KR20140014137A - 태양전지용 스크린 제판 및 태양전지의 전극의 인쇄 방법 - Google Patents

태양전지용 스크린 제판 및 태양전지의 전극의 인쇄 방법 Download PDF

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Abstract

도전성 페이스트를 사용하여, 버스 바 전극과 핑거 전극을 동시에 인쇄하는 태양전지용의 스크린 제판으로서, 상기 스크린 제판의 핑거 전극 개구부의 개구 폭이 80μm 미만으로서, 이 스크린 제판의 버스 바 전극 개구부가 폐구부를 가지는 것을 특징으로 하는 스크린 제판에 관한 것이며, 본 발명의 스크린 제판을 사용하면, 태양전지 제조 비용을 저감할 수 있고, 셰도우 로스를 증가시키지 않고, 또한 태양전지의 미관을 해치지 않으며, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단선을 방지할 수 있고, 신뢰성이 높은 태양전지를 생산성 좋게 제조할 수 있다.

Description

태양전지용 스크린 제판 및 태양전지의 전극의 인쇄 방법{SCREEN PRINTING PLATE FOR SOLAR CELL AND METHOD FOR PRINTING SOLAR CELL ELECTRODE}
본 발명은 장기 신뢰성이 높은 태양전지를 생산성 좋게 제작하는 방법을 가능하게 하는 스크린 제판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버스 바 전극의 마스크 패턴을 변경함으로써, 높은 변환 효율을 유지한 채, 저비용으로 전극을 형성할 수 있는 스크린 제판, 및 그 스크린 제판을 사용한 태양전지의 전극의 인쇄 방법에 관한 것이다.
종래의 기술을 사용하여 제작된 태양전지의 단면도(도 1)와, 표면의 구조(도 2), 이면의 구조(도 3)를 설명한다. 일반적인 태양전지셀은 실리콘 등의 p형 반도체 기판(100)에 n형이 되는 도펀트를 확산하여, n형 확산층(101)을 형성함으로써 pn 접합이 형성되어 있다. n형 확산층(101) 위에는 SiNx막과 같은 반사 방지막(102)이 형성되어 있다. p형 반도체 기판(100)의 이면측에는 대략 전체면에 알루미늄 페이스트가 도포되고, 소결함으로써 BSF층(103)과 알루미늄 전극(104)이 형성된다. 또, 이면에는 집전용으로서 버스 바 전극이라고 불리는 굵은 전극(106)이 은 등을 포함하는 도전성 페이스트가 도포되어 소성함으로써 형성된다. 한편, 수광면측에는 집전용의 핑거 전극(107)과, 핑거 전극으로부터 전류를 모으기 위해서 형성된 버스 바 전극(105)이라고 불리는 굵은 전극이 대략 직각으로 교차하도록 빗형상으로 배치된다.
그리고, 이러한 종류의 태양전지를 제조할 때, 전극 형성의 방법으로서는 증착법, 도금법, 인쇄법 등을 들 수 있지만, 표면 핑거 전극(107)은 형성이 용이하며 저비용 등의 이유 때문에, 일반적으로는 이하에 나타내는 바와 같은 인쇄·소성법으로 형성된다. 즉, 표면 전극 재료에는 일반적으로 은분말과, 유리 플릿과, 유기 비히클과, 유기 용매를 주성분으로서 배합한 도전성 페이스트가 사용되어, 스크린 인쇄법 등에 의해 이 도전성 페이스트를 도포한 후, 소성로 중에서 고온 소결하여 표면 전극을 형성하는 것이다.
스크린 인쇄는 이하와 같은 방법이다.
