KR101853417B1 - 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전극을 포함하는 태양전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서, 웨이퍼로부터의 상대적인 높이에 따라 측정되는 표면 기울기가 증가하다가 감소하는 측면 형상을 가지도록 하는 특정 조성의 유리 프릿을 제공하고, 상기 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하는 경우 웨팅 특성 및 퍼짐성이 개선되어, 태양전지의 수광면적을 증가시켜 단락전류가 증가하고, 컨텍 저항이 개선되어 채움인자(FF)가 증가하는 효과를 제공하여 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있다.

Description

태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전극을 포함하는 태양전지 {Conductive paste composition for electrode of solar cell and solar cell comprising electrode manufactured using the same}
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전극을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 소자로서 일반적으로 p-n 접합 형태를 가지며 그 기본 구조는 다이오드와 동일하다. 도 1은 일반적인 태양전지 소자의 구조로서, 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 180~250㎛인 p형 실리콘 반도체 기판(10)을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판의 수광면측에는 두께가 0.3~0.6㎛인 n형 불순물층(20)과, 그 위에 반사 방지막(30)과 전면 전극(100)이 형성되어 있다. 또한, p형 실리콘 반도체 기판의 이면측에는 배면 전극(50)이 형성되어 있다.
전면 전극(100)은 은을 주성분으로 하는 도전성 입자, 글래스 프릿, 유기 비히클 등을 혼합한 도전성 페이스트를 반사 방지막(30) 상에 도포한 후 소성하여 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극(50)은 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+층(40)이 형성된다. 이러한 p+층의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다. 배면 알루미늄 전극 하부에는 배면 실버 전극(60)이 더 위치될 수 있다.
실리콘 웨이퍼 양면에 금속전극을 형성하는 공정은 스크린 프린트 방식으로 금속 분말 및 유리 프릿 등을 포함하는 페이스트를 인쇄(print)한 후 건조(dry) 및 소성(firing) 공정을 통해 전극을 형성하는 공정이 현재 결정질 태양전지 양산라인에서 가장 많이 쓰이고 있으며, 고온의 소결 과정을 거치면서 태양전지의 특성을 이루게 된다. 특히 전면 전극의 경우 750℃ 이상의 고온 소결 과정에서 유기 비히클 등 유기물의 번 아웃(burn out), 도전성 입자, 유리 프릿 등 무기물의 용융, 팽창, 수축 거동을 거치며 접촉 저항 형성 및 수광 면적 확보에 따른 단락전류(Isc) 형성이 이루어진다.
한편, 소성 시 전면 전극에서는 반사 방지막이 유리 프릿 분말의 산화 환원 반응을 통하여 침식되고, 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 프릿 분말의 두께에 따라 터널링 효과 또는 벌크 전극과의 직접적인 접착에 의한 컨택을 나타내는 것으로 알려져 있다.
종래에는 전극과 80Ω/sq 이상의 고면저항 웨이퍼와의 컨택(contact) 저항을 개선하기 위하여 선행 특허문헌 1(미국등록특허 US 8,497,420)에 개시된 것과 같이, TeO2의 성분을 과량 35~70 mol% 함유하고, PbO의 성분을 과량 30~65 mol% 함유하도록 하여 유리 프릿의 유리전이온도(Tg)를 220 내지 290℃ 정도로 낮추는 방법을 사용하였으나, 유리전이온도를 낮추게 되면 유리 프릿의 고온 소결 시 상대적으로 낮은 온도에서 용융됨으로써 웨팅(wetting)이 빨라져 전극이 퍼지는 문제가 있다.
태양전지의 전면 전극에서 금속패턴의 선폭은 금속전극으로의 빛 흡수나 반사로 인한 손실을 최소화해야 하기 때문에 감소되어야 하고, 전극저항을 위하여 패턴의 높이는 증가시켜야 하기 때문에 유리 프릿의 유리전이온도가 낮으면 웨팅(wetting) 특성이 좋아져 컨텍 저항은 좋아지지만 전극의 퍼짐이 증가하여 단락전류(Isc)가 나빠져 태양전지의 효율이 나빠지는 문제가 있다.
1. 미국등록특허 US 8,497,420 (2013.07.30)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 고온 소결시 유리 프릿의 웨팅(wetting) 특성과 반응성을 조절하여 태양전지에서 전극의 접촉 저항을 확보하고 전극의 퍼짐을 조절하여 태양전지의 수광면적을 개선함으로써 단락전류(Isc)의 증가를 통한 효율 증가를 얻을 수 있는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서,
상기 유리 프릿을 이용하여 지름 6.8mm, 깊이 2mm의 펠릿(pellet)을 만들고 웨이퍼(wafer) 상에 위치시킨 후 500 내지 900℃의 온도에서 20 내지 30초간 소결시킨 경우, 하기 식 1에 의해 계산되는 Wetting diameter ratio가 180% 이하이고, 하기 식 2에 의해 계산되는 Aspect ratio가 0.15 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물을 제공한다.
