KR101994368B1 - 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용하여 제조된 전극 및 태양전지 - Google Patents

태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용하여 제조된 전극 및 태양전지 Download PDF

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Abstract

도전성 분말, 유리프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하고,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 유기막이 형성된 스크린 마스크 위에 도포한 후 건조 및 소성하는 공정을 포함하고,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 40도 내지 60도인, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.

Description

태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용하여 제조된 전극 및 태양전지{METHOD OF FORMING ELECTRODE PATTERN FOR SOLAR CELL, ELECTRODE MANUFACTURED USING THE SAME AND SOLAR CELL}
태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법, 이를 이용하여 제조된 전극 및 태양전지에 관한 것이다.
태양 전지는 태양광의 광자(photon)를 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양 전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 기판(반도체 웨이퍼) 상하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어 있다. 태양 전지는 기판에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다.
이러한 태양 전지의 전극은 전극 형성용 조성물을 스크린 마스크(screen mask) 위에 도포한 후 건조 및 소성 과정을 거쳐 기판 표면에 일정 패턴으로 형성될 수 있다.
태양 전지의 변환 효율을 향상시키기 위해서는 스크린 마스크 위에 유기물을 도포하여 패턴 선폭을 작게 조절함으로써 미세 선폭(fine line)을 형성하여 단락전류(Isc)를 높이는 방법이 사용되고 있다. 그러나 유기막이 형성된 스크린 마스크를 이용하여 전극 패턴 선폭을 감소시키는 방법은 직렬저항(Rs)의 상승을 유발할 수 있고, 미세 패턴의 연속 인쇄성을 저하시킬 수 있다.
일 구현예는 인쇄성, 특히 연속 인쇄성을 개선시킨 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.
다른 일 구현예는 상기 방법에 따라 제조된 전극을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 도전성 분말, 유리프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하고,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 유기막이 형성된 스크린 마스크 위에 도포한 후 건조 및 소성하는 공정을 포함하고,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 40도 내지 60도인, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 50도 내지 55도의 범위에 있을 수 있다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각은 30도 이하일 수 있다.
상기 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각은 70도 이상일 수 있다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말 60 내지 95 중량%; 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 유기 바인더 1 내지 20 중량%; 및 용매를 잔부량으로 포함할 수 있다.
상기 유기 바인더는 (메트)아크릴레이트계 수지 또는 셀룰로오스계 수지를 포함할수 있다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 소수화제, 표면처리제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제에서 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
다른 구현예는 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법을 이용하여 제조된 전극을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
상기 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법은 고해상도의 미세 패턴의 전극을 제공할 수 있으며 인쇄 특성, 특히 연속 인쇄성을 개선시킬 수 있다. 상기 방법에 따라 제조된 전극은 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 태양전지 전극 형성용 조성물을 스크린 마스크 위에 도포하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 구현예에 따른 태양 전지의 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 구현예에 따른 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법은 도전성 분말, 유리프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하고,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 유기막이 형성된 스크린 마스크 위에 도포한 후 건조 및 소성하는 공정을 포함하고,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 40도 내지 60도이다.
본 명세서에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각은 상온(20℃ 내지 25℃)에서 태양전지 전극 형성용 조성물을 고분자 필름 위에 스퀴지(squeegee)를 이용하여 도포하여 막을 형성하고 상기 막의 표면에 마이크로 실린지를 이용하여 증류수를 떨어뜨린 후 액체-고체-기체 접합점에서 액의 접선과 상기 막 표면이 이루는 각도를 접촉각 측정기(Phoenix 300 plus, ㈜에스이오)를 사용하여 측정한 수치를 의미한다.
상기 고분자 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 등이 사용될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각은 증류수를 스크린 마스크의 유기막 위에 떨어뜨린 후 액체-고체-기체 접합점에서 액의 접선과 상기 유기막 표면이 이루는 각도를 접촉각 측정기(Phoenix 300 plus)를 사용하여 측정한 수치를 의미한다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 40도 내지 60도, 예를 들어 50도 내지 60도의 범위에 있을 수 있다. 상기 물 접촉각의 차이가 상기 범위에 있는 경우 태양전지 전극 형성용 조성물과 스크린 마스크의 유기막 사이의 계면간 상호작용성(wettability)을 향상시킬 수 있으며, 이로써 태양전지 전극 형성용 조성물의 인쇄성을 향상시킬 수 있고 종횡비가 높은 미세패턴의 전극 형성이 가능하다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각은 30도 이하, 예를 들어 20도 이하일 수 있으며, 상기 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각은 70도 이상, 예를 들어 75도 이상일 수 있다. 상기 범위에서 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이를 용이하게 조절할 수 있으며 인쇄성도 향상시킬 수 있다.