우선, 스크린 인쇄법에서 사용되고 있는 스크린 제판은 서로 직교하는 경사와 횡사를 엮은 메시재(110)를 감광성의 유제(111)로 피복함과 아울러, 이 유제를 노광에 의해 일부 제거함으로써 대략 장방형의 패턴 구멍을 형성하여 형성된다(도 4). 이 스크린 제판을 피인쇄물 상에 배치시키고, 스크린 제판 상에 실은 인쇄 페이스트(잉크)를 패턴 상에 펼쳐 바르고, 인쇄 스퀴지(112)라고 불리는 유연성을 가지는 주걱을 적절한 스퀴지 경도(60~80도), 스퀴지 각도(60~80도), 압력(인압)(0.2~0.5MPa), 인쇄 속도(20~100mm/sec)로 이동시킴으로써, 패턴 구멍을 통하여 피인쇄물에 부착시키고, 또한 피인쇄물에 부착시킨 인쇄 페이스트를 건조시켜, 인쇄 패턴을 형성시키는 방법이다.
이 때, 인쇄 페이스트가 패턴 구멍 내의 메시재가 존재하지 않는 개구부를 통과하여 낙하하고, 피인쇄물에 부착시킨 직후는, 패턴 구멍 내의 경사와 횡사에 상당하는 부분에는 인쇄 페이스트는 부착되지 않지만, 이 후 개구부에 상당하는 부분에 부착된 인쇄 페이스트의 유동이 생기기 때문에, 균일한 두께의 연속적인 인쇄 패턴이 된다.
이와 같이, 스크린 인쇄법은 스크린 제판 상의 패턴 개구에 충전된 인쇄 페이스트가 인쇄 스퀴지(주걱)의 이동에 의해 피인쇄물에 전사됨으로써, 스크린 제판에 형성한 패턴 구멍과 동일한 패턴을 피인쇄물 상에 형성하는 수법이다.
이러한 방법에 의해 형성된 표면 핑거 전극(107)과 Si 기판(100)의 컨택트 저항(접촉 저항)과 전극의 배선 저항은 태양전지의 변환 효율에 큰 영향을 끼치고, 고효율(저 셀 직렬 저항, 고 필팩터(FF, 곡선 인자))을 얻기 위해서는, 컨택트 저항과 표면 핑거 전극(107)의 배선 저항의 값이 충분히 낮은 것이 요구된다.
또, 수광면에 있어서는 될 수 있는 한 많은 광을 받아들일 수 있도록 전극 면적을 작게 해야한다. 상기 FF를 유지한 채 단락 전류(Jsc)를 향상시키기 위해서, 핑거 전극은 가늘고, 단면적은 크고, 즉 고 애스펙트비의 핑거 전극을 형성해야한다.
태양전지의 전극을 형성하는 수법 중, 고 애스펙트비, 초세선을 형성하는 수법으로서는 셀에 홈을 만들어 페이스트를 충전하는 방법(일본 공개특허공보 2006-54374호)이나, 잉크젯법에 의한 인쇄 수법 등이 개시되어 있다. 그러나, 전자는 기판에 홈을 만드는 공정을 포함하기 때문에 기판에 대미지를 줄 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 후자의 잉크젯법은 압력을 가하여 가는 노즐로부터 액적을 분사하는 구조이기 때문에, 세선을 형성하기에는 적합한 수법이지만, 높이를 얻기가 어렵다.
한편, 스크린 인쇄법은 인쇄 패턴의 제작이 용이한 것, 인압의 조절에 의해 기판에 주는 대미지를 최소한으로 할 수 있는 것, 셀 1장당의 작업 속도도 빠르고, 저비용으로 생산성이 우수한 수법이다. 그리고 틱소성이 높은 도전성 페이스트를 사용함으로써, 전사된 후에도 형상을 유지하고, 고 애스펙트비의 전극을 형성할 수 있다.
이상으로부터, 스크린 인쇄는 다른 인쇄 수법에 비해 저렴하며, 고 애스펙트비의 전극을 형성하기에 적합한 수법이다.
그러나, 상기한 방법을 사용하여 세선의 인쇄를 행한 경우, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부가 매우 가늘어지거나, 심한 경우에는 단선되어 버린다는 문제가 일어났다. 수광면의 전극에 있어서, 부분적으로 핑거 전극이 가늘어지거나, 단선이 일어나거나 하면, 그 부분이 저항의 율속이 되고, 곡선 인자가 저하되어 버린다.
