KR101765920B1 - 페이스트 조성물 및 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른, 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물은, 제1 중심 입경을 가지는 제1 은(Ag) 분말, 상기 제1 중심 입경보다 큰 제2 중심 입경을 가지는 제2 은 분말 및 상기 제2 중심 입경보다 큰 제3 중심 입경을 가지는 제3 은 분말을 포함하는 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함한다.
Description
본 기재는 페이스트 조성물 및 이 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전면 전극을 포함하는 태양 전지에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 고갈 등으로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중 태양 전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며, 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
이러한 태양 전지는 실리콘 기판에 형성되는 전극을 포함할 수 있다. 이러한 전극은 전도성 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 등을 포함하는 페이스트 조성물을 인쇄한 후 소성하여 형성될 수 있다. 이러한 페이스트 조성물의 조성을 최적화하여 태양 전지의 효율을 향상하는 것이 요구된다.
실시예는 태양 전지의 효율을 향상할 수 있는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물 및 이 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전면 전극을 포함하는 태양 전지를 제공하고자 한다.
실시예에 따른, 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물은, 제1 중심 입경을 가지는 제1 은(Ag) 분말, 상기 제1 중심 입경보다 큰 제2 중심 입경을 가지는 제2 은 분말 및 상기 제2 중심 입경보다 큰 제3 중심 입경을 가지는 제3 은 분말을 포함하는 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함한다.
상기 제1 중심 입경이 1.2~2.0 ㎛이고, 상기 제2 중심 입경이 1.5~2.5 ㎛이고, 상기 제3 중심 입경이 5~7 ㎛일 수 있다.
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 은 분말이 49.68~56.57 중량부, 상기 제2 은 분말이 11.9~16.22 중량부, 상기 제3 은 분말이 12.31~19.85 중량부만큼 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 산화납(PbO)을 포함하고, 상기 유리 프릿은 서로 다른 조성을 가지는 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿을 포함할 수 있다.
상기 제1 유리 프릿과 상기 제2 유리 프릿이 PbO, SiO2 및 B2O3을 포함하는 PbO-SiO2-B2O3 계열일 수 있다.
상기 제1 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, 71.8~88.7 중량%의 PbO, 4.9~12 중량%의 SiO2 및 4.9~11 중량%의 B2O3을 포함하고, 0~5 중량%의 Al2O3, 0.5~5 중량%의 ZnO, 0~5 중량%의 TiO2, 0~5 중량%의 SrO, 0~5 중량%의 BaO, 0~5 중량%의 ZrO, 0.3~0.5 중량%의 Fe2O3, 0.2~0.5 중량%의 Cr2O3 및 0.3~0.5 중량%의 MnO2를 포함하고, 상기 제1 유리 프릿 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, Co2O3 또는 CoO를 0.1~0.4 중량% 더 포함할 수 있다.
상기 제2 유리 프릿이 AgO, Ag2O, CaCO3 및 BaCO3 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 AgO, Ag2O, CaCO3 및 BaCO3 중 적어도 어느 하나가 0.1~3 중량%만큼 포함될 수 있다. 따라서, 상기 제1 유리 프릿과 상기 제2 유리 프릿의 조성은 서로 다를 수 있다.
상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여, 상기 제1 유리 프릿을 40~60 중량부, 상기 제2 유리 프릿을 40~60 중량부만큼 포함할 수 있다.
상기 유기 비히클이 제1 유기 비히클과 제2 유기 비히클을 포함하고, 상기 제1 유기 비히클이 제1 분자량을 가지는 바인더를 포함하고, 상기 제2 유기 비히클이 상기 제1 분자량보다 작은 제2 분자량을 가지는 바인더를 포함할 수 있다.
상기 유기 비히클 100 중량부에 대하여, 상기 제1 유기 비히클을 35~55 중량부, 상기 제2 유기 비히클을 55~65 중량부만큼 포함할 수 있다.
