KR20220169784A - 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법 Download PDF

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이준성
김경민
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청주대학교 산학협력단
한빅솔라(주)
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Abstract

본 발명은 태양전지의 전극을 형성하기 위한 스텐실 마스크(Stencil mask) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 전극의 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 함으로 인해 제조비용이 증가하고 내구성이 저하되어 불량발생이 증가하는 단점이 있었던 종래기술의 망사스크린의 단점 및 버스바 전극(busbar electrode)과 핑거 전극(finger electrode) 사이에 열린 개구부가 존재하는 구조로 인해 설계상의 제약이 많고 내구성이 떨어지는 한계가 있었던 종래기술의 스텐실 마스크의 문제점을 해결하기 위해, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하여 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성됨으로써, 수광면적을 최대화하여 광생성 전류 수집을 최적화하고 은 페이스트의 사용량을 절감할 수 있으며, 그것에 의해, 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법{Stencil mask for solar cell electrode in order to embody fine line width and improve durability and method for manufacturing thereof}
본 발명은 태양전지의 전극을 형성하기 위한 스텐실 마스크(Stencil mask) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 일반적으로, 태양전지의 효율을 높이고 제조비용을 절감하기 위하여는 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화는 동시에 은 전극(silver electrode)의 사용량을 절감할 수 있도록 전극의 선폭을 미세화하는 기술이 요구되나, 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 함으로 인해 제조비용이 증가하고 내구성이 저하되어 불량발생이 증가하는 단점이 있었던 종래기술의 망사스크린을 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하기 위해, 망사스크린에 비해 더 좁은 선폭 구현 및 고종횡비의 장점을 가지는 스텐실 마스크를 이용하여 태양전지 전극의 미세선폭을 구현하는 동시에, 버스바 전극(busbar electrode)과 핑거 전극(finger electrode) 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 태양전지의 효율을 높이고 제조비용을 절감하기 위하여는 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화는 동시에 은 전극의 사용량을 절감할 수 있도록 전극의 선폭을 미세화하는 기술이 요구되나, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 열린 개구부가 존재하는 구조로 인해 설계상의 제약이 많고 내구성이 떨어지는 한계가 있었던 종래기술의 스텐실 마스크를 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하기 위해, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 그것에 의해, 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지는 광전효과에 의해 태양광의 빛 에너지를 전기 에너지로 직접 변환시키는 장치로서, 이러한 태양전지의 효율을 높이고 단가를 낮추기 위하여는 전극의 선폭을 미세화하여 은전극(silver electrode)의 사용량을 절감하는 기술이 요구된다.
즉, 태양전지의 전극은, 일반적으로, 버스바 전극(busbar electrode)과 핑거 전극(finger electrode)으로 이루어져 있으며, 각각의 전극은 스크린 인쇄공정 및 망사스크린을 이용하여 형성되고, 그 선폭이 좁을수록 전극의 도포면적이 감소하여 태양광을 더 많이 흡수할 수 있으므로 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이때, 전극의 선폭 감소에 따른 선저항 증가를 방지하기 위해서는 핑거 전극의 단면적이 증가할 수 있도록 높이가 높은 고종횡비의 형상을 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
이와 같이 핑거 전극의 선폭 감소는 은(silver) 페이스트의 사용량을 감소시켜 결과적으로 태양전지 제조비용을 절감할 수 있으므로, 종래, 핑거 전극의 미세화를 위한 기술개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 태양전지의 전극 형성용 마스크 및 그 제조방법에 관한 종래기술의 예로는, 먼저, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2020-0025631호에 제시된 바와 같은 "태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허공보 제10-2020-0025631호는, 태양전지용 전면전극이 형성된 스텐실 마스크로서, 복수 개의 버스 바 전극 개구부 및 각 버스 바 전극 개구부의 사이에 형성된 핑거 전극 개구부를 포함하고, 상기 버스 바 전극 개구부는 다수의 서브 개구부로 이루어지며, 상기 서브 개구부와 핑거 전극 개구부는 레이저 빔의 한 번 이동으로 형성된 선형의 개구부로 구성됨으로써, 버스 바 전극 개구부와 핑거 전극 개구부가 모두 선형으로 형성되어 레이저 빔의 이동 경로를 최적화 내지 최소화하고, 진행방향을 일정하게 하여 이동속도를 높일 수 있으며, 그것에 의해 스텐실 마스크의 제조 시간을 감소할 수 있도록 구성되는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크에 관한 것이다.
