KR100890866B1 - 전기전도성 후막 조성물, 이로부터 형성된 전극 및 반도체소자 - Google Patents

전기전도성 후막 조성물, 이로부터 형성된 전극 및 반도체소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) (1) Al, Cu, Au, Ag, Pd 및 Pt; (2) Al, Cu, Au, Ag, Pd 및 Pt의 합금; 및 (3) 이들의 혼합물로부터 선택된 전기전도성 금속 입자, 및 (b) Pb-무함유 유리 프릿을 (c) 유기 매질 중에 분산된 상태로 포함하고, 상기 전기전도성 금속 입자의 평균 입경이 0.5 내지 10.0 ㎛인 전기전도성 후막 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 기재한 조성물로부터 형성된 전극 및 상기 전극을 포함하는 반도체 소자(들) (예를 들어, 태양 전지)에 관한 것이다.
전기전도성 후막 조성물, 반도체 소자, 태양 전지

Description

전기전도성 후막 조성물, 이로부터 형성된 전극 및 반도체 소자 {ELECTROCONDUCTIVE THICK FILM COMPOSITION(S), ELECTRODE(S), AND SEMICONDUCTOR DEVICE(S) FORMED THEREFROM}
도 1은 반도체 소자의 제조 방법을 예시하는 공정 흐름도이다. 하기에 도 1에 나타낸 도면 부호에 대해 설명한다.
10: p형 규소 기판
20: n형 확산층
30: 질화규소막, 산화티탄막, 또는 산화규소막
40: p+ 층 (후면 필드 (back surface field; BSF))
60: 후면 상에 형성된 알루미늄 페이스트
61: 알루미늄 후면 전극 (후면측 알루미늄 페이스트를 소성하여 얻음)
70: 후면 상에 형성된 은/알루미늄 페이스트
71: 은/알루미늄 후면 전극 (후면측 은/알루미늄 페이스트를 소성하여 얻음)
500: 전면측 상에 형성된 은 페이스트
501: 은 전면 전극 (전면측 은 페이스트를 소성하여 형성됨)
도 2a 내지 2d는 본 발명의 전기전도성 페이스트를 사용한 태양 전지의 제조 방법을 설명한다. 하기에 도 2에 나타낸 도면 부호에 대해 설명한다.
102: 규소 기판
104: 광-수용면측 전극
106: 제1 전극용 페이스트 조성물
108: 제2 전극용 전기전도성 페이스트
110: 제1 전극
112: 제2 전극
본 발명은 주로 후막 조성물, 전극, 및 반도체 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 규소 반도체 소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 태양 전지의 후막 전극의 형성에 사용되는 전기전도성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 태양 전지용 은 전기전도성 후막 조성물 (페이스트)에 관한 것이다.
본 발명은 특히 광다이오드 및 태양전지와 같은 광-수용 요소에서 효과적이지만, 넓은 범위의 반도체 소자에 적용될 수 있다. 본 발명의 배경 기술은 하기에 종래기술의 구체적인 예로서 태양전지에 대해 기재되어 있다.
p형 베이스를 갖는 통상의 태양전지 구조체는 전형적으로 전지의 전면측 또는 태양측 상의 네가티브 전극 및 후면측 상의 포지티브 전극을 갖는다. 반도체 본체의 p-n 접합부 상으로의 적절한 파장의 조사는 이들 본체에서 정공-전자 쌍을 생성하기 위한 외부 에너지원으로서 작용하는 것으로 알려져 있다. p-n 접합부에 존재하는 전위차 때문에, 정공 및 전자는 접합부에 걸쳐 반대 방향으로 이동하여 외부 회로에 전력을 전달할 수 있는 전류의 흐름을 유발한다. 대부분의 태양전지는 금속화된, 즉, 전기적 전도성인 금속 접촉부가 제공된 규소 웨이퍼의 형태이다.
