KR20130063264A - Metal paste composition for forming electrode and silicon solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극형성용 금속 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물을 이용하여 그린에너지를 활용할 수 있을 뿐 아니라 열전도도 및 열팽창계수가 낮아 알루미늄의 소성 제어로 기판의 휨을 방지하여 기판의 파손을 방지하여 전체적으로 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 태양전지 전극 형성용 금속 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a metal paste composition for forming an electrode and a silicon solar cell using the same, and more particularly, green energy can be utilized using a rare earth metal or a metal oxide thereof, as well as low thermal conductivity and low thermal expansion coefficient. The present invention relates to a metal paste composition for forming a solar cell electrode and a silicon solar cell using the same, which can prevent warpage of the substrate and improve electrical characteristics as a whole.
최근 전자 산업이 발달함에 따라 전자제품 및 소자의 소형화 및 높은 신뢰성을 요구되고 있으며, 높은 집적도를 요구하는 현재 전자제품의 회로 패턴이나 전극 형성을 위해 다양한 방법들이 시도되고 있다. 그 중에서 도전성 금속 페이스트를 사용하는 것이 공정 중 부산물이나 오염물질의 생성이 적어 관심의 대상이 되고 있다.Recently, as electronic industry has developed, miniaturization and high reliability of electronic products and devices have been demanded. Various methods have been tried to form circuit patterns and electrodes of electronic products requiring high integration. Among them, the use of conductive metal pastes is of interest because of less generation of by-products or contaminants during the process.
일반적으로 사용되는 금속 페이스트는 도전성 금속, 유리 프릿, 유기 바인더를 포함하여 이루어지며, 도전성 금속으로는 은, 알루미늄 등이 사용되고, 그 중에서 은이 주로 사용된다. 현재 도전성 금속 페이스트가 주로 사용되는 제품으로는 하이브리드 IC, 반도체IC의 실장이나 각종 콘덴서 및 전극 등이 있으며, 최근 PCB, EL, 터치패널, RFID, LCD, PDP, 태양전지 등의 첨단 전자제품에도 널리 사용되는 등, 관련 산업이 확대 발전됨에 따라 그 수요도 더욱 증가하고 있는 실정이다.The metal paste generally used includes a conductive metal, a glass frit, and an organic binder. As the conductive metal, silver, aluminum, or the like is used. Among them, silver is mainly used. At present, conductive metal paste is mainly used for hybrid IC, semiconductor IC mounting and various capacitors and electrodes. Recently, it is widely used in high-tech electronic products such as PCB, EL, touch panel, RFID, LCD, PDP, As the related industries are expanded and developed, the demand is also increasing.
일 예로 태양전지의 경우에는 최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.For example, in the case of photovoltaic cells, there is a growing interest in alternative energy sources, as existing energy resources such as oil and coal are expected to be depleted. Among them, solar cells are rich in energy resources and have no problems with environmental pollution Especially noteworthy.
태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 분류되는데, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.Solar cells are classified into solar cells that generate steam required to rotate turbines using solar heat, and solar cells that convert photons into electrical energy using the properties of semiconductors. It refers to a solar cell (hereinafter referred to as a solar cell).
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell)로 구분된다. 이러한 3가지 종류의 태양전지 중 태양전지 시장에서는 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.Solar cells are divided into silicon solar cell, compound semiconductor solar cell and tandem solar cell according to raw materials. Of these three types of solar cells, silicon solar cells are the mainstream in the solar cell market.
도 1은 실리콘 태양전지의 기본적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도면을 참조하면, 실리콘 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)을 포함하고, 기판(101)과 에미터층(102)의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view showing a basic structure of a silicon solar cell. Referring to the drawings, a silicon solar cell includes a
위와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과(photovoltaic effect)에 의해 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 참고로, n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력효과에 의해 발생된 전자와 전공은 각각 n형 실리콘 반도체 및 p형 실리콘 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판(101) 하부 및 에미터층(102) 상부와 접합된 전면전극(103) 및 후면전극(104)으로 이동하며, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.When sunlight is incident on a solar cell having the above structure, electrons and holes are generated in a silicon semiconductor doped with impurities by a photovoltaic effect. For reference, electrons are generated in a majority carrier in the
도전성 금속 페이스트는 태양전지에서 전면전극 또는 후면전극의 제조를 위해 사용되며, 전술한 바와 같이 기타 다른 전자 제품에서 각종 전극을 제조하기 위해 사용된다.The conductive metal paste is used for manufacturing the front electrode or the back electrode in the solar cell, and as described above, is used for manufacturing various electrodes in other electronic products.
