KR20120086406A - 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 - Google Patents
태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120086406A KR20120086406A KR1020110007597A KR20110007597A KR20120086406A KR 20120086406 A KR20120086406 A KR 20120086406A KR 1020110007597 A KR1020110007597 A KR 1020110007597A KR 20110007597 A KR20110007597 A KR 20110007597A KR 20120086406 A KR20120086406 A KR 20120086406A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- conductive paste
- metal
- solar cell
- functional groups
- glass frit
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 30
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 19
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 37
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 21
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 7
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 4
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N Sulfurous acid Chemical group OS(O)=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000001033 ether group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 3
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-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
- 229910011255 B2O3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-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
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 26
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 26
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 23
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 9
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 9
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 description 7
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 description 7
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 6
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 6
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 6
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 5
- 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 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 5
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOCCOC(C)=O VXQBJTKSVGFQOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N Benzyl alcohol Chemical compound OCC1=CC=CC=C1 WVDDGKGOMKODPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 1H-indene Chemical compound C1=CC=C2CC=CC2=C1 YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001338 aliphatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Chemical compound CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N dodecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCC(O)=O POULHZVOKOAJMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N hexadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O IPCSVZSSVZVIGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- RRQYJINTUHWNHW-UHFFFAOYSA-N 1-ethoxy-2-(2-ethoxyethoxy)ethane Chemical compound CCOCCOCCOCC RRQYJINTUHWNHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 1755-01-7 Chemical compound C1[C@H]2[C@@H]3CC=C[C@@H]3[C@@H]1C=C2 HECLRDQVFMWTQS-RGOKHQFPSA-N 0.000 description 1
- POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethanol Chemical compound CCCCOCCO POAOYUHQDCAZBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NQBXSWAWVZHKBZ-UHFFFAOYSA-N 2-butoxyethyl acetate Chemical compound CCCCOCCOC(C)=O NQBXSWAWVZHKBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-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
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000005639 Lauric acid Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 235000021314 Palmitic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 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
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000180 alkyd Polymers 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 235000019445 benzyl alcohol Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 229940019778 diethylene glycol diethyl ether Drugs 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N n-Pentadecanoic acid Natural products CCCCCCCCCCCCCCC(O)=O WQEPLUUGTLDZJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021313 oleic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- OGFYIDCVDSATDC-UHFFFAOYSA-N silver silver Chemical compound [Ag].[Ag] OGFYIDCVDSATDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 1
- TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N tetradecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCC[14C](O)=O TUNFSRHWOTWDNC-HKGQFRNVSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film 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
- 239000004034 viscosity adjusting agent Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
- 150000003738 xylenes Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
- H01B1/023—Alloys based on aluminium
-
- 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
- H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
- H01B1/08—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances oxides
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
-
- 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
- H01L31/04—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 adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
-
- 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
태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트는 알루미늄(aluminum)을 포함하는 도전성 물질, 무연(Pb free) 상태의 글라스 프릿, 유기 바인더, 용제 및 2 이상의 작용기들을 포함하는 유기성분 및 상기 작용기들 각각에 결합된 2 이상의 금속 성분들을 구비하는 유기금속화합물을 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지의 후면에 도전막을 형성할 수 있는 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 석유자원 고갈의 위기감 및 자원 민족주의 등의 문제로 고유가 기조가 지속되고 있고, 지구 온난화 방지를 위한 교토 의정서의 기후변화협약 발효에 따른 국제적인 온실가스 규제 움직임이 강화되고 있다. 이에 따라 전세계적으로 에너지 문제와 환경 문제가 동시에 큰 관심의 대상이 되고 있고, 태양광 등의 청정 에너지 관련 기술에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 태양광은 사실상 무한정한 에너지원일 뿐만 아니라 친환경적인 에이지원으로서, 태양 전지 시장은 최근 비약적으로 성장하고 있다.
상기 태양 전지는 소재와 제조기술에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 분류될 수 있고, 소재의 형태에 따라 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 분류될 수 있다. 다양한 태양 전지 중에서 현재 태양광발전용으로 널리 쓰이고 있는 것은 기판형 결정질 실리콘 태양 전지이다.
상기 태양 전지는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 반도체 소자로서, P형 반도체와 N형 반도체의 접합 형태를 가진다. 태양광이 상기 태양 전지에 입사되면 상기 P형 반도체의 가전자대(Valence band) 전자는 입사된 태양광 에너지에 의해 전도대(Conduction band)로 여기되어 상기 P형 반도체 내부에 전자-정공 쌍을 생성한다. 이렇게 생성된 전자-정공 쌍 중 전자는 P-N 접합 사이에 존재하는 전기장에 의해 상기 N형 반도체로 넘어가게 되어 외부의 전자 장치에 전류를 공급하게 된다. 이때, 상기 태양 전지는 상기 N형 반도체와 접하는 전면에 상기 전자 장치와 전기적으로 연결되는 전면 전극이 형성된다.