또한, 상기한 바와 같이 태양전지의 전극 형성용 마스크 및 그 제조방법에 관한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2019-0086342호에 제시된 바와 같은 "태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크"가 있다.
더 상세하게는, 상기한 한국 공개특허공보 제10-2019-0086342호는, 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 후면전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크로서, 각 후면전극 개구부는 하나의 메인 개구부 및 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 복수 개의 서브 개구부를 포함하여 이루어지고, 상기 서브 개구부는 메인 개구부의 양 측면을 따라 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성되도록 구성됨으로써, 얇은 금속판에 레이저를 이용하여 직접 개구부 패턴을 형성하므로 종래의 스크린 인쇄에 사용되는 메쉬가 필요 없고, 후면전극 인쇄를 위한 마스크의 내구성이 향상되어 사용 시간이 증가하고 비용을 절감할 수 있으며, 단순한 제조공정으로 제조단가 및 제조시간을 절감할 수 있도록 구성되는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크에 관한 것이다.
상기한 바와 같이, 종래, 태양전지의 전극 형성용 마스크 및 그 제조방법에 관한 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
더 상세하게는, 상기한 바와 같이, 태양전지의 전극 형성용 마스크 및 그 제조방법에 있어서, 수광면적 최대화와 광생성 전류 수집 최적화를 통한 태양전지 효율 향상을 위하여는 금속 마스크의 전면 전극패턴 설계를 최적화하여 전극 선폭을 미세화하는 기술이 요구된다.
그러나 기존의 망사스크린을 이용한 방식에서는, 일반적으로, 종래의 망사스크린의 경우, 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 하므로 제조 비용이 증가하고, 이에 더하여, 내구성 저하, 왜곡, 막힘, 찢어짐, 장력 저하 등의 다양한 불량요인이 발생하며, 그로 인해 사용수명이 짧아져 잦은 교체와 생산시간 손실이 발행하는 문제가 있었다.
여기서, 스텐실 마스크를 이용하면 망사스크린에 비해 더 좁은 선폭을 구현 가능하고 고종횡비가 가능한 장점이 있으나, 종래의 스텐실 마스크는, 버스바와 핑거 전극으로 둘러싸인 "H" 형태의 그리드 패턴 설계시 열린 개구부가 발생함으로 인해 스텐실의 설계에 제약이 있고, 내구성에 대한 문제가 해결되어야 하는 문제가 있었다.
즉, "H" 형태의 그리드 패턴을　구현하기　위하여　스텐실 마스크의　개구부 패턴을　설계함에 있어서,　전극의　연결성 및 저항감소와　스텐실 마스크의 내구성　향상을 위하여는 고립된　영역을　회피할　수　있도록　지지대를　적절하게 배치하는 것이 요구되나, 종래기술에 제시된 스텐실 마스크들은 버스바와 핑거 전극간 연결부에서 핑거 전극이 끊어짐 없이 모두 연결됨으로 인해 선폭이 좁은 버스바에서는 사용횟수가 증가함에 따라 끊어짐이 발생되는 문제가 있었다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 망사스크린 및 스텐실 마스크를 이용한 태양전지용 전극 및 그 제조방법의 문제점을 해결하기 위하여는, 비교적 간단한 구성 및 저렴한 비용으로 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하여 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법을 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
한국 공개특허공보 제10-2020-0025631호 (2020.03.10.) 한국 공개특허공보 제10-2019-0086342호 (2019.07.22.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 태양전지의 효율을 높이고 제조비용을 절감하기 위하여는 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화는 동시에 은 전극(silver electrode)의 사용량을 절감할 수 있도록 전극의 선폭을 미세화하는 기술이 요구되나, 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 함으로 인해 제조비용이 증가하고 내구성이 저하되어 불량발생이 증가하는 단점이 있었던 종래기술의 망사스크린을 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하기 위해, 망사스크린에 비해 더 좁은 선폭 구현 및 고종횡비의 장점을 가지는 스텐실 마스크를 이용하여 태양전지 전극의 미세선폭을 구현하는 동시에, 버스바 전극(busbar electrode)과 핑거 전극(finger electrode) 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법을 제시하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 태양전지의 효율을 높이고 제조비용을 절감하기 위하여는 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화는 동시에 은 전극의 사용량을 절감할 수 있도록 전극의 선폭을 미세화하는 기술이 요구되나, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 열린 개구부가 존재하는 구조로 인해 설계상의 제약이 많고 내구성이 떨어지는 한계가 있었던 종래기술의 스텐실 마스크를 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하기 위해, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 그것에 의해, 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법을 제시하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서, 미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및 상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고, 상기 핑거 전극은, 상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크가 제공된다.
