시로 관찰함으로써, 땜납의 접착성에 대한 확인 실험을 행하였다. 즉, 납땜 시의 열에 의해 탭의 땜납과 집전극 내의 은 페이스트가 합금화되어 있는 면적 비율을 평가함으로써 땜납의 접착성의 정도를 평가하였다. 이 합금화되어 있는 면적 비율이 높을수록, 땜납의 접착성이 높다고 할 수 있다.
표 2에, 본 실험에서의 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도와 땜납 접착성(목시에 의한 합금화되어 있는 면적 비율)의 관계를 나타낸다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도를 줄일수록, 땜납 접착성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 표 2에서, 실리콘 수지의 농도(wt%)는, 실리콘 수지의 에폭시 수지에 대한 농도비를 나타내는 것으로 한다.
표 2에 의하면, 실리콘 수지의 농도가 10wt% 이하에서 땜납 접착성을 50% 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 실리콘 수지의 농도가 5wt% 이하에서, 땜납 접착성을 80% 이상으로 할 수 있다.
집전극 내의 실리콘 수지 농도와 땜납 접착성
실리콘 수지 농도 땜납 접착성
0wt% 100%
5wt% 80%
10wt% 50%
20wt% 20%
30wt% 0%
이상 설명한 바와 같이, 경화성의 제1 수지와, 이 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지와, 도전성재를 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성함에 있어서, 도전성 페이스트 내의 제2 수지의 농도를 늘림으로써 전극 내의 내부 응력을 줄일 수 있고, 도전성 페이스트 내의 제2 수지의 농도를 줄임으로써 탭 부착 시의 땜납의 접착성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 집전극이, 내부에, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가 수광면측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 영역을 가짐으로써, 땜납의 접착성을 손상시키는 일 없이 집전극과 탭의 접착성을 양호하게 유지할 수 있음과 함께, 전극의 내부 응력을 작게 할 수 있다.
이하에, 이 점에 대하여 구체적으로 설명한다.
[실험 3]
본 실험에서는, 텍스쳐 표면을 갖는 n형의 단결정 실리콘 기판 위에, 두께 50Å인 i형 비정질 실리콘층, 두께 50Å인 p형 비정질 실리콘층, 및 두께 1500Å인 ITO막을 형성하고, 그 ITO막 위에, 수지형의 도전성 페이스트를 이용하여 두께 30㎛인 집전극을 형성함으로써 샘플을 작성하였다. 또한, 집전극은 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 핑거부(6A, 6A, …)와, 버스 바부(6B, 6B)를 갖는 형상으로 형성하였다.
여기에서, 도전성 페이스트로서는, 제1 수지로서의 비스페놀 A형의 에폭시 수지와, 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지로서의 실리콘 수지와, 도전성 필러로서의 1∼5㎛φ인 구형상 은 가루와 5∼20㎛φ인 플레이크 형상 은 가루를 각각 50wt%씩 함유하는 페이스트 재료를 이용하였다.
그리고, 실리콘 수지의 농도를, 0wt%, 5wt%, 10wt% 및 20wt%로 한 수지 페이스트를 이용하여, 단층 구조의 집전극을 형성함으로써, 비교예 1∼4의 샘플을 형성하였다.
다음으로, 집전극의 구조를 도 3에 도시하는 2층 구조로 하고, ITO측의 제1층(두께 15㎛)을 실리콘 수지의 농도가 20wt%인 수지 페이스트로 형성하고, 땜납측의 제2층(두께 15㎛)을 실리콘 수지의 농도가 각각 10wt%, 5wt%인 수지 페이스트로 형성함으로써, 실시예 1, 2의 샘플을 형성하였다.
그리고, 각각의 샘플에 대하여 집전극의 버스 바부에 구리박으로 이루어지는 탭을 땜납에 의해 접착하고, 집전극의 땜납의 접착성 및 탭 강도를 측정하였다.