현재 지상에서 사용되는 대부분의 전력-생성 태양전지는 규소 태양전지이다. 대량 생산 공정 흐름은 일반적으로 공정을 최대로 단순화하고 제조 비용을 최소화하는 것을 목적으로 한다. 전극은 특히 스크린 인쇄와 같은 방법을 사용하여 금속 페이스트로부터 제조된다.
이러한 제조 방법의 일례가 하기에 도 1과 함께 기재되어 있다.
도 1은 p형 규소 기판 (10)을 나타낸다.
도 1b에서, 역 전도성 형태의 n형 확산층 (20)이 인 (P) 등의 열 확산에 의해 형성된다. 옥시염화인 (POCl3)이 통상 인 확산 공급원으로 사용된다. 어떤 특별한 변형 없이, 규소 기판 (10)의 전체 표면 상에 확산층 (20)이 형성된다. 상기 확산층은 스퀘어 당 수십 옴 (Ω/□) 정도의 시트 저항, 및 약 0.3 내지 0.5 ㎛의 두께를 갖는다.
도 1c에 나타낸 바와 같이, 레지스트 등을 사용하여 상기 확산층의 전면을 보호한 후에, 에칭에 의해 나머지 표면으로부터 확산층 (20)을 제거하며, 확산층 (20)은 오직 전면 상에만 잔류한다. 이어서, 유기 용매 등을 사용하여 레지스트를 제거한다.
그 후, 도 1d에 나타낸 바와 같이 플라즈마 화학증착(CVD)과 같은 방법에 의해 n형 확산층 (20) 상에서 반사방지 코팅으로서 질화규소막 (30)이 약 700 내지 900 Å의 두께로 형성된다.
도 1e에 나타낸 바와 같이, 전면 전극용 은 페이스트 (500)을 질화규소막 (30) 상에 스크린 인쇄한 후 건조한다. 또한, 그 다음에 후면 은 또는 은/알루미늄 페이스트 (70) 및 알루미늄 페이스트 (60)을 기판의 후면측 상에 스크린 인쇄하고 이어서 건조한다. 이어서 적외선 로 (furnace)에서 약 700 내지 950 ℃의 온도로 수분 내지 수십 분 동안 소성을 행한다.
그 결과로서, 도 1f에 나타낸 바와 같이, 소성 동안에 도핑제로서 알루미늄이 알루미늄 페이스트로부터 규소 기판 (10)으로 확산되어, 고 농도의 알루미늄 도핑제를 함유하는 p+ 층 (40)을 형성한다. 상기 층은 일반적으로 후면 필드 (BSF) 층이라 칭하고, 이는 태양전지의 에너지 전환 효율을 개선하는 데 도움이 된다.
알루미늄 페이스트는 소성에 의해 건조된 상태 (60)으로부터 알루미늄 후면 전극 (61)로 전환된다. 후면측 은 또는 은/알루미늄 페이스트 (70)도 동시에 소성되어, 은 또는 은/알루미늄 후면 전극 (71)이 된다. 소성 동안에, 후면측 알루미늄과 후면측 은 또는 은/알루미늄 간의 경계부는 합금 상태를 나타내고, 전기적으로 접속된다. 알루미늄 전극은, 적어도 부분적으로는 p+ 층 (40) 형성의 필요성으로 인해 후면 전극의 대부분의 면적을 차지한다. 알루미늄 전극을 납땜하는 것은 불가능하기 때문에, 구리 리본 등에 의한 태양전지들의 상호연결을 위한 전극으로서 은 또는 은/알루미늄 후면 전극이 후면측의 일부 상에 형성된다 (종종 5 내지 6 mm 폭의 버스바 (busbar)). 또한, 전면 전극-형성 은 페이스트 (500)은 소성 동안에 소결되고 질화규소막 (30)을 통해 침투하여 n형 층 (20)과 전기적으로 접촉할 수 있다. 이러한 유형의 방법은 일반적으로 "관통 소성 (firing through)"이라 한다. 이러한 관통 소성 현상은 도 1f의 층 (501)에서 뚜렷하다.