또한, 상기 태양 전지는 상기 P형의 반도체와 접하는 후면에 상기 전자 장치와 전기적으로 연결되는 후면 전계(Back Surface Field)를 알루미늄(aluminum)을 갖는 도전 페이스트를 통해 형성하여 상기 P형 반도체 내부에서 후면으로 이동하는 전자를 돌려보내 재결합을 방지함으로써, 상기 전자-정공 쌍의 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 태양 전지는 후면에 상기 후면 전계를 형성하기 위한 후면 전극이 형성된다.
이에, 최근의 태양 전지는 고효율성을 극대화시키고자 상기 전면 전극과 후면 전극을 형성하는데 사용되는 도전성 페이스트의 개발이 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 저항을 감소시켜 고효율의 태양전지를 제조할 수 있는 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트를 이용한 태양전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트는 알루미늄(aluminum)을 포함하는 도전성 물질, 무연(Pb free) 상태의 글라스 프릿, 유기 바인더, 용제 및 2 이상의 작용기들을 포함하는 유기성분 및 상기 작용기들 각각에 결합된 2 이상의 금속 성분들을 구비하는 유기금속화합물을 포함한다.
여기서, 상기 유기성분의 작용기들은 각각 카르복실기, 머캅토기, 아미노기, 에스테르기, 에테르기, 부틸기 및 아황산기 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 금속 성분들은 알루미늄(aluminum)을 포함하는 제1 금속 성분 및 비스무스(Bi)를 포함하는 제2 금속 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 글라스 프릿은 B2O3, Bi2O3, ZnO, SiO2, Al2O3, MgO, Na2O3 및 ZrO2 중 적어도 둘 이상이 결합된 복합체 분말을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 복합체 분말은 B2O3, Bi2O3 및 ZnO를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복합체 분말은 0.5 내지 2.5㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 일 특징에 따른 태양전지의 제조 방법은 내부에 P-N 접합이 형성된 반도체 기판의 전면에 은(silver)을 포함하는 제1 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 전면 전극을 형성하는 단계, 상기 반도체 기판의 후면에 알루미늄(aluminum)을 포함하는 도전성 물질, 무연(Pb free) 상태의 글라스 프릿, 유기 바인더, 용제 및 2 이상의 작용기들을 포함하는 유기성분과 상기 작용기들 각각에 결합된 2 이상의 금속 성분들을 구비하는 유기금속화합물을 포함하는 제2 도전성 페이스트를 인쇄하여 후면 전극을 형성하는 단계, 및 상기 전면 전극과 상기 후면 전극이 형성된 반도체 기판을 소성하는 단계를 포함한다.
이러한 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법에 따르면, 태양전지의 후면에서 도전 성분으로 금속 입자뿐만 아니라 유기금속화합물을 포함하여 금속과 반도체 사이의 접촉 저항을 감소시킴으로써, 상기 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 공정을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도전성 페이스트
본 발명의 실시예들에 따른 도전성 페이스트는 도전성 물질, 유기금속화합물, 글라스 프릿, 유기 바인더, 용제 및 첨가제를 포함한다. 이러한 도전성 페이스트는 태양전지의 후면에 스크린 인쇄되어 후면 전계를 형성하기 위한 후면 전극을 형성할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예들에 따른 도전성 페이스트의 구성 성분에 대해 구체적으로 설명한다.
(A) 도전성 입자
상기 도전성 입자는 도전성 페이스트에 의해 형성되는 도전막에 전기 전도성을 부여한다.
상기 도전성 입자는 금속 입자를 포함할 수 있다. 상기 금속 입자는 알루미늄(Al)을 단독 또는 다른 금속과의 합금 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 금속 입자로는 2종류 이상의 금속 또는 합금 입자를 혼합하여 사용될 수도 있고, 코어쉘 구조의 금속 또는 합금 입자를 사용될 수도 있다.
상기 금속 입자는 구(spherical) 형상, 플레이크(flake) 형상, 판(plate) 형상, 섬유(fiber) 형상 또는 부정형상을 가질 수 있다. 이중, 상기 금속 입자는 상기 도전성 페이스트에 의해 형성되는 도전막이 낮은 저항을 갖고 도전막을 형성하기 위한 비용을 감소시키기 위해서는 구형상을 가질 수 있다. 이는, 이하의 [실시예 2]와 [실시예 6]을 통해 그 결과를 확인하였다.
