KR20130067693A - Ag paste composition for forming electrode and silicon solar cell using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극형성용 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 종횡비를 구현할 수 있는 하이드록실기를 적어도 1개 이상 가지며 1000 이하의 저분자량을 갖는 첨가제를 사용하여 전면 전극 패턴 형성시 인쇄성을 향상시키고, 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 전극형성용 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a silver paste composition for forming an electrode and a silicon solar cell using the same, and more particularly, using an additive having at least one or more hydroxyl groups capable of realizing a high aspect ratio and having a low molecular weight of 1000 or less. The present invention relates to a silver paste composition for forming an electrode capable of improving printability when forming an electrode pattern and improving electrical characteristics of a solar cell, and a silicon solar cell using the same.
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.
또한, 태양전지의 효율을 증가시키기 위해, 최근에는 쉐도우 영역이 감소하는 방향으로 셀이 개발되고 있다.In addition, in order to increase the efficiency of solar cells, cells have recently been developed in a direction in which the shadow area is reduced.
그런데, 기존의 도전성 금속을 포함하는 은 페이스트는 끈적임이 많고 점도가 높아, 전극 패턴을 형성하는 과정에서 인쇄성이 원할하지 못하여 태양전지의 효율을 향상시키는데 한계가 있었다.However, the conventional silver paste containing the conductive metal has a lot of stickiness and high viscosity, so that printing is not desired in the process of forming an electrode pattern, thereby limiting the efficiency of the solar cell.
예를 들면, 기존의 방법의 경우, 인쇄성을 향상시키고자 지방산이나 아민 계열의 첨가제를 사용한 적이 있으나, 이러한 경우 페이스트의 점도를 하강시키는 효과는 있어도 끈적임을 감소시키지는 못하여, 기판에 페이스트를 코팅시 좁은 선폭과 높은 선고의 구현이 어려웠다.
For example, in the conventional method, a fatty acid or an amine additive has been used to improve printability, but in this case, although the effect of lowering the viscosity of the paste does not reduce stickiness, the paste is coated on a substrate. It was difficult to implement narrow line width and high sentence.
본 발명의 목적은 높은 종횡비를 구현할 수 있는 적어도 1개 이상의 하이드록실기를 가지며 1000이하의 저분자량을 갖는 첨가제를 사용하여 전면 전극 패턴 형성시 인쇄성을 향상시키고, 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 전극형성용 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to improve the printability when forming the front electrode pattern by using an additive having at least one or more hydroxyl groups capable of high aspect ratio and having a low molecular weight of less than 1000, and improve the electrical characteristics of the solar cell. It is to provide a silver paste composition for forming electrodes and a silicon solar cell using the same.
본 발명은 은 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더를 포함하며,The present invention includes silver powder, glass frit powder, organic binder,
적어도 1개 이상의 하이드록실기를 가지며 분자량 1,000 이하의 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 저분자량 첨가제를 포함하는 것인 전극 형성용 은 페이스트 조성물을 제공한다.It provides a silver paste composition for forming an electrode having at least one or more hydroxyl groups and containing a low molecular weight additive represented by the following formula (1) or (2) having a molecular weight of 1,000 or less.
[화학식 1][Formula 1]
R1COOHR 1 COOH
[화학식 2][Formula 2]
R2-OHR 2 -OH
상기 식에서,Where
R1은 적어도 1개의 하이드록실기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 알케닐기이고, 이들은 탄소수 1 내지 5의 카복실기로 치환되거나 비치환될 수 있으며,R 1 is an alkyl or alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms having at least one hydroxyl group, which may be substituted or unsubstituted with a carboxyl group having 1 to 5 carbon atoms,
R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이며, 이들은 하이드록실기로 치환되거나 비치환될 수 있다.R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, which may be unsubstituted or substituted with a hydroxyl group.
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 전면 전극은 상기 은 페이스트 조성물을 상기 반사 방지막 상에 소정의 패턴으로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지를 제공한다.
The front electrode provides a silicon solar cell formed by applying and firing the silver paste composition on the anti-reflection film in a predetermined pattern.
