KR101976661B1 - 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지 - Google Patents

전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지 Download PDF

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Abstract

도전성 분말; 유리 프릿; 유기 바인더, 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물 및 용매를 포함하는 유기 비히클을 포함하고, 상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 200 내지 500의 분자량을 가지며, 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.15 내지 2 중량%로 포함되는 전극 형성용 조성물을 제공한다.

Description

전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극과 태양전지{COMPOSITION FORFORMING ELECTRODE, ELECTRODE MANUFACTURED USING THE SAME AND SOLAR CELL}
전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 광자(photon)를 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어있다. 태양전지는 반도체 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다.
이러한 태양전지의 전극은 전극 형성용 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 일정 패턴으로 형성될 수 있다.
태양전지의 변환효율을 향상시키기 위하여 기판과의 접촉성을 향상하여 접촉저항(Rc)과 시리즈저항(Rs)을 최소화시키거나 유기물로 스크린 마스크(screen mask)의 패턴 선폭을 작게 조절함으로써 미세 선폭(fine line)을 형성하여 단락전류(Isc)를 높이는 방법이 알려져 있다. 그러나 스크린 마스크를 이용하여 전극 패턴 선폭을 감소시키는 방법은 시리즈저항(Rs)의 상승을 유발할 수 있고, 미세 패턴의 연속 인쇄성을 저하시킬 수 있다.
기판에 형성된 전극 패턴들은 태양전지를 구성하는 셀(cell)들은 리본으로 서로 연결되어 최종 모듈로 제작되는 공정에서 기판에 잘 부착되어 있어야 하는데 전극 패턴들이 기판에서 박리되는 경우 도통 불량이 발생되어 신뢰성이 저하될 수 있다.
따라서 전극 패턴 형성시 인쇄성을 확보하면서도 전극 패턴의 부착성을 향상시킬 수 있는 전극 형성용 조성물이 요구된다.
일 구현예는 연속 인쇄성이 우수하며, 기판과 전극 패턴의 부착력을 증가시켜 태양전지의 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
다른 일 구현예는 상기 전극 형성용 조성물로 제조된 전극을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 전극을 포함하는 태양전지를 제공한다.
상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
일 구현예는 도전성 분말; 유리프릿; 유기 바인더, 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물 및 용매를 포함하는 유기 비히클을 포함하고, 상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 200 내지 500의 분자량을 가지며, 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.15 내지 2 중량%로 포함되는 전극 형성용 조성물을 제공한다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 디(메타)아크릴레이트 화합물, 트리(메타)아크릴레이트 화합물, 테트라(메타)아크릴레이트 화합물 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 헥산디올디(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸롤 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.2 내지 2 중량%의 양으로 함유될 수 있다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 250 내지 400의 분자량을 가질 수 있다.
상기 전극 형성용 조성물을 200 내지 400℃에서 열처리한 후 생성된 막에 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물이 잔존할 수 있다.
상기 유리 프릿은 비스무스계 유리 프릿, 납계 유리 프릿 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.
상기 비스무스계 유리 프릿은 비스무스(Bi)-텔루륨(Te) 유리 프릿일 수 있다. 상기 비스무스(Bi)-텔루르(Te) 유리 프릿은 산화물 환산으로 텔루륨 20 내지 80몰%와 비스무스 20 내지 80 몰%를 포함할 수 있다.
상기 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 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 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
다른 구현예는 상기 전극 형성용 조성물로 제조된 전극을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
상기 전극 형성용 조성물은 연속 인쇄성이 우수하며, 기판과 전극 패턴의 부착력을 증가시켜 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
일 구현예는 도전성 분말; 유리 프릿; 유기 바인더, 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물 및 용매를 포함하는 유기 비히클을 포함하는 전극 형성용 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 전극 형성용 조성물은 도전성 분말로서 금속 분말을 사용할 수 있다. 상기 금속 분말은 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 이트륨(Y), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 텅스텐(W), 주석(Sn), 크롬(Cr), 망간(Mn) 등을 포함할 수 있다.
