KR101562918B1 - 태양 전지 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

태양 전지 장치 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기적 특성을 향상시켜 태양 전지 장치의 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양 전지 장치는 실리콘 웨이퍼와, 상기 실리콘 웨이퍼의 상/하부면 각각에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층 하부에 형성된 제1 전극과, 상기 반도체층 상부에 형성되며, 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말, 글래스 프릿, 유기 비히클이 혼합된 전극 형성용 페이스트로 형성된 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
태양 전지 장치, 전극 형성용 페이스트, 비구형 분말

Description

태양 전지 장치 및 그의 제조 방법{SOLAR CELL DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전기적 특성을 향상시켜 태양 전지 장치의 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 빛에너지, 특히 태양에너지를 이용하는 전지는 무한정, 무공해의 태양광을 직접 전기에너지로 활용할 수 있게 하는 에너지로 각광받고 있다. 현재 가장 널리 사용되고 있는 에너지원인 석유, 석탄 등 화석연류의 경우 매장량의 한계와 지역적인 편중성, 사용시 발생하는 이산화탄소 가스에 의한 환경오염 등의 문제가 있고, 국내에서 전기 에너지원으로 확대되고 있는 원자력 발전의 경우 안전성과 핵폐기물 처리 등의 문제로 선진국에서는 보급 규모를 현재의 수준으로 동결하고 있는 실정이다. 이러한 기존 에너지의 문제점을 해결하기 위하여, 선진국에서는 2000년대의 실용화를 목표로 비소모성, 무공해의 대체 에너지 개발에 박차를 가하고 있다.
태양 전지 장치는 기판 상에 P형 반도체층 및 N형 반도체층을 포함하는 반도체층을 사이에 두고 제1 전극과 제2 전극을 구비한다. 이러한 태양 전지 장치는 입사되는 태양광이 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 흡수되어 전자-정공이 생성된다. P형 및 N형에 의해 생성된 내부 전계(Built-in potential)에 의해 전자와 정공은 각각 N형과 P형 반도체로 이동되어 이를 이용하는 것이다.
이와 같은 태양 전지 장치의 효율을 높이기 위해서 탭 밀도가 높은 2종이상의 크기 분포를 갖는 금속 입자를 포함한 페이스트를 적용하여 입자의 소결 특성을 향상시키고, 태양 전지의 효율을 개선하기 위한 시도가 있었으나, 적용된 금속 입자는 모두 구형으로서, 탭 밀도가 5g/cc 이상을 갖지 않을 경우 동일한 특성 확보가 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기적 특성을 향상시켜 태양 전지 장치의 효율을 증가시킬 수 있는 태양 전지 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양 전지 장치는 실리콘 웨이퍼와, 상기 실리콘 웨이퍼의 상/하부면 각각에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층 하부에 형성된 제1 전극과, 상기 반도체층 상부에 형성되며, 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말, 글래스 프릿, 유기 비히클이 혼합된 전극 형성용 페이스트로 형성된 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전도성 분말은 은(Ag), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 납(Pb), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말은 구형 분말과 비구형 분말로 혼합되며, 상기 구형 분말은 구형의 입자이며, 단일 입계 또는 두 가지 이상의 복합 입계를 혼합하여 사용하며, 상기 비구형 분말은 판상형, 별형, 덴드라이트 형은 입자인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 구형 분말은 평균입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 상기 전극 형성용 페이스트 중량 중 50~90wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비구형 분말은 평균입경이 1~5㎛의 범위를 가지며, 상기 전극 형성용 페이스트 중량 중 1~30wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 글래스 프릿은 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계 및 Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2계 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 글래스 프릿은 평균 입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 전극 형성용 페이스트의 중량 중 1~20wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기 비히클은 폴리머, 솔벤트, 첨가제로 구성되며, 첨가제로는 소포제, 분산제, 가소제, 