KR20100125273A - 유리 프릿 - Google Patents

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Abstract

유리 프릿, 전도성 잉크, 및 전도성 잉크가 도포된 물품이 기술된다. 1 이상의 실시양태에서 따라서, 의도적으로 첨가된 납이 없는 유리 프릿은 TeO2, 및 Bi2O3, SiO2 및 이의 조합 중 1 이상을 포함한다. 상기 유리 프릿 중 한 실시양태는 B2O3를 포함하고, ZnO, Al2O3 및/또는 이의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 한 실시양태는 의도적으로 첨가된 납이 없고 TeO2, 및 Bi2O3 , SiO2 및 이의 조합 중 1 이상을 포함하는 유리 프릿을 포함하는 전도성 잉크를 제공한다. 또다른 실시양태는 전도성 잉크가 위에 도포된 반도체 또는 유리 시트와 같은 기재를 갖는 물품을 포함하여, 여기서 상기 전도성 잉크는 의도적으로 첨가된 납이 없는 유리 프릿을 포함한다.

Description

유리 프릿{GLASS FRITS}
본 발명의 실시양태는 유리 프릿, 프릿을 포함하는 전도성 잉크 및 이러한 전도성 잉크가 도포된 물품에 관한 것이다.
전도성 잉크, 차폐용 에나멜 및 장식용 에나멜은 낮은 용융 범위, 낮은 용융 점도 및 비제어된 실투(devitrification)에 대한 안정성을 보유하기 때문에 납 주성분의 유리 프릿을 사용하는 것이 전형적이다. 차폐용 에나멜은 자동산 산업에 사용되며, 전도성 잉크는 태양 전지 또는 광전지 제조를 비롯한 전자 산업에 사용된다.
광(PV: Photovoltaic) 전지는 반도체의 가전대 중 전하 캐리어를 그 반도체의 전도대로 촉진시켜 태양광을 전기로 전환시킨다. 태양광 중 양성자와 도핑된 반도체 물질의 상호작용은 전자-정공 쌍 전하 캐리어를 형성한다. 이러한 전자-정공 쌍 전하 캐리어는 p-n 반도체 연결점에 의해 발생되고 반도체 표면에 인쇄되거나 도포된 전도성 그리드 또는 금속 접점에 의해 수집되는 전계로 이동하며, 이는 이를 통해 외부 회로로 흐른다. 오늘날 산업에서의 결정질 규소 PV 전지는 전형적으로 반사방지 코팅으로 코팅되어 광 흡수를 촉진시키며, PV 전지 효율을 증가시킨다. 그러나, 상기 반사방지 코팅은 상기 반도체에서 금속 접점으로 흐르는 전하 캐리어에 높은 전기 저항을 부여한다. 이러한 반사방지 코팅은 흔히 질화규소, 산화티탄 또는 산화규소를 포함한다.
전도성 잉크를 사용하여 이러한 전도성 그리드 또는 금속 접점을 형성한다. 전도성 잉크는 전형적으로 유리 프릿, 전도성 화학종, 예컨대 은 입자 및 유기 매질을 포함한다. 금속 접점을 형성하기 위해서, 스크린 인쇄 또는 다른 공정에 의해 그리드 라인 패턴 또는 다른 패턴으로 상기 기재에 전도성 잉크를 인쇄한다. 이어서, 상기 기재를 불꽃처리하고, 그 동안 전기적 접촉이 상기 그리드 라인과 상기 기재 사이에 형성된다. 상기 접점은 유리 기재 계면에서의 개별 은 미소결정의 형성에 의해 증대된다. 이론에 얽매임 없이, 전자 캐리어는 상기 기재로부터 은 미소결정으로 이송된 후, 상기 그리드라인과 상기 반도체 둘 모두와 상기 미소결정의 직접 접촉이 존재하는 경우, 터넬링에 의한 유리층을 통해 또는 상기 그리드라인의 은으로 직접 그 그리드라인을 이송하는 것으로 생각된다. 보다 낮은 불꽃처리 온도는 더욱 낮은 관련 비용 및 에너지 절감으로 인해 이러한 공정에서 바람직하다.
