KR101482745B1 - Method of preparing a solar cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 실리콘 기판의 일면에 전기유체역학 인쇄를 통해 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층을 순차적으로 형성한 후 이를 동시에 소성하여 저접촉저항 금속층과 전극층을 형성함에 따라, 보다 단순화된 공정으로 태양전지를 제조할 수 있으며, 이를 통해 향상된 성능을 갖는 태양전지의 제공을 가능케 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell. In the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, a low contact resistance printing layer and an electrode printing layer are sequentially formed on one surface of a silicon substrate through electrohydrodynamic printing and then simultaneously fired to form a low contact resistance metal layer and an electrode layer , A solar cell can be manufactured with a simpler process, thereby enabling the provision of a solar cell having an improved performance.

Description

태양전지의 제조 방법{METHOD OF PREPARING A SOLAR CELL}METHOD OF PREPARING A SOLAR CELL [0002]

본 발명은 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 전기유체역학 인쇄와 동시 소성 공정을 이용한 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method of manufacturing a solar cell using electrohydrodynamic printing and a co-firing process.

태양전지는 주요 구성 물질의 종류에 따라 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 고분자 태양전지 등으로 구분될 수 있는데, 그 중 실리콘 태양전지는 광전 변환 효율이 다른 전지에 비해 높아 전세계적으로 생산 비중이 가장 높은 것으로 알려져 있다.Solar cells can be classified into silicon solar cells, thin film solar cells, dye-sensitized solar cells, and organic polymer solar cells depending on the kinds of main constituents. Among them, silicon solar cells have higher photoelectric conversion efficiency than other cells, It is known that production is the highest in the world.

최근에는 실리콘 태양전지의 제조에 저급 원료 물질을 사용하는 등 생산 단가를 낮추거나 생산 효율을 높일 수 있는 기술들이 지속적으로 보고되고 있으며, 그 일환으로 전도성 패턴의 형성에 소모되는 전극 재료의 원가 비중을 낮춤으로써 원가 경쟁력을 높이는 방안에 대한 관심이 높아지고 있다.In recent years, techniques for lowering the production cost or increasing the production efficiency, such as using a low-grade raw material for the production of silicon solar cells, have been continuously reported. As part of this, the proportion of the cost of the electrode material consumed in forming the conductive pattern Interest in the cost competitiveness is increasing.

이와 관련하여, 이전에는 실리콘 태양전지의 전극 형성 공정에 스크린 인쇄 방식, 압전 소자를 이용한 잉크젯 인쇄 방식 등이 적용되었다. 그런데, 점차 얇은 두께의 실리콘 기판이 사용되는 최근의 추세에서, 실리콘 기판에 대한 기계적인 압력이 인가되는 상기 스크린 인쇄 방식은 실리콘 기판의 파손율이 증가하는 문제점이 있다. 그리고, 상기 압전 소자를 이용한 잉크젯 인쇄 방식은 디지털 프린팅 기술로서, 스크린 제판 등의 소모성 부품이 요구되지 않으면서도 전극 재료의 소모량을 최소화할 수 있어, 상기 스크린 인쇄 방식에 비해 높은 생산성을 확보할 수 있다. 그러나, 상기 잉크젯 인쇄 방식은 형성 가능한 액적 크기에 한계가 있어 전극 패턴의 형성시 효율이 다소 떨어질 뿐만 아니라, 젯팅할 수 있는 전극 재료의 점성도에 제약이 있어, 이를 통해 좁고 높은 전극 구조를 형성하기에는 한계가 있다.In this connection, a screen printing method and an inkjet printing method using a piezoelectric element have been applied to an electrode forming process of a silicon solar cell. However, in the recent trend in which a silicon substrate having a thin thickness is gradually used, the screen printing method in which a mechanical pressure is applied to a silicon substrate has a problem that the breakage rate of the silicon substrate increases. The ink-jet printing method using the piezoelectric element is a digital printing technique, and consumable parts such as screen plates are not required, and the consumed amount of the electrode material can be minimized, so that productivity higher than that of the screen printing method can be secured . However, since the inkjet printing method has a limitation on the size of droplets that can be formed, efficiency in forming the electrode pattern is somewhat lowered, and there is a restriction on the viscosity of the electrode material that can be jetted, .

한편, 실리콘 태양전지의 전극 형성에는 유리 프릿(glass frit)을 포함하는 금속 페이스트가 사용된다. 그런데 유리 프릿을 포함하는 전극 재료는 전극 형성을 위한 열처리 공정 후 전기 전도도가 낮게 나타나기 때문에, 이를 보완하기 위해 실리콘 기판과 전극 사이에 '접촉 저항이 낮은 금속층'(a low contact resistance metal layer)을 더욱 형성시키는 방법이 적용되고 있다. 이때 상기 접촉 저항이 낮은 금속층은 무전해 도금 등의 방법으로 금속층(예를 들어, 니켈층 등)을 형성시킨 후, 이를 열처리(어닐링)하는 방법을 통해 형성(예를 들어, 어닐링을 통해 니켈층은 니켈 실리사이드(nickel silicide) 등으로 전환)된다.On the other hand, a metal paste including a glass frit is used for electrode formation of a silicon solar cell. However, since the electrode material including glass frit exhibits a low electrical conductivity after the heat treatment process for forming the electrode, a low contact resistance metal layer between the silicon substrate and the electrode Is applied. The metal layer having a low contact resistance may be formed by forming a metal layer (for example, a nickel layer or the like) by a method such as electroless plating and then performing a heat treatment (annealing) Is converted into nickel silicide or the like).

그런데, 이러한 접촉 저항이 낮은 금속층의 형성은, 도금 등의 방법으로 형성된 금속층이 어닐링 전에 산화되는 것을 방지하기 위하여, 진공 또는 불활성 기체 분위기 하에서 행해지기 때문에 고가의 장비가 필요하며, 연속적인 어닐링 공정의 수행이 어려운 문제점이 있다. 또한, 상기 도금 등의 방법으로 형성된 금속층은 어닐링 공정의 온도 조건에 따라 형성되는 조성이 Ni2Si, NiSi, NiSi2 등으로 달라지기 때문에, 최적의 효과 발현을 위해서는 어닐링 공정의 온도 조건에 제약이 따른다.In order to prevent the metal layer formed by plating or the like from being oxidized before annealing, the formation of the metal layer having low contact resistance requires expensive equipment because it is performed under a vacuum or an inert gas atmosphere, and a continuous annealing process There is a problem that it is difficult to carry out. Further, since the metal layer formed by the above-described plating or the like is different in composition to be formed according to the temperature condition of the annealing process by Ni 2 Si, NiSi, NiSi 2 or the like, the temperature condition of the annealing process is restricted Follow.

