KR101741682B1 - 도전성 페이스트와 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지 - Google Patents

도전성 페이스트와 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지 Download PDF

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Abstract

도전성 분말, 금속 유리 또는 유리 프릿 및 하기 화학식 1로 표현되는 분산제를 포함하는 도전성 페이스트, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112010054634489-pat00022

상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.

Description

도전성 페이스트와 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지{CONDUCTIVE PASTE AND ELECTRONIC DEVICE AND SOLAR CELL INCLUDING AN ELECTRODE FORMED USING THE CONDUCTIVE PASTE}
도전성 페이스트와 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.
태양 전지는 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하며, 광활성층에서 태양 광 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.
태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 전자-정공 쌍을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다.
한편, 태양 전지의 전극은 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면은 도전성 페이스트의 분산 안정성 및 도전성을 높일 수 있는 도전성 페이스트를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도전성 분말, 금속 유리(metallic glass) 또는 유리 프릿(glass frit), 그리고 하기 화학식 1로 표현되는 분산제를 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010054634489-pat00001
상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112010054634489-pat00002
상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
상기 분산제는 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112010054634489-pat00003
상기 화학식 3에서, p는 3 내지 10의 정수이다.
상기 분산제는 상기 도전성 분말 및 상기 금속 유리의 총 함량 100 중량부에 대하여 약 0.5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 아연(Zn), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 비정질 합금일 수 있다.
상기 금속 유리의 유리 전이 온도(Tg)는 규소와 상기 도전성 분말의 공융점보다 낮을 수 있다.
상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융점은 규소와 상기 도전성 분말의 공융점보다 낮을 수 있다.
상기 금속 유리는 상기 도전성 분말의 소결 온도에서 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재할 수 있다.
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 도전성 페이스트는 유기 비히클을 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 또는 상기 유리 프릿 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 30 내지 98중량%, 약 1 내지 50중량% 및 약 1 내지 50중량%로 포함될 수 있고, 상기 분산제는 상기 도전성 분말 및 상기 금속 유리 또는 상기 유리 프릿의 총 함량 100 중량부에 대하여 약 0.5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 도전성 분말, 금속 유리 또는 유리 프릿 및 하기 화학식 1로 표현되는 분산제를 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자를 제공한다
[화학식 1]
Figure 112010054634489-pat00004
상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112010054634489-pat00005
상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
상기 분산제는 하기 화학식 3로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112010054634489-pat00006
상기 화학식 3에서, p은 3 내지 10의 정수이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 규소를 포함하는 반도체 층, 그리고 상기 반도체 층에 전기적으로 연결되어 있으며 도전성 분말, 금속 유리 및 하기 화학식 1로 표현되는 분산제를 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112010054634489-pat00007
상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112010054634489-pat00008
상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
상기 분산제는 하기 화학식 3으로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112010054634489-pat00009
상기 화학식 3에서, p는 3 내지 10의 정수이다.
상기 태양 전지는 상기 반도체 층 및 상기 전극과 각각 접촉하고 있으며 금속 유리를 포함하는 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 태양 전지는 상기 전극과 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 도전성 물질과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제1 공융층을 더 포함할 수 있다.
