KR20100138771A - Method of forming a backside electrode for use in a thin film solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 투광성 기판상에 반도체 접합으로 이루어진 광전변환층을 적층한 박막 태양전지의 이면에 이면 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a back electrode on the back surface of a thin film solar cell in which a photoelectric conversion layer made of a semiconductor junction is laminated on a light transmissive substrate.
최근, 단결정 또는 다결정 실리콘을 사용한 종래형 태양전지 대신, 아몰퍼스(비정질) 실리콘이나, CdS, CuInSe2 등의 화합물 반도체를 사용하여 저비용으로 제조할 수 있는 박막 반도체 태양전지(이하, 박막 태양전지)가 연구, 개발되고 있다. 상기 박막 태양전지는 예를 들어 유리 등의 절연 투광성 기판의 이면에 SnO2, ITO, ZnO 등의 투명 도전막(투명 전극층)이 형성되고, 그 이면측 표면에 비정질 반도체의 p층, i층, n층이 차례로 적층된 박막 반도체막(광전변환층)이 적층 형성되고, 또한 그 이면측 표면에 Ag(은), Al(알루미늄), Cu(동) 등의 반사율이 높은 금속을 사용한 도전막(이면 전극층)이 적층 형성된 구조를 취한다(예를 들어, 특허 문헌 1, 2 등을 참조).Recently, instead of conventional solar cells using monocrystalline or polycrystalline silicon, thin film semiconductor solar cells (hereinafter, referred to as thin film solar cells) that can be manufactured at low cost by using compound semiconductors such as amorphous silicon, CdS, CuInSe 2, etc. Research and development. In the thin film solar cell, for example, a transparent conductive film (transparent electrode layer) such as SnO 2 , ITO, or ZnO is formed on the back surface of an insulating translucent substrate such as glass, and the p layer, i layer, A thin film semiconductor film (photoelectric conversion layer) in which n layers are sequentially stacked is formed, and a conductive film using a metal having high reflectance such as Ag (silver), Al (aluminum), Cu (copper), etc. The back electrode layer) has a laminated structure (see
상기 이면 전극(이면 전극층)에 반사율이 높은 금속을 사용하는 것은 결정 실리콘 태양전지에 비해 낮은 변환 효율(광전 변환 효율)을 보충하기 위한 연구이고, 투광성 기판측으로부터 입사된 태양광을 반사시킴으로써 「광의 가둠 효과」에 의해 태양전지의 발전 효율을 높일 수 있다.The use of a metal having a high reflectance for the back electrode (back electrode layer) is a study for compensating for a lower conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) compared to crystalline silicon solar cells, and reflecting sunlight incident from the light transmissive substrate side Confinement effect ”can increase the power generation efficiency of the solar cell.
그런데, 상기 구성의 박막 태양전지를 제조하는 경우, 절연 투광성 기판상에 투명 전극층의 형성, 투명 전극층상에 광전 변환층의 형성 및 광전 변환층상에 이면 전극층의 형성에는 모두 스퍼터법(스퍼터링), 증착법, CVD법 등이 사용되고 있고, 그 중에서도 이면 전극층의 형성에는 금속 잉곳을 타겟으로 하여 진공 챔버 내에서 성막하는 스퍼터링이 많이 사용되고 있다.By the way, when manufacturing the thin film solar cell of the said structure, sputtering method (sputtering) and vapor deposition method are all for formation of a transparent electrode layer on an insulated translucent board, a photoelectric conversion layer on a transparent electrode layer, and a back electrode layer on a photoelectric conversion layer. And the CVD method and the like, and among them, sputtering, which is formed in a vacuum chamber with a metal ingot as a target, is often used for forming the back electrode layer.
그러나, 상기와 같은 스퍼터링을 사용한 이면 전극층의 형성은 필요한 부분 이외에도 성막되므로, 고가의 금속 잉곳이 낭비가 되는 부분도 있다. 또한, 스퍼터링은 배치 처리이므로 사이클 타임(아이들 타임)이 길고 사용하는 스퍼터 장치의 챔버 크기가 제한이 되고, 처리하는 기판 크기를 대형화하는 것이 어렵다는 문제도 있다.However, since the formation of the back electrode layer using sputtering as described above is formed in addition to the necessary portions, there are also portions where expensive metal ingots are wasted. Further, since sputtering is a batch process, there is a problem that the cycle time (idle time) is long and the chamber size of the sputtering apparatus used is limited, and it is difficult to increase the size of the substrate to be processed.