또한, 땜납의 접착성은, 실험 2와 마찬가지의 방법으로 측정하였다. 또한, 탭 강도는, 버스 바부에 땜납에 의해 접착된 탭을 기판의 표면에 대하여 직각으로 꺾어 올리고, 그 꺾어 올린 단부를 기판의 표면에 대하여 수직 방향으로, 즉 꺾어 올린 방향을 향하여 잡아당겨서, 탭이 박리했을 때에 탭에 가하고 있었던 강도로 나타내었다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 측정 대상의 샘플(13)을 박리 강도 측정기(20)의 시료대 위(도시하지 않음)에 고정함과 함께, 클립(21)에 의해, 샘플(13)의 집전극(도시하지 않음) 위에 납땜한 탭(12)을 사이에 둔다. 그 후, 박리 강도 측정기(20)의 핸들(22)을 돌림으로써, 탭(12)이 샘플로부터 박리될 때까지 클립(21)을 잡아 당긴다. 그리고, 박리 강도 측정기(20)의 게이지(23)에 표시되는 박리 강도의 최대값을 측정함으로써, 탭 강도를 측정하였다.
표 3에, 비교예 1∼4의 샘플 및 실시예 1, 2의 샘플에 대하여 측정한, 땜납의 접착성 및 탭 강도를 나타낸다. 또한, 표 3에서, 실리콘 수지의 농도(wt%)는, 실리콘 수지의 에폭시 수지에 대한 농도비를 나타내는 것으로 한다.
집전극 내의 실리콘 수지 농도와 탭 강도
제1층(601) 제2층(602) 땜납 접착성 탭 강도
비교예 1 0wt% (15㎛) 0wt% (15㎛) 100% 0g (자연박리)
비교예 2 5wt% (15㎛) 5wt% (15㎛) 80% 50g
비교예 3 10wt% (15㎛) 10wt% (15㎛) 50% 80g
비교예 4 20wt% (15㎛) 20wt% (15㎛) 20% 80g
실시예 1 20wt% (15㎛) 10wt% (15㎛) 50% 150g
실시예 2 20wt% (15㎛) 5wt% (15㎛) 80% 180g
표 3에 나타내는 바와 같이, 단층 구조로 집전극을 형성한 비교예 1∼4의 샘플에서는, 수지 페이스트 내의 실리콘 수지 농도를 크게 하여 형성한 집전극일수록, 땜납의 접착성이 저하하는 한편, 탭 강도는 증대한다. 이는, 실험 1에서 설명한 바와 같이, 수지 페이스트 내의 실리콘 수지 농도를 늘릴수록 집전극 내의 내부 응력이 작아지기 때문에, 탭 강도가 커진 것으로 생각된다.
다음으로, 집전극을 2층 구조로 하고, ITO측의 제1층을 땜납층측의 제2층보다도 실리콘 농도가 크게 되도록 형성한 실시예 1, 2의 샘플에서는, 땜납층측의 제2층을 동일한 실리콘 수지 농도의 수지 페이스트로 형성한 비교예 2 및 3의 샘플에 비교하여, 땜납 접착성을 저하시키지 않고 탭 강도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
표 3에 의하면, 제2층의 실리콘 수지의 농도가 10wt% 이하에서 땜납 접착성을 50% 이상, 탭 강도를 150g 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 실리콘 수지의 농도가 5wt% 이하에서, 땜납 접착성을 80% 이상, 탭 강도를 180g 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 소자에서의 집전극은, 전술한 2층 구조로 한정되는 것은 아니고, 3층 이상의 층 구조를 갖는 것이어도 된다. 이하에, 이 예에 대하여 설명한다.
[실험 4]
다음으로, 도 5에 도시되는 3층 구조의 집전극을 갖는 실시예 3의 샘플을 이하와 같이 하여 형성하였다.
우선, 실험 3과 마찬가지로 하여, n형 단결정 실리콘 기판의 표면에, i형 비정질 실리콘층, p형 비정질 실리콘층 및 ITO막을 형성하였다.
다음으로, 실험 3에서 이용한 것과 동일한 수지 페이스트를 이용하여 3층 구조의 집전극을 형성하였다. 이 때, ITO막과 접하는 제1층(603)(두께 10㎛)은, 실리콘 수지 농도를 5wt%로 한 수지 페이스트로 형성하였다. 다음으로 제1층(603) 위에, 실리콘 수지 농도를 20wt%로 한 수지 페이스트를 이용하여 두께 10㎛인 제2층(604)을 형성하였다. 마지막으로, 제2층(604) 위에 실리콘 수지 농도를 5wt%로 한 수지 페이스트를 이용하여 두께 10㎛인 제3층(605)을 형성하였다. 그리고, 이와 같이 하여 형성한 실시예 3의 샘플의 집전극 위에 구리박으로 이루어지는 탭을 땜납에 의해 접착하고, 땜납 접착성 및 탭 강도를 측정하였다. 그 결과, 실시예 3의 샘플의 땜납 접착성은 80%이며, 탭 강도는 200g으로, 가장 우수한 탭 강도가 얻어졌다. 이는, 제1층(603)의 실리콘 배합률을 낮게 함에 따라서, 페이스트와 ITO의 접착력을 향상시킬 수 있으므로, 상기 실험 2에서 설명한 효과와 아울러서, 실시예 2에 비하여 탭 강도가 더욱 향상된 것으로 생각된다.
