KR101780531B1 - 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 - Google Patents

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 Download PDF

Info

Publication number
KR101780531B1
KR101780531B1 KR1020140124652A KR20140124652A KR101780531B1 KR 101780531 B1 KR101780531 B1 KR 101780531B1 KR 1020140124652 A KR1020140124652 A KR 1020140124652A KR 20140124652 A KR20140124652 A KR 20140124652A KR 101780531 B1 KR101780531 B1 KR 101780531B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
solar cell
oxide
composition
glass frit
Prior art date
Application number
KR1020140124652A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150071632A (ko
Inventor
정석현
박영기
김동석
김주희
박민수
김군호
김민재
김석철
양상현
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to US14/534,370 priority Critical patent/US9039937B1/en
Priority to JP2014230794A priority patent/JP6605800B2/ja
Priority to CN201410730375.3A priority patent/CN104715804B/zh
Priority to TW103143398A priority patent/TWI520156B/zh
Priority to US14/692,185 priority patent/US9741876B2/en
Publication of KR20150071632A publication Critical patent/KR20150071632A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101780531B1 publication Critical patent/KR101780531B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24—Electrically-conducting paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
    • C03C8/18—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions containing free metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
    • H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

본 발명은 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 비스무스(Bi), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물로서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극은 직렬저항이(Rs)이 최소화되어 변환효율이 우수하며, 리본과의 접착강도가 우수하다.