단선의 원인은 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 막두께의 차이다. 스크린 인쇄에 있어서, 페이스트 도포량은 개구부의 크기에 비례한다. 즉, 개구부가 큰 버스 바 전극의 페이스트 도포량은 많은 것에 대해서, 개구부가 작은 핑거 전극의 페이스트 도포량은 적기 때문에, 버스 바 전극과 핑거 전극의 막두께에는 차가 생긴다. 이 상태에서 전극을 소결시키면, 도포량이 많은 버스 바 전극 쪽이 수축량이 크기 때문에, 버스 바 전극과 핑거 전극의 경계에서 단선되어 버린다. 또, 이것이 경도인 경우에는 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부는 매우 가늘어진다는 현상이 일어난다.
또, 스크린 인쇄의 경우에는, 인쇄 방향(인쇄 스퀴지의 진행 방향)도 단선을 조장시키는 요소가 된다. 스크린 제판(1)에 있어서, 일반적으로는 핑거 전극의 단선을 막기 위해서, 인쇄 방향과 핑거 전극 개구부(2)는 대략 평행하게, 한편, 인쇄 방향과 버스 바 전극 개구부(3)는 대략 수직으로 되어 있다(도 8). 이 때, 인쇄 후의 전극은 핑거 전극(12)에 대하여 인쇄 개시측의 버스 바 전극(13)과 핑거 전극(12)의 접속부의 폭이 매우 좁아져버린다(도 9). 특히 세선 인쇄의 경우에는 현저하게 보여진다. 이것은 핑거 전극 개구부(2)와 버스 바 전극 개구부(3)의 접속부에서는 버스 바 전극 개구부(3)에 인쇄 스퀴지가 떨어져 들어가, 접속부의 페이스트 도포량이 줄어들기 때문이다. 한편, 인쇄 종료측의 버스 바 전극(13)과 핑거 전극(12)의 접속부의 폭은 페이스트 도포량이 많기 때문에 굵어지는 경향이 있다(도 9). 또한, 도면 중 5는 폐구부이다.
덧붙여서, 버스 바 전극 개구부(3)는 핑거 전극 개구부(2)에 비해 폭이 크고, 또한, 상기한 바와 같이, 스퀴지(112)는 버스 바 전극 개구부(3)에 대하여 수직이 됨으로써, 새들 현상이 일어나기 쉬워진다. 새들 현상은 버스 바와 같이 개구가 넓은 부분을 인쇄할 때, 개구부가 스퀴지(112)에 의해 눌리고(도 5), 버스 바 전극의 폭 방향에 있어서의 단부보다 중앙부가 함몰되는 현상(113)이다(도 6). 새들 현상이 발생하면, 버스 바 전극 폭 방향에 있어서의 단부의 높이와, 핑거 전극의 높이에 차가 생긴다. 상기한 바와 같이, 도포량이 많은 버스 바 전극 단부 쪽이 전극 소성시의 수축률이 크기 때문에, 버스 바 전극(13)과 핑거 전극(12)의 접속부가 단선(114)해버린다(도 10). 또한, 도 10 중, 쇄선은 버스 바 전극(13)과 핑거 전극(12)의 접속부이다.
또, 핑거 전극과 버스 바 전극을 따로따로 인쇄한 경우에도, 버스 바 전극에서 새들 현상이 일어나기 때문에, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단선을 막을 수 없다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 폭을 넓게 하는 방법이 개시되어 있다(일본 공개특허공보 2009-272405호). 그러나, 이 수법을 사용하면, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부가 과잉하게 굵기 때문에 번지거나, 뭉치거나 한다. 그 때문에 셰도우 로스가 증가해버려, 특성이 낮아져버린다는 문제가 있었다. 또, 태양전지는 당연한 것이지만 태양광 아래에서 사용되는 디바이스이며, 다른 반도체 디바이스와 달리, 공중의 눈에 보일 기회가 많다. 따라서, 태양전지에는 특성뿐만아니라, 외관도 매우 중요한 요소가 된다. 상기 발명은 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부가 굵어져버림으로써, 핑거 전극 굵기가 불연속이 되어, 미관을 해친다는 문제가 있었다.
