KR101434167B1 - Silver paste composition used in the preparation of an electrode for a solar cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 전극용 은 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 비표면적과 직경이 상이한 2종 이상의 은(Ag) 분말이 혼합되어 혼합 후 0.65~10 m2/g의 비표면적을 갖는 은 분말 혼합물, 유리프릿(glass frit) 및 유기 바인더를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명의 은 페이스트 조성물은 태양전지의 전극, 특히 수광면(전면) 전극의 제조에 사용되어 우수한 변환 효율 및 저항 특성을 제공함으로써 태양전지의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a silver paste composition for a solar cell electrode, which comprises a silver powder mixture having a specific surface area ranging from 0.65 to 10 m 2 / g after mixing two or more types of silver (Ag) powders having different specific surface areas and diameters, Glass frit and an organic binder. The silver paste composition of the present invention is used for manufacturing electrodes of solar cells, in particular, light receiving surface (front) electrodes, thereby providing excellent conversion efficiency and resistance characteristics The power generation efficiency of the solar cell can be greatly improved.
Description
본 발명은 실리콘 기판을 이용한 태양전지의 전극, 특히 수광면(전면) 전극의 제조에 적합한 은 페이스트 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to silver paste compositions suitable for the production of electrodes, particularly light receiving surface (front) electrodes, of solar cells using silicon substrates.
실리콘 기판을 이용한 태양전지를 제조할 때는, 반사방지막이 형성된 실리콘 기판의 일면에 금속, 유리프릿 등을 포함하는 금속 전극 페이스트를 도포하여 수광면(전면) 전극을 형성한다. 수광면용 금속 전극은 일반적으로 스크린 인쇄법을 이용하여 금속 전극 페이스트를 실리콘 기판 상에 도포한 후 연속로에서 열처리함으로써 형성된다.In manufacturing a solar cell using a silicon substrate, a metal electrode paste including metal, glass frit, and the like is applied to one surface of a silicon substrate on which an antireflection film is formed to form a light receiving surface (front surface) electrode. The metal electrode for light receiving surface is generally formed by applying a metal electrode paste onto a silicon substrate by screen printing and then heat-treating the metal electrode paste in a continuous furnace.
이러한 수광면용 금속 전극의 특성은 실리콘 기판을 이용한 태양전지의 발전 특성에 크게 영향을 미친다. 예를 들면, 금속 전극의 소결성을 향상시켜 태양전지의 저항값을 낮추고, 유리프릿의 연화점을 조정하여 금속 전극을 실리콘 기판에 균일하게 접촉시킴으로써 태양전지의 발전 효율을 높일 수 있다. 따라서, 이러한 맥락에서 태양전지의 발전 특성을 향상시키기 위한 여러 가지 방법이 제안되었다.The characteristics of the metal electrode for the light receiving surface greatly affect the power generation characteristics of the solar cell using the silicon substrate. For example, the sintering property of the metal electrode is improved, the resistance value of the solar cell is lowered, and the softening point of the glass frit is adjusted to uniformly contact the metal electrode with the silicon substrate, thereby enhancing the power generation efficiency of the solar cell. Accordingly, in this context, various methods for improving the power generation characteristics of the solar cell have been proposed.
예컨대, 일본 특허공개 제2007-235082호는 비표면적이 0.20 내지 0.60m2/g인 은(Ag) 분말, 유리프릿, 바인더 수지 및 희석제를 포함하는 태양전지 수광면 전극용 도전성 페이스트를 개시한다.For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-235082 discloses a conductive paste for a solar cell light-receiving surface electrode comprising silver (Ag) powder having a specific surface area of 0.20 to 0.60 m 2 / g, a glass frit, a binder resin and a diluent.
또한, 일본 특허공개 제2007-194581호는 결정자 직경이 58nm 이상인 제1 은 분말, 제1 은 분말과 결정자 직경이 상이한 제2 은 분말, 유리프릿 및 바인더 수지를 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 개시한다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-194581 discloses a method for producing a conductive paste for a solar cell electrode, which comprises a first silver powder having a crystallite diameter of 58 nm or more, a second silver powder having a different crystallite diameter from the first silver powder, glass frit and a binder resin .
이에, 종래에 알려진 도전성 페이스트와 동등하거나 더욱 우수한 변환 효율 및 저항 특성을 제공할 수 있는 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 대한 요구가 있어왔다.
Accordingly, there has been a demand for a conductive paste for a solar cell electrode that can provide conversion efficiency and resistance characteristics equal to or better than conventionally known conductive pastes.
따라서, 본 발명의 목적은 실리콘 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a conductive paste composition for a solar cell electrode capable of improving power generation efficiency of a silicon solar cell.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
비표면적과 직경이 상이한 2종 이상의 은(Ag) 분말이 혼합되어 혼합 후 0.65~10 m2/g의 비표면적을 갖는 은 분말 혼합물, 유리프릿(glass frit) 및 유기 바인더를 포함하는 은 페이스트 조성물을 제공한다.