본 발명의 전극 형성용 은 페이스트 조성물은 분자내 적어도 1개 이상의 하이드록실기를 가지며 1000 이하의 저분자량을 가지는 첨가제를 사용함으로써, 페이스트의 점도를 하강시키면서 끈적임을 감소시켜 기판에 전면전극을 형성시 페이스트의 인쇄성을 크게 향상시킬 수 있어서, 높은 종횡비를 구현할 수 있으며, 이에 따라 태양전지의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다.
The silver paste composition for forming an electrode of the present invention uses an additive having at least one or more hydroxyl groups in a molecule and a low molecular weight of 1000 or less, thereby reducing stickiness while decreasing the viscosity of the paste to form a front electrode on a substrate. Since the printability of the paste can be greatly improved, a high aspect ratio can be realized, thereby improving the electrical characteristics of the solar cell.
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 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 페이스트를 이용한 실리콘 태양전지에 대한 패턴의 선폭 및 선고를 비교하여 나타낸 것이다.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 shows a comparison of the line width and line height of the pattern for the silicon solar cell using the paste prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 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.
하이드록실기가 포함되지 않은 은 페이스트의 경우, 페이스트의 끈적임을 증가시키면서 선폭이 퍼지는 문제점이 있는 반면, 하이드록실기를 포함하고 있는 첨가제의 경우 선폭 퍼짐성과 끈적거림을 개선할 수 있으며, 하이드록실기가 더욱 많아지게 되면 선고도 향상시킬 수 있어서 높은 종횡비(high aspect ratio)를 구현하여 태양전지의 효율을 증가시킬 수 있다.In the case of silver paste containing no hydroxyl group, the line width is spread while increasing the stickiness of the paste, while the additive containing hydroxyl group can improve the line spread and stickiness. If more is increased, the line height can be improved, so that the high aspect ratio can be realized to increase the efficiency of the solar cell.
따라서, 전극 선폭을 감소시키고 기판의 텍스쳐링으로 인해 쉐도우 영역이 감소할 수 있으므로, 본 발명은 좁은 선폭과 높은 선고를 구현하면서, 텍스쳐링된 기판에 페이스트가 인쇄된 후, contact을 잘 형성할 수 있도록 하기 위한 방법에 관한 것이다.Therefore, the shadow area can be reduced due to the reduction of the electrode line width and the texturing of the substrate, so that the present invention can form a contact well after the paste is printed on the textured substrate while implementing a narrow line width and a high line height. It is about a method.
이에, 본 발명은 적어도 1개 이상의 하이드록실기를 가지는 저분자량의 첨가제를 이용하는 전극 형성용 은 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to provide a silver paste composition for forming an electrode using a low molecular weight additive having at least one hydroxyl group and a silicon solar cell using the same.
이러한 본 발명의 전극 형성용 은 페이스트 조성물은 은 분말, 글래스 프릿, 및 유기바인더를 포함하며, 태양전지의 효율 증가를 위해 상기 저분자량의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 전극 형성용 은 페이스트 조성물은 전면 전극 형성에 사용될 수 있다.The silver paste composition for forming an electrode of the present invention includes a silver powder, a glass frit, and an organic binder, and is characterized by including the low molecular weight additive for increasing the efficiency of the solar cell. The silver paste composition for forming an electrode may be used to form a front electrode.
본 발명에서 사용하는 저분자량 첨가제는 하이드록실기가 화합물 내에 1개 있더라도 분자량이 적거나, 하이드록실기가 많을수록 점도 하강과 함께 페이스트의 끈적임(tacky)을 감소시켜, 인쇄시 페이스트와 스크린 마스크간 분리가 원활히 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 하이드록실기가 있는 첨가제는 페이스트내 바인더의 매트릭스 내부에 들어가 바인더의 분자간 결합을 방해하면서 바인더의 끈적임(tacky)을 감소시켜 페이스트의 인쇄성을 증진시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 높은 선고 및 패턴크기와 비슷한 선폭을 갖는 전극 패턴을 형성할 수 있다.The low molecular weight additive used in the present invention has a low molecular weight even if there is only one hydroxyl group in the compound, or the more hydroxyl group, the viscosity decreases and the sticky (tacky) of the paste is reduced, so that the separation between the paste and the screen mask during printing. Can be made smoothly. In addition, the additives with hydroxyl groups can enter the matrix of the binder in the paste and interfere with the intermolecular bonding of the binder while reducing the binder's sticky, thereby improving the printability of the paste. Accordingly, the present invention can form an electrode pattern having a high line height and a line width similar to the pattern size.
