WO2019139422A1 - 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크 - Google Patents

태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크 Download PDF

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WO2019139422A1
WO2019139422A1 PCT/KR2019/000500 KR2019000500W WO2019139422A1 WO 2019139422 A1 WO2019139422 A1 WO 2019139422A1 KR 2019000500 W KR2019000500 W KR 2019000500W WO 2019139422 A1 WO2019139422 A1 WO 2019139422A1
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finger electrode
opening
openings
ribbon
finger
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PCT/KR2019/000500
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English (en)
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이준성
박준석
안경준
Original Assignee
(주)이노페이스
(주)에스엔텍
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/12—Production of screen printing forms or similar printing forms, e.g. stencils
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a stencil mask for a solar cell, and more particularly, to a stencil mask used for forming a front electrode pattern of a solar cell having no bus bar electrode.
  • Solar cells are electronic devices that convert solar energy directly into electricity. Silicon solar cells are generally used.
  • the basic structure of a silicon solar cell is a semiconductor PN junction.
  • An electrode is printed on a silicon wafer by using a metal paste such as silver paste or aluminum paste, and then heat treatment is performed to form a front electrode and a rear electrode.
  • the front electrode is composed of a finger electrode and a bus bar electrode. Printing of the front electrode is generally performed using a screen printing technique.
  • Fig. 1 shows an example of a screen printing machine, in which a support housing 1 is provided, on which a silicon wafer 2 is mounted.
  • the screen mask 3 is placed on the upper surface of the silicon wafer 2, that is, the surface that receives sunlight.
  • a finger electrode pattern and a bus bar electrode pattern are formed on the screen mask 3 to form a front electrode including a finger electrode and a bus bar electrode.
  • Fig. 2 shows an example of a screen mask 3, in which finger electrode openings 5 and bus bar electrode openings 6 are formed on a mask frame 4.
  • Fig. A metal paste 7 is placed on the screen mask 3 and the squeeze 8 is moved to provide a metal paste to the silicon wafer 2 so that the finger electrode and the bus bar electrode are printed.
  • FIG. 3 shows an example in which a finger electrode 11 and a bus bar electrode 12 are printed on a silicon wafer 2.
  • a finger electrode 11 and a bus bar electrode 12 are provided at the positions of the electrode openings in Fig. Is printed.
  • a front electrode is formed, and a silicon solar cell is completed through a heat treatment process.
  • bus bar electrodes and finger electrode openings are formed on the mesh 3-1 with the emulsion 3-2.
  • the metal paste flows through the spaces between the wires of the mesh 3-1 Thereby forming an electrode.
  • a wire mesh (wire mesh) 3-1 serving as a support layer acts as a grid, and the emulsion (3-l), which is patterned by a photolithography process, 2, Emulsion).
  • the aperture ratio of the discharge portion is only 50 to 60% due to the structure woven with the wire, there is a region where printing is not performed well. To reduce the diameter of the wire, the manufacturing cost of the screen increases.
  • the height of the printed electrode using the screen is not relatively high, the aspect ratio is lowered, and the line resistance of the finger electrode is increased, so that it is difficult to provide the electric conductivity suitable for the power generation efficiency of the solar cell.
  • the height of the printing electrode using the screen is not uniform and the low viscosity paste must be used due to the wire, the spreadability is increased, the consumption amount of the silver paste may increase more than necessary, There is a problem that the light absorption area is decreased.
  • a meshless stencil printing technique can be used.
  • Electroforming which has been attempted as a method of manufacturing some stencil masks, has problems such as a long manufacturing time, a complicated manufacturing process, and an initial investment cost, and the chemical etching method has a complicated manufacturing process and may cause inconsistency in the front and back surfaces .
  • a method for solving such a problem a method of directly processing an electrode opening using a laser can be used.
  • a front electrode of a conventional solar cell generally comprises a bus bar electrode and a finger electrode.
  • a stencil mask for a solar cell having no bus bar electrode according to the present invention is provided with a plurality of opening rows in which finger electrode openings are intermittently formed.
  • the stencil mask for a solar cell according to the present invention may be arranged so that the positions of the finger electrode openings formed at corresponding positions of adjacent row of openings are shifted from each other.
  • the stencil mask for a solar cell according to the present invention may be configured so that the width of each finger electrode opening in each opening row becomes wider as it approaches the finger electrode opening for the finger electrode to be connected to the ribbon.
  • the stencil mask for a solar cell according to the present invention may be configured such that at least one end of both ends of the finger electrode opening is bent at least once at a certain angle.
  • bent portions at the adjacent ends of the two finger electrode openings can be configured parallel to each other.
  • the finger electrode openings for the finger electrodes to be connected to the ribbons may be disposed between the folded portions at the ends of the two finger electrode openings adjacent to the finger electrode openings.
  • the stencil mask for a solar cell according to the present invention may be configured such that at least one of the width and the length of the finger electrode openings for the finger electrode to be connected to the ribbon is larger than that of the finger electrode openings for the finger electrode not connected to the ribbon.
  • the stencil mask for a solar cell according to the present invention may be configured such that at least one intermediate opening is formed between finger electrode openings for a finger electrode to be connected to a ribbon in a row of openings adjacent to each other.
  • the intermediate opening may be formed in a diagonal direction.
  • each finger electrode opening for the finger electrode to which the ribbon is to be connected may also be formed in a diagonal direction.
  • the stencil mask for a front electrode of a solar cell according to the present invention may be configured such that a plurality of openings are formed in which a plurality of finger electrode openings are formed at regular intervals g1. At this time, the finger electrode openings of each opening row may be arranged to be offset from the finger electrode openings of the neighboring opening row by a predetermined distance g2 in the longitudinal direction.
  • the predetermined gap g2 may be 'g1 / 2'.
  • a ribbon connecting opening for the electrode portion connected to the ribbon may be formed in the middle portion of each finger electrode opening.
  • each finger electrode opening may be spaced apart by a predetermined distance.
  • a ribbon connection opening for electrode portions connected to the ribbon may be formed above and below the spaced apart portion.
  • the stencil mask for a front electrode is characterized in that a plurality of opening rows in which a plurality of finger electrode openings are formed at a predetermined gap g1 are provided and finger electrode openings formed at left sides of the central axis of the opening row, , Finger electrode openings formed to the right may be alternately formed.
  • the finger electrode openings formed to the left of the central axis of the opening row are further protruded to the right by a predetermined length from the center axis and the finger electrode openings formed to the right are further protruded to the left by a predetermined length from the center axis have.
  • the finger electrode opening formed to the left of the central axis of the opening row extends to a central axis of the row of openings located at least on the left side and the finger electrode opening formed to the right side of the central axis of the row of openings has a center axis of at least the right row As shown in FIG.
  • distances between the finger electrodes in each opening row may be the same.
  • a ribbon connection opening may be formed for the electrode portion connected to the ribbon.
  • the right end of the finger electrode opening in each opening row and the left end of the finger electrode opening in the neighboring opening row may be spaced apart from each other by a certain distance.
  • a portion of the right end of the finger electrode opening in each opening row and a portion of the left end of the finger electrode opening in the neighboring opening row may overlap each other.
  • the stencil mask for a solar cell enables a front electrode printed on a solar cell to be appropriately connected to a ribbon serving as a bus bar.
  • the design considering the characteristics of the stencil technique it is possible to improve the supporting force of the stencil mask, improve the connectivity of the finger electrodes to be printed through the intermittent finger electrode openings, and improve the mobility of the current collected from the finger electrodes So that the current loss can be minimized.
  • the amount of silver (Ag) paste used can be reduced, thereby contributing to cost reduction.
  • Figure 1 shows an example of screen printing equipment
  • Figure 2 shows an example of a screen mask
  • Fig. 4 shows an example in which a pattern is formed by a mesh and an emulsion
  • FIG. 5 (a) and 5 (b) illustrate examples of an isolated region that can occur in stencil printing
  • Fig. 5 (a) shows an example in which the mesh 3-1 supports all regions
  • Fig. 5 FIG. 5 (c) shows an example in which a peripheral substrate is connected when an isolated region occurs in the opening
  • FIG. 6 illustrates an embodiment of a stencil mask according to the present invention
  • FIG. 9 is an example of an opening structure for a finger electrode to be connected to a ribbon
  • Fig. 9A is an example of a finger electrode opening in a stencil mask 100
  • Fig. 9B is an example of a structure of a solar cell 200) Quot;), < / RTI >
  • FIG. 10 shows another example of the opening structure for the finger electrode to be connected to the ribbon
  • Fig. 10 (a) is an example of the finger electrode openings 102-1 and 102-2 for the finger electrode to be connected to the ribbon
  • (b) is an example in which the contact area 180 due to the spread of the paste is increased at the portions where the finger electrode openings 101-1 and 101-2 for the finger electrodes not connected to the ribbons face each other)
  • FIG. 13 shows an example of an opening structure for improving the connectivity between the finger electrodes
  • FIG. 14 shows another example of the opening structure for improving the connectivity between the finger electrodes (Figs. 14 (a), 14 (b), 14 (c) and 14 (d) show various embodiments according to the lengths of the bent portions)
  • Fig. 15 shows another example of an opening structure for improving the connectivity between finger electrodes
  • Fig. 15 (a) shows an example where the finger electrode opening adjacent to the point P where the laser beam irradiation starts, (b) is an example in which the point P where the irradiation of the laser beam is started and the finger electrode openings adjacent to each other are sufficiently separated)
  • 16 is an example of an opening structure for improving the connection between the ribbon and the finger electrode to be connected
  • Figure 20 shows another embodiment of a stencil mask according to the present invention
  • Figure 24 shows another embodiment of a stencil mask according to the present invention
  • 25 and 26 illustrate an example of the distance between the left-hand finger electrode opening and the right-hand finger electrode opening
  • 29 is an embodiment for improving the connectivity of the finger electrode to the ribbon
  • Fig. 30 is an example in which the ribbon connection opening is formed in Fig. 29,
  • 31 (a), 31 (b), 31 (c), 31 (d), 31 (e) and 31 (f) are various embodiments relating to the ribbon connection opening.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 4 Since the conventional screen printing technique supports the entire area of the mesh 3-1 because the emulsion 3-2 is fixed to the mesh 3-1, the example shown in Fig. 5A and the example shown in Fig. The pattern can be freely formed.
