KR20180032554A - 스크린 인쇄기, 스크린 인쇄 방법 및 태양전지의 전극 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판과, 스크레이퍼와, 스퀴지를 구비한 스크린 인쇄기를 이용하여, 상기 스크린 제판의 상면에 공급된 페이스트를 상기 스크레이퍼에 의해 상기 스크린 제판의 개구부에 충전한 후에, 상기 스퀴지에 의해 상기 스크린 제판의 개구부로부터 피인쇄물의 소정 위치에 상기 페이스트를 압출함으로써, 상기 피인쇄물에 상기 인쇄 패턴에 대응하여 상기 페이스트를 스크린 인쇄하는 방법으로서, 상기 스크린 인쇄할 때에 상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 스크린 인쇄 방법이다. 이에 의해 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써, 페이스트의 인쇄성을 향상시키는 것이 가능한 스크린 인쇄 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 스크린 인쇄기, 스크린 인쇄 방법 및 태양전지의 전극 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지는 도 7에 나타내는 구조를 가진다. 도 7에 나타내듯이, 태양전지(50)에서는 예를 들면, 크기가 가로세로 100~156mm, 두께가 0.1~0.3mm인 판상이고, 또한 다결정이나 단결정 실리콘 등으로 이루어지고, 인 등의 n형 불순물이 도프(dope)된 n형의 반도체 기판(51)에 대해, 수광면측에는 p형 확산층(52)이 설치되고, 이면측에는 n형 확산층(53)이 설치되어 있다. p형 확산층(52) 상에는 수광면 전극(55)이 설치되고, n형 확산층(53) 상에는 이면 전극(56)이 설치되어 있다. 또, 수광면측에 SiN(질화실리콘) 등의 반사방지막 겸 패시베이션막(passivation film)(57)이 설치되어 있다. 또, 이면측에도 SiN 등의 패시베이션막(58)을 설치할 수가 있다. 여기서, p형 확산층(52)은 붕소 등의 p형 불순물을 도프하여 수광면측에 형성되고, n형 확산층(53)은 인 등의 n형 불순물을 도프하여 이면측에 형성된다. 수광면 전극(55) 및 이면 전극(56)은 스크린 인쇄법을 이용하여, 이면측 및 수광면측에 도전성 은 페이스트를 인쇄한 후, 건조·소성함으로써 형성된다. 이들 전극은 태양전지에서 생긴 광생성 전류를 외부로 인출하기 위한 버스바(busbar) 전극과, 이들 버스바 전극에 접속되는 집전용의 핑거(finger) 전극으로 이루어진다.
이러한 구조의 태양전지에 있어서는 상기와 같이 전극 형성에 스크린 인쇄법을 이용하는 것이 일반적이다(예를 들면 특허문헌 1, 2 참조). 스크린 인쇄법은 감광성 재료를 취급하는 포토리소그래피(photolithography)법 등에 비해, 두꺼운 막의 전극을 수율 좋게 대량생산하는 것을 향하고 있어 비교적 설비비가 적어도 된다고 하는 이점이 있다. 그 때문에 스크린 인쇄법은 태양전지의 전극 형성 외에, 플라스마 디스플레이 패널이나 액정 디스플레이 패널 등의 대면적 디스플레이의 전극층, 저항층, 유전체층, 혹은 형광체층 등의 패턴 형성을 포함하여 전자공업계에서 광범위하게 사용되고 있다.
종래의 스크린 인쇄법에 대해 도면을 이용하여 설명한다. 도 8은 일반적인 스크린 인쇄기의 주요부의 측면 모식도이다. 도 9는 일반적인 스크린 인쇄법에 의한 페이스트의 퍼짐을 스크린 제판 위로부터 본 평면 모식도와, 옆으로부터 본 측면 모식도이다. 일련의 인쇄 동작을 도 8을 참조하여 설명한다. 우선, 스크린 인쇄기(110) 중, 형성하고 싶은 패턴이 개구된 스크린 제판(111) 상에 페이스트(116)가 놓여진다. 이 페이스트(116) 위를, 스크레이퍼(scraper)(112)가 상부로부터 압력이 걸려지면서 일정 방향으로 움직임으로써, 스크린 제판(111)의 개구부의 패턴에 페이스트(116)를 충전한다. 다음에, 스퀴지(squeegee)(113)가 상부로부터 압력이 걸려지면서, 스크레이퍼(112)와는 반대 방향으로 움직임으로써, 스크린 제판(111)의 개구부의 패턴에 충전된 페이스트(116)를, 인쇄 스테이지(114) 상에 설치된 피인쇄물(115)에 전사한다. 이어서, 스크레이퍼(112)가 스퀴지(113)와는 반대 방향으로 움직이면서, 남은 페이스트(116)를 재차 스크린 제판(111)의 개구부의 패턴에 충전한다. 이들 일련의 동작이 반복하여 행해진다.
도 9를 참조하여, 종래의 스크린 인쇄법에 있어서의 페이스트의 퍼짐에 대해 설명한다. 종래의 스크린 인쇄 방법에서 연속적으로 인쇄를 반복하면, 스크린 제판(111) 위의 페이스트(116)의 일부가 스퀴지(113) 및 스크레이퍼(112)에 밀려, 페이스트 퇴적 영역의 범위가 인쇄 패턴 영역(119)의 범위를 넘어 확대된다. 이에 의해 스퀴지 주사 영역 및 스크레이퍼 주사 영역으로부터 비어져 나온 페이스트는 스퀴지(113)나 스크레이퍼(112)의 동작 범위 밖에 있기 때문에, 이후의 인쇄에 사용되지 않게 되어 버린다. 또한, 도 9 중에는 연속 인쇄 중의 인쇄 패턴 영역 외의 페이스트 퇴적 영역(120)을 모식적으로 나타내고 있다.
