KR20130008554A - 태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 방법 - Google Patents

태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 공정으로서, 여기서 전기 전도성 입자를 포함하는 접착제는 케리어에서 기재로, 그 캐리어를 레이저로 조사함으로써, 우선 이동되고, 기재에 이동된 접착제는 부분적으로 건조 및/또는 경화되어 접착제 층을 형성하게 되고, 추가의 단계에서 접착제는 전기 커넥션에 결합하게 되며, 최종적으로 그 접착제 층은 경화되는 것인 공정에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 그 공정을 수행하기 위한 접착제로서, 접착제의 고체 함량을 기준으로 20 내지 98 중량%의 전기 전도성 입자, 접착제의 고체 함량을 기준으로 0.01 내지 60 중량%의, 매트릭스 물질로서 사용된 유기 바인더 성분, 접착제내 전도성 입자의 중량을 기준으로 0.005 내지 20 중량%의 흡수제, 미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 0 내지 50 중량%의 분산제, 및 미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 1 내지 20 중량%의 용매를 포함하는 접착제에 관한 것이다.

Description

태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 방법{PROCESS FOR PRODUCING ELECTRICALLY CONDUCTIVE BONDS BETWEEN SOLAR CELLS}
본 발명은 태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 공정(방법)에 관한 것이며, 그리고 그 공정을 수행하는 접착제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공정은 태양 전지 상에 콘택트를 제조하거나, 태양 전지들을 서로 결합시키는데 적합하다.
광기전력 모듈의 구성에서, 개별 태양 전지는 솔러딩(soldering) 공정에 의해 거의 전적으로 서로 전류 결합되어 있다. 이는, 예를 들면 EP-A 2 058 868에 기술되어 있다. 그러나, 본원에 개시된 공정은 액체 금속 합금이 정밀하게 위치되고 계량되어야 한다는 단점을 갖는다. 이러한 합금을 사용하는 경우, 다량의 에너지가 또한 금속을 액화하기 위해서 요구된다. 대부분의 합금은 또한 그 가공에 매우 낮은 융점을 달성하기 위해서 납을 포함한다. 냉각의 과정에서, 균열은 또한 솔러딩된 컨택트 상의 수축의 결과로서 형성할 수도 있다.
추가 가능성은 전도성 접착제 필름의 사용에 있으며, 그 필름은 마찬가지로 EP-A 2 058 868에 기술되어 있다. 그러나, 여기서 태양 전지에 대한 커넥션 및 결합은 종종 신뢰할 수 없다. 게다가, 이러한 필름은 종종 제조하기에 비싸고 용이하지 않으며, 위치시키기에 어렵다.
본 발명의 목적은 태양 전지 상에 전기 콘택트를 제조하는 공정을 제공하는 것이고, 이 공정에서는 전기 전도성 콘택트가 액체 금속 솔더를 사용하는 일 없이 제조될 수 있고, 콘택트 부위의 정확한 위치화가 가능하다.
그 목적은 태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 공정에 의해 달성되고, 이 공정은 다음의 단계:
(a) 전도성 입자를 포함하는 접착제를 캐리어에서 기재의 전도성 층으로, 레이저로 조사하여 이동시키는 단계,
(b) 기재에 이동된 접착제를 부분적으로 건조 및/또는 경화시켜 접착제 층을 형성시키는 단계,
(c) 접착제를 전기 커넥션에 결합시키는 단계,
(d) 기재에 이동된 접착제를 완전 경화시키는 단계
를 포함한다.
접착제가 도포되어 있는 적합한 기재의 예는 태양 전지의 제조에 적합한 모든 경질 또는 연질 기재이다. 태양 전지의 제조에 적합한 기재는, 예를 들면 단결정, 다결정 또는 비결정 규소, III-V 반도체, 예컨대 GaAs, GaSb, GalnP, GalnP/GaAs, GaAs/Ge, II-VI 반도체, 예컨대 CdTe, 또는 I-III-VI 반도체, 예를 들면 CulnS2, CuGaSe2 또는 일반 형태 ABC2의 반도체이고, 여기서 A는 Cu, Ag 또는 Au이고, B는 Al, Ga 또는 ln이며, C는 S, Se 또는 Te이다.
또한 적합한 것은 상기 기술된 반도체, 예를 들면 유리 및 중합체 필름에 의해 코팅된 모든 경질 및 연질 기재이다.
공정을 수행하는데 사용될 수 있는 적합한 접착제는 접착제의 고체 함량을 기준으로 20 내지 98 중량%의 전기 전도성 입자, 접착제의 고체 함량을 기준으로 0.01 내지 60 중량%의, 매트릭스 물질로서 사용된, 유기 바인더 성분, 접착제내 전도성 입자 중량을 기준으로 0.005 내지 20 중량%의 흡수제, 미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 0 내지 50 중량%의 분산제, 및 미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 1 내지 30 중량%의 용매를 포함한다.
전형적으로, 전기 커넥션에 대한 콘택트는 반도체 재료로 구성되는 기재 상에 장입되어 있다. 콘택트는, 예를 들면 부시바(bushbar)의 형태로 존재할 수 있다. 콘택트에 전형적으로 도포된 것은 전기 전도성 물질, 특히 은, 구리, 니켈, 알루미늄 및 이들의 합금 및 또한 코어-쉘 입자로 구성된 전도체 트랙이다.