특히, 이전의 일반적인 제조 방법은 상기 접촉 저항이 낮은 금속층의 형성(도금 및 어닐링) 후에 전극 재료(유리 프릿을 포함하는 금속 페이스트 등)를 인쇄하고 열처리하는 공정이 별개로 진행될 수 밖에 없기 때문에 공정 효율과 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.Particularly, in the conventional general manufacturing method, since the process of printing and heat-treating the electrode material (metal paste including glass frit, etc.) after the formation of the metal layer with low contact resistance (plating and annealing) And productivity is deteriorated.

High-resolution electrohydrodynamic jet printing, JANG-UNG PARK et al. Nature Materials, 2007. High-resolution electrohydrodynamic jet printing, JANG-UNG PARK et al. Nature Materials, 2007.

이에 본 발명은 전극 형성 공정에 적용되던 스크린 인쇄 방식, 압전 소자를 이용한 잉크젯 인쇄 방식 등의 한계를 극복함과 동시에, 고가의 장비 없이도 보다 단순화된 효율적인 공정을 통해 태양전지를 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention overcomes the limitations of the screen printing method, the ink jet printing method using a piezoelectric element, and the like, which are applied to the electrode forming process, and also a method of manufacturing a solar cell through a more simplified and efficient process without expensive equipment .

본 발명에 따르면, 실리콘 기판의 일면에, 전기유체역학 인쇄(electrohydrodynamics printing)에 의해 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층을 형성하는 단계;According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming on a surface of a silicon substrate a low contact resistance printed layer containing nickel by electrohydrodynamic printing;

상기 저접촉저항 인쇄층 상에, 전기유체역학 인쇄에 의해 전극 인쇄층을 형성하는 단계; 및Forming an electrode print layer on the low-contact-resistance printed layer by electrohydrodynamic printing; And

상기 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층이 형성된 실리콘 기판을 소성하여, 니켈 실리사이드(nickel silicide)를 포함하는 저접촉저항 금속층과 전극층을 동시에 형성하는 단계Forming a low contact-resistance metal layer including nickel silicide and an electrode layer by firing a silicon substrate having the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer formed thereon;

를 포함하는 태양전지의 제조 방법이 제공된다.A method for manufacturing a solar cell is provided.

여기서, 상기 저접촉저항 인쇄층은 니켈 함유 잉크를 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 실리콘 기판 상에 인쇄하고 건조하는 공정에 따라 형성될 수 있다.Here, the low contact-resistance printing layer may be formed according to a process of printing and drying the nickel-containing ink on the silicon substrate through electrohydrodynamic printing.

또한, 상기 전극 인쇄층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 잉크를 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 저접촉저항 인쇄층 상에 인쇄하고 건조하는 공정에 따라 형성될 수 있다. In addition, the electrode print layer may contain an ink containing at least one metal selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn) Printed on the low contact resistance printing layer through electrohydrodynamic printing and dried.

그리고, 상기 저접촉저항 인쇄층 또는 전극 인쇄층의 형성에 사용되는 상기 잉크는 각각 10 내지 50,000 cP의 점도를 갖는 것일 수 있다.The ink used for forming the low-contact-resistance printed layer or the electrode printed layer may each have a viscosity of 10 to 50,000 cP.

그리고, 상기 소성은 550 내지 1000 ℃의 온도 하에서 5 내지 30 분 동안 수행될 수 있고; 상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행될 수 있다.The firing can be performed at a temperature of 550 to 1000 캜 for 5 to 30 minutes; The firing can be performed in an oxygen atmosphere.

한편, 상기 실리콘 기판은 반사 방지층을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은, 상기 실리콘 기판의 반사 방지층을 식각하여 전극 형상의 개구부를 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있고, 상기 저접촉저항 인쇄층은 상기 개구부 상에 형성될 수 있다. The silicon substrate may further include an anti-reflection layer. In this case, the manufacturing method of the solar cell according to the present invention may further include forming an electrode-shaped opening by etching the antireflection layer of the silicon substrate, wherein the low contact resistance printing layer is formed on the opening .

본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 전극 패턴의 인쇄시 전기유체역학 인쇄를 적용함에 따라 실리콘 기판의 파손 위험과 전극 재료의 소모량을 최소화할 수 있으면서도, 적용 가능한 전극 재료의 점도 범위가 넓어 다양한 재료를 연속적으로 인쇄할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 저접촉저항 금속층과 전극층의 형성에 필요한 열처리(소성) 공정을 고온 및 산소 분위기 하에서 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라, 고가의 장비 없이도 기존의 열처리 장비를 이용하여 보다 단순화된 연속 공정을 통해 태양전지를 제조할 수 있다.The method of manufacturing a solar cell according to the present invention can minimize the risk of breakage of a silicon substrate and consumption of an electrode material by applying electrohydrodynamic printing when printing an electrode pattern, Can be continuously printed. Furthermore, the method of manufacturing a solar cell according to the present invention can simultaneously perform a heat treatment (sintering) process necessary for forming a low contact-resistance metal layer and an electrode layer under high temperature and oxygen atmosphere, A solar cell can be manufactured through a simpler continuous process.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 제조 방법을 대략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 단면에 대한 TEM-EDS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 전극 형상을 비교 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 Electro Luminance Image를 나타낸 것이다.
FIG. 1 and FIG. 2 are process flowcharts schematically showing a manufacturing method of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a TEM-EDS analysis result of a cross section of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4A and 4B show results of comparative observation of electrode shapes of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates an electro-luminescence image of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 구현예들에 따른 태양전지의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to embodiments of the present invention will be described.

그에 앞서, 본 명세서 전체에서 명시적인 언급이 없는 한, 전문 용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.Prior to that, unless explicitly stated throughout the present specification, the terminology is for reference only, and is not intended to limit the invention.

그리고, 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.And, the singular forms used herein include plural forms unless the phrases expressly have the opposite meaning.

또한, 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 또는 성분의 부가를 제외시키는 것은 아니다.Also, as used herein, the term " comprises " embodies specific features, regions, integers, steps, operations, elements or components, and does not exclude the presence of other specified features, regions, integers, steps, operations, elements, It does not.