이와 같이, 3층 이상의 층 구조를 갖는 집전극에서도, 본 발명은 유효하다.
《제2 실시 형태》
이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[태양 전지 소자(1)의 구성]
본 실시 형태에 따른 태양 전지 소자(1) 및 태양 전지 모듈의 구조는, 도 1 및 도 2에 도시한 상기 제1 실시 형태에 따른 태양 전지 소자(1) 및 태양 전지 모듈의 구조와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
[집전극(6)의 구성]
다음으로, 본 발명의 특징 부분으로 되는 집전극(6)의 구성에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다. 도 6은, 광 입사측에 배치되는 집전극(6)의 구조를 설명하기 위한 확대 단면 구조도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 집전극(6)은, 투광성 도전막(5)과 접하는 측에 배치된 제1층(606)과, 집전극(6)과 탭(12)을 접착하기 위한 땜납으로 이루어지는 땜납층(200)과 접하는 측에 배치된 제2층(607)의 2층 구조를 갖고 있다.
제1층(606) 및 제2층(607)은, 모두 도전성재(도전성 필러)와, 열경화성 수지(본 발명의 제1 수지)와, 해당 열경화성 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지에 의해 구성된 수지형의 도전성 페이스트로 구성되어 있다. 그리고, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 투광성 도전막(5)측의 제1층(606)에서의 농도비보다도 크게 된 영역을 내부에 갖고 있다(제2층(607)).
[작용·효과]
따라서, 본 실시 형태에 따르면, 제2층(607)에서 해도 구조가 제1층(606)에 비하여 보다 많이 형성되기 때문에, 열경화성 수지끼리의 결합력이 제1층(606)과 비교하여 약해진다. 이 결과, 태양 전지 모듈을 장기간 사용함으로써 투광성 도전막(5)과 탭(12) 사이에 축적되는 내부 응력에 의한 스트레스를 제2층(607)에서 완화할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
[실험 5]
본 발명에 따른 제2 수지가, 전극과 투명 도전막의 접착성 및 전극 내의 내부 응력에 미치는 효과를 조사한 결과에 대해서, 이하에 설명한다.
우선, 텍스쳐면을 갖는 n형 단결정 실리콘 기판의 표면에, 두께 50Å인 i형 비정질 실리콘층, 두께 50Å인 p형 비정질 실리콘층, 및 두께 1500Å인 ITO막을 순차적으로 형성하였다. 그리고, 이 ITO막 위에, 본 발명에 따른 제1 수지로서의 비스페놀 A형의 에폭시 수지와, 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지로서의 실리콘 수지를 갖는 수지형의 도전성 페이스트를 이용하여, 두께 10㎛ 및 50㎛인 전극을 형성하였다. 또한, 도전성 페이스트는, 도전성 필러로서 1∼5㎛φ인 구형상 은 가루와, 5∼20㎛φ인 플레이크 형상 은 가루를 50wt%씩 함유하고 있다.
그리고, 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도를 0wt%∼20wt%의 사이에서 변화시켜, 전극을 형성한 샘플에서의 전극 내의 내부 응력을 이하와 같이 하여 조사하였다.
내부 응력의 정확한 측정 방법으로서는 음 탄성법 등이 알려져 있는데, 여기서는 요철의 텍스쳐면이 형성되어 있는 실리콘 기판 표면 위에서의 내부 응력을 조사하기 위해서, 바둑판 눈금법(JIS K 5400 준거)을 사용하여, 탭의 박리 상황을 조사함으로써, 전극 내의 내부 응력을 조사하였다.
바둑판 눈금법이란, 시험편에 소정 간격의 바둑판 눈금 형상의 칼자국을 내고, 그 칼자국의 상태를 목시로 관찰하여, 그 상태(결손부의 면적 등)에 따라 10단계의 평가를 행하는 것이다.