Description

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극{COMPOSITION FOR FORMING SOLAR CELL ELECTRODE AND ELECTRODE PREPARED USING THE SAME}
본 발명은 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상·하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어 있다. 태양전지는 반도체 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다. 이러한 태양전지의 전극은 전극용 페이스트 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 형성될 수 있다.
최근 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 에미터(emitter)의 두께가 지속적으로 얇아짐에 따라, 태양전지의 성능을 저하시킬 수 있는 션팅(shunting) 현상을 유발시킬 수 있다. 또한, 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 태양전지의 면적을 점차 증가시키고 있는데, 이는 태양전지의 접촉저항을 높여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.
또한, 태양전지를 구성하는 셀(cell)들은 리본으로 서로 연결되는데, 전극과 리본의 접착력이 좋지 못한 경우에는 직렬저항이 크고 변환효율이 저하될 우려가 있다. 본 발명자는 종래 유연 유리 프릿을 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 전극과 리본의 접착력이 충분히 확보되지 못한 점에 착안하여 이를 개선하고자 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 직렬저항(Rs)을 최소화할 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 Fill Factor 및 변환효율이 우수한 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전극과 리본의 접착강도가 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 비스무스(Bi), 텔루륨(Te), 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물에 관한 것이다.
상기 크롬과 상기 텔루륨의 몰비는 1 : 1 내지 1 : 80 일 수 있다.
상기 유리프릿은 납(Pb), 리튬(Li), 아연(Zn), 텅스텐(W), 인(P), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 세륨(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 산화주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 칼슘(Ca), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 납(Pb) 원소를 유리프릿 전체 중 5 내지 50 몰% 더 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 비스무스 산화물 5 내지 30 중량%; 텔루륨 산화물 40 내지 80 중량%; 크롬 산화물 1 내지 15 중량% 및 제4 금속 산화물 1 내지 50 중량%를 포함하는 산화 금속 혼합물로부터 제조된 것일 수 있다.
상기 제4 금속 산화물은 납(Pb), 리튬(Li), 아연(Zn), 텅스텐(W), 인(P), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 세륨(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 산화주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 칼슘(Ca), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제4 금속산화물은 상기 산화 금속 혼합물 전체 중량 대비 산화리튬 1 내지 10 중량%, 산화아연 1 내지 10 중량% 및 산화텅스텐 1 내지 10 중량% 포함할 수 있다.
상기 제4 금속산화물은 상기 산화 금속 혼합물 전체 중량 대비 산화 납 15 내지 50 중량% 을 포함할 수 있다.
상기 조성물은 상기 은 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
상기 유기 비히클은 바인더 수지를 포함하며, 상기 바인더 수지의 중량평균 분자량(Mw)은 30,000 내지 200,000 g/mol 일 수 있다.
상기 조성물은 점도가 100,000 내지 500,000 cps 일 수 있다.
본 발명의 다른 관점인 태양전지 전극은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성될 수 있다.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극은 직렬저항이(Rs)이 최소화되어 Fill Factor 및 변환효율이 우수하며, 리본과의 접착강도가 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
태양전지 전극 형성용 조성물
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 은 분말; 비스무스(Bi), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물로서, 직렬저항이(Rs)이 최소화되어 Fill Factor 및 변환효율이 우수하며, 태양전지 셀(cell)을 연결하는 리본과의 접착강도가 우수하다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
(A) 은 분말
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말로서 은(Ag) 분말을 사용한다. 상기 은 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있는데, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 은 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 은 분말일 수 있으며, 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용할 수 있다.
은 분말은 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 형상을 가질 수 있다
은 분말은 평균입경(D50)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛이 될 수 있다. 상기 평균입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다. 상기 범위 내에서, 접촉저항과 선 저항이 낮아지는 효과를 가질 수 있다.
은 분말은 조성물 전체 중량 대비 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환효율이 낮아지는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
(B) 비스무스(Bi), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리 프릿
