KR20150084329A - 솔더 페이스트 및 이를 사용한 접합 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 솔더 페이스트는 복수의 금속 입자 및 플럭스(flux) 성분을 포함하고, 각각의 금속 입자는 코어 금속 및 코어 금속의 표면에 코팅된 주석(Sn) 또는 주석계(Sn-based) 합금을 포함하는 코어 셀(core shell) 구조로 형성되며, 코어 금속은 주석 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로 형성된다.

Description

솔더 페이스트 및 이를 사용한 접합 구조{SOLDER PASTE AND BONDING STRUCTURE USING THE SAME}
본 발명은 솔더 페이스트 및 이를 사용한 접합 구조에 관한 것이다.
전자 부품을 실장할 때 사용되는 접합 재료로 땜납(솔더 페이스트)이 널리 사용되고 있다.
그런데, 종래부터 널리 사용되어 온 솔더 페이스트는 주석(Sn) 입자 또는 주석계(Sn-based) 합금 입자가 플럭스(flux) 및 솔벤트(solvent) 등의 물질에 분산된 구조로 형성되므로, 납땜 공정을 실시한 후에는 플럭스 및 솔벤트 등의 기타 물질은 기화되고, 주석 입자 또는 주석계 합금 입자가 용융되어 접합 대상물을 접합하게 된다.
따라서, 접합 대상물간의 전기적 통로는 용융된 주석 또는 주석계 합금에 의해 형성되는데, 주석 또는 주석계 합금은 전기 전도성이 낮으므로, 접합 대상물간의 전기적 특성이 만족스럽지 못한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 주석 또는 주석 합금에 비해 전도성이 높은 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 주석 또는 주석 합금 대신에 사용하고자 하는 노력이 있었으나, 구리 또는 은은 용융점이 매우 높으므로 접합 대상물을 접합하는 물질로 적합하지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기적 특성이 향상된 솔더 페이스트 및 이를 사용한 접합 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따른 솔더 페이스트는 복수의 금속 입자 및 플럭스(flux) 성분을 포함하고, 각각의 금속 입자는 코어 금속 및 코어 금속의 표면에 코팅된 주석(Sn) 또는 주석계(Sn-based) 합금을 포함하는 코어 셀(core shell) 구조로 형성되며, 코어 금속은 주석 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로 형성된다.
코어 금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속으로 형성될 수 있다.
바람직하게, 코어 금속은 상기 금속 군 중에서 제1 열팽창계수(CTE1)를 갖는 금속으로 형성되고, 제1 열팽창계수(CTE1)는 주석 또는 주석계 합금의 제2 열팽창계수(CTE2)와 아래의 관계식을 만족할 수 있다.
CTE1 = CTE2 ± (0.25×CTE2)
주석 또는 주석계 합금의 제2 열팽창계수(CTE2)(10-6K-1)는 대략 20 정도이므로, 코어 금속의 제1 열팽창계수(CTE1)는 대략 15 내지 25일 수 있으며, 이러한 범위의 열팽창계수를 갖는 금속으로는 대략 23의 열팽창계수를 갖는 알루미늄, 대략 17의 열팽창계수를 갖는 구리 및 대략 19의 열팽창계수를 갖는 은이 있다.
따라서, 코어 금속으로는 알루미늄, 구리 및 은 중에서 선택된 적어도 1종의 금속으로 형성되는 것이 바람직하다.
코어 금속의 함유량은 50% 내지 90%인 것이 바람직하다. 코어 금속의 함유량이 50% 미만인 경우에는 접합 대상물 간의 접합 특성은 양호하게 유지할 수 있지만 접합 대상물 간의 전기적 통로를 효과적으로 형성하는 데 어려움이 있으며, 코어 금속의 함유량이 90%를 초과하는 경우에는 접합 대상물 간의 전기적 통로는 효과적으로 형성할 수 있지만 코어 금속들을 접합 대상물 사이에서 접합 및 고정하는 주석 또는 주석 합금의 양이 너무 적어서 접합 특성이 저하된다.