또한, 본 명세서 전체에서 '저접촉저항 금속층'(a low contact resistance metal layer)이라 함은 태양전지의 기판과 전극 사이에 개제되는 층으로, 전극과 기판간의 접촉 저항을 감소시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 층을 의미한다. 예를 들어, 일반적으로 실리콘 태양전지에 적용되는 저접촉저항 금속층은 니켈 실리사이드(NiSi) 등을 포함할 수 있으며, 이러한 저접촉저항 금속층은 실리콘 기판에 니켈을 포함하는 층(이하 '니켈층')을 형성한 후 열처리(어닐링)하는 공정을 통해 얻을 수 있다. 여기서, 상기 니켈층의 형성 방법으로는 무전해 도금 등이 알려져 있으며, 상기 니켈층은 열처리 온도에 따라 Ni2Si, NiSi, NiSi2 등과 같이 변화한다. 이때, 니켈을 포함하는 잉크를 소정의 전극 패턴으로 인쇄하여 형성된 코팅층을 '저접촉저항 인쇄층'이라 하고, 이는 열처리(소성)에 의해 '저접촉저항 금속층'으로 전환된다.The term "a low contact resistance metal layer" as used throughout the present specification refers to a layer formed between a substrate and a substrate of a solar cell. By reducing the contact resistance between the electrode and the substrate, Means a layer that can be improved. For example, a low contact resistance metal layer generally applied to a silicon solar cell may include nickel silicide (NiSi) or the like, and such a low contact resistance metal layer may include a layer containing nickel (hereinafter referred to as a " nickel layer & Followed by heat treatment (annealing). Here, as a method of forming the nickel layer, electroless plating or the like is known, and the nickel layer changes as Ni 2 Si, NiSi, NiSi 2 or the like depending on the heat treatment temperature. At this time, the coating layer formed by printing an ink containing nickel in a predetermined electrode pattern is referred to as a " low contact resistance printing layer ", which is converted into a low contact resistance metal layer by heat treatment (firing).

그리고, 본 명세서 전체에서 '전극 인쇄층'이라 함은 전극 재료, 즉 전극용 금속을 포함하는 잉크를 소정의 전극 패턴으로 인쇄하여 형성된 코팅층으로서, 이는 열처리(소성)에 의해 '전극층'으로 전환된다.The term 'electrode print layer' as used throughout this specification refers to a coating layer formed by printing an electrode material, that is, an ink containing metal for electrodes, in a predetermined electrode pattern, which is converted to an 'electrode layer' by heat treatment .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명자들은 태양전지에 대한 연구를 거듭하는 과정에서, 전극 패턴의 형성 공정에 전기유체역학 인쇄(electrohydrodynamics printing)를 적용할 경우 기존의 스크린 인쇄 방식, 잉크젯 인쇄 방식 등의 한계를 극복할 수 있음을 확인하였다. 특히, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법에 전기유체역학 인쇄를 적용할 경우 저접촉저항 금속층과 전극층의 형성에 필요한 열처리(소성) 공정을 고온 및 산소 분위기 하에서도 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라, 고가의 장비 없이도 기존의 열처리 장비를 이용하여 보다 단순화된 연속 공정을 통해 태양전지를 제조할 수 있음을 확인하였다.
The present inventors have found that when electrohydrodynamics printing is applied to a process of forming an electrode pattern during repeated research on a solar cell, it is possible to overcome the limitations of the conventional screen printing method and inkjet printing method Respectively. In particular, when electrohydrodynamic printing is applied to the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, the heat treatment (baking) process required for forming the low-contact-resistance metal layer and the electrode layer can be performed simultaneously at high temperature and oxygen atmosphere, It is confirmed that the solar cell can be manufactured through the simplification of the continuous process using the existing heat treatment equipment without the expensive equipment.

이러한 본 발명의 일 구현예에 따르면, According to this embodiment of the present invention,

실리콘 기판의 일면에, 전기유체역학 인쇄(electrohydrodynamics printing)에 의해 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층을 형성하는 단계;Forming a low contact resistance printed layer comprising nickel on one side of a silicon substrate by electrohydrodynamic printing;

상기 저접촉저항 인쇄층 상에, 전기유체역학 인쇄에 의해 전극 인쇄층을 형성하는 단계; 및Forming an electrode print layer on the low-contact-resistance printed layer by electrohydrodynamic printing; And

상기 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층이 형성된 실리콘 기판을 소성하여, 니켈 실리사이드(nickel silicide)를 포함하는 저접촉저항 금속층과 전극층을 동시에 형성하는 단계Forming a low contact-resistance metal layer including nickel silicide and an electrode layer by firing a silicon substrate having the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer formed thereon;

를 포함하는 태양전지의 제조 방법이 제공된다.A method for manufacturing a solar cell is provided.

즉, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전기유체역학 인쇄를 통해 실리콘 기판의 일면에 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층을 순차적으로 형성한 후, 이를 동시에 소성하는 공정을 포함한다.That is, as shown in FIG. 1, a method for manufacturing a solar cell according to the present invention comprises sequentially forming a low contact-resistance resistive print layer and an electrode print layer on one surface of a silicon substrate through electrohydrodynamic printing, .

이와 관련하여, 이전에는 실리콘 기판 상에 전극 패턴을 형성하는 공정에 스크린 인쇄 방식 또는 압전 소자를 이용한 잉크젯 인쇄 방식 등이 적용되어 왔다. 그런데, 태양전지의 제조에 점차 얇은 두께의 실리콘 기판을 사용하는 최근의 추세에서, 실리콘 기판에 대한 기계적인 압력이 인가되는 상기 스크린 인쇄 방식은 실리콘 기판의 파손율이 증가하는 문제점이 있다. 한편, 상기 압전 소자를 이용한 잉크젯 인쇄 방식은 디지털 프린팅 기술로서, 스크린 제판 등의 소모성 부품이 요구되지 않으면서도 전극 재료의 소모량을 최소화할 수 있어, 상기 스크린 인쇄 방식에 비해 높은 생산성을 확보할 수 있다. 그러나, 상기 잉크젯 인쇄 방식은 형성 가능한 액적 크기에 한계가 있어 전극 패턴의 형성시 효율이 다소 떨어질 뿐만 아니라, 젯팅할 수 있는 전극 재료의 점도에 제약이 있어, 이를 통해 좁고 높은 전극 구조를 형성하기에는 한계가 있다.In this regard, a screen printing method or an inkjet printing method using a piezoelectric element has been applied to a process of forming an electrode pattern on a silicon substrate. However, in the recent trend of using a thin silicon substrate for manufacturing a solar cell, the screen printing method in which a mechanical pressure is applied to a silicon substrate has a problem that the breakage rate of the silicon substrate increases. On the other hand, the ink-jet printing method using the piezoelectric element is a digital printing technique, and consumable parts of the electrode material can be minimized while consumable parts such as screen plates are not required, and productivity can be secured as compared with the screen printing method . However, since the inkjet printing method has a limitation on the size of droplets that can be formed, efficiency in forming the electrode pattern is somewhat lowered, and there is a restriction on the viscosity of the electrode material that can be jetted. As a result, .