여기서 달리 언급되는 바와 같이, 상기 반사방지 코팅은 광 흡수를 증대시키나, 또한 여기된 전자가 상기 기재로부터 상기 금속 접점으로 흐르는 것을 방해하는 절연체로서 작용한다. 따라서, 전도성 잉크는 상기 반사방지 코팅을 관통하여 기재와 저항 접촉하는 금속 접점을 형성해야 한다. 이를 이루기 위해, 전도성 잉크는 유리 프릿을 포함하여 은 입자를 기재에 소결시키는 것을 돕고 형성된 금속 접점과 상기 기재와의 접착력 및 저항 접점을 향상시킨다. 유리 프릿이 액화되는 경우, 이는 은 입자 및 기재 상의 반사방지 코팅 사이의 계면으로 흐르는 경향이 있다. 용융된 유리는 상기 반사방지 코팅 물질뿐만 아니라 상기 금속 입자와 기재의 일부를 용해시킨다. 상기 온도가 감소하면, 용융된 은 및 용융되거나 용해된 기재는 액상을 통해 재결정화한다. 결과적으로, 상기 은 미소결정의 일부는 반사방지층을 관통하고 상기 기재와의 저항 접촉을 형성할 수 있다. 이러한 공정은 '파이어-스루(fire-through)'라 일컬어지며, 전도성 그리드 또는 금속 접점 및 상기 기재 사이의 강한 결합 및 낮은 접촉 저항 형성을 촉진시킨다.
자동차, 전자 및 태양 전지 산업은 친환경 성분 및 공정을 이용하는 것을 더욱 크게 강조한다. 이러한 강조는 환경 규제의 준수 필요성에 의해 더욱 촉구되었다. 이에 호응하여, 태양 전지 산업은 태양 전지판에 사용되는 성분 및 물질에 납을 사용하지 않는 것으로 이동하고 있다.
따라서, 저온에서 불꽃처리될 수 있고 상기 반사방지층을 관통하고 기재와 저항 접촉하는 금속 접점을 형성할 수 있는 무연 유리 프릿이 요구된다.
본 발명의 실시양태는 의도적으로 납이 첨가되지 않은 텔루륨 함유 프릿 및 이의 용도에 관한 것이다. 1 이상의 실시양태에 따라서, 본 원에서 기술되는 프릿은 점도가 매우 낮으며 특히 부식성이 있다. 예를 들어, 1 이상의 실시양태에서, 반사방지층으로서 PV 용도에 전용적으로 사용되는 불량한 물질, 예컨대 SiO2, TiO2 및 SiNx를 용해시키는 경향이 있다.
특정 실시양태는 TeO2 및 Bi2O3 및/또는 SiO2를 포함하는, 의도적으로 첨가된 납이 없는 프릿을 포함한다. 본 원 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, 용어 '의도적으로 첨가된 납이 없는' 및 '실질적으로 무연인'이란 약 1,000 ppm 미만의 양으로 납을 갖는 프릿을 의미하게 된다. 1 이상의 실시양태에서, TeO2는 약 0.01 중량% ∼ 약 10 중량%의 양으로 존재한다. 또다른 실시양태는 또한 B2O3를 포함한다. 한 실시양태에 따르면, 상기 프릿은 또한 1 이상의 제1 산화물 성분을 포함한다. 본 발명의 제2 실시양태는 1 이상의 제2 산화물 성분을 추가로 포함하나, 제3 실시양태는 1 이상의 알칼리 금속 산화물 성분을 포함한다. 1 이상의 알칼리 토금속 산화물은 본 발명의 또다른 실시양태에 포함된다.
1 이상의 실시양태의 제1 산화물 성분은 ZnO 및/또는 Al2O3를 포함할 수 있다. ZnO는 한 실시양태에서 약 0 중량% ∼ 약 15 중량%의 양으로 존재하나, Al2O3는 또다른 실시양태에서 약 0 중량% ∼ 약 3 중량%의 양으로 존재한다. 한 실시양태의 제2 산화물 성분은 Ag2O, Sb2O3, GeO2, In2O3, P2O5, V2O5, Nb2O5 및 Ta2O5를 포함하고, 하기의 양으로 존재할 수 있다: Ag2O, P2O5, V2O5 , Nb2O5 및/또는 Ta2O5는 약 0 중량% ∼ 약 8 중량%의 양으로 존재하고; In2O3 및/또는 Sb2O3는 약 0 중량% ∼ 약 5 중량% 범위의 양으로 존재하며; GeO2는 약 0 중량% ∼ 약 10 중량% 범위의 양으로 존재한다. 1 이상의 알칼리 금속 산화물 성분을 갖는 실시양태는 Na2O, Li2O 및/또는 K2O를 약 0 중량% ∼ 약 3 중량% 범위의 양으로 이용하지만, 1 이상의 알칼리 토금속 산화물 성분을 갖는 실시양태는 BaO, CaO, MgO 및/또는 SrO를 약 0 중량% ∼ 약 8 중량%의 양으로 이용한다.