상기와 같이 종래의 스크린 인쇄법에서는 공급된 페이스트의 일부가 스퀴지 동작 후, 스퀴지 동작 영역의 양단으로 비어져 나와 잔류해 버려, 인쇄 횟수를 거듭함에 따라 비어져 나온 페이스트 표면으로부터 용제 성분이 휘발하여, 페이스트 표면이 부분적으로 응고해 버린다. 이 응고한 페이스트를 작업자가 중앙부로 긁어 모아 재차 인쇄를 행하면, 판 위의 페이스트의 점도가 국소적으로 높아져 버린다. 따라서, 특히 태양전지에 있어서의 핑거 전극을 형성하기 위해 핑거 전극 패턴 모양으로 반도체 기판에 페이스트를 인쇄하면, 인쇄한 페이스트의 비대 혹은 긁힘이 생겨 버린다. 이 경우, 얻어지는 태양전지에 있어서, 핑거 전극의 비대가 발생하거나, 외관 검사에서의 수율이 악화되거나 할 우려가 있다. 이들 인쇄 불량은 핑거 전극 폭이 60㎛ 이하에 있어서 특히 영향이 커져, 태양전지 특성을 저하시키는 큰 요인으로 되어 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 스크린 제판 상의 페이스트로부터의 용제 휘발을 억제함으로써, 페이스트의 인쇄성을 향상시키는 것이 가능한 스크린 인쇄기 및 스크린 인쇄 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또, 그러한 스크린 인쇄 방법을 이용하여, 높은 전기 특성을 가지는 태양전지를 제작하는 것이 가능한 태양전지의 전극 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판과, 스크레이퍼와, 스퀴지를 구비한 스크린 인쇄기를 이용하여, 상기 스크린 제판의 상면에 공급된 페이스트를, 상기 스크레이퍼에 의해 상기 스크린 제판의 개구부에 충전한 후에, 상기 스퀴지에 의해 상기 스크린 제판의 개구부로부터 피인쇄물의 소정 위치에 상기 페이스트를 압출함으로써, 상기 피인쇄물에 상기 인쇄 패턴에 대응하여 상기 페이스트를 스크린 인쇄하는 방법으로서,
상기 스크린 인쇄할 때에 상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법을 제공한다.
이러한 스크린 인쇄 방법이면, 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써, 페이스트의 인쇄성을 향상시킬 수가 있다.
또, 상기 스크린 인쇄할 때에 상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정함으로써, 상기 스크린 인쇄기 내의 이슬점 온도를 8.2~18.0℃로 하는 것이 바람직하다.
이러한 스크린 인쇄 방법이면, 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써, 페이스트의 인쇄성을 더 향상시킬 수가 있다.
상기 스크린 인쇄기의 인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k가 8.2＜k＜18.0으로 되도록 하는 것이 바람직하다.
이 조건 하이면, 높은 변환효율의 셀을 수율 좋게 제조할 수 있다.
또, 상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 상대습도로 30~65% 사이로 조정하는 것이 바람직하고, 또 50±5% 이내로 조정하는 것이 보다 바람직하다.
이러한 스크린 인쇄 방법이면, 인쇄한 페이스트의 어스펙트비(aspect ratio)를 높게 할 수 있다.
상기 페이스트는 지방족 탄화수소계 용제, 카비톨계 용제, 셀로솔브계 용제, 고급 지방산 에스터계 용제, 고급 알코올계 용제, 고급 지방산계 용제 및 방향족 탄화수소계 용제로부터 선택되는 1종 이상의 유기용제를 포함하는 것이 바람직하다.
이들에 의해 본 발명의 효과를 특히 유효하게 발현시킬 수가 있다.
상기 스크린 제판의 개구부의 형상을 가는 선 형상으로 하고, 길이 방향의 길이를 156~8mm로 할 수가 있다.
본 발명의 방법은 개구부의 길이 방향의 길이가 156~8mm와 같은 가는 선에 대해 특히 유효하다.
또, 상기 스크린 제판의 개구부의 폭을 60㎛ 이하로 할 수가 있다.
본 발명의 스크린 인쇄 방법이면, 이러한 스크린 제판의 개구부의 폭이 작은 것을 이용했다고 해도 인쇄 불량이 발생하기 어려워진다.
상기 스크린 인쇄기의 인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%), 인쇄물의 폭을 w(㎛)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k＇이 8.2＜k＇＜18.0으로 되도록 하는 것이 바람직하다.
이 조건 하이면, 어떠한 선폭에 대해서도 높은 변환효율의 셀을 수율 좋게 제조할 수 있다.
또한 본 발명에서는, 상기 본 발명의 스크린 인쇄 방법을 이용하여, 반도체 기판의 적어도 일방의 주표면에 상기 페이스트를 스크린 인쇄하고, 당해 스크린 인쇄된 페이스트를 건조 및 소성함으로써 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법을 제공한다.
이러한 태양전지의 전극 형성 방법이면, 어스펙트비가 높은 전극을 용이하게 형성할 수가 있다. 따라서, 이러한 태양전지의 전극 형성 방법을 이용하면, 높은 전기 특성을 가지는 태양전지를 제작할 수가 있다.
또, 상기 형성하는 전극을 핑거 전극으로 하고, 당해 핑거 전극의 어스펙트비를 0.5 이상 1.0 이하로 할 수가 있다.
본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법이면, 이러한 어스펙트비가 높은 핑거 전극을 용이하게 형성할 수가 있다.
또한 본 발명에서는, 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판과, 상기 스크린 제판의 상면에 공급된 페이스트를 상기 스크린 제판의 개구부에 충전하는 스크레이퍼와, 상기 스크린 제판의 개구부로부터 피인쇄물의 소정 위치에 상기 페이스트를 압출하는 스퀴지와, 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 습도 조정기를 구비한 것인 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄기를 제공한다.
이러한 스크린 인쇄기이면, 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써 페이스트의 인쇄성을 향상시킬 수가 있다.
적어도, 상기 스크린 제판과 상기 스크레이퍼와 상기 스퀴지를 포함하는 공간은 판상 부재로 둘러싸여 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 판상 부재의 재질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 폴리스티렌, ABS(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 메타크릴 수지, 폴리비닐알코올, 염화비닐리덴 수지, 폴리카보네이트, 멜라민 수지, 유레아 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸펜텐, 환상 올레핀 코폴리머, MBS(메틸메타크릴레이트·부타디엔·스티렌) 수지, SBC(스티렌·부타디엔 공중합) 수지, 폴리메타크릴스티렌, 폴리에스터카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴술폰 및 유리의 어느 것인 것이 바람직하다.
이러한 스크린 인쇄기이면, 작업성을 손상시키지 않고 습도를 안정화할 수 있기 때문에 보다 안정한 인쇄가 가능하게 된다.