상기 태양 전지는 상기 반도체 층과 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 반도체 물질과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제2 공융층을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 아연(Zn), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 비정질 합금일 수 있다.
상기 도전성 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
분산제에 의해 분산 시스템의 안정성을 높이는 동시에 이와 같은 분산성 개선으로 인해 점도의 급격한 상승없이 도전성 성분을 더 많이 포함할 수 있으므로 도전성을 높일 수 있다. 또한 소성 후 잔류 탄소량이 적어 전극 형성 후 전극 내에 기공이 형성되거나 막이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서 분산성 및 도전성이 개선된 도전성 페이스트를 사용하여 스크린 인쇄와 같은 간편한 방법으로 전극을 형성할 수 있다.
도 1은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 도전성 페이스트의 전단율에 따른 점도 변화를 보여주는 그래프이고,
도 2는 일정한 전단율에서 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 도전성 페이스트의 점도 변화를 보여주는 그래프이고,
도 3a는 실시예 10에 따른 전극의 3D 사진이고,
도 3b는 비교예 3에 따른 전극의 3D 사진이고,
도 4 및 도 5는 일 구현예에 따른 도전성 페이스트를 사용하는 경우 연화된 유리 금속이 도전성 분말 및 반도체 기판과 접촉하는 예를 도시한 개략도이고,
도 6 내지 도 10은 도전성 페이스트를 승온하는 경우 도전성 입자 및 금속 유리의 변화를 보여주는 개략도이고,
도 11은 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고,
도 12는 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 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 구현예에 한정되지 않는다.
먼저, 일 구현예에 따른 도전성 페이스트에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 도전성 페이스트는 도전성 분말, 금속 유리(metallic glass) 및 분산제를 포함한다.
상기 도전성 분말은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄(Al) 함유 금속, 은 또는 은 합금과 같은 은(Ag) 함유 금속, 구리(Cu) 또는 구리 합금과 같은 구리(Cu) 함유 금속, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금과 같은 니켈(Ni) 함유 금속 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다른 종류의 금속일 수도 있으며 상기 금속 외에 다른 첨가물을 포함할 수도 있다.
상기 도전성 분말은 약 0.1 내지 50㎛의 크기를 가질 수 있다.
상기 금속 유리는 두 개 이상의 금속을 포함하는 비정질 상태의 합금이 무질서한 원자 구조를 가지는 것으로, 비정질 금속(amorphous metal)이라고도 부른다. 금속 유리는 실리케이트(silicate)와 같은 일반 유리와 달리 저항이 낮아 도전성을 나타낸다.
금속 유리는 전이 금속, 귀금속, 희토류 금속, 알칼리 토금속, 반금속(semimetal)의 합금 등의 조합으로 이루어질 수 있으며, 예컨대 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 아연(Zn), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 비정질 합금일 수 있다.
금속 유리는 예컨대 Cu50Zr50, Cu30Ag30Zr30Ti10, Ti50Ni15Cu32Sn3, Ti45Ni15Cu25Sn3Be7Zr5, Ni60Nb30Ta10, Ni61Zr20Nb7Al4Ta8, Ni57 .5Zr35Al7 .5, Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5, Mg65Y10Cu15Ag5Pd5, Mm55Al25Ni20, La55Al25Ni10Cu10, Mg65Cu7.5Ni7.5Ag5Zn5Gd10, Mg65Cu15Ag10Y6Gd4, Fe77Nb6B17, Fe67Mo13B17Y3, Ca65Mg15Zn20, Ca66.4Al33.6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 유리는 유리 전이 온도(Tg) 이상에서 유리(glass)처럼 연화(softening)될 수 있으며, 연화된 금속 유리는 상기 도전성 분말과 더 넓은 면적으로 접촉할 수 있다.
또한 상기 도전성 페이스트를 반도체 기판 위에 적용하는 경우, 연화된 금속 유리는 상기 도전성 분말 및 상기 반도체 기판과 더 넓은 면적으로 접촉할 수 있다. 이 때, 상기 금속 유리의 유리 전이 온도(Tg)는 반도체 기판을 이루는 규소와 같은 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융점(eutectic point)보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 유리는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 연화될 수 있다.
이에 대하여 도 4 및 도 5를 참고하여 설명한다.
도 4 및 도 5는 일 구현예에 따른 도전성 페이스트를 사용하는 경우 연화된 유리 금속이 도전성 분말 및 반도체 기판과 접촉하는 예를 도시한 개략도이다.
도 4를 참고하면, 도전성 페이스트에 포함된 도전성 분말(120a) 및 금속 유리(115a)는 각각 입자 형태로 존재할 수 있다. 반도체 기판(110) 위에 도전성 페이스트를 도포하고 이를 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg) 이상으로 열처리(△)하는 경우 금속 유리(115a)는 연화되어 복수의 도전성 분말(120a) 사이의 틈을 채울 수 있다.