코어 금속은 구형 또는 플레이크(flake) 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한 예로, 코어 금속은 구형으로 형성될 수 있으며, 이때, 코어 금속의 직경은 10㎛ 내지 50㎛로 형성될 수 있다.
본 발명의 한 측면에 따른 접합 구조는 복수의 코어 금속 및 복수의 코어 금속을 상기 접합 대상물의 사이에서 접합 및 고정하는 주석 또는 주석계 합금이 접합 대상물 사이에 위치하고, 코어 금속은 주석 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로 형성되며, 접합 대상물은 10㎛ 내지 50㎛의 간격을 두고 위치한다.
복수의 코어 금속 중 적어도 하나는 접합 대상물과 직접 접촉할 수 있으며, 접합 대상물은 태양전지의 전극부 및 서로 이웃한 태양전지의 전극부를 전기적으로 연결하는 인터커넥터를 포함할 수 있다.
그리고 태양전지의 전극부는 버스바 전극 또는 접합 패드로 구성될 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 솔더 페이스트의 금속 입자가 주석 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항을 갖는 코어 금속 및 코어 금속의 표면에 코팅된 주석 또는 주석계 합금을 포함하는 코어 셀 구조로 형성되므로, 납땜 공정을 실시한 후에는 주석 또는 주석계 합금에 비해 전도성이 우수한 코어 금속을 통해 접합 대상물 간의 전기적 통로가 형성된다.
따라서, 접합 대상물 간의 전기적 특성이 향상되므로, 코어 셀 구조의 금속 입자를 구비한 솔더 페이스트를 사용하여 태양전지의 전극부 및 인터커넥터를 접합하면, 태양전지 모듈의 출력이 향상된다.
도 1은 본 발명의 솔더 페이스트를 사용하여 접합을 행한 경우의 거동을 모식적으로 나타내는 도면으로서, 도 1의 (a)는 접합 전의 상태를 나타내는 도면이고, 도 1의 (b)는 접합 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 다양한 금속의 용융점, 열팽창계수 및 비저항을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 솔더 페이스트를 사용하여 접합을 행한 태양전지 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 주요부 도면이다.
도 4는 도 3의 태양전지 모듈에 구비된 후면 접합 태양전지의 후면을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 제2 방향 부분 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3 내지 도 5를 참고하여 후면 접합 태양전지 및 이를 구비한 태양전지 모듈에 대해 설명한다.
먼저 도 4 및 도 5를 참조하면, 후면 접합 태양전지(100)는 제1 도전성 타입의 반도체 기판(110), 반도체 기판(110)의 수광면, 예컨대 전면(front surface)에 형성된 전면 유전층(120), 전면 유전층(120) 위에 형성된 반사 방지막(130), 반도체 기판(110)의 다른 면, 즉 후면(back surface)에 형성되어 있고 제1 도전성 타입의 불순물이 고농도로 도핑된 제1 도핑부(141), 제1 도핑부(141)와 이웃한 위치에서 반도체 기판(110)의 후면에 형성되고 제1 도전성 타입과 반대 타입인 제2 도전성 타입의 불순물이 고농도로 도핑된 제2 도핑부(142), 제1 도핑부(141)와 제2 도핑부(142)의 일부를 노출하는 후면 유전층(150), 후면 유전층(150)에 의해 노출된 제1 도핑부(141)와 전기적으로 연결되는 복수의 전자용 전극(160, 이하, '제1 전극'이라 함), 후면 유전층(150)에 의해 노출된 제2 도핑부(142)와 전기적으로 연결되는 복수의 정공용 전극(170, 이하, '제2 전극'이라 함), 반도체 기판(110)의 후면 중 제1 모서리(E1) 쪽에 위치하는 복수의 전자용 패드(160b, 이하, '제1 전극용 패드'라 함), 그리고 반도체 기판(110)의 후면 중 제1 모서리(E1)와 마주하는 제2 모서리(E2) 쪽에 위치하는 복수의 정공용 패드(170b, 이하, '제2 전극용 패드'라 함)를 포함한다.