상기 도전성 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있는데, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 도전성 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 도전성 분말일 수 있으며, 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 도전성 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
*상기 도전성 분말은 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 형상을 가질 수 있다. 상기 도전성 분말의 평균 입경(D50, 부피 환산)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛이 될 수 있다. 상기 평균 입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 상온(24℃ 내지 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.
상기 도전성 분말은 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있고, 유기 비히클 양의 상대적인 감소로 페이스트화가 어려워지는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿(glass frit)은 전극 형성용 조성물의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 도전성 분말 입자를 용융시켜 저항이 낮아질 수 있도록 에미터 영역에 도전성 분말의 금속 결정 입자를 생성시키고, 도전성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결 시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
태양전지의 효율을 증가시키기 위하여 태양전지의 면적을 증가시키면 태양전지의 접촉저항이 높아질 수 있으므로, pn 접합(pn junction)에 대한 피해를 최소화함과 동시에 직렬저항을 최소화시켜야 한다. 또한, 다양한 면저항의 웨이퍼의 증가에 따라 소성 온도가 변동폭이 커지므로 넓은 소성 온도에서도 열안정성을 충분히 확보될 수 있는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유리 프릿은 통상적으로 전극 형성용 조성물에 사용되는 유연 유리 프릿 및 무연 유리 프릿 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 유리 프릿은 비스무스계 유리 프릿, 납계 유리 프릿 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.
상기 유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함할 수 있다.
상기 비스무스계 유리 프릿은 비스무스(Bi)-텔루륨(Te) 유리 프릿일 수 있다.
상기 비스무스(Bi)-텔루르(Te) 유리 프릿은 산화물 환산으로 텔루륨 20 내지 80 몰%와 비스무스 20 내지 80 몰%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 우수한 태양전지의 변환효율(efficiency)과 전극 패턴의 부착강도(adhesion strength)를 동시에 확보할 수 있다.
유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 원소의 산화물로부터 유래된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 원소의 산화물을 특정 조성으로 혼합하여 제조한 혼합물을 용융한 후 ?칭(quenching)한 다음 다시 분쇄하여 얻을 수 있다. 상기 혼합 공정은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 실시할 수 있다. 상기 용융 공정은 700℃ 내지 1300℃의 조건에서 실시할 수 있으며, 상기 ?칭 공정은 상온(24℃ 내지 25℃)에서 실시할 수 있다. 상기 분쇄 공정은 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 실시할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50, 부피 환산)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있다. 상기 평균 입경은 이소프로필알코올(IPA)에 유리 프릿을 초음파로 상온(24℃ 내지 25℃)에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다. 상기 유리 프릿은 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 0.5 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위의 평균 입경 및/또는 함량 범위 내에서 전극의 전기적 특성을 저해하지 않는 범위에서 전극패턴의 부착 강도(adhesion strength)를 향상시킬 수 있다.
상기 유리 프릿의 형상은 구형이어도 무정형상(amorphous)이어도 무방하다. 일 구현예에서, 전이 온도가 상이한 2종의 유리 프릿을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 전이 온도가 200 ℃ 이상 350 ℃ 이하인 제1 유리 프릿과 전이 온도가 350℃ 초과 550 ℃이하인 제2 유리 프릿을 1 : 0.2 내지 1 : 1의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.
유기 비히클은 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 전극 형성용 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다. 상기 유기 비히클은 유기 바인더, 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물 및 용매를 포함한다.
상기 유기 바인더는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는 에틸셀룰로오스, 에틸하이드록시 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 에틸셀룰로오스와 페놀수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin), 알코올의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수 있다.