  • the peripheral substrate when using the stencil printing technique, if an area isolated from the opening occurs as in the example shown in Fig. 5 (c), the peripheral substrate must be connected so that it can be connected.
  • FIG. 6 shows a basic structure of a stencil mask 100 according to the present invention.
  • finger electrode openings are formed corresponding to the finger electrodes so as to be printed using conductive paste, A plurality of opening rows in which the electrode openings are formed intermittently are provided.
  • the paste is flowed to the surface of the solar cell through the finger electrode openings, and the pastes flowing through the adjacent finger electrode openings are electrically connected to each other . Considering this situation, the distance of each finger electrode opening is determined.
  • FIG. 6 shows an example in which eight finger electrode openings are formed in each row of openings and 17 rows of openings are provided.
  • the distance between the openings, the distance between the openings, the shape and size of the finger electrode openings, and the like can be variously configured as needed.
  • the stencil mask 100 has no openings for bus bar electrodes.
  • the structure without the bus bar electrode is suitable for stencil technology, easy to implement, and is also a desirable development direction for improving the efficiency of actual solar cells.
  • the bus bar electrode collects the current collected from each finger electrode and carries the collected current.
  • the role of the bus bar electrode is that a ribbon is connected to a specific finger electrode after each finger electrode is printed on the surface of the solar cell through the stencil mask 100 Can be performed.
  • FIG. 7 shows an example of a solar cell 200 in which a front electrode is formed only by a finger electrode without a bus bar electrode, and the role of the bus bar electrode can be performed by the ribbon 210.
  • the ribbon may also be referred to as a 'wire' and is in electrical contact with each finger electrode, and is made of a material of good electrical conductivity.
  • each solar cell 200 is connected in series through a ribbon 210.
  • the front electrode of each solar cell and the rear electrode of the next solar cell are connected through a ribbon to form a series connection.
  • FIG. 9 shows an example of an opening structure for a finger electrode to be connected to a ribbon.
  • FIG. 9 (a) is an example of a finger electrode opening in the stencil mask 100, and FIG. 9 (b) (200).
  • At least one of the width and the length of the finger electrode openings 102 for the finger electrode 202 to be connected to the ribbon 210 among the finger electrode openings of each opening row is the finger electrode 201 not connected to the ribbon 210, Of the finger electrode opening (101) for the electrode finger opening (101).
  • connection between the finger electrode 202 and the ribbon 210 printed through the finger electrode opening 102 can be improved.
  • the width A of the finger electrode opening 101 may be in the range of 10 ⁇ m to 30,000 ⁇ m, but is preferably in the range of 200 ⁇ m to 3,000 ⁇ m, (B) may be composed of 0.1 mu m to 100 mu m, but it is preferably composed of 5 mu m to 50 mu m.
  • the spacing C between the finger electrode openings may be comprised between 0.1 ⁇ m and 100 ⁇ m, but preferably between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • the transverse length D of the finger electrode opening 102 for the finger electrode to be connected to the ribbon may be in the range of 10 ⁇ to 2,000 ⁇ but preferably in the range of 200 ⁇ to 1,000 ⁇ and the longitudinal length E is in the range of 10 ⁇ to 1,500 mu m, but it is preferable to have a thickness of 100 mu m to 500 mu m.
  • the distance S between the opening rows may be 100 mu m to 3,000 mu m, but is preferably 500 mu m to 1,500 mu m.
  • the finger electrode openings 102-1 and 102-2 for the finger electrode to be connected to the ribbon are arranged at the upper side and the lower side of the portion where the finger electrode opening 101-1 and the finger electrode opening 101-2 are spaced apart from each other in the row of openings Respectively. That is, the finger electrode openings 102-1 and 102-2 for the finger electrodes to be connected to the ribbons can be arranged on the upper side and the lower side between the finger electrode openings 101-1 and 101-2.
  • a finger electrode opening 102-1, 102-2 for the finger electrode to be connected to the ribbon, and a finger electrode opening 101- 1 and 101-2 may be 0.1 mu m to 100 mu m, preferably 5 mu m to 50 mu m
  • the width D of the finger electrode openings 102-1 and 102-2 for the finger electrode to be connected to the ribbons may be 10 ⁇ m to 2,000 ⁇ m, preferably 200 ⁇ m to 1,000 ⁇ m,
  • the length E may be 10 mu m to 1,500 mu m, preferably 100 mu m to 500 mu m.
  • the stencil mask 100 is formed by forming an opening for a front electrode directly on a thin mask plate (e.g., several tens of ⁇ m) without a supporting member such as a mesh, and is placed on the surface of a solar cell and used for electrode printing. Therefore, the stencil mask 100 must consider the supporting structure, durability, and the like.
  • a thin mask plate e.g., several tens of ⁇ m
  • a supporting member such as a mesh
  • the finger electrode openings 101-1 for the finger electrodes not used for connection of the ribbon among the plurality of finger electrode openings formed in the stencil mask 100 are connected to the corresponding finger electrode openings (101-2) and the positions thereof may be shifted from each other.
  • the corresponding two finger electrode openings 101-1 and 101-2 of adjacent rows of openings are arranged to be shifted by a certain distance g.
  • Such an arrangement may be applied to all of the finger electrode openings for the finger electrode which are not used for connection of the ribbon, and may be applied only to a part if necessary.
  • the displacement g between the adjacent finger electrode openings can also be varied.
  • the overall supporting force of the stencil mask 100 can be enhanced and durability can be enhanced as compared with when all the finger electrode openings are disposed at the same position.
  • Fig. 12 is an example of an opening structure for improving current mobility.
  • the width of the finger electrode openings in each opening row can be configured to be wider as it is closer to the finger electrode openings 102 for the finger electrode to be connected to the ribbon .
  • Fig. 12 shows an example in which the width of each finger electrode opening unit is changed, the width can also be changed in one finger electrode opening portion.
  • the width D of the finger electrode openings 102 to be connected to the ribbons may be 10 ⁇ m to 2,000 ⁇ m, but is preferably 200 ⁇ m to 1,000 ⁇ m
  • the vertical length E1 may be 10 mu m to 1,500 mu m, but it is preferable that the vertical length E1 is 10 mu m to 500 mu m.
  • the longitudinal lengths E2 and E3 of the finger electrode openings may be configured such that 'E1> E2> E3'.
  • the pastes flowing through the adjacent finger electrode openings when the paste is printed can be electrically connected to each other so as not to break the electrical connection do.
  • FIG. 13 shows an example of an opening structure for improving the connection between the finger electrodes. At least one end of the finger electrode opening 101 may be bent at least once at a predetermined angle.
  • the ratio of the horizontal portion (A) to the bent portion (A2) of each finger electrode opening and the angle of bending can be variously configured.
  • bent portions 311, 312 at the adjacent ends of the two finger electrode openings can be configured parallel to each other.
  • various methods may be used, such as widening the end portions of the finger electrode openings or forming the finger electrode openings to have a specific shape.
  • the laser processing method for forming the finger electrode opening 101 in the horizontal direction is used as it is.
  • the process of forming the finger electrode openings using the laser is simplified and the cost can be saved.
  • the width A of the opening of the finger electrode may be 10 ⁇ m to 30,000 ⁇ m, but it is preferable that the width is 200 ⁇ m to 3,000 ⁇ m, and the length of the bent portion A2 may have a thickness of 0.1 mu m to 1,000 mu m, but it is preferable to have a thickness of 20 mu m to 500 mu m.
  • the gap C between the finger electrode openings may be comprised between 0.1 ⁇ m and 100 ⁇ m, but is preferably comprised between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, and the angle of deflection G of the finger electrode openings may be comprised between 1 and 90 degrees , And preferably from 2 degrees to 30 degrees.
  • the vertical length (B) of the finger electrode openings may be comprised between 0.1 ⁇ m and 100 ⁇ m. However, if the finger electrode openings have a length of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m in accordance with the spot size of the laser beam, Can be made more convenient.
  • 14 (a), 14 (b), 14 (c) and 14 (d) show various embodiments according to the length of each bent portion, and the length of the bent portion can be variously configured as required , The longer the portion where the bent portions are parallel to each other, the wider the contact portion when the paste is printed. Also, as shown in Fig. 14D, the lengths of the bent portions of the corresponding finger electrode openings may be configured asymmetrically with respect to each other.
  • the horizontal distance (x) between the portions of the corresponding finger electrode openings that start to be bent, and the horizontal distances (z, y) between the distal ends of the bent portions are 1 mu m To 1,000 mu m, but it is preferable that the thickness is 5 mu m to 500 mu m.
  • a finger electrode opening 102 for a finger electrode to be connected to a ribbon may be formed between two portions 313 and 314 configured in parallel.
  • the contactability of the pasted pastes through the respective finger electrode openings 102, 313, and 314 can be improved. That is, the finger electrode to be connected to the ribbon after printing and the finger electrode formed on both sides adjacent to the finger electrode can be more reliably physically / electrically connected.
  • the width D of the finger electrode openings 102 for the finger electrodes to be connected to the ribbons may be 10 ⁇ m to 3,000 ⁇ m, but may be 200 ⁇ m to 2,000 ⁇ m
  • the longitudinal length E may be 10 mu m to 1,500 mu m, preferably 100 mu m to 500 mu m.