한편, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 전극 패턴의 형성 공정에 전기유체역학 인쇄가 적용된다. 상기 전기유체역학 인쇄는 노즐과 기판 사이의 전위차를 이용하여 잉크를 끌어당겨 인쇄하는 비접촉 인쇄 방식으로서, 실리콘 기판에 대한 파손 위험이 최소화될 수 있다. 나아가, 상기 전기유체역학 인쇄는 디지털 방식으로 수행되기 때문에 전극 재료의 사용량이 최적화될 수 있어 원료의 낭비를 줄일 수 있다. 그리고, 상기 전기유체역학 인쇄는 일반적인 잉크젯 인쇄 방식 보다 잉크의 종류 및 점도 특성에 영향을 덜 받기 때문에 적용 가능한 전극 재료의 점도 범위가 넓어 다양한 재료를 사용하여 연속적인 인쇄가 가능하다.Meanwhile, in the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, electrohydrodynamic printing is applied to a process of forming an electrode pattern. The electrohydrodynamic printing is a non-contact printing method in which ink is pulled out by using a potential difference between a nozzle and a substrate, so that the risk of damage to the silicon substrate can be minimized. Furthermore, since the electrohydrodynamic printing is performed in a digital manner, the amount of electrode material used can be optimized, thereby reducing waste of raw materials. Since the electrohydrodynamic printing is less affected by the ink type and viscosity characteristics than the general inkjet printing method, the viscosity range of the applicable electrode material is wide and continuous printing is possible by using various materials.

특히, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 상기 전기유체역학 인쇄를 통해 실리콘 기판의 일면에 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층을 순차적으로 형성한 후, 이를 동시에 열처리(소성)하는 것을 특징으로 한다.In particular, the method of manufacturing a solar cell according to the present invention is characterized in that a low contact-resistance resistive print layer and an electrode print layer are sequentially formed on one surface of a silicon substrate through electrohydrodynamic printing and then heat-treated (sintered) do.

즉, 이전에는 저접촉저항 금속층의 형성을 위해, 무전해 도금 등의 방법으로 니켈층 등의 금속층을 형성하고, 이를 열처리(어닐링)하여 니켈 실리사이드 등으로 전환시키는 방법이 이용되었다. 그런데, 이전의 방법은 열처리 공정 전에 무전해 도금 등으로 형성된 금속층이 산화되는 것을 방지하기 위하여 진공 또는 불활성 기체 분위기 하에서 열처리가 행해지기 때문에 고가의 장비가 필요하였다. That is, in order to form a low contact-resistance metal layer, a method of forming a metal layer such as a nickel layer by a method such as electroless plating and then converting the metal layer to nickel silicide or the like by heat treatment (annealing) has been used. However, in order to prevent the metal layer formed by electroless plating or the like from being oxidized prior to the heat treatment process, heat treatment is performed in a vacuum or an inert gas atmosphere, so that expensive equipment is required.

또한, 상기 니켈층은 열처리 공정의 온도 조건에 따라 Ni2Si, NiSi, NiSi2 등으로 조성이 달라진다. 그런데, 비저항이 가장 낮은 니켈 실리사이드(NiSi)의 형성을 위한 열처리 조건(예를 들면 약 300 내지 700℃, 진공 또는 불활성 기체 분위기)은 상기 전극 인쇄층에 대한 열처리 조건(예를 들면 약 750℃ 이상, 산소 분위기에서도 가능)과 다르기 때문에, 열처리 공정이 별도로 진행될 수 밖에 없으며, 그로 인해 전체적인 공정이 복잡해지고 생산 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.Also, the composition of the nickel layer varies depending on the temperature conditions of the heat treatment process, such as Ni 2 Si, NiSi, and NiSi 2 . The heat treatment conditions for forming the nickel silicide (NiSi) having the lowest specific resistance (for example, about 300 to 700 ° C, a vacuum or an inert gas atmosphere) , Which is also possible in an oxygen atmosphere). Therefore, the heat treatment step has to be carried out separately, thereby complicating the entire process and lowering the production efficiency.

그에 비하여, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 상기 전기유체역학 인쇄를 통해 실리콘 기판의 일면에 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층을 형성하고, 그 위에 전극 인쇄층을 형성한다. 그에 따라, 상기 저접촉저항 인쇄층은 전극 인쇄층에 의해 보호될 수 있어, 산소 분위기에서 열처리를 수행하더라도 산화의 가능성이 적다. 때문에, 본 발명에 따른 태양전지의 제조 방법은 진공 혹은 불활성 기체 분위기 조성을 위한 고가의 장비를 이용하지 않고도, 연속 벨트 소성로와 같은 기존의 열처리 장비를 이용할 수 있다. 나아가, 상기 저접촉저항 인쇄층은 전극 인쇄층에 의해 보호될 수 있기 때문에, 상기 전극 인쇄층에 대한 소성 온도(예를 들면 약 550℃ 이상) 하에서도 니켈 실리사이드가 안정적으로 형성될 수 있어, 소성(열처리) 공정을 일괄적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
On the other hand, in the method of manufacturing a solar cell according to the present invention, a low contact-resistance printed layer including nickel is formed on one surface of a silicon substrate through the electrohydrodynamic printing, and an electrode print layer is formed thereon. Accordingly, the low-contact-resistance printed layer can be protected by the electrode print layer, and even if the heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, the possibility of oxidation is low. Therefore, the conventional solar cell manufacturing method according to the present invention can use existing heat treatment equipment such as a continuous belt firing furnace without using expensive equipment for forming a vacuum or an inert gas atmosphere. Further, since the low-contact-resistance printed layer can be protected by the electrode print layer, nickel suicide can be stably formed even at a firing temperature (for example, about 550 ° C or higher) for the electrode print layer, (Heat treatment) process can be collectively performed.

이러한 본 발명에 따르면, 먼저 실리콘 기판의 일면에, 전기유체역학 인쇄(electrohydrodynamics printing)에 의해 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층을 형성하는 단계와; 상기 저접촉저항 인쇄층 상에, 전기유체역학 인쇄에 의해 전극 인쇄층을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a low contact-resistance printed layer including nickel on one surface of a silicon substrate by electrohydrodynamic printing; A step of forming an electrode print layer by electrohydrodynamic printing on the low contact-resistance printed layer may be performed.

여기서, 상기 실리콘 기판은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 것이 특별한 제한 없이 적용될 수 있다. 그리고, 상기 실리콘 기판은 표면이 텍스쳐링되어 있는 것일 수 있으며, 바람직하게는 실리콘 나이트라이드와 같은 반사 방지층이 더 형성된 것일 수 있다.Herein, the silicon substrate can be applied without any particular limitation, as is common in the technical field to which the present invention belongs. In addition, the silicon substrate may have a textured surface, and preferably an anti-reflection layer such as silicon nitride may be further formed.

