KR102285734B1 - Conductive additive for solar cell module and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR102285734B1
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정진수
김정현
이정한
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Abstract

The present invention relates to a conductive additive for a solar cell module and a method for manufacturing the conductive additive for a solar cell module and, more particularly, to a conductive additive for a solar cell module coated with carbon fumes collected from a silicon growth furnace and a method for manufacturing the same, as a method of recycling silicon oxide (SiOx) fume generated in a silicon growth furnace. Recycling technology in the form of extracting silicon from the sludge generated in the existing silicon ingot processing process is in the form of sludge, so post-treatment is difficult. However, according to the conductive additive for a solar cell module of the present invention, the SiOx fume generated in the silicon growth furnace is obtained as dried powder, not sludge, so that the post-treatment is easier than sludge recycling technology.

Description

태양전지 모듈용 전도성 첨가제 및 이의 제조방법 {Conductive additive for solar cell module and manufacturing method thereof}Conductive additive for solar cell module and manufacturing method thereof

본 발명은 태양전지 모듈용 전도성 첨가제 및 상기 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 실리콘 성장로에서 발생하는 실리콘 산화물(SiOx) 흄(fume)을 재활용하는 방법으로, 실리콘 성장로에서 포집한 흄을 탄소로 코팅한 태양전지 모듈용 전도성 첨가제 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a conductive additive for a solar cell module and a method for manufacturing the conductive additive for a solar cell module. More specifically, as a method of recycling silicon oxide (SiOx) fume generated in a silicon growth furnace, a conductive additive for a solar cell module in which the fume collected in a silicon growth furnace is coated with carbon and a method for manufacturing the same it's about

태양 전지는 광전지 효과 (photovoltaic effect)를 사용하여 빛의 에너지를 전기로 전환하는 장치이다. 태양열 발전 (Solar power)은, 지속 가능하고 오염되지 않은 부산물만을 생성하기 때문에 매력적인 친환경 에너지원이다. 따라서, 물질 및 제조 비용을 지속적으로 낮추면서 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 개발하는 데 많은 연구가 진행되고 있다. A solar cell is a device that converts light energy into electricity using the photovoltaic effect. Solar power is an attractive green energy source because it produces only sustainable and unpolluted by-products. Therefore, many studies are being conducted to develop solar cells with improved efficiency while continuously lowering material and manufacturing costs.

태양전지는 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분되는데, 결정질 실리콘 태양전지가 전세계 태양전지의 총 생산량의 대부분을 차지하고 있으며, 효율이 다른 전지에 비해서 높고, 계속 제조단가를 낮추는 기술이 개발되고 있기 때문에 가장 대중적인 태양전지라고 할 수 있다.Solar cells are classified into silicon   solar cells, thin film   solar cells, dye-sensitized solar cells, organic polymers and solar cells according to their constituent materials. Crystalline silicon solar cells account for most of the total production of solar cells worldwide and have different efficiency. It can be said that it is the most popular solar cell because it is higher than the battery and technology to keep the manufacturing cost lower is being developed.

일반적으로, 태양전지의 전극은 전극용 페이스트(paste)의 도포, 패터닝(patterning) 및 소성에 의해 웨이퍼 표면에 형성되게 된다. 태양전지의 전극을 위한 전도성 페이스트는 전형적으로 전도성 분말, 유리 프릿(glass frit), 유기 매질, 및 첨가제를 포함한다. 기판 상에서 전기적 신호를 전달하는 패턴으로 형성되기 위해 전도성 페이스트는 선형 또는 다른 패턴으로서 기판 위로 인쇄된 다음 소성(fire)된다.In general, an electrode of a solar cell is formed on a wafer surface by application of an electrode paste, patterning, and firing. Conductive pastes for electrodes of solar cells typically include a conductive powder, glass frit, an organic medium, and additives. The conductive paste is printed onto the substrate as a linear or other pattern and then fired to form a pattern that carries electrical signals on the substrate.

