KR20190143435A - 태양전지 및 태양전지의 제조방법 - Google Patents

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고이치 가미사코
겐이치 고바야시
히데토시 고미야
쇼고 마쓰이
미쓰기 마쓰시타
가쓰야 아라이
미에코 스가와라
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노우코우다이 티엘오 가부시키가이샤
아토비무 가부시키가이샤
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Abstract

(목적)본 발명은, 태양전지 및 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 은의 사용량을 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없게 하는 것을 목적으로 한다.
(구성)기판 위에 빛 등을 조사하였을 때에 고전자농도를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 상기 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 형성된 전자취출구로부터 전자를 꺼내는 버스바 전극을 구비하는 태양전지에 있어서, 버스바 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트에 글라스 프릿으로서 도전성 글라스를 중량비로 20%에서 70% 혼입하여 소성함으로써 버스바 전극을 형성하여, 도전성 페이스트의 사용량을 감소시키는 것이다.

Description

태양전지 및 태양전지의 제조방법{SOLAR CELL AND PROCESS OF MANUFACTURE OF SOLAR CELL}
본 발명은, 기판(基板) 위에 빛(光) 등을 조사(照射)하였을 때에 고전자농도(高電子濃度)를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막(絶緣膜)을 형성하고, 절연막에 형성된 전자취출구(電子取出口)로부터 전자를 꺼내는 버스바 전극(bus bar 電極)을 구비하는 태양전지(太陽電池) 및 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
종래에 있어서 재생 가능한 에너지를 이용하는 것 중의 하나인 태양전지는, 20세기의 주역인 반도체 기술을 기초로 하여 그 개발이 이루어지고 있다. 인류의 생존을 좌우하는 지구 차원의 중요한 개발이다. 그 개발의 과제는, 태양광을 전기 에너지로 변환하는 효율뿐만 아니라 제조비용의 절감 및 무공해라는 과제에도 대처하면서 진행되고 있다. 이들을 실현하는 대책은, 특히 전극(電極)에 사용되고 있는 은(Ag)이나 납(Pb)의 사용량을 감소시키거나 또는 없게 하는 것이 중요하다고 되어 있다.
일반적으로 태양전지의 구조는, 도7의 (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 표면 반사를 방지하는 절연체 박막(絶緣體 薄膜)인 질화 실리콘(窒化 silicon)(45), 실리콘 기판(43) 중에 발생한 전자(電子)를 꺼내는 핑거 전극(finger 電極)(42), 핑거 전극(42)에서 꺼낸 전자를 모으는 버스바 전극(41), 버스바 전극(41)에 모인 전자를 외부로 꺼내는 인출리드 전극(引出lead 電極)(47)의 각 요소로 하여 구성되어 있다.
이 중에서 버스바 전극(41) 및 핑거 전극(42)에 은 및 납(납 글라스(lead glass))이 사용되고 있는데, 이것의 은의 사용량을 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 혹은 없게 하여 저비용 또한 무공해로 하는 것이 기대되고 있었다.
상기한 종래의 도7의 태양전지의 구성요소 중에서 핑거 전극(42) 등에 은 및 납(바인더(binder)로서의 납 글라스)이 사용되고 있고, 이것의 은의 사용량을 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없게 하여, 태양전지의 제조비용의 절감 또한 무공해로 한다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 은의 사용량을 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없게 하기 위하여 태양전지의 구성요소인 버스바 전극 등을 형성하는 데에, 은페이스트 중에 바나딘산염 글라스(이하, 도전성의 NTA 글라스라고 한다("NTA"는 일본국 등록상표 5009023호))를 소결조제로서 혼입하여 소성함으로써, 은 및 납(납 글라스)의 사용량을 감소시키거나 또는 없게 하는 것을 가능하게 하였다.
그 때문에 본 발명은, 기판 위에 빛 등을 조사하였을 때에 고전자농도를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 영역의 위에 빛 등을 투과하는 절연막을 형성하고, 절연막에 형성된 전자취출구로부터 전자를 꺼내는 버스바 전극(버스 전극)을 구비하는 태양전지에 있어서, 버스바 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트에 글라스 프릿으로서 도전성 글라스를 중량비로 20%에서 70% 혼입하여 소성함으로써 버스바 전극을 형성하여, 도전성 페이스트의 사용량을 감소시키도록 하고 있다.
이 때에 도전성 글라스는, 적어도 바나듐 혹은 바나듐과 바륨을 포함하는 바나딘산염 글라스로 하도록 되어 있다.