상기 나타낸 바와 같이, 납땜을 통해 태양 전지와 상호연결하는 데 사용되는 후면 전극은 Ag 또는 Ag/Al 조성물을 포함할 수 있다. 종래기술의 Ag 조성물이 사용되는 경우, 이들은 양호한 땜납성 및 접착성을 제공할 수 있다. 그러나, Ag 조성물은 후면 필드를 제공할 수 없고, 태양 전지의 전환 효율이 불량해진다. 한편, Ag/Al 조성물이 사용되는 경우, 일반적으로 접착 강도가 감소되고, 장기간 지속성에 관한 우려가 야기된다. 이는 Al의 첨가가 일반적으로 땜납성을 손상시키고, 이에 따라 접착능이 손상된다는 사실에 기인한다.
또한, 소자의 전기적 특성 및 다른 상대적 특성을 유지함과 동시에 Pb-무함유 조성물을 제공하려는 계속적인 노력이 있어왔다. 본 발명자들은 신규한 Ag/Al을 포함하는 조성물(들), 및 전기적 특성을 유지하면서 접착성을 개선함과 동시에 Pb-무함유계를 제공하는 반도체 소자를 제공한다. 본 발명은 이러한 조성물 및 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 조성물(들)은 본 발명의 일부 실시양태에서 휘어짐 (bowing)을 감소시킨다.
<발명의 요약>
본 발명은
(a) (1) Al, Cu, Au, Ag, Pd 및 Pt; (2) Al, Cu, Au, Ag, Pd 및 Pt의 합금; 및 (3) 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 전기전도성 금속 입자, 및
(b) Pb-무함유 유리 프릿을
(c) 유기 매질
중에 분산된 상태로 포함하며, 상기 전기전도성 금속 입자의 평균 입경이 0.5 내지 10.0 ㎛인 전기전도성 후막 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 기재한 조성물로부터 형성된 전극, 및 상기 전극을 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.
본 발명의 전도성 후막 조성물 (페이스트)은 상기 페이스트로부터, Si 기판상에의 높은 접착성, 높은 후면 필드 및 낮은 휘어짐을 갖는 전극을 형성하는 능력을 제공한다.
상기 언급한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전도성 후막 조성물, 특히 은 및 알루미늄 입자, 유리 입자, 임의의 무기 첨가제, 및 유기 비히클을 포함하는 은/알루미늄 전기전도성 페이스트이며, 태양 전지의 규소 기판 상에 후면 단자를 접속하기 위한 전극으로 사용된다. 이는 상기 은/알루미늄 입자의 평균 입경이 0.5 내지 10.0 ㎛인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 바람직하게는, 은 입자는 페이스트의 총 중량을 기준으로 40 내지 93 중량％, 알루미늄은 페이스트의 총 중량을 기준으로 1 내지 5 중량％, 유리 입자는 페이스트의 총 중량을 기준으로 2 내지 0 중량％, 무기 첨가제는 페이스트의 총 중량을 기준으로 0 내지 2 중량％, 유기 비 히클은 페이스트의 총 중량을 기준으로 5 내지 50 중량％로 포함된다. 또한, 은 전기전도성 페이스트 중에 포함되는 유리 분말의 연화점은 300 내지 550 ℃인 것이 바람직하다.
본 발명의 전기전도성 페이스트는 Si 기판과 직접 접촉하거나, 또는 Al 막의 상부 상에 인쇄되는 데 사용된다.
본 발명의 전기전도성 후막 페이스트의 각 성분을 하기에서 설명한다.
