KR101189623B1 - 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물및 그 제조 방법과 이를 포함하는 실리콘 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물 및 그 제조 방법과 이를 포함하는 실리콘 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물은, 은 분말; 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자; 및 유기 바인더를 포함한다. 본 발명의 금속 페이스트 조성물은 유리 프릿 입자의 분포도가 매우 높아 계면 반응의 반응점을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 그 결과, 전면전극의 성능이 향상되며, 전면전극의 성능 저하 없이 전면전극의 면적의 감소도 가능하다.
실리콘 태양전지, 전면전극, 페이스트, 접합입자
Description
본 발명은 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물 및 그 제조 방법과 이를 포함하는 실리콘 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 전면전극을 형성하기 위한 반사방지막과의 계면반응의 반응점을 증대시킬 수 있는 금속 페이스트 조성물 및 그 제조 방법과 이를 포함하는 실리콘 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 분류되는데, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전 지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell)로 구분된다. 이러한 3가지 종류의 태양전지 중 태양전지 시장에서는 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.
도 1은 실리콘 태양전지의 기본적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도면을 참조하면, 실리콘 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)을 포함하고, 기판(101)과 에미터층(102)의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.
위와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과(photovoltaic effect)에 의해 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 참고로, n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력효과에 의해 발생된 전자와 전공은 각각 n형 실리콘 반도체 및 p형 실리콘 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판(101) 하부 및 에미터층(102) 상부와 접합된 전면전극(103) 및 후면전극(104)으로 이동하며, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.
태양전지는 기본적으로 입사광의 세기와 파장분포 등에 영향을 받으므로, 최대한 많은 빛을 흡수하는 것이 관건이다. 그런데, 도 1에 나타난 바와 같이, 태양전지의 가장 상부에는 태양광을 가리게 되는 전면전극이 위치하므로, 전면전극의 기능을 저하시키지 않으면서도, 그 면적을 최소화하는 것이 중요하다.
전면전극은 전면전극 형성용 금속 페이스트와 반사방지막과의 계면 반응을 통해서 형성되며, 이 때 상기 금속 페이스트에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 유리 프릿(glass frit)을 매개로 하여 반사방지막을 관통하는 펀치 스루(punch through) 현상을 통해 에미터층과 접촉하게 된다. 이와 관련된 구체적인 메커니즘에 대해서는 J. Hoomstra, et al., 31st IEEE PVSC Florida 2005 에 개시되어 있다.
하지만, 종래의 전면전극을 형성하는 반사방지막 상에서의 계면반응에서는 은이 재결정되는 정도에 한계가 존재하여 전면전극의 성능을 개선시키거나 그 면적을 줄이는 것에 문제점이 있었다.
따라서, 전면전극의 성능을 개선시킬 수 있는 기술 개발이 시급하다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전면전극을 형성하는 재결정된 은의 면적이 종래보다 확장될 수 있는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물 및 그 제조 방법과 이를 포함하는 실리콘 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물은, 은 분말; 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자; 및 유기 바인더를 포함한다. 본 발명은 유리 프릿 입자와 은 입자의 접합입자를 사용함으로써, 은이 반사방지막을 관통하는 매개체가 되는 유리 프릿 입자의 분포도를 개선하여, 계면 반응의 반응점을 극대화할 수 있다. 그 결과 계면 상에서 은이 재결정되는 면적이 비약적으로 증가될 수 있다.
전술한 본 발명의 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물은 예를 들면, 은 분말 100 중량부에 대하여, 접합입자 10~50 중량부 및 유기 바인더 5~30 중량부를 포함할 수 있으나, 이제 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물의 제조방법은, (S1) 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말의 혼합물에 대해 교반 및 분쇄를 동시에 수행하여 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자를 제조하는 단계; (S2) 상기 제조된 다수의 접합입자와 제 2 은 분말을 혼합하고 교반하는 단계; 및 (S3) 상기 결과물에 유기 바인더를 첨가하고 교반하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 제조방법에 있어서, (S1) 단계의 교반 및 분쇄 공정은 예를 들면, 볼밀로 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 금속 페이스트 조성물은 실리콘 태양전지의 전면전극 형성에 사용될 수 있다.