상기 유기 바인더의 중량평균분자량(Mw)은 30,000 내지 200,000g/mol 일 수 있으며, 바람직하게는 40,000 내지 150,000g/mol일 수 있다. 상기 중량평균 분자량(Mw)이 상기 범위 이내인 경우, 인쇄성 면에서 우수한 효과를 가질 수 있다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 2개 이상의 아크릴레이트기 또는 메타크릴레이트기를 가지는 화합물을 의미한다. 즉 단관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 본 발명에서 배제된다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 200 내지 500, 예를 들어 250 내지 400 또는 250 내지 360의 분자량을 가질 수 있다. 상기 범위에서 양호한 연속 인쇄성을 확보하여 시리즈저항(Rs)의 증가를 최소화함으로써 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 200℃ 내지 400℃에서 열처리 후에도 열경화 되지 않고 막에 잔존할 수 있다. 즉 상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 열처리에 의하여 열경화 되지 않고 막 내에 잔존함으로써 다관능성기가 기판과 패턴의 접착성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.15 내지 2 중량%, 예를 들어 0.2 내지 2 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 전극 형성용 조성물의 연속 인쇄성을 향상시킬 수 있으며, 전극 패턴과 기판의 부착력을 향상시킬 수 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 텍사놀(Texanol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate), 메틸 셀로솔브(methyl cellosolve), 에틸 셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸 셀로솔브, 지방족 알코올(aliphatic alcohol), 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, 터피네올(terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알코올, 감마부티로락톤, 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기 비히클의 함량은 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여1 내지 30중량%, 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 전극 패턴과 기판의 부착강도를 향상시킬 수 있으며, 우수한 연속 인쇄성을 확보할 수 있다.
상기 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 전극 형성용 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 첨가되지만 필요에 따라 변경할 수 있다.
상기 전극 형성용 조성물은 상기에서 기술한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 표면처리제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다. 상기 첨가제의 함량은 전극 형성용 조성물의 인쇄 특성, 분산성 및 저장 안정성을 고려하여 선택될 수 있다.
다른 구현예에 따르면 상기 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극을 제공한다.
상기 전극은 전극 형성용 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 일정 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 전극 형성용 조성물의 도포는 스크린 프린팅, 그라비어 옵셋 공법, 로터리 스크린 프린팅 공법 또는 리프트 오프법 등 다양한 방법이 사용될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 도포된 전극 형성용 조성물은 일정 패턴을 가지며, 10㎛ 내지 40㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
상기 패터닝된 전극 형성용 조성물의 소성 공정은 하기 태양 전지의 제작 공정에서 상세히 설명한다.
또 다른 구현예에 따르면 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다. 도 1을 참조하여 일 구현예에 따른 태양 전지를 설명한다. 도 1은 일 구현예에 따른 태양 전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
도 1을 참조하면, p층(또는 n층)(101) 및 에미터로서의 n층(또는 p층)(102)을 포함하는 기판(100) 상에, 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 전극 형성용 조성물을 기판(100)의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 열처리하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 이때 열처리 후 전극 형성용 조성물에는 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물이 열경화 되지 않고 잔존한다.
또한, 기판(100)의 전면에 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 980℃, 바람직하게는 700℃ 내지 980℃에서 약 30초 내지 210초 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 내지 7 및 비교예 1 내지 11
유기 바인더(Dow chemical company, STD4)(Mw=50,000g/mol)와 텍사놀(Eastman)을 60℃에서 충분히 용해한 후 평균 입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech Co. LTD AG-5-11F), 평균 입경이 1.0㎛이고, Bi-Te계 무연 유리 분말(ABT-1, 아사히글라스社), (메타)아크릴레이트 화합물, 분산제(BYK-chemie, BYK-102) 및 요변제(Elementis Co., Thixatrol ST)를 투입하여 믹싱 후 3롤 밀링기로 혼합 분산시켜 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
상기 (메타)아크릴레이트 화합물로는 미원스폐셜티 케미컬社의 하기 화합물을 사용하였다.
(A) 단관능 아크릴레이트 화합물인 Phenol(EO)4 Acrylate(Miramer M4144, 분자량: 324), (B) 이관능 아크릴레이트 화합물인 Polyethylene glycol 200 Diacrylate(Miramer M282, 분자량: 308), (C) 삼관능 아크릴레이트 화합물인Pentaerythritol triacrylate(Miramer M340, 분자량: 298), (D) 사관능 아크릴레이트 화합물인 Pentaerythritol Tetraacrylate(Miramer M420, 분자량: 352) 및 (E) 삼관능 아크릴레이트 화합물인 Trimethylolpropane(EO)15(Miramer M3150, 분자량: 956)를 사용하였다.
사용된 각 성분의 함량(중량%)은 하기 표 1에 기재한다.