1. 전기전도성 금속
본 발명에서, 전도성 상은 가장 바람직하게는 은 (Ag)/알루미늄 (Al)이나; 은/알루미늄 이외의 전기전도성 금속(들)로서, 예를 들어 Cu, Au, Ag, Pd, Pt, Al, Ag-Pd, Pt-Au 등이 사용될 수 있다. 사실, 전기전도성 금속 입자는 (1) Al, Cu, Au, Ag, Pd 및 Pt; (2) Al, Cu, Au, Ag, Pd 및 Pt의 합금; 및 (3) 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
전형적으로, 본 발명의 전기전도성 페이스트에서 사용가능한 전기전도성 금속으로서, 은 (Ag) 및 알루미늄 (Al)이 본 조성물에서 전도성 상이 될 것이다. 은 및 알루미늄 입자는 바람직하게는 박편형 또는 구형 (종종 분말로도 지칭됨)으로 존재한다. 은은 그의 높은 전도성 및 땜납성을 부여하기 위해 사용되고; 알루미늄은 후면 필드를 유발하여 전환 효율을 높이기 위해 사용된다.
은 및 알루미늄이 고순도 (99+％)인 것이 바람직하나, 전극 패턴의 전기적 요구에 따라 저순도의 물질도 사용될 수 있다.
2. 무기 결합제
본 발명의 전기전도성 페이스트가 무기 결합제를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 유용한 무기 결합제는 바람직하게는 연화점이 300 내지 550 ℃의 범위인 유리 프릿이며, 이에 따라 전기전도성 페이스트는 700 내지 950 ℃에서 소성되고, 적절하게는 소결되고 습윤되며, 적절하게는 규소 기판에 접착될 수 있다. 연화점이 300 ℃ 미만인 경우, 유리는 조기에 용융되고, 전극의 표면에 도달하여, 납땜을 방해할 수 있다. 한편, 연화점이 550 ℃ 초과이면, 유리는 연화되서 전도성 상을 습윤시킬 충분한 시간을 갖지 못하고, 충분한 접착 강도가 발휘되지 않고, 은의 액상 소결이 종종 진행되지 않을 수 있다. 공정에서 사용된 소성 온도 범위가 변경되는 경우, 최적 유리 프릿의 연화점 온도 범위도 변경될 것으로 생각된다.
본원에서 "연화점"은 ASTM C338-57의 섬유 신장법에 의해 얻어진다.
유리 화학 물질은 본 발명에서 접착 강도 뿐 아니라 휘어짐 및 전기적면에서도 역할을 수행한다. 또한, 본 발명은 Pb-무함유 유리로 제한된다. 본 발명에서 유용한 유리는 비스무트계 유리를 포함한다. 일부 통상적인 유리 조성물은 하기와 같은 조성이다 (전체 유리 조성물의 중량을 기준으로 함): SiO2: 0.5 내지 35％; Al2O3: 0 내지 5％; B2O3: 1 내지 15％; ZnO: 0 내지 15％: Bi2O3: 55 내지 90％. 선택된 유리 조성물을 하기 표 1에 나타내었다.
선택된 유리 조성물
유리 SiO2 Al2O3 B2O3 ZnO Bi2O3 Na2O Li2O CaO BaO CeO2 ZrO2 TiO2 MgO
I 7.11 2.13 8.38 12.0 69.82 0.53
II 1.50 14.9 81.50 1.0 1.0 0.1
III 1.0 0.50 9.50 13.0 73.0 3.0
IV 4.18 0.65 9.93 12.98 70.81 0.92 0.54
V 32.72 2.90 2.91 48.20 3.10 0.87 2.90 5.23 1.17
무기 결합제로서의 유리 프릿의 함량은 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 양이면 특별히 제한되지 않으나, 그 함량은 전기전도성 페이스트의 총 중량을 기준으로 전형적으로 1 내지 10 중량％, 바람직하게는 2 내지 6 중량％이다.
무기 결합제의 양이 1 중량％ 미만이면, 종종 접착 강도가 불충분하고, 전기적 특성도 악영향을 받을 수 있으며, 무기 결합제의 양이 10 중량％ 초과이면, 납땜이 매우 어려워질 수 있다. 더욱이, 유리 함량의 백분율이 증가함에 따라 휘어짐이 악영향을 받을 수 있다.