또한 도전성 글라스를 혼입하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 몇 초 이상으로 하도록 되어 있다.
또한 도전성 글라스는 무연으로 하도록 되어 있다.
또한 소성하여 형성된 버스바 전극의 위에 리드 전극을 형성하도록 되어 있다.
본 발명은, 상기한 바와 같이 도전성의 NTA 글라스를 은페이스트 중에 소성조제로서 혼입하여 소성함으로써, 종래의 은페이스트 중의 은의 사용량을 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 이용량을 감소시키거나 또는 없게 할 수 있었다. 이들은 다음과 같은 특징이 있다.
첫 번째, 태양전지의 버스바 전극(은전극)을 형성하는데에 도전성의 바나딘산염 글라스인 NTA 글라스(일본국 등록상표 제5009023호, 일본국 특허 제5333976호)를 은페이스트의 소결조제로서 사용하여, Ag의 사용량을 감소시키고 또한 납(납 글라스)의 사용량을 감소 내지 없게 할 수 있었다.
두 번째, 소결조제인 NTA 글라스의 은페이스트 중의 중량비율을 20%∼70%의 범위에서 사용하는 것에 있다. 태양광 에너지를 전자 에너지로 변환하는 효율을 떨어뜨리지 않고 버스바 전극으로서의 효과를 발휘하는 전극 형성이 실험에 의하여 확인되었다. 이것은 NTA 글라스가 (1)도전성을 구비하는 것, (2)은페이스트에 혼입함으로써 은을 글라스로부터 분리하여 모음으로써 도전성이 개선된 것, (3)종래 글라스의 침상결정(針狀結晶)의 성장을 억제하여 Ag에 의한 도전성이 개선된 것, (4)버스바 전극 형성에 사용하는 소결조제를, 파이어링 현상(firing 現象)을 발생시키지 않는 NTA 글라스를 사용하여 변환효율의 감소를 없게 하는 것(하기의 세 번째, 네 번째를 참조) 등을 할 수 있는 것 등에 의한다고 고찰된다.
세 번째, 은입자(銀粒子) 등에 접촉되어 있는 NTA 글라스가 고저항의 결정을 형성하지 않는 소결 프로세스 조건 중에서 소결되는 것에 있다. 고저항 결정(예를 들면 상기 침상결정)이 형성되면, 핑거 전극으로부터 버스바 전극을 통과할 때에 전자의 이동이 적절하게 이루어지지 않아 에너지의 변환효율을 떨어뜨리게 되지만, 고저항 결정의 발생을 적게 하는 하나의 방법으로서 단시간(예를 들면 길어도 1분간 이내)에 소결공정을 완료함으로써 해결할 수 있었다고 생각된다.
네 번째, 종래와 달리, 핑거 전극의 형성과 버스바 전극의 형성을 서로 다른 글라스 프릿을 함유한 은페이스트를 사용하는 것에 있다. 종래의 핑거 전극의 형성에 있어서는 파이어링이라고 불리는 현상을 발생시킬 필요가 있었다. 이것은, 은의 소결조제로서 사용하고 있는 글라스 프릿 중의 성분분자 예를 들면 납 글라스 중의 납 분자의 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 파이어링 현상은 필요하지 않다. 종래에는 버스바 전극도 납성분을 포함한 납 글라스를 소결조제로 하여 소결시키고 있었기 때문에, 구조는 다르지만 버스바 전극과 실리콘 기판과의 전기적인 도통로(導通路)가 형성되어 변환효율을 감소시키는 것으로 되어 있었다. 버스바 전극 형성에 사용하는 소결조제로서 파이어링 현상이 발생하지 않는 NTA 글라스를 사용함으로써 변환효율의 감소를 없게 할 수 있었다.
다섯 번째, 은 분말 재료의 사용에 의한 태양전지의 고비용(원재료 비용이 높다)의 문제가 있다. 또한 은 재료의 지나친 수요에 따라 재료조달의 문제도 부상하고 있다. 도전 글라스인 NTA 글라스의 함유비율을 20% 내지 70%로 대폭적으로 증가시키고 그 분량만큼의 은의 양을 적게 한 은페이스트를 사용하더라도 변환효율을 감소시키지 않고 태양전지를 제작할 수 있다는 것은 산업계에 큰 영향을 미친다고 생각한다.
여섯 번째, (5)종래의 버스바 전극의 형성에 사용하고 있었던 납 글라스의 사용을 없게 하는 것 즉 무연(無鉛 : lead free)으로 할 수 있었다. 이에 따라 납 공해의 환경문제를 전무(全無)로 할 수 있다.
