KR101600874B1 - 은 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 은 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은 분말; PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 포함하고, TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5인 글래스 프릿; 유기 비히클; 및 특정 성분의 다공성 금속 산화물을 포함함으로써, 우수한 에칭능력을 가지며 에칭이 상대적으로 더 넓은 범위에서 일어나 은의 재결정으로 형성되는 전면전극 영역도 더 넓어지는 특징이 있으며 반사방지막과의 반응을 방해하지 않아 접촉저항을 증가시키지 않음으로써 이를 통해 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 하부 기판의 손상을 방지할 수 있는 은 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.

Description

은 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 태양전지 {Silver Paste Composition and Solar Cell using the same}
본 발명은 높은 전기적 특성 및 전극 특성을 갖는 태양전지 전극을 제조할 수 있는 은 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 전자 소자로, 실리콘 웨이퍼 기판 수광면측에 N+층, 반사방지막 및 전면전극이 형성되어 있고, 반대면측에 P+층과 후면전극이 형성된다. P+층에서 전자 이동도가 더 좋은 이유로 보통 P-N접합을 형성하기 위해 P형 실리콘 웨이퍼 기판 위에 N+층을 형성하게 되지만, N+층과 P+층의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
태양전지 소자에 태양광을 비추면 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생하고, 전자(-)는 N+층으로 정공(+)은 P+층으로 각각 이동하게 되는데, 이러한 현상에 의해 P+층과 N+층 사이에 전위차가 발생하게 되고 이때 부하를 연결하면 전류가 발생하는 원리로 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
태양전지의 발전 특성을 높이기 위한 중요한 요소로 전극의 특성을 들 수 있다. 웨이퍼의 양면에 형성되는 전극은 도전성 분말, 글래스 프릿, 유기 비히클을 함유하는 페이스트를 스크린 프린트 법 등을 이용하여 인쇄한 후 건조 및 소성공정을 통해 형성되는데, 전면 전극의 경우 주로 전도도가 좋은 은(Ag) 페이스트를 이용하여 열처리를 수행한다. 태양전지의 전극은 실리콘 웨이퍼 위에 입혀지므로, 전극은 실리콘과 전기적으로 음성접촉을 이루어야 하고 접착력이 좋아야한다. 전극형성시 은 성분이 P-N 접합 중 표면층 내부까지 어느 정도 침투할 수 있어야 생성된 전기 에너지를 최대한 회수할 수 있다.
한편, 실리콘 태양전지의 고효율화를 위하여 얕은 에미터(shallow emitter) 및 선택적 에미터(selective emitter) 등의 다양한 방법이 개발되고 있다. 얕은 에미터는 60 내지 120Ω/sq의 높은 면저항의 에미터층을 말하는데, 재결합율이 낮고 단파장의 태양광을 이용할 수 있는 장점이 있다.
결정질 실리콘 태양전지에서 기판 위에 형성된 에미터층은 기판을 베이스로 하여 pn 접합(pn junction)을 이루는 것인데, High Rs cell은 면저항(Sheet Resistance)이 60 내지 120Ω/sq로서, 종래 결정질 태양전지의 에미터층의 면저항이 40 내지 50Ω/sq인 것에 비해 높기 때문에 광전변환 효율이 우수하다. 즉, 고효율 태양전지는 태양전지의 기판 전면에 형성된 에미터층 중 표면층에 dead layer(생성된 전자가 여분의 반도체 볼순물 농도에 의해 전류 형성에 방해를 받는 영역)가 생기는 부분을 작게 하므로 태양전지의 효율을 높인다.
이러한 고효율 태양전지의 에미터층 두께는 100 내지 500nm이고, 에미터층의 반도체 불순물의 농도는 1x1016 내지 1x1021 atom/cm3 일 수 있다. 고효율 태양전지는 종래 태양전지의 제조 공정에서 에미터의 두께를 초박형으로 상기와 같이 얇게 형성하고 에미터를 이루는 반도체 불순물의 도핑 농도를 낮게 도핑함으로써 제조할 수 있다.
그러나 일반적인 태양전지 셀의 에미터층의 두께는 600nm 이상인데 반하여 고효율 태양전지의 에미터층의 두께는 100 내지 500nm로 매우 초박형이기 때문에 고효율 태양전지에 전극을 형성할 때 얇은 두께의 에미터층을 지나 베이스 기판에 전극이 접촉되어 단락되기 쉬운 문제점이 있다. 즉, 얇은 두께를 가지는 에미터층을 포함하는 고효율 태양전지를 상업적으로 이용하기 위해서는 얇아진 에미터층의 접촉을 쉽게 하면서도, 베이스인 실리콘 기판에 전극이 접촉되어 단락되는 상태를 방지하는 공정이 요구된다.
얇은 에미터의 전면전극을 형성하기 위하여 은 분말, 유기바인더, 글래스 프릿(glass frit) 등을 함유하는 은(Ag) 페이스트가 사용되고 있다. 그러나, 은 페이스트를 사용하는 경우 글래스 프릿으로 인하여 저항접점(Ohmic contact)성이 나쁘고, 심할 경우 단락이 생기게 되는 단점이 있다. 특히 전면전극의 접촉부를 형성하는 데는 쇼트 기간 동안 대략 800℃의 고온 공정이 필요한데, 이 고온 공정이 정확하게 조정되지 않으면 높은 직렬 저항(high serial resistance) 또는 낮은 션트 저항(lower shunt resistance)이 일어나게 된다.
상기 은 페이스트로는 종래에는 글래스 프릿 분말과 은 분말을 단순히 혼합하여 제조하거나, 여기에 무기첨가제로 금속 산화물을 첨가하여 사용하였는데, 형성된 전극과 기판과의 사이의 저항의 억제 효과에 한계가 있다. 따라서, 여전히 전극에 적용 시 고효율을 달성하기에 어려움이 있다.
예를 들어, 전면전극을 형성하기 위해 무기첨가제로 아연 산화물을 포함하는 페이스트 조성물이 미국공개특허 2008-0223446에 개시되어 있다. 상기 미국공개특허는 SiO2 21 내지 29wt%, Al2O3 0.1 내지 8wt%, PbO 50 내지 62wt%, B2O3 7 내지 10wt%, ZnO 0 내지 4wt%, Li2O 0 내지 0.1wt% 및 TiO2 2 내지 7wt%의 조성을 가지는 글래스 프릿과 무기첨가제로 7 내지 100nm의 ZnO를 포함하는 전도성 페이스트를 개시하고 있다. 그러나 상기 문헌에 개시된 페이스트 조성물을 이용한 전면전극은 태양전지의 반사 방지막으로 주로 사용되고 있는 SiN막과의 관통 소성(fire through)이 불충분하고 높은 직렬 저항에 의하여 고효율 태양전지를 달성하기 어려운 문제점이 있다.