태양 전지의 전기 커넥션을 가능하기 위해서, 접착제는 반도체 재료 상에 장입된 콘택트에 도포된다.
제1 단계에서, 전도성 입자를 포함하는 접착제는 캐리어에서 기재로 이동된다. 이 이동은 캐리어 상의 접착제를 레이저로 조사함으로써 수행된다.
하나의 실시양태에서, 내부에 존재하는 전도성 입자를 지닌 접착제는 이것이 기재에 이동되기 전에 캐리어의 전면적에 도포되는 것이 바람직하다. 대안으로, 물론 또한 접착제는 구조화된 방식으로 캐리어에 도포되는 것이 가능하다. 그러나, 그 전면적 위에 도포하는 것이 바람직하다.
추가의 실시양태에서는, 접착제에 의해 이미 코팅된 캐리어가 사용된다. 이러한 목적을 위해서, 예를 들면 캐리어는 접착제에 의해 코팅된 필름의 형태로 사용되는 것이 가능하고, 여기서 그 필름은 필름 공급 수단 상에 권취되어 있다. 접착제의 이동 후, 필름이 수집되고 예를 들면 처분 또는 재활용으로 이송된다.
적합한 캐리어는 구체적인 레이저 방사선에 대한 투명한 모든 재료, 예를 들면 플라스틱 또는 유리이다. 예를 들면, IR 레이저를 사용하는 경우, 폴리올레핀 필름, PET 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, PEN 필름, 폴리스티렌 필름 또는 유리를 사용하는 것이 가능하다. 폴리이미드 필름이 바람직하다.
캐리어는 경질 또는 연질일 수 있다. 또한, 캐리어는 튜브형 또는 연속형 필름의 형태로, 슬리브의 형태로 또는 플랫 캐리어의 형태로 존재할 수 있다.
레이저 빔의 발생에 적합한 레이저 빔 공급원은 상업적으로 이용가능하다. 기본적으로, 모든 레이저 빔 공급원을 이용하는 것이 가능하다. 그러한 레이저 공급원으로는, 예를 들면 펄스형 또는 연속형 가스, 섬유, 고체 상태, 다이오드 또는 엑시머 레이저가 있다. 이들 각각은 구체적인 캐리어가 레이저 방사선에 투명하다면 사용될 수 있으며, 전도성 입자를 포함하고 캐리어에 도포되는 접착제는 레이저 방사선을 충분히 흡수하여 빛 에너지를 열 에너지로 전환시키는 결과로서 접착제 층 내에 공동화(cavitation) 기포를 발생시키게 된다.
레이저가 발생시키는 레이저 빔의 파장은 150 내지 10,600 nm의 범위 내에, 특히 600 내지 10,600 nm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
레이저 공급원으로서, 펄스형 또는 연속형(cw) IR 레이저, 예를 들면 Nd:YAG 레이저, Yb:YAG 레이저, 섬유 레이저 또는 다이오드 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 이들은 저렴하고 고 전력으로 이용가능하다. 연속형(cw) IR 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 전도성 입자를 포함하는 접착제의 흡수 거동에 따라, 가시 범위에 있거나 UV 주파수 범위에 있는 파장을 지닌 레이저를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 목적에 적합한 예로는 Ar 레이저, HeNe 레이저, 주파수-증폭된 IR 고체 상태 레이저 또는 엑시머 레이저, 예컨대 ArF 레이저, KrF 레이저, XeCl 레이저 또는 XeF 레이저가 있다. 레이저 빔 공급원에 따라, 사용된 레이저 전력 및 렌즈 시스템 및 모듈레이터, 레이저 빔의 촛점 직경은 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위에 있다. 표면의 구조를 발생시키기 위해서, 또한 레이저의 빔 경로에 마스크를 배열하거나 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 이미지화 공정을 이용하는 것이 가능하다.
바람직한 실시양태에서, 캐리어에 도포된 접착제의 원하는 부분은 접착제에 집중된 레이저에 의해 기재로 이동된다.
본 발명에 따른 공정을 수행하기 위해서, 레이저 빔 및/또는 캐리어 및/또는 기재가 이동될 수 있다. 그 레이저 빔은, 예를 들면 해당 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있고 회전하는 거울을 포함하는 렌즈 시스템에 의해 이동될 수 있다. 캐리어는, 예를 들면 전기 전도성 입자를 포함하는 접착제에 의해 연속적으로 코팅되는 회전하는 연속형 필름의 형태로 존재할 수 있다. 그 기재는, 예를 들면 XY 표에 의해 이동될 수 있거나, 비권취형 및 권취형 장치에 의해 연속형 필름으로서 이동될 수 있어야 한다.
캐리어에서 기재로 이동되는 접착제는 매트릭스 물질 내에 전도성 입자를 포함한다. 그 입자는 임의 원하는 기하구조의 입자일 수 있고, 임의의 원하는 전기 전도성 물질, 상이한 전기 전도성 물질의 혼합물 또는 기타 전기 전도성 및 비전도성 물질의 혼합물로 구성될 수 있다. 적합한 전기 전도성 물질로는 예를 들면 카본, 예컨대 카본 블랙, 흑연, 그라펜 또는 탄소 나노튜브, 또는 금속이다. 바람직한 금속은 니켈, 주석, 아연, 구리, 은, 금, 알루미늄, 티탄, 팔라듐, 백금 및 이들의 합금, 또는 이들 금속 중 하나 이상을 포함하는 금속 혼합물이다. 전도성 입자를 위한 물질로서 특히 바람직한 것은 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 아연 및 탄소, 및 이들의 혼합물이다.