[식 1]
Wetting diameter ratio(%) = (소결 후 지름 / 소결 전 지름) * 100
[식 2]
Aspect ratio = 펠릿의 웨이퍼로부터의 높이(Height) / 펠릿의 직경(Diameter)
또한 상기 소결된 펠릿의 측면 형상을 상기 웨이퍼로부터의 상대적인 높이에 따른 표면의 접선이 상기 웨이퍼와 이루는 기울기로 나타낼 때,
상기 소결된 펠릿은 상기 웨이퍼로부터의 상대적인 높이가 증가할수록 상기 접선의 기울기가 증가하는 오목 구간, 상기 접선의 기울기가 증가하다가 감소하는 변곡 구간 및 상기 접선의 기울기가 감소하는 볼록 구간을 갖는 측면 형상을 나타내는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서, 웨이퍼로부터의 상대적인 높이에 따라 측정되는 표면 기울기가 증가하다가 감소하는 측면 형상을 가지도록 하는 특정 조성의 유리 프릿을 제공한다. 상기 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하는 경우 웨팅 특성 및 퍼짐성이 개선되어, 태양전지의 수광면적을 증가시키고 컨텍 저항이 개선되어 단락전류(Isc)가 증가하는 효과를 제공하여 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 웨이퍼 상에 전극을 형성하는 경우 웨이퍼와 가까운 부분의 면적을 넓혀 웨팅 특성, 즉 접촉 저항이 개선되면서도 웨이퍼와 먼 부분에서는 퍼짐성을 낮춰 직렬 저항을 개선하여, 제조되는 태양전지의 변환 효율을 상승시키는 효과를 제공한다.
다른 측면에서 본 발명은 납(Pb) 및 텔루륨(Te)을 포함하여 컨텍(contact) 저항을 낮추는데 우수한 Pb-Te계 유리 프릿으로서, 컨텍 저항(웨팅 특성) 및 퍼짐성을 모두 개선할 수 있는 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다. 즉, 전극 형성을 위한 고온 소결 시 반사 방지막을 에칭하여 도전성 금속을 기판에 우수하게 고착시켜 컨텍 저항을 낮추면서도, 전극의 퍼짐을 줄여 높은 종횡비(선폭에 대한 선고의 비)를 갖는 전극을 형성할 수 있는 조성의 유리 프릿을 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다.
더욱 구체적으로 본 발명은 PbO 및 Te2O를 특정 함량으로 사용하여 컨텍 저항을 개선하고, 퍼짐성이 증가하는 문제를 해결하기 위하여 Bi2O3을 특정 함량으로 포함하여 퍼짐성을 개선하면서, 또한 알칼리 금속 산화물을 특정 함량으로 포함하여 컨텍 저항 및 퍼짐성을 동시에 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 결정질 태양전지(P-type, N-type), PESC(Passivated Emitter Solar Cell), PERC(Passivated Emitter and Rear Cell), PERL(Passivated Emitter Real Locally Diffused) 등의 구조 및 더블 프린팅(Double printing), 듀얼 프린팅(Dual printing) 등 변경된 인쇄 공정에도 모두 적용이 가능하다.
도 1은 태양전지 소자의 구조를 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 펠릿의 소성 전/후 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 펠릿 표면의 높이에 따른 접선의 기울기를 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 형성한 전극 패턴의 이미지를 나타낸 것이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서, 상기 유리 프릿은 고온 소결 시 웨팅(wetting) 특성과 반응성을 개선하고 퍼짐성을 개선한 특수한 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물을 제공한다.
이하 각 성분을 구체적으로 설명한다.
<도전성 금속 분말>
도전성 금속 분말로는 은 분말, 구리 분말, 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.
은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에, 적어도 표면이 은 층(silver layer)으로 이루어지는 은 피복(silver coating) 복합 분말이나, 은을 주성분으로 하는 합금(alloy) 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 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 70 내지 98 중량%가 바람직하다.
<유리 프릿>
유리 프릿은 고온 소결 시 용융되어 금속 분말의 치밀화를 유도할 뿐만 아니라 반사 방지막과 계면 반응을 일으켜 반사 방지막을 에칭하여 도전성 금속을 기판에 고착시키는 역할을 하게 되는데, 이는 산화-환원 반응으로서 일부 원소가 환원되어 부산물로 생성된다.