3. 임의의 무기 첨가제
본 발명의 조성물 중에 사용되는 유리 프릿 (무기 결합제)은 접착성을 제공하나, 전체 전기전도성 조성물에 첨가될 수 있는 무기 유리 결합제의 전체량은 휘어짐 및 땜납성 요건에 의해 제한된다. 따라서, 부가적인 무기 첨가제는, 접착 특성을 증가시키기 위해 임의로 첨가될 수 있다. 이러한 부가적인 임의의 첨가제는 (1) TiB2, Cu, Ti, Al, Sn, Sb, Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Ru, B 및 Bi, (2) Cu, Ti, Al, Sn, Sb, Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Ru, B 및 Bi로부터 선택된 금속 원소를 생성할 수 있는 화합물; (3) Cu, Ti, Al, Sn, Sb, Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Ru, B 및 Bi의 산화물; 및 (4) 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
본 발명자들은 Cu 분말 또는 금속 산화물, Bi2O3, TiO2, TiB2, Al2O3, B2O3, SnO2, Sb2O5, Cr2O3, Fe2O3, CuO, Cu2O, MnO2, Co2O3, NiO, RuO2 등의 소량의 임의의 첨가제가 전기적 특성 및 휘어짐에 영향을 미치지 않으면서 접착 특성을 증가시키는 것을 도울 수 있다는 것을 발견하였다.
임의의 무기 첨가제의 평균 입경은 0.5 내지 10.0 ㎛의 범위이거나, 첨가제가 유기-금속 화합물의 형태인 경우, 분자 수준으로 분산된다.
4. 유기 매질
무기 성분은 전형적으로 유기 매질과 기계적 혼합에 의해 혼합되어 인쇄에 적합한 농도 및 레올로지를 갖는, "페이스트"로 칭하는 점성 조성물을 형성한다. 광범위하게 다양한 불활성 점성 물질이 유기 매질로서 사용될 수 있다. 유기 매질은 무기 성분이 적합한 정도의 안정성으로 분산가능한 매질이어야 한다. 매질의 레올로지 특성은 고형물의 안정한 분산성, 스크린 인쇄에 적절한 점도 및 틱소트로피, 기판과 페이스트 고형물의 적절한 습윤성, 양호한 건조 속도, 및 양호한 소성 특성을 비롯한 양호한 도포 특성을 조성물에 부여할 수 있어야 한다. 본 발명의 후막 조성물에 사용된 유기 비히클은 바람직하게는 비수성 불활성 액체이다. 증점제, 안정화제 및(또는) 다른 통상의 첨가제를 함유하거나 함유하지 않을 수 있는 임의의 다양한 유기 비히클을 사용할 수 있다. 유기 매질은 전형적으로 용매(들) 중의 중합체(들)의 용액이다. 또한, 소량의 첨가제, 예컨대 계면활성제가 유기 매질의 일부일 수 있다. 이러한 목적을 위해 가장 자주 사용되는 중합체는 에틸 셀룰로오스이다. 중합체의 다른 예로는 에틸히드록시에틸 셀룰로오스, 목재 송진, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 저급 알콜의 폴리메타크릴레이트를 들 수 있고, 에틸렌 글리콜 모노아세테이트의 모노부틸 에테르가 또한 사용될 수 있다. 후막 조성물에서 가장 광범위하게 사용되는 용매는 에스테르 알콜 및 테르펜, 예컨대 알파- 또는 베타-테르피네올 또는 다른 용매, 예컨대 케로센, 디부틸프탈레이트, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트, 헥실렌 글리콜 및 고비점 알콜 및 알콜 에스테르와 이들의 혼합물이다. 또한, 기판 상에서 도포 후에 신속한 경화를 촉진하기 위한 휘발성 액체가 비히클 중에 포함될 수 있다. 목적하는 점도 및 휘발성 요건을 얻기 위해 상기 및 다른 용매의 다양한 조합이 제제화된다.