먼저, 상기 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법에서, 상기 범위의 물 접촉각을 만족하는 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비한다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 도전성 분말로는 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) 및 망간(Mn)에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
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)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛이 될 수 있다. 상기 평균 입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 상온(20℃ 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 표면이 소수성을 갖도록 처리된 것일 수 있다.
도전성 분말은 액상 환원법에 의하여 제조되며 일반적으로는 질산은을 수용액에 녹인 후, 지방산(fatty acid)과 상전이 화합물을 첨가하여 가열 및 교반에 의해 형성된 생성물을 여과 및 세척 후 진공 오븐으로 건조하여 지방산(fatty acid)로 소수성 처리된 도전성 분말을 제조할 수 있다.
상기 도전성 분말은 태양전지 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 태양전지 전극 형성용 조성물의 소성 공정중 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 소결시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
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 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.
유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 원소의 산화물로부터유래된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 원소의 산화물을 특정조성으로 혼합하여 제조한 혼합물을 용융한 후 급냉(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 급냉 공정은 상온(20℃ 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)이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛인 것이 사용될 수 있으며, 태양전지 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 0.5 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 전극의 전기적 특성을 저해하지 않는 범위에서 전극의 접착 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.
상기 유기 바인더는 (메트)아크릴레이트계 수지 또는 셀룰로오스계 수지를 포함할 수 있다. 상기 (메트)아크릴레이트계 수지 또는 셀룰로오스계 수지는 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되고 있는 수지이면 제한 없이 사용될 수 있다. 이외에도 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 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) 또는 알코올의 폴리메타크릴레이트를 사용할 수도 있다.
상기 유기 바인더의 중량 평균 분자량(Mw)은 30,000 내지 200,000 g/mol일 수 있으며, 바람직하게는 40,000 내지 150,000 g/mol 일 수 있다. 상기 중량 평균 분자량(Mw)이 상기 범위 이내인 경우, 인쇄성 면에서 우수한 효과를 가질 수 있다.
상기 유기 바인더는 태양전지 전극 형성용 조성물 총량 100 중량%에 대하여 1 내지 20 중량%로, 바람직하게는 2 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 태양전지 전극 형성용 조성물의 적절한 점도를 얻을 수 있어 기판과의 접착력 저하를 방지할 수 있으며, 소성 시 유기 바인더의 분해가 원활히 이뤄지지 않아 저항이 높아지고 소성 공정 시 전극의 갈라짐, 오픈, 핀홀 발생 등의 문제점을 방지할 수 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 텍사놀(Texanol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate), 메틸셀로솔브(methyl cellosolve), 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 지방족 알코올(aliphatic alcohol), 부틸 카비톨(디에틸렌글리콜모노부틸 에테르), 디부틸카비톨(디에틸렌글리콜디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌글리콜모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌글리콜모노메틸 에테르, 헥실렌글리콜, 터피네올(terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알코올, 감마부티로락톤, 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용매는 잔부량으로 사용될 수 있으며, 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 30 중량%, 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 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기에서 기술한 구성 요소 외에 조성물의 소수성, 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 소수화제, 표면처리제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 소수화제의 예로는 메틸클로로실란, 에틸 클로로실란, 프로필 클로로실란, 비닐 클로로실란, 페닐 클로로실란 등의 클로로실란류; 디메틸폴리실록산, 실리콘오일 등의 규소 중합체류; 메틸 메톡시실란, 메틸 에톡시실란, 에틸 메톡시실란, 비닐 메톡시실란, 페닐 메톡시실란 등의 알콕시실란류; 디에틸 아미노트리메틸실란, 카르보닐플루오라이드, 불화 수소 등의 불소화제류; 등이 있다.