Ag분말 바인더 용매 유리
프릿		 아크릴레이트 화합물 분산제 요변제
(A) (B) (C) (D) (E)
실시예 1 89.00 0.50 6.45 2.50 - 0.75 - - - 0.40 0.40
2 89.00 0.50 6.45 2.50 - - 0.75 - - 0.40 0.40
3 89.00 0.50 6.45 2.50 - - - 0.75 - 0.40 0.40
4 89.00 0.50 7.00 2.50 - - 0.20 - - 0.40 0.40
5 89.00 0.50 6.10 2.50 - - 1.10 - - 0.40 0.40
6 89.00 0.50 5.70 2.50 - - 1.50 - - 0.40 0.40
7 89.00 0.50 5.20 2.50 - - 2.00 - - 0.40 0.40
비교예 1 89.00 0.50 7.20 2.50 - - - - - 0.40 0.40
2 89.00 0.50 6.45 2.50 0.75 - - - 0.40 0.40
3 89.00 0.50 7.10 2.50 0.10 - - - - 0.40 0.40
4 89.00 0.50 4.70 2.50 2.50 - - - - 0.40 0.40
5 89.00 0.50 7.10 2.50 - 0.10 - - - 0.40 0.40
6 89.00 0.50 4.70 2.50 - 2.50 - - - 0.40 0.40
7 89.00 0.50 7.10 2.50 - - 0.10 - - 0.40 0.40
8 89.00 0.50 4.70 2.50 - - 2.50 - - 0.40 0.40
9 89.00 0.50 7.10 2.50 - - - 0.10 - 0.40 0.40
10 89.00 0.50 4.70 2.50 - - - 2.50 - 0.40 0.40
11 89.00 0.50 6.45 2.50 - - - - 0.75 0.40 0.40
전극 패턴의 인쇄성 평가
상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 11에 따라 제조한 전극 형성용 조성물을 웨이퍼 위에 전면 인쇄한 후, 인쇄된 전극의 Line Broken 수를 육안으로 세었으며, 하기 기준에 따라 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
5A: 0개, 4A: 3개 미만, 3A: 6개 미만, 2A: 12개 미만, 1A: 15개 미만 및 0A: 20개 이상.
전극 패턴의 부착력 평가
400 mesh 스크린으로 5cm×5cm size로 정사각형이 되게끔 웨이퍼 위에 상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 11에 따라 제조한 전극 형성용 조성물을 전면 인쇄하고 300 내지 400℃사이로 건조하여 샘플을 제작하였다. 격자 부착성 평가(ASTM D3359)에 의거하여　crosscut knife로 100개의 격자무늬를 만들어서 금속부착력 전용 테이프(3M, #610)를 붙였다가 띄어　내어 떨어진 하기 기준에 따라 격자수를 환산하여 결과 값을 구분하였다. 그 결과를 하기 표 2에 기재한다.
5B: 0%; 4B: 5% 미만; 3B: 5% 이상 15% 미만; 2B: 15% 이상 35% 미만; 1B: 35% 이상 65% 미만; 및 0B: 65% 이상
인쇄성 부착력
실시예 1 3A 3B
실시예 2 4A 4B
실시예 3 3A 4B
실시예 4 4A 3B
실시예 5 3A 4B
실시예 6 3A 4B
실시예 7 3A 5B
비교예 1 5A 0B
비교예 2 3A 2B
비교예 3 5A 1B
비교예 4 0A 3B
비교예 5 5A 1B
비교예 6 0A 4B
비교예 7 5A 1B
비교예 8 0A 5B
비교예 9 5A 1B
비교예 10 0A 5B
비교예 11 2A 4B
상기 표 2를 참조하면 실시예 1 내지 7의 전극 형성용 조성물로 제조된 전극 패턴 대비 비교예 1, 2, 3, 5, 7 및 9의 전극 형성용 조성물로 제조된 전극 패턴은 부착력이 좋지 못하고, 비교예 4, 6, 8, 10 및 11의 경우 부착력이 양호하지만 인쇄성의 부족으로 인하여 Rs 상승을 야기하여 효율에 역효과를 줄 것으로 예상된다. 이에 비하여 실시예 1 내지 7의 전극 형성용 조성물로 제조된 전극 패턴은 부착력이 우수하면서도 충분한 인쇄성을 확보하여 효율 향상에 기여할 것으로 판단된다.