여기에서, 반도체 기판(110)의 제1 모서리(E1)는 도 3에서 제1 방향(X-X')으로 좌측에 위치하는 모서리를 말하고, 제2 모서리(E2)는 제1 방향(X-X')으로 우측에 위치하는 모서리를 말한다.
따라서, 제1 모서리(E1)와 제2 모서리(E2)는 각각 제1 방향(X-X')에 직교하는 제2 방향(Y-Y')으로 길게 형성된다.
복수의 제1 전극(160)은 반도체 기판(110)의 제1 모서리(E1) 및 제2 모서리(E2)와 직교하는 방향, 즉 제1 방향(X-X')으로 연장되며, 복수의 제2 전극(170)은 제1 모서리(E1) 및 제2 모서리(E2)의 길이 방향(Y-Y'), 즉 제2 방향(Y-Y')을 따라 제1 전극(160)과 교대로 위치하며 복수의 제1 전극(160)과 동일한 방향, 즉 제1 방향(X-X')으로 연장된다.
그리고 복수의 제1 전극(160)들의 왼쪽 단부들은 제1 모서리(E1) 쪽에서 제1 전극용 패드(160b)와 전기적으로 연결되고, 복수의 제2 전극(170)들의 오른쪽 단부들은 제2 모서리(E1) 쪽에서 제2 전극용 패드(170b)와 전기적으로 연결된다.
반도체 기판(110)의 수광면은 복수 개의 요철(111)을 구비한 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성된다. 따라서, 전면 유전층(120) 및 반사 방지막(130)도 텍스처링 표면으로 형성된다.
반도체 기판(110)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형의 단결정질 실리콘으로 이루어진다. 하지만 이와는 달리, 반도체 기판(110)은 p형의 도전성 타입을 가질 수 있고, 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 또한 반도체 기판(110)은 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
반도체 기판(110)의 수광면이 복수의 요철(111)을 구비하는 텍스처링(texturing) 표면으로 형성되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 태양전지의 효율이 향상된다.
복수의 요철(111)이 형성된 반도체 기판(110)의 수광면에 형성된 전면 유전층(120)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물이 반도체 기판(110)보다 높은 고농도로 도핑된 막일 수 있으며, BSF(back surface field)와 유사한 FSF(front surface field)로 작용할 수 있다. 따라서 입사되는 빛에 의해 분리된 전자와 정공이 반도체 기판(110)의 수광면 표면에서 재결합되어 소멸하는 것이 방지된다.
전면 유전층(120)의 표면에 형성된 반사 방지막(130)은 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어진다. 반사 방지막(130)은 입사되는 태양 광의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시켜, 태양전지의 효율을 높인다.
반도체 기판(110)의 후면에 형성된 복수의 제1 도핑부(141)에는 n형 불순물이 반도체 기판(110)보다 높은 고농도로 도핑되어 있으며, 복수의 제2 도핑부(142)에는 p형 불순물이 고농도로 도핑되어 있다. 따라서 제2 도핑부(142)는 n형의 반도체 기판(110)과 p-n 접합을 형성한다.
제1 도핑부(141)와 제2 도핑부(142)는 캐리어(전자와 정공)들의 이동 통로로서 작용한다.
제1 도핑부(141)와 제2 도핑부(142)의 일부분을 노출하는 후면 유전층(150)은 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(SiNx) 또는 이들의 조합 등으로 형성될 수 있다.
후면 유전층(150)은 전자와 정공으로 분리된 캐리어가 재결합되는 것을 방지하고 입사된 빛이 외부로 손실되지 않도록 태양전지 내부로 반사시켜 외부로 손실되는 빛의 양을 감소시키는 BSF로 작용할 수 있다.
후면 유전층(150)은 단일막으로 형성될 수 있지만, 이중막 또는 삼중막과 같은 다층 구조를 가질 수 있다.