도1은, 본 발명의 1실시예의 구조도(공정의 완성도 : 단면도)이다.
도2는, 본 발명의 동작설명의 플로우차트이다.
도3은, 본 발명의 상세공정의 설명도(설명도의 1)이다.
도4는, 본 발명의 상세공정의 설명도(설명도의 2)이다.
도5는, 본 발명의 상세 설명도(버스바 전극의 상세)이다.
도6은, 본 발명의 설명도(버스바 전극)이다.
도7은, 종래기술의 설명도이다.
도8은, 본 발명의 다른 실시예 플로우차트이다.
도9는, 본 발명의 버스바 전극 위의 땜납·리드선의 개략 구조도이다.
도10은, 본 발명에 있어서 NTA 글라스의 버스바 전극과의 땜납의 밀착(접착)성의 실험결과 예이다.
도11은, 본 발명의 Sn-Ag 땜납의 납땜사진(A)이다.
도12는, 본 발명의 Sn-Ag 땜납의 납땜사진(B)이다.
도13은, 본 발명의 Sn-Zn 땜납의 납땜사진(C)이다.
도14는, 본 발명의 Sn-Pb 땜납(플럭스 유)의 납땜사진(D)이다.
도15는, 본 발명의 Sn-Pb 땜납(플럭스 유)의 납땜사진(E)이다.
도16은, 본 발명의 Sn-Pb 땜납(플럭스 무)의 납땜사진(F)이다.
(실시예1)
도1은, 본 발명의 1실시예의 구조도(공정의 완성도 : 단면도)를 나타낸다.
도1에 있어서 실리콘 기판(silicon 基板)(11)은, 공지의 반도체의 실리콘 기판이다.
고전자농도영역(高電子濃度領域)(확산도핑층(擴散doping層))(12)은, 실리콘 기판(11)의 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(finger 電極)(은(銀)))(14)에 의하여 상측방향으로 꺼내지는 것이다(발명의 효과를 참조).
절연막(絶緣膜)(질화 실리콘막(窒化 silicon膜))(13)은, 태양광을 통과(투과)시키고 또한 버스바 전극(bus bar 電極)(15)과 고전자농도영역(12)을 전기적으로 절연시키는 공지의 막이다(발명의 효과를 참조).
전자취출구(핑거 전극(은))(14)는, 고전자농도영역(12) 중에 축적된 전자를 절연막(13)에 형성된 구멍을 통하여 꺼내는 입구(핑거 전극)이다(발명의 효과를 참조).
버스바 전극(전극1(은))(15)은, 복수의 전자취출구(핑거 전극)(14)를 전기적으로 접속시키는 전극으로서, Ag의 사용량을 삭감시키는 대상인 전극이다(발명의 효과를 참조).
이면전극(裏面電極)(전극2(알루미늄(aluminum)))(16)은, 실리콘 기판(11)의 하면에 형성된 공지의 전극이다.
리드선(lead線)(땜납(solder) 형성)(17)은, 복수의 버스바 전극(15)을 전기적으로 연결하여 전자(전류I)를 외부로 꺼내는 리드선이다.
이상의 도1의 구조하에서, 상측으로부터 하측방향으로 태양광을 조사(照射)하면, 태양광은 리드선(17) 및 전자취출구(14)가 없는 부분과 절연막(13)을 통과하여, 실리콘 기판(11)에 입사되어 전자를 발생시킨다. 그 후에 고전자농도영역(12)에 축적된 전자는, 전자취출구(핑거 전극)(14), 버스바 전극(15), 리드선(17)을 통하여 외부로 꺼내어진다. 이 때에 도2부터 도6에서 후술하는 바와 같이 버스바 전극(15)을, 은페이스트(銀paste)에 글라스 프릿(glass frit)으로서 NTA 글라스(도전성 글라스(導電性 glass))를 혼입하여 소성(燒成)하여 형성함으로써, Ag의 사용량을 감소시킬 수 있다. 이하 순차적으로 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 동작설명의 플로우차트를 나타내고, 도3 및 도4는 각 공정의 상세구조를 나타낸다.
도2에 있어서, S1에서는 실리콘 기판을 준비한다.
S2에서는 클리닝(cleaning)을 한다. 이들 S1, S2에서는, 도3의 (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, 도3의 (b)에 나타내는 바와 같이 도3의 (a)에서 클리닝한 실리콘 기판(11) 위에 공지의 확산도핑을 하여 고전자농도영역(12)을 형성한다.
