KR101352992B1 - 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크 - Google Patents
실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마이크로미터 이하의 크기를 가지는 전도성 금속 입자와 글라스 프릿을 기본 구성으로 하는 전도성 잉크에, 전도성 잉크의 용제에 용해가 가능한 유기금속 첨가제와 용해가 되지 않는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제를 첨가한 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크에 관한 것으로, 용제에 용해되는 유기금속 첨가제와 용제에 용해되지 않는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제를 포함함으로써 노즐을 통해 토출된 전도성 잉크가 실리콘 태양전지 기판에서 과도하게 퍼지는 것을 제한하며 실리콘 태양전지와의 밀착력을 향상시켜 접촉저항을 감소시키는 효과가 있으며, 또한, 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크에 포함된 니켈 및 구리 나노입자로 구성된 소결 첨가제는 니켈 실리사이드 및 실버-구리 공융합금을 형성함으로써 접촉저항을 낮춰주고 소결 후 전기 전도도를 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 마이크로미터급 이하의 크기를 가지는 전도성 금속 입자와 글라스 프릿을 기본 구성으로 하는 전도성 잉크에, 전도성 잉크의 용제에 용해가 가능한 유기금속 첨가제와 용해가 되지 않는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제를 첨가함으로써, 노즐 인쇄 후 실리콘 태양전지 웨이퍼 상에서 전도성 잉크 패턴이 퍼지는 것을 방지함과 동시에 도막의 소결시 실리콘 태양전지 기판과 충분한 밀착력을 제공하여 접촉저항을 줄여주는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크에 관한 것이다.
실리콘 태양전지를 구성하는 단결정 혹은 다결정 실리콘 웨이퍼의 두께가 점차 박형화되어 감으로 인해 기존의 접촉식 스크린 인쇄 기술로 전극을 형성하는 것에 어려움이 생기게 되었다. 이로 인해, 잉크젯, 정전기젯 혹은 디스펜싱과 같이 노즐을 통해 전도성 잉크가 토출되는비접촉식 인쇄 기술을 이용하여 박형화 실리콘 웨이퍼에 미세전극을 형성하는 기술이 개발되기 시작하였다. 그러나, 기존의 비접촉식 인쇄용 전도성 잉크는 노즐을 통해 토출된 잉크가 태양전지 기판에 미세패턴된 후 전도성 잉크와 태양전지 기판 간의 접촉각 조건에 따라 퍼짐에 따라 패턴폭이 증가하는 문제점이 있었다. 또한, 전도성 잉크를 소결할 때 태양전지 기판과의 밀착력이 부족하여 낮은 접촉저항을 형성하지 못하는 문제점이 발생하였다.
이와 같이 노즐로부터 토출된 전도성 잉크가 태양전지 기판 상부에서 퍼짐으로 인해 태양 빛을 수광할 수 있는 면적을 감소시키게 됨으로써 태양전지 효율이 감소하게 되며, 전도성 잉크와 태양전지 기판 사이의 낮은 밀착력은소결 후 충분히 낮은 접촉저항을 달성하는데 방해가 되어 태양전지 효율을 감소시키는 문제가 있었다.
