KR20170048135A

KR20170048135A - 초음파 납땜방법 및 초음파 납땜장치

Info

Publication number: KR20170048135A
Application number: KR1020160078529A
Authority: KR
Inventors: 고이치 가미사코; 가쓰야 아라이; 미에코 스가와라; 겐이치 고바야시; 히데토시 고미야; 쇼고 마쓰이; 슈헤이 요코야마
Original assignee: 아토비무 가부시키가이샤; 노우코우다이 티엘오 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-25
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-05-08
Also published as: KR102002796B1; CN106607644B; KR20190000346A; JP2017080753A; WO2017073299A1; TWI630049B; CN106607644A; JP6696665B2; TW201714691A

Abstract

(목적) 본 발명은, 초음파 납땜방법 및 초음파 납땜장치에 관한 것으로서, 피납땜부분에 Ag나 납을 포함하지 않는 혹은 혼입량을 삭감한 전극 등에 대한 납땜을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
(구성) Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 페이스트를 임의부분에 도포하여 소결된 기판 혹은 상기 기판 위의 페이스트 부분을, 땜납의 용융온도보다 낮은 제1소정온도로 예비가열하는 예비가열스텝과, 예비가열스텝에서 예비가열한 제1소정온도의 기판의 페이스트 부분에, 접촉하는 땜납인두 팁부분에 초음파를 인가한 상태에서 공급된 땜납이 용융되는, 초음파를 인가하지 않을 때에 땜납이 용융되는 온도보다 낮은, 제2소정온도로 조정한 상태에서, 땜납인두 팁부분을 페이스트 부분에 접촉하거나 혹은 접촉하면서 이동하여 상기 페이스트 부분에 납땜하는 초음파 납땜스텝을 구비한다.

Description

초음파 납땜방법 및 초음파 납땜장치{METHOD OF ULTRASONIC SOLDERING AND ULTRASONIC SOLDERING DEVICE}

본 발명은, 기판(基板) 위의 임의부분에 페이스트(paste)를 도포(塗布)하여 소결(燒結)된 부분에 납땜하는 초음파 납땜방법 및 초음파 납땜장치에 관한 것이다.

종래에 있어서 재생 가능한 에너지를 이용하는 것 중의 하나인 태양전지(太陽電池)는, 20세기의 주역인 반도체 기술을 기초로 하여 그 개발이 이루어지고 있다. 인류의 생존을 좌우하는 지구 차원의 중요한 개발이다. 그 개발의 과제는 태양광(太陽光)을 전기 에너지로 변환하는 효율뿐만 아니라 제조비용의 절감 및 무공해라고 하는 과제에도 대처하면서 진행되고 있다. 이들을 실현하는 대책은, 특히 전극(電極)에 사용되고 있는 은(Ag)이나 납(Pb)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애는 것이 중요하다고 되어 있다.

일반적으로 태양전지의 구조는, 도18의 (a)의 평면도 및 (b)의 단면도에 나타내는 바와 같이 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 N형/P형의 실리콘 기판(silicon 基板)(43), 실리콘 기판(43)의 표면의 반사를 방지하는 기능을 갖고 절연체 박막(絶緣體薄膜)인 질화 실리콘막(窒化 silicon膜)(45), 실리콘 기판(43) 중에 발생한 전자를 꺼내는 핑거 전극(finger 電極)(42), 핑거 전극(42)에서 꺼낸 전자를 모으는 버스바 전극(bus bar 電極)(41), 버스바 전극(41)에 모인 전자를 외부로 꺼내는 인출리드 전극(引出lead 電極)(47)을 각 요소로 하여 구성되어 있다.

이 중에서 버스바 전극(버스 전극)(41), 핑거 전극(42)에 은(은 페이스트(銀 paste)) 및 납(납 글라스(lead glass))이 사용되고 있는데, 이것의 은의 사용량을 없애거나 혹은 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애어 저비용이고 또한 무공해로 하는 것이 기대되고 있다.

특히 상기 전극(버스바 전극(41), 핑거 전극(42))을 소결하여 형성하기 위하여 종래에는 은 페이스트(혹은 일부 Cu 페이스트)를 사용하고, 이 은 페이스트에는 은 성분(분말(粉末)), 글라스 성분(납 글라스), 유기재료의 성분, 유기용매의 성분, 수지의 성분을 포함하고 있기 때문에, 이 선두(先頭)의 2개의 은 성분(분말) 및 글라스 성분(납 글라스)을 없애고 대체할 수 있는 것으로 치환하여(예를 들면 NTA 글라스(NTA glass)(후술한다)로 치환하여), 이것을 스크린 인쇄(screen 印刷)하여 소결함으로써 형성된 전극(Ag, Cu．Pb 무(無))에 인출리드선 등을 납땜하는 것이 기대되고 있다.

상기한 예를 들면 태양전지를 구성하는 전극(버스바 전극(41) 및 핑거 전극(42) 등)을 소결하여 형성하기 위하여, 종래의 은 페이스트 중의 은 성분(분말) 및 글라스 성분(납 글라스)을 없애고 대체할 수 있는 것으로 치환(예를 들면 NTA 글라스)에 의하여 바꾸어서, 은, 납을 없애거나 혹은 감소시킨 NTA 페이스트(일본국 특허출원2015-191857)를 소결함으로써 형성한 전극부분에는 Ag 등이 없기(혹은 Ag 등이 조금밖에 없기) 때문에 종래의 납땜을 할 수 없다는 사태가 발생하였다.

이것을 해결하여, Ag 등이 없거나 혹은 조금밖에 없는 부분(전극 등)에 납땜하는 것이 요망되고 있다.

본 발명자들은, 페이스트에 후술하는 NTA 글라스(바나딘산염 글라스(vanadate glass)) 100%를 사용하여 Ag와 글라스(납 글라스)를 포함하지 않거나, 혹은 약간 혼입된 페이스트(이하, NTA 페이스트라고 한다)를 소결하여 형성한 버스 전극 등의 위에 납땜을 가능하게 하는 방법을 발견하였다. 상기 방법에 의하여 납땜한 태양전지는 종래의 은 페이스트를 사용하였을 경우보다 우수한 특성을 갖는 태양전지의 제조가 가능(후술한다)한 것도 발견하였다. 이 NTA 페이스트를 소결된 부분(전극 등)에 납땜하는 방법은, 상기한 태양전지의 버스 전극 등에 한정되지 않아, 스크린 인쇄 등에 의하여 전극 등을 형성하는 경우에도 사용되는 납땜방법이다.

본 발명은, 이들 발견에 의거하여 은의 사용량을 없애거나 또는 약간 혼입하고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없앤 페이스트(예를 들면 NTA 페이스트)를 소결하여 형성한 예를 들면 태양전지의 버스 전극 위에 후술하는 초음파 납땜하여 표면에 납땜(소위 땜납도금) 및 인출리드선 등을 납땜하여 종래와 같이 부착하는 것을 가능하게 하고, 그 결과 피납땜부분에 Ag나 납을 포함하지 않거나 혹은 혼입량을 삭감한 전극 등에 대한 납땜을 가능하게 하였다.

