KR101733161B1 - Electrode Paste Composition For Solar Cell's Electrode And Solar Cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a paste composition for a solar cell electrode which is composed of conductive metal powder, glass frit, and an organic vehicle. The paste composition for a solar cell electrode can reduce a line width of an electrode even in the same printing condition and the same heat treatment process, and can reduce an increase in the line width of the electrode after sintering by additionally including a polyether modified silicon-based additive.

Description

태양전지용 전극 페이스트 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지{Electrode Paste Composition For Solar Cell's Electrode And Solar Cell}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an electrode paste composition for a solar cell and a solar cell manufactured using the composition.

본 발명은 태양전지용 전극 페이스트 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode paste composition for a solar cell and a solar cell produced using the same.

태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 소자로서 일반적으로 p-n 접합 형태를 가지며 그 기본 구조는 다이오드와 동일하다.A solar cell is a semiconductor device that converts solar energy into electrical energy. It has a p-n junction type and its basic structure is the same as a diode.

도 4는 일반적인 태양전지 소자의 구조로서, 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 180~250㎛인 p형 실리콘 반도체 기판을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판의 수광면측에는, 두께가 0.3~0.6㎛인 n형 불순물층과, 그 위에 반사 방지막과 전면 전극이 형성되어 있다. 또한, p형 실리콘 반도체 기판의 이면측에는 배면 전극이 형성되어 있다. 전면 전극은 은을 주성분으로 하는 도전성 입자, 글래스 프릿, 유기 비히클 등을 혼합한 도전성 페이스트를 이용하여, 스크린 인쇄 등의 방법에 의해서 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클(organic vehicle)로 이루어지는 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후, 660?(알루미늄의 융점) 이상의 온도에서 소성함으로써 형성되어 있다. 이 소성시에 알루미늄이 p형 실리콘 반도체 기판의 내부로 확산됨으로써, 배면 전극과 p형 실리콘 반도체 기판 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에, 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물층으로서 p+층이 형성된다. 이러한 p+층의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다.Fig. 4 shows a structure of a general solar cell element. The solar cell element is generally constituted by using a p-type silicon semiconductor substrate having a thickness of 180 to 250 mu m. On the light receiving surface side of the silicon semiconductor substrate, an n-type impurity layer having a thickness of 0.3 to 0.6 占 퐉 is formed, and an antireflection film and a front electrode are formed thereon. A back electrode is formed on the back side of the p-type silicon semiconductor substrate. An electrode is formed by a method such as screen printing using a conductive paste in which conductive particles containing silver as a main component, glass frit, organic vehicle and the like are mixed, and the back electrode is made of aluminum powder, glass frit and organic vehicle an aluminum paste composition comprising an organic vehicle is applied by screen printing or the like and dried, followed by firing at a temperature of 660? (melting point of aluminum) or higher. Aluminum is diffused into the p-type silicon semiconductor substrate at the time of firing, so that an Al-Si alloy layer is formed between the back electrode and the p-type silicon semiconductor substrate, and a p + layer is formed as an impurity layer by diffusion of aluminum atoms do. The existence of such a p + layer prevents the recombination of electrons and improves the collection efficiency of the generated carriers, thereby obtaining a BSF (Back Surface Field) effect.

한편, 소성시 전면 전극에서는 반사 방지막이 글래스 프릿 분말의 산화 환원 반응을 통하여 침식되어지고, 글래스 프릿 분말 내의 도전성 분말 결정이 기판 계면에 석출되는 형태로 도전성 금속 결정립이 석출되고 상기 석출된 금속 결정립이 벌크 전면 전극과 실리콘 기판의 가교 역할을 할뿐만 아니라, 유리 프리트 분말의 두께에 따라 터널링 효과 또는 벌크 전극과의 직접적인 접착에 의한 컨택을 나타내는 것으로 알려져 있다.On the other hand, when the firing is performed, the antireflection film is eroded through the oxidation-reduction reaction of the glass frit powder, conductive metal crystal grains are precipitated in the form of the conductive powder crystal in the glass frit powder precipitated on the substrate interface, It is known that it not only serves as a bridge between the bulk front electrode and the silicon substrate but also exhibits a tunneling effect or contact by direct adhesion to the bulk electrode depending on the thickness of the glass frit powder.