요변성 재료 및 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유기 비히클은 전극 형성용 페이스트의 중량에 10~70wt%로 포함되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양 전지 장치의 제조 방법은 실리콘 웨이퍼의 상/하부면 각각에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 하부에 제1 전극을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 상부에 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말, 글래스 프릿, 유기 비히클이 혼합된 전극 형성용 페이스트로 형성된 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반도체층 상부에 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말, 글래스 프릿, 유기 비히클이 혼합된 전극 형성용 페이스트로 형성된 제2 전극을 형성하는 단계는 상기 유기 비히클을 준비하는 단계와, 상기 유기 비히클에 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자로 형성된 전도성 분말과, 글래스 프릿을 혼합하는 단계와, 상기 혼합물을 1~12시간동안 숙성하는 단계와, 상기 숙성된 혼합물을 3롤밀을 통해 제2차 혼합 및 분산하는 단계와, 상기 2차 혼합된 상기 혼합물을 필터링 및 탈포를 통해 전극 형성용 페이스트를 형성하는 단계와, 상기 전극 형성용 페이스트를 스크린 인쇄 및 건조시키는 단계와, 상기 건조된 전극 형성용 페이스트와 상기 실리콘 웨이퍼를 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전도성 분말은 은(Ag), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 납(Pb), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말은 구형 분말과 비구형 분말로 혼합되며, 상기 구형 분말은 구형의 입자이며, 단일 입계 또는 두 가지 이상의 복합 입계를 혼합하여 사용하며, 상기 비구형 분말은 판상형, 별형, 덴드라이트 형은 입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구형 분말은 평균입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 상기 전극 형성용 페이스트 중량 중 50~90wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 비구형 분말은 평균입경이 1~5㎛의 범위를 가지며, 상기 전극 형성용 페이스트 중량 중 1~30wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 글래스 프릿은 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계 및 Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2계 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 글래스 프릿은 평균 입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 전극 형성용 페이스트의 중량 중 1~20wt%로 포함된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유기 비히클은 폴리머, 솔벤트, 첨가제로 구성되며, 첨가제로는 소포제, 분산제, 가소제, 요변성 재료 및 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유기 비히클은 전극 형성용 페이스트의 중량에 10~70wt%로 포함되도록 형성되며, 보다 바람직하게는 10~30wt%로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양 전지 장치 및 그의 제조 방법은 구형 분말 및 비구형 분말로 혼합된 전도성 분말, 유기 비히클, 글래스 프릿을 포함하는 전극 형성용 페이스트로 전극을 형성한다. 여기서, 전도성 분말은 구형 분말 및 비구형 분말의 최적화된 분말 혼합비를 확립함으로써 우수한 전기적인 특성을 가진다. 즉, 전기 전도성이 우수하도록 입자의 크기가 서로 다른 두 가지 분말을 서로 일정 비율로 혼합함으로써 물리적으로 접촉하는 접촉면을 넓혀줌으로써 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지 장치를 나타낸 도면이다.
도 1를 참조하면, 태양 전지 장치는 실리콘 웨이퍼(100)와, P형 반도체층(112) 및 N형 반도체층(120)을 포함하는 반도체층과, 제1 전극(124)과, 제2 전극(114)과, 반사 방지막(122)을 구비한다. 이러한, 태양 전지 장치는 입사되는 태양광이 반도체층(112,120)으로 흡수되면, 그 빛 에너지에 의해 반도체층(112,120) 내에서 전자-정공(-,+)이 생성된다. 전자-정공(-,+)은 반도체층(112,120)의 에너지 준위차로 인해 계면으로 이동하게 되어 전류의 흐름이 발생한다. 구체적으로, 반도체층(112,120) 중 전자(-)는 N형 반도체층(120) 쪽으로, 정공(+)은 P형 반도체층(112)으로 끌어 당겨져 각각 N형 반도체층(120) 및 P형 반도체층(112) 각각과 접합된 전극(114,124)으로 이동하게 되고, 이 전극들(114,124)을 전선으로 연결하면 전기가 흐르게 되어 전력을 얻을 수 있다.