미국공개특허 2008-0223446
본 발명은 높은 광변환 효율을 갖는 태양전지를 제조할 수 있고, 높은 부착력 및 낮은 접촉 저항을 갖는 전극을 형성할 수 있는 은 페이스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 은 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 전극이 구비된 태양전지를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
1. 은 분말;
PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 포함하고, TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5인 글래스 프릿;
유기 비히클; 및
하기 화학식 1로 표시되는 다공성 금속 산화물을 포함하는, 은 페이스트 조성물:
[화학식 1] (Na2O)x(MO2)y(TeO2)100-x-y
(상기 식에서, x와 y는 각 성분의 몰비로서, 0<x<33.3, 0≤y≤10이고, M은 Mn, Si, B, Mg, Fe, Ni, Mg, Ca, Bi, Al, Zr, V, Cu, Se, W 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 금속이다.)
2. 위 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 PbO와 TeO2를 합계 50 내지 70wt%, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 합계 30 내지 50wt%로 포함하는, 은 페이스트 조성물.
3. 위 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 PbO 35 내지 45wt%, TeO2 15 내지 25wt%, SiO2 10 내지 20wt%, Al2O3 5 내지 15wt%, ZnO 5 내지 10wt% 및 Bi2O3 5 내지 15wt%를 포함하는, 은 페이스트 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 B2O3, Li2O, Na2O 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 0 내지 10wt%로 더 포함하는, 은 페이스트 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 전이온도가 400 내지 500 ℃인, 은 페이스트 조성물.
6. 위 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 페이스트 조성물 총 100wt%에 대하여 0.1 내지 10wt%로 포함되는, 은 페이스트 조성물.
7. 위 1에 있어서, 상기 금속 산화물은 페이스트 조성물 총 100wt%에 대하여 0.1 내지 10wt%로 포함되는, 은 페이스트 조성물.
8. 위 1에 있어서, 상기 다공성 금속 산화물의 결정화 온도는 300 내지 500℃인, 은 페이스트 조성물.
9. 위 1에 있어서, 상기 다공성 금속 산화물은 TeO2 의 전구체로 금속텔루르화물을 포함한 금속 산화물 형성용 조성물을 가열 산화 처리한 다음, 산처리 하여 얻어지는 것인, 은 페이스트 조성물.
10. 위 1에 있어서, 은 분말의 탭밀도가 4.5 내지 5.5g/cm3인 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.
11. 위 1 내지 10 중 어느 한 항의 은 페이스트 조성물로 형성된 태양전지용 전면 전극.
12. 위 11의 전면 전극을 구비하는 태양전지 소자.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 우수한 에칭능력을 가지며, 에칭이 상대적으로 더 넓은 범위에서 일어나 은의 재결정으로 형성되는 전면전극 영역도 더 넓어지는 특징이 있으며, 반사방지막과의 반응을 방해하지 않아 접촉저항을 증가시키지 않고, 기판과 전면 전극 사이 접촉 저항도 종래의 기술보다 저하시킨다. 이를 통하여, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 은 페이스트 조성물은 보다 저온에서 결정화되는 금속 산화물을 포함하여, 전면 전극 형성시에 발생할 수 있는 하부 기판의 손상을 최소화할 수 있고, 은의 결정화를 촉진시켜 태양 전지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공하는 은 페이스트 조성물은 기판과 전면 전극 사이의 접촉 강도를 개선시켜 전극의 부착력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제조예 18의 금속 산화물의 결정화 온도 피크를 나타낸 것이다.
도 2는 제조예 31의 금속 산화물의 결정화 온도 피크를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1의 은 페이스트 조성물로 제조한 태양 전지 전면 전극의 단면 SEM사진 이다.
도 4는 비교예 Ⅳ-5의 은 페이스트 조성물로 제조한 태양 전지 전면 전극의 단면 SEM사진 이다.
본 발명은 은 분말; 글래스 프릿; 유기 비히클; 및 금속 산화물을 포함하고, 특히 PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 함유하고 TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5인 글래스 프릿 및 특정 성분의 다공성 금속 산화물을 사용하는데 특징이 있는 은 페이스트 조성물, 이를 이용한 태양전지 전극 및 태양전지에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
은(Ag) 분말은 태양전지 전면전극을 형성하기 위한 조성물에 있어서 전기적 특성을 부여하는 도전성 금속으로, 본 발명에서 상기의 은 분말에는 순수한 은 분말 외에도 산화 은, 은 합금, 은 화합물 및 기타 소성에 의해 은 분말의 석출이 가능한 물질도 포함되며, 상기 물질을 단독 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
은 분말의 형상은 당분야에 알려진 형상이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다. 예를 들면 구형, 플레이크(flake)형, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
은 분말의 입경은 원하는 소결 속도와 전극을 형성하는 공정에 있어서의 영향 등을 고려하여 적절한 범위로 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예를 따르면 상기 은 분말의 평균입경(d50)은 약 0.5 내지 4㎛의 크기를 가질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 은 분말은 탭밀도(Td, ASTM B319-06)가 4.5 내지 5.5g/cm3인 것에서 선택되는 것이 바람직하다. 은 분말의 탭밀도가 상기 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 은 페이스트로 제조된 태양전지의 광변환 효율이 더욱 극대화될 수 있다. 본 발명의 은 분말은 바람직한 탭밀도의 은 분말을 단독으로 사용하거나 혹은 2종 이상의 평균입경이 다른 은 분말을 비율에 따라 혼합하여 사용할 수 있다. 혼합되는 경우 혼합된 전체 은 분말의 탭밀도가 전술한 범위에 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
은 분말의 순도는 80% 이상, 바람직하게는 95% 이상인 은 분말을 사용할 수 있으나, 전극으로서 통상 요구되는 조건을 만족시키기 위한 순도라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
은 분말은 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 60 내지 95wt%, 바람직하게는 70 내지 약 85wt%로 함유될 수 있다. 상기 은 분말이 60wt% 미만인 경우에는 페이스트의 점도가 낮아지거나 상분리가 되어 인쇄성에 문제가 있고, 95wt%를 초과하는 경우에는 페이스트의 점도가 높아져 인쇄가 어려워지고 가격이 상승하는 문제가 있을 수 있다.
은 분말은 상기 페이스트 조성물 중에서 유기 용매를 제외한 고형분 중에서는, 고형분 전체 100wt%에 대하여 80 내지 99wt%로 포함될 수 있다.
본 발명의 글래스 프릿은 PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 포함하고, TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5인 것에 특징이 있다.
TeO2는 글래스 프릿의 점도를 낮추고, 페이스트와 반사방지막 사이의 반응성을 조절하는 역할을 수행한다. 계면 반응시 유리 성분의 점도가 낮은 경우 PbO와 반사방지막 사이의 접촉 확률을 높여 더 많은 영역에서 에칭이 일어날 수 있다.
또한, 본 발명은 TeO2와 PbO를 병용한다. 글래스 프릿에 TeO2를 단독으로 사용하는 경우 광변환 효율이 증대되는 반면 부착력이 저하되는 문제점이 있다. 그러나 본 발명은 PbO를 병용함으로써 이러한 문제를 해결한다. PbO는 태양전지의 광변환 효율을 저하시키지 않으면서 부착력의 저하를 방지한다.