상기 첨가제는 태양전지 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 태양전지 전극 형성용 조성물의 소수성, 인쇄 특성, 분산성 및 저장 안정성을 고려하여 선택될 수 있다.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 유기막이 형성된 스크린 마스크 위에 도포한 후 건조 및 소성한다. 상기 도포 공정을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 태양전지 전극 형성용 조성물을 스크린 마스크 위에 도포하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이 스크린 마스크(15) 위에 태양 전지 전극 형성용 조성물(13)을 공급하면서 스퀴지(12)로 압출하여 태양 전지 전극 형성용 조성물(13)을 스크린 마스크(15)의 메쉬 사이로 토출시켜 기재(11)에 도포한다. 스크린 마스크(15)의 표면은 유기막으로 도포되어 있으며 이러한 유기막의 물 접촉각과 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각 차이가 40도 내지 60도, 예를 들어 50도 내지 55도의 범위에 들어 오도록 조절한다. 상기 물 접촉각의 차이가 상기 범위에 있는 경우 태양전지 전극 형성용 조성물(13)이 스크린 마스크(15)와 잘 분리되어 연속 인쇄성을 향상시킬 수 있다.
태양전지 전극 형성용 조성물은 건조 및 소성 공정을 거쳐 패턴화된 전극으로 제조된다. 상기 건조 공정은 200 ℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도에서 실시될 수 있고 상기 소성 공정은 400℃ 내지 980℃, 바람직하게는 700℃ 내지 980℃에서 약 30초 내지 210초 동안 실시될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면 상기 패턴화된 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
도 2를 참조하여 일 구현예에 따른 태양 전지를 설명한다. 도 2는 일 구현예에 따른 태양 전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 태양 전지는 p층(또는 n층)(101) 및 에미터로서의 n층(또는 p 층)(102)을 포함하는 기판(100) 상에 형성된 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 포함한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
태양전지 전극 형성용 조성물의 제조
< 실시예 1>
유기 바인더(Dow chemical company, STD4)(Mw=50,000g/mol) 0.5 중량%와 용매로 부틸카비톨(Dow chemical) 7.5 중량%를 60 ℃에서 충분히 용해한 후 평균 입경이 2.0 ㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech Co. LTD AG-5-11F) 88.5 중량%, 평균 입경이 1.0 ㎛인 Bi-Te계 무연 유리 프릿 분말(ABT-1, 아사히글라스社) 3 중량%, 분산제(BYK-chemie, BYK-102) 0.2 중량% 및 요변제(Elementis Co., Thixatrol ST) 0.3 중량%를 투입하여 믹싱 후 3롤 밀링기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다. 태양전지 전극 형성용 조성물을 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름에 도포한 후, 증류수를 떨어뜨린 다음, 접촉각 측정기(Phoenix 300 plus, ㈜에스이오)를 사용하여 측정한 물접촉각은 15도이었다.
< 실시예 2>
용매로 부틸카비톨(Dow chemical) 대신 부틸카비톨아세테이트(Dow chemical) 7.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 물접촉각은 20도이었다.
< 실시예 3>
용매로 부틸카비톨(Dow chemical) 대신 부틸카비톨아세테이트(Dow chemical) 7.5 중량% 및 평균 입경이 2.0 ㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech Co. LTD AG-5-11F) 대신 평균 입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech Co. LTD AG-4-8F) 88.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 물접촉각은 30도이었다.
< 비교예 1>
평균 입경이 2.0 ㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech Co. LTD AG-5-11F) 대신 평균 입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech Co. LTD AG―4-8F) 88.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였으며, 실시예 1과 동일한 방법으로 측정한 물접촉각은 44도이었다.
미세패턴 평가
삭제
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1로부터 제조된 태양전지 전극 형성용 조성물을 각각 면 저항 90Ω인 폴리 P 타입 실리콘 웨이퍼(Wafer) 전면에 스크린 마스크(SUS325 type/Emulsion 유기막 두께 15㎛/finger bar 선폭 35㎛, finger bar 개수 90개; 삼본 스크린社, 6-Multi-35um-90EA)를 이용하여 각각 스크린 프린팅하여 전극 패턴을 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 상기 스크린 마스크의 물접촉각은 증류수를 스크린 마스크의 유기막 위에 떨어뜨린 후 접촉각 측정기(Phoenix 300 plus, ㈜에스이오)를 사용하여 측정하였다. 스크린 마스크의 물접촉각은 70도이었다.
태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이를 하기 표 1에 기재하였다.
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조한 전극 형성용 조성물로 제조된 전극의 선폭 및 두께는 VK 장비(KEYENCE社 VK9710)를 이용하여 측정하였다.
제조된 전극(finger bar)의 단선 여부를 확인하기 위하여 EL tester(MV tech 社)를 이용하여 Line opening 개수를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
태양 전지의 효율 평가
상기 미세패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄을 포함하는 전극 형성용 조성물을 후면 인쇄한 후 적외선 건조로를 사용하여 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 400℃ 내지 950℃사이로 40초간 소성을 행하여 테스트용 셀을 제작하였다. 상기 제작된 테스트용 셀의 효율을 태양전지 효율측정장비(Passan社, CT-801)를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 기재한다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1
물 접촉각의 차이 (°) 55 50 40 26
소성 후 선폭 (㎛) 63 63 61 64
소성 후 두께 (㎛) 18 17 15 12
종횡비 (두께/선폭) 0.29 0.27 0.25 0.19
인쇄성(단선 개수) < 10 < 10 < 10 > 40
효율 (%) 17.39 17.34 17.20 11.56