또한, 저분자량 첨가제의 화합물에서 하이드록실기가 많을수록 선폭 정확성 뿐만 아니라 패턴의 선고 또한 높아져 종횡비(선폭 대비 선고 비율, aspect ratio)를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 전극의 패턴의 선폭을 좁히고 선고를 높여 기존 보다 태양전지의 빛 입사량을 증가시켜 전지 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the more hydroxyl groups in the compound of the low molecular weight additive, the higher the line width accuracy as well as the line height of the pattern, thereby improving aspect ratio (aspect ratio to line width, aspect ratio). Accordingly, the present invention can narrow the line width of the pattern of the electrode and increase the line height, thereby increasing the light incident amount of the solar cell, thereby improving battery characteristics.
바람직하게, 본 발명은 상기 저분자량 첨가제의 사용으로, 좁은 선폭 및 높은 선고를 구현할 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 선폭(line width)과 높이(height)의 비를 100㎛:10-50㎛ 내지 60㎛:10-40㎛의 비율로 조절할 수 있다. 보다 바람직하게, 선폭과 높이의 비는 60㎛: 20㎛일 수 있다.Preferably, the present invention can implement a narrow line width and a high sentence by using the low molecular weight additive. For example, the present invention can adjust the ratio of the line width (height) and the height (height) in the ratio of 100㎛: 10-50㎛ to 60㎛: 10-40㎛. More preferably, the ratio of line width and height may be 60 µm: 20 µm.
본 발명에서 사용하는 적어도 1개 이상의 하이드록실기를 가지는 저분자량 첨가제는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물이며, 분자량이 1,000 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 분자내 하이드록실(-OH)기가 1개 이상이고 분자량이 100 내지 1,000 인 것이 좋다.The low molecular weight additive having at least one or more hydroxyl groups used in the present invention is a compound represented by the following formula (1) or (2), preferably having a molecular weight of 1,000 or less, and more preferably an intramolecular hydroxyl (-OH) group. It is good that it is one or more and molecular weight is 100-1,000.
[화학식 1][Formula 1]
R1COOHR 1 COOH
[화학식 2][Formula 2]
R2-OHR 2 -OH
상기 식에서,Where
R1은 적어도 1개의 하이드록실기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 알케닐기이고, 이들은 탄소수 1 내지 5의 카복실기로 치환되거나 비치환될 수 있으며,R 1 is an alkyl or alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms having at least one hydroxyl group, which may be substituted or unsubstituted with a carboxyl group having 1 to 5 carbon atoms,
R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이며, 이들은 하이드록실기로 치환되거나 비치환될 수 있다.R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, which may be unsubstituted or substituted with a hydroxyl group.
상기 화학식 1 또는 2의 저분자량 첨가제에 있어서, 분자내 하이드록실기가 1개 이상이더라도 분자량이 1,000을 초과할 경우에는 페이스트 중에서 바인더의 끈적임을 증가시켜 페이스트의 인쇄성을 떨어뜨린다. 이에 따라, 결국 기판 인쇄시 원하는 선폭을 얻을 수 없고 스크린 마스크간의 분리가 원활히 이루어질 수 없다.In the low molecular weight additive of Formula 1 or 2, even if the molecular weight of the hydroxyl group is one or more, if the molecular weight exceeds 1,000, the stickiness of the binder in the paste is increased to reduce the printability of the paste. As a result, desired line widths cannot be obtained during substrate printing and separation between screen masks cannot be performed smoothly.
또한, 상기 화학식 1 또는 2의 저분자량 첨가제는 끓는점이 낮을수록 인쇄성, 형상 유지 특성 등에 유리하다. 예를 들어, 상기 저분자량 첨가제는 끓는점이 100 내지 400℃인 것이 바람직하다.In addition, the lower molecular weight additive of Formula 1 or 2 is advantageous in printability, shape retention characteristics, etc., the lower the boiling point. For example, the low molecular weight additive is preferably boiling
상기 화학식 1 또는 2의 저분자량 첨가제의 바람직한 일례를 들면, 스테아린산(stearic acid), 올레인산(oleic acid), 말레인산(maleic acid), 시트르산(citric acid) 및 수소화된 캐스터 오일(hydrogenated caster oil)로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 사용한다.Preferred examples of the low molecular weight additives of Formula 1 or 2 include stearic acid, oleic acid, maleic acid, citric acid and hydrogenated caster oil Use a compound selected from the group.