A silver paste composition comprising a silver powder mixture, a glass frit and an organic binder having a specific surface area of 0.65 to 10 m 2 / g after mixing two or more kinds of silver (Ag) powders having different specific surface areas and diameters, .
본 발명의 은 페이스트 조성물은 태양전지의 전극, 특히 수광면(전면) 전극의 제조에 사용되어 우수한 변환 효율 및 저항 특성을 제공함으로써 태양전지의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
The silver paste composition of the present invention can be used for manufacturing electrodes of solar cells, particularly, light receiving surface (front surface) electrodes, thereby providing excellent conversion efficiency and resistance characteristics, thereby greatly improving the power generation efficiency of solar cells.
본 발명에 따른 은 페이스트 조성물은 비표면적과 직경이 상이한 2종 이상의 은(Ag) 분말이 혼합되어 혼합 후 0.65~10 m2/g의 비표면적을 갖는 은 분말 혼합물을 도전성 금속으로서 포함하는 것을 특징으로 한다.The silver paste composition according to the present invention is characterized in that a silver powder mixture having a specific surface area and a specific surface area of 0.65 to 10 m 2 / g is mixed as a conductive metal after mixing two or more kinds of silver (Ag) powders having different diameters .
본 발명의 은 페이스트 조성물의 각 성분에 대하여 이하에 구체적으로 설명한다.
Each component of the silver paste composition of the present invention will be specifically described below.
1. 도전성 금속(은 분말 혼합물)1. Conductive metal (silver powder mixture)
본 발명에 사용되는 도전성 금속은 비표면적과 직경이 상이한 2종 이상의 은 분말이 혼합되어 혼합 후 0.65~10 m2/g, 바람직하게는 0.65~3 m2/g의 비표면적을 갖는 은 분말 혼합물이다. 본 발명에 사용되는 은 분말은 구형, 응집형, 플레이크형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 이때 혼합되는 각각의 은 분말에 대해서는 비표면적 범위를 한정하지 않는다. 즉, 비표면적이 비교적 큰 나노(nano) 크기의 은 분말과 수 마이크론(micron) 크기의 은 분말을 혼합하는 것도 가능하다.The conductive metal used in the present invention is a silver powder mixture having a specific surface area of 0.65 to 10 m 2 / g, preferably 0.65 to 3 m 2 / g after mixing two or more kinds of silver powders having different specific surface area and different diameters from each other. to be. The silver powder used in the present invention may have various shapes such as a spherical shape, an agglomerated shape, and a flake shape. The specific surface area is not limited for each silver powder to be mixed at this time. That is, it is also possible to mix a nano-sized silver powder having a relatively large specific surface area and a silver powder having a size of a few microns.
본 발명에서 규정한, 혼합 후 비표면적을 갖는 은 분말 혼합물을 사용함으로써 태양전지의 발전 특성과 접착 강도를 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 혼합 후 비표면적보다 작은 비표면적의 은 분말 혼합물을 사용하면, 소결성이 저하되어 접착력이 낮아지고 전극의 저항값이 높아져서 변환효율이 감소된다. 또한, 상기 혼합 후 비표면적보다 큰 비표면적의 은 분말 혼합물을 사용하면, 열처리 공정에서 전극의 과다 수축에 의한 접촉면의 균열이 발생하여 접착강도 저하 및 변환효율 감소 현상이 발생한다.By using the silver powder mixture having the specific surface area after mixing as defined in the present invention, the power generation characteristics and bonding strength of the solar cell can be improved. That is, when the silver powder mixture having a specific surface area smaller than the specific surface area after mixing is used, the sinterability is lowered, the adhesion is lowered, the resistance value of the electrode is increased, and the conversion efficiency is decreased. In addition, when the silver powder mixture having a specific surface area larger than the specific surface area after the mixing is used, the contact surface is cracked due to excessive shrinkage of the electrode in the heat treatment process, resulting in a decrease in adhesive strength and a reduction in conversion efficiency.
본 발명에 사용되는 은 분말 혼합물은 바람직하게는 0.08 내지 3 ㎛의 평균 직경을 갖는 2종 이상의 제1 은 분말이거나, 또는 1종 이상의 제1 은 분말과 0.03 ㎛ 이상 및 0.08 ㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 1종 이상의 제2 은 분말의 혼합물일 수 있다. 제1 은 분말과 제2 은 분말의 혼합물로서의 은 분말 혼합물은 제1 은 분말과 제2 은 분말을 100 : 1~30 중량비로 함유할 수 있다. 또한 인쇄 두께를 높이고자 하는 목적으로 3 ㎛를 초과하는 평균 직경을 갖는 은 분말을 은 분말 혼합물 총 중량의 1~5%의 양으로 혼합할 수 있다.The silver powder mixture used in the present invention is preferably at least two kinds of first silver powders having an average diameter of 0.08 to 3 占 퐉 or one or more first silver powders and an average diameter of at least 0.03 占 퐉 and less than 0.08 占 퐉 May be a mixture of at least one second silver powder. The silver powder mixture as a mixture of the first silver powder and the second silver powder may contain the first silver powder and the second silver powder at a weight ratio of 100: 1 to 30: 1. Also, silver powder having an average diameter exceeding 3 탆 can be mixed in an amount of 1 to 5% of the total weight of the silver powder mixture for the purpose of increasing printing thickness.
