KR101930284B1 - Electrode Paste For Solar Cell's Electrode And Solar Cell using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트로서, 용매로서 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 용매의 표면장력 및 비점을 조절함으로써, 본 발명에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선하여 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.The present invention relates to a conductive paste for a solar cell electrode comprising a metal powder, a glass frit, an organic binder and a solvent, wherein at least two or more solvents including a first solvent and a second solvent are mixed as a solvent, The aspect ratio of the electrode formed using the conductive paste according to the present invention, that is, the aspect ratio of the electrode, that is, the line width and the deflection, can be improved and the conductivity can be improved. As the line width of the electrode decreases, A solar cell having an efficiency can be provided.
Description
본 발명은 태양전지의 전극 형성에 사용되는 도전성 페이스트 및 이를 이용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive paste used for forming an electrode of a solar cell and a solar cell manufactured using the conductive paste.
태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 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(silver powder), 유리 프릿(glass frit), 유기 비히클(organic vehicle) 용매 및 첨가제 등을 혼합한 도전성 페이스트를 반사 방지막(30) 상에 도포한 후 소성하여 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극(50)은 알루미늄 분말, 유리 프릿, 유기 비히클(organic vehicle) 및 첨가제로 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(50) 하부에는 배면 실버 전극(60)이 더 위치될 수 있다.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. FIG. 1 shows a structure of a general solar cell element. The solar cell element is generally constituted by using a p-type
태양전지의 전면 전극은 주로 스크린 프린팅 공정을 통해 형성되기 때문에 전후면 전극 페이스트 조성물도 스크린 프린팅 공정의 인쇄성을 고려하여 제조되고 있는데, 기존의 대부분의 조성에서는 스크린 프린팅에 적합한 고비점 용매를 사용하거나 페이스트의 저장안정성 및 상용성을 고려하여 중극성 용매 등을 사용하고 있지만, 특히 전면 전극은 원하는 선폭을 재현하여 좋은 해상도를 구현하기가 어려운 실정이다. 예를 들어 종래 방법은 전면 전극용 은 도전성 페이스트 조성물을 이용하여, 전면 전극용 스크린 인쇄용 마스크의 선폭을 80㎛로 제작하여도 실제 인쇄 후 전면전극의 선폭은 10~20㎛이 더 넓어지는 경우가 많다. 그렇게 되면 전지(cell)의 수광면이 줄어들게 되고, 결과적으로 전지 특성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.Since the front electrode of the solar cell is mainly formed through the screen printing process, the front and rear electrode paste compositions are also manufactured considering the printability of the screen printing process. In most conventional compositions, a high boiling solvent suitable for screen printing is used In consideration of the storage stability and compatibility of the paste, a polar solvent is used. In particular, it is difficult to realize good resolution by reproducing the desired line width of the front electrode. For example, in the conventional method, even when the line width of the screen printing mask for the front electrode is made 80 μm by using the conductive paste composition for the front electrode, the line width of the front electrode after the actual printing is 10 to 20 μm wider many. As a result, the light receiving surface of the cell is reduced, resulting in a problem that the battery characteristics are deteriorated.
또한 한국공개특허 제2013-0139022호(2013.12.20.)에서는 도전성 페이스트 조성물에 친수성 도전성 금속을 포함하는 경우 소수성 바인더 및 소수성 용매를 사용하고, 소수성 도전성 금속을 포함하는 경우 소수성 바인더 및 소수성 용매를 사용하여 종횡비가 우수하고 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 페이스트를 개시하고 있다. 하지만, 상기와 같이 사용되는 도전성 금속의 성질에 따라 용매의 성질(친수성 및 소수성)을 제어하여 용매를 사용하는 경우에는 바인더나 분말의 선정에 제약이 따르며, 특히 친수성 용매를 사용하는 경우에는 내습성이 약해 저장 안정성이 떨어지는 문제가 있다. In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0139022 (Feb. 20, 2013), a hydrophobic binder and a hydrophobic solvent are used when the conductive paste composition includes a hydrophilic conductive metal, and a hydrophobic binder and a hydrophobic solvent are used when the conductive paste composition includes a hydrophobic conductive metal. Thereby exhibiting excellent aspect ratio and improved electrical characteristics. However, when a solvent is used to control the properties (hydrophilicity and hydrophobicity) of the conductive metal according to the properties of the conductive metal, there are restrictions on the selection of the binder and the powder. Particularly, when a hydrophilic solvent is used, There is a problem that storage stability is poor.