또, 상기한 스퀴지 진행 방향에 대하여 스크린 제판을 설치하는 장소를 90°의 배수 이외의 각도로 회전시켜 인쇄함으로써, 버스 바 개구에 스퀴지가 전락하는 것을 막는 방법도 있다(도 7). 단, 이 경우, 스퀴지의 진행 방향이 핑거 개구에 대하여 평행하게 되지는 않기 때문에, 핑거 전극에 번짐이 생기고, 정밀한 인쇄를 할 수 없게 된다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 높은 애스펙트비를 가지고 저항이 낮은 전극을 형성함으로써, 변환 효율이 높은 태양전지를 저비용으로 제조하는 것을 가능하게 하는 태양전지용 스크린 제판 및 그 스크린 제판을 사용하는 태양전지의 전극의 인쇄 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 태양전지에서는, 도전성 페이스트를 인쇄하여 버스 바 전극과 핑거 전극을 동시에 인쇄하는 태양전지의 제조 방법에 있어서, 스크린 인쇄에 의한 전극 형성시에, 스크린 제판의 버스 바 전극부의 개구부에 부분적으로 폐구부를 설치함으로써, 개구부에 충전된 페이스트를 스퀴지가 누르는 압력을 감소시킬 수 있고, 단선을 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 이루기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 하기 태양전지용 스크린 제판 및 태양전지의 전극의 인쇄 방법을 제공한다.
[1] :
도전성 페이스트를 사용하여, 버스 바 전극과 핑거 전극을 동시에 인쇄하는 태양전지용의 스크린 제판으로서, 상기 스크린 제판의 핑거 전극 개구부의 개구 폭이 80μm 미만으로서, 이 스크린 제판의 버스 바 전극 개구부가 폐구부를 가지는 것을 특징으로 하는 스크린 제판.
[2] :
상기 스크린 제판의 버스 바 전극 개구부의 윤곽으로부터 산출되는 버스 바 면적 중, 60% 이하를 폐구부로 하는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 스크린 제판.
[3] :
상기 버스 바 전극 개구부 중의 폐구부와, 핑거 전극 개구부와 버스 바 전극 개구부가 접하는 변 사이는 50μm 이상 700μm 이하의 간격이 있는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 스크린 제판.
[4] :
[1]~[3] 중 어느 하나에 기재된 스크린 제판을 사용하고, 버스 바 전극의 길이 방향에 대하여 스퀴지의 진행 방향이 수직 방향이 되도록 도전성 페이스트를 인쇄하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극의 인쇄 방법.
또한, 일반적으로 사용되고 있는 핑거 개구 폭 80~100μm이면, 상기와 같은 단선이 발생하는 일은 드물다. 본 수법이 효과적인 것은 핑거 개구 폭 80μm 미만의 세선이다.
상기와 같은 특징을 가지는 스크린 제판을 사용하여 인쇄하는 태양전지의 전극의 인쇄 방법에 있어서, 본 발명의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 버스 바 전극의 길이 방향에 대하여 인쇄 방향이 대략 수직인 것이 바람직하다.
본 발명의 스크린 제판을 사용하면, 태양전지 제조 비용을 저감할 수 있고, 셰도우 로스를 증가시키지 않으며, 또한, 태양전지의 미관을 해치지 않고, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단선을 방지할 수 있고, 신뢰성이 높은 태양전지를 생산성 좋게 제조할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지의 전극의 단면도이다.
도 2는 일반적인 태양전지의 표면 형상을 나타내는 평면도이다.
도 3은 일반적인 태양전지의 이면 형상을 나타내는 이면도이다.
도 4는 종래의 스크린 제판의 인쇄 중의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 5는 종래의 스크린 제판의 인쇄 중의 새들 현상의 모습을 나타내는 설명도이다.
도 6은 종래의 스크린 제판을 사용하여 인쇄한 후의 전극 형상의 단면도이다.
도 7은 종래의 스크린 제판을 사용한 단선 회피법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 8은 종래의 스크린 제판의 개구부 확대도이다.
도 9는 종래의 스크린 제판에 의한 인쇄 후 확대도이다.