이와 같이 표면에 반사 방지층이 형성된 실리콘 기판을 사용할 경우, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법은 상기 실리콘 기판의 반사 방지층을 식각하여 전극 형상의 개구부를 형성하는 단계를 먼저 수행하고, 후술할 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층을 상기 개구부 상에 형성시키는 것이 바람직하다. 이처럼 상기 저접촉저항 인쇄층을 상기 개구부 상에(바람직하게는 상기 개구부 형성에 따른 오목한 공간의 내부에) 형성하고, 그 위에 전극 인쇄층을 형성하는 것이, 후술할 열처리 공정에서 상기 저접촉저항 인쇄층의 충분한 보호에 유리할 수 있다.2, in the manufacturing method according to the present invention, the step of forming the electrode-shaped opening by etching the antireflection layer of the silicon substrate is performed first, It is preferable to form a low contact-resistance printed layer containing nickel to be described later on the opening. In this way, the low-contact-resistance printed layer is formed on the opening (preferably in the concave space formed by the formation of the opening), and the electrode printed layer is formed thereon, It may be beneficial to sufficient protection of the layer.

본 발명에 있어서, 상기 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층은 니켈 함유 잉크를 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 실리콘 기판(또는 상기 개구부) 상에 인쇄하고 건조하는 공정에 따라 형성될 수 있다. 그리고, 상기 전극 인쇄층은 전극용 금속을 포함하는 잉크를 전기유체역학적 인쇄를 통해 상기 저접촉저항 인쇄층 상에 인쇄하고 건조하는 공정에 따라 형성될 수 있다. 여기서, 상기 전극용 금속은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속일 수 있다.In the present invention, the low contact-resistance printed layer containing nickel may be formed by printing and drying the nickel-containing ink on the silicon substrate (or the opening) through electrohydrodynamic printing. The electrode print layer may be formed according to a process of printing and drying the ink including the electrode metal on the low contact resistance printing layer through electrohydrodynamic printing. The electrode metal may be at least one metal selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn), and alloys thereof.

이와 같이, 상기 저접촉저항 인쇄층 및 전극 인쇄층은 각각 전기유체역학 인쇄를 통해 형성되는데, 상기 인쇄 공정에서 전기유체적학 인쇄 기기의 인가 전압, 실리콘 기판과 노즐 사이의 거리, 젯팅 속도 등을 제어함으로써, 노즐 사이즈보다 작으면서도 필요로 하는 정밀한 선폭의 구현이 가능하다. The low contact resistance printing layer and the electrode printing layer are each formed through electrohydrodynamic printing. In the printing process, the voltage applied to the electrophotographic printing apparatus, the distance between the silicon substrate and the nozzle, the jetting speed, etc. are controlled , It is possible to realize a precise line width which is smaller than the nozzle size but is required.

또한, 상기 전기유체역학 인쇄 공정은 일반적인 잉크젯 인쇄 공정에 비하여 잉크의 종류 및 점도 특성에 영향을 덜 받기 때문에, 하나의 장치를 이용하여 저점도 잉크와 고점도 잉크를 연속적으로 인쇄할 수 있는 장점이 있다. 그에 따라, 본 발명에 있어서, 상기 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층 및 전극 인쇄층의 형성에는 각각 10 내지 50,000 cP의 점도를 갖는 잉크가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 잉크의 점도는 형성하고자 하는 각 층의 특성에 따라 적절한 범위에서 조절될 수 있다. 일 예를 들면, 상기 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층은 상대적으로 얇게 형성되는 것이 바람직하므로 저점도 잉크가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 전극 인쇄층은 상대적으로 높은 종횡비를 갖도록 형성되는 것이 바람직하므로 고점도 잉크가 사용될 수 있다.In addition, since the electrophoretic printing process is less affected by the kind and viscosity characteristics of ink than a general inkjet printing process, there is an advantage that a low viscosity ink and a high viscosity ink can be continuously printed using one apparatus . Accordingly, in the present invention, inks having a viscosity of 10 to 50,000 cP can be used for forming the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer containing nickel, respectively. Here, the viscosity of the ink can be adjusted in an appropriate range according to the characteristics of each layer to be formed. For example, a low-viscosity ink may be used because the low-contact-resistance printed layer containing nickel is preferably formed to be relatively thin. Further, since the electrode print layer is preferably formed to have a relatively high aspect ratio, a high viscosity ink can be used.

한편, 상기 저접촉저항 인쇄층의 형성을 위한 니켈 함유 잉크는 니켈과 바인더 수지, 유기 용매 등을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 바인더 수지와 유기 용매는 통상적인 것이 사용될 수 있으므로 그 구성을 특별히 제한하지 않는다. 다만, 상기 니켈 이외에도 낮은 접촉 저항을 갖는 금속층의 형성을 가능케 하는 금속들이 적용될 수도 있다.Meanwhile, the nickel-containing ink for forming the low-contact-resistance printed layer may include nickel, a binder resin, an organic solvent, and the like. The binder resin and the organic solvent may be conventional ones, Do not. However, besides the nickel, metals capable of forming a metal layer having a low contact resistance may be applied.

그리고, 상기 전극 인쇄층의 형성을 위한 잉크는 실리콘 태양전지용 전극에 적합한 금속, 예를 들면 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있으며; 이 밖에 통상적인 유리 프릿(glass frit), 바인더 수지, 유기 용매 등을 더 포함할 수 있다. 상기 유리 프릿은 실리콘 기판에 형성된 반사 방지층을 뚫기 위해 상기 잉크에 포함될 수 있다. 다만, 상기 유리 프릿의 함량이 많을수록 전기 전도도는 떨어지기 때문에, 그 함량이 적은 것이 유리하다. 이를 감안할 때, 반사 방지층이 형성된 실리콘 기판을 사용할 경우, 본 발명의 제조 방법은 상기 반사 방지층을 식각하여 개구부를 형성한 후, 상기 개구부 상에 저접촉저항 인쇄층을 형성하여 전극과 기판 사이의 접촉 저항을 최소화할 수 있기 때문에, 상기 유리 프릿의 함량을 줄일 수 있고, 그에 따라 셀 특성이 우수한 태양전지를 얻을 수 있다.
The ink for forming the electrode print layer may be a metal suitable for an electrode for a silicon solar cell such as silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), tin An alloy of one or more metals selected from the group consisting of alloys of the metals; In addition, conventional glass frit, binder resin, organic solvent, and the like can be further included. The glass frit may be included in the ink to penetrate the antireflection layer formed on the silicon substrate. However, the larger the content of the glass frit is, the lower the electrical conductivity is, so that the content thereof is advantageously small. In the case of using a silicon substrate having an antireflection layer formed thereon, the manufacturing method of the present invention is characterized in that after the opening is formed by etching the antireflection layer, a low contact resistance printing layer is formed on the opening, Since the resistance can be minimized, the content of the glass frit can be reduced, and thus a solar cell having excellent cell characteristics can be obtained.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층이 형성된 실리콘 기판을 열처리(소성)하여, 니켈 실리사이드(nickel silicide)를 포함하는 저접촉저항 금속층과 전극층을 동시에 형성하는 단계가 수행될 수 있다.According to the present invention, a step of simultaneously forming a low contact-resistance metal layer including nickel silicide and an electrode layer by heat-treating (firing) the silicon substrate on which the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer are formed .