그런데, 기존의 도전성 금속을 포함하는 태양전지용 도전성 금속 페이스트, 특히 알루미늄 페이스트의 경우 BSF 형성에 있어 Al 분말 입자 및 글래스 프릿에 의존하고, 그린 에너지(green energy) 영역에 대한 에너지를 활용하지 못하였다.However, in the case of a conventional conductive metal paste for a solar cell including a conductive metal, particularly an aluminum paste, BSF formation depends on Al powder particles and glass frit, and did not utilize energy for a green energy region.
또한 후막 전극에 알루미늄을 사용할 경우, 기존에는 휨 방지를 목적으로 소성보조제로서 SiO2, SiC, Si3N4 등을 사용하였는데, 이들 대부분이 절연성 물질로 어느 정도는 알루미늄의 소성을 막으면서 저항을 키운다. 하지만, 상기 물질의 경우 저항의 감소를 줄이는 데에는 한계가 있기 때문에, 알루미늄 분말의 소성 제어 및 저항 감소를 최소화할 수 있는 방법이 필요하다. 또한, 태양전지에서 후면 전극으로 사용시 그린 영역에 대한 에너지 활용도 극대화할 수 있으며 전기적 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 금속 페이스트에 대한 개발이 필요하다.
In addition, when aluminum is used as a thick film electrode, conventionally, SiO 2 , SiC, Si 3 N 4, etc., are used as a plastic aid to prevent warping. Most of these are insulating materials. Raise However, since the material is limited in reducing the reduction in resistance, there is a need for a method capable of minimizing the plasticity control and the reduction in resistance of the aluminum powder. In addition, when the solar cell is used as a back electrode, it is necessary to develop a new metal paste that can maximize energy utilization in the green area and improve electrical performance.
따라서, 본 발명의 목적은 그린 에너지를 활용할 수 있는 물질을 첨가하여 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며 알루미늄 소성 제어로 기판의 휨을 방지하여 파손 문제를 해결하는 전극형성용 금속 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하는 것이다.
Accordingly, an object of the present invention is to add a material that can utilize the green energy to improve the electrical characteristics of the solar cell and to prevent the bending of the substrate by controlling the aluminum plasticity to solve the breakage problem electrode paste metal paste composition and using the same It is to provide a silicon solar cell.
본 발명은 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 및 소성 보조제로 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물을 포함하는 것인 전극 형성용 금속 페이스트 조성물을 제공한다.The present invention provides a metal paste composition for forming an electrode, comprising a rare earth metal or a metal oxide thereof as an aluminum powder, glass frit powder, an organic binder and a firing aid.
또한 본 발명에 따르면, 실리콘 반도체 기판;Also in accordance with the present invention, a silicon semiconductor substrate;
상기 기판 상부에 형성되는 에미터층;An emitter layer formed on the substrate;
상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막;An antireflection film formed on the emitter layer;
상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및A front electrode penetrating the antireflection film and connected to the emitter layer; And
상기 기판의 배면에 접속된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지이며,Is a silicon solar cell comprising a back electrode connected to the back of the substrate,
상기 후면 전극은 상기 금속 페이스트 조성물을 상기 기판의 배면 상에 소정의 두께로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지를 제공한다.
The back electrode provides a silicon solar cell formed by applying and firing the metal paste composition to a rear surface of the substrate to a predetermined thickness.
본 발명의 금속 페이스트 조성물은 유전체 특성을 가지면서 적외선을 차단 및 반사하는 기능을 가지고 있는 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물을 사용하여, 기판을 통과하는 그린 영역의 빛까지 이용할 수 있으며, 이에 따라 태양전지의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다. 또한 본 발명에서 사용하는 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물은 열전도도 및 열팽창계수가 낮아 알루미늄의 소성 제어로 기판의 휨을 방지하여 기판의 파손을 방지할 수 있다.