또한, 스퍼터 장치는 진공 장치나 부대 설비 등이 많으므로 장치를 설치하는 데에 넓은 공간이 필요하고, 타깃에 충돌시키기 위한 불활성 가스나 전력 등, 연속하여 처리하기 위해 계속 공급해야 하는 자원도 많고, 러닝 코스트도 높다. 또한, 이들 문제는 증착법이나 CVD법 등, 종래의 이면 전극층의 형성 방법에 공통의 문제이다.In addition, since the sputtering device has many vacuum devices and auxiliary facilities, a large space is required for installing the device, and there are many resources that must be continuously supplied for continuous processing such as inert gas or electric power to impinge on the target. Running costs are also high. These problems are also common to conventional methods for forming the back electrode layer, such as a vapor deposition method and a CVD method.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로 고가의 금속이나 자원을 낭비하지 않고 어떠한 크기나 형상의 기판상에도 균일한 이면 전극층을 효율적으로 또한 저비용으로 형성할 수 있는 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and a method for forming a back electrode for a thin film solar cell that can form a uniform back electrode layer on a substrate of any size or shape efficiently and at low cost without wasting expensive metals or resources. To provide that purpose.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 절연 투광성 기판의 이면에 순차 형성된 투명 전극층, 광전변환층 및 이면 전극층을 구비한 박막 태양전지에서 그 이면 전극을 형성하는 방법으로서, 금속 입자를 함유하는 도전성 잉크를, 그 표면에 소정 패턴의 잉크 유지부가 형성된 플렉소 인쇄판에 유지시키는 공정과, 상기 플렉소 인쇄판에 광전변환층이 투명 전극층 상에 적층 형성된 절연 투광성 기판을 밀착시키고, 상기 잉크 유지부에 유지된 도전성 잉크를 광전변환층상에 전사하는 공정과, 상기 전사후에 상기 전사된 도전성 잉크를 가열하여 상기 광전변환층상에 소정 패턴의 이면 전극층을 형성하는 공정을 구비하는 박막 태양전지용 이면 전극의 형성(제조) 방법을 요지로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a method for forming the back electrode in a thin film solar cell having a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer and a back electrode layer sequentially formed on the back surface of the insulating light-transmitting substrate, a conductive ink containing metal particles Maintaining the surface of the substrate in a flexographic printing plate having an ink holding portion having a predetermined pattern on the surface thereof, and insulating the insulating light transmitting substrate on which the photoelectric conversion layer is laminated on the transparent electrode layer. Forming (manufacturing) a back electrode for a thin film solar cell, comprising: transferring a conductive ink onto a photoelectric conversion layer; and heating the transferred conductive ink after the transfer to form a back electrode layer having a predetermined pattern on the photoelectric conversion layer. The point is how.
즉, 본 발명자는 상기 대규모 장치를 필요로 하는 방법을 대신하여 간편한 방법으로 상기 과제를 해결할 수 없을까라는 사고를 거듭하여, 인쇄에 의해 이를 실현할 수 없을까라고 착상했다. 그리고, 인쇄에 대해서 연구에 연구를 거듭하고, 그 결과 반사율이 우수한 금속 입자를 함유하는 도전성 잉크를 사용하여, 플렉소 인쇄 수법에 의해 기판 표면상에 박막 형상의 소정 전극 패턴의 도전막(도전성 피막)을 형성함으로써 박막 태양전지에 적합한 특성의 이면 전극을 구성(제조)할 수 있는 것을 발견하여 본 발명에 도달했다.That is, the inventors repeatedly thought that the problem could not be solved by a simple method instead of the method requiring the large-scale apparatus, and conceived that it could not be realized by printing. Then, research has been conducted on printing, and as a result, a conductive film of a predetermined electrode pattern having a thin film shape on the substrate surface by a flexographic printing method using a conductive ink containing metal particles having excellent reflectance (conductive film) The present invention has been found by discovering that the back electrode having a characteristic suitable for a thin film solar cell can be formed (manufactured).
본 발명의 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법은 금속 입자를 함유하는 도전성 잉크를, 그 표면에 소정 패턴의 잉크 유지부가 형성된 플렉소 인쇄판에 유지시키고, 상기 잉크 유지부에 유지된 도전성 잉크를, 광전변환층이 투명 전극층상에 적층 형성된 절연 투광성 기판에 전사한 후, 상기 전사된 도전성 잉크를 가열함으로써 어떠한 크기나 형상의 기판에서도 그 표면에 소정 패턴의 이면 전극을 고속 또한 효율적으로 형성할 수 있다.According to the method for forming a back electrode for a thin film solar cell of the present invention, a conductive ink containing metal particles is held on a flexographic printing plate having an ink holding portion having a predetermined pattern on its surface, and the conductive ink held on the ink holding portion is photoelectric. After the conversion layer is transferred to the insulating translucent substrate laminated on the transparent electrode layer, the transferred conductive ink can be heated to form the back electrode of a predetermined pattern on the surface of the substrate of any size or shape at a high speed and efficiently.
그리고, 본 발명의 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법은 스퍼터링과 같은 대규모의 진공 장치 등을 필요로 하지 않고, 소요되는 이외의 영역에 불필요한 도전성 잉크가 전사되는 일이 없으므로, 고가의 금속이나 산업 자원을 낭비하지 않고 저비용으로 박막 태양전지에 적합한 이면 전극을 형성할 수 있다.In addition, the method for forming the back electrode for thin film solar cells of the present invention does not require a large-scale vacuum device such as sputtering, and unnecessary conductive ink is not transferred to an area other than required, so that expensive metals and industrial resources It is possible to form a back electrode suitable for a thin film solar cell at low cost without waste.