유기 매질에 존재하는 중합체는 전체 조성물의 8 중량％ 내지 11 중량％이다. 본 발명의 후막 은 조성물은 유기 매질과 함께 스크린-인쇄가능한 소정의 점도로 조정될 수 있다.
후막 조성물 중의 유기 매질 대 분산액 중의 무기 성분의 비율은 페이스트의 도포 방법 및 사용된 유기 매질의 종류에 따라 달라지며 다양할 수 있다. 보통, 분산액은 양호한 습윤성을 얻기 위해 70 내지 95　중량％의 무기 성분 및 5 내지 30　중량％의 유기 매질 (비히클)을 함유할 것이다.
본 발명의 전기전도성 페이스트는 전형적으로 파워 믹싱과, 전통적인 롤 분쇄와 동등한 분산 기술에 의해 편리하게 제조된다. 본 발명의 전기전도성 페이스트는 바람직하게는 스크린 인쇄에 의해 태양 전지의 후면의 목적하는 부분 상에 도포되고, 이러한 방법에 의해 도포됨에 있어, 상기 기재한 범위의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 본 발명의 전기전도성 페이스트의 점도는 브룩필드 (Brookfield) HBT 점도계 및 #14 스핀들을 사용한 유틸리티 컵으로 10 rpm 및 25 ℃에서 측정했을 때 바람직하게는 80 내지 200 PaS이다.
본 발명의 전기전도성 페이스트는 Si 웨이퍼와 직접 접촉하거나 또는 건조된 Al 막의 상부 상에 인쇄되는 데 사용될 수 있다. Ag/Al 막은 동시소성 (cofiring)이라 불리우는 공정에서 Al과 동시에 동시소성될 수 있다. 이어서, 본 발명의 전기전도성 페이스트 (은/알루미늄 전기전도성 페이스트)를 사용하여 제조된 태양 전지를 설명한 예를 도면 (도 2)을 참조하여 설명한다.
먼저, Si 기판 (102)를 제조한다. Si 기판의 광-수용측면 (표면) 상에, 전극 (예를 들어, 주로 Ag로 이루어진 전극) (104)를 장착한다 (도 2a). 기판의 후면 상에, 태양 전지용 후면 전극으로 사용되는 알루미늄 페이스트 (태양전지용으로 사용되는 한 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 PV333, PV322 (이 아이 듀폰 드 네모아 앤드 캄파니 (E. I. du Pont de Nemours and Company)사로부터 시판됨)) (106)이 스크린 인쇄 등에 의해 도포된 후, 건조된다 (도 2b). 이어서, 본 발명의 전기전도성 페이스트는, 인쇄되고 추가로 건조된 알루미늄 페이스트와 부분적으로 겹쳐진 상태로 도포되고 건조된다 (도 2c). 각 페이스트의 건조 온도는 바람직하게는 150 ℃ 이하이다. 또한, 알루미늄 페이스트는 바람직하게는 40 내지 60 ㎛의 건조 막 두께를 갖고, 본 발명의 은/알루미늄 전기전도성 페이스트의 두께는 바람직하게는 15 내지 25 ㎛이다. 또한, 알루미늄 페이스트와 은/알루미늄 전기전도성 페이스트의 겹쳐진 부분의 두께는 바람직하게는 약 0.5 내지 2.5 mm이다.
이어서, 얻어진 기판을 예를 들어 700 내지 950 ℃의 온도에서 약 1 내지 15분 동안 소성하여 목적하는 태양 전지를 얻는다 (도 2d). 본 발명의 조성물을 소성하여 유기 매질을 제거하고, 유리 프릿을 소결함으로써, 본 발명의 조성물 (들)로부터 전극을 형성한다.
도 2d에 나타낸 바와 같이 본 발명의 전기전도성 페이스트를 사용하여 얻어진 태양 전지는 기판 (예를 들어, Si 기판) (102)의 광-수용면 (표면) 상에 전극 (104)를 갖고, Al 전극 (110)은 주로 Al로 이루어지며, 은/알루미늄 전극 (112)는 후면 상에서 주로 Ag 및 Al로 이루어진다.