후면 유전층(150)으로 덮여지지 않은 제1 도핑부(141)와 이 제1 도핑부(141)에 인접한 후면 유전층(150) 부분 위에는 제1 전극(160)이 형성되고, 후면 유전층(150)으로 덮여지지 않은 제2 도핑부(142)와 이 제2 도핑부(142)에 인접한 후면 유전층(150) 부분 위에는 제2 전극(170)이 형성된다.
그리고, 반도체 기판(110)의 후면 중 도 4의 좌측에 위치하는 제1 모서리(E1) 쪽에는 복수의 제1 전극과 전기적으로 연결된 복수의 제1 전극용 패드(160b)가 형성되고, 도 4의 우측에 위치하는 제2 모서리(E2) 쪽에는 복수의 제2 전극(170)과 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극용 패드(170b)가 형성된다.
복수의 제1 전극용 패드(160b)는 제2 방향(Y-Y')으로 연장된 집전 전극(160a)에 의해 전기적으로 연결될 수 있고, 복수의 제2 전극용 패드(170b)는 제2 방향으로 연장된 집전 전극(170a)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 구성의 후면 접합 태양전지를 복수 개 구비한 태양전지 모듈은 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 이웃한 2개의 후면 접합 태양전지를 전기적으로 연결하기 위한 인터커넥터(200)와, 후면 접합 태양전지를 밀봉하는 밀봉재(300), 광 투과성의 전면 기판(310) 및 후면 시트(320)를 포함한다.
이하에서, 서로 이웃한 2개의 후면 접합 태양전지 중 어느 한 태양전지를 제1 태양전지(100A)라 하고, 다른 한 태양전지를 제2 태양전지(100B)라 한다.
인터커넥터(200)는 서로 이웃한 제1 태양전지(100A)의 제2 전극용 패드(170b)를 제2 태양전지(100B)의 제1 전극용 패드(160b)에 연결하기 위해 사용된다.
인터커넥터(200)는 서로 이웃한 제1 태양전지(100A)의 제2 전극용 패드(170b)를 제2 태양전지(100B)의 제1 전극용 패드(160b)에 연결하기 위해 사용된다.
인터커넥터(200)는 도전성 금속(210)을 포함하며, 도전성 금속(210)의 적어도 전면(front surface)에는 주석(Sn) 계열의 솔더(solder)를 포함하는 코팅층(260)이 형성될 수 있다. 한 예로, 코팅층(260)은 도전성 금속(210)의 전면, 후면 및 측면에 위치할 수 있다.
인터커넥터(200)는 제1 방향(X-X')에 직교하는 제2 방향(Y-Y')으로 일정한 간격을 두고 위치하며 후면 접합 태양전지(100)의 해당 패드(160b, 170b)와 접합되는 적어도 2개의 탭부(tap portion, 220)와, 제2 방향(Y-Y')으로 이격된 적어도 2개의 탭부(220)를 연결하도록 제2 방향(Y-Y')으로 연장된 브릿지부(bridge portion, 230)를 구비하며, 탭부(220)는 접착제(250)에 의해 해당 패드와 접합된다.
전면 기판(310)은 저철분 강화 유리로 형성될 수 있으며, 후면 시트(320)는 티피티(TPT; Tedlar/PET/Tedlar), 티피이(TPE; Tedlar/PET/EVA), 티에이티(TAT; Tedlar/Al foil/Tedlar), 티피에이티(TPAT; Tedlar/PET/Al foil/Tedalr), 티피오티(TPOT; Tedlar/PET/Oxide/Tedlar), 페이에피(PAP; PEN/Al foil/PET) 또는 피이티(Polyester) 중 하나로 형성될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 패드와 인터커넥터의 접합 구조에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 솔더 페이스트를 사용하여 접합을 행한 경우의 거동을 모식적으로 나타내는 도면으로서, 도 1의 (a)는 접합 전의 상태를 나타내는 도면이고, 도 1의 (b)는 접합 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예의 솔더 페이스트는 복수의 금속 입자(250A) 및 플럭스(flux) 등의 기타 물질(250B)을 포함한다.