전도성 입자는 평균 입자 직경 0.001 내지 100 ㎛, 바람직하게는 0.002 내지 80 ㎛, 특히 바람직하게는 0.005 내지 50 ㎛를 보유한다. 평균 입자 직경은 레이저 회절 측정 수단, 예를 들면 Microtrac×100 기기에 의해 측정할 수 있다. 입자 직경의 분포는 입자의 제조 공정에 따라 좌우된다. 전형적으로, 입자 직경 분포는, 몇 가지 최대치가 또한 존재하긴 하지만, 단지 하나의 최대치를 갖는다. 입자의 매우 촘촘한 팩킹을 달성하기 위해서, 상이한 입자 직경을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 1 ㎛ 이상의 평균 입자 크기를 갖는 입자는 100 ㎛ 이하의 평균 입자 직경을 갖는 나노입자와 혼합될 수 있다.
대안적으로, 그 입자는 또한 제1 금속 및 제2 금속을 포함하고, 이 경우에서 제2 금속은 제1 금속 또는 하나 이상의 다른 금속과의 합금 형태로 존재한다. 입자는 또한 2가지 상이한 합금을 포함할 수 있다.
입자의 선택에 이외에도, 입자의 형태는 코팅 후 접착제의 특성에 영향을 미친다. 형상에 관하여, 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 다수의 변형이 가능하다. 입자의 형상은, 예를 들면 가시형(acicular), 실린더형, 소판형 또는 구형일 수 있다. 이러한 입자 형상은 이상화된 형태를 구성하고, 실제 형태는, 예를 들면 제조의 결과로서, 다소 어느 정도로 그로부터 변할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 문맥에서 소판형 입자는 이상화된 구 형상으로부터 실제 편차(real deviation)를 갖게 된다.
상이한 입자 형상을 지닌 적합한 입자는 상업적으로 이용가능하다.
입자들의 혼합물이 사용될 때, 개별 혼합 파트너는 또한 상이한 입자 형상 및/또는 입자 크기를 가질 수 있다. 또한, 상이한 입자 크기 및/또는 입자 형상을 지닌 단지 한 유형의 입자로만 된 혼합물을 사용하는 것이 가능하다. 상이한 입자 형상 및/또는 입자 크기의 경우, 마찬가지로 은, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 아연 및 탄소, 및 이들의 혼합물이 바람직하다.
입자 형상들의 혼합물이 사용될 때, 소판형 입자와 구상 입자의 혼합물이 바람직하다. 하나의 실시양태에서, 예를 들면, 구상 은 입자가 소판형 은 입자 및/또는 다른 기하구조의 탄소 입자와 함께 사용된다. 다른 실시양태에서, 구상 은 입자는 소판형 알루미늄 입자와 배합된다.
전기 전도성 입자는 접착제가 도포되는 반도체 재료 상의 콘택트와 동일 물질로 구성되거나, 그 동일 물질을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
건조된 코팅의 총 중량을 기준으로 하여, 전도성 입자의 비율은 20 내지 100 중량%의 범위에 있다. 입자 비율의 바람직한 범위는 건조된 접착제의 총 중량을 기준으로 하여 50 내지 95 중량%이다.
적합한 매트릭스 물질은 예를 들면 천연 및 합성 중합체 및 이들의 유도체, 천연 수지 및 합성 수지 및 이들의 유도체, 천연 고무, 합성 고무 등이다. 이들은 화학적 또는 물리적 경화, 예를 들면 공기 경화, 방사선 경화 또는 온도 경화될 수 있지만, 꼭 필요하지 않을 수 있다.
그 매트릭스 물질은 중합체 또는 중합체 혼합물인 것이 바람직하다.
매트릭스 물질로서 바람직한 중합체는 아크릴레이트 수지; 알킬비닐 아세테이트; 알킬렌-비닐 아세테이트 공중합체, 특히 메틸렌-비닐 아세테이트, 에틸렌-비닐 아세테이트, 부틸렌-비닐 아세테이트; 알킬렌-비닐 클로라이드 공중합체; 아미노 수지; 알데히드 수지 및 케톤 수지; 에폭시 아크릴레이트; 변성 에폭시 수지, 예를 들면 이작용성 또는 다작용성 비스페놀 A 또는 비스페놀 F 수지, 에폭시-노볼락 수지, 비닐 에테르, 에틸렌-아크릴산 공중합체; 탄화수소 수지; MABS(아크릴레이트 단위를 포함하는 투명 ABS); 멜라민 수지, 말레산 무수물 공중합체; 메타크릴레이트; 천연 고무; 합성 고무; 염소화 고무; 천연 수지; 페놀 수지; 페녹시 수지; 폴리에스테르 수지; 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 폴리카르보네이트(예를 들면, Markrolon(등록상표), Bayer AG); 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA); 폴리페닐렌 옥사이드(PPO); 폴리비닐 화합물, 특히 폴리비닐 클로라이드(PVC), PVC 공중합체, PVdC, 폴리비닐 아세테이트 및 이의 공중합체, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 에테르, 용액 및 현탁액의 폴리비닐 아크릴레이트 및 폴리비닐 메타크릴레이트, 및 또한 이들의 공중합체, 폴리아크릴레이트 및 폴리스티렌 공중합체; 폴리우레탄, 이소시아네이트에 의해 비가교결합 또는 가교결합된 것; 폴리우레탄 아크릴레이트; 1- 및 2-성분 실리콘 수지 및 실리콘 고무, 스티렌-아크릴 공중합체; 스티렌-부타디엔 블록 공중합체(예를 들면, Styroflex(등록상표) 또는 Styrolux(등록상표), BASF SE, K-Resin(상표명), CPC); SIS; 트리아진 수지, 비스말레이미드-트리아진 수지(BT), 시아네이트 에스테르 수지(CE)이다. 2 이상의 중합체로 된 혼합물이 또한 매트릭스 물질을 형성할 수 있다.