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 유기 비히클을 3.5~5.5 중량부, 상기 제2 유기 비히클을 5.5~6.5 중량부만큼 포함할 수 있다.
실시예에 따른 태양 전지는, 상술한 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전면 전극을 포함한다.
실시예에 따르면, 서로 다른 중심 입경을 가지는 제1 내지 제3 분말을 적절한 조성비로 포함하여 전면 전극에서 돌기(bump)를 제거할 수 있다. 이에 의하여 제조된 전면 전극을 포함하는 태양 전지의 개방 전압 특성 및 효율을 향상할 수 있다. 그리고 핑거 형상으로 형성되는 전면 전극의 형상 특성을 개선하여 전기적 특성을 향상할 수 있다.
그리고 서로 다른 조성의 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 함께 사용하여 태양 전지의 충밀도(fill factor) 및 효율을 향상할 수 있다. 이때, 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿이 다양한 산화물을 포함하여 전극과 실리콘 기판의 컨택 특성을 향상할 수 있다.
또한, 서로 다른 분자량을 가지는 제1 유기 비히클과 제2 유기 비히클을 함께 사용하여 종횡비(aspect ratio)를 개선할 수 있다.
도 1은 태양 전지의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 본 발명에 따른 태양 전지 및 이 태양 전지의 전극의 형성에 이용되는 전극용 페이스트 조성물(이하 “페이스트 조성물”)을 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 페이스트 조성물이 적용될 수 있는 태양 전지의 일례를 설명한다. 도 1은 태양 전지의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양 전지는 전면에 n형 반도체부(11)를 포함하는 p형의 실리콘 기판(10), n형 반도체부(11)에 전기적으로 연결되는 전면 전극(12) 및 p형 실리콘 기판(10)에 전기적으로 연결되는 후면 전극(13)을 포함한다. 전면 전극(12)을 제외한 n형 반도체부(11)의 상면에는 반사 방지막(14)이 형성될 수 있다. 그리고 후면 전극(13)이 형성된 실리콘 기판(10)에는 후면 전계층(back surface field, BSF)(15)이 형성될 수 있다.
본 발명의 페이스트 조성물은 이러한 태양 전지의 전면 전극(12)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 페이스트 조성물이 후면 전극(13)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이하에서는 전면 전극(12)을 형성하는 것을 기준으로 하여 설명한다.
본 발명의 페이스트 조성물을 실리콘 기판(10)에 도포한 후 건조 및 소성하여 전면 전극(12)을 형성할 수 있다. 이러한 페이스트의 조성물은 80~200℃에서 1~30분 동안 건조될 수 있으며, 700~900℃에서의 급속 열처리에 의하여 소성될 수 있다.
이러한 페이스트 조성물은 은(Ag) 분말, 유기 비히클, 유리 프릿을 포함하고, 첨가제 등을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 은 분말은 다양한 형상의 분말을 포함할 수 있다. 일례로, 구형 분말과, 판형, 종형 또는 플레이크형의 비구형 분말 등을 사용할 수 있다.
본 실시예에서 은 분말은, 제1 중심 입경을 가지는 제1 은 분말, 제1 중심 입경보다 큰 제2 중심 입경을 가지는 제2 은 분말, 그리고 제2 중심 입경보다 큰 제3 중심 입경을 가지는 제3 은 분말을 포함한다. 즉, 은 분말이 서로 다른 중심 입경을 가지는 제1 내지 제3 은 분말을 포함하여, 은 분말의 충진률을 높일 수 있고 이에 의하여 제조된 전면 전극(12)의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.
일례로, 제1 중심 입경이 1.2~2.0 ㎛이고, 제2 중심 입경이 1.5~2.5 ㎛이며, 제3 중심 입경이 5~7 ㎛일 수 있다. 이는 서로 구별되는 중심 입경을 가지면서 충진률 향상 효과를 최대화하기 위한 것이다. 여기서, 구형 분말의 경우에는 그 입경을 기준으로, 비구형 분말의 경우에는 장변의 길이를 기준으로 하여, 중심 입경을 구할 수 있다.