제1 전극(114)은 실리콘 웨이퍼(100) 후면에 금속 재질로 형성되며, 실리콘 웨이퍼(100)의 농도에 관계없이 오믹 접촉을 형성한다. 제1 전극(114)은 실리콘 웨이퍼(100)를 P형 실리콘 웨이퍼를 이용할 경우에 실리콘 웨이퍼(100)와 접하는 면으로부터 전극 형성 물질이 도핑되어 후면 전계층인 P형 반도체층(112)이 형성될 수 있도록 금속 재질인 예로 들어 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
반도체층은 실리콘 웨이퍼 후면에 형성된 P형 반도체층(112)과, 실리콘 웨이퍼 상면에 형성된 N형 반도체층(120)으로 형성된다. P형 반도체층(122)은 입사광 에 의해서 생성되는 전하 담체를 제1 전극(114)으로 인도하기 위해서 설치한 P형 반도체로 이루어진 층이다. 이러한, P형 반도체층(122)은 실리콘 웨이퍼(100) 하부에 형성되어 전하들이 표면에서 사라지지 않고 모이도록 하여 효율을 증대시킬 수 있다. N형 반도체층(120)은 입사광에 의해 생성된 전하 담체를 제2 전극(124)으로 인도하기 위해 설치한 N형 반도체로 이루어진 층이다.
반사 방지막(122)은 제1 및 제2 전극(114,124) 중 어느 한 전극에 태양광이 반사되는 것을 방지한다.
제2 전극(124)은 N형 반도체층(120) 상에 최적화된 분말 혼합비로 구성된 전극 형성용 페이스트로 형성된다. 전극 형성용 페이스트는 적어도 두 가지의 형상이 다른 분말 입자를 가지는 전도성 분말, 글래스 프릿(Glass frit) 및 유기 비히클(Organic Vehicle)를 포함하여 이루어진다.
이때, 전도성 분말으로는 은(Ag), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 납(Pb), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로 이용할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예로 전극 형성용 페이스트는 구형 은 분말(Spherical silver powder)과 비구형 은 분말(Nonspherical silver powder)로 혼합된 은(Ag) 전도성 분말, 글래스 프릿(Glass frit) 및 유기 비히클(Organic Vehicle)를 포함하여 이루어진 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
은 전도성 분말은 평균입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지는 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 50~90wt%로 포함되도록 형성되며, 평균입경이 1~5㎛의 범위를 가지는 비구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 1~30wt%로 포함되도록 형성된다.
구형 은 분말은 일반적인 구형을 사용하며, 단입 입계 또는 두 가지 이상의 복합 입계를 혼합하여 사용할 수 있다. 비구형 은 분말은 판상형, 별형, 덴드라이트 형은 입자 등으로 형성됨으로써 종횡비를 높이는데 기여하며 제2 전극이 뛰어난 전기적인 특성을 가질 수 있게 된다.
글래스 프릿은 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계 및 Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2계 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된다. 글래스 프릿은 평균 입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 전극 형성용 페이스트의 중량 중 1~20wt%로 포함되도록 형성된다.
유기 비히클은 폴리머 및 솔벤트로 구성되며, 이 밖에 소포제, 분산제, 가소제, 요변성 재료 및 이들의 조합 중 어느 하나로 형성된다. 유기 비히클은 전극 형성용 페이스트의 중량 중 10~70wt%로 포함되도록 형성된다.
위와 같은 조건을 가지는 전극 형성용 페이스트로 제2 전극을 형성함으로써 표면 저항이 낮아지는 즉, 전기적 특성이 향상된다. 이를, 표 1 내지 표 3를 결부하여 설명하기로 한다. 하기 [표 1] 내지 [표 3]에 기재된 표면 저항의 수치는 4-point probe를 통해 측정한 수치이며, 표 1 내지 표 3에 기재된 은 분말의 조성비는 페이스트 총 질량에서의 비율이다.
