KR20110117390A

KR20110117390A - 태양전지용 전극 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지

Info

Publication number: KR20110117390A
Application number: KR1020100036811A
Authority: KR
Inventors: 전태현; 김덕곤
Original assignee: 에스에스씨피 주식회사
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-10-27
Also published as: WO2011132962A3; WO2011132962A2

Abstract

본 발명은 TGA 프로파일 완화제를 통하여 유기물이 기화되는 온도를 조절할 뿐만 아니라, 유기물의 기화 속도를 조절하여, 탈바인딩 공정이 수초에 지나지 않아도, 안정적으로 기판과 전극의 부착을 유도하여 접촉저항을 향상시킬 수 있어 고효율 태양전지 제조에 유리한 전극용 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지를 제공할 수 있다.

Description

태양전지용 전극 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지{Electrode Paste For Solar Cell's Electrode And Solar Cell}

본 발명은 태양전지용 전극 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.

태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 소자로서 일반적으로 p-n 접합 형태를 가지며 그 기본 구조는 다이오드와 동일하다.

도 1은 태양 전지 소자의 일반적인 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 220∼300㎛인 p형 실리콘 반도체 기판(1)을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판(1)의 수광면측에는, 두께가 0.3∼0.6㎛인 n형 불순물층(2)과, 그 위에 반사 방지막(3)과 전면 전극(4)이 형성되어 있다.

또한, p형 실리콘 반도체 기판(1)의 이면측에는 배면 전극(5)이 형성되어 있다. 배면 전극(5)은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클(organic vehicle)로 이루어지는 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후, 660℃(알루미늄의 융점) 이상의 온도에서 소성함으로써 형성되어 있다. 이 소성시에 알루미늄이 p형 실리콘 반도체 기판(1)의 내부로 확산됨으로써, 배면 전극(5)과 p형 실리콘 반도체 기판(1) 사이에 Al―Si 합금층(6)이 형성됨과 동시에, 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물층으로서 p＋층(7)이 형성된다. 이러한 p＋층(7)의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다.

한편, 소성시 전면 전극에서는 반사 방지막이 유리 프리트 분말의 산화 환원 반응을 통하여 침식되어지고, 유리 프리트 분말 내의 도전성 분말 결정이 기판 계면에 석출되는 형태로 도전성 금속 결정립이 석출되고 상기 석출된 금속 결정립이 벌크 전면 전극과 실리콘 기판의 가교 역할을 할뿐만 아니라, 유리 프리트 분말의 두께에 따라 터널링 효과 또는 벌크 전극과의 직접적인 접착에 의한 컨택을 나타내는 것으로 알려져 있다.

소성은 저온소성(500 내지 750 ℃)과 고온소성(800 내지 950 ℃)으로 이루어지며, 향후 저온소성의 필요성이 점차 증대될 것으로 예상되나, 아직까지는 배면 전극의 BSF층이 충분히 형성되기 위해 고온 소성이 필요한 것으로 알려져 있다.

최근에, 고온 소성은 저온 소성에 비하여 택트 타임이나 생산비용 측면에서 불리하기 때문에, 태양전지 제조 업체들은 고온 소성시 가온 속도를 급격히 증가시켜 짧은 시간에 소성이 이루어지는 고속 소성 조건을 채택하고 있다.

이러한 고속 소성 조건은 기존 소성 타입의 전극용 페이스트의 소성 조건과 매우 달라 기존의 전극용 페이스트 조성을 그대로 전용하여 사용하는 것은 매우 현실성이 떨어지며 고효율 실현이 불가하여 상용화가 어렵다. 특히나 태양전지의 전면전극은 상기 소성 공정 중 기판 전면의 반사 방지막을 에칭하여 N층과 오믹컨택을 이루어야 하는 한편, N층을 과하게 에칭하지 않아야 하는 까다로운 조건이 추가되는 점에서 PDP 전극용 페이스트 등 기존의 소성 타입 페이스트의 기술을 채용하는 데 큰 한계가 있다.