이들 범위의 평균 직경을 갖는 은 분말을 조합하여 적용함으로써 열처리하여 형성되는 전극의 접촉 저항의 감소, 전극과 웨이퍼 간의 미세 균열 방지 및 소결성의 향상 등을 통한 전극 밀도의 증가를 기대할 수 있다.It is expected that the electrode density can be increased by reducing the contact resistance of the electrode formed by heat treatment, preventing microcracking between the electrode and the wafer, and improving the sintering ability by applying silver powder having an average diameter in these ranges in combination.
본 발명에 사용되는 은 분말은 아토마이징(atomizing)법, 습식 환원법 등에 의해 제조할 수 있는데, 비표면적을 쉽게 제어할 수 있고 특정 범위의 직경을 갖는 은 분말을 효율적으로 제조할 수 있다는 측면에서 습식 환원법이 더욱 선호된다.The silver powder to be used in the present invention can be produced by an atomizing method, a wet reduction method, etc. In view of the ability to easily control specific surface area and to efficiently produce silver powder having a specific range of diameter, Reduction methods are preferred.
은 분말은 400 내지 600℃의 소결 개시온도를 갖는 것이 바람직하다. 400℃ 미만의 저온에서부터 은 분말의 소결이 개시되면 소결 수축에 의해 과잉의 잔류 응력이 발생되어 금속 전극과 웨이퍼 간에 균열이 발생할 수 있다. 또한, 은 분말은 태양전지의 열처리 공정인 짧은 소성(fast firing) 공정에 적합하도록 짧은 시간(수초)에 소결되는 것이 바람직하다. 만약 짧은 시간(수초) 동안에 소결이 충분하게 되지 않으면 은 분말의 미소결로 인해 전극저항값과 접촉저항값이 상승하게 되어 태양전지의 발전 특성이 저하될 수 있다. The silver powder preferably has a sintering initiation temperature of 400 to 600 캜. If sintering of the silver powder is started from a low temperature of less than 400 캜, excess residual stress is generated due to sintering shrinkage, and cracks may occur between the metal electrode and the wafer. The silver powder is preferably sintered for a short time (several seconds) so as to be suitable for a fast firing process which is a heat treatment process of a solar cell. If the sintering is not performed for a short time (several seconds), the electrode resistance and the contact resistance value are increased due to the microcrystallization of the silver powder, and the power generation characteristics of the solar cell may be deteriorated.
통상적으로 은 분말은 고순도(99.9%)인 것이 바람직하다. 그러나, 전극 페이스트의 분산특성 및 인쇄특성 등의 개선을 위해서 유기물이 코팅된 저순도의 은 분말을 사용할 수도 있다.The silver powder is preferably high purity (99.9%). However, a low-purity silver powder coated with an organic material may be used for improving dispersion characteristics and printing characteristics of the electrode paste.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 은 분말 혼합물을 조성물 총 중량을 기준으로 65 내지 95 중량%, 바람직하게는 85 내지 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
The silver paste composition of the present invention may comprise silver powder mixture in an amount of 65 to 95 wt%, preferably 85 to 90 wt%, based on the total weight of the composition.
2. 유리프릿2. Glass frit
본 발명의 은 페이스트 조성물은 무기 바인더로서의 유리프릿을 함유한다. 본 발명에서 사용가능한 유리프릿은, 도전성 페이스트가 600 내지 800℃에서 열처리될 때 적절히 습윤되고 실리콘 기판에 대해 적절히 접착될 수 있도록 충분하게 용융되어야 한다.The silver paste composition of the present invention contains glass frit as an inorganic binder. The glass frit that can be used in the present invention must be sufficiently melted so that the conductive paste is appropriately wetted and properly bonded to the silicon substrate when it is heat-treated at 600 to 800 ° C.
본 발명에 사용되는 유리프릿은 370 내지 440℃의 연화점을 갖는 것이 바람직하다. 유리프릿의 연화점이 370℃ 보다 낮으면, 금속 전극 페이스트의 열처리 공정 중에 유리 용융물의 점도가 과도하게 낮아져서 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, 연화점이 440℃ 보다 높으면, 유리 용융물의 점도가 높아져 충분한 접착 강도가 구현되지 않고 은 분말의 소결을 촉진시키지 못하여 발전효과가 낮아진다.The glass frit used in the present invention preferably has a softening point of 370 to 440 캜. If the softening point of the glass frit is lower than 370 캜, the viscosity of the glass melt during the heat treatment process of the metal electrode paste becomes excessively low, and the effect of the present invention can not be sufficiently obtained. If the softening point is higher than 440 占 폚, the viscosity of the glass melt is increased, so that sufficient bonding strength is not realized and the sintering of the silver powder is not promoted, and the power generating effect is lowered.