  • the angle G of deflection of the finger electrode opening 102 may be in the range of 1 degree to 90 degrees, but is preferably in the range of 10 degrees to 80 degrees.
  • the spacing F between the finger electrode openings 102 and the folded portions 313 and 314 may be 0.1 mu m to 100 mu m, preferably 5 mu m to 50 mu m.
  • the ribbon 210 is attached. Due to the step difference due to the height of the electrode 202, The surface of the solar cell may be damaged due to the concentration of pressure on the electrode 202 only. In addition, even after the ribbon 210 is attached, there is a step between the surface of the solar cell and the ribbon, so that the adhesion state of the electrode 202 and the ribbon 210 may be deteriorated.
  • the stencil mask 100 may be configured to include at least one intermediate opening between the finger electrode openings for the finger electrode to be connected to the ribbon, in order to improve the adhesion of the ribbon.
  • the intermediate opening 105-1 is formed in a horizontal straight line shape between the finger electrode openings 102-1 and 102-2 corresponding to the finger electrode to be connected to the ribbon.
  • the shape, size, and number of the intermediate openings may be variously configured as needed, and are not particularly limited.
  • the width D2 of the intermediate opening may be 10 ⁇ m to 2,000 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m to 1,500 ⁇ m, and the length E 2 is But it is preferable to have a thickness of 50 mu m to 1,500 mu m.
  • the distance F between the intermediate openings may be in the range of 10 mu m to 1,000 mu m, preferably 100 mu m to 1,500 mu m.
  • FIG. 18 shows another example of the intermediate opening 105-2, which is formed diagonally between the finger electrode openings 102-1 and 102-2 corresponding to the finger electrode to be connected to the ribbon.
  • the lateral length D2 of the intermediate opening 105-2 may be in the range of 10 m to 3,000 m, but preferably in the range of 200 m to 1,800 m,
  • the length E2 may be 10 mu m to 1,500 mu m, preferably 100 mu m to 500 mu m.
  • the angle G between the intermediate opening 105-2 and the finger electrode opening 102-2 may be in the range of 1 degree to 90 degrees, but is preferably in the range of 10 degrees to 80 degrees.
  • FIG. 19 shows an example in which finger electrode openings for a finger electrode to which a ribbon is to be connected and an intermediate opening provided between the finger electrode openings are formed diagonally.
  • the adhesion of the ribbon can be improved.
  • the width D of the finger electrode openings or the intermediate openings for the finger electrodes to be connected to the ribbons may be 10 ⁇ m to 3,000 ⁇ m, but may be 200 ⁇ m to 2,000 ⁇ m ,
  • the longitudinal length (E) can be 10 mu m to 1,500 mu m, preferably 100 mu m to 500 mu m.
  • the angle G in the diagonal direction may be in the range of 1 degree to 90 degrees, but it is preferable that the angle G is in the range of 10 degrees to 80 degrees.
  • the distance F between the openings can be 0.1 mu m to 100 mu m, but is preferably 5 mu m to 50 mu m.
  • the finger electrode openings are arranged so that their finger electrode openings formed at corresponding positions of the row of openings adjacent to each other are shifted from each other and wider as they are closer to the finger electrode openings for the finger electrodes to be connected to the ribbon A configured stencil mask can be implemented.
  • the width and length of the finger electrode openings for the finger electrode to be connected to the ribbon can be made larger than that of the finger electrode openings for the finger electrode not connected to the ribbon.
  • an embodiment of the stencil mask for a front electrode according to the present invention includes a plurality of openings c1 and c2, and a plurality of finger electrode openings are formed at predetermined intervals g1 in the openings. do.
  • the finger electrode openings 111 of each opening row are arranged to be shifted by a predetermined distance g2 from the finger electrode openings 112 of the row of adjacent openings in the longitudinal direction.
  • the gap g2 between the finger electrode openings 111 of the row of openings c1 and the finger electrode openings 112 of the neighboring row of openings c2 can be varied.
  • the interval g2 may be composed of '1/2' of g1.
  • g1 can be configured in various ways. As a specific example, g1 may be composed of 1,300 mu m to 1,700 mu m, but is not limited thereto. That is, g1 may be composed of 500 mu m to 3,000 mu m.
  • FIG. 21 shows an example in which g2 is set to be '1/2' of g1.
  • the vertical line 215 shown in each opening column is not actually present in the stencil mask, but the front electrode is printed using this stencil mask It is a virtual display showing the state of the ribbon when it is connected. That is, the vertical line display 215 is a virtual display that does not exist in the actual stencil mask, and is the same in all the following drawings.
  • the stencil mask can be fabricated by laser processing a very thin plate such as a metal material.
  • a very thin plate such as a metal material.
  • the durability and rigidity of the stencil mask can be improved by disposing the finger electrode openings of the row of neighboring openings in a shifted manner.
  • a ribbon connecting opening 130 may be formed in a central portion of each finger electrode opening.
  • the ribbon connection opening 130 refers to an opening for the electrode portion connected to the ribbon and may be formed to be wider than the width of the finger electrode opening for the portion not connected to the ribbon for better contact with the ribbon.
  • each finger electrode opening may be spaced apart by a predetermined distance. That is, each finger electrode opening can be divided into a left portion 113-1 and a right portion 113-2.
  • ribbon connection openings 114- 1 and 114-2 may be formed.
  • the paste flowing into the left portion 113-1 of the finger electrode opening, the right portion 113-2, the upper ribbon connection opening 114-1, and the lower ribbon connection opening 114-2 And are electrically connected to each other.
  • the ribbon connection openings 114-1 and 114-2 are formed to be wider than the finger electrode openings for the portions not connected to the ribbons and longer than the spaced apart portions of the finger electrode openings for better contact with the ribbon .
  • the length (see w3 in FIG. 20) of the ribbon connection openings 114-1 and 114-2 can be variously configured.
  • w3 may be composed of 300 mu m to 600 mu m, but is not limited thereto.
  • w3 may be composed of 10 mu m to 2,000 mu m.
  • the size of the finger electrode opening formed in each opening row and the distance between the center axis of each opening row may be variously configured.
  • g3 can be configured in various ways. As a specific example, g3 may be composed of 500 mu m to 1,300 mu m, but is not limited thereto. For example, g3 may be composed of 100 mu m to 2,000 mu m.
  • a portion of the right end of the finger electrode openings of each opening row and a portion of the left end of the finger electrode openings of the neighboring opening row may overlap each other.
  • FIG. 24 illustrates another embodiment of the stencil mask for a front electrode according to the present invention, which includes a plurality of openings, and a plurality of finger electrode openings are formed at predetermined intervals g1 in the openings.
  • finger electrode openings 116-1 formed on the left side of the center axis 217 of the row of openings and finger electrode openings 116-2 formed on the right side are alternately formed in each opening row.
  • the center axis 217 does not exist in the stencil mask as a virtual representation for the purpose of facilitating the understanding of the description.
  • the gap g1 between the finger electrode openings formed in the same direction in each opening row can be variously configured.
  • g1 may be composed of 1,300 mu m to 1,700 mu m, but is not limited thereto.
  • g1 may be composed of 500 mu m to 3,000 mu m.
  • the finger electrode opening 116-1 formed on the left side of the center axis 217 of the opening row is further protruded to the right by a predetermined length e2 from the center axis 217 and the finger electrode opening 116-2 May further protrude to the left by a predetermined length e1 from the central axis 217.
  • the finger electrode opening 116-1 formed on the left side of the center axis 217 of the opening row and the finger electrode opening 116-2 formed on the right side are formed to have a predetermined length e3 from the center axis 217 to the left / As shown in FIG.
  • the ribbon can be connected through the printed portion through the overlapped portion.
  • the length (e3) of the portion where the portion further protruding to the right from the finger electrode opening portion and the portion protruding to the left further overlap can be configured in various ways.
  • e3 may be composed of 300 mu m to 600 mu m, but is not limited thereto.
  • the gap g4 between the finger electrode openings 116-1 formed on the left side in the center axis 217 of each opening row and the finger electrode openings 116-2 formed on the right side can be variously configured.
  • the interval between the finger electrode openings 116-1 formed on the left side of the central axis of each opening row and the finger electrode openings 116-2 formed on the right side is the same as that of the case where the front electrode is printed
  • the spacing can be such that the paste flows and can be electrically well coupled to each other.
  • the distances between the finger electrodes in each opening row may be made the same. That is, the gap g4 between the finger electrode openings 116-1 formed on the left side of the central axis of each opening row and the finger electrode openings 116-2 formed on the right side can be configured to be the same.
  • the finger electrode openings formed to the left from the center axis of each opening row and the finger electrode openings formed to the right side can be configured to be 1/2 of g1.
  • FIG. 27 shows an example in which the ribbon connection opening 130 is formed at the end of each finger electrode opening near the central axis of each opening row in the example shown in FIG.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view of the finger electrode openings of the odd-numbered columns or the even-numbered columns of the example shown in FIG. 26, which are symmetrically moved with respect to the center axis and connected to the ends of the finger electrode openings, And the opening 130 is formed.
  • the finger electrode openings 117-1 formed to the left of the central axis of the opening row are formed to extend to at least the central axis of the opening row located at the left side, and finger electrode openings 117-2 may be formed at least to the center axis of the opening row positioned at the right side.
  • each finger electrode When the ribbon is attached after the front electrode is printed through the stencil mask, each finger electrode can be connected to the ribbon at both ends, so that the connectivity of each finger electrode to the ribbon can be improved.
  • the finger electrode is connected to only one ribbon, then the current collected between where the break occurs and the end can not be transferred to the ribbon, assuming that an electrical break has occurred at the center of the finger electrode.