매트릭스 물질로서 매우 바람직한 중합체는 아크릴레이트, 아크릴레이트 수지, 메타크릴레이트, 메타크릴레이트 수지, 멜라민 및 아미노 수지, 폴리이미드, 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 폴리비닐 에테르, 페놀 수지, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 아세테이트, 폴리스티렌 공중합체, 폴리스티렌 아크릴레이트, 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 스티렌-이소프렌 블록 공중합체, 합성 고무, 페녹시 수지, 알킬렌-비닐 아세테이트 및 비닐 클로라이드 공중합체, 폴리아미드 및 또한 이들의 공중합체, 및 또한 실리콘 고무 및 실리콘 수지이다.
건조 접착제의 총 중량을 기준으로 하여, 매트릭스 물질로서 사용된 유기 바인더 성분의 비율은 0.01 내지 60 중량%이다. 그 비율은 0.1 내지 45 중량%인 것이 바람직하고, 0.5 내지 35 중량%인 것이 보다 바람직하다.
전도성 입자 및 매트릭스 물질을 포함하는 접착제를 캐리어에 도포할 수 있기 위해서, 접착제에서 구체적인 도포 공정에 적합한 점도를 달성하기 위해서, 용매 또는 용매 혼합물이 추가적으로 접착제에 첨가될 수 있다. 예를 들면, 적합한 용매로는 지방족 및 방향족 탄화수소(예를 들면, n-옥탄, 시클로헥산, 톨루엔, 크실렌), 알콜(예를 들면, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 3-메틸부탄올, 아밀 알콜), 다가 알콜, 예컨대 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 알킬 에스테르(예를 들면, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 부틸 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트), 알콕시 알콜(예를 들면, 메톡시프로판올, 메톡시부탄올, 에톡시프로판올), 알킬벤젠(예를 들면, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠), 부틸글리콜, 부틸디글리콜, 알킬글리콜 아세테이트(예를 들면, 부틸글리콜 아세테이트, 부틸디글리콜 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트), 디아세톤 알콜, 디글리콜 디알킬 에테르, 디글리콜 모노알킬 에테르, 디프로필렌 글리콜 디알킬 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노알킬 에테르, 디글리콜 알킬 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 알킬 에테르 아세테이트, 디옥산, 디프로필렌 글리콜 및 에테르, 디에틸렌 글리콜 및 에테르, DBE(2염기성 에스테르), 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트, 에테르(예를 들면, 디에틸 에테르, 테트라히드로푸란), 에틸렌 클로라이드, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디메틸 에스테르, 크레졸, 락톤(예를 들면, 부티로락톤), 케톤(예를 들면, 아세톤, 2-부탄온, 시클로헥산온, 메틸 에틸 케톤(MEK), 메틸 이소부틸 케톤(MIBK)), 메틸디글리콜, 메틸렌 클로라이드, 메틸렌 글리콜, 메틸글리콜 아세테이트, 메틸페놀(오르토-, 메타-, 파라-크레졸), 피롤리돈(예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈), 프로필렌 글리콜, 프로필렌 카르보네이트, 사염화탄소, 톨루엔, 트리메틸올프로판(TMP), 방향족 탄화수소 및 혼합물, 지방족 탄화수소 및 혼합물, 알콜 모노테르펜(예를 들면, 테르피노올), 물 및 이들 용매의 2 이상으로 된 혼합물이 있다.
바람직한 용매는 알콜(예를 들면, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부탄올), 알콕시 알콜(예를 들면, 메톡시프로판올, 에톡시프로판올, 부틸글리콜, 부틸디글리콜), 부티로락톤, 디글리콜 디알킬 에테르, 디글리콜 모노알킬 에테르, 디프로필렌 글리콜 디알킬 에테르, 디프로필렌 글리콜 모노알킬 에테르, 에스테르(예를 들면, 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 부틸 글리콜 아세테이트, 부틸디글리콜 아세테이트, 디글리콜 알킬 에테르 아세테이트, 디프로필렌 글리콜 알킬 에테르 아세테이트, DBE, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트), 에테르(예를 들면, 테트라히드로푸란, 디옥산), 다가 알콜, 예컨대 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 케톤(예를 들면, 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로헥산온), 탄화수소(예를 들면, 시클로헥산, 에틸벤젠, 톨루엔, 크실렌), N-메틸-2-피롤리돈, 물 및 이들의 혼합물이다.