본 발명에서 사용한 유리프릿의 화학 조성은 실제로 도전성 페이스트에 이용되는 유리프릿의 화학 조성과 유사하다. 예를 들면, 산화납(PbO)-산화보론(B2O5)-실리카(SiO2)를 포함하는 납 보로실리케이트계 유리프릿일 수 있으며, 바람직하게는 70~90 중량%의 PbO, 1~10 중량%의 B2O5, 1~10 중량%의 SiO2, 0.1~2 중량%의 Li2O 및 0.1~2 중량%의 K2O를 포함하는 조성을 가질 수 있다. 또한, 산화비스무스(Bi2O3)-산화보론(B2O5)-산화아연(ZnO)-실리카(SiO2)를 포함하는 납-무함유 보로실리케이트계 유리프릿일 수 있으며, 바람직하게는 50~90 중량%의 Bi2O3, 1~10 중량%의 B2O5, 1~10 중량%의 SiO2, 1~20 중량%의 ZnO, 0.1~2 중량%의 Li2O 및 0.1~2 중량%의 K2O를 포함하는 조성을 가질 수 있다. 상술한 조성의 유리프릿은 연화점 및 유리 용착성 양쪽의 측면에서 우수한 효과를 제공한다.The chemical composition of the glass frit used in the present invention is actually similar to that of the glass frit used in the conductive paste. For example, it may be a lead borosilicate glass frit including lead oxide (PbO) -boron oxide (B 2 O 5 ) -silica (SiO 2 ), preferably 70-90 wt% PbO, A composition comprising 10 wt% B 2 O 5 , 1 to 10 wt% SiO 2 , 0.1 to 2 wt% Li 2 O, and 0.1 to 2 wt% K 2 O. It may also be a lead-free borosilicate glass frit comprising bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) -boron oxide (B 2 O 5 ) -zinc oxide (ZnO) -silica (SiO 2 ) 50 to 90% by weight of Bi 2 O 3, 1 ~ 10 % by weight of B 2 O 5, 1 ~ 10% by weight of SiO 2, 1 ~ 20 wt% of ZnO, 0.1 ~ 2% by weight of Li 2 O, and 0.1 1-2 can have the following composition, including the% by weight of K 2 O. The glass frit having the above-mentioned composition provides excellent effects in terms of both the softening point and the glass melting property.
유리프릿은 0.1 내지 3 ㎛의 입자 크기를 가질 수 있는데, 유리프릿의 입자 크기는 유리프릿의 연화 시작온도에 영향을 준다. 보다 구체적으로는, 유리프릿의 입자 크기가 0.1 ㎛ 보다 작으면 유리프릿 입자의 소결이 촉진되어 370 내지 440℃의 연화점을 갖는 유리프릿이라도 연화점이 370℃ 보다 낮은 유리프릿을 적용한 특성이 나타날 수 있다. 또한, 유리프릿의 입자 크기가 3 ㎛ 보다 크면 유리프릿 입자의 소결이 저하되어 상대적으로 연화점이 440℃ 보다 높은 유리프릿을 적용한 특성이 나타날 수 있다. 나아가, 유리프릿의 입자 크기는 금속 전극 페이스트의 혼합 및 분산 특성에 영향을 줄 수 있다. The glass frit may have a particle size of from 0.1 to 3 탆, wherein the particle size of the glass frit affects the softening start temperature of the glass frit. More specifically, if the particle size of the glass frit is less than 0.1 탆, the sintering of the glass frit particles is promoted, and even if the glass frit has a softening point of 370 to 440 캜, a glass frit having a softening point lower than 370 캜 may be applied . In addition, if the particle size of the glass frit is larger than 3 탆, the sintering of the glass frit particles is lowered and the glass frit having a softening point higher than 440 캜 may be applied. Furthermore, the particle size of the glass frit can affect the mixing and dispersion characteristics of the metal electrode paste.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 유리프릿을 조성물 총 중량을 기준으로 2 내지 7 중량%, 바람직하게는 2 내지 5 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 유리프릿의 함량이 2 중량% 보다도 적으면 접착 강도가 충분히 구현되지 않을 수 있으며, 유리프릿과 실리콘 웨이퍼 간의 반응성이 부족하여 접촉저항이 증가하게 된다. 유리프릿의 함량이 7 중량%를 초과하면 유리프릿이 용융되어 전극 표면에 용출(부유)될 수 있다.
The silver paste composition of the present invention may contain glass frit in an amount of 2 to 7 wt%, preferably 2 to 5 wt%, based on the total weight of the composition. If the content of the glass frit is less than 2% by weight, the bonding strength may not be sufficiently realized, and the reactivity between the glass frit and the silicon wafer is insufficient, thereby increasing the contact resistance. If the content of the glass frit exceeds 7% by weight, the glass frit may be melted and eluted (floated) on the electrode surface.
3. 유기 바인더3. Organic binders
본 발명에 사용되는 유기 바인더는 바인더 수지가 유기용매(희석제)에 용해된 바인더 수지 용액일 수 있다. 필요에 따라, 유기용매의 함량을 조절하여 은 페이스트 조성물의 점도 및 무기물 함량을 조절할 수 있다.The organic binder used in the present invention may be a binder resin solution in which the binder resin is dissolved in an organic solvent (diluent). If necessary, the viscosity of the silver paste composition and the inorganic content can be controlled by adjusting the content of the organic solvent.
