KR20120069158A - 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 - Google Patents
알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120069158A KR20120069158A KR1020100130580A KR20100130580A KR20120069158A KR 20120069158 A KR20120069158 A KR 20120069158A KR 1020100130580 A KR1020100130580 A KR 1020100130580A KR 20100130580 A KR20100130580 A KR 20100130580A KR 20120069158 A KR20120069158 A KR 20120069158A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- mol
- paste composition
- glass frit
- weight
- aluminum
- Prior art date
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 76
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 58
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 6
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(iii) oxide Chemical compound O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 abstract 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 23
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 19
- -1 acryl Chemical group 0.000 description 18
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 14
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 5
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 3
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 3
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 3
- 229920000056 polyoxyethylene ether Polymers 0.000 description 3
- 229940051841 polyoxyethylene ether Drugs 0.000 description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 3
- DAFHKNAQFPVRKR-UHFFFAOYSA-N (3-hydroxy-2,2,4-trimethylpentyl) 2-methylpropanoate Chemical compound CC(C)C(O)C(C)(C)COC(=O)C(C)C DAFHKNAQFPVRKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 1-methoxypropan-2-ol Chemical compound COCC(C)O ARXJGSRGQADJSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 2
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerol Natural products OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 150000005215 alkyl ethers Chemical class 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 2
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N monopropylene glycol Natural products CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 1-(2H-benzotriazol-5-yl)-3-methyl-8-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carbonyl]-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-2,4-dione Chemical compound CN1C(=O)N(c2ccc3n[nH]nc3c2)C2(CCN(CC2)C(=O)c2cnc(NCc3cccc(OC(F)(F)F)c3)nc2)C1=O YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IBLKWZIFZMJLFL-UHFFFAOYSA-N 1-phenoxypropan-2-ol Chemical compound CC(O)COC1=CC=CC=C1 IBLKWZIFZMJLFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOCCOC(C)=O VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WMDZKDKPYCNCDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxypropoxy)propan-1-ol Chemical compound CCCCOC(C)COC(C)CO WMDZKDKPYCNCDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GZMAAYIALGURDQ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-hexoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCCCOCCOCCO GZMAAYIALGURDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XYVAYAJYLWYJJN-UHFFFAOYSA-N 2-(2-propoxypropoxy)propan-1-ol Chemical compound CCCOC(C)COC(C)CO XYVAYAJYLWYJJN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- COBPKKZHLDDMTB-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-butoxyethoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCOCCO COBPKKZHLDDMTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JDSQBDGCMUXRBM-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-butoxypropoxy)propoxy]propan-1-ol Chemical compound CCCCOC(C)COC(C)COC(C)CO JDSQBDGCMUXRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFSMVVDJSNMRAR-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-ethoxyethoxy)ethoxy]ethanol Chemical compound CCOCCOCCOCCO WFSMVVDJSNMRAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WAEVWDZKMBQDEJ-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-methoxypropoxy)propoxy]propan-1-ol Chemical compound COC(C)COC(C)COC(C)CO WAEVWDZKMBQDEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UPGSWASWQBLSKZ-UHFFFAOYSA-N 2-hexoxyethanol Chemical compound CCCCCCOCCO UPGSWASWQBLSKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCDWFXQBSFUVSP-UHFFFAOYSA-N 2-phenoxyethanol Chemical compound OCCOC1=CC=CC=C1 QCDWFXQBSFUVSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N D-Glucitol Natural products OC[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-FSIIMWSLSA-N 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020617 PbO—B2O3—SiO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-2-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 229920000180 alkyd Polymers 0.000 description 1
- 150000003973 alkyl amines Chemical class 0.000 description 1
- 150000001346 alkyl aryl ethers Chemical class 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000002216 antistatic agent Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 description 1
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol monoethyl ether Chemical compound CCOCCOCCO XXJWXESWEXIICW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 1
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 1
- 239000011976 maleic acid Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 1
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 1
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002503 polyoxyethylene-polyoxypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000600 sorbitol Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 239000013008 thixotropic agent Substances 0.000 description 1
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLGLQAWTXXGVEM-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol monomethyl ether Chemical compound COCCOCCOCCO JLGLQAWTXXGVEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 238000004383 yellowing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
- C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
- C03C8/04—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form containing zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
- C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
- C03C8/18—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions containing free metals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
- H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
- H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
본 발명은 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 분말; ZnO 40-80몰% 및 B2O3 20-60몰%를 함유하는 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함함으로써, 환경 문제로 인하여 사용에 제약이 있는 PbO 성분을 함유하지 않아 친환경적인 동시에 열에칭성이 강한 Bi2O3 성분도 함유하지 않아 수분과의 반응을 방지하여 태양전지 소자 자체의 내구성도 증진시킬 수 있는 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 PbO 및 Bi2O3 성분을 함유하지 않아 친환경적이며 내구성도 증진시킬 수 있는 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.