여기서, 상기 스텐실 마스크는, 각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
(여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
또는, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
아울러, 본 발명에 따르면, 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서, 미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및 상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고, 상기 핑거 전극은, 상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절된 핑거전극과 단절되지 않은 핑거 전극이 번갈아 반복하여 배치되며, 단절부위에 수직지지대가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크가 제공된다.
여기서, 상기 스텐실 마스크는, 각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
(여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
또는, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
더욱이, 본 발명에 따르면, 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서, 미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및 상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고, 상기 핑거 전극은, 상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되며, 상기 버스바 전극의 개구부를 수평방향으로 좌우로 엇갈리도록 배치하는 것에 의해 상기 핑거 전극의 상하에 각각 인접한 버스바 전극의 개구부 길이를 조절하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크가 제공된다.
여기서, 상기 스텐실 마스크는, 각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
(여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
또는, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
또한, 본 발명에 따르면, 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서, 미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및 상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고, 상기 핑거 전극은, 상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되며, 상기 버스바 전극의 형상이 수직방향으로 긴 형태로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크가 제공된다.
여기서, 상기 스텐실 마스크는, 각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
(여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
또는, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
아울러, 본 발명에 따르면, 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서, 미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및 상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고, 상기 핑거 전극은, 일측이 상기 버스바 전극에 접하여 상기 버스바 전극의 일측에 배치되고, 타측의 버스바 전극과는 접하지 않고 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크가 제공된다.
여기서, 상기 스텐실 마스크는, 각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
(여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
또는, 상기 스텐실 마스크는, 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 스텐실 마스크를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 스텐실 마스크를 이용하여 제조된 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지가 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존의 망사스크린에 비해 더 좁은 선폭 구현 및 고종횡비의 장점을 가지는 스텐실 마스크를 이용하여 태양전지 전극의 미세선폭을 구현하고, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 함으로 인해 제조비용이 증가하고 내구성이 저하되어 불량발생이 증가하는 단점이 있었던 종래기술의 망사스크린을 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하는 동시에, 전극의 선폭을 미세화하여 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화며 은 페이스트의 사용량을 절감하는 것에 의해 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 열린 개구부가 존재하는 구조로 인해 설계상의 제약이 많고 내구성이 떨어지는 한계가 있었던 종래기술의 스텐실 마스크를 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하는 동시에, 전극의 선폭을 미세화하여 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화며 은 페이스트의 사용량을 절감하는 것에 의해 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 태양전지의 효율을 높이고 제조비용을 절감하기 위하여는 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화는 동시에 은 전극의 사용량을 절감할 수 있도록 전극의 선폭을 미세화하는 기술이 요구되나, 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 함으로 인해 제조비용이 증가하고 내구성이 저하되어 불량발생이 증가하는 단점이 있었던 종래기술의 망사스크린을 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하기 위해, 망사스크린에 비해 더 좁은 선폭 구현 및 고종횡비의 장점을 가지는 스텐실 마스크를 이용하여 태양전지 전극의 미세선폭을 구현하는 동시에, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 태양전지의 효율을 높이고 제조비용을 절감하기 위하여는 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화는 동시에 은 전극의 사용량을 절감할 수 있도록 전극의 선폭을 미세화하는 기술이 요구되나, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 열린 개구부가 존재하는 구조로 인해 설계상의 제약이 많고 내구성이 떨어지는 한계가 있었던 종래기술의 스텐실 마스크를 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하기 위해, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있으며, 그것에 의해, 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
즉, 현재 전세계 태양광 발전량의 90% 이상이 결정질 실리콘 태양전지(crystalline silicon solar cell, c-Si solar cell)로부터 생산되며, 일반적으로, 이러한 c-Si 태양전지의 제조비용에 있어서 전극 인쇄공정의 비중이 높으므로 태양전지의 효율과 제조원가에 대하여 인쇄 마스크가 미치는 영향이 상대적으로 크다고 할 수 있다.