그 때문에 본 발명은, 기판 위의 임의부분에 페이스트를 도포하여 소결한 부분에 납땜하는 납땜방법에 있어서, Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 페이스트를 임의부분에 도포하여 소결된 기판 혹은 기판 위의 페이스트 부분을, 땜납의 용융온도보다 낮은 제1소정온도로 예비가열하는 예비가열스텝과, 예비가열스텝에서 예비가열한 제1소정온도의 기판의 페이스트 부분에, 접촉하는 땜납인두 팁부분에 초음파를 인가한 상태에서 공급된 땜납이 용융되는, 초음파를 인가하지 않을 때에 땜납이 용융되는 온도보다 낮은, 제2소정온도로 조정한 상태에서, 땜납인두 팁부분을 페이스트 부분에 접촉하거나 혹은 접촉하면서 이동하여 상기 페이스트 부분에 납땜하는 초음파 납땜스텝을 구비한다.

이 때에 제1소정온도를, 실온 이상으로부터 제2소정온도의 범위 내의 온도로 하도록 되어 있다.

또한 제2소정온도를, 초음파를 인가하지 않을 때에 땜납이 용융되는 온도보다 10℃에서 40℃ 낮은 범위 내의 온도로 하도록 되어 있다.

또한 Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 페이스트로서, Ag, Cu, Pb를 포함하지 않고 또한 바나딘산염 글라스를 100wt%, 혹은 Cu, Pb를 포함하지 않고 또한 Ag를 0 이상으로부터 50wt%를 포함하고 나머지를 바나딘산염 글라스로 한 NTA 페이스트로 하도록 되어 있다.

또한 땜납은, 적어도 Sn, Zn, Cl을 포함하도록 되어 있다.

또한 초음파 납땜스텝에서 납땜할 때에, 페이스트 부분에 상기 페이스트 중의 유기용제가 잔류하지 않도록 미리 건조 혹은 가열건조하도록 되어 있다.

또한 기판 위에 도포하는 페이스트 부분이, 가급적 매끄럽게 되도록 하여 소결하도록 되어 있다.

또한 초음파는, 20KHz에서부터 150KHz의 주파수로 하도록 되어 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같이 Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 예를 들면 도전성의 NTA 글라스 100%의 NTA 페이스트, 또한 50% 정도까지(함유량을 더 적게 하더라도 좋다)로 한 NTA 페이스트를, 종래의 은(혹은 Cu) 페이스트의 대신에 사용하여 전극을 소성하고, 이것에 초음파 납땜함으로써, 종래의 은 페이스트 중의 은의 사용량을 없애거나 혹은 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 이용량을 감소시키거나 또는 없애더라도 페이스트 소결 부분에 납땜하여 인출리드선 등을 부착할 수 있는 것을 발견하였다. 이들에 의하여 하기의 특징이 있다.

첫 번째, 예를 들면 태양전지의 버스바 전극(버스 전극)을 형성하는데에 도전성의 바나딘산염 글라스인 NTA 글라스(일본국 등록상표 제5009023호, 일본국 특허 제5333976호 등을 참조) 100%, 또한 50% 정도까지를 은 페이스트의 대신에 사용하여, Ag의 사용량을 없애거나 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없애더라도 본원발명의 초음파 납땜에 의하여 페이스트 소결 부분에 납땜할 수 있었다.

두 번째, 예를 들면 버스바 전극(버스 전극)을 NTA 글라스 100% 내지 50% 정도(함유량을 더 적게 하더라도 좋다)를 사용함으로써, 태양광 에너지를 전자 에너지로 변환하는 효율이 거의 동일하거나 혹은 약간 높은, 버스바 전극으로서의 효과를 발휘하는 전극형성이 현재 초기단계의 실험결과로서 얻어졌다(도17을 참조). 이것은 NTA 글라스가 (1)도전성을 갖는 것, (2)NTA 글라스를 사용함으로써 핑거 전극이 상기 버스바 전극(버스 전극)의 상면의 높이와 동일한 부분 혹은 관통하여 상면으로 돌출된 부분이 형성되고, 이들 부분이 리드 전극의 본 발명의 초음파 납땜에 의하여 접합되고, 결과로서 고전자농도영역(高電子濃度領域)과 리드 전극이 직접적으로 핑거 전극에 의하여 접속되는 것, 그 이외의 요인(예를 들면 하기의 「세 번째」를 참조)에 기인하는 것으로 고찰된다.

세 번째, 종래와 달리 핑거 전극의 형성과 버스바 전극의 형성을, 서로 다른 글라스 프릿(glass frit)을 함유한 페이스트를 사용하는 것에 있다. 종래, 핑거 전극의 형성에 있어서는 파이어 스루(fire through)라고 불리는 현상을 발생시킬 필요가 있었다. 이것은, 은의 소결조제(燒結助劑)로서 사용하고 있는 글라스 프릿 중의 성분분자, 예를 들면 납 글라스 중의 납분자의 활동에 의하여 실리콘 기판의 표층에 형성된 질화 실리콘막의 절연층을 돌파하여 핑거 전극을 형성하도록 하여 실리콘 기판에 생성된 전자를 효율적으로 모으고 있었다. 그러나 버스바 전극의 형성에 대해서는 파이어 스루 현상은 필요하지 않다. 종래에는 버스바 전극도 납성분을 포함한 납 글라스를 소결조제로 하여 소결되고 있었기 때문에, 구조는 다르지만 버스바 전극과 실리콘 기판과의 전기적인 도통로(導通路)가 형성되어 변환효율을 감소시키는 것으로 되어 있었다. 버스바 전극형성에 사용하는 소결조제를 파이어 스루 현상이 발생하지 않는 NTA 글라스를 사용함으로써 변환효율의 감소를 없앨 수 있었다. 그리고 NTA 페이스트에 의하여 소결된 버스바 전극의 부분에 본 발명의 초음파 납땜에 의하여 인출리드선을 납땜하여 전하를 꺼내는 것이 가능하게 되었다.

도1은, 본 발명의 1실시예의 구성도이다.
도2는, 본 발명의 1실시예의 구성도(구성도의 2)이다.
도3은, 본 발명의 설명도(땜납 재료 등)이다.
도4는, 본 발명의 동작설명의 플로우차트이다.
도5는, 본 발명의 동작설명의 플로우차트(계속)이다.
도6은, 본 발명의 초음파 납땜장치의 특성예이다.
도7은, 본 발명의 초음파 납땜의 예(NTA 100%)이다.
도8은, 본 발명의 초음파 납땜의 예(NTA 50%)이다.
도9는, 본 발명의 1실시예 구조도(공정의 완성도 : 단면도)이다.
도10은, 본 발명의 동작설명의 플로우차트이다.
도11은, 본 발명의 상세공정의 설명도(설명도의 1)이다.
도12는, 본 발명의 상세공정의 설명도(설명도의 2)이다.
도13은, 본 발명의 상세 설명도(버스바 전극의 소성)이다.
도14는, 본 발명의 설명도(버스바 전극)이다.
도15는, 본 발명의 설명도(버스바 전극)이다.
도16은, 본 발명의 설명도(초음파 납땜)이다.
도17은, 본 발명의 측정예(효율)이다.
도18은, 종래기술의 설명도이다.