최근 들어 급속하게 보급되고 있는 태양전지는 차세대 에너지원으로서 클린 에너지인 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 전자 소자이다.
태양전지 소자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 수광면측에 N+층(20), 반사방지막(30)과 전면전극(40)이 형성되어 있고, 기판(10)의 반대면측에 P+층(50)과 후면전극(60)이 형성된 구조를 갖는다. 이러한 구조의 태양전지 소자에 태양광을 비추면 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생하고, 발생된 전자(-)는 N+층(20)으로 정공(+)은 P+층(50)으로 각각 이동하게 된다. 이 현상에 의해 P+층(50)과 N+층(20) 사이에 전위차가 발생하며, 이때 부하를 연결하면 전류가 발생하게 되는 원리로 태양 에너지가 전기 에너지로 변환된다.
이 중 후면전극(60)은 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후 소성함으로써 형성되는데, 소성 시 알루미늄이 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 내부로 확산됨으로써 후면전극(60)과 기판(10) 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에 알루미늄 원자의 확산에 의한 P+층(50)이 형성된다. 이러한 P+층(50)은 전자의 재결합을 방지하고 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 후면전계(back surface field, BSF)의 작용을 할 뿐만 아니라 태양광의 장파장광을 반사하는 반사판의 역할도 한다.
이러한 후면전극(60)을 형성하기 위한 알루미늄 페이스트 조성물은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클(vehicle)을 포함하여 구성된다. 이 중 유리 프릿은 실리콘 웨이퍼 기판(10)과의 결합을 더욱 강화시키기 위한 성분으로서 통상 주성분으로 PbO-B2O3-SiO2계, PbO-B2O3-Al2O3계, PbO-B2O3-ZnO계 산화물을 포함하는 것이 주로 사용되었다.
최근에는 환경 문제로 인해 PbO 성분을 함유하지 않으면서도 상기 PbO계 산화물과 유사한 특성을 갖는 Bi2O3계 산화물, 예컨대 Bi2O3-B2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-ZnO계 산화물을 포함하는 것이 제안되었다. 한국등록특허 제0890866호에는 SiO2 0.5-35중량%, Al2O3 0-5중량%, B2O3 1-15중량%, ZnO 0-15중량% 및 Bi2O3 55-90중량%를 포함하는 유리 프릿이 개시되어 있다. 그러나, Bi2O3 성분이 함유된 유리 프릿은 알루미늄층의 알루미늄 분말 표면의 산화막을 열에칭시켜 수분과 반응성을 증가시키며, 이로 인해 태양전지 소자 자체의 내구성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 PbO 및 Bi2O3 성분을 함유하지 않아 친환경적인 동시에 열에칭에 의한 수분과의 반응도 방지할 수 있는 알루미늄 페이스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전극이 구비된 태양전지 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
1. 알루미늄 분말; ZnO 40-80몰% 및 B2O3 20-60몰%를 함유하는 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물.
2. 위 1에 있어서, 유리 프릿은 SiO2, P2O5, 알칼리금속 산화물 및 알칼리토금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 함유하는 알루미늄 페이스트 조성물.
3. 위 2에 있어서, 유리 프릿 조성물 총 100몰%에 대하여 SiO2는 2-15몰%, P2O5는 2-15몰%, 알칼리금속 산화물은 2-10몰%, 알칼리토금속 산화물은 2-10몰%로 함유되는 알루미늄 페이스트 조성물.
4. 위 3에 있어서, 유리 프릿은 ZnO 40-60몰%, B2O3 20-60몰%, SiO2 또는 P2O5는 2-15몰%, 알칼리금속 산화물 2-10몰% 및 알칼리토금속 산화물 2-10몰%를 함유하는 알루미늄 페이스트 조성물.
5. 위 2에 있어서, 알칼리금속 산화물은 K2O, Na2O 및 Li2O로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 알칼리토금속 산화물은 MgO, CaO, SrO 및 BaO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 알루미늄 페이스트 조성물.