본 발명의 스크린 인쇄기 및 스크린 인쇄 방법이면, 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써, 페이스트의 인쇄성을 향상시킬 수가 있다. 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법이면, 어스펙트비가 높은 전극을 용이하게 형성할 수가 있다. 따라서, 이러한 태양전지의 전극 형성 방법을 이용하면, 높은 전기 특성을 가지는 태양전지를 제작할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 스크린 인쇄기의 주요부의 측면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 스크린 인쇄기를 이용한 스크린 인쇄에 있어서의 비어져 나온 페이스트에 가습을 행하는 모습을 나타내는 도이다.
도 3은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 4는 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 개방 전압 Voc(mV)의 관계를 나타내는 도이다.
도 5는 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 단락 전류 밀도 Jsc(mA/cm2)의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 필팩터(Fill Factor)(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 일반적인 태양전지의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 8은 일반적인 스크린 인쇄기의 주요부의 측면 모식도이다.
도 9는 일반적인 스크린 인쇄법에 의한 페이스트의 퍼짐을 스크린 제판 위로부터 본 평면 모식도와 옆으로부터 본 측면 모식도이다.
도 10은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 외관 수율(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 실시예 1~12에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 실시예 1~12에 있어서의 k＇과 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 스크린 인쇄기를 이용한 스크린 인쇄에 있어서의 비어져 나온 페이스트에 가습을 행하는 모습을 나타내는 도이다.
도 3은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 4는 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 개방 전압 Voc(mV)의 관계를 나타내는 도이다.
도 5는 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 단락 전류 밀도 Jsc(mA/cm2)의 관계를 나타내는 도이다.
도 6은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 필팩터(Fill Factor)(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은 일반적인 태양전지의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 8은 일반적인 스크린 인쇄기의 주요부의 측면 모식도이다.
도 9는 일반적인 스크린 인쇄법에 의한 페이스트의 퍼짐을 스크린 제판 위로부터 본 평면 모식도와 옆으로부터 본 측면 모식도이다.
도 10은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 외관 수율(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 실시예 1~12에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 실시예 1~12에 있어서의 k＇과 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
종래의 스크린 인쇄법에서는 공급된 페이스트의 일부가 스퀴지 동작 후, 스퀴지의 양단으로 비어져 나와 잔류해 버리기 때문에, 인쇄 횟수를 거듭함에 따라 사용되지 않게 되는 페이스트가 증가하는 한편, 비어져 나온 페이스트의 표면으로부터 용제 성분이 휘발하여 고점도화한 페이스트를 중앙으로 모아 재차 인쇄를 행하면, 스크린 제판의 개구부로부터 토출되는 페이스트량이 안정하지 않아, 피인쇄물 상에 패턴 모양으로 인쇄된 페이스트가 긁혀 인쇄 불량으로 되어, 수율이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
이러한 문제는 전형적인 결정 실리콘 태양전지의 제조 방법에 있어서, 전극 형성을 스크린 인쇄법으로 행하는 경우에도 생긴다. 즉, 이 경우도 상기와 마찬가지로, 실리콘 기판 상의 전극 패턴 모양으로 인쇄된 페이스트가 긁혀 인쇄 불량으로 되어, 수율이 저하한다고 하는 문제가 있었다.
이들 인쇄 불량을 방지하기 위해, 종래, 작업자가 비어져 나온 페이스트를 중앙부로 긁어 모으는 빈도를 높이든지, 비어져 나온 페이스트를 회수하여 고형화한 페이스트 성분을 여과하여 점도를 재조정할 필요가 있어, 공정의 번잡함이나 제조비용의 점에서 문제로 되어 있었다.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 예의 검토를 행하였다. 그 결과, 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 습도 조정기를 구비한 스크린 인쇄기 및 스크린 인쇄할 때에 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 스크린 인쇄 방법 그리고 당해 스크린 인쇄 방법을 이용한 태양전지의 전극 형성 방법이 상기 문제점을 해결할 수 있다는 것을 알아내어 본 발명을 완성시켰다.
이하, 본 발명의 실시형태를 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기 설명에 더하여 광범위한 다른 실시형태로 실시하는 것이 가능하고, 본 발명의 범위는 하기에 제한되는 것은 아니고 청구범위에 기재되는 것이다. 또한, 도면은 원치수 에 비례하여 나타나 있지 않다. 본 발명의 설명이나 이해를 보다 명료하게 하기 위해, 관련 부재에 따라서는 치수가 확대되어 있고, 또 중요하지 않은 부분에 대해서는 도시되어 있지 않다.
［스크린 인쇄기］
도 1은 본 발명의 스크린 인쇄기의 주요부의 측면 모식도이다. 도 2는 본 발명의 스크린 인쇄기를 이용한 스크린 인쇄에 있어서의 비어져 나온 페이스트에 가습을 행하는 모습을 나타내는 도((a)는 상면도, (b)는 측면도)이다. 도 1 및 도 2에 나타내듯이, 본 발명의 스크린 인쇄기(10)는 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판(11)과, 스크린 제판(11)의 상면에 공급된 페이스트(16)를 스크린 제판(11)의 개구부에 충전하는 스크레이퍼(12)와, 스크린 제판(11)의 개구부로부터 피인쇄물(15)의 소정 위치에 페이스트(16)를 압출하는 스퀴지(13)와, 스크린 인쇄기(10) 내의 습도를 조정하는 습도 조정기(25)를 구비한다. 또, 피인쇄물(15)을 설치하기 위한 인쇄 스테이지(14)를 구비한다. 이러한 스크린 인쇄기이면, 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써 페이스트의 인쇄성을 향상시킬 수가 있다.
또한, 적어도, 스크린 제판(11)과 페이스트(16)와 스크레이퍼(12)와 피인쇄물(15)과 스퀴지(13)와 스테이지(14)를 포함하는 공간은 판상 부재로 둘러싸여 있는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 인쇄시의 습도를 일정하게 유지할 수가 있다.
또, 이 판상 부재는 광투과성이 있는 것이 바람직하다. 인쇄 스텝이 외부로부터 눈으로 확인할 수 있기 때문에, 장치 트러블이나 불량 발생을 조기에 발견할 수 있다. 구체적으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 폴리스티렌, ABS(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 메타크릴 수지, 폴리비닐알코올, 염화비닐리덴 수지, 폴리카보네이트, 멜라민 수지, 유레아 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸펜텐, 환상 올레핀 코폴리머, MBS(메틸메타크릴레이트·부타디엔·스티렌) 수지, SBC(스티렌·부타디엔 공중합) 수지, 폴리메타크릴스티렌, 폴리에스터카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴술폰 및 유리의 어느 것인 것이 바람직하다.
