KR20120015579A - 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 분말, 유기 비히클 및 산화안티몬을 포함하되, 상기 산화안티몬이 전체 페이스트 중 0.001 중량% 이상 1.0 중량% 미만 포함되어 있는 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지용 알루미늄 페이스트를 이용한 태양전지는 보잉 현상이 감소하고 비드가 발생하지 않으며 변환 효율이 우수한 특성을 나타낸다.
본 발명의 태양전지용 알루미늄 페이스트를 이용한 태양전지는 보잉 현상이 감소하고 비드가 발생하지 않으며 변환 효율이 우수한 특성을 나타낸다.
Description
본 발명은 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 산화안티몬(Sb2O3)을 첨가하여 보잉(bowing) 감소, 비드 억제 및 변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 후면 전극용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.
석유나 석탄과 같은 화석 연료의 에너지 자원의 고갈이 예측되며, 새로운 대체에너지원으로 태양광을 활용하는 태양전지가 주목받고 있다.
일반적으로 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환하는 반도체소자로서 주로 실리콘 소재가 사용되며, 도 1에서 보여주는 바와 같이, 기본적으로 p-n 접합 구조를 이루고 있는 실리콘 웨이퍼(10)와 상기 실리콘 웨이퍼(10)의 상면에 형성되며 빛이 태양전지의 내부로 잘 흡수될 수 있도록 기능하는 반사방지막(20)과 상기 실리콘 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에 각각 인쇄 적층되어 실리콘 웨이퍼(10)의 내부에서 만들어진 전기를 외부로 끌어내는 전면 전극(30) 및 후면 전극(40)으로 이루어진다.
통상 전면 전극(20)으로는 은(Ag) 페이스트가 사용되며, 후면 전극(40)으로는 광전변환 효율 향상을 위해 알루미늄(Al) 페이스트가 주로 사용된다.
또한, 상기 반사방지막(20)을 실리콘 웨이퍼(10)에 형성시키는 대신 표면을 거칠게 표면 처리하여 입사되는 태양빛의 반사율을 감소되게 구성할 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 태양전지는 태양광이 입사되어 실리콘 웨이퍼의 내부로 흡수되면 이 흡수된 빛에 의해 실리콘 웨이퍼 내부에 (+)(-) 전하가 생성되고 실리콘 웨이퍼 내의 p형 실리콘과 n형 실리콘의 p-n접합에서 만들어진 전위차에 의해 생성된 전하의 전자(-)와 정공(+)이 분리되어 전자는 n형 실리콘쪽으로 이동하고 정공은 p형 실리콘쪽으로 이동하게 되며 이에 의해 전면 전극 및 후면 전극에 수집되어 후면 전극이 양극이 되고 전면 전극이 음극이 되어 전기를 공급할 수 있게 된다.
그런데, 상술한 바와 같은 태양전지에 사용되는 종래의 후면 전극은 실리콘 웨이퍼 상에 후면 전극재료인 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 소성하고 모듈화하는 공정에 의해 형성되는데, 종래에는 태양전지 제조를 위한 소성(sintering) 처리시 웨이퍼와 후면 전극간의 열팽창계수 차이로 인해 발생되는 스트레스로 소성 공정 후 웨이퍼가 휘거나 굽어지는 보잉(bowing) 현상이 발생하거나 변환 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 태양전지의 제조비용을 절감하기 위해서는 실리콘 웨이퍼의 두께를 얇게 해야 하나 실리콘 웨이퍼의 두께가 얇아질수록 이러한 보잉 현상이 더욱 증가하여 태양전지의 제조시 웨이퍼의 비용상승을 초래하는 요인이 되고 있다.
본 발명은 태양전지 제조시의 보잉 현상을 제거하여 태양전지의 제조불량을 최소화할 수 있는 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 보다 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있도록 하여 태양전지의 제조비용을 절감할 수 있는 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비드(bead)의 발생을 억제하고 변환효율이 우수한 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이을 이용한 태양전지를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 태양전지용 알루미늄 페이스트에 관한 것이다. 상기 태양전지용 알루미늄 페이스트는 알루미늄 분말, 유기 비히클 및 산화안티몬을 포함하며, 상기 산화안티몬은 전체 페이스트 중 0.001 중량% 이상 1.0 중량% 미만 포함되어 있다.
구체예로서, 상기 산화안티몬의 평균입경은 0.1 내지 10㎛일 수 있다.
구체예로서, 상기 알루미늄 분말은 전체 페이스트에 대해 60 중량% 내지 80 중량% 포함될 수 있다.
구체예로서, 상기 알루미늄 분말은 평균입경이 0.1 내지 10㎛일 수 있다.