The metal paste composition of the present invention may use light of the green region passing through the substrate by using a rare earth metal or a metal oxide thereof having a dielectric property and having a function of blocking and reflecting infrared rays. There is an effect of improving the electrical properties. In addition, the rare earth metal or a metal oxide thereof used in the present invention has a low thermal conductivity and a thermal expansion coefficient, thereby preventing bending of the substrate by controlling plasticity of aluminum to prevent breakage of the substrate.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 실리콘 태양전지의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따라 제조되는 태양전지의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 페이스트를 이용하여 제조된 후막 전극의 광전류밀도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 페이스트를 이용하여 제조된 후막 전극의 개방전압을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 페이스트를 이용하여 제조된 후막 전극의 충진계수를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 페이스트를 이용하여 제조된 후막 전극의 효율을 측정하여 나타낸 그래프이다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate exemplary embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention includes matters described in such drawings. It should not be construed as limited to.
1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a conventional silicon solar cell.
2 is a schematic diagram of a solar cell manufactured according to an embodiment of the invention.
Figure 3 is a graph showing the measurement of the photocurrent density of the thick film electrode prepared using the paste of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
Figure 4 is a graph showing the measurement of the opening voltage of the thick film electrode prepared using the paste of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
5 is a graph showing the filling coefficient of the thick film electrode prepared by using the paste of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the measurement of the efficiency of the thick film electrode prepared using the paste of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 발명은 기판을 통과하는 그린 에너지 영역, 즉 1100nm 이상의 파장을 차단하고 반사시킴으로써, 기존에는 활용할 수 없었던 그린 에너지 영역의 빛을 이용하여 전자 & 홀 발생(electron & hole generation)을 유도하고 이에 따라 Jsc 및 Voc 상승을 기대할 수 있는 전극형성용 금속 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하고자 한다.The present invention cuts and reflects the green energy region passing through the substrate, that is, the wavelength of 1100 nm or more, thereby inducing electron & hole generation using the light of the green energy region, which has not been utilized previously, and thus Jsc And to provide a metal paste composition for forming an electrode that can be expected to increase Voc and a silicon solar cell using the same.
이러한 본 발명의 전극 형성용 금속 페이스트 조성물은 알루미늄 분말, 글래스 프릿, 바인더 및 유기 바인더를 포함하며, 소성 보조제로 희토류 금속 또는 이의 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 전극 형성용 금속 페이스트 조성물은 후면 전극 형성에 사용될 수 있다.The metal paste composition for forming an electrode of the present invention includes aluminum powder, glass frit, a binder, and an organic binder, and is characterized in that it comprises a rare earth metal or a metal oxide thereof as a sintering aid. The electrode paste metal paste composition may be used to form a back electrode.
본 발명에서 소성 보조제로 사용하는 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물은 물에 대한 용해성이 알루미늄 보다 낮고 알칼리 성분에 녹지 않아 내구성이 우수하고, 유전체 특성을 가지면서 적외선을 차단하고 반사하는 기능을 가지고 있어서 그린 에너지를 활용할 수 있는 물질이다. 또한 상기 물질은 HIT(Heterojunction with intrinsic thin layer) 또는 박막 셀 등의 후면 전극 재료로 사용할 수 있다.The rare earth metal or metal oxide thereof used as a plastic aid in the present invention has low solubility in water and does not dissolve in an alkali component, which is excellent in durability, and has a function of blocking and reflecting infrared rays while having a dielectric property, thereby improving green energy. It is a substance that can be utilized. In addition, the material may be used as a back electrode material such as a heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) or a thin film cell.
특히 상기 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물은 열전도도 및 열팽창계수가 낮아 알루미늄 페이스트 내 알루미늄의 소성 제어를 통해, 알루미늄의 수착방지로 팽창을 줄여줌으로써, 기판의 휨 방지 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 기판을 통과하는 그린 에너지 영역의 빛을 이용할 수 있는 특성을 부여할 수 있으며, 이러한 점을 이용하여 개방전압(Voc) 상승을 기대할 수 있다.In particular, the rare earth metal or a metal oxide thereof has a low thermal conductivity and a coefficient of thermal expansion, thereby reducing the expansion of the aluminum sorption by controlling the plasticity of aluminum in the aluminum paste, thereby improving the warpage prevention and electrical characteristics of the substrate. Accordingly, the present invention can impart a characteristic of using light in the green energy region passing through the substrate, and can increase the open voltage Voc by using this point.
또한, 상기 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물은 내열 안정제로도 사용되는 물질로서, 외부 환경에 의한 태양전지 셀 내부의 온도 상승시 알루미늄의 열전도율을 차단시켜 전지 성능 (cell performance)에 영향을 덜 줄 수 있다. 일반적으로 외부 온도 상승에 의해 개방전압(Voc) 감소를 막아주는 역할을 할 수 있다. In addition, the rare earth metal or a metal oxide thereof is also used as a heat stabilizer, and may block the thermal conductivity of aluminum when the temperature rises inside the solar cell due to the external environment, thereby less affecting the cell performance. . In general, it may play a role of preventing the reduction of the open voltage (Voc) by increasing the external temperature.