  • FIG. 30 shows an example in which ribbon connection openings are formed at the ends of the finger electrode openings in the vicinity of the central axis of each opening row in the example shown in FIG.
  • the ribbon connection opening 130 may be formed to have a width wider than the finger electrode openings for the portion not connected to the ribbon, in order to improve contact with the ribbon.
  • FIG. 31 shows various embodiments of the ribbon connection opening.
  • the ribbon connection opening may be variously configured to connect with the ribbon at the corresponding position after the front electrode is printed.
  • the vertical line 215 is not actually present in the stencil mask but is a virtual display showing the state in which the ribbon is connected when the front electrode is printed using the stencil mask.
  • the finger electrode openings 118 may be configured without special ribbon connection openings as in the example shown in Figure 31 (a).
  • the ribbon connection opening 130-1 having a rectangular shape
  • the connection opening 130-2, the circular ribbon connection opening 130-3, the elliptical ribbon connection opening 130-4, and the square-shaped ribbon connection opening 130-5 having both ends rounded. And size.
  • the width w1 and the length w3 of each of the ribbon connection openings 130-1 to 130-5 may be variously configured.
  • the width w1 of the ribbon connection openings 130-1 to 130-5 may be 50 mu m to 300 mu m, but is not limited thereto.
  • w1 may be composed of 10 mu m to 1,000 mu m.
  • the length w3 of the ribbon connection openings 130-1 to 130-5 may be 300 mu m to 600 mu m, but is not limited thereto.
  • w3 may be composed of 10 mu m to 2,000 mu m.
  • connection form of the finger electrode opening and the ribbon connection opening are completely the same.
  • the finger electrode openings arranged at the lower ends of (c) to 31 (f) of FIG. 31 are disposed downward from the transverse center axis of the ribbon connection opening.

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Abstract

본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는 버스 바 전극이 없는 태양전지의 전면전극 패턴을 형성하기 위한 것으로서, 인접한 행이나 열의 핑거 전극 개구부들의 위치를 서로 어긋나게 배치한다. 또한, 각 핑거 전극 개구부의 폭을 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지도록 구성하거나, 각 개구부 열에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부와 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부가 교대로 형성되도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 태양전지의 전면전극이 버스 바의 역할을 수행할 리본과 적절히 연결될 수 있다. 스텐실 기술의 특성을 고려한 설계에 따라, 스텐실 마스크의 지지력을 향상시킬 수 있으며, 단속적인 핑거 전극 개구부들을 통해 인쇄되어야 하는 핑거 전극들의 연결성을 향상시키고, 핑거 전극들로부터 수집되는 전류의 이동성을 향상시켜 전류 손실을 최소화할 수 있게 된다.

Description

태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크
본 발명은 태양전지용 스텐실 마스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 버스 바 전극이 없는 태양전지의 전면전극 패턴을 형성하기 위하여 사용되는 스텐실 마스크에 관한 것이다.
태양전지는 태양 에너지를 전기로 직접 변환하는 전자소자로서, 일반적으로 실리콘 태양전지가 사용된다. 실리콘 태양전지의 기본적인 구조는 반도체 PN 접합이다. 실리콘 웨이퍼 상에 은 페이스트(Ag paste)나 알루미늄 페이스트(Al paste) 등의 금속 페이스트를 이용하여 전극을 인쇄한 후 열처리를 수행함으로써, 전면전극과 후면전극을 형성한다.
전면전극은 핑거(Finger) 전극과 버스 바(Bus bar) 전극으로 구성되는데, 전면전극의 인쇄는 일반적으로 스크린 인쇄 기술을 이용하여 이루어지고 있다.
도 1은 스크린 인쇄 장비의 예를 보인 것으로서, 지지 하우징(1)이 구비되고, 지지 하우징(1) 위에 실리콘 웨이퍼(2)가 안착된다.
실리콘 웨이퍼(2)의 윗면, 즉 태양광을 수광하는 면에는 스크린 마스크(3)가 놓이게 된다. 스크린 마스크(3)에는 핑거 전극과 버스 바 전극으로 이루어지는 전면전극을 형성하기 위하여 핑거 전극 패턴 및 버스 바 전극 패턴이 형성되어 있다.
도 2는 스크린 마스크(3)의 예를 보인 것으로서, 마스크 프레임(4) 상에 핑거 전극 개구부(5)와 버스 바 전극 개구부(6)가 형성되어 있다. 스크린 마스크(3)에는 금속 페이스트(7)가 놓이며, 스퀴즈(8)가 이동하면서 실리콘 웨이퍼(2)에 금속 페이스트를 제공하여 핑거 전극과 버스 바 전극이 인쇄되도록 한다.
도 3은 실리콘 웨이퍼(2)에 핑거 전극(11)과 버스바 전극(12)이 인쇄된 예를 보인 것으로서, 도 2의 각 전극 개구부 위치에 핑거 전극(11)과 버스 바 전극(12)이 인쇄된다. 후면전극이 형성된 다음에는 전면전극을 형성하고, 열처리 공정을 통해 실리콘 태양전지를 완성한다.
도 4는 메쉬(3-1) 위에 에멀전(3-2)으로 버스 바 전극과 핑거 전극 개구부가 형성된 예를 보인 것으로서, 금속 페이스트는 메쉬(3-1)의 와이어 사이에 있는 공간을 통과하여 흘러 전극을 형성하게 된다.
즉, 스크린 인쇄 기술은 기본적으로 와이어가 서로 교차하여 격자 구조를 이루는 와이어 메쉬(3-1, Wire Mesh)가 지지층 역할을 하고, 포토 리소그라피(Photo-lithography Process) 방법에 의해 패터닝된 에멀전(3-2, Emulsion)으로 각 전극의 개구부가 이루어진다.
그런데, 이와 같이 메쉬(3-1)를 사용하는 스크린 인쇄 기술은 적지 않은 문제점을 가지고 있다.
즉, 와이어로 직조된 구조로 인하여 토출부의 개구율이 50~60%에 불과하므로 인쇄가 잘 되지 않는 영역이 존재하고, 이를 개선하기 위하여 와이어의 직경을 줄이고자 하면 스크린의 제조 비용이 증가한다.
뿐만 아니라, 스크린을 사용하여 인쇄된 전극의 높이가 상대적으로 높지 않아 종횡비가 낮아져 핑거 전극의 선저항이 증가하여 태양전지의 발전 효율에 적합한 전기 전도도를 제공하기 어렵다.
스크린을 사용한 인쇄 전극의 높이가 균일하지 않으며, 와이어로 인해 저점도 페이스트를 사용해야 하므로 퍼짐성이 증가하여 은 페이스트(silver paste)의 소모량이 필요 이상으로 증가할 수 있고, 인쇄 후 전면전극의 도포면적이 증가하여 광 흡수 면적이 감소하는 문제점이 있다.
이러한 스크린 인쇄 기술의 단점을 개선하기 위하여 메쉬를 사용하지 않는 스텐실 인쇄 기술이 사용될 수 있다.
그런데 일부 스텐실 마스크의 제조 방법으로 시도되었던 전기주조법(Electroforming)은 긴 제조 시간과 복잡한 제조 공정, 초기 투자비 등의 문제가 있고, 화학적 에칭 방법은 제조 공정이 복잡하고 앞뒷면의 부정합이 발생할 우려가 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 레이저를 이용하여 직접 전극 개구부를 가공하는 방법이 사용될 수 있다.
한편, 종래 태양전지의 전면전극은 일반적으로 버스 바 전극과 핑거 전극으로 이루어진다.
그런데, 버스 바 전극을 이용하면, 핑거 바 전극에 비해 상대적으로 많은 은(Ag) 페이스트가 사용되고, 빛의 흡수 면적이 감소하여 수집 전류의 손실이 발생하며, 전극 인쇄 중 단차로 인한 전극 연결부의 끊김 현상이 나타날 수 있는 등 여러 가지 문제점이 나타날 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스텐실 인쇄 기술을 이용하여 버스 바가 없는 전면전극 패턴을 형성할 수 있는 태양전지용 스텐실 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 버스 바 전극이 없는 태양전지용 스텐실 마스크에는 핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비된다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는 서로 인접한 개구부 행의 대응되는 위치에 형성되는 각 핑거 전극 개구부의 위치가 서로 어긋나도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 각 개구부 행에서 각 핑거 전극 개구부의 폭이 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 핑거 전극 개구부의 양 말단 중 적어도 하나의 말단은 일정한 각도로 한번 이상 꺾인 형태로 형성되도록 구성될 수 있다.
이때 두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분은 서로 평행하게 구성될 수 있다.
또한, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부는 자신과 인접한 두 핑거 전극 개구부의 말단에서 꺾어진 부분의 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 폭과 길이 중 적어도 하나 이상이 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 그것보다 크게 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는, 서로 인접한 개구부 행에 있는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들의 사이에 적어도 하나 이상의 중간 개구부가 형성되도록 구성될 수 있다.
이때 상기 중간 개구부는 대각선 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 리본이 연결될 핑거 전극을 위한 각 핑거 전극 개구부도 대각선 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크는, 핑거 전극 개구부가 일정 간격(g1)으로 복수 개 형성된 개구부 열이 복수 개 구비되도록 구성될 수 있다. 이때 각 개구부 열의 핑거 전극 개구부는 이웃한 개구부 열의 핑거 전극 개구부와 세로 방향으로 일정 간격(g2)만큼 어긋나도록 배치될 수 있다.
상기 일정 간격 g2는 'g1/2'일 수 있다.
각 핑거 전극 개구부의 가운데 부분에는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 리본 연결 개구부가 형성될 수 있다.