태양전지의 전면 전극에서 금속패턴의 선폭은 금속전극으로의 빛 흡수나 반사로 인한 손실을 최소화해야 하기 때문에 감소되어야 하고, 전극저항을 위하여 패턴의 높이는 증가시켜야 한다. 일반적으로 전극의 높이/선폭의 종횡비(aspect ratio)는 인쇄공법을 변경하거나 스크린 메쉬 디자인을 변경하는 등의 방식으로 높여왔으며, 페이스트 조성물의 경우 단순히 레올로지 특성을 고려하여 점도를 높이는 방법을 적용하여 선폭의 감소를 시도하여 왔다. The line width of the metal pattern at the front electrode of the solar cell must be reduced because the loss due to light absorption or reflection to the metal electrode must be minimized and the height of the pattern must be increased for electrode resistance. In general, the aspect ratio of the electrode height / line width has been increased in such a manner that the printing method is changed or the screen mesh design is changed. In the case of the paste composition, a method of increasing the viscosity by merely taking rheological characteristics into account is applied Has attempted to reduce the line width.

본 발명은 동일한 인쇄 조건 및 열처리 공정에서도 전극의 선폭을 감소시킬 수 있으며, 소성 후 전극의 선폭이 증가하는 것을 저감시킬 수 있는 태양전지용 전극 페이스트 조성물 및 고효율 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an electrode paste composition for a solar cell and a high-efficiency solar cell that can reduce the line width of an electrode even under the same printing conditions and heat treatment process, and can reduce an increase in the line width of the electrode after firing.

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서,As means for solving the above problem,

본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿,및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 페이스트 조성물로서,폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다.The present invention provides a paste composition for a solar cell electrode comprising a conductive metal powder, a glass frit, and an organic vehicle, wherein the paste composition further comprises a polyether-modified silicone additive.

또한, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다.The present invention also provides a paste composition for a solar cell electrode, wherein the polyether-modified silicone additive is represented by the following general formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112015106046928-pat00001
Figure 112015106046928-pat00001

(여기서, R1, R2는 독립적으로 수소 및 메틸기 중에서 선택되며, R1은 한 분자내에 수소와 메틸기가 함께 존재할 수 있으며, m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이다)Wherein R1 and R2 are independently selected from a hydrogen and a methyl group, R1 may be a hydrogen and a methyl group together in one molecule, m is an integer of 5 to 100, n is an integer of 1 to 10, x is An integer of 1 to 300, and y is an integer of 1 to 100)

또한, R1이 독립적으로 수소와 메틸기가 함께 선택되어 한 분자내에 에틸렌 옥사이드기(R1이 수소인 경우)와 프로필렌 옥사이드기(R1가 메틸기인 경우)가 공존하는 경우 에틸렌 옥사이드기와 프로필렌 옥사이드기의 몰비율은 6:4 ~ 8:2 범위내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다.When R 1 is independently selected from hydrogen and a methyl group and the ethylene oxide group (when R 1 is hydrogen) and the propylene oxide group (when R 1 is a methyl group) coexist in one molecule, the molar ratio of the ethylene oxide group to the propylene oxide group Is in the range of 6: 4 to 8: 2.

또한, 상기 화학식 1에서 x : y는 10 : 1 ~ 100 : 1 범위내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다.In the above formula (1), x: y is in the range of 10: 1 to 100: 1.

또한, 상기 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제의 함량은 전체 페이스트 조성물 기준 0.01 중량% ~ 0.3 중량% 범위내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다.Also, the content of the polyether-modified silicone additive is within the range of 0.01 wt% to 0.3 wt% based on the total paste composition.

또한, 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 태양전지 실리콘 기판에 메쉬 규격 오프닝 50㎛ 이하의 스크린 인쇄를 통해 도포하고 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃ 사이로 승온하여 25초간 소성을 수행한 후 전극 선폭 측정시 소성 전의 전극 선폭 대비 소성 후의 전극 블리딩(bleeding) 선폭 증가량이 평균 12㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다.The paste composition for a solar cell electrode was applied to a solar cell silicon substrate through a screen printing with a mesh size of 50 탆 or less on the surface of the solar cell, and then heated to 500 to 900 캜 using a belt-type firing furnace to perform firing for 25 seconds. Wherein an increase in an electrode bleeding line width after firing against an electrode line width before pre-firing is within an average of 12 占 퐉.

또한, 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극은, 상기 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.The present invention also provides a solar cell having a front electrode on a substrate and a back electrode on the bottom of the substrate, wherein the front electrode is formed by applying the paste composition for a solar cell electrode, Lt; / RTI &gt;

상기의 구성적 특징을 갖는 본 발명은 동일한 인쇄 조건 및 열처리 공정에서도 고극성의 변성 실리콘계 첨가제를 사용함으로써 전극의 선폭을 감소시킬 수 있으며, 소성 후 전극의 선폭이 증가하는 것을 현저히 저감시킬 수 있다. In the present invention having the above-described constitutional features, the line width of the electrode can be reduced by using the high-polarity modified silicone additive even in the same printing conditions and the heat treatment step, and the increase in line width of the electrode after firing can be remarkably reduced.

도 1 내지 도 3은 실시예 및 비교예의 페이스트 조성물의 소성 전후의 선폭 사진이며,
도 4는 일반적인 태양전지 소자의 개략 단면도이다.
Figs. 1 to 3 are photographs of linewidths of the paste compositions of Examples and Comparative Examples before and after firing,
4 is a schematic cross-sectional view of a general solar cell element.

이하에서는 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기의 설명은 본 발명의 구체적 일례에 대한 것이므로, 비록 단정적, 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings and examples. Although the following description relates to a specific example of the present invention, even if there is a definite and definite expression, the scope of the right defined by the claims is not limited.

본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿,및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 페이스트 조성물로서,폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공한다. The present invention provides a paste composition for a solar cell electrode comprising a conductive metal powder, a glass frit, and an organic vehicle, wherein the paste composition further comprises a polyether-modified silicone additive.

이하 각 성분을 구체적으로 설명한다.Each component will be described in detail below.

<폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제>&Lt; Polyether-modified silicone additive >

본 발명에서는 소성시 전극의 선폭 증가를 감소시키기 위해 특별한 첨가제를 넣을 수 있다. 즉, 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제를 넣을 수 있으며, 바람직하기로는 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제를 넣을 수 있다. 이러한 첨가제를 넣는 경우 소성시 선폭의 증가를 현저히 감소시킬 수 있다. 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제의 함량은 전체 페이스트 조성물 기준 0.01 중량% ~ 0.3 중량% 범위내가 좋다. 상기 범위 미만에서는 선폭 감소 효과가 미미하며, 상기 범위를 넘는 경우 태양전지 전극의 전기적 특성이 불리하거나 전극과 실리콘 기판의 부착을 저하시켜 컨택을 방해하는 문제가 있을 수 있다.In the present invention, special additives may be added to reduce the increase in the line width of the electrode during firing. That is, a polyether-modified silicone-based additive may be incorporated, and preferably a polyether-modified silicone-based additive may be added. When such an additive is added, the increase in line width during firing can be remarkably reduced. The content of the polyether-modified silicone additive is preferably in the range of 0.01 wt% to 0.3 wt% based on the entire paste composition. Below the above range, the effect of decreasing the line width is insignificant. If the range is exceeded, the electrical characteristics of the solar cell electrode may be disadvantageous or the adhesion of the electrode and the silicon substrate may be deteriorated and the contact may be interfered.

폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산의 일례로서, 하기 화학식 1의 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산을 사용할 수 있다.As an example of the polyether-modified polydimethylsiloxane, a polyether-modified polydimethylsiloxane having the following general formula (1) can be used.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112015106046928-pat00002
Figure 112015106046928-pat00002

여기서, R1, R2는 독립적으로 수소 및 메틸기 중에서 선택되며 R1은 한 분자내에 수소와 메틸기가 함께 존재할 수 있으며, 에틸렌 옥사이드(EO)기와 프로필렌 옥사이드(PO)기가 공존하는 경우 에틸렌 옥사이드기와 프로필렌 옥사이드기의 몰비율은 2:8 ~ 8:2일 수 있다. 폴리에테르 변성을 통해 고극성 특성을 가져 표면 장력 저하 효과를 주어 소성시 선폭 증가를 감소시킬 수 있는 것으로 예측된다. 에틸렌 옥사이드기가 프로플렌 옥사이드기에 비해 보다 고극성이어서 에틸렌 옥사이드기와 프로필렌 옥사이드기의 몰비율은 바람직하기로는 6:4 ~ 8:2 가 좋다. 화학식 1에서 m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이며, x : y는 10 : 1 ~ 100 : 1이 바람직하다.Here, R1 and R2 are independently selected from hydrogen and a methyl group. R1 may be a hydrogen and a methyl group in one molecule. When ethylene oxide (EO) group and propylene oxide (PO) group coexist, an ethylene oxide group and a propylene oxide group The molar ratio may be from 2: 8 to 8: 2. It is predicted that the high polarity property is obtained through the polyether modification to reduce the surface tension during firing, thereby reducing the line width increase during firing. Since the ethylene oxide group is higher in polarity than the propylene oxide group, the molar ratio of the ethylene oxide group to the propylene oxide group is preferably from 6: 4 to 8: 2. Wherein m is an integer of 5 to 100, n is an integer of 1 to 10, x is an integer of 1 to 300, y is an integer of 1 to 100, x: y is 10: 1 to 100: .

<도전성 금속 분말>&Lt; Conductive metal powder &

도전성 금속 분말로는 은 분말, 구리분말, 니켈 분말, 알루미늄 분말 등이 사용될 수 있는데, 전면 전극의 경우 은 분말이 주로 사용되며, 배면 전극은 주로 알루미늄 분말이 사용된다. 이하에서는 편의상 은 분말을 예로 들어 도전성 금속재료에 대해 설명한다. 하기의 설명은 다른 금속 분말에도 동일하게 적용될 수 있다.As the conductive metal powder, silver powder, copper powder, nickel powder, and aluminum powder can be used. In the case of the front electrode, powder is mainly used, and the back electrode is mainly made of aluminum powder. Hereinafter, the conductive metal material will be described for convenience as an example. The following description is equally applicable to other metal powders.

은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에, 적어도 표면이 은층으로 이루어지는 은피복 복합 분말이나, 은을 주성분으로 하는 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 다른 금속 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면 알루미늄, 금, 팔라듐, 동, 니켈 등을 들 수 있다. 은 분말의 평균입경은 0.1 ~ 10㎛ 일 수 있으며, 페이스트화 용이성 및 소성시 치밀도를 고려할 때 0.5 ~ 5㎛가 바람직하며, 그 형상이 구상(球狀), 침상(針狀), 판상(板狀) 그리고 무정상(無定狀) 중 적어도 1종 이상일 수 있다. 은 분말은 평균 입자지름이나 입도 분포, 형상 등이 다른 2종 이상의 분말을 혼합하여 이용해도 좋다. 은 분말의 함량은 인쇄시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 전극용 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 60 내지 98 중량%가 바람직하다.The silver powder is preferably a pure silver powder. In addition, a silver-coated composite powder having at least a silver layer on its surface, or an alloy containing silver as a main component may be used. Further, other metal powders may be mixed and used. For example, aluminum, gold, palladium, copper, and nickel. The average particle diameter of the silver powder may be 0.1 to 10 탆. The average particle diameter of the silver powder is preferably 0.5 to 5 탆 in consideration of ease of paste formation and denseness in firing. The shape of the powder is spherical, acicular, Plate type) and amorphous type (at least one type or more). The silver powder may be a mixture of powders of two or more kinds having different average particle diameter, particle size distribution and shape. The content of the silver powder is preferably 60 to 98% by weight based on the total weight of the electrode paste composition, considering the thickness of the electrode formed at the time of printing and the line resistance of the electrode.

<유기 비히클><Organic Vehicle>

유기 비히클에는 제한되지 않으나 유기 바인더와 용제 등이 포함될 수 있다. 때로는 용제가 생략될 수 있다. 유기 비히클은 제한되지 않으나 전극용 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1~10 중량%가 바람직하다.The organic vehicle is not limited, but organic binders, solvents, and the like may be included. Solvents may sometimes be omitted. The organic vehicle is not limited, but is preferably 1 to 10% by weight based on the total weight of the electrode paste composition.

유기 비히클은 금속분말과 유리프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린인쇄에 의해 도전성 페이스트가 기재에 도포될 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 해서, 인쇄패턴의 흐려짐 및 흐름을 억제하고, 또한 스크린판으로부터의 도전성 페이스트의 토출성 및 판분리성을 향상시키는 특성이 요구된다. The organic vehicle is required to have a property of keeping the metal powder and the glass frit uniformly mixed. For example, when the conductive paste is applied to the substrate by screen printing, the conductive paste becomes homogeneous, And a property to suppress the flow and to improve the discharging property and the plate separability of the conductive paste from the screen plate.

본 발명의 실시예에 따른 전극용 페이스트 조성물에 사용되는 바인더는 제한되지 않으나 셀룰로오스 에스테르계 화합물로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 등을 예로 들 수 있으며, 셀룰로오스 에테르 화합물로는 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 플로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로오스 등을 예로 들 수 있으며, 아크릴계 화합물로는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 등을 예로 들 수 있으며, 비닐계로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다. 상기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다. The binder used in the electrode paste composition according to an embodiment of the present invention is not limited. Examples of the cellulose ester compound include cellulose acetate and cellulose acetate butyrate. Examples of the cellulose ether compound include ethylcellulose, methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose and the like. Examples of the acrylic compound include polyacrylamide, polymethacrylate, polymethylmethacrylate, polyethylmethacrylate, polymethylmethacrylate, polymethylmethacrylate, Acrylate, and examples of the vinyl-based resin include polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, and the like. At least one or more kinds of the binders may be selected and used.

조성물의 희석을 위해 사용되는 용제로서는 알파-터피네올, 텍사놀, 디옥틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 시클로헥산, 헥산, 톨루엔, 벤질알코올, 디옥산, 디에틸렌글리콜, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트 등으로 이루어진 화합물 중에서 적어도 1종 이상 선택되어 사용되는 것이 좋다. Examples of the solvent used for diluting the composition include alpha-terpineol, texanol, dioctyl phthalate, dibutyl phthalate, cyclohexane, hexane, toluene, benzyl alcohol, dioxane, diethylene glycol, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene Glycol monobutyl ether acetate, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether acetate, and the like.

<유리 프릿><Glass frit>

사용되는 유리 프릿은 제한되지 않는다. 유연 유리 프릿뿐만 아니라 무연 유리 프릿도 사용 가능하다. 그 조성이나 입경, 형상에 있어서도 특별히 제한을 두지 않는다. 바람직하기로는 유리 프릿의 성분 및 함량으로서, 산화물 환산 기준으로 PbO는 10 ~ 29 mol%, TeO2는 20 ~ 34 mol%, Bi2O3는 3 ~ 20 mol%, SiO2 20 mol% 이하, B2O3 10 mol% 이하, 알칼리 금속(Li, Na, K 등) 및 알칼리 토금속(Ca, Mg 등)은 10 ~ 20 mol%를 함유하는 것이 좋다. 상기 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단략전류 특성을 우수하게 할 수 있다. The glass frit used is not limited. It is possible to use not only flexible glass frit but also lead-free glass frit. And there is no particular limitation on the composition, particle size and shape thereof. Preferably, the glass frit contains 10 to 29 mol% of PbO, 20 to 34 mol% of TeO 2, 3 to 20 mol% of Bi 2 O 3, 20 mol% or less of SiO 2, 10 mol% or less of B 2 O 3 , An alkali metal (Li, Na, K, etc.) and an alkaline earth metal (Ca, Mg, etc.) in an amount of 10 to 20 mol%. By combining the organic components of the above components, it is possible to prevent an increase in the line width of the electrode, to improve the contact resistance in the high-surface resistance, and to improve the short-circuit current characteristic.

특히, PbO의 함량이 너무 높으면 친환경적이지 않고, 용융시 점도가 너무 낮아져서 소성시 전극의 선폭이 커지는 문제점이 존재하며, 따라서 PbO는 유리프릿내에서 상기 범위내로 포함되는 것이 좋다. 더 나아가 PbO가 30mol%를 넘고, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 함량이 상기 범위에 미달하는 경우에는 절연층 중 Al2O3층 제거 성능이 떨어져 바람직하지 않다. Particularly, when the content of PbO is too high, it is not environmentally friendly, and the viscosity during melting is too low, so that there is a problem that the line width of the electrode increases during firing, and therefore PbO is preferably contained within the above range within the glass frit. Furthermore, when the content of PbO exceeds 30 mol% and the contents of alkali metals and alkaline earth metals fall within the above range, the Al 2 O 3 layer removal performance of the insulating layer deteriorates.

한편, 유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.5 ~ 5㎛ 범위내의 입경을 가질 수 있으며, 평균입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리프릿은 평균입경(D50)이 3㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 평균입경이 3㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 유리프릿의 유리전이온도(Tg)는 300℃ 미만인 것이 바람직하다. 비교적 입경이 큰 입자를 사용하므로 유리전이온도를 낮춤으로써 소성시 불균일하게 용융되는 등의 문제점을 방지할 수 있다.On the other hand, the mean particle size of the glass frit is not limited, but it may have a particle size within a range of 0.5 to 5 mu m, and may be used by mixing various particles having different average particle sizes. Preferably, at least one kind of glass frit has an average particle diameter (D50) of not less than 3 mu m and not more than 10 mu m. As a result, it is possible to improve the reactivity during firing, minimize the damage of the n-layer at a high temperature, improve the adhesion and improve the open-circuit voltage (Voc). Also, the increase in the line width of the electrode during firing can be reduced. It is preferable that the glass transition temperature (Tg) of the glass frit having an average particle diameter of 3 占 퐉 or more and 10 占 퐉 or less is less than 300 占 폚. Particles having a relatively large particle diameter are used, so that it is possible to prevent problems such as non-uniform melting at the time of firing by lowering the glass transition temperature.

유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 15중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 15 중량% 초과하면 은 분말의 소성체 내에 유리 성분이 너무 많아져 전기 비저항이 역시 높아질 우려가 있다. The content of the glass frit is preferably 1 to 15% by weight based on the total weight of the conductive paste composition. If less than 1% by weight, incomplete firing may occur to increase the electrical resistivity. If the amount exceeds 15% by weight, There is a possibility that the electrical resistivity becomes too high due to too much component.

유리 프릿의 유리전이온도(Tg)는 제한되지 않으나 200 ~ 600℃ 일 수 있으며, 바람직하기로는 유리전이온도는 200℃ 이상 300℃ 미만의 범위내가 좋다. 300℃ 미만의 낮은 유리전이온도의 유리 프릿을 사용함으로써 용융 균일도를 높일 수 있으며, Cell 특성 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 저온/급속 소성시에도 우수한 접촉 특성을 확보할 수 있으며, 고면저항(90~120Ω/sq) 태양전지에 최적화될 수 있다.The glass transition temperature (Tg) of the glass frit is not limited, but may be 200 to 600 ° C, and preferably the glass transition temperature is in the range of 200 ° C or more and less than 300 ° C. By using a glass frit having a glass transition temperature of less than 300 DEG C, melt uniformity can be increased and cell property uniformity can be improved. In addition, excellent contact characteristics can be secured even at a low temperature / rapid firing, and can be optimized for a high-surface-resistance (90 to 120? / Sq) solar cell.

유리 프릿의 결정화 특성은 중요한 인자로 다루어질 수 있다. 기존의 유리 프릿은 DSC 측정시 최초의 결정화 온도는 대체로 550℃ 이상에서 일어나는데, 본 발명에서는 유리 프릿의 DSC 측정 데이터 상 최초 결정화 피크가 400℃ 미만에서 이루어지도록 함으로써 소성시 보다 빨리 결정화가 일어나 소성 과정 중에 전극의 선폭이 커지는 것을 현저히 감소시킴으로써 전기적 특성을 우수하게 할 수 있다. 바람직하기로는 DSC 데이터 상에서 결정화 피크가 400℃ 미만에서 최초 발생하고, 2차 결정화 피크가 400℃ 이상 500℃ 미만에서 발생하는 것이 좋다. 더 좋기로는 DSC 데이터 상에서 400℃ 미만에서 결정화 피크가 모두 발생하는 것이 좋다.Crystallization properties of glass frit can be treated as an important factor. In the case of the conventional glass frit, the initial crystallization temperature at the time of DSC measurement is generally 550 ° C or higher. In the present invention, the crystallization peak occurs at a temperature lower than 400 ° C on the DSC measurement data of the glass frit, The electrical characteristics can be improved by significantly reducing the line width of the electrode during the process. Preferably, the crystallization peak appears on the DSC data at a temperature lower than 400 ° C., and the secondary crystallization peak occurs at a temperature higher than 400 ° C. and lower than 500 ° C. It is more preferable that all of the crystallization peaks occur at less than 400 DEG C on the DSC data.

<기타 첨가제><Other additives>

본 발명에 의한 전극용 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 분산제, 가소제, 점도 조정제, 계면활성제, 산화제, 금속 산화물, 금속 유기 화합물 등을 더 포함할 수 있다. The paste composition for an electrode according to the present invention may further contain commonly known additives such as a dispersant, a plasticizer, a viscosity adjusting agent, a surfactant, an oxidizing agent, a metal oxide, a metal organic compound and the like.

본 발명은 또한 상기 태양전지 전극용 페이스트를 기재 위에 도포하고, 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 태양전지 전극을 제공한다. 본 발명의 태양전지 전극 형성방법에서 상기 태양전지 전극 형성용 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다. 일예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 본 발명의 페이스트로 제조되는 전극은 전면의 핑거 전극, 버스바 전극일 수 있으며, 상기 인쇄는 스크린 인쇄, 옵셋 인쇄일 수 있으며, 상기 건조는 90 내지 250 ℃에서 이루어 질 수 있으며, 상기 소성은 600 내지 950 ℃에서 이루어질 수 있다. 바람직하기로는 상기 소성이 800 내지 950℃, 더욱 바람직하게는 850 내지 900 ℃에서 5초 내지 1분간 이루어지는 고온/고속 소성을 하는 것이 좋으며, 상기 인쇄는 20 내지 60 ㎛의 두께로 인쇄를 하는 것이 좋다. 구체적인 일예로 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0108550호, 제10-2006-0127813호, 일본국 공개특허공보 특개2001-202822 및 특개2003-133567에 기재된 태양전지의 구조 및 이의 제조방법을 들 수 있다. The present invention also provides a method of forming an electrode of a solar cell and a solar cell electrode produced by the method, wherein the paste for solar cell electrode is applied on a substrate, followed by drying and firing. It is needless to say that the methods used in the production of solar cells, such as substrate, printing, drying and firing, except that the paste for forming the solar cell electrode is used in the method for forming a solar cell electrode of the present invention. For example, the substrate may be a silicon wafer, and the electrode made of the paste of the present invention may be a front finger electrode, a bus bar electrode, and the printing may be screen printing, offset printing, Lt; 0 &gt; C, and the calcination may be performed at 600 to 950 &lt; 0 &gt; C. Preferably, the firing is performed at a high temperature / high-speed firing at 800 to 950 ° C, more preferably 850 to 900 ° C for 5 seconds to 1 minute, and the printing is preferably performed at a thickness of 20 to 60 μm . Specific examples of the structure of the solar cell described in Korean Patent Laid-Open Nos. 10-2006-0108550, 10-2006-0127813, 2001-202822 and 2003-133567, have.

이하 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

<실시예><Examples>

페이스트 조성물의 제조Preparation of paste composition

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 바인더, 분산제, 레벨링제, 유리 프릿(평균 입경 1㎛) 등을 넣고 삼본밀을 사용하여 분산한 후, 실버 파우더(구상, 평균 입경 1㎛)를 혼합하고 또한 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다. A binder, a dispersing agent, a leveling agent, a glass frit (average particle size: 1 m) and the like were put in a composition shown in the following Table 1, and the mixture was dispersed using a triple mill and then silver powder (spherical, And dispersed using a triple mill. Thereafter, vacuum degassing was conducted to prepare a conductive paste.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예1Comparative Example 1 ECEC 0.50.5 0.50.5 0.50.5 EFKA-4330EFKA-4330 0.50.5 0.50.5 0.50.5 BYK180BYK180 0.70.7 0.70.7 0.70.7 TexanolTexanol 2.52.5 2.52.5 2.72.7 Butyl cellosolveButyl cellosolve 2.52.5 2.52.5 2.62.6 Thixatrol STThixatrol ST 0.50.5 0.50.5 0.50.5 Dimethyl adipateDimethyl adipate 1.51.5 1.51.5 1.51.5 실버파우더Silver Powder 89.589.5 89.589.5 89.589.5 유리 프릿Glass frit 1.51.5 1.51.5 1.51.5 실리콘계 첨가제Silicone additive 첨가제 1Additive 1 첨가제 2Additive 2 0.30.3 0.30.3

<실험예> Cell의 제조 및 특성 테스트&Lt; Experimental Example >

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 제조한 페이스트 조성물을 Wafer의 전면에 50㎛ 메쉬의 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 건조로를 사용하여 200~350 ℃에서 20초에서 30초 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 20초에서 30초간 소성을 행하였으며, 이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, Isc, Voc, Rseries, Rshadow, 효율성능을 관찰하여 비교제조예의 값 100을 기준으로 상대적 값을 하기 표 2에 나타내었다. 또한 전면전극의 소성 전의 선폭과 소성 후의 선폭을 측정하여 하기 표 2 및 도 1 내지 도 3에 나타내었다. 여기서, 전극 블리딩(Bleeding) 선폭이란 소성 후에 전극의 번짐에 따라 유리 프릿 등이 전극의 최외곽에 묻어나는 현상에 의해 발생하는 것으로서 전극의 최외곽 기준 선폭이라 정의된다. The paste composition prepared in Examples 1 to 2 and Comparative Example 1 was pattern printed on the entire surface of the wafer by a screen printing method using a 50 μm mesh and dried at 200 to 350 ° C. for 20 seconds to 30 seconds using a belt- . Then, Al paste was printed on the back side of the wafer and dried by the same method. The cells thus formed were fired at 500 to 900 ° C. for 20 seconds to 30 seconds using a belt-type firing furnace. The cells thus manufactured were subjected to measurement using a solar cell efficiency measuring instrument (Halm, cetis PV-Celltest 3) Isc, Voc, Rseries, Rshadow, and relative performance based on the value of 100 in the comparative example are shown in Table 2 below. The linewidths of the front electrodes before and after firing were measured and are shown in Table 2 and Figs. 1 to 3, respectively. Here, the electrode bleeding line width is defined as the outermost reference line width of the electrode, which is caused by a phenomenon that glass frit or the like appears on the outermost side of the electrode as the electrode spreads after firing.

구분division 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예1Comparative Example 1 소성전 선폭Bark line width 50.15250.152 49.54049.540 50.15250.152 소성후
블리딩(bleeding)
선폭
After firing
Bleeding
Line width
61.16161.161 56.26856.268 66.66566.665
IscIsc 100.21100.21 100.43100.43 100.0100.0 RseriesRseries 100.58100.58 101.22101.22 100.0100.0 RshadowRshadow 96.1896.18 91.9891.98 100.0100.0 VocVoc 100.0100.0 100.0100.0 100.0100.0 효율efficiency 100.23100.23 100.49100.49 100.0100.0

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 비교예에 비하여 소성 후 전극의 블리딩 선폭의 증가량이 12㎛ 이내로서, 선폭이 증가하는 것을 현저히 감소시키는 것을 확인할 수 있으며, Isc가 개선되며, Series저항의 증가에 비하여 Shadow저항의 감소로 전체 저항이 감소되어 효율이 좋아진 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 2, in the examples of the present invention, the increase in the line width of the electrode after firing was within 12 占 퐉, and the increase in the line width was significantly reduced, and the Isc was improved. It can be seen that the total resistance is reduced due to the reduction of the shadow resistance compared with the increase of the resistance, and the efficiency is improved.

상기의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일례이므로, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 가할 수 있는 구성의 변형, 치환, 수정, 생략 등은 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 권리범위에 포함된다.Therefore, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. * * * * * Recently Added Patents .

10 : P형 실리콘 반도체 기판
20 : N형 불순물층
30 : 반사 방지막
40 : P+층(BSF : back surface field)
50 : 배면 알루미늄 전극
60 : 배면 실버 전극
100 : 전면 전극
10: P-type silicon semiconductor substrate
20: N-type impurity layer
30: antireflection film
40: P + layer (BSF: back surface field)
50: rear aluminum electrode
60: rear silver electrode
100: front electrode

Claims (7)

도전성 금속 분말, 유리 프릿,및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 페이스트 조성물로서,
하기 화학식 1로 표현되는 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제가 더 포함되고,
하기 화학식 1에서 x : y는 10 : 1 ~ 100 : 1 범위내이며, R1이 독립적으로 수소와 메틸기가 함께 선택되어 한 분자내에 에틸렌 옥사이드기(R1이 수소인 경우)와 프로필렌 옥사이드기(R1이 메틸기인 경우)가 공존하는 경우 에틸렌 옥사이드기와 프로필렌 옥사이드기의 몰비율은 6:4 ~ 8:2 범위내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.

<화학식 1>
Figure 112017029796836-pat00003

(여기서, R1, R2는 독립적으로 수소 및 메틸기 중에서 선택되며, R1은 한 분자내에 수소와 메틸기가 함께 존재할 수 있으며, m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이다.)
1. A paste composition for a solar cell electrode comprising a conductive metal powder, glass frit, and an organic vehicle,
A polyether-modified silicone additive represented by the following formula (1)
In the formula (1), x: y is in the range of 10: 1 to 100: 1, R1 is independently selected from hydrogen and methyl groups, and ethylene oxide groups (when R1 is hydrogen) and propylene oxide groups Methyl group) coexist, the molar ratio of the ethylene oxide group to the propylene oxide group is in the range of 6: 4 to 8: 2.

&Lt; Formula 1 >
Figure 112017029796836-pat00003

Wherein R1 and R2 are independently selected from a hydrogen and a methyl group, R1 may be a hydrogen and a methyl group together in one molecule, m is an integer of 5 to 100, n is an integer of 1 to 10, x is An integer of 1 to 300, and y is an integer of 1 to 100.)
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 폴리에테르 변성 실리콘계 첨가제의 함량은 전체 페이스트 조성물 기준 0.01 중량% ~ 0.3 중량% 범위내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the polyether-modified silicone additive is in the range of 0.01 wt% to 0.3 wt% based on the total paste composition.
제1항에 있어서,
태양전지 전극용 페이스트 조성물을 태양전지 실리콘 기판에 메쉬 규격 오프닝 50㎛ 이하의 스크린 인쇄를 통해 도포하고 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 승온하여 25초간 소성을 수행한 후 전극 선폭 측정시 소성 전의 전극 선폭 대비 소성 후의 전극 블리딩(bleeding) 선폭 증가량이 평균 12㎛ 이내인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
The method according to claim 1,
A paste composition for a solar cell electrode is applied to a solar cell silicon substrate through a screen printing with a mesh size of 50 탆 or less on the surface thereof and fired for 25 seconds using a belt type firing furnace at a temperature of 500 to 900 캜, Wherein an increase in an electrode bleeding line width after firing with respect to a total electrode line width is within an average of 12 占 퐉.
기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
상기 전면 전극은, 제1항 및 제5항 내지 제6항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
1. A solar cell having a front electrode on a substrate and a back electrode on a bottom of the substrate,
Wherein the front electrode is manufactured by applying the paste composition for a solar cell electrode according to any one of claims 1 to 5 and then baking.
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