KR20130058569A - 태양전지 전극용 페이스트 및 이를 이용한 전극 및 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 전도성 입자, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하고, 더욱 상세하게는 전도성 입자는 입도 분포가 서로 다른 2종 이상의 전도성 입자군을 포함하고, 상기 전도성 입자는 평균입도(D50)가 1.85 ㎛이하이고, 90% 체적까지의 입도(D90)가 3.10 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 및 이를 포함하는 전극 및 태양전지에 관한 것이다.
Description
본 발명은 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전도성 입자의 입도를 조절하여 최적 소성 온도 범위가 넓은 전도성 페이스트를 제공하여 태양전지 효율을 향상시키는 것에 관한 것이다.
소성형 태양전지 전극 페이스트는 Wafer의 제조공정 내 산포 (에미터 면저항의 두께, 플라즈마 화학기상 증착법으로 인한 반사 방지막의 두께, texturing 공정에서의 표면의 불균일도)에 의해 최적 소성 조건들이 변화하게 된다. 따라서 평균 효율을 향상시키기 위해서는 최적 소성 온도 범위가 넓은 전극 페이스트의 개발이 필요하다.
결정형 실리콘계 태양전지의 제조에 있어, 실리콘 기판의 표면 처리, 반사 방 지막 형성, 에미터층의 면저항의 두께의 불균일도에 의해 최적 소성 온도 조건이 변하게 된다. 웨이퍼 원본의 변동에 따른 최적 소성 온도의 변화는 태양전지 효율의 산포를 증가시켜 결과적으로 태양전지의 효율을 저해하는 한 요소로 인식되고 있다.
웨이퍼 원본 및 공정 조건의 변동에 의해 초래되는 최적 소성 조건의 변화를 최소화하여 태양전지의 효율을 높이기 위해서, 종래에는 소성 범위가 넓은 유리 프릿의 조성 설계를 통하여 해결하려는 접근이 있었다.
본 발명의 목적은, 웨이퍼 원본 및 공정 조건의 변화에 따른 최적 소성 온도 범위의 변화를 줄일 수 있는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공하여, 태양전지의 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 성분 및 조성 변화 중 접촉 저항 변화에 가장 큰 영향을 주는 유리 프릿 및 전도성 입자의 입도를 조절하여 웨이퍼 원본 및 공정 조건 변화에 따른 태양전지의 효율 산포를 최소화할 수 있는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 효율이 향상된 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 전도성 입자, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하고, 상기 전도성 입자는 입도 분포가 서로 다른 2종 이상의 전도성 입자군을 포함하고, 상기 전도성 입자는 하기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1.85 ㎛이하이고, 하기 식 2에 의한 90% 체적까지의 입도(D90)가 3.10 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
[식 1]
[식 2]
상기 식에서,
X1 : 제1 전도성 입자군의 함량 (중량%)
X2 : 제2 전도성 입자군의 함량 (중량%)
Xn : 제n 전도성 입자군의 함량 (중량%)
Y1 : 제1 전도성 입자군의 D50
Y2 : 제2 전도성 입자군의 D50
Yn : 제n 전도성 입자군의 D50
Z1 : 제1 전도성 입자군의 D90
Z2 : 제2 전도성 입자군의 D90
Zn : 제n 전도성 입자군의 D90
상기 전도성 입자는 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 납(Pb), 아연(Zn), 철(Fe), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Nickel) 또는 ITO(인듐틴옥사이드) 등일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 900 ~ 930℃ 소성구간에서의 효율 산포가 0.15 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1 ~ 1.85 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 식 2에 의한 90% 체적까지의 입도(D90)가 1 ~ 3.10 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 전도성 입자는, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 제1 전도성 입자군 28~32 중량부, 제2 전도성 입자군 23~25 중량부, 제3 전도성 입자군 18~22 중량부 및 제4 전도성 입자군 8~12 중량부를 포함하고, 상기 제1 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 1.3~1.5㎛, D90이 2.1~2.3㎛이고, 상기 제2 전도성 입자군은 D10이 0.3~0.5㎛, D50이 0.7~0.9㎛, D90이 1.2~1.4㎛이고, 상기 제3 전도성 입자군은 D10이 1.5~1.7㎛, D50이 2.7~2.9㎛, D90이 4.2~4.4㎛이고, 상기 제4 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1 ㎛, D50이 2.6~2.8㎛, D90이 6.1~6.3㎛인 것일 수 있다.