6. 위 1에 있어서, 유리 프릿은 연화점이 300-600℃인 알루미늄 페이스트 조성물.
7. 위 1에 있어서, 알루미늄 분말 65-75중량%; 유리 프릿 0.01-10중량%; 및 유기 비히클 20-34.9중량%를 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물.
8. 위 1에 있어서, 알루미늄 분말은 평균 입자 크기가 4-6㎛인 분말 60-95중량%와 평균 입자 크기가 2-4㎛인 분말 5-40중량%가 혼합된 것인 알루미늄 페이스트 조성물.
9. 위 1에 있어서, 유기 비히클은 고분자 수지 1-25중량%와 유기 용매 75-99중량%가 혼합된 것인 알루미늄 페이스트 조성물.
10. 위 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 페이스트 조성물로 형성된 전극.
11. 위 10의 전극이 구비된 태양전지 소자.
본 발명에 따른 알루미늄 페이스트 조성물은 환경 문제로 인하여 사용에 제약이 있는 PbO 성분을 함유하지 않아 친환경적이며, 동시에 열에칭성이 강한 Bi2O3 성분도 함유하지 않아 수분과의 반응을 방지할 수 있다. 이를 통하여, 태양전지 소자 자체의 내구성을 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물은 상대적으로 높은 열팽창계수를 가짐에도 실리콘 웨이퍼 기판의 휨 현상을 억제할 수 있으며, 태양전지 소자의 최대출력전류(Isc)를 높이고 효율도 향상시킬 수 있다.
도 1은 태양전지 소자의 단면도를 모식적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 PbO 및 Bi2O3 성분을 함유하지 않는 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물은 알루미늄 분말; 유리 프릿; 및 유리 비히클을 포함하되, 특히 유리 프릿으로 PbO 성분과 Bi2O3 성분을 동시에 함유하지 않는 ZnO-B2O3계 산화물을 사용하는데 특징이 있다.
보다 상세하게, 유리 프릿은 ZnO 40-80몰% 및 B2O3 20-60몰%를 함유하는데 특징이 있다.
알루미늄 분말은 후면전극을 형성하기 위한 페이스트 조성물의 주성분인 전도성 금속으로서, 평균 입자 크기가 상이한 2종의 혼합 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
후면전극을 형성하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판은 태양광의 수광 면적을 증가시키기 위해 양 표면을 텍스쳐링하여 표면에 미세 피라미드가 형성된 구조를 갖는다. 통상 형성된 미세 피라미드의 높이는 2-15㎛이고 폭은 2-20㎛가 되며, 불규칙한 미로 형태를 나타낸다. 이러한 표면 구조를 갖는 실리콘 웨이퍼 기판 상에 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 오프셋 인쇄 등의 방법으로 인쇄하고 건조한 후 소성하는 공정을 거쳐 후면전극을 형성하게 된다. 이때, 알루미늄 분말의 입자 크기가 너무 큰 경우 알루미늄 페이스트 조성물과 실리콘 웨이퍼 기판의 접촉이 잘 이루어지지 않으며 인쇄 및 건조 후에 이들 사이에 공극이 형성되게 된다. 이러한 공극은 소성 공정을 진행하는 동안 알루미늄 페이스트층을 통과하여 표면으로 분출되는데, 이로 인해 알루미늄 범프(bump)와 기포가 발생한다. 따라서, 평균 입자 크기가 상이한 2종의 알루미늄 분말을 혼합 사용함으로써 공극의 크기를 최소화하는 것이 바람직하다.
알루미늄 분말은 평균 입자 크기가 4-6㎛인 분말 60-95중량%와 평균 입자 크기가 2-4㎛인 분말 5-40중량%가 혼합된 것이 바람직하다. 평균 입자 크기가 4-6㎛인 분말은 소성 후 실리콘 웨이퍼 기판의 수축을 억제하여 고밀도 저수축 전극의 형성을 가능하게 하며, 평균 입자 크기가 2-4㎛인 분말은 알루미늄 분말 간의 결합제 역할을 하며 기판의 텍스쳐링된 표면에 페이스트가 깊숙하고 고르게 침투하게 한다. 이와 같이 혼합된 경우에는 기판과 페이스트 간의 공극률이 감소되며 후면전계(BSF)가 균일하게 형성되고 후면전극의 저항도 낮아지며 기판의 휨도 억제된다. 따라서, 태양전지 소자의 최대출력전류(Isc)를 높이고 효율도 증가시킬 수 있으며, 소성 공정 후 후면전극에서 발생하는 황변 현상도 방지할 수 있다.