액체 매트릭스 물질의 경우, 구체적인 점도는 대안적으로 도포의 과정에서의 온도를 통해, 또는 용매와 온도의 조합을 통해 달성될 수 있다.
접착제에서 용매의 비율은 각각의 경우 미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 1 내지 50 중량%의 범위 내에, 바람직하게는 2 내지 20 중량%의 범위 내에, 보다 바람직하게는 5 내지 15 중량%의 범위 내에 있다.
접착제는 분산제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 이는 하나 이상의 분산제로 구성되어 있다.
기본적으로, 분산액에 사용하기 위해 해당 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있고 선행 기술에 기술되어 있는 모든 분산제가 적합하다. 바람직한 분산제는 계면활성제 또는 계면활성제 혼합물, 예를 들면 음이온성, 양이온성, 양쪽성 또는 비이온성 계면활성제가 있다. 양이온성 및 음이온성 계면활성제는, 예를 들면 문헌["Encyclopedia of Polymer Science and Technology", J. Wiley & Sons(1966), volume 5, pages 816 to 818] 및 문헌["Emulsion Polymerisation and Emulsion Poymers", editors: P. Lovell and M. El-Asser, Verlag Wiley & Sons(1997), pages 224 to 226]에 기술되어 있다. 그러나, 또한, 분산제로서는 안료 친화성을 지닌 고정(anchor) 기를 보유하고 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 중합체를 사용하는 것이 가능하다.
분산제는, 미건조 및 미경화된 접착제의 총 중량을 기준으로 하여, 0 내지 50 중량%의 범위 내에 사용될 수 있다. 그 비율은 0.1 내지 25 중량%인 것이 바람직하고, 0.2 내지 10 중량%인 것이 보다 바람직하다.
캐리어 상에 있는 접착제내 전도성 입자가 에너지 공급원, 예를 들면 레이저의 에너지를 충분히 흡수하지 않는다면, 흡수제가 접착제에 첨가될 수 있다. 사용된 레이저 빔 공급원에 따르면, 레이저 방사선을 효과적으로 흡수할 수 있는 상이한 흡수제 또는 그외 흡수제들의 혼합물을 선택하는 것이 필요할 수 있다. 그 흡수제가 접착제에 첨가되거나, 또는 흡수제를 포함하는 추가적인 별도의 흡수 층이 캐리어와 접착제 사이에 도포된다. 후자의 경우, 에너지는 흡수 층에서 국소적으로 흡수되고 열 전도에 의해 접착제로 이동된다.
레이저 방사선에 적합한 흡수제는 레이저 파장의 영역에서 고 흡수성을 갖는다. 특히 적합한 것은 전자기 스펙트럼의 근적외선 영역에서 그리고 장파장 VIS 영역에서 고 흡수성을 갖는 흡수제이다. 이러한 흡수제는 고전력 고체 상태 레이저, 예를 들면 Nd:YAG 레이저 및 또한 IR 다이오드 레이저로부터 유래된 방사선을 흡수하는데 특히 적합하다. 레이저 방사선에 적합한 흡수제의 예로는 적외선 스펙트럼 영역에서 강하게 흡수하는 염료, 예를 들면 프탈로시아닌, 나프탈로시아닌, 시아닌, 퀴노닌, 금속 착물 염료, 예컨대 디티올렌 또는 포토크롬산 염료이다.
게다가, 적합한 흡수제는 무기 안료, 특히 매우 강하게 착색된 무기 안료, 예컨대 크롬 산화물, 철 산화물, 철 산화물 수화물, 또는 카본, 예를 들어 카본 블랙, 흑연, 그라펜 또는 카본 나노튜브의 형태인 카본이다.
상기 언급된 흡수제 이외에, 흡수제로서는 또한 나노입자, 특히 금속 나노입자를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명의 문맥에서 나노입자는 1 내지 800 nm 범위에 있는 입자 크기를 갖는 입자를 의미하는 것으로 이해된다. 흡수제로서 사용된 나노입자는 전형적으로 3 내지 800 nm의 범위에 있는 입자 크기를 갖는다.
레이저 방사선에 대한 흡수제로서 사용될 수 있는 나노입자는 특히 은, 금, 백금, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 주석, 철, 인듐 주석 산화물, 텅스텐 산화물, 티탄 탄화물 는 티탄질화물의 입자이다.
은, 금, 백금, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 주석, 철, 인듐 철 산화물 또는 티탄 탄화물을 사용하는 한가지 이점은 이들 물질이 전기 전도성이라는 점이다. 따라서, 그 나노입자는, 접착제의 전도도가 전기 비전도성 흡수제를 포함하는 접착제와 비교하여 개선되도록, 전기 전도성 입자로서 추가로 작용을 한다.
나노입자에 매우 바람직한 물질은 은이다.
하나의 실시양태에서, 나노입자는 구상 입자이다. 본 발명의 문맥에서 구상 입자는 입자가 기본적으로 구 형태로 존재하지만, 실제 입자가 또한 그 이상적인 구 형태로부터 편차를 가질 수도 있다는 것을 의미한다. 실제 예를 들면, 실제 입자는 예를 들면 또한 절두형일 수 있거나 또는 소판 형상을 가질 수도 있다. 제조의 결과로서 일어날 수 있는, 이상적인 구 형상으로부터 편향된 다른 형상이 또한 가능하다.