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트의 조성 중 용매의 조성을 조절함으로써, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극을 포함하는 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to improve the efficiency of a solar cell including an electrode formed by using the conductive paste prepared by controlling the composition of the solvent in the composition of the conductive paste for the solar cell electrode.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하며, 상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용함으로써 표면장력 및 비점을 조절하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다. The present invention is characterized by controlling a surface tension and a boiling point by mixing a metal powder, a glass frit, an organic binder and a solvent, and using at least two or more solvents including a first solvent and a second solvent, Conductive paste for a solar cell electrode.
또한 상기 용매는 에틸아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 에틸카비톨 아세테이트(Ethyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol), 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 및 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether)로 구성되는 군에서 선택되는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다. The solvent may be selected from the group consisting of ethyl acetate, butyl carbitol acetate, ethyl carbitol acetate, Texanol, diethylene glycol monobutyl ether, A first solvent selected from the group consisting of propylene glycol butyl ether and diethylene glycol monophenyl ether, and a second solvent.
상기 용매는 표면장력이 20 내지 30m/Nm 제1 용매 및 표면장력이 40 내지 50m/Nm인 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 표면장력이 20 내지 60mN/m 인 용매인 것을 특징으로 한다. The solvent is a solvent having a surface tension of 20 to 60 mN / m by mixing at least two kinds of solvents including a first solvent having a surface tension of 20 to 30 m / Nm and a second solvent having a surface tension of 40 to 50 m / Nm .
또한 상기 용매는 비점이 150 내지 220℃인 제1 용매 및 비점이 190 내지 300℃인 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 비점이 150 내지 300℃ 인 용매인 것을 특징으로 한다. The solvent is a solvent having a boiling point of 150 to 300 ° C by mixing at least two kinds of solvents including a first solvent having a boiling point of 150 to 220 ° C and a second solvent having a boiling point of 190 to 300 ° C.
또한 상기 제1 용매 및 제2 용매의 혼합 비율은 중량 대비 8:2 내지 5:5 인 것을 특징으로 한다. The mixing ratio of the first solvent to the second solvent is 8: 2 to 5: 5 by weight.
또한 상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트는 분산제를 더 포함하고, 상기 분산제는 식물성 오일 및 동물성 오일 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. The conductive paste for a solar cell electrode may further comprise a dispersant, and the dispersant may include at least one of vegetable oil and animal oil.
또한 본 발명은 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극은 상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 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 conductive paste for the solar cell electrode and then firing the conductive paste. Thereby providing a battery.
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 사용되는 용매의 표면장력을 조절하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다. The present invention can improve the conductivity by adjusting the surface tension of the solvent used in the conductive paste for the solar cell electrode and improving the aspect ratio, that is, the line width and the conductivity, of the electrode formed using the produced conductive paste , The light receiving surface increases as the line width of the electrode decreases, and thus a solar cell having high power generation efficiency can be provided.
또한 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 비점이 다른 용매를 혼합 사용하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 전극 형성 시 용매의 기화를 서서히 진행시켜 형성되는 전극의 핀홀(pin-hole), 크랙(crack) 등의 결함(defect)을 방지함으로써 누설전류 등의 태양전지 효율특성에 방해가 되는 부분을 최소화 할 수 있다. In addition, when a conductive paste for a solar cell electrode is mixed with a solvent having a different boiling point and the solvent is gradually vaporized during the formation of the electrode using the conductive paste, pinholes, cracks, etc. It is possible to minimize a portion that interferes with solar cell efficiency characteristics such as leakage current.
또한 본 발명에 따른 용매 조성은 도전성 페이스트에 사용되는 다른 성분(도전성 금속 분말 및 바인더)의 종류나 특성에 따른 것이 아니기 때문에 태양전지 전극용 도전성 페이스트 제조 시 도전성 금속 분말 및 바인더의 종류나 특성에 한정되지 않는다. Further, since the solvent composition according to the present invention does not depend on the kinds and properties of the other components (conductive metal powder and binder) used in the conductive paste, it is limited to the kinds and properties of the conductive metal powder and the binder It does not.