(실시예1)

도1은, 본 발명의 1실시예의 구성도를 나타낸다. 이 도1은, 태양전지(太陽電池)에 있어서 전극(電極)의 초음파 납땜(超音波 soldering)의 예로서, 버스바 전극(bus bar 電極)(5)에 인출리드선(引出lead線)인 리본(ribbon)(7)을 초음파 납땜하는 예를 들어 이하에서 상세하게 설명한다. 여기에서 초음파 납땜은, 전극에 땜납도금(solder plating)을 하는 것(인출리드선 없음)이나 전극에 리드선 등을 납땜하는 것을 포함한다. 이하 동일하다.

도1의 (a)는 초음파 납땜한 요부의 정면도를 모식적으로 나타내고, 도1의 (b)는 점선의 원모양 부분을 확대한 측면도를 모식적으로 나타낸다.

도1의 (a) 및 (b)에 있어서 태양전지는, 실리콘 기판(silicon 基板)(1)의 이면측에 형성된 이면전극(裏面電極)(2), 또한 실리콘 기판(1)의 표면측에 형성된 질화막(窒化膜)(3), 버스바 전극(5), 질화막(3)을 관통하는 태양으로 실리콘 기판(1)의 PN층에 발생한 전자(電子)를 꺼내는 핑거 전극(finger 電極)(4), 핑거 전극(4)의 위에 땜납(6)에 의하여 본 발명의 초음파 납땜한 리본(7)(인출리드선)으로 이루어지는 구조를 가지는 것이다. 여기에서는, 전극인 버스바 전극(5)의 위에 땜납(6)에 의하여 리본(7)을 초음파 납땜할 때의 모양을 모식적으로 나타낸 것이다.

버스바 전극(5)은, 본 발명자들이 발견한, Ag, Cu, Pb를 포함하지 않고 또한 바나딘산염 글라스(vanadate glass) 100wt%로 한 NTA 페이스트(NTA paste)(일본국 특허출원 특원2015-202461호)를 소결(燒結)하여 형성한 상기 버스바 전극(5)에는 Ag, Cu, Pb를 전혀 포함하지 않거나, 혹은 Cu, Pb를 포함하지 않고 또한 Ag를 0 이상으로부터 50wt%를 포함하고 나머지를 바나딘산염 글라스로 이루어지는 NTA 페이스트를 소결하여 형성한 상기 버스바 전극에는 Ag가 50% 이하이기 때문에, 종래에 있어서 통상의 납땜에 의해서는 납땜이 불가 내지 매우 곤란한 전극이다. 특히 Ag, Cu, Pb를 전혀 포함하지 않는 버스바 전극(5)의 경우에는 완전하게 종래의 납땜 불가, Ag를 50% 이하 포함하는 경우에는 Ag의 부분에만 납땜 가능하고 다른 부분은 납땜 불가로서 기계적 강도가 매우 약하여 박리(剝離)되어 버린다. 본 발명의 초음파 납땜에서는, NTA 페이스트를 소결시킨 부분 즉 Ag, Cu, Pb 등이 없는 부분 혹은 있는 부분과 없는 부분의 전체 면에 걸쳐서 초음파 납땜(초음파 땜납도금)이 실험의 결과, 가능한 것을 발견하였다(도7, 도8의 사진을 참조).

도2에서는 땜납(6)은, 버스바 전극(5)의 위에 초음파 납땜하는 땜납으로서, 적어도 Sn, Zn, Cl을 포함하는 땜납이며, 본 발명의 초음파 땜납인두 팁부분(24)에서 용해되어 납땜되는 것이다.

리본(7)은, 버스바 전극(5)으로부터 전하를 외부로 꺼내는 인출리드선으로서, 여기에서는 구리의 리본의 상면 및 하면에 미리 예비땜납(pre-solder)(72)을 부착하여, 구리(71)의 리본(7)이 땜납(6)에 의하여 버스바 전극(5)에 초음파 납땜되기 쉽게 한 것이다.

예비가열대(豫備加熱臺)(21)는, 태양전지 전체를 올려놓고 제1소정온도(실온 이상, 초음파 납땜할 때에 땜납이 용해되는 온도 이하의 범위 내의 온도)로 예비가열하는 것이다. 예비가열대(21)에서 예비가열함으로써 버스바 전극(5)의 납땜부분에, 도면의 외부에 있는 초음파 납땜장치의 초음파 땜납인두 팁부분(24)으로부터 공급되는 열량이 적어지게 되어, 소용량의 초음파 납땜장치에 의하여 초음파 납땜이 가능하게 됨과 아울러, 초음파 땜납인두 팁부분(24)의 온도제어가 쉽게 이루어지고 또한 초음파 납땜이 원활하게 가능하게 된다.

다음에 도1의 구성을 기초로 하여, 초음파 납땜할 때의 구성을 도2를 사용하여 상세하게 설명한다.

도2는, 본 발명의 1실시예의 구성도(설명도의 2)를 나타낸다.

도2의 (a)는 도1의 (b)에 대응하는 태양전지의 요부의 측면도를 모식적으로 나타내고, 도2의 (b)와 (c)는 초음파 땜납인두(22)에 의하여 버스바 전극(5)을 초음파 납땜할 때의 정면도를 모식적으로 나타낸다. 도2의 (b)는 땜납(6)을 버스바 전극(5)에 납땜하는 경우의 것 즉 버스바 전극(5)의 위에 땜납도금하는 경우의 구성을 나타내고, 도2의 (c)는 땜납(6)과 예비땜납된 리본(7)을 버스바 전극(5)에 납땜하는 경우의 것 즉 버스바 전극(5)의 위에 리본(7)을 납땜하는 경우의 구성을 나타낸다.

도2의 (a)는 도1의 (b)와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

도2의 (b) 및 (c)에 있어서 초음파 땜납인두(22)는, 본 발명에 관한 초음파 납땜장치의 일례를 나타내고, 도면에 나타내는 바와 같이 땜납인두 팁부분(24)과 이것을 가열 및 초음파를 공급하는 초음파 발신기(超音波發信機) 및 히터(heater)(23)로 구성되는 것이다(도6을 참조). 보통은 20KHz 내지 150KHz의 범위 내의 주파수이고, 실험에서는 60KHz의 것을 사용하였다. 가열용량은, 예비가열대(21)의 온도에 의존하지만, 실험에서는 10W 정도의 것(자동온도조정 부착)을 사용하였다(초음파 납땜하는 부분(버스바 전극(5)의 부분)의 사이즈에 의한 열용량에 대응한 용량의 것을 사용한다).

땜납인두 팁부분(24)은, 땜납(6)을 용융시키고 또한 버스바 전극(5)의 초음파 납땜되는 부분을 가열하여 초음파 납땜하기 위한 것이다. 땜납인두 팁부분(24)은, 실험에서는 도면에 나타내는 바와 같이 원기둥의 선두(先頭)를 45도 정도의 경사면으로 절단한 것을 사용하였지만, 이 형상에 한정되지 않아, 양산성을 높이기 위함 등으로 장방형 형상이나 임의 형상이나, 또한 회전하는 회전체나 슬라이드 하는 슬라이드대(slide臺) 등이더라도 좋고, 초음파와 열을 초음파 납땜하는 부분에 전도(傳導)할 수 있으면 어떤 형상이더라도 좋다.