도 5를 참고하면, 연화된 금속 유리(115)는 도전성 분말(120a)과 접촉하는 부분(C1, C2) 및 반도체 기판(110)과 접촉하는 부분(C3)을 형성할 뿐만 아니라 이웃하는 도전성 분말(120a) 사이의 밀착성 또한 높여 이들 사이에 접촉하는 부분을 형성한다.
이와 같이 도전성 분말(120a)과 반도체 물질이 공융되기 전에 금속 유리가 연화됨으로써, 연화된 금속 유리가 도전성 분말(120a)과 반도체 기판(110) 사이에서 이들 사이의 밀착시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 도전성 페이스트를 태양 전지에 적용하는 경우, 반도체 기판(110)으로부터 발생한 전하가 도전성 분말(120a)까지 전달될 수 있는 통로를 만들어줄 수 있다.
또한 상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융점은 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융점보다 낮을 수 있다. 이에 따라 상기 도전성 분말과 금속 유리는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 먼저 공융될 수 있다.
또한 상기 반도체 물질과 상기 금속 유리의 공융점은 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융점보다 낮을 수 있다. 이에 따라 반도체 물질과 금속 유리는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 먼저 공융될 수 있다.
요컨대 상기 도전성 페이스트를 반도체 기판 위에 적용하는 경우, 반도체 물질과 도전성 분말이 공융되기 전에 금속 유리가 연화되고 금속 유리와 도전성 분말이 공융되며 금속 유리와 반도체 물질이 공융될 수 있다. 이에 따라 반도체 물질과 도전성 분말이 공융되어 도전성 분말이 반도체 물질 내로 깊이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
이에 대하여 도 6 내지 도 10을 참고하여 설명한다.
도 6 내지 도 10은 도전성 페이스트를 승온하는 경우 도전성 입자 및 금속 유리의 변화를 보여주는 개략도이다.
도 6을 참고하면, 반도체 기판(110) 위에 도전성 분말(120a) 및 금속 유리(115a)를 포함하는 도전성 페이스트를 도포한다.
도 7을 참고하면, 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg) 이상으로 승온하는 경우 금속 유리(115a)는 연화되어 반도체 기판(110)의 표면 위에 젖음성(wetting)을 나타내며 밀착될 수 있다. 예컨대 금속 유리(115a)가 Cu50Zr40Al10을 포함하는 경우, 유리 전이 온도(Tg)는 약 450 내지 500℃일 수 있다. 이 때 연화된 금속 유리(115b)의 점도가 낮은 경우 젖음성이 높아 밀착성을 더욱 높일 수 있다.
도 8을 참고하면, 도전성 분말(120a)의 소결 온도(sintering temperature, Ts) 이상으로 승온하는 경우, 도전성 분말(120a)은 소결되어 이웃하는 도전성 분말(120a)이 서로 단단히 밀착되어 소결된 도전성 분말(120b)을 형성한다. 예컨대 도전성 분말(120a)이 은(Ag)인 경우, 소결 온도(Ts)는 약 580 내지 700℃일 수 있다. 도전성 분말(120a)의 소결 온도에서 상기 금속 유리는 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재할 수 있다.
도 9를 참고하면, 연화된 금속 유리(115b)와 소결된 도전성 분말(120b)의 공융점 온도(eutectic temperature, T1) 이상으로 승온한다. 예컨대, 도전성 분말(120b)이 은(Ag)이고 금속 유리(115b)가 Cu50Zr40Al10인 경우, 이들의 공융점은 약 780℃일 수 있다. 도전성 분말(120b)과 금속 유리(115b)가 공융되어 이들 사이에 밀착성이 높아지며, 이들 사이에 제1 공융층(117)이 형성된다.
도 10을 참고하면, 연화된 금속 유리(115b)와 반도체 기판(110)의 공융점 온도(T2) 이상으로 승온한다. 예컨대 금속 유리(115b)가 Cu50Zr40Al10이고 반도체 기판(110)이 규소로 이루어진 경우, 이들의 공융점은 약 802℃일 수 있다. 금속 유리(115b)와 반도체 기판(110)은 공융되어 이들 사이에 밀착성이 높여지며, 이들 사이에 제2 공융층(118)이 형성된다.
상기 연화된 금속 유리(115b)는 소정 온도에서 결정화되어 버퍼층(115)을 형성할 수 있으며, 버퍼층(115)은 도전성 분말(120b)이 반도체 기판(110) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
상기 금속 유리 대신 유리 프릿을 사용할 수도 있다.
유리 프릿은 예컨대 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, PbO-SiO2-B2O3-ZnO계, PbO-SiO2-B2O3-BaO계, PbO-SiO2-ZnO-BaO계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계, ZnO-K2O-B2O3-SiO2-BaO계, Bi2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO계, ZnO-BaO-B2O3-P2O5-Na2O계, Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO-ZnO계 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
상기 분산제는 하기 화학식 1로 표현될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112010054634489-pat00010
상기 화학식 1에서,
R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112010054634489-pat00011
상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
상기 분산제는 하기 화학식 3로 표현될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112010054634489-pat00012
상기 화학식 3에서, p는 3 내지 10의 정수이다.
상기 화학식 1에서 보는 바와 같이, 상기 분산제는 구조 내에 가지형 알킬기 및 아릴렌기를 포함하는 소수성 부분과 옥시알킬렌기 및 카르복실기를 포함하는 친수성 부분을 가진다.