한편 실리콘 태양전지 상부전극용전도성 잉크에 관한 기술로서, 특허문헌 1에 종래의 금속 나노파티클을 포함한 전도성 잉크로서, 금속 나노파티클, 자외선 또는 열 경화성 수지, 유기 용제, 광 개시제, 유동성 첨가제를 사용하는 전도성 잉크를 제작하는 방법이 알려져 있지만,전극과 태양전지의 실리콘 기판과의 밀착력을 부여하는 방법과전도성 잉크의 기판에서의 퍼짐성을 제어하는 수단 및 접촉저항을 낮추고 실버 입도간의 소결성을 향상시키기 위한 수단이 제공되지 않았다.특허문헌 2에 전극용액으로 금속과 글라스 프릿을 사용하며, 반사방지막은 실리콘 나이트라이드를 사용하는 태양전지의 전면전극형성방법이 제시되어 있지만, 바인더가 열분해되는 온도와 글라스 프릿이 용융되어 실리콘 나이트라이드를에칭하면서 접착력을 부여하는 온도 사이 구간에서의 전극과 태양전지 기판간의 밀착력을 부여하는 수단이 제공되지 않았으며,전도성 잉크의 기판에서의퍼짐성을제어하는수단, 그리고 접촉저항과 실버 입도간의 소결성을 향상시키기 위한 수단이 제공되지 않았다.또한,특허문헌 3에 전도성 잉크는 금속 나노입자, 나노 사이즈의 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 나노사이즈 유리 프릿을 포함하는 실리콘 태양전지 전극 형성용 전도성 잉크 조성물이 알려져 있지만, 소결중 초기온도 상승구간에서 태양전지기판과 전극사이의 밀착력을 향상시켜 주기 위한 수단과, 전도성잉크에 항복응력을 부여하기 위한 수단이 결여되어 있다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고자 노즐 인쇄가 가능한 실리콘 태양전지 상부전극용 전도성 잉크가 기판상에서 과도하게 퍼지지 않도록 하며, 소결 시 실리콘 태양전지 기판과 충분한 밀착력을 제공함으로써 낮은 접촉저항을 달성할 수 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 노즐 인쇄가 가능한 실리콘 태양전지 상부전극용 전도성 잉크는 박형화된 실리콘 태양전지 상부전극을 노즐을 이용한 비접촉식 인쇄공정으로 형성하기 위한 전도성 잉크에 있어서, 상기 전도성 잉크는, 금속 입자와; 실리콘 태양전지 상부의 반사방지막을 에칭하기 위한 글라스 프릿과; 잉크의 액상성분을 구성하는 용제와; 상기 용제에 용해가 가능한 유기금속 첨가제와; 상기 용제에 용해가 되지 않는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제와; 접촉저항과 소결성을 향상시키기 위한 소결 첨가제와; 전도성 잉크의 건조 후 막균열과 기판과의 밀착력을 부여하는 바인더 및; 입자들을 분산시키기 위한 분산제;를 포함한다.
상기 전도성 잉크는 인쇄를 위한 작업온도가 20~40℃이고, 전단변형률이 100 s-1에서 20~200,000 cP(20~40℃)인 것이 바람직하며,
상기 유기금속 첨가제는 실버네오데카노에이트, 상기 박편 형태의 전도성 첨가제는 실버 아세테이트, 상기 와이어 형태의 전도성 첨가제는 실버나노와이어 혹은 카본 나노튜브, 상기 소결 첨가제는 니켈 나노입자 또는 구리 나노입자인 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 노즐을 통해 토출된전도성 잉크가 기판에서 과도하게 퍼짐으로써 수광면적을 감소시키는 문제점과 전극을 형성하는 전도성 잉크와 실리콘 태양전지 사이의 밀착력이 불량하여 소결 후 전극과 실리콘 태양전지 사이의 접촉저항이 높게 나타나는 문제점을 해결하고자 전도성 잉크의 용제에 용해가 되는 유기금속 첨가제를 첨가함으로써 소결 중 전극과 실리콘 태양전지의 밀착력을 향상함으로써 접촉저항을 낮추어 주고, 그리고 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제를 이용하여 전도성 잉크에 항복응력을 부여함으로써 실리콘 태양전지 기판에서 전도성 잉크가 과도하게 퍼지는 것을 방지하며, 또한 니켈 및 구리 나노입자로 구성된 소결 첨가제를 첨가함으로써 소결 후 접촉저항과 비저항을 낮추어주는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크가 노즐을 통해 토출될 때의 유동과, 노즐을 통해 토출된 후 기판에 미세패턴된 후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크가 노즐을 통해 토출될 때의 유동과, 노즐을 통해 토출된 후 기판에 미세패턴된 후의 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크의 구성에 대하여 상세하게 설명하며, 상세한 설명에서 이 기술의 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 생략하였다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크의 구성을 도시하고 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크는 마이크로미터 이하의 금속 입자(10)와; 실리콘 태양전지 상부의 반사방지막을 에칭하기 위한 글라스 프릿(20)과; 잉크의 액상성분을 구성하는 용제(60)와; 상기 용제에 용해가 가능한 유기금속 첨가제(30)와; 상기 용제에 용해가 되지 않는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)와; 접촉저항과 소결성을 향상시키기 위한 소결 첨가제(50)와; 전도성 잉크의 건조 후 막균열과 기판과의 밀착력을 부여하는 바인더(70) 및; 입자들을 분산시키기 위한 분산제(80);로 구성된다.