도2의 (b)와 같이 구성하여, 초음파 땜납인두(22)의 땜납인두 팁부분(24)에 공급된 땜납(6)을 버스바 전극(5)의 위에 초음파 납땜함으로써 버스바 전극(5)의 위에 땜납도금을 하는 것이 가능하게 된다.

도2의 (c)와 같이 구성하여, 초음파 땜납인두(22)의 땜납인두 팁부분(24)에 공급된 땜납(6)과 예비땜납된 리본(7)을 버스바 전극(5)의 위에 초음파 납땜함으로써, 버스바 전극(5)의 위에 리본(7)(인출리드선)을 납땜할 수 있다. 또한 미리 도2의 (b)와 같이 하여 예비납땜을 하여 두고, 이 위에 리본(7)을 초음파 납땜하더라도 좋다.

도3은 본 발명의 설명도를 나타낸다. 도3은 땜납 재료 등을 나타낸다. 도3은, 도1, 도2에서 이미 설명한 태양전지의 버스바 전극(5) 자체의 재료, 리본(7) 등을 납땜하는 땜납(6)의 재료 등의 일례를 나타낸다.

이상과 같이 본 발명에서는, 버스바 전극(5)이 NTA 글라스의 페이스트(NTA 페이스트)를 소성하여 형성되기 때문에, 종래의 땜납에서는 납땜이 불가 내지 매우 곤란하지만, 본 발명의 초음파 납땜에 의하여, 예비가열한 상태에서 땜납(6)을 사용하여 납땜함으로써 매우 양호하게 버스바 전극(5)의 위에 초음파 납땜에 의하여 땜납도금이나 리본(7)(인출리드선)을 납땜하는 것이, 실험에 의하여 확인되었다(도7, 도8의 사진을 참조).

다음에 도4 및 도5의 플로우차트의 순서에 따라, 도1부터 도3의 구성을 기초로 하여 태양전지의 전극부(예를 들면 버스바 전극(5))의 초음파 납땜의 순서를 상세하게 설명한다.

도4는, 본 발명의 동작설명의 플로우차트를 나타낸다.

도4에 있어서 S1에서는, NTA 버스바 전극을 형성한다. 이것은, 도1부터 도3의 버스바 전극(5)을 NTA 글라스 100wt%(∼50wt%)의 NTA 페이스트를 스크린 인쇄(screen 印刷)하여 소결함으로써, NTA로 이루어지는 버스바 전극(5)을 형성한다. 그리고 NTA 버스바 전극(5)은, 우측에 기재된 바와 같이,

1.페이스트의 유기용제가 없어지게 되도록 처리(용제 비산(溶劑飛散))한다.

2.NTA 글라스 전극표면이 평평하게 되도록 소결한다.

또한 1.의 페이스트의 유기용제가 없어지게 되도록 처리(용제 비산)하는 것은, NTA 페이스트 중의 유기용제가 없어지게 되도록 건조처리 혹은 가열건조처리를 하여, 페이스트 중의 용제를 충분하게 증발시켜서(비산시켜서) 없앤다. 용제가 잔류하면, 초음파 납땜은 잘 되지 않는 현상이 나타난다.

이 2.의 NTA 글라스 전극이 평평하게 되도록 소결하는 것은, 도1, 도2의 버스바 전극(5)이 되는 부분에, NTA 페이스트를 스크린 인쇄하여 소결할 때에 가급적 평평하게 되도록 스크린 인쇄함과 아울러 또한 소성 시 및 소결 후에 가급적 평평하게 되도록 소결하는 것에 주의한다. 반대로 말하면, 작은 요철(凹凸)이 형성되지 않도록 조심하여 가급적 평평하게 되도록 소결한다. 평평하게 되지 않으면, 초음파 납땜이 잘 되지 않는 현상이 나타난다.

S2에서는, 기판을 가열대에 올려놓고, 땜납이 초음파가 공급되었을 때에 녹는 온도 이하의 온도로 올린다. 이 예비가열온도는, 초음파 땜납인두 팁부분(24)을 땜납(6)에 접촉시켜서 초음파를 공급함과 동시에 가열하였을 때에는, 초음파를 공급하지 않을 때보다 약간 낮은 온도에서 땜납(6)이 용융되기 때문에, 이 땜납(6)이 초음파를 공급하였을 때에 용융되는 온도(제2소정온도라고 한다)보다 낮은 온도(제1소정온도(실온 이상으로서, 초음파가 공급되었을 때에 땜납의 용융온도 이하)로 땜납인두 팁부분(24)의 온도를 설정(조정)한다. 한편 제2소정온도는, 초음파를 공급하면서 땜납(6)을 가열하였을 때에 땜납(6)이 용융되는 온도의 범위로서, 초음파를 공급하지 않는 경우의 땜납(6)의 용융온도보다 보통 10∼40℃ 정도 낮은 범위의 온도(땜납의 종류에 의존하기 때문에 실험에 의하여 구함)이다.

S3에서는, 땜납인두 팁부분(24)을, 땜납에 초음파를 공급하였을 때에 용해되는 온도의 범위 내로 온도를 올린다.

S4에서는, 땜납인두 팁부분(24)에 초음파 20∼150KHz를 공급한다. 이들 S3, S4에서는, 땜납인두 팁부분(24)에 초음파 20∼150KHz를 공급하면서 그 온도를 올려서, 땜납(6)이 용해되는 온도(제2소정온도)로 설정(조정)한다.

이상의 S1에서 S4에 의하여, NTA 페이스트를 소성하여 형성한 버스바 전극(5)의 위에 초음파 납땜하는 준비가 완료, 즉 땜납인두 팁부분(24)을 땜납(6)에 접촉하여 땜납(6)을 용해시켜서 버스바 전극(5)에 초음파 납땜하는 준비가 완료한 것이 된다.

도5에 있어서 S5에서는, S4에 계속하여 버스바 전극의 상면에 땜납을 부착한다(땜납도금한다). 이것은, S1에서 S4에 의하여 초음파 납땜의 준비가 완료된 땜납인두 팁부분(24)을, 이미 설명한 도2의 (b)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(5)의 상면에 땜납(6)을 공급하면서 상기 땜납인두 팁부분(24)을 접촉시켜서, 땜납(6)을 용해시킴으로써 버스바 전극(5)에 초음파 납땜한다. 이 초음파 납땜에 의하여, 도7(b) 및 도8(b)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(5)의 상면에 땜납(6)이 납땜된다.

이상에 의하여 버스바 전극(5)의 상면에 땜납(6)을 초음파 납땜(땜납도금)할 수 있다.

S6에서는, 리본 부착1로서 S3과 S4와 동일하게 한다. 이것은, 도4의 S3과 S4와 동일하게 하여 예비땜납(72)된 리본(7)을 버스바 전극(5)에 초음파 납땜하기 위하여 땜납인두 팁부분(24)을 제2소정온도로 설정(조정)함과 아울러 초음파를 공급하여, 리본(7)을 초음파 납땜 가능한 상태로 한다. 용융되는 땜납이 버스바 전극(5)을 땜납도금하였을 때와 동일한 땜납이면, 제2소정온도 및 초음파는 S3, S4일 때와 동일하고, 다르면 그것에 적합(땜납(6), 예비땜납(72) 등의 종류별로 실험에 의하여 구함)한 제2소정온도 및 초음파를 공급(인가)한다.