상기 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물은 0.01㎛ 내지 30㎛의 평균입경을 가지는 Y, La, Sc, Ce, Sm, Gd, Dy, Tm, Yb 및 Lu로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 희토류 금속 또는 이의 금속산화물은 Y2O3, Dy2O3, Sm2O3 및 Er2O3로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 보다 바람직하며, 그린 에너지 활용면에서 Y2O3 가 더욱 바람직하다.The rare earth metal or a metal oxide thereof may use at least one metal selected from the group consisting of Y, La, Sc, Ce, Sm, Gd, Dy, Tm, Yb, and Lu having an average particle diameter of 0.01 μm to 30 μm. . For example, as the rare earth metal or metal oxide thereof, it is more preferable to use any one selected from the group consisting of Y 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Sm 2 O 3, and Er 2 O 3 . More preferably Y 2 O 3 .
또한 상기 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물의 함량은 전체 알루미늄 페이스트 조성물에 대하여 0.05 내지 2 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%, 가장 바람직하게는 0.2 내지 0.6 중량%인 것이 좋다. 상기 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물의 함량이 0.05 중량% 미만이면 전기적 성능 개선이 미비할 뿐만 아니라 휨방지 효과가 없고, 2 중량%를 초과하면 알루미늄의 확산(diffusion)을 방해하여 back surface field를 막을 수 있다.In addition, the content of the rare earth metal or a metal oxide thereof is preferably 0.05 to 2% by weight, more preferably 0.1 to 1% by weight, most preferably 0.2 to 0.6% by weight based on the total aluminum paste composition. When the content of the rare earth metal or metal oxide thereof is less than 0.05 wt%, not only the electrical performance improvement is insignificant, but there is no warpage prevention effect, and when the content of the rare earth metal or the metal oxide is more than 2 wt%, the back surface field may be prevented by preventing the diffusion of aluminum. have.
상기 알루미늄 분말은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 알루미늄 입자라면 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게, 상기 알루미늄 분말은 입자크기에 따라 D50이 0.5㎛ 내지 15㎛인 것을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게 알루미늄 분말은 입자 크기에 따라 D50=1.0㎛, D50=3㎛, D50=10㎛가 되는 입자들로 이루어진 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기 알루미늄 입자들은 유기물로 코팅 또는 코팅되지 않은 상태로 바인더에 첨가하여 혼합할 수 있다. 여기서, D50은 체적 기준에 의한 누적 입자 분포의 평균 입경을 의미한다.The aluminum powder may be used without limitation so long as it is aluminum particles commonly used in the art. Preferably, the aluminum powder may have a D50 of 0.5 μm to 15 μm depending on the particle size, and more preferably, the aluminum powder may have D50 = 1.0 μm, D50 = 3 μm, and D50 = 10 μm depending on the particle size. Any one or mixture of two or more of the particles can be used. In addition, the aluminum particles may be added and mixed with a binder in a state of being coated or uncoated with an organic material. Here, D50 means the average particle diameter of the cumulative particle distribution based on the volume basis.
또한 상기 알루미늄 분말의 함량은 전체 알루미늄 페이스트 조성물에 대하여 60 내지 80 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 60 내지 75 중량%, 가장 바람직하게는 65 내지 70 중량%인 것이 좋다. 상기 알루미늄 분말의 함량이 60 중량% 미만이면 알루미늄 확산이 적어져 back surface field의 두께가 얇아지고 이에 따라 전기적 특성이 저하되고, 80 중량%를 초과하면 인쇄성이 떨어지면서 웨이퍼 휨이 커지는 문제가 있다.In addition, the content of the aluminum powder is preferably 60 to 80% by weight, more preferably 60 to 75% by weight, most preferably 65 to 70% by weight based on the total aluminum paste composition. If the content of the aluminum powder is less than 60% by weight, aluminum diffusion decreases, so that the thickness of the back surface field is reduced, thereby decreasing the electrical properties. When the content of the aluminum powder exceeds 80% by weight, there is a problem that the warpage of the wafer is increased while the printability is reduced. .