여기서, 본 발명의 일실시 예에 따른 마이크로미터 이하의 금속 입자(10)는 노즐 유동성을 향상시키기 위해 직경이 1 ㎛ 이하의 구형 실버 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 금속입자의 크기는 100nm~1㎛인 것이 바람직하며, 금속 입자의 크기가 상기의 범위를 벗어날 경우에는 노즐 유동성이 저하할 우려가 있다. 구형 실버 입자의 충진밀도를 향상시키기 위해서 본 발명에서는 1차 실버 입자의 사용 이외에도 1차 실버 입자의 공극에 위치함으로써 소성 후 전극의 유효공극을 감소시키기 위한 2차 실버 입자를 사용할 수 있으며, 이때 2차 실버 입자는 1차 실버 입자보다 1/7 이하의 직경을 가짐으로써, 전도성 잉크는 이종입도 분포로 구성될 수 있다. 실버 입자가 차지하는 무게분율은 전체 전도성 잉크에서 50~85 wt%인 것이 바람직하다. 실버 입자가 차지하는 무게분율이 50 wt% 미만이 될 경우에는 인쇄된 전극의 도막이 너무 얇아서 충분히 낮은 전기저항을 달성하지 못할 우려가 있고, 85 wt%를 초과할 경우에는 전도성 잉크에 함유된 실버 입자의 밀도가 너무 높기 때문에 노즐을 통해 토출되지 못하는 문제가 발생할 우려가 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 글라스 프릿(20)은 소결 중 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 상부에 형성되어 있는 반사방지막을 에칭하고실버와 실리콘의 접합을 유도하는 역할을 한다. 글라스 프릿(20)의 입도는 1차 실버 입도의 직경보다 20배 이하의 크기이며, 더욱 바람직하게는 0.2~4배의 크기이다. 글라스 프릿(20)의 입도가 상기에서 한정한 범위보다 과도하게 작을 경우에는 반사방지막을 에칭하기 위한 최소량을 충족시키지 못하기 때문에 반사방지막이 불완전하게 에칭되어 전극과 태양전지 사이의 접촉저항이 상승하는 문제가 발생할 우려가 있다. 반면,글라스 프릿(20)의 입도가 상기에서 한정한 범위보다 과도하게 클 경우에는 전극과 태양전지 사이에 두터운 글라스층을 형성하게 되어 접촉저항이 상승하는 문제가 발생할 우려가 있다. 그리고 글라스 프릿(20)의 소프트닝 포인트는 300~700℃이며, 더욱 바람직하게는 500~650℃이다. 글라스 프릿의소프트닝 포인트가 상기에서 한정한 온도 미만이 될 경우에는 과도하게 용융되어 전극과 태양전지 사시에 두터운 글라스층을 형성하게 되어 접촉저항이 상승하는 문제가 발생할 우려가 있고, 상기에서 한정한 온도를 초과할 경우에는 태양전지의 반사방지막을 에칭하기 위한 용융이 발생하지 않아 접촉저항이 상승하는 문제가 발생할 우려가 있다. 또한 전체 전도성 잉크에서 차지하는 글라스 프릿(20)의 무게분율은 2~9 wt%가 바람직하며, 글라스 프릿의 무게분율이 2 wt% 미만이 될 경우에는 반사방지막을 에칭할 글라스 프릿 최소량을 충족시키지 못함으로써 접촉저항이 증가할 우려가 있고, 9 wt%를 초과할 경우에는 반사방지막이 과도하게 에칭될 뿐만 아니라 태양전지 상부의 이미터층을 훼손함으로써 션트저항이 낮아질 우려가 있다. 또한, 과도한 글라스 프릿의 함량은 전극의 비저항을 증가시킬 뿐만 아니라, 전극의 열팽창계수와 태양전지기판의 열팽창계수의 상이함으로 인해 박리문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 유기금속 첨가제(30)는 전도성 잉크를 구성하는 용제(60)에 용해되는 실버카르복실레이트이며, 특히 실버네오데카노에이트가 선호된다. 