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법에서 실리콘 기판의 일면에 형성된 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층은 상기 전극 인쇄층에 의해 산소 및 고온 환경으로부터 보호될 수 있다. 그에 따라, 이전의 제조 방법들과 달리, 본 발명에 따른 제조 방법은, 진공 혹은 불활성 기체 분위기 조성을 위한 고가의 장비를 이용하지 않고도, 산소 분위기 하에서 연속 벨트 소성로와 같은 기존의 열처리 장비를 이용하여 상기 소성 공정을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 전극 인쇄층에 대한 소성 온도(예를 들면 약 550℃ 이상) 하에서도 니켈 실리사이드가 안정적으로 형성될 수 있어, 상기 소성 공정이 일괄적으로(즉, 동시에) 수행될 수 있다.As described above, in the manufacturing method according to the present invention, the low contact resistance printed layer including nickel formed on one surface of the silicon substrate can be protected from oxygen and high temperature environment by the electrode print layer. Accordingly, unlike the previous fabrication methods, the fabrication method according to the present invention can be performed without using expensive equipment for forming a vacuum or an inert gas atmosphere, by using an existing heat treatment apparatus such as a continuous belt firing furnace in an oxygen atmosphere, A firing process can be performed. Also, nickel silicide can be stably formed even at a firing temperature (for example, about 550 DEG C or higher) for the electrode print layer, so that the firing process can be performed collectively (i.e., simultaneously).

이때, 상기 소성은 550 내지 1000 ℃의 온도 하에서 5 내지 30 분 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 750 내지 1000 ℃의 온도 하에서 10 내지 30 분 동안 수행될 수 있고, 보다 바람직하게는 750 내지 950 ℃의 온도 하에서 10 내지 20 분 동안 수행될 수 있다. 즉, 상기 소성 공정에서 온도가 너무 높거나 시간이 너무 길면 니켈이 산화되거나 비저항이 높은 조성의 니켈 실리사이드가 형성되어 접촉저항이 높아질 수 있다. 반대로, 온도가 너무 낮거나 시간이 너무 짧으면 니켈 실리사이드가 충분히 형성되지 못하고 접촉저항이 높아져, 필 펙터(fill factor)가 낮아질 수 있다. 따라서, 본 발명에서 의도하는 동시 소성의 효율성과 최종적으로 얻어지는 셀의 성능 등을 종합적으로 감안할 때, 상기 소성 공정은 전술한 온도 및 시간 조건 하에서 수행되는 것이 유리하다.The firing may be performed at a temperature of 550 to 1000 ° C for 5 to 30 minutes, preferably at a temperature of 750 to 1000 ° C for 10 to 30 minutes, more preferably 750 to 950 ° C ≪ / RTI > for 10 to 20 minutes. That is, when the temperature is too high or the time is too long in the firing process, nickel is oxidized or nickel silicide having a high resistivity is formed, so that the contact resistance can be increased. Conversely, if the temperature is too low or too short, the nickel silicide may not sufficiently be formed, the contact resistance may increase, and the fill factor may be lowered. Therefore, in consideration of the efficiency of the simultaneous firing in the present invention and the performance of the finally obtained cell, it is advantageous that the firing process is performed under the above-mentioned temperature and time conditions.

상기와 같은 소성 공정을 통해, 상기 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층은 니켈 실리사이드를 포함하는 저접촉저항 금속층으로 전환될 수 있고, 이와 동시에 상기 전극 인쇄층은 전극층으로 전환될 수 있다.Through such a baking process, the low contact-resistance resistive print layer containing nickel can be converted to a low contact resistive metal layer including nickel silicide, and at the same time, the electrode print layer can be converted to an electrode layer.

상기와 같은 각 단계를 통해 전면 전극이 형성될 수 있으며, 이 밖에도 각 단계의 이전 또는 이후에 태양전지의 제조를 위한 통상적인 단계들이 포함되어 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 소성 공정 이전에, 상기 실리콘 기판의 다른 일면에 후면 전극용 페이스트를 인쇄한 후, 상기 소성 공정을 수행함으로써 전면 전극과 후면 전극이 형성된 기판을 얻을 수 있다.
The front electrode may be formed through each of the above steps. In addition, conventional steps for manufacturing the solar cell may be performed before or after each step. For example, after the baking step, the back electrode paste is printed on the other surface of the silicon substrate, and then the baking process is performed to obtain the substrate having the front electrode and the rear electrode formed thereon.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 하기 내용으로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.

실시예Example 1 One

관상로(tube furnace)에 156 mm 다결정 실리콘 웨이퍼를 넣고, 약 880℃에서 POCl3를 사용하는 확산 공정을 통해 상기 실리콘 웨이퍼에 인(P)을 도핑하여 약 80 Ω/sq 시트 저항을 가지는 에미터층을 형성하였다. 그리고, 상기 에미터층 상에 PECVD 방법으로 실리콘 질화막을 증착하여 약 80nm 두께의 반사방지층을 형성하였다.A 156 mm polycrystalline silicon wafer was placed in a tube furnace and phosphorus (P) was doped into the silicon wafer through a diffusion process using POCl 3 at about 880 ° C to form an emitter layer having a sheet resistance of about 80 Ω / . Then, a silicon nitride film was deposited on the emitter layer by a PECVD method to form an antireflection layer having a thickness of about 80 nm.

이어서, 상기 반사방지층 상에 에칭 페이스트를 사용한 스크린 프린팅 방식으로 약 60㎛ 폭을 갖는 전극 패턴을 인쇄하여 식각하는 방법으로 깊이 약 80nm의 개구부를 형성하였다.Then, an opening having a depth of about 80 nm was formed by printing an electrode pattern having a width of about 60 탆 on the antireflection layer by a screen printing method using an etching paste and etching.

한편, 전기유체역학 인쇄용 니켈 잉크[니켈 약 40 중량%; 바인더 수지(알킬페놀-포름알데히드 공중합체) 약 1 중량%; 유기용매(에틸 셀로솔브) 약 50 중량%; 보조 용매, 분산제 등의 첨가제 약 9 중량%; 잉크 점도 약 200 cP)를 준비하였다. 그리고, 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 니켈 잉크를 상기 개구부 상에 인쇄하여 저접촉저항 인쇄층(두께 약 80 nm, 폭 약 60㎛)을 형성하였고, 이를 약 60℃에서 10 분 동안 건조하였다. On the other hand, a nickel ink for electrohydrodynamic printing (about 40% by weight of nickel; About 1% by weight of a binder resin (alkylphenol-formaldehyde copolymer); About 50% by weight of an organic solvent (ethyl cellosolve); About 9% by weight of additives such as co-solvents, dispersants and the like; An ink viscosity of about 200 cP) was prepared. Then, the nickel ink was printed on the opening by electrohydrodynamic printing to form a low contact resistance printing layer (thickness of about 80 nm, width of about 60 탆), which was dried at about 60 캜 for 10 minutes.