알루미늄 분말은 알루미늄 페이스트 조성물 총 함량 100중량%에 대하여 65-75중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 65중량% 미만인 경우 소성 후 인쇄된 알루미늄 후면전극의 두께가 얇아져 후면전계(BSF)가 충분히 형성되지 않고 효율이 저하될 수 있으며, 75중량% 초과인 경우 인쇄 두께가 너무 두꺼워져 실리콘 웨이퍼 기판의 휨을 초래할 수 있다.
본 발명에서는 유리 프릿으로 특히 PbO 성분과 Bi2O3 성분을 동시에 함유하지 않는 ZnO-B2O3계 산화물을 사용하는데 특징이 있다.
통상 PbO 성분을 함유하는 유리 프릿은 융점 제어가 용이하고 열팽창계수가 낮은 장점이 있으나 환경 문제로 인해 사용이 제한되고 있으며, Bi2O3 성분을 함유하는 유리 프릿은 상기 PbO계 유리 프릿과 유사한 특성을 갖는 반면 알루미늄 산화막을 열에칭하는 반응성이 너무 커서 알루미늄 전극의 내수성을 저하시키고 결과적으로 태양전지 소자의 내구성을 떨어뜨리는 단점이 있다.
이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 ZnO 40-80몰% 및 B2O3 20-60몰%를 함유하는 유리 프릿을 사용하는데 특징이 있다.
보다 바람직하게, 유리 프릿은 SiO2; P2O5; K2O, Na2O, Li2O 등의 알칼리금속 산화물; 또는 MgO, CaO, SrO, BaO 등의 알칼리토금속 산화물을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 더 함유하는 것이 좋다. 이때, 유리 프릿 총 100몰%에 대하여 SiO2는 2-15몰%, P2O5는 2-15몰%, 알칼리금속 산화물은 2-10몰%, 알칼리토금속 산화물은 2-10몰%로 함유될 수 있다.
더 바람직하게, 유리 프릿은 ZnO 40-60몰%, B2O3 20-45몰%, SiO2 또는 P2O5 2-15몰%, 알칼리금속 산화물 2-10몰% 및 알칼리토금속 산화물 2-10몰%를 함유하는 것이 좋다.
가장 바람직하게, 유리 프릿은 ZnO 40-60몰%, B2O3 20-45몰%, SiO2 2-15몰%, 알칼리금속 산화물 2-10몰% 및 알칼리토금속 산화물 2-10몰%를 함유하는 것이 좋다.
유리 프릿은 연화점이 300-600℃인 것이 바람직하다. 연화점이 600℃ 초과인 경우 유리 프릿이 용융되어 알루미늄 페이스트층과 실리콘 웨이퍼 기판 사이에서 밀착성을 부여해야 하는데 소성 공정에서 유리 프릿이 충분히 응용되지 않아 밀착성을 저하시킬 수 있다.
유리 프릿은 알루미늄 페이스트 조성물 총 함량 100중량%에 대하여 0.01-10중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05-7중량%, 가장 바람직하게는 0.1-5중량%인 것이 좋다. 함량이 0.01중량% 미만인 경우 소성 후 알루미늄 후면전극과 실리콘 웨이퍼 기재의 밀착력이 떨어질 수 있으며, 10중량% 초과인 경우 저항이 높아져 태양전지 소자의 효율이 저하될 수 있다.
이와 같은 성분이 함유된 유리 프릿은 PbO 성분을 함유하지 않아 친환경적인 동시에 Bi2O3 성분을 함유하지 않아 열에칭에 의한 내수성의 저하도 방지할 수 있다. 반면, 통상 PbO 성분과 Bi2O3 성분을 함유하지 않는 유리 프릿의 경우 융점이 높아 망목수식제가 상당량 사용되며, 이로 인해 열팽창계수가 상대적으로 높아져 태양전지 소자 제조 시 실리콘 웨이퍼 기판의 휨 현상을 야기할 수 있었다. 그러나, 본 발명에서와 같이 구성된 유리 프릿은 각 성분이 최적의 몰비로 함유됨으로써 열팽창계수가 상대적으로 높을 경우에도 휨 현상이 작아 무시할 정도가 되도록 할 수 있다.