구체예로서, 상기 알루미늄 페이스트는 유리 프릿 및 분산제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지용 알루미늄 페이스트로부터 형성된 후면 전극을 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지는 태양전지 제조시의 보잉 현상을 제거하고 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지는보다 얇은 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있도록 하여 태양전지의 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지는 비드의 발생을 방지하여 제품 불량을 감소시킬 수 있으며, 전극의 안정성 및 그에 따른 태양전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 태양전지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 알루미늄 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 단면도이다.
도 3은 보잉의 측정 방법을 설명하기 위한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 알루미늄 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 단면도이다.
도 3은 보잉의 측정 방법을 설명하기 위한 사진이다.
본 발명은 산화안티몬(Sb2O3)을 포함하는 태양전지용 알루미늄 페이스트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다. 알루미늄 분말과 산화안티몬 외에, 유기 비히클, 유리 프릿(frit) 및 분산제 등이 포함될 수 있으며 당업계에서 통상 사용되는 것이면 그 종류가 특별히 제한되지 않는다.
(1) 알루미늄 분말
알루미늄 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있는데, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 알루미늄 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 알루미늄 분말일 수 있으며, 2이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 알루미늄 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
알루미늄 분말의 배합량이 너무 적으면 전극의 고유 저항이 상승하는 문제점이 생길 수 있고, 너무 많으면 인쇄성이 나빠지고, 물리적인 접착 강도가 부족해지는 문제점이 발생할 수 있다.
즉, 알루미늄 분말은 페이스트 전체에 대해 40 중량% 내지 90 중량%, 바람직하게는 60 중량% 내지 80 중량%를 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알루미늄 분말은 반드시 구형의 분말일 필요는 없으며 플레이크상, 부정 형상 등 다양한 형태의 분말이 가능하다.
알루미늄 분말의 평균입경은 0.01 내지 20㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 10㎛ 인 것을 사용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
(2) 산화안티몬(
Sb
2
O
3
,
antimony
oxide
)
상기 산화안티몬이 페이스트 내에 적절한 함량으로 첨가될 경우 보잉 현상을 효과적으로 제거할 수 있다.
보잉 현상 제거에 효과적인 산화안티몬의 비율은 페이스트 전체에 대해 0.001 중량% 이상 1.0 중량% 미만 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위에서 보잉 연상을 효과적으로 억제할 수 있고, Hot water test에서의 기포 발생을 억제할 수 있다.
상기 산화안티몬은 안티몬 또는 황화안티몬을 공기 중에서 태워서 승화시키거나, 안티몬을 황산 또는 질산에 녹여서 묽은 알칼리 속에서 가열, 가수분해하여 제조될 수 있다.
상기 산화안티몬은 반드시 구형의 분말일 필요는 없으며 다양한 형태의 분말이 가능한데, 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 분말 형태가 바람직하다. 상기 산화안티몬 평균입경 범위에서 페이스트의 인쇄성 및 공정성이 좋으며, 점도 조절이 용이한 장점이 있다.
(3) 유기
비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 페이스트의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 페이스트를 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 페이스트에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함하며 그 밖에 틱소트로픽제(thixotropic agent) 등을 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있으며 에틸 셀룰로오스가 일반적으로 사용되는 수지이다. 그러나, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수도 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸센로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기 비히클의 배합량은 페이스트 전체에 대해 0.1 내지 40 중량%일 수 있다. 유기 비히클의 양이 너무 적으면 충분한 접착 강도를 확보할 수 없고 너무 많으면 페이스트의 인쇄성이 저하될 수 있다.
(4) 유리 프릿(
glass
frit
)
상기 유리 프릿은 통상적으로 태양전지 전극 페이스트에 사용되는 유연 유리 프릿 또는 무연 유리 프릿 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
예를 들어, 산화아연-산화규소계(ZnO-SiO2), 산화아연-산화붕소-산화규소계(ZnO-B2O3-SiO2), 산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화비스무스-산화규소계(Bi2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-B2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2), 또는 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3) 유리 프릿 등이 이용될 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으며, 페이스트 전체에 대해 0.1 내지 20 중량% 포함될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 유리 프릿의 형상은 구형이어도 부정형상이어도 무방하다.
상기 유리 프릿은 상용의 제품을 구매하여 사용하거나 원하는 조성을 얻기 위해, 예를 들어, 이산화규소(SiO2), 알루미늄산화물(Al2O3), 붕소산화물(B2O3), 비스무스산화물(Bi2O3), 나트륨산화물(Na2O), 산화아연(ZnO) 등을 선택적으로 용융하여 제조할 수도 있다.
(5) 분산제
본 발명의 페이스트는 분산제를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제로는 스테아린산, 팔미트산, 미리스틴(myristin)산, 올레인산, 라우린산 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 이들 분산제의 배합량은 페이스트 전체에 대해 ０.1 내지 5 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 우수한 분산성과 함께 소성에 의해 발생되는 전극의 고유저항 상승을 방지할 수 있다.
(6) 기타 첨가제
안정제, 산화 방지제, 실란 커플링제, 점조 조절제 등의 각종 첨가제를 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위 내에서 배합할 수 있다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지용 알루미늄 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지는 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘웨이퍼를 사용할 수 있으며, 박막 실리콘일 수도 있다.
단결정 실리콘 웨이퍼의 경우에는 인상법 등에 의해 형성되고 다결정 실리콘 웨이퍼의 경우에는 주조법 등에 의해 형성될 수 있다. 인상법이나 주조법에 의해 형성된 실리콘 주괴를 소정 두께(예를 들어, 100㎛)의 두께로 슬라이스한 후 그 NaOH, KOH, 불산 등으로 그 표면을 에칭하여 청정화한다.
p-타입 실리콘 웨이퍼를 사용할 경우, n층(102)은 인과 같은 5가 원소를 확산시켜 형성할 수 있으며, 확산층의 깊이는 확산 온도 및 시간 등을 조절하여 다양하게 할 수 있다. 예를 들어, P2O5를 도포하여 열확산 시키는 열확산법, 가스 상태로 POCl3를 확산원으로 한 기상열 확산법, P+ 이온을 직접 주입하는 방법 등에 의해 형성될 수 있다.
n층(102)의 상부에는 반사방지막(106)이 형성될 수 있다. 반사방지막(106)은 입사광에 대한 태양전지 표면의 반사율을 감소시켜 광 흡수량을 증가시키고 이에 따라 전류의 발생을 증가시키는 역할을 한다. 반사방지막(106)으로는 SiNx, TiO2, SiO2, MgO, ITO, SnO2, ZnO 등의 단층막 또는 다층막일 수 있다. 상기 반사방지막(106)은 스퍼터링(sputtering), CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 박막증착 공정에 의해 형성될 수 있다.
예를 들어, 열 CVD에 의해 SiNx막을 코팅할 경우, 출발물질은 디클로로실란(SiCl2H20 및 암모니아(NH3) 가스이고, 막 형성은 통상 700℃ 이상에서 형성된다.
반사방지막(106)의 상부에는 은 페이스트를 스크린 프린팅 등에 의해 전면 전극(108)이 형성되고 소성하는 동안 반사방지막을 관통하여 n층(102)과 접속이 되게 된다.
태양전지의 후면, 즉 p층(104)의 하부에는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 페이스트를 사용한 후면 전극(110)이 형성된다. 후면 전극으로 사용되는 알루미늄 페이스트는 먼저 수지 용액을 제조하고, 알루미늄 분말과 유리 프릿을 프리믹싱(premixing)한 후 분산(milling)하여 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 알루미늄 페이스트를 p층(104)의 하부에 도포(프린팅)하고 건조 및 소성 단계를 거쳐 후면 전극을 완성한다.
후면 전극을 소성하는 단계에서 BSF(Back Surface Field)층이 형성될 수 있으며, 후면 전극의 형성 전에 별도의 BSF층 형성 공정을 거칠 수도 있다. BSF층이란 실리콘 웨이퍼의 후면측에 일도전형 반도체 불순물이 고농도로 확산된 영역을 말하며 캐리어의 재결합에 의한 변환 효율의 저하를 막는 역할을 한다. 예를 들어, BBr3를 확산원으로 한 열확산법을 이용하여 800~1000℃ 정도에서 BSF층을 별도로 형성할 수 있다.
한편, 알루미늄 전극은 납땜이 불가능하므로 전기접속을 위해 버스바 전극(112)이 형성될 수 있다. 버스바 전극(112)은 은 분말, 유기 비히클 및 유리 프릿 등을 포함하는 은 페이스트를 도포하고 소성하여 형성하거나, 은 분말, 알루미늄 분말, 유기 비히클 및 유리 프릿 등을 포함하는 은-알루미늄 페이스트를 도포하고 소성하여 형성할 수도 있다.