기존 소성 타입의 전극용 페이스트로 제조된 조성물은 일반적으로 300도 온도로 서서히 승온시킨 뒤 수 분의 시간 동안 탈바인딩 과정을 거쳐 유기물 성분을 탈바인딩시키고, 500 - 600도 온도로 다시 승온하여 그 범위에서 수 분의 소성 과정을 거쳐 기판과의 부착력을 충분히 유도하는 공정을 거친다. 그러나 태양전지 전극 소성시에는 수 내지 수십 초의 고속 소성 공정을 따르므로 기판과 태양전지용 전극재료 사이의 충분한 부착력을 유도하는데 한계가 있으며, 또한 탈바인딩 공정이 수초에 지나지 않는 관계로, 유기물의 급격한 기화에 의한 소성 과정 중 기판과 태양전지용 전극 사이의 탈락이 일어나 고효율을 얻을 수 없는 문제점이 있음을 발견하였다,

그동안 당업계에서 바람직하게 따르고 있었으며 당연시하였던 전극용 페이스트의 소성 특성은 전극의 전기적 특성을 위해 페이스트 조성 중 유기비히클은 소성시 잔탄량 없이 비교적 낮은 온도에서도 쉽게 제거되어야 한다는 것이었다. 특히 고속 소성의 경우 소성 시간이 짧으므로 이러한 소성 특성은 더욱 더 당업계의 상식이었다. 이를 위해, 비교적 낮은 온도에서 모두 제거될 수 있는 유기비히클을 선택하여 왔다. 본 발명은 이러한 종래의 당연한 생각과 전면적으로 대치된다. 고효율의 태양전지를 얻기 위해서는 고속/고온 소성시 적어도 유기비히클의 일정량은 낮은 소성 온도에서는 제거되지 않고 남아 있어야 하며 높은 소성 온도에 이르러서야 제거되야 함을 발견하였다. 낮은 온도에서 모두 제거될 경우 고속 소성에서는 유기비히클의 갑작스러운 기화에 의해 전극과 기판간의 미세한 들뜸 현상이 발생하여 접촉 저항을 높이게 되고 이는 결국 효율의 저하를 야기하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유기물이 기화되는 온도를 조절할 뿐만 아니라, 유기물의 기화 속도를 조절하여, 탈바인딩 공정이 수초에 지나지 않아도, 안정적으로 기판과 전극의 부착을 유도하여 접촉저항을 향상시킬 수 있어 고효율 태양전지 제조에 유리한 전극용 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 이러한 요구에 부합하는 전극용 페이스트를 연구한 결과, 종래에 알려지지 않았던 파라미터가 매우 중요함을 알게 되었다. 그 파라미터는 전극용 페이스트의 TGA 프로파일이다. 본 발명은 고속 소성 공정에서도 고효율을 제공할 수 있는 최적의 TGA 프로파일을 갖는 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 TGA 프로파일 완화제를 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 페이스트로서, 상기 TGA 프로파일 완화제는 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

<식 1>

전극용 페이스트의 TGA 프로파일이 300℃에서 D값이 15% 이상이고, 270 ~ 550℃ 범위 중 임의의 범위에서 |△W/0.01△T|의 값이 6 %/0.01℃ 이하(단, △T는 20℃ 이상임)가 되도록 TGA 프로파일을 완화시키는 화합물.

D = (Wt - We)/(Wi - We)*100(%)

(D는 특정 온도에서의 유기물 잔존량을 나타내는 수치로서, TGA 프로파일에서 Wt는 특정 온도 t에서의 중량(%), Wi는 처음 중량으로서 100 중량(%), We는 600℃에서의 중량(%)임)

또한, 상기 TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트 전체 총 100중량에 대하여 0.5 내지 15 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

또한, 상기 TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트의 TGA 프로파일이 550℃에서 D값이 5% 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

또한, 상기 TGA 프로파일 완화제는 폴리우레탄계 또는 폴리아크릴레이트계 고분자 분산제인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

또한, 상기 TGA 프로파일 완화제는 열에 의해 기화되는 온도가 350℃ 이상인 유기 바인더인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

본 발명은 또한, 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극 및 배면 전극 중 적어도 하나는 상기 태양전지 전극용 페이스트를 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.