도 1은 일반적인 태양전지 소자의 개략 단면도를 나타낸 것이다. 1 is a schematic cross-sectional view of a general solar cell element.
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.Before describing the present invention in detail, it is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the scope of the invention, which is defined solely by the appended claims. shall. All technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise stated.
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.Throughout this specification and claims, the word "comprise", "comprises", "comprising" means including a stated article, step or group of articles, and steps, , Step, or group of objects, or a group of steps.
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.On the contrary, the various embodiments of the present invention can be combined with any other embodiments as long as there is no clear counterpoint. Any feature that is specifically or advantageously indicated as being advantageous may be combined with any other feature or feature that is indicated as being preferred or advantageous. Hereinafter, embodiments of the present invention and effects thereof will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일실시예에 따른 페이스트는 태양전지 전극 형성에 사용되기 적합한 페이스트로서, 표면장력 및 비점을 조절하기 위하여 2종 이상의 용매를 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 금속 분말, 유리 프릿, 바인더, 용매 및 기타 첨가제를 포함하여 이루어진다.The paste according to an embodiment of the present invention is a paste suitable for use in forming a solar cell electrode, and is provided with a conductive paste for a solar cell electrode containing two or more kinds of solvents for adjusting surface tension and boiling point. More specifically, the conductive paste according to the present invention comprises a metal powder, a glass frit, a binder, a solvent, and other additives.
상기 금속 분말로는 은(Ag) 분말, 금(Au) 분말, 백금(Pt) 분말, 니켈(Ni) 분말, 구리(Cu) 분말 등이 사용될 수 있는데, 금속 분말은 상술한 분말 중 하나가 단독으로 사용되거나, 상술한 금속의 합금이 사용되거나, 상술한 분말 중 적어도 두 개가 혼합된 혼합 분말로 사용될 수 있다. 또한 상기 금속 분말의 표면을 친수성 처리 등 표면처리된 금속 분말을 사용할 수 있어 금속 분말의 소수성, 친수성 등 표면 특성에 무관하게 사용 가능하다.As the metal powder, silver (Ag) powder, gold (Au) powder, platinum (Pt) powder, nickel (Ni) powder and copper (Cu) powder may be used. Or an alloy of the above-described metals may be used, or may be used as a mixed powder in which at least two of the powders described above are mixed. Further, the surface of the metal powder can be treated with a surface-treated metal powder such as a hydrophilic treatment, so that the metal powder can be used irrespective of surface properties such as hydrophobicity and hydrophilicity.
이 중에서도 우수한 전기전도도를 가져 전면 전극용으로 주로 사용되는 은(Ag) 분말을 사용하는 것이 좋다. 은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에, 적어도 표면이 은층으로 이루어지는 은 피복 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. Among them, it is preferable to use silver (Ag) powder which has excellent electric conductivity and is mainly used for the front electrode. 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.
금속 분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 40 내지 95 중량%가 바람직하다. 40 중량% 미만인 경우 형성된 전극의 비저항이 높을 수 있으며, 95 중량% 초과인 경우 다른 성분의 함량이 충분하지 않아 금속 분말이 균일하게 분산되지 않는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함되는 것이 좋다. The content of the metal powder is preferably 40 to 95% by weight based on the total weight of the conductive paste composition, taking into consideration the electrode thickness formed at the time of printing and the line resistance of the electrode. If it is less than 40% by weight, the resistivity of the formed electrode may be high. If it is more than 95% by weight, the content of other components is not sufficient and the metal powder is not uniformly dispersed. More preferably 70 to 90% by weight.
은 분말의 평균입경은 0.1 내지 10㎛ 일 수 있으며, 페이스트화 용이성 및 소성시 치밀도를 고려할 때 0.1 내지 3㎛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.The average particle diameter of the silver powder may be 0.1 to 10 탆, and it is preferably 0.1 to 3 탆 in consideration of easiness of paste formation and denseness in firing, and its shape 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.