본 발명에 있어서, TeO2:PbO의 중량비는 1:1.7 내지 2.5이다. 상기 함량범위 내에서 우수한 에칭능력을 가지고, 과잉에칭에 의한 션트(shunt) 문제가 발생하지 않으며, 반사방지막과의 반응을 방해하지 않아 접촉저항을 낮춰 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다. TeO2:PbO의 중량비가 1:2.5를 초과하여 PbO 성분이 많은 경우에는 과잉 에칭에 의해 에미터층을 관통하여 이른바 션트(shunt)가 발생하여 에미터층이 파괴되는 문제점이 발생하고, 반대로 TeO2:PbO의 중량비가 1:1.7 미만으로 TeO2 성분이 많은 경우에는 낮은 전이온도(Tg, ℃)를 가지고 낮은 점도로 넓은 범위에서 에칭이 일어나지만 에칭능력이 감소하여 반사방지막과의 반응을 방해하게 되어 접촉저항을 증가시킴으로써 광변환 효율이 감소하는 문제점이 발생한다.
본 발명의 글래스 프릿에 있어서, TeO2와 PbO외에 더 포함되는 SiO2, Al2O3, ZnO 및 B2O3는 계면반응시 안정한 유리상을 형성시키고, 기판과 전극 사이 부착력을 증가시킨다.
바람직하게는, 본 발명의 글래스 프릿은 PbO와 TeO2의 합이 50 내지 70wt%, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3의 합이 30 내지 50wt%로 함유될 수 있다. PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3 성분의 함량이 상기의 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 글래스 프릿을 포함하는 은 페이스트로 제조된 태양전지의 광변환 효율이 극대화되는 장점이 있다.
보다 상세하게는, 본 발명의 글래스 프릿은 PbO 35 내지 45wt%, TeO2 15 내지 25wt%, SiO2 10 내지 20wt%, Al2O3 5 내지 15wt%, ZnO 5 내지 10wt% 및 Bi2O3 5 내지 15wt%로 함유될 수 있다. PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3 성분의 함량이 상기의 범위 내에 포함되는 경우에, 상기 글래스 프릿을 포함하는 은 페이스트로 제조된 태양전지의 광변환 효율이 극대화되는 장점이 있다.
필요에 따라, 본 발명의 글래스 프릿은 B2O3, Li2O, Na2O 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 0 내지 10wt%로 더 포함할 수 있다. B2O3, Li2O, Na2O 및 ZrO2는 계면반응시 안정한 유리상을 형성시키고, 기판과 전극 사이 부착력을 더욱 강화할 수 있다.
본 발명의 구성성분에 의한 글래스 프릿은 에칭이 상대적으로 더 넓은 범위에서 일어나 은의 재결정으로 형성되는 전면전극의 영역도 더 넓어지는 특징이 있으며, 기판과 전면 전극 사이 접촉 저항도 종래보다 더 저하시켜 태양전지의 효율을 우수하게 하며, 기판과 전면 전극 사이의 접촉 강도도 더 개선시키게 된다.
글래스 프릿은 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 0.1 내지 10wt%로 함유될 수 있다. 상기 함량 범위 내에서 계면 반응시 충분한 낮은 점도를 유지하고, 기판과 전면전극 사이의 접촉저항을 매우 낮게 하며, 우수한 접촉 강도를 유지할 수 있다.
글래스 프릿의 각 구성 성분들은 대기압하에 함께 용융시키는 공정을 통해 분자간 결합이 끊어지게 되어 금속 산화물로서의 성질을 잃게 되며, 용융 상태에서 각 성분들이 균일하게 혼합되어 이후 냉각 과정을 통해 전체적으로 유리질 성질을 갖게 된다. 상기 용융 공정에 있어서, 용융 온도는 각 구성 성분들이 모두 충분히 용융되는 온도이면 특별한 제한 없이 선택될 수 있다. 예를 들어, 약 900 내지 1,500℃일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 용융 공정에 있어서, 용융 시간은 상기의 용융 온도를 유지하여 모든 성분이 충분히 용융되는 시간이라면 특별한 제한이 없으며 구성성분 및 용융 온도에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 약 10분 내지 1시간일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 고체상의 글래스 프릿은 통상적으로 분말상으로 분쇄하여 사용된다. 용융 후 냉각을 통해 얻는 글래스 프릿은 당 분야의 통상적인 분쇄방법을 사용해 분쇄될 수 있다. 예를 들면, 효율적인 분쇄를 위해 공정을 2단계로 나누어 글래스 프릿의 분쇄가 수행될 수 있다. 이 경우 1차 및 2차 분쇄는 동일한 공정이 반복될 수도 있고, 1차 분쇄는 조분쇄, 2차 분쇄는 미분쇄로 구분하여 수행될 수도 있다. 여기에서 조분쇄는 일정한 평균 입경으로 제한되는 것이 아니고, 미분쇄의 방법에 따라 미분쇄가 용이하도록 적당한 크기로 고체상 글래스 프릿을 분쇄하는 것을 의미한다. 미분쇄는 조분쇄된 글래스 프릿을 원하는 평균 입경을 갖는 글래스 프릿 분말로 분쇄하는 공정이다. 각 분쇄 공정은 필요에 따라 건식 또는 습식 분쇄가 이용될 수 있다. 습식분쇄에는 당 분야에서 통상적으로 알려진 물 또는 에탄올 등이 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 분쇄 후 글래스 프릿의 평균 입경은 예를 들면 약 1 내지 10㎛일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 글래스 프릿의 입경이 상기 범위내에 속할 때 금속 페이스트 상에 비교적 균일하게 분산되어 계면반응을 효율적으로 일으킬 수 있다.
유기 비히클은 바인더와 용매를 포함한다.
바인더는 전극 패턴 소성 전에, 각 성분의 결합재로 기능하는 것으로, 균일성을 위해 현탁 중합에 의해 제조하는 것이 바람직하다.
상기 바인더로는 카르복실기를 포함하는 수지, 예를 들어 에틸렌성 불포화 이중 결합을 갖는 카르복실기 함유 감광성 수지 및 에틸렌성 불포화 이중 결합을 갖지 않는 카르복실기 함유 수지를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 불포화 카르복실산 화합물 및 불포화 이중 결합을 갖는 화합물의 공중합체인 카르복실기 함유 감광성 수지, 불포화 카르복실산 화합물 및 불포화 이중 결합을 갖는 화합물의 공중합체에 에틸렌성 불포화기를 펜던트기로 부가한 카르복실기 함유 감광성 수지, 또는 불포화 이중 결합을 갖는 산 무수물 및 불포화 이중 결합을 갖는 화합물의 공중합체와 수산기와 불포화 이중 결합을 갖는 화합물의 반응에 의해 얻어지는 카르복실기 함유 감광성 수지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바인더는 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 1 내지 20wt%로 함유될 수 있다. 바인더의 함량이 1wt% 미만인 경우에는 형성되는 전극 패턴 중의 바인더의 분포가 불균일해질 수 있어 선택적 노광, 현상에 의한 패터닝이 곤란해질 수 있고, 20 wt%를 초과하는 경우에는 전극의 소성시 패턴 붕괴를 일으키기 쉽고 소성 후 유기물 잔탄(carbon ash)에 의해 전극의 저항이 상승할 수 있다.