스크린 제판(11), 스크레이퍼(12), 스퀴지(13), 인쇄 스테이지(14) 및 피인쇄물(15)의 형상 등은 특히 한정되지 않지만, 공지의 스크린 인쇄기에 이용되는 것과 마찬가지의 것으로 할 수가 있다.
습도 조정기(25)는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 가습기, 제습기, 정밀 공조기(온도 및 습도를 조정할 수 있는 공조기) 등을 들 수가 있다. 습도 조정기(25)는 스크린 인쇄기 내에 설치할 수가 있다.
페이스트(16)의 종류는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 용제, 도전성 입자 등의 입자 및 그 외의 첨가물을 함유하는 것으로 할 수가 있다. 이 경우 용제의 종류는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 지방족 탄화수소계 용제, 카비톨계 용제, 셀로솔브계 용제, 고급 지방산 에스터계 용제, 고급 알코올계 용제, 고급 지방산계 용제, 방향족 탄화수소계 용제 등의 유기용제를 들 수가 있다.
지방족 탄화수소계 용제로서는 예를 들면, 이데미츠흥산제 「IP 솔벤트」, 쉘화학사제 「Shellsol D40」(Shellsol은 등록상표), 「Shellsol D70」, 「Shellsol 70」, 「Shellsol 71」, Exxon사제 「Isopar G」, 「Isopar H」, 「Isopar L」, 「Isopar M」, 「Exxol D40」, 「Exxol D80」, 「Exxol D100」, 「Exxol D130」(비점： 279~316℃), 「Exxol D140」(비점： 280~320℃), 「Exxol DCS100/140」 등을 들 수 있다.
또, 카비톨계 용제로서는 메틸카비톨, 에틸카비톨, 부틸카비톨 등을 들 수 있다.
셀로솔브계 용제로서는 에틸셀로솔브, 이소아밀셀로솔브, 헥실셀로솔브 등을 들 수 있다.
또, 고급 지방산 에스터계 용제로서는 디옥틸프탈레이트, 디부틸호박산이소부틸 에스터, 아디프산이소부틸 에스터, 세박산디부틸, 세박산디2에틸헥실 등을 들 수 있다.
고급 알코올계 용제로서는 메틸헥산올, 올레일 알코올, 트리메틸헥산올, 트리메틸부탄올, 테트라메틸노난올, 2－펜틸노난올, 2－노닐노난올, 2－헥실데칸올 등을 들 수 있다.
또, 고급 지방산계 용제로서는 카프릴산, 2－에틸헥산산, 올레산 등을 들 수 있다.
방향족 탄화수소계 용제로서는 부틸벤젠, 디에틸벤젠, 디펜틸벤젠, 디이소프로필나프탈렌 등을 들 수 있다.
용제는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 스크린 인쇄기는 기 내의 습도를 조정하는 습도 조정기를 구비하는 것이기 때문에, 용제가 휘발하여 판 위의 인쇄 패턴 영역(19), 특히 스퀴지 주사 영역 및 스크레이퍼 주사 영역으로부터 비어져 나온 페이스트가 건조하는 것을 억제하여, 페이스트 표면이 부분적으로 응고하는 것을 방지할 수가 있다. 따라서, 이 비어져 나온 페이스트를 작업자가 중앙부로 긁어 모아 재차 인쇄를 행해도, 판 위의 페이스트의 점도가 국소적으로 높아져 버리지 않아, 인쇄한 페이스트의 비대 혹은 긁힘이 생기기 어려워진다. 또한, 도 2 중에는 연속 인쇄 중의 인쇄 패턴 영역 외의 페이스트 퇴적 영역(20)을 모식적으로 나타내고 있다.
여기서, 습도와 용제의 휘발 사이의 관계에 대해 설명한다. 기 내의 습도를 조정함으로써 용제의 휘발이 억제되는 이유는 완전히 해명은 되어 있지 않지만, 아마 이하에 나타내는 메커니즘에 의한 것이라고 생각된다. 페이스트 중의, 물보다 고비점의 용매에 대해 헨리의 법칙을 적용하면, 주위의 물의 분압에 비례한 양의 물이 용매(페이스트) 중에 용해된다고 생각된다. 용해된 물의 양에 따라 페이스트 점도가 변화한다, 즉, 고습도 하에서는 페이스트는 느슨해지고, 이 결과, 긁힘, 단선이나 점도 저하에 의한 처짐의 빈도가 저하하여, 일정 폭의 선을 인쇄 가능하게 된다. 따라서, 본 발명에 의해 태양전지의 전극을 형성하는 경우는 저특성의 태양전지의 발생을 억제할 수 있어, 변환효율의 평균치가 향상된다. 또한, 상기와 같이 용제의 휘발이 억제되는 이유는 완전히 해명은 되어 있지 않지만, 어쨌든 습도와 용제의 휘발 사이에 상관이 있는 것은 분명하고, 본 발명은 용제의 종류에 따르지 않고 실시 가능하다. 이상과 같이, 상대습도보다도 절대습도 내지 이슬점 온도를 제어하는 것이 중요하다고 생각된다.
페이스트(16)는 특히 태양전지의 전극을 형성하는 경우는 은 입자와 유리프릿(glass frit)과 니스 등을 포함하는 도전성 은 페이스트로 할 수가 있다. 이 경우 피인쇄물(15)을 반도체 기판으로 할 수가 있다.
［스크린 인쇄 방법］
다음에, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 스크린 인쇄 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 스크린 인쇄 방법은 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판(11)과, 스크레이퍼(12)와, 스퀴지(13)를 구비한 스크린 인쇄기(10)를 이용하여, 스크린 제판(11)의 상면에 공급된 페이스트(16)를, 스크레이퍼(12)에 의해 스크린 제판(11)의 개구부에 충전한 후에, 스퀴지(13)에 의해 스크린 제판(11)의 개구부로부터 피인쇄물(15)의 소정 위치에 페이스트(16)를 압출함으로써, 피인쇄물(15)에 인쇄 패턴에 대응하여 페이스트(16)를 스크린 인쇄하는 방법으로서, 스크린 인쇄할 때에 스크린 인쇄기(10) 내의 습도를 조정하는 스크린 인쇄 방법이다. 이러한 스크린 인쇄 방법이면, 스크린 제판 상의 페이스트 중의 수분량을 제어함으로써, 페이스트의 인쇄성을 향상시킬 수가 있다. 특히, 스크린 인쇄할 때에 스크린 인쇄기(10) 내의 습도를 조정함으로써, 스크린 인쇄기(10) 내의 이슬점 온도를 8.2~18.0℃로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해 페이스트의 인쇄성을 더 향상시킬 수가 있다.