S4에서는 반사방지막(反射防止膜)(질화 실리콘막)을 형성한다. 이것은, 도3의 (c)에 나타내는 바와 같이 도3의 (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 인쇄(screen 印刷)한다. 이것은, 도3의 (d)에 나타내는 바와 같이 도3의 (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 소성(燒成)시켜서 파이어 스루(fire through)시킨다. 이것은, 도3의 (d)에서 스크린 인쇄된 핑거 전극(14)의 패턴(은과 납 글라스의 프릿을 혼입한 것)을 소성하고, 도3의 (e)에 나타내는 바와 같이 질화 실리콘막(13)에 파어어 스루시켜서 그 중에 은(도전성)을 형성한 핑거 전극(14)을 형성한다.
S7에서는 버스바 전극(전극1)을 스크린 인쇄한다. 이것은, 도4의 (f)에 나타내는 바와 같이 도3의 (e)의 핑거 전극(14)을 형성한 후에, 형성되는 버스바 전극(15)의 패턴을 스크린 인쇄한다. 인쇄재료는 예를 들면 은에 프릿으로서 NTA 가스(20%에서 70%)를 혼입한 것을 사용한다.
S8에서는 버스바 전극을 소성시킨다. 이것은, 도3의 (f)에서 스크린 인쇄된 버스바 전극(15)의 패턴(은과 NTA 글라스(20%에서 70%)의 프릿을 혼입한 것)을 소성(소성시간은 길어도 1분 이내, 2∼3초 이상으로 소성)시켜서, 도4의 (g)에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)을 최상층에 형성한다.
S9에서는 이면전극(전극2)을 형성한다. 이것은, 도4의 (h)에 나타내는 바와 같이 실리콘 기판(11)의 하측(이면)에 예를 들면 알루미늄 전극을 형성한다.
S10에서는 리드선을 땜납에 의하여 형성한다. 이것은, 도4의 (i)에 나타내는 바와 같이 도4의 (g)의 버스바 전극을 전기적으로 접속하는 리드선을 땜납에 의하여 형성하여 전기적으로 접속한다.
이상의 공정에 의하여 실리콘 기판에 태양전지(太陽電池)를 형성할 수 있다.
도5는, 본 발명의 상세 설명도(버스바 전극의 소성)를 나타낸다.
도5의 (a)는 버스바 전극을 은 100%, NTA 0%(중량비)로 소성한 예를 도식적으로 나타내고, 도5의 (b)는 버스바 전극을 은 50%, NTA 50%(중량비)로 소성한 예를 도식적으로 나타낸다. 소성시간은, 길어도 1분 이내이고, 2∼3초 이상으로 하였다.
도5의 (a)와 도5의 (b)에서 도면에 나타내는 바와 같이 거의 동일한 구조가 되도록 형성된 태양전지의 시작실험(試作實驗)에서는 하기와 같은 실험결과가 얻어졌다.
태양전지의 변환효율
도5의 (a)의 Ag 100%, NTA 0% 평균 약 17%
도5의 (b)의 Ag 50%, NTA 50% 평균 약 17%
시작실험의 결과는, 버스바 전극의 패턴을 인쇄하는 재료로서 도5의 (a)와, 도5의 (b)에서는 태양전지를 형성하였을 때의 변환효율이 평균 약 17%로 거의 동일한 결과가 얻어져서, Ag를 NTA 글라스(도전성 글라스, 20%에서 70%)로 치환할 수 있는 것을 실험에 의하여 확인할 수 있었다(발명의 효과를 참조). 또한 NTA 글라스는 바나듐(vanadium), 바륨(barium), 철(鐵)로 구성되고, 특히 철은 내부적으로 강하게 결합되어 당해 내부에 머물러 있어, 다른 재료와 혼합되더라도 그 결합성은 극히 작다고 하는 성질을 갖는 것이다(일본국 특허 제5333976호 등을 참조).
도6은 본 발명의 설명도(버스바 전극)를 나타낸다.
도6의 (a)는 전체 평면도를 나타내고, 도6의 (b)는 확대도를 나타낸다.
도6에 있어서 버스바 전극(15)은, 도6의 (a)의 전체 평면도에 나타내는 바와 같이 긴 바(bar) 모양의 전극으로서, 이것을 광학현미경에 의하여 확대하면 도6의 (b)에 나타내는 바와 같은 구조가 관찰되었다.