본 발명에 따른 유리 프릿은 납(Pb) 및 텔루륨(Te)을 포함하여 컨텍(contact) 저항을 낮추는데 우수한 Pb-Te-Bi-Alkal 계 유리 프릿으로서, 컨텍 저항(웨팅 특성) 및 퍼짐성을 모두 개선할 수 있는 유리 프릿의 조성을 제공한다. 즉, 전극 형성을 위한 고온 소결 시 반사 방지막을 에칭하여 도전성 금속을 기판에 우수하게 고착시켜 컨텍 저항을 낮추면서도, 전극의 퍼짐을 줄여 높은 종횡비(선폭에 대한 선고의 비)를 갖는 전극을 형성할 수 있는 유리 프릿의 조성을 제공한다.
더욱 구체적으로 종래의 Pb-Te계 유리 프릿에서 우수한 컨텍 저항을 위하여 납 산화물(PbO) 및 텔루륨 산화물(Te2O)을 각각 30 mol% 이상, 35 mol% 이상으로 포함하여 유리전이온도가 낮아져 낮은 온도에서 용융되기 때문에 컨텍 저항을 우수하게 개선할 수 있지만 퍼짐성 또한 증가하는 문제가 있기 때문에, 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 PbO 및 Te2O를 특정 함량으로 사용하여 컨텍 저항을 개선하고, 퍼짐성이 증가하는 문제를 해결하기 위하여 Bi2O3을 특정 함량으로 포함하여 퍼짐성을 개선하면서, 또한 반응성이 높은 알칼리 금속 산화물을 특정 함량으로 포함하여 컨텍 저항 및 퍼짐성을 동시에 개선할 수 있는 효과를 제공한다. 기타 무기첨가제를 첨가하여 유리 프릿의 망목 구조를 형성하여 유리 프릿의 물성 확보 및 조절에 도움이 될 수 있다.
더욱 구체적으로 본 발명에 따른 유리 프릿의 성분 및 함량은 산화물 환산 기준으로 PbO는 15 ~ 29 mol%, TeO2는 15 ~ 34 mol%, Bi2O3는 10 ~ 24 mol% 포함하며, 알칼리 금속 산화물로서 Li2O는 3 ~12 mol%, Na2O는 3 ~ 10 mol%, K2O는 3 ~ 10 mol% 포함하고, 기타 무기첨가제로서 20 mol% 이하의 SiO2, 5 mol% 이하의 ZnO, 5 mol% 이하의 Al2O3, 5 mol% 이하의 TiO2를 선택적으로 더 포함하여 단략전류(Isc), 변환효율(Eff)의 상승 효과를 제공할 수 있다.
바람직하게는 PbO는 20 ~ 29 mol%, TeO2는 25 ~ 34 mol%, Bi2O3는 10 ~ 20 mol% 포함하며, 알칼리 금속 산화물로서 Li2O는 3 ~10 mol%, Na2O는 3 ~ 8 mol%, K2O는 3 ~ 8 mol% 포함하고, 기타 무기첨가제로서 15 mol% 이하의 SiO2, 3 mol% 이하의 ZnO, 3 mol% 이하의 Al2O3, 3 mol% 이하의 TiO2를 선택적으로 더 포함하는 것이 좋다.
더욱 바람직하게는 PbO는 25 ~ 29 mol%, TeO2는 30 ~ 34 mol%, Bi2O3는 15 ~ 20 mol% 포함하며, 알칼리 금속 산화물로서 Li2O는 4 ~ 8 mol%, Na2O는 4 ~ 7 mol%, K2O는 4 ~ 7 mol% 포함하고, 기타 무기첨가제로서 10 mol% 이하의 SiO2, 2 mol% 이하의 ZnO, 2 mol% 이하의 Al2O3, 2 mol% 이하의 TiO2를 선택적으로 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 유리 프릿은 접촉 저항 개선에 큰 영향을 미치는 Pb 및 Te의 함량이 상대적으로 적음에도 불구하고, Bi2O3을 특정 함량으로 포함하여 퍼짐성이 증가하는 문제를 해결하고, 반응성이 높은 알칼리 금속 산화물을 특정 함량으로 포함하여, 이를 포함하는 유리 프릿를 이용하여 특정 형상의 펠렛을 제작하여 컨텍 저항 및 퍼짐성을 동시에 개선할 수 있음은 후술할 실시예 및 실험예에 의해 뒷받침될 수 있다.