도 10은 도 9의 A-A선을 따른 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 스크린 제판의 일례를 나타내는 개구부 확대도이다.
도 12는 본 발명의 상기 스크린 제판에 의한 인쇄 후 확대도이다.
도 13은 도 12의 B-B선을 따른 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명하면, 본 발명에 따른 태양전지용 스크린 제판은 버스 바 전극부가 폐구부를 가지는 것으로, 이 경우 버스 바 전극의 윤곽으로부터 산출되는 개구 면적 중 60% 이하, 보다 바람직하게는 55% 이하를 폐구부로 하는 것이 바람직하다. 또한, 폐구부는 상기 개구 면적의 30% 이상, 특히 45% 이상으로 함으로써, 본 발명의 효과를 보다 유효하게 발휘시킬 수 있다. 또, 스크린 제판에 있어서의 핑거 전극의 개구 폭은 80μm 미만이며, 바람직하게는 40~80μm, 40μm 이상 80μm 미만, 보다 바람직하게는 40~75μm, 더욱 바람직하게는 45~70μm, 특히 50~60μm이다.
도 11은 본 발명의 스크린 제판의 일례를 나타내는 것으로, 도 11에 있어서, 스크린 제판(1)의 인쇄 방향(도면 중 화살표 방향)과 평행하게 핑거 전극 개구부(2)가 복수개 형성됨과 아울러, 인쇄 방향과 직교하여 광폭(Wb)의 버스 바 전극 개구부(3)가 형성된 것이다. 또, Wb의 폭은 0.5~3mm, 특히 1~2mm가 바람직하다. 이 경우, 본 발명에 따른 스크린 제판(1)에 있어서는, 버스 바 전극 개구부(3) 내에 복수의 폐구부(4)가 형성된 것이다. 이들 폐구부(4)는 상기 핑거 전극 개구부(2)의 길이 방향에 대응 일치하는 위치에 형성되어 있다. 여기서, 버스 바 전극 개구부(3) 내의 폐구부(4)는 핑거 전극 개구부(2)와 버스 바 전극 개구부(3)가 접하는 변으로부터 50~700μm, 바람직하게는 100~300μm의 간격(Wc)이 있는 것이 바람직하다. 50μm 미만의 간격밖에 없는 경우 페이스트 토출량이 줄어들어 단선을 초래하는 한편, 700μm보다 커지면 스퀴지의 압입에 의한 페이스트의 압출이 현저해져, 새들 현상이 일어나기 쉬워지고, 소성시의 열수축률의 차이로부터 단선이 발생해버릴 우려가 있다. 또한, 각 폐구부(4) 사이의 간격은 100~2,000μm, 특히 300~1,000μm인 것이 바람직하다.
또, 각 폐구부(4)의 합계 면적은 상기 서술한 바와 같이 버스 바 전극 개구부(3)와 그 폐구부(4)의 총면적(즉, 스크린 제판의 버스 바 전극 개구부(3)의 윤곽으로부터 산출되는 버스 바 면적)의 60% 이하이며, 또한 핑거 전극 개구부(2)의 폭(Wf)은 80μm 미만이다.
상기 서술한 스크린 제판을 사용함으로써, 도 12, 13에 나타낸 바와 같이, 핑거 전극의 단선, 인쇄시에 있어서의 버스 바 전극 개구부에서의 스퀴지의 전락, 버스 바 전극으로부터 핑거 전극에 걸친 핑거 전극의 굵어짐을 억제할 수 있다.
다음에, 상기 스크린 제판을 사용한 본 발명의 태양전지의 제작 방법의 일례를 이하에 서술한다. 단, 본 발명은 이러한 방법으로 제작된 태양전지에 한정되는 것은 아니다.
우선, 고순도 실리콘에 붕소 또는 갈륨과 같은 III족 원소를 도프하고, 비저항 0.1~5Ω·cm로 한 애즈 커트 단결정 {100}p형 실리콘 기판 표면의 슬라이스 대미지를 농도 5~60질량%의 수산화나트륨이나 수산화칼륨과 같은 고농도의 알칼리, 혹은 불산과 질산의 혼산 등을 사용하여 에칭한다. 단결정 실리콘 기판은 CZ법, FZ법의 어느 방법에 의해 제작되어도 된다.