유기 비히클은 알루미늄 페이스트 조성물에 인쇄에 적합한 점조도 및 유변학적 특성을 부여하기 위한 성분으로서, 유기 용매에 고분자 수지와 필요에 따라 각종 첨가제를 용해시킨 용액일 수 있다.
유기 비히클은 유기 용매 75-99중량%와 고분자 수지 1-25중량%가 혼합된 것일 수 있으며, 여기에 첨가제 1-10중량%가 더 혼합된 것일 수도 있다.
유기 용매로는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 인쇄 공정 중 페이스트 조성물의 건조를 방지하고 유동성을 조절할 수 있도록 끓는점이 150-300℃인 용매를 사용할 수 있다. 구체적으로, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 트리프로필렌글리콜n-부틸에테르, 디프로필렌글리콜n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜n-부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디에틸렌글리콜n-부틸에테르, 디에틸렌글리콜헥실에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 트리에틸렌글리콜메틸에테르, 트리에틸렌글리콜에틸에테르, 트리에틸렌글리콜n-부틸에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 에틸렌글리콜, 테르피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨아세테이트, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노이소부티레이트(texanol) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유기 용매는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 75-99중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이 함량 범위에서는 페이스트 조성물에 최적의 유동성을 부여할 수 있다.
고분자 수지로는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 페놀, 아크릴, 로진, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐부티랄, 우레아, 자일렌, 알키드, 불포화 폴리에스테르, 폴리이미드, 퓨란, 우레탄, 이소시아네이트, 시아네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐아세테에트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르케톤, 실리콘 등의 수지를 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
고분자 수지는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 1-25중량%, 바람직하게 5-25중량%로 포함되는 것이 좋다. 함량이 1중량% 미만인 경우 페이스트 조성물의 인쇄성과 분산 안정성이 저하될 수 있고, 25중량% 초과인 경우 페이스트 조성물이 인쇄되지 않을 수 있다.
유기 비히클은 상기 성분들과 함께 첨가제로 분산제를 더 포함할 수 있다.
분산제로는 공지된 계면활성제를 사용할 수 있으며, 예컨대 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 알킬에테르 등의 에테르계; 글리세린에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비탄에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비톨에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르 등의 에스테르에테르계; 폴리에틸렌글리콜지방산에스테르, 글리세린에스테르, 소르비탄에스테르, 프로필렌글리콜에스테르, 슈가에스테르, 알킬폴리글루코시드 등의 에스테르계; 지방산알카놀아미드, 폴리옥시에틸렌지방산아미드, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬아민, 아민옥사이드 등의 질소함유계; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산-말레인산 공중합체, 폴리12-히드록시스테아린산 등의 고분자계 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 시판되고 있는 제품으로서 하이퍼머(hypermer) KD(Uniqema), AKM 0531(일본유지㈜), KP(신에쯔 가가꾸 고교㈜), 폴리플로우(POLYFLOW)(교에이샤 가가꾸㈜), 에프톱(EFTOP)(토켐 프로덕츠사), 아사히가드(Asahi guard)(아사히 글라스㈜), 서플론(Surflon)(아사히 글라스㈜), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(제네까㈜), EFKA(EFKA 케미칼스사), PB 821(아지노모또㈜), BYK-184, BYK-185, BYK-2160, Anti-Terra U(BYK사 제조) 등을 사용할 수도 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
분산제는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 1-10중량%, 바람직하게 1-5중량%로 포함되는 것이 좋다.
유기 비히클은 분산제 이외에도 요변성제, 습윤제, 산화방지제, 부식억제제, 소포제, 증점제, 분산제, 점착부여제, 커플링제, 대전방지제, 중합금지제, 침강방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
유기 비히클은 알루미늄 페이스트 조성물 총 함량 100중량%에 대하여 20-34.9중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량% 미만인 경우 알루미늄 페이스트 조성물의 점도가 너무 높아져 유동성이 저하되고 인쇄성을 떨어뜨릴 수 있으며, 34.9중량% 초과인 경우 알루미늄 분말의 함유량이 상대적으로 적어져 충분한 페이스트층의 두께를 확보하기 어렵다.
상기한 바와 같은 성분을 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물은 환경 문제로 인하여 사용에 제약이 있는 PbO 성분을 함유하지 않아 친환경적일뿐만 아니라 열에칭성이 강한 Bi2O3 성분도 함유하지 않아 내수성의 저하도 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 제공한다.