S7에서는, 리본 부착2로서, 초음파 땜납인두 팁부분을 리본에 접촉시켜서 납땜한다. 이것은, 초음파 땜납인두 팁부분(24)을 리본(7)에 접촉시키고, 상기 리본(7)에 예비땜납(72)되어 있는 땜납 혹은 버스바 전극(5)에 땜납도금되어 있는 땜납 혹은 외부로부터 공급된 땜납을 용해시켜서 리본(7)을 버스바 전극(5)에 초음파 납땜한다.

S8에서는 완성된다. 이것은, 버스바 전극(5)의 상면에 구리의 리본(7)의 초음파 납땜을 완료한 것을 의미한다.

이상에 의하여 태양전지를 구성한, NTA 페이스트를 스크린 인쇄하여 소성한 버스바 전극(5)의 위에 초음파 납땜에 의하여 땜납도금 또한 리본(7)을 납땜할 수 있었다.

도6은, 본 발명의 초음파 납땜장치의 특성예를 나타낸다. 이것은, 도1부터 도5에서 이미 설명한 시작실험(試作實驗)에서 사용한 초음파 납땜장치의 특성의 일례를 나타낸다.

도6에 있어서, 초음파 납땜장치의 특성으로서 도면에 나타내는 하기의 것을 시작실험에 사용하였다. 양산에서는 양산성을 고려하기 때문에 이미 설명한 도1부터 도5에서 이미 설명한 NTA 페이스트를 소성하여 형성한 버스바 전극(5) 등의 상면에 양호하게 초음파 납땜을 할 수 있으면, 어떤 특성의 것을 채용하더라도 좋다.

한편 땜납인두 팁부분(24)의 온도는, 도면의 외부에 있는 온도계에 의하여 계측한다(예를 들면 열전대(熱電對)를 땜납인두 팁부분(24)에 삽입하여 두고 실측한다. 그리고 이 실측값을 기초로 하여 제2소정온도로 자동조정한다).

도7은, 본 발명의 초음파 납땜의 예(NTA 100%)를 나타낸다. 도면에 나타내는 사진은, 도4 및 도5에서 설명한, NTA 페이스트(NTA 100%)를 스크린 인쇄하여 소결함으로써 형성한 버스바 전극(NTA 100%)(5)에 대하여 초음파 납땜 전과 후의 사진을 나타낸다.

도7의 (a)는 초음파 납땜 전(NTA 100%)의 사진의 예를 나타낸다. 도7의 (a)의 사진상에서, 가로방향의 막대모양의 것이 핑거 전극(4)(Ag 100%, 도1, 도2를 참조)이고, 핑거 전극(4)의 위를 덮도록 세로방향의 띠모양의 것이, 이번에 시작실험을 한 NTA 페이스트(100%)를 소성하여 형성한 버스바 전극(NTA 100%)(5)이다. 이 버스바 전극(NTA 100%)(5)의 부분에, 본 발명에서는 땜납인두 팁부분(24)을 접촉시켜서 납땜하거나 리본 부착하거나 하여 시작실험을 하였다.

도7의 (b)는 도7의 (a)의 버스바 전극(NTA 100%)(5)의 위에, 땜납(6)만을 이미 설명한 도4, 도5의 순서에 따라 초음파 납땜한 사진의 예를 나타낸다. 실제로는 전하를 외부로 꺼내는 인출리드선으로서 사용하는 리본(7)을 초음파 납땜하지만, 리본(7)을 납땜한 것에서는 그 밑의 상태가 보이지 않게 되어 버리기 때문에, 여기에서는 실험적으로 땜납(6)만을 초음파 납땜한 것을 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(NTA 100%)(5)의 부분은, 희고 빛나는 땜납이 버스바 전극(NTA 100%)의 위에 납땜되어 있는 모양이 명확하게 판명된다.

이상과 같이 버스바 전극(NTA 100%)의 위에 본 발명의 도4, 도5의 순서에 따라 초음파 납땜함으로써, 종래의 납땜에 의하여 불가능하였던 NTA 100%인 버스바 전극(5)의 위에 땜납(6)을 납땜할 수 있는 것을 확인할 수 있었다(본 발명자들이 발견하였다).

다음에 도7의 NTA 100%와 마찬가지로 NTA 50%인 버스바 전극(5)에 관한 사진의 예를 도8에 나타낸다.

도8은, 본 발명의 초음파 납땜의 예(NTA 50%)를 나타낸다. 도면에 나타내는 사진은, 도4 및 도5에서 설명한, NTA 페이스트(NTA 50%)를 스크린 인쇄하여 소결함으로써 형성한 버스바 전극(NTA 50%)(5)에 대하여 초음파 납땜 전과 후의 사진을 나타낸다.

도8의 (a)는 초음파 납땜 전(NTA 50%)의 사진의 예를 나타낸다. 도8의 (a)의 사진상에서, 상단부분의 가로방향의 막대모양의 것이 핑거 전극(4)(Ag 100%, 도1, 도2를 참조)이고, 핑거 전극(4)의 위를 덮도록 세로방향의 띠모양의 것이, 이번에 시작실험을 한 NTA 페이스트(50%)를 소성하여 형성한 버스바 전극(NTA 50%)(5)이다. 이 버스바 전극(NTA 50%)(5)의 부분에, 본 발명에서는 땜납인두 팁부분(24)을 접촉시켜서 납땜하거나 리본 부착하거나 하여 시작실험을 하였다.

도8의 (b)는 도8의 (a)의 버스바 전극(NTA 50%)(5)의 위에, 땜납(6)만을 이미 설명한 도4, 도5의 순서에 따라 초음파 납땜한 사진의 예를 나타낸다. 실제로는 전하를 외부로 꺼내는 인출리드선으로서 사용하는 리본(7)을 초음파 납땜하지만, 리본(7)을 납땜한 것에서는 그 밑의 상태가 보이지 않게 되어 버리기 때문에, 여기에서는 실험적으로 땜납(6)만을 초음파 납땜한 것을 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(NTA 50%)(5)의 부분은, 희고 빛나는 땜납이 버스바 전극(NTA 50%)의 위에 납땜되어 있는 모양이 명확하게 판명된다.

이상과 같이 버스바 전극(NTA 50%)의 위에, 본 발명의 도4, 도5의 순서에 따라 초음파 납땜함으로써 종래의 납땜에 의하여 불가능 혹은 매우 곤란 혹은 박리되기 쉬웠던 NTA 50%인 버스바 전극(5)의 위에 땜납(6)을 납땜할 수 있는 것을 확인할 수 있었다(본 발명자들이 발견하였다).

이하, 상기한 본 발명의 초음파 납땜한 태양전지의 버스바 전극(5) 등을 형성하였을 때의 실시예(실험예)를 상세하게 설명한다(이하의 실시예는 일본국 특허출원 특원2015-180720호(출원일 : 2015년 9월 14일)의 발명자, 출원인이 동일한 출원의 실시예이다).

도9는, 본 발명의 1실시예 구조도(공정의 완성도 : 단면도)를 나타낸다.

도9에 있어서 실리콘 기판(11)은, 공지된 반도체의 실리콘 기판이다.

