KR101348732B1 - 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴 바인더 수지의 인쇄특성(요변성: Thixotropy)이 약한 문제점을 해결하기 위하여 아크릴 모노머 중합 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입함으로써 코팅이 적합한 점성을 부여하고, 유리분말, 도전성 금속 등을 균일하게 분산시키며, 소성시까지 전극의 형상을 유지시켜 주고, 저온소성이 가능하며 저잔탄량을 가지면서 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴 바인더 수지의 인쇄특성(요변성: Thixotropy)이 약한 문제점을 해결하기 위하여 아크릴 모노머 중합 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입함으로써 코팅이 적합한 점성을 부여하고, 유리분말, 도전성 금속 등을 균일하게 분산시키며, 소성시까지 전극의 형상을 유지시켜 주고, 저온소성이 가능하며 저잔탄량을 가지면서 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트에 관한 것이다.
화석연료의 대량 소비에 의한 지구의 환경문제와 에너지 문제는 21세기 인류의 가장 중요한 화두이며, 전세계적으로 이에 대한 대안인 대체에너지 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
이에 환경친화적인 태양광 발전기술은 청정 전력원으로서 뿐만 아니라 수송, 주택 및 건축, 우주산업용 위성, 통신 그리고 농업 등의 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 최근 기후변화협약에 따른 온실가스 배출규제에 대한 대처방안으로서 실질적인 CO2 감소효과를 기대할 수 있어 태양광발전시스템의 보급이 선진국을 중심으로 가속화되고 있다.
특히, 우리나라는 부존자원이 빈약하여 석유를 비롯한 대부분의 에너지원을 외국에서 수입하고 있으며, 수입의존도가 97.6%에 이르고 있으므로 대부분의 에너지원을 수입하는 우리나라의 상황을 고려하면 에너지원을 수입하지 않아도 되는 저가 지상전력용 태양전지에 대한 기술개발은 대체에너지 개발차원으로 국가경제적인 측면에서 매우 중요하다.
태양전지 산업은 매년 20% 이상의 성장을 지속하고 있으며 현재 태양전지 자체시장규모는 약 1조원이상으로서 세계적인 기술추이는 저가, 안정성이 입증된 실리콘 기판을 이용한 태양전지가 새로운 주역으로 등장하고 있지만, 국내에는 아직 산업기반이 형성되지 않아 국내 고유기술확보가 시급한 실정이다.
따라서, 태양전지는 산업의 근간인 전기에너지를 생산할 수 있기 때문에 경제적인 측면 뿐만 아니라 국가경쟁력의 관건이 되므로 저가형, 고효율, 양산기술을 개발할 경우 세계 태양전지 산업을 주도할 수 있으므로 국가적인 차원에서 초기시장 창출을 위한 기술개발과 보급을 중점 추진한다면 반도체 신화를 뛰어넘는 태양전지 기술경쟁력을 확보할 수 있다.
한편, 태양전지 제조기술개발은 주로 신뢰성 및 에너지변환 효율향상, 저가화에 주요 관점을 두고 기술개발을 추진하고 있으며, 태양광발전시스템의 설치비용중 태양전지가 약 40% 이상을 차지하고 있어 태양전지의 저가화는 태양광 발전기술의 핵심이라 할 수 있다.
현재 개발되고 있는 태양전지는 실리콘 기판을 이용한 것으로서 저가형 다결정 실리콘 기판을 이용하고 에너지 변환효율을 높이기 위한 공정기술로, 특히 핵심기술로서 상판 및 하판의 전극형성 기술이 관건이므로 이 분야 기술국산화가 시급한 실정이며, 또한 저가화를 위한 양산기술로 공정단순화, 수율향상 및 효율개선을 위한 태양전지 기술개발이 시급한 실정이다.
특히, 상판 및 하판의 전극형성 핵심기술중 하나로서, 태양전지 전극 페이스트 조성물 개발이 가장 중요한데, 전극 페이스트 조성물은 결정형 태양전지 겉면에 얇게 도포되어 태양광으로 얻어진 전기를 모아 전달하는 역할을 하는 것으로 일반적으로 전면에는 은 소재가, 후면에는 알루미늄 소재가 사용된다.