전도성 페이스트에서 해결해야할 과제는 크게 인쇄성, 접착성, 전기전도성 과제로 구분된다. 즉, 원하는 인쇄 방식을 통해 원하는 선폭으로 패턴이 인쇄될 수 있도록 하여야 하며, 전도성 페이스트가 형성하는 전극 등이 기판상에 내구성을 가지면서 부착되어 접착력이 높아야 하며, 저항을 낮추는 것이 필요하다. 인쇄성은 미세화되는 선폭 및 이에 대응하는 인쇄기술에 적합한 물성을 가지는 조성에 대한 연구가 필요하며, 이에는 주로 전도성 분말의 크기나 유기매질의 성질이 중요하다. 접착성은 기판에 전도성 페이스트 조성물이 장시간 안정적으로 부착되기 위한 연구가 필요하며, 이에는 주로 유리프릿의 조성이 중요하다. 또한 전기전도성은 선폭감소에 따른 선저항 및 오믹컨택을 위한 연구가 필요하며, 이에는 주로 전도성 분말 및 프릿의 조성이 중요하다.The tasks to be solved in the conductive paste are largely divided into printability, adhesiveness, and electrical conductivity. That is, the pattern should be printed with a desired line width through a desired printing method, and the electrode, etc. formed by the conductive paste should be attached to the substrate while having durability, so that the adhesive force should be high, and it is necessary to lower the resistance. It is necessary to study the printability of the composition having properties suitable for the line width to be refined and the corresponding printing technology. Adhesiveness requires research to ensure that the conductive paste composition is stably attached to the substrate for a long time, and for this, the composition of the glass frit is mainly important. In addition, the electrical conductivity requires a study for line resistance and ohmic contact according to the reduction in line width. For this, the composition of the powder and frit is mainly important.

전도성 페이스트 조성물은 기술적 해결과제인 인쇄성, 접착성, 전기전도성을 달성하기 위한 기술요소인 전도성 분말, 유리 프릿(glass frit), 및 유기 매질은 서로 길항적인 영향을 주어 각 기술요소에 대한 균형잡힌 기술개발이 요구되고 있다.In the conductive paste composition, the technical elements for achieving the technical solutions such as printability, adhesion, and electrical conductivity, conductive powder, glass frit, and an organic medium have an antagonistic effect on each other to achieve a balanced effect on each technical element. Technology development is required.

한편, 일본공개특허 제2005-243500호에는 유기 바인더와, 용제와, 유리 프리트와, 도전성 분말과, Ti, Bi, Zn, Y, In 및 Mo으로부터 선택된 적어도 1종의 금속 또는 그 금속 화합물을 포함하는 도전성 페이스트에 있어서, 금속 또는 그 금속 화합물의 평균 입경이 0.001㎛ 이상 0.1㎛ 미만인 도전성 페이스트가 개시되어 있다. Meanwhile, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-243500 discloses an organic binder, a solvent, a glass frit, a conductive powder, and at least one metal selected from Ti, Bi, Zn, Y, In and Mo or a metal compound thereof. The conductive paste to be used WHEREIN: The electrically conductive paste whose average particle diameter of a metal or its metal compound is 0.001 micrometer or more and less than 0.1 micrometer is disclosed.

일본공개특허 제2005-243500호Japanese Patent Laid-Open No. 2005-243500

본 발명은 실리콘 성장로에서 발생하는 실리콘 산화물(SiOx) 흄(fume)을 재활용하는 방법으로, 실리콘 성장로에서 포집한 흄을 탄소로 코팅한 태양전지 모듈용 전도성 첨가제 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention is a method of recycling silicon oxide (SiOx) fumes generated in a silicon growth furnace. To provide a conductive additive for a solar cell module in which the fume collected in a silicon growth furnace is coated with carbon and a method for manufacturing the same do.

상기 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problem,

본 발명은 실리콘 성장로에서 발생하는 흄(fume)을 포집하는 단계; 상기 포집한 흄을 균질화하는 단계; 상기 균질화된 흄을 폴리머와 혼합하여 용매에 용해시킨 후 건조하는 단계; 및 상기 건조 후 탄화시키는 단계를 포함하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of collecting fumes (fume) generated in a silicon growth furnace; homogenizing the collected fume; mixing the homogenized fume with a polymer, dissolving it in a solvent, and drying the mixture; and carbonizing after drying.

상기 흄은 실리콘 산화물(SiOx) 흄을 포함할 수 있다.The fume may include silicon oxide (SiOx) fume.