각각의 금속 입자(250A)는 코어 금속(250A-1) 및 코어 금속(250A-1)의 표면에 코팅된 주석(Sn)(250A-2) 또는 주석계(Sn-based) 합금을 포함하는 코어 셀(core shell) 구조로 형성된다.
그리고 코어 금속(250A-1)은 주석(250A-2) 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로 형성된다.
도 2는 다양한 금속의 용융점(melting point), 열팽창계수(Thermal Exp. Coeff) 및 비저항(electrical resistivity)을 나타내는 그래프로서, 도 2를 참조하면, 주석(250A-2) 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로는 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 및 텅스텐(W) 등이 있다.
따라서, 코어 금속(250A-1)으로는 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속을 사용할 수 있다.
한편, 접합 대상물, 즉 인터커넥터(200)와 해당 패드(160b 또는 170b)의 접합 특성이 저하되는 것을 억제하기 위해서는 코어 금속(250A-1)이 주석(250A-2) 또는 주석계 합금과 동일 내지 유사한 크기의 열팽창계수를 갖는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 코어 금속(250A-1)의 열팽창계수를 제1 열팽창계수(CTE1)라 하고, 주석(250A-2) 또는 주석계 합금의 열팽창계수를 제2 열팽창계수(CTE2)라 할 때, 제1 열팽창계수(CTE1)는 제2 열팽창계수(CTE2)와 아래의 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.
CTE1 = CTE2 ± (0.25×CTE2)
도 2 및 상기 관계식에 따르면, 주석(250A-2)의 제2 열팽창계수(CTE2)(10-6K-1)는 대략 20 정도이므로, 코어 금속(250A-1)의 제1 열팽창계수(CTE1)는 대략 15 내지 25일 수 있다.
따라서, 상기 금속 군 중에서 대략 15 내지 25의 열팽창계수를 갖는 금속으로는 대략 23의 열팽창계수를 갖는 알루미늄, 대략 17의 열팽창계수를 갖는 구리 및 대략 19의 열팽창계수를 갖는 은을 들 수 있다.
따라서, 코어 금속(250A-1)으로는 알루미늄, 구리 및 은 중에서 선택된 적어도 1종의 금속으로 형성하는 것이 바람직하다.
코어 금속(250A-1)은 주석(250A-2) 또는 주석계 합금에 비해 비저항이 낮으므로, 인터커넥터와 패드 사이에서 주된 전기적 통로로 작용한다.
따라서, 접합 대상물 간의 접합 특성을 양호하게 유지하면서도 전기적 특성을 향상시키기 위해서는 코어 금속(250A-1)의 함유량이 50% 내지 90%인 것이 바람직한데, 그 이유는 코어 금속(250A-1)의 함유량이 50% 미만인 경우에는 접합 대상물 간의 접합 특성은 양호하게 유지할 수 있지만 접합 대상물 간의 전기적 통로를 효과적으로 형성하는 데 어려움이 있기 때문이며, 코어 금속(250A-1)의 함유량이 90%를 초과하는 경우에는 접합 대상물 간의 전기적 통로는 효과적으로 형성할 수 있지만 코어 금속(250A-1)들을 접합 대상물 사이에서 접합 및 고정하는 주석(250A-2) 또는 주석 합금의 양이 너무 적어서 접합 특성이 저하되기 때문이다.
한편, 코어 금속(250A-1)은 도시한 바와 같이 구형(球形) 형상으로 형성될 수 있지만, 도시하지 않은 플레이크(flake) 형상 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
코어 금속(250A-1)이 구형으로 형성된 경우, 코어 금속(250A-1)의 직경(D)은 접합 대상물 간의 간격(D1)과 동일 내지 유사하게 형성하는 것이 바람직하다.
태양전지 모듈에 있어서, 패드(160b 또는 170b)와 인터커넥터(200)가 10㎛ 내지 50㎛의 간격(D1)을 두고 위치하므로, 코어 금속(250A-1)의 직경(D)은 10㎛ 내지 50㎛의 크기로 형성할 수 있다.