용매는 상기 바인더를 용해시킬 수 있고, 기타 첨가제와 잘 혼합되는 것으로 사용할 수 있다. 예를 들어, a-터피놀(a-Terpinol), 부틸 카비톨 아세테이트(butyl cabitol acetate), 텍사놀(Texanol), 부틸 카비톨(butyl cabitol), 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르(Di-propylene glycol monomethyl ether)등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
용매는 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 1 내지 20wt%로 함유될 수 있다. 상기 용매의 함량이 1 wt% 미만인 경우는 페이스트가 균일하게 도포되기 어려울 수 있고, 20 wt%를 초과하는 경우에는 전극 패턴의 충분한 도전성이 얻어지지 않고 기재와의 밀착성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 하기 화학식 1로 표시되는 금속 산화물을 더 포함한다.
[화학식 1]
(Na2O)x(MO2)y(TeO2)100-x-y
상기 식에서, x와 y는 각 성분의 몰비를 나타내는 것으로, 각각 0<x<33.3, 0≤y≤10 범위를 만족하며, M은 Mn, Si, B, Mg, Fe, Ni, Mg, Ca, Bi, Al, Zr, V, Cu, Se, W 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 금속이다.
본 발명에 따른 금속 산화물이 MO2를 더 포함하는 경우 은 페이스트로 제조된 전극의 광변환 효율 및 부착력의 개선에 보다 효과적일 수도 있다. 보다 상세하게는, 금속 산화물이 MO2를 더 포함하는 경우 은 페이스트가 적절하게 습윤되고 적절하게 기판에 접착될 수 있어 전극의 광변환 효율 및 부착력을 더 개선시킬 수도 있다.
화학식 1의 금속 산화물이 첨가되는 경우, 계면 반응시 낮은 점도를 유지시켜 글래스 프릿의 PbO 성분과 반사방지막 사이의 접촉 확률을 높이게 되므로 더 많은 영역에서 에칭이 일어날 수 있다. 에칭이 상대적으로 더 넓은 범위에서 일어나면 은의 재결정으로 형성되는 전면전극의 영역도 더 넓어지므로 기판과 전면 전극 사이의 접촉 저항도 종래보다 더 저하시켜 태양전지의 효율을 우수하게 할 수 있으며, 기판과 전면 전극 사이의 접촉 강도도 더 개선시키게 된다.
또한, 본 발명에 따른 금속 산화물은 내부 또는 표면에 작은 구멍들이 있는 다공성 구조를 갖는다.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 태양전지 전면 전극 제조에 사용될 수 있는데, 후술할 바와 같이 은 페이스트 조성물은 열처리에 의해 반사방지막을 관통하여 에미터층에 접속되고 결정화되어, 전면 전극을 형성하게 된다.
상기 열처리에 의해 은 페이스트 조성물의 온도가 높아지고 유동성을 띠게 되어 반사방지막을 관통하고 에미터층에 접속될 수 있는 것인데, 조성물의 가열 및 유동성 정도가 과한 경우에는 반사방지막 하부의 에미터층도 관통하여 하부 기판을 손상시킬 수 있다.
그러나, 상기 본 발명에 따른 다공성 금속 산화물은 통상의 유리 프릿보다 결정화 온도가 낮아 상대적으로 낮은 온도에서 결정을 형성한다. 이에, 은 페이스트 조성물이 에미터층의 하부로 유동하는 것을 막을 수 있어, 하부 기판의 손상을 억제시킬 수 있다.
결정화 온도(Tc) 피크는 하나 또는 여러 개의 피크로 나타날 수 있는데, 본 명세서에서 결정화 온도는 가장 높은 온도를 나타내는 주 결정화 피크의 온도를 의미한다.
본 발명에 따른 다공성 금속 산화물의 결정화 온도는 예를 들면 300 내지 500℃일 수 있고, 바람직하게는 350 내지 450℃일 수 있다.
또한, 다공성 금속 산화물은 은의 결정화를 촉진시켜, 이에 따른 태양 전지 효율의 향상 효과도 가져올 수 있다.
화학식 1의 금속 산화물의 평균 입경은, 본 발명의 일 실시예를 따르면 약 1 내지 10㎛, 바람직하게는 약 2 내지 5㎛의 크기를 가질 수 있다.
화학식 1의 금속 산화물은 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 0.1 내지 10wt%로 함유될 수 있다. 상기 함량 범위에서 계면 반응시 충분한 낮은 점도를 유지하고, 기판과 전면전극 사이의 접촉저항을 매우 낮게 할 수 있다.
상기 금속 산화물은 상(phase)에 따라 기상법, 액상법 또는 고상법에 따라 제조하여 수득할 수 있으며 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 이 중 기상법은 금속 또는 금속 전구체를 기화시킨 후 산소 등과 반응하는 방법을 의미하는데, 화염연소 분해법(flame combustion pyrolysis), 레이저 기화법, 플라즈마 기화법, 스프레이 열분해법 등으로 구분할 수 있다. 액상법은 수열법(hydrothernal synthesis), 졸겔법 등이 있다. 액상법 중 가장 널리 이용되고 있는 수열법은 물을 반응 매체 또는 반응물로 사용하여 가열 합성하는 방법을 통해 금속 산화물을 제조할 수 있다. 고상법은 소성법(firing), 기계화학적 합성법(mechanochemical synthesis) 등이 있다. 고상법 중 소성법은 전통적인 무기 입자 제조법으로 금속 전구체를 고온의 로(furnace)에서 장시간 열분해, 산화시켜 금속 산화물을 제조한 후 결정화시키고, 다시 미세입자로 파쇄시키는 방법이다. 기계화학적 합성법은 고속 볼 밀링(ball milling)과 같은 고속 고에너지의 기계적 자극에 의해 표면 금속 전구체 표면을 활성화시켜 반응이 일어나도록 하는 방법이다.
금속 산화물이 다공성 구조를 갖도록 하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 금속 산화물 제조시에 TeO2를 직접 사용하지 않고 금속텔루르화물(metal telluride)를 사용함으로써 수행할 수 있다.
금속텔루르화물의 구체적인 예시로는 Ag2Te(silver telluride), ZnTe(zinc telluride), CdTe(cadmium telluride), Au2Te(gold telluride), PtTe(platinum telluride) 등을 들 수 있다.