나노입자가 구상 입자일 때, 그 나노입자는 2 내지 100 nm의 범위에 있는 직경을 갖는 것이 바람직하다. 특히 적외선 레이저, 특히 파장 1050 nm를 지닌 것들을 사용하는 경우, 2 내지 50 nm의 범위에 있는 입자 직경을 지닌 구상 나노입자가 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 그 구상 입자의 직경은 6 nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.
나노입자가 구상 입자의 형태로 사용될 때, 접착제내 그 나노입자의 비율은 접착제내 전기 전도성 입자의 중량을 기준으로 하여 특히 0.5 내지 12 중량%의 범위에 있다.
대안적인 실시양태에서, 나노입자는 150 내지 1000 nm의 범위에 있는 에지 길이와 3 내지 100 nm의 높이를 지닌 프리즘이다. 그 프리즘의 형태는 가변적이다. 실제 예를 들면, 그 형태는 다른 인자들 중에서도 특히 사용된 레이저 방사선에 의존적이다. 그 프리즘의 베이스는, 예를 들면 임의 다각형, 에를 들면 삼각형 또는 오각형의 형태로 존재할 수 있다. 나노입자로서 사용된 프리즘은 일반적으로 흡수 거동이 사용된 레이저의 파장과 일치하는 플라즈몬 공명기이다. 사용된 레이저의 파장에 대한 일치성은, 예를 들면 프리즘의 에지 길이에 의해 그리고 단면적에 의해 유효하게 된다. 예를 들면, 상이한 단면적 및 상이한 에지 길이 각각은 상이한 흡수 거동을 갖는다. 그 프리즘의 높이는 또한 흡수 거동에도 영향을 미친다.
프리즘이 나노입자로서 사용될 때, 접착제내에서 프리즘 형태로 존재하는 나노입자는 접착제의 전기 전도성 입자의 중량을 기준으로 3 내지 10 중량%의 범위로 존재하는 것이 바람직하다.
레이저 방사선에 대한 흡수제로서 구상 입자 또는 프리즘을 사용하는 것 이외에도, 대안적으로 또한 구상 입자와 프리즘이 둘 다 사용되는 것도 가능하다. 구상 입자 대 프리즘의 임의의 원하는 비율이 가능하다. 프리즘 형태의 나노입자의 비율이 크면 클수록, 접착제내 나노입자의 비율이 더욱 더 낮아 질 수 있다.
나노입자는 제조 과정에서, 특히 수송에서 적당한 안정화제에 의해 일반적으로 안정화된다. 접착제의 제조 과정에서, 첨가제는 이것이 접착제 내에 존재하도록, 전형적으로 제거되지 않는다. 안정화를 위한 첨가제의 비율은 일반적으로 나노입자의 질량을 기준으로 15 중량% 이하이다. 나노입자를 안정화하는데 사용된 첨가제는 예를 들면 장쇄 아민, 예를 들면 도데실아민일 수 있다. 나노입자를 안정화하는데 적합한 추가 첨가제는 예를 들면 옥틸아민, 데실아민, 올레산 및 폴리에틸렌이민이다.
레이저 방사선에 특히 적합한 흡수제는 미분 카본 유형, 및 미분 란탄 헥사보라이드(LaB6) 및 또한 금속 나노입자이다.
일반적으로, 접착제내 전도성 입자의 중량을 기준으로 흡수제 0.005 내지 20 중량%가 사용된다. 흡수제 0.01 내지 15 중량%를 사용하는 것이 바람직하고, 흡수제 0.1 내지 12 중량%를 사용하는 것이 특히 바람직하고, 각각의 경우는 접착제내 전도성 입자의 중량을 기준으로 한다.
첨가된 흡수제의 양은 각각의 경우에 원하는 접착제 층의 특성에 따라 해당 기술 분야의 당업자에 의해 선택된다. 이와 관련하여, 해당 기술 분야의 당업자라면, 또한 첨가된 흡수제가 레이저에 의한 접착제의 이동의 속도 및 효율에 영향을 미칠 뿐만 아니라 다른 특성, 예를 들면 캐리어 상에서의 접착제의 접착력, 경화 또는 전기 전도도에도 영향을 미칠 수 있다는 점을 고려할 수 있을 것이다.
입자를 포함하는 접착제를 이동시키는데 요구되는 에너지는, 사용된 레이저 및/또는 캐리어가 제조되는 재료에 따라 좌우되어, 접착제에 의해 코팅된 면 상에 또는 그 접착제에 대한 반대면 상에 인가될 수 있다. 필요하다면, 2가지 공정 변형의 조합을 이용하는 것이 가능하다.
캐리어에서 기재로의 접착제의 분율의 이동은 한쪽 면 상에 또는 양쪽 면 상에 수행될 수 있다. 이러한 경우, 그 이동은 2개의 면이 2개의 레이저 공급원 및 접착제로 코팅된 2개의 캐리어를 사용하여 양쪽 면으로부터 연속적으로, 또는 그 외 예를 들면 동시적으로 접착제에 의해 코팅된다는 점을 수반할 수 있다.