스크린 인쇄기(10) 내의 습도는 특히 한정되지 않지만, 바람직하게는 상대습도로 30% 이상 65% 이하, 보다 바람직하게는 상대습도로 45% 이상 55% 이하이다. 이러한 스크린 인쇄 방법이면, 인쇄한 페이스트의 어스펙트비를 높게 할 수 있다. 또, 페이스트에 사용하는 용제의 종류 등에 따라서도 바람직한 습도의 범위를 적당히 설정할 수 있다.
스크린 인쇄기(10) 내의 습도를 조정하는 방법은 상기와 같이 스크린 인쇄기에 습도 조정기를 설치하여 습도를 조정하는 방법을 들 수가 있다. 보다 구체적으로는 예를 들면, 판상 부재로 둘러싸는 등의 방법에 의해, 스크린 제판(11), 스크레이퍼(12), 스퀴지(13) 등을 수납하는 인쇄실을 설치하고, 이 인쇄실 내가 양압으로 되도록, 온도 및 습도를 조정한 공기를 인쇄실 내에 송풍할 수가 있는 정밀 공조기를 인쇄실 밖에 설치하는 방법을 들 수 있다. 이 경우 인쇄실은 완전 밀폐가 아니어도 좋다.
스크린 인쇄기(10) 내의 온도는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 20℃ 이상 30℃ 이하로 할 수가 있다. 본 발명자들의 예의 연구의 결과, 스크린 인쇄기의 인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k는 이슬점 온도(℃)와 동일하고,
8.2＜k＜18.0으로 되도록 하면, 인쇄가 안정한 것이 판명되었다.
k(=이슬점 온도)의 도출
하기 식 (1)
로 표시되는 k는 이하와 같이 하여 도출된 것이다.
우선, 온도 Tr(℃)에 대한 물의 포화증기압 Pr(hPa)을 쌍곡선 함수로 근사하면, 15＜Tr＜40℃에 있어서,
라고 할 수 있다. 이 식 (2)를 변형하면, 하기 식 (3)
으로 된다. 즉, 이것이 물의 분압이 Pr일 때의 이슬점 온도다. 온도 T일 때의 상대습도 H(%)는 분압 P를 이용하여 하기 식 (4)로 표시된다. 또, 하기 식 (4)를 변형하면 하기 식 (5)로 된다.
이때의 이슬점 온도는 상기 식 (3)의 Pr에 상기 식 (5)를 대입하여,
로 된다. 따라서, 온도 T, 상대습도 H일 때의 이슬점 온도는 상기 식 (1)의 우변으로 주어진다.
스크린 제판(11)의 개구부의 형상은 특히 한정되지 않지만, 길이가 156~8mm의 가는 선 형상의 인쇄에 대해 본 발명의 효과는 특히 유효하게 발휘된다. 또한, 스크린 제판(11)의 개구부의 폭은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 60㎛ 이하로 할 수가 있다. 스크린 제판(11)의 개구부의 폭의 하한은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 20㎛로 할 수가 있다. 본 발명의 스크린 인쇄 방법이면, 이러한 스크린 제판의 개구부의 폭이 작은 것을 이용했다고 해도 인쇄 불량이 발생하기 어려워진다. 본 발명자들의 예의 연구의 결과, 스크린 인쇄기의 인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%), 인쇄물의 폭을 w(㎛)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k＇은 이슬점 온도(℃)와 동일하고,
8.2＜k＇＜18.0으로 되도록 하면, 인쇄가 안정한 것이 판명되었다.
k＇의 선폭 의존항의 의미
하기 식 (7)
로 표시되는 k＇은 원래는 하기 식 (8)
로 표시되는 것이고, 상기 식 (8)에 하기 식 (9) 및 (10)
으로 표시되는 근사치를 대입한 것이다.
［태양전지］
다음에, 상기 스크린 인쇄 방법을 이용한 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법에 의해 전극을 형성할 수가 있는 태양전지의 일례를 설명한다.
전술한 것처럼, 도 7은 기판으로서 n형 실리콘 기판을 이용한 경우의 일반적인 태양전지의 단면 모식도이다. 도 7에 나타내듯이, 태양전지(50)는 반도체 기판(n형 실리콘 기판)(51)에 대해, 수광면측에는 수광면 확산층(p형 확산층)(52)이 설치되고, 이면측에는 이면 확산층(n형 확산층)(53)이 설치되어 있다. n형 확산층(53)은 BSF(back surface field)층이라고도 한다. p형 확산층(52) 상에는 수광면 전극(55)이 설치되고, n형 확산층(53) 상에는 이면 전극(56)이 설치되어 있다. 또, 수광면측에 SiN(질화실리콘) 등의 반사방지막(57)이 설치되어 있다. 이 반사방지막(57)은 패시베이션막으로서 작용할 수도 있다. 또, 이면측에도 SiN 등의 패시베이션막(58)을 설치할 수가 있다.
［태양전지의 제조 방법］
다음에, 태양전지의 제조 방법을 설명하고, 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법을 설명한다. 본 발명의 전극 형성 방법은 여러 가지 태양전지에 적용할 수가 있다. 본 발명의 전극 형성 방법을 적용할 수 있는 태양전지는 도 7에 도시한 것에 한정되지 않고, 이하에 설명하는 태양전지의 제조 프로세스 이외에도 적용할 수 있다.