소성법으로 금속 산화물을 제조하는 경우의 구체적인 예를 들면, TeO2 의 전구체로 금속텔루르화물을 포함한 금속 산화물 형성용 조성물을 가열 산화 처리하여 금속 산화물을 형성하고, 이를 산처리 할 수 있다. 산 처리에 의해 금속텔루르화물 유래 금속이 제거되는데, 이때 상기 금속이 산에 의해 빠져나가면서 내부 또는 표면에 다수의 구멍을 갖는 다공성 구조가 형성될 수 있다. 이후에, 이를 미세입자로 파쇄시켜 금속 산화물로 사용할 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 페이스트 조성물은 무기첨가제로 다른 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. 이러한 금속 산화물은 페이스트 조성물과 결정질 웨이퍼와의 부착력을 향상시키기 위해 첨가될 수 있으며, 예를 들면 아연 산화물(Zinc oxide, ZnO), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide, ZrO2) 또는 이들 혼합물로부터 선택될 수 있다. 이러한 금속 산화물은 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 0.1 내지 10wt%, 바람직하게는 1 내지 5wt%로 함유될 수 있다. 금속 산화물의 평균 입경은(d50) 약 500 내지 1,000nm일 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 페이스트 조성물은 유기 첨가제를 더 포함할 수 있다. 유기 첨가제는 분산제, 증점제, 요변제, 레벨링제 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 분산제로는 BYK사의 DISPERBYK-180, 110, 996, 및 997 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 증점제로는 BYK사의 BYK-410, 411, 420 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 요변제로는 BYK사의 ANTI-TERRA-203, 204, 205 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 레벨링제로는 BYK사의 BYK-3932 P, BYK-378, BYK-306, BYK-3440 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 유기 첨가제는 페이스트 조성물 전체 100wt%에 대하여, 1 내지 20wt%로 함유될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기의 은 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 태양전지용 전면 전극을 제공한다.
전면 전극은 상기의 은 페이스트 조성물을 웨이퍼 기판 상에 인쇄하고 건조 및 소성하는 공정을 통하여 형성된다. 인쇄방법은 스크린 인쇄 등을 이용할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기의 전면 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다.
태양전지는 제 1 도전성 타입의 기판; 상기 기판상에 형성된 제 2 도전성 타입의 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막; 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속되며 상기의 은 페이스트 조성물을 이용하여 제조되는 전면 전극; 및 상기 기판의 배면에 형성된 후면 전극을 포함한다.
제 1 도전성 타입의 기판은 P형 또는 N형에서 선택된다. 제 2 도전성 타입의 에미터층은 기판과 반대 도전형을 가지는 것으로 선택된다. P+층의 형성을 위해서는 3족 원소가 불순물로 도핑되고, N+층의 형성을 위해서는 5족 원소가 불순물로 도핑된다. 예를 들어, P+층 형성을 위해 B, Ga, In이 도핑되고, N+층 형성을 위해 P, As, Sb가 도핑될 수 있다. 상기 기판 및 에미터층 사이 계면에 P-N접합이 형성되고, 이는 태양광을 받아 광기전력효과에 의해 전류를 발생시키는 부분이다. 광기전력효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 P층 및 N층으로 끌어 당겨져 각각 기판 하부 및 에미터층 상부와 접합된 전극으로 이동하며, 전극에 부하를 걸어 여기에서 발생한 전기를 이용할 수 있다.
반사방지막은 태양전지 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 태양광의 반사율이 감소되면 P-N접합까지 도달하는 광량이 증대되어 태양전지의 단락전류가 증가되고, 태양전지의 변환효율이 향상된다.
반사방지막은 예를 들면 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상이 조합된 다중막 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전면 전극과 후면 전극은 공지된 여러 가지 기술에 의해 제조 가능하지만, 바람직하게는 스크린 인쇄법에 의해 형성된다.
전면 전극은 본 발명의 은 페이스트 조성물을 이용하여 전면 전극 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 수행하여 형성한다. 열처리가 수행되면 펀치 스루 현상에 의해 전면 전극이 반사방지막을 뚫고 에미터층과 접속된다.
후면 전극은 도전성 금속으로 알루미늄을 포함하는 페이스트 조성물을 기판 배면에 인쇄한 후 열처리를 수행하여 형성한다. 후면 전극 열처리시에는 알루미늄이 기판 배면을 통해 확산됨으로써 후면 전극과 기판 경계면에 후면 전계층이 형성될 수 있다. 후면 전계층이 형성되면 캐리어가 기판 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있어 태양전지의 변환효율이 향상된다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
[ 제조예 1 내지 17] 글래스 프릿의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 글래스 프릿을 제조하였다. 참고로, 제조예 1 내지 5는 본 발명에 따른 글래스 프릿에 해당한다.
구분 성분(wt%) 전이온도
(Tg,℃)
PbO TeO2 SiO2 Al2O3 ZnO Bi2O3 B2O3 Li2O Na2O ZrO2
제조예1 36.5 18.2 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 1.0 1.9 0.6 410
제조예2 37.5 18.2 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 - 1.9 0.6 434
제조예3 35.5 20.2 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 - 1.9 0.6 428
제조예4 39.4 18.2 13.7 10.3 5.9 10.0 - - 1.9 0.6 464
제조예5 38.1 22.0 13.7 10.3 5.9 10.0 - - - - 458
제조예6 75.0 8.2 10.1 - - - 6.6 - - - 270
제조예7 54.6 0.1 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 1.0 1.9 0.6 352
제조예8 45.5 9.2 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 1.0 1.9 0.6 298
제조예9 50.5 7.1 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 - - 0.6 291
제조예10 9.2 45.5 13.7 10.3 5.9 10.0 1.9 1.0 1.9 0.6 254
제조예11 50.3 15.0 17.3 8.9 6.0 0.6 - - 1.9 - 384
제조예12 45.6 22.8 - 10.3 5.9 10.0 1.9 1.0 1.9 0.6 315
제조예13 42.9 21.8 13.7 10.3 5.9 - 1.9 1.0 1.9 0.6 312
제조예14 36.8 23.3 13.7 10.3 5.9 10.0 - - - - 412
제조예15 36.5 18.1 - - - - 11.9 11.0 11.9 10.6 480
제조예16 51.2 30.1 4.9 4.7 4.3 4.1 - 0.7 - - 271
제조예17 45.6 22.8 10.3 - 5.9 10.0 1.9 1.0 1.9 0.6 326
상기 표 1의 조성으로 볼 밀(ball mill)을 이용하여 혼합하고 80℃에서 건조하였다. 1,000℃에서 용융시킨 후, 상온에서 퀀칭(quenching)하였다. 이를 디스크 밀 방법을 이용하여 조분쇄한 다음, 플라네터리 밀(planetary mill)을 이용하여 미분쇄하여 평균 입경의 크기가 5㎛인 글래스 프릿을 제조하였다.
[ 제조예 18 내지 32] 금속 산화물의 제조
하기 표 2에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 금속 산화물을 제조하였다. 참고로, 제조예 18 내지 25 및 제조예 28 내지 30은 본 발명에 따른 금속 산화물에 해당한다.