각 핑거 전극 개구부의 가운데는 일정 간격만큼 이격되도록 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 이격된 부분의 위와 아래에는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 리본 연결 개구부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 전면전극용 스텐실 마스크는, 핑거 전극 개구부가 일정 간격(g1)으로 복수 개 형성된 개구부 열이 복수 개 구비되고, 각 개구부 열에는 해당 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부가 교대로 형성되도록 구성될 수 있다.
상기 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 상기 중심축에서 일정 길이만큼 우측으로 더 돌출되고, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 상기 중심축에서 일정 길이만큼 좌측으로 더 돌출되도록 구성될 수 있다.
상기 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 적어도 좌측에 위치한 개구부 열의 중심축 이상까지 형성되고, 상기 개구부 열의 중심축에서 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 적어도 우측에 위치한 개구부 열의 중심축 이상까지 형성될 수 있다.
이때 각 개구부 열에서 핑거 전극 사이의 거리는 모두 동일하게 구성될 수 있다.
각 개구부 열의 중심축 부근에 있는 각 핑거 전극 개구부의 말단에는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 리본 연결 개구부가 형성될 수 있다.
각 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 우측 말단과, 이웃한 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 좌측 말단 사이는 서로 일정 간격만큼 떨어지도록 구성될 수 있다.
또한, 각 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 우측 말단 일부와, 이웃한 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 좌측 말단 일부는 서로 겹치도록 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 태양전지용 스텐실 마스크는 태양전지에 인쇄된 전면전극이 버스 바의 역할을 수행할 리본과 적절히 연결될 수 있도록 해준다.
특히, 스텐실 기술의 특성을 고려한 설계에 따라, 스텐실 마스크의 지지력을 향상시킬 수 있으며, 단속적인 핑거 전극 개구부들을 통해 인쇄되어야 하는 핑거 전극들의 연결성을 향상시키고, 핑거 전극들로부터 수집되는 전류의 이동성을 향상시켜 전류 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 버스 바가 없는 전면전극을 인쇄함에 따라 은(Ag) 페이스트의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 원가절감에 기여하는 경제적 효과가 있다.
도 1은 스크린 인쇄 장비의 예,
도 2는 스크린 마스크의 예,
도 3은 태양전지에 인쇄된 전면전극의 예,
도 4는 메쉬와 에멀전으로 패턴이 형성된 예,
도 5는 스텐실 인쇄에서 발생할 수 있는 고립 영역을 설명하는 예(도 5의 (a)는 메쉬(3-1)가 모든 영역을 지지해주는 예, 도 5의 (b)는 독립적으로 존재할 수 없는 영역(51)이 존재하는 예, 도 5의 (c)는 개구부로 고립된 영역이 발생하는 경우 주변 기판을 연결할 수 있도록 처리한 예),
도 6은 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 일 실시예,
도 7은 태양전지의 전면전극에 리본이 연결된 예,
도 8은 태양전지의 직렬 연결을 보인 예,
도 9는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조에 관한 예(도 9의 (a)는 스텐실 마스크(100)에서의 핑거 전극 개구부에 대한 예이고, 도 9의 (b)는 태양전지(200)에 인쇄된 예를 보인 것임),
도 10은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조의 또 다른 예(도 10의 (a)는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102-1, 102-2)의 예이고, 도 10의 (b)는 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(101-1, 101-2)가 서로 마주보는 부분에서 페이스트의 퍼짐에 의한 접촉 면적(180)이 증가하는 예),
도 11은 핑거 전극 개구부들의 배치에 관한 일 실시예,
도 12는 전류의 이동성을 향상시키기 위한 개구부 구조에 관한 예,
도 13은 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예,
도 14는 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 다른 예(도 14의 (a), (b), (c), (d)는 각각 꺾어진 부분의 길이에 따른 다양한 실시예),
도 15는 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 또 다른 예(도 15의 (a)는 레이저 빔 조사를 시작하는 지점(P)과 인접한 핑거 전극 개구부가 가까울 경우의 예, 도 15의 (b)는 레이저 빔 조사를 시작하는 지점(P)과 인접한 핑거 전극 개구부가 충분히 떨어지도록 구성한 경우의 예),
도 16은 리본과 연결될 핑거 전극과의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예,
도 17은 중간 개구부에 관한 예,
도 18과 도 19은 중간 개구부에 관한 또 다른 예이다.
도 20은 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 다른 실시예,
도 21은 각 열의 핑거 전극 개구부들이 동일한 간격으로 배치되는 예,
도 22는 도 21에서 리본 연결 개구부가 형성된 예,
도 23은 핑거 전극 개구부의 가운데 부분이 이격된 예,
도 24는 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 또 다른 실시예,
도 25와 도 26은 좌측을 향하는 핑거 전극 개구부와 우측을 향하는 핑거 전극 개구부 사이의 간격에 관한 예,
도 27과 도 28은 리본 연결 개구부가 형성된 각 실시예,
도 29는 핑거 전극의 리본에 대한 연결성을 향상시키기 위한 실시예,
도 30은 도 29에서 리본 연결 개구부가 형성된 예,
도 31의 (a), (b), (c), (d), (e), (f)는 각각 리본 연결 개구부에 관한 다양한 실시예이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
먼저, 도 4와 도 5를 참조하여 스크린 인쇄 기술과 스텐실 인쇄 기술의 특성을 살펴보기로 한다. 종래의 스크린 인쇄 기술은 메쉬(3-1)에 에멀전(3-2)이 고착되는 방식이기 때문에 메쉬(3-1)가 모든 영역을 지지해주므로, 도 5의 (a)에 도시된 예와 같이 자유롭게 패턴을 형성할 수 있다.
그러나, 스텐실 인쇄 기술의 경우에는 도 5의 (b)에 도시된 예와 같이 개구부로 둘러싸인 영역 중 주변과 연결되지 않고는 독립적으로 존재할 수 없는 영역(51)이 존재한다. 즉, 'A' 모양의 내부 삼각형 모양은 지지해주는 곳이 없기 때문에 독립적으로 존재할 수 없다.
그러므로, 스텐실 인쇄 기술을 사용할 때는 도 5의 (c)에 도시된 예와 같이 개구부로 고립된 영역이 발생하는 경우 주변 기판을 연결할 수 있도록 처리해야 한다.
즉, 전면전극 패턴을 설계할 때는 각 전면전극의 연결 관계를 적절히 설계함으로써, 고립된 영역이 나타나지 않도록 하고, 내구성을 확보할 필요가 있다.
도 6은 본 발명에 따른 스텐실 마스크(100)의 일 실시예에 대한 기본적인 구조를 보인 것으로서, 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 핑거 전극 개구부가 형성되어 있으며, 여러 개의 핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비된다.
이러한 스텐실 마스크(100)를 이용하여 전면전극의 인쇄가 이루어지면 각 핑거 전극 개구부들을 통해 페이스트가 태양전지의 표면으로 흘러 번지게 되고, 인접한 핑거 전극 개구부를 통해 흐른 페이스트들이 서로 합쳐지면서 전기적으로 접속된다. 이러한 상황을 고려하여 각 핑거 전극 개구부들의 거리가 결정된다.
도 6에는 각 개구부 행에 8개의 핑거 전극 개구부가 형성되고, 17개의 개구부 행이 구비된 예를 보였지만, 개구부 행의 수, 하나의 개구부 행에 단속적으로 배치되는 핑거 전극 개구부의 수, 인접한 핑거 전극 개구부들 사이의 거리, 개구부 행들 사이의 거리, 핑거 전극 개구부의 모양과 크기 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
특히, 스텐실 마스크(100)에는 버스 바 전극을 위한 개구부가 없다. 버스 바 전극이 없는 구조는 스텐실 기술에 적합하고 구현이 용이하며, 실제 태양전지의 효율 향상을 위해서도 바람직한 개발 방향이다.
버스 바 전극은 각 핑거 전극으로부터 수집된 전류를 모아 운반하는 역할을 수행하는데, 이러한 역할은 스텐실 마스크(100)를 통해 각 핑거 전극이 태양전지의 표면에 인쇄된 후 특정 핑거 전극에 연결되는 리본이 수행할 수 있다.
도 7은 버스 바 전극이 없이 핑거 전극만으로 전면전극이 형성된 태양전지(200)의 예를 보인 것으로서, 버스 바 전극의 역할은 리본(210)이 수행할 수 있다. 리본은 '와이어'로 불리기도 하며, 각 핑거 전극에 전기적으로 접촉되는 것으로서, 전기 전도성이 좋은 재질로 구성된다.
도 8은 각 태양전지(200)가 리본(210)을 통해 직렬 연결되는 예를 보인 것으로서, 각 태양전지의 전면전극과 다음 태양전지의 후면전극이 리본을 통해 연결되어 직렬 연결을 이룬다.
이제 본 발명에 따른 스텐실 마스크(100)의 구조에 관한 다양한 실시예에 관하여 설명하기로 한다.
도 9는 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조에 관한 예를 보인 것으로서, 도 9의 (a)는 스텐실 마스크(100)에서의 핑거 전극 개구부에 대한 예이고, 도 9의 (b)는 태양전지(200)에 인쇄된 예를 보인 것이다.
각 개구부 행의 핑거 전극 개구부들 중 리본(210)과 연결될 핑거 전극(202)을 위한 핑거 전극 개구부(102)의 폭과 길이 중 적어도 하나 이상은 리본(210)과 연결되지 않는 핑거 전극(201)을 위한 핑거 전극 개구부(101)의 그것보다 크도록 구성될 수 있다.
그러면 해당 핑거 전극 개구부(102)를 통해 인쇄된 핑거 전극(202)과 리본(210)의 연결성을 향상시킬 수 있다.
즉, 핑거 전극(202)의 폭이 커지면 리본(210)과의 접촉 면적이 커지게 되고, 핑거 전극(202)의 길이가 길어지면 리본의 배치에 오차가 발생하더라도 핑거 전극(202)에 접촉할 수 있는 범위를 넓혀준다.
도 9를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 핑거 전극 개구부(101)의 가로 길이(A)는 10μm~30,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~3,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(B)는 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부들 사이의 간격(C)은 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다.
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)의 가로 길이(D)는 10μm~2,000μm로 구성할 수 있지만, 200μm~1,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 개구부 행들 사이의 거리(S)는 100μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 500μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
도 10을 참조하여, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 개구부 구조의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.
리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102-1, 102-2)는 각 개구부 행에서 핑거 전극 개구부(101-1)와 핑거 전극 개구부(101-2)가 서로 이격된 부분의 상측과 하측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102-1, 102-2)는 각 핑거 전극 개구부(101-1, 101-2) 사이의 상측 및 하측에 쌍으로 배치될 수 있다.
그러면, 전면 전극을 인쇄할 때, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102-1, 102-2)와, 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(101-1, 101-2)가 서로 마주보는 부분에서 페이스트의 퍼짐에 의한 접촉 면적(180)이 증가한다. 이에 따라, 전기적 연결이 양호해지고, 저항이 감소하여 효율이 높아질 수 있다.
도 10을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102-1, 102-2)와, 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(101-1, 101-2) 사이의 간격(F)은 0.1μm~100μm로 구성할 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다
이때, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102-1, 102-2)의 가로 길이(D)는 10μm~2,000μm로 구성할 수 있지만, 200μm~1,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
스텐실 마스크(100)는 메쉬와 같은 지지 부재가 없이 얇은 마스크 판(예: 수십 μm)에 직접 전면전극을 위한 개구부를 형성하여 이루어지고, 태양전지의 표면에 놓여 전극 인쇄에 사용된다. 그러므로, 스텐실 마스크(100)는 지지 구조와 내구성 등이 중요하게 고려되어야 한다.
도 11을 참조하자면, 스텐실 마스크(100)에 형성되는 다수의 핑거 전극 개구부들 중 리본의 연결에 사용되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(101-1)는 인접한 개구부 행의 대응되는 핑거 전극 개구부(101-2)와 그 위치가 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
즉, 열 방향에서 직선으로 바라볼 때 인접한 개구부 행의 대응되는 두 핑거 전극 개구부(101-1, 101-2)는 일정 거리(g)만큼 어긋나게 배치된다.
이와 같은 배치는 리본의 연결에 사용되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들 모두에 대해 적용될 수도 있고, 필요에 따라서는 일부에만 적용될 수도 있다. 또한, 서로 어긋나게 배치할 때, 인접한 핑거 전극 개구부들 사이의 어긋나는 거리(g)도 다양하게 구성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 모든 핑거 전극 개구부가 동일한 위치에 배치되었을 때에 비하여 스텐실 마스크(100)의 전체적인 지지력이 강화될 수 있고, 내구성도 향상될 수 있다.
태양전지의 각 핑거 전극에서 수집된 전류는 리본으로 모여 흐르게 되기 때문에 리본에서 가까이 있는 핑거 전극일수록 많은 전류가 흐르게 된다.
그러므로, 전류량 증가에 따라 선저항이 증가하는 것을 방지하고, 전류가 원활하게 흐르도록 하기 위하여, 리본과 연결되는 핑거 전극에서 가까운 핑거 전극일수록 더 많은 전류가 흐르도록 구성될 수 있다.
도 12는 전류의 이동성을 향상시키기 위한 개구부 구조에 관한 예로서, 각 개구부 행에서 핑거 전극 개구부의 폭은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)와 가까울수록 더 넓어지도록 구성될 수 있다.
도 12에는 각 핑거 전극 개구부 단위로 그 폭이 변경되는 예가 도시되었지만, 하나의 핑거 전극 개구부에서도 폭이 변경될 수 있다.
도 12를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극 개구부(102)의 가로 길이(D)는 10μm~2,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~1,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E1)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 10μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
이때 각 핑거 전극 개구부들의 세로 길이 E2와 E3은 'E1 > E2 > E3'의 관계에 있도록 구성될 수 있다.
스텐실 마스크(100)에서 각 핑거 전극 개구부는 단속적으로 형성되기 때문에 페이스트의 인쇄가 이루어질 때 인접한 핑거 전극 개구부를 통해 흐른 페이스트들이 서로 전기적으로 잘 연결될 수 있도록 함으로써, 전기적인 연결이 끊어지는 부분이 없도록 해야 한다.
도 13은 핑거 전극 사이의 연결성을 향상시키기 위한 개구부 구조의 예를 보인 것으로서, 핑거 전극 개구부(101)의 양 말단 중 적어도 하나의 말단은 일정한 각도로 적어도 한번 이상 꺾인 형태로 형성될 수 있다.
이때 각 핑거 전극 개구부의 수평 부분(A)과 꺾어진 부분(A2)의 비율, 꺾어지는 각도 등은 다양하게 구성될 수 있다.
특히, 두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분(311, 312)은 서로 평행하게 구성될 수 있다.
이와 같이 구성하면, 전면전극을 인쇄할 때, 각 핑거 전극 개구부의 말단(311, 312)을 통해 흐른 페이스트가 퍼지면서 서로 합쳐지는 접합 영역이 증가하므로, 물리적/전기적 연결성이 더욱 개선될 수 있으며, 핑거 전극의 단선 문제를 해결할 수 있다.
핑거 전극 사이의 물리적/전기적 연결성을 개선하기 위해서는 이러한 방식 이외에도 핑거 전극 개구부의 말단 부위의 폭을 더 넓히거나 특정 모양을 갖도록 형성하는 등 다양한 방식을 사용할 수 있다.
그러나, 도 13에 보인 예와 같이, 핑거 전극 개구부의 말단에서 일정한 각도로 꺾인 형태로 구성하면, 수평 방향의 핑거 전극 개구부(101)를 형성하는 레이저 가공 방식을 그대로 이용하면서 말단 부위에서 일정 각도로 꺾어 진행하기만 하면 되기 때문에 레이저를 이용한 핑거 전극 개구부의 형성 과정이 단순화되어 비용을 절약할 수 있게 된다.
도 13을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 핑거 전극 개구부의 가로 길이(A)는 10μm~30,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~3,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 꺾인 부분의 길이(A2)는 0.1μm~1,000μm로 구성될 수 있지만, 20μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부들 사이의 간격(C)은 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하며, 핑거 전극 개구부의 꺾인 각도(G)는 1도~90도로 구성될 수 있지만, 2도~30도로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부의 세로 길이(B)는 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 레이저 빔의 크기(spot size)에 맞추어 5μm~50μm로 구성하면, 이 범위의 세로 길이를 갖는 핑거 전극 개구부의 가공이 더욱 편리하게 이루어질 수 있다.
도 14의 (a), (b), (c), (d)는 각각 꺾어진 부분의 길이에 따른 다양한 실시예를 보인 것으로서, 꺾어진 부분의 길이는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있음을 나타내고 있으며, 꺾어진 부분이 서로 평행하게 대응되는 부분이 길수록 페이스트 인쇄시 접촉부위가 넓어지게 된다. 또한, 도 14의 (d)에 보인 예와 같이, 대응되는 핑거 전극 개구부의 꺾어진 부분의 길이는 서로 비대칭적으로 구성될 수도 있다.
도 14를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 대응되는 핑거 전극 개구부에서 꺾어지기 시작한 부분 사이의 수평 거리(x), 꺾어진 부분의 말단과 말단 사이의 수평 거리(z, y)는 각각 1μm~1,000μm로 구성될 수 있지만, 5μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
도 15를 참조하자면, 레이저 빔을 이용하여 가공할 때, 레이저 빔 조사를 시작하는 지점(P)과 인접한 핑거 전극 개구부가 가까울 경우(도 15의 (a)), 초기 레이저의 과도한 출력에 의해 마스크 판(금속판)이 파손되는 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 레이저 빔 조사를 시작하는 지점(P)과 인접한 핑거 전극 개구부가 충분히 떨어지도록 구성하면(도 15의 (b)), 초기 레이저의 과도한 출력에 의해 마스크 판(금속판)이 파손되는 상황을 억제할 수 있게 된다.
도 16을 참조하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)는 평행하게 구성된 두 부분(313, 314)의 사이에 형성될 수 있다.
그러면 전면전극을 인쇄할 때, 각 핑거 전극 개구부(102, 313, 314)를 통해 흐른 페이스트들의 접촉성이 향상될 수 있다. 즉, 인쇄 후 리본과 연결될 핑거 전극과, 그에 인접하여 양쪽에 형성되는 핑거 전극이 더욱 확실하게 물리적/전기적으로 연결될 수 있다.
도 16을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부(102)의 가로 길이(D)는 10μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~2,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
핑거 전극 개구부(102)의 꺾인 각도(G)는 1도~90도로 /구성될 수 있지만, 10도~80도로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 핑거 전극 개구부(102)와 꺾인 부분(313, 314) 사이의 간격(F)은 0.1μm~100μm로 구성될 수 있지만, 5μm~50μm로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 도 9b에 도시된 예와 같이, 스텐실 마스크(100)를 이용하여 태양전지에 전면전극을 인쇄한 후 리본(210)이 부착되는데, 전극(202)의 높이로 인한 단차로 인해 리본 부착 공정에서 전극(202)에만 압력이 집중되어 태양전지의 표면이 훼손될 수 있다. 또한, 리본(210)이 부착된 후에도 태양전지의 표면과 리본 사이에 단차가 존재하여 전극(202)과 리본(210)의 부착 상태가 나빠질 수 있다.
스텐실 마스크(100)는 리본의 부착성을 향상시키기 위하여, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들의 사이에 적어도 하나 이상의 중간 개구부를 구비하도록 구성될 수 있다.
도 17은 리본과 연결될 핑거 전극에 대응하는 핑거 전극 개구부들(102-1, 102-2)의 사이에 수평의 직선 형태로 중간 개구부(105-1)가 형성된 예를 나타낸 것이다. 중간 개구부의 모양, 크기, 개수 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것으로서, 특별히 제한되지 않는다.
도 17을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 중간 개구부의 가로 길이(D2)는 10μm~2,000μm로 구성될 수 있지만, 50μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E2)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 50μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
중간 개구부들 사이의 거리(F)는 10μm~1,000μm 로 구성될 수 있지만, 100μm~1,500μm로 구성하는 것이 바람직하다.
도 18은 중간 개구부(105-2)의 또 다른 실시예로서, 리본과 연결될 핑거 전극에 대응하는 핑거 전극 개구부들(102-1, 102-2)의 사이에 대각선 방향으로 형성된 예를 나타내었다.
도 18을 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 중간 개구부(105-2)의 가로 길이(D2)는 10μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~1,800μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E2)는 10μm~1,500μm로 구성될 수 있지만, 100μm~500μm로 구성하는 것이 바람직하다. 중간 개구부(105-2)와 핑거 전극 개구부(102-2)가 이루는 각도(G)는 1도~90도로 구성될 수 있지만, 10도 ~ 80도로 구성하는 것이 바람직하다.
도 19는 리본이 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들과, 이 핑거 전극 개구부들의 사이에 구비되는 중간 개구부가 모두 대각선 방향으로 형성된 예를 보인 것이다.
이와 같이 중간 개구부를 이용하여 태양전지의 전면전극을 인쇄하면, 리본의 부착성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 19를 참조하여 크기에 관한 구체적인 예를 설명하자면, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부나 중간 개구부의 가로 길이(D)는 10μm~3,000μm로 구성될 수 있지만, 200μm~2,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(E)는 10μm~1,500μm로 구성되는 것이 가능하지만, 100μm~500μm로 구성되는 것이 바람직하다.
대각선 방향으로 꺾인 각도(G)는 1도~90도로 구성될 수 있지만, 10도~80도로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 각 개구부들 사이의 간격(F)은 0.1μm~100μm로 구성되는 것이 가능하지만, 5μm~50μm로 구성되는 것이 바람직하다.
위에서 설명한 각 실시예들은 스텐실 마스크(100)에 각각 개별적으로 구현될 수도 있고, 그 성질에 반하지 않는 한 둘 이상의 실시예가 함께 적용될 수도 있음은 물론이다.
구체적인 예로서, 각 핑거 전극 개구부가 서로 인접한 개구부 행의 대응되는 위치에 형성된 각 핑거 전극 개구부와 그 위치가 서로 어긋나게 배치되고, 이와 아울러 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지도록 구성된 스텐실 마스크를 구현할 수 있다.
또한, 동일한 스텐실 마스크에 대하여, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 폭과 길이를 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 그것보다 크게 구성할 수 있다.
이제 본 발명에 따른 스텐실 마스크의 구조에 관한 또 다른 실시예에 관하여 설명하기로 한다.
도 20을 참조하자면, 본 발명에 따른 전면전극용 스텐실 마스크의 일 실시예는 여러 개의 개구부 열(c1, c2)을 구비하며, 각 개구부 열에는 여러 개의 핑거 전극 개구부가 일정 간격(g1)으로 형성된다.
특히, 각 개구부 열의 핑거 전극 개구부(111)는 이웃한 개구부 열의 핑거 전극 개구부(112)와 세로 방향으로 일정 간격(g2)만큼 어긋나게 배치된다. 한 개구부 열(c1)의 핑거 전극 개구부(111)가 이웃한 개구부 열(c2)의 핑거 전극 개구부(112)와 어긋나는 간격 g2는 다양하게 구성될 수 있다.
구체적인 하나의 예로서, 간격 g2는 g1의 '1/2'로 구성될 수 있다.
g1은 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, g1은 1,300μm~1,700μm로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, g1은 500μm~3,000μm로 구성될 수도 있다.
도 21은 g2가 g1의 '1/2'이 되도록 구성된 예를 보인 것으로서, 각 개구부 열에 도시된 세로 선(215)은 스텐실 마스크에 실제로 존재하는 것이 아니라, 이 스텐실 마스크를 이용하여 전면전극이 인쇄되었을 때 리본이 연결되는 상태를 보여 주는 가상의 표시이다. 즉, 세로 선 표시(215)는 실제 스텐실 마스크에는 존재하지 않는 가상의 표시로서, 이하의 모든 도면에서 같다.
스텐실 마스크는 금속 재질 등의 매우 얇은 판을 레이저로 가공하여 제작될 수 있는데, 다수의 핑거 전극 개구부들로 인해 내구성이 약해지지 않도록 하고, 전면전극 인쇄가 이루어지는 과정에서 물리적으로 손상되지 않도록 하기 위하여, 가능한 견고하게 설계될 필요가 있다.
도 21에 보인 예와 같이 이웃한 개구부 열의 각 핑거 전극 개구부를 어긋나게 배치하면 스텐실 마스크의 내구성과 견고성을 향상시킬 수 있다.
도 22를 참조하자면, 도 21에 보인 예에서 각 핑거 전극 개구부의 중앙 부분에는 리본 연결 개구부(130)가 형성될 수 있다.
리본 연결 개구부(130)는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 개구부를 말하는 것으로서, 리본과의 접촉성을 좋게 하기 위하여 리본과 연결되지 않는 부분을 위한 핑거 전극 개구부의 폭보다 넓게 형성될 수 있다.
도 23을 참조하자면, 각 핑거 전극 개구부의 중앙 부분은 일정 간격만큼 이격된 구조로 형성될 수 있다. 즉, 각 핑거 전극 개구부는 좌측 부분(113-1)과 우측 부분(113-2)으로 나뉠 수 있다.
이때 페이스트 인쇄 후 좌측 부분(113-1)과 우측 부분(113-2)의 연결 상태를 좋게 하고, 리본과의 접촉성을 좋게 하기 위하여, 이격된 부분의 상부와 하부에는 리본 연결 개구부(114-1, 114-2)가 형성될 수 있다.
페이스트를 인쇄하면, 핑거 전극 개구부의 좌측 부분(113-1), 우측 부분(113-2), 상부의 리본 연결 개구부(114-1), 하부의 리본 연결 개구부(114-2)로 흐른 페이스트들이 서로 합쳐져서 전기적으로 연결된다.
리본 연결 개구부(114-1, 114-2)는 리본과의 접촉성을 좋게 하기 위하여 리본과 연결되지 않는 부분을 위한 핑거 전극 개구부의 폭보다 넓고, 핑거 전극 개구부의 이격된 부분보다 더 길게 형성될 수 있다.
리본 연결 개구부(114-1, 114-2)의 길이(도 20의 w3 참조)는 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, w3은 300μm~600μm로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 w3은 10μm~2,000μm로 구성될 수도 있다.
각 개구부 열에 형성된 핑거 전극 개구부의 크기와 각 개구부 열의 중심축 사이의 거리 등은 다양하게 구성될 수 있다.
각 개구부 열에 속한 핑거 전극 개구부의 우측 말단과, 이웃한 개구부 열의 핑거 전극 개구부의 좌측 말단 사이는 일정 간격(g3)만큼 떨어지도록 구성될 수 있다. 이때 g3은 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, g3은 500μm~1,300μm로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 g3은 100μm~2,000μm로 구성될 수도 있다.
또한, 각 개구부 열 사이의 간격을 좁히면, 각 개구부 열의 핑거 전극 개구부의 우측 말단 일부와, 이웃한 개구부 열의 핑거 전극 개구부의 좌측 말단 일부가 서로 겹칠 수도 있다.
도 24는 본 발명에 따른 전면전극용 스텐실 마스크의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 여러 개의 개구부 열을 구비하고, 각 개구부 열에는 여러 개의 핑거 전극 개구부가 일정 간격(g1)으로 형성된다.
특히, 각 개구부 열에는 해당 개구부 열의 중심축(217)에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-1)와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-2)가 교대로 형성된다. 여기서 중심축(217)은 설명의 이해를 돕기 위한 가상의 표시로서 스텐실 마스크에 존재하는 것이 아니다.
각 개구부 열에서 동일한 방향으로 형성된 핑거 전극 개구부 사이의 간격 g1은 다양하게 구성될 수 있다.
g1은 1,300μm~1,700μm로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 g1은 500μm~3,000μm로 구성될 수도 있다.
개구부 열의 중심축(217)에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-1)는 중심축(217)에서 일정 길이(e2)만큼 우측으로 더 돌출되고, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-2)는 중심축(217)에서 일정 길이(e1)만큼 좌측으로 더 돌출되도록 구성될 수 있다.
즉, 개구부 열의 중심축(217)에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-1)와 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-2)는 중심축(217)에서 좌/우로 일정 길이(e3)만큼 서로 상하로 중첩될 수 있다.
이러한 스텐실 마스크를 이용하여 전면전극이 인쇄되면, 이 중첩된 부분을 통해 인쇄된 곳을 통해 리본이 연결될 수 있다.
핑거 전극 개구부에서 우측으로 더 돌출된 부분과, 좌측으로 더 돌출된 부분이 서로 겹치는 부분의 길이(e3)는 다양하게 구성될 수 있다.
구체적인 예로서, e3은 300μm~600μm로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
각 개구부 열의 중심축(217)에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-1)와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-2) 사이의 간격 g4는 다양하게 구성될 수 있다.
도 25를 참조하자면, 각 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-1)와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-2) 사이의 간격은 이후 전면전극의 인쇄가 이루어질 때 페이스트가 흘러 서로 전기적으로 잘 합쳐질 수 있는 정도의 간격으로 구성될 수 있다.