Ag1(wt%) 표면 저항(mΩ/□)
제1 시료 70wt% 6.31
제2 시료 80wt% 5.51
[표 1]은 전극 형성용 페이스트에 구형 은 분말이 단일 입계(Ag1)로 형성되었을 경우에 표면 저항을 나타내고 있다.
제1 시료는 단일 입계의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 70wt%를 포함하도록 형성했으며, 제2 시료는 단일 입계의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 80wt%를 포함하도록 형성했다. 또한, 전극 형성용 페이스트 중량 글래스 프릿은 5wt%으로 혼합하였으며, 유기 비히클의 양을 제어하여 총 질량비를 조절하였다.
이때, [표 1]에 기재된 바와 같이 은 분말의 조성비를 더 많이 혼합한 제2 시료가 제1 시료에 비해 표면 저항이 낮다. 즉, 단일 입계의 구형 은 분말의 경우에 은 분말의 함량이 증가할수록 표면 저항도가 낮아짐을 알 수 있다.
Ag1(wt%) Ag2(wt%) 표면 저항(mΩ/□)
제3 시료 56wt% 24wt% 4.23
제4 시료 40wt% 40wt% 4.68
제5 시료 24wt% 56wt% 4.91
[표 2]은 전극 형성용 페이스트에 구형 은 분말이 이종의 복합 입계(Ag1,Ag2)로 형성되었을 경우에 표면 저항을 나타내고 있으며, Ag2의 구형 은 분말이 Ag1의 구형 은 분말보다 크기가 작은 입자인 경우를 나타내고 있다. 그리고, 표 2의 제3 내지 제5 시료는 전극 형성용 페이스트 중량 중 은 전도성 분말을 80wt%으로 형성되며, 글래스 프릿은 5wt%, 그리고 유리 비히클은 15wt%가 사용되었다.
제3 시료는 Ag1의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 56wt%를 포함하도록 형성했으며, Ag2의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 24wt%를 포함하도록 형성했다.
제4 시료는 Ag1의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 24wt%를 포함하도록 형성했으며, Ag2의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 56wt%를 포함하도록 형성했다.
제5 시료는 Ag1의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 40wt%를 포함하도록 형성했으며, Ag2의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 40wt%를 포함하도록 형성했다.
이때, [표 2]에 기재된 바와 같이 Ag2의 구형 은 분말이 첨가됨으로 인하여, 단일 입계에서의 표면 저항 대비 더 낮아짐을 알 수 있다. 이는, 단일 입계로 구성된 전극 형성용 페이스트에 비해 작은 입자가 큰 입자 사이의 공극에 들어감으로 인해 충진률이 증가하고 입자 사이의 접촉면이 증가하기 때문이다.
Ag1(wt%) Ag2(wt%) 비구형 Ag(wt%) 표면 저항(mΩ/□)
제6 시료 57.2wt% 19wt% 3.8wt% 3.72
제7 시료 54.5wt% 18.2wt% 7.3wt% 2.43
제8 시료 46.2wt% 15.4wt% 18.4wt% 4.63
[표 3]은 전극 형성용 페이스트에 구형 은 분말이 이종의 복합 입계(Ag1,Ag2)와, 비구형 은 분말이 혼합되었을 경우에 표면 저항을 나타내고 있으며, Ag2의 구형 은 분말이 Ag1의 구형 은 분말보다 크기가 작은 입자인 경우를 나타내고 있다. 그리고, 표 3의 제6 내지 제8 시료는 전극 형성용 페이스트 중량 중 은 전도성 분말을 80wt%으로 형성되며, 글래스 프릿은 5wt%, 그리고 유리 비히클은 15wt%가 사용되었다.
제6 시료는 Ag1의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 57.2wt%를 포함하도록 형성했으며, Ag2의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 19wt%를 포함하도록 형성했으며, 비구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 3.8%를 포함하도록 형성했다.
제7 시료는 Ag1의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 54.5wt%를 포함하도록 형성했으며, Ag2의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 18.2wt%를 포함하도록 형성했으며, 비구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 7.3%를 포함하도록 형성했다.