특히 유리 프릿에 특정 함량으로 포함되는 알칼리 금속을 통하여 반사 방지막과의 반응성을 높여 짧은 용융 시간에도 접촉 저항을 충분히 확보할 수 있다. 또한 빠른 시간 내에 반응이 끝나기 때문에 유리 프릿이 퍼지는 시간을 줄임으로써 블리딩(bleeding) 현상을 개선할 수 있다.
상기 조성에 따른 유리 프릿의 유리전이온도(Tg)는 200 내지 300℃ 이다. 본 발명에 따른 유리 프릿은 300℃ 이하의 낮은 유리전이온도를 가져 용융 균일도를 높일 수 있으며, Cell 특성 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 급속 소성시에도 우수한 접촉 특성을 확보할 수 있으며, 고면저항(90~120Ω/sq) 태양전지에 최적화될 수 있다. 또한 상기 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단략전류 특성을 우수하게 할 수 있다.
특히, PbO 및 TeO2의 함량이 너무 높으면 친환경적이지 않고, 용융 시 점도가 너무 낮아져서 소성 시 전극의 선폭이 커지는 문제점이 존재하며, 따라서 PbO는 유리 프릿 내에서 상기 범위 내로 포함되는 것이 좋다.
한편, 유리 프릿의 평균 입경은 0.5 ~ 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균입경(D50)이 1㎛ 이상 5 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 1㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성시 반응성이 우수해지고, 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다.
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. 바람직하게는 1 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상기 조성의 유리 프릿의 퍼짐성 개선 효과를 나타내는 파라미터로서 하기 식 1에 나타낸 것과 같이 소결 전 지름에 대한 소결 후 지름의 비인 Wetting diameter ratio(%)와 하기 식 2에 나타낸 것과 같이 소결 후 폭(width)에 대한 높이(height)의 비인 Aspect ratio로 나타낼 수 있다.
[식 1]
Wetting diameter ratio(%) = (소결 후 지름 / 소결 전 지름) * 100
[식 2]
Aspect ratio = 높이(Height) / 폭(width)
본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 소결 시 Wetting diameter ratio(%)는 180% 이하이다. Wetting diameter ratio(%)가 180%를 초과하는 경우 퍼짐성이 너무 커서 태양전지의 전극 제조 시 수광면적이 줄어들어 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 더욱 구체적으로는 140 내지 170% 이다.
또한 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 사용하여 소결 시 Aspect ratio는 0.15 이상으로 높은 종횡비를 갖는다. Aspect ratio가 0.15 미만인 경우 퍼짐성이 너무 커서 태양전지의 전극 제조 시 전극의 충분한 높이를 확보하지 못하여 저항이 상승하여 발전 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 바람직하게는 0.16 이상이어야 하며, 더욱 바람직하게는 0.16 내지 0.18 이다.
상기 Wetting diameter ratio 및 Aspect ratio를 측정하기 위한 소결 조건은 전극의 패턴 형성의 소결 조건과 동일하며, 더욱 구체적으로 본 발명의 유리 프릿을 이용하여 지름 6.8mm, 깊이 2mm의 펠릿(pellet)을 만들고 웨이퍼(wafer) 상에 위치시킨 후 500 내지 900℃의 온도에서 20 내지 30초간 소결시킨 후 지름(Diameter) 및 높이(Height)를 측정하여 Wetting diameter ratio(%) 및 Aspect ratio를 계산하였다.
또한 상기 소결 조건으로 펠릿을 소결하여 얻어진 펠릿의 측면 형상을 웨이퍼로부터의 상대적인 높이에 따른 표면의 접선이 상기 웨이퍼와 이루는 기울기로 나타낼 때, 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 사용하여 소결된 펠릿은 웨이퍼로부터의 상대적인 높이가 증가할수록 접선의 기울기가 증가하는 오목 구간, 접선의 기울기가 증가하다가 감소하는 변곡 구간 및 접선의 기울기가 감소하는 볼록 구간을 갖는 측면 형상을 나타낸다.
더욱 구체적으로 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 사용하여 소결된 펠릿의 웨이퍼로부터의 높이에 따른 위치를 0% 내지 100%라고 할 때, 오목 구간은 0% 내지 40% 위치에서, 변곡 구간은 30% 내지 70% 위치에서, 볼록 구간은 70% 내지 100% 위치에서 형성된다.
또한 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 사용하여 소결된 펠릿의 오목 구간의 접선의 평균 기울기는 10 내지 30°이고, 변곡 구간의 접선의 기울기는 30 내지 50°이며, 볼록 구간의 접선의 기울기는 10 내지 30°로서 위치가 높아질수록 접선의 평균 기울기가 증가하다가 감소하는 형상을 갖는다.