시장조사기관이 포톤인터내셔널에 따르면 2011년 태양전지용 전극페이스트 시장규모는 약 5,151억원으로 전망하고, 태양전지 생산량이 60기가와트에 이를 것으로 전망되는 오는 2014년에는 약 3조5000억원을 돌파할 전망이며, 현재 세계시장을 미국 듀폰·페로가 과점하고 있는 상태이다.
전극 전면용 전극 페이스트 조성물은 일반적으로 은을 함유하며, 전극의 폭은 100㎛, 높이는 20㎛ 전후로 한다. 반대면 전극은 일반적으로 알루미늄, 알루미늄과 은과의 조합으로 이루어진 전극용 페이스트 조성물을 기판의 보잉(bowing)을 고려하여 일정한 두께로 스크린 인쇄 및 건조시킨다. 그 후, 700~900℃의 비교적 고온에서 수 내지 수십초로 소성하여 전면 및 후면 전극의 전극금속이 각 반도체층과 접촉하여 전극으로서의 기능을 가지게 한다.
이러한 용도에 사용되는 전극 페이스트 조성물에는 짧은 소성시간동안에 기판에 충분한 접착능력을 부여하기 위한 유리 프릿 분말과 같은 무기성분이 첨가되며, 반도체에 충분한 오믹 건택을 부여하기 위하여 은 등의 도전성 금속성분이 첨가된다. 아울러, 유리 프릿 분말, 도전성 금속 등을 균일하게 분산시키고 소성시까지 전극의 형상을 유지시켜 주면서 페이스트 상태로 코팅이 적합한 점성을 부여하는 역할을 하는 것으로 바인더 수지가 사용된다.
상기 바인더 수지는 태양전지 전극용 페이스트 뿐만 아니라 디스플레이(LCD, PDP 등) 및 전자재료 등의 도전성 페이스트, 글래스 페이스트, 포토레지스트의 핵심재료로서 점도, 분산성, 막밀착력, 현상성 등 다양한 기능을 부가하는 목적으로 쓰이고 있다. 이러한 재료들은 점차 수요가 확대되고 있는 추세이고 바인더 수지 역시 수요가 확대되고 있다.
현재 태양전지 전극 페이스트 바인더 수지는 인쇄특성(요변성: Thixotropy)이 좋은 셀룰로오스(Cellulose)계 및 비닐알코올 수지를 사용하고 있다. 종래 셀룰로오스(Cellulose)계 바인더 수지 선행기술을 살펴 보면, 한국공개특허 10-2009-0110739에는 셀룰로오스 에스테르(cellulose ester)계, 셀룰로오스에테르(cellulose ether)계의 셀룰로오스 유도체 및 파라핀류 중에서 선택되는 하나 또는 2종 이상이 혼용된 바인더 수지 및 용제를 포함한 비이클 18~38중량%와 은 마이크로 입자와 은 나노 입자의 은 하이브리드 복합체 60~80중량%, 1~5중량%의 글라스프릿 및 1~5중량%의 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극 페이스트 조성물이 공지되어 있다.
또한, 한국공개특허 10-2008-0068613에는 (a) 알루미늄 함유 분말, 및 (b) 1종 이상의 유리 프릿 조성물이 (c) 에틸 셀룰로오스 또는 에틸히드록시에틸 셀룰로오스 유기 매질에 분산된 상태로 포함되는 태양 전지의 후막 전극의 형성에 사용되는 전기전도성 조성물에 공지되어 있다.
그러나, 셀룰로오스계 수지는 열분해를 위해 높은 소성온도를 요구하고, 소성 이후 많은 량의 잔류탄소 침적물이 남게 되어 형성된 전극을 오염시켜 태양전지 셀 자체의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있으며, 고온 소성의 경우 많은 에너지를 필요로 하게 되어 공정 코스트가 상승되고 소성 후 전도성 도막의 수축으로 인해 접착력이 저하되고 패턴의 정밀성이 떨어지는 등의 문제점이 있다.
이에 비해 상대적으로 소성특성이 좋은 알킬수지, 페놀수지 등의 제안될 수 있으나 친유성의 특성을 가지고 있어 Ag powder와의 분산성이 좋지 못한 문제점이 있다.