고전자농도영역(高電子濃度領域)(확산도핑층(擴散doping層))(12)은, 실리콘 기판(11) 위에 원하는 p형/n형의 층을 확산도핑 등에 의하여 형성한 공지의 영역(층)으로서, 도면에서는 상측방향으로부터 태양광(太陽光)이 입사되면 실리콘 기판(11)에서 전자(電子)를 발생(발전(發電))시키고, 그 전자를 축적하는 영역이다. 여기에서는, 축적된 전자는 전자취출구(電子取出口)(핑거 전극(은(銀)))(14)에 의하여 상측방향으로 꺼내지는 것이다(발명의 효과를 참조).

절연막(絶緣膜)(질화리콘막(窒化 silicon膜))(13)은, 태양광을 통과(투과)시키고 또한 버스바 전극(15)과 고전자농도영역(12)을 전기적으로 절연하는 공지의 막이다.

전자취출구(핑거 전극(은))(14)는, 고전자농도영역(12) 중에 축적된 전자를 절연막(13)에 형성된 구멍을 통하여 꺼내는 입구(핑거 전극)이다. 핑거 전극(14)은, 본 발명에서는 도면에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)을 NTA 글라스 100%(내지 71% 정도)에서 소성하였을 경우에는, 핑거 전극(14)이 버스바 전극(15)의 상면의 높이와 동일한 부분 혹은 관통하여 상면으로 돌출된 부분을 형성(소성)하여(NTA 페이스트의 두께를 컨트롤 함으로써 한다), 고전자농도영역(12) 중의 전자를 상기 핑거 전극(14)을 통하여 리드선(17)에 직접적으로 유입시키는(전자를 직접적으로 꺼내는) 것이 가능하게 된다. 즉 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1(종래의 경로1)과, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2(본 발명에서 추가된 경로2)의 2개의 경로에 의하여 고전자농도영역(12) 중의 전자(전류)를 리드선(17)을 통하여 외부로 꺼낼 수 있고, 결과로서 고전자농도영역(12)과 리드선(17) 사이의 저항값을 매우 작게 할 수 있어, 손실을 감소시켜서 결과적으로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.

버스바 전극(전극1(NTA 글라스 100%))(15)은, 복수의 전자취출구(핑거 전극)(14)를 전기적으로 접속하는 전극으로서, Ag의 사용량을 없애거나 또는 삭감하는 대상의 전극이다(발명의 효과를 참조).

이면전극(전극2(알루미늄(aluminum)))(16)은, 실리콘 기판(11)의 하면에 형성된 공지의 전극이다.

리드선(땜납 형성)(17)은, 복수의 버스바 전극(15)을 전기적으로 연결한 전자(전류I)를 외부로 꺼내거나, 또한 본 발명에서는 핑거 전극(14)이 버스바 전극(15)의 상면과 동일한 높이의 부분 혹은 관통된 부분에 상기 리드선을 초음파 납땜하여 접합함으로써 전자(전류)를 외부로 꺼내거나 하는 리드선이다.

이상의 도9의 구조를 기초로 하여, 상측으로부터 하측방향으로 태양광을 조사하면, 태양광은 리드선(17) 및 전자취출구(14)가 없는 부분과 절연막(13)을 통과하여 실리콘 기판(11)에 입사됨으로써 전자를 발생시킨다. 그 후에 고전자농도영역(12)에 축적된 전자는, 전자취출구(핑거 전극)(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1 및 전자취출구(핑거 전극)(14), 리드선(17)의 경로2의 양쪽 경로를 통하여 외부로 꺼내어진다. 이 때에 도13부터 도17에서 후술하는 바와 같이 버스바 전극(15)을, 페이스트에 글라스 프릿(glass frit)으로서 NTA 글라스(도전성 글라스(導電性 glass)) 100% 내지 71%(더 적더라도 좋음, 도17을 참조)를 혼입하여 소성시켜서 형성함으로써, Ag의 사용량을 없애거나 또는 감소시킬 수 있다. 이하 순차적으로 상세하게 설명한다.

도10은, 본 발명의 동작설명의 플로우차트를 나타내고, 도11 및 도12는 각 공정의 상세구조를 나타낸다.

도10에 있어서, S1에서는 실리콘 기판을 준비한다.

S2에서는 클리닝(cleaning)을 한다. 이들 S1, S2는, 도11의 (a)에 나타내는 바와 같이 S1에서 준비한 실리콘 기판(11)의 면(고전자농도영역(12)을 형성하는 면)을 깨끗하게 클리닝을 한다.

S3에서는 확산도핑을 한다. 이것은, 도11의 (b)에 나타내는 바와 같이 도11의 (a)에서 클리닝한 실리콘 기판(11)의 위에 공지의 확산도핑을 하여 고전자농도영역(12)을 형성한다.

S4에서는 반사방지막(反射防止膜)(질화 실리콘막)을 형성한다. 이것은, 도11의 (c)에 나타내는 바와 같이 도11의 (b)의 고전자농도영역(12)을 형성한 후에, 반사방지막(태양광을 통과시키고 또한 표면반사를 가급적 저감시킨 막)으로서 예를 들면 질화 실리콘막을 공지의 방법에 의하여 형성한다.

S5에서는 핑거 전극을 스크린 인쇄한다. 이것은, 도11의 (d)에 나타내는 바와 같이 도11의 (c)의 질화 실리콘막(13)을 형성한 후에, 형성되는 핑거 전극(14)의 패턴(pattern)을 스크린 인쇄한다. 인쇄재료는, 예를 들면 은에 프릿으로서 납 글라스(lead glass)를 혼입한 것을 사용한다.

S6에서는, 핑거 전극을 소성시켜서 파이어 스루(fire through)시킨다. 이것은, 도11의 (d)에서 스크린 인쇄된 핑거 전극(14)의 패턴(은과 납 글라스의 프릿을 혼입한 것)을 소성하고, 도11의 (e)에 나타내는 바와 같이 질화 실리콘막(13)에 파어어 스루시켜서 그 안에 은(도전성)을 형성한 핑거 전극(14)을 형성한다.

S7에서는 버스바 전극(전극1)을 스크린 인쇄한다. 이것은, 도12의 (f)에 나타내는 바와 같이 도11의 (e)의 핑거 전극(14)을 형성한 후에, 형성되는 버스바 전극(15)의 패턴을 스크린 인쇄한다. 인쇄재료는, 예를 들면 프릿으로서 NTA 글라스(100%)의 것을 사용한다.

S8에서는 버스바 전극을 소성시킨다. 이것은, 도12의 (f)에서 스크린 인쇄된 버스바 전극(15)의 패턴(NTA 글라스(100%)의 프릿)을 소성(소성시간은 길어도 1분 이내, 1∼3초 이상으로 소성)시켜서, 도12의 (g)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)이 최상층에 형성되고, 또한 본 발명의 특징인 핑거 전극(14)이, 상기 최상층에 형성된 버스바 전극(15)의 상면과 동일한 높이의 부분 또는 관통된 부분이 형성된다(이것은 막두께 컨트롤에 의하여 한다).

한편 S5 및 S7의 인쇄를 하고, 양자를 동시에 소성하더라도 좋다.

S9에서는 이면전극(전극2)을 형성한다. 이것은, 도12의 (h)에 나타내는 바와 같이 실리콘 기판(11)의 하측(이면)에 예를 들면 알루미늄 전극을 형성한다.