본 실험에서는, 125×125㎜의 크기를 갖는 기판을 이용하여 30×30㎜의 크기의 전극을 형성하고, 그 중앙 부근에 1㎜ 간격으로 11개의 칼자국을 내고, 또한 그들에 직교하도록 1㎜ 간격으로 11개의 칼자국을 냄으로써, 10×10㎜의 영역에 100개의 눈금을 형성하여, 이들의 박리 상황을 평가하였다.
[투명 도전막의 접착성]
우선, 10㎛의 두께로 전극을 형성한 샘플에 대해서, 투명 도전막(ITO막)과 전극의 접착성을, 전술한 바둑판 눈금법을 이용하여 평가하였다. 구체적으로는, 목시로, 각 샘플에서의 박리의 개수를 조사하고, 0∼10점의 범위에서 점수를 붙여서 평가하였다. 이 결과를 표 4에 나타낸다. 또한, 10점을 「높음」, 8점을 「약간 높음」, 6점을 「중간」, 4점을 「약간 낮음」, 0∼2점을 「낮음」으로서 나타내고 있다. 또한, 표 4에서도, 실리콘 수지의 농도는, 실리콘 수지의 에폭시 수지에 대한 농도비를 나타내는 것으로 한다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 도전성 페이스트 내의 실리콘 수지의 농도를 줄일수록, ITO와의 접착성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 바람직하게는, 실리콘 수지의 농도가 5wt% 이하에서, ITO와의 접착성을 향상시킬 수 있다.
집전극 내의 실리콘 수지 농도와 ITO와의 접착성
실리콘 수지 농도 ITO와의 접착성
0wt% 높음
5wt% 약간 높음
10wt% 약간 낮음
20wt% 낮음
[내부 응력]
본 발명에 따른 제2 수지가 전극 내의 내부 응력에 미치는 효과를 조사한 바, 상기 실험 1과 마찬가지의 결과를 얻었다. 실험 결과에 대해서는, 표 1을 참조하기 바란다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 수지와, 이 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지와, 도전성재를 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성함에 있어서, 도전성 페이스트 내의 제2 수지의 농도를 늘림으로써 전극 내의 내부 응력을 줄일 수 있다. 또한, 도전성 페이스트 내의 제2 수지의 농도를 줄임으로써 ITO와의 접착성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이, 집전극이 내부에 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 투명 도전막의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역을 가짐으로써, 전극의 내부 응력을 작게 할 수 있음과 함께, ITO와의 접착성을 향상시킬 수 있다.
이하에, 이 점에 대하여 구체적으로 설명한다.
[실험 6]
본 실험에서는, 텍스쳐 표면을 갖는 n형의 단결정 실리콘 기판 위에, 두께 50Å인 i형 비정질 실리콘층, 두께 50Å인 p형 비정질 실리콘층, 및 두께 1500Å인 ITO막을 형성하고, 그 ITO막 위에, 수지형의 도전성 페이스트를 이용하여 두께 30㎛인 집전극을 형성함으로써 샘플을 제작하였다. 또한, 집전극은 도 2에 도시하는 바와 같이, 복수의 핑거부(6A, 6A, …)와, 버스 바부(6B, 6B)를 갖는 형상으로 형성하였다.
여기에서, 도전성 페이스트로서는, 제1 수지로서의 비스페놀 A형의 에폭시 수지와, 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지로서의 실리콘 수지와, 도전성 필러로서의 1∼5㎛φ인 구형상 은 가루와 5∼20㎛φ인 플레이크 형상 은 가루를 각각 50wt%씩 함유하는 페이스트 재료를 이용하였다.
그리고, 실리콘 수지의 농도를, 0wt%, 5wt% 및 10wt%로 한 수지 페이스트를 이용하여, 단층 구조의 집전극을 형성함으로써, 비교예 1∼3의 샘플을 형성하였다. 이들 비교예 1∼3은, 상기 실험 3에서 제작한 비교예 1∼3과 마찬가지의 것이다.
다음으로, 집전극의 구조를 도 6에 도시하는 2층 구조로 하여, ITO측의 제1층(두께 15㎛)을 실리콘 수지의 농도가 5wt%인 수지 페이스트로 형성하고, 땜납측의 제2층을 실리콘 수지의 농도가 10wt% 및 20wt%인 수지 페이스트로 형성하여, 실시예 4, 5의 샘플을 제작하였다. 또한, ITO측의 제1층(두께 15㎛)을 실리콘 수지의 농도가 0wt%인 수지 페이스트로 형성하고, 땜납층측의 제2층을 실리콘 수지의 농도가 10wt%인 수지 페이스트로 형성하여, 실시예 6의 샘플을 제작하였다.
그리고, 각각의 샘플에 대하여 전술한 바둑판 눈금법을 이용하여 전극의 박리의 상황을 조사하고, 이를 간이적으로 ITO와의 접착성으로서 평가하였다.
또한, 각각의 샘플에 대하여 집전극의 버스 바부에 구리박으로 이루어지는 탭을 땜납에 의해 접착하고, 탭 강도를 측정하였다.
또한, 탭 강도는, 상기 실험 3과 마찬가지로, 도 4에 도시하는 박리 강도 측정기(20)에 의해 측정하였다.
집전극 내의 실리콘 수지 농도와 탭 강도
제1층(606) 제2층(607) ITO와의 접착성 탭 강도
비교예 1 0wt% (15㎛) 0wt% (15㎛) 높음 0g (자연박리)
비교예 2 5wt% (15㎛) 5wt% (15㎛) 약간 높음 50g
비교예 3 10wt% (15㎛) 10wt% (15㎛) 약간 약함 80g
실시예 4 5wt% (15㎛) 10wt% (15㎛) 약간 높음 120g
실시예 5 5wt% (15㎛) 20wt% (15㎛) 약간 높음 150g
실시예 6 0wt% (15㎛) 10wt% (15㎛) 높음 180g
표 5에, 비교예 1∼3의 샘플, 및 실시예 4∼6의 샘플에 대하여 측정한, ITO와의 접착성 및 탭 강도를 나타낸다. 또한, 표 5에서도, 실리콘 수지의 농도(wt%)는, 실리콘 수지의 에폭시 수지에 대한 농도비를 나타내는 것으로 한다.
표 5에 나타내는 바와 같이, 단층 구조로 집전극을 형성한 비교예 1∼3의 샘플에서는, 수지 페이스트 내의 실리콘 수지 농도를 크게 하여 형성한 집전극일수록, ITO와의 접착성이 저하하는 한편, 탭 강도는 증대한다. 이는, 실험 5에서 설명한 바와 같이, 수지 페이스트 내의 실리콘 수지 농도를 늘릴수록, ITO와의 접착성이 저하하는 한편, 집전극 내의 내부 응력이 작아짐으로써, 내부 응력이 작아지는 것에 의한 스트레스 완화의 효과의 쪽이 크기 때문에, 탭 강도가 커진 것으로 생각된다.
다음으로, 집전극을 2층 구조로 하여, ITO막측의 제1층을 실리콘 수지 농도가 5wt%인 도전성 페이스트로 형성하고, 땜납층측의 제2층을 실리콘 수지 농도가 각각 10wt%, 20wt%인 도전성 페이스트로 형성한 실시예 4, 5의 샘플과, 제1층 및 제2층의 양방을 실리콘 수지 농도가 5wt%인 도전성 페이스트로 형성한 비교예 2의 샘플을 비교하면, 실시예 4, 5의 샘플은, ITO막과의 접착성을 저하시키는 일 없이 탭 강도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, ITO막측의 제1층을 실리콘 수지 농도가 0wt%인 도전성 페이스트로 형성하고, 땜납층측의 제2층을 실리콘 수지 농도가 10wt%인 도전성 페이스트로 형성한 실시예 6의 샘플과, 제1층 및 제2층의 양방을 실리콘 수지 농도가 0wt%인 도전성 페이스트로 형성한 비교예 1의 샘플을 비교하면, 실시예 6의 샘플은, ITO막과의 접착성을 저하시키는 일 없이 탭 강도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
표 5에 의하면, 제1층의 실리콘 수지의 농도가 5wt% 이하에서 탭 강도를 120g 이상으로 할 수 있다.
이상의 결과로부터, 집전극을 제1 수지와, 이 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지와, 도전성재를 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 형성함과 함께, 집전극이, 내부에, 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 투명 도전막측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역을 갖는 구성으로 함으로써, 탭 접착 시에 탭 강도를 향상시킬 수 있는 태양 전지 소자를 제공할 수 있고, 또한, 탭 강도가 향상된 태양 전지 모듈을 제공할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 환경 변화에 의한 영향을 받기 어려운, 신뢰성이 향상된 태양 전지 소자 및 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양 전지 소자에서의 집전극은, 전술한 2층 구조에 한정되는 것은 아니고, 3층 이상의 층 구조를 갖는 것이어도 된다. 이하에, 이 예에 대하여 설명한다.