본 발명에서 사용될 수 있는 글래스 프릿 분말은 당분야에서 사용되는 글래스 프릿이면 제한없이 사용될 수 있다. 이러한 글래스 프릿 분말의 예를 들면, 납산화물 및/또는 비스무트 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 SiO2-PbO계, SiO2-PbO-B2O3계, Bi2O3-B2O3-SiO2계, 또는 PbO-Bi2O3-B2O3-SiO2계 분말 등이 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.Glass frit powder that can be used in the present invention may be used without limitation so long as the glass frit used in the art. Examples of such glass frit powders may include lead oxides and / or bismuth oxides. Specifically, SiO 2 -PbO system, SiO 2 -PbO-B 2 O 3 system, Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 system, or PbO-Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 system Powders and the like may be used alone or in combination of two or more, but is not limited thereto.
상기 유기 바인더는 알루미늄 분말, 글래스 프릿 및 소성 보조제를 페이스트 상으로 제조하기 위해 사용하며, 본 발명에서 사용되는 유기 바인더는 페이스트 조성물을 제조하기 위해 당분야에서 사용되는 유기 바인더라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 유기 바인더는 셀룰로오스 수지, 아크릴계 수지, 부틸카르비톨 및 터피네올로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게 에틸 셀룰로오스 또는 아크릴레이트 계열의 폴리머 수지를 사용할 수 있다.The organic binder is used to prepare aluminum powder, glass frit and baking aid in a paste form, and the organic binder used in the present invention may be used without limitation as long as it is an organic binder used in the art for preparing a paste composition. For example, the organic binder may be any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of cellulose resins, acrylic resins, butylcarbitol, and terpineol, but is not limited thereto. Preferably, ethyl cellulose or acryl Rate-based polymer resins can be used.
또한 상기 글래스 프릿과 유기바인더의 함량은 전극 형성이 용이하고, 스크린 프린팅에 매우 용이한 점도를 가지며, 스크린프린팅 후 페이스트가 흘러내리는 것을 방지하여 적합한 종횡비(Aspect ratio)를 나타낼 수 있는 범위라면, 그 범위가 특별히 한정되지 않는다.In addition, the content of the glass frit and the organic binder is easy to form the electrode, has a very easy viscosity for screen printing, and if the range that can exhibit a suitable aspect ratio by preventing the paste from flowing down after screen printing, The range is not particularly limited.
예를 들면, 상기 글래스 프릿의 함량은 전체 알루미늄 페이스트 조성물에 대하여 0.5 내지 4 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 3 중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 2 중량%인 것이 좋다. 상기 글래스 프릿의 함량이 0.5 중량% 미만이면 알루미늄이 웨이퍼와의 접착력이 약해져 탈착될 수 있을 뿐만 아니라 전기적 특성이 저하될 수 있고, 4 중량%를 초과하면 웨이퍼 휨이 증가하고 전기적 특성도 저하될 수 있다.For example, the content of the glass frit is preferably 0.5 to 4% by weight based on the total aluminum paste composition, more preferably 1 to 3% by weight, most preferably 1 to 2% by weight. If the content of the glass frit is less than 0.5% by weight, aluminum may have a weak adhesive force with the wafer and thus may be detached, and electrical properties may be degraded. When the glass frit is more than 4% by weight, wafer warpage may be increased and electrical properties may be reduced. have.
또한 상기 유기 바인더의 함량은 전체 알루미늄 페이스트 조성물에 대하여 5 내지 40 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 30 중량%, 가장 바람직하게는 15 내지 25 중량%인 것이 좋다. 상기 유기 바인더의 함량이 5 중량% 미만이면 인쇄가 가능한 페이스트를 만들기 어렵고, 40 중량%를 초과하면 알루미늄 함량이 감소되어 전기적 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.In addition, the content of the organic binder is preferably 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight, most preferably 15 to 25% by weight based on the total aluminum paste composition. When the content of the organic binder is less than 5% by weight, it is difficult to make a printable paste, and when the content of the organic binder exceeds 40% by weight, the aluminum content may be reduced, thereby lowering electrical characteristics.
본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물은 상기 각 성분들이 균일하게 분산되도록 당분야에 알려진 다양한 방법으로 혼합시켜 얻을 수 있다.The aluminum paste composition of the present invention may be obtained by mixing by various methods known in the art to uniformly disperse the above components.