구형의 형상으로 형성된 코어 금속(250A-1)의 직경(D)을 접합 대상물 간의 간격(D1)과 동일 내지 유사하게 형성하면, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 적어도 1개의 코어 금속(250A-1)이 해당 패드(160b 또는 170b)와 인터커넥터(200) 중 적어도 하나와 직접 접촉하게 된다.
따라서, 코어 금속(250A-1)에 의한 전기적 통로가 양호하게 형성되므로, 해당 패드(160b 또는 170b)와 인터커넥터(200) 간의 전기적 특성이 강화된다.
이와는 달리, 코어 금속(250A-1)이 플레이크 형상으로 형성되면, 복수의 플레이크 형상의 코어 금속은 접합 대상물 사이에서 여러 층으로 적층될 수 있다. 이 경우, 전술한 구형 형상의 코어 금속에 비해 코어 금속 간의 접촉 면적이 증가하므로, 전기적 특성을 더욱 강화할 수 있다.
한편, 전술한 구성의 솔더 페이스트에 있어서, 플럭스(250B) 등의 기타 물질은 납땜 공정 후에 기화된다.
플럭스로는 비히클, 용제, 틱소제, 활성제 등으로 이루어지는 공지의 여러 가지의 것을 사용하는 것이 가능하다.
비히클의 구체적인 예로서는 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지, 합성 수지 또는 이들의 혼합체 등을 들 수 있다.
또한, 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 로진계 수지의 구체적인 예로서는 톨로진, 우드로진, 중합 로진, 수소 첨가 로진, 포르밀화 로진, 로진 에스테르, 로진 변성 말레산 수지, 로진 변성 페놀 수지, 로진 변성 알키드 수지, 기타 각종 로진 유도체 등을 들 수 있다.
또한, 로진 및 그것을 변성한 변성 로진 등의 유도체로 이루어지는 합성 수지의 구체적인 예로서는 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 페녹시 수지, 테르펜 수지 등을 들 수 있다.
또한, 상기 용제로서는 알코올, 케톤, 에스테르, 에테르, 방향족계, 탄화수소류 등이 알려져 있고, 구체적인 예로서는 벤질 알코올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 디에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 벤조산 부틸, 아디프산 디에틸, 도테칸, 테트라데센, 테라피네올, 톨루엔, 크실렌, 프로필렌글리콜모노페닐에테르, 디에틸렌글리콜모노헥실에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디이소부틸아디페이트, 헥실렌글리콜, 시클로헥산디메탄올, 및 이들을 혼합한 것 등을 들 수 있다.
또한, 틱소제의 구체적인 예로서는 경화 피마자유, 카르나우바 왁스, 아미드류, 히드록시 지방산류, 디벤질리덴소르비톨, 밀랍, 스테아린산 아미드, 히드록시스테아린산 에틸렌비스아미드 등을 들 수 있다.
또한, 활성제로서는 아민의 할로겐화 수소산염, 유기 할로겐 화합물, 유기산, 유기 아민, 다가 알코올 등이 있다.
이러한 구성의 플럭스(250B)를 포함하는 기타 물질은 위에서 설명한 바와 같이 납땜 공정 후에 기화된다.
따라서, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 접합 대상물인 해당 패드(160b 또는 170b)와 인터커넥터(200)의 사이에 위치하는 접착제(250)는 코어 금속(250A-1) 및 주석(250A-2) 또는 주석계 합금만 포함할 수 있다.
이때, 주석(250A-2) 또는 주석계 합금은 코어 금속(250A-1)을 접합 및 고정하며, 코어 금속(250A-1)은 접합 대상물 간의 주된 전기적 통로로 작용한다.