태양 전지의 전기적 효율 평가
웨이퍼(보론(Boron)이 도핑(doping)된 p 타입 wafer 전면에 텍스쳐링(texturing)한 후, POCL3로 n+층을 형성하고 그 위에 질화규소(SiNx:H)를 반사방지막으로 형성시킨 Multi crystalline 웨이퍼)의 전면에 상기 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 11에 따라 제조한 전극 형성용 조성물을 각각 일정한 패턴으로 스크린 인쇄하고 적외선 건조로를 사용하여 300 내지 400℃사이로 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 400 내지 900℃사이로 30초에서 50초간 소성을 행하여 테스트용 셀을 제작하였다.
상기 제작된 테스트용 셀의 전기적 특성(Isc, fill factor 및 효율)을 태양전지 효율측정장비(Passan社, CT-801)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 기재한다.
Isc(A) FF(%) 효율(%)
실시예 1 9.2946 77.93 19.31
실시예 2 9.3091 76.09 19.34
실시예 3 9.3045 77.08 19.16
실시예 4 9.2985 76.78 19.22
실시예 5 9.2860 77.44 19.30
실시예 6 9.2932 75.65 19.42
실시예 7 9.3012 77.20 19.20
비교예 1 9.1530 50.28 12.35
비교예 2 9.2837 76.26 19.15
비교예 3 9.2885 74.22 18.55
비교예 4 9.1107 70.30 16.94
비교예 5 9.2890 83.80 18.72
비교예 6 9.1604 68.41 16.61
비교예 7 9.3010 73.50 18.62
비교예 8 9.1640 66.05 16.02
비교예 9 9.2880 74.60 18.51
비교예 10 9.1350 67.45 16.33
비교예 11 9.2151 82.56 17.69
표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 7에 전극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 태양전지는 비교예 1 내지 11에 따른 전극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 태양전지에 비하여 FF와 효율이 모두 양호한 값을 보였다.
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.
101: p층(또는 n층) 102: n층(또는 p 층)
210: 후면 전극 230: 전면 전극

Claims (13)

  1. 도전성 분말;
    유리 프릿;
    유기 바인더, 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물 및 용매를 포함하는 유기 비히클; 및
    첨가제로 이루어지고,
    상기 첨가제는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상이고,
    상기 도전성 분말은 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 70 내지 95 중량%로 포함되고,
    상기 유리 프릿은 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.5 내지 20 중량%로 포함되고,
    상기 유기 비히클은 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 5 내지 15 중량%로 포함되고,
    상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 200 내지 500의 분자량을 가지며, 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.15 내지 2 중량%로 포함되는,
    전극 형성용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 디(메타)아크릴레이트 화합물, 트리(메타)아크릴레이트 화합물, 테트라(메타)아크릴레이트 화합물 및 이들의 혼합물에서 선택되는 전극 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 헥산디올디아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리(메타)아크릴레이트,트리메틸롤 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라(메타)아크릴레이트 및 이들의 혼합물에서 선택되는 전극 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 전극 형성용 조성물 100 중량%에 대하여 0.2 내지 2 중량%의 양으로 함유되는 전극 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물은 250 내지 400의 분자량을 가지는 전극 형성용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 형성용 조성물을 200℃ 내지 400℃에서 열처리한 후 생성된 막에 다관능성 (메타)아크릴레이트 화합물이 잔존하는 전극 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 비스무스계 유리 프릿, 납계 유리 프릿 및 이들의 혼합물에서 선택되는 전극 형성용 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비스무스계 유리 프릿은 비스무스(Bi)-텔루륨(Te) 유리 프릿인 전극 형성용 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 비스무스(Bi)-텔루륨(Te) 유리 프릿은 산화물 환산으로 텔루륨 20 내지 80 몰%와 비스무스 20 내지 80 몰%를 포함하는 유리 프릿인 전극 형성용 조성물.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 전극 형성용 조성물로 제조된 전극.
  13. 제12항에 따른 전극을 포함하는 태양전지.
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