실시예
및
비교예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
아래 [표 1] 및 [표 2]에서, 알루미늄 분말1은 Goldsky사 3㎛ 알루미늄 분말, 알루미늄 분말2는 Jinmao사 4㎛ 알루미늄 분말을 사용하였으며, 각 조성의 비율은 페이스트 전체에 대한 중량%이다.
| 조성 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 |
| 알루미늄 분말1 | 74 | - | - | 74 | - |
| 알루미늄 분말2 | - | 74 | 74 | - | 74 |
| 유기 비히클 | 24 | 24.25 | 23.25 | 23 | 23 |
| 유연 유리 프릿 | 1 | - | - | 2 | - |
| 무연 유리 프릿 | - | 1 | 1 | - | 2 |
| 분산제 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 산화안티몬 | 0.5 | 0.25 | 0.75 | 0.5 | 0.5 |
| 합계(중량%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 조성 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | 비교예 7 | 비교예 8 |
| 알루미늄 분말1 | 74 | 74 | - | - | 74 | - | 74 | 74 |
| 알루미늄 분말2 | - | - | 74 | 74 | - | 74 | - | - |
| 유기 비히클 | 24.5 | 24 | 24.5 | 24 | 23.5 | 23.5 | 22.5 | 22 |
| 유연 유리 프릿 | 1 | 1.5 | - | - | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 무연 유리 프릿 | - | - | 1 | 1.5 | - | - | - | - |
| 분산제 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 산화안티몬 | - | - | - | - | - | - | 1.0 | 1.5 |
| 합계(중량%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
실시예
1
에틸셀룰로오스(Dow chemical company, STD20) 고분자를 터핀올(Fujian QingLiu Minshan Chemical Co.,Ltd.) 및 BCA(삼전순약공업(주))에 충분히 용해시켜 제조(각 성분의 중량비 에틸셀룰로오스: 터핀올: BCA = 1: 4.5: 4.5)한 유기 비히클 24 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 유연 유리 프릿((주)파티클로지, CI-05) 1.0 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 0.5 중량%, Goldsky社 3㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합 후, 분산기(Dispermat)를 이용하여 3,000rpm의 속도로 3시간 동안 분산하여 페이스트를 제조하였다.
실시예
2
상기 실시예 1에서 사용한 유기 비히클 24.25 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 무연 유리 프릿((주)파티클로지, BF-403D2) 1.0 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 0.25 중량%, Jinmao社 4㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
실시예
3
상기 실시예 1에서 사용한 유기 비히클 23.25 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 무연 유리 프릿((주)파티클로지, BF-403D2) 1.0 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 0.75 중량%, Jinmao社 4㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
실시예
4
상기 실시예 1에서 사용한 유기 비히클 23 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 유연 유리 프릿((주)파티클로지, CI-05) 2 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 0.5 중량%, Goldsky社 3㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
실시예
5
상기 실시예 1에서 사용한 유기 비히클 23 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 무연 유리 프릿((주)파티클로지, BF-403D2) 2 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 0.5 중량%, Jinmao社 4㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
1
상기 실시예 1에서 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T))를 사용하지 않고, 상기 실시예 1에서 사용한 유기 바인더 24.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
2
상기 실시예 1에서 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T))를 사용하지 않고, 상기 실시예 1에서 사용한 유연 유리 프릿((주)파티클로지, CI-05) 1.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
3
상기 실시예 2에서 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T))를 사용하지 않고, 상기 실시예 1에서 사용한 유기 바인더 24.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
4
상기 실시예 2에서 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T))를 사용하지 않고, 상기 실시예 2에서 사용한 무연 유리 프릿((주)파티클로지, BF-403D2) 1.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
5
상기 실시예 4에서 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T))를 사용하지 않고, 상기 실시예 1에서 사용한 유기 바인더 23.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
6
상기 실시예 5에서 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T))를 사용하지 않고, 상기 실시예 1에서 사용한 유기 바인더 23.5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
7
상기 실시예 1에서 사용한 유기 비히클 22.5 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 유연 유리 프릿((주)파티클로지, CI-05) 2.0 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 1.0 중량%, Goldsky社 3㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
비교예
8
상기 실시예 1에서 사용한 유기 비히클 22.0 중량%에 분산제 BYK111(BYK-chemie) 0.5 중량%, 유연 유리 프릿((주)파티클로지, CI-05) 2.0 중량%, 산화안티몬(Sb2O3, 삼전순약공업(주) Antimony(Ⅲ) oxide, 98.0%(T)) 1.5 중량%, Goldsky社 3㎛ Al 분말 74 중량%를 혼합하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 페이스트를 제조하였다.
[보잉의 측정]
도 3에서와 같이 소성된 태양전지를 평평한 바닥에 놓고 중심에서 태양전지 셀의 가장 높은 부분까지의 거리를 보잉으로 정의하였다.
[비드의 측정]
소성된 태양전지의 뒷면을 육안으로 관찰하여 비드 발생 유무를 확인하였다.
[효율 측정]
전면 전극으로는 PA-SF8100(제일모직, Ag Paste)을 사용하였으며, 벨트 속도 220ipm, 대역 온도가 대역 1 = 500℃, 대역 2 = 550℃, 대역 3 = 650℃, 대역 4 = 730℃, 대역 5 = 820℃, 대역 6 = 910℃로 설정된 BTU사의 소성로를 이용하여 제조된 태양전지를 PASAN사의 셀 테스터(Cell tester)를 이용하여 측정하였다.
[Hot water test]
소성 전 태양전지 셀을 70℃의 Hot water에 담가 알루미늄 페이스트에 기포가 발생하는 지 여부를 관찰하여 기포가 발생하면 X, 기포가 발생하지 않으면 O로 표시하였다.
Hot water test에서의 기포 발생은 전극이 공기 중의 수분과의 반응성이 높거나 기타 안정성이 낮을 수 있다는 것을 의미하며 이는 태양전지 모듈의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
상술한 실시예 및 비교예에 따라 제조된 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 보잉, 비드, 변환 효율 및 Hot water test 결과를 아래 [표 3]에 나타내었다.
| 조성 | 보잉(mm) | 비드(bead) | 변환 효율(%) | Hot water test |
| 실시예 1 | 1.5 | 무 | 16.51 | O |
| 실시예 2 | 1.5 | 무 | 16.64 | O |
| 실시예 3 | 1 | 무 | 16.37 | O |
| 실시예 4 | 1.5 | 무 | 16.21 | O |
| 실시예 5 | 1.5 | 무 | 16.20 | O |
| 비교예 1 | 4 | 유 | 16.38 | 0 |
| 비교예 2 | 5 | 유 | 16.41 | 0 |
| 비교예 3 | 4 | 유 | 16.17 | 0 |
| 비교예 4 | 5.5 | 유 | 16.15 | 0 |
| 비교예 5 | 6.5 | 무 | 16.03 | 0 |
| 비교예 6 | 6.5 | 무 | 16.10 | 0 |
| 비교예 7 | 1 | 무 | 16.23 | X |
| 비교예 8 | 1 | 무 | 16.31 | X |
[표 3]에 나타낸 것과 같이, 산화안티몬이 페이스트 전체에 대해 각각 0.25 중량%, 0.5 중량% 및 0.75 중량% 포함된 태양전지용 알루미늄 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 보잉은 1.5mm 이하로서, 산화안티몬을 포함하지 않는 알루미늄 페이스트를 사용한 태양전지의 보잉(4~6.5mm)에 비해 보잉이 크게 감소했고, 비드의 발생이 없었으며, Hot water test에서도 기포의 발생이 관찰되지 않아 제조불량을 획기적으로 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 산화안티몬이 페이스트 전체에 대해 각각 0.25 중량%, 0.5 중량% 및 0.75 중량% 포함된 태양전지용 알루미늄 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 변환 효율이 산화안티몬을 포함하지 않는 경우에 비해 더 우수함을 확인할 수 있다.
한편, 산화안티몬이 페이스트 전체에 대해 각각 1.0 중량%, 1.5 중량% 포함된 태양전지용 알루미늄 페이스트를 후면 전극으로 사용한 태양전지의 경우, 보잉 특성이 우수하고, 비드 발생이 없으며, 변환효율도 우수한 편에 속하나 Hot water test 결과 전극의 안정성이 낮아 태양전지 모듈의 신뢰성을 저하시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
102 : n층 104 : p층
106 : 반사방지막 108 : 전면 전극
110 : 후면 전극 112 : 버스바 전극
106 : 반사방지막 108 : 전면 전극
110 : 후면 전극 112 : 버스바 전극
Claims (6)
- 알루미늄 분말;
유기 비히클; 및
산화안티몬;
을 포함하며, 상기 산화안티몬은 전체 페이스트 중 0.001 중량% 이상 1.0 중량% 미만 포함되어 있는 태양전지용 알루미늄 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 산화안티몬의 평균입경은 0.1 내지 10㎛인 태양전지용 알루미늄 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 분말은 전체 페이스트에 대해 60 중량% 내지 80 중량% 포함된 태양전지용 알루미늄 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 분말은 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 태양전지용 알루미늄 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 알루미늄 페이스트는 유리 프릿 및 분산제를 더 포함하는 태양전지용 알루미늄 페이스트.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 태양전지용 알루미늄 페이스트로부터 형성된 후면 전극을 포함하는 태양전지.
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