생산성을 증가시키기 위해서, 하나 이상의 레이저 공급원을 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 공정의 바람직한 실시양태에서, 캐리어에서 기재로의 접착제의 이동은 접착제를 캐리어에 도포함으로써 진행된다. 그 도포는 예를 들면 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 코팅 공정에 의해 실시된다. 그러한 코팅 공정으로는 예를 들면 캐스팅, 예컨대 커튼 캐스팅, 롤러 코팅, 전연, 나이프코팅, 브러싱, 분무, 침지 등이 있다. 대안적으로, 입자를 포함하는 접착제는 임의의 원하는 인쇄 공정에 의해 캐리어 상에 인쇄된다. 접착제가 인쇄되는 인쇄 공정으로는 예를 들면 롤러 또는 아크 인쇄 공정, 예를 들면 스크린인쇄, 그라비어 인쇄, 플렉소그래픽 인쇄, 레터프레스 인쇄, 패드 인쇄, 잉크젯 인쇄, 오프셋 인쇄이 있다. 그러나, 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 임의의 추가 인쇄 공정이 또한 이용가능하다.
바람직한 실시양태에서, 접착제는 캐리어 상에서 완전 건조 및/또는 경화되는 것이 아니라 오히려 습윤 상태에서 기재로 이동된다. 이는, 예를 들면 캐리어 상의 접착제가 일정하게 재생될 수 있는 연속적 인쇄 유닛의 사용을 가능하게 한다. 이러한 공정 방식은 매우 높은 생산성을 달성 가능케 한다. 잉크에 의해 연속적으로 보급되는 인쇄 유닛은 해당 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면 DE-A 37 02 643에 공지되어 있다. 입자가 접착제로부터 침전되는 것을 방지하기 위해서, 접착제는 캐리어에 도포되기 전에 저장소 용기에서 순환으로 교반 및/또는 펌핑되는 경우가 바람직하다. 게다가, 접착제가 존재하는 저장소 용기의 온도가 제어될 수 있는 경우, 접착제의 점도가 바람직하게 달성된다.
바람직한 실시양태에서, 캐리어는 구체적인 레이저 방사선에 투명하고 예를 들면 내부 수송 롤러에 의해 이동되는 연속 벨트로서 구성되어 있다. 대안으로, 실린더로서 캐리어를 설계하는 것이 가능하고, 그 실린더는 내부 수송 롤러에 의해 이동가능하거나 직접 구동된다. 이어서, 그 캐리어는 예를 들면 해당 기술 분야의 당업자에게 공지된 공정으로, 예를 들면 롤러 또는 롤러 시스템으로 접착제가 존재하는 저장소 용기로부터 유래된, 입자를 포함하는 접착제에 의해 코팅된다. 롤러 또는 롤러 시스템의 회전은 캐리어에 도포되는 접착제를 들어 올린다. 코팅 롤러를 지나간 캐리어의 이동은 전면적 접착제 층을 캐리어에 도포한다. 접착제를 기재에 이동시키기 위해서, 레이지 빔 공급원은 연속 벨트 또는 실린더의 내부에 배열된다. 접착제를 이동시키기 위해서, 레이저 빔은 접착제 층에 집중되고 그 레이저 빔에 투명한 캐리어를 통과하여 접착제에 충돌하고 그 접착제를 그것이 충돌한 부위에서 기재로 이동하게 된다. 그러한 인쇄 유닛은 예를 들면 DE-A 37 02 643에 기술되어 있다. 접착제는, 예를 들면 접착제의 용매의 적어도 부분적인 증발에서 레이저 빔의 에너지에 의해 그리고 접착제의 이동을 형성하는 기체 버블에 의해 이동된다. 캐리어로부터 기재로 이동되지 않은 접착제는 다음 코팅 단계에 재사용될 수 있다.
레이저에 의한 이동 수단으로 기재로 이동되는 접착제 층의 층 두께는 0.01 내지 50 ㎛의 범위 내에서 변하는 것이 바람직하고, 0.05 내지 30 ㎛의 범위 내에서 변하는 것이 보다 바람직하며, 0.1 내지 20 ㎛의 범위 내에서 변하는 것이 특히 바람직하다. 접착제 층은 전체 표면에 걸쳐 도포될 수 있거나, 구조화된 방식으로 도포될 수 있다.
캐리어에 대한 접착제의 구조화된 도포는 구체적인 구조가 높은 회수로 생성되고 구조화된 도포가 캐리어에 도포되어야 하는 접착제의 양을 감소시키는 경우에 유리하다. 이는 보다 저렴한 제조를 달성하게 한다.
기재 상에 기계적 안정한 구조화 또는 전면적 접착제 층을 얻기 위해서, 구조화 또는 전면적 접착제 층이 기재에 도포되는 접착제는 도포후 물리적으로 건조 또는 경화된다. 매트릭스 물질에 따라 좌우되어, 건조 또는 경화는, 예를 들면 열, 광(UV/Vis) 및/또는 방사선, 예를 들면 적외선 방사선, 전자 빔, 감마 방사선, x 방사선, 마이크로파의 작용에 의해 수행된다. 경화 반응을 유도하기 위해서, 적당한 활성화제를 첨가하는 것이 필요할 수 있다. 경화는 또한 다양한 공정을 조합하여, 예를 들면 UV 방사선과 열을 조합하여 달성될 수 있다. 경화 공정들의 조합은 동시적으로 또는 연속적으로 수행할 수 있다. 예를 들면, UV 또는 IR 방사선은, 형성된 구조가 더 이상 흐르지 않도록, 초기에 사용되어 단지 부분적으로만 그 층을 경화시키거나 그 층을 부분적으로 건조시킬 수 있다. 이후, 그 층은 열의 작용에 의해 추가로 경화 또는 건조될 수 있다.