계속해서 기판 표면에 텍스쳐라고 불리는 미소한 요철 형성을 행한다. 텍스쳐는 태양전지의 반사율을 저하시키기 위한 유효한 방법이다. 텍스쳐는 가열한 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산수소나트륨 등의 알칼리 용액(농도 1~10질량%, 온도 60~100℃) 중에 10~30분간 정도 침지함으로써 용이하게 제작된다. 상기 용액 중에 소정량의 2-프로판올을 용해시켜 반응을 촉진시키는 경우가 많다.
텍스쳐 형성 후, 염산, 황산, 질산, 불산 등, 혹은 이들의 혼합액의 산성 수용액 중에서 세정한다. 경제적 및 효율적 견지로부터 염산 중에서의 세정이 바람직하다. 청정도를 향상하기 위해서, 염산 용액 중에 0.5~5질량%의 과산화수소를 혼합시키고, 60~90℃로 가온하여 세정해도 된다.
이 기판 상에 옥시염화인을 사용한 기상 확산법에 의해 에미터층을 형성한다. 일반적인 실리콘 태양전지는 pn 접합을 수광면에만 형성할 필요가 있고, 이것을 달성하기 위해서 기판끼리를 2장 겹친 상태에서 확산하거나, 확산 전에 이면에 SiO2막이나 SiNx막 등을 확산 마스크로서 형성하여, 이면에 pn 접합을 할 수 없는 처리를 할 필요가 있다. 확산 후 표면에 생긴 유리를 불산 등으로 제거한다.
다음에, 수광면의 반사 방지막 형성을 행한다. 제막에는 플라즈마 CVD 장치를 사용하여 SiNx막을 약100nm 제막한다. 반응 가스로서 모노실란(SiH4) 및 암모니아(NH3)를 혼합하여 사용하는 경우가 많지만, NH3 대신에 질소를 사용하는 것도 가능하며, 또, 프로세스 압력의 조정, 반응 가스의 희석, 또한 기판에 다결정 실리콘을 사용한 경우에는 기판의 벌크 패시베이션 효과를 촉진하기 위해서, 반응 가스에 수소를 혼합하는 경우도 있다.
다음에, 이면 전극을 스크린 인쇄법으로 형성한다. 상기 기판의 이면에 은분말과 유리 플릿을 유기물 바인더에서 혼합한 페이스트를 버스 바 형상으로 스크린 인쇄한 후, 알루미늄 분말을 유기물 바인더에서 혼합한 페이스트를 버스 바 이외의 영역에 스크린 인쇄한다. 인쇄 후, 700~800℃의 온도에서 5~30분간 소성하여 이면 전극이 형성된다. 이면 전극 형성은 인쇄법에 의한 방법이 바람직하지만, 증착법, 스퍼터법 등으로 제작하는 것도 가능하다.
다음에, 표면 전극을 본 발명에 따른 스크린 제판을 사용한 스크린 인쇄법으로 형성한다.
보다 상세하게는 상기 기판의 표면에 은분말과, 유리 플릿과, 유기물 바인더를 혼합한 페이스트를, 핑거 전극 폭이 30~80μm, 핑거 전극 간격 0.5~4.0mm로 설계된 빗형의 인쇄 패턴을 가지는 스크린 제판을 사용하여 인쇄한다.
본 발명의 스크린 제판은 상기와 같은 일반적인 태양전지의 패턴은 변경하지 않고, 도 11에 나타내는 바와 같이 버스 바 전극 내에 폐구부를 설치하기만 하면 된다.
일반적으로 사용되고 있는 스크린 제판의 핑거 개구 폭은 80~100μm이다. 이 경우, 핑거 전극은 충분히 굵고, 두껍게 인쇄할 수 있기 때문에, 상기와 같은 단선이 발생하는 일은 드물다. 그러나, 핑거 개구 폭 80μm 미만의 세선이 되면, 버스 바 전극과 핑거 전극의 막두께차가 커져, 열수축량의 차이에 의해 단선이 발생해버린다(도 9).