실버네오데카노에이트는전도성 잉크를 구성하는 무극성용제(60)에 용해되며, 금속 입자(10)인 실버와의 친화력이 좋기 때문에 표면에 흡착되어 분산제 역할을 수행하기도 한다. 또한, 일반적인 분산제가 소결 중 열분해되어 제거되는 것과는 달리, 실버 네오데카노에이트는소결 중 열분해될 경우 실버나노입자를 생성하게 되므로 소결 후 전도성 잉크의 전도도 향상에 기여를 한다는 특징이 있다. 특히, 실버 네오데카노에이트는소결 중 전도성 잉크로 인쇄된 전극과 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 간의 밀착력을 증진시켜주어 최종적으로 접촉저항을 향상시키는 효과가 있다. 전체 전도성 잉크에서 차지하는 유기금속 첨가제(30)의 무게분율은 1~10wt%가 바람직하다. 유기금속 첨가제의 무게분율이1 wt% 미만이 될 경우에는 상기에 기술된 유기금속 첨가제의 역할을 수행하지 못할 우려가 있고, 10wt%를 초과할 경우에는 점도 상승으로 인해 전도성 잉크에서 차지하는 마이크로미터 이하의 금속 입자(10)의 함량을 감소시킬 우려가 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)는 전도성 잉크를 구성하는 용제(60)에 용해되지 않는 성분으로 구성된 박편 또는 와이어 형태의 유기금속, 실버 나노와이어 혹은 카본 나노튜브이다. 이들 전도성 첨가제(40)의 주요 역할은 전도성 잉크에 외력에 의한 전단변형률이 주어지지 않았을 때 네트워크를 형성함으로써 항복응력을 부여하는 것이다. 반면, 노즐(90)을 통해 토출될 때는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)가 형성하고 있는 네트워크 구성이 해제되면서 전도성 잉크가 원활히 노즐(90)을 통해 토출될 수 있도록 유동성이 향상된다. 기판에 패턴된 후 외력에 의한 전단변형률이 제거된 전도성 잉크는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)가 다시 네트워크를 형성함으로써 항복응력이 발생하여 실리콘 태양전지 웨이퍼(100)에서 퍼지지 않고 고정된다. 특히, 이들 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)로써 박편 형태의실버 아세테이트는 와이어 형태의 실버나노와이어 또는 카본 나노튜브에 비해 가격이 저렴하며, 본 발명에서 전도성 잉크의 용제(60)를 구성하는 부틸 카비톨 아세테이트와 크실렌에 대한 용해도가 낮기 때문에 선호된다. 또한, 실버 아세테이트는 소결 후 실버 네트워크를 구성하므로 전도성 잉크의 전도도 향상에 기여한다는 특징이 있다. 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제가 전체 잉크에서 차지하는 무게분율은 0.1~10 wt%가 바람직하며, 박편 혹은 와이어의 길이는 금속입자(10)의 직경의 2배 이상이 선호된다. 전도성 첨가제의 무게분율이 0.1wt% 미만이 될 경우에는 네트워크 형성이 부족하여 항복응력 발생이 결여될 우려가 있고, 10 wt%를 초과할 경우에는 항복응력이 과도하게 발생하여 노즐 토출이 불량할 우려가 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 소결 첨가제(50)는 니켈 및 구리 나노입자로 구성된다. 니켈 나노입자는 소성 중 실리콘 태양전지 웨이퍼(100)와 니켈 실리사이드를 형성하여 접촉저항을 낮추어주는 역할을 하며, 구리 나노입자의 경우 금속입자(10)인 전도성 잉크의 금속입자(10)인 실버와 공융합금을 형성하여 소결 후 비저항을 낮추어주는 역할을 한다.