구분 성분(몰분율) 전이온도
(Tg,℃)		 결정화온도
(Tc,℃)
Na2O TeO2 ZnO2 WO2 SiO2 BiO2
제조예18 14.3 85.7 - - - - 247 422
제조예19 20 80 - - - - 256 424
제조예20 25 75 - - - - 244 421
제조예21 33.3 66.7 - - - 234 359
제조예22 20 70 10 - - - 283 448
제조예23 20 70 - 10 - - 286 451
제조예24 20 70 - - 10 - 286 439
제조예25 20 70 - - - 10 251 384
제조예26 35 65 - - - - 210 356
제조예27 50 40 10 - - - 201 351
제조예28 28 70 2 - - - 289 429
제조예29 25 70 5 - - - 291 431
제조예30 23 70 7 - - - 299 449
제조예31 14.3 85.7 - - - - 457 688
제조예32 20 80 - - - - 461 691
금속 산화물은 고상법의 소성법(firing)을 이용하여 제조하였다. Na2O 성분의 전구체로는 NaNO3(Aldrich Chemicals, 99.9%)를 사용하고 TeO2 성분의 전구체로는 Ag2Te(silver telluide, Sigma Aldrich. Ltd, 99.9%)를 사용하였다. 화학식 1의 x 및 y가 상기 표 2의 몰분율(mole fraction)이 되도록 투입하고, 회전 밀링 장치(rotary mill)의 회전수(rpm)를 100으로 하여 2시간 동안 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하였다. 300CC의 백금도가니(platinum Cup)에 혼합물을 투입하고, 800℃에서 5시간 동안 반응시켰다. 이때 Ag2Te에 포함된 Ag는 반응과정에서 순수한 Ag 상태의 그래뉼(granule)을 형성하며, 이를 질산 30% 수용액 1L를 이용하여 제거한 후 진공건조하였다. 건조 후 디스크 밀 방법을 이용하여 조분쇄한 다음 고압밀(jet mill)을 이용하여 미분쇄하여 평균 입경의 크기가 1㎛인 금속 산화물을 제조하였다.
제조예 31 및 제조예 32의 금속 산화물은 Ag2Te 대신에 TeO2(Tellurium oxide, Sigma Aldrich. Ltd, 99.9%)를 사용하고, 질산 처리 공정을 수행하지 않은 것을 제외하고는 제조예 18 및 19와 동일한 방법으로 제조하였다.
도 1 및 2를 참조하면, 제조예 18의 금속 산화물은 주 결정화 온도 피크가 422.6℃에서 나타나 결정화 온도가 낮은 것을 확인할 수 있으나, 제조예 34의 금속 산화물은 주 결정화 온도 피크가 688.5℃로 나타나 결정화 온도가 현저히 높았다.
[ 비교예 Ⅰ-1]
은 분말, 제조예 1의 글래스 프릿, 바인더, 용매 및 첨가제를 포함하는 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
은 분말은 Technic사 평균입경(d50) 1.40㎛인 은 입자(상품명 17-574) 55.0wt%와 평균입경(d50) 0.7㎛인 은입자(상품명 17-571) 37.0wt%를 혼합하여 탭밀도 4.8g/cm3로 사용하였다. 글래스 프릿은 표 1의 조성으로 제조예 1에 따라 제조된 글래스 프릿을 3.0wt% 사용하였다. 바인더로는 에틸셀룰로우즈(ethyl cellulose, Dow사 Std 10) 1.0wt%, 용매로는 BCA(butyl carbitol acetate) 3.0wt%를 사용하고, 첨가제로 요변제(BYK사의 Anti-terra 204) 1.0wt%를 혼합하였다. 3-Roll mill을 이용하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
[ 비교예 Ⅰ-2 내지 Ⅰ-5 및 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-12]
하기 표 3에 대응되도록 글래스 프릿을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 Ⅰ-1과 동일하게 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
[ 비교예 Ⅰ-6 내지 Ⅰ-12]
하기 표 3에 대응되도록 은 분말을 혼합비율대로 혼합하여 사용하고, 제조예 4의 글래스 프릿을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 Ⅰ-1과 동일하게 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
구분 은분말 글래스 프릿 바인더 용매 첨가제
종류 함량
(wt%)		 탭밀도
(g/cm3)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)
비교예 Ⅰ-1 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예1 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-2 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예2 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-3 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예3 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-4 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-5 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예5 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-6 (희성금속)
HP0708		 92.0 3.43 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-7 (희성금속)
HP0720		 92.0 3.5 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-8 (희성금속)
HP0708/HP0720		 27.6/64.4 4.61 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-9 (희성금속)
HP0708/HP0720		 55.2/36.8 4.91 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-10 (Technic)
17-571		 92.0 2.6 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-11 (Technic)
17-574		 92.0 5.5 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅰ-12 (Technic)
17-574/17-571		 59.8/32.2 5.2 제조예4 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-1 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예6 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-2 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예7 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-3 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예8 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-4 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예9 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-5 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예10 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-6 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예11 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-7 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예12 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-8 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예13 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-9 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-10 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예15 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-11 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예16 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅱ-12 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예17 3.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
[ 실시예 1 내지 11, 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-8 및 비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-6]
하기 표 4의 조성으로 글래스 프릿을 2.0wt% 사용하고, 금속 산화물을 1.0wt% 첨가한 것을 제외하고는, 비교예 Ⅰ-1과 동일하게 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
구분 은분말 글래스 프릿 금속산화물 바인더 용매 첨가제
종류 함량
(wt%)		 탭밀도
(g/cm3)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)		 종류 함량
(wt%)
실시예1 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예18 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예2 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예19 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예3 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예20 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예4 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예21 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예5 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예22 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예6 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예23 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예7 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예24 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예8 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예25 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예9 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예28 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예10 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예29 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
실시예11 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예30 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-1 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예18 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-2 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예19 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-3 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예20 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-4 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예21 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-5 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예22 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-6 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예23 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-7 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예24 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅲ-8 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예25 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅳ-1 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예26 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅳ-2 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예27 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅳ-3 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예26 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅳ-4 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예14 2.0 제조예27 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅳ-5 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예31 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
비교예 Ⅳ-6 (Technic)
17-574/17-571		 55.0/37.0 4.8 제조예4 2.0 제조예32 1.0 에틸셀룰로오즈 1.0 BCA 3.0 요변제 1.0
[ 시험예 ]
1. 금속 산화물의 BET 비표면적 측정
구분 BET 표면적
(m2/g)
제조예18 1.78
제조예19 1.91
제조예20 1.34
제조예21 1.54
제조예22 1.64
제조예23 1.45
제조예24 1.43
제조예25 1.65
제조예26 1.61
제조예27 1.98
제조예28 1.21
제조예29 1.54
제조예30 1.61
제조예31 0.51
제조예32 0.63
상기 표 5를 참조하면, 제조예 18 내지 30의 금속 산화물은 넓은 BET 표면적을 가지고 있는 것으로 보아, 다공성 구조를 갖는 것을 확인하였다.
그러나, 제조예 31 및 제조예 32의 금속 산화물은 BET 표면적이 좁아, 다공성 구조를 갖지 않는 것으로 확인하였다.
3. 태양전지의 효율 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 은 페이스트 조성물을 사용한 태양전지를 제조하여, 상기 페이스트 조성물의 특성을 하기 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 6 및 표 7에 나타내었다.
태양전지의 제조는 156mm 다결정 실리콘 웨이퍼를 이용하여 관상로(tube furnace)에서 900℃로 POCL3을 사용하는 확산 공정을 통해 인(P)을 도핑하여 100Ω/sq의 시트 저항을 가지는 에미터층을 형성하고, 상기 에미터층 상에 PECVD 방법으로 실리콘 질화막을 80nm 두께로 형성하여 반사방지막을 형성하였다. 알루미늄 페이스트(Toyo Aluminium K. K사 ALSOLAR)를 후면에 스크린 프린팅하였다. 이후 300℃의 벨트 소성로(belt firing)에서 60초간 건조한 후, 900℃의 벨트 소성로에서 60초간 소결하여 30㎛ 두께의 후면전극을 형성하였다.
상기 제조된 태양전지 반사방지막 표면에 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 은 페이스트 조성물을 스크린 프린터를 이용하여 스크린 인쇄한 후 적외선 건조로(infrared firing furnace)를 이용하여 180℃에서 1분간 건조하였다. 다음에, 적외선 건조로를 이용하여 600℃에서 900℃ 사이에서 1분 내지 5분 동안 소성과정을 진행하여 전면 전극을 형성하였다.
(1) 광변환 효율 측정
수득한 태양전지의 전기적 성능은 ASTM G-173-03에 따라 AM 1.5 태양 조건 하에서 미국, NJ, 듀몬트(Dumont)에 소재하는 NPC Incorporated 업체의 솔라 테스터(solar tester), Model NCT-M-180A를 사용하여 측정하고, 측정값을 하기 표 6 및 표 7의 광변환 효율(%)로 나타내었다.
(2) 부착력 측정
수득한 태양전지의 부착력은 상기의 전극형성공정으로부터 형성된 전면전극의 표면에 SnPbAg계 솔더리본(solder ribbon, 2mm 선폭, indium corporation, SUNTABTM)을 이용하여 200℃의 온도로 가온하여 10cm 길이로 부착시키고, 부착된 부분의 한쪽 끝을 잡고 만능시험인장력평가기(COMETECH사 QC-508E)와 180° 방향으로 잡아 당기면서 전극과 솔더리본이 박리될 때까지의 힘(N, newton)을 기준으로 측정하고, 하기 표 6 및 표 7의 부착력(N)으로 나타내었다.
구분 전기적 특성 전극 특성
페이스트 글래스프릿 광변환 효율(%) 부착력(N)
비교예 Ⅰ-1 제조예1 18.71 3.1
비교예 Ⅰ-2 제조예2 18.81 4.0
비교예 Ⅰ-3 제조예3 18.57 4.6
비교예 Ⅰ-4 제조예4 19.02 3.3
비교예 Ⅰ-5 제조예5 18.79 3.1
비교예 Ⅰ-6 제조예4 18.54 3.3
비교예 Ⅰ-7 제조예4 18.58 3.4
비교예 Ⅰ-8 제조예4 19.04 3.1
비교예 Ⅰ-9 제조예4 19.08 3.5
비교예 Ⅰ-10 제조예4 18.51 3.0
비교예 Ⅰ-11 제조예4 19.21 3.0
비교예 Ⅰ-12 제조예4 19.24 3.1
비교예 Ⅱ-1 제조예6 16.80 3.3
비교예 Ⅱ-2 제조예7 12.81 2.8
비교예 Ⅱ-3 제조예8 14.80 2.2
비교예 Ⅱ-4 제조예9 13.80 2.6
비교예 Ⅱ-5 제조예10 15.81 1.8
비교예 Ⅱ-6 제조예11 16.40 1.6
비교예 Ⅱ-7 제조예12 16.81 2.1
비교예 Ⅱ-8 제조예13 17.18 2.4
비교예 Ⅱ-9 제조예14 17.10 2.6
비교예 Ⅱ-10 제조예15 15.31 2.4
비교예 Ⅱ-11 제조예16 18.31 2.4
비교예 Ⅱ-12 제조예17 16.4 2.1
참고로 표 1 및 표 6에서 본 발명에 따른 글래스 프릿을 포함하는 것은 비교예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-12에 해당하고, 본 발명의 범위를 벗어난 글래스 프릿을 포함하는 것은 비교예 Ⅱ-1 내지 Ⅱ-12에 해당한다.
표 1 및 표 6을 참고하면, PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 포함하고, TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5인 본 발명의 글래스 프릿을 이용한 비교예 Ⅰ-1 내지 Ⅰ-5의 경우는 최저 18.57%, 최고 19.02%에 이르는 높은 광변환 효율을 나타내고, 부착력 특성도 3N 이상으로 우수한 것으로 나타났다.
비교예 Ⅱ-1을 보면, TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5 범위를 벗어났을 때 광변환 효율이 크게 떨어지는 것으로 나타났다. 비교예 Ⅱ-2 내지 Ⅱ-6 및 비교예 Ⅱ-9는 광변환 효율이 낮고, 부착력 또한 저하되었다.
비교예 Ⅱ-7, Ⅱ-8, Ⅱ-10 및 Ⅱ-12에서는 SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3중 어느 하나 이상이 제외되어 광변환 효율이 크게 저하되었음을 확인할 수 있다.
비교예 Ⅱ-11에서는 PbO와 TeO2의 합계 함량이 글래스 프릿의 70wt%를 초과하고, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3의 합계 함량이 글래스 프릿의 30wt% 미만으로 포함되어 광변환 효율이 저하되었다.
표 3 및 표 6을 참고하면, 은 분말의 탭밀도가 4.5 내지 5.5g/cm3 범위내에 포함되는 비교예 Ⅰ-4, Ⅰ-8, Ⅰ-9, Ⅰ-11, Ⅰ-12의 경우는 최저 19.02%, 최고 19.24%에 이르는 높은 광변환 효율을 나타냈다.
비교예 Ⅰ-6, Ⅰ-7 및 Ⅰ-10에서는 탭밀도가 4.5g/cm3 이하인 은 분말을 이용하여, 비교예 Ⅰ-4, Ⅰ-8, Ⅰ-9, Ⅰ-11, Ⅰ-12와 비교했을 때 다소 낮은 광변환 효율을 보이는 것을 확인할 수 있다.
구분 전기적 특성 전극 특성
페이스트 글래스프릿 금속 산화물 광변환 효율(%) 부착력(N)
비교예 Ⅰ-4 제조예4 - 19.02 3.3
비교예 Ⅰ-9 제조예14 - 17.1 3.1
실시예1 제조예4 제조예18 19.46 3.2
실시예2 제조예4 제조예19 19.49 3.3
실시예3 제조예4 제조예20 19.51 3.5
실시예4 제조예4 제조예21 19.67 3.4
실시예5 제조예4 제조예22 19.46 4.6
실시예6 제조예4 제조예23 19.53 5.2
실시예7 제조예4 제조예24 19.57 4.3
실시예8 제조예4 제조예25 19.68 5.8
실시예9 제조예4 제조예28 19.59 4.12
실시예10 제조예4 제조예29 19.46 4.8
실시예11 제조예4 제조예30 19.59 5.2
비교예 Ⅲ-1 제조예14 제조예18 18.9 3.2
비교예 Ⅲ-2 제조예14 제조예19 19.12 3.3
비교예 Ⅲ-3 제조예14 제조예20 19.23 3.6
비교예 Ⅲ-4 제조예14 제조예21 19.28 3.8
비교예 Ⅲ-5 제조예14 제조예22 19.28 4.1
비교예 Ⅲ-6 제조예14 제조예23 19.17 5.1
비교예 Ⅲ-7 제조예14 제조예24 19.21 4.8
비교예 Ⅲ-8 제조예14 제조예25 19.28 4.6
비교예 Ⅳ-1 제조예4 제조예26 18.6 3
비교예 Ⅳ-2 제조예4 제조예27 17.3 3.1
비교예 Ⅳ-3 제조예14 제조예26 17.3 2.8
비교예 Ⅳ-4 제조예14 제조예27 16.8 2
비교예 Ⅳ-5 제조예4 제조예31 18.7 2.1
비교예 Ⅳ-6 제조예4 제조예32 18.9 2.5
표 2 및 표 7을 참고하면, (Na2O)x(MO2)y(TeO2)100-x-y 이고 0<x<33.3, 0≤y≤10을 만족하는 화학식 1의 금속 산화물을 첨가한 실시예 1 내지 11 및 비교예 Ⅲ-1 내지 Ⅲ-8의 경우는 금속 산화물을 첨가하지 않은 비교예 Ⅰ-4 및 비교예 Ⅱ-9에 비해 광변환 효율 및 부착력이 현저히 증가되었다.
비교예 Ⅳ-1 내지 Ⅳ-4에서는 화학식 1의 x가 0<x<33.3 의 범위를 벗어났을 때 광변환 효율 또는 부착력이 저하되었음을 확인할 수 있다.
그리고, 다공성이 아닌 금속 산화물을 포함한 비교예 Ⅳ-5 및 Ⅳ-6의 경우도 광변환 효율과 부착력이 현저히 저하된 것을 확인하였다. 이는, 금속 산화물의 결정화 온도가 높아, 은 페이스트 조성물의 에미터층 하부로의 침투를 막지 못함에 의한 것으로 판단된다.
(3) 은 결정화 정도 확인
실시예 1의 은 페이스트 조성물로 제조한 태양 전지 전면 전극과 비교예 Ⅳ-5의 은 페이스트 조성물로 제조한 태양 전지 전면 전극을 FIB(Forced ion beam)을 이용하여 단면을 절단하고, 은 결정화 정도를 SEM(주사현미경)으로 관찰하였다.
실시예 1의 단면 SEM사진을 도 3에, 비교예 Ⅳ-5의 단면 SEM사진을 도 4에 나타내었다.
이를 참조하면, 실시예 1의 은 페이스트 조성물로 제조한 태양 전지 전면 전극의 에미터층에는 은 결정이 다수 확인되나, 비교예 Ⅳ-5의 경우는 관찰되는 은 결정 수가 현저히 적었다.

Claims (13)

  1. 은 분말;
    PbO, TeO2, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 포함하고, TeO2와 PbO의 중량비가 1:1.7 내지 2.5인 글래스 프릿;
    유기 비히클; 및
    하기 화학식 1로 표시되는 다공성 금속 산화물을 포함하는, 은 페이스트 조성물:
    [화학식 1]
    (Na2O)x(MO2)y(TeO2)100-x-y
    (식 중, x와 y는 각 성분의 몰비로서, 0<x<33.3, 0≤y≤10이고, M은 Mn, Si, B, Mg, Fe, Ni, Mg, Ca, Bi, Al, Zr, V, Cu, Se, W 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 금속임).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 PbO와 TeO2를 합계 50 내지 70wt%, SiO2, Al2O3, ZnO 및 Bi2O3를 합계 30 내지 50wt%로 포함하는, 은 페이스트 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 PbO 35 내지 45wt%, TeO2 15 내지 25wt%, SiO2 10 내지 20wt%, Al2O3 5 내지 15wt%, ZnO 5 내지 10wt% 및 Bi2O3 5 내지 15wt%를 포함하는, 은 페이스트 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 B2O3, Li2O, Na2O 및 ZrO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 0 내지 10wt%로 더 포함하는, 은 페이스트 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 전이온도가 400 내지 500℃인, 은 페이스트 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 글래스 프릿은 페이스트 조성물 총 100wt%에 대하여 0.1 내지 10wt%로 포함되는, 은 페이스트 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 산화물은 페이스트 조성물 총 100wt%에 대하여 0.1 내지 10wt%로 포함되는, 은 페이스트 조성물.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 금속 산화물의 결정화 온도는 300 내지 500℃인, 은 페이스트 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 금속 산화물은 TeO2 의 전구체로 금속텔루르화물을 포함한 금속 산화물 형성용 조성물을 가열 산화 처리한 다음, 산처리 하여 얻어지는 것인, 은 페이스트 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서, 은 분말의 탭밀도가 4.5 내지 5.5g/cm3인 것을 특징으로 하는 은 페이스트 조성물.
  12. 청구항 1 내지 7 및 9 내지 11 중 어느 한 항의 은 페이스트 조성물로 형성된 태양전지용 전면 전극.
  13. 청구항 12의 전면 전극을 구비하는 태양전지 소자.
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KR102060425B1 (ko) * 2017-10-31 2020-02-11 엘에스니꼬동제련 주식회사 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이에 포함되는 유리 프릿, 그리고 태양 전지
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7556748B2 (en) 2005-04-14 2009-07-07 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method of manufacture of semiconductor device and conductive compositions used therein
WO2010016186A1 (ja) * 2008-08-07 2010-02-11 京都エレックス株式会社 太陽電池素子の電極形成用導電性ペースト及び太陽電池素子並びにその太陽電池素子の製造方法
KR20130064659A (ko) * 2011-12-08 2013-06-18 제일모직주식회사 태양전지 전극용 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR20130117345A (ko) * 2012-04-17 2013-10-25 헤레우스 프레셔스 메탈즈 노스 아메리카 콘쇼호켄 엘엘씨 태양 전지 접촉을 위한 전도성 후막 페이스트용 텔루륨 무기 반응 시스템

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