본 발명의 또다른 양태에 따라서, 전도성 잉크는 전도성 화학종과 함께 TeO2 및 Bi2O3 및/또는 SiO2를 포함하는 실질적으로 무연인 프릿을 포함하며, 의도적으로 첨가된 납을 포함하지 않는다. 상기 전도성 잉크의 1 이상의 실시양태는 TeO2를 약 0.01 중량% ∼ 약 10 중량% 범위의 양으로 포함한다. 또다른 실시양태는 전도성 화학종으로서 은을 이용한다. 1 이상의 실시양태에 따라서, 상기 전도성 잉크는 B2O3를 또한 포함하는 프릿을 포함한다. 추가 전도성 잉크 실시양태는1 이상의 제1 산화물 성분, 1 이상의 제2 산화물 성분, 1 이상의 알칼리 금속 산화물 성분 및/또는 1 이상의 알칼리 토금속 산화물 성분을 포함하는 프릿을 가질 수 있다. 한 실시양태에 따라서, 프릿은 상기 전도성 잉크에 약 1 중량% ∼ 약 5 중량% 범위의 양으로 존재한다.
본 발명의 또다른 양태는 기재 및 그 기재 상에 도포되는 본 원에 기술된 바와 같은 전도성 잉크를 포함하는 물품을 포함한다. 1 이상의 실시양태에 따라, 상기 기재는 반도체, 유리 시트 및/또는 유리 시트 상에 도포된 에나멜이다. 반도체 기재를 갖는 실시양태는 또한 그 기재 상에 도포된 반사방지층을 포함하며, 상기 전도성 잉크가 상기 반사방지층 상에 도포된다. 더욱 특정한 실시양태에서, 상기 반사방지층은 SiO2, TiO2 또는 SiNx를 포함한다.
상기 물품의 1 이상의 실시양태에서, 상기 전도성 잉크는 실질적으로 무연인 프릿 및 전도성 화학종을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 프릿은 B2O3 및 TeO2를 포함한다.
상기는 본 발명의 특정 특징 및 기술적 이점을 보다 광범위하게 개술하였다. 개시된 특정 실시양태는 본 발명의 범위 내에서 다른 구조 또는 공정을 변경 또는 고안하는 데 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 당업자에게 이해되어야 한다. 상기 동등 구조는 첨부된 특허청구범위에 언급되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않는다는 것이 당업자에게 또한 인지되어야 한다.
본 발명의 몇몇 예시적 실시양태를 기술하기 전에, 본 발명은 하기 설명에서 진술되는 구조 또는 공정 단계의 세부 사항에 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 실시양태가 가능하며, 다양한 방식으로 실행 또는 실시될 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태는 TeO2 및 Bi2O3 및/또는 SiO2를 포함하는, 의도적으로 첨가된 납이 없는 프릿을 포함한다. 1 이상의 실시양태에서, TeO2는 약 0.01 중량% ∼ 약 10 중량%의 양으로 존재한다. 더욱 특정한 실시양태에서, TeO2는 약 0.5 중량% ∼ 약 5 중량%의 양으로 존재한다. 더욱더 특정한 실시양태에서, TeO2는 약 0.5 중량% ∼ 약 2 중량%의 양으로 존재한다. 1 이상의 실시양태에서, Bi2O3는 약 40 중량% ∼ 약 95 중량% 범위의 양으로 프릿에 존재한다. 특정 실시양태에서, Bi2O3는 약 50 중량% ∼ 약 80 중량% 범위로 존재하나, 더욱더 특정한 실시양태는 Bi2O3를 약 60 중량% ∼ 약 75 중량% 범위로 가진다.
프릿의 1 이상의 실시양태는 SiO2를 약 0 중량% ∼ 약 30 중량% 범위의 양으로 포함한다. 특정 실시양태에서, SiO2는 약 1 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
1 이상의 실시양태에 따라서, B2O3는 또한 상기 프릿에 포함된다. 특정 실시양태에서, B2O3는 약 0.1 중량% ∼ 약 10 중량% 범위의 양으로 존재한다. 더욱 특정한 실시양태에서, B2O3는 약 0.5 중량% ∼ 약 8 중량% 범위의 양으로 존재한다. 더욱더 특정한 실시양태에서, B2O3는 약 1 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양으로 존재한다.
본 발명의 한 실시양태는 TeO2, Bi2O3 , SiO2 및 B2O3를 갖는 프릿을 포함한다. 프릿의 또다른 예는 TeO2, Bi2O3 , SiO2 , B2O3, ZnO 및 Al2O3를 포함한다. 프릿의 추가 실시양태는 TeO2 0.01∼10 중량%, Bi2O3 40∼95 중량%, SiO2 0∼30 중량%, B2O3 0.1∼10 중량%, ZnO 0∼15 중량% 및 Al2O3 0∼3 중량%를 포함한다. 본 발명의 추가 실시양태는 TeO2, Bi2O3, SiO2, B2O3, ZnO 및 제2 산화물 성분을 갖는 프릿을 포함한다. 1 이상의 실시양태가 ZnO를 Al2O3로 대체 하지만, 또다른 실시양태는 ZnO 및 Al2O3 둘 모두를 포함한다.
본 발명의 한 실시양태는 하기와 같은 1 이상의 제1 산화물 성분을 포함한다:
약 0 중량% ∼ 약 10 중량% 범위의 양의 ZnO; 및/또는
약 0 중량% ∼ 약 2 중량% 범위의 양의 Al2O3.
본 발명의 또다른 실시양태는 하기를 비롯한 1 이상의 제2 산화물 성분을 포함한다:
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 Ag2O;
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 Sb2O3;
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 GeO2;
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 In2O3;
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 P2O5;
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 V2O5;
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 Nb2O5; 및/또는
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 Ta2O5.
본 발명의 1 이상의 실시양태는 하기를 비롯한 1 이상의 알칼리 금속 산화물 성분을 포함한다:
약 0 중량% ∼ 약 2 중량% 범위의 양의 Na2O;
약 0 중량% ∼ 약 2 중량% 범위의 양의 Li2O; 및/또는
약 0 중량% ∼ 약 2 중량% 범위의 양의 K2O.
본 발명의 추가 실시양태는 또한 하기와 같은 1 이상의 알칼리 토금속 산화물 성분을 포함한다:
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 BaO;
약 0 중량% ∼ 약 2 중량% 범위의 양의 CaO;
약 0 중량% ∼ 약 2 중량% 범위의 양의 MgO; 및/또는
약 0 중량% ∼ 약 4 중량% 범위의 양의 SrO.
본 발명의 1 이상의 실시양태는 본 원에서 개시된 프릿 및 전도성 화학종을 이용하는 전도성 잉크를 포함한다. 1 이상의 실시양태에서, 상기 전도성 잉크는 분말화된 또는 미립자 형태의 은과 같은 전도성 화학종을 이용한다. 1 이상의 실시양태에서, 상기 은 입자는 구형, 플레이크형 또는 무정형일 수 있거나, 콜로이드 현탁액으로 제공될 수 있다. 적합한 전도성 화학종의 다른 비한정적인 예로는 분말화 또는 미립자 형태의 전도성 금속, 예컨대 금, 구리 및 백금을 들 수 있다.
1 이상의 실시양태에 사용되는 은 화학종은 은 금속 또는 은 합금의 미세 분말의 형태로 존재할 수 있다. 다른 실시양태에서, 은의 일부는 산화은(Ag2O), 은 염, 예컨대 염화은(AgCl), 질화은(AgNO3) 및/또는 아세트산은으로서 첨가될 수 있다.
본 발명의 1 이상의 실시양태에 따른 전도성 잉크는 또한 텔루르산비스무트 및/또는 규산비스무트 분말을 포함한다. 텔루르산비스무트 및/또는 규산비스무트 분말의 첨가는 결정화 개시를 저온으로 옮김으로써 유리 프릿의 결정화를 제어할 수 있다는 것이 확인되었다. 본 발명이 이론에 얽매이지 않아야 하지만, 텔루르산비스무트 및/또는 규산비스무트 분말은 결정 성장을 위한 핵형성 자리를 제공하는 것으로 생각된다. 광전지 용도에서, 상기 유리 프릿이 상기 반사방지층을 관통하거나 용해시켜 은이 저항 접속을 형성할 수 있게 해야 하지만, 유리 프릿의 공격성(aggressiveness)을 제어하여 상기 유리 프릿이 소자를 분로(shunt)시키게 되는 반도체의 연결부를 관통하는 것을 방지하는 것이 요망된다. 또다른 실시양태는 텔루르산비스무트 및/또는 규산비스무트와 같거나 유사한 효과를 생성하는 또다른 공지된 상, 예컨대 티타니아, 지르코니아, 인 화합물 등을 이용한다.
1 이상의 실시양태에 따른 전도성 잉크는 또한 액체 비히클을 포함할 수 있다. 상기 액체 비히클은 미립자 성분을 분산시키고 상기 잉크 조성물의 표면으로의 이동을 촉진시키는 것으로 생각된다. 특히, 1 이상의 실시양태에 따라 용매(들) 및 용해된 유기 수지(들)로 구성되는 액체 비히클은 상기 전도성 화학종 및 프릿을 분산시켜 적합한 점도를 갖는 잉크를 얻는다. 페이스트 점도에 영향을 미치는 것 이외에, 상기 수지(들)은 상기 기재 상에 침착되고 건조된 후 상기 페이스트의 접착력 및 습태강도(green-strength)를 향상시키는 것으로 생각된다. 증점제, 안정화제, 계면활성제, 소포제 및/또는 다른 일반적인 첨가제가 존재 또는 부재하는 다양한 액체 비히클이 본 발명의 실시양태의 제조에 사용하는 데 적합하다. 사용될 수 있는 예시적 액체 비히클로는 알코올(예컨대, 글리콜), 상기 알코올의 에스테르, 예컨대 아세테이트, 프로피오네이트 및 프탈레이트, 예를 들어 디부틸 프탈레이트, 테르펜, 예컨대 송유(pine oil), 테르피네올 등을 들 수 있다. 더욱 특정한 액체 비히클로는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 테르피네올, 이소프로판올, 트리데칸올, 물 및 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트를 들 수 있다. 일부 실시양태는 상기 기재로의 도포 후 신속한 세팅을 촉진하는 휘발성 액체를 또한 함유하는 비히클을 이용한다.
액체 비히클에 용해되는 적합한 유기 수지의 예로는 에틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 니트로셀룰로스, 에틸 히드록실 에틸 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록실프로필 셀룰로스 및 기타 셀룰로스 유도체를 들 수 있다. 기타 예로는 아크릴산 에스테르, 메타크릴산 에스테르, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 부티랄, 폴리에테르 및 폴리케톤과 같은 수지를 들 수 있다.
한 특정 실시양태에서, 저급 알코올의 폴리메타크릴레이트와 같은 수지의 용액을 사용하지만, 더욱 특정한 실시양태에서 상기 액체 비히클은 디에틸렌 글리콜의 모노부틸 에테르 및 송유와 같은 용매에 용해된 에틸 셀룰로스를 포함한다.
1 이상의 실시양태에 따른 전도성 잉크 중 고체에 대한 액체 비히클의 비율은 상당히 변할 수 있으며, 결과적으로 시스템의 인쇄 요건에 의해 정해지는 최종적으로 요구되는 제제 점도에 의해 측정된다. 1 이상의 실시양태에서, 전도성 잉크는 고체 약 50 ∼ 약 95 중량% 및 액체 비히클 약 5 ∼ 약 50 중량%를 함유할 수 있다.
상기 전도성 잉크의 1 이상의 실시양태는 당업계에 공지된 추가 첨가제, 예컨대 착색제 및 염색제, 레올로지 변성제, 접착 증대제, 소결 억제제, 습태강도 억제제, 표면활성제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 1 이상의 실시양태에서, 보존제가 상기 코팅 조성물에 포함된다. 일부 실시양태가 보존제, 예컨대 붕산, 인산, 염산, 질산, 황산 및/또는 이의 조합을 이용하지만, 다른 실시양태는 당업계에 공지된 다른 보존제를 이용한다.
본 발명의 또다른 양태는 기재 및 그 기재 상에 도포되는 전도성 잉크를 포함하는 물품에 관한 것이다. 1 이상의 실시양태는 본 원에서 기술된 바와 같은 프릿, 즉, TeO2를 포함하고 의도적으로 첨가된 납이 없는 프릿을 갖는 전도성 잉크를 포함한다. 기재의 예로는 반도체 웨이퍼, 유리 시트, 및 광전지 형성을 위해 광전지 산업에 사용되는 다른 적합한 기재를 들 수 있다. 한 실시양태에서, 상기 반도체 기재는 인으로 도핑되지만, 또다른 실시양태는 도핑된 도전성 잉크를 포함한다. 본 발명의 한 실시양태에 따라서, 상기 반도체 기재는 비결정질, 다결정질 또는 단결정질 규소를 포함한다.
1 이상의 실시양태에서, 상기 반도체 기재는 그 위에 도포되는 반사방지 코팅을 포함하고, 상기 전도성 잉크가 상기 반사방지 코팅 정상부에 인쇄된다. 일부 실시양태에 다른 반사방지 코팅을 이산화규소, 산화티탄, 질화규소 또는 당업계에 공지된 다른 코팅을 포함한다.
당업계에 공지된 방법을 이용하여 전도성 잉크가 위에 도포된 반도체 기재를 생성할 수 있다. 1 이상의 실시양태는 비결정질, 단결정질 또는 다결정질일 수 있는 결정질 규소를 적용한다. 코팅을 상기 기재에 도포할 수 있으며, 이러한 코팅 또는 층은 공지된 방법, 예컨대 화학적 증착, 플라즈마 증착 등에 따라 생성할 수 있다. 상기 반사방지 코팅은 또한 화학적 증착법을 이용하여 도포할 수 있다. 일부 실시양태에서, 플라즈마 증대된 화학적 증착법을 이용하여 상기 기재 상에 상기 반사방지 코팅을 도포한다. 1 이상의 실시양태에 따라, 반도체 물품은 또한 에칭 또는 텍스쳐링하여 태양광 반사를 감소시키고 광흡수 정도를 증대시킬 수 있다. 1 이상의 실시양태에 따라서, 이후 상기 전도성 잉크는 스크린 인쇄 또는 기타 기법에 의해 상기 기재 또는 반사방지 코팅의 표면에 도포된다. 상기 기재는 약 750∼850℃의 온도로 가열 또는 불꽃처리하여 상기 전도성 잉크의 입자를 그리드라인으로 소결시킨다. 본 원에서 달리 논의된 바와 같이, 상기 불꽃처리 공정으로 유리 프릿이 용융하고 상기 기재 상에 도포된 반사방지 코팅을 관통하거나 용해시킬 수 있다. 1 이상의 실시양태에서, 상기 전도성 화학종은 상기 프릿의 계면 및 기재 계면에서 미소결정을 형성하며, 이는 전도성 잉크 및 반도체 기재로부터 형성된 금속 접점들 사이의 전기적 또는 저항 접촉을 증대시킨다.
본 발명의 1 이상의 실시양태는 위에 전도성 잉크가 인쇄된 유리 시트 기재를 포함한다. 특정 예에서, 상기 유리 시트는 자동차 뒷창이다. 다른 예에서, 상기 유리 시트는 위에 에나멜이 도포되어 있으며, 전도성 잉크는 그 에나멜 상에 인쇄된다. 일부 실시양태에서 사용되는 에나멜은 자동차 바디에 상기 자동차 앞유리를 결합시키는 접착 아교를 감퇴시킬 수 있는 자외선으로부터의 보호를 제공하는 차폐용 에나멜일 수 있다. 유리 시트 기재의 실시양태는 또한 일반적으로 폴리비닐 부티레이트('PVB')로 형성된 유연한 내층을 포함한다.
전도성 잉크가 위에 도포된 반도체 물품과 관련한 본 발명의 실시양태에 의한 것과 같이, 상기 전도성 잉크는 스크린 인쇄 또는 다른 공지된 방법에 의해 유리 시트 기재 또는 에나멜 기재에 도포될 수 있다. 추가 실시양태에서, 상기 기재는 약 600∼750℃의 온도로 가열 또는 불꽃처리하여 상기 전도성 잉크의 입자를 그리드라인으로 소결시킨다.
임의의 방법으로 본 발명을 한정하려는 의도 없이, 본 발명의 실시양태는 하기 실시양태에 의해 더욱 충분히 기술되게 된다.
실시예
적어도 프릿 및 전도성 화학종을 갖는 2개의 잉크(잉크 A 및 잉크 B)를 제조하였다. 잉크 A 및 B를 일반적인 절차를 이용하여 제조하였다. 상기 일반적인 절차는 트리플 롤 밀링을 이용하여 상기 예를 배칭(batching) 및 분산시키는 것을 포함한다. 산업에 공지된 대체 분산 공정, 예컨대 비드 밀링, 샌드 밀링 및 콜로이드 밀링을 또한 이용하여 유기 결합제 매질에 상기 고체 입자를 분산시킬 수 있었다.
잉크 A 및 B 둘 모두는 프릿 함유율이 3 중량%이고 은을 97 중량%의 양으로 가진다(고체 기준). 상기 둘 모두의 프릿은 비스무트 보로실리케이트 조성물이며, 열팽창 계수 및 유리 전이 온도가 유사하였다. 잉크 A는 의도적으로 첨가된 납이 없는 당업계에 공지된 프릿을 함유하였다. 잉크 B는 의도적으로 첨가된 납이 없는 당업계에 공지된 프릿을 함유하고 TeO2을 또한 포함하였다.
40 옴/스퀘어의 인 도핑된 발광체 및 반사방지 질화규소를 갖는 붕소 도핑된 베이스를 갖는 8개의 텍스쳐링된 단결정질 규소 웨이퍼를 사용하였다. 상기 8개의 웨이퍼의 배면을 시판되는 배면 알루미늄 잉크 및 은 후면 접촉 잉크로 인쇄하였다. 잉크 둘 모두를 완전히 건조시켰다. 이어서, 4개의 웨이퍼를 325 메쉬 스크린을 이용하여 잉크 A로 앞면 상에서 인쇄하였다(전지 1-4). 4개의 추가 웨이퍼를 동일한 방법으로 잉크 B에 의해 앞면 상에서 인쇄하였다(비교 전지 5-8). 이어서, PV 전지를 적외로에서 표 1에 명시된 바와 같은 피크 불꽃처리 온도로 건조 및 불꽃처리하였다. 각각의 웨이퍼를 상기 피크 온도에서 대략 3∼5 초 동안 불꽃처리하였다. 냉각 후, 상기 부분을 이의 전류-전압(I-V) 특성에 대해서 시험하였다.
에나멜층의 비교
전지 1 전지 2 전지 3 전지 4
충전 인자 (FF) 0.467 0.523 0.494 0.562
효율 (Eff) 9.8 11.4 10.8 12.3
피크 불꽃처리 온도 800℃ 820℃ 820℃ 820℃
비교예 5 비교예 6 비교예 7 비교예 8
충전 인자 (FF) 0.519 0.659 0.659 0.681
효율 (Eff) 11.2 14.3 14.3 14.8
피크 불꽃처리 온도 800℃ 820℃ 820℃ 820℃
'충전 인자' 및 '효율'은 반도체 성분의 측정을 의미한다. 용어 '충전 인자'는 태양 전지의 광 전류 밀도-전압(J-V) 특성 중 최대 전력(Vmp x Jmp)을 단락 전류(Isc) 및 개회로 전압(Voc)으로 나눈 비율로서 정의된다. 개회로 전압(Voc)은 개회로 조건 하의 부하에서 얻을 수 있는 최대 전압이다. 단락 전류 밀도(Jsc)는 단락 조건 하의 부하를 통한 최대 전류이다. 따라서, 충전 인자(FF)는 (VmpJmp)/(VocJsc)로서 정의되며, 여기서 Jmp 및 Vmp는 최대 전력점에서의 전류 밀도 및 전압을 나타낸다. 전지 효율 η이 등식 η = (IscVocFF)/Pin로 제시되며, 여기서 Isc는 단락 전류와 같고, Voc는 개회로 전압과 같으며, FF는 충전 인자와 같고, Pin은 입사 태양 방사선의 전력이다.
TeO2를 함유하는 비교 전지 5∼8의 상기 충전 인자 및 효율은 TeO2를 함유하지 않은 전지 1∼4보다 상당히 높다. 상기 향상은 둘 모두의 불꽃처리 온도에서 관찰되었다. 이론에 얽매임 없이, TeO2를 사용하는 것은 용융된 프릿의 점도를 감소시켜, 상기 프릿이 PV 전지의 반사방지층을 관통, 용해 및/또는 다이제스팅하게 하고, 은 또는 형성된 금속 접점과 상기 기재 전지 간의 저항 접촉을 향상시키는 것으로 생각된다.
본 명세서 전반에 걸친 '한 실시양태', '특정 실시양태', '1 이상의 실시양태' 또는 '실시양태'에 대한 언급은 상기 실시양태와 관련하여 기술된 특정 특성, 구조, 물질 또는 특징이 본 발명의 1 이상의 실시양태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 부분에서의 '1 이상의 실시양태에서', '특정 실시양태에서', '한 실시양태에서' 또는 '실시양태에서'와 같은 문구의 표시는 본 발명의 동일한 실시양태를 필수적으로 의미하지 않는다. 더욱이, 특정 특성, 구조, 물질 또는 특징이 1 이상의 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 발명은 여기서 특정 실시양태를 참조하여 기술되었지만, 이러한 실시양태는 단지 본 발명의 원리 및 적용의 예시임이 이해되어야 한다. 다양한 수정예 및 변경예가 본 발명의 사상 및 범위의 이탈 없이 본 발명의 방법 및 장치에 행해질 수 있다는 것이 당업자에게 명백하게 된다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위 또는 이의 등가물의 범위 내에 있는 수정예 및 변경예를 포함하는 것으로 생각된다.

Claims (15)

  1. TeO2; 및 Bi2O3 및 SiO2 중 1 이상을 포함하고, 의도적으로 첨가된 납을 함유하지 않는 프릿.
  2. 제1항에 있어서, B2O3를 추가로 포함하는 프릿.
  3. 제2항에 있어서, ZnO, Al2O3 및 이의 조합 중 1 이상으로부터 선택되는 1 이상의 제1 산화물 성분을 추가로 포함하는 프릿.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, Ag2O, Sb2O3, GeO2, In2O3, P2O5, V2O5, Nb2O5, Ta2O5 및 이의 조합 중 1 이상으로부터 선택되는 1 이상의 제2 산화물 성분을 추가로 포함하는 프릿.
  5. 제2항에 있어서, Na2O, Li2O, K2O 및 이의 조합 중 1 이상으로부터 선택되는 1 이상의 알칼리 금속 산화물 성분을 추가로 포함하는 프릿.
  6. 제2항에 있어서, BaO, CaO, MgO, SrO 및 이의 조합 중 1 이상으로부터 선택되는 1 이상의 알칼리 토금속 산화물 성분을 추가로 포함하는 프릿.
  7. 제2항에 있어서, 상기 TeO2는 약 0.1 중량% ∼ 약 10 중량% 범위의 양으로 존재하는 것인 프릿.
  8. 제7항에 있어서,
    약 0 중량% ∼ 약 15 중량% 범위의 양의 ZnO; 및
    약 0 중량% ∼ 약 3 중량% 범위의 양의 Al2O3
    중 1 이상으로부터 선택되는 1 이상의 제1 산화물 성분을 추가로 포함하는 프릿.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    약 0 중량% ∼ 약 8 중량% 범위의 양의 Ag2O;
    약 0 중량% ∼ 약 5 중량% 범위의 양의 Sb2O3;
    약 0 중량% ∼ 약 10 중량% 범위의 양의 GeO2;
    약 0 중량% ∼ 약 5 중량% 범위의 양의 In2O3;
    약 0 중량% ∼ 약 8 중량% 범위의 양의 P2O5;
    약 0 중량% ∼ 약 8 중량% 범위의 양의 V2O5;
    약 0 중량% ∼ 약 8 중량% 범위의 양의 Nb2O5; 및
    약 0 중량% ∼ 약 8 중량% 범위의 양의 Ta2O5
    중 1 이상으로부터 선택되는 1 이상의 제2 산화물 성분을 추가로 포함하는 프릿.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 실질적으로 무연인 프릿 및 전도성 화학종을 포함하는 전도성 잉크.
  11. 제10항에 있어서, 상기 프릿은 약 1 중량% ∼ 약 5 중량% 범위의 양으로 존재하는 것인 잉크.
  12. 제10항에 있어서, 텔루르산비스무트 및 규산비스무트, 티타니아, 지르코니아, 인 화합물 및 이의 조합 중 1 이상을 추가로 포함하는 잉크.
  13. 기재 및 그 기재 상에 도포된 제10항에 따른 전도성 잉크를 포함하는 물품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 기재는 반도체, 유리 시트 또는 유리 시트 상에 도포된 에나멜 중 하나인 것인 물품.
  15. 제14항에 있어서, TiO2 및 Si3N4를 포함하는 반사방지층이 기재 상에 직접 도포되고, 그 반사방지층에는 전도성 잉크가 도포되는 것인 물품.
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