소결 첨가제의 평균 입도는 200 nm 이하이며, 더욱 바람직하게는 20~150 nm인 것이 바람직하다. 소결 첨가제의 평균 입도가 상기에서 한정한 범위보다 작을 경우에는 응집현상이 과도할 가능성이 있으며, 소결 첨가제의 평균입도가 상기에서 한정한 범위보다 클 경우에는 실버 입자와의 접촉부위가 줄어들어 소결 첨가제로서의 기능이 불량할 우려가 있다. 소결 첨가제가 전체 잉크에서 차지하는 무게분율은 0.1~10 wt%가 바람직하다. 소결 첨가제의 무게분율이 0.1wt% 미만이 될 경우에는 소결 첨가제로서의 기능이 불량할 우려가 있고, 10 wt%를 초과할 경우에는 소결 첨가제의 산화 때문에 전극의 비저항이 증가할 우려가 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 용제(60)는 노즐(90)에서의 낮은 휘발성과, 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 상부에 전극패턴되었을 때 중등도 이상의 휘발성을 획득하기 위해 두 가지 이상의 용제로 구성이 되는 것이 선호된다. 특히, 유기금속 첨가제(30)인 실버네오데카노에이트에 대한 용해성을 증진시키기 위해 크실렌이 포함되며, 바인더(70)에 대한 용해성을 위해 부틸 카비톨 아세테이트가 포함되는 것이 선호된다. 이 두 용제 조성은 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)를 용해시키지 않는 성질을 가지고 있으므로 본 발명의 전도성 잉크의 용제로써 적합하다. 부틸 카비톨 아세테이트와 크실렌의 혼합비는 일실시예에 따르면 에틸셀룰로오스와 같은 바인더의 용해성을 증진시키기 위해 7~8 : 2~3이 바람직하며, 상기의 혼합비 범위를 벗어날 경우에는 바인더의 용해성이 저하되어 전도성 잉크의 점도가 과도하게 증가할 우려가 있다. 전체 전도성 잉크에서 차지하는 무게분율은 10~50 wt%가 바람직하다. 용제의 무게분율이 10wt% 미만이 될 경우에는 전도성 잉크의 점도가 과도하게 증가하여 노즐 토출성이 불량할 우려가 있고, 50 wt%를 초과할 경우에는 전도성 잉크에 포함된 실버 입자의 함유량이 낮아 고종횡비의 전극패턴이 불가능할 우려가 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 바인더(70)의 역할은 전도성 잉크에 인쇄에 적합한 점도를 부여하며, 전도성 잉크가 건조하였을 때 막이 균열되는 것을 방지하며, 전도성 잉크와 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 간의 밀착성을 부여한다. 바인더(70)는 실리콘 태양전지 웨이퍼(100)의 소결 후 잔류물이 없어야 하며, 300℃이상에서 열분해가 되는 것이 선호된다. 바인더(70)의 전형적인 구성성분은 에틸 셀렐룰로스이며, 함유량은 1~5 wt%가 바람직하다. 바인더의 무게분율이1 wt% 미만이 될 경우에는 전도성 잉크의 건조 시 도막이 균열되는 문제가 발생할 우려가 있고, 5 wt%를 초과할 경우에는 전도성 잉크의 점도가 과도하게 상승하여 노즐 토출성이 불량할 우려가 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 분산제(80)의 역할은 용제(60)에 용해되지 않는 입자들의 분산을 보조하는 것으로써 일반적으로 소결 후 잔류물이 없어야 하며, 300℃이상에서 열분해가 되는 것이 선호된다. 전체 전도성 잉크에서 차지하는 분산제(80)의 무게분율은 0.1~5 wt%가 바람직하며, 이온 타입보다는 고분자 타입의 분산제가 선호된다. 분산제의 무게분율이 0.1 wt% 미만이 될 경우에는 입자들의 분산성이 저하될 우려가 있고, 5 wt%를 초과할 경우에는 소결후 잔류물이 남아서 전극의 저항이 증가할 우려가 있다.
도 2는 본 발명의 일시실 예로 노즐(90)을 통해 토출되기 전(S1), 토출 중(S2), 그리고 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 상부에 토출 후(S3)의 전도성 잉크의 상태를 도시한 것이다.