상기 유리 프릿은 유연 유리 프릿, 무연 유리 프릿 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, (a) 전도성 입자 60~90 중량%, (b) 유리 프릿 1~15 중량%, 및 (c) 유기 바인더 및 용매 5~25 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
상기 페이스트는 가소제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서의 일 구체예로서의 태양전지 전극은, 상기 태양전지 전극용 페이스트로부터 형성되는 전극일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에서의 일 구체예로서의 태양전지는, 상기 전극을 포함하여 구성되는 태양전지일 수 있다.
본 발명은 간단하게 태양전지 전극용 페이스트 조성물 중의 전도성 입자의 입도 분포를 조절함으로써, 최적 소성 온도 범위를 넓혀, 웨이퍼 원본 및 공정 조건에 의한 효율 산포를 줄임으로써, 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 포함하는 전극을 포함하는 태양전지의 효율을 증가시키는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이스트를 이용하여 제조되는 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 전도성 입자, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하고, 상기 전도성 입자는 입도 분포가 서로 다른 2종 이상의 전도성 입자군을 포함하고, 상기 전도성 입자는 하기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1.85 ㎛이하이고, 하기 식 2에 의한 90% 체적까지의 입도(D90)가 3.10 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 것이다:
[식 1]
[식 2]
상기 식에서,
X1 : 제1 전도성 입자군의 함량 (중량%)
X2 : 제2 전도성 입자군의 함량 (중량%)
Xn : 제n 전도성 입자군의 함량 (중량%)
Y1 : 제1 전도성 입자군의 D50
Y2 : 제2 전도성 입자군의 D50
Yn : 제n 전도성 입자군의 D50
Z1 : 제1 전도성 입자군의 D90
Z2 : 제2 전도성 입자군의 D90
Zn : 제n 전도성 입자군의 D90.
본 발명은 태양전지 전극용 페이스트 중 상기 2종 이상의 전도성 입자의 입도 분포를 조절함으로써, 웨이퍼 원본 또는 공정 조건에 따른 접촉 저항의 변화를 줄이고, 최적 소성 온도 범위를 넓히고, 최종적으로 전극 페이스트 조성물을 포함하는 전극을 포함하는 태양전지의 효율을 높이는 것이 그 목적이다.
본 발명의 페이스트의 상기 전도성 입자는, 도전성을 가지는 유기물 또는 무기물이 모두 사용될 수 있다. 구체적으로는 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 납(Pb), 아연(Zn), 철(Fe), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Nickel) 또는 ITO(인듐틴옥사이드) 등의 금속 분말을 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
바람직하게는 상기 전도성 입자는 은(Ag) 입자를 포함하며, 은 입자 외에 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 아연(Zn) 또는 구리(Cu) 입자들이 더 첨가될 수 있다.
상기 전도성 입자는 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 또는 이들의 조합일 수 있다. 구체예에서는 상기 전도성 입자를 구형으로 하여 충진율, 소결밀도 및 자외선 투과도를 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서 태양전지 전극용 페이스트는, 900 ~ 930℃ 소성구간에서의 효율 산포가 0.15 이하, 바람직하게는 0.10 이하인 것일 수 있다.
본 발명에서 효율 산포란 전극패턴 인쇄, 소성한 실리콘 기판 10 장에 대해 각 전극의 효율값의 평균을 구하고 10 개 값의 표준편차를 계산한 것을 의미한다. 효율 산포 (표준편차 값) 값이 작을수록 소성 마진이 넓은 것을 의미한다. 일반적으로 효율 산포가 작아지도록 공정 변수를 조절하면 평균 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
소성 구간에서의 효율 산포가 본 발명의 0.15보다 크게 되면 소성 마진이 지나치게 작아져서 공정 안정성이 문제될 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1 ~ 1.85 ㎛, 바람직하게는 1 ~ 1.78 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 식 2에 의한 90% 체적까지의 입도(D90)가 1 ~ 3.10 ㎛, 바람직하게는 1 ~ 3.01 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 전도성 입자가, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 제1 전도성 입자군 33~37 중량부, 제2 전도성 입자군 13~17 중량부, 제3 전도성 입자군 13~17 중량부, 제4 전도성 입자군 8~12 중량부 및 제5 전도성 입자군 8~12 중량부를 포함하고, 상기 제1 전도성 입자군은 D10이 1.1~1.3㎛, D50이 1.7~1.9㎛, D90이 2.7~2.9㎛이고, 상기 제2 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 1.3~1.5㎛, D90이 2.1~2.3㎛이고, 상기 제3 전도성 입자군은 D10이 0.3~0.5㎛, D50이 0.7~0.9㎛, D90이 1.2~1.4㎛이고, 상기 제4 전도성 입자군은 D10이 1.5~1.7㎛, D50이 2.7~2.9㎛, D90이 4.2~4.4㎛이고, 제5 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 2.6~2.8㎛, D90이 6.1~6.3㎛인 것일 수 있다. 전체 페이스트 100부와 전도성 입자들의 합의 차이는 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매로 채워진다.
본 발명의 다른 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 전도성 입자가, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 제1 전도성 입자군 48~52 중량부, 제2 전도성 입자군 13~17 중량부, 제3 전도성 입자군 8~12 중량부 및 제4 전도성 입자군 8~12 중량부를 포함하고, 상기 제1 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 1.3~1.5㎛, D90이 2.1~2.3㎛이고, 상기 제2 전도성 입자군은 D10이 0.3~0.5㎛, D50이 0.7~0.9 ㎛, D90이 1.2~1.4㎛이고, 상기 제3 전도성 입자군은 D10이 1.5~1.7㎛, D50이 2.7~2.9㎛, D90이 4.2~4.4㎛이고, 상기 제4 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 2.6~2.8㎛, D90이 6.1~6.3㎛인 것일 수 있다. 전체 페이스트 100부와 전도성 입자들의 합의 차이는 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매로 채워진다.
본 발명의 또 다른 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 전도성 입자가, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 제1 전도성 입자군 18~22 중량부, 제2 전도성 입자군 28~32 중량부, 제3 전도성 입자군 13~17 중량부, 제4 전도성 입자군 8~12 중량부 및 제5 전도성 입자군 8~12 중량부를 포함하고, 상기 제1 전도성 입자군은 D10이 1.1~1.3㎛, D50이 1.7~1.9㎛, D90이 2.7~2.9㎛이고, 상기 제2 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 1.3~1.5㎛, D90이 2.1~2.3㎛이고, 상기 제3 전도성 입자군은 D10이 0.3~0.5㎛, D50이 0.7~0.9㎛, D90이 1.2~1.4㎛이고, 상기 제4 전도성 입자군은 D10이 1.5~1.7㎛, D50이 2.7~2.9㎛, D90이 4.2~4.4㎛이고, 제5 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 2.6~2.8㎛, D90이 6.1~6.3㎛인 것일 수 있다. 전체 페이스트 100부와 전도성 입자들의 합의 차이는 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매로 채워진다.
본 발명의 또 다른 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, 상기 전도성 입자가, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 제1 전도성 입자군 28~32 중량부, 제2 전도성 입자군 23~27 중량부, 제3 전도성 입자군 18~22 중량부 및 제4 전도성 입자군 8~12 중량부를 포함하고, 상기 제1 전도성 입자군은 0.9~1.1㎛, D50이 1.3~1.5㎛, D90이 2.1~2.3㎛이고, 상기 제2 전도성 입자군은 D10이 0.3~0.5㎛, D50이 0.7~0.9㎛, D90이 1.2~1.4㎛이고, 상기 제3 전도성 입자군은 D10이 1.5~1.7㎛, D50이 2.7~2.9㎛, D90이 4.2~4.4㎛이고, 제4 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 2.6~2.8㎛, D90이 6.1~6.3㎛인 것일 수 있다. 전체 페이스트 100부와 전도성 입자들의 합의 차이는 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매로 채워진다.
상기 유리 프릿은 유연 유리 프릿, 무연 유리 프릿 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 구체예로서의 태양전지 전극용 페이스트는, (a) 전도성 입자 60~90 중량%, (b) 유리 프릿 1~15 중량%, 및 (c) 유기 바인더 및 용매 5~25 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
상기 전도성 입자는 전체 페이스트의 중 60~90 중량%, 바람직하게는 70~88 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 저항의 증가로 변환 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있고, 유기 비히클의 양의 상대적인 감소로 페이스트화가 어려워지는 것을 막을 수 있다.
상기 유리 프릿은 전체 페이스트 중 1~10 중량%, 바람직하게는 1~7 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 전도성 입자의 소결성 및 부착력 및 저항이 높아져 변환효율이 저하되는 것을 막을 수 있고, 소성 후 남아 있는 유리 프릿의 양이 과다하게 분포되어 저항 상승 및 납땜성을 저하시킬 수 있는 가능성을 막을 수 있다.
유리 프릿(glass frit)은 전극 페이스트의 소성 공정 중 반사 방지막을 etching 하고, 은 입자를 용융시켜 저항이 낮아질 수 있도록 에미터 영역에 은 결정 입자를 생성시키고 전도성 입자과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결 시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도할 수 있다.
상기 유리 프릿은 결정화 유리 프릿 또는 비결정화 유리 프릿이며, 유연 유리 프릿, 무연 유리 프릿 또는 이들의 혼합물 중 어느 것도 사용가능 하다.
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) 및 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유리 프릿을 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1 내지 5㎛, 바람직하게는 0.5 내지 3㎛ 인 것이 사용될 수 있다. 상기 범위 내에서 UV 파장의 심부 경화를 방해하지 않으며, 전극 형성시 현상공정에서 핀홀 불량을 유발하지 않는다.
한 구체예에서는 상기 유리프릿은 300 내지 600 ℃, 바람직하게는 400 내지 550 ℃의 연화점을 가질 수 있다.
상기 유기 바인더로는 카르복실기(Carboxyl Group) 등의 친수성을 가지는 아크릴 모노머로 공중합시킨 아크릴계 고분자, 에틸 셀룰로오즈(Ethyl Cellulose), 히드록시에틸 셀룰로오즈(Hydroxyethyl Cellulose), 히드록시프로필 셀룰로오즈(Hydroxypropyl Cellulose) 또는 히드록시에틸히드록시프로필 셀룰로오즈(Hydroxyethylhydroxypropyl) 등의 셀룰로오즈계 고분자들을 각각 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
유기 바인더와 용매는 5 : 95 ~ 40 : 60 (중량비)로 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 7 : 93 ~ 30 : 70 (중량비) 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 용매는 120 ℃ 이상의 비점을 갖는 유기 용매가 사용될 수 있다. 구체적인 예로, 메틸 셀로솔브(Methyl Cellosolve), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve), 지방족 알코올(Alcohol), α-터피네올(Terpineol), β-터피네올, 다이하이드로 터피네올(Dihydro-terpineol), 에틸렌 글리콜(Ethylene Grycol), 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Ethylene glycol mono butyl ether), 부틸셀로솔브 아세테이트(Butyl Cellosolve acetate), 텍사놀(Texanol) 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있지만, 이들에 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 바인더 및 용매는 전체 페이스트 중 5~25 중량%, 바람직하게는 10 ~15 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 분산이 원활히 되지 않거나 페이스트 제조 후 점도가 너무 높아져 인쇄가 불가능하게 되는 것을 막을 수 있고, 저항이 높아지고 소성 공정 시 발생할 수 있는 문제점을 차단할 수 있다.
본 발명의 태양전지 전극용 페이스트는 상기한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 가소제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 전체 조성물 중 0.1~5 중량% 첨가되지만 필요에 따라 변경할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서의 일 구체예로서 전극은 상기 태양전지 전극용 페이스트로부터 형성되는 전극일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서의 일 구체예로서 태양전지는, 상기 전극을 포함하여 구성되는 태양전지일 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, p층(101) 및 에미터(emitter)로서의 n층(102)을 포함하는 웨이퍼(100) 또는 기판 상에, 상기 페이스트들을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 페이스트를 웨이퍼(100)의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 후면 전극(210)을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼(100)의 전면에 페이스트를 인쇄한 후 건조하여 전면 전극(230)을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400 내지 900℃ 에서 30초에서 50초 정도 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극(230) 및 후면 전극(210)을 형성할 수 있다.
본 발명의 전극 페이스트 조성물을 이용하여 전극을 형성하는 경우, 페이스트 조성물을 이용하여 박막 전극을 형성하고, 이를 소성하게 되는데, 웨이퍼 원본 또는 공정 조건에 따라 최적 소성 온도가 가변적이므로, 최적의 소성 온도에서 소성 공정을 수행하는 것이 태양전지의 효율을 향상시키는 주요한 방법이 된다. 본 발명은 페이스트 조성물의 입도 분포를 조절하여, 상기 최적 소성 온도 범위를 넓힘으로써, 조건 변화에 따른 접촉 저항 변화를 줄이는 것이 그 핵심이다.
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.
실시예
(A) 전도성 입자
실시예 및 비교예에 사용된 전도성 입자군의 Ag 입도 분포는 아래의 표 1과 같다.
| D10 | D50 | D90 | 제조사 | |
| 4-11F | 1.2 | 1.8 | 2.8 | DOWA |
| 3-11F | 1.0 | 1.4 | 2.2 | DOWA |
| G-35 | 3.0 | 5.8 | 10.6 | DOWA |
| 2-8 | 0.3 | 1.0 | 1.9 | DOWA |
| 2-1C | 0.4 | 0.8 | 1.3 | DOWA |
| 5-11F | 1.6 | 2.8 | 4.3 | DOWA |
| HP0202E | 1.0 | 2.7 | 6.2 | 희성 금속 |
(B) 유리 프릿
유리 프릿은 평균 입경(D50)이 1.0 ㎛이고 전이점이 451 ℃인 저융점 유연 유리 프릿(유연 Glass, (주)파티클로지, PSL1004C)을 사용하였다.
(C) 유기 바인더 및 용매
유기 바인더로는 에틸셀룰로오즈 (Dow chemical company, STD4), 용매로는 부틸 셀로솔브(Butyl Cellosolve)를 사용하였다.
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에 사용된 각 전도성 입자군의 함량은 아래의 표 2와 같다. 모든 경우에 전도성 입자의 함량이 85 중량%, 유리프릿 3 중량%, 유기바인더 1 중량%, 용매 11 중량%가 되도록 하였다.
| 전도성 입자군 |
4-11F | 3-11F | G-35 | 2-8 | 2-1C | 5-11F | HP0202E |
| 실시예 1 | 35 | 15 | 0 | 0 | 15 | 10 | 10 |
| 실시예 2 | 0 | 50 | 0 | 0 | 15 | 10 | 10 |
| 실시예 3 | 20 | 30 | 0 | 0 | 15 | 10 | 10 |
| 실시예 4 | 0 | 30 | 0 | 0 | 25 | 20 | 10 |
| 비교예 1 | 29 | 18 | 10 | 0 | 23 | 0 | 5 |
| 비교예 2 | 29 | 18 | 5 | 0 | 18 | 10 | 5 |
| 비교예 3 | 35 | 15 | 0 | 15 | 0 | 10 | 10 |
| 비교예 4 | 35 | 20 | 10 | 10 | 0 | 0 | 10 |
실시예
1~4 및
비교예
1~4
상기 표 2의 비율에 따르는 전도성 입자를 포함하는 페이스트를 스키린 판위에서 스크래퍼 롤링하여 도포하고 스퀴즈로 스크린 판의 화선부로 토출시키며 인쇄하고, 6 zone 소성 온도를 10 ℃씩 변화시키며, 소성 간격 30 ℃사이에서의 실리콘 웨이퍼의 평균 효율 및 효율 산포를 구하였다.
평균입도(D50) 및 90% 체적까지의 입도, 최적 소성 구간인 900 ~ 930℃ 에서의 평균 효율 및 최적 소성 구간인 900 ~ 930℃ 에서의 효율 산포는 아래의 표 3과 같다.
| D50(㎛) | D90(㎛) | 최적 소성 구간 평균 효율 | 최적 소성 구간효율 산포 | |
| 실시예 1 | 1.78 | 3.01 | 17.45 | 0.15 |
| 실시예 2 | 1.61 | 2.76 | 17.37 | 0.14 |
| 실시예 3 | 1.71 | 2.90 | 17.68 | 0.08 |
| 실시예 4 | 1.57 | 2.90 | 17.62 | 0.08 |
| 비교예 1 | 1.97 | 3.38 | 17.35 | 0.31 |
| 비교예 2 | 1.91 | 3.19 | 17.47 | 0.20 |
| 비교예 3 | 1.81 | 3.11 | 17.48 | 0.17 |
| 비교예 4 | 1.92 | 3.05 | 17.50 | 0.19 |
상기 표 3에서 보듯이 본 발명의 실시예는 D50 값이 1.78 ㎛이하인 동시에, D90 값이 3.01 ㎛이하이다. 이와 같이 D50 값과 D90 값의 조건을 모두 만족하는 경우에는, 최적 소성 구간 효율 산포가 0.15 이하가 된다.
비교예 1과 같이 D50 값과 D90 값이 모두 본 발명의 조건 범위를 벗어나는 경우는 물론이고, 비교예 3과 같이 D50 값은 조건 범위 (1.85 ㎛이하)를 만족하나, D90 값이 조건 범위 (3.10 ㎛이하)를 벗어나는 경우나, 비교예 4와 같이 D90 값은 조건 범위 (3.10 ㎛이하)를 만족하나, D50 값이 조건 범위 (1.85 ㎛이하)를 벗어나는 경우에도 최적 소성 구간 효율 산포가 0.15를 초과하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예 1 ~ 4는 비교예 1 ~ 4 대비하여 효율 산포가 0.15를 유지하면서도 평균 효율의 손실없이 소성 마진이 확보되는 것을 확인할 수 있었다.
Claims (10)
- 전도성 입자, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하고,
상기 전도성 입자는 입도 분포가 서로 다른 2종 이상의 전도성 입자군을 포함하고,
상기 전도성 입자는 하기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1.85 ㎛이하이고, 하기 식 2에 의한 90% 체적까지의 입도(D90)가 3.10 ㎛이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트:
[식 1]
[식 2]
상기 식에서,
X1 : 제1 전도성 입자군의 함량 (중량%)
X2 : 제2 전도성 입자군의 함량 (중량%)
Xn : 제n 전도성 입자군의 함량 (중량%)
Y1 : 제1 전도성 입자군의 D50
Y2 : 제2 전도성 입자군의 D50
Yn : 제n 전도성 입자군의 D50
Z1 : 제1 전도성 입자군의 D90
Z2 : 제2 전도성 입자군의 D90
Zn : 제n 전도성 입자군의 D90.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 입자는 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 납(Pb), 아연(Zn), 철(Fe), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Nickel) 또는 ITO(인듐틴옥사이드)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항에 있어서, 상기 태양전지 전극용 페이스트는 900 ~ 930℃ 소성구간에서의 효율 산포가 0.15 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항에 있어서, 상기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1 ~ 1.85 ㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항에 있어서, 상기 식 2에 의한 90% 체적까지의 입도(D90)가 1 ~ 3.10 ㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 입자는, 전체 페이스트 100 중량부에 대하여, 제1 전도성 입자군 28~32 중량부, 제2 전도성 입자군 23~25 중량부, 제3 전도성 입자군 18~22 중량부 및 제4 전도성 입자군 8~ 12 중량부를 포함하고,
상기 제1 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 1.3~1.5㎛, D90이 2.1~2.3㎛이고,
상기 제2 전도성 입자군은 D10이 0.3~0.5㎛, D50이 0.7~0.9㎛, D90이 1.2~1.4㎛이고,
상기 제3 전도성 입자군은 D10이 1.5~1.7㎛, D50이 2.7~2.9㎛, D90이 4.2~4.4㎛이고,
상기 제4 전도성 입자군은 D10이 0.9~1.1㎛, D50이 2.6~2.8㎛, D90이 6.1~6.3㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항에 있어서, 상기 페이스트는 (a) 전도성 입자 60~90 중량%, (b) 유리 프릿 1~15 중량%, 및 (c) 유기 바인더 및 용매 5~25 중량%를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항에 있어서, 상기 페이스트는 가소제, 분산제, 요변제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 어느 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항의 태양전지 전극용 페이스트로부터 형성되는 전극.
- 제9항의 전극을 포함하여 구성되는 태양전지.
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