상기 폴리머는 탄소 소스이며, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 에폭시(Epoxy), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), PEET, 글루코오스(glucose), 셀룰로오스(cellulose), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다.The polymer is a carbon source, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene terephthalate (PET), epoxy, polypropylene (PP), PEET, glucose (glucose), cellulose (cellulose), and may be selected from the group consisting of combinations thereof.

상기 탄화시키는 단계는, 불활성 가스 분위기 하에서 500 내지 1,000℃로 열처리하는 것일 수 있다.The carbonizing may be heat-treating at 500 to 1,000° C. under an inert gas atmosphere.

상기 탄화시키는 단계 이후, 밀링하여 분말을 제조하는 단계를 추가 포함할 수 있다.After the carbonizing step, it may further include the step of preparing a powder by milling.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조되는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제를 제공한다.In addition, the present invention provides a conductive additive for a solar cell module manufactured according to the above manufacturing method.

본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 실리콘 성장로에서 포집한 흄을 탄소로 코팅하여 제조할 수 있다. 상기 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 기존에 버려지던 실리콘 성장로에서 발생하는 실리콘 산화물(SiOx) 흄을 재활용함으로써, 친환경적으로 폐기물 처리가 가능하며 국산화가 시급한 음극재의 국내외 제조기술을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 태양전지 모듈용 전도성 첨가제로 사용할 수 있다.The conductive additive for a solar cell module according to the present invention can be prepared by coating fumes collected in a silicon growth furnace with carbon. The conductive additive for solar cell module recycles silicon oxide (SiOx) fume generated in the silicon growth furnace that was previously discarded, so that waste can be treated in an eco-friendly manner, and domestic and foreign manufacturing technology for anode materials urgently needed for localization can be secured. , it can be used as a conductive additive for solar cell modules.

또한, 기존의 실리콘 잉곳 가공 과정에서 발생하는 슬러지에서 실리콘을 추출하는 형태로의 재활용 기술은 슬러지 형태이므로 후처리가 어려운 단점이 있으나, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 실리콘 성장로에서 발생하는 SiOx 흄은 슬러지가 아닌 건조된 분말로 수득할 수 있으므로 슬러지 재활용 기술보다 후처리가 쉬운 장점이 있다.In addition, the conventional recycling technology in the form of extracting silicon from the sludge generated in the silicon ingot processing process has a disadvantage in that post-treatment is difficult because it is in the form of sludge. Since SiOx fume can be obtained as dried powder rather than sludge, it has the advantage of easier post-treatment than sludge recycling technology.

더불어, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 저렴한 제조비용을 바탕으로 가격경쟁력을 앞세워 국내 시장 진출을 물론 해외 시장 진출까지 가능한 특징이 있다.In addition, the conductive additive for a solar cell module according to the present invention has the feature of being able to enter the domestic market as well as the overseas market with price competitiveness based on low manufacturing cost.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 유량 1 LPM의 조건에서 열처리한 샘플을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 시간 동안 열처리한 샘플을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 700℃ 조건에서 열처리한 샘플을 나타낸 SEM 이미지이다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 상기 도 3의 입자의 EDS mapping 및 EDS spectrum 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소가 코팅된 nm 크기의 실리카 입자 및 층상구조의 탄소층을 가진 실리카 입자의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.
1 (a) and (b) are SEM images showing a sample heat-treated at a flow rate of 1 LPM according to an embodiment of the present invention.
2 (a) and (b) are SEM images showing a sample heat-treated for 2 hours according to an embodiment of the present invention.
3 (a) and (b) are SEM images showing a sample heat-treated at 700° C. according to an embodiment of the present invention.
4 (a) to (d) show the results of EDS mapping and EDS spectrum analysis of the particles of FIG. 3 .
5 (a) and (b) show TEM images of silica particles having a carbon-coated nm-size silica particle and a layered carbon layer according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 발명에서, "실리콘 산화물(SiOx) 흄"은 실리콘(Si), 페로실리콘(FeSi), 실리콘 합금 등을 제조할 때에 발생되는 폐가스 중에 포함되어 있는 실리콘 산화물(SiOx)을 집진기로 수집 여과하여 얻어지는 마이크로 실리카 입자로서 고강도 시멘트 및 콘크리트 제품, 내화물, 그리고 기타 석면 등의 대체 등 다양한 분야에 응용하는 물질을 의미한다. 근래의 수중콘크리트나 내구성이 요구되는 콘크리트, 특히 고강도 콘크리트 제조에 필수적인 재료로 알려져 있다. 실리콘 산화물 흄의 물리적 특성 중 색상은 일반적으로 회색이며 흑색과 백색의 것도 있으며, 색의 차이는 철분의 함유랑에 영향을 받기는 하지만 주로 탄소량의 다소에 따라 결정된다.In the present invention, "silicon oxide (SiOx) fume" is obtained by collecting and filtering silicon oxide (SiOx) contained in waste gas generated when manufacturing silicon (Si), ferrosilicon (FeSi), silicon alloy, etc. with a dust collector. As a micro silica particle, it refers to a material applied to various fields such as high-strength cement and concrete products, refractory materials, and replacement of other asbestos. Recently, it is known as an essential material for the production of underwater concrete or concrete that requires durability, especially high-strength concrete. Among the physical properties of silicon oxide fume, the color is generally gray, and there are black and white ones. The color difference is mainly determined by the amount of carbon although it is affected by the iron content.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 실리콘 성장로에서 발생하는 흄(fume)을 포집하는 단계; 상기 포집한 흄을 균질화하는 단계; 상기 균질화된 흄을 폴리머와 혼합하여 용매에 용해시킨 후 건조하는 단계; 및 상기 건조 후 탄화시키는 단계를 포함하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법을 제공한다. 균질화된 흄과 폴리머 간의 혼합 비율은 0.5:1 ~ 1:3의 범위일 수 있다.The present invention comprises the steps of collecting fumes (fume) generated in a silicon growth furnace; homogenizing the collected fume; mixing the homogenized fume with a polymer, dissolving it in a solvent, and drying the mixture; and carbonizing after drying. The mixing ratio between the homogenized fume and the polymer may range from 0.5:1 to 1:3.

본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 실리콘 성장로에서 포집한 흄을 탄소로 코팅하여 제조할 수 있다. 상기 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 기존에 버려지던 실리콘 성장로에서 발생하는 실리콘 산화물(SiOx) 흄을 재활용함으로써, 친환경적으로 폐기물 처리가 가능하며 국산화가 시급한 음극재의 국내외 제조기술을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 태양전지 모듈용 전도성 첨가제로 사용할 수 있다.The conductive additive for a solar cell module according to the present invention can be prepared by coating fumes collected in a silicon growth furnace with carbon. The conductive additive for solar cell module recycles silicon oxide (SiOx) fume generated in the silicon growth furnace that was previously discarded, so that waste can be treated in an eco-friendly manner, and domestic and foreign manufacturing technology for anode materials urgently needed for localization can be secured. , it can be used as a conductive additive for solar cell modules.

구체적으로, 본 발명은 실리콘 성장로에 연결된 집진기에 의해 상기 실리콘 성장로에서 발생하는 흄(fume)을 포집할 수 있다. 상기 포집한 흄을 균질화한 후 균질화된 흄을 탄소 소스인 폴리머와 혼합하여 용매에 용해시킨 후 건조시킬 수 있다. Specifically, the present invention may collect fumes generated in the silicon growth furnace by a dust collector connected to the silicon growth furnace. After homogenizing the collected fumes, the homogenized fumes may be mixed with a polymer serving as a carbon source, dissolved in a solvent, and then dried.

상기 포집한 흄의 균질화는 포집한 입자들의 입도를 고르게 하는 과정으로, 다양한 입도 분포를 가진 분말의 편차를 최소화 하는 과정일 수 있으며, 밀링하는 방법을 포함할 수 있다.The homogenization of the collected fumes is a process of equalizing the particle size of the collected particles, and may be a process of minimizing the deviation of powders having various particle size distributions, and may include a milling method.

상기 밀링은 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 및 자이로(gyro) 볼 밀링 중 어느 하나의 밀링에 의해 수행되는 것일 수 있다.The milling may be performed by any one of ball milling, attrition milling, and gyro ball milling.

상기 흄은 실리콘 산화물(SiOx) 흄을 포함할 수 있다.The fume may include silicon oxide (SiOx) fume.

상기 폴리머는 탄소 소스이며, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 에폭시(Epoxy), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에텔에텔 케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 글루코오스(glucose), 셀룰로오스(cellulose), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 또한, 상기 폴리머는 탄소 중합체 또는 고분자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.The polymer is a carbon source, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene terephthalate (PET), epoxy (Epoxy), polypropylene (PP), polyetheretherketone (Polyetheretherketone, PEEK) ), glucose (glucose), cellulose (cellulose), and may be selected from the group consisting of combinations thereof. In addition, the polymer may include a carbon polymer or a polymer, but may not be limited thereto.

상기 균질화된 흄과 폴리머를 혼합하여 용해시키기 위한 용매는 유기용매를 포함할 수 있고, 더욱 상세하게는 아세톤 보다 탄소가가 높은 유기 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기용매는 N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone, NMP)을 포함할 수 있다.The solvent for mixing and dissolving the homogenized fume and the polymer may include an organic solvent, more specifically, an organic solvent having a higher carbon number than acetone. For example, the organic solvent may include N-methyl pyrrolidone (NMP).

상기 건조 후, 예를 들어, 전기로에서 불활성 가스 분위기 하에서 500 내지 1,000℃로 열처리하여 탄화시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 500 내지 800℃, 500 내지 600℃, 600 내지 1,000℃, 700 내지 1,000℃, 800 내지 1,000℃, 600 내지 800℃ 또는 700 내지 800℃로 열처리하는 것일 수 있다. After the drying, for example, it may be carbonized by heat treatment at 500 to 1,000° C. under an inert gas atmosphere in an electric furnace. For example, the heat treatment may be heat treatment at 500 to 800 °C, 500 to 600 °C, 600 to 1,000 °C, 700 to 1,000 °C, 800 to 1,000 °C, 600 to 800 °C, or 700 to 800 °C.

상기 열처리는 1 내지 5 시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는 2 내지 3 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.The heat treatment may be performed for 1 to 5 hours. For example, the heat treatment may be performed for 2 to 3 hours.

상기 불활성 가스는 Ar, N2, Ne, 또는 He 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The inert gas may include one or more of Ar, N 2 , Ne, or He.

상기 탄화시키는 단계 이후, 탄화된 흄을 밀링하여 분말을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 탄화 후 탄화된 분말은 덩어리로 형성되어 상기 밀링을 통해 분발 상태로 제조할 수 있으며, 태양전지 모듈용 전도성 첨가제로 사용하기 위해 필수로 거쳐야하는 단계이다.After the carbonizing step, the method may further include milling the carbonized fume to prepare a powder. After the carbonization, the carbonized powder is formed into a lump and can be prepared in a powdered state through the milling, and is a step that is essential to use as a conductive additive for a solar cell module.

상기 밀링은 볼 밀링(ball milling), 어트리션 밀링(attrition milling) 및 자이로(gyro) 볼 밀링 중 어느 하나의 밀링에 의해 수행되는 것일 수 있다.The milling may be performed by any one of ball milling, attrition milling, and gyro ball milling.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조되는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제를 제공한다.In addition, the present invention provides a conductive additive for a solar cell module manufactured according to the above manufacturing method.

본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 태양전지 간의 직접 접촉으로 저항을 줄인 shingled 모듈에 사용되는 전도성 접착제의 전도성 첨가제로 사용할 수 있다. 또한, 태양전지의 발전 과정 중 생성된 전자가 이동하는 라인(finger line)의 첨가제로도 사용할 수 있다.The conductive additive for a solar cell module according to the present invention can be used as a conductive additive for a conductive adhesive used in a shingled module with reduced resistance due to direct contact between solar cells. In addition, it can be used as an additive for a finger line through which electrons generated during the power generation process of a solar cell move.

기존의 실리콘 잉곳 가공 과정에서 발생하는 슬러지에서 실리콘을 추출하는 형태로의 재활용 기술은 슬러지 형태이므로 후처리가 어려운 단점이 있으나, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 실리콘 성장로에서 발생하는 SiOx 흄은 슬러지가 아닌 건조된 분말로 수득할 수 있으므로 슬러지 재활용 기술보다 후처리가 쉬운 장점이 있다.The conventional recycling technology in the form of extracting silicon from the sludge generated in the silicon ingot processing process has a disadvantage in that post-treatment is difficult because it is in the form of sludge. Since fume can be obtained as dried powder rather than sludge, it has the advantage of easier post-treatment than sludge recycling technology.

더불어, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 전도성 첨가제는 저렴한 제조비용을 바탕으로 가격경쟁력을 앞세워 국내 시장 진출을 물론 해외 시장 진출까지 가능한 특징이 있다.In addition, the conductive additive for a solar cell module according to the present invention has the feature of being able to enter the domestic market as well as the overseas market with price competitiveness based on low manufacturing cost.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and the like according to the present invention, but the scope of the present invention is not limited by the Examples presented below.

[실시예][Example]

제조예 manufacturing example

실리카흄을 볼 밀링으로 균질화한 실리카 입자에 탄소를 코팅하기 위해 탄소 코팅용 소스인 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF)와 PVDF를 녹일 용매인 N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrolidone, NMP)를 혼합한 후 건조하여 불활성 가스인 질소를 흘려보내면서 600 내지 800℃)에서 2 내지 4시간 동안 열처리하였다. 열처리한 후, 밀링을 수행하여 탄화 과정을 거칠 때 고분자인 PVDF와 섞이면서 덩어리가 된 실리카 입자들을 분말 상태로 제조하였다.To coat carbon on silica particles homogenized with silica fume by ball milling, polyvinylidene fluoride (PVDF), a source for carbon coating, and N-methylpyrrolidone (N-methyl-2- pyrolidone, NMP) was mixed, dried, and heat-treated at 600 to 800° C.) for 2 to 4 hours while flowing nitrogen as an inert gas. After heat treatment, milling was performed to prepare silica particles that were agglomerated while being mixed with PVDF, a polymer, in a powder state when subjected to a carbonization process.

상기 질소 가스의 유량과 열처리 온도에 따라 탄화 여부가 달라지므로, 우선 열처리 온도와 가스의 유량을 정하기 위해 실리카와 PVDF의 혼합비를 1:1로 고정하고 열처리 온도와 가스의 유량만 변화시키면서 상기 탄화물을 분석하였다.Since carbonization varies depending on the flow rate of the nitrogen gas and the heat treatment temperature, first, in order to determine the heat treatment temperature and the flow rate of the gas, the mixing ratio of silica and PVDF is fixed to 1:1, and the carbide is produced while only the heat treatment temperature and the flow rate of the gas are changed. analyzed.

실험예Experimental example

상기 탄화물의 탄화 조건 선정을 위해, 여러 선행연구를 참고하여 하기 표 1에 나타낸 공정조건으로 실험하였다. In order to select the carbonization conditions of the carbide, the process conditions shown in Table 1 were tested with reference to several previous studies.

각 조건에 따라 변수들을 선택해 총 샘플을 27개 만들어 SEM과 TEM 분석으로 층상 구조의 탄소 코팅층이 형성되는 조건을 찾았다.A total of 27 samples were made by selecting variables according to each condition, and the conditions for forming a layered carbon coating layer were found by SEM and TEM analysis.

열처리 시간 [hr]Heat treatment time [hr] 불활성 가스 유량 [LPM]Inert gas flow [LPM] 열처리 온도 [℃]Heat treatment temperature [℃] 22 0.50.5 650650 2.52.5 1One 700700 33 1.51.5 750750

도 1의 (a) 및 (b)는 상기 샘플 중 하나의 SEM 이미지이다. 질소 가스 유량이 1 LPM 이상의 조건으로 제조된 샘플에서는 탄소 코팅층이 입자 표면을 덮지 않은 입자들이 확인되었다. 비정질 탄소층이라도 입자의 표면을 덮고 있으면 입자 표면이 보이지 않는 것을 고려했을 때 1 LPM 이상의 유량 조건은 코팅층이 안정적이지 않은 것으로 판단하였다.1 (a) and (b) are SEM images of one of the samples. In the sample prepared under the condition of nitrogen gas flow rate of 1 LPM or higher, particles in which the carbon coating layer did not cover the particle surface were confirmed. Considering that the surface of the particles is not visible even if the amorphous carbon layer covers the surface of the particles, it was determined that the coating layer was not stable at a flow rate of 1 LPM or more.

상기 실험에 따라, 질소 가스 유량을 0.5 LPM으로 고정한 후 탄소 코팅층의 형성 조건을 보다 확인하기 쉽게 ㎛ 크기의 구형 실리카 입자에 탄소를 코팅해서 변수 최적화를 진행하였다. ㎛ 크기의 입자는 ㎚ 크기의 실리카 입자보다 크기가 커 SEM 분석 시 코팅층을 관찰할 때 ㎚ 크기의 입자보다 명확하게 구분되고 표면을 자세히 보기도 쉽다는 장점이 있어, ㎛ 크기의 실리카로 변수 최적화 후 ㎚ 크기의 입자에 적용하였다.According to the above experiment, after fixing the nitrogen gas flow rate to 0.5 LPM, variable optimization was performed by coating carbon on spherical silica particles having a size of μm to make it easier to check the formation conditions of the carbon coating layer. ㎛ size particles are larger than nm size silica particles, so when observing the coating layer during SEM analysis, they are clearly distinguished than nm size particles and have the advantage that it is easy to see the surface in detail. It was applied to particles of nanometer size.

제외한 유량 조건(1 LPM 이상)으로 제조한 샘플은 도 1의 (a) 및 (b)에서 나타낸 바와 같이, 코팅층 붕괴가 명확해 코팅층 표면을 자세히 살펴볼 필요가 없었으나, 나머지 조건으로 제조한 샘플은 코팅층이 덮여있어 표면 분석이 필요하였다.As shown in (a) and (b) of Fig. 1 (a) and (b), there was no need to examine the surface of the coating layer in detail for the sample prepared under flow conditions except Surface analysis was required as the coating layer was covered.

도 2의 (a) 및 (b)는 열처리 시간 2 및 2.5 시간으로 만들어진 샘플의 입자 중 하나를 보여주는 SEM 사진으로, 표면에 탄소 코팅층이 형성은 됐으나 일부 벗겨진 것을 확인할 수 있었다. 도 1의 (a) 및 (b)의 입자처럼 코팅층이 완전히 벗겨지지 않고 일부 벗겨진 상태인 것이 확인할 수 있었다.2 (a) and (b) are SEM photographs showing one of the particles of the sample made with heat treatment times of 2 and 2.5 hours, and it was confirmed that a carbon coating layer was formed on the surface, but partly peeled off. It could be confirmed that the coating layer was not completely peeled off like the particles of FIGS. 1 (a) and (b), but was partially peeled off.

열처리 시간 3시간 샘플 중 온도가 650℃의 샘플에서도 도 2의 (a) 및 (b)에서 나타낸 바와 같은 샘플이 일부 발견되어, 700℃ 이상의 온도에서는 코팅에 문제가 없는 것으로 판단하였다.Some of the samples as shown in (a) and (b) of FIG. 2 were found even in samples having a temperature of 650 °C among the heat treatment time of 3 hours, and it was determined that there was no problem in coating at a temperature of 700 °C or higher.

도 3의 (a) 및 (b)는 열처리 온도 700℃ 이상 조건에서의 샘플들의 입자를 나타낸 SEM 이미지이다. 입자 표면을 탄소층이 완전히 덮고 있는 것을 확인할 수 있었다. 700℃와 750℃의 차이는 코팅층의 형성이 아닌 결정질과 비정질 또는 형성된 층의 두께 등에서 차이가 있을 것으로 예상된다.3 (a) and (b) are SEM images showing particles of the samples at a heat treatment temperature of 700° C. or higher. It was confirmed that the carbon layer completely covered the particle surface. The difference between 700 ℃ and 750 ℃ is expected to have a difference in the thickness of the crystalline and amorphous or the formed layer, not the formation of the coating layer.

도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸 입자 표면에 코팅된 탄소의 비율을 확인하기 위해 입자를 대상으로 EDS 분석을 했으나 오차범위를 고려했을 때 두 입자는 유사하다고 판단하였다.EDS analysis was performed on the particles to confirm the ratio of carbon coated on the particle surface shown in (a) and (b) of FIGS.

도 4의 (a) 내지 (d)는 상기 도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸 입자의 EDS 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 4의 (a) 내지 (d)에 나타낸 바와 같이, 두 입자의 수치는 유사해 코팅층은 두께나 결정질 형성 여부에서 차이가 없을 것으로 판단하였다. 4 (a) to (d) show the results of EDS analysis of the particles shown in FIGS. 3 (a) and (b). As shown in (a) to (d) of Figure 4, the numerical values of the two particles are similar, so it was determined that there would be no difference in the thickness or crystalline formation of the coating layer.

두 샘플을 비교했을 때 수치상 유사했기 때문에 제조 단가 면에서 에너지를 보다 적게 사용하는 700℃ 조건으로 열처리 온도를 선정하였고, 탄화를 위한 최적의 조건으로 열처리 시간 3시간, 유량은 0.5 LPM, 열처리 온도는 700℃인 것으로 결정하였다.Since the two samples were numerically similar when compared, the heat treatment temperature was selected as a condition of 700 °C that uses less energy in terms of manufacturing cost. It was determined to be 700°C.

상기 결정한 제조공정 조건을 ㎚ 크기의 실리카 입자에 적용하였다.The determined manufacturing process conditions were applied to silica particles having a size of nm.

도 5의 (a) 및 (b)는 ㎚ 크기의 실리카 입자에 열처리 시간 3시간, 질소 가스 유량 0.5 LPM, 열처리 온도 700℃로 탄화시킨 입자를 나타낸 TEM 이미지이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 도 5의 (a)에 약 300 ㎚ 크기의 응집된 입자 두 개가 보이며 이를 확대한 고배율 사진인 도 5의 (b)에 약 20 내지 50 ㎚ 크기의 기본 입자들이 탄소층에 씌워져 있는 확인할 수 있었다. 검은 점들은 실리카이며 외부에 있는 실리카보다 밝은 막은 탄소층으로 층상 구조를 이루고 있고, 실리카들이 탄소층 내부에 응집되어 있는 것을 나타내었다.5 (a) and (b) are TEM images of silica particles having a size of nm, carbonized at a heat treatment time of 3 hours, a nitrogen gas flow rate of 0.5 LPM, and a heat treatment temperature of 700°C. As shown in FIG. 5, in FIG. 5(a), two aggregated particles of about 300 nm in size are seen, and in FIG. It was possible to see what was written on the The black dots are silica, and the film that is brighter than the outer silica has a layered structure with a carbon layer, indicating that the silicas are aggregated inside the carbon layer.

응집되지 않은 입자의 크기를 100 ㎚ 이하로 목표했기 때문에 탄소가 코팅된 입자의 크기는 원하는 크기로 제조된 것으로 판단하였다.Since the size of the non-agglomerated particles was targeted to be 100 nm or less, it was determined that the size of the carbon-coated particles was manufactured to the desired size.

Claims (6)

실리콘 성장로에서 발생하는 흄(fume)을 포집하는 단계;
상기 포집한 흄을 균질화하는 단계;
상기 균질화된 흄을 폴리머와 혼합하여 용매에 용해시킨 후 건조하는 단계; 및
상기 건조 후 탄화시키는 단계를 포함하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법.
Collecting fumes (fume) generated in the silicon growth furnace;
homogenizing the collected fume;
mixing the homogenized fume with a polymer, dissolving it in a solvent, and drying the mixture; and
A method of manufacturing a conductive additive for a solar cell module, comprising the step of carbonizing after drying.
제 1 항에 있어서,
상기 흄은 실리콘 산화물(SiOx) 흄을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The fume is a method of manufacturing a conductive additive for a solar cell module, characterized in that it comprises silicon oxide (SiOx) fume.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리머는 탄소 소스이며, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 에폭시(Epoxy), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에텔에텔 케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 글루코오스(glucose), 셀룰로오스(cellulose), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The polymer is a carbon source, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene terephthalate (PET), epoxy, polypropylene (PP), polyetheretherketone (PEEK) ), glucose (glucose), cellulose (cellulose), and a method of manufacturing a conductive additive for a solar cell module, characterized in that selected from the group consisting of combinations thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 탄화시키는 단계는,
불활성 가스 분위기 하에서 500 내지 1,000℃로 열처리하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
The carbonizing step is,
Method for producing a conductive additive for a solar cell module, characterized in that heat treatment at 500 to 1,000 ℃ under an inert gas atmosphere.
제 1 항에 있어서,
상기 탄화시키는 단계 이후,
밀링하여 분말을 제조하는 단계를 더 포함하는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제의 제조방법.
The method of claim 1,
After the carbonizing step,
Method for producing a conductive additive for a solar cell module further comprising the step of preparing a powder by milling.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 태양전지 모듈용 전도성 첨가제.A conductive additive for a solar cell module prepared according to any one of claims 1 to 5.
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