상기 금속 입자의 크기는 금속 입자의 소결 거동 및 인쇄성을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. 상기 금속 입자의 크기가 증가할수록 소결 온도가 증가하고 소결 속도가 늦어지는 경향이 있다. 또한, 상기 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하는 방법으로 도포하는 경우, 상기 금속 입자의 크기는 스크린 인쇄에 적합하도록 선정될 필요가 있다. 상기의 사항들을 고려할 때 금속 입자는 약 0.1 내지 15㎛의 크기를 가질 수 있다. 상기 금속 입자의 크기가 약 0.1㎛ 미만인 경우 금속 입자로써 알루미늄을 포함하는 도전성 페이스트와의 관계에서 소결 속도의 부조화를 야기하는 문제점이 있고, 약 15㎛를 초과하는 경우 도전성 페이스트의 소결이 충분히 진행되지 않아서 전기 전도성이 낮아지고, 도전성 페이스트에 의해 형성되는 도전막의 강도가 감소하는 문제점이 있다.
상기 금속 입자는 도전성 페이스트 전체 중량을 기준으로 약 40 내지 90중량%로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 금속 입자의 함유량이 도전성 페이스트 전체 중량을 기준으로 약 40중량% 미만인 경우 도전성 페이스트에 의해 형성되는 도전막의 전기 전도성이 너무 낮은 문제점이 있고, 약 90중량%를 초과하는 경우 도전성 페이스트의 인쇄성이 저하되고, 물리적 접착력이 떨어지는 문제점이 있다.
상기 금속 입자는 전기 전도성을 향상시키고, 제조비용을 감소시키기 위하여 흑연, 카본블랙, 그래핀, 카본나노튜브 등의 탄소성 물질 또는 전도성 고분자 물질을 더 포함할 수 있다.
(B) 유기금속화합물(Organo-Metallic Compound)
상기 유기금속화합물은 전기 전도성을 향상시키고, 제조비용을 감소시키며, 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 유기금속화합물이라 함은 금속 성분과 유기 성분이 화학적으로 결합하여 형성된 물질로서, 금속의 융용 온도보다 낮은 온도에서 상기 금속 성분과 상기 유기 성분이 서로 분해되고, 상기 금속 성분이 금속화되는 물질을 말한다. 예를 들어, 상기 유기금속화합물에 있어서는 금속 성분이 유기 성분의 헤테로 원자 P, S, O 또는 N과 화학적으로 결합될 수 있다.
상기 유기금속화합물은 복수의 금속 성분이 하나의 유기성분에 결합되어 형성된 화합물을 포함할 수 있다. 상기 유기성분은 카르복시기(R-COOH), 카르보닐기(R-CO-R'), 머캅토기(R-SH), 아미노기(R-NH2), 에스테르기(R-COO-R'), 에테르기(R-O-R'), 부틸기(R-C4H9) 및 아황산기(R-SO3) 중 적어도 2 이상의 작용기를 포함하는 탄화수소화합물일 수 있다. 상기 유기성분의 2 이상의 작용기에 각각 다른 금속 성분이 결합될 수 있다. 예를 들면, 유기성분은 하기의 구조식 1 내지 6 중 하나일 수 있다. 하기 구조식들에서, R은 방향족 탄화수소화합물 또는 탄소수가 0 내지 16인 지방족 탄화수소화합물을 나타낸다.
[구조식 1]
[구조식 2]
[구조식 3]
[구조식 4]
[구조식 5]
[구조식 6]
상기 구조식들의 유기성분이 2 이상의 금속 성분과 결합된 유기금속화합물은, 예를 들면, 하기의 구조식을 가질 수 있다. 하기 구조식에서, Rm 및 Rn은 방향족 탄화수소화합물 또는 탄소수가 0 내지 16인 지방족 탄화수소화합물을 나타내고, Mm은 알루미늄(Al) 제1 금속 성분을 나타내며, Mn은 비스무스(Bi)의 제2 금속 성분을 나타낸다.
[구조식 7]
[구조식 8]
[구조식 9]
여기서, 구조식 [8,9]에 개시된 X는 -S 또는 -NH을 나타낸다.
(C) 글라스 프릿(Glass Frit)
상기 글라스 프릿은 금속 입자의 소결을 보조하고, 소성시 기판에 대한 도전막의 접착력을 향상시킨다. 상기 글라스 프릿은 연화점을 낮추기 위해서 최근 문제가 있는 중금속 오염이 심각한 납(Pb)을 대신하여 비스무스(Bi)를 포함할 수 있다.
이러한 글라스 프릿은 B2O3, Bi2O3, ZnO, SiO2, Al2O3, MgO, Na2O3 및 ZrO2 중 적어도 둘 이상이 결합된 복합체 분말을 포함할 수 있다. 이중, 상기 복합체 분말은 상기에서 언급한 성능을 구현하기 위하여 B2O3, Bi2O3 및 ZnO를 필수적으로 포함할 수 있다.
상기 글라스 프릿 입자의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 구상, 침상 또는 부정형이어도 무방하다. 글라스 프릿 입자의 크기 역시 특별히 제한되지 않으나, 평균 입경이 약 1.5 내지 3㎛인 것이 바람직하다. 이는, 이하의 [실시예 1]을 통해 그 결과를 확인하였다.
상기 글라스 프릿은 약 350 내지 600℃의 연화점(Softening Point)을 갖는 것이 바람직하다. 연화점이 350℃ 미만인 경우, 소결이 과도하게 진행되는 문제점이 있고, 연화점이 600℃를 초과하는 경우, 소성 동안 충분한 용융 흐름이 얻어지지 않아 충분한 접착 강도를 얻을 수 없고, 금속의 액상 소결을 촉진할 수 없는 문제점이 있다. 본 출원에서 "연화점"은 ASTM C338-57의 섬유 신장법(Fiber Elongation Method)에 의해 측정된 값이다.
상기 글라스 프릿은 도전성 페이스트의 전체 중량을 기준으로 약 2 내지 10 중량%로 함유될 수 있다. 상기 글라스 프릿의 함량이 2 중량% 미만인 경우 상기 도전성 페이스트에 의해 형성되는 도전막의 접착 강도가 불충분해지는 문제점이 있고, 상기 글라스 프릿의 함량이 10 중량%를 초과하는 경우, 유리 부유 등에 의해 후공정으로 수행되는 납땜에 지장을 초래하는 문제점이 있다.
(D) 유기 바인더(Organic Binder)
상기 유기 바인더는 도전성 페이스트의 점도에 영향을 미치고, 도전성 페이스트에 의해 형성되는 도전막이 소성 전에 기판에 부착될 수 있도록 한다. 유기 바인더로는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 알키드 수지, 셀룰로오스 유도체, 폴리염화비닐계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 테르펜계 수지, 로진계 수지, 지방족계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 크마론인덴계 수지, 스틸렌계 수지, 디시클로펜타디엔계 수지, 폴리부텐계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 폴리이소부틸계 수지 등이 사용될 수 있다. 상기 물질들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 상기 유기 바인더로서 사용될 수 있다.
상기 유기 바인더는 도전성 페이스트의 전체 중량에 대해 약 0.1 내지 30 중량%로 함유될 수 있다. 유기 바인더의 함유량이 0.1 중량% 미만인 경우, 충분한 접착 강도를 확보할 수 없는 문제점이 있고, 유기 바인더의 함유량이 30 중량%를 초과하는 경우, 도전성 페이스트의 점도를 상승시켜 인쇄성을 저하시키는 문제점이 있다.
(E) 용제(Solvent)
상기 용제는 도전성 페이스의 점도를 조절하여 도전성 페이스트의 인쇄성에 영향을 미친다. 상기 용제는 상기 유기 바인더를 용해할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 이러한 용제로는 헥산, 톨루엔, 시클로헥사논, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 부틸셀로솔브아세테이트, 부틸카르비톨, 부틸카르비톨아세테이트, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디아세톤알코올, 테르피네올, 벤질알코올 등이 사용될 수 있다. 상기 물질들은 단독으로 또는 2종 이상이 혼합되어 용제로서 사용될 수 있다. 상기 용제는 도전성 페이스트의 인쇄성을 위하여 도전성 페이스트 전체 중량을 기준으로 1 내지 40 중량%로 함유될 수 있다.
(F) 첨가제(Additives)
상기 첨가제로써, 인쇄성을 향상시키고, 금속성분과 기판의 반도체 성분간의 접촉 저항을 감소시키기 위하여 아연산화물 분말을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 아연 산화물 분말은 인쇄된 도전막의 종횡비(aspect ratio)를 향상시킨다. 또한, 상기 아연 산화물 분말은 소성시 도전성 페이스트의 금속성분을 기판으로 유도하는 역할을 한다. 상기 아연 산화물 분말은 약 10m2/g 이상의 비표면적을 가질 수 있다. 바람직하게, 상기 아연 산화물은 약 30m2/g 이상의 비표면적을 가질 수 있다.
또한, 상기 도전성 페이스트는 도전 입자의 분산성을 향상하기 위하여 스테아린산, 팔미트산, 미리스틴산, 올레인산, 라우린산 등의 분산제를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 도전성 페이스트는 소포제, 점도 조절제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기에서 설명한 태양전지 후면 전극용 도전 페이스트에 대한 다양한 실시예들을 제시하여 그 성능을 확인하였다.
[실시예 1]
평균 입자 크기가 4~5 ㎛인 구형의 알루미늄 분말 및 하기의 (표 1)에 기재한 여러 조성의 무연(Pb free) SiO2-B2O3-Bi2O3계 글라스 프릿을 포함하는 혼합 분말에 에틸셀룰로스 수지를 부틸카비톨아세테이트와 터피네올 혼합 용제에 용해한 수지 결합제와 올레익산을 첨가하여 예비 혼합한 후, 혼련하여 점도가 약 79,000 내지 86,000 cPs인 도전성 페이스트를 제조하였다. 이때, 점도는 브룩필드 점도계를 통해, 약 25℃의 온도 분위기에서 스핀들 #14를 도전 페이스트에 담가 10 RPM으로 회전시켜서 측정한 값이다.
| 특성 | A | B | C |
| 평균 입경(㎛) | 3.30 | 1.70 | 2.50 |
| 연화점(℃) | 567 | 570 | 570 |
[실시예 2]
평균 입자 크기가 4~5 ㎛인 구형의 알루미늄 분말, 첨가제로 유기알루미늄 분말 및 [실시예 1]의 A 타입의 무연 SiO2-B2O3-Bi2O3계 글라스 프릿을 포함하는 혼합 분말에 에틸셀룰로스 수지를 부틸카비톨아세테이트와 터피네올 혼합 용제에 용해한 수지 결합제와 올레익산을 첨가하여 예비 혼합한 후, 혼련하여 점도가 약 82,000 cPs인 도전성 페이스트를 제조하였다. 여기서, 점도는 [실시예 1] 동일한 방법으로 측정한 값이다.
[실시예 3]
평균 입자 크기가 8.23 ㎛인 구형의 알루미늄 분말 및 [실시예 1]의 A 타입의 무연 SiO2-B2O3-Bi2O3계 글라스 프릿을 포함하는 혼합 분말에에틸셀룰로스 수지를 부틸카비톨아세테이트와 터피네올 혼합 용제에 용해한 수지 결합제와 올레익산을 첨가하여 예비 혼합한 후, 혼련하여 점도가 약 77,000 cPs인 도전성 페이스트를 제조하였다. 여기서, 점도는 [실시예 1] 동일한 방법으로 측정한 값이다.
[실시예 4]
평균 입자 크기가 7.51 ㎛인 구형의 알루미늄 분말 및 [실시예 1]의 A 타입의 무연 SiO2-B2O3-Bi2O3계 글라스 프릿을 포함하는 혼합 분말에 에틸셀룰로스 수지를 부틸카비톨아세테이트와 터피네올 혼합 용제에 용해한 수지 결합제와 올레익산을 첨가하여 예비 혼합한 후, 혼련하여 점도가 약 73,000 cPs인 도전성 페이스트를 제조하였다. 여기서, 점도는 [실시예 1] 동일한 방법으로 측정한 값이다.
[실시예 5]
평균 입자 크기가 5.45 ㎛인 구형의 알루미늄 분말 및 [실시예 1]의 A 타입의 무연 SiO2-B2O3-Bi2O3계 글라스 프릿을 포함하는 혼합 분말에 에틸셀룰로스 수지를 부틸카비톨아세테이트와 터피네올 혼합 용제에 용해한 수지 결합제와 올레익산을 첨가하여 예비 혼합한 후, 혼련하여 점도가 약 76,000 cPs인 도전 페이스트를 제조하였다. 여기서, 점도는 [실시예 1] 동일한 방법으로 측정한 값이다.
[실시예 6]
평균 입자 크기가 4.0 내지 4.6 ㎛인 긴 타원형태의 알루미늄 분말 및 [실시예 1]의 A 타입의 무연 SiO2-B2O3-Bi2O3계 글라스 프릿을 포함하는 혼합 분말에 에틸셀룰로스 수지를 부틸카비톨아세테이트와 터피네올 혼합 용제에 용해한 수지 결합제와 올레익산을 첨가하여 예비 혼합한 후, 혼련하여 점도가 약 119,000 cPs인 도전성 페이스트를 제조하였다. 여기서, 점도는 [실시예 1] 동일한 방법으로 측정한 값이다.
[성능 평가]
실시예 1 내지 6에서 제조한 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 180 ㎛ 두께의 127 ㎜ X 127 ㎜의 P형 웨이퍼에 200 mesh 스테인레스강 와이어 마스크를 사용하여 인쇄, 건조한 후 최고 온도 약 785℃에서 600℃ 이상 5초 동안 소성하여 셀을 제작하였다.
이에, 태양전지의 후면 전극에서 중요한 특성 중 하나인 소성 후 상기 웨이퍼의 휘어짐 정도를 측정하였고 상기 제작된 셀에 대하여 변환효율(Eff, %), 직렬저항(Rs, mΩ/□)과 충전율(FF, %)을 측정하였다.
또한, 상기 제작된 셀의 인쇄한 패턴의 내구성 평가를 위하여 약 75℃에서 약 8 분간 증류수에 방치 후 상기 인쇄한 패턴의 외관 변화를 확인하는 보일링 테스트를 수행하였다. 이에, 이하의 표 2에서는 상기 패턴의 외관 변화가 없을 시에는 "Pass"로 상기 패턴이 벗겨져 외관이 변할 때에는"NG"로 표시하였다.
| 글라스 프릿 | Eff(%) | Rs(mΩ/□) | FF(%) | 휨정도(㎜) | 보일링 테스트 | ||
| 실시예1 | A | 16.58 | 10.0 | 74.82 | 0.7 | Pass | |
| B | 16.53 | 8.5 | 75.27 | 0.9 | Pass | ||
| C | 16.50 | 8.1 | 74.55 | 0.7 | Pass | ||
| 실시예2 | A | 16.75 | 8.2 | 75.33 | 0.7 | Pass | |
| 실시예3 | A | 16.62 | 9.6 | 75.57 | 2.9 | NG | |
| 실시예4 | A | 16.63 | 9.2 | 75.11 | 2.8 | NG | |
| 실시예5 | A | 16.63 | 7.3 | 75.06 | 2.1 | NG | |
| 실시예6 | A | 16.38 | 11.0 | 74.51 | 3.0 | NG |
상기 표 2를 참조하면, 글라스 프릿의 평균 입경은 [실시예 1]의 B, C에서와 같이 약 1.7㎛ 또는 2.5㎛일 때가 A의 3.3㎛일 때인 약 10(mΩ/□)보다 약 8.1 내지 8.5(mΩ/□)로 저항이 낮게 나타나 도전성이 우수한 것을 확인하였다. 이로써, 복합체 분말 형태인 글라스 프릿은 약 1.5 내지 3.0㎛의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, [실시예 2]에서와 같이 추가로 유기알루미늄 분말을 첨가하였을 때 그렇지 않은 다른 [실시예 1]의 A 경우인 약 10(mΩ/□)보다 약 8.2(mΩ/□)로 저항이 낮게 나타나 도전성이 우수한 것을 확인하였다.
또한, [실시예 1,2]에서와 같이 알루미늄 분말의 입경이 약 4 내지 5㎛일 때 휨 정도가 약 0.7㎜로 다른 실시예들의 약 2.1 내지 3.0㎜보다 현저하게 낮게 나타나 이에 따른 불량률을 감소시키는 효과를 확인하였다.
특히, [실시예 3,4,5]에서와 같이 알루미늄 분말을 약 8.23㎛, 7.51㎛ 및 5.45㎛일 때는 열처리 후 상기 웨이퍼의 휨 정도가 커서 상기 웨이퍼의 손상 및 불량률이 증가하였고 상기 보일링 테스트에서와 같이 상기 인쇄한 패턴이 벗겨지는 외관 변화를 나타내었다.
또한, 알루미늄 분말이 [실시예 6]에서와 같이 긴 타원 형태를 가질 경우에는 [실시예 2]에서와 같이 구형을 가질 경우인 약 8.2(mΩ/□)보다 현저하게 높은 약 11.0(mΩ/□)의 저항을 나타내며 열처리 후 상기 웨이퍼의 휨이 심하며 상기 보일링 테스트에서와 같이 상기 인쇄한 패턴이 벗겨지는 외관 변화를 나타내었다.
태양전지의 제조 방법
본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 태양전지는 기판 준비 단계, 상기 기판의 전면에 전면 전극을 형성하는 단계, 상기 기판의 후면에 후면 전극을 형성하는 단계 및 열처리하는 단계를 통하여 제조된다. 이하 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 태양전지를 형성하기 위한 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
(A) 기판 준비 단계
기판 재료로는 단결정, 다결정 또는 비정질 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 기판으로는 P형 또는 N형 웨이퍼 모두 사용될 수 있으나, 본 발명에 있어서는 P형 웨이퍼를 사용하는 것을 일례로서 설명한다. P형 웨이퍼를 기판으로 사용하는 경우, 전자의 이동도가 정공보다 빠를 뿐만 아니라 전면에 P-N 접합을 형성하기 위한 불순물 확산이 용이한 장점이 있다.
실리콘 기판이 준비되면, 입사광의 표면 반사율을 감소시키기 위하여 기판 표면을 조직화한다. 일반적으로, 입사광에 대해 표면 조직화가 이루어지지 않은 실리콘 기판은 약 30%정도를 반사함에 반하여, 표면 조직화가 이루어진 실리콘 기판은 약 10%정도만을 반사한다.
(B) 전면 전극 형성 단계
상기 실리콘 기판의 입사면 상에 주기율표의 3족 또는 5족에 해당하는 불순물을 도핑하여 기판에 P-N 접합을 형성하는 단계, 광이 입사되는 기판의 전면에 표면 조직화 공정을 수행하는 단계 및 상기 조직화된 기판의 전면에 반사 방지막을 형성하는 단계를 거친 다음, 상기 반사 방지막 상에 전면용 도전성 페이스트를 이용하여 전면 전극을 스크린 인쇄 방식에 따라 형성한다.
이때, 상기 전면용 도전성 페이스트는 도전성이 우수한 표면 산화가 잘 일어나지 않는 은(silver)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전면 전극이 형성된 부위에는 태양광이 입사되지 않아 상기 태양전지의 발전 효율을 저하시킬 수 있으므로, 상기 전면 전극은 상기 기판의 전면의 전체 면적 대비 약 2 내지 10%의 비율을 가지면서 핑거(finger) 형태로 인쇄될 수 있다.
(C) 후면 전극 형성 단계
상기 실리콘의 기판의 후면에 후면용 도전성 페이스트를 이용하여 후면 전극을 스크린 인쇄 방식에 따라 형성한다. 여기서, 상기 후면용 도전성 페이스트는 상기에서 설명하였던 도전성 페이스트와 동일하므로, 이에 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이에, 상기 후면 전극은 도전 성분으로 금속 입자뿐만 아니라 유기금속화합물을 포함하여 알루미늄과 상기 실리콘 기판 사이의 접촉 저항을 감소시킴으로써, 상기 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
(D) 열처리 단계
상기 전면 전극 및 후면 전극을 인쇄한 후, 시간에 대해 소정의 온도 프로파일을 갖도록 상기 실리콘 기판을 열처리한다.
일례로서, 상기 실리콘 기판은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 공정을 설명하기 위한 그래프를 나타낸 도 1에서와 같은 프로파일로 열처리할 수 있다. 도 1에서는 약 600℃ 이상의 온도에서 4 내지 5초 동안 가열하고, 최고온도가 약 784.4℃인 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과한 것으로서, 도전성 페이스트의 조성 등을 고려하여 도 1에 도시된 그래프는 적절하게 변경될 수 있다.
상기 실리콘 기판을 도 1에 도시된 바와 같은 프로파일로 열처리하는 경우, 약 100 내지 200℃의 온도에서 전면용 도전성 페이스트 및 후면용 도전성 페이스트의 휘발성 용제는 증발되고, 약 200 내지 400℃의 온도에서 전면용 도전성 페이스트 및 후면용 도전성 페이스트의 유기 바인더의 적어도 일부가 연소되며 전면 전극용 페이스트에 포함된 유기금속화합물의 금속성분과 유기성분은 서로 분해되고, 분해된 유기성분의 적어도 일부가 연소된다. 그리고, 약 400 내지 600℃의 온도에서 전면용 도전성 페이스트 및 후면용 도전성 페이스트의 글라스 프릿이 연화된다.
이어서, 약 600 내지 800℃의 온도에서 전면용 도전성 페이스트의 경우 분해된 금속 이온의 일부와 금속 입자로부터 용해된 금속 이온이 반사 방지막을 침투하여 상기 실리콘 기판으로 이동하게 되고, 금속 입자들 사이에 소결 접착이 일어나게 되며, 후면용 도전성 페이스트의 경우 알루미늄 성분이 상기 실리콘 기판 내부로 확산하게 되어 후면 전계(Back Surface Field)를 형성하게 되고 후면용 도전성 페이스트에 포함된 금속 입자들 사이에 소결 접착이 일어나게 된다. 이후, 상기 실리콘 기판을 급격히 냉각시키면, 상기 실리콘 기판의 규소와 전면용 도전성 페이스트 및 후면용 도전성 페이스트의 금속 성분들 사이에 결합이 발생하게 된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 알루미늄(aluminum)을 포함하는 도전성 물질;
무연(Pb free) 상태의 글라스 프릿;
유기 바인더;
용제; 및
2 이상의 작용기들을 포함하는 유기성분 및 상기 작용기들 각각에 결합된 2 이상의 금속 성분들을 구비하는 유기금속화합물을 포함하는 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트. - 제1항에 있어서, 상기 유기성분의 작용기들은 각각 카르복실기, 머캅토기, 아미노기, 에스테르기, 에테르기, 부틸기 및 아황산기 중 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 성분들은 알루미늄(aluminum)을 포함하는 제1 금속 성분 및 비스무스(Bi)를 포함하는 제2 금속 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트.
- 제3항에 있어서, 상기 글라스 프릿은 B2O3, Bi2O3, ZnO, SiO2, Al2O3, MgO, Na2O3 및 ZrO2 중 적어도 둘 이상이 결합된 복합체 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 형성용 도전성 페이스트.
- 제4항에 있어서, 상기 복합체 분말은 B2O3, Bi2O3 및 ZnO를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트.
- 제4항에 있어서, 상기 복합체 분말은 1.5 내지 3.0㎛의 평균 입경을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트.
- 내부에 P-N 접합이 형성된 반도체 기판의 전면에 은(silver)을 포함하는 제1 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 전면 전극을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 후면에 알루미늄(aluminum)을 포함하는 도전성 물질, 무연(Pb free) 상태의 글라스 프릿, 유기 바인더, 용제 및 2 이상의 작용기들을 포함하는 유기성분과 상기 작용기들 각각에 결합된 2 이상의 금속 성분들을 구비하는 유기금속화합물을 포함하는 제2 도전성 페이스트를 인쇄하여 후면 전극을 형성하는 단계; 및
상기 전면 전극과 상기 후면 전극이 형성된 반도체 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110007597A KR20120086406A (ko) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110007597A KR20120086406A (ko) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120086406A true KR20120086406A (ko) | 2012-08-03 |
Family
ID=46872209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110007597A KR20120086406A (ko) | 2011-01-26 | 2011-01-26 | 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20120086406A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117059303A (zh) * | 2023-09-05 | 2023-11-14 | 江苏飞特尔通信有限公司 | 一种ltcc滤波器外部电极的导电铝浆及其制备方法 |
-
2011
- 2011-01-26 KR KR1020110007597A patent/KR20120086406A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117059303A (zh) * | 2023-09-05 | 2023-11-14 | 江苏飞特尔通信有限公司 | 一种ltcc滤波器外部电极的导电铝浆及其制备方法 |
| CN117059303B (zh) * | 2023-09-05 | 2024-04-16 | 江苏飞特尔通信有限公司 | 一种ltcc滤波器外部电极的导电铝浆及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5870124B2 (ja) | 太陽電池素子の電極形成用導電性ペースト及び太陽電池素子並びにその太陽電池素子の製造方法 | |
| KR101246686B1 (ko) | 태양전지 전극용 페이스트 및 이를 이용한 태양전지 | |
| KR101374359B1 (ko) | 태양전지 전극용 페이스트 및 이를 이용하여 제조되는 태양전지 | |
| EP2998969A1 (en) | Composition for forming solar cell electrode and electrode manufactured therefrom | |
| TWI432551B (zh) | 太陽能電池用之導電膠組成物及其應用 | |
| EP2418656B1 (en) | Aluminium paste and solar cell using the same | |
| KR101497038B1 (ko) | 전극 형성용 은 페이스트 조성물 및 이의 제조 방법 | |
| JP2012502503A (ja) | 太陽電池電極 | |
| TWI631088B (zh) | 玻璃熔料組成物、膏糊、以及使用其之太陽能電池 | |
| JP2018049831A (ja) | 厚膜伝導性組成物およびその使用 | |
| JP2014003285A (ja) | 低金属含量導電性ペースト組成物 | |
| TW201443923A (zh) | 電極用膠組成物及太陽電池 | |
| KR101859017B1 (ko) | 전극 형성 방법, 이로부터 제조된 전극 및 태양 전지 | |
| TWI651289B (zh) | 用於太陽電池電極的組合物以及使用其製作的電極 | |
| TWI635514B (zh) | 用於太陽能電池之無鉛導電糊料 | |
| CN108074993B (zh) | 用于太阳能电池的前电极和包括其的太阳能电池 | |
| US20130160835A1 (en) | Back-side electrode of p-type solar cell and method for forming the same | |
| KR20170119300A (ko) | 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물 | |
| JP2014150015A (ja) | 太陽電池の電極形成用導電性ペースト | |
| KR101595035B1 (ko) | 전극형성용 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지 | |
| KR101278976B1 (ko) | 전극형성용 금속 페이스트 조성물 및 그 제조 방법과 그를이용한 실리콘 태양전지 | |
| KR20140048465A (ko) | 전극형성용 페이스트 조성물, 이를 이용한 실리콘 태양전지 | |
| KR20120086406A (ko) | 태양전지 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 | |
| KR20120086389A (ko) | 태양전지 전극 형성용 도전성 페이스트 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법 | |
| TWI482291B (zh) | 一種太陽能電池用之導電膠 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |