KR20100055096A - 태양전지용 전극선재 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 이루어진 기재 및 상기 기재의 표면에 순차적으로 적층된 양극산화층 및 도금층을 포함하며,
상기 도금층이 순차적으로 적층된 제1 도금층 및 제2 도금층을 포함하며,
상기 제1 도금층이 구리로 이루어지며, 상기 제2 도금층이 주석으로 이루어지는 태양전지용 전극선재가 제시된다.
태양전지, 전극선재
Description
본 발명은 태양전지용 전극선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 알루미늄 기재에 양극산화층, 구리 도금층 및 주석 도금층이 형성된 태양전지용 전극선재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양전지가 차세대 재생에너지로서 많은 연구의 대상이 된다. 태양전지는 실리콘반도체 태양전지, 화합물반도체 태양전지, 염료감응 태양전지 등으로 분류된다. 실리콘 태양전지에는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등이 사용된다. 화합물반도체 태양전지에는 CdTe, CIGS(CuInGaSe), GaAs 등이 사용된다. 염료감응 태양전지는 포피린 등의 염료가 사용된다. 상기 실리콘반도체 또는 화합물반도체가 높은 광전변환 효율로 인하여 널리 사용된다.
최근에는 비용절감을 위하여 두께가 감소된 반도체 기판이 널리 사용된다. 따라서, 상기 반도체 기판의 배면전극으로 사용되기 위하여는 기판과 접착력이 우수하고 접착시에 열변형이 최소화되어야 한다.
본 발명의 한 측면은 반도체 기판과의 접착력이 우수한 태양전지용 전극선재를 제공하는 것이다.
본 발명이 다른 한 측면은 상기 태양전지용 전극선재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따라 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 이루어진 기재 및 상기 기재의 표면에 순차적으로 적층된 양극산화층 및 도금층을 포함하며,
상기 도금층이 순차적으로 적층된 제1 도금층 및 제2 도금층을 포함하며,
상기 제1 도금층이 구리로 이루어지며, 상기 제2 도금층이 주석으로 이루어지는 태양전지용 전극선재가 제공된다.
본 발명의 다른 한 측면에 따라 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기재를 양극산화(anodizing)시키는 단계;
상기 양극산화된 기재의 표면을 산성 용액으로 세척하는 단계;
상기 산성 용액으로 세척된 기재의 표면을 계면활성화액으로 처리하는 계면활성화 단계;
상기 계면활성화된 기재의 표면에 구리 도금층을 형성하는 단계; 및
상기 구리도금층이 형성된 기재의 표면에 주석 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지용 전극선재의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 한 측면에 따르면 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기재 상에 양극산화층, 구리도금층 및 주석도금층을 순차적으로 형성함에 의하여 반도체 기판과의 접착력이 현저히 향상될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 일실시예 따른 태양전지용 전극선재 및 그 제조방법에 관하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재는 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 이루어진 기재 및 상기 기재의 표면에 순차적으로 적층된 양극산화층 및 도금층을 포함하며, 상기 도금층이 순차적으로 적층된 제1 도금층 및 제2 도금층을 포함하며, 상기 제1 도금층이 구리로 이루어지며, 상기 제2 도금층이 주석으로 이루어진다. 상기 전극선재의 단면도가 도 1에 도시된다. 상기 양극산화층은 미세한 요철을 가지는 산화알루미늄 층이다.
상기 도1에서 기재의 일면에만 양극산화층 및 도금층이 형성되지만 상기 양극산화층 및 도금층이 상기 기재의 양면에 형성될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기재(substrate)는 다양한 형태일 수 있다. 예를 들어, 호일(foil), 선(wire) 등일 수 있다. 경제적인 면에서 알루미늄 합금이 더욱 적합하다.