도 2의 S1은 전도성 잉크가 노즐(90)을 통해 토출되기 전의 상태로써, 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)가 느슨하게 네트워크를 형성하고 있으므로 항복응력이 높지 않은 상태이다. 반면, 노즐(90)을 통과할 때 전도성 첨가제의 느슨한 네트워크가 파괴되어 노즐 유동과 평행한 방향으로 배열됨으로써 원활한 노즐 유동이 가능한 상태(S2)에 이르며, 점도는 급격히 하강하게 된다. 전도성 잉크가 노즐(90)을 통해 토출되어 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 상부에 미세전극 인쇄가 된 후, 전도성 잉크를 구성하는 용제 중 비점이 낮아 상대적으로 휘발성이 높은 크실렌이 증발하게 되면 전체 전도성 잉크의 용제 비율이 줄어들게 된다 (S3). 이와 같이 용제의 구성비율이 줄어들게 되면 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제(40)의 네트워크 형성이 촉진되어 급격히 점도가 상승함과 동시에 항복응력이 발생하여 전도성 잉크의 퍼짐성이 제한된다. 이와 같이, 전도성 잉크의 퍼짐성을 제한함으로써 실리콘 태양전지 웨이퍼(100) 상에서 전도성 잉크가 과도하게 퍼짐으로써 미세패턴의 선폭이 증대되어 태양광 수광면적이 감소하는 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 전도성 잉크의 물리적/열적 거동은 다음과 같다. [1] 노즐(90)을 통해 토출되어 실리콘 태양전지 웨이퍼(100)에 미세전극 패턴된전도성 잉크는 전도성 첨가제(40)의 네트워크 구성에 따라 항복응력이 발생하여 퍼짐성이 제한된다. [2] 건조공정에 의해 용제(60)를 증발시켜 제거하게 된다. 이때 건조공정의 일실시 예에 따르면 80℃에서 10분 가열하여 용제의 구성성분 중 크실렌을 증발시키고, 150℃에서 10분 가열하여 부틸 카비톨 아세테이트를 증발시키고, 최종적으로 200℃에서 10분 가열하여 잔류 용제를 제거하도록 한다. [3] 건조된 전도성 잉크를 급속 가열로에서 소결을 진행하게 되는데, 본 발명의 일실시 예에 따른 급속 가열조건은 상온에서 450℃까지 7.5초, 450℃에서 500℃까지 15초, 500℃를 5초간 유지 후 800℃까지 4.1초에 도달한 후 자연냉각을 시키게 된다. [4] 건조 및 소결 공정 중 유기 금속 첨가제(30)는 200℃이상에서 열분해가 진행되어 실버나노입자들을 형성하며, 500℃이상에서 실리콘 태양전지 웨이퍼(100)와의 밀착성을 향상시킨다. 또한, 전도성 첨가제인 실버 아세테이트는 200℃이상에서 박편 혹은 와이어 형태의 실버네트워크를 형성하여 전도도 향상에 기여한다. 600℃이상에서 글라스 프릿(20)의 유동성이 급격히 증가하며, 실리콘 태양전지 웨이퍼(100)의 반사방지막을 구성하는 실리콘 나이트라이드를에칭하게 된다. 전도성 잉크에 포함된 소결 첨가제(50) 중 니켈 나노입자는750℃이상에서 실리콘 태양전지웨이퍼(100)와 니켈 실리사이드를 형성하여 접촉저항을 감소시키며, 구리 나노입자는실버와공융금속을 형성하여 전기 전도도를 향상시킨다.