바람직하게는, 바인더 수지로서 아크릴 수지와 에틸셀룰로오스 수지의 혼합물이 사용될 수 있다. 이때 바인더 수지는 아크릴 수지 및 에틸셀룰로오스 수지를 1:99 내지 50:50 중량비로 함유할 수 있다.Preferably, a mixture of an acrylic resin and an ethylcellulose resin may be used as the binder resin. In this case, the binder resin may contain acrylic resin and ethyl cellulose resin in a weight ratio of 1:99 to 50:50.
상기 아크릴 수지의 구체적인 예로는 폴리(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, 부틸(메트)아크릴레이트 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.Specific examples of the acrylic resin include poly (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, butyl (meth) acrylate, and mixtures thereof.
상기 유기용매의 구체적인 예로는 파인유, 디에틸렌글리콜모노에틸아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에텔렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 테르피네올, 메틸 글루타르산, 디부틸프탈레이트, 디(2-에틸헥실)프탈레이트, 디에틸프탈레이트, 다이아이소노닐 아디프산, 이염기성 에스테르(DBE, dibasic ester) 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.Specific examples of the organic solvent include pine oil, diethylene glycol monoethyl acetate, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether acetate, terpineol, Di (2-ethylhexyl) phthalate, diethyl phthalate, diisononyl adipic acid, dibasic ester (DBE), and mixtures thereof.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 유기 바인더를 조성물 총 중량을 기준으로 3 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%의 양으로 포함할 수 있다.
The silver paste composition of the present invention may contain an organic binder in an amount of 3 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, based on the total weight of the composition.
4. 기타 첨가제4. Other additives
본 발명의 은 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 페이스트에 적절한 점도를 부여할 수 있는 증점제, 안정화제, 분산제, 점도 조정제 등을 1종 이상 포함할 수 있다. 첨가제의 양은 최종적으로 얻어지는 도전성 페이스트의 특성에 의존하여 결정될 수 있다.
The silver paste composition of the present invention may contain at least one commonly known additive as required, for example, a thickener, a stabilizer, a dispersing agent, a viscosity adjuster, etc., which can impart appropriate viscosity to the paste. The amount of the additive can be determined depending on the characteristics of the finally obtained conductive paste.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 상술한 성분들을 3롤 블렌더 및 플래너터리(planetary) 믹서로 혼합함으로써 제조될 수 있다. 본 발명의 은 페이스트 조성물은 브룩필드 HB 점도계로 #14 스핀들을 이용하고 유틸리티 컵(small sample adaptor)을 이용하여 10rpm, 25℃에서 측정한 경우에 150 내지 400 kcps의 점도를 갖는 것이 바람직하다.The silver paste compositions of the present invention can be prepared by mixing the above ingredients with a three roll blender and a planetary mixer. The silver paste composition of the present invention preferably has a viscosity of 150 to 400 kcps when measured using a # 14 spindle with a Brookfield HB viscometer and a small sample adapter at 10 rpm at 25 ° C.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 태양전지의 수광면 전극의 제조에 사용되는데, 은 페이스트 조성물을 스크린 인쇄법을 이용하여 태양전지용 실리콘 기판(웨이퍼)의 일면에 도포한 후 열처리함으로써 태양전지의 수광면 전극을 형성할 수 있다. 태양전지용 실리콘 기판의 타면에도 본 발명의 은 페이스트 조성물을 도포하여 이면 전극을 형성할 수도 있으며, 이들 전극은 동시에 소성되는 것이 바람직하다.The silver paste composition of the present invention is used for manufacturing a light receiving surface electrode of a solar cell. The silver paste composition is coated on one surface of a silicon substrate (wafer) for a solar cell using a screen printing method and then heat- Can be formed. The silver paste composition of the present invention may be applied to the other surface of the silicon substrate for solar cells to form the back electrode, and these electrodes are preferably fired at the same time.
이와 같이, 본 발명의 은 페이스트 조성물은 태양전지의 전극, 특히 수광면(전면) 전극의 제조에 사용되어 우수한 변환 효율 및 저항 특성을 제공함으로써 태양전지의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 은 페이스트 조성물로부터 유도된 막을 전극, 특히 수광면 전극으로서 포함하는 태양전지를 제공한다.
As described above, the silver paste composition of the present invention can be used for manufacturing electrodes of solar cells, particularly, light receiving surface (front surface) electrodes, thereby providing excellent conversion efficiency and resistance characteristics, thereby greatly improving the power generation efficiency of solar cells. Accordingly, the present invention provides a solar cell comprising a film derived from the silver paste composition as an electrode, particularly as a light-receiving surface electrode.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.