제8 시료는 Ag1의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 46.2wt%를 포함하도록 형성했으며, Ag2의 구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 15.4wt%를 포함하도록 형성했으며, 비구형 은 분말을 전극 형성용 페이스트 중량 중 18.4%를 포함하도록 형성했다.
즉, 표 3에 기재된 바와 같이 비구형 은 분말을 적절히 혼합함으로 전극의 표면 저항이 낮아짐을 알 수 있다.
상기 표 2 및 표 3에 기재된 바와 같이, 크기가 큰 구형 은 분말(Ag1)이 크기가 작은 구형 은 분말(Ag2) 대비 3배 정도의 중량비로 포함되어 있으며, 비구형 은 분말이 3 내지 10wt% 범위로 포함되어 있을 때 낮은 표면 저항값을 가짐을 알 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 3는 도 2d에 도시된 제2 전극의 제조 방법을 상세히 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a을 참조하면, 실리콘 웨이퍼(100) 후면에 진공열증발(Vacuum Thermal Evaportion) 증착 방법 등의 증착 방법을 통해 제1 전극(114)이 형성된다. 제1 전극(114)은 금속 재질로 형성되며, 예로 들어 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(100) 후면과 제1 전극(114) 사이에 형성된 P형 반도체층(112)과, 실리콘 웨이퍼(100) 상면에 n- 불순물을 도핑하여 형성된 N형 반도체층(120)으로 이루어진 반도체층이 형성된다.
구체적으로, 금속 재질의 알루미늄이 태양 전지의 제조시 열처리 과정 및 동작온도가 상승할 때 알루미늄이 P형 실리콘 웨이퍼(100) 내부로 확산되어 후면 전계층인 P형 반도체층(112)이 형성된다. 또한, N형 반도체층(120)은 인산을 포함한 용액(H3PO4+초순수 물)을 P형 실리콘 웨이퍼(100)의 전면 상부에 도포한 후, 벨트 퍼니스를 사용해 850~900℃의 온도에서 일정 시간동안 열처리하여 형성된다.
도 2c를 참조하면, N형 반도체층(120)이 형성된 실리콘 웨이퍼(100) 상면에 입사된 광이 반사되는 것을 방지하는 반사 방지막(122)이 형성된다.
구체적으로, N형 반도체층(120) 상에 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 화학기상증착법(CVD) 및 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 실리콘나이트라이드로 반사 방지막(122)이 형성된다.
도 2d를 참조하면, 반사 방지막(122)이 형성된 실리콘 웨이퍼(100) 상면에 스크린 인쇄 방법으로 제2 전극(124)이 형성된다. 제2 전극(124)은 비구형 분말(Nonspherical silver powder) 및 구형 분말(Spherical silver powder)로 혼합된 전도성 분말, 글라스 프릿(Glass frit) 및 유기 비히클(Organic Vehicle)으로 이루어진 전극 형성용 페이스트로 인쇄한 후, 건조 및 소성하여 형성된다. 이때, 전도성 분말으로는 은(Ag), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 납(Pb), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로 이용할 수 있다. 이를, 도 3을 결부하여 제2 전극이 형성되는 방법을 설명하기로 한다.
우선, 바인더인 폴리머를 솔벤트에 용해한 후, 프리믹싱(Premixing)하여 유기 비히클을 준비한다.(S2 단계) 이때, 유기 비히클은 폴리머 및 솔벤트로 구성되며, 이 밖에 소포제, 분산제, 가요제, 요변성 재료 및 이들의 조합 중 어느 하나로 형성된다. 유기 비히클은 전극 형성용 페이스트 중량 중 10~70wt%로 포함된다.