상기 유리 프릿의 조성이나 입경, 형상에 있어서 특별히 제한을 두지 않는다. 유연 유리 프릿뿐만 아니라 무연 유리 프릿도 사용 가능하다. 바람직하게는 유리 프릿 성분으로서, Bi2O3계, Si-B-Pb계, Si-Bi-Zn계 및 Si-Pb-Al-Zn계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 좋다. 상기 유리 프릿의 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단략전류 특성을 우수하게 할 수 있다. The composition, particle diameter and shape of the glass frit are not particularly limited. It is possible to use not only flexible glass frit but also lead-free glass frit. Preferably, the glass frit component contains at least one selected from the group consisting of Bi 2 O 3 , Si-B-Pb, Si-Bi-Zn and Si-Pb-Al-Zn. By combining the organic contents of the respective components of the glass frit, the increase of the electrode line width can be prevented, the contact resistance can be improved in the high surface resistance, and the excellent current characteristics can be improved.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.1 내지 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경(D50)이 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성 시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성 시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다. The average particle diameter of the glass frit is not limited, but it may have a particle diameter in the range of 0.1 to 10 mu m, and a mixture of various particles having different average particle diameters may be used. Preferably, at least one kind of glass frit has an average particle diameter (D50) of 0.1 占 퐉 or more and 5 占 퐉 or less. 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.
유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 10 중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 10 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 10% by weight based on the total weight of the conductive paste composition. If the content is less than 1% by weight, incomplete firing may occur to increase the electrical resistivity. If more than 10% by weight, There is a possibility that the electrical resistivity becomes too high due to too much component.
상기 유기 바인더와 용매를 포함하는 유기 비히클은 금속 분말과 유리 프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린 인쇄에 의해 도전성 페이스트가 기재에 도포될 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 하여, 인쇄 패턴의 흐려짐 및 흐름을 억제하고, 또한 스크린판으로부터의 도전성 페이스트의 토출성 및 판분리성을 향상시키는 특성이 요구된다. The organic vehicle including the organic binder and the solvent 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, It is required to be homogeneous to suppress the blur and flow of the printed pattern and to improve the dischargeability and the plate separability of the conductive paste from the screen plate.
유기 바인더는 셀룰로오스계 화합물, 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물, 폴리에스터계 화합물, 폴리비닐계 화합물 등을 사용할 수 있다. 셀룰로오스계 화합물로는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 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, 에폭시계 화합물로는 비스페놀-A 타입, 비스페놀-F 타입, 브롬계 타입, 노볼락 타입, 알코올 타입 등을 예로 들 수 있으며, 폴리비닐계 화합물로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다. 상기 유기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다. The organic binder may be a cellulose compound, an acrylic compound, an epoxy compound, a polyester compound, a polyvinyl compound, or the like. Examples of the cellulose compound include cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, ethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose. Examples of the acrylic compound Examples of the epoxy compound include bisphenol-A type, bisphenol-F type, bromine type, novolak type, and the like. Examples of the epoxy compound include polyacrylamide, polymethacrylate, polymethylmethacrylate, and polyethylmethacrylate. Type, an alcohol type, and the like. Examples of the polyvinyl compound include polyvinyl butyral, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, and the like. At least one or more organic binders may be selected and used.
유기 바인더는 제한되지 않으나 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량%가 바람직하다. 유기 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 조성물의 점도, 형성된 전극 패턴의 접착력이 떨어질 수 있으며, 15 중량% 초과하면 금속 분말, 용매, 분산제 등의 양이 충분하지 않을 수 있다.The organic binder is not limited, but is preferably 1 to 15% by weight based on the total weight of the conductive paste composition. If the content of the organic binder is less than 1% by weight, the viscosity of the composition and the adhesion of the formed electrode pattern may be deteriorated. If the content of the organic binder is more than 15% by weight, the amount of metal powder, solvent,
상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용함으로써 표면장력 및 비점을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트에 포함되는 용매는 에틸아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 에틸카비톨 아세테이트(Ethyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol), 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 및 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 둘 이상의 용매를 포함한다. The surface tension and the boiling point of the solvent can be controlled by mixing at least two or more solvents including a first solvent and a second solvent. More specifically, the solvent contained in the conductive paste according to the present invention is selected from the group consisting of ethyl acetate, butyl carbitol acetate, ethyl carbitol acetate, Texanol, diethylene glycol At least two or more solvents selected from the group consisting of diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol butyl ether, and diethylene glycol monophenyl ether.