본 발명의 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물은 유리 프릿 입자의 분포도가 매우 높아 계면 반응의 반응점을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 계면 반응의 반응점이 증대되면 재결정되는 은의 분포 면적이 넓어지게 되므로, 전면전극의 성능이 향상되며, 전면전극의 성능 저하 없이 전면전극의 면적의 감소도 가능하다.
이하, 본 발명의 연료전지용 전극을 그 제조방법에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저, 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말의 혼합물에 대해 교반 및 분쇄를 동시에 수행하여 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자를 제조한다(S1).
도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 종래에는 유리 프릿 분말과 은 분말을 단순히 혼합하여 금속 페이스트를 제조했다.
하지만 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물은 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 2의 (a)와 (b)를 비교해보면, 접합입자가 형성되었을 경우에 금속 페이스트 조성물 내에서 유리 프릿 입자의 분포도는 더욱 향상될 수 있음을 알 수 있다. 유리 프릿 입자는 은 입자의 펀치 스루 현상의 매개체이므로, 유리 프릿 입자의 분포도의 향상은 전면전극을 형성하는 계면 반응의 반응점이 증대되는 것을 의미한다. 따라서, 동일한 함량의 은을 사용해도 재결정되는 은의 분포 면적도 더욱 넓어지게 되며, 전면전극의 성능은 더욱 향상된다. 또한, 재결정되는 은의 분포 면적이 향상된다면, 전면전극의 성능 저하 없이 은의 사용량을 줄이거나 전면전극의 면적을 감소시키는 것도 가능하다.
본 발명에서 사용되는 유리 프릿 분말은 당분야에서 사용되는 유리 프릿이 제한없이 사용될 수 있다. 이러한 유리 프릿 분말의 예를 들면, 납산화물 및/또는 비스무트 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 SiO2-PbO계, SiO2-PbO-B2O3계 및 Bi2O3-B2O3-SiO2계 분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
유리 프릿 분말이 준비되면, 제 1 은 분말과 혼합하고 교반과 분쇄를 동시에 수행한다. 교반과 분쇄가 동시에 수행되면, 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말은 서로 혼합되면서 마찰과 압력을 받게 되어 입자로 분쇄된다. 또한, 은은 연성 및 전성이 매우 우수하지만, 무기물인 유리 프릿은 은에 비해 강도가 높고 연성 및 전성이 현저히 낮으므로, 교반 및 분쇄 과정 중 유리 프릿 입자와 은 입자가 접촉하고 있는 상태에서 강한 압력을 받게 되면, 은 입자에 변형이 발생하고 유리 프릿 입자가 은 입자를 다소간 파고 들게 되어 유리 프릿 입자와 은 입자의 접합입자가 형성될 수 있다.
교반 및 분쇄 처리 시간은 사용되는 장치 또는 혼합된 유리 프릿 분말 및 제 1 은 분말의 양 등에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 접합입자가 충분히 형성된다면 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들면, 접합입자가 충분히 형성될 수 있도록 2 시간 이상 교반 및 분쇄를 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 발명자들은 교반 및 분쇄 시간을 증가시켜도 접합입자의 형성 등에 영향을 미치지 않으며, 특히 반사방지막 상에서의 계면 반응을 저하시킬 수 있는 유리 프릿 입자 및 은 입자 사이에 3상이 형성되지 않는 것을 확인했다.
제조된 상기 접합입자의 평균 직경은 0.1~10 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.5~3 ㎛ 일 수 있다. 접합입자의 평균직경이 상기 범위인 경우에 매우 적절한 점도를 갖는 페이스트를 얻을 수 있으며, 동시에 계면반응의 감소를 방지할 수 있다.
전술한 접합입자를 형성하기 위한 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말의 혼합비는 제조환경 등 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 혼합 중량비는 유리 프릿 분말: 제 1 은 분말 = 1:2~10일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 유리 프릿 분말 대비 제 1 은 분말의 중량비가 위 범위에 적합하지 않을경우, 혼합 후 혼합 분말의 입도분포가 Bi-modal 형태로 나타나 paste의 인쇄시 국부적으로 혼합분말의 반응 양상이 편중될 수 있다. 이러한 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말의 혼합비는 접합입자를 형성하는 유리 프릿 입자와 은 입자의 결합비가 된다.
다음으로, 상기 제조된 다수의 접합입자와 제 2 은 분말을 혼합하고 교반한다(S2).
제조된 접합입자와 제 2 은 분말의 혼합 및 교반은 균일한 혼합이 가능하다면 당분야에서 행하는 혼합 및 교반 수단이 제한없이 사용될 수 있다.
여기에서 접합입자와 제 2 은 분말의 혼합비는 제조환경에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 제 2 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 접합입자 10 ~50 중량부 가 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 계면반응을 충분히 일으킬 수 있으며, 동시에 지나친 계면반응을 방지하여 태양전지 내 Junction 부분이 파괴되는 것을 막을 수 있다.
여기에서 사용되는 제 2 은 분말 입자의 평균 직경은 접합입자와 유사한 수준의 것이 바람직하다. 예를 들면, 0.1~10 ㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.5~3 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위인 경우에 매우 적절한 점도를 갖는 페이스트를 얻을 수 있으며, 동시에 계면반응의 감소를 방지할 수 있다.
다음으로, 상기 결과물에 유기 바인더를 첨가하고 교반한다(S3).
다수의 접합입자와 제 2 은 분말의 혼합물을 페이스트 상으로 제조하기 위해 유기 바인더를 더 첨가하고 상기 혼합물이 균일하게 분산되도록 교반한다.
여기에서 사용되는 유기 바인더는 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물을 제조하기 위해 당분야에서 사용되는 유기 바인더라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 셀룰로오스(Celluose), 부틸카르비톨(Butyl carbitol) 및 터피네올(terpineol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서 유기 바인더의 첨가량은 제조환경에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 페이스트 내의 제 2 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 유기 바인더 5~30 중량부가 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 스크린 프린팅이 매우 용이한 적합한 점도를 갖을 수 있을 뿐만 아니라 스크린프린팅 후 페이스트가 흘러내리는 것을 방지하여 적합한 종횡비(Aspect ratio)를 나타낼 수 있다.
전술한 단계를 거치면, 제 2 은 분말; 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자; 및 유기 바인더를 포함하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물이 제조될 수 있다.
본 발명은 상기 본 발명의 금속 페이스트 조성물을 사용하여 제조되는 실리콘 태양전지를 제공한다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 구조를 개략적인 단면도가 나타나 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 태양전지는, 실리콘 반도체 기판(201), 상기 기판(201)의 상부에 형성되는 에미터층(202), 상기 에미터층(202) 상에 형성된 반사방지막(203), 상기 반사방지막(203)을 관통하여 에미터층(202)의 상부 표면과 접속된 전면 전극(204), 및 상기 기판(201)의 배면에 접속된 후면 전 극(205)을 포함한다.
기판(201)에는 p형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑될 수 있고, 에미터층(202)에는 n형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 불순물로 도핑될 수 있다. 이처럼 기판(201)과 에미터층(202)에 반대 도전형의 불순물이 도핑되면, 기판(201)과 에미터층(202)의 계면에는 p-n 접합이 형성된다. 한편 p-n 접합은 기판(201)에 n형 불순물을 도핑하고 에미터층(202)에 p형 불순물을 도핑하여 형성해도 무방하다.
상기 반사방지막(203)은 에미터층(202)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함(예컨대, 댕글링 본드)을 부동화하고 기판(201)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 에미터층(202)에 존재하는 결함이 부동화되면 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지의 개방전압이 증가한다. 그리고 태양광의 반사율이 감소되면 p-n 접합까지 도달되는 빛의 량이 증대되어 태양전지의 단락전류가 증가한다. 이처럼 반사방지막(203)에 의해 태양전지의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그 만큼 태양전지의 변환효율이 향상된다.
상기 방사방지막(203)은 예를 들면 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF2, ZnS, MgF2, TiO2 및 CeO2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 물질막이 조합된 다중막 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 상기 반사방지막(203)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 상기 반사방지막(203)의 형성방법이 이 에 한정되는 것은 아니다.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 각각 은과 알루미늄으로 이루어진 금속 전극이다. 하지만 본 발명이 전극을 구성하는 물질의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. 은 전극은 전기 전도성이 우수하고, 알루미늄 전극은 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘 반도체로 이루어진 기판(201)과의 친화력이 우수하여 접합이 잘 되는 장점이 있다.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 공지된 여러 가지 기술에 의해 제조 가능하지만, 바람직하게는 스크린 인쇄법에 의해 형성된 것이다. 즉, 전면 전극(204)은 전술한 바와 같이 본 발명의 전면 전극용 페이스트를 전면 전극 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 열처리가 시행되면 펀치 스루(punch through) 현상에 의해 전면 전극이 반사방지막(203)을 뚫고 에미터층(202)과 접속된다.
이와 유사하게, 후면 전극(205)은 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극용 페이스트를 기판(201)의 배면에 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 후면 전극의 열처리 시에는 전극 구성 물질인 알루미늄이 기판(201)의 배면을 통해 확산됨으로써 후면 전극(205)과 기판(201)의 경계면에 후면 전계(Back Surface field: 미도시)층이 형성될 수도 있다. 후면 전계층이 형성되면 캐리어가 기판(201)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있다. 캐리어의 재결합이 방지되면 개방전압과 충실도가 상승하여 태양전지의 변환효율이 향상된다.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 스크린 인쇄법 이외에도 통상적인 사진 식각 공정과 금속 증착 공정을 이용하여 형성한 것일 수도 있다. 따라서 본 발명은 전면 전극(204) 및 후면 전극(205)의 형성을 위해 적용되는 공정에 의해 한정되지 않는다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1
은 분말 5g, PbO-Bi2O3계 유리 프릿 분말 2g을 planetary mill을 사용하여 2시간 동안 교반 및 분쇄하여 접합입자를 형성시켰다. 상기 접합입자 7g과 은 분말 43g을 혼합하여 균일하게 교반한 후, 셀룰로오스, 부틸카르비톨 및 터피네올이 2:5:5의 중량비로 혼합된 유기 바인더 10g을 첨가하고 교반하여 금속 페이스트 조성물을 제조했다.
실시예 2 ~ 5
planetary mill 처리를 5(실시예 2), 13(실시예 3), 24(실시예 4) 및 40(실시예 5) 시간 동안 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 금속 페이스트 조성물을 제조했다.
비교예
접합입자를 형성시키지 않고 은 분말 10g을 직접 유리 프릿 분말 2g과 단순 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 금속 페이스트 조성물을 제조했다.
실험예
1. SEM/EDX 측정
상기 실시예 1~5에 따라 제조된 접합입자의 SEM/EDX 사진을 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 유리 프릿 입자와 은 입자가 균일하게 분포되어 있으며, 은 입자와 유리 프릿 입자가 밀착하여 접합입자를 형성하고 있는 것을 알 수 있다.
2. 접합입자 성분 측정
접합입자의 형성을 확인하기 위해, 각 실시예에서 planetary mill 처리 후 결과물 중 임의로 한 입자를 채취하여 구성 성분을 조사하여 도 5에 나타내었으며, 도 6에는 EDX를 이용하여 접합입자의 형태(Total: 전체, Flake: Flake type 분말, Sphere: 구형 분말)에 따라 각 접합입자의 성분을 분석한 결과가 나타나 있다.
도 5 및 도 6의 결과에서 알 수 있듯이, 한 입자에서 은과 Pb 및 Bi가 동시에 검출되는 것은 접합입자가 형성되었다는 것을 알 수 있으며, 특히 도 6에서 나타난 바와 같이, 분말 형상의 차이가 있어도 성분의 차이가 없음을 알 수 있다.
3. XRD 측정
접합입자에서 유리 프릿 입자와 은 입자 사이에 3상이 형성되었는지를 알아보기 위해 XRD 분석을 실시하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, planetary mill 처리 시간이 증가해도 유리 프릿 입자와 은 입자 사이에 3상이 형성되지 않았음을 알 수 있으며, 이는 반사방지막 상에서의 계면 반응이 우수하게 수행될 수 있음을 나타낸다.
4. 은 전극 형성 측정
실시예 1 및 비교예에서 제조된 금속 페이스트 조성물을 사용하여 실리콘 질화막 상에서의 계면 반응을 시킨 후, 실시예 1에 관련된 SEM 사진을 도 8(a,b:두께방향 단면사진, c:평면사진)에, 비교예에 관련된 SEM 사진을 도 9(a,b:두께방향 단면사진, c:평면사진)에 나타내었다.
도 9에 나타난 비교예 보다 도 8에 나타난 실시예 1의 경우에 계면에 은 결정이 매우 많이 형성되어 있음을 알 수 있다. 특히 계면을 위에서 나타낸 (c)를 살펴보면 도 8에서 재결정된 은이 매우 많이 분포하고 있음을 알 수 있다. 도 8과 도 9의 (c)에서 나타난 재결정된 은의 면적을 비교해보면 도 8의 (c)는 약 55%에 이르지만, 도 9의 (c)는 약 19%에 불과하다.
도 1은 종래 기술에 따른 실리콘 태양전지의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 은 분말과 유리 프릿 분말이 단순히 혼합된 종래의 페이스트(a)와 제 2 은 분말과 접합입자를 포함하는 본 발명의 페이스트(b)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 접합입자의 SEM/EDX 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 접합입자의 성분을 측정하여 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 접합입자의 형상에 따른 은 성분을 측정하여 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 ~ 5에 따라 제조된 접합입자의 XRD 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 금속 페이스트 조성물을 사용하여 계면 반응을 수행한 결과를 나타낸 SEM 사진이다.
도 9은 본 발명의 비교예에 따라 제조된 금속 페이스트 조성물을 사용하여 계면 반응을 수행한 결과를 나타낸 SEM 사진이다.
<도면의 주요 참조 번호>
201: 기판 202: 에미터층
203: 반사방지막
204: 전면 전극 205: 후면 전극
Claims (13)
- 은 분말;유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자; 및유기 바인더를 포함하고,상기 은 분말 100 중량부에 대해서 접합입자 10~50 중량부가 포함되고,상기 접합입자는 유리 프릿 입자와 은 입자의 결합중량비가 유리 프릿 입자:은 입자 = 1:2~10인 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 은 분말 입자 및 접합입자의 평균직경은 0.1~10㎛인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 유리 프릿 입자는 납 산화물 또는 비스무트 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 유기 바인더는 셀룰로오스, 부틸카르비톨 및 터피네올로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서,상기 은 분말 100 중량부에 대해서 상기 유기 바인더 5~30 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물.
- (S1) 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말의 혼합물에 대해 교반 및 분쇄를 동시에 수행하여 유리 프릿 입자와 은 입자가 접합된 다수의 접합입자를 제조하는 단계;(S2) 상기 제조된 다수의 접합입자와 제 2 은 분말을 혼합하고 교반하는 단계; 및(S3) 상기 (S2) 단계의 결과물에 유기 바인더를 첨가하고 교반하는 단계를 포함하고,상기 (S1) 단계에서 유리 프릿 분말과 제 1 은 분말의 혼합 중량비는 유리 프릿 분말:제 1 은 분말 = 1:2~10이고,상기 (S2) 단계에서 제 2 은 분말 100 중량부에 대해서 접합입자 10~50 중량부가 혼합되는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물의 제조방법.
- 제8항에 있어서,상기 (S1) 단계에서 교반 및 분쇄는 볼밀로 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,상기 (S3) 단계에서 제 2 은 분말 100 중량부에 대해서 상기 유기 바인더 5~30 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물의 제조방법.
- 실리콘 반도체 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막; 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및 상기 기판의 배면에 접속된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지에 있어서,상기 전면 전극은 제1항, 제3항, 및 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 금속 페이스트 조성물을 상기 반사방지막 상에 소정의 패턴으로 도포하고 소성시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001172079A (ja) | 1999-12-16 | 2001-06-26 | Seiko Epson Corp | 半導体、太陽電池及びその製造方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001172079A (ja) | 1999-12-16 | 2001-06-26 | Seiko Epson Corp | 半導体、太陽電池及びその製造方法 |
| KR100677374B1 (ko) | 2005-11-14 | 2007-02-02 | 준 신 이 | 박판 실리콘 기판을 이용한 다공성 실리콘 태양전지 및 그제조방법 |
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