또한, c-Si 태양전지의 전면 전극패턴에서 핑거 전극(finger electrode)은 광생성 전하를 수집하여 버스바 전극(busbar electrode)으로 이동시키는 역할을 수행하며, 태양전지의 전극은 광생성 전류를 수집하여 외부로 전달해야 하므로 버스바 전극과 핑거 전극이 전기적으로 연결될 수 있도록 인쇄되어야 한다.
아울러, 핑거 전극의 선폭이 좁을수록 전극 도포면적이 감소하여 수광면적이 넓어지고 광생성 전류량이 증가되어 태양전지 효율의 향상에 기여할 수 있으며, 이때, 핑거 전극의 선폭 감소에 따른 선저항의 증가를 방지하기 위하여는 핑거 전극의 단면적이 증가할 수 있도록 높이가 높은 고종횡비의 형상으로 설계되는 것이 바람직하다.
더욱이, 핑거 전극의 선폭 감소는 은 페이스트(silver paste)의 사용량을 감소시켜 제조비용을 절감할 수 있으므로, 이에, 상기한 바와 같이, 수광면적 최대화 및 광생성 전류 수집 최적화를 통해 태양전지 셀의 효율을 향상시킬 수 있도록 금속 마스크에 대한 전면전극 패턴의 설계를 최적화하여 전극의 선폭을 미세화하는 기술에 대한 요구가 높아지고 있다.
여기서, 종래, 인쇄속도가 빨라 대량 생산에 적합하고 제조비용이 저렴한 장점으로 인해 스크린 인쇄공정(screen printing process)이 태양전지의 전극공정으로 널리 사용되고 있으나, 기존의 망사스크린(mesh screen)은 와이어에 의한 잉크 토출 방해로 인해 전극높이 불균일, 전극선폭 퍼짐, 전극저항 증가, 전극 단면적 감소, 전극 인쇄불량 및 단선발생 등의 문제가 있었다.
또한, 이러한 망사스크린의 단점을 개선하기 위해, 종래, 완전히 개방된 개구부를 통하여 페이스트가 토출되므로 와이어의 토출 방해가 없어 높이가 균일하고 폭이 좁은 형상으로 도포할 수 있는 장점을 가지는 스텐실(stencil) 인쇄가 사용되고 있다.
즉, 스텐실은 태양광 산업 및 인쇄전자 산업에서 스크린 인쇄방법(screen printing mathod)에 사용되는 인쇄 마스크(제판) 중 하나로 금속 마스크(metal mask)라고도 하며, 이러한 금속 마스크는 태양전지 제조과정에서 인쇄전극 형성시 스크린 인쇄방법에 사용되는 필수 부품으로서 태양전지의 고효율화를 위한 전극 폭 미세화를 구현할 수 있는 핵심 부품이며, 태양전지의 제조비용 및 원가절감을 위해서는 소모품인 인쇄 마스크의 가격 감소와 수명 향상이 요구된다.
그러나 스텐실은 금속판에 완전히 열린 개구부를 형성함으로 인해 개구부로 둘러싸인 고립된 영역이 존재하지 않도록 인쇄영역과 지지대 영역을 적절하게 고려하여 스텐실에 적합한 개구부 패턴을 설계하는 기술이 요구되며, 스텐실용 전극패턴에서 버스바 전극을 구현하기 위해서는 다수의 개구부가 인접하는 동시에 개구부들 사이에는 내구성 유지를 위한 지지대를 적절하게 배치하는 설계기술이 요구된다.
더 상세하게는, 일반적으로, 태양전지는 버스바 전극(busbar electrode)과 핑거 전극(finger electrode)으로 둘러싸인 "H" 형태의 그리드(grid) 패턴으로 설계되며, 이때, 금속 마스크의 지지대 부분은 페이스트(paste), 즉, 잉크가 토출되기 어려움으로 인해, 금속 마스크의 지지대 영역에서 전극 형상이 정확히 인쇄되지 못하여 불량이 발생하거나 전극의 단면적이 감소하여 국부적으로 저항이 증가하는 등의 문제가 발생하게 된다.