또한, 현재, 사용되고 있는 셀룰로오스(Cellulose)계 바인더의 경우 천연 고분자로서 자연의 목재나 식물로부터 채취하게 되는데, 목재는 펄프를 얻을 수 있게 되기 까지의 생육기간이 매우 길고 근본적으로 자연환경 파괴라는 결과를 가져오게 되며, 또한 목재에서 셀룰로오스까지 합성공정이 복잡하고 제조공정중에 나오는 불순물이나 오염물 제거 및 처리 등의 문제점이 수율저하로 나타나게 되어 공정비용이 상승하는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 셀룰로오스계 바인더 수지의 경우 다우(Dow) 등의 외국계 소수의 공급업체에서 독점하고 국내의 경우는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이며, 가격이 고가여서 페이스트의 가격을 낮추기 위해서는 새로운 바인더 수지 개발이 시급한 실정이다.
한편, 아크릴계 바인더의 경우 셀룰로오스(Cellulose)계 바인더에 비해 합성공정이 간단하고 기존의 반응로를 이용할 수 있으며 다양한 모노머의 조합으로 원하는 물성을 설계할 수 있다는 장점이 있고, 또한, 잔류 탄소량이 적고 폴리머 사이드 그룹에 극성 작용기가 형성되어 있어 분산성에도 좋은 특성을 나타내지만, 기존의 셀룰로오스계 바인더 수지에 비해 인쇄특성(요변성: Thixotropy)이 약한 문제점이 있다.
이에 본 발명자들은 Tg가 낮고 소성 후 잔탄량이 비교적 적은 이소부틸아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이 등의 아크릴 모노머 중합 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입함으로써 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 제조할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 아크릴 바인더 수지의 인쇄특성(요변성: Thixotropy)이 약한 문제점을 해결하기 위하여 아크릴 모노머 중합 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입함으로써 코팅이 적합한 점성을 부여하고, 유리분말, 도전성 금속 등을 균일하게 분산시키며, 소성시까지 전극의 형상을 유지시켜 주고, 저온소성이 가능하며 저잔탄량을 가지면서 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극페이스트용 아크릴바인더 및 이를 이용한 태양전지전극페이스트를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 수지에 있어서, 아크릴 단량체 및 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체를 유기용매 및 중합개시제 존재하에 중합하여 아크릴 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입하여 제조되는 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 과제의 해결수단으로 한다.
[화학식 1]
(식중 R은 수소원자, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.)
[화학식 2]
(식중 R은 수소원자, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.)
또한, 상기 아크릴 단량체는 메틸(메타)아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체로는 다음 화학 구조식중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 과제의 해결수단으로 한다.
Dimethyl maleate(DMM) :
Dioctyl maleate(DOM) :
Dibutyl maleate(DBM) :
Diisobutyl maleate(DIBM)
Bis(2-ethylhexyl) maleate :
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체로는 다음 화학 구조식중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 과제의 해결수단으로 한다.
Dimethyl fumarate(DMF) :
Dioctyl fumarate(DOF) :
Bis(2-ethylhexyl) fumarate :
또한, 상기 유기용매는 부틸카비톨아세테이트인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지전극 페이스트용 아크릴 바인더를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 중합개시제는 벤조일퍼옥사이드인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 본 발명은 은 분말 60~75중량%, 상기 제조된 아크릴 바인더 20~35중량%, 유리 프릿 0.3~5.0중량%, 첨가제 0.2~3중량%을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 이용한 태양전지 전극 페이스트를 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트 조성물은 태양전지 전극재료로 적합한 인쇄특성, 분산성, 점도특성, 저탄소잔류량을 만족하면서 저온소성이 가능한 태양전지 전극재료를 제공할 수 있으며 전량 수입에 의존하는 셀룰로오스계 바인더를 대체할 수 있는 획기적인 효과가 있다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
우선, 본 발명의 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더는 아크릴 단량체 및 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체를 유기용매 및 중합개시제 존재하에 중합하여 아크릴 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입하여 제조된다.
상기 아크릴 단량체로는, 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxy ethyl acrylate), 하이드록시프로필아크릴레이트(hydroxyl propyl acrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethyl hexyl acrylate), 부틸아크릴레이트(butyl acrylate), 비닐부틸에테르(Vinyl butyl ether), 비닐에틸에테르(Vinyl ethyl ether), 아크릴릭에시드(acrylic acid), 메타아크릴릭에시드(Methacrylic acid), 메틸메타아크릴레이트(methyl metha acrylate), 에틸메타아크릴레이트(ethyl metha acrylate) 이소부틸메타아크릴레이트(i-butyl metha acrylate), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-Hydroxy ethyl metha acrylate), 글리시딜메타아크릴레이트(glycidyl metha acrylate)등을 사용할 수 있으며, 그 함량은 바인더의 유리전이온도, 내열성, 기재와의 친밀성 등을 고려하여 전체 중합체 혼합액의 40~55중량% 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공중합 가능한 반응성 단량체는 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 단량체를 사용하며, 전체 중합체 혼합액의 3~5중량% 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
(식중 R은 수소원자, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.)