여기서, 도 7에 나타내는 태양전지의 제조 공정을 설명한다. 우선, 반도체 기판(51)을 준비한다. 이 반도체 기판(51)은 단결정 또는 다결정 실리콘 등으로 이루어지고, p형, n형 어느 것이라도 좋지만, 붕소 등의 p형의 반도체 불순물을 포함하고, 비저항은 0.1~4.0Ω·cm의 p형 실리콘 기판이 이용되는 경우가 많다. 크기는 가로세로 100~156mm, 두께는 0.05~0.30mm인 판상의 것이 매우 적합하게 이용된다. 이하, n형 실리콘 기판을 이용한 태양전지의 제조 방법을 예를 들어 설명한다.
n형 실리콘 기판(51)을 준비한 후, 태양전지의 수광면으로 되는 n형 실리콘 기판(51)의 표면에, 예를 들면 산성 용액 중에 침지하여 슬라이스 등에 의한 표면의 손상을 제거하고 나서, 또한 알칼리 용액으로 화학 에칭하여 세정, 건조함으로써, 텍스쳐(texture)라고 불리는 요철 구조를 형성한다. 요철 구조는 태양전지 수광면에 있어서 광의 다중반사를 발생시킨다. 그 때문에, 요철 구조를 형성함으로써, 실효적으로 반사율이 저감하여 변환효율이 향상된다.
그 후 예를 들면 BBr3 등을 포함하는 850~1000℃의 고온 가스 중에 n형 실리콘 기판(51)을 설치하고, n형 실리콘 기판(51)의 전면에 붕소 등의 p형 불순물 원소를 확산시키는 기상확산법에 의해, 시트 저항이 30~300Ω／□ 정도의 p형 확산층(52)을 수광면에 형성한다. 또한, p형 확산층을 기상확산법에 의해 형성하는 경우에는 n형 실리콘 기판의 수광면뿐만이 아니라 이면 및 단면에도 p형 확산층이 형성되는 경우가 있다. 이 경우에는 이 p형 확산층을 남길 필요가 있는 수광면을 내산성 수지로 피복한 p형 실리콘 기판을 불질산 용액 중에 침지함으로써, 이면 및 단면에 형성된 불요한 p형 확산층을 제거할 수가 있다. 그 후 예를 들면 희석한 불산 용액 등의 약품에 침지시킴으로써, 확산시에 n형 실리콘 기판의 표면에 형성된 유리층을 제거하고 순수로 세정한다.
그 후 850~1000℃의 산소 가스 중에 n형 실리콘 기판(51)을 설치하여, n형 실리콘 기판(51)의 전면을 열산화하여, 1000Å 정도의 열산화막을 형성한다. 다음에, p형 확산층을 남길 필요가 있는 수광면을 내산성 수지로 피복하고, n형 실리콘 기판(51)을 불산 용액 중에 침지함으로써, 이면에 형성된 열산화막을 제거할 수가 있다. 여기서, 형성된 수광면측의 열산화막은 n형 불순물 확산에 있어서의 배리어막(barrier film)으로서 기능한다.
그 후 예를 들면 POCl3 등을 포함하는 850~1000℃의 고온 가스 중에 n형 실리콘 기판(51)을 설치하여, n형 실리콘 기판(51)의 이면에 인 등의 n형 불순물 원소를 확산시키는 기상확산법에 의해, 시트 저항이 30~300Ω／□ 정도의 n형 확산층(53)을 이면에 형성한다. 그 후 예를 들면 희석한 불산 용액 등의 약품에 침지시킴으로써, 확산시에 n형 실리콘 기판의 표면에 형성된 유리층을 제거하고 순수로 세정한다.
또한, n형 확산층(53) 및 p형 확산층(52)을 형성하는 방법은 상기 기상확산법에 한정되지 않고, n형 또는 p형의 불순물을 포함하는 도포제를 기판에 도포하여 열처리하는 방법(도포확산법)을 이용할 수도 있다.
다음에, 플라스마 에칭에 의해 기판 측면을 접합 분리한다. 이 플라스마 에칭에 의한 접합 분리는 n형 불순물 원소의 확산시에 n형 실리콘 기판의 표면에 형성된 유리층의 제거 전에 행해도 좋고, 제거 후에 행해도 좋다.
또한, 상기 n형 실리콘 기판(51)의 수광면측에 반사방지막 겸 패시베이션막(57)을, 이면측에 패시베이션막(58)을 형성한다. 이들 막은 예를 들면 SiN 등으로 이루어지고, 예를 들면 SiH4와 NH3의 혼합 가스를 N2로 희석하고, 글로우 방전 분해로 플라스마화시켜 퇴적시키는 플라스마 CVD법 등으로 형성된다. 이 반사방지막 겸 패시베이션막(57)은 n형 실리콘 기판과의 굴절률 차 등을 고려하여, 굴절률이 1.8~2.3 정도로 되도록 형성되고, 두께 500~1000Å 정도의 두께로 형성되고, n형 실리콘 기판의 표면에서 광이 반사하는 것을 방지하여, n형 실리콘 기판 내에 광을 유효하게 취해 넣기 위해 설치된다. 또, 이 SiN은 p형 확산층에 대해 패시베이션 효과가 있는 패시베이션막으로서도 기능하여, 반사방지의 기능과 아울러 태양전지의 전기 특성을 향상시키는 효과가 있다.
다음에, 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법을 이용하여 전극을 형성한다. 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법은 상기 본 발명의 스크린 인쇄 방법을 이용하여, 반도체 기판(51)의 적어도 일방의 주표면에 상술의 페이스트(16)를 스크린 인쇄하고, 당해 스크린 인쇄된 페이스트(16)를 건조 및 소성함으로써 전극을 형성하는 방법이다. 이러한 태양전지의 전극 형성 방법이면, 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정함으로써 스크린 제판 상의 페이스트의 건조를 방지하여, 페이스트 토출을 안정시킴으로써, 어스펙트비가 높은 전극을 용이하게 형성할 수가 있다. 따라서, 이러한 태양전지의 전극 형성 방법을 이용하면, 높은 전기 특성 및 높은 변환효율을 가지는 태양전지를 수율 좋게 제작할 수가 있다.
페이스트(16)는 예를 들면 수광면 및 이면에 스크린 인쇄할 수가 있다. 이 경우 스크린 인쇄하는 순번은 특히 한정되지 않는다. 이 경우 이면의 페이스트 및 수광면의 페이스트의 소성은 동시에 행할 수도 있고, 따로따로 행할 수도 있다.