이상에서는 후면 접합 태양전지의 패드(160b, 170b)와 인터커넥터(200)를 접합한 구조에 대해 설명하였지만, 본 실시예에 따른 솔더 페이스트는 다양한 구조의 태양전지를 인터커넥터와 접합하는 경우에도 사용이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 태양전지 200: 인터커넥터
250: 접착제 250A: 금속 입자
250A-1: 코어 금속 250A-2: 주석 또는 주석계 합금

Claims (16)

  1. 복수의 금속 입자 및 플럭스(flux) 성분을 포함하는 솔더 페이스트로서,
    각각의 금속 입자는 코어 금속 및 상기 코어 금속의 표면에 코팅된 주석(Sn) 또는 주석계(Sn-based) 합금을 포함하는 코어 셀(core shell) 구조로 형성되고,
    상기 코어 금속은 상기 주석 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로 형성되는 솔더 페이스트.
  2. 제1항에서,
    상기 코어 금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속으로 형성되는 솔더 페이스트.
  3. 제2항에서,
    상기 코어 금속은 상기 금속 군 중에서 제1 열팽창계수(CTE1)를 갖는 금속으로 형성되고, 상기 제1 열팽창계수(CTE1)는 상기 주석 또는 주석계 합금의 제2 열팽창계수(CTE2)와 아래의 관계식을 만족하는 솔더 페이스트.
    CTE1 = CTE2 ± (0.25×CTE2)
  4. 제3항에서,
    상기 코어 금속은 알루미늄, 구리 및 은 중에서 선택된 적어도 1종의 금속으로 형성되는 솔더 페이스트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 코어 금속의 함유량은 50% 내지 90%인 솔더 페이스트.
  6. 제5항에서,
    상기 코어 금속은 구형 또는 플레이크(flake) 형상으로 형성되는 솔더 페이스트.
  7. 제6항에서,
    상기 코어 금속은 구형으로 형성되며, 상기 코어 금속의 직경은 10㎛ 내지 50㎛로 형성되는 솔더 페이스트.
  8. 접합 대상물이 솔더 페이스트를 사용하여 접합된 접합 구조로서,
    상기 접합 대상물 사이에는 복수의 코어 금속 및 복수의 코어 금속을 상기 접합 대상물의 사이에서 접합 및 고정하는 주석 또는 주석계 합금이 위치하고,
    상기 코어 금속은 상기 주석 또는 주석계 합금에 비해 낮은 비저항(resistivity)을 갖는 금속으로 형성되며,
    상기 접합 대상물은 10㎛ 내지 50㎛의 간격을 두고 위치하는 접합 구조.
  9. 제8항에서,
    상기 복수의 코어 금속 중 적어도 하나는 상기 접합 대상물과 직접 접촉하는 접합 구조.
  10. 제8항 또는 제9항에서,
    상기 접합 대상물은 태양전지의 전극부 및 서로 이웃한 태양전지의 전극부를 전기적으로 연결하는 인터커넥터를 포함하는 접합 구조.
  11. 제10항에서,
    상기 태양전지의 전극부는 버스바 전극 또는 접합 패드로 구성되는 접합 구조.
  12. 제11항에서,
    상기 코어 금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 금(Au), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 은(Ag) 및 텅스텐(W)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 중에서 제1 열팽창계수(CTE1)를 갖는 금속으로 형성되고, 상기 제1 열팽창계수(CTE1)는 상기 주석 또는 주석계 합금의 제2 열팽창계수(CTE2)와 아래의 관계식을 만족하는 접합 구조.
    CTE1 = CTE2 ± (0.25×CTE2)
  13. 제12항에서,
    상기 코어 금속은 알루미늄, 구리 및 은 중에서 선택된 적어도 1종의 금속으로 형성되는 접합 구조.
  14. 제12항에서,
    상기 코어 금속의 함유량은 50% 내지 90%인 접합 구조.
  15. 제12항에서,
    상기 코어 금속은 구형 또는 플레이크(flake) 형상으로 형성되는 접합 구조.
  16. 제15항에서,
    상기 코어 금속은 구형으로 형성되며, 상기 코어 금속의 직경은 10㎛ 내지 50㎛로 형성되는 접합 구조.
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