그 때문에, 본 발명에서는 버스 바 전극과 핑거 전극을 동시에 인쇄하는 태양전지의 제조 방법에 있어서, 버스 바 전극의 윤곽으로부터 산출되는 개구 면적 중, 60% 이하를 폐구부로 한 스크린 제판을 사용하여 인쇄함으로써 단선을 회피할 수 있다(도 13).
이러한 특징을 가지는 스크린 제판을 사용하여 인쇄하는 태양전지의 제조 방법에 있어서, 본 발명의 효과를 충분히 얻기 위해서는, 버스 바 전극에 대하여 인쇄 방향이 대략 수직인 것이 바람직하다.
본 발명의 스크린 제판을 사용하면, 상기한 바와 같이 버스 바 전극 내의 폐구부의 존재에 의해, 인쇄 종료측의 토출량이 작아지기 때문에, 핑거 전극이 굵어지는 것을 억제하는 효과도 있다(도 12).
버스 바 개구부에 부분적으로 폐구부를 가지면, 인쇄 후에 인쇄되어 있지 않은 부분이 생길 가능성이 있다. 그러나 이것은 모듈 제작시에 땜납 코팅된 구리의 리드선을 접착하기 때문에, 외관상의 문제는 발생하지 않는다. 또, 종래의 버스 바 전극 면적에 비해, 40% 이상 버스 바 전극 면적이 있으면, 리드선의 접착 강도를 유지할 수 있다.
또, 버스 바 전극의 사용량이 감소함으로써, 저비용의 태양전지를 제조하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 스크린 제판의 버스 바 전극 내에 폐구부를 설치함으로써, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단선을 회피할 수 있다.
상기와 같은 수법을 사용하여 전극을 형성한 후, 대기 하, 700~800℃의 온도에서 5~30분간 열처리함으로써 소결시킨다. 이면 전극 및 수광면 전극의 소성은 한번에 행하는 것도 가능하다.
(실시예)
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다.
[실시예, 비교예]
본 발명의 유효성을 확인하기 위해서, 이하의 공정을 반도체 기판 30장에 대해서 행하여 태양전지를 제작했다.
인쇄 패턴은 종래의 패턴 A(핑거 전극의 개구 폭(Wf) 60μm:비교예:도 8)에 대하여, 버스 바 전극 개구 내에 폐구부를 설치한 패턴 B(도 11)와, 핑거 개구 폭이 100μm인 패턴 C의 스크린 제판을 준비했다(비교예:도 8). 버스 바 전극의 개구 폭(Wb)은 모두 1.5mm로 통일했다.
이 경우, 패턴 B에 있어서, 핑거 전극의 개구부와 버스 바 전극의 개구부가 접하는 변으로부터 버스 바 전극 개구부 내의 간극(Wc)은 100μm이며, 또 각 폐구부 사이의 간극은 1,000μm이며, 폐구부의 합계 면적은 버스 바 전극 개구부의 윤곽으로부터 산출되는 버스 바 면적의 55%였다.
우선, 가로세로 15cm, 두께 250μm, 비저항 2.0Ω·cm의 붕소 도프 {100}p형 애즈 커트 실리콘 기판(100)을 준비하고, 농수산화칼륨 수용액에 의해 대미지층을 제거하고, 텍스쳐를 형성하여, 옥시염화인 분위기 하 850℃에서 열처리한 에미터층(101)을 형성하고, 불산으로 인 유리를 제거하고, 세정, 건조시켰다. 다음에 플라즈마 CVD 장치를 사용하고, SiNx막(102)을 제막하고, 이면에 은분말과 유리 플릿을 유기물 바인더에서 혼합한 페이스트를 버스 바 형상으로 스크린 인쇄한 후(106), 알루미늄 분말을 유기물 바인더에서 혼합한 페이스트를 버스 바 이외의 영역에 스크린 인쇄했다(104). 유기 용매를 건조하여 이면 전극을 형성한 반도체 기판을 제작했다.