또한 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 저분자량 첨가제의 함량은 전체 은 페이스트 조성물에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%, 가장 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%인 것이 좋다. 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 저분자량 첨가제의 함량이 0.1 중량% 미만이면 첨가제를 넣은 효과가 없고, 5 중량%를 초과하면 페이스트의 점도가 떨어지면서 인쇄성이 오히려 떨어지는 현상이 발생할 수 있다.In addition, the content of the low molecular weight additive of Formula 1 or Formula 2 is preferably used in an amount of 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 3% by weight, most preferably 0.1 to 1% by weight based on the total silver paste composition. It is good to be%. When the content of the low molecular weight additive of Formula 1 or Formula 2 is less than 0.1% by weight, there is no effect of adding the additive, and when the content of the low molecular weight additive is more than 5% by weight, the viscosity of the paste decreases and printability may be rather deteriorated.
본 발명의 은 페이스트 조성물에 포함되는 은 분말의 Ag 입자는 통상적으로 사용되는 은 입자라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면 평균 입경이 0.3 내지 7 ㎛ 인 것이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The Ag particles of the silver powder included in the silver paste composition of the present invention can be used without limitation as long as they are commonly used silver particles. For example, an average particle diameter of 0.3 to 7 μm may be used, but is not limited thereto.
상기 은 분말의 함량은 전체 은 페이스트 조성물에 대하여 60 내지 90 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 70 내지 85 중량%, 가장 바람직하게는 80 내지 85 중량%인 것이 좋다. 상기 은 분말의 함량이 60 중량% 미만이면 비저항이 떨어지면서 점도가 떨어지는 문제가 있고, 90 중량%를 초과하면 점도가 과하게 상승하여 인쇄성이 떨어지는 문제가 있다. 이때, 전면 Ag 전극(Front Ag electrode)용 재료에 있어서는, 은분말의 함량은 80~85 중량%가 가장 바람직하며, 후면 Ag 전극(Back Ag electrode)용 재료에 있어서는 은분말의 함량은 60~70 중량%가 바람직하다.The content of the silver powder is preferably 60 to 90% by weight based on the total silver paste composition, more preferably 70 to 85% by weight, most preferably 80 to 85% by weight. If the content of the silver powder is less than 60% by weight, there is a problem that the viscosity decreases while the specific resistance falls, and when the content of the silver powder exceeds 90% by weight, the viscosity rises excessively, resulting in a poor printability. In this case, the content of silver powder is most preferably 80 to 85% by weight in the material for the front Ag electrode, and the content of silver powder is 60 to 70 in the material for the back Ag electrode. Weight percent is preferred.
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 은 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 silver powder, glass frit and baking aid in 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 은 페이스트 조성물에 대하여 0.5 내지 8 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 6 중량%, 가장 바람직하게는 2 내지 4 중량%인 것이 좋다. 상기 글래스 프릿의 함량이 0.5 중량% 미만이면 전극 부착력이 약해지는 문제가 있고, 8 중량%를 초과하면 글래스 프릿에 의한 절연층 형성으로 비저항이 높아지는 문제가 있을 수 있다.For example, the content of the glass frit is preferably 0.5 to 8% by weight, more preferably 1 to 6% by weight, most preferably 2 to 4% by weight based on the total silver paste composition. If the content of the glass frit is less than 0.5% by weight, there is a problem that the electrode adhesion is weak, and if it exceeds 8% by weight, there may be a problem that the specific resistance is increased by forming an insulating layer by the glass frit.
또한 상기 유기 바인더의 함량은 전체 은 페이스트 조성물에 대하여 1 내지 20 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 12 중량%인 것이 좋다. 상기 유기 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 인쇄성에 문제가 있고, 20 중량%를 초과하면 인쇄된 패턴이 퍼지거나 바인더에 의해 페이스트의 끈적거림으로 인쇄성에 문제를 야기할 수 있다.In addition, the content of the organic binder is preferably 1 to 20% by weight based on the total silver paste composition, more preferably 5 to 12% by weight. If the content of the organic binder is less than 1% by weight, there is a problem in printability. If the content of the organic binder exceeds 20% by weight, the printed pattern may be spread or a stickiness of the paste may cause problems in printability.