즉, 은 분말의 중심 입경은 최소 1.2 ㎛이고, 최대 7㎛이다. 이에 대한 이유는 다음과 같다. 중심 입경이 1.2 ㎛ 미만인 경우에는, 은 분말 사이에 유기 비히클 등이 들어갈 수 있는 공간이 적어 분산이 원활하지 않을 수 있다. 그리고 중심 입경이 7 ㎛를 초과하는 경우에는, 은 분말 사이에 공극이 많아서 치밀도가 떨어지고 저항이 높아질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 서로 구별되는 중심 입경을 가지는 세 가지의 분말을 사용하면 족하다.
이러한 은 분말은 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 73.89~92.64 중량부만큼 포함될 수 있다. 은 분말이 92.64 중량부를 초과하여 포함되면 조성물을 페이스트 상태로 형성하기 어려울 수 있다. 은 분말이 73.89 중량부 미만으로 포함되면 은 분말의 양이 줄어들어 제조된 전면 전극(12)의 전기 전도도가 낮을 수 있다. 이때, 은 분말은 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 73.89~81.94 중량부만큼 포함될 수 있다.
이때, 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 49.68~56.57 중량부, 제2 은 분말이 11.9~16.22 중량부, 제3 은 분말이 12.31~19.85 중량부만큼 포함될 수 있다. 이러한 범위는 페이스트 조성물을 이용하여 핑거 형상의 전면 전극(12)을 형성하였을 때, 전면 전극(12)의 형성을 개선하여 전기적 특성을 개선할 수 있는 범위로 한정된 것이다.
유기 비히클은 용매에 바인더가 용해된 것일 수 있으며, 소포제, 분산제 등을 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 용매로는 테르피네올, 카르비톨 등의 유기 용매를 사용할 수 있고, 바인더로는 아크릴계 수지, 셀룰로오스계 수지, 알키드 수지 등을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 유기 비히클을 사용할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에서는 유기 비히클이 서로 다른 특성을 가지는 제1 유기 비히클과 제2 유기 비히클을 포함할 수 있다. 즉, 제1 유기 비히클의 바인더가 상대적으로 큰 분자량을 가지고 제2 유기 비히클의 바인더가 상대적으로 작은 분자량을 가질 수 있다. 일례로, 제1 유기 비히클의 바인더로 분자량이 60~80인 에틸셀룰로오스를 사용하고, 제2 유기 비히클의 바인더로 분자량이 10~30인 에틸셀룰로오스를 사용할 수 있다. 서로 다른 분자량을 가지는 제1 및 제2 유기 비히클을 함께 사용하여 종횡비를 개선할 수 있다.
이때, 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 제1 유기 비히클을 3.5~5.5 중량부, 제2 유기 비히클을 5.5~6.5 중량부만큼 포함될 수 있다. 유기 비히클이 13 중량부를 초과하여 포함되면, 은 분말의 양이 작아 제조된 전면 전극(12)의 전기 전도도가 낮아질 수 있고 점도가 낮아져서 인쇄성이 떨어질 수 있다. 유기 비히클이 9 중량부 미만으로 포함되면, 실리콘 기판(10)과의 접합 특성이 저하될 수 있고 점도가 높아져서 인쇄성이 떨어질 수 있다.
그리고, 유기 비히클 100 중량부에 대하여, 제1 유기 비히클을 35~55 중량부, 제2 유기 비히클을 55~65 중량부만큼 포함될 수 있다. 이는 제조된 전면 전극(12)을 구비하는 태양 전지가 높은 효율을 가질 수 있도록 결정된 것이다.
본 발명에서 유리 프릿은 산화납(PbO)을 포함하고, 상기 유리 프릿은 서로 다른 조성을 가지는 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 포함한다.