다음에, 이 반도체 기판 상에 은분말과, 유리 플릿과, 유기 비히클과, 유기 용매를 주성분으로 하고, 첨가물로서 금속 산화물을 함유한 도전성 페이스트를, 상기 인쇄 패턴을 가지는 스크린 제판을 사용하여, 스퀴지 경도 70도, 스퀴지 각도 70도, 인압 0.3MPa, 인쇄 속도 50mm/sec로 반도체 기판 상에 형성된 반사 방지막 상에 도포했다. 인쇄 후, 150℃의 클린 오븐에서 유기 용매의 건조를 한 후, 800℃의 공기 분위기 하에서 소성했다.
이와 같이 제작한 태양전지 30장에 대해서, 광학 현미경에 의한 전극 관찰과 솔라 시뮬레이터(25℃의 분위기 중, 조사 강도:1kW/m2, 스펙트럼:AM 1.5글로벌)에 의한 평가를 했다. 또, 광학 현미경으로 인쇄 후의 핑거 폭과 접속부의 폭을 관찰하고, 단선의 유무를 확인했다. 실시예, 비교예의 결과 평균을 표 1에 나타낸다.
조건 핑거
개구		 버스 바
개구		 폐구부 단선 단락전류 곡선인자 변환효율
㎛ mm mA/㎠ % %
A(비교예) 60 1.5 무 유 35.1 73.6 15.50
B(실시예) 60 1.5 유 무 35.1 75.1 15.82
C(비교예) 100 1.5 무 무 33.8 76.2 15.20
표준 조건 A에서 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단선이 확인되었지만, 본 발명에 따른 방법에서는 확인되지 않고, 또, 개구 폭이 큰 수준 C에서도 확인되지 않았다.
단락 전류는 핑거 전극 폭이 큰 C에서는 감소했다. 이것은 폭 증가에 의한 셰도우 로스가 원인이다. 한편, 곡선 인자는 단선이 일어난 A에 비해, 단선하고 있지 않은 수준 B 쪽이 약1.5% 높은 75.1%를 나타냈다.
종래법에서는 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부의 단선이 발생했지만, 본 발명의 스크린 제판을 사용하면 공정수를 늘리지 않고, 고 애스펙트비의 전극을 단선없이 형성할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 버스 바 전극과 핑거 전극의 접속부를 단선하지 않고 전극을 형성함으로써, 변환 효율이 높은 태양전지를 수율 좋게 제조할 수 있다.
1…스크린 제판
2…핑거 전극 개구부
3…버스 바 전극 개구부
4…버스 바 전극 개구부 내의 폐구부
5…폐구부
12…핑거 전극
13…표면 버스 바 전극
100…p형 반도체 기판
101…n형 확산층
102…반사 방지막(SiNx막)
103…BSF층
104…알루미늄 전극
105…표면 버스 바 전극
106…이면 버스 바 전극
107…핑거 전극
110…메시재
111…유제
112…스퀴지
113…함몰 부분
114…단선부

Claims (4)

  1. 도전성 페이스트를 사용하여, 버스 바 전극과 핑거 전극을 동시에 인쇄하는 태양전지용의 스크린 제판으로서, 상기 스크린 제판의 핑거 전극 개구부의 개구 폭이 80μm 미만으로서, 이 스크린 제판의 버스 바 전극 개구부가 폐구부를 가지는 것을 특징으로 하는 스크린 제판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스크린 제판의 버스 바 전극 개구부의 윤곽으로부터 산출되는 버스 바 면적 중, 60% 이하를 폐구부로 하는 것을 특징으로 하는 스크린 제판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 버스 바 전극 개구부 중의 폐구부와, 핑거 전극 개구부와 버스 바 전극 개구부가 접하는 변 사이는 50μm 이상 700μm 이하의 간격이 있는 것을 특징으로 하는 스크린 제판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 스크린 제판을 사용하고, 버스 바 전극의 길이 방향에 대하여 스퀴지의 진행 방향이 수직 방향이 되도록 도전성 페이스트를 인쇄하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극의 인쇄 방법.
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