S10에서는 리드선을 땜납에 의하여 형성한다. 이것은, 도12의 (i)에 나타내는 바와 같이 도12의 (g)의 버스바 전극을 전기적으로 접속하는 리드선을 땜납에 의하여 형성하여, 예를 들면 초음파 납땜에 의하여 형성하여 전기적으로 접속하면, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1(종래의 경로1)과, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2(본 발명에서 추가한 경로2)의 양쪽 경로에서, 고전자농도영역(12) 중의 전자(전류)를 리드선(17)을 통하여 외부로 꺼내는 것이 가능하게 되어, 고전자농도영역(12)과 리드선(17) 사이의 저항값을 매우 작게 하여 로스(loss)를 감소시켜서 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 즉 본 발명에서 추가한 경로2는, 핑거 전극(14)의 일단(一端)이 고전자농도영역(12) 중에 있고, 타단(他端)이 NTA 글라스 100%인 버스바 전극(15)의 상면과 동일한 높이의 부분 혹은 관통된 부분에 있고, 이 부분에 리드선이 직접 접합(초음파 납땜에 의하여 직접 접합)되기 때문에, 고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2가 형성된다. 또 경로1은 종래의 경로이다.

이상의 공정에 의하여 실리콘 기판에 태양전지를 형성할 수 있다.

도13은, 본 발명의 상세 설명도(버스바 전극의 소성)을 나타낸다.

도13의 (a)는 버스바 전극을 은 100%, NTA 0%(중량비)로 소성한 예를 모식적으로 나타내고, 도13의 (b)는 버스바 전극을 은 50%, NTA 50%(중량비)로 소성한 예를 모식적으로 나타내고, 도13의 (c)는 버스바 전극을 NTA 100%(중량비)로 소성한 예를 모식적으로 나타낸다. 소성시간은, 길어도 1분 이내이고, 1∼3초 이상으로 하였다.

도13의 (a)와 도13의 (b)와 도13의 (c)에서 도면에 나타내는 바와 같이 거의 동일한 구조가 되도록 형성된 태양전지의 시작실험(試作實驗)에서는 하기와 같은 실험결과가 얻어졌다.

태양전지의 변환효율

도13의 (a)의 Ag 100%, NTA 0% 평균 약 17.0%

도13의 (b)의 Ag 50%, NTA 50% 평균 약 17.0%

도13의 (c)의 Ag 0%, NTA 100% 평균 약 17.2%

시작실험의 결과는, 버스바 전극의 패턴을 인쇄하는 재료로서, 도13의 (a)와, 도13의 (b)에서는 태양전지를 형성하였을 때의 변환효율이 평균 약 17.0%로 거의 동일한 결과가 얻어지고, 또한 도13의 (c)에서는 변환효율이 평균 약 17.2%가 얻어졌다. 이들 도13의 (a)부터 (c)의 모두는 거의 동일한 변환효율의 범위 내이거나 혹은 도13의 (c)의 NTA 100%가 약간 높은 변환효율인 것이 초기실험결과로부터 판명되었다. 한편 NTA 글라스는 바나듐(vanadium), 바륨(barium), 철(鐵)로 구성되고, 특히 철은 내부적으로 강하게 결합되어 상기 내부에 머물러 있어, 다른 재료와 혼합되더라도 그 결합성은 극히 작은 성질을 갖는 것(일본국 특허 제5333976호 등을 참조), 또한 이미 설명한 본 발명의 고전자농도영역과 리드선 사이의 경로(경로1과, 경로2가 병렬)의 개선에 의한 것으로 추측된다.

도14 및 도15는, 본 발명의 설명도(버스바 전극)를 나타낸다.

도14의 (a) 및 도14의 (b)는 NTA 50%, Ag 50%의 것으로서, 도14의 (a)는 전체 평면도를 나타내고, 도14의 (b)는 확대도를 나타낸다. 도15의 (c)는 NTA 100%, Ag 0%인 것으로서, 도15의 (c)는 확대도를 나타낸다.

도14의 (a) 및 도14의 (b)에 있어서 버스바 전극(15)은, 도14의 (a)의 전체 평면도에 나타내는 바와 같이 긴 바(bar) 모양의 전극으로서, 이것을 광학현미경에 의하여 확대하면 도14의 (b)에 나타내는 바와 같은 구조가 관찰되었다.

도14의 (b)에 있어서 버스바 전극(15)은, 종래의 Ag와 납 글라스의 프릿(frit)에 의하여 소성되었을 경우에는 Ag가 균일하게 분산되어 있었지만, 본 발명의 Ag와 NTA 글라스의 프릿에 의하여 소성(길어도 1분 이내, 1∼3초 이상의 소성)되었을 경우에는 상기 도14의 (b)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)의 중앙부분에 Ag가 모여서 형성되는 것이 판명되었다. 그 때문에, 발명의 효과의 부분에서 설명한 바와 같이 Ag에 NTA 글라스를 혼입하여 단시간 소성(길어도 1분, 1∼3초 이상의 소성)시키면 Ag가 중앙부분에 모여서 도전성이 향상되고(종래에는 Ag는 균일하게 분산되어 있었던 경우와 비교하여 도전성이 향상되고), 또한 NTA 글라스 자체도 도전성을 갖는 것 등의 종합적인 작용에 의하여 Ag의 비율을 감소시켜서 NTA 글라스를 늘리더라도, 태양전지로서 제조하였을 경우의 변환효율은 상기한 바와 같이 약 16.9%로서 실험에서는 거의 동일한 결과가 얻어졌다.

한편 소성온도는, 500℃에서 900℃이지만, 태양전지로서 형성하였을 경우에 최적의 온도를 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다. 지나치게 낮아도 지나치게 높아도 도14의 (b)와 같은 구조가 얻어지지 않아, 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다.

도15의 (c)에 있어서, 버스바 전극(15)은, 도면에 나타내는 중앙부분의 가로방향의 폭이 넓은 바 모양의 전극으로서, 본 발명에 관한 NTA 100%인 확대사진의 일례를 나타낸다.

이 도15의 (c)의 버스바 전극(15)은, 세로방향으로 폭이 좁은 핑거 전극(14)이 상기 버스바 전극(15)을 관통하여 상측으로 조금 돌출된 부분이 있고, 또한 상기 돌출된 부분의 주위가 원래의 핑거 전극(14)의 폭보다 굵게 되어 있는 것이 판명되었다. 그리고 도면에 나타내는 버스바 전극(15)의 위에, 상기 버스바 전극(15)의 폭과 동일하거나 약간 작거나 또는 약간 큰 폭으로, 후술하는 도16에서 상세하게 설명하는 바와 같이 초음파 납땜함으로써, 이미 설명한 경로1(고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로1) 및 경로2(고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 리드선(17)의 경로2)의 양쪽 경로에서 고농도전자영역과 상기 리드선을 도전시켜서 접속하여, 전자(전류)의 손실을 감소시켜서 외부로 효율적으로 꺼내는 것이 가능하게 되어, 도14의 (a), (b)와 거의 동일한 변환효율 또는 약간 높은 변환효율(약 17.2%)이 얻어졌다.

한편 소성온도는, 도14의 (a), (b)와 거의 같은 500℃에서 900℃이지만, 태양전지로서 형성하였을 경우에 최적의 온도를 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다. 지나치게 낮아도 지나치게 높아도 도15의 (c)와 같은 구조가 얻어지지 않아, 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다.