상기 양극산화층은 알루미늄의 전도성 산화피막을 형성하는 역할을 하며, 상 기 구리로 이루어진 제1 도금층은 알루미늄 기재상에 주석이 도금되는 자리를 만들어주는 역할과 솔더(Solder)로서 주석의 높은 저항을 줄여주는 역할을 하며, 상기 주석으로 이루어진 제2 도금층은 전극선재와 태양전지 반도체 기판과의 접착력을 강화시키는 역할을 한다. 또한, 상기 태양전지는 150 내지 300℃의 저온에서 행해지는 가열 프레스 접합에 의하여 태양전지 반도체 기판과의 접합이 가능하므로 300℃ 이상의 고온 열처리 조건이 요구되지 않아 반도체 박막 기판의 손상 등의 문제가 없다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재에서 상기 양극산화층 두께가 0.01㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.01㎛ 미만인 경우에는 알루미늄의 전도성 산화피막이 생기지 않을 수 있으며, 상기 두께가 10㎛ 초과인 경우에는 산화피막으로 인하여 절연성이 커져 구리피복이 도금되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재에서 상기 제1 도금층의 두께가 0.05㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.05㎛ 미만인 경우에는 구리 피막의 균일도가 떨어질 수 있으며, 상기 두께가 10㎛ 초과인 경우에는 구리피복이 알루미늄상에서 쉽게 벗겨질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재에서 상기 제2 도금층의 두께가 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께가 0.1㎛ 미만인 경우에는 전극소재와 태양전지 기판과의 밀착력이 저하될 수 있으며, 상기 두께가 10㎛ 초과인 경우에는 태양전지의 구동 시 저항이 커지게 되어 태양전지의 효율이 떨어 질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재에서 상기 제2 도금층의 표면 저항이 1×10-6Ohm 내지 1000×10-6Ohm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 수 마이크로 옴(Ohm) 내지 수백 마이크로 옴(Ohm)이다. 상기 표면 저항이 1000×10-6Ohm 초과인 경우에는 태양전지의 충방전 시 효율이 떨어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법은 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기재를 양극산화(anodizing)시키는 단계; 상기 양극산화된 기재의 표면을 산성 용액으로 세척하는 단계; 상기 산성 용액으로 세척된 기재의 표면을 계면활성화액으로 처리하는 계면활성화 단계; 상기 계면활성화된 기재의 표면에 구리 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 구리도금층이 형성된 기재의 표면에 주석 도금층을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 양극산화시키는 단계에 의하여 알루미늄 호일 표면에 미세한 요철의 양극산화막이 형성된다. 상기 양극산화막의 두께가 지나치게 두꺼울 경우 도금층과 알루미늄 기재의 접착력이 저하된다. 상기 양극산화된 알루미늄 호일 표면을 산성 용액으로 세척한다. 상기 산세 단계는 아노다이징 공정 후 표면에 남아있는 불순물을 제거하여 계면활성화 단계에서 미세요철이 균일하게 생기게 하는 역할을 한다. 그 후에, 상기 산세된 알루미늄 기재의 표면을 계면활성화액으로 처리한다. 상기 계면활성화액으로 처리하는 단계는 양극산화피막의 미세요철상으로 만들어 구 리피막이 생기는데 있어서 구리도금 시 핵 생성 자리를 유도하는역할을 한다. 이어서, 상기 계면활성화된 기재의 표면에 구리 도금층 및 주석 도금층을 순차적으로 형성한다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 양극산화단계는 옥살산법, 황산법 또는 크롬산법으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 옥살산법은 전해액에 옥살산, 황산, 및 인산의 혼합물이 소정의 비율로 혼합되어 사용된다. 옥산산의 함량은 1 내지 10ml/L, 황산의 함량은 1 내지 50ml/L, 인산의 함량은 1 내지 10ml/L가 각각 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법의 양극산화단계에서 사용되는 전류밀도는 1~5A/dm2, 통전시간은 10~500초인 것이 바람직하며, 전류밀도는 1~3미만A/dm2, 통전시간은 10~300초인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위의 전류밀도 및 통전시간이 본 발명의 과제 달성에 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 산성 용액은 질산 10~100ml/L, 붕산 10~100ml/L, 및 무수크롬산 1~50g/L를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 조성 범위가 본 발명의 과제 달성에 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 세척단계에서 사용되는 산성 용액으로 세척하는 시간은 1초 내지 5분인 것이 바람직하다. 상기 세척 시간이 본 발명의 과제 달성에 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상 기 계면활성화 단계가 불화암모늄 1~50g/L 및 인산 5~500g/L를 포함하는 계면활성화액에서, 25~50℃의 온도로 10~300초간 처리함에 의하여 수행되는 것이 바람직하다. 상기 조건에서 처리되는 것이 본 발명의 과제 달성에 적합하다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 구리 도금층을 형성하는 단계가 스트라이크 도금에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 스트라이크 도금에 의한 구리도금층이 형성됨에 의하여 알루미늄과 구리의 밀착력이 향상될 수 있으며 균일한 구리도금층이 얻어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 구리 도금층을 형성하는 스트라이크 도금이 피로인산칼륨 5~100g/L, 피로인산구리 1~50g/L, 암모니아수 0.1~10ml/L를 포함하는 상온의 전해액에서 0.1~5A/dm2의 전류밀도로 10~900초간 전류를 흘려줌에 의하여 이루어지는 것이 바람직하나, 반드시 상기 범위로 한정되는 것이 아니며 당해 기술분야에서 인정되는 스트라이크 구리 도금 조건이라면 모두 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 주석 도금층은 전해 도금 또는 침지(immersion) 도금에 의하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 주석 도금층이 황산주석 5~100g/L, 황산 50~500g/L, 및 술폰산계 첨가제를 포함하는 전해액에서 1~10A/dm2의 전류밀도로 5~200초간 전류를 흘려주는 전해 도금(electroplating)에 의하여 형성될 수 있다. 이러한 전해 도금 조건이 본 발명의 과제 달성에 적합하다.