표 1을 참조하면, 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이가 40도 내지 60도의 범위에 있는 실시예 1 내지 3에 따른 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 전극이 상기 범위를 벗어나는 비교예 1에 따른 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 전극에 비하여 미세 선폭 구현이 가능하고 종횡비가 높으며, 인쇄성도 우수하고 전극 형성 후 단선의 발생율도 훨씬 낮은 것을 확인할 수 있다. 또한 테스트 셀의 효율도 실시예 1 내지 3에 따른 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 전극을 포함하는 셀이 비교예 1에 따른 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 전극을 포함하는 셀에 비하여 효율이 월등히 향상되었음을 알 수 있다.
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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.
11: 기재 12: 스퀴지
13: 태양 전지 전극 형성용 조성물 15: 스크린 마스크
100: 기판 101: p층(또는 n 층)
210: 후면 전극 230: 전면 전극

Claims (8)

  1. 표면이 소수성 처리된 도전성 분말, 유리프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하고,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 유기막이 형성된 스크린 마스크 위에 도포한 후 건조 및 소성하는 공정을 포함하고,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 40도 내지 60도이고,
    태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각은 30도 이하인, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 물 접촉각과 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각의 차이는 50도 내지 55도의 범위에 있는, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기막이 형성된 스크린 마스크의 물 접촉각은 70도 이상인, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말 60 내지 95 중량%; 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 유기 바인더 1 내지 20 중량%; 및 용매를 잔부량으로 포함하는, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유기 바인더는 (메트)아크릴레이트계 수지 또는 셀룰로오스계 수지를 포함하는, 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법.
  7. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 태양전지의 전극 패턴을 형성하는 방법을 이용하여 제조된 전극.
  8. 제7항에 따른 전극을 포함하는 태양 전지.
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