이때, 제1 및 제2 유리 프릿은 각기 PbO, SiO2 및 B2O3을 주요 성분으로 하는 PbO-SiO2-B2O3 계열일 수 있다. 이와 함께, 제1 및 제2 유리 프릿 각각은, ZnO, Fe2O3, Cr2O3, Co2O3 또는 CoO, MnO2계 조성물을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 유리 프릿 각각은, Al2O3, MgO, TiO2, SrO, BaO 및 ZrO 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
제1 및/또는 제2 유리 프릿을 구성하는 물질로 2 이상의 물질이 존재하는 경우, 이들의 조성 및 비율이 전면 전극(12)과 실리콘 기판(10)의 컨택 성질에 영향을 줄 수 있는바, 본 발명에서는 다양한 산화물을 포함하도록 한 것이다.
일례로, 제1 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, 71.8~88.7 중량%의 PbO, 4.9~12 중량%의 SiO2 및 4.9~11 중량%의 B2O3를 포함하고, 0~5 중량%의 Al2O3, 0.5~5 중량%의 ZnO, 0~5 중량%의 TiO2, 0~5 중량%의 SrO, 0~5 중량%의 BaO, 0~5 중량%의 ZrO, 0.3~0.5 중량%의 Fe2O3, 0.2~0.5 중량%의 Cr2O3 및 0.3~0.5 중량%의 MnO2를 포함하고, 상기 제1 유리 프릿 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, Co2O3 또는 CoO를 0.1~0.4 중량% 더 포함할 수 있다.
여기서, 71.8~88.7 중량%의 PbO, 4.9~12 중량%의 SiO2, 4.9~11 중량%의 B2O3는 페이스트 조성물이 반사 방지막(14)(일례로, SiN막)을 에칭하여 관통할 수 있도록 하면서 실리콘 기판(10)으로 침투되는 은의 양을 조절하기 위하여 선택된 것이다. 이에 의하여 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전면 전극(12)과 실리콘 기판(10)과의 컨택 특성을 향상할 수 있다.
ZnO는 광흡수 계수를 향상하기 위하여 첨가되는 것이다. ZnO는 상술한 바와 같이 0.5~5 중량%로 포함될 수 있는데, 이러한 범위에서 유리 전이 온도 및 특성 변화에 영향을 최소화하면서 효율을 개선할 수 있다.
Fe2O3, Cr2O3, Co2O3 또는 CoO, MnO2 등은 여기 전압을 낮추어 여기 전압 효과(excitation voltage effect)를 향상하기 위하여 첨가되는 것이다. 여기서, 여기 전압이라 함은 기저 상태의 원자나 분자가 충돌에 의하여 여기되는데 필요한 최소 에너지를 공급하기 위하여 필요한 최소 전압을 의미한다. 이와 같이 본 발명에서는 Fe2O3, Cr2O3, Co2O3 또는 CoO, MnO2 등을 포함하여, 여기 전압을 낮출 수 있고 이에 의하여 태양 전지 효율을 향상할 수 있다.