기재로의 전기 전도성 접착제의 구조화 도포에 대한 본 발명에 따른 공정은 연속적 방식, 반연속적 방식 또는 뱃치 방식으로 작동될 수 있다. 또한, 단지 그 공정의 개별 단계만이 연속적으로 수행되고, 반면에 나머지 단계는 뱃치 방식으로 수행되는 것이 가능하다.
구조화 표면의 생성 이외에, 또한 본 발명에 따른 공정에 의해 복수의 층을 기재에 연속적으로 도포하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 전도성 표면을 생성시키는 공정이 수행될 수 있고, 이어서 상기 기술된 바와 같이 인쇄 공정이 수행될 수 있어서 제2 구조화 또는 전면적 전도성 표면을, 예를 들면 전기 전도성 입자의 또다른 조성물로 도포하게 된다.
제3 단계에서, 접착제는 전기 커넥션에 결합된다. 전기 커넥션은 복수의 태양 전지를 연결하여 광기전력 모듈을 형성하는 작용을 한다. 사용된 전기 커넥션은 예를 들면 커넥션 와이어이다. 전형적으로, 태양 전지의 전면 상의 콘택트는 각각의 경우 인접한 태양 전지의 후방 면 상의 콘택트에 연결된다. 그러나, 태양 전지의 커넥션에 적합한 임의의 다른 전기 커넥션이 또한 가능하다.
전기 커넥션에 대한 접착제의 결합 후, 접착제는 완전 경화된다. 이는 태양 전지의 콘택트에 대한 전기 커넥션의 안정하고 영구적인 결합을 달성하게 한다. 그 완전 경화는, 상기 기술된 바와 같이, 예를 들면 광, 열 또는 방사선의 작용에 의해 실시된다.

Claims (15)

  1. 태양 전지들 간의 전기 전도성 결합을 생성시키는 방법으로서,
    다음의 단계들:
    (a) 전기 전도성 입자를 포함하는 접착제를 캐리어에서 기재로 이동시키는데, 그 캐리어를 레이저로 조사하여 이동시키는 단계,
    (b) 기재에 이동된 접착제를 부분적으로 건조 및/또는 경화시켜 접착제 층을 형성시키는 단계,
    (c) 접착제를 전기 커넥션에 결합시키는 단계,
    (d) 접착제 층을 경화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 (a)에서 이동은 접착제를 캐리어에 도포함으로써 진행되는 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 접착제는 코팅 공정에 의해 캐리어에 도포되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 코팅 공정은 인쇄, 주조, 압연 또는 분무 공정인 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 레이저는 150 내지 10,600 nm의 범위에 있는 파장을 갖는 레이저 빔을 발생시키는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 레이저는 고체 상태 레이저, 섬유 레이저, 다이오드 레이저, 기체 레이저 또는 엑시머 레이저인 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 접착제는 기재의 톱 및 바텀 면에 도포되어 접착제 층을 형성시키는 것인 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어는 사용된 레이저 방사선에 투명한 경질 또는 연질 플라스틱 또는 유리인 것인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 방법을 수행하기 위한 접착제로서,
    접착제의 고체 함량을 기준으로 20 내지 98 중량%의 전기 전도성 입자,
    접착제의 고체 함량을 기준으로 0.01 내지 60 중량%의, 매트릭스 물질로서 사용된, 유기 바인더 성분,
    접착제내 전기 전도성 입자의 중량을 기준으로 0.005 내지 20 중량%의 흡수제,
    미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 0 내지 50 중량%의 분산제, 및
    미건조 및 미경화된 접착제의 총 질량을 기준으로 1 내지 20 중량%의 용매
    를 포함하는 접착제.
  10. 제9항에 있어서, 전기 전도성 입자는 하나 이상의 금속 및/또는 카본을 포함하는 것인 접착제.
  11. 제10항에 있어서, 금속은 은, 금, 알루미늄, 구리, 아연, 주석, 백금, 팔라듐, 니켈 및 티탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 접착제.
  12. 제9항 또는 제11항에 있어서, 전기 전도성 입자는 상이한 입자 기하구조를 갖는 것인 접착제.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 흡수제는 카본, 란탄 헥사보라이드 및/또는 은, 금, 백금, 팔라듐, 텅스텐, 니켈, 주석, 철, 인듐 주석 산화물, 텅스텐 산화물, 티탄 탄화물 또는 티탄 질화물의 나노입자로부터 선택되는 것인 접착제.
  14. 제13항에 있어서, 나노입자는 구상 입자이거나 프리즘의 형태로 존재하는 것인 접착제.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 카본은 카본 블랙, 흑연, 그라펜 또는 탄소 나노튜브의 형태로 존재하는 것인 접착제.
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