상기 용매 중에서 선택되는 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 표면장력이 20 내지 60mN/m 인 용매를 사용한다. 예를 들어, 표면장력이 20 내지 30m/Nm인 제1 용매와 표면장력이 40 내지 50m/Nm인 제2 용매를 혼합한 용매를 사용한다. 이 때 제1 용매로는 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol) 등을 사용할 수 있고, 제2 용매로는 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether) 등을 사용할 수 있다. 또한 제1 용매와 제2 용매의 혼합 비율은 8:2 내지 5:5 인 것이 좋다. A solvent having a surface tension of 20 to 60 mN / m is used by mixing a first solvent and a second solvent selected from the above solvents. For example, a solvent in which a first solvent having a surface tension of 20 to 30 m / Nm and a second solvent having a surface tension of 40 to 50 m / Nm are mixed is used. As the first solvent, butyl carbitol acetate or Texanol may be used. As the second solvent, diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monophenyl ether, Propylene glycol butyl ether, and diethylene glycol monophenyl ether. The mixing ratio of the first solvent to the second solvent is preferably 8: 2 to 5: 5.
용매의 표면장력을 조절하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.It is possible to improve the conductivity by adjusting the surface tension of the solvent by improving the aspect ratio of the electrode formed using the conductive paste thus prepared, that is, the line width and the deflection, and as the line width of the electrode decreases, A solar cell having high power generation efficiency can be provided.
또한 상기 용매 중에서 선택되는 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 비점이 150 내지 300℃ 인 용매를 사용한다. 예를 들어, 비점이 150 내지 220℃인 제1 용매와 비점이 190 내지 300℃인 제2 용매를 혼합한 용매를 사용한다. 이 때 제1 용매로는 에틸카비톨 아세테이트(Ethyl Carbitol Acetate), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 등을 사용할 수 있고, 제2 용매로는 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol), 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether) 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether) 등을 사용할 수 있다. 또한 제1 용매와 제2 용매의 혼합 비율은 8:2 내지 5:5 인 것이 좋다. Also, a solvent having a boiling point of 150 to 300 DEG C is used by mixing a first solvent and a second solvent selected from the above solvents. For example, a solvent in which a first solvent having a boiling point of 150 to 220 ° C and a second solvent having a boiling point of 190 to 300 ° C are mixed is used. Ethyl Carbitol Acetate, Propylene glycol butyl ether and the like may be used as the first solvent, and Butyl Carbitol Acetate, Texanol, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monophenyl ether, and the like can be used. The mixing ratio of the first solvent to the second solvent is preferably 8: 2 to 5: 5.
비점이 다른 용매를 혼합 사용하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 전극 형성 시 용매의 기화를 서서히 진행시켜 형성되는 전극의 핀홀(pin-hole), 크랙(crack) 등의 결함(defect)을 방지함으로써 누설전류 등의 태양전지 효율특성에 방해가 되는 부분을 최소화 할 수 있다. By using the conductive paste prepared by mixing solvents having different boiling points and gradually promoting the vaporization of the solvent at the time of forming the electrodes, it is possible to prevent defects such as pin-holes and cracks of the electrodes It is possible to minimize the portion that interferes with solar cell efficiency characteristics such as leakage current.
가장 바람직하게는 부틸카비톨아세테이트와 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르를 7:3 (중량)비율로 혼합하여 35mN/m 의 표면장력을 갖고, 250℃의 비점을 갖는 용매를 사용하는 것이 좋다. It is most preferable to use a solvent having a surface tension of 35 mN / m and a boiling point of 250 ° C by mixing butyl carbitol acetate and diethylene glycol monophenyl ether in a ratio of 7: 3 (weight).
용매의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%가 바람직한데, 5 중량% 미만이면 인쇄 시 건조가 빨라 전극이 끊어지는 문제점이 있고, 15 중량% 초과하면 인쇄에 적합하지 못한 점도가 형성되는 문제가 있다. The content of the solvent is preferably from 5 to 15% by weight based on the total weight of the conductive paste composition. If the content is less than 5% by weight, the electrode may be broken due to rapid drying during printing. If the content is more than 15% by weight, Is formed.