선택적으로, 본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 추가적인 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 소포제, 분산제, 가소제 등을 필요에 따라 본 발명의 조성물에 더 첨가할 수 있다.Optionally, the aluminum paste composition of the present invention may further include additional additives without departing from the scope of the present invention. For example, an antifoamer, a dispersing agent, a plasticizer, etc. can be further added to the composition of this invention as needed.
본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 기본적으로는, 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 바인더 및 소성 보조제를 동시에 넣고 혼합하는 방법을 이용해 페이스트 제조가 가능하다. 각 성분들의 혼합은 3롤 밀(3 roll mill) 등을 이용하여 균일하게 혼합할 수 있다.
The manufacturing method of the aluminum paste composition of this invention is as follows. Basically, paste production is possible using a method of simultaneously adding and mixing aluminum powder, glass frit powder, a binder and a baking aid. Mixing of each component can be mixed uniformly using a 3 roll mill or the like.
한편, 본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물을 이용하여 제조된 후면전극을 포함하는 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는 실리콘 태양전지일 수 있다.On the other hand, the present invention provides a solar cell comprising a back electrode prepared using the aluminum paste composition. The solar cell may be a silicon solar cell.
바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 실리콘 반도체 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막; 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및 상기 기판의 배면에 접속된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지이며, 상기 후면 전극은 상기 금속 페이스트 조성물을 상기 기판의 배면 상에 소정의 두께로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지를 제공한다.According to a preferred embodiment, the present invention is a silicon semiconductor substrate; An emitter layer formed on the substrate; An antireflection film formed on the emitter layer; A front electrode penetrating the antireflection film and connected to the emitter layer; And a back electrode connected to a rear surface of the substrate, wherein the back electrode provides a silicon solar cell formed by applying and firing the metal paste composition to a rear surface of the substrate at a predetermined thickness.
이하에서는 본 발명의 은 페이스트 조성물을 사용하는 실리콘 태양전지를 일 실시예로서 도 2를 참조하여 설명한다. 그러나, 이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, a silicon solar cell using the silver paste composition of the present invention will be described with reference to FIG. 2 as an example. However, the embodiments described in the specification and the drawings shown below are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 태양전지는, 실리콘 반도체 기판(201), 상기 기판(201)의 상부에 형성되는 에미터층(202), 상기 에미터층(202) 상에 형성된 반사방지막(203), 상기 반사방지막(203)을 관통하여 에미터층(202)의 상부 표면과 접속된 전면 전극(204), 및 상기 기판(201)의 배면에 접속된 후면 전극(205)을 포함한다.2, the silicon solar cell according to the present invention includes a
기판(201)에는 p형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑될 수 있고, 에미터층(202)에는 n형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 불순물로 도핑될 수 있다. 이처럼 기판(201)과 에미터층(202)에 반대 도전형의 불순물이 도핑되면, 기판(201)과 에미터층(202)의 계면에는 p-n 접합이 형성된다. 한편 p-n 접합은 기판(201)에 n형 불순물을 도핑하고 에미터층(202)에 p형 불순물을 도핑하여 형성해도 무방하다.As the p-type impurity, B, Ga, In or the like as a
상기 반사방지막(203)은 에미터층(202)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함(예컨대, 댕글링 본드)을 부동화하고 기판(201)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 에미터층(202)에 존재하는 결함이 부동화되면 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지의 개방전압이 증가한다. 그리고 태양광의 반사율이 감소되면 p-n 접합까지 도달되는 빛의 량이 증대되어 태양전지의 단락전류가 증가한다. 이처럼 반사방지막(203)에 의해 태양전지의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그 만큼 태양전지의 변환효율이 향상된다. The
상기 반사방지막(203)은 예를 들면 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF2, ZnS, MgF2, TiO2 및 CeO2 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 물질막이 조합된 다중막 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 상기 반사방지막(203)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 상기 반사방지막(203)의 형성방법이 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 각각 은과 알루미늄으로 이루어진 금속 전극이다. 상기 전면 전극(204)는 본 발명의 통상의 은 페이스트 조성물을 이용하여 제조될 수 있고 후면 전극(205)은 본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물을 이용하여 제조된다. 상기 은 전극은 전기 전도성이 우수하고, 알루미늄 전극은 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘 반도체로 이루어진 기판(201)과의 친화력이 우수하여 접합이 잘 되는 장점이 있다.The
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 공지된 여러 가지 기술에 의해 제조 가능하지만, 바람직하게는 스크린 인쇄법에 의해 형성된 것이다. 즉, 전면 전극(204)은 통상의 은 페이스트 조성물을 전면 전극 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 열처리가 시행되면 펀치 스루(punch through) 현상에 의해 전면 전극이 반사방지막(203)을 뚫고 에미터층(202)과 접속된다.The
이와 유사하게, 후면 전극(205)은 본 발명의 희토류 금속 또는 이의 금속 산화물이 첨가된 알루미늄 페이스트를 이용하여, 기판(201)의 배면에 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 후면 전극의 열처리 시에는 전극 구성 물질인 알루미늄이 기판(201)의 배면을 통해 확산됨으로써 후면 전극(205)과 기판(201)의 경계면에 후면 전계(Back Surface field: 미도시)층이 형성될 수도 있다. 후면 전계층이 형성되면 캐리어가 기판(201)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있다. 캐리어의 재결합이 방지되면 개방전압과 충실도가 상승하여 태양전지의 변환효율이 향상된다.Similarly, the
이때, 본 발명에서 전면전극 및 후면전극 형성시 인쇄방법은 상술한 스크린 인쇄 법 이외에, 닥터블레이드, 잉크젯 인쇄, 그라비아 인쇄와 같은 통상의 방법을 사용할 수 있다.At this time, in the present invention, in the formation of the front electrode and the rear electrode, in addition to the screen printing method described above, conventional methods such as doctor blade, inkjet printing, and gravure printing may be used.
이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상세히 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.
Best Mode for Carrying Out the Invention Hereinafter, the function and effect of the present invention will be described in more detail through a specific embodiment of the present invention. It is to be understood, however, that these embodiments are merely illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
<< 비교예Comparative example 1 내지 3 및 1 to 3 and 실시예Example 1 내지 3> 1 to 3>
하기 표 1의 조성과 함량으로 각 성분을 혼합하여 알루미늄 페이스트 조성물을 제조하였다 (단위: 중량%).To the aluminum paste composition was prepared by mixing each component in the composition and content of Table 1 (unit: wt%).
알루미늄 분말은 D50=1.0㎛인 입자를 사용하고, 글래스 프릿은 비스무스 산화물을 포함하는 평균입경 2μ인 것을 사용하였고, 유기바인더는 에틸셀룰로오스를 사용하였다. 이때, 상기 "μ"단위는 잘 알려진 바대로 "㎛"와 동일한 것이다. 또한, Si3N4, SiO2는 각각 59 nm 이하의 평균입경을 가지는 입자를 사용하고, Y2O3는 0.05 ㎛의 평균입경을 가지는 입자를 사용하였다.Aluminum powder used particles having a D50 of 1.0 μm, glass frit having an average particle diameter of 2 μ including bismuth oxide, and an organic binder using ethyl cellulose. In this case, the "μ" unit is the same as "μm" as is well known. In addition, Si 3 N 4 and SiO 2 used particles each having an average particle diameter of 59 nm or less, and Y 2 O 3 used particles having an average particle diameter of 0.05 μm.
(중량%)Al powder
(weight%)
(중량%)Glass frit
(weight%)
바인더
(중량%)abandonment
bookbinder
(weight%)
(중량%)Sum
(weight%)
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<< 실험예Experimental Example 1> 1>
통상의 방법으로 도 2에 도시된 실리콘 반도체 기판(201), 상기 기판(201)의 상부에 형성되는 에미터층(202), 상기 에미터층(202) 상에 형성된 반사방지막(203), 상기 반사방지막(203)을 관통하여 에미터층(202)의 상부 표면과 접속된 전면 전극(204), 및 상기 기판(201)의 배면에 접속된 후면 전극(205)을 포함하는 구조의 실리콘 태양전지를 제조하였다.In a conventional manner, the
이어서, 상기 비교예 1 내지 3 및 실시예 1에서 제조된 페이스트를 이용한 실리콘 태양전지에 대하여, 통상적인 방법으로 물성 (Jsc, Voc, 충전인자, 효율)을 측정하여 그 결과를 도 3 내지 6에 나타내었다. 도 3에서 광전류밀도(Jsc)의 단위는 "mA/㎠"이고, 도 4에서 개방전압(Voc)의 단위는 "mV"이고, 도 5에서 충진계수(Fill Factor)의 단위는 "%"이고, 도 6에서 효율의 단위는 "%"이다.Subsequently, with respect to the silicon solar cell using the paste prepared in Comparative Examples 1 to 3 and Example 1, physical properties (Jsc, Voc, charging factor, efficiency) were measured in a conventional manner, and the results are shown in FIGS. 3 to 6. Indicated. In FIG. 3, the unit of photocurrent density Jsc is “mA /
도 3 내지 6의 결과를 보면, Y2O3를 첨가한 실시예 1의 경우 비교예 1 내지 3에 비해 Voc 값이 0.002V 이상 높게 나타났다. 특히, BSF 측면에서 볼 때, 소성 보조제로 Si3N4, SiO2를 넣는 것보다 본 발명의 Y2O3가 알루미늄 분말의 소성을 제어하면서도 기판을 통과하는 적외선 영역을 차단해줌으로써, 적외선 영역에서 생성될 수 있는 전자 및 홀 발생에 효과적임을 알 수 있다. 이에 따라, BSF가 증가되고 Jsc 값이 증가되는 것을 확인하였다. 또한 비교예 3이 실시예 1보다 충진계수가 약간 높긴 하나, 효율이 현저히 낮았다. 따라서, 본 발명의 실시예 1의 경우 비교예 1 내지 3에 비해, 충진계수 및 효율면에서 효과적임을 알 수 있다.
Referring to the results of FIGS. 3 to 6, in the case of Example 1 to which Y 2 O 3 was added, the Voc value was higher than 0.002V compared to Comparative Examples 1 to 3. In particular, in terms of BSF, rather than adding Si 3 N 4 , SiO 2 as the firing aid, Y 2 O 3 of the present invention blocks the infrared region passing through the substrate while controlling the firing of the aluminum powder, thereby reducing the infrared region. It can be seen that it is effective for the generation of electrons and holes that can be generated in. Accordingly, it was confirmed that the BSF is increased and the Jsc value is increased. In addition, although Comparative Example 3 had a slightly higher filling factor than Example 1, the efficiency was significantly lower. Therefore, in the case of Example 1 of the present invention, it can be seen that compared with Comparative Examples 1 to 3 in terms of the filling factor and efficiency.
<< 실험예Experimental Example 2> 2>
상기 비교예 1 내지 3 및 실시예 1에서 제조된 페이스트를 이용한 실리콘 태양전지에 대하여, 통상적인 방법으로 웨이퍼에 대한 휨특성을 측정하였고 그 결과를 도 7에 나타내었다.With respect to the silicon solar cell using the paste prepared in Comparative Examples 1 to 3 and Example 1, the bending property of the wafer was measured by a conventional method and the results are shown in FIG.
도 7에서 보면, 비교예 1 및 3은 본원 실시예 1에 비해 웨이퍼 휨이 커서 기판의 파손 가능성이 높았다. 또한 비교예 2는 실시예 1과 유사한 경향을 나타내었지만, 상술한 바대로 전기적 특성이 불량한 것이다.
As shown in Fig. 7, Comparative Examples 1 and 3 had a greater warpage of the wafer than in Example 1 of the present application, and thus had a high possibility of damage to the substrate. In addition, Comparative Example 2 showed a similar tendency as that of Example 1, but the electrical characteristics were poor as described above.
201: 기판 202: 에미터층
203: 반사방지막
204: 전면 전극 205: 후면 전극201: substrate 202: emitter layer
203: antireflection film
204: front electrode 205: rear electrode
Claims (10)
상기 기판 상부에 형성되는 에미터층;
상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막;
상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및
상기 기판의 배면에 접속된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지이며,
상기 후면 전극은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 금속 페이스트 조성물을 상기 기판의 배면 상에 소정의 두께로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지.Silicon semiconductor substrates;
An emitter layer formed on the substrate;
An anti-reflection film formed on the emitter layer;
A front electrode penetrating the antireflection film and connected to the emitter layer; And
Is a silicon solar cell comprising a back electrode connected to the back of the substrate,
The back electrode is formed by applying the metal paste composition according to any one of claims 1 to 9 on the back of the substrate to a predetermined thickness and baked.
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116313216A (en) * | 2022-12-28 | 2023-06-23 | 广州市儒兴科技股份有限公司 | Aluminum paste and solar cell |
-
2011
- 2011-12-06 KR KR1020110129691A patent/KR20130063264A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
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| CN116313216A (en) * | 2022-12-28 | 2023-06-23 | 广州市儒兴科技股份有限公司 | Aluminum paste and solar cell |
| CN116313216B (en) * | 2022-12-28 | 2024-02-02 | 广州市儒兴科技股份有限公司 | Aluminum paste and solar cell |
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