따라서 상기한 바와 같이, 태양전지의 전극패턴을 구현하기 위한 금속 마스크의 개구부 패턴 설계시에는 전극의 연결성과 저항 감소 및 내구성 향상을 위해 고립된 영역을 회피할 수 있도록 지지대를 적절하게 배치하는 것이 요구되며, 이에본 발명에서는, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위해, 후술하는 바와 같이, 버스바와 핑거 전극 사이의 연결부에 형성되는 개구부 패턴에 대한 최적의 설계방안을 제시하였다.
여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 있어서, 예를 들면, 태양전지의 제작과정이나 전극 형성과정 및 금속 마스크를 이용한 스크린 인쇄방법의 구체적인 내용 등과 같이, 종래기술의 내용 등을 통해 당업자에게 있어 자명하거나 종래기술의 문헌 등을 참조하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
더 상세하게는, 먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(10)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(10)는, 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(11)과 버스바 전극 사이의 특정 위치에 배치되는 핑거 전극(12)을 각각 포함하여 구성되며, 이때, 버스바 전극의 좌우로 핑거 전극을 동일한 위치(높이)로 나란하게 배치시키고, 핑거 전극의 중간을 단절시켜 단절부위에 수직지지대를 형성하도록 구성될 수 있다.
즉, 종래의 스텐실 마스크는 핑거 전극이 끊어짐 없이 모두 연결됨으로 인해 내구성이 취약해지는 단점이 있었으나, 본 발명에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 버스바 전극 사이에 핑거 전극이 연결되지 않도록 단절시키고 단절부위에 수직지지대를 확보하도록 구성됨으로써, 기존에 비해 내구성을 개선시키고 보다 높은 장력을 가질 수 있는 스텐실 마스크 구조를 제작할 수 있다.
다음으로 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(20)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예들에 있어서, 도 1을 참조하여 상기한 제 1 실시예와 동일 내지 유사한 부분에 대하여는 그 상세한 설명을 생략하고 다른 부분에 대하여만 중점적으로 설명하였음에 유념해야 한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(20)는, 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(21)과 버스바 전극 사이의 특정 위치에 배치되는 핑거 전극(22)을 각각 포함하여 구성되는 점은 상기한 제 1 실시예와 같다.
그러나 본 발명의 제 2 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(20)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 버스바 전극(21) 사이에 핑거 전극(22)을 연결과 비연결(단절)이 번갈아 반복되도록 배치하여 구성되는 점이 다르다.
따라서 상기한 바와 같이 버스바 전극(21) 사이에 핑거 전극(22)이 연결과 비연결(단절)이 번갈아 배치되도록 구성됨으로써, 내구성과 전기적 연결성을 동시에 만족할 수 있는 스텐실 마스크 구조를 제작할 수 있다.
계속해서, 도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(30)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(30)는, 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(31)과 버스바 전극 사이의 특정 위치에 배치되는 핑거 전극(32)을 각각 포함하여 구성되는 점은 상기한 제 1 실시예 및 제 2 실시예와 같다.
그러나 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(30)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 버스바 전극(31)의 개구부를 수평방향으로 좌우로 엇갈리도록 배치하는 것에 의해 핑거 전극(32)에 상하로 버스바 전극(31)의 개구부 길이를 더 길게 형성하도록 구성되는 점이 다르다.
따라서 상기한 바와 같이 버스바 전극(31)의 개구부를 수평방향으로 좌우로 엇갈리도록 배치하는 것에 의해 핑거 전극(32)의 상하에 인접한 버스바 전극(31)의 개구부 길이를 보다 길게 형성함으로써, 내구성을 높이는 동시에 핑거 전극(32)과 버스바 전극(31)의 전기적 연결성을 향상시킬 수 있는 스텐실 마스크 구조를 제작할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(40)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(40)는, 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(41)과 버스바 전극 사이의 특정 위치에 배치되는 핑거 전극(42)을 각각 포함하여 구성되는 점은 상기한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예와 같다.