유리 프릿(glass frit)은 전극 페이스트의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 은 입자를 용융시켜 저항이 낮아질 수 있도록 에미터 영역에 은 결정 입자를 생성시키고, 전도성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
태양전지의 변환효율(Efficiency)을 증가시키기 위하여 태양전지의 면적을 증가시키면 태양전지의 접촉저항이 높아질 수 있으므로 pn 접합(pn junction)에 대한 피해를 최소화함과 동시에 직렬저항(Rs)을 최소화하고 개방전압(Voc)을 최대화시키는 것이 유리하다. 또한, 다양한 면저항의 웨이퍼의 증가에 따라 소성 온도가 변동폭이 커지므로 넓은 소성 온도에서도 열안정성을 충분히 확보될 수 있는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다.
더 나아가, 태양전지를 구성하는 셀(cell)들은 리본에 의하여 서로 연결되는데, 리본과 접착되는 태양전지 전극의 접착강도(adhesion strength)가 충분하게 확보되지 않으면, 셀(cell)이 탈락되거나 신뢰성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서는 상기에서 기술한 태양전지 전극의 전기적 특성과 접착강도와 같은 물리적 특성을 동시에 확보하고자 비스무스(Bi), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리 프릿을 도입하였다.
본 발명의 다른 구체예로서, 상기 크롬(Cr) 대 상기 텔루륨(Te)의 몰비는 1 : 1 내지 1 : 80 일 수 있으며, 바람직하게는 1 : 1 내지 1 : 40 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 : 5 내지 1 : 35 일 수 있다. 상기 몰비에서, 리본과 접착되는 태양전지 전극의 접착강도 및 변환효율이 우수하고, 낮은 직렬저항 및 접촉저항을 확보할 수 있다.
상기 유리 프릿은 비스무스(Bi), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 성분 이외에 납(Pb), 리튬(Li), 아연(Zn), 텅스텐(W), 인(P), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 세륨(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 산화주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 칼슘(Ca), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
특히, 본 발명의 유리 프릿은 비스무스(Bi), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소 외에 납(Pb) 원소를 유리 전체 조성 중 5 내지 50 몰% 함유할 수 있으며, 이 경우 공정성(Process window) 면에서 우수한 효과를 가질 수 있다.
상기 유리 프릿은 비스무스 산화물, 텔루륨 산화물, 크롬 산화물 및 제4 금속 산화물을 포함하는 산화 금속 혼합물로부터 제조된 것일 수 있다.
상기 제4 금속 산화물은 납(Pb), 리튬(Li), 아연(Zn), 텅스텐(W), 인(P), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 세륨(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 산화주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 칼슘(Ca), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있다.
일 구체예로서, 상기 산화 금속 혼합물은 비스무스 산화물 5 내지 30 중량%; 텔루륨 산화물 40 내지 80 중량%; 크롬 산화물 1 내지 15 중량%; 및 제4 금속 산화물 1 내지 50 중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 우수한 변환효율(Efficiency) 및 접착강도(Adhesion Strength)를 동시에 확보할 수 있다.
상기 제4 금속산화물은 상기 산화 금속 혼합물 전체 중량 대비 산화납(PbO)를 15 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제4 금속산화물은 상기 산화 금속 혼합물 전체 중량 대비 산화리튬(Li2O) 1 내지 10 중량%, 산화아연(ZnO) 1 내지 10 중량% 및 산화텅스텐(WO3) 1 내지 10 중량%를 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 산화물로부터 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 기술된 금속 산화물의 조성으로 혼합한다. 혼합은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 혼합할 수 있다. 혼합된 조성물을 900℃-1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ??칭(quenching)한다. 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 유리 프릿을 얻을 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으며, 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상기 유리 프릿의 형상은 구형이거나 부정형상이어도 무방하다.
(C) 유기 비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 페이스트 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있으며 에틸 셀룰로오스가 일반적으로 사용되는 수지이다. 그러나, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수도 있다.
상기 바인더 수지의 중량평균 분자량(Mw)은 30,000 내지 200,000g/mol 일 수 있으며, 바람직하게는 40,000 내지 150,000g/mol 일 수 있다. 중량평균 분자량(Mw)이 상기 범위 이내인 경우, 인쇄성 면에서 우수한 효과를 가질 수 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기 비히클의 배합량은 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
(D) 첨가제
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 조성물 전제 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 첨가되지만 필요에 따라 변경할 수 있다.
또한, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 점도(viscosity)는 100,000 내지 500,000 cps (100 내지 500 kcps), 바람직하게는 250,000 내지 400,000 cps (250 내지 400 kcps)인 것이 바람직하다. 점도가 상기 범위인 경우, 인쇄성 면에서 우수한 효과를 가질 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, p층(101) 및 에미터로서의 n층(102)을 포함하는 웨이퍼(100) 또는 기판 상에, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 태양전지 전극 형성용 조성물을 웨이퍼의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 전면에 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 950℃, 바람직하게는 850℃ 내지 950℃에서 30초 내지 50초 정도 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
실시예 1
산화비스무스, 산화텔루륨, 산화크롬 및 제4 금속산화물로서 산화리튬, 산화아연 및 산화텅스텐을 하기 표 1의 조성으로 혼합하여 900 내지 1400℃에서 용융 및 소결과정을 거쳐 평균입경(D50)이 2.0㎛인 유리 프릿을 제조하였다.
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스 (Dow chemical company, STD4)(Mw= 50,000g/mol) 0.8 중량%를 용매인 부틸 카비톨 (Butyl Carbitol) 8.5 중량%에 60℃에서 충분히 용해한 후 평균입경이 2.0 ㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-4-8) 86.5 중량%, 상기에서 제조된 유리 프릿 3.5 중량%, 첨가제로서 분산제 BYK102(BYK-chemie) 0.2 중량% 및 요변제 Thixatrol ST (Elementis co.) 0.5 중량%를 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
상기 제조한 조성물의 점도는 회전 점도계인 Brookfield社의 HBDV-Ⅱ+Pro 을 사용하여 상온에서 측정하였으며, 측정 시 샘플 컵에 시료를 완전히 충진하고, 14번 스핀들을 장착하여 5분간 온도를 안정화시킨 후 10rpm 의 shear rate로 측정하였다. 측정한 점도 값은 표 2에 나타내었다.
상기 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 결정계 모노 웨이퍼(Wafer) 전면에 일정한 패턴으로 스크린 프린팅 하여 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 웨이퍼 후면에 알루미늄(Al)을 포함하는 전극 형성용 조성물을 후면 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 980℃에서 40초간 소성을 행하였으며, 이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지효율 측정장비 (Pasan社, CT-801)를 사용하여 변환효율(%) 및 직렬저항 Rs(Ω)를 측정한 후, 전극에 플럭스(flux)를 바른 후 인두기(HAKKO社)로 300~400℃에서 리본과 접합시켰다. 이후 박리각 180°조건에서 장력기(Tinius olsen社)를 사용하여 50 mm/min의 신장속도로 접착강도를 측정하였다. 측정한 변환효율, 직렬저항 및 접착강도(N/mm)를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 2 내지 20 및 비교예 1 내지 5
하기 표 1의 조성으로 유리 프릿을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조한 후 물성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
　 유리 프릿의 조성 (단위: 중량%)
Bi2O3 TeO2 Cr2O3 Li2O Na2CO3 ZnO PbO WO3
실시예 1 9.0 76.0 1.0 6.0 - 7.0 - 1.0
실시예 2 11.5 70.5 4.0 5.0 1.0 8.0 - -
실시예 3 5.0 66.0 15.0 7.0 - 5.0 - 2.0
실시예 4 23.7 49.8 12.5 4.0 2.0 5.0 - 3.0
실시예 5 16.5 67.5 2.0 4.0 1.0 8.0 - 1.0
실시예 6 30.0 41.0 15.0 9.0 - 5.0 - -
실시예 7 11.2 62.3 12.5 1.0 3.0 9.0 - 1.0
실시예 8 23.7 54.8 7.5 8.0 2.0 4.0 - -
실시예 9 5.0 76.0 5.0 2.0 2.0 8.0 - 2.0
실시예 10 14.0 69.0 3.0 7.0 - 7.0 - -
실시예 11 30.0 51.0 5.0 2.0 1.0 7.0 - 4.0
실시예 12 11.2 67.3 7.5 4.0 2.0 5.0 - 3.0
실시예 13 9.0 72.0 5.0 9.0 - 3.0 - 2.0
실시예 14 19.0 62.0 5.0 8.0 2.0 4.0 - -
실시예 15 19.0 66.0 1.0 7.0 1.0 5.0 - 1.0
실시예 16 11.5 72.5 2.0 6.0 1.0 6.0 - 1.0
실시예 17 17.5 58.5 10.0 7.0 2.0 4.0 - 1.0
실시예 18 16.5 65.5 4.0 6.0 - 7.0 - 1.0
실시예 19 9.0 66.5 1.0 1.0 - 7.0 14.5 1.0
실시예 20 5.0 41.0 1.0 0.8 - 2.0 50.2 -
비교예 1 8.0 70.0 - 6.0 1.0 8.0 - 7.0
비교예 2 10.0 86.0 - 3.0 - 1.0 - -
비교예 3 11.0 73.5 - 5.0 1.0 7.0 - 2.5
　 점도(kcps) 직렬저항
(mΩ)		 Fill Factor Efficiency
(%)		 접착강도(N/mm) 몰비
(Te/Cr)
실시예 1 312 2.64 77.22 16.77 5.7 36.188
실시예 2 351 2.69 77.04 16.72 5.0 8.392
실시예 3 321 2.92 76.83 16.65 6.0 2.095
실시예 4 333 2.95 76.75 16.63 4.6 1.895
실시예 5 315 2.70 76.99 16.70 4.0 16.070
실시예 6 324 2.89 76.89 16.67 4.7 1.302
실시예 7 322 2.93 76.76 16.63 4.6 2.371
실시예 8 346 2.85 76.90 16.67 4.7 3.476
실시예 9 327 2.70 76.99 16.70 5.6 7.238
실시예 10 328 2.31 77.31 16.80 4.9 10.952
실시예 11 330 2.76 76.96 16.69 5.6 4.857
실시예 12 325 2.76 76.96 16.69 4.0 4.270
실시예 13 319 2.67 77.10 16.74 4.9 6.857
실시예 14 315 2.71 76.99 16.70 4.9 5.904
실시예 15 327 2.55 77.28 16.79 5.5 31.427
실시예 16 334 2.67 77.05 16.72 4.8 17.261
실시예 17 341 2.81 76.94 16.68 4.5 2.786
실시예 18 325 2.70 77.00 16.71 5.4 7.797
실시예 19 334 2.95 77.0 16.71 5.2 31.665
실시예 20 328 2.64 76.9 16.67 4.9 19.523
비교예 1 324 3.00 71.54 15.05 3.3 -
비교예 2 350 3.22 72.06 15.28 3.3 -
비교예 3 336 3.03 71.45 14.93 2.7 -
상기 표 2에서 보듯이, 실시예 1 내지 20의 유리 프릿을 사용한 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극은 본 발명의 유리 프릿 조성을 벗어나는 비교예 1 내지 3에 비하여 직렬저항값이 낮고 Fill Factor 및 변환효율이 우수하며, 리본과의 접착강도가 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (14)

  1. 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고,
    상기 유리 프릿은 비스무스(Bi), 텔루륨(Te), 및 크롬(Cr) 원소를 포함하며,
    상기 유리 프릿은 비스무스 산화물 5 내지 30 중량%; 텔루륨 산화물 40 내지 80 중량%; 크롬 산화물 1 내지 15 중량% 및 제4 금속 산화물 1 내지 50 중량%를 포함하는 산화 금속 혼합물로부터 제조되고,
    상기 크롬(Cr)과 상기 텔루륨(Te)의 몰비가 1 : 1 내지 1 : 80인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리프릿은 납(Pb), 리튬(Li), 아연(Zn), 텅스텐(W), 인(P), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 세륨(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 산화주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 칼슘(Ca), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함하는 것인 태양전지 전극 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 납(Pb) 원소를 유리프릿 전체 중 5 내지 50 몰% 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제4 금속 산화물은 납(Pb), 리튬(Li), 아연(Zn), 텅스텐(W), 인(P), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 세륨(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티탄(Ti), 산화주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 칼슘(Ca), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 붕소(B)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4 금속산화물은 상기 산화 금속 혼합물 전체 중량 대비 산화리튬 1 내지 10 중량%, 산화아연 1 내지 10 중량% 및 산화텅스텐 1 내지 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제4 금속산화물은 상기 산화 금속 혼합물 전체 중량 대비 산화납 15 내지 50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 은 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%; 를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유기 비히클은 바인더 수지를 포함하며, 상기 바인더 수지의 중량평균 분자량(Mw)은 30,000 내지 200,000 g/mol 인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은 점도가 100,000 내지 500,000 cps 인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  14. 제1항, 제3항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제13항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극.
KR1020140124652A 2013-12-17 2014-09-18 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 KR101780531B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/534,370 US9039937B1 (en) 2013-12-17 2014-11-06 Composition for solar cell electrodes and electrode fabricated using the same
JP2014230794A JP6605800B2 (ja) 2013-12-17 2014-11-13 太陽電池電極形成用組成物およびこれにより製造された電極
CN201410730375.3A CN104715804B (zh) 2013-12-17 2014-12-04 用于太阳能电池电极的组合物以及使用其制造的电极
TW103143398A TWI520156B (zh) 2013-12-17 2014-12-12 用於太陽能電池電極的組成物以及使用其製造的電極
US14/692,185 US9741876B2 (en) 2013-12-17 2015-04-21 Composition for solar cell electrodes and electrode fabricated using the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130157659 2013-12-17
KR1020130157659 2013-12-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150071632A KR20150071632A (ko) 2015-06-26
KR101780531B1 true KR101780531B1 (ko) 2017-09-22

Family

ID=53517862

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140124652A KR101780531B1 (ko) 2013-12-17 2014-09-18 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6605800B2 (ko)
KR (1) KR101780531B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5816738B1 (ja) * 2014-11-27 2015-11-18 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 導電性組成物
JP5990315B2 (ja) * 2015-09-17 2016-09-14 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 導電性組成物
KR101655378B1 (ko) * 2015-10-12 2016-09-07 주식회사 휘닉스소재 태양 전지의 전면 전극 형성용 페이스트 조성물, 이를 사용하여 형성된 n-형 태양 전지의 전면 전극, 및 상기 전면 전극을 포함하는 태양 전지
KR101955759B1 (ko) * 2016-06-23 2019-03-07 삼성에스디아이 주식회사 P형 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이를 이용해 제조된 전극 및 p형 태양전지
KR101930286B1 (ko) * 2016-10-31 2019-03-12 엘에스니꼬동제련 주식회사 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지
KR101917799B1 (ko) * 2017-02-24 2018-11-12 주식회사 휘닉스소재 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿, 상기 유리 프릿을 포함하는 페이스트 조성물
KR101981660B1 (ko) * 2017-07-21 2019-05-23 주식회사 휘닉스소재 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿, 상기 유리 프릿을 포함하는 페이스트 조성물
KR102060425B1 (ko) * 2017-10-31 2020-02-11 엘에스니꼬동제련 주식회사 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이에 포함되는 유리 프릿, 그리고 태양 전지
KR102316662B1 (ko) * 2018-10-10 2021-10-25 창저우 퓨전 뉴 머티리얼 씨오. 엘티디. 태양전지 전극 형성 방법, 이로부터 제조된 태양전지 전극 및 태양전지

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130037761A1 (en) * 2011-08-11 2013-02-14 E I Du Pont De Nemours And Company Thick film paste containing lead-tellurium-lithium-titanium-oxide and its use in the manufacture of semiconductor devices

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100037941A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-18 E. I. Du Pont De Nemours And Company Compositions and processes for forming photovoltaic devices
TWI564351B (zh) * 2010-05-04 2017-01-01 杜邦股份有限公司 含有鉛－碲－硼－氧化物之厚膜膏及其在半導體裝置之製造中的用途
US8900487B2 (en) * 2011-03-24 2014-12-02 E I Du Pont De Nemours And Company Conductive paste composition and semiconductor devices made therefrom
US9023254B2 (en) * 2011-10-20 2015-05-05 E I Du Pont De Nemours And Company Thick film silver paste and its use in the manufacture of semiconductor devices
US8969709B2 (en) * 2012-08-30 2015-03-03 E I Du Pont De Nemours And Company Use of a conductive composition containing lead—tellurium-based oxide in the manufacture of semiconductor devices with lightly doped emitters

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130037761A1 (en) * 2011-08-11 2013-02-14 E I Du Pont De Nemours And Company Thick film paste containing lead-tellurium-lithium-titanium-oxide and its use in the manufacture of semiconductor devices

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150071632A (ko) 2015-06-26
JP6605800B2 (ja) 2019-11-13
JP2015119176A (ja) 2015-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101587683B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
US9741876B2 (en) Composition for solar cell electrodes and electrode fabricated using the same
KR101780531B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101648242B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101696985B1 (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101659131B1 (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101596548B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101716525B1 (ko) 태양전지 전극용 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101590227B1 (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR20210111912A (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극
KR101590224B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101659118B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101940170B1 (ko) 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지
KR101845102B1 (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR102018364B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101835921B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR102406747B1 (ko) 태양전지 전극 형성 방법 및 태양전지
KR20160075422A (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR102137547B1 (ko) 태양전지용 전면 전극 및 이를 포함하는 태양전지
KR20190045758A (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
US20200194601A1 (en) Composition for forming diamond sawn wafer solar cell electrode and diamond sawn wafer solar cell electrode prepared using the same
KR101590226B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
US20190035951A1 (en) Composition for solar cell electrode and electrode prepared using the same
KR20170025892A (ko) 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지
KR20190010343A (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)