<유기 비히클>
유기 비히클에는 제한되지 않으나 유기 바인더와 용제 등이 포함될 수 있다. 때로는 용제가 생략될 수 있다. 유기 비히클은 제한되지 않으나 전극용 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1~20 중량%가 바람직하다.
유기 비히클은 금속분말과 유리프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린 인쇄에 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.
본 발명의 실시예에 따른 전극용 도전성 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.
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.
<기타 첨가제>
본 발명에 의한 도전성 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.
본 발명은 또한 상기 도전성 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 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다. 일예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하는 경우 웨팅 특성 및 퍼짐성이 개선되어, 태양전지의 수광면적을 증가시키고 컨텍 저항이 개선되어 단락전류(Isc)가 증가하는 효과를 제공하여 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 결정질 태양전지(P-type, N-type), PESC(Passivated Emitter Solar Cell), PERC(Passivated Emitter and Rear Cell), PERL(Passivated Emitter Real Locally Diffused) 등의 구조 및 더블 프린팅(Double printing), 듀얼 프린팅(Dual printing) 등 변경된 인쇄 공정에도 모두 적용이 가능하다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 나타낸 것과 같은 조성 및 하기 표 2에 나타낸 것과 같은 특성을 갖는 유리 프릿을 제조하였고, 혼합 용기에 바인더, 분산제, 레벨링제, 유리 프릿을 하기 표 3에 나타나는 것과 같은 함량으로 넣고 삼본밀을 사용하여 분산한 후, 실버 파우더를 혼합하고 또한 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다.
성분
(함량: mol%)		 유리 프릿 A 유리 프릿 B 유리 프릿 C 유리 프릿 D
PbO 25 26 35 31
TeO2 32 32 52.5 35
Bi2O3 17 15 25
SiO2 5 10 　
Li2O 7 5 7 6
Na2O 6 5 2 3
K2O 6 5
ZnO 1 1
Al2O3 1 　
TiO2 1 1.5
합계 100 100 100 100
특성 유리 프릿 A 유리 프릿 B 유리 프릿 C 유리 프릿 D
Tg(℃) 268 260 260 265
D50(μm) 2.1 2.18 2.06 2.12
성분
(함량: g)		 실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
EC 0.5 0.5 0.5 0.5
EFKA-4330 0.5 0.5 0.5 0.5
BYK180 0.7 0.7 0.7 0.7
Texanol 2.5 2.5 2.5 2.5
Butyl cellosolve 2.5 2.5 2.5 2.5
Thixatrol ST 0.3 0.3 0.3 0.3
Dimethyl adipate 1.5 1.5 1.5 1.5
실버 파우더 89.5 89.5 89.5 89.5
유리 프릿 A 2
유리 프릿 B 2
유리 프릿 C 2
유리 프릿 D 2
실험예
(1) Wetting diameter ratio 및 Aspect ratio 측정
상기 제조된 유리 프릿을 이용하여 지름 6.8mm, 깊이 2mm의 펠릿(pellet)을 만들고 wafer 상에 위치시킨 후 500 내지 900℃의 온도에서 20초 내지 30초간 소결시킨 후 지름을 측정하여 하기 식 1을 통하여 Wetting diameter ratio(%)를 계산하였고, 하기 식 2를 통하여 소성 후의 Aspect ratio를 계산하였다. 하기 표 4에 직경 및 높이 측정 결과를 나타내었다.
[식 1]
Wetting diameter ratio(%) = (소결 후 지름 / 소결 전 지름) * 100
[식 2]
Aspect ratio = 펠릿의 웨이퍼로부터의 높이(Height) / 펠릿의 직경(Diameter)
유리 프릿 A 유리 프릿 B 유리 프릿 C 유리 프릿 D
Diameter
(mm)		 소성 전 6.8 6.8 6.8 6.8
소성 후 11.39 10.74 15.44 8.8
Wetting diameter ratio(%) 167.5 158 227 129
Height
(mm)		 소성 전 2 2 2 2
소성 후 1.88 1.84 0.48 1.14
Aspect ratio (소성 후) 0.165 0.171 0.031 0.130
상기 표 4에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 소성시키는 경우, 소성 후 지름 증가율이 167.5%, 158%로서, 180% 이하인 것을 확인할 수 있다. PbO와 TeO2의 함량이 높은 비교예 1의 소성 후 지름 증가율 227%인 것과 비교하여 퍼짐성이 상당히 개선된 것을 나타낸다. 비교예 2의 경우 PbO와 TeO2의 함량을 다소 줄이고 Bi2O3를 본 발명에 따른 실시예 대비 과량 포함하여 퍼짐성을 개선하였으나 Aspect ratio가 감소하여 후술할 태양전지 cell 특성 측정 결과에 의해 뒷받침되는 것과 같이 직렬 저항(Rs)이 증가하여 태양전지의 발전 효율(Eff)이 떨어지는 것을 알 수 있다.