그러나 본 발명의 제 4 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(40)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 버스바 전극(41)의.형상을 수직방향으로 길게 형성하도록 구성되는 점이 다르다.
따라서 도 4에 나타낸 바와 같이, 버스바 전극(41)의.형상을 수직방향으로 길게 형성하는 것에 의해 개구부 개수를 줄임으로써 가공시간을 대략 15% 정도 단축시킬 수 있는 스텐실 마스크 구조를 제작할 수 있다.
계속해서, 도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(50)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(50)는, 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(51)과 버스바 전극 사이의 특정 위치에 배치되는 핑거 전극(52)을 각각 포함하여 구성되는 점은 상기한 제 1 실시예 내지 제 4 실시예와 같다.
그러나 본 발명의 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(50)는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 핑거 전극(52)이 버스바 전극(51)의 한쪽 측에만 형성되도록 구성되는 점이 다르다.
따라서 도 5에 나타낸 바와 같이, 핑거 전극(52)이 버스바 전극(51)의 한쪽 측에만 형성되도록 구성됨으로써, 분할된 셀과 셀을 겹쳐서 모듈을 제작하는 싱글드 셀(shingled cell)에 적용 가능한 스텐실 마스크 구조를 제작할 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 5를 참조하여 상기한 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(10, 20, 30, 40, 50)의 제조에 있어서, 각각의 버스바 전극(11, 21, 31, 41, 51) 및 핑거 전극(12, 22, 32, 42, 52)은 미리 정해진 일정 크기(치수)로 모두 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성될 수 있다.
더 상세하게는, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 먼저, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(10, 20)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(30)의 구체적인 구성을 각각 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(50)의 구체적인 구성을 각각 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 각각의 버스바 전극(11, 21, 31, 41, 51) 및 핑거 전극(12, 22, 32, 42, 52)의 크기(치수)는 미리 정해진 크기(치수)로 일정하게 형성되거나 서로 다른 크기(치수)로 형성될 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들면, 이하에 나타낸 바와 같이 구성될 수 있다.
O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
여기서, O1_x는 버스바 전극(11, 21, 31)의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극(11, 21, 31)의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭(두께), S1_x는 버스바 전극 사이의 거리(간격), S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미한다.
또는, 상기한 버스바 전극(11, 21) 및 핑거 전극(12, 22)의 크기(치수)는, 바람직하게는, 다음과 같이 구성될 수 있다.
O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
상기한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 버스바 전극(11) 사이에 핑거 전극(12)이 연결되지 않도록 단절시켜 수직지지대를 확보함으로써, 내구성을 개선하고 높은 장력을 가지는 스텐실 마스크(10) 구조를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 버스바 전극(21) 사이에 연결과 비연결(단절)이 번갈아 반복되도록 핑거 전극(22)을 배치함으로써, 내구성과 전기적 연결성을 동시에 만족시키는 스텐실 마스크(20) 구조를 제작할 수 있다.
아울러, 본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 핑거 전극(32)의 상하에 인접한 버스바 전극(31)의 개구부 길이를 보다 길게 형성함으로써, 핑거 전극(32)과 버스바 전극(31) 사이의 전기적 연결성을 향상시킬 수 있는 스텐실 마스크(30) 구조를 제작할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 버스바 전극(41)의.형상을 수직방향으로 길게 형성하는 것에 의해 개구부 개수를 줄임으로써 가공시간을 대략 15% 정도 단축시킬 수 있는 스텐실 마스크 구조(40)를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 5 실시예에 따르면, 핑거 전극(52)이 버스바 전극(51)의 한쪽 측에만 형성되도록 구성됨으로써, 분할된 셀과 셀을 겹쳐서 모듈을 제작하는 싱글드 셀(shingled cell)에 적용 가능한 스텐실 마스크(50) 구조를 제작할 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법을 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 본 발명에 따르면, 기존의 망사스크린에 비해 더 좁은 선폭 구현 및 고종횡비의 장점을 가지는 스텐실 마스크를 이용하여 태양전지 전극의 미세선폭을 구현하고, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 선폭을 미세화하기 위해서는 더 얇은 와이어로 직조된 망사 원단을 사용해야 함으로 인해 제조비용이 증가하고 내구성이 저하되어 불량발생이 증가하는 단점이 있었던 종래기술의 망사스크린을 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하는 동시에, 전극의 선폭을 미세화하여 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화며 은 페이스트의 사용량을 절감하는 것에 의해 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 연결부의 개구부 패턴을 최적화하는 것에 의해 스텐실 마스크의 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법이 제공됨으로써, 버스바 전극과 핑거 전극 사이의 열린 개구부가 존재하는 구조로 인해 설계상의 제약이 많고 내구성이 떨어지는 한계가 있었던 종래기술의 스텐실 마스크를 이용한 태양전지 전극 형성방법의 문제점을 해결하는 동시에, 전극의 선폭을 미세화하여 수광면적을 최대화하고 광생성 전류 수집을 최적화며 은 페이스트의 사용량을 절감하는 것에 의해 태양전지의 전체적인 효율을 높이고 제조비용을 절감할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크 및 그 제조방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크
11. 버스바 전극 12. 핑거 전극
20. 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크
21. 버스바 전극 22. 핑거 전극
30. 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크
31. 버스바 전극 32. 핑거 전극
40. 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크
41. 버스바 전극 42. 핑거 전극
50. 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크
51. 버스바 전극 52. 핑거 전극

Claims (22)

  1. 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서,
    미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및
    상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고,
    상기 핑거 전극은,
    상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)

    (여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
    O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
    O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
  5. 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서,
    미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및
    상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고,
    상기 핑거 전극은,
    상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절된 핑거전극과 단절되지 않은 핑거 전극이 번갈아 반복하여 배치되며, 단절부위에 수직지지대가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)

    (여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
    O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
    O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
  9. 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서,
    미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및
    상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고,
    상기 핑거 전극은,
    상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되며,
    상기 버스바 전극의 개구부를 수평방향으로 좌우로 엇갈리도록 배치하는 것에 의해 상기 핑거 전극의 상하에 각각 인접한 버스바 전극의 개구부 길이를 조절하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)

    (여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
    O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
    O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
  13. 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서,
    미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및
    상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고,
    상기 핑거 전극은,
    상기 버스바 전극의 좌우 양측에 동일한 위치(높이)로 나란하게 각각 배치되고, 상기 버스바 전극 사이의 중간 부분이 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되며,
    상기 버스바 전극의 형상이 수직방향으로 긴 형태로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)

    (여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
    O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
    O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
  17. 미세선폭 구현 및 내구성 향상을 위한 태양전지 전극 형성용 스텐실 마스크(Stencil mask)에 있어서,
    미리 정해진 일정 간격으로 나란히 배치되는 버스바 전극(busbar electrode); 및
    상기 버스바 전극 사이의 미리 정해진 위치에 배치되는 핑거 전극(finger electrode)을 포함하여 구성되고,
    상기 핑거 전극은,
    일측이 상기 버스바 전극에 접하여 상기 버스바 전극의 일측에 배치되고, 타측의 버스바 전극과는 접하지 않고 단절되어 단절부위에 수직지지대가 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    각각의 상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 미리 정해진 일정 크기(치수)로 동일하게 형성되거나, 또는, 서로 다른 크기(치수)로 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O1_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O2_y : 1 ~ 5,000 (㎛)
    O3_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S1_y : 1 ~ 1,000 (㎛)
    S2_x : 1 ~ 5,000 (㎛)

    (여기서, O1_x는 버스바 전극의 길이, O1_y 및 O2_y는 버스바 전극의 폭(두께), O3_y는 핑거 전극의 폭, S1_x는 버스바 전극 사이의 거리, S2_x는 핑거 전극 사이의 거리(간격)를 각각 의미함)
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 스텐실 마스크는,
    상기 버스바 전극 및 상기 핑거 전극이 이하의 치수범위에 근거하여 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스텐실 마스크.

    O1_x : 200 ~ 800 (㎛)
    O1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    O2_y : 10 ~ 200 (㎛)
    O3_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S1_y : 10 ~ 50 (㎛)
    S2_x : 10 ~ 500 (㎛)
  21. 청구항 1항 내지 청구항 20항 중 어느 한 항에 기재된 스텐실 마스크를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  22. 청구항 1항 내지 청구항 20항 중 어느 한 항에 기재된 스텐실 마스크를 이용하여 제조된 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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