전극은 알루미늄 페이스트 조성물을 기재, 예컨대 Ag 전면전극이 형성된 실리콘 웨이퍼 기판 상에 인쇄하고 건조 및 소성하는 공정을 통하여 형성된다. 인쇄방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄 등을 이용할 수 있다. 건조는 60-300℃에서 수초-수분 동안 수행되며, 소성은 600-950℃에서 수초 동안 수행될 수 있다.
이와 같이 형성된 전극은 태양전지 소자의 후면전극으로 적용되어, 태양전지 소자의 내구성을 향상시키고 태양전지 소자의 최대출력전류(Isc)를 높이고 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물로부터 형성된 전극이 구비된 태양전지 소자를 제공한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
제조예
1-9. 유리
프릿
Ⅰ-Ⅸ의 제조
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 유리 프릿을 제조하였다.
| 구분 | 종류 | 성분(몰%) | Tg (℃) |
CTE (10-7/℃) |
||||||||
| ZnO | Bi2O3 | Al2O3 | B2O3 | PbO | P2O5 | SiO2 | R2O | RO | ||||
| 제조예1 | Ⅰ | 48 | - | - | 33 | - | 7 | - | 6 | 6 | 480 | 74 |
| 제조예2 | Ⅱ | 44.1 | - | - | 39 | - | - | 4.6 | 6.9 | 5.4 | 483 | 66 |
| 제조예3 | Ⅲ | 60 | - | - | 40 | - | - | - | - | - | 498 | 72 |
| 제조예4 | Ⅳ | 50 | - | - | 41 | - | - | 9 | - | - | 512 | 64 |
| 제조예5 | Ⅴ | - | 15 | 15 | 24 | - | - | 46 | - | - | 520 | 68 |
| 제조예6 | Ⅵ | 9 | 17 | 9 | 39 | - | - | 26 | - | - | 505 | 70 |
| 제조예7 | Ⅶ | 53 | 30 | - | 4 | 13 | - | - | - | - | 454 | 84 |
| 제조예8 | Ⅷ | 30 | - | - | 62 | - | - | 2.1 | 3.1 | 2.8 | 532 | 62 |
| 제조예9 | Ⅸ | 81 | - | - | 11 | - | - | 2.1 | 3.1 | 2.8 | 425 | 98 |
| R2O: 알칼리금속 산화물(K2O, Na2O, Li2O) RO: 알칼리토금속 산화물(SrO, BaO, CaO) Tg: 연화점 CTE: 열팽창계수 |
||||||||||||
실시예 1
평균 입자 크기가 4-6㎛인 알루미늄 분말과 평균 입자 크기가 2-4㎛인 알루미늄 분말이 90:10의 중량비로 혼합된 혼합 분말 74중량%, 제조예 1의 유리 프릿Ⅰ 0.5중량%, 트리프로필렌글리콜메틸에테르에 에틸셀룰로오스 수지가 용해된 유기 비히클 25.5중량%를 첨가한 후 자전 및 공전을 동시에 수행하는 믹서를 이용하여 1,000rpm으로 3분 동안 교반하여 알루미늄 페이스트 조성물을 제조하였다.
실시예
2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 2의 유리 프릿Ⅱ를 사용하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 3의 유리 프릿Ⅲ을 사용하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 4의 유리 프릿Ⅵ를 사용하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 5의 유리 프릿Ⅴ를 사용하였다.
비교예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 6의 유리 프릿Ⅵ을 사용하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 7의 유리 프릿Ⅶ을 사용하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 8의 유리 프릿Ⅷ을 사용하였다.
비교예
5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 9의 유리 프릿Ⅸ를 사용하였다.
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 알루미늄 페이스트 조성물의 물성을 하기 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- 크기가 156㎜×156㎜이고 두께가 200㎛이며 텍스쳐링 공정에 의해 높이가 약 4-6㎛인 피라미드 구조가 형성된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 제조된 알루미늄 페이스트 조성물을 250메쉬(mesh)의 스크린 인쇄판을 이용하여 도포하였다. 이때, 도포량은 건조 전 1.4±0.1g이 되도록 하였다. 도포된 페이스트를 200℃에서 건조시킨 후 온도가 720-900℃인 적외선 연속 소성로에서 약 10초 동안 소성하였다. 소성 공정은 실리콘 웨이퍼 기판을 약 600℃의 번-아웃(burn-out) 구간과 800-950℃의 소성(firing) 구간을 포함하는 벨트 로(belt furnace) 내로 통과시키면서 전후면 동시 소성으로 수행하여, 페이스트 내 유기물을 태워 없앤 후 알루미늄을 용융시켜 전극이 형성되도록 하여 태양전지 소자를 제조하였다.