본 발명에 따른 용매 조성은 도전성 페이스트에 사용되는 다른 성분(도전성 금속 분말 및 바인더)의 종류나 특성에 따른 것이 아니기 때문에 태양전지 전극용 도전성 페이스트 제조 시 도전성 금속 분말 및 바인더의 종류나 특성에 한정되지 않는다.Since the solvent composition according to the present invention does not depend on the kinds and properties of the other components (conductive metal powder and binder) used in the conductive paste, it is not limited to the types and properties of the conductive metal powder and the binder in the production of the conductive paste for a solar cell electrode Do not.
본 발명에 따른 도전성 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 분산제, 레벨링제, 가소제, 점도 조정제, 계면활성제, 산화제, 금속 산화물, 금속 유기 화합물 등을 더 포함할 수 있다.The conductive paste composition according to the present invention may further contain additives commonly known in the art such as a dispersant, a leveling agent, a plasticizer, a viscosity adjuster, a surfactant, an oxidizing agent, a metal oxide, a metal organic compound and the like.
상기 분산제로는 식물성 오일, 동물성 오일 등을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%로 포함된다. 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우 분산효과가 미비하여 분산성이 저하가 되는 문제가 있고, 5 중량%를 초과하여 포함하는 경우 과분산으로 점도가 낮아지고, 장기보관 시 페이스트 상분리로 인한 안정성 문제를 야기시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%로 포함되는 것이 좋다. As the dispersing agent, vegetable oil, animal oil, etc. may be used. The dispersing agent is contained in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the conductive paste composition. If it is contained in an amount of less than 0.1% by weight, there is a problem that the dispersing effect is insufficient and the dispersibility is poor. When the content is more than 5% by weight, the viscosity becomes low due to dispersion and the stability problem due to paste phase separation . More preferably 0.1 to 3% by weight.
상술한 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 용매 및 첨가제 등을 혼합 및 분산한 다음 여과 및 탈포하여 제조될 수 있다.The conductive paste composition for a solar cell electrode may be prepared by mixing and dispersing a metal powder, a glass frit, an organic binder, a solvent, an additive, etc., followed by filtration and defoaming.
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 특성의 은 분말을 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.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 conductive paste is applied on a substrate, followed by drying and firing. In the method for forming a solar cell electrode of the present invention, the methods used for producing substrates, printing, drying, and firing can be generally those used for manufacturing solar cells, except that conductive pastes containing silver powder of the above- to be. For example, the substrate may be a silicon wafer.
실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 용매 및 분산제를 넣고 삼본밀을 사용하여 분산한 후, 실버 파우더(구상, 평균 입경 1㎛)를 혼합하고 또한 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다. 용매의 조성은 별도로 하기 표 2에 나타내었다. The metal powder, the glass frit, the organic binder, the solvent and the dispersing agent were put in a composition as shown in the following Table 1, and the mixture was dispersed using a triple mill, and then silver powder (spherical, average particle diameter 1 μm) . Thereafter, vacuum degassing was conducted to prepare a conductive paste. The composition of the solvent is shown in Table 2 separately.
은 분말Surface-treated
Silver powder
실험예Experimental Example
(1) 선폭 및 선고 (1) Line width and sentence
상기 표 3에 나타나는 것과 같이 본원발명의 실시예에 따른 도전성 페이스트로 형성한 전극의 선폭이 좁고, 선고가 높아 종횡비가 높음을 알 수 있으며, 이로서 제조되는 태양전지의 전기 전도 특성이 우수할 것임을 알 수 있다. As shown in Table 3, it can be seen that the electrode formed of the conductive paste according to the embodiment of the present invention has a narrow line width and a high aspect ratio and thus has a high aspect ratio, and that the thus- .
(2) 변환효율 및 전기 전도성 측정(2) Conversion efficiency and electrical conductivity measurement
상기 얻어진 도전성 페이스트를 wafer의 전면에 40㎛ 메쉬의 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 건조로를 사용하여 200~350 ℃에서 40초에서 50초 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 60초에서 80초간 소성을 행하여 태양전지 Cell을 제작하였다. The obtained conductive paste was pattern-printed on the entire surface of the wafer by a screen printing technique of 40 μm mesh, and dried at 200 to 350 ° C. for 40 seconds to 50 seconds using a belt-type drying furnace. 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 a temperature of 500 to 900 DEG C for 60 seconds to 80 seconds using a belt-type firing furnace to produce a solar cell.