본 발명의 노즐 인쇄가 가능한 실리콘 태양전지 상부전극용 전도성 잉크의 점도는 사용되는 비접촉식 인쇄의 방법에 따라 각각 다른 점도가 요구된다. 예를 들어, 잉크젯을 이용할 경우에는 뉴튼유체의 점도 특성을 가지며, 최적 점도는 최적 인쇄온도가 20~40℃이고, 전단변형률 100 s-1에서 20 cP(20~40℃)가 되며, 최대 고형분 함량은70% 이하가 적합하다. 정전기젯을 이용할 경우에는 비뉴튼 유체의 점도 특성을 가지며, 최적 점도는 20~40℃의 인쇄온도에서 전단변형률 100 s-1에서 5,000 cP(20~40℃)이하이고 최대 고형분 함량은 85% 이하이다. 디스펜싱을 이용할 경우 최적 점도는 인쇄 온도조건 및 전단변형률 100 s-1에서 200,000 cP(20~40℃)이하이고 최대 고형분 함량은 90% 이하이다. 그러나, 최적 점도는 고형분 함량의 제시가 본 발명의 전도성 잉크를 제한하지 않으며, 본 발명의 취지를 훼손하지 않는 범위 내에서 변경이 가능하다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 내용은 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10 :금속입자 20 : 글라스 프릿
30 :유기금속 첨가제 40 : 전도성 첨가제
50 :소결 첨가제 60 : 용제
70 :바인더 80 : 분산제
90 :노즐 100 : 실리콘 태양전지 웨이퍼
S1 :토출 전 전도성 잉크의 상태
S2 :토출 중 전도성 잉크의 상태
S3 :토출 후 전도성 잉크의 상태
30 :유기금속 첨가제 40 : 전도성 첨가제
50 :소결 첨가제 60 : 용제
70 :바인더 80 : 분산제
90 :노즐 100 : 실리콘 태양전지 웨이퍼
S1 :토출 전 전도성 잉크의 상태
S2 :토출 중 전도성 잉크의 상태
S3 :토출 후 전도성 잉크의 상태
Claims (6)
- 박형화된 실리콘 태양전지 상부전극을 노즐을 이용한 비접촉식 인쇄공정으로 형성하기 위한 전도성 잉크에 있어서,
상기 전도성 잉크는,
금속 입자와;
실리콘 태양전지 상부의 반사방지막을 에칭하기 위한 글라스 프릿과;
잉크의 액상성분을 구성하는 용제와;
상기 용제에 용해가 가능한 유기금속 첨가제와;
상기 용제에 용해가 되지 않는 박편 혹은 와이어 형태의 전도성 첨가제와;
접촉저항과 소결성을 향상시키기 위한 소결 첨가제와;
전도성 잉크의 건조 후 막균열과 기판과의 밀착력을 부여하는 바인더 및;
입자들을 분산시키기 위한 분산제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크.
- 제 1항에 있어서
상기 전도성 잉크는 인쇄를 위한 작업온도가 20~40℃이고, 전단변형률이 100 s-1에서 20~200,000 cP(20~40℃)인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크.
- 제 1항에 있어서,
상기 유기금속 첨가제는 실버네오데카노에이트인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크.
- 제 1항에 있어서,
상기 박편 형태의 전도성 첨가제는 실버 아세테이트인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크.
- 제 1항에 있어서,
상기 와이어 형태의 전도성 첨가제는 실버나노와이어 또는 카본 나노튜브인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크.
- 제 1항에 있어서,
상기 소결 첨가제는 니켈 나노입자 또는 구리 나노입자인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크.
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| KR1020130094970A KR101352992B1 (ko) | 2013-08-09 | 2013-08-09 | 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크 |
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| KR1020130094970A KR101352992B1 (ko) | 2013-08-09 | 2013-08-09 | 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크 |
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|---|---|
| KR101352992B1 true KR101352992B1 (ko) | 2014-01-23 |
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| KR1020130094970A KR101352992B1 (ko) | 2013-08-09 | 2013-08-09 | 실리콘 태양전지 상부전극용 노즐 인쇄가 가능한 전도성 잉크 |
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| KR (1) | KR101352992B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100727451B1 (ko) * | 2005-04-26 | 2007-06-13 | 주식회사 잉크테크 | 금속 잉크 조성물 |
| KR20100125274A (ko) * | 2008-01-30 | 2010-11-30 | 바스프 에스이 | 금속유기 변성제를 갖는 전도성 잉크 |
| KR20120046457A (ko) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 삼성전자주식회사 | 금속 잉크 조성물, 이를 이용한 전도성 금속막 형성방법 및 이를 이용한 전도성 금속막 |
-
2013
- 2013-08-09 KR KR1020130094970A patent/KR101352992B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| KR20120046457A (ko) * | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 삼성전자주식회사 | 금속 잉크 조성물, 이를 이용한 전도성 금속막 형성방법 및 이를 이용한 전도성 금속막 |
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