구체적으로는 우선, 이면에, 예를 들면 은 입자와 유리프릿과 니스 등을 포함하는 도전성 은 페이스트를 본 발명의 스크린 인쇄 방법을 이용하여 스크린 인쇄하고 건조시킨다. 이때의 인쇄 패턴은 특히 한정되지 않지만, 대략 평행하게 기판의 양단을 잇는 가는 선 형상으로 할 수가 있다. 즉, 기판 크기에 따르지만, 길이 156~100mm의 평행선 모양 패턴으로 할 수 있다. 인쇄 패턴의 폭도 특히 한정되지 않지만, 60㎛ 이하로 하면 본 발명의 효과가 특히 발휘되어 바람직하다. 그런 후, 수광면에 도전성 은 페이스트를 본 발명의 스크린 인쇄 방법을 이용하여 스크린 인쇄하고 건조시킨다. 수광면의 인쇄 패턴도 이면과 마찬가지로 적당히 설정할 수가 있다. 이후 각 전극용 페이스트를 500℃~950℃ 정도의 온도로 소성함으로써 수광면 전극(55)과 이면 전극(56)을 형성한다. 이때 실리콘 기판 표면에 상기와 같이 SiN 등의 막을 형성하고 있어도, 소성시에 막을 관통시켜 전극 형성할 수 있다(fire through).
형성하는 전극의 종류는 특히 한정되지 않지만, 형성하는 전극을 핑거 전극으로 하고, 당해 핑거 전극의 어스펙트비를 0.5 이상 1.0 이하로 할 수가 있다. 본 발명의 태양전지의 전극 형성 방법이면, 인쇄한 페이스트의 비대 혹은 긁힘이 생기기 어려우므로, 이러한 어스펙트비가 높은 핑거 전극을 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 본 발명에 의해, 반도체 기판의 적어도 일방의 주표면에 핑거 전극을 형성하기 위한 페이스트 및 버스바 전극을 형성하기 위한 페이스트를 동시에 인쇄하여, 핑거 전극 및 버스바 전극을 형성할 수도 있다. 버스바 동시 형성의 경우는 버스바 개수에 따라 핑거 길이가 변화한다. 버스바 개수는 2개에서 12개 정도가 매우 적합하고, 핑거 길이는 76mm~8mm로 되지만, 이 길이에서도 본 발명의 효과는 발휘된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
결정면 방위 (100), 가로세로 15.6cm, 두께 200㎛, 애즈슬라이스(as slice) 비저항 2Ω·cm(도펀트 농도 7.2×1015cm－3) 인 도프 n형 단결정 실리콘 기판을, 수산화나트륨 수용액에 침지하여 손상층을 에칭으로 없애고, 수산화칼륨 수용액에 이소프로필 알코올을 가한 수용액에 침지하여 알칼리 에칭함으로써 텍스쳐 형성을 행하였다. 얻어진 실리콘 기판 전체를 1000℃·1시간 열처리하여 산화막을 형성하였다. 다음에, 수광면의 산화막을 불산 등의 약액을 이용하여 제거하고, 수광면에 붕소 도펀트를 포함하는 도포제를 도포한 후에, 950℃·1시간 열처리를 행하여 p형 확산층을 수광면에 형성하였다. 열처리 후, 기판에 붙은 유리 성분은 불산 용액 등에 의해 제거 후 세정하였다.
재차, 실리콘 기판 전체에 실리콘 산화막을 형성하고, 이면의 실리콘 산화막을 불산 등의 약액을 이용하여 제거하고, 이면에 인 불순물을 포함하는 도포제를 도포한 후에, 900℃·30분 열처리를 행하여 n형 확산층을 이면 전체에 형성하였다.
다음에, 플라스마 에칭에 의해 기판 측면을 접합 분리하였다. 구체적으로는 확산 열처리 후의 양면에 확산층을 형성한 기판을 플라스마나 라디칼이 수광면이나 이면에 침입하지 않게 스택(stack)하고, CF4 가스를 이용한 플라스마 에칭 처리를 행하여 기판의 단면을 수 마이크로미터 깎았다.
다음에, 기판에 붙은 유리 성분을 고농도 불산 용액 등에 의해 제거 후 세정하였다.
이어서, 다이렉트 플라스마 CVD 장치를 이용하여 수광면 및 이면에 표면 보호막인 실리콘 질화막을 적층하였다. 이 막두께는 100nm였다.
마지막으로, 온도 25℃ 일정인 하에서, 인쇄기 내의 습도를 가습기에 의해 45%RH로 조정하고, 수광면측 및 이면측에 각각 은 페이스트(헤레우스주식회사제, SOL 9350A SOLAR CELL PASTE(이것은 은 입자, 2－(2－부톡시에톡시)에탄올 및 그 외의 첨가물을 포함한다))를 전극 패턴 모양으로 인쇄하고, 핑거 전극 패턴 모양 및 버스바 전극 패턴 모양의 은 페이스트를 형성하였다. 핑거 개구폭은 60㎛로 하였다. 이 은 페이스트의 건조 후 800℃에서 20분 소성을 행하여 수광면 전극 및 이면 전극을 형성하였다. 인쇄 도중에 핑거 전극 패턴 영역 외에는 비어져 나온 판유제(版乳劑) 상의 페이스트를 중앙으로 모으는 작업의 빈도는 인쇄 500매마다 행하였다.
(실시예 2)
인쇄기 내의 습도를 50%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 3)
인쇄기 내의 습도를 54%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 4)
인쇄기 내의 습도를 14%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 5)
인쇄기 내의 습도를 21%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예6)
인쇄기 내의 습도를 33%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 7)
인쇄기 내의 습도를 63%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 8)
인쇄기 내의 습도를 65%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 9)
인쇄기 내의 습도를 70%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
표 1 및 도 3~도 6에 상기 실시예 1~9의 방법으로 도전성 페이스트를 인쇄하여 제작한 태양전지 각각 5000매씩의 변환효율 및 각 특성 인자의 평균치를 나타낸다. 도 3은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 변환효율 Eff(%)의 관계를 나타내는 도이다. 도 4는 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 개방 전압 Voc(mV)의 관계를 나타내는 도이다. 도 5는 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 단락 전류 밀도 Jsc(mA/cm2)의 관계를 나타내는 도이다. 도 6은 실시예 1~9에 있어서의 인쇄기 내의 상대습도(%RH)와 필팩터(Fill Factor)(%)의 관계를 나타내는 도이다. 또, 대응하는 외관 검사에서의 수율의 조사 결과를 도 10에 나타낸다. 단선이나 전극 비대가 발생한 것을 불량으로 하였다.