[화학식 2]
(식중 R은 수소원자, 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.)
여기서, 상기 화학식 1로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체는 다음 화학 구조식중 어느 하나인 것을 사용한다.
Dimethyl maleate(DMM) :
Dioctyl maleate(DOM) :
Dibutyl maleate(DBM) :
Diisobutyl maleate(DIBM)
Bis(2-ethylhexyl) maleate :
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체는 다음 화학 구조식중 어느 하나인 것을 사용한다.
Dimethyl fumarate(DMF) :
Dioctyl fumarate(DOF) :
Bis(2-ethylhexyl) fumarate :
상기 용매는 비등점이 150℃이상을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 비등점이 150℃이상의 유기용매로는, 다이에틸렌글리콜(diethyleneglycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 테트라에틸렌글리콜(tetra ethylene glycol), 펜타에틸렌글리콜(penta ethylene glycol), 헥사에틸렌글리콜(hexa ethylene glycol), 에틸렌글리콜모노메틸에테르(ethylene glycol monomethyl ether), 에틸렌글리콜에틸에테르(ethylene glycol ethyl ether), 에틸렌글리콜모노부틸에테르(ethylene glycol monobutyl ether), 다이에틸렌글리콜뷰틸에테르아세테이트(diethylene glycol butyl ether acetate), 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(ethylene glycol monomethyl ether acetate), 에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트(ethylene glycol ethyl ethr acetate), 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트(ethglycol monobutyl ether acetate), 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethylether), 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르(triethylene glycol monobutyl ether), 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(dipropylene glycol monomethyl ether acetate), 테트라에틸렌글리콜도데실에테르(tetra ethylene glycol dodecyl ether), 다이에틸렌글리콜디메틸에테르(diethyleneglycol dimethyl ether), 테트라에틸렌글리콜모노옥틸에테르(tetra ethylene glycol monooctyl ether), a-테르피네올(a-terpineol) 등을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 부틸카비톨아세테이트를 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량은 중합체 전체 중 40~55중량% 사용하는 것이 바람직하다.
상기 중합개시제의 종류로는 라우릴퍼옥사이드(lauryl peroxide), 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(cumen hydroperoxide), 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드(diisopropylbenzene hydroperoxide), t-부틸하이드로퍼옥사이드(t-butyl hydroperoxide)와 같은 유기 퍼옥사이드 등의 지용성 개시제, 레독스 개시제 등이 바람직하다.
또한, 중합개시제는 아크릴계 공중합체를 제조하기 위하여 사용된 조성물 전체에서 0.01 내지 10 중량%인 것이 바람직하다. 0.01중량% 이하이면, 중합 반응이 충분히 진행하지 않아 미반응 모노머가 대량으로 남게 되고, 10중량%를 넘는다면 미반응 개시제들이나, 개시제에 포함되어있는 불순물이 페이스트 물성에 나쁜영향을 줄 수 있다.
아크릴 모노머의 중합 반응에 있어서 반응온도로서는 특별히 한정되지 않지만 바람직한 하한은 40℃ 바람직한 상한은 150℃이다. 반응온도가 40℃ 미만이면 중합개시제가 효율적으로 반응하지 않고, 150℃이상이면 중합개시제가 급격하게 분해되어 반응이 제대로 진행되지 않는다. 또한 중합 반응시간은 특별히 한정되지 않지만, 5~15시간인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 이용한 태양전지 전극 페이스트는 은 분말 60~75중량%, 상기 제조된 아크릴 바인더 20~35중량%, 유리 프릿 0.3~5.0중량%, 첨가제 0.2~3중량%을 포함하여 조성된다.
여기서, 상기 아크릴 바인더는 전체 전극 페이스트중 20~35중량% 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위 내인 경우에는 미세전극패턴의 형성에 적합하고, 작업성이 좋아지며, 소성시 패턴의 엉김 등이 발생하지 않기 때문이다.
또한, 상기 은 분말은 전체 페이스트중 60~75중량% 포함하는 것이 바람직한데, 상기 범위 내인 경우 전극의 전기저항, 기판과의 밀착성, 작업성 및 전극패턴 형상에 있어서 모두 좋기 때문이다.
또한, 상기 전극 페이스트에는 필요에 따라 통상의 첨가제인 착색제, 염료, 분산제, 찰흔 방지제, 가소제, 접착 촉진제, 속도 증진제 또는 계면활성제 등을 0.2~3중량% 범위로 포함될 수 있음은 물론이다.
[실시예 1~8]
3L 4구 플라스크에 유기용매인 부틸카비톨아세테이트 540g을 먼저 투입하고, 한쪽에는 환류냉각기를 설치하였고, 다른 한쪽에는 온도계를, 또 다른 한쪽에는 드롭핑 판넬을 설치하였다. 반응기 온도를 120℃로 승온한 후, 메틸메타아크릴레이트 180g, 이소부틸아크릴레이트 280g, 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트 60g과 부틸카비톨아세테이트 30g, 공중합 가능한 반응성 단량체(하기 표 1 실시예 1~8), 벤조일퍼옥사이드 1g 혼합액을 제조한 다음 혼합액을 드롭핑 판넬을 사용하여 120℃에서 3시간 동안 적하하였다. 상기 적하시의 교반속도는 180rpm으로 하였으며, 적하 종료 후 120~130℃에서 8시간 동안 반응물을 숙성시켜서 아크릴 바인더를 제조하였다.
[비교예 1~2]
[비교예 1]은 상기 실시예에서 공중합 가능한 단량체를 뺀 상태로 중합시킨 아크릴 바인더이며, [비교예 2]는 바인더로서 에틸셀룰로오즈(Dow사의 STD-45) 사용하였다.
[페이스트의 제조]
은 분말 60~75중량%, 제조된 바인더(실시예1~8 및 비교예1~2) 20~35중량, 유리 프릿 0.3~5.0중량%, 첨가제 0.2~3중량%의 조성으로 은 페이스트 조성물을 만들었다. 상기 은 페이스트 조성물을 두께가 220㎛ 크기가 155mm X 155mm인 p형 실리콘 반도체 기판에 도포, 인쇄하고 건조시켰다.
[페이스트의 물성평가]
상기 제조된 페이스트의 분산안정성, 인쇄성, 인쇄형상 안정성, 페이스트 저장안정성, 잔탄량의 물성평가를 측정하고 그 결과를 다음 [표 1]에 나타내었다.
(1) 분산안정성
페이스트를 24시간 방치한 뒤, 유리막대를 이용하여 페이스트를 교반하여 은 입자의 분산 또는 침전 상태를 확인하고 이하의 기준으로 평가했다.
○: 도전 분말은 분산되어 있고, 바닥에 침전은 없었다.
△: 도전 분말은 침전되어 있었지만 재분산시킬 수 있었다.
×: 도전 분말은 침전되고 고상화되어 재분산시킬 수 없었다.
(2) 인쇄성
전도성 페이스트를 태양전지용 실리콘 웨이퍼상에 스크린 프린팅기법으로 도포하여 얻어진 라인 패턴의 상태를 관찰하고, 이하의 기준으로 인쇄성을 평가했다.
O: 정확한 라인이 얻어졌다.
X: 라인이 단선되거나 인접하는 라인과 접촉한다.
(3) 인쇄 형상 안정성
얻어진 페이스트를 이용하여 스크린 프린터로 실리콘 웨이퍼상에 높이20um 폭 100um의 패턴을 인쇄하고, 얻어진 패턴의 높이와 폭을 레이저 현미경을 이용하여 관찰하였다.
○: 라인 폭의 표준 편차가 10um미만이고, 라인 높이의 표준 편차가 2um미만
△: 라인 폭의 표준 편차가 15um미만이고, 라인 높이의 표준 편차가 4um미만
×:라인 폭의 표준 편차가 15um이상이고, 라인 높이의 표준 편차가 4um이상
(4) 페이스트 저장 안정성
얻어진 페이스트를 상온에서 1개월 보존한 후 레오미터를 이용하여 페이스트 보존 전후의 점도를 측정하고, 이하의 기준으로 페이스트 저장 안정성을 평가했다.
○: 점도 변화가 5%이하였다.
△: 점도 변화가 5%이상 15% 미만이었다.
×: 점도 변화가 10%이상이었다.
(5) 잔탄량
합성된 아크릴 중합체 1~8 및 비교예 1~2를 Seiko사의 SSC5200H 열중량 분석기(Thermogravimetric analysis)를 이용하여 산소 분위기에서 상온에서부터 600℃까지 20℃/min로 승온하여 잔탄량을 측정하였다.
상기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명의 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 이용한 태양전지 전극 페이스트는 기존 셀룰로오스계 바인더의 전극 페이스트와 비교할 때, 그 물성이 대등함을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 수지에 있어서, 아크릴 단량체 및 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체를 유기용매 및 중합개시제 존재하에 중합하여 아크릴 폴리머 체인에 인쇄성이 좋은 반응기를 도입하여 제조되는 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더
[화학식 1]
(식중 R은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.)
[화학식 2]
(식중 R은 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기이다.)
- 제1항에 있어서,
상기 아크릴 단량체는 에틸아크릴레이트(ethyl acrylate), 하이드록시에틸아크릴레이트(hydroxy ethyl acrylate), 하이드록시프로필아크릴레이트(hydroxyl propyl acrylate), 2-에틸헥실아크릴레이트(2-ethyl hexyl acrylate), 부틸아크릴레이트(butyl acrylate), 비닐부틸에테르(Vinyl butyl ether), 비닐에틸에테르(Vinyl ethyl ether), 아크릴릭에시드(acrylic acid), 메타아크릴릭에시드(Methacrylic acid), 메틸메타아크릴레이트(methyl metha acrylate), 에틸메타아크릴레이트(ethyl metha acrylate) 이소부틸메타아크릴레이트(i-butyl metha acrylate), 2-하이드록시에틸메타아크릴레이트(2-Hydroxy ethyl metha acrylate), 글리시딜메타아크릴레이트(glycidyl metha acrylate)로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체로는 다음 화학 구조식중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 인쇄성이 우수한 반응기를 가지는 공중합 가능한 반응성 단량체로는 다음 화학 구조식중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더
- 제1항에 있어서,
상기 유기용매는 비등점이 150℃이상을 가지는 것으로서, 다이에틸렌글리콜(diethyleneglycol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 테트라에틸렌글리콜(tetra ethylene glycol), 펜타에틸렌글리콜(penta ethylene glycol), 헥사에틸렌글리콜(hexa ethylene glycol), 에틸렌글리콜모노메틸에테르(ethylene glycol monomethyl ether), 에틸렌글리콜에틸에테르(ethylene glycol ethyl ether), 에틸렌글리콜모노부틸에테르(ethylene glycol monobutyl ether), 다이에틸렌글리콜뷰틸에테르아세테이트(diethylene glycol butyl ether acetate), 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(ethylene glycol monomethyl ether acetate), 에틸렌글리콜에틸에테르아세테이트(ethylene glycol ethyl ethr acetate), 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트(ethglycol monobutyl ether acetate), 에틸렌글리콜디메틸에테르(ethylene glycol dimethylether), 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르(triethylene glycol monobutyl ether), 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(dipropylene glycol monomethyl ether acetate), 테트라에틸렌글리콜도데실에테르(tetra ethylene glycol dodecyl ether), 다이에틸렌글리콜디메틸에테르(diethyleneglycol dimethyl ether), 테트라에틸렌글리콜모노옥틸에테르(tetra ethylene glycol monooctyl ether), a-테르피네올(a-terpineol)로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지전극 페이스트용 아크릴 바인더
- 제1항에 있어서,
상기 중합개시제는 라우릴퍼옥사이드(lauryl peroxide), 벤조일퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 큐멘하이드로퍼옥사이드(cumen hydroperoxide), 디이소프로필벤젠하이드로퍼옥사이드(diisopropylbenzene hydroperoxide), t-부틸하이드로퍼옥사이드(t-butyl hydroperoxide)로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더
- 태양전지 전극 페이스트 조성물에 있어서, 은 분말 60~75중량%, 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 따라 제조된 아크릴 바인더 20~35중량%, 유리 프릿 0.3~5.0중량%, 첨가제 0.2~3중량%을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 이용한 태양전지 전극 페이스트
- 제7항에 있어서,
상기 첨가제는 산화방지제, 소포제, 분산제, 찰흔 방지제, 가소제, 접착촉진제 또는 계면활성제로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더를 이용한 태양전지 전극 페이스트
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