또한 도 2에 실시예 1에 따른 펠릿의 소성 전 이미지와 소성 후 이미지를, 도 3에 비교예 1에 따른 펠릿의 소성 전 이미지와 소성 후 이미지를, 도 4에 비교예 2에 따른 펠릿의 소성 전 이미지와 소성 후 이미지를 나타내었다.
도 2 내지 4에 소성 후 측면 이미지에서 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 소성시키는 경우의 펠릿의 퍼짐 형상 또한 차이를 나타낸다. 도 5에 실시예 1 및 비교예 2의 소성 후 펠릿의 높이(Height)를 100% 라 할 때, 웨이퍼로부터의 상대적인 높이에 따라 측정되는 펠릿 표면의 접선 기울기를 나타내었다.
도 5에 나타나는 것과 같이 실시예 1의 소성 후 펠릿의 퍼짐 형상은 0% 위치에서 100% 위치까지 접선의 기울기가 증가하는 오목 구간(0%~37%), 접선의 기울기가 증가하다가 감소하는 변곡 구간(37%~65%), 접선의 기울기가 감소하는 볼록 구간(65%~100%)을 갖는 형상인 반면, 비교예 2의 경우 0% 위치에서 100% 위치까지 접선의 기울기가 계속적으로 감소 볼록 구간(0%~100%)만을 갖는 형상인 차이가 있다.
또한 도 5에 나타나는 것과 같이 실시예 1의 소성 후 펠릿은 오목 구간에서의 평균 기울기는 13 내지 15°및 23 내지 26°이고, 변곡 구간에서의 평균 기울기는 30 내지 45°이며, 볼록 구간의 평균 기울기는 15 내지 25°로서 평균 기울기가 증가했다가 감소하는 형상인 반면, 비교예 2의 경우 볼록 구간을 4등분 하였을 때 위치가 높아질수록 접선의 평균 기울기가 25 내지 35°, 10 내지 20°, 8 내지 15°, 5 내지 12°와 같이 계속적으로 감소하는 형상인 것을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 측면 형상을 가지도록 상기와 같은 조성의 유리 프릿을 제공하는 것으로서, 웨이퍼와 가까운 부분의 면적을 넓혀 웨팅 특성, 즉 접촉 저항이 개선되면서도 웨이퍼와 먼 부분에서는 퍼짐성을 낮춰 직렬 저항을 개선하여, 제조되는 태양전지의 변환 효율을 상승시키는 효과를 제공한다.
(2) 태양전지 cell 특성 측정
먼저 wafer의 후면에 Al paste를 인쇄 후 벨트형 건조로를 사용하여 200~350℃에서 20~30초 동안 건조 시킨다. 이후 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 도전성 페이스트를 이용하여 Wafer의 전면에 36㎛ 선폭의 제판을 사용하여 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900℃사이로 20초에서 30초간 소성을 수행하였으며, 이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, Isc, Voc, Eff, FF, Rs을 측정하여 하기 표 5에 나타내었으며, 소성 후의 선폭을 도 6 내지 도 8에 나타내었다.
도 6에 나타낸 실시예 1의 전극 사진에서 나타나는 것과 같이 전극 내부의 선폭이 37.100μm 정도로서 비교예와 비교했을 때 최적 수준이고, 전극 외부의 선폭이 47.911μm 정도로서 블리딩(bleeding) 또한 최적 수준인 것을 알 수 있다.
도 7에 나타낸 비교예 1의 전극 사진에서 나타나는 것과 같이, 전극 내부의 선폭이 38.083μm 정도로서 넓고, 전극 외부의 선폭이 79.114 μm 정도로서 블리딩이 상당히 넓어, 표 5에 나타나는 것과 같이 단락전류(Isc)가 상당히 낮음을 알 수 있다.