도16은, 본 발명의 설명도(초음파 납땜)를 나타낸다. 이것은, 이미 설명한 도15의 (c)의 NTA 100%인 경우의 것이다(또한 마찬가지로 도14의 (a), (b)에 적용하더라도 좋다).

도16의 (a)는, 핑거 전극(14)을 소성한 후의 상태를 나타낸다.

도16의 (b)는, 도16의 (a)의 버스바 전극(15)의 위에, 점선으로 나타내는 여기에서는 약간 큰(혹은 동일하거나 또는 작더라도 좋다) 리드선(17)을 납땜하는 종래의 예를 나타낸다. 이 종래의 예에서는, 통상의 납땜에 의하여 이루어지기 때문에 핑거 전극(14)이 돌출된 부분(Ag)과 리드선(17)은 땜납에 의하여 접합(solder joint)되지만, 핑거 전극(14)이 돌출되어 있지 않은 부분(NTA 100%인 부분)과 리드선(17)은 충분하게 땜납에 의하여 접합되지 않아 기계적 강도가 충분한 것은 아니다. 한편 후술하는 도16의 (c)의 초음파 납땜하였을 경우에는, 땜납에 의하여 접합되어 기계적 강도가 대폭적으로 향상되었다.

도16의 (c)는, 도16의 (a)의 버스바 전극(15)(도15의 (c)의 버스바 전극(15))의 위에, 점선으로 나타내는 약간 큰 리드선(17)을 초음파 납땜하는 본 발명의 예를 나타낸다. 이 본 발명의 예에서는, 초음파 납땜에 의하여 이루어지기 때문에 핑거 전극(14)이 돌출된 부분(Ag)과 리드선(17)은 땜납에 의하여 접합되고, 또한 핑거 전극(14)이 없는 부분(NTA 100%인 부분)과 리드선(17)도 땜납에 의하여 접합되어 기계적 강도가 대폭적으로 향상됨과 아울러, 이미 설명한 경로2(고전자농도영역(12), 핑거 전극(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)의 경로2)의 도전성이 향상되었다.

도17은, 본 발명의 측정예(효율)를 나타낸다. 본 도17은, 이미 설명한 버스바 전극(15)에 대하여, NTA를 100%에서 70%로 변화시켰을 때의 양호한 측정예로서, 도17의 가로축은 샘플(sample)의 번호를 나타내고, 세로축은 효율(%)을 나타낸다. 샘플은,

·NTA 100% Ag 0%

·NTA 90% Ag 10%

·NTA 80% Ag 20%

·NTA 70% Ag 30%

로 하고, 이들에 의하여 태양전지를 형성하고, 각 측정결과(효율)는 도면에 나타내는 바와 같다. 한편 초기실험이기 때문에 측정결과에는 도면에 나타내는 바와 같이 상당한 편차가 있지만, 16.9에서 17.5의 범위 내에 들어가 있어, NTA 100%로 버스바 전극(15)을 형성(즉 Ag 없이 형성)하여 태양전지를 제조하였을 경우에도, NTA 70%(혹은 또 80%, 90%)에 비하여 동일한 정도 또는 약간 높은 효율이 얻어져서, NTA 100%에서도 사용할 수 있는 것이 판명되었다(발명자들은 이 사실을 발견하였다).

1 : 실리콘 기판
2 : 이면전극
3 : 질화막
4 : 핑거 전극
5 : 버스바 전극
6 : 땜납
7 : 리본
71 : 구리
72 : 예비땜납
21 : 예비가열대
22 : 초음파 땜납인두
23 : 초음파 발신기 및 히터
24 : 땜납인두 팁부분
11 : 실리콘 기판
12 : 고전자농도영역(확산도핑)
13 : 절연막(질화 실리콘막)
14 : 전자취출구(핑거 전극)
15 : 버스바 전극
16 : 이면전극
17 : 리드선

Claims

기판(基板) 위의 임의부분에 페이스트(paste)를 도포(塗布)하여 소결(燒結)한 부분에 납땜하는 납땜방법에 있어서,
Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 페이스트를 임의부분에 도포하여 소결한 기판 혹은 상기 기판 위의 페이스트 부분을, 땜납의 용융온도보다 낮은 제1소정온도로 예비가열(豫備加熱)하는 예비가열스텝과,
상기 예비가열스텝에서 예비가열한 제1소정온도의 상기 기판의 페이스트 부분에, 접촉하는 땜납인두 팁부분에 초음파(超音波)를 인가한 상태에서 공급된 땜납이 용융되는, 초음파를 인가하지 않을 때에 땜납이 용융되는 온도보다 낮은, 제2소정온도로 조정한 상태에서, 상기 땜납인두 팁부분을 상기 페이스트 부분에 접촉하거나 혹은 접촉하면서 이동하여 상기 페이스트 부분에 납땜하는 초음파 납땜스텝을
구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항에 있어서,
상기 제1소정온도를, 실온(室溫) 이상으로부터 상기 제2소정온도의 범위 내의 온도로 한 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제2소정온도를, 초음파를 인가하지 않을 때에 땜납이 용융되는 온도보다 10℃에서 40℃ 낮은 범위 내의 온도로 한 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 페이스트로서, Ag, Cu, Pb를 포함하지 않고 또한 바나딘산염 글라스(vanadate glass)를 100wt%, 혹은 Cu, Pb를 포함하지 않고 또한 Ag를 0 이상으로부터 50wt%를 포함하고 나머지를 바나딘산염 글라스로 한 NTA 페이스트로 한 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 땜납은, 적어도 Sn, Zn, Cl을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 초음파 납땜스텝에서 납땜할 때에, 페이스트 부분에 상기 페이스트 중의 유기용제(有機溶劑)가 잔류하지 않도록 미리 건조 혹은 가열건조하는 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 기판 위에 도포하는 페이스트 부분이, 가급적 매끄럽게 되도록 하여 소결한 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 초음파는, 20KHz에서부터 150KHz의 주파수로 한 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 기판 위의 페이스트를 도포하는 부분을, 태양전지(太陽電池)의 전극(電極)의 부분으로 한 것을 특징으로 하는 초음파 납땜방법.
기판 위의 임의부분에 페이스트를 도포하여 소결한 부분에 납땜하는 납땜장치에 있어서,
Ag, Cu, Pb를 포함하지 않는 페이스트를 임의부분에 도포하여 소결된 기판 혹은 상기 기판 위의 페이스트 부분을, 땜납의 용융온도보다 낮은 제1소정온도로 예비가열하는 예비가열수단과,
상기 예비가열수단에 의하여 예비가열한 제1소정온도의 상기 기판의 페이스트 부분에, 접촉하는 땜납인두 팁부분에 초음파를 인가한 상태에서 공급된 땜납이 용융되는, 초음파를 인가하지 않을 때에 땜납이 용융되는 온도보다 낮은, 제2소정온도로 조정한 상태에서, 상기 땜납인두 팁부분을 상기 페이스트 부분에 접촉하거나 혹은 접촉하면서 이동하여 상기 페이스트 부분에 납땜하는 초음파 납땜수단을
구비하는 것을 특징으로 하는 초음파 납땜장치.