이때, 0.3~0.5 중량%의 Fe2O3, 0.2~0.5 중량%의 Cr2O3, 0.1~0.4 중량%의 Co2O3 또는 CoO, 0.3~0.5 중량%의 MnO2를 포함할 수 있는데, 이러한 범위에서 유리 전이 온도 및 특성 변화에 영향을 최소화하면서 효율을 개선할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 및/또는 제2 유리 프릿은 Al2O3를 더 포함할 수 있다. Al2O3은 유리 프릿과 은 분말의 컨택 효과(contact effect)를 향상시키기 위하여 첨가된다. 이때, Al2O3은 제1 또는 제2 유리 프릿 전체에 대하여 0.1~5 중량% 포함될 수 있다. Al2O3가 0.1 중량% 미만을 포함될 경우에는 상기 콘택 효과가 충분히 발휘되기 어려우며, 5 중량%를 초과하여 포함될 경우에는 유리 전이온도가 상승되어 유리 용융이 어려울 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 및/또는 제2 유리 프릿은 TiO2를 더 포함할 수 있다. TiO2를 첨가하면, 유리 전이 온도를 높일 수 있으며 이에 따라 유리 전이 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다. 이러한 효과를 위하여 TiO2는 0.1~5 중량%만큼 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 제1 및/또는 제2 유리 프릿은 광흡수 계수의 향상 효과 및 션트 저항(Rsh)을 높이고 직렬 저항(Rs)를 낮추기 위하여 SrO, BaO, ZrO 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 태양 전지의 전기적 특성은 직렬 저항 및 션트 저항에 의해 특징되는데, 전면 전극(12)의 계면의 조성 및 미세 구조는 직렬 저항을 좌우한다. SrO, BaO 또는 ZrO는 광흡수 계수를 향상할 수 있는 재료로서 제1 및/또는 제2 유리 프릿에 포함된다. 그리고 직렬 저항을 낮추는 효과 및 션트 저항을 높이는 효과를 발휘하도록 하여, 태양전지의 효율 향상에 기여한다. 상기 SrO, BaO, ZrO는 5 중량% 이하로 포함될 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 그 주요 성분이 유사한데, 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿의 조성 차이를 위하여 일정 물질을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
일례로, 제2 유리 프릿에는 AgO, Ag2O, CaCO3 및 BaCO3 중 적어도 어느 하나가 더 포함되고, 제1 유리 프릿에는 이러한 물질이 포함되지 않을 수 있다. 따라서, 상기 제1 유리 프릿과 상기 제2 유리 프릿의 조성은 서로 다를 수 있다.
AgO 또는 Ag2O를 첨가하면, 금속화(metallization) 이후에도 은이 석출될 수 있도록 하여 은의 결정화 효과를 향상할 수 있다. 이러한 효과를 위하여 AgO 또는 Ag2O는 0.1~5 중량%만큼 포함될 수 있다.
CaCO3를 첨가하면, 유리 전이 온도를 낮출 수 있으며 이에 따라 유리 전이 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다. 이러한 효과를 위하여 CaCO3는 0.1~3 중량%만큼 포함될 수 있다.
BaCO3를 첨가하면, 유리 전이 온도를 낮출 수 있으며 이에 따라 유리 전이 온도를 제어할 수 있는 효과가 있다. 이러한 효과를 위하여 BaCO3는 0.1~3 중량%만큼 포함될 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 우수한 특성을 가지는 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿을 조성을 조금 달리 하여 사용함으로써, 태양 전지의 충밀도(fill factor) 및 효율을 향상할 수 있다. 이는 유리 프릿의 조성을 금속화가 잘 일어날 수 있도록 최적화함으로써 션트 저항과 직렬 저항을 향상하였기 때문이다.
이때, 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 서로 유사한 양만큼 포함하여, 예를 들어, 제1 및 2 유리 프릿을 각기 40~60 중량% 포함하여, 태양 전지의 충밀도 및 효율을 좀 더 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿이 각기 10~90 중량%로 포함될 수 있다.
상술한 설명에서는 유리 프릿이 제1 및 제2 유리 프릿을 포함하여 두 가지 종류의 유리 프릿을 포함하는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 유리 프릿이 서로 다른 조성을 가지는 세 가지 이상의 종류의 유리 프릿을 포함하는 것도 가능하고, 주요 성분이 다른 유리 프릿을 더 포함하는 것도 가능하다.
이러한 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿은, 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 각기 1.98~2.03 중량부만큼 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 유리 프릿에 의하여 접착력 및 소결성을 향상할 수 있다.
그리고 첨가제로 분산제, 칙소제(thixotropic agent), 레벨링(levelling)제, 소포제 등을 더 포함할 수도 있다. 칙소제는 우레아계, 아마이드계, 우레탄계 등의 고분자/유기물이 사용되거나 무기계의 실리카 등이 사용될 수 있다.