또한, 전기유체역학 인쇄용 은 잉크[은 약 80 중량%; 바인더 수지(에틸 셀룰로오스) 약 5 중량%; 유기용매(부틸 카비톨 아세테이트) 약 10 중량%; 유리 프릿 약 0.5 중량%; 보조 용매 등 첨가제 약 4.5 중량%; 잉크 점도 약 20,000 cP]를 준비하였다. 그리고, 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 은 잉크를 상기 저접촉저항 인쇄층 상에 인쇄하여 전극 인쇄층(두께 약 25 ㎛, 폭 약 80 ㎛)을 형성하였고, 이를 약 270℃에서 10 분 동안 건조하였다.In addition, the ink for electrophysiological printing (about 80% by weight; About 5% by weight of a binder resin (ethylcellulose); About 10% by weight of an organic solvent (butyl carbitol acetate); About 0.5% by weight glass frit; About 4.5 wt% of additives such as co-solvents; Ink viscosity of about 20,000 cP]. Then, the silver ink was printed on the low-contact-resistance printed layer by electrohydrodynamic printing to form an electrode print layer (thickness of about 25 mu m, width of about 80 mu m), which was dried at about 270 DEG C for 10 minutes .

또한, 상기 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층이 형성된 실리콘 기판의 반대쪽에 알루미늄 페이스트(제조사: Toyo, 제품명: ALSOLAR)를 후면 전극 패턴으로 스크린 인쇄하였고, 이를 약 200℃에서 10 분 동안 건조하였다.Aluminum paste (manufacturer: Toyo, product name: ALSOLAR) was screen-printed on the opposite side of the silicon substrate on which the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer were formed with a rear electrode pattern and dried at about 200 ° C for 10 minutes.

그리고, 상기 공정들 거친 실리콘 기판을 약 900℃의 벨트 소성로에서 약 10 분 동안 소성하여, 두께 약 23㎛ 및 폭 약 80㎛의 전면 전극이 형성된 태양전지를 얻었다.Then, the roughened silicon substrate was baked in a belt baking furnace at about 900 캜 for about 10 minutes to obtain a solar cell having a front electrode having a thickness of about 23 탆 and a width of about 80 탆.

비교예Comparative Example 1 One

상기 니켈 잉크를 사용한 저접촉저항 인쇄층의 형성 단계를 수행하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1, except that the step of forming the low contact-resistance printed layer using the nickel ink was not performed.

비교예Comparative Example 2 2

상기 벨트 소성로에서의 소성을 약 400℃에서 10 분 동안 수행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the firing in the belt firing furnace was performed at about 400 캜 for 10 minutes.

비교예Comparative Example 3 3

상기 저접촉저항 인쇄층의 형성 직후에 진공 분위기 하에서 약 400℃로 열처리하고, 상기 열처리에 의해 형성된 저접촉저항 금속층 상에 상기 전극 인쇄층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.And the electrode print layer was formed on the low contact-resistance metal layer formed by the heat treatment at a temperature of about 400 캜 in a vacuum atmosphere immediately after formation of the low contact-resistance resistive printing layer, A battery was prepared.

비교예Comparative Example 4 4

상기 저접촉저항 인쇄층의 형성 직후에 진공 분위기 하에서 약 900℃로 열처리하고, 상기 열처리에 의해 형성된 저접촉저항 금속층 상에 상기 전극 인쇄층을 형성한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.And the electrode print layer was formed on the low contact-resistance metal layer formed by the heat treatment immediately after formation of the low contact-resistance resistive print layer at a temperature of about 900 캜 under a vacuum atmosphere. In this way, A battery was prepared.

비교예Comparative Example 5 5

상기 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층의 형성에 각각 전기유체역학 인쇄 대신 스크린 인쇄를 적용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지를 제조하였다.
A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that screen printing was applied instead of electrohydrodynamic printing for forming the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer, respectively.

시험예Test Example 1 One

(니켈 실리사이드 형성 여부의 확인)(Confirmation of formation of nickel silicide)

TEM-EDX 분석을 통해 실시예 1에 따른 태양전지의 단면 성분을 분석하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 따른 태양전지의 실리콘 기판과 전극층 사이에는 니켈 실리사이드가 형성된 것으로 확인되었다.The cross-sectional components of the solar cell according to Example 1 were analyzed through TEM-EDX analysis, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, it was confirmed that nickel silicide was formed between the silicon substrate of the solar cell according to Example 1 and the electrode layer.

시험예Test Example 2 2

(인쇄 공정에 따른 전극의 형상 확인)(Confirmation of shape of electrode according to printing process)

실시예 1 및 비교예 5에 따른 태양전지에 대하여, 광학 현미경(제조사: Olympus)을 이용하여 전면 전극의 형상을 확인하였고, 그 결과를 도 4a 및 도 4b에 나타내었다.For the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 5, the shape of the front electrode was confirmed using an optical microscope (manufacturer: Olympus), and the results are shown in FIGS. 4A and 4B.

그 결과, 도 4a와 같이, 실시예 1에 따른 태양전지의 전면 전극은 전기유체역학 인쇄를 통해 형성됨에 따라 퍼짐이 적고 선 모양이 곧게 잘 형성된 것으로 확인되었다. 반면에, 도 4b와 같이, 비교예 5에 따른 태양전지의 전면 전극은 스크린 인쇄를 통해 형성됨에 따라 퍼짐이 있고 스크린 메쉬 자국으로 인한 선고의 높낮이가 일정하지 않은 것으로 확인되었다. 비교예 5와 같이 전극이 퍼진 형태로 형성될 경우 빛 가림과 전극의 굴곡으로 인해 셀 특성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.As a result, as shown in FIG. 4A, the front electrode of the solar cell according to Example 1 was formed through electrohydrodynamic printing, and it was confirmed that the spreading was small and the linear shape was well formed. On the other hand, as shown in FIG. 4B, it was confirmed that the front electrode of the solar cell according to Comparative Example 5 was formed through screen printing and spread, and the height of sentence due to the screen mesh mark was not constant. When the electrode is formed in a spread form as in Comparative Example 5, it may have a bad influence on the cell characteristics due to light blocking and electrode bending.

시험예Test Example 3 3

(Electro Luminance Image)(Electro Luminance Image)

실시예 1 및 비교예 4에 따른 태양전지에 대하여, Electro Luminance Image를 촬영하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 상기 Electro Luminance Image는 더욱 밝은 빛을 띨수록 태양전지의 전기적 저항 특성이 우수함을 확인할 수 있다. Electro Luminance Image was photographed for the solar cell according to Example 1 and Comparative Example 4, and the result is shown in FIG. It can be confirmed that the electro-luminescence image exhibits better electrical resistance characteristics of the solar cell as the light is brighter.

도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1[도 5의 (a)]의 경우 비교예 4[도 5의 (b)]에 비하여 더 밝은 것으로 나타났다. 즉, 실시예 1의 태양전지는 접촉저항 부분이나 직렬저항 부분 등 전기적 특성이 우수함을 확인할 수 있고, 이를 통해 향상된 효율을 나타낼 수 있음을 예측할 수 있다.As can be seen from FIG. 5, it was found that Example 1 (FIG. 5A) was brighter than Comparative Example 4 (FIG. 5B). That is, it can be confirmed that the solar cell of Example 1 has excellent electrical characteristics such as a contact resistance portion and a series resistance portion, and it can be predicted that the solar cell can exhibit improved efficiency.

시험예Test Example 4 4

(셀 성능 측정)(Cell performance measurement)

실시예 1과 비교예 1 내지 비교예 5에 따른 태양전지에 대하여, lamp source가 150W Xenon arc인 ABET사의 solar simulator를 이용하여 Jsc(mA/㎠), Voc(V), FF(%), 및 Eta(%) 등의 셀 성능을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.Example 1 and Comparative Examples 1 to about 5 solar cells according to, lamp source is using a solar simulator's ABET a 150W Xenon arc J sc (mA / ㎠), V oc (V), FF (%) , And E ta (%) were measured. The results are shown in Table 1 below.

Jsc (mA/㎠)J sc (mA / cm 2) Voc (V)V oc (V) FF (%)FF (%) Eta (%)E ta (%) 실시예 1Example 1 34.7134.71 0.6180.618 77.477.4 16.616.6 비교예 1Comparative Example 1 25.6125.61 0.5920.592 28.628.6 4.34.3 비교예 2Comparative Example 2 28.5528.55 0.5900.590 27.327.3 4.64.6 비교예 3Comparative Example 3 34.1534.15 0.6030.603 56.556.5 11.611.6 비교예 4Comparative Example 4 34.8734.87 0.6000.600 45.845.8 9.69.6 비교예 5Comparative Example 5 34.2934.29 0.6080.608 77.077.0 16.116.1

상기 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 저접촉저항 금속층이 도입되지 않거나 저접촉저항 인쇄층이 낮은 온도에서 소성된 태양전지(비교예 1 및 비교예 2)는 접촉저항의 증가로 인해 필 펙터가 급격히 낮아져 낮은 효율을 보였다. 또한 저접촉저항 인쇄층이 전극 인쇄층의 보호 없이 높은 온도에 노출되었을 경우(비교예 3 및 비교예 4), 높은 비저항의 니켈 실리사이드 또는 산화된 니켈층이 형성됨에 따라 낮은 효율을 보였다. 그리고, 스크린 인쇄로 제조된 경우(비교예 5), Electro Luminance Image에서 확인된 바와 같이, 전기적 저항의 증가로 인해 실시예 1 보다 낮은 효율을 보이는 것으로 확인되었다.
As can be seen from Table 1, the solar cells (Comparative Example 1 and Comparative Example 2) in which the low contact resistance metal layer is not introduced or the low contact resistance printing layer is fired at a low temperature (Comparative Example 1 and Comparative Example 2) And the efficiency was low. In addition, when the low-contact-resistance printed layer was exposed to a high temperature without protection of the electrode print layer (Comparative Example 3 and Comparative Example 4), the nickel silicide or the oxidized nickel layer with high resistivity was formed. In addition, as shown in Electro Luminance Image, it was confirmed that the efficiency was lower than that of Example 1 due to an increase in electrical resistance in the case of screen printing (Comparative Example 5).

Claims (8)

실리콘 기판의 일면에, 전기유체역학 인쇄(electrohydrodynamics printing)에 의해 니켈을 포함하는 저접촉저항 인쇄층을 형성하는 단계;
상기 저접촉저항 인쇄층 상에, 전기유체역학 인쇄에 의해 전극 인쇄층을 형성하는 단계; 및
상기 저접촉저항 인쇄층과 전극 인쇄층이 형성된 실리콘 기판을 소성하여, 니켈 실리사이드(nickel silicide)를 포함하는 저접촉저항 금속층과 전극층을 동시에 형성하는 단계
를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
Forming a low contact resistance printed layer comprising nickel on one side of a silicon substrate by electrohydrodynamic printing;
Forming an electrode print layer on the low-contact-resistance printed layer by electrohydrodynamic printing; And
Forming a low contact-resistance metal layer including nickel silicide and an electrode layer by firing a silicon substrate having the low-contact-resistance printed layer and the electrode printed layer formed thereon;
Wherein the method comprises the steps of:
제 1 항에 있어서,
상기 저접촉저항 인쇄층은 니켈 함유 잉크를 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 실리콘 기판 상에 인쇄하고 건조하는 공정에 따라 형성되는, 태양전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the low contact resistance printing layer is formed according to a process of printing and drying the nickel-containing ink on the silicon substrate through electrohydrodynamic printing.
제 1 항에 있어서,
상기 전극 인쇄층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 잉크를 전기유체역학 인쇄를 통해 상기 저접촉저항 인쇄층 상에 인쇄하고 건조하는 공정에 따라 형성되는, 태양전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode print layer comprises an ink containing at least one metal selected from the group consisting of silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), tin (Sn) Wherein the low-contact-resistance printing layer is formed by dynamically printing and printing on the low-contact-resistance printing layer.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 잉크는 10 내지 50,000 cP의 점도를 갖는, 태양전지의 제조 방법.
The method according to claim 2 or 3,
Wherein the ink has a viscosity of 10 to 50,000 cP.
제 1 항에 있어서,
상기 소성은 550 내지 1000 ℃의 온도 하에서 5 내지 30 분 동안 수행되는, 태양전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the firing is performed at a temperature of 550 to 1000 DEG C for 5 to 30 minutes.
제 1 항에 있어서,
상기 소성은 산소 분위기 하에서 수행되는, 태양전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the firing is performed in an oxygen atmosphere.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 기판은 반사 방지층을 더 포함하는, 태양전지의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon substrate further comprises an antireflection layer.
제 7 항에 있어서,
상기 실리콘 기판의 반사 방지층을 식각하여 전극 형상의 개구부를 형성하는 단계를 더욱 포함하고,
상기 저접촉저항 인쇄층은 상기 개구부 상에 형성되는, 태양전지의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Further comprising the step of forming an electrode-shaped opening by etching the antireflection layer of the silicon substrate,
And the low contact-resistance printed layer is formed on the opening.
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