또한, 본 발명의 형성 방법에서 그 중에서도 상기 금속 입자가 평균 입경 0.5~300 ㎚의 은입자인 것은 상기 플렉소 인쇄법으로 도전막(이면 전극층)을 형성한 경우, 박막이면서 표면 거칠음이 적고 그 표면으로부터 은입자가 돌출되지 않는, 평탄하고 균일한 이면 전극을 형성할 수 있다는 이점을 갖는다.In the forming method of the present invention, among the above-mentioned metal particles, the silver particles having an average particle diameter of 0.5 to 300 nm are thin films and have low surface roughness when the conductive film (back electrode layer) is formed by the flexographic printing method. It has the advantage of being able to form a flat and uniform back electrode, from which silver particles do not protrude.
또한, 상기 도전성 잉크에 함유되는 은 입자의 평균 입경이 0.5 ㎚ 미만인 경우, 또는 은 입자의 평균 입경이 300 ㎚를 초과하는 경우에는 때로는 균일하고 평활한 이면 전극을 형성할 수 없을 우려가 있다.Moreover, when the average particle diameter of the silver particle contained in the said conductive ink is less than 0.5 nm, or when the average particle diameter of silver particle exceeds 300 nm, there exists a possibility that a uniform and smooth back surface electrode may not be formed sometimes.
또한, 상기 은 입자의 평균 입경은 각 입자의 형상이 비교적 깨끗하게 정돈된 구형상의 은 입자를 상정한 것이지만, 은 입자는 플레이크 형상, 비늘 조각 형상 등의 부정형(不定形)의 것이어도 좋다. 이들 플레이크 형상, 비늘 조각 형상 등의 부정형의 은 입자의 경우에는 그 측정 방향에 따라 평균 입경이 상기 범위를 크게 벗어나는 미크론 오더 사이즈의 입자가 혼재하는 경우도 있다. 그러나, 이와 같은 큰 입자라도 예를 들어 그 입자가 편평 형상이면, 그 두께(편평 형상의 두께 방향)가 상기 0.5~300 ㎚의 범위 내이면 본 발명의 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법에서는 특별히 큰 문제는 되지 않는다.In addition, although the average particle diameter of the said silver particle assumes the spherical silver particle by which the shape of each particle was comparatively clean, the silver particle may be indefinite things, such as a flake shape and a scale piece shape. In the case of amorphous silver particles such as flakes and scaly pieces, particles having a micron order size whose average particle diameter greatly deviates from the above range may be mixed depending on the measurement direction. However, even if such a large particle is a particle | grain, for example, when the particle | grain is flat shape, if the thickness (flat thickness direction) exists in the range of 0.5-300 nm, the formation method of the back electrode for thin film solar cells of this invention will be especially large. It doesn't matter.
그리고, 본 발명의 형성 방법에서 그 중에서도 특히 상기 도전성 잉크의 점도가 0.5~1000mPa·s로 조정되어 있는 경우에는 박막이면서 표면 거칠음이 적고 평탄하고 균일한 표면의 이면 전극을 효율 좋게 제조할 수 있다. 또한, 이 도전성 잉크의 점도는 상기 플렉소 인쇄법에 적합한 것인 점에서, 이 도전성 잉크의 사용량, 더 나아가서는 이 잉크에 포함되는 고가의 은(은 입자)의 사용량이 삭감되고, 상기 박막 태양전지용 이면 전극의 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 도전성 잉크의 점도가 0.5mPa·s 미만인 경우, 또는 1000mPa·s를 초과하는 경우에는 때로는 균일한 이면 전극을 도공할 수 없을 우려가 있다.And especially in the formation method of this invention, when the viscosity of the said electroconductive ink is adjusted to 0.5-1000 mPa * s, the back electrode of a flat surface with few surface roughness and a flat and uniform surface can be manufactured efficiently. In addition, since the viscosity of this conductive ink is suitable for the flexographic printing method, the amount of use of the conductive ink, and moreover, the amount of expensive silver (silver particles) contained in the ink is reduced, and the thin film aspect The cost of the battery back electrode can be reduced. Moreover, when the viscosity of the said conductive ink is less than 0.5 mPa * s, or when it exceeds 1000 mPa * s, there exists a possibility that it may not be able to coat a uniform back electrode at times.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 박막 태양전지를 이면측에서 본 평면도,
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 박막 태양전지의 측면도, 및
도 3은 본 발명의 실시 형태에서의 박막 태양전지용 이면 전극을 제조하는 플렉소 인쇄기의 개략 구성도이다.1 is a plan view of the thin film solar cell according to the embodiment of the present invention seen from the back side;
2 is a side view of a thin film solar cell in an embodiment of the present invention, and
It is a schematic block diagram of the flexographic printing machine which manufactures the back electrode for thin film solar cells in embodiment of this invention.