첨가제는 페이스트 조성물 100 중량부 대하여 0.1~10 중량부만큼 포함될 수 있다. 이 범위에서 은 분말이 충분한 양으로 첨가되어 전기 전도도를 높은 수준으로 유지할 수 있으며, 첨가제에 의한 효과를 발휘할 수 있다.
이러한 페이스트 조성물은 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.
바인더를 용매에 용해한 후 프리 믹싱(pre-mixing)하여 유기 비히클을 형성한다. 은 분말과 첨가제를 유기 비히클에 첨가하여 1~12시간 동안 숙성(aging) 시킨다. 이때, 유리 프릿을 함께 첨가할 수도 있다. 숙성된 혼합물을 3롤밀(3 roll mill)을 통해 기계적으로 혼합 및 분산시킨다. 혼합물을 여과 및 탈포하여 페이스트 조성물을 제조한다. 그러나 이러한 방법은 일례로 제시한 것에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예에 따르면, 서로 다른 중심 입경을 가지는 제1 내지 제3 은 분말을 적절한 조성비로 포함하여 핑거 형상의 전면 전극의 형상 특성을 향상할 수 있다. 이에 의하여 제조된 전면 전극을 포함하는 태양 전지의 개방 전압 특성 및 효율을 향상할 수 있다. 그리고 핑거 형상으로 형성되는 전면 전극의 형상 특성을 향상하여 전기적인 특성을 향상할 수 있다.
그리고 서로 다른 조성의 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 함께 사용하여 태양 전지의 충밀도(fill factor) 및 효율을 향상할 수 있다. 이때, 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿이 다양한 산화물을 포함하여 전극과 실리콘 기판의 컨택 특성을 향상할 수 있다.
또한, 서로 다른 분자량을 가지는 제1 및 제2 유기 비히클을 함께 사용하여 종횡비를 개선할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1
제1 용매에 제1 바인더를 용해하여 제1 유기 비히클을 준비하고, 제2 용매에 제2 바인더를 용해하여 제2 유기 비히클을 준비하였다. 제1 용매로는 α-테르피네올과 부틸 카르비톨 아세테이트(BCA)를 사용하였으며, 제1 바인더로는 분자량이 70인 에틸셀룰로오스를 사용하였고, 제2 용매로는 α-테르피네올과 부틸 카르비톨 아세테이트를 사용하였으며, 제2 바인더로는 분자량이 20인 에틸셀룰로오스를 사용하였다.
유기 비히클에 은 분말, 유리 프릿 및 첨가제를 첨가한 후 혼합하였다. 이를 12 시간 동안 숙성한 후 3롤밀을 이용하여 2차로 혼합 및 분산하였다. 이를 여과 및 탈포하여 페이스트 조성물을 형성하였다.
은 분말로는 중심 입경이 각기 1.9㎛, 2.5㎛, 5㎛인 제1 내지 제3 분말을 혼합하여 사용하였다.
유리 프릿으로는 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 함께 사용하였다. 제1 유리 프릿은, 77.9 중량%의 PbO, 11.6 중량%의 SiO2, 7.6 중량%의 B2O3, 0.4 중량%의 Al2O3, 1.2 중량%의 ZnO, 0.4 중량%의 Fe2O3, 0.4 Cr2O3, 0.1 중량%의 Co2O3, 0.4 중량%의 MnO2를 포함하였다. 제2 유리 프릿은, 77 중량%의 PbO, 9.575 중량%의 SiO2, 4.525중량%의 B2O3, 0.4 중량%의 Al2O3, 1.2 중량%의 ZnO, 1 중량%의 Ag2O, 2 중량%의 CaCO3, 3 중량%의 BaCO3, 0.4 중량%의 Fe2O3, 0.4 Cr2O3, 0.1 중량%의 Co2O3, 0.4 중량%의 MnO2를 포함하였다.