(1) 내수성
제조된 태양전지 소자를 80℃의 증류수가 채워진 항온조에 넣고 10분 동안 방치하였다. 항온조 내에서 형성된 알루미늄 전극과 수분의 반응에 의한 수소 기체(기포)의 발생 여부를 육안으로 관찰한 후 하기 기준에 의거하여 평가하였다.
<평가기준>
○: 기포 발생 없음(양호).
×: 기포 발생 있음(불량).
(2) 휨(㎜)
제조된 태양전지 소자를 평평한 바닥에 놓고 네 모서리가 바닥과 일치되도록 한 후 중앙부의 들뜸 정도를 측정하였다.
(3) 효율(%)
제조된 태양전지 소자의 효율을 평가장치(SCM-1000, FitTech)를 이용하여 평가하였다.
| 구분 | 내수성 | 휨(㎜) | 효율(%) |
| 실시예1 | ○ | 1.5±0.3 | 17.7±0.2 |
| 실시예2 | ○ | 1.2±0.1 | 17.7±0.3 |
| 실시예3 | ○ | 1.7±0.4 | 17.6±0.4 |
| 실시예4 | ○ | 1.6±0.3 | 17.5±0.4 |
| 비교예1 | × | 1.7±0.4 | 17.6±0.4 |
| 비교예2 | × | 1.4±0.3 | 17.4±0.2 |
| 비교예3 | × | 1.7±0.5 | 17.5±0.3 |
| 비교예4 | ○ | 2.3±0.4 | 17.2±0.3 |
| 비교예5 | ○ | 2.1±0.4 | 17.1±0.2 |
위 표 2와 같이, 본 발명에 따라 PbO 및 Bi2O3를 함유하지 않고 ZnO와 B2O3를 주성분으로 함유하는 유리 프릿을 포함하는 실시예 1 내지 4의 알루미늄 페이스트 조성물을 이용한 태양전지 소자는 친환경적인 동시에 수분과의 반응이 방지되어 내수성이 우수하여 태양전지 소자의 내구성을 향상시킬 수 있고 상대적으로 열팽창계수가 높음에도 휨을 억제할 수 있으며 효율도 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히, ZnO와 B2O3와 함께 SiO2, 알칼리금속 산화물 및 알칼리토금속 산화물을 최적의 함량으로 함유하는 알루미늄 페이스트 조성물을 이용하는 경우 휨 발생량을 최소화하면서도 내수성의 확보에 가장 효과적이었다.
반면, Bi2O3를 함유하는 유리 프릿을 포함하는 비교예 1 내지 3의 알루미늄 페이스트 조성물을 이용한 태양전지 소자는 내수성이 좋지 못하여 수분과의 반응에 의해 내구성이 저하될 수 있으며, 특히 PbO 성분을 함유한 비교예 3은 환경 친화적이지도 못하다. 또한, Bi2O3를 함유하지 않더라도 ZnO를 각각 미량과 과량으로 함유하는 비교예 4 및 5는 내수성은 개선할 수 있었으나 웨이퍼 기판의 휨이 커져 불량이 발생하고 효율도 저하되었다.
10: 실리콘 웨이퍼 기판 20: N+층
30: 반사방지막 40: 전면전극
50: P+층 60: 후면전극
30: 반사방지막 40: 전면전극
50: P+층 60: 후면전극
Claims (11)
- 알루미늄 분말;
ZnO 40-80몰% 및 B2O3 20-60몰%를 함유하는 유리 프릿; 및
유기 비히클을 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 유리 프릿은 SiO2, P2O5, 알칼리금속 산화물 및 알칼리토금속 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 함유하는 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 2에 있어서, 유리 프릿 조성물 총 100몰%에 대하여 SiO2는 2-15몰%, P2O5는 2-15몰%, 알칼리금속 산화물은 2-10몰%, 알칼리토금속 산화물은 2-10몰%로 함유되는 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 3에 있어서, 유리 프릿은 ZnO 40-60몰%, B2O3 20-60몰%, SiO2 또는 P2O5는 2-15몰%, 알칼리금속 산화물 2-10몰% 및 알칼리토금속 산화물 2-10몰%를 함유하는 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 2에 있어서, 알칼리금속 산화물은 K2O, Na2O 및 Li2O로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 알칼리토금속 산화물은 MgO, CaO, SrO 및 BaO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 유리 프릿은 연화점이 300-600℃인 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 알루미늄 분말 65-75중량%; 유리 프릿 0.01-10중량%; 및 유기 비히클 20-34.9중량%를 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 알루미늄 분말은 평균 입자 크기가 4-6㎛인 분말 60-95중량%와 평균 입자 크기가 2-4㎛인 분말 5-40중량%가 혼합된 것인 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 유기 비히클은 고분자 수지 1-25중량%와 유기 용매 75-99중량%가 혼합된 것인 알루미늄 페이스트 조성물.