도 26을 참조하자면, 각 개구부 열에서 핑거 전극 사이의 거리는 모두 동일하게 구성될 수도 있다. 즉, 각 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-1)와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(116-2) 사이의 간격 g4는 모두 동일하게 구성될 수 있다.
구체적인 예로서, 각 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부들 사이의 거리가 g1인 경우, 각 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부 사이의 간격 g4는 g1의 1/2로 구성될 수 있다.
도 27은 도 26에 도시된 예에서 각 개구부 열의 중심축 부근에 있는 각 핑거 전극 개구부의 말단에 리본 연결 개구부(130)가 형성된 예를 보인 것이다.
도 28은 도 26에 도시된 예의 각 개구부 열 중 홀수 번째 열 또는 짝수 번째 열의 각 핑거 전극 개구부들이 중심축을 기준으로 대칭 이동하고, 각 개구부 열의 중심축 부근에 있는 각 핑거 전극 개구부의 말단에 리본 연결 개구부(130)가 형성된 예를 보인 것이다.
도 29를 참조하자면, 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(117-1)는 적어도 좌측에 위치한 개구부 열의 중심축 이상까지 형성되고, 개구부 열의 중심축에서 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부(117-2)는 적어도 우측에 위치한 개구부 열의 중심축 이상까지 형성될 수 있다.
이러한 스텐실 마스크를 통해 전면전극이 인쇄된 후 리본이 부착되면 각 핑거 전극은 양 말단에서 리본과 연결될 수 있으므로, 각 핑거 전극의 리본에 대한 연결성을 개선할 수 있다.
예를 들자면, 핑거 전극이 하나의 리본에만 연결되는 경우, 핑거 전극의 중앙 부분에 전기적 단절이 발생하였다고 가정하면, 단절이 발생한 곳과 말단 사이에서 수집되는 전류는 리본으로 전달될 수 없다.
그러나, 핑거 전극이 양단에서 두 리본과 연결되는 경우, 핑거 전극의 중앙 부분에 전기적 단절이 발생하더라도, 단절이 발생한 곳의 좌측 부분과 우측 부분에서 수집되는 전류는 모두 각 리본으로 전달될 수 있다.
도 30은 도 29에 도시된 예에서 각 개구부 열의 중심축 부근에 있는 각 핑거 전극 개구부의 말단에 리본 연결 개구부가 형성된 예를 보인 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 리본 연결 개구부(130)는 리본과의 접촉성을 좋게 하기 위하여, 리본과 연결되지 않는 부분을 위한 핑거 전극 개구부보다 넓은 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
도 31은 리본 연결 개구부에 관한 다양한 실시예를 나타낸 것으로서, 리본 연결 개구부는 전면전극이 인쇄된 후 해당 위치에서 리본과 연결하기 위하여 다양하게 구성될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 도시된 세로 선(215)은 스텐실 마스크에 실제로 존재하는 것이 아니라, 이 스텐실 마스크를 이용하여 전면전극이 인쇄되었을 때 리본이 연결되는 상태를 보여 주는 가상의 표시이다.
핑거 전극 개구부(118)는 도 31의 (a)에 보인 예와 같이 특별한 리본 연결 개구부 없이 구성될 수 있다.
그러나 도 31의 (b) 내지 31의 (f)에 보인 예와 같이, 전면전극이 인쇄되었을 때 리본과의 연결성을 향상시키기 위하여, 사각형 모양의 리본 연결 개구부(130-1), 마름모꼴 모양의 리본 연결 개구부(130-2), 원형의 리본 연결 개구부(130-3), 타원형 모양의 리본 연결 개구부(130-4), 양단이 라운드 처리된 사각형 모양의 리본 연결 개구부(130-5) 등 다양한 모양과 크기로 구성될 수 있다.
각 리본 연결 개구부(130-1~130-5)의 폭(w1)과 길이(w3)는 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 리본 연결 개구부(130-1~130-5)의 폭(w1)은 50μm~300μm로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 w1은 10μm~1,000μm로 구성될 수도 있다. 리본 연결 개구부(130-1~130-5)의 길이(w3)는 300μm~600μm로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 w3은 10μm~2,000μm로 구성될 수도 있다.
또한, 핑거 전극 개구부와 리본 연결 개구부의 연결 형태가 모두 완전히 동일한 필요는 없다. 예로서, 도 31의 (c) 내지 31의 (f)의 하단에 배치된 핑거 전극 개구부는 리본 연결 개구부의 가로 중심축에서 아래쪽으로 벗어나게 배치되어 있다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.

Claims (34)

  1. 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
    핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
    서로 인접한 개구부 행의 대응되는 위치에 형성된 각 핑거 전극 개구부는 그 위치가 서로 어긋나게 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  2. 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
    핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
    각 개구부 행에서 각 핑거 전극 개구부의 폭은 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와 가까울수록 더 넓어지는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  3. 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
    핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
    핑거 전극 개구부의 양 말단 중 적어도 하나의 말단은 일정한 각도로 한번 이상 꺾인 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  4. 제 3 항에 있어서,
    두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분은 서로 평행하게 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  5. 제 3 항에 있어서,
    리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부는 두 핑거 전극 개구부의 인접한 말단에서 꺾어진 부분의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  6. 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지용 스텐실 마스크로서,
    핑거 전극 개구부가 단속적으로 형성된 개구부 행이 복수 개 구비되며,
    상기 각 개구부 행에서 핑거 전극 개구부와 핑거 전극 개구부가 서로 이격된 부분의 상측과 하측에, 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부가 각각 배치된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  7. 제 6 항에 있어서,
    리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부와, 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부 사이의 간격은 5μm 이상 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 폭과 길이 중 적어도 하나 이상은 리본과 연결되지 않는 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 그것보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부들의 사이에는 적어도 하나 이상의 중간 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 중간 개구부는 대각선 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  11. 제 10 항에 있어서,
    리본과 연결될 핑거 전극을 위한 각 핑거 전극 개구부는 대각선 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  12. 제 2 항에 있어서,
    리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,000μm 이하이고, 세로 길이는 10μm 이상 500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 꺾인 부분의 길이는 20μm 이상 500μm 이하이고, 꺾인 각도는 2도 이상 30도 이하이며, 상기 핑거 전극 개구부의 세로 길이는 5μm 이상 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 2,000μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하이며, 꺾어진 각도는 10도 이상 80도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 리본과 연결될 핑거 전극을 위한 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,000μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 중간 개구부의 가로 길이는 50μm 이상 1,500μm 이하이고, 세로 길이는 50μm 이상 1,500μm 이하이며, 상기 중간 개구부들 사이의 간격은 100μm 이상 1,500μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 중간 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,800μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하이며, 상기 핑거 전극 개구부와 이루는 각도는 10도 이상 80도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 리본이 연결될 핑거 전극을 위한 각 핑거 전극 개구부의 가로 길이는 200μm 이상 1,800μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 500μm 이하이며, 꺽인 각도는 10도 이상 80도 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  19. 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크로서,
    핑거 전극 개구부가 일정 간격(g1)으로 복수 개 형성된 개구부 열이 복수 개 구비되고,
    각 개구부 열의 핑거 전극 개구부는 이웃한 개구부 열의 핑거 전극 개구부와 세로 방향으로 일정 간격(g2)만큼 어긋나게 배치된 것을 된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 일정 간격 g2는 g1의 '1/2'인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  21. 제 19 항에 있어서,
    각 핑거 전극 개구부의 가운데 부분에는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 리본 연결 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  22. 제 19 항에 있어서,
    각 핑거 전극 개구부의 가운데는 일정 간격만큼 이격되고,
    상기 이격된 부분의 위와 아래에는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 리본 연결 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  23. 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 핑거 전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크로서,
    핑거 전극 개구부가 일정 간격(g1)으로 복수 개 형성된 개구부 열이 복수 개 구비되고,
    각 개구부 열에는 해당 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부와, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부가 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 상기 중심축에서 일정 길이만큼 우측으로 더 돌출되고, 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 상기 중심축에서 일정 길이만큼 좌측으로 더 돌출된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 개구부 열의 중심축에서 좌측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 적어도 좌측에 위치한 개구부 열의 중심축 이상까지 형성되고, 상기 개구부 열의 중심축에서 우측으로 형성되는 핑거 전극 개구부는 적어도 우측에 위치한 개구부 열의 중심축 이상까지 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  26. 제 23 항에 있어서,
    각 개구부 열에서 핑거 전극 사이의 거리는 모두 동일한 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  27. 제 26 항에 있어서,
    각 개구부 열의 중심축 부근에 있는 각 핑거 전극 개구부의 말단에는 리본과 연결되는 전극 부분을 위한 리본 연결 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  28. 제 21 항, 제 22 항 및 제 27 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 리본 연결 개구부는 핑거 전극 개구부의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  29. 제 19 항 또는 제 23 항에 있어서,
    각 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 우측 말단과, 이웃한 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 좌측 말단 사이는 일정 간격만큼 떨어진 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  30. 제 19 항 또는 제 23 항에 있어서,
    각 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 우측 말단 일부와, 이웃한 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부의 좌측 말단 일부는 서로 겹치는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  31. 제 19 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 간격 g1은 1,300μm 이상 1,700μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  32. 제 23 항에 있어서,
    같은 개구부 열에 있는 핑거 전극 개구부들 사이의 거리는 상기 간격 g1의 '1/2'인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  33. 제 24 항에 있어서,
    상기 우측으로 더 돌출된 부분과, 좌측으로 더 돌출된 부분이 서로 겹치는 부분은 300μm 이상 600μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
  34. 제 29 항에 있어서,
    상기 일정 간격은 500μm 이상 1,300μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 전면전극용 스텐실 마스크.
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