상기의 구성적 특징을 갖는 본 발명은 TGA 프로파일 완화제를 통하여 유기물이 기화되는 온도를 조절할 뿐만 아니라, 유기물의 기화 속도를 조절하여, 탈바인딩 공정이 수초에 지나지 않아도, 안정적으로 기판과 전극의 부착을 유도하여 접촉저항을 향상시킬 수 있어 고효율 태양전지 제조에 유리한 전극용 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 태양전지의 단면 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 제조예 1의 전극 소성 후의 SEM 사진,
도 3은 비교제조예 1의 전극 소성 후의 SEM 사진이다.

이하에서는 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기의 설명은 본 발명의 구체적 일례에 대한 것이므로, 비록 단정적, 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.

본 발명은 도전성 금속 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 특정 조건을 만족시키는 TGA 프로파일 완화제를 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 페이스트를 제공한다.

이하 각 성분을 구체적으로 설명한다.

<도전성 금속 분말>

도전성 금속 분말로는 은 분말, 구리분말, 니켈 분말, 알루미늄 분말 등이 사용될 수 있는데, 전면 전극의 경우 은 분말이 주로 사용된다. 이하에서는 편의상 은 분말을 예로 들어 도전성 금속재료에 대해 설명한다.

은 분말은 평균입경은 0.5 ~ 5㎛이며, 그 형상이 구상(球狀), 침상(針狀), 판상(板狀) 그리고 무정상(無定狀) 중 적어도 1종 이상일 수 있다. 은 분말의 평균입경은 페이스트화 용이성 및 소성시 치밀도를 고려할 때 0.5㎛ 내지 5㎛이 바람직하다. 그리고, 은 분말의 함량은 인쇄시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 전극용 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 60 내지 90 중량%가 바람직하다.

한편, 도전성 금속 분말은 일반적으로 입경이 작아야 효율면에서 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나 도전성 금속 분말의 입경이 작을 경우 치밀도가 높아 유기물이 기화되어 날라가는 것을 방해하고 이로 인하여 전극과 기판간의 들뜸 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상으로 인해 도전성 금속 분말의 입경을 작게 하는 것에 한계가 있었다. 본 발명에 따른 TGA 프로파일 완화제는 들뜸 현상을 감소시킬 수 있으므로 도전성 금속 분말의 입경을 보다 더 작게 가져갈 수 있는 장점이 있다.

<유기 비히클>

유기 비히클에는 제한되지 않으나 유기 바인더와 용제 등이 포함될 수 있다.본 발명의 실시예에 따른 전극용 페이스트 조성물에 사용되는 바인더는 제한되지 않으나 셀룰로오스 에스테르계 화합물로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 에테르 화합물로는 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 플로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로오스, 아크릴계 화합물로는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 비닐계로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올중 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다. 상기 아크릴계 화합물의 분자량은 5,000 내지 50,000인 것이 바람직하다.

조성물의 희석을 위해 사용되는 용제로서는 알파-터피네올, 텍사놀, 디옥틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 시클로헥산, 헥산, 톨루엔, 벤질알코올, 디옥산, 디에틸렌글리콜, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트, 등으로 이루어진 화합물 중에서 적어도 1종 이상 선택되어 사용되는 것이 좋다.

<유리 프릿>

사용되는 유리 프릿은 제한되지 않는다. 유연 유리 프릿뿐만 아니라 무연 유리 프릿도 사용 가능하다. 그 조성이나 입경, 형상에 있어서도 특별히 제한을 두지 않는다. 바람직하기로는 유리 프릿의 평균 입경은 0.5 ~ 5㎛ 이며, 그 성분이, PbO 43 ~ 91 wt%, SiO2 21 wt% 이하, B2O3+Bi2O3 25 wt%이하, Al2O3 7wt% 이하, ZnO 20 wt% 이하, Na2O+K2O+Li2O 15 wt% 이하, BaO+CaO+MgO+SrO 15 wt% 이하인 유리분말중 적어도 1종 이상인 것이 바람직하며, 유리 연화온도가 320 ~ 520℃, 열팽창 계수가 62 ~ 110 × 10-7/℃ 인 것이 바람직하다. 유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 10중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 10 중량% 초과하면 은 분말의 소성체 내에 유리 성분이 너무 많아져 전기 비저항이 역시 높아질 우려가 있다.

TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트의 TGA 프로파일에 있어서, 다음의 식 1을 만족시키면서 전극용 페이스트의 TGA 프로파일을 완화시키는 물질을 말한다. 이러한 조건을 만족시키는 물질이라면 제한되지 않고 첨가될 수 있다.

<식 1>

전극용 페이스트의 TGA 프로파일에서, 300℃에서 D값이 15% 이상이고, 270 ~ 550℃ 범위 중 임의의 범위에서 |△W/0.01△T|의 값이 6 %/0.01℃ 이하(단, △T는 20℃ 이상임).

D = (Wt - We)/(Wi - We)*100(%)

300℃에서 D값이 15% 미만인 경우에는 소성 초기에 유기물의 기화가 집중되어 일어나게 되어 문제되며, |△W/0.01△T|의 값이 6 %/0.01℃를 초과할 경우에는 유기물의 기화가 급격하게 일어나 전극과 기판간에 들뜸 현상이 발생할 수 있어 효율을 떨어뜨린다.

TGA 프로파일 완화제는 더 바람직하기로는 550℃에서 D값이 5% 미만인 것이 좋다. 이는 소성 후의 잔탄량과 관련된 수치로서, 550℃에서 D값이 5% 이상인 경우에는 소성 후에 유기물의 잔탄량이 허용범위를 초과하여 전극의 불순물로 작용하게 되고 이 때문에 선저항 등이 증가하는 문제점이 있다.

TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트의 TGA 프로파일이 급격하게 떨어지는 것을 완화시키는 역할을 하는 물질로서, 상기의 식을 만족시키는 것이라면 종류에 제한되지 않고 사용될 수 있다. TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트의 성분 중 하나인 유기 바인더일 수 있으며, 부가적 기능을 위해 첨가하는 각종 첨가제 중에 하나일 수 있으며, 오직 TGA 프로파일 완화를 위해서 특별하게 첨가하는 성분일 수도 있다.

유기 바인더 역할을 겸할 수 있는 TGA 프로파일 완화제의 일례로서, 300℃ 이상에서 기화가 일어나는 유기 고분자를 들 수 있다. 그 예로서, 폴리비닐부티랄이 있다. 폴리비닐아세테이트를 이용하여 폴리비닐알코올을 제조한 다음 알데하이드를 반응시켜 제조하므로, 비닐아세테이트 그룹과 비닐알코올 그룹이 소량 존재한다. 폴리비닐부티랄의 중량 평균 분자량은 5,000 내지 1,000,000의 범위의 것이 적절하며, 바람직하게는, 10,000 내지 500,000인 것이 좋다. 폴리비닐부티랄 바인더 고분자의 사용량은 1 내지 15 중량%인 것이 바람직하다.

아크릴계 바인더로서는 분자량이 100,000 이상인 아크릴레이트계 바인더 중에서 기화가 특히 고온에서 일어나는 바인더를 선택할 수 있으며, 그 예로서, Elvacite 2045(Dupont사 제품) 등을 들 수 있다.

셀룰로오스계 바인더로서는 에틸셀룰로오스(EC) 등을 들 수 있다. 분자량은 큰 것이 기화가 고온에서 일어나 바람직하다.

TGA 프로파일 완화를 위한 유기 바인더를 설계할 수도 있다. 하나의 방법으로서, 이론 Tg가 높은 모노머들을 잘 조합하여 고분자를 합성할 경우 고온에서 기화가 일어나는 유기 바인더를 얻을 수 있다.

TGA 프로파일 완화제의 또 다른 예로서, 고분자 분산제를 들 수 있다. 일부 고분자 분산제는 TGA 프로파일 완화의 역할을 하면서 전극용 페이스트의 분산성을 향상시킬 수 있다. 더 나아가 습윤성도 향상시킬 수 있는 것도 존재한다. 일례로서, 폴리우레탄계 고분자 분산제, 폴리아크릴레이트계 고분자 분산제 등을 들 수 있다.

본 발명에 의한 전극용 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 분산제, 탈포제, 레벨링제 등을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 태양전지 전극용 페이스트를 기재 위에 도포하고, 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 태양전지 전극을 제공한다. 본 발명의 태양전지 전극 형성방법에서 상기 태양전지 전극 형성용 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다. 일예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 본 발명의 페이스트로 제조되는 전극은 전면의 핑거 전극, 버스바 전극 또는 배면 전극일 수 있으며, 상기 인쇄는 스크린 인쇄, 옵셋 인쇄일 수 있으며, 상기 건조는 90 내지 250 ℃에서 이루어 질 수 있으며, 상기 소성은 600 내지 950 ℃에서 이루어질 수 있다. 바람직하기로는 상기 소성이 800 내지 950 ℃, 더욱 바람직하게는 850 내지 900 ℃에서 5초 내지 1분간 이루어지는 고온/고속 소성을 하는 것이 좋으며, 상기 인쇄는 20 내지 60 ㎛의 두께로 인쇄를 하는 것이 좋다. 구체적인 일예로 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0108550호, 제10-2006-0127813호, 일본국 공개특허공보 특개2001-202822 및 특개2003-133567에 기재된 태양전지의 구조 및 이의 제조방법을 들 수 있다.

<실시예>

페이스트 조성물의 제조

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 바인더, 분산제, 레벨링제, 유리 프릿(평균 입경 1㎛) 등을 넣고 삼본밀을 사용하여 분산한 후, 실버 파우더(구상, 평균 입경 1㎛)를 혼합하고 또한 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다.

제조된 도전성 페이스트를 TGA Q500 V6.3 Build 189(=> 맞는지 확인요) 열중량분석기를 이용하여, 질소 분위기하 60ml/min 유량, 승온 속도 10℃/min의 조건으로, 실온으로부터 600℃까지 열중량분석을 행했다. 열중량분석의 결과로 나온 TGA 데이타에서 300℃에서 D값, 270 ~ 550℃ 범위 중 임의의 범위에서 |△W/0.01△T|의 최대값(%/0.01℃), 550℃에서의 D값을 특정하여 표 1에 나타내었다.

구분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 5	비교제조 예1	비교제조 예2
EC^a	1		1	1	1
PVB^a		1
NC^a						1
잔탄량문제 바인더							¹
부착증진 바인더^a	1	1	1	1	1	1	1
EFKA-4300	1.8	1.8					1.8
EFKA-5244				1.8
KD2			1.8
저분자분산제					1.8	1.8
용제 1	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4	3.4
용제 2	2	2	2	2	2	2	2
유동성 첨가제	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3	1.3
레벨링제	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
실버 파우더	78	78	78	78	78	78	78
유리 프릿	11	11	11	11	11	11	11
D(at 300℃)	20	23	25	26	16	9	32
\|△W/0.01△T\|	4.8	3.9	5.6	4.3	5.7	8.2	3.1
D(at 550℃)	1	3	1	2	1	1	6

a: 고형분 기준

<실험예> Cell의 제조 및 특성 테스트

상기 제조예 1 내지 5 및 비교제조예 1 내지 2에서 제조한 페이스트를 Wafer의 전면에 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고 하고, 열풍식 건조로를 사용하여 150 ℃에서 6분 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 20초에서 30초간 소성을 행하였으며, 이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지효율측정장비(EndeasI社, Quicksun120A)를 사용하여, Isc, Voc, Fill Factor, 효율성능을 관찰하여 비교제조예의 값 100을 기준으로 상대적 값을 표시하였다. 또한 Cell 표면의 거침 정도는 육안으로 관찰하였으며, 표면에 거친 부분이 있는 경우는 "거침", 표면에 거친 부분이 없는 경우는 "양호"로 표시하였다. 또한, 전자현미경사진(SEM)을 통해 기판과 전극과의 들뜸 정도(컨택 특성)를 확인하였으며 대표적으로 제조예 1과 비교제조예 1의 SEM 사진을 각각 도 2 및 도 3에 나타내었다.

구분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 5	비교제조 예1	비교제조 예2
Isc	103.0	102.1	101.8	102.6	101.6	100.0	100.7
Rs	78.3	87.0	82.6	84.8	78.3	100.0	128.3
Rsh	157.1	180.0	145.7	157.1	151.4	100.0	157.1
Voc	101.2	102.4	100.8	100.8	100.8	100.0	100.0
Fill Factor	102.6	101.9	101.5	102.2	101.1	100.0	100.4
효율	105.5	103.2	103.7	104.6	102.3	100.0	100.9
표면 거침	양호	양호	양호	양호	양호	거침	양호

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조예들은 비교제조예 1에 비하여 시리즈 저항이 크게 감소하였으며, Fill Factor와 효율이 좋아진 것을 확인할 수 있으며, 비교제조예 1의 경우 |△W/0.01△T|값이 크고, D(at 300℃) 값이 작아서 급격하게 유기물이 제거됨으로 인해 표면이 거친 것을 확인하였다. 또한 비교제조예 2의 경우에는 D(at 550℃)의 값이 커서 잔탄량이 많으며 이에 따라 시리즈 저항이 급격하게 나빠지는 것을 확인할 수 있다.

이로써, 태양전지 전극용 도전성 페이스트의 TGA 데이타에서, |△W/0.01△T|와 D(at 300℃), D(at 550℃) 값은 소성 공정에서 형성되는 전극의 미세구조에 영향을 주는 인자임이 밝혀졌으며, 전기적 특성과 밀접한 관련이 있음을 확인할 수 있다.

또한, 도 2와 도 3의 사진으로 알 수 있는 바와 같이, 제조예 1의 경우 전극과 기판간의 컨택이 매우 좋은 것을 알 수 있으며, 이에 반하여 비교제조예 1의 경우 전극과 기판간에 공극이 많아 컨택이 불량하고 이에 따라 저항이 증가하고 효율이 떨어지는 문제점이 존재하는 것을 알 수 있다.

상기의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일례이므로, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 가할 수 있는 구성의 변형, 치환, 수정, 생략 등은 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 권리범위에 포함된다.

Claims

도전성 금속 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 TGA 프로파일 완화제를 포함하여 이루어진 태양전지 전극용 페이스트로서,
상기 TGA 프로파일 완화제는 하기의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.

<식 1>
전극용 페이스트의 TGA 프로파일이 300℃에서 D값이 15% 이상이고, 270 ~ 550℃ 범위 중 임의의 범위에서 |△W/0.01△T|의 값이 6 %/0.01℃ 이하(단, △T는 20℃ 이상임)가 되도록 TGA 프로파일을 완화시키는 화합물.
D = (Wt - We)/(Wi - We)*100(%)
(D는 특정 온도에서의 유기물 잔존량을 나타내는 수치로서, TGA 프로파일에서 Wt는 특정 온도 t에서의 중량(%), Wi는 처음 중량으로서 100 중량(%), We는 600℃에서의 중량(%)임)
제1항에 있어서, 상기 TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트 전체 총 100중량에 대하여 0.5 내지 15 중량부 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 TGA 프로파일 완화제는 전극용 페이스트의 TGA 프로파일이 550℃에서 D값이 5% 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 TGA 프로파일 완화제는 폴리우레탄계 또는 폴리아크릴레이트계 고분자 분산제인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
제1항에 있어서, 상기 TGA 프로파일 완화제는 열에 의해 기화되는 온도가 350℃ 이상인 유기 바인더인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
상기 전면 전극 및 배면 전극 중 적어도 하나는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 페이스트를 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.