- 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 페이스트 조성물로 형성된 전극.
- 청구항 10의 전극이 구비된 태양전지 소자.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100130580A KR20120069158A (ko) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 |
| TW100146787A TW201230064A (en) | 2010-12-20 | 2011-12-16 | Aluminum paste composition and solar cell device using the same |
| PCT/KR2011/009760 WO2012086971A2 (ko) | 2010-12-20 | 2011-12-19 | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100130580A KR20120069158A (ko) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120069158A true KR20120069158A (ko) | 2012-06-28 |
Family
ID=46314592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100130580A KR20120069158A (ko) | 2010-12-20 | 2010-12-20 | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120069158A (ko) |
| TW (1) | TW201230064A (ko) |
| WO (1) | WO2012086971A2 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103400635A (zh) * | 2013-07-27 | 2013-11-20 | 乐凯胶片股份有限公司 | 一种超薄硅片太阳能电池用铝浆 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8093491B2 (en) * | 2005-06-03 | 2012-01-10 | Ferro Corporation | Lead free solar cell contacts |
| US8076570B2 (en) * | 2006-03-20 | 2011-12-13 | Ferro Corporation | Aluminum-boron solar cell contacts |
| US8575474B2 (en) * | 2006-03-20 | 2013-11-05 | Heracus Precious Metals North America Conshohocken LLC | Solar cell contacts containing aluminum and at least one of boron, titanium, nickel, tin, silver, gallium, zinc, indium and copper |
| KR101118632B1 (ko) * | 2007-10-12 | 2012-03-06 | 제일모직주식회사 | 박편형상의 알루미늄 성분을 포함하는 전극형성용조성물과 이를 이용하여 제조되는 전극 |
-
2010
- 2010-12-20 KR KR1020100130580A patent/KR20120069158A/ko not_active Application Discontinuation
-
2011
- 2011-12-16 TW TW100146787A patent/TW201230064A/zh unknown
- 2011-12-19 WO PCT/KR2011/009760 patent/WO2012086971A2/ko active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201230064A (en) | 2012-07-16 |
| WO2012086971A3 (ko) | 2012-09-07 |
| WO2012086971A2 (ko) | 2012-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20110069724A (ko) | 태양전지 후면 전극용 은 페이스트 조성물 | |
| KR20120025965A (ko) | ＺｎＯ계 글래스 프릿 조성물 및 이를 이용한 태양전지의 후면 전극용 알루미늄 페이스트 조성물 | |
| KR20110040083A (ko) | 태양전지의 후면 전극용 알루미늄 페이스트 | |
| KR101848009B1 (ko) | 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전극 | |
| KR20110025614A (ko) | 태양전지의 후면 전극용 알루미늄 페이스트 | |
| KR20140074415A (ko) | 태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20120069158A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20110121428A (ko) | 태양전지 후면 전극용 은 페이스트 조성물 | |
| KR20120069159A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR101711149B1 (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20110051451A (ko) | 신규한 유리 조성물, 상기 유리 조성물로 제조되는 글라스 프릿, 및 상기 글라스 프릿을 포함하는 태양전지의 후면 전극용 알루미늄 페이스트 | |
| KR20130042392A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20120002257A (ko) | 태양전지 후면 전극용 알루미늄 페이스트 조성물 | |
| KR20110121427A (ko) | 태양전지 후면 전극용 은 페이스트 조성물 | |
| KR20130042756A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20150057453A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR101967164B1 (ko) | 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전극 | |
| KR20130043805A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20150057457A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20130071592A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20150057455A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| WO2011074888A2 (ko) | 태양전지 후면 전극용 은 페이스트 조성물 | |
| KR20130042366A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20130043263A (ko) | 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자 | |
| KR20110016726A (ko) | 태양전지의 후면 전극용 알루미늄 페이스트 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |