KR20090090843A - 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말 및 그제조방법과 이를 포함하는 금속 페이스트 조성물 및 실리콘태양전지 - Google Patents
실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말 및 그제조방법과 이를 포함하는 금속 페이스트 조성물 및 실리콘태양전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말 및 그 제조방법과 이를 포함하는 금속 페이스트 조성물 및 실리콘 태양전지에 관한 것이다. 본 발명의 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말은, Bi2O3 및 B2O3를 포함하는 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말에 있어서, ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리 프릿 분말은 납 성분을 포함하지 않아 친환경적이며, 본 발명의 유리 프릿 분말을 사용하여 제조된 태양전지의 전면전극은 기판 접촉 저항이 낮고, 기판 접착 강도가 우수하다.
실리콘 태양전지, 유리 프릿, 금속 페이스트, 전면전극
Description
본 발명은 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말 및 그 제조방법과 이를 포함하는 금속 페이스트 조성물 및 실리콘 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 친환경적이면서도 태양전지의 성능을 개선하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말 및 그 제조방법과 이를 포함하는 금속 페이스트 조성물 및 실리콘 태양전지에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 분류되는데, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전 지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell)로 구분된다. 이러한 3가지 종류의 태양전지 중 태양전지 시장에서는 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.
도 1은 실리콘 태양전지의 기본적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도면을 참조하면, 실리콘 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)을 포함하고, 기판(101)과 에미터층(102)의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.
위와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과(photovoltaic effect)에 의해 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 참고로, n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력효과에 의해 발생된 전자와 전공은 각각 n형 실리콘 반도체 및 p형 실리콘 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판(101) 하부 및 에미터층(102) 상부와 접합된 전면전극(103) 및 후면전극(104)으로 이동하며, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.
실리콘 태양전지의 전면전극은 전면전극 형성용 금속 페이스트와 반사방지막과의 계면 반응을 통해서 형성되며, 이 때 상기 금속 페이스트에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재결정되면서, 유리 프릿 분말(glass frit)을 매개로 하여 반사방지막을 관통하는 펀치 스루(punch through) 현상을 통해 에미터층과 접촉하게 된다. 이와 관련된 구체적인 메커니즘에 대해서는 J. Hoomstra, et al., 31st IEEE PVSC Florida 2005 에 개시되어 있다.
유리 프릿 분말은 반사방지막과 계면 반응을 일으켜 반사방지막을 에칭하게 되는데, 이는 산화-환원 반응으로서 일부 원소가 환원되어 부산물로 생성된다. 종래의 유리 프릿 분말은 산화납(PbO)을 주성분으로 하기 때문에, 계면 반응 후 납이 환원되어 환경적으로 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 산화납 대신에 산화비스무트(Bi2O3)를 사용한 납 프리 유리 프릿 분말이 소개되었다. 하지만, 산화비스무트계 유리 프릿 분말은 종래의 산화납을 포함하는 유리 프릿 분말보다 전극과 기판 사이의 접촉저항이 낮은 문제점이 있다.
따라서, 친환경적이면서도 종래보다 우수한 성능을 갖는 태양전지를 제조할 수 있는 유리 프릿 분말의 개발이 시급하다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래보다 기판과 전극 사이의 접촉 저항이 낮고, 접착 강도는 더 우수한 태양전지를 제조할 수 있는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말 및 그 제조방법과 이를 포함하는 금속 페이스트 조성물 및 실리콘 태양전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말은, Bi2O3 및 B2O3를 포함하는 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말에 있어서, ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 유리 프릿 분말은 납 성분을 사용하지 않아 친환경적이며, 특정 금속 산화물을 포함함으로써 본 발명의 유리 프릿 분말로 제조되는 태양전지의 성능을 더욱 개선시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말은 예를 들면, 상기 Bi2O3는 75~95중량%; 상기 B2O3는 1~15중량%; 및 ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 상기 금속산화물은 1~20중량% 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법은, (S1) Bi2O3; B2O3; 및 ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이 루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속산화물을 포함하는 유리 프릿 분말 제조용 성분들을 준비하는 단계; (S2) 상기 준비된 구성성분들을 함께 용융시키는 단계; (S3) 상기 용융된 혼합물을 냉각시켜 고체상의 유리 프릿을 제조하는 단계; 및 (S4) 상기 고체상의 유리 프릿을 분쇄하여 분말상을 제조하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 제조방법에 있어서, (S2) 단계의 용융 온도는 900~1500℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 납 프리 유리 프릿 분말은 은 분말 및 유기 바인더와 함께 금속 페이스트를 형성하여 실리콘 태양전지의 전면전극 형성에 사용될 수 있다.
본 발명의 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말은 산화납 대신에 산화비스무트를 포함하므로 제조공정이나 이후 사용에 있어서 유연계 유리 프릿 분말보다 친환경적이다. 또한, 본 발명의 유리 프릿 분말을 사용하여 제조된 실리콘 태양전지는 기판과 전극 사이의 접촉저항이 낮고 접촉강도는 높아서, 우수한 성능과 내구성을 갖출 수 있다.
이하, 본 발명의 유리 프릿 분말을 그 제조방법에 따라 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저, Bi2O3; B2O3; 및 ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속산화물을 포함하는 유리 프릿 분말 제조용 성분들을 준비한다(S1).
Bi2O3는 태양전지의 전면전극을 형성시키기 위해 고온에서 반사방지막과 반응하여 반사방지막을 에칭하는 역할을 한다. 예를 들어, 반사방지박이 실리콘 질화막(SiNX)인 경우에, Bi2O3와 반사방지막 사이에 고온에서 진행되는 계면 반응은 다음과 같다.
상기 반응식 1에서 알 수 있듯이, 실리콘 질화막의 일부가 Bi2O3와 반응하면 산화-환원을 통해 실리콘 질화막이 에칭되고, 그 자리에 금속 페이스트에 포함된 은이 재결정되어 전면전극을 형성하게 된다.
본 발명에 따른 Bi2O3는 산화납을 대신하는 유리 프릿 분말의 주성분이므로, 그 함량도 유리 프릿 분말의 대부분을 차지하며 종래에 사용되던 산화납의 함량을 참고하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들면, Bi2O3의 함량은 유리 프릿 분말 총 중량 대비 75~95중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량 범위에서 기판과 전극 사이의 접촉 저항이 매우 낮고, FF(Fill Factor) 값도 매우 우수하 다.
B2O3는 유리 프릿 분말의 구성성분으로서 안정한 유리상을 형성시킨다. 본 발명의 유리 프릿 분말에 있어서, B2O3의 함량은 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 1~15중량% 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량 범위에서 계면반응 시 충분한 저점도를 유지할 수 있다.
본 발명의 유리 프릿 분말은 전술한 Bi2O3 및 B2O3외에, ZnO, Al2O3 및 BaCO3 중 적어도 하나를 더 포함한다. ZnO, Al2O3 및 BaCO3는 계면반응시 안정한 유리상을 형성시킬 뿐만 아니라, 저점도를 유지하게 한다. 계면반응시 유리 성분이 저점도이면 Bi2O3와 반사방지막 사이의 접촉 확률을 높이므로 더 많은 영역에서 에칭이 일어날 수 있다. 이렇게 에칭이 상대적으로 더 많이 일어나면 은의 재결정으로 형성되는 전면전극의 영역도 더 넓어지므로, 기판과 전면전극 사이의 접촉저항도 종래보다 더 저하시켜 태양전지의 성능을 우수하게 하며, 기판과 전면전극 사이의 접촉강도도 더 개선시키게 된다.
본 발명의 유리 프릿 분말에 있어서, ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 상기 금속산화물 함량은 태양전지의 용도와 목적에 따라 반복적인 실험을 통해 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 1~20중량% 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량 범위에서 계면반응 시 충분한 저점도를 유지하며, 기판과 전면전극 사이의 접촉저항을 매우 낮게 하고, 매우 우수한 접촉강도를 유지할 수 있다.
전술한 성분들 외에 통상적으로 유리 프릿 분말에 사용되는 다른 성분들이 더 포함될 수 있다. 예를 들면 SiO2를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이, 본 발명의 유리 프릿 분말의 구성성분들이 준비되면, 준비된 구성성분들을 함께 용융시킨다(S2).
본 발명에 따른 유리 프릿 분말의 구성성분들을 대기압 하에서 함께 용융시키는 공정을 통해 각 구성성분들은 분자간의 결합이 끊어지게 되어 금속 산화물로서의 성질은 잃게 되며, 용융 상태에서 각 성분들이 균일하게 혼합되어 이후 냉각 과정을 통해 전체적으로 유리질의 성질을 갖게 된다.
본 발명에 따른 용융 공정에 있어서, 용융 온도는 각 구성성분들이 모두 용융되는 온도라면 특별한 제한없이 선택될 수 있다. 예를 들면, 900~ 1500℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 온도 범위에서 전술한 구성성분들이 충분히 용융될 수 있다.
전술한 용융 온도를 유지하는 용융 시간은 모든 성분이 충분히 용융되는 시간이라면 특별한 제한이 없으며, 용융 온도에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 10분 ~ 1시간일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 시간 범위에서 각 성분이 충분히 용융될 수 있다. 용융 온도나 용융 시간을 상기 범위 이상으로 하면 추가적인 용융효과를 더 이상 기대할 수 없다.
이어서, 상기 용융된 혼합물을 냉각시켜 고체상의 유리 프릿을 제조한다(S3).
냉각 공정을 통해 상기 용융된 각 성분들이 굳어 고체상의 유리 프릿을 형성하게 된다. 냉각 속도는 유리 프릿의 구성성분의 종류에 따라 적절하게 선택할 수 있으나, 일반적으로 빠르게 냉각시키는 것이 바람직하다. 구체적인 냉각 조건은 각 성분에 따른 상태도를 참조하여 결정할 수 있다. 예를 들면, 상기 용융된 혼합물을 대기압 하에서 1~5분 동안 25~50℃까지 냉각시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 냉각속도가 위와 같은 수준을 만족하지 못할 경우, 냉각도중 결정화가 일어나 유리상을 형성하지 못할 수 있다.
전술한 빠른 냉각 속도를 얻기 위한 방법으로는 당분야의 통상적인 방법이 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 용융된 혼합물을 판상으로 압출하여 표면적을 넓히거나 물에 담구는 방법을 채택할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 고체상의 유리 프릿을 분쇄하여 분말상을 제조한다(S4).
전술한 고체상의 유리 프릿은 금속 페이스트에 혼합되기에는 부피가 매우 크므로, 분말상으로 분쇄하는 것이 바람직하다. 분쇄 후 분말상의 평균입경은 당분야의 통상적인 유리 프릿 분말의 평균입경을 가질 수 있으며, 예를 들면, 1~10㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 평균입경 범위에서 금속 페이스트 상에 비교적 균일하게 분산되어 계면반응을 매우 효율적으로 일으킬 수 있다.
냉각시켜 얻어진 고체상의 유리 프릿을 분말상으로 분쇄하는 방법은 당분야의 통상적인 분쇄방법이 제한없이 사용될 수 있다. 효율적인 분쇄를 위해 분쇄 공 정이 2 단계로 나누어 수행될 수 있다. 이 경우, 1차 및 2차 분쇄가 동일한 공정이 반복될 수도 있고, 1차 분쇄는 조분쇄, 2차 분쇄는 미분쇄로 수행될 수 있다. 여기에서 조분쇄는 일정한 평균입경으로 제한되는 것이 아니고, 미분쇄의 방법에 따라 미분쇄가 용이하도록 적당한 크기로 전술한 고체상의 유리 프릿을 분쇄하는 것을 의미한다. 미분쇄는 조분쇄된 유리 프릿을 원하는 평균입경을 갖는 유리 프릿 분말로 분쇄하는 공정이다.
또한, 각 분쇄 공정은 필요에 따라 건식 분쇄 또는 습식 분쇄를 선택적으로 수행할 수 있으며, 습식분쇄에는 당분야에서 통상적으로 알려진 바와 같이, 물 또는 에탄올 등이 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 유리 프릿 분말의 SEM 사진이 나타나 있다.
전술한 제조방법에 따라 제조된 본 발명의 유리 프릿 분말은 실리콘 태양전지의 전면전극을 형성하기 위한 금속 페이스트 조성물에 포함될 수 있다. 본 발명의 금속 페이스트 조성물은 전술한 유리 프릿 분말, 은 분말 및 유기 바인더를 포함한다.
유리 프릿 분말과 은 분말의 혼합비는 제조환경에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 유리 프릿 분말 1~20 중량부가 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 계면반응을 충분히 일으킬 수 있으며, 동시에 지나친 계면반응을 방지하여 태양전지 내 Junction 부분이 파괴되는 것을 막을 수 있다.
유리 프릿 분말과 은 분말의 혼합물을 페이스트 상으로 제조하기 위해 유기 바인더를 더 첨가하고 상기 혼합물이 균일하게 분산되도록 교반한다.
여기에서 사용되는 유기 바인더는 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물을 제조하기 위해 당분야에서 사용되는 유기 바인더라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 셀룰로오스(Celluose), 부틸카르비톨(Butyl carbitol) 및 터피네올(terpineol)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
여기에서 유기 바인더의 첨가량은 제조환경에 따라 적절하게 선택할 수 있으며, 예를 들면 페이스트 내의 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 유기 바인더 5~30 중량부가 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 스크린 프린팅이 매우 용이한 적합한 점도를 갖을 수 있을 뿐만 아니라 스크린프린팅 후 페이스트가 흘러내리는 것을 방지하여 적합한 종횡비(Aspect ratio)를 나타낼 수 있다.
전술한 단계를 거치면, 은 분말; 유리 프릿 분말; 및 유기 바인더를 포함하는 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물이 제조된다.
본 발명은 상기 본 발명의 금속 페이스트 조성물을 사용하여 제조되는 실리콘 태양전지를 제공한다.
도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 구조를 개략적인 단면도가 나타나 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 태양전지는, 실리콘 반도체 기판(201), 상기 기판(201)의 상부에 형성되는 에미터층(202), 상기 에미터층(202) 상에 형성된 반사방지막(203), 상기 반사방지막(203)을 관통하여 에미터층(202)의 상부 표면과 접속된 전면 전극(204), 및 상기 기판(201)의 배면에 접속된 후면 전극(205)을 포함한다.
기판(201)에는 p형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑될 수 있고, 에미터층(202)에는 n형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 불순물로 도핑될 수 있다. 이처럼 기판(201)과 에미터층(202)에 반대 도전형의 불순물이 도핑되면, 기판(201)과 에미터층(202)의 계면에는 p-n 접합이 형성된다. 한편 p-n 접합은 기판(201)에 n형 불순물을 도핑하고 에미터층(202)에 p형 불순물을 도핑하여 형성해도 무방하다.
상기 반사방지막(203)은 에미터층(202)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함(예컨대, 댕글링 본드)을 부동화하고 기판(201)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 에미터층(202)에 존재하는 결함이 부동화되면 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지의 개방전압이 증가한다. 그리고 태양광의 반사율이 감소되면 p-n 접합까지 도달되는 빛의 량이 증대되어 태양전지의 단락전류가 증가한다. 이처럼 반사방지막(203)에 의해 태양전지의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그 만큼 태양전지의 변환효율이 향상된다.
상기 방사방지막(203)은 예를 들면 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF2, ZnS, MgF2, TiO2 및 CeO2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 물질막이 조합된 다중막 구 조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 상기 반사방지막(203)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 상기 반사방지막(203)의 형성방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 각각 은과 알루미늄으로 이루어진 금속 전극이다. 하지만 본 발명이 전극을 구성하는 물질의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. 은 전극은 전기 전도성이 우수하고, 알루미늄 전극은 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘 반도체로 이루어진 기판(201)과의 친화력이 우수하여 접합이 잘 되는 장점이 있다.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 공지된 여러 가지 기술에 의해 제조 가능하지만, 바람직하게는 스크린 인쇄법에 의해 형성된 것이다. 즉, 전면 전극(204)은 전술한 바와 같이 본 발명의 전면 전극용 페이스트를 전면 전극 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 열처리가 시행되면 펀치 스루(punch through) 현상에 의해 전면 전극이 반사방지막(203)을 뚫고 에미터층(202)과 접속된다.
이와 유사하게, 후면 전극(205)은 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극용 페이스트를 기판(201)의 배면에 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 후면 전극의 열처리 시에는 전극 구성 물질인 알루미늄이 기판(201)의 배면을 통해 확산됨으로써 후면 전극(205)과 기판(201)의 경계면에 후면 전계(Back Surface field:도시되지 않음)층이 형성될 수도 있다. 후면 전계층이 형성되면 캐 리어가 기판(201)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있다. 캐리어의 재결합이 방지되면 개방전압과 충실도가 상승하여 태양전지의 변환효율이 향상된다.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 스크린 인쇄법 이외에도 통상적인 사진 식각 공정과 금속 증착 공정을 이용하여 형성한 것일 수도 있다. 따라서 본 발명은 전면 전극(204) 및 후면 전극(205)의 형성을 위해 적용되는 공정에 의해 한정되지 않는다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예
1
Bi2O3 29g, B2O3 2g, ZnO 2g 및 BaCO3 2g을 혼합한 뒤, 1200℃ 에서 20분간 용융시켰다. 그 후 용융물을 판상으로 압출하여 5분에 걸쳐 25 ℃까지 냉각시켰다. 냉각시킨 결과물을 분쇄기로 분쇄하여 유리 프릿 분말을 제조하였다.
상기 제조된 유리 프릿 분말 7g과 은 분말 40g을 혼합하여 균일하게 교반한 후, 셀룰로오스, 부틸카르비톨 및 터피네올이 2:5:5의 중량비로 혼합된 유기 바인더 10g을 첨가하고 교반하여 금속 페이스트 조성물을 제조했다.
상기 금속 페이스트 조성물을 사용하여, 알루미늄 후면전극, p형 실리콘 반도체 기판, n형 에미터층, 반사방지막으로 실리콘 질화막 및 전면전극을 구비한 실리콘 태양전지를 제조하였다.
실시예
2
Bi2O3 35g, B2O3 2g, ZnO 2g 및 Al2O3 1g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 프릿 분말, 금속 페이스트 조성물 및 태양전지를 제조했다.
실시예
3
Bi2O3 35g, B2O3 5g, ZnO 4g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 프릿 분말, 금속 페이스트 조성물 및 태양전지를 제조했다.
실시예
4
Bi2O3 35g, B2O3 2g, BaCO3 2g, Al2O3 1g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 프릿 분말, 금속 페이스트 조성물 및 태양전지를 제조했다
실시예
5
Bi2O3 39g, B2O3 4g, Al2O3 7g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 프릿 분말, 금속 페이스트 조성물 및 태양전지를 제조했다.
실시예
6
Bi2O3 38g, B2O3 7g, BaCO3 5g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 프릿 분말, 금속 페이스트 조성물 및 태양전지를 제조했다.
비교예
Bi2O3 28g, SiO2 2g을 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유리 프릿 분말, 금속 페이스트 조성물 및 태양전지를 제조했다.
상기 실시예 1~3 및 비교예에 따라 제조된 태양전지의 FF를 측정하여, 하기 표 1에 그 결과를 나타내었다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 실시예5 | 실시예6 | 비교예 | |
| FF | 76.0% | 77.0% | 75.0% | 74.0%% | 73.0% | 74.0% | 65.0% |
실험예
1. SEM 측정
상기 실시예 1에 따라 제조된 유리 프릿 분말의 SEM 사진을 도 2에 나타내었다. 유리 프릿 분말이 균일하게 형성되었음을 알 수 있다.
또한, 실시예 1에 따라 제조된 금속 페이스트를 사용하여 형성된 전면전극에서 은이 재결정된 모습의 SEM 사진을 도 4에 나타내었다. 도 4에서 은이 넓은 영역에 걸쳐 재결정되었음을 알 수 있다.
2.
Peeling
test
본 발명에 따라 형성된 전면전극의 접착강도를 알아보기 위해, 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 전면전극에 대해 peeling test(ASTM D1876)를 실시하였고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전면전극이 접착강도가 우수함을 알 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 실리콘 태양전지의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 유리 프릿 분말의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 전면전극의 SEM 사진이다.
도 5는 peeling test의 모식도(a) 및 비교예 1과 실시예 1의 전면전극에 대한 peeling test 측정 결과 그래프(b)이다.
Claims (12)
- Bi2O3 및 B2O3를 포함하는 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말에 있어서,ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말.
- 제1항에 있어서,상기 Bi2O3는 75~95중량%;상기 B2O3는 1~15중량%; 및ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 상기 금속산화물은 1~20중량%포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말.
- 제1항에 있어서,상기 유리 프릿 분말의 평균입경은 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 실리콘 태 양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말.
- (S1) Bi2O3; B2O3; 및 ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 금속산화물을 포함하는 유리 프릿 분말 제조용 구성성분들을 준비하는 단계;(S2) 상기 준비된 구성성분들을 함께 용융시키는 단계;(S3) 상기 용융된 혼합물을 냉각시켜 고체상의 유리 프릿을 제조하는 단계; 및(S4) 상기 고체상의 유리 프릿을 분쇄하여 분말상을 제조하는 단계를 포함하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 (S1) 단계에서,상기 Bi2O3는 75~95중량%;상기 B2O3는 1~15중량%; 및 ZnO, Al2O3 및 BaCO3로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 2종 이상의 상기 금속산화물은 1~20중량%포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 (S2) 단계의 용융 온도는 900~1500℃인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 (S3) 단계에서 냉각공정은 25~50℃까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 (S4) 단계에서 분쇄공정은 건식분쇄 또는 습식분쇄인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법.
- 제4항에 있어서,상기 (S4) 단계에서 분쇄된 유리 프릿 분말은 평균입경이 1~10㎛인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 제조용 납 프리 유리 프릿 분말의 제조방법.
- 은 분말, 유리 프릿 분말 및 유기 바인더를 포함하는 태양전지 전면전극 형성용 도전성 페이스트 조성물에 있어서,상기 유리 프릿 분말은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 유리 프릿 분말인 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성 물.
- 제10항에 있어서,상기 은 분말 100 중량부에 대하여 상기 유리 프릿 분말이 1~20 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지 전면전극 형성용 금속 페이스트 조성물.
- 실리콘 반도체 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막; 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및 상기 기판의 배면에 접속된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지에 있어서,상기 전면 전극은 제10항 또는 제11항에 따른 금속 페이스트 조성물을 상기 반사방지막 상에 소정의 패턴으로 도포하고 소성시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지.
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