도6의 (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, 2∼3초 이상의 소성)되었을 경우에는 당해 도6의 (b)에 나타내는 바와 같이 당해 버스바 전극(15)의 양측에 NTA 글라스(특히 바륨)가 입자모양으로 형성되고 또한 당해 버스바 전극(15)의 중앙부분에 Ag가 모여서 형성되는 것이 판명되었다. 그 때문에, 발명의 효과에서 설명한 바와 같이 Ag에 NTA 글라스를 혼입하여 단시간 소성(길어도 1분, 2∼3초 이상의 소성)하면 Ag가 중앙부분에 모여서 도전성이 향상되고(종래에는 Ag는 균일하게 분산되어 있었을 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 17%로서 실험에서는 거의 같은 결과가 얻어졌다.
한편 소성온도는 500℃에서 900℃이지만, 태양전지로서 형성하였을 경우에 최적의 온도를 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다. 지나치게 낮아도 지나치게 높아도 도6의 (b)와 같은 구조가 얻어지지 않아, 실험에 의하여 결정하는 것이 필요하다.
도8은, 본 발명의 다른 실시예의 플로우차트를 나타낸다. 이것은, 버스바 전극(15)에 리드선(리드 전극)(17)을 초음파 납땜할 때의 순서를 나타낸 것이다.
도8에 있어서 S21에서는 핑거 전극을 형성한다. 이것은 도1부터 도6에서 이미 설명한 핑거 전극(14)을 형성한다.
S22에서는 버스바 전극을 형성한다. 이것은 도1부터 도6에서 이미 설명한 버스바 전극(15)을 형성한다.
S23에서는 땜납 재료를 접착한다. 이것은, S22에서 형성된 버스바 전극(15)의 표면에 땜납을 예비용착(pre-deposition)시켜서, 리드선(17)의 초음파 납땜을 하기 쉽게 한다. 한편 반드시 땜납을 예비용착시킬 필요는 없지만, 땜납에 의한 밀착성을 확실하게 하기 위하여 실시하는 작업이다.
S24에서는 리드선을 접착한다. 이것은, S22, S23에서 형성된 버스바 전극(15)(예비땜납(pre-solder) 유 또는 예비땜납 무)에 리드선(예비땜납 유 또는 예비땜납 무)(17)을 초음파 납땜을 한다. 초음파 납땜은, 실온으로부터 땜납의 용융온도 이하로 버스바 전극(15)을 예비가열한 상태에서, 초음파 땜납 인두의 인두 팁(iron tip)에 초음파를 공급하면서 땜납을 당해 인두 팁에 공급하고(예비땜납하였을 경우에는 땜납을 공급하거나 공급하지 않는 경우가 있다), 버스바 전극(15)과 리드선(17)을 땜납에 의하여 접착(용착)시켜서 밀착성을 매우 양호하게 한다(후술한다). 초음파를 공급하지 않을 때에는, 버스바 전극(15)과 리드선(17)을 땜납에 의하여 접착시킬 수 없어, 밀착시킬 수 없었다(후술한다).
이상과 같이 버스바 전극(15)에 리드선(17)을 초음파 납땜함으로써, 버스바 전극(15)에 리드선(17)을 밀착성이 양호하게 접착시킬 수 있었다. 이 때에 버스바 전극(15) 등을 예비가열함으로써, 매우 양호하고 또한 확실하게 초음파 납땜 작업이 가능하게 되었다.
도9는, 본 발명의 버스바 전극 위의 땜납·리드선의 개략 구조도를 나타낸다.
도9의 (a)는 전체 단면도를 나타내고, 도9의 (b)는 리드선(17)의 단면도를 나타낸다. 여기에서 실리콘 기판(11), 버스바 전극(15), 리드선(17)은, 도1의 같은 번호의 것과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
도9의 (a)에 있어서의 땜납(172)은, 버스바 전극(예비가열한다)(15)과 리드선(17)을 초음파 납땜한 후의 상태를 도식적으로 나타낸 것이다. 땜납(172)은, 버스바 전극(15) 위의 전체 면에 밀착되어 리드선(17)에 용착되어 있다.
도9의 (b)에 있어서의 땜납(172)은, 리드선(리드 전극)(17)의 둘레에 미리 예비땜납한 상태를 나타낸다.
구리(171)는, 구리의 리본(ribbon)으로서, 이 둘레에 미리 땜납(172)을 용착시켜서, 버스바 전극(15)과 초음파 납땜하기 쉽게 한 모양을 도식적으로 나타낸다.