<은 페이스트 조성물의 제조>≪ Preparation of silver paste composition >
실시예 1Example 1
비표면적 및 직경이 상이한 은 분말 A, B, C 및 D의 혼합물(혼합 후 비표면적: 0.82 m2/g) 86 중량%(은 분말 A, B, C 및 D 각각의 비표면적: 11.43, 2.86, 0.48 및 0.29 m2/g, 평균 직경: 0.05, 0.2, 1.2 및 2.0㎛, 각각의 사용량은 하기 표 1 참조); 연화온도가 410℃이고, 입자 크기가 2.0㎛인 산화납(PbO)-산화보론(B2O5)-실리카(SiO2)계 유리프릿(80.0 중량%의 PbO, 6.0 중량%의 B2O5, 12.0 중량%의 SiO2, 1.0 중량%의 Li2O 및 1.0 중량%의 K2O를 포함하는 조성) 4.0 중량%; 폴리(메트)아크릴레이트 수지(제품명 M6320, 일본 SEKISUI사)와 에틸셀룰로오스 수지의 30:70 중량비 혼합물 15 중량%를 디에틸렌글리콜모노에틸아세테이트에 용해하여 제조한 용액 7 중량%; 테르피네올 2 중량%; 및 이염기성 에스테르(DBE) 1 중량%를 혼합하여, 이를 3롤 블렌더로 분산 및 분쇄하여 점도 280 kcps(브룩필드 HB 점도계로 #14 스핀들을 이용하고 유틸리티 컵을 이용하여 10rpm, 25℃에서 측정)를 갖는 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
(Specific surface area of each of silver powders A, B, C and D: 11.43, 2.86 (a specific surface area after mixing: 0.82 m 2 / g) of silver powder A, B, C and D having different specific surface areas and different diameters , 0.48 and 0.29 m 2 / g, average diameters: 0.05, 0.2, 1.2 and 2.0 μm, the amounts used are shown in the following Table 1); (PbO) -boron oxide (B 2 O 5 ) -silica (SiO 2 ) glass frit (80.0 wt% PbO, 6.0 wt% B 2 O 5 , a composition containing 12.0 wt% SiO 2 , 1.0 wt% Li 2 O, and 1.0 wt% K 2 O) 4.0 wt%; 7 wt% of a solution prepared by dissolving 15 wt% of a 30:70 weight ratio mixture of a poly (meth) acrylate resin (product name: M6320, Japan SEKISUI) and ethylcellulose resin in diethylene glycol monoethyl acetate; 2% by weight terpineol; And 1% by weight of a dibasic ester (DBE) were dispersed and pulverized using a three-roll blender, and a viscosity of 280 kcps (measured at 25 rpm using a # 14 spindle using a Brookfield HB viscometer and a utility cup at 10 rpm) ≪ / RTI >
실시예 2 내지 8Examples 2 to 8
상기 은 분말 A, B, C 및 D의 사용량을 하기 표 1에 개시된 바와 같이 변화시켜 은 분말 혼합물의 비표면적을 달리한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the silver powder A, B, C and D were used in different amounts as shown in the following Table 1 to prepare silver paste compositions .
비교예 1Comparative Example 1
상기 은 분말 A, B, C 및 D의 혼합물 대신에, 비표면적 및 직경이 상이한 은 분말 E, F 및 D의 혼합물(혼합 후 비표면적: 0.45 m2/g) 86 중량%(은 분말 E, F 및 D 각각의 비표면적: 5.71, 0.57 및 0.29 m2/g, 평균 직경: 0.1, 1.0 및 2.0㎛, 각각의 사용량은 하기 표 1 참조)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 공정을 수행하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
86% by weight (silver powder E, B, C and D) of a mixture of silver powders E, F and D (specific surface area after mixing: 0.45 m 2 / g) F and D: specific surface area: 5.71, 0.57 and 0.29 m 2 / g, average diameter: 0.1, 1.0 and 2.0 μm, Was performed to prepare a silver paste composition.
비교예 2 내지 4Comparative Examples 2 to 4
상기 은 분말 E, F 및 D의 사용량을 하기 표 1에 개시된 바와 같이 변화시켜 은 분말 혼합물의 비표면적을 달리한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 공정을 수행하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
The silver paste compositions were prepared by following the procedure of Comparative Example 1, except that the silver powder E, F and D were changed as shown in the following Table 1, and the specific surface area of the silver powder mixture was changed .
비교예 5Comparative Example 5
상기 은 분말 A, B, D 및 E의 사용량을 하기 표 1에 개시된 바와 같이 변화시켜 은 분말 혼합물의 비표면적을 달리한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일한 공정을 수행하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the silver powder A, B, D, and E were changed in amounts as shown in Table 1 below to change the specific surface area of the silver powder mixture, .
<물성 평가>≪ Evaluation of physical properties &
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 5에서 얻은 페이스트 조성물의 물성을 아래와 같은 방법으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
The physical properties of the paste compositions obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 were evaluated by the following methods, and the results are shown in Table 1 below.
변환효율 및 직렬저항 측정Conversion Efficiency and Series Resistance Measurement
페이스트 조성물을 스크린 프린팅 방법으로 두께가 200㎛, 크기가 127mm × 127mm인 n형 실리콘 반도체 기판상에 325 메쉬의 스크린 인쇄판을 이용하여 소성두께가 10 내지 20㎛가 되도록 도포하고 건조시켰다. Paste composition was applied on an n-type silicon semiconductor substrate having a thickness of 200 m and a size of 127 mm x 127 mm by using a screen printing plate of 325 mesh in a thickness of 10 to 20 m by a screen printing method and dried.