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 53.50 중량부, 제2 은 분말이 12.40 중량부, 제3 은 분말이 16.04 중량부, 제1 유리 프릿이 2.02 중량부, 제2 유리 프릿이 2.02 중량부, 제1 유기 비히클이 4.10 중량부, 제2 유기 비히클이 6.16 중량부, 첨가제가 3.76 중량부였다. 이때, 첨가제로는 필러(filleer) 0.80 중량부, 칙소제 1.48 중량부, 분산제 1.48 중량부를 사용하였다.
이 페이스트 조성물을 스크린 프린팅법에 의하여 200㎛의 두께의 실리콘 기판에 도포한 다음 200℃에서 2분 동안 건조하였다. 그리고 900℃에서 30초 동안 급속 열처리하여 전면 전극을 제조하였다.
실시예
2
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 50.18 중량부, 제2 은 분말이 15.72 중량부, 제3 은 분말이 16.04 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
3
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 50.18 중량부, 제2 은 분말이 12.40 중량부, 제3 은 분말이 19.35 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
4
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 53.06 중량부, 제2 은 분말이 15.72 중량부, 제3 은 분말이 13.16 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
5
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 53.69 중량부, 제2 은 분말이 15.38 중량부, 제3 은 분말이 12.81 중량부, 제1 유기 비히클이 4.12 중량부, 제2 비히클이 6.18 중량부, 칙소제가 1.49 중량부, 분산제가 1.49 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
6
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 50.18 중량부, 제2 은 분말이 14.08 중량부, 제3 은 분말이 17.70 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
7
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 51.84 중량부, 제2 은 분말이 12.40 중량부, 제3 은 분말이 17.70 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
8
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 53.28 중량부, 제2 은 분말이 15.50 중량부, 제3 은 분말이 13.16 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
9
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 53.30 중량부, 제2 은 분말이 13.90 중량부, 제3 은 분말이 14.67 중량부, 제1 유리 프릿이 2.03 중량부, 제2 유리 프릿이 2.03 중량부, 제1 유기 비히클이 4.12 중량부, 제2 유기 비히클이 6.18 중량부, 칙소제가 1.49 중량부, 분산제가 1.49 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
10
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 52.51 중량부, 제2 은 분말이 15.43 중량부, 제3 은 분말이 14.33 중량부, 제1 유리 프릿이 1.98 중량부, 제2 유리 프릿이 1.98 중량부, 제1 유기 비히클이 4.03 중량부, 제2 유기 비히클이 6.04 중량부, 필러가 0.78 중량부, 칙소제가 1.46 중량부, 분산제가 1.46 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
11
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 52.09 중량부, 제2 은 분말이 14.30 중량부, 제3 은 분말이 15.55 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
실시예
12
페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 제1 은 분말이 56.07 중량부, 제2 은 분말이 12.54 중량부, 제3 은 분말이 13.33 중량부만큼 포함되었다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
상술한 바와 같은 실시예 1 내지 12에 따라 제조된 전면 전극을 구비하는 태양 전지의 단락 전류(Isc), 개방 전압(Voc), 충밀도(Fill Factor, FF), 효율(Eff)을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 한편, 종래의 듀퐁사의 태양 전지의 효율을 측정하였더니, 효율이 17.3%였다.
| 단락전류 [A] |
개방전압 [V] |
충밀도 [%] |
효율 [%] |
|
| 실시예 1 | 8.604 | 0.624 | 76.9 | 17.28 |
| 실시예 2 | 8.582 | 0.624 | 77.4 | 17.34 |
| 실시예 3 | 8.538 | 0.623 | 76.8 | 17.09 |
| 실시예 4 | 8.625 | 0.624 | 75.5 | 17.02 |
| 실시예 5 | 8.623 | 0.626 | 76.9 | 17.36 |
| 실시예 6 | 8.570 | 0.625 | 76.8 | 17.21 |
| 실시예 7 | 8.548 | 0.622 | 77.0 | 17.13 |
| 실시예 8 | 8.576 | 0.625 | 77.1 | 17.3 |
| 실시예 9 | 8.618 | 0.621 | 72.3 | 16.2 |
| 실시예 10 | 8.615 | 0.624 | 76.5 | 17.21 |
| 실시예 11 | 8.513 | 0.624 | 76.8 | 17.08 |
| 실시예 12 | 8.675 | 0.627 | 77.7 | 17.70 |
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 12는 비교예에 비하여 효율이 매우 우수한 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 페이스트 조성물을 이용하여 제조된 전면 전극을 포함하는 태양 전지는 우수한 효율 특성을 가질 수 있음을 알 수 있다. 특히, 실시예 12는 효율이 17.70%로 매우 우수한 것을 알 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (13)
- 제1 중심 입경을 가지는 제1 은(Ag) 분말, 상기 제1 중심 입경보다 큰 제2 중심 입경을 가지는 제2 은 분말 및 상기 제2 중심 입경보다 큰 제3 중심 입경을 가지는 제3 은 분말을 포함하는 은 분말;
유리 프릿; 및
유기 비히클을 포함하고,
상기 유리 프릿은 PbO-SiO2-B2O3 계열이고,
상기 유리 프릿은 조성이 서로 다른 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿을 포함하고,
상기 유리 프릿은 산화물을 더 포함하고,
상기 제2 유리 프릿은 AgO, Ag2O, CaCO3 및 BaCO3 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 제1 중심 입경이 1.2~2.0 ㎛이고,
상기 제2 중심 입경이 1.5~2.5 ㎛이며,
상기 제3 중심 입경이 5~7 ㎛인 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 은 분말이 49.68~56.57 중량부, 상기 제2 은 분말이 11.9~16.22 중량부, 상기 제3 은 분말이 12.31~19.85 중량부만큼 포함되는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, 71.8~88.7 중량%의 PbO, 4.9~12 중량%의 SiO2 및 4.9~11 중량%의 B2O3을 포함하고,
상기 제1 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, 0~5 중량%의 Al2O3, 0.5~5 중량%의 ZnO, 0~5 중량%의 TiO2, 0~5 중량%의 SrO, 0~5 중량%의 BaO, 0~5 중량%의 ZrO, 0.3~0.5 중량%의 Fe2O3, 0.2~0.5 중량%의 Cr2O3 및 0.3~0.5 중량%의 MnO2를 포함하고,
상기 제1 및 상기 제2 유리 프릿이 각기, Co2O3 또는 CoO를 0.1~0.4 중량% 더 포함하는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 AgO, Ag2O, CaCO3 및 BaCO3 중 적어도 어느 하나가 상기 제2 유리 프릿에 0.1~3 중량%만큼 포함되는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여, 상기 제1 유리 프릿을 40~60 중량부, 상기 제2 유리 프릿을 40~60 중량부만큼 포함하는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 유기 비히클이 제1 유기 비히클과 제2 유기 비히클을 포함하고,
상기 제1 유기 비히클이 제1 분자량을 가지는 바인더를 포함하고, 상기 제2 유기 비히클이 상기 제1 분자량보다 작은 제2 분자량을 가지는 바인더를 포함하는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제10항에 있어서,
상기 유기 비히클 100 중량부에 대하여, 상기 제1 유기 비히클을 35~55 중량부, 상기 제2 유기 비히클을 55~65 중량부만큼 포함하는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제10항에 있어서,
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 제1 유기 비히클을 3.5~5.5 중량부, 상기 제2 유기 비히클을 5.5~6.5 중량부만큼 포함하는 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물. - 제1항 내지 제3항, 제6항 및 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 태양 전지의 전면 전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전면 전극을 포함하는 태양 전지.
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