<실시예>
다음으로, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 하기 실시예에서, 본 발명의 은/알루미늄 전기전도성 페이스트의 제조예 및 은/알루미늄 전기전도성 페이스트가 태양 전지의 제조 공정에서 Si 기판의 후면용 전극 재료로 사용된 예를 설명하였다.
실시예 1
실시예 1을 하기에 나타내었다.
적절한 양의 유기 매질, 유리 프릿, 무기 첨가제 및 Ag/Al을 진공 믹서 중에서 15 내지 30 분 동안 혼합하였다. 이어서, 혼합물을 파워 믹서 또는 롤 분쇄기를 통과시켜, 성분들을 잘 분산시켰다. 분산도를 분쇄 분말도 (Fineness of Grind; FOG)에 의해 측정하였다. 분산이 충분한 경우, 페이스트를 원하는 고형물 및 점도 수준으로 제제화하였다.
태양 전지의 제조
본 발명은 특히 광-수용 요소, 예를 들어 광다이오드 및 태양 전지에서 유용하나, 광범위한 반도체 소자에 적용될 수 있다. 하기 논의는 본 발명의 조성물(들)을 이용한 태양 전지의 형성 방법에 대해 기재하고 있다.
얻어진 은/알루미늄 전기전도성 페이스트를 사용하여 하기 절차에 따라 태양 전지를 형성하였다.
(1) 전면 상에 은 전극을 갖는 Si 기판의 후면 상에, 신규하게 발명한 Ag/Al 페이스트를 인쇄하고, 건조하였다. 전형적인 건조 두께는 15 내지 25 마이크론의 범위였다. 이어서, 태양 전지의 후면 전극용 알루미늄 페이스트 (예를 들어, PV333, 이 아이 듀폰 드 네모아 앤드 캄파니사로부터 구입가능함)를 건조 막 두께 40 내지 60 ㎛로 스크린-인쇄하였다. Ag/Al을 5 내지 6 mm 폭 버스 바로서 인쇄하고, 알루미늄 막을 양쪽 연부에서 1 mm 만큼 Ag/Al 버스바와 겹치게 하여 전기적 연속성을 확보하였다. 일부 양태에서, 전체 후면을 Ag/Al의 그리드 라인으로 피복할 수 있고, 이러한 경우 Al 페이스트는 인쇄될 필요가 없다.
(2) 그 다음에 인쇄된 웨이퍼를 피크 온도 설정이 700 내지 950 ℃인 로에서, 로 크기와 온도 설정에 따라 1 내지 10 분 동안 소성하였다. 소성 후에 태양 전지가 형성되었다.
시험 절차-효율
상술한 방법에 따라 구축한 태양전지를 시판되는 IV 시험기에 넣고 효율을 측정하였다. IV 시험기의 전구는 공지된 강도의 태양광을 모사한 것이고 전지의 전면을 비추었으며, 전지의 전면에 인쇄된 버스 바를 IV 시험기의 다중 탐침에 연결하고, 탐침을 통해 전기 신호를 컴퓨터로 보내어 효율을 계산하였다.
시험 절차-접착성
소성 후, 납땜 리본 (62Sn/36Pb/2Ag로 코팅된 구리)를 전지의 후면에 인쇄된 버스 바에 납땜하였다. 납땜 조건은 전형적으로 345℃에서 5초 동안이었다. 사용된 플럭스 (flux)는 MF200이었다. 납땜된 면적은 약 2 mm × 2 mm이었다. 접착 강도는 전지의 표면에 대해 90°의 각도로 리본을 잡아당겨 얻었다. 200 g 미만의 접착 강도는 낮고, 200 g 내지 300 g 범위의 값은 적절하며; 300 내지 400 g 또는 그보다 큰 값은 양호한 것으로 접착 강도를 평가하였다.
