WO2019139425A1 - 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크는 여러 개의 후면전극 개구부를 포함하며 구성되며, 각 후면전극 개구부는 메인 개구부, 및 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 복수 개의 서브 개구부를 포함하여 이루어진다. 이때 서브 개구부는 메인 개구부의 양 측면을 따라 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성된다. 서브 개구부들로 인하여 후면전극의 가장자리 주위가 완만하게 낮아지는 경사를 이루므로, 후면전계와의 중첩 부분이 윗 방향으로 돌출되지 않고 후면전극의 중심부와 유사한 높이를 이룬다. 이에 따라, 리본 부착 공정에서의 불량 발생율을 낮추고, 리본의 부착성을 향상시킬 수 있으며, 후면전극 인쇄를 위한 마스크의 내구성을 향상시켜 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스텐실 인쇄 기술을 이용하여 태양전지의 후면전극을 인쇄할 수 있도록 해주는 후면전극용 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 인쇄하고, 열처리를 수행함으로써, 전면과 후면에 전극을 형성한다.
전면에는 전면의 광생성 전류를 수집하는 핑거(Finger) 전극과, 각 핑거 전극으로부터 수집된 전류를 외부로 전달하는 버스 바(Bus bar) 전극이 형성되고, 후면에는 재결합 손실을 감소시키고 후면에서의 광생성 전류를 수집하는 후면전계(Back Surface Field)와, 후면전계로부터 수집된 전류를 외부로 전달하는 후면전극(Back Electrode)이 형성된다.
종래 태양전지의 전면과 후면의 전극 인쇄는 대부분 스크린 인쇄 기술을 이용하여 이루어지고 있으며, 후면의 전극 인쇄는 보통 후면전극을 먼저 인쇄하고 그 후에 후면전계를 인쇄하게 된다.
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 윗면에는 스크린 마스크(3)가 놓이게 된다. 스크린 마스크(3)에는 전면이나 후면의 각 전극을 인쇄할 수 있도록 해주는 전극 패턴이 형성되어 있다.
스크린 마스크(3)에는 금속 페이스트(7)가 놓이고, 스퀴즈(8)가 이동하면서 실리콘 웨이퍼(2)에 금속 페이스트를 제공하여, 스크린 마스크(3)에 형성된 전극 패턴이 인쇄되도록 한다.
스크린 인쇄 기술은 기본적으로 와이어가 서로 교차하여 격자 구조를 이루는 와이어 메쉬(Wire Mesh)가 지지층 역할을 수행하고, 포토 리소그라피(Photo-lithography Process) 방법에 의해 패터닝된 에멀전(Emulsion)으로 각 전극의 개구부가 이루어진다.
그런데, 이와 같이 메쉬를 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 증가로 인쇄 후 전극의 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 전기주조법은 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, 도 2에 도시된 바와 같이 각 태양전지(20)는 리본(21)을 통해 직렬 연결되어 사용되기 때문에 어느 태양전지의 전면에 형성된 전면전극(20-1)과 그 다음 단의 태양전지의 후면에 형성된 후면전극(20-2)은 전기 전도성이 좋은 재질로 구성되는 리본으로 서로 연결된다.
도 3을 참조하자면, 태양전지(20)의 후면에는 단속적으로 형성되는 복수 개의 후면전극(20-2)과, 후면의 전체에 걸쳐 형성되는 후면전계(20-3)가 인쇄되며, 리본(21)은 각 후면전극(20-2)을 통해 연결된다.
후면의 전극 인쇄에 사용되는 금속 페이스트는 다양하게 구성될 수 있다. 구체적인 예로서, 후면전극(20-2)은 은과 알루미늄(Ag+Al)으로 혼합 구성된 페이스트를 이용하고, 후면전계(20-3)는 알루미늄(Al)만으로 구성된 페이스트를 이용하여 인쇄될 수 있다.
그런데, 종래에는 태양전지(20)의 후면에 인쇄된 후면전극(20-2)과 후면전계(20-3)의 구조로 인하여, 도 4에 도시된 바와 같이 리본(21)의 연결에 문제가 발생할 수 있다.
도 4의 (a)는 태양전지(20)의 후면에 먼저 인쇄된 후면전극(20-2)을 위에서 바라본 예와, A-A' 방향의 단면을 보인 것이며, 도 4의 (b)는 후면전계(20-3)까지 인쇄된 후 위에서 바라본 예와, A-A' 방향의 단면을 보인 것이다. 후면전극(20-2)과 후면전계(20-3)는 물리적/전기적으로 서로 결합되므로, 후면전극(20-2)의 가장자리를 따라 후면전계(20-3)와 중첩되는 부분(41)이 존재한다.
도 4의 (c)에 보인 바와 같이, 후면전극(20-2)에 리본(21)을 부착하는 공정을 진행하면, 후면전극(20-2)과 후면전계(20-3)가 중첩된 부분에 집중적으로 압력이 인가되어(43), 해당 부분의 하단에 위치한 태양전지의 표면에 균열이 발생할 수 있다. 뿐만 아니라 후면전극(20-2)과 리본(21) 사이의 단차로 인하여 리본(21)과 후면전극(20-2)의 연결성도 나빠지게 된다.
즉, 태양전지의 전극을 인쇄하기 위하여 종래 스크린 인쇄 기술을 사용하는 경우에는 스크린 메쉬의 취약한 내구성, 복잡한 제조공정으로 인한 제조단가 및 제조시간 상승, 패턴 변경 시간의 증가 등 여러 문제가 발생한다. 또한, 후면전계를 후면전극의 가장자리를 따라 일부 중첩되도록 단순히 인쇄하면 리본 부착과 관련하여 불량이 발생하는 등의 문제가 나타날 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스크린 인쇄 기술을 사용할 때 나타나는 문제점을 해결하고, 후면전극과 후면전계가 적절히 결합될 수 있도록 하여 리본 부착과 관련된 문제점도 해결할 수 있는, 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크는, 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 후면전극에 대응하여 개구부가 형성되며, 각 후면전극 개구부는 하나의 메인 개구부, 및 상기 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 서브 개구부를 포함하여 이루어진다. 이때 상기 서브 개구부는 상기 메인 개구부의 양 측면을 따라 상기 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성된다.
본 발명에 따른 후면전극용 스텐실 마스크의 또 다른 실시예에서, 각 후면전극 개구부는 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 메인 개구부, 및 상기 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 복수 개의 서브 개구부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때 상기 서브 개구부는 상기 메인 개구부들의 양 측면을 따라 상기 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성된다.
이러한 실시예에서 인접한 행의 각 메인 개구부는 서로 엇갈리게 배치되도록 구성될 수 있다.
상기 메인 개구부와 서브 개구부 사이의 거리는 5μm 이상 50μm 이하로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 스텐실 마스크는 얇은 금속판에 레이저를 이용하여 직접 개구부 패턴을 형성하여 구성될 수 있다.
종래 스크린 인쇄에 사용되는 메쉬가 필요 없고, 후면전극 인쇄를 위한 마스크의 내구성이 향상되어 사용 시간이 증가하고 비용을 절감할 수 있다.
뿐만 아니라 단순한 제조공정으로 인하여 제조 단가를 줄일 수 있고, 제조 시간을 절감할 수 있다. 또한, 후면전계의 인쇄 공정과 리본 접합에 최적화된 다양한 패턴을 설계하고 즉각적으로 반영할 수 있으며, 후면전극과 리본과의 부착성을 향상시켜 태양전지의 불량 발생율을 낮출 수 있다.
도 1은 스크린 인쇄 장비의 예,
도 2는 태양전지의 직렬 연결을 보인 예,
도 3은 태양전지에 후면전극과 후면전계가 인쇄된 예,
도 4는 종래 후면전극과 후면전계의 중첩 구조를 보인 예(도 4의 (a)는 태양전지(20)의 후면에 먼저 인쇄된 후면전극(20-2)을 위에서 바라본 예이고, 도 4의 (b)는 후면전계(20-3)까지 인쇄된 후 위에서 바라본 예와, A-A' 방향의 단면을 보인 예이며, 도 4의 (c)는 후면전극(20-2)과 후면전계(20-3)가 중첩된 부분에 집중적으로 압력이 인가되어(43), 해당 부분의 하단에 위치한 태양전지의 표면에 균열이 발생하는 예),
도 5는 돌기형 후면전극 개구부를 이용하여 인쇄할 때의 후면전극과 후면전계의 중첩 구조에 관한 예(도 5의 (a)는 태양전지에 후면전극만 인쇄된 상태, 도 5의 (b)는 후면전계(20-3)까지 인쇄된 상태, 도 5의 (c)는 리본(21)이 부착된 상태의 예),
도 6은 후면전극용 스텐실 마스크의 일체형 개구부 실시예.
도 7과 도 8은 각각 본 발명에 의한 일체형 메인 개구부 주변의 돌기형 서브 개구부 형성에 관한 실시예,
도 9 내지 도 11은 각각 메인 개구부가 단속적으로 형성되는 후면전극 개구부에 관한 실시예로서,
도 9의 (a)는 각 메인 개구부(121-1)가 원형으로 구성된 예를 보인 것이고, 도 9의 (b)는 각 메인 개구부(121-2)가 사각형으로 구성된 예를 보인 것이며, 도 9의 (c)는 각 메인 개구부(121-3)가 마름모꼴로 구성된 예를 보인 것이고,
도 10의 (a)와 도 10의 (b)는 모서리가 곡면 처리된 사각형 모양의 서브 개구부(122-1, 122-2)를 보인 것으로서, 도 10의 (a)의 서브 개구부(122-1)는 메인 개구부(121-1)가 원형인 것을 고려하여 모서리의 곡면 반지름을 도 10의 (b)보다 크게 한 것을 나타낸 것이고,
도 11의 (a)는 삼각형 모양의 서브 개구부(122-3)를 보인 것이고, 도 11의 (b)는 사각형과 삼각형 모양을 합쳐 놓은 서브 개구부(122-4)의 예를 보인 것이고,
도 12 내지 도 15는 각 실시예와 관련된 수치 설계의 예로서,
도 12의 (a), (b), (c)는 각각 메인 개구부가 일체형으로 구성된 실시예에 관한 것이고,
도 13의 (a)는 다수의 원형 메인 개구부(121-1)로 이루어지는 실시예에 관한 것이고, 도 13의 (b)는 다수의 사각형 메인 개구부(121-2)로 이루어지는 실시예에 관한 것이고,
도 14의 (a) 및 (b)는 도 13의 (a) 및 (b)에 나타난 각 실시예에 서브 개구부(122-1, 122-2)를 포함시킨 예를 보인 것이고,
도 15의 (a)는 직사각형 모양의 일자형 메인 개구부(121-3)가 여러 개 나열된 예이고, 도 15의 (b)는 서로 다른 크기의 직사각형 모양의 일자형 메인 개구부가 여러 개 나열된 예이고, 도 15의 (c)는 양단이 반원형으로 곡면 처리된 일자형 메인 개구부(121-5)가 여러 개 나열된 예이고, 도 15의 (d)는 서로 다른 크기의 곡면 처리된 일자형 메인 개구부가 여러 개 나열된 예이다.
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.
도 5는 후면전극(20-2)의 측면 가장자리를 따라 돌기(20-5)가 형성된 예를 보인 것으로서, 태양전지에 후면전극만 인쇄된 상태(a), 후면전계(20-3)까지 인쇄된 상태(b), 리본(21)이 부착된 상태(c)가 나타나 있다.
도 5의 (a)를 참조하자면, 돌기가 형성된 후면전극 개구부를 이용하여 인쇄를 하면, 후면전극 개구부를 통해 흐른 'Ag+Al' 페이스트가 돌기 주위로 퍼지면서 후면전극(20-2)의 높이가 낮아지고, 인쇄된 후면전극의 가장자리 부분은 완만한 경사를 이루게 된다.
도 5의 (a)와 같이 후면전극을 인쇄한 후 후면전계(20-3)를 인쇄하면, 도 5의 (b)에 도시된 예와 같이, 후면전극(20-2)의 가장자리에서 후면전계(20-3)와 중첩되지만, 후면전극(20-2)의 가장자리 주위가 완만하게 낮아지는 경사를 이루고 있으므로, 중첩 부분이 윗 방향으로 돌출되지 않고(도 4b 참조), 후면전극(20-2)의 중심부와 유사한 높이를 이룬다.
즉, 후면전극(20-2)의 중앙 부분과 리본(21) 사이의 단차(도 4c 참조)가 해소되며, 도 5의 (c)에 도시된 예와 같이 후면전극(20-2)에 리본(21)을 부착할 때 압력이 고르게 분산되어 태양전지의 표면에 균열이 발생하거나 단차로 인해 접착상태가 나빠지는 등의 문제가 해소될 수 있다.
그러나, 스텐실 마스크는 그 두께가 매우 얇으므로, 도 5의 (a)에 보인 예와 같이 후면전극 개구부를 구성하면, 후면전극의 측면 가장자리를 따라 형성된 다수의 돌기(20-5)에 대응하는 개구부들로 인해 지지력이나 내구성이 약해질 수 있다.
즉, 인쇄 도중 스퀴즈가 이동함에 따라 이 돌기에 대응하는 개구부들이 꺾이거나 훼손될 수 있으며, 튀어나온 부분에 스퀴즈가 걸려 절단될 수 있고, 인쇄가 왜곡되거나 인쇄 품질이 저하될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크(100)에 관한 일 실시예로서, 마스크 판(110)에는 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 후면전극에 대응하여 후면전극 개구부(120)가 복수 개 형성된다.
도 6에는 한 행에 3개씩 4개의 행에 걸쳐 총 12개의 후면전극 개구부(120)가 형성된 예가 나타나 있으나, 하나의 스텐실 마스크(100)에 형성되는 후면전극 개구부(120)의 개수, 크기, 모양, 배열 등은 다양하게 구성될 수 있다.
구체적인 예로서, 각 후면전극 개구부(120)의 폭은 100μm~3,000μm로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 1,000μm~2,000μm로 구성될 수 있다. 스텐실 마스크(100)는 금속 재질로 구성될 수 있으나, 재질, 크기, 두께 등은 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 스텐실 마스크(100)의 두께는 10 ~ 100μm 사이에서 구성될 수 있지만, 기존 스크린 인쇄와의 공정 호환성을 고려하는 경우, 그 두께는 20 ~ 50μm의 범위에 있도록 구성될 수 있다.
종래 메쉬 스크린은 메쉬의 두께가 약 20 ~ 30μm 이고, 패턴화된 에멀전의 두께가 약 10 ~ 20μm 수준이다. 따라서 스크린 마스크의 총 두께는 30 ~ 50μm 범위에 있으며, 일반적으로 40μm 내외이다.
도 7을 참조하여, 스텐실 마스크(100)에 형성되는 후면전극 개구부(120)의 구체적인 일 실시예를 설명하자면, 각 후면전극 개구부(120)는 하나의 메인 개구부(121), 및 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 여러 개의 서브 개구부(122)를 포함하여 이루어질 수 있다.
이때 서브 개구부(122)는 메인 개구부(121)의 양 측면을 따라 메인 개구부(121)와 이격된 위치에 나란히 형성된다.
도 7에는 상/하 양단이 반원형으로 처리된 수직의 긴 사각형 모양의 메인 개구부(121)가 나타나 있으나, 메인 개구부(121)의 크기와 모양은 다양하게 구성될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
또한, 메인 개구부(121)의 양 측면을 따라 단속적으로 나란하게 형성되는 서브 개구부(122)의 개수, 크기, 모양도 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 서브 개구부(122)는 원형, 사각형, 삼각형, 반원형 등 다양한 모양으로 구성될 수 있다. 도 8a에는 삼각형 모양으로 형성된 서브 개구부의 예를 보였고, 도 8b에는 반원형으로 형성된 서브 개구부의 예를 보였다.
이와 같이 메인 개구부(121)와 다수의 서브 개구부(122)로 이루어지는 후면전극 개구부(120)를 통해 인쇄를 하면, 메인 개구부(121)를 통해 흐른 페이스트가 서브 개구부(122)들을 통해 흐른 페이스트와 합쳐지면서 퍼지기 때문에, 도 5에 도시된 돌기형 개구부를 사용한 경우와 마찬가지로 서브 개구부(122)들의 주위로 넓게 퍼지게 된다. 또한, 서브 개구부(122)는 메인 개구부(121)와 일체로 형성되는 것이 아니라 이격되어 단속적으로 형성되므로, 인쇄시 돌기 부분이 끊어지는 등의 문제를 해결할 수 있다.
그러면, 이후 인쇄된 후면전계와 중첩되는 부분이 상부로 돌출되지 않고 후면전극의 중앙 부분과 평평한 상태를 유지할 수 있게 되어 리본 부착시 일부분에 압력이 집중되어 태양전지 표면을 훼손하거나 리본의 부착력이 감소하는 등의 문제가 발생하지 않게 된다.
한편, 스텐실 마스크(100)는 메쉬와 같은 지지 부재가 없으므로, 지지력과 내구성을 더욱 강화할 수 있는 방법들이 고려될 수 있다.
이와 관련하여, 스텐실 마스크(100)에 구비되는 각 후면전극 개구부(120)는 서로 이격 배치되는 복수 개의 메인 개구부, 및 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 복수 개의 서브 개구부를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 9에 도시된 예와 같이, 하나의 메인 개구부가 형성되는 것이 아니라 다수의 작은 메인 개구부가 집합적으로 모인 형태로 구성될 수 있다.
도 9의 (a)는 각 메인 개구부(121-1)가 원형으로 구성된 예를 보인 것이고, 도 9의 (b)는 각 메인 개구부(121-2)가 사각형으로 구성된 예를 보인 것이며, 도 9의 (c)는 각 메인 개구부(121-3)가 마름모꼴로 구성된 예를 보인 것이다.
이때 사각형과 마름모꼴 등 모서리가 있는 메인 개구부들은 그 모서리가 완만한 곡면을 갖도록 구성될 수 있다. 특히 마름모꼴 메인 개구부에서와 같이 각 개구부들 사이가 스퀴즈 이동 방향에 비스듬하게 배치되면 기계적 저항과 마찰이 감소하여 내구성을 개선할 수 있다.
하나의 후면전극을 형성하기 위한 메인 개구부들의 개수, 모양, 크기 등은 다양하게 구성될 수 있으며, 각 메인 개구부들 사이의 거리는 메인 개구부의 크기와 페이스트의 퍼짐성, 지지력 등을 고려하여 다양하게 구성될 수 있다.
이러한 구조의 메인 개구부(121-1, 121-2, 121-3)를 갖는 스텐실 마스크를 통해 인쇄가 이루어지면 인접한 메인 개구부들을 통해 흐른 페이스트끼리 합쳐지고, 인쇄 후에는 도 8에 도시된 예에서 하나의 메인 개구부를 통해 인쇄한 경우와 유사한 후면전극이 형성된다.
이때 스텐실 마스크의 지지력과 내구성을 더욱 강화하기 위하여, 서로 인접한 행의 메인 개구부는 엇갈리게 배치될 수 있다.
즉, 도 9의 (a) 내지 도 9의 (c)에서 각 행의 메인 개구부들은 자신과 인접한 행의 메인 개구부들과 열 방향에서 일정 거리만큼 어긋나게 배치되어 있다. 그러면 모든 행의 메인 개구부들이 열 방향에서 동일한 위치에 배치되었을 때보다 지지력이 더욱 강화될 수 있다.
도 10과 도 11을 참조하면, 서브 개구부(122-1~122-4)는 각 메인 개구부들의 집합이 형성하는 양 측면을 따라 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성된다.
도 10의 (a)와 도 10의 (b)는 모서리가 곡면 처리된 사각형 모양의 서브 개구부(122-1, 122-2)를 보인 것으로서, 도 10의 (a)의 서브 개구부(122-1)는 메인 개구부(121-1)가 원형인 것을 고려하여 모서리의 곡면 반지름을 도 10의 (b)보다 크게 한 것을 나타낸다.
도 11의 (a)는 삼각형 모양의 서브 개구부(122-3)를 보인 것이고, 도 11의 (b)는 사각형과 삼각형 모양을 합쳐 놓은 서브 개구부(122-4)의 예를 보인 것이다.
서브 개구부는 인접한 메인 개구부의 크기와 모양 등을 고려하여, 개수, 위치, 모양, 크기 등을 다양하게 구성할 수 있으며, 후면전극의 인쇄가 이루어진 후 개구부들을 통해 흐른 페이스트들이 물리적/전기적으로 잘 결합되고, 후면전극의 주위로 잘 퍼질 수 있도록 구성된다.
또한, 스텐실 인쇄 기술의 특성을 고려하여 지지력과 내구성도 함께 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
한편, 개구부들 사이의 거리가 너무 가까우면, 예를 들어 5μm 미만이면, 레이저 가공의 재현성을 확보하기 어려울 수 있다. 레이저 가공의 재현성이 확보되지 않으면, 실제 스텐실 마스크의 개구부들이 분리되지 못하고 서로 중첩적으로 형성될 수 있다.
만일 개구부들 사이의 거리가 너무 멀어지면 페이스트가 개구부로 흘러들어 퍼져도 충분히 서로 접촉되지 못해 전극이 연결되지 않으며, 단절이 발생하여 전기가 흐를 수 없어 제품 불량이 발생한다.
그러므로, 개구부들 사이의 거리는 레이저 가공의 재현성 확보와 전극 연결의 안정성을 모두 고려하여 결정해야 한다.
이와 관련하여, 하나의 후면전극에 대응하여 다수의 메인 개구부가 구비되는 실시예에서 메인 개구부들이 서로 떨어진 거리는 5μm~50μm로 구성될 수 있다.
또한, 메인 개구부와 서브 개구부가 서로 떨어진 거리도 5μm~50μm로 구성될 수 있다. 그러나, 메인 개구부들 사이의 거리, 메인 개구부와 서브 개구부의 거리는 개구부들의 크기나 모양 등을 고려하여 다양하게 결정될 수 있는 것이다.
도 12 내지 도 15를 참조하여, 후면전극 개구부(120)의 수치 설계와 관련한 구체적인 예들을 설명하기로 한다.
도 12의 (a), (b), (c)는 각각 메인 개구부가 일체형으로 구성된 실시예에 관한 것으로서, 각 서브 개구부의 가로 길이(d13)와 세로 길이(d14)는 1μm~1,000μm로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 각각 50μm~300μm로 구성될 수 있다. 이때 메인 개구부와 서브 개구부 사이의 거리(d12)는 5μm~50μm가 되도록 구성될 수 있다.
도 13의 (a)는 다수의 원형 메인 개구부(121-1)로 이루어지는 실시예에 관한 것으로서, 메인 개구부의 지름(m11)은 1μm~3,000μm로 구성될 수 있으나, 100μm~800μm의 범위 내에 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 13의 (b)는 다수의 사각형 메인 개구부(121-2)로 이루어지는 실시예에 관한 것으로서, 메인 개구부의 가로 길이(k11)와 세로 길이(k17)는 각각 1μm~2,000μm로 구성될 수 있으나, 100μm~800μm로 구성하는 것이 바람직하다. 메인 개구부들 사이의 거리(m12, k12)는 5μm~50μm로 구성될 수 있다.
마름모꼴 메인 개구부의 경우에도 가로 길이와 세로 길이는 각각 1μm~2,000μm로 구성될 수 있으나, 100μm~800μm로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 메인 개구부들 사이의 거리는 5μm~50μm로 구성될 수 있다.
도 14의 (a) 및 (b)는 도 13의 (a) 및 (b)에 나타난 각 실시예에 서브 개구부(122-1, 122-2)를 포함시킨 예를 보인 것으로서, 메인 개구부와 서브 개구부 사이의 거리(m15)는 5μm~50μm가 되도록 구성될 수 있다. 메인 개구부와 서브 개구부의 폭을 합친 후면전극 개구부의 전체 폭(m19, k19)은 100μm~3,000μm로 구성될 수 있으나, 바람직하게는 1,000μm~2,000μm로 구성될 수 있다.
별도로 도시하지는 않았지만, 메인 개구부가 마름모꼴인 경우에도 메인 개구부와 서브 개구부 사이의 거리, 메인 개구부와 서브 개구부의 폭을 합친 후면전극 개구부의 전체 폭 등은 상기와 같은 수치 범위로 구성할 수 있다.
도 15는 각 행마다 하나씩 구비되는 일자형 메인 개구부가 모여 있는 구조의 실시예를 보인 것으로서, 도 15의 (a)는 직사각형 모양의 일자형 메인 개구부(121-3)가 여러 개 나열된 예이고, 도 15의 (b)는 서로 다른 크기의 직사각형 모양의 일자형 메인 개구부가 여러 개 나열된 예이고, 도 15의 (c)는 양단이 반원형으로 곡면 처리된 일자형 메인 개구부(121-5)가 여러 개 나열된 예이고, 도 15의 (d)는 서로 다른 크기의 곡면 처리된 일자형 메인 개구부가 여러 개 나열된 예이다.
이러한 실시예에서 일자형 메인 개구부(121-3, 121-5)의 가로 길이(s11)는 1μm~3,000μm로 구성될 수 있으나, 1,000μm~2,000μm로 구성하는 것이 바람직하며, 세로 길이(s13)는 1μm~2,000μm로 구성될 수 있으나, 100μm~800μm로 구성하는 것이 바람직하다.
이때 도 15의 (b)와 도 15의 (d)에 도시된 예와 같이, 각 행마다 보다 짧은 일자형 메인 개구부(121-4, 121-6)가 교대로 배치될 수도 있다.
이러한 실시예에서 상대적으로 짧은 일자형 메인 개구부(121-4, 121-6)의 가로 길이(s12)는 1μm~2,000μm로 구성될 수 있으나, 500μm~1,800μm로 구성하는 것이 바람직하다.
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 (11)
- 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 후면전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크로서,각 후면전극 개구부는 하나의 메인 개구부, 및 상기 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 복수 개의 서브 개구부를 포함하여 이루어지고,상기 서브 개구부는 상기 메인 개구부의 양 측면을 따라 상기 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 서브 개구부는 원형, 사각형, 삼각형, 및 반원형 중 어느 하나의 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 1 항에 있어서,상기 서브 개구부의 가로 길이 및 세로 길이는 각각 50μm 이상 300μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 도전성 페이스트를 이용하여 인쇄할 수 있도록 각 후면전극에 대응하여 개구부가 형성된 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크로서각 후면전극 개구부는 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 메인 개구부, 및 상기 도전성 페이스트가 완만하게 퍼질 수 있도록 하는 복수 개의 서브 개구부를 포함하여 이루어지고,,상기 서브 개구부는 상기 메인 개구부들의 양 측면을 따라 상기 메인 개구부와 이격된 위치에 나란히 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 4 항에 있어서,인접한 행의 각 메인 개구부는 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 4 항에 있어서,상기 메인 개구부는 원형, 사각형, 및 마름모꼴 중 어느 하나로 구성되고, 상기 메인 개구부의 가로 길이와 세로 길이는 100μm 이상 800μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 4 항에 있어서,상기 후면전극 개구부는 각 행마다 하나씩 구비되는 일자형 메인 개구부를 포함하여 이루어지고,상기 일자형 메인 개구부의 가로 길이는 1,000μm 이상 2,000μm 이하이고, 세로 길이는 100μm 이상 800μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 7 항에 있어서,상기 후면전극 개구부는 상기 일자형 메인 개구부와 그보다 길이가 짧은 일자형 메인 개구부가 교대로 구비되고,상기 길이가 짧은 일자형 메인 개구부는 가로 길이가 500μm 이상 1,800μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 4 항에 있어서,상기 메인 개구부들 사이의 거리는 5μm 이상 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 메인 개구부와 서브 개구부 사이의 거리는 5μm 이상 50μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 후면전극 개구부의 폭은 1,000μm 이상 2,000μm 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지의 후면전극용 스텐실 마스크.
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