이상과 같이 땜납(172)을 구리(171)의 리본의 둘레에 예비땜납한 리드선(17)을 사용하고 또한 버스바 전극(15)을 예비가열(실리콘 기판(11), 버스바 전극(15) 등을 포함하는 태양전지의 전체를 예비가열)한 상태에서 초음파 납땜함으로써, 도면에 나타내는 바와 같이 버스바 전극(15)에 리드선(17)을 밀착성이 양호하게 납땜할 수 있다.
도10은, 본 발명에 있어서 NTA 글라스의 버스바 전극과의 땜납의 밀착(접착)성의 실험결과 예를 나타낸다. 여기에서,
·땜납의 종류는, 납 땜납·플럭스 무, 납 땜납·플럭스 유, 주석·은 함유, 주석·아연 함유의 4종류를 실험하였다.
·주성분은 땜납의 종류에 따른 주된 성분을 나타낸다.
·초음파 인두를 사용하였을 경우의 NTA 글라스와의 밀착성은, OK와 NG의 구별을 나타낸다.
·초음파 인두를 사용하지 않은 경우의 NTA 글라스와의 밀착성은, OK와 NG의 구별을 나타낸다.
이상의 항목에 대하여 실험한 결과를 도10에 나타낸다. 이 도10의 결과에서,
·초음파 땜납 인두를 사용하였을 경우에는, 납 땜납·플럭스 유를 제외하고 다른 모든 땜납의 종류에 대하여 OK의 결과가 얻어져서, 도1부터 도6에 기재된 NTA 글라스의 버스바 전극(15)에 대하여 리드선(17)을 납땜하여 양호하게 밀착시킬 수 있는 것을 실험에 의하여 확인할 수 있었다. 한편 초음파 땜납 인두를 사용하지 않는 경우에는, 모든 땜납의 종류에 대하여 NG의 결과가 얻어졌다.
다음에 도11부터 도16을 사용하여 NTA 50%의 납땜상황(개별소성(個別燒成))의 실험예를 하기와 같이 순차적으로 상세하게 설명한다.
사용 땜납 예비가열 초음파 유무 땜납 인두 팁 온도
도11(A) : SnAg 200℃ 초음파 유 땜납 인두 팁 온도 350℃
도12(B) : SnAg 200℃ 초음파 유 땜납 인두 팁 온도 400℃
도13(C) : SnZn 200℃ 초음파 유 땜납 인두 팁 온도 350℃
도14(D) : SnPb 200℃ 초음파 무 땜납 인두 팁 온도 350℃
(플럭스 유)
도15(E) : SnPb 200℃ 초음파 무 땜납 인두 팁 온도 400℃
(플럭스 유)
도16(F) : SnPb 200℃ 초음파 유 땜납 인두 팁 온도 350℃
(플럭스 무)
도11은, 본 발명의 Sn-Ag 땜납의 납땜사진(A)을 나타낸다.
도11의 (a)는 납땜조건을 나타내고, 도11의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타내고, 도11의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다.
도11의 (a)에 있어서 납땜조건은 하기와 같다.
·사용 땜납 : Sn-Ag 땜납
·초음파 : 유
·인두 팁 온도 : 350℃
·인두 발진출력 : 10W
·예비가열 : 200℃
도11의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타낸다.
도11의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다. 납땜 후의 사진으로부터 판명되는 바와 같이, 도11의 (b)의 납땜 전의 사진에 있어서 세로방향의 폭넓은 버스바 전극(15) 위에 땜납이 폭넓게 용착되고 또한 밀착되어 있는 것이 판명된다.
도11의 (d)는, 동일한 조건에서 초음파 무인 경우에는, 버스바 전극(15)에 납땜을 할 수 없기 때문에 사진 데이터 없음이라고 기재한 것이다.
이상과 같이 Sn-Ag 땜납에서는 초음파 납땜(예비가열 있음)을 양호하게 할 수 있었다. 그리고 이 위에 리드선(17)을 밀착성이 양호하게 초음파 납땜할 수 있었다.
도12는, 본 발명의 Sn-Ag 땜납의 납땜사진(B)을 나타낸다.
도12의 (a)는 납땜조건을 나타내고, 도12의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타내고, 도12의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다.
도12의 (a)에 있어서 납땜조건은 하기와 같다.
·사용 땜납 : Sn-Ag 땜납
·초음파 : 유
·인두 팁 온도 : 400℃
·인두 발진출력 : 10W
·예비가열 : 200℃
도12의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타낸다.
도12의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다. 납땜 후의 사진으로부터 판명되는 바와 같이, 도12의 (b)의 납땜 전의 사진에 있어서 세로방향의 폭넓은 버스바 전극(15) 위에 땜납이 폭넓게 용착되고 또한 밀착되어 있는 것이 판명된다.