본 발명은 Pb-무함유 유리만을 프릿으로서 포함하기 때문에, Pb-무함유 납땜 및 Pb-함유 납땜을 둘다 사용하여 접착성을 시험하였다. 사용된 Pb-무함유 납땜은 96.5Sn/3.5Ag였다. Pb-무함유 납땜을 위한 납땜 온도는 375 ℃였고, 납땜 시간은 5 내지 7초였다. 사용된 플럭스는 MF200이었다.
휘어짐에 대한 척도는 다음과 같다: 1 mm 초과는 높음, 0.6 내지 1 mm는 중간, 0.6 mm 미만은 낮음이다.
하기 표 2에 실시예 조성물을 열거하였다. 표 2에 나타낸 유리 조성물은 표 1에 상세하게 나와 있다. 실시예의 성능 특성을 표 3에 열거하였다.
실시예의 조성물 (총 조성물 중량％)
실시예 유리 I 유리 II 유리 III 유리 IV 유리 V Ag Al TiB2 Bi2O3 Cu 유기물
1 5.12 68.98 2.47 0.20 23.23
2 5.12 68.98 2.47 0.20 23.23
3 5.12 68.98 2.47 0.20 23.23
4 5.12 68.98 2.47 0.20 23.23
5 5.12 68.98 2.47 0.20 23.23
6 2.66 69.89 2.47 0.75 1.0 23.23
실시예 조성물의 성능 특성
실시예 접착성 (g) 96.5Sn/3.5Ag 62Sn/36Pb/2Ag 효율 (％) 휘어짐 (mm)
1 385±76 401±64 13.05 낮음
2 473±98 714±135 12.97 낮음
3 521±117 577±95 13.67 낮음
4 427±113 405±44 13.61 높음
5 80±18 151±33 NT NT
6 392±66 NT 13.36 낮음
본 발명은 신규한 Ag/Al을 포함하는 조성물(들), 및 전기적 특성을 유지하면서 접착성을 개선함과 동시에 Pb-무함유계를 제공하는 반도체 소자를 제공한다.

Claims (10)

  1. (a) Ag 입자 및 Al 입자를 포함하는 전기전도성 금속 입자, 및
    (b) Pb-무함유 유리 프릿을
    (c) 유기 매질
    중에 분산된 상태로 포함하며, 상기 전기전도성 금속 입자의 평균 입경이 0.5 내지 10.0 ㎛인 전기전도성 후막 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 유리 프릿이 전체 유리 프릿 조성물의 중량을 기준으로, SiO2 0.5 내지 35 중량％, Al2O3 0 내지 5 중량％, B2O3 1 내지 15 중량％, ZnO 0 내지 15 중량％, 및 Bi2O3 55 내지 90 중량％를 포함하는 전기전도성 후막 조성물.
  4. 제1항에 있어서, (1) TiB2, Cu, Ti, Al, Sn, Sb, Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Ru, B 및 Bi; (2) Cu, Ti, Al, Sn, Sb, Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Ru, B 및 Bi로부터 선택된 금속 원자를 생성할 수 있는 화합물; (3) Cu, Ti, Al, Sn, Sb, Cr, Fe, Mn, Co, Ni, Ru, B 및 Bi의 산화물; 및 (4) 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 무기 첨가제를 더 포함하는 전기전도성 후막 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 조성물의 총 중량을 기준으로, Ag 입자 40 내지 93 중량％, 상기 유리 프릿 1 내지 10 중량％, Al 입자 1 내지 5 중량％ 및 유기 매질 5 내지 50 중량％를 포함하는 전기전도성 후막 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전기전도성 금속 입자가 (1) 박편형, (2) 구형 및 (3) 이들의 혼합물로부터 선택된 형태인 전기전도성 후막 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유리 프릿의 연화점이 300 내지 550 ℃의 범위인 전기전도성 후막 조성물.
  9. 제1항의 조성물을 소성하여 유기 매질을 제거하고, 유리 프릿을 소결하는, 제1항의 조성물로부터 형성된 전극.
  10. 제9항의 전극을 포함하는 반도체 소자.
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