상기 제조된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, 변환효율(Eff), 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 곡선인자(FF)를 분석하여 하기 표 4에 나타내었고, 전극 패턴의 선저항을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다. The manufactured cell was analyzed for conversion efficiency Eff, short-circuit current Isc, open-circuit voltage Voc and curve factor FF using a solar cell efficiency measuring device (Halm, cetis PV-Celltest 3) The line resistance of the electrode pattern was measured and shown in Table 4 below.
통상적으로 태양전지는 효율을 0.2% 단위로 나누며, 0.2% 효율 증가는 매우 큰 의미를 갖는 수치인 것을 감안할 때, 상기 표 3에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 용매를 포함하는 도전성 페이스트로 제조된 전극을 포함하는 태양전지의 경우 비교예와 비교하여 변환 효율이 높아 태양전지의 발전 효율이 개선된 것을 알 수 있다. Considering that the efficiency of the solar cell is generally divided by 0.2% and the 0.2% efficiency increase is a very meaningful value, as shown in Table 3, the electrode made of the conductive paste containing the solvent according to the present invention It is found that the conversion efficiency is higher than that of the comparative example, and the power generation efficiency of the solar cell is improved.
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.The features, structures, effects, and the like illustrated in the above-described embodiments can be combined and modified in other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
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 (13)
상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용함으로써 표면장력을 20 내지 60mN/m으로 조절하는 것을 특징으로 하고,
상기 제1 용매는 표면장력이 20 내지 30m/Nm 인 용매로서 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate) 및 텍사놀(Texanol)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며,
상기 제2 용매는 표면장력이 40 내지 50mNm 인 용매로서 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 및 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether) 로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
상기 제1 용매와 제2 용매의 혼합비율은 8:2 내지 5:5 인 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
Metal powder, glass frit, organic binder and solvent,
Wherein the solvent is a mixture of at least two kinds of solvents including a first solvent and a second solvent to adjust the surface tension to 20 to 60 mN / m,
The first solvent may include at least one solvent selected from the group consisting of butyl carbitol acetate and Texanol as a solvent having a surface tension of 20 to 30 mNm,
The second solvent may be a solvent having a surface tension of 40 to 50 mNm, such as diethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol butyl ether, and diethylene glycol monophenyl ether ), And at least one selected from the group consisting of
Wherein the mixing ratio of the first solvent to the second solvent is from 8: 2 to 5: 5.
상기 금속 분말은 평균 입경이 0.1 내지 10㎛ 인 분말이며, 은(Ag) 분말, 금(Au) 분말, 백금(Pt) 분말, 니켈(Ni) 분말 및 구리(Cu) 분말로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
The method according to claim 1,
The metal powder is a powder having an average particle diameter of 0.1 to 10 μm and is selected from the group consisting of silver (Ag) powder, gold (Au) powder, platinum (Pt) powder, nickel (Ni) powder and copper Wherein the conductive paste contains at least one of the following components.
상기 유리 프릿은 평균 입경이 0.1 내지 10㎛ 이며, Bi2O3계, Si-B-Pb계, Si-Bi-Zn계 및 Si-Pb-Al-Zn계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
The method according to claim 1,
The glass frit has an average particle diameter of 0.1 to 10 탆 and contains at least one selected from the group consisting of Bi 2 O 3 , Si-B-Pb, Si-Bi-Zn and Si-Pb-Al-Zn Wherein the conductive paste is a conductive paste for a solar cell electrode.
상기 유기 바인더는 셀룰로오즈계 화합물, 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물, 폴리에스터계 화합물 및 폴리비닐계 화합물로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
The method according to claim 1,
Wherein the organic binder includes at least one selected from the group consisting of a cellulosic compound, an acrylic compound, an epoxy compound, a polyester compound, and a polyvinyl compound.
상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트는 분산제를 더 포함하고,
상기 분산제는 식물성 오일 및 동물성 오일 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive paste for a solar cell electrode further comprises a dispersing agent,
Wherein the dispersing agent comprises at least one of vegetable oil and animal oil.
상기 전면 전극은, 제1항 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 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 conductive paste for a solar cell electrode according to any one of claims 1 to 9 and then baking.
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