[실험 7]
다음으로, 상기 도 5에 도시되는 3층 구조의 집전극을 갖는 실시예 7의 샘플을 이하와 같이 하여 형성하였다.
우선, 실험 6과 마찬가지로 하여, n형 단결정 실리콘 기판의 표면에, i형 비정질 실리콘층, p형 비정질 실리콘층 및 ITO막을 형성하였다.
다음으로, 실험 6에서 이용한 것과 동일한 수지 페이스트를 이용하여 3층 구조의 집전극을 형성하였다. 이 때, ITO막과 접하는 제1층(603)(두께 10㎛)은, 실리콘 수지 농도를 5wt%로 한 수지 페이스트로 형성하였다. 다음으로 제1층(603) 위에, 실리콘 수지 농도를 20wt%로 한 수지 페이스트를 이용하여 두께 10㎛인 제2층(604)을 형성하였다. 마지막으로, 제2층(604) 위에 실리콘 수지 농도를 5wt%로 한 수지 페이스트를 이용하여 두께 10㎛인 제3층(605)을 형성하였다. 그리고, 이와 같이 하여 형성한 실시예 7의 샘플의 집전극 위에 구리박으로 이루어지는 탭을 땜납에 의해 접착하고, ITO와의 접착성 및 탭 강도를 측정하였다. 그 결과, 실시예 7의 샘플의 탭 강도는 200g으로, 가장 우수한 탭 강도가 얻어졌다. 이는, 제3층(605)의 실리콘 배합률을 낮게 함에 따라, 페이스트와 땜납의 접착력을 향상시킬 수 있으므로, 상기 실험 6에서 설명한 효과와 아울러서, 실시예 6에 비하여 탭 강도가 더욱 향상된 것으로 생각된다.
이와 같이, 3층 이상의 층 구조를 갖는 집전극에서도, 본 발명은 유효하다.
《그 밖의 실시 형태》
상기 제1 실시 형태에서는, p형 비정질 실리콘층(4) 위에는, ITO로 이루어지는 투광성 도전막(5) 및 집전극(6)을 순차적으로 적층하는 것으로 하였지만, 투광성 도전막(5)을 적층하지 않고, p형 비정질 실리콘층(4) 위에 집전극(6)을 직접 적층하여도 된다. 이 경우에도, 제1층(601)에서 해도 구조가 제2층(602)에 비하여 보다 많이 형성되기 때문에, p형 비정질 실리콘층(4)과 탭(12) 사이에 축적되는 내부 응력에 의한 스트레스를 완화할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 집전극과 땜납의 접착성을 손상시키는 일도 없다.
또한, 상기 제2 실시 형태에서는, 탭(12)과 집전극(6)을, 땜납을 이용하여 접착하는 것으로 하였지만, 땜납을 이용하지 않고, 도전성 입자를 함유하는 수지 접착제를 이용하여도 된다. 이 경우에도, 제2층(604)에서 해도 구조가 제1층(603)에 비하여 보다 많이 형성되기 때문에, 투광성 도전막(5)과 탭(12) 사이에 축적되는 내부 응력에 의한 스트레스를 완화할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 집전극과 투광성 도전막의 접착성을 손상시키는 일도 없다.
또한, 이상의 실시 형태에서는 경화성을 갖는 수지로서 비스페놀 A형의 에폭시 수지를 이용하였다. 그러나, 경화성을 갖는 수지로서는 이에 한하지 않고, 스틸벤계, 비페닐계 등의 2관능 화합물을 원료로 하는 에폭시 수지, 폴리페놀계, 페놀 노볼락계 등의 다관능 페놀 화합물을 원료로 하는 에폭시 수지나, 디시클로펜타디엔계/페놀계 중부가물을 원료로 하는 에폭시 수지를 이용할 수 있다. 또한, 에폭시 수지 이외에, 페놀 수지, 아크릴계 수지나, 그들의 혼합 수지를 이용하여도 된다.
또한, 경화성의 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 갖는 제2 수지로서는, 전술한 실시 형태에서 설명한 실리콘 수지에 한정되는 것은 아니고, 경화성의 제1 수지의 종류에 따라서 적절히 선택하면 된다.
또한, 집전극 위에 탭을 접착하는 땜납으로서는, Pb 프리 땜납을 이용하는 것이 바람직하다. Pb 프리 땜납을 이용하는 경우, 그 융점이 종래의 땜납에 비하여 높아지지만, 본 발명에 따르면 내부 응력이 작은 집전극을 갖는 태양 전지 소자를 제공할 수 있으므로, 납땜 시에 생기는 열 영향을 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명은, Pb 프리 땜납을 사용할 때에 특히 유용성이 높다.
또한, 상기한 실시 형태에서 수지 페이스트 내의 도전성재로서 은을 이용하였다. 그러나, 도전성재로서는 은에 한하지 않고, 구리, 니켈, 알루미늄 등의 금속이나 은 코팅 금속, 탄소 등의 도전성을 갖는 재료를 이용할 수 있다.
또한, 투명 도전막으로서, 전술한 실시 형태에서는 ITO막을 이용하였지만, 다른 재료로 이루어지는 투명 도전막, 예를 들면, ZnO, IZO막을 이용할 수도 있다.
또한, 상기한 실시 형태에서는, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부에 n형의 단결정 실리콘 기판과 p형의 비정질 반도체로 구성되는 pn 접합을 갖는 태양 전지 소자에 대하여 설명하였지만, 태양 전지 소자로서는 이에 한하지 않고, 다결정 실리콘 등의 다결정 반도체, 비정질 실리콘 등의 비정질 반도체, 혹은 화합물 반도체 등의 재료로 구성되는 pn 혹은 pin 접합을 갖는 태양 전지 소자나, 색소 증감계, 유기계의 태양 전지에서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는, 앞서 설명하고 있는 바와 같이, 특허청구범위에 나타내어진 기술적 사상의 범위 내에서, 적절하게, 다양한 변경이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 환경 변화에 의한 영향을 받기 어렵고, 장기간에 걸친 신뢰성이 향상된 태양 전지 소자 및 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와,
    상기 광전 변환부의 수광면측에, 해당 수광면의 일부를 노출하여 형성된 집전극을 갖고,
    상기 집전극의 수광면측에는, 접착제를 개재하여 배선 탭이 접속되어 있고,
    상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도(海島) 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고,
    상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 접착제측 또는 상기 광전 변환부측 중 어느 한쪽의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지는 에폭시 수지이며, 상기 제2 수지는 실리콘 수지인 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 수광면측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광전 변환부의 수광면 위에 형성된 투광성 도전막을 더 구비하고,
    상기 집전극은, 상기 투광성 도전막의 수광면 위에, 그 투광성 도전막의 일부를 노출하여 형성되어 있고,
    상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 투광성 도전막측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 집전극의 수광면측의 표면 영역에는, 상기 제2 수지의 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 내부 영역에서의 상기 농도비보다도 작게 된 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 소자.
  6. 글래스와 수지 필름 사이에, 배선 탭에 의해 전기적으로 접속된 복수의 태양 전지 소자가 밀봉재에 의해 밀봉되어 이루어지는 태양 전지 모듈로서,
    상기 태양 전지 소자는, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와, 그 광전 변환부의 수광면측에 형성된 집전극을 가짐과 함께,
    상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고, 또한,
    상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 수광면측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있고,
    상기 배선 탭은, 상기 집전극에서의 상기 표면 영역에, 땜납에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  7. 글래스와 수지 필름 사이에, 배선 탭에 의해 전기적으로 접속된 복수의 태양 전지 소자가 밀봉재에 의해 밀봉되어 이루어지는 태양 전지 모듈로서,
    상기 태양 전지 소자는, 광전 변환 기능을 나타내는 광전 변환부와, 그 광전 변환부의 수광면 위에 형성된 투광성 도전막과, 그 투광성 도전막의 수광면 위에, 그 투광성 도전막의 표면의 일부를 노출하여 형성된 집전극을 가짐과 함께,
    상기 집전극은, 경화성의 제1 수지와, 도전성재와, 상기 제1 수지와의 사이에서 해도 구조를 형성하는 제2 수지를 포함하고, 또한,
    상기 집전극의 내부에는, 상기 제2 수지의 상기 제1 수지에 대한 농도비가, 상기 투광성 도전막측의 표면 영역에서의 농도비보다도 크게 된 내부 영역이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
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