도 8에 나타낸 비교예 2의 전극 사진에서 나타나는 것과 같이, 전극 내부의 선폭이 36.117μm 정도로서 좁고, 전극 외부의 선폭이 46.416μm 정도로서 블리딩 도 가장 작으나, 접촉 저항의 특성이 불리하여 하기 표 5에 나타나는 것과 같이 FF(fill factor)의 특성이 나빠 효율이 가장 떨어지는 것을 알 수 있다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2
Isc(A) 9.416 9.418 9.395 9.421
Voc(V) 0.6383 0.6384 0.6381 0.6385
Eff(%) 19.761 19.758 19.717 19.647
FF(%) 78.635 78.59 78.651 78.05
Rs(mΩ) 1.625 1.628 1.612 1.737
상기 표 5에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 단락전류와 직렬저항이 모두 개선되어 태양전지 cell의 변환 효율(Eff)이 비교예에 비해 우수한 것을 알 수 있다.
통상적으로 태양전지는 효율을 0.05% 단위로 나누며, 0.05% 효율 증가는 매우 큰 의미를 갖는 수치인 것을 감안할 때, 상기 표 5에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 조성의 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트로 제조된 전극을 포함하는 태양전지의 경우 비교예 1의 경우보다 전극의 선폭 및 bleeding이 작아 단락전류가 높고, 비교예 2의 경우보다 직렬저항 즉 접촉저항이 뛰어나 FF가 높음을 알 수 있다. 즉 비교예 1, 2와 비교하여 변환 효율이 높아 태양전지의 발전 효율이 개선된 것을 알 수 있다.
전술한 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.
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

Claims (14)

  1. 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서,
    상기 유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)을 포함하고, 규소(Si), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 더 포함하며, 산화물 환산 기준 PbO은 20 내지 29 mol%, TeO2는 25 내지 34 mol%, Bi2O3는 10 내지 20 mol%, Li2O는 3 내지 10 mol%, Na2O는 3 내지 8 mol%, K2O는 3 내지 8 mol%, SiO2는 15 mol% 이하, ZnO는 3 mol% 이하, Al2O3는 3 mol% 이하, TiO2는 3 mol% 이하로 포함하여,
    상기 유리 프릿을 이용하여 지름 6.8mm, 깊이 2mm의 펠릿(pellet)을 만들고 웨이퍼(wafer) 상에 위치시킨 후 500 내지 900℃의 온도에서 20 내지 30초간 소결시킨 경우, 하기 식 1에 의해 계산되는 Wetting diameter ratio가 180% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
    [식 1]
    Wetting diameter ratio(%) = (소결 후 지름 / 소결 전 지름) * 100
  2. 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서,
    상기 유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)을 포함하고, 규소(Si), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 더 포함하며, 산화물 환산 기준 PbO은 20 내지 29 mol%, TeO2는 25 내지 34 mol%, Bi2O3는 10 내지 20 mol%, Li2O는 3 내지 10 mol%, Na2O는 3 내지 8 mol%, K2O는 3 내지 8 mol%, SiO2는 15 mol% 이하, ZnO는 3 mol% 이하, Al2O3는 3 mol% 이하, TiO2는 3 mol% 이하로 포함하여,
    상기 유리 프릿을 이용하여 지름 6.8mm, 깊이 2mm의 펠릿(pellet)을 만들고 웨이퍼(wafer) 상에 위치시킨 후 500 내지 900℃의 온도에서 20 내지 30초간 소결시킨 경우, 하기 식 2에 의해 계산되는 Aspect ratio가 0.15 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
    [식 2]
    Aspect ratio = 펠릿의 웨이퍼로부터의 높이(Height) / 펠릿의 직경(Diameter)
  3. 도전성 금속 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물로서,
    상기 유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)을 포함하고, 규소(Si), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나 이상을 선택적으로 더 포함하며, 산화물 환산 기준 PbO은 20 내지 29 mol%, TeO2는 25 내지 34 mol%, Bi2O3는 10 내지 20 mol%, Li2O는 3 내지 10 mol%, Na2O는 3 내지 8 mol%, K2O는 3 내지 8 mol%, SiO2는 15 mol% 이하, ZnO는 3 mol% 이하, Al2O3는 3 mol% 이하, TiO2는 3 mol% 이하로 포함하여,
    상기 유리 프릿을 이용하여 지름 6.8mm, 깊이 2mm의 펠릿(pellet)을 만들고 웨이퍼(wafer) 상에 위치시킨 후 500 내지 900℃의 온도에서 20 내지 30초간 소결시킨 경우,
    상기 소결된 펠릿의 측면 형상을 상기 웨이퍼로부터의 상대적인 높이에 따른 표면의 접선이 상기 웨이퍼와 이루는 기울기로 나타낼 때,
    상기 소결된 펠릿은 상기 웨이퍼로부터의 상대적인 높이가 증가할수록 상기 접선의 기울기가 증가하는 오목 구간, 상기 접선의 기울기가 증가하다가 감소하는 변곡 구간 및 상기 접선의 기울기가 감소하는 볼록 구간을 갖는 측면 형상을 나타내는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소결된 펠릿의 웨이퍼로부터의 높이에 따른 위치를 0% 내지 100%라고 할 때,
    상기 오목 구간은 0% 내지 40% 위치에서, 상기 변곡 구간은 30% 내지 70% 위치에서, 상기 볼록 구간은 70% 내지 100% 위치에서 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 오목 구간의 접선의 평균 기울기는 10 내지 30°이고, 상기 변곡 구간의 접선의 평균 기울기는 30 내지 50°이며, 상기 볼록 구간의 접선의 평균 기울기는 10 내지 30°인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿의 유리전이온도(Tg)는 200 내지 300℃ 인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿의 평균 입경은 0.5 ~ 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 조성물 총 중량에 대하여,
    상기 도전성 금속 분말은 70 내지 98 중량%,
    상기 유리 프릿은 1 내지 15 중량%,
    상기 유기 비히클은 1 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물.
  14. 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
    상기 전면 전극은, 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물을 도포한 후 건조 및 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114292088B (zh) * 2021-12-30 2022-10-11 安徽大学 一种氚-中子复合增殖剂铅酸锂共晶陶瓷球粒及制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101555323B1 (ko) 2015-01-27 2015-09-23 덕산하이메탈(주) 전도성 페이스트 조성물 및 이를 포함하는 반도체 장치

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100000685A (ko) * 2008-06-25 2010-01-06 에스에스씨피 주식회사 전도성 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전극 제조방법
US8231934B2 (en) * 2008-11-26 2012-07-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Conductive paste for solar cell electrode
JP5414409B2 (ja) * 2009-01-16 2014-02-12 日立粉末冶金株式会社 低融点ガラス組成物、それを用いた低温封着材料及び電子部品
WO2011140192A1 (en) * 2010-05-04 2011-11-10 E. I. Du Pont De Nemours And Company Thick-film pastes containing lead-tellurium-lithium- oxides, and their use in the manufacture of semiconductor devices
KR20120060047A (ko) * 2010-12-01 2012-06-11 에스에스씨피 주식회사 태양전지용 전극 페이스트 조성물, 그 제조방법 및 태양전지
US8815636B2 (en) * 2011-01-06 2014-08-26 Heraeus Precious Metals North America Conshohocken Llc Oxides and glasses for use with aluminum back solar cell contacts
TWI480895B (zh) * 2011-01-18 2015-04-11 Heraeus Precious Materials North America Conshohocken Llc 導電性糊組成物及由其製得之太陽能電池電極與接點
CN103151094A (zh) * 2011-10-25 2013-06-12 赫劳斯贵金属北美康舍霍肯有限责任公司 含有金属纳米颗粒的导电性浆料成分
KR20130078667A (ko) * 2011-12-30 2013-07-10 금오공과대학교 산학협력단 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 무기첨가제 및 이를 이용하여 제조된 실리콘 태양전지
US9087937B2 (en) * 2012-05-10 2015-07-21 E I Du Pont De Nemours And Company Glass composition and its use in conductive silver paste
KR101600652B1 (ko) * 2012-11-12 2016-03-07 제일모직주식회사 태양전지 전극용 페이스트　및　이로부터 제조된 전극
CN103596648B (zh) * 2013-02-04 2017-03-15 深圳市首骋新材料科技有限公司 晶体硅太阳能电池正面电极导电浆料及其制备方法
KR101590228B1 (ko) * 2013-07-19 2016-01-29 제일모직주식회사 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101659131B1 (ko) * 2013-11-12 2016-09-22 제일모직주식회사 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
US9734929B2 (en) * 2014-05-15 2017-08-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Composition for forming solar cell electrode and electrode prepared using the same
KR20160012093A (ko) * 2014-07-23 2016-02-02 대주전자재료 주식회사 소결 억제제를 포함하는 태양전지 전극용 전도성 페이스트
KR101636065B1 (ko) * 2014-08-27 2016-07-05 주식회사 미뉴타텍 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법
KR101696985B1 (ko) * 2014-12-30 2017-01-17 삼성에스디아이 주식회사 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR20170141559A (ko) * 2016-06-15 2017-12-26 삼성에스디아이 주식회사 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101555323B1 (ko) 2015-01-27 2015-09-23 덕산하이메탈(주) 전도성 페이스트 조성물 및 이를 포함하는 반도체 장치

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