상기 페이스트가 도포된 n형 실리콘 반도체 기판을 200℃에서 건조한 후 최고온도 740 내지 790℃인 소성로에서 약 10초 동안 소성하여 전극을 형성시켜 태양전지 셀을 제작했다.The n-type silicon semiconductor substrate coated with the paste was dried at 200 캜 and then baked for about 10 seconds in a baking furnace having a maximum temperature of 740 to 790 캜 to form an electrode, thereby manufacturing a solar cell.
제작된 태양전지 셀을 효율측정기(모델명 CT801, PASAN사)를 이용하여 변환효율(Eff) 및 직렬저항(Rs)을 각각 측정하였다.The fabricated solar cells were measured for conversion efficiency (Eff) and series resistance (Rs) using an efficiency meter (Model CT801, PASAN).
(비표면적 11.43m2/g, 평균직경
0.05㎛)Silver powder A
(Specific surface area 11.43 m 2 / g, average diameter
0.05 탆)
(은총량기준)
(중량%)content
(Based on the amount of grace)
(weight%)
(2.33)2
(2.33)
(2.33)2
(2.33)
(4.65)4
(4.65)
(4.65)4
(4.65)
(6.98)6
(6.98)
(6.98)6
(6.98)
(17.44)15
(17.44)
(17.44)15
(17.44)
(87.21)75
(87.21)
(비표면적 2.86m2/g, 평균직경
0.2㎛)Silver powder B
(Specific surface area: 2.86 m 2 / g, average diameter
0.2 탆)
(은총량기준)
(중량%)content
(Based on the amount of grace)
(weight%)
(9.30)8
(9.30)
(13.95)12
(13.95)
(9.30)8
(9.30)
(13.95)12
(13.95)
(9.30)8
(9.30)
(13.95)12
(13.95)
(29.07)25
(29.07)
(40.70)35
(40.70)
(2.33)2
(2.33)
(비표면적 0.48m2/g, 평균직경
1.2㎛)Silver powder C
(Specific surface area 0.48 m 2 / g, average diameter
1.2 占 퐉)
(은총량기준)
(중량%)content
(Based on the amount of grace)
(weight%)
(18.60)16
(18.60)
(18.60)16
(18.60)
(27.91)24
(27.91)
(23.26)20
(23.26)
(25.58)22
(25.58)
(20.93)18
(20.93)
(18.60)16
(18.60)
(18.60)16
(18.60)
(비표면적 0.29m2/g, 평균직경
2.0㎛)Silver powder D
(Specific surface area: 0.29 m 2 / g, average diameter
2.0 탆)
(은총량기준)
(중량%)content
(Based on the amount of grace)
(weight%)
(69.77)60
(69.77)
(65.12)56
(65.12)
(58.14)50
(58.14)
(58.14)50
(58.14)
(58.14)50
(58.14)
(58.14)50
(58.14)
(34.88)30
(34.88)
(23.26)20
(23.26)
(86.05)74
(86.05)
(74.42)64
(74.42)
(83.72)72
(83.72)
(72.09)62
(72.09)
(4.65)4
(4.65)
(비표면적 5.71m2/g, 평균직경
0.1㎛)Silver powder E
(Specific surface area 5.71 m 2 / g, average diameter
0.1 mu m)
(은총량기준)
(중량%)content
(Based on the amount of grace)
(weight%)
(2.33)2
(2.33)
(2.33)2
(2.33)
(4.65)4
(4.65)
(4.65)4
(4.65)
(5.81)5
(5.81)
(비표면적 0.57m2/g, 평균직경
1.0㎛)Silver powder F
(Specific surface area: 0.57 m 2 / g, average diameter
1.0 탆)
(은총량기준)
(중량%)content
(Based on the amount of grace)
(weight%)
(11.63)10
(11.63)
(23.26)20
(23.26)
(11.63)10
(11.63)
(23.26)20
(23.26)
상기 표 1의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 8에서 얻은 본 발명의 페이스트 조성물이 혼합 후 비표면적이 0.65 m2/g 미만이거나 10 m2/g을 초과하는 은 분말을 사용한 비교예 1 내지 5의 조성물에 비해 변환 효율 및 저항 특성 측면에서 더 우수하여 태양전지의 수광면 전극의 제조에 사용되어 태양전지의 발전 효율을 크게 향상시킬 수 있다.As can be seen from the results of Table 1, the paste compositions of the present invention obtained in Examples 1 to 8 according to the present invention had a specific surface area of less than 0.65 m 2 / g or a silver content exceeding 10 m 2 / g Powder is superior in terms of conversion efficiency and resistance characteristics as compared with the composition of Comparative Examples 1 to 5, so that it can be used in the manufacture of a light receiving surface electrode of a solar cell, and the power generation efficiency of the solar cell can be greatly improved.