다음, 준비된 유기 비히클에 비구형 분말 및 구형 분말로 혼합된 전도성 분말, 글래스 프릿을 첨가한다.(S4 단계)
구체적으로, 구형 분말은 일반적인 구형을 사용하며, 단일 입계 또는 두 가지 이상의 복합 입계를 혼합하여 사용할 수 있다. 비구형 분말은 판상형, 별형, 덴드라이트 형은 입자 등으로 형성된다. 구형 분말은 평균입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 전극 형성용 페이스트 중량 중 45~90wt%로 포함되며, 바람직하게는 45~78wt%로 포함되고, 비구형 분말은 평균입경이 1~5㎛의 범위를 가지며, 전극 형성용 페이스트 중량 중 1~30wt%로 포함된다.
또한, 글래스 프릿은 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계 및 Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2계 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성된다. 글래스 프릿은 평균 입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 페이스트에 1~20wt%에 포함된다. 이때, 글래스 프릿의 연화점은 300~600℃이다.
한편, 위와 같이 형성된 혼합물을 적절히 분산시키기 위해 1~12시간 동안 숙성(Aging)시킨다.
이후, 숙성된 혼합물은 3롤밀(3 Roll Mill)을 통해 기계적으로 제2차 혼합 및 분산되도록 한다.(S6 단계) 이어서, 3롤밀을 통해 2차 혼합된 혼합물은 필터링(Filtering) 및 탈포를 통해 전극 형성용 페이스트가 형성된다.(S8 단계)
이와 같이 S2 단계 내지 S8 단계를 통해 형성된 전극 형성용 페이스트를 실리콘 웨이퍼 표면에 스크린 인쇄를 통해 인쇄되고, 80~200℃에서 1~30min 동안 건조된다.(S10 단계)
마지막으로, 건조된 전극 형성용 페이스트와 실리콘 웨이퍼는 700~900℃에서 급속 열처리된다.(S12 단계)
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지 장치를 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 도 2d에 도시된 제2 전극의 제조 방법을 상세히 설명하기 블록도이다.
<도면의 주용 부분에 대한 부호 설명>
100 : 실리콘 웨이퍼 112 : P형 반도체층
114 : 제1 전극 120 : N형 반도체층
122 : 반사 방지막 124 : 제2 전극

Claims (12)

  1. 실리콘 웨이퍼와;
    상기 실리콘 웨이퍼의 상/하부면 각각에 형성된 반도체층과;
    상기 반도체층 하부에 형성된 제1 전극과;
    상기 반도체층 상부에 형성되며, 크기가 다른 구형의 전도성 분말, 비구형의 전도성 분말, 글래스 프릿, 유기 비히클이 혼합된 전극 형성용 페이스트로 형성된 제2 전극을 포함하고,
    상기 크기가 다른 구형의 전도성 분말 중, 크기가 큰 구형의 전도성 분말의 중량이 크기가 작은 구형의 전도성 분말의 중량 대비 1 내지 3배이며,
    상기 비구형의 전도성 분말의 중량이 상기 전극 형성용 페이스트 중량 중 3 내지 10wt%로 포함되는 태양 전지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 분말은 은(Ag), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 금(Au), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 백금(Pt), 납(Pb), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금으로 이용하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 비구형 전도성 분말은 판상형, 별형, 덴드라이트 형이며,
    평균입경이 1~5㎛의 범위인 태양 전지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구형의 전도성 분말은 평균입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 상기 전극 형성용 페이스트 중량 중 50~90wt%인 태양 전지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 글래스 프릿은 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계 및 Bi2O3-B2O3-ZnO-SiO2계 중 어느 하나 이상의 조합으로 형성되며,
    상기 글래스 프릿은 평균 입경이 0.5~10㎛의 범위를 가지며, 전극 형성용 페이스트의 중량 중 1~20wt%인 태양 전지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 비히클은 폴리머, 솔벤트, 첨가제로 구성되며, 첨가제로는 소포제, 분산제, 소포제, 분산제, 가소제, 요변성 재료 및 이들의 조합 중 어느 하나로 이루어지며,
    상기 유기 비히클은 전극 형성용 페이스트의 중량에 10~70wt%인 태양전지 장치.
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