상기 전해액에 사용되는 술폰산계 첨가제는 페놀술폰산(phenol sulfonic acid), 메탄술폰산(methane sulfonic acid) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 술폰계 첨가제는 이온 안정제로서 전해액 내에서 주석 이온을 안정화시켜 전해액의 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 양극산화시키는 단계 전에, 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기재를 탈지액으로 처리하는 단계; 상기 탈지액으로 처리된 기재를 식각액으로 처리하는 단계; 및 상기 식각된 기재를 스머트 제거액으로 처리하는 단계;를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 탈지 단계는 기재 표면에 부착된 유지 성분을 제거하는 단계이다. 상기 식각액으로 처리하는 단계는 알루미늄 또는 알루미늄합금의 표면에 형성된 산화알루미늄을 제거하는 단계이다. 상기 스머트 제거액으로 처리하는 단계는 산화알루미늄이 제거된 기재 표면에 존재하는 미세 불순물을 제거하는 단계이다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 탈지 단계는 화학적 용액을 이용하여 유지 성분을 세척하는 화학적 탈지 또는 열을 가하여 유지 성분을 분해하는 열에 의한 탈지에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 식각액은 수산화나트륨, 인산, 질산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법에서 상기 스머트 제거액은 질산 50~500g/L를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게 는 200~500g/L이며, 가장 바람직하게는 300~500g/L이다. 상기 질산 함량이 본 발명의 과제 달성에 적합하다. 상기 스머트 제거 단계는 30초 내지 5분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
이하 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예에서 사용되는 전해액 등 각종 용액의 잔량을 구성하는 성분은 별도로 언급하지 않으면 물이다.
(제1 도금층(Cu) 및 제2 도금층(Sn)이 형성된 전극선재의 제조)
실시예 1
1) 탈지 단계
25℃에서 알루미늄함금 호일(AL 1050-H18 합금)을 탈지액에 3분 동안 침지시켜 표면에 존재하는 유지성분을 제거하였다. 탈지액은메탄올을 사용하였다.
2) 산화막 식각 단계
상기 탈지된 알루미늄 호일을 상온에서 수산화나트륨 50g/L 및 잔량의 물을 포함하는 식각액에 45초간 침지시켜 산화막을 제거하였다.
3) 디스머트(desmut) 단계
상기 산화막이 식각된 알루미늄 호일을 25℃에서 질산 300g/L 및 잔량의 물을 포함하는 스머트 제거액에 60초간 침지시켜 미세 불순물을 제거하였다.
4) 양극산화시키는(anodizing) 단계
상기 미세 불순물이 제거된 알루미늄 호일을 상온에서 pH 2~3의 옥살산 3ml, 황산 15ml, 및 인산 3mL가 포함된 용액에서 전류밀도 1.5A/dm2으로 60초간 전류를 흘려주어 양극산화층을 형성시켰다.
5) 산세척 단계
상기 양극산화층이 형성된 알루미늄 호일을 상온에서 질산 40ml/L, 붕산 20ml/L, 및 무수크롬산 10g/L를 포함하는 산성 용액(pH 1~2)에 3분간 침지시켜 산으로 세척하였다.
6) 계면활성화 단계
상기 산으로 세척된 알루미늄 호일을 40℃에서 불화암모늄 10g/L 및 인산 30ml/L를 포함하는 계면활성화액에 1분간 침지시켜 계면을 활성화시켰다.
7) 스트라이크 구리 도금 단계(구리 도금)
상기 계면활성화된 알루미늄 호일을 피로인산칼륨 25g/L, 피로인산구리 7.5g/L, 및 암모니아수 0.4ml/L를 포함하는 상온의 전해액에 침지하고, 상대전극으로 SUS극판을 사용하고, 0.1A/dm2의 전류밀도로 12분간 전류를 흘려주어 구리 도금층을 얻었다.
8) 주석 도금층 형성단계
상기 구리 도금층이 형성된 알루미늄 호일에 대하여, 양극으로 스테인레스를 사용하고, 전해액으로 황산주석 40g/L, 황산 150g/L 및 페놀술폰산 90g/L를 포함하는 전해액을 사용하고, 5A/dm2의 전류밀도로 10초간 전류를 흘려주어 주석 도금층을 형성하였다.
상기 실시예 2의 순서는 도 2에 도시된다.
실시예 2
스트라이크 구리 도금 단계에서 전류밀도를 0.5A/dm2으로 설정하고, 전류를 흘려주는 시간을 3분으로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 전극선재를 제조하였다.
실시예 3
스트라이크 구리 도금 단계에서 전류밀도를 0.3A/dm2으로 설정하고, 전류를 흘려주는 시간을 5분으로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 전극선재를 제조하였다.
실시예 4
스트라이크 구리 도금 단계에서 전류밀도를 0.1A/dm2으로 설정하고, 전류를 흘려주는 시간을 12분으로 설정하고, 주석 도금층 형성단계에서 전류를 흘려주는 시간을 5초로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지용 전극선재를 제조하였다.
평가예 1 : 태양전지용 전극선재의 접착력 평가
상기 실시예 1 내지 4에서 제조된 전극선재의 밀착력을 IPC-TM-650 test method manual 2.4.1.1에 따라 평가하였다.
3M(Minesota Mining & Manufacturing)사 의 600 13mm모델 테이프를 13mm, 5cm의 길이로 잘라 기재에 붙이고 한쪽 끝을 잡고 신속히 떼어내어 테이프에 표면처리를 한 것이 박리 혹은 묻어나오는지 여부로 평가하였다.
평가 결과 실시예 1 내지 4의 태양전지용 전극선재에서는 도금층이 알루미늄 호일로부터 박리되지 않았다.
도 1은 실시예 1에 따른 태양전지용 전극선재의 단면도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 태양전지용 전극선재의 제조방법의 순서를 보여주는 플로우 차트이다.
Claims (9)
- 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나로 이루어진 기재 및 상기 기재의 표면에 순차적으로 적층된 양극산화층 및 도금층을 포함하며,상기 도금층이 순차적으로 적층된 제1 도금층 및 제2 도금층을 포함하며,상기 제1 도금층이 구리로 이루어지며, 상기 제2 도금층이 주석으로 이루어지는 태양전지용 전극선재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양극산화층의 두께가 0.01㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1 도금층의 두께가 0.05㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2 도금층의 두께가 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제2 도금층의 표면 저항이 1×10-6Ohm 내지 1000×10-6Ohm인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재.
- 알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기재를 양극산화(anodizing)시키는 단계;상기 양극산화된 기재의 표면을 산성 용액으로 세척하는 단계;상기 산성 용액으로 세척된 기재의 표면을 계면활성화액으로 처리하는 계면활성화 단계;상기 계면활성화된 기재의 표면에 구리 도금층을 형성하는 단계; 및상기 구리도금층이 형성된 기재의 표면에 주석 도금층을 형성하는 단계;를 포함하는 태양전지용 전극선재의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 구리 도금층을 형성하는 단계가스트라이크 도금에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 주석 도금층이 전해 도금 또는 침지(immersion) 도금에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 양극산화시키는 단계 전에알루미늄 및 알루미늄합금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나의 기재를 탈지액으로 처리하는 단계;상기 탈지액으로 처리된 기재를 식각액으로 처리하는 단계; 및상기 식각된 기재를 스머트 제거액으로 처리하는 단계;를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극선재의 제조방법.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017014605A1 (ko) * | 2015-07-23 | 2017-01-26 | 덕산하이메탈(주) | 발열 및 비정질 특성을 갖는 금속 도금막 및 이의 제조방법, 이의 용도 및 이용한 저온 접합 방법 |
| CN116247126A (zh) * | 2023-02-27 | 2023-06-09 | 通威太阳能（成都）有限公司 | 太阳电池回刻残金属的改善方法 |
-
2008
- 2008-11-17 KR KR1020080114022A patent/KR20100055096A/ko not_active Application Discontinuation
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