표 1 및 도 3~도 6에 나타내듯이, 본 발명의 스크린 인쇄 방법(실시예 1~9)을 이용함으로써 높은 변환효율을 가지는 태양전지를 제작할 수가 있다. 특히 실시예 1~3에서 양호한 결과가 얻어졌다. 이것은 인쇄 영역으로부터 비어져 나온 페이스트 표면의 수분량의 변화에 의한 국소적인 페이스트 점도의 증대가 억제됨으로써, 페이스트의 안정한 토출량이 얻어지는 것에 의한 것이다. 이러한 스크린 인쇄 방법이면, 상기와 같이 태양전지의 전기 특성이 향상됨과 아울러, 외관 검사에서의 수율도 향상된다. 한편, 습도가 높아짐에 따라 Jsc가 저하하는 경향이 있는 것으로부터, 페이스트 점도의 저감에 의한 핑거 폭의 비대, 즉 어스펙트비의 저하를 일으키지 않게 하기 위해서는 적당한 가습(실시예 1~3)이 보다 바람직하다고 하는 것을 알 수 있다. 습도 30% 이상 65% 이하에서 외관 수율은 높아졌다. 습도 30% 이상에서는 주로 단선이 발생하기 어려워지고, 습도 65% 이하에서는 주로 선 비대가 발생하기 어려워졌기 때문이다. 외관의 관점에서는 습도는 30%~65%가 매우 적합하다.
(비교예)
인쇄기 내의 습도를 조정하지 않는 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다. 비교예에서는 습도가 고르지 않아 페이스트의 토출량을 제어할 수 없어 페이스트의 인쇄성이 악화되었다. 그 때문에 실시예 1과 마찬가지의 조건(습도의 조건을 제외한다)에서는 태양전지를 5000매 제작할 수가 없었다.
(실시예 10)
인쇄기 내의 온도를 15℃, 습도를 14~90%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 11)
인쇄기 내의 온도를 35℃, 습도를 14~54%RH로 조정한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
(실시예 12)
핑거 개구폭을 40㎛로 한 외에는 실시예 1~9와 마찬가지의 공정을 행하여 태양전지를 제작하였다.
실시예 1~12의 결과를 모아 도 11에 나타낸다. 저온에서는 고습에서, 고온에서는 저습에서 변환효율이 높아져 있다. 또, 선폭이 작으면 습도의 최적 범위가 좁다.
인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%), 인쇄물의 폭을 w(㎛)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k＇에 대해,
얻어진 데이터를 대입하여 다시 그린 것이 도 12이다. 도 11에서는 온도가 변화하면 최적 습도가 변화하고 있었지만, 본 발명에 있어서의 이슬점 온도에 상당하는 파라미터 k＇을 도입함으로써 습도, 선폭을 일원적으로 규격화할 수가 있었다. 도 12로부터 k＇의 최적치는 8.2＜k＇＜18.0으로 할 수 있다.
본 발명에 의해, 스크린 인쇄 장치 내에서의 습도를 조정함으로써, 태양전지의 도전성 페이스트 인쇄시의 페이스트의 토출량이 안정하여, 높은 변환효율을 가지는 태양전지를 제작 가능하다는 것이 밝혀졌다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이고, 본 발명의 청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 마찬가지의 작용효과를 가져오는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
Claims (14)
- 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판과, 스크레이퍼와, 스퀴지를 구비한 스크린 인쇄기를 이용하여, 상기 스크린 제판의 상면에 공급된 페이스트를, 상기 스크레이퍼에 의해 상기 스크린 제판의 개구부에 충전한 후에, 상기 스퀴지에 의해 상기 스크린 제판의 개구부로부터 피인쇄물의 소정 위치에 상기 페이스트를 압출함으로써, 상기 피인쇄물에 상기 인쇄 패턴에 대응하여 상기 페이스트를 스크린 인쇄하는 방법으로서,
상기 스크린 인쇄할 때에 상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항에 있어서,
상기 스크린 인쇄할 때에 상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정함으로써, 상기 스크린 인쇄기 내의 이슬점 온도를 8.2~18.0℃로 하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스크린 인쇄기의 인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k가 8.2＜k＜18.0으로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 상대습도로 30~65% 사이로 조정하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크린 인쇄기 내의 습도를 상대습도로 50±5% 이내로 조정하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 페이스트는 지방족 탄화수소계 용제, 카비톨계 용제, 셀로솔브계 용제, 고급 지방산 에스터계 용제, 고급 알코올계 용제, 고급 지방산계 용제 및 방향족 탄화수소계 용제로부터 선택되는 1종 이상의 유기용제를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크린 제판의 개구부의 형상을 가는 선 형상으로 하고, 길이 방향의 길이를 156~8mm로 하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크린 제판의 개구부의 폭을 60㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스크린 인쇄기의 인쇄기 내 온도를 T(℃), 인쇄기 내 상대습도를 H(%), 인쇄물의 폭을 w(㎛)로 했을 때, 다음 식으로 정의되는 k＇이 8.2＜k＇＜18.0으로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 스크린 인쇄 방법을 이용하여, 반도체 기판의 적어도 일방의 주표면에, 상기 페이스트를 스크린 인쇄하고, 당해 스크린 인쇄된 페이스트를 건조 및 소성함으로써 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 형성하는 전극을 핑거 전극으로 하고, 당해 핑거 전극의 어스펙트비를 0.5 이상 1.0 이하로 하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법. - 인쇄 패턴에 대응하는 개구부가 설치된 스크린 제판과, 상기 스크린 제판의 상면에 공급된 페이스트를 상기 스크린 제판의 개구부에 충전하는 스크레이퍼와, 상기 스크린 제판의 개구부로부터 피인쇄물의 소정 위치에 상기 페이스트를 압출하는 스퀴지와, 스크린 인쇄기 내의 습도를 조정하는 습도 조정기를 구비한 것인 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄기.
- 제12항에 있어서,
적어도, 상기 스크린 제판과 상기 스크레이퍼와 상기 스퀴지를 포함하는 공간은 판상 부재로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄기. - 제13항에 있어서,
상기 판상 부재의 재질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 폴리스티렌, ABS(아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 메타크릴 수지, 폴리비닐알코올, 염화비닐리덴 수지, 폴리카보네이트, 멜라민 수지, 유레아 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸펜텐, 환상 올레핀 코폴리머, MBS(메틸메타크릴레이트·부타디엔·스티렌) 수지, SBC(스티렌·부타디엔 공중합) 수지, 폴리메타크릴스티렌, 폴리에스터카보네이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴술폰 및 유리의 어느 것인 것을 특징으로 하는 스크린 인쇄기.
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