다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Next, embodiment of this invention is described in detail based on drawing.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 박막 태양전지를 이면측에서 본 평면도이고, 도 2는 상기 박막 태양전지를 옆에서 본 측면도이다. 또한, 이들의 도면은 두께를 강조하여 그리고 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a plan view of a thin film solar cell in an embodiment of the present invention seen from the back side, and Fig. 2 is a side view of the thin film solar cell seen from the side. In addition, these figures emphasize the thickness.
본 실시 형태에서의 박막 태양전지는 절연 투광성 기판(1)과, 그 이면측에 스퍼터법에 의해 형성된 투명 전극층(2)과, 또한 그 이면측에 동일한 스퍼터법에 의해 형성된 광전변환층(3) 및 상기 광전변환층(3)을 덮도록 형성된 이면 전극층(4)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 태양전지가 실제로 사용에 제공되는 경우에는 태양전지의 각 셀이 전기적으로 접속되고, 수지 등으로 이루어진 밀봉제로 보호된 상태에서 패널화되고, 유닛화된 태양전지 패널군으로서 사용된다.In the thin film solar cell of the present embodiment, the insulating transparent substrate 1, the
절연 투광성 기판(1)은 예를 들어 대표적인 예로서 두께 0.5~10 ㎜ 정도의 판유리를 들 수 있다. 또한, 이 절연 투광성 기판(1)의 이면(피막 형성면측)에는 후의 처리에서 형성되는 피막의 밀착성을 향상시키는 플라즈마 처리나 UV 처리, 연마 처리 등의 표면 처리를 미리 실시해 두어도 좋다.The insulating transparent substrate 1 is, for example, a plate glass having a thickness of about 0.5 to 10 mm. In addition, the back surface (film formation surface side) of this insulating translucent board | substrate 1 may be previously surface-treated, such as a plasma process, UV process, and polishing process which improves the adhesiveness of the film formed by a post process.
투명 전극층(2)은 예를 들어 SnO2, ITO, ZnO 등으로 이루어지고 스퍼터법 등을 사용하여, 막두께 500~1500㎚ 정도의 투명한 도전성 피막으로서 형성되어 있다.The
광전변환층(3)은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 단결정 게르마늄, 미결정 실리콘 등의 결정계, 또는 아몰퍼스(비결정) 실리콘 등의 아몰퍼스계, GaAs, InP, CdS, CdTe, CuInSe2 등의 화합물 반도체를 사용하여 적층 형성되어 있고, 그 내부는 pn 접합, pin 접합, 헤테로 접합, 쇼트키형, 다중 접합형 등을 구성하는 다층 구조(도시 생략)가 되어 있다. 또한, 층두께(막두께)로서는 예를 들어 pn 접합의 경우에는 200~400㎛, pin 접합의 경우에는 100㎚~5㎛를 들 수 있다.The
그리고, 이면 전극층(4)은 Ag(은) Al(알루미늄), Cu(동) 등의 금속 입자를 함유하는 도전성 잉크를 사용하여, 플렉소 인쇄 수법에 의해 막두께 50~1500㎚의 도전성 피막으로서 형성되어 있다. 또한, 상기 금속으로서 Ag(은), Al(알루미늄), Cu(동)이 사용되고 있는 것은 상기 절연 투광성 기판(1)측으로부터 입사된 광을 반사하고, 박막 태양전지의 단락 전류값을 올리기 위해서이고, 본 실시 형태에서는 그 중에서도 Ag(은)이 바람직하게 사용된다.The
또한, 사용되는 도전성 잉크로서는 상기 금속 입자로서 평균 입경 0.5~300 ㎚의 은 입자를 함유하는 「나노 은 도전성 잉크」가 바람직하게 사용된다. 상기 나노 은 도전성 잉크는 상기 평균 입경의 은 입자 이외에, 바인더로서의 수지와, 이들의 분산 용매가 되는 탄화 수소계 용제로 구성되어 있고, 상기 잉크를 구성하는 바인더 수지로서는 예를 들어 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등이 사용되고, 탄화수소계 용제로서는 테트라데칸, 트리데칸, 데카놀, 테르피네올 등이 사용된다. 또한, 상기 도전성 잉크는 그 고형분이 3~80wt%이고 그 점도가 0.5~1000mPa·s가 되도록 조정되어 있다.As the conductive ink used, "nano silver conductive ink" containing silver particles having an average particle diameter of 0.5 to 300 nm is preferably used as the metal particles. The nano silver conductive ink is composed of a resin as a binder and a hydrocarbon-based solvent serving as a dispersion solvent thereof, in addition to the silver particles having the average particle diameter, and examples of the binder resin constituting the ink include acrylic resins and epoxy resins. Resin etc. are used and tetradecane, tridecane, decanol, terpineol, etc. are used as a hydrocarbon solvent. In addition, the said conductive ink is adjusted so that the solid content may be 3 to 80 wt% and the viscosity becomes 0.5 to 1000 mPa · s.
또한, 상기 「나노 은 도전성 잉크」는 은 입자와 바인더와 용제를 주성분으로 하는 것(저온 소성 은 도전성 잉크)이다. 여기에서, 주성분이라는 것은 전체의 과반을 차지하는 성분을 말하고 전체가 주성분만으로 이루어진 경우도 포함하는 취지이다.In addition, said "nano silver conductive ink" is a thing containing a silver particle, a binder, and a solvent as a main component (low temperature baking silver conductive ink). Here, the main component refers to a component which occupies a majority of the whole, and includes the case where the whole is composed only of the main component.
또한, 상기 은 입자는 그 입자 형상이 구형상, 플레이크 형상, 비늘 조각 형상 등의 은 분말이고, 가열(소성)전의 평균 입경(또는 평균 원 상당 직경)이 0.5~300㎚의 범위내에 있는 것이다. 또한, 상기 은 입자의 평균 입경은 동적 광 산란 입자 해석 장치를 사용하여 광자 상관 분광법에 의해 측정된 것이고, 은 입자의 평균 입경이 300㎚를 초과하는 경우에는 도전성이 저하되거나, 또는 잉크의 유동성을 저해하여 이 도전성 잉크의 안정성이 저하될 우려가 있다.In addition, the said silver particle is silver powder whose spherical shape is spherical shape, a flake shape, scaly shape, etc., and the average particle diameter (or average circle equivalent diameter) before a heating (firing) exists in the range of 0.5-300 nm. The average particle diameter of the silver particles is measured by photon correlation spectroscopy using a dynamic light scattering particle analyzer, and when the average particle diameter of the silver particles exceeds 300 nm, the conductivity decreases, or the fluidity of the ink There exists a possibility that it may inhibit and the stability of this electroconductive ink may fall.
그리고, 본 실시 형태에서의 도전성 잉크에는 필요에 따라서 가소제, 활제(滑劑), 분산제(계면 활성제), 레벨링제, 소포제, 산화방지제 등의 각종 첨가제를 첨가해도 좋다. 또한, 유기·무기계의 충전제를 적절하게 첨가해도 좋다.In addition, you may add various additives, such as a plasticizer, a lubricating agent, a dispersing agent (surfactant), a leveling agent, an antifoamer, antioxidant, to the conductive ink in this embodiment as needed. Moreover, you may add the organic-inorganic filler suitably.
다음에, 상기 박막 태양전지의 이면측에 이면 전극(이면 전극층(4))을 플렉소 인쇄기를 사용하여 형성하는 방법에 대해서 설명한다.Next, a method of forming the back electrode (back electrode layer 4) on the back side of the thin film solar cell using a flexographic printing machine will be described.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서의 박막 태양전지용 이면 전극을 제조하는 플렉소 인쇄기의 개략 구성도이고, 도면 중의 부호 "11"은 인쇄판, "12"는 판 몸체, "13"은 아니록스롤, "14"는 스테이지, "15"는 스퀴지, "16"은 잉크 탱크를 나타낸다.3 is a schematic configuration diagram of a flexographic printing machine for manufacturing a back electrode for a thin film solar cell according to an embodiment of the present invention, wherein
우선, 본 실시 형태에서의 박막 태양전지용 이면 전극의 형성에 사용하는 플렉소 인쇄판에 대해서 설명한다. 상기 인쇄판(11)은 우레탄계 아크릴레이트의 프리폴리머와, 아크릴레이트 올리고머와, 아크릴레이트 모노머, 광중합 금지제, 광중합 개시제 등의 혼합물을, 네가필름을 통한 자외선 조사에 의해 경화시켜 성형한 볼록 인쇄판이다. First, the flexographic printing plate used for formation of the back electrode for thin film solar cells in this embodiment is demonstrated. The
상기 인쇄판(11)의 표면(잉크 유지면)에는 소정 형상의 이면 전극 패턴을 따른 미세한 요철이 형성되어 있고, 이들 사이에 형성된 오목부(잉크 유지부)에 상기 도전성 잉크가 유지된다. 또한, 이 잉크 유지부에 유지되는, 단위 면적 당의 잉크 유지량은 약 1~50 ㎖/㎡로 설정되어 있다.On the surface (ink holding surface) of the
상기와 같은 구조의 플렉소 인쇄판(11)을 사용한 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법은 기본적으로는 통상의 플렉소 인쇄와 동일한 수순이다. 우선, 잉크 탱크(16)로부터 공급된 잉크(나노 은 도전성 잉크)를 아니록스롤(13)을 통하여 인쇄판(11)에 공급하고, 상기 인쇄판(11)의 표면에 형성된 소정 전극 패턴의 잉크 유지부에, 소정량의 나노 은 도전성 잉크를 유지시킨다.The method for forming the back electrode for thin film solar cells using the
다음에, 이 인쇄판(11)을 판 몸체(12)와 함께 회전시키면서, 스테이지(14)상에 배치된 기판(투명 전극층(2) 및 광전변환층(3)이 적층 끝난 절연 투광성 기판(1))을 동기하여 이동시키고, 이 기판(1)을 상기 인쇄판(11)에 밀착(키스터치)시킴으로써, 상기 잉크 유지부에 유지된 나노 은 도전성 잉크가 상기 기판(1)상의 광전변환층(3)의 표면(인쇄면)에 전사된다.Next, while rotating this
그 후, 상기 나노 은 도전성 잉크가 전사된 후의 기판(1)을, 오븐 등의 건조기에 투입하여 잉크를 가열 소성(200~300 ℃, 30~60 분간)함으로써 상기 잉크 중의 용제 등이 증발되고 또한 상기 잉크 중의 은 입자가 소성되어 이면 전극층(4)이 되는 도전성 피막이 성막된다.Thereafter, the substrate 1 after the nano silver conductive ink is transferred is put into a dryer such as an oven, and the ink is heated and calcined (200 to 300 ° C. for 30 to 60 minutes) to evaporate the solvent in the ink and the like. The electroconductive film used as the
상기의 방법에 의해 막두께 100~1500㎚(표면 거칠기 Ra: 10~150㎚)이고 상기 이면 전극층(4)의 체적 저항값이 1.0×10-4 Ω·㎝ 이하의, 박막 태양전지에 적합한 이면 전극을 제조할 수 있었다.Back surface suitable for thin film solar cells whose film thickness is 100-1500 nm (surface roughness Ra: 10-150 nm) by the said method, and whose volume resistivity value of the said back
또한, 본 실시 형태에서의 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법은 각종 인쇄 조건이 최적으로 설정되어 있는 점에서, 1회의 공정(工程) 통과(원패스)로 상기 구성의 박막 태양전지용 이면 전극을 제조하는 것이 가능하고, 플렉소 인쇄 공정의 고속성(인쇄 속도: 20 m/분 이상)과 더불어, 상기 박막 태양전지를 저비용으로 또한 고속·효율적으로 생산할 수 있다.In the method for forming the back electrode for thin film solar cells according to the present embodiment, since various printing conditions are optimally set, the back electrode for thin film solar cells of the above structure is manufactured in one pass (one pass). In addition to the high speed (printing speed: 20 m / min or more) of the flexographic printing process, the thin film solar cell can be produced at low cost and at high speed and efficiency.
다음에, 실시예에 대해서 비교예와 함께 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Next, an Example is demonstrated with a comparative example. However, the present invention is not limited to the following examples.
(실시예)(Example)
상기 실시예에서는 나노 은 도전성 잉크를 사용하여 플렉소 인쇄에 의해 제작한 박막 태양전지용 이면 전극 [실시예 1]과, 종래의 스퍼터링에 의해 제작된 박막 태양전지용 이면 전극 [비교예 1]을 사용하여, 이들 이면 전극층의 체적 저항값(비저항: Ω·㎝), 반사율(%: 400 ㎚시)등을 비교했다.In the above embodiment, the back electrode for thin film solar cell produced by flexographic printing using nano silver conductive ink [Example 1] and the back electrode for thin film solar cell produced by conventional sputtering [Comparative Example 1] The volume resistivity (specific resistance: Ω · cm), reflectance (%: 400 nm) and the like of these back electrode layers were compared.
실시예 1의 박막 태양전지용 이면 전극에는 이하의 도전성 잉크(저온 소성 나노 은 도전성 잉크)와 기재(基材)를 사용했다.The following conductive ink (low temperature baking nano silver conductive ink) and the base material were used for the back electrode for thin film solar cells of Example 1.
〔나노은 도전성 잉크〕[Nano silver conductive ink]
하리마 가세이 가부시키가이샤 제조 NPS-J-HTBHarima Kasei Co., Ltd. NPS-J-HTB
성분: 은 입자-입경 3~7㎚(평균 입경: 5㎚) Component: Silver particle-particle diameter 3-7 nm (average particle diameter: 5 nm)
은 함유율:53~58wt% Silver content rate: 53-58wt%
바인더 수지 Binder resin
용제·희석제-테트라데칸 Solvent, diluent-tetradecane
고형분: 55~60wt% Solid content: 55 ~ 60wt%
점도: 8~12mPa·s Viscosity: 8-12 mPas
〔기재〕〔materials〕
맨유리 구라모토 세이사쿠쇼 제조 두께-0.7㎜Man glass Kuramoto Seisakusho production thickness -0.7mm
또한, 실시예 1의 제작에 사용한 플렉소 인쇄기는 이하의 가공 조건에서 사용했다(플렉소 인쇄의 개략 구성은 도 3을 참조).In addition, the flexographic printing machine used for preparation of Example 1 was used on the following processing conditions (refer FIG. 3 for the schematic structure of flexographic printing).
〔플렉소 인쇄기〕[Flexo printing machine]
MT 테크사 제조 FC-33SMT-Tech company FC-33S
〔플렉소 인쇄판〕[Flexo printing version]
고무라테크사 제조-상기 실시 형태에서 상세한 내용을 기재한 플렉소 인쇄판을 사용.Rubber Latex company make use of the flexographic printing plate which described the detail in the said embodiment.
판두께-2.25㎜ 600선/inch 개구율 5~10%Plate thickness-2.25mm 600 lines / inch Opening ratio 5-10%
경도: 40~70도(쇼어 A경도)Hardness: 40 to 70 degrees (Shore A hardness)
잉크 용제(테트라데칸)에 대한 팽창률: 0.5~15%(중량 변화율)Expansion rate for ink solvent (tetradecane): 0.5-15% (weight change rate)
인쇄용 잉크 유지부의 잉크 유지량: 4㎖/㎡ (조정폭: 1~5㎖/㎡)Ink holding amount of the ink holding portion for printing: 4 ml / m 2 (adjustable width: 1-5 ml / m 2)
〔아니록스롤〕[Anirox roll]
200선/inch(100~600선/inch)200 lines / inch (100 ~ 600 lines / inch)
셀 용량(셀 용적): 8㎖/㎡(조정폭: 1.5~50㎖/㎡)Cell capacity (cell volume): 8 ml / m 2 (adjustable width: 1.5-50 ml / m 2)
〔플렉소 인쇄 조건〕[Flexo printing condition]
·인쇄 속도(인쇄 스테이지 이동량): 25m/분Print speed (print stage shift amount): 25 m / min
·아니록스롤 속도: 200rpmAnilox Roll Speed: 200rpm
·아니록스롤 인쇄판간 닙폭: 8㎜(조정폭: 4~8㎜)Anilox roll printing plate nip width: 8 mm (adjustable width: 4-8 mm)
·인쇄판-기판간 닙폭: 10㎜(조정폭: 8~12㎜)Print plate-to-board nip width: 10 mm (adjustable width: 8-12 mm)
·인쇄 챔버의 환경(분위기)· The environment of the printing chamber (atmosphere)
온도: 15~30℃ 습도: 40~70% RH Temperature: 15 ~ 30 ℃ Humidity: 40 ~ 70% RH
·인쇄후의 건조 조건Drying condition after printing
예비 건조: 온도: 80~150℃ 시간: 30초~5분 Predrying: Temperature: 80 ~ 150 ℃ Time: 30 seconds ~ 5 minutes
본 소성: 온도: 150~300℃ 시간: 20분~180분 Main firing: Temperature: 150 to 300 ° C Time: 20 to 180 minutes
[실시예 1]Example 1
상기 가공 조건에서 플렉소 인쇄기에 의해 나노 은 도전성 잉크를, 유리 기판상에 투명 전극층(2) 및 광전변환층(3)이 미리 형성된 기판(1)의 이면에 인쇄 전사하고, 80℃×5분 예비 건조시킨 후, 본소성(70℃→300℃로 30분에 온도 상승)을 실시하고, 막두께 0.4㎛의 박막 태양전지용 이면 전극을 얻었다.Under the above processing conditions, the nano silver conductive ink is printed and transferred onto the back surface of the substrate 1 on which the
[비교예 1]Comparative Example 1
일반적인 스퍼터 장치를 사용하여, 유리 기재상에 투명 전극층(2) 및 광전변환층(3)이 미리 형성된 기판(1) 상에, 종래품과 동일한 은의 박막층(막두께 0.3 ㎛)를 형성했다.Using the general sputtering apparatus, the thin film layer (0.3 micrometer in thickness) similar to the conventional product was formed on the board | substrate 1 in which the
이상의 실시예 1 및 비교예 1의 샘플을 사용하여 박막 태양전지용 이면 전극의 물성 비교를 실시했다.The physical property comparison of the back electrode for thin film solar cells was performed using the sample of Example 1 and Comparative Example 1 mentioned above.
〔체적 저항값(비저항)〕[Volume resistance value (specific resistance)]
디지털멀티미터(아도반테스토사 제조 R6551)를 사용하여, 4단자법으로 저항값을 측정했다. 또한, 전자 현미경(닛폰덴시사 제조 JSM-5500)을 사용하여 단면을 관찰하고, 은 입자에 의해 형성된 층의 두께를 측정하여 이들 측정값으로부터 체적 저항값(비저항)을 산출했다.The resistance value was measured by the four-terminal method using the digital multimeter (R6551 by Adovan Testo Co., Ltd.). In addition, the cross section was observed using the electron microscope (JSM-5500 by Nippon Denshi Co., Ltd.), the thickness of the layer formed with silver particle was measured, and the volume resistance value (specific resistance) was computed from these measured values.
〔밀착성〕[Adhesiveness]
JIS K5400-8.5(JIS D0202) 바둑판 눈금 시험에 준하여 평가했다. 컷 간격은 1㎜이고 도전막을 컷한 후, 점착 테입을 부착하고 나서 1 분후에, 테입의 끝을 쥐고 도막면에 직각으로, 순간적으로 벗겨내어 그 박리 상태를 육안으로 관찰하여 평가했다. 또한, 점착 테입은 셀로판 테입 CT-12(니치반사 제조)를 사용했다.It evaluated according to JIS K5400-8.5 (JIS D0202) checkerboard scale test. The cut interval was 1 mm, the conductive film was cut, and 1 minute after the adhesive tape was attached, the tape was peeled off at a right angle to the coating film surface at a right angle, and the peeled state was visually observed and evaluated. In addition, the adhesive tape used the cellophane tape CT-12 (made by Nichido Corporation).
평가 기준:Evaluation standard:
기재로부터의 박리가 전혀 인정되지 않는다. ―○ Peeling from a base material is not recognized at all. ― ○
기재로부터의 박리가 부분적으로 인정된다. ―△ Peeling from the substrate is partially recognized. ― △
기재로부터의 박리가 전체적으로 인정된다. ―× Peeling from a base material is recognized as a whole. ― ×
〔반사율〕〔reflectivity〕
시마즈 세이사쿠쇼 제조 자외 가시 근적외 분광 광도계 UV-3600을 사용하여 400 ㎚의 광 조사시의 45 ° 반사율을 측정했다.The 45 degree reflectance at the time of 400 nm light irradiation was measured using the ultraviolet visible near-infrared spectrophotometer UV-3600 by Shimadzu Corporation.
이상의 시험 결과를 「표 1」에 나타낸다.The above test results are shown in "Table 1".
상기 형성 방법에 의해 종래의 스퍼터법에 의해 형성된 이면 전극과 동등한 성능을 갖는 박막 태양전지용 이면 전극을 저비용으로 제작할 수 있었다.By the formation method, the back electrode for thin film solar cells having the same performance as the back electrode formed by the conventional sputtering method was produced at low cost.
본 발명의 형성 방법은 투광성 기판의 이면에 반도체 접합으로 이루어진 광전변환층을 적층한 박막 태양전지에 사용되는 이면 전극을 제조하는 데에 적합하다. 특히, 본 발명의 형성 방법은 이 이면 전극, 더 나아가서는 박막 태양전지를 저비용으로 또한 효율적으로 생산할 수 있어 바람직하다. The formation method of this invention is suitable for manufacturing the back electrode used for the thin film solar cell which laminated | stacked the photoelectric conversion layer which consists of a semiconductor junction on the back surface of a translucent board | substrate. In particular, the formation method of the present invention is preferable because it is possible to produce this back electrode, and furthermore, a thin film solar cell at low cost and efficiently.
1: 절연 투광성 기판 2: 투명 전극층 3: 광전변환층
4: 이면 전극층 11: 인쇄판1: Insulating Translucent Substrate 2: Transparent Electrode Layer 3: Photoelectric Conversion Layer
4: back electrode layer 11: printing plate
Claims (3)
금속 입자를 함유하는 도전성 잉크를, 그 표면에 소정 패턴의 잉크 유지부가 형성된 플렉소 인쇄판에 유지시키는 공정과, 이 플렉소 인쇄판에 광전변환층이 투명 전극층상에 적층 형성된 절연 투광성 기판을 밀착시키고, 상기 잉크 유지부에 유지된 도전성 잉크를 광전변환층상에 전사하는 공정과, 이 전사후에 상기 전사된 도전성 잉크를 가열하여, 상기 광전변환층상에 소정 패턴의 이면 전극층을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법. In the method for forming the back electrode in a thin film solar cell having a transparent electrode layer, a photoelectric conversion layer and a back electrode layer sequentially formed on the back surface of the insulating transparent substrate,
A step of holding a conductive ink containing metal particles in a flexographic printing plate having an ink holding portion having a predetermined pattern on the surface thereof, and an insulating translucent substrate in which a photoelectric conversion layer is laminated on the transparent electrode layer to the flexographic printing plate; Transferring the conductive ink retained in the ink holding portion onto the photoelectric conversion layer, and heating the transferred conductive ink after the transfer to form a back electrode layer having a predetermined pattern on the photoelectric conversion layer. A method of forming a back electrode for a thin film solar cell.
상기 금속 입자가 평균 입경 0.5~300㎚의 은입자인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법.The method of claim 1,
The metal particle is a silver particle having an average particle diameter of 0.5 ~ 300nm, the method of forming a back electrode for a thin film solar cell.
상기 도전성 잉크의 점도가 0.5~1000mPa·s로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지용 이면 전극의 형성 방법.The method according to claim 1 or 2,
The viscosity of the said conductive ink is adjusted to 0.5-1000 mPa * s, The formation method of the back electrode for thin film solar cells characterized by the above-mentioned.
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