도12의 (d)는, 동일한 조건에서 초음파 무인 경우에는, 버스바 전극(15)에 납땜을 할 수 없기 때문에 사진 데이터 없음이라고 기재한 것이다.
이상과 같이 Sn-Ag 땜납에서는 초음파 납땜(예비가열 있음)을 양호하게 할 수 있었다. 그리고 이 위에 리드선(17)을 밀착성이 양호하게 초음파 납땜할 수 있었다.
도13은, 본 발명의 Sn-Zn 땜납의 납땜사진(C)을 나타낸다.
도13의 (a)는 납땜조건을 나타내고, 도13의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타내고, 도13의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다.
도13의 (a)에 있어서 납땜조건은 하기와 같다.
·사용 땜납 : Sn-Zn 땜납
·초음파 : 유
·인두 팁 온도 : 350℃
·인두 발진출력 : 10W
·예비가열 : 200℃
도13의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타낸다.
도13의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다. 납땜 후의 사진으로부터 판명되는 바와 같이, 도13의 (b)의 납땜 전의 사진에 있어서 세로방향의 폭넓은 버스바 전극(15) 위에 땜납이 폭넓게 용착되고 또한 밀착되어 있는 것이 판명된다.
도13의 (d)는, 동일한 조건에서 초음파 무인 경우에는, 버스바 전극(15)에 납땜을 할 수 없기 때문에, 사진 데이터 없음이라고 기재한 것이다.
이상과 같이 Sn-Zn 땜납에서는 초음파 납땜(예비가열 있음)을 양호하게 할 수 있었다. 그리고 이 위에 리드선(17)을 밀착성이 양호하게 초음파 납땜할 수 있었다.
도14는, 본 발명의 Sn-Pb 땜납(플럭스 유)의 납땜사진(D)을 나타낸다.
도14의 (a)는 납땜조건을 나타내고, 도14의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타내고, 도14의 (c)는 납땜 후의 사진을 나타낸다.
도14의 (a)에 있어서 납땜조건은 하기와 같다.
·사용 땜납 : Sn-Pb 땜납(플럭스 유)
·초음파 : 무
·인두 팁 온도 : 350℃
·예비가열 : 200℃
도14의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타낸다.
도14의 (c)는 납땜 후의 사진을 나타낸다. 납땜 후의 사진으로부터 판명되는 바와 같이, 도14의 (b)의 납땜 전의 사진에 있어서 세로방향의 폭넓은 버스바 전극(15) 위에 폭넓게 플럭스가 거품 모양으로 되어 납땜할 수 없는 것이 판명된다.
이상과 같이 Sn-Pb 땜납에서는 초음파 무, 플럭스 유에서는, 플럭스의 거품으로 덮여서 땜납 도금 불가이었다. 그리고 이 위에 리드선(17)도 납땜 불가이었다.
도15는, 본 발명의 Sn-Pb 땜납(플럭스 유)의 납땜사진(E)을 나타낸다.
도15의 (a)는 납땜조건을 나타내고, 도15의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타내고, 도15의 (c)는 납땜 후의 사진을 나타낸다.
도15의 (a)에 있어서 납땜조건은 하기와 같다.
·사용 땜납 : Sn-Pb 땜납(플럭스 유)
·초음파 : 무
·인두 팁 온도 : 400℃
·예비가열 : 200℃
도15의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타낸다.
도15의 (c)는 납땜 후의 사진을 나타낸다. 납땜 후의 사진으로부터 판명되는 바와 같이, 도15의 (b)의 납땜 전의 사진에 있어서 세로방향의 폭넓은 버스바 전극(15) 위에 폭넓게 플럭스가 거품 모양으로 되어 납땜할 수 없는 것이 판명된다.
이상과 같이 Sn-Pb 땜납에서는 초음파 무, 플럭스 유에서는, 플럭스의 거품으로 덮여서 땜납 도금 불가이었다. 그리고 이 위에 리드선(17)도 납땜 불가이었다.
도16은, 본 발명의 Sn-Pb 땜납(플럭스 무)의 납땜사진(F)을 나타낸다.
도16의 (a)는 납땜조건을 나타내고, 도16의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타내고, 도16의 (c)는 납땜 후의 사진을 나타낸다.
도16의 (a)에 있어서 납땜조건은 하기와 같다.
·사용 땜납 : Sn-Pb 땜납(플럭스 무)
·초음파 : 유
·인두 팁 온도 : 350℃
·인두 발진출력 : 10W
·예비가열 : 200℃
도16의 (b)는 납땜 전의 사진을 나타낸다.
도16의 (c)는 납땜 후(초음파 유)의 사진을 나타낸다. 납땜 후의 사진으로부터 판명되는 바와 같이, 도16의 (b)의 납땜 전의 사진에 있어서 세로방향의 폭넓은 버스바 전극(15) 위에 땜납이 폭넓게 용착되고 또한 밀착되어 있는 것이 판명된다.
도16의 (d)는, 동일한 조건에서 초음파 무인 경우에는, 버스바 전극(15)에 납땜을 할 수 없기 때문에, 사진 데이터 없음이라고 기재한 것이다.
이상과 같이 Sn-Pb 땜납(플럭스 무)에서는 초음파 납땜(예비가열 있음)을 양호하게 할 수 있었다. 그리고 이 위에 리드선(17)을 밀착성이 양호하게 초음파 납땜할 수 있었다.
11 : 실리콘 기판
12 : 고전자농도영역(확산도핑)
13 : 절연막(질화 실리콘막)
14 : 전자취출구(핑거 전극)
15 : 버스바 전극
16 : 이면전극
17 : 리드선
171 : 구리
172 : 땜납

Claims (10)

  1. 기판(基板) 위에 빛을 조사(照射)하였을 때에 고전자농도(高電子濃度)를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 상기 영역의 위에 빛을 투과하는 절연막(絶緣膜)을 형성하고, 상기 절연막에 형성된 전자취출구(電子取出口)로부터 전자를 꺼내는 버스바 전극(bus bar 電極)을 구비하는 태양전지(太陽電池)에 있어서,
    상기 버스바 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트(導電性 paste)에 글라스 프릿(glass frit)으로서, 바나듐(vanadium)과 바륨(barium)과 철(鐵)로 구성되는 바나딘산염 글라스(vanadate glass)로서, 상기 바나딘산염 글라스의 전자도전성 또한 내광성을 갖는 도전성 글라스를 중량비로 20%에서 70% 혼입하여 소성(燒成)하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 몇 초 이상으로 하고, 상기 소성 시에 도전성 글라스의 도전성을 개선하여 버스바 전극을 형성하여, 도전성 페이스트로서 상기 도전성 글라스를 20%에서 70% 사용한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 글라스는 무연(無鉛 ; Pb free)인 것을 특징으로 하는 태양전지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소성하여 형성된 버스바 전극의 위에 리드 전극(lead 電極)을 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소성하여 형성된 버스바 전극의 위에 형성된 리드 전극은, 도전성의 리드선(lead線)으로서, 상기 리드선을 상기 버스바 전극에 초음파 납땜하고, 상기 리드선과 상기 버스바 전극을 땜납을 통하여 양호하게 밀착시키는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버스바 전극을 실온으로부터 땜납의 용융온도 이하의 온도로 예비가열한 상태에서, 상기 버스바 전극과 상기 리드선을 초음파 납땜하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
  6. 기판 위에 빛을 조사하였을 때에 고전자농도를 생성하는 영역을 형성함과 아울러 상기 영역의 위에 빛을 투과하는 절연막을 형성하고, 상기 절연막에 형성된 전자취출구로부터 전자를 꺼내는 버스바 전극을 구비하는 태양전지의 제조방법에 있어서,
    상기 버스바 전극을 형성하기 위하여 도전성 페이스트에 글라스 프릿으로서, 바나듐과 바륨과 철로 구성되는 바나딘산염 글라스로서, 상기 바나딘산염 글라스의 전자도전성 또한 내광성을 갖는 도전성 글라스를 중량비로 20%에서 70% 혼입하여 소성하는 공정의 시간은, 길어도 1분 이내, 몇 초 이상으로 하고, 상기 소성 시에 도전성 글라스의 도전성을 개선하여 버스바 전극을 형성하여, 도전성 페이스트로서 상기 도전성 글라스를 20%에서 70% 사용하는 스텝을
    구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 글라스는 무연인 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소성하여 형성된 버스바 전극의 위에 리드 전극을 형성한 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 소성하여 형성된 버스바 전극의 위에 형성된 리드 전극은, 도전성의 리드선으로서, 상기 리드선을 상기 버스바 전극에 초음파 납땜하고, 상기 리드선과 상기 버스바 전극을 땜납을 통하여 양호하게 밀착시키는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버스바 전극을 실온으로부터 땜납의 용융온도 이하의 온도로 예비가열한 상태에서, 상기 버스바 전극과 상기 리드선을 초음파 납땜하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 제조방법.
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