Claims (18)
상기 은 분말이 400 내지 600℃의 소결 개시온도를 갖는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.A silver frit and an organic binder having a specific surface area of 0.65 to 10 m < 2 > / g after mixing two or more kinds of silver (Ag) powders having different specific surface areas and different diameters,
Wherein the silver powder has a sintering initiation temperature of 400 to 600 占 폚.
상기 은 분말 혼합물이 혼합 후 0.65~3 m2/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the silver powder mixture has a specific surface area of 0.65 to 3 m < 2 > / g after mixing.
상기 은 분말 혼합물이 0.08 내지 3 ㎛의 평균 직경을 갖는 1종 이상의 제1 은 분말과 0.03 ㎛ 이상 및 0.08 ㎛ 미만의 평균 직경을 갖는 1종 이상의 제2 은 분말의 혼합물인 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the silver powder mixture is a mixture of at least one first silver powder having an average diameter of 0.08 to 3 占 퐉 and at least one second silver powder having an average diameter of at least 0.03 占 퐉 and less than 0.08 占 퐉. Composition.
상기 은 분말 혼합물이 상기 제1 은 분말 및 상기 제2 은 분말을 100 : 1~30 중량비로 함유하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method of claim 3,
Wherein the silver powder mixture contains the first silver powder and the second silver powder in a weight ratio of 100: 1 to 30: 1.
상기 은 페이스트 조성물이 상기 은 분말 혼합물을 조성물 총 중량을 기준으로 65 내지 95 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the silver paste composition comprises the silver powder mixture in an amount of 65 to 95 wt% based on the total weight of the composition.
상기 유리프릿이 370 내지 440℃의 연화점을 갖는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the glass frit has a softening point of from 370 to < RTI ID = 0.0 > 440 C. < / RTI >
상기 유리프릿이 산화납(PbO)-산화보론(B2O5)-실리카(SiO2)를 포함하는 납 보로실리케이트계 유리프릿인 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the glass frit is a lead borosilicate glass frit comprising lead oxide (PbO) - boron oxide (B 2 O 5 ) - silica (SiO 2 ).
상기 유리프릿이 70~90 중량%의 PbO, 1~10 중량%의 B2O5, 1~10 중량%의 SiO2, 0.1~2 중량%의 Li2O 및 0.1~2 중량%의 K2O를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.9. The method of claim 8,
Wherein the glass frit comprises 70 to 90 wt% PbO, 1 to 10 wt% B 2 O 5 , 1 to 10 wt% SiO 2 , 0.1 to 2 wt% Li 2 O, and 0.1 to 2 wt% K 2 ≪ RTI ID = 0.0 > O. < / RTI >
상기 유리프릿이 산화비스무스(Bi2O3)-산화보론(B2O5)-산화아연(ZnO)-실리카(SiO2)를 포함하는 납-무함유 보로실리케이트계 유리프릿인 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Characterized in that the glass frit is a lead-free borosilicate glass frit comprising bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) -boron oxide (B 2 O 5 ) -zinc oxide (ZnO) -silica (SiO 2 ) Silver paste composition.
상기 유리프릿이 50~90 중량%의 Bi2O3, 1~10 중량%의 B2O5, 1~10 중량%의 SiO2, 1~20 중량%의 ZnO, 0.1~2 중량%의 Li2O 및 0.1~2 중량%의 K2O를 포함하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.11. The method of claim 10,
Wherein the glass frit comprises 50 to 90% by weight of Bi 2 O 3 , 1 to 10% by weight of B 2 O 5 , 1 to 10% by weight of SiO 2 , 1 to 20% by weight of ZnO, 0.1 to 2% by weight of Li 2 O and 0.1 to 2% by weight of K 2 O.
상기 유리프릿이 0.1 내지 3 ㎛의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the glass frit has a particle size of 0.1 to 3 占 퐉.
상기 은 페이스트 조성물이 상기 유리프릿을 조성물 총 중량을 기준으로 2 내지 7 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the silver paste composition comprises the glass frit in an amount of 2 to 7 wt% based on the total weight of the composition.
상기 유기 바인더가, 아크릴 수지와 에틸셀룰로오스 수지와의 혼합물이 유기용매에 용해된 용액인 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the organic binder is a solution in which a mixture of an acrylic resin and an ethylcellulose resin is dissolved in an organic solvent.
상기 아크릴 수지와 에틸셀룰로오스 수지와의 혼합물이 아크릴 수지와 에틸셀룰로오스 수지를 1:99 내지 50:50 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.15. The method of claim 14,
Wherein the mixture of acrylic resin and ethyl cellulose resin comprises acrylic resin and ethyl cellulose resin in a weight ratio of 1:99 to 50:50.
상기 은 페이스트 조성물이 상기 유기 바인더를 조성물 총 중량을 기준으로 3 내지 30 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the silver paste composition comprises the organic binder in an amount of 3 to 30% by weight based on the total weight of the composition.
상기 막을 수광면 전극으로서 포함하는 것을 특징으로 태양전지.18. The method of claim 17,
And the film is included as a light receiving surface electrode.
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