본 발명의 은 페이스트 조성물은 상기 각 성분들이 균일하게 분산되도록 당분야에 알려진 다양한 방법으로 혼합시켜 얻을 수 있다.The silver paste composition of the present invention can be obtained by mixing by various methods known in the art so that the above components are uniformly dispersed.
선택적으로, 본 발명의 은 페이스트 조성물은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 추가적인 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 도전성 금속 입자, 소포제, 분산제, 가소제 등을 필요에 따라 본 발명의 조성물에 더 첨가할 수 있다.Optionally, the silver paste composition of the present invention may further include additional additives without departing from the scope of the present invention. For example, conductive metal particles, antifoaming agents, dispersants, plasticizers and the like can be further added to the composition of the present invention as needed.
본 발명의 은 페이스트 조성물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 기본적으로는, 은 분말, 글래스 프릿 분말, 바인더 및 상기 적어도 1개 이상의 하이드록실기를 갖는 저분자량 첨가제를 동시에 넣고 혼합하는 방법을 이용해 페이스트 제조가 가능하다. 각 성분들의 혼합은 3롤 밀(3 roll mill) 등을 이용하여 균일하게 혼합할 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 본 발명의 은 페이스트 조성물은 점도가 1 rpm 기준으로 150 내지 250 Ps인 것이 바람직하다.
The manufacturing method of the silver paste composition of this invention is as follows. Basically, a paste can be manufactured using the method of simultaneously adding and mixing silver powder, glass frit powder, a binder, and the said low molecular weight additive which has the said at least 1 or more hydroxyl group. Mixing of each component can be mixed uniformly using a 3 roll mill or the like. The silver paste composition of the present invention prepared by this method preferably has a viscosity of 150 to 250 Ps on the basis of 1 rpm.
한편, 본 발명은 상기 은 페이스트 조성물을 이용하여 제조된 전 면전극을 포함하는 태양전지를 제공한다. 상기 태양전지는 실리콘 태양전지일 수 있다.On the other hand, the present invention provides a solar cell comprising a front electrode prepared using the silver 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 전면 전극은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 은 페이스트 조성물을 상기 반사 방지막 상에 소정의 패턴으로 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 front electrode is coated with the silver paste composition according to any one of claims 1 to 7 on the anti-reflection film in a predetermined pattern. It provides a silicon solar cell formed by firing.
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 Group 3 element can be doped as an impurity into the
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 은 페이스트 조성물을 이용하여 제조될 수 있고 후면 전극(205)은 통상의 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 상술한 본 발명의 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 통상의 알루미늄, 석영 실리카, 바인더 등이 첨가된 후면 전극용 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 은 페이스트 조성물을 제조하였다 (단위: 중량%).To the silver paste composition was prepared by mixing each component in the composition and content of Table 1 (unit: wt%).
은 분말은 평균입경 3μ의 입자를 사용하고, 글래스 프릿은 비스무스 산화물을 포함하는 평균입경 2μ의 것을 사용하였고, 유기바인더는 에틸셀룰로오스를 사용하였다. 이때, 상기 "μ"단위는 잘 알려진 바대로 "㎛"와 동일한 것이다. 또한 실시예에 사용된 각 첨가제의 물성은 표 2와 같다.
Silver powder was used as particles having an average particle diameter of 3μ, glass frit was used as the average particle diameter of 2μ containing bismuth oxide, and the organic binder was ethyl cellulose. In this case, the "μ" unit is the same as "μm" as is well known. In addition, the physical properties of each additive used in the examples are shown in Table 2.
(중량%)Silver powder
(weight%)
(중량%)Glass frit
(weight%)
바인더
(중량%)abandonment
bookbinder
(weight%)
(중량%)content
(weight%)
주) 상기 표 1에서 H.C.O는 하기 화학식 3의 수소화된 캐스터 오일(hydrogenated castor oil)임Note) In Table 1, H.C.O is hydrogenated castor oil of Formula 3
[화학식 3](3)
<< 실험예Experimental Example >>
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 실시예 1 내지 5 및 비교예 1에서 제조된 페이스트를 이용한 실리콘 태양전지에 대하여, 패턴의 선폭 및 선고를 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.Subsequently, the line widths and line heights of the patterns of the silicon solar cells using the pastes prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were measured, and the results are shown in FIG. 3.