상기 가지형 알킬기는 벌키한 가지들이 모여 소수성 부분을 형성할 수 있어서 다른 분산제 입자와 충돌시에도 소수성 부분을 견고하게 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 가지형 알킬기의 벌키한 구조에 의해 이웃하는 입자들 사이의 반발력을 더욱 높여 분산 시스템의 안정성을 높일 수 있다.
상기 아릴렌기는 견고한 방향족 고리를 형성하여 소수성 부분의 견고성을 높일 수 있다. 아릴렌기는 예컨대 페닐렌, 인데닐렌, 나프탈레닐렌, 페난트레닐렌(phenanthrenylene), 안트라세닐렌 및 피레닐렌(pyrenylene) 등을 들 수 있다.
상기 옥시알킬렌기는 반응 조건에 따라 분산제 분자의 내부에 존재하는 개수를 쉽게 조절할 수 있어서 분산제의 전체적인 분산 특성을 용이하게 제어할 수 있다.
상기 카르복실기는 히드록시기와 카르보닐기의 두 가지 극성기를 동시에 가지므로 극성 표면을 가지는 다양한 입자들의 표면에 잘 흡착될 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 분산제를 사용함으로써 분산제 입자들 표면에서 반발력이 작용하여 서로 뭉치지 않고 분산 시스템의 안정성을 높일 수 있다.
또한 이와 같이 분산성이 개선됨으로써 점도의 급격한 상승 없이 도전성 페이스트에 도전성 분말의 함량을 높일 수 있고, 이에 따라 도전성 페이스트의 도전성을 높일 수 있다.
또한 기존에 사용되는 포스페이트계 분산제와 달리 소성 후 잔류 탄소량이 적어 전극 형성 후 전극 내에 기공이 형성되거나 막이 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.
상기 도전성 페이스트는 유기 비히클을 더 포함할 수 있다.
유기 비히클은 도전성 분말 및 금속 유리와 혼합되어 적절한 점도를 부여할 수 있는 유기 화합물과 이들을 용해하는 용매를 포함한다.
유기 화합물은 예컨대 (메타)아크릴레이트계 수지; 에틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 수지; 페놀 수지; 알코올 수지; 테플론; 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 계면활성제, 증점제 및 안정화제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
용매는 이들을 혼합할 수 있는 형태이면 특히 한정되지 않으며, 예컨대 터피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌, 에틸렌글리콜 알킬에테르, 디에틸렌글리콜 알킬에테르, 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트 디에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 디알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌 글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 페닐에테르, 디프로필렌글리콜 알킬에테르, 트리프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리프로필렌글리콜 알킬 에테르 아세테이트, 디메틸프탈산, 디에틸프탈산, 디부틸프탈산 및 탈염수에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 또는 상기 유리 프릿 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 30 내지 98중량%, 약 1 내지 50중량% 및 약 1 내지 50중량%로 포함될 수 있다. 또한 상기 분산제는 상기 도전성 분말 및 상기 금속 유리의 총 함량 100 중량부에 대하여 약 0.5 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
상술한 도전성 분말, 금속 유리 또는 유리 프릿 및 분산제를 포함하는 도전성 페이스트는 스크린 인쇄 등의 방법으로 형성되어 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있다.
상기 전자 소자 중의 하나는 태양 전지 일 수 있다.
그러면 도 11을 참고하여 일 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 11은 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하에서는 설명의 편의상 반도체 기판(110)을 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 반도체 기판(110) 중 태양 에너지를 받는 면을 전면(front side)이라 하고 전면의 반대면을 후면(rear side)이라 한다.
도 11을 참고하면, 일 구현예에 따른 태양 전지는 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b)을 포함하는 반도체 기판(110)을 포함한다.
반도체 기판(110)은 결정질 규소 또는 화합물 반도체로 만들어질 수 있으며, 결정질 규소인 경우 예컨대 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b) 중 하나는 p형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있으며 다른 하나는 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 예컨대 하부 반도체 층(110a)은 p형 불순물로 도핑된 반도체 층이고, 상부 반도체층(110b)은 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 이 때 p형 불순물은 붕소(B)와 같은 III족 화합물일 수 있고, n형 불순물은 인(P)과 같은 V족 화합물일 수 있다.
상부 반도체 층(110b)의 표면은 표면 조직화(surface texturing) 되어 있을 수 있다. 표면 조직화된 상부 반도체 층(110b)은 예컨대 피라미드 모양과 같은 요철 또는 벌집(honeycomb) 모양과 같은 다공성 구조일 수 있다. 표면 조직화된 상부 반도체 층(110b)은 빛을 받는 표면적을 넓혀 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다.
상부 반도체 층(110b) 위에는 절연막(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 절연막은 태양 전지 표면에서 빛의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사 방지막(anti reflective coating) 역할을 하는 동시에 반도체 기판(110)의 표면에 존재하는 실리콘과의 접촉 특성을 개선하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
상부 반도체 층(110b) 위에는 복수의 전면 전극(120)이 형성되어 있다. 전면 전극(120)은 기판의 일 방향을 따라 나란히 뻗어 있으며, 빛 흡수 손실(shadowing loss) 및 면저항을 고려하여 그리드 패턴(grid pattern)으로 설계될 수 있다.
전면 전극(120)은 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 은(Ag) 등의 저저항 도전성 물질로 만들어질 수 있다.
전면 전극(120)은 도전성 페이스트(conductive paste)를 사용한 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 형성될 수 있다. 도전성 페이스트는 전술한 도전성 분말, 금속 유리 및 분산제를 포함한다.
상부 반도체 층(110b)과 전면 전극(120) 사이에는 버퍼층(115)이 형성되어 있다. 버퍼층(115)은 전술한 바와 같으며, 금속 유리를 포함하여 도전성을 가진다. 버퍼층(115)은 전면 전극(120)과 접촉하는 부분과 상부 반도체 층(110b)과 접촉하는 부분을 가지므로, 상부 반도체 층(110b)과 전면 전극(120) 사이에서 전하가 이동할 수 있는 통로(path)의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. 또한 버퍼층(115)은 전면 전극(120)을 이루는 물질이 반도체 기판(110) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
버퍼층(115)에 포함되어 있는 금속 유리는 전면 전극(120)의 도전성 페이스트에 포함된 성분으로 공정 중 전면 전극(120)의 도전성 물질보다 먼저 용융되어 전면 전극(120)의 하부에 위치할 수 있다.
전면 전극(120)과 버퍼층(115) 사이 및 버퍼층(115)과 상부 반도체 층(110b) 사이에는 각각 제1 공융층(117) 및 제2 공융층(118)이 형성되어 있다. 제1 공융층(117)은 전면 전극(120)을 이루는 도전성 물질과 버퍼층(115)을 이루는 금속 유리가 공융된 공융물을 포함하며, 제2 공융층(118)은 버퍼층(115)을 이루는 금속 유리와 상부 반도체 층(110b)의 반도체 물질이 공융된 공융물을 포함한다.
전면 전극(121) 위에는 전면 버스 바(bus bar) 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 버스 바 전극은 복수의 태양 전지 셀을 조립할 때 이웃하는 태양 전지 셀을 연결하기 위한 것이다.
반도체 기판(110)의 하부에는 유전막(130)이 형성되어 있다. 유전막(130)은 전하의 재결합을 방지하는 동시에 전류가 새는 것을 방지하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다. 유전막(130)은 복수의 관통부(135)를 가지며, 관통부(135)를 통하여 반도체 기판(110)과 후술하는 후면 전극(140)이 접촉할 수 있다.
유전막(130)은 예컨대 산화규소(SiO2), 질화규소(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있으며, 약 100 내지 2000Å의 두께를 가질 수 있다.
유전막(130) 하부에는 후면 전극(140)이 형성되어 있다. 후면 전극(140)은 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 알루미늄(Al) 과 같은 불투명 금속으로 만들어질 수 있다. 후면 전극(140)은 전면 전극(120)과 마찬가지로 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄 방법으로 형성될 수 있다.
후면 전극(140)과 하부 반도체 층(110a) 사이에는 전면 전극(120)과 마찬가지로 버퍼층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 또한 후면 전극(140)과 버퍼층 사이 및 하부 반도체 층(110b)과 버퍼층 사이에는 전면 전극(120)과 마찬가지로 각각 제1 공융층(도시하지 않음) 및 제2 공융층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
이하 상기 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 11을 참고하여 설명한다.
먼저 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(110)을 준비한다. 이 때 반도체 기판(110)은 예컨대 p형 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
이어서, 반도체 기판(110)을 표면 조직화한다. 표면 조직화는 예컨대 질산 및 불산과 같은 강산 또는 수산화나트륨과 같은 강염기 용액을 사용하는 습식 방법으로 수행하거나 플라스마를 사용한 건식 방법으로 수행할 수 있다.
다음 반도체 기판(110)에 예컨대 n형 불순물을 도핑한다. 여기서 n형 불순물은 POCl3 또는 H3PO4 등을 고온에서 열처리하여 인(P)을 확산시킴으로써 도핑할 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(110)은 다른 불순물로 도핑된 하부 반도체 층(110a)과 상부 반도체 층(110b)을 포함한다.
다음 상부 반도체 층(110b) 위에 전면 전극용 도전성 페이스트를 도포한다. 전면 전극용 도전성 페이스트는 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 스크린 인쇄는 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 상술한 도전성 페이스트를 전극이 형성될 위치에 도포하고 건조하는 단계를 포함한다.
도전성 페이스트는 상술한 바와 같이 금속 유리 또는 유리 프릿을 포함할 수 있으며, 금속 유리는 예컨대 용융방사법(melt spinning), 흡입주조법(infiltration casting), 기체분무법(gas atomization), 이온조사법(ion irradiation) 또는 기계적 합금법(mechanical alloying) 등의 공지의 방법으로 제조될 수 있다.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트를 건조한다.
다음 반도체 기판(110)의 후면에 예컨대 알루미늄 산화물(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)를 플라스마 화학 기상 증착 방법으로 적층하여 유전막(130)을 형성한다.
이어서 유전막(130)의 일부에 레이저를 조사하여 복수의 관통부(135)를 형성한다.
다음 유전막(130) 일면에 후면 전극용 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 도포하고 건조한다.
이어서 후면 전극용 도전성 페이스트를 건조한다.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트 및 후면 전극용 도전성 페이스트를 공 소성(co-firing)한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 전면 전극용 도전성 페이스트와 후면 전극용 도전성 페이스트를 각각 소성할 수 있다.
소성은 소성 로에서 도전성 금속의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온할 수 있으며, 예컨대 약 400 내지 1000℃에서 수행할 수 있다.
이하, 다른 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 도 12를 참고하여 설명한다.
도 12는 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 태양 전지는 p형 또는 n형 불순물로 도핑된 반도체 기판(110)을 포함한다. 반도체 기판(110)은 후면 측에 형성되어 있으며 서로 다른 불순물로 도핑된 복수의 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 포함한다. 제1 도핑 영역(111a)은 예컨대 n형 불순물로 도핑될 수 있고 제2 도핑 영역(111b)은 예컨대 p형 불순물로 도핑될 수 있다. 제1 도핑 영역(111a)과 제2 도핑 영역(111b)은 반도체 기판(110)의 후면에 교대로 배치될 수 있다.
반도체 기판(110)의 전면은 표면 조직화 되어 있을 수 있으며, 표면 조직화에 의해 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다. 반도체 기판(110) 위에는 절연막(112)이 형성되어 있다. 절연막(112)은 빛을 적게 흡수하고 절연성이 있는 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 질화규소(SiNx), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 조합일 수 있으며, 단일 층 또는 복수 층으로 형성될 수 있다. 절연막(112)은 예컨대 약 200 내지 1500Å의 두께를 가질 수 있다.
절연막(112)은 태양 전지 표면에서 빛의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사 방지막(anti-reflective coating) 역할을 하는 동시에 반도체 기판(110)의 표면에 존재하는 실리콘과의 접촉 특성을 개선하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
반도체 기판(110)의 후면에는 복수의 관통부를 가진 유전막(150)이 형성되어 있다.
반도체 기판(110)의 후면에는 제1 도핑 영역(111a)에 연결되어 있는 전면 전극(120)과 제2 도핑 영역(111b)에 연결되어 있는 후면 전극(140)이 각각 형성되어 있다. 전면 전극(120)은 관통부를 통하여 제1 도핑 영역(111a)과 접촉할 수 있으며, 후면 전극(140)은 관통부를 통하여 제2 도핑 영역(111b)과 접촉할 수 있다. 전면 전극(120)과 후면 전극(140)은 교대로 배치될 수 있다.
전면 전극(120)과 후면 전극(140)은 전술한 구현예와 마찬가지로, 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 전술한 바와 같다.
제1 도핑 영역(111a)과 전면 전극(120) 사이 및 제2 도핑 영역(111b)과 후면 전극(140) 사이에는 버퍼층(115)이 각각 형성되어 있다. 버퍼층(115)은 전술한 바와 마찬가지로 금속 유리를 포함하므로 도전성을 가지며, 전면 전극(120) 또는 후면 전극(140)과 접촉하는 부분과 제1 도핑 영역(111a) 또는 제2 도핑 영역(111b)과 접촉하는 부분을 가지므로, 제1 도핑 영역(111a)과 전면 전극(120) 사이 또는 제2 도핑 영역(111b)과 후면 전극(140) 사이에서 전하가 이동할 수 있는 통로의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. 또한 버퍼층(115)은 전면 전극(120) 또는 후면 전극(140)을 이루는 물질이 제1 또는 제2 도핑 영역(111a, 111b) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
전면 전극(120) 또는 후면 전극(140)과 버퍼층(115) 사이에는 전면 전극(120) 또는 후면 전극(140)을 이루는 도전성 물질과 버퍼층(115)을 이루는 금속 유리가 공융된 공융물을 포함하는 제1 공융층(117)이 형성되어 있고, 제1 또는 제2 도핑 영역(111a, 111b)과 버퍼층(115) 사이에는 반도체 물질과 금속 유리가 공융된 공융물을 포함하는 제2 공융층(118)이 형성되어 있다.
본 구현예에 따른 태양 전지는 전술한 구현예와 달리, 전면 전극(120) 및 후면 전극(140)이 모두 태양 전지의 후면에 위치함으로써 전면에서 금속이 차지하는 면적을 줄여 빛 흡수 손실을 줄일 수 있고 이에 따라 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
이하 본 구현예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 예컨대 n형 불순물로 도핑되어 있는 반도체 기판(110)을 준비한다. 이어서 반도체 기판(110)을 표면 조직화한 후, 반도체 기판(110)의 전면 및 후면에 절연막(112, 150)을 형성한다. 절연막(112, 150)은 예컨대 화학 기상 증착으로 형성할 수 있다.
다음, 반도체 기판(110)의 후면 측에 예컨대 p형 불순물 및 n형 불순물을 차례로 고농도로 도핑하여 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 형성한다. 이어서 유전막(150)의 일면에 제1 도핑 영역(111a)에 대응하는 영역에 전면 전극용 도전성 페이스트를 도포하고 제2 도핑 영역(111b)에 대응하는 영역에 후면 전극용 도전성 페이스트를 도포한다. 전면 전극용 도전성 페이스트 및 후면 전극용 도전성 페이스트는 각각 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있으며, 각각 전술한 도전성 분말, 금속 유리, 분산제 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 사용할 수 있다.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트 및 후면 전극용 도전성 페이스트를 함께 또는 각각 소성할 수 있으며, 소성은 소성 로에서 도전성 금속의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온할 수 있다.
이하 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
도전성 페이스트의 제조
실시예 1
폴리옥시에틸렌-1,1,3,3-테트라메틸부틸페닐 에테르 카르복시산(polyoxyethylene 1,1,3,3-tetramethylbutylphenyl ether carboxylic acid)(분산제)을 유기 비히클에 첨가하고 여기에 은(Ag) 분말 및 금속 유리 Cu43Zr43Al7Ag7 를 첨가한다. 이어서 3-롤 밀을 사용하여 반죽하여 도전성 페이스트를 제조한다. 이 때, 은(Ag) 분말, 금속 유리 Cu43Zr43Al7Ag7 및 유기 비히클은 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 82 중량%, 4 중량% 및 14 중량%로 혼합되고, 분산제는 은(Ag) 분말과 금속 유리의 고형분 100 중량부에 대하여 0.5 중량부로 포함된다.
실시예 2
상기 분산제를 1.0 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
실시예 3
상기 분산제를 1.5 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
실시예 4
상기 분산제를 2.0 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
실시예 5
상기 분산제를 2.5 중량부 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
실시예 6
상기 분산제를 1.5 중량부 사용하고 은(Ag) 분말 84중량% 및 유기 비히클 12중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
실시예 7
상기 분산제를 1.5 중량부 사용하고 은(Ag) 분말 86중량% 및 유기 비히클 10중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
비교예 1
분산제를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
비교예 2
분산제로서 포스페이트계 분산제인 BYK 111 (BYK Chemi 사 제조, 제품명 Disperbyk 111)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조한다.
전극 형성
실시예 8
실리콘 웨이퍼 위에 실시예 3에 따른 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 도포한다. 이어서 벨트 퍼니스(belt furnace)를 사용하여 500℃까지 급속히 가열한다. 이어서 약 900℃까지 급속히 가열한 후 냉각하여 전극을 형성한다.
실시예 9
실시예 6에 따른 도전성 페이스트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 전극을 형성한다.
실시예 10
실시예 7에 따른 도전성 페이스트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 전극을 형성한다.
비교예 3
비교예 1에 따른 도전성 페이스트를 사용한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일한 방법으로 전극을 형성한다.
평가 - 1
실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 도전성 페이스트의 점도 특성을 확인한다. 점도는 브룩필드사 모델 RVII (Brookfield viscometer RVII)를 사용하여 측정한다.
이에 대하여 도 1 및 2를 참고하여 설명한다.
도 1은 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 도전성 페이스트의 전단율에 따른 점도 변화를 보여주는 그래프이고, 도 2는 일정한 전단율에서 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에 따른 도전성 페이스트의 점도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 동일한 전단율에서 실시예 1 내지 5에 따른 도전성 페이스트는 비교예 1에 따른 도전성 페이스트에 비하여 점도가 낮은 것을 알 수 있으며, 상기 분산제의 함량이 많을수록 점도가 더욱 낮은 것을 알 수 있다. 점도가 낮다는 것은 분산성이 개선되었음을 의미한다.
평가 - 2
실시예 8, 9 및 10과 비교예 3에 따른 전극의 비저항 값을 측정한다. 비저항은 140 ㎛의 선폭 및 4cm 길이를 가지는 전극의 선저항을 측정한 후 전극 선의 dimension을 측정하여 선저항에 면적을 곱하고 길이로 나누는 방법으로 측정한다.
그 결과는 표 1과 같다.
실시예 8 실시예 9 실시예 10 비교예 3
도전성분말(중량%) 82 84 86 82
고형분(중량%) 86 88 90 86
분산제(중량부) 1.5 1.5 1.5 0
비저항(μΩ㎝) 4.14 3.73 2.6 5.92
표 1을 참고하면, 실시예 8, 9 및 10에 따른 전극은 비교예 3에 따른 전극과 비교하여 비저항 값이 낮은 것을 알 수 있다. 이는 실시예 8, 9 및 10에 따른 전극에서 사용한 도전성 페이스트가 비교예 3에 따른 전극에서 사용한 도전성 페이스트와 비교하여 분산성이 우수하여 점도의 큰 변화없이 도전성 분말을 더 많이 포함할 수 있으므로 도전성이 개선되는 것을 의미한다.
실시예 10에 따른 전극 및 비교예 3에 따른 전극의 패턴에 대하여 도 3a 및을 참고도 3b를 참고하여 설명한다.
도 3a는 실시예 10에 따른 전극의 3D 사진이고, 도 3b는 비교예 3에 따른 전극의 3D 사진이다.
도 3a 및 도 3b를 참고하면, 실시예 10에 따른 전극은 비교예 3에 따른 전극과 비교하여 고 함량의 도전성 분말을 점도 증가 없이 첨가할 수 있어, 입자간 접촉점 증대로 소결성이 우수하여 형성된 전극의 형상이 매끄럽고, 고함량 도전성 분말로 인한 점탄성 계수 향상에 의하여 선폭 번짐 및 선의 높이가 높아 선저항을 낮출 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
110: 반도체 기판 115: 버퍼층
117, 118: 공융층 120: 전면 전극
120a: 도전성 분말 115a: 금속 유리
130: 유전막 140: 후면 전극

Claims (22)

  1. 도전성 분말,
    무질서한 원자 구조를 가지는 적어도 두 종류의 금속들의 비정질 상태의 합금인 금속 유리(metallic glass), 그리고
    하기 화학식 1로 표현되는 분산제
    를 포함하는 도전성 페이스트:
    [화학식 1]
    Figure 112016108710154-pat00013

    상기 화학식 1에서,
    R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
  2. 제1항에서,
    상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현되는 도전성 페이스트:
    [화학식 2]
    Figure 112010054634489-pat00014

    상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
  3. 제1항에서,
    상기 분산제는 하기 화학식 3으로 표현되는 도전성 페이스트:
    [화학식 3]
    Figure 112010054634489-pat00015

    상기 화학식 3에서, p는 3 내지 10의 정수이다.
  4. 제1항에서,
    상기 분산제는 상기 도전성 분말 및 상기 금속 유리의 총 함량 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부로 포함되어 있는 도전성 페이스트.
  5. 제1항에서,
    상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 아연(Zn), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 비정질 합금인 도전성 페이스트.
  6. 제1항에서,
    상기 금속 유리의 유리 전이 온도(Tg)는 규소와 상기 도전성 분말의 공융점보다 낮은 도전성 페이스트.
  7. 제6항에서,
    상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융점은 규소와 상기 도전성 분말의 공융점보다 낮은 도전성 페이스트.
  8. 제1항에서,
    상기 금속 유리는 상기 도전성 분말의 소결 온도에서 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재하는 도전성 페이스트.
  9. 제1항에서,
    상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함하는 도전성 페이스트.
  10. 제1항에서,
    유기 비히클을 더 포함하는 도전성 페이스트.
  11. 제10항에서,
    상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 30 내지 98중량%, 1 내지 50중량% 및 1 내지 50중량%로 포함되고,
    상기 분산제는 상기 도전성 분말 및 상기 금속 유리의 총 함량 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부로 포함되어 있는 도전성 페이스트.
  12. 도전성 분말, 무질서한 원자 구조를 가지는 적어도 두 종류의 금속들의 비정질 상태의 합금인 금속 유리 및 하기 화학식 1로 표현되는 분산제를 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자:
    [화학식 1]
    Figure 112016108710154-pat00016

    상기 화학식 1에서,
    R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
  13. 제12항에서,
    상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현되는 전자 소자:
    [화학식 2]
    Figure 112010054634489-pat00017

    상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
  14. 제12항에서,
    상기 분산제는 하기 화학식 3로 표현되는 전자 소자:
    [화학식 3]
    Figure 112016108710154-pat00018

    상기 화학식 3에서, p은 3 내지 10의 정수이다.
  15. 규소를 포함하는 반도체 층, 그리고
    상기 반도체 층에 전기적으로 연결되어 있으며 도전성 분말, 무질서한 원자 구조를 가지는 적어도 두 종류의 금속들의 비정질 상태의 합금인 금속 유리 및 하기 화학식 1로 표현되는 분산제를 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극
    을 포함하는 태양 전지:
    [화학식 1]
    Figure 112016108710154-pat00019

    상기 화학식 1에서,
    R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2 및 R3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기이고, L2는 단일 결합 또는 C1 내지 C4의 알킬렌기이고, n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 30의 정수이고, 3≤n+m≤30이다.
  16. 제15항에서,
    상기 분산제는 하기 화학식 2로 표현되는 태양 전지:
    [화학식 2]
    Figure 112010054634489-pat00020

    상기 화학식 2에서, R1은 치환 또는 비치환된 C5 내지 C30 가지형 알킬기이고, R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C5 알킬렌기이고, n 은 0 내지 30의 정수이다.
  17. 제15항에서,
    상기 분산제는 하기 화학식 3으로 표현되는 태양 전지:
    [화학식 3]
    Figure 112010054634489-pat00021

    상기 화학식 3에서, p는 3 내지 10의 정수이다.
  18. 제15항에서,
    상기 반도체 층 및 상기 전극과 각각 접촉하고 있으며 금속 유리를 포함하는 버퍼층을 더 포함하는 태양 전지.
  19. 제18항에서,
    상기 전극과 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 도전성 분말과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제1 공융층을 더 포함하는 태양 전지.
  20. 제19항에서,
    상기 반도체 층과 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 규소와 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제2 공융층을 더 포함하는 태양 전지.
  21. 제15항에서,
    상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 아연(Zn), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 비정질 합금인 태양 전지.
  22. 제15항에서,
    상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함하는 태양 전지.


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