도 3의 결과에서 보면, 1개 이상의 하이드록실기를 가지는 저분자량 첨가제를 첨가하지 않은 비교예 1은 패턴 선폭이 퍼지는 결과를 나타내었다.In the results of FIG. 3, Comparative Example 1 without adding a low molecular weight additive having at least one hydroxyl group showed a result of spreading the pattern line width.
반면, 1개 이상의 하이드록실기를 가지는 저분자량 첨가제를 첨가한 실시예 1~5의 경우 선폭이 비교예 1에 비해 확실히 좁아지는 것을 알 수 있다(마스크 선폭 100㎛). 또한 하이드록실기가 많을수록 선폭 정확성 뿐만 아니라 패턴의 선고 또한 높아져 종횡비(선폭 대비 선고 비율, aspect ratio)가 커지는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in Examples 1 to 5 to which the low molecular weight additive having at least one hydroxyl group was added, it can be seen that the line width is clearly narrower than that of Comparative Example 1 (mask line width of 100 μm). In addition, the more hydroxyl groups, the higher the width accuracy as well as the line height of the pattern, and the aspect ratio is increased.
선폭이 좁으면서 선고가 높을수록 태양전지의 빛 입사량을 증가시키면서 Jsc값을 상승시켜 효율을 개선하는 효과를 가져올 수 있다.
The narrower the line width and the higher the line height, the higher the light incident amount of the solar cell and the higher the Jsc value, which may have the effect of improving efficiency.
101: 기판
102: 에미터층
103: 전면전극
104: 후면전극
201: 기판 202: 에미터층
203: 반사방지막
204: 전면 전극 205: 후면 전극101: substrate
102: emitter layer
103: front electrode
104: rear electrode
201: substrate 202: emitter layer
203: antireflection film
204: front electrode 205: rear electrode
Claims (8)
적어도 1개 이상의 하이드록실기를 가지며 분자량 1,000 이하의 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 저분자량 첨가제
를 포함하는 것인 전극 형성용 은 페이스트 조성물:
[화학식 1]
R1COOH
[화학식 2]
R2-OH
상기 식에서,
R1은 적어도 1개의 하이드록실기를 갖는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 알케닐기이고, 이들은 탄소수 1 내지 5의 카복실기로 치환되거나 비치환될 수 있으며,
R2는 탄소수 1 내지 20의 알킬기이며, 이들은 하이드록실기로 치환되거나 비치환될 수 있다.Silver powder, glass frit powder, organic binder,
Low molecular weight additives having at least one hydroxyl group and represented by the following general formula (1) or (2) having a molecular weight of 1,000 or less
Silver paste composition for forming an electrode comprising:
[Formula 1]
R 1 COOH
(2)
R 2 -OH
In this formula,
R 1 is an alkyl or alkenyl group having 1 to 20 carbon atoms having at least one hydroxyl group, which may be substituted or unsubstituted with a carboxyl group having 1 to 5 carbon atoms,
R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, which may be unsubstituted or substituted with a hydroxyl group.
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 전면 전극은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 은 페이스트 조성물을 상기 반사 방지막 상에 소정의 패턴으로 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 front electrode is formed by applying the silver paste composition according to any one of claims 1 to 7 on the antireflection film in a predetermined pattern and firing.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110134512A KR20130067693A (en) | 2011-12-14 | 2011-12-14 | Ag paste composition for forming electrode and silicon solar cell using the same |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20130067693A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111276296A (en) * | 2020-03-05 | 2020-06-12 | 南京理工大学 | Conductive silver paste composite sintering method and device |
CN116580870A (en) * | 2023-06-27 | 2023-08-11 | 苏州思尔维纳米科技有限公司 | Photovoltaic silver paste and preparation method and application thereof |
-
2011
- 2011-12-14 KR KR1020110134512A patent/KR20130067693A/en not_active Application Discontinuation
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