KR20130076836A - Paste compisition for electrode of solar cell, and solar cell including the same - Google Patents
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Abstract
Description
실시예는 태양전지의 전극용 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 형성된 전극을 포함하는 태양전지에 관한 것이다. An embodiment relates to a solar cell including a paste composition for an electrode of a solar cell and an electrode formed using the same.
최근 화석 연료의 고갈 등으로 차세대 청정 에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중 태양 전지는 공해가 적고, 자원이 무한하며, 반영구적인 수명을 가지고 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다. Recently, the importance of developing next-generation clean energy is increasing due to depletion of fossil fuels. Among them, solar cells are expected to be an energy source capable of solving future energy problems because they have fewer pollution, have infinite resources, and have a semi-permanent lifetime.
이러한 태양 전지는 실리콘 기판에 형성되는 전면 및 후면 전극을 포함할 수 있다. 이러한 전극은 전도성 분말과 유리 프릿 등을 포함하는 페이스트 조성물을 인쇄한 후 소성하여 형성될 수 있다. 그런데, 페이스트 조성물의 소성 온도 범위가 좁으면 설정된 소성 온도와 실제 소성 온도가 차이가 있을 경우 소성이 잘 이루어지지 않아 전극과 실리콘 기판의 부착력이 저하되는 등의 문제가 있을 수 있다. 이에 따라 소성 온도 범위가 넓은 페이스트 조성물이 요구된다. Such solar cells may include front and back electrodes formed on a silicon substrate. Such an electrode may be formed by printing and then baking a paste composition including a conductive powder and a glass frit. By the way, when the firing temperature range of the paste composition is narrow, there may be a problem such that the baking is not performed well and the adhesion between the electrode and the silicon substrate is lowered when there is a difference between the set firing temperature and the actual firing temperature. Accordingly, a paste composition having a wide firing temperature range is required.
본 발명은 넓은 범위의 소성 온도에서 소성될 수 있으며 소성 후 우수한 전기 전도도를 가질 수 있는 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 형성된 전극을 포함하는 태양 전지를 제공하고자 한다. The present invention is to provide a solar cell comprising a paste composition for an electrode of a solar cell that can be fired at a wide range of firing temperature and can have an excellent electrical conductivity after firing.
본 발명에 따른 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물, 전도성 분말; 유기 비히클; 및 유리 프릿을 포함하고, 상기 유리 프릿은, 제1 유리 전이 온도를 가지는 제1 유리 프릿과, 상기 제1 유리 전이 온도보다 작은 제2 유리 전이 온도를 가지는 제2 유리 프릿을 포함한다. Paste composition for electrodes of a solar cell, conductive powder according to the present invention; Organic vehicle; And a glass frit, wherein the glass frit includes a first glass frit having a first glass transition temperature and a second glass frit having a second glass transition temperature less than the first glass transition temperature.
상기 제1 유리 전이 온도보다 상기 제2 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있다. The second glass transition temperature may be smaller by 10 to 50 ° C. than the first glass transition temperature.
상기 제1 유리 프릿 및 상기 제2 유리 프릿 중 어느 하나가 상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여 5~30 중량부만큼 포함되고, 나머지 하나가 70~95 중량부만큼 포함되는 포함될 수 있다. One of the first glass frit and the second glass frit may be included in an amount of 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the glass frit, and the other may be included in an amount of 70 to 95 parts by weight.
상기 유리 프릿이 상기 제1 및 제2 유리 전이 온도보다 작은 제3 유리 전이 온도를 가지는 제3 유리 프릿을 더 포함할 수 있다. The glass frit may further include a third glass frit having a third glass transition temperature that is less than the first and second glass transition temperatures.
상기 제1 유리 전이 온도보다 상기 제2 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있다. The second glass transition temperature may be smaller by 10 to 50 ° C. than the first glass transition temperature.
상기 제2 유리 전이 온도보다 상기 제3 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있다. The third glass transition temperature may be smaller by 10 to 50 ° C. than the second glass transition temperature.
상기 제1 유리 프릿 및 상기 제3 유리 프릿의 합보다 상기 제2 유리 프릿이 더 많이 포함될 수 있다. The second glass frit may be included more than the sum of the first glass frit and the third glass frit.
상기 제2 유리 프릿이 상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여 70~95 중량부만큼 포함되고, 상기 제1 유리 프릿과 상기 제3 유리 프릿이 상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여 5~30 중량부만큼 포함될 수 있다. The second glass frit is included by 70 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the glass frit, and the first glass frit and the third glass frit are included by 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the glass frit. Can be.
상기 제1 유리 프릿이 상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여 5~15 중량부만큼 포함되고, 상기 제3 유리 프릿이 상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여 5~15 중량부만큼 포함될 수 있다. The first glass frit may be included by 5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the glass frit, and the third glass frit may be included by 5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the glass frit.
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 전도성 분말이 50~90 중량부, 상기 유기 비히클이 10~50 중량부, 상기 유리 프릿이 1~20 중량부만큼 포함될 수 있다. With respect to 100 parts by weight of the paste composition, 50 to 90 parts by weight of the conductive powder, 10 to 50 parts by weight of the organic vehicle, and 1 to 20 parts by weight of the glass frit may be included.
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 유리 프릿이 3.5~4.5 중량부만큼 포함될 수 있다. The glass frit may be included in an amount of 3.5 to 4.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the paste composition.
상기 유리 프릿의 평균 입도(D50)가 1.0~2.5㎛일 수 있다. The average particle size (D50) of the glass frit may be 1.0 ~ 2.5㎛.
상기 전도성 분말이 은(Ag)을 포함할 수 있다. The conductive powder may include silver (Ag).
본 발명에 따른 태양 전지는, 상술한 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극을 포함한다. The solar cell which concerns on this invention contains the electrode formed using the electrode paste composition of the solar cell mentioned above.
본 발명에 따르면, 유리 전이 온도가 서로 다른 적어도 두 가지 종류의 유리 프릿을 함께 사용하여 전기 전도도의 저하 없이 소성 온도 범위를 넓힐 수 있다. 즉, 넓은 소성 마진에 의하여 소성 자유도를 향상할 수 있으며 공정 중 소성 온도가 변하는 등의 문제가 발생하더라도 전극의 불량률을 최소화할 수 있다. 특히, 실시예의 페이스트 조성물이 가장 민감한 소성 조건을 가지는 전면 전극용 페이스트 조성물로 사용되면, 소성 자유도 향상 및 불량률 최소화 효과를 최대화할 수 있다. According to the present invention, at least two kinds of glass frits having different glass transition temperatures can be used together to widen the firing temperature range without lowering the electrical conductivity. That is, the degree of freedom of plasticity can be improved by a wide plastic margin, and even if a problem such as a change in the firing temperature occurs during the process, the defective rate of the electrode can be minimized. In particular, when the paste composition of the embodiment is used as the paste composition for the front electrode having the most sensitive firing conditions, it is possible to maximize the degree of plasticity improvement and minimize the defect rate.
또한, 실리콘 기판의 전체 면적에서 균일하게 소성이 이루어지도록 하여 소결 균일성을 향상할 수 있다. 이에 의하여 충밀도(fill factor, FF)를 향상할 수 있고, 결과적으로 효율을 향상할 수 있다. In addition, the sintering uniformity can be improved by uniformly baking the entire area of the silicon substrate. As a result, the fill factor (FF) can be improved, and as a result, the efficiency can be improved.
도 1은 태양 전지의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a solar cell.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of embodiments, each layer, region, pattern, or structure may be “on” or “under” the substrate, each layer, region, pad, or pattern. Substrate formed in ”includes all formed directly or through another layer.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. The thickness or the size of each layer (film), region, pattern or structure in the drawings may be modified for clarity and convenience of explanation, and thus does not entirely reflect the actual size.
이하, 본 발명에 따른 태양 전지 및 이 태양 전지의 전극의 형성에 이용되는 전극용 페이스트 조성물(이하 “페이스트 조성물”)을 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereafter, the paste composition for electrodes (henceforth "paste composition") used for formation of the solar cell which concerns on this invention, and the electrode of this solar cell is demonstrated in detail.
도 1은 태양 전지의 일 실시예를 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a solar cell.
도 1을 참조하여 본 발명의 페이스트 조성물이 적용될 수 있는 태양 전지의 일례를 설명한다. 도 1은 태양 전지의 일 실시예를 도시한 단면도이다.An example of a solar cell to which the paste composition of the present invention can be applied will be described with reference to FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a solar cell.
도 1을 참조하면, 태양 전지는 전면에 n형 반도체부(11)를 포함하는 p형의 실리콘 기판(10), n형 반도체부(11)에 전기적으로 연결되는 전면 전극(12) 및 p형 실리콘 기판(10)에 전기적으로 연결되는 후면 전극(13)을 포함한다. 전면 전극(12)을 제외한 n형 반도체부(11)의 상면에는 반사 방지막(14)이 형성될 수 있다. 그리고 후면 전극(13)이 형성된 실리콘 기판(10)에는 후면 전계층(back surface field, BSF)(15)이 형성될 수 있다.
Referring to FIG. 1, a solar cell includes a p-
*본 발명의 페이스트 조성물은 이러한 태양 전지의 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)을 형성하는 데 사용할 수 있다. 일례로, 전면 전극(12)을 형성하기 위한 페이스트 조성물에서는 전도성 분말이 은(Ag) 분말 일 수 있고, 후면 전극(13)을 형성하기 위한 페이스트 조성물에서는 전도성 분말이 알루미늄(Al) 분말일 수 있다. 즉, 본 발명의 페이스트 조성물을 실리콘 기판(10)에 도포한 후 건조 및 소성하여 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)을 형성할 수 있다. The paste composition of the present invention can be used to form the
이러한 페이스트의 조성물은 80~200℃에서 1~30분 동안 건조될 수 있으며, 700~900℃에서의 급속 열처리에 의하여 소성될 수 있다. The composition of the paste may be dried for 1 to 30 minutes at 80 ~ 200 ℃, it may be fired by rapid heat treatment at 700 ~ 900 ℃.
이러한 페이스트 조성물은 전도성 분말, 유기 비히클, 유리 프릿을 포함하고, 첨가제 등을 더 포함할 수 있다. Such paste compositions include conductive powders, organic vehicles, glass frits, and may further include additives and the like.
전도성 분말은 단일 입자로 형성될 수 있고, 또는 서로 다른 특성을 가지는 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. The conductive powder may be formed of a single particle, or may be used by mixing particles having different characteristics.
이러한 전도성 분말은 구형의 형상을 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전도성 분말이 판형, 종형, 또는 플레이크형의 형상을 가지는 분말이 포함될 수도 있다. Such a conductive powder may have a spherical shape. However, the present invention is not limited thereto, and the conductive powder may include a powder having a plate, vertical, or flake shape.
전도성 분말의 평균 입경은 1~10 ㎛일 수 있다. 평균 입경이 1㎛ 미만인 경우에는, 전도성 분말 사이에 유기 비히클 등이 들어갈 수 있는 공간이 적어 분산이 원활하지 않을 수 있다. 그리고 평균 입경이 10㎛를 초과하는 경우에는, 전도성 분말 사이에 공극이 많아서 치밀도가 떨어지고 저항이 높아질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 평균 입경을 가지는 전도성 분말을 사용할 수 있다. The average particle diameter of the conductive powder may be 1 to 10 mu m. When the average particle diameter is less than 1 µm, there may be less space for the organic vehicle or the like to enter between the conductive powders, so that dispersion may not be smooth. When the average particle diameter exceeds 10 탆, the number of voids is large between the conductive powders, and the density becomes low and the resistance can be increased. However, the present invention is not limited thereto, and conductive powder having various average particle diameters may be used.
이러한 전도성 분말은 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 50~90 중량부만큼 포함될 수 있다. 전도성 분말이 50 중량부를 초과하여 포함되면 조성물을 페이스트 상태로 형성하기 어려울 수 있다. 전도성 분말이 90 중량부 미만으로 포함되면 전도성 분말의 양이 줄어들어 제조된 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 전기 전도도가 낮을 수 있다. Such conductive powder may be included by 50 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the paste composition. If more than 50 parts by weight of the conductive powder is included, it may be difficult to form the composition into a paste state. When the conductive powder is included in less than 90 parts by weight, the amount of the conductive powder is reduced, so that the electrical conductivity of the manufactured
유기 비히클은 용매에 바인더가 용해된 것일 수 있으며, 소포제, 분산제 등을 더 포함할 수 있다. 용매로는 테르피네올, 카르비톨 등의 유기 용매를 사용할 수 있고, 바인더로는 아크릴계 수지, 셀룰로오스계 수지, 알키드 수지 등을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 유기 비히클을 사용할 수 있음은 물론이다. The organic vehicle may be one in which a binder is dissolved in a solvent, and may further include an antifoaming agent and a dispersant. As the solvent, organic solvents such as terpineol and carbitol can be used. As the binder, an acrylic resin, a cellulose resin, an alkyd resin and the like can be used. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various organic vehicles can be used.
이때, 유기 비히클은 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 10~50 중량부만큼 포함될 수 있다. 유기 비히클이 50 중량부를 초과하여 포함되면, 전도성 분말의 양이 작아 제조된 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 전기 전도도가 낮아질 수 있고 점도가 낮아져서 인쇄성이 떨어질 수 있다. 유기 비히클이 10 중량부 미만으로 포함되면, 실리콘 기판(10)과의 접합 특성이 저하될 수 있고 점도가 높아져서 인쇄성이 떨어질 수 있다. At this time, the organic vehicle may be included by 10 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the paste composition. When the organic vehicle is included in an amount exceeding 50 parts by weight, the amount of the conductive powder may be small, so that the electrical conductivity of the manufactured
유리 프릿으로는 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-ZbO-SiO2 등의 다양한 성분의 유리 프릿이 사용될 수 있다. Glass frits include PbO-SiO 2 -based, PbO-SiO 2 -B 2 O 3 -based, ZnO-SiO 2 -based, ZnO-B 2 O 3 -SiO 2 -based, Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -ZbO- Glass frits of various components, such as SiO 2 , can be used.
본 발명에서 유리 프릿은 서로 다른 유리 전이 온도(Tg)를 가지는 적어도 두 가지 이상의 유리 프릿을 포함한다. 이와 같이 서로 다른 유리 전이 온도를 가지는 유리 프릿을 혼합하여 사용함으로써 페이스트 조성물의 소성 온도 범위를 넓힐 수 있다. 즉, 하나의 유리 프릿을 사용하면 유리 전이 온도가 특정 수치로 한정되어 실제 소성 온도가 설정된 소성 온도에서 조금 벗어나면 소성이 잘 일어나지 않지만, 상술한 바와 같이 두 가지의 유리 프릿을 사용하면 실제 소성 온도가 소성 온도에서 벗어난 경우에도 다른 유리 전이 온도를 가지는 유리 프릿에 의하여 소성이 잘 일어날 수 있다. In the present invention, the glass frit includes at least two or more glass frits having different glass transition temperatures (Tg). Thus, by mixing and using glass frits having different glass transition temperatures, the firing temperature range of the paste composition can be widened. In other words, when one glass frit is used, the glass transition temperature is limited to a specific value, and when the actual firing temperature deviates slightly from the set firing temperature, firing does not occur well, but as described above, when two glass frits are used, the actual firing temperature Firing may occur well with glass frits having different glass transition temperatures even if they deviate from the firing temperature.
유리 전이 온도는 특정 물질을 첨가하여 높이거나 낮출 수 있다. 즉, 망목 구조를 형성할 수 있는 망목 형성제(network former), 예를 들어, ZnO, B2O3, Al2O3의 함량을 증가시켜 유리 전이 온도를 높일 수 있다. 그리고 PbO 계열의 산화물 또는 Li2CO3와 같은 알칼리 산화물 계열의 함량을 증가시켜 유리 전이 온도를 낮출 수 있다. The glass transition temperature can be raised or lowered by the addition of certain materials. That is, the glass transition temperature may be increased by increasing the content of network formers, for example, ZnO, B 2 O 3 , and Al 2 O 3 , which may form a network structure. The glass transition temperature may be lowered by increasing the content of PbO-based oxides or alkali oxide-based compounds such as Li 2 CO 3 .
일례로, 유리 프릿은, 제1 유리 전이 온도를 가지는 제1 유리 프릿과, 상기 제1 유리 전이 온도보다 작은 제2 유리 전이 온도를 가지는 제2 유리 프릿을 포함할 수 있다. In one example, the glass frit may include a first glass frit having a first glass transition temperature and a second glass frit having a second glass transition temperature smaller than the first glass transition temperature.
이때, 제1 유리 전이 온도보다 제2 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있다. 여기서, 상기 온도 차이가 10℃ 미만이면 소성 온도 범위를 넓히는 효과가 미미할 수 있다. 그리고 일반적으로 소성 온도는 일정 범위, 일례로 약 50℃를 초과하도록 벗어나지 않기 때문에, 상기 온도 차이가 50℃를 초과하면 소성 과정에서 제1 및 제2 유리 프릿 중 어느 하나가 유리 프릿으로서의 역할을 실질적으로 수행하지 못하게 된다. 따라서, 제1 및 제2 유리 프릿 중 어느 하나가 산화물 불순물로 작용하여 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 저항 특성이 낮아질 수 있다. In this case, the second glass transition temperature may be smaller by 10 to 50 ° C. than the first glass transition temperature. Here, when the temperature difference is less than 10 ° C, the effect of widening the firing temperature range may be insignificant. In general, since the firing temperature does not deviate from a certain range, for example, above about 50 ° C., when the temperature difference exceeds 50 ° C., any one of the first and second glass frits functions substantially as a glass frit in the firing process. Will not be able to perform. Accordingly, either one of the first and second glass frits may act as an oxide impurity, thereby lowering the resistance characteristic of the
제1 유리 프릿과 제2 유릿 프릿 중 소성 온도 범위를 넓혀줘서 소결을 보조하는 역할의 유리 프릿은 유리 프릿 전체 100 중량부에 대하여 5~30 중량부만큼 포함될 수 있다. 여기서, 상기 유리 프릿이 5 중량부 미만으로 포함되면 소성 온도 범위를 넓히는 효과가 미미할 수 있고, 30 중량부를 초과하면 보조 프릿의 양이 많아져서 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 저항 특성을 저하시킬 수 있다. 소성 온도 범위와 함께 태양 전지의 효율 향상을 위하여, 소결을 보조하는 역할의 유리 프릿은 5~15 중량부만큼 포함되는 것이 바람직할 수 있다. The glass frit serving to assist the sintering by widening the firing temperature range among the first glass frit and the second frit frit may be included in an amount of 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total glass frit. In this case, when the glass frit is included in less than 5 parts by weight, the effect of widening the firing temperature range may be insignificant, and when the glass frit is more than 30 parts by weight, the amount of the auxiliary frit increases so that the resistance characteristics of the
이에 따라 주요 유리 프릿은, 유리 프릿 전체 100 중량부에 대하여 70~95 중량부만큼 포함될 수 있다. Accordingly, the main glass frit may be included by 70 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the total glass frit.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 동일하게 50 중량부 만큼씩 포함하여 두 소성 온도 사이에서 균일한 소성 온도를 가지도록 하는 등 변형이 가능하다. However, the present invention is not limited thereto, and the first glass frit and the second glass frit may be equally modified by 50 parts by weight to have a uniform firing temperature between the two firing temperatures.
다른 예로, 유리 프릿이 상기 유리 프릿은, 제1 유리 전이 온도를 가지는 제1 유리 프릿과, 제1 유리 전이 온도보다 작은 제2 유리 전이 온도를 가지는 제2 유리 프릿과, 제2 유리 전이 온도보다 작은 제3 유리 전이 온도를 가지는 제3 유리 프릿을 포함할 수 있다. In another example, the glass frit may comprise a first glass frit having a first glass transition temperature, a second glass frit having a second glass transition temperature smaller than the first glass transition temperature, and a second glass transition temperature. And a third glass frit having a small third glass transition temperature.
이때, 제1 유리 전이 온도보다 제2 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있고, 제2 유리 전이 온도보다 제3 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있다. 제1 유리 전이 온도보다 제2 유리 전이 온도가 10~50℃만큼 더 작을 수 있다. 여기서, 상기 온도 차이가 10℃ 미만이면 소성 온도 범위를 넓히는 효과가 미미할 수 있다. 상기 온도 차이가 50℃를 초과하면 제1 및 제2 유리 프릿 중 어느 하나가 유리 프릿으로서의 역할을 실질적으로 수행하지 못하게 되어, 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 저항 특성이 낮아질 수 있다.In this case, the second glass transition temperature may be smaller by 10 to 50 ° C. than the first glass transition temperature, and the third glass transition temperature may be smaller by 10 to 50 ° C. than the second glass transition temperature. The second glass transition temperature may be less than 10-50 ° C. than the first glass transition temperature. Here, when the temperature difference is less than 10 ° C, the effect of widening the firing temperature range may be insignificant. If the temperature difference exceeds 50 ° C., one of the first and second glass frits may not substantially serve as the glass frit, and thus the resistance characteristics of the
여기서, 제2 유리 전이 온도가 제1 유리 전이 온도와 제3 유리 전이 온도 사이에 있으므로 제2 유리 프릿을 주요 유리 프릿으로 사용하고 제1 및 제3 유리 프릿을 소결을 보조하는 역할의 유리 프릿으로 사용할 수 있다. 따라서, 제1 유리 프릿 및 제3 유리 프릿의 합보다 상기 제2 유리 프릿이 더 많이 포함되도록 할 수 있다. 이에 의하면, 실제 소성 온도가 설정된 소성 온도보다 크거나 작은 경우에 모두 효과적으로 대응할 수 있다. Here, since the second glass transition temperature is between the first and third glass transition temperatures, the second glass frit is used as the main glass frit, and the first and third glass frits are used as glass frits for assisting sintering. Can be used. Thus, the second glass frit may be included more than the sum of the first glass frit and the third glass frit. According to this, it can respond effectively to the case where the actual baking temperature is larger or smaller than the set baking temperature.
소결을 보조하는 역할의 유리 프릿, 즉, 제1 및 제3 유리 프릿은, 유리 프릿 전체 100 중량부에 대하여 5~30 중량부만큼 포함될 수 있다. 여기서, 상기 유리 프릿이 5 중량부 미만으로 포함되면 소성 온도 범위를 넓히는 효과가 미미할 수 있다. 상기 유리 프릿이 30 중량부를 초과하면 보조 프릿의 양이 많아져서 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 저항 특성을 저하시킬 수 있다. 소성 온도 범위와 함께 태양 전지의 효율 향상을 위하여, 소결을 보조하는 역할의 제1 및 제3 유리 프릿은 각기 5~15 중량부만큼 포함되는 것이 바람직할 수 있다. The glass frit, ie, the first and third glass frits, which assist the sintering may be included by 5 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the total glass frit. Herein, when the glass frit is included in less than 5 parts by weight, the effect of widening the firing temperature range may be insignificant. When the glass frit exceeds 30 parts by weight, the amount of the auxiliary frit increases, which may lower the resistance characteristic of the
이에 따라 주요 유리 프릿인 제2 유리 프릿은 유리 프릿 전체 100 중량부에 대하여 70~95 중량부만큼 포함될 수 있다. Accordingly, the second glass frit, which is the main glass frit, may be included by 70 to 95 parts by weight based on 100 parts by weight of the total glass frit.
상술한 설명에서는 두 가지 또는 세 가지 종류의 유리 프릿이 포함된 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 네 가지 종류 이상의 유리 프릿이 포함되는 것도 본 발명의 범위에 속한다. In the above description, it is illustrated that two or three kinds of glass frit are included, but the present invention is not limited thereto. Therefore, it is also within the scope of the present invention that four or more kinds of glass frit are included.
본 발명에서 유리 프릿의 평균 입도(D50)가 1.0~2.5㎛일 수 있다. 여기서, 유리 프릿의 평균 입도가 1.0㎛ 미만이면 유리 프릿의 제조가 어려우며 페이스트 조성물 내에서의 분산 특성에 문제가 있고, 2.5㎛를 초과하면 소성 과정에서 원활한 반응이 일어나지 않아 많아 양의 유릿 프릿이 필요하며 전면 전극(12) 똔느 후면 전극(13)의 저항이 상승하는 문제가 있을 수 있다. In the present invention, the average particle size (D50) of the glass frit may be 1.0 ~ 2.5㎛. Here, if the average particle size of the glass frit is less than 1.0 μm, it is difficult to manufacture the glass frit and there is a problem in dispersion characteristics in the paste composition. If the average particle size of the glass frit exceeds 2.5 μm, a smooth reaction does not occur during the firing process, and thus a large amount of frit is required And there may be a problem that the resistance of the
그리고 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 유리 프릿이 1~20 중량부만큼 포함될 수 있다. 이러한 범위 내에서 유리 프릿은 접착력 및 소결성을 향상할 수 있다. The glass frit may be included by 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the paste composition. Within this range, the glass frit can improve adhesion and sinterability.
본 발명에서 유리 프릿이 서로 다른 유리 전이 온도를 가지는 유리 프릿들을 포함하여 소성 온도 범위를 넓힐 수 있다. 따라서, 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 유리 프릿이 3.5~4.5 중량부만큼만 포함되어도 원하는 특성을 모두 구현할 수 있다. 이에 의하여 전기 전도도를 저하시키지 않고도 소성 온도 범위를 넓힐 수 있다. 반면에 종래에 소성 온도 범위를 넓히기 위해 첨가된 아연 산화물(ZnO) 등은 전기 전도도를 저하시키는 문제가 있었다. In the present invention, the glass frit may include glass frits having different glass transition temperatures, thereby broadening the firing temperature range. Therefore, with respect to 100 parts by weight of the paste composition, even if only 3.5 to 4.5 parts by weight of the glass frit can implement all the desired properties. This makes it possible to widen the firing temperature range without lowering the electrical conductivity. On the other hand, zinc oxide (ZnO) or the like added in order to broaden the firing temperature range has a problem of lowering electrical conductivity.
본 발명에서는 이와 같이 소성 마진을 크게 할 수 있어 자유도를 향상할 수 있으며 공정 중 소성 온도가 변하는 등의 문제가 발생하더라도 전면 전극(12) 또는 후면 전극(13)의 불량률을 최소화할 수 있다. 특히, 실시예의 페이스트 조성물이 가장 민감한 소성 조건을 가지는 전면 전극(12)의 형성을 위한 페이스트 조성물로 사용되면, 소성 자유도 향상 및 불량률 최소화 효과를 최대화할 수 있다. In the present invention, the firing margin can be increased in this way, so that the degree of freedom can be improved and the failure rate of the
또한, 본 발명에 따르면 실리콘 기판(10)의 전체 면적에서 균일하게 소성이 이루어지도록 하여 소결 균일성을 향상할 수 있다. 이에 의하여 태양 전지의 충밀도(fill factor, FF)를 향상할 수 있고, 이에 따라 효율을 향상할 수 있다. In addition, according to the present invention, sintering uniformity may be improved by uniformly firing the entire area of the
그리고 첨가제로 분산제, 칙소제(thixotropic agent), 레벨링(levelling)제, 소포제 등을 더 포함할 수도 있다. 칙소제는 우레아계, 아마이드계, 우레탄계 등의 고분자/유기물이 사용되거나 무기계의 실리카 등이 사용될 수 있다. The additive may further include a dispersant, a thixotropic agent, a leveling agent, an antifoaming agent, and the like. The thixotropic agent may be a polymer / organic substance such as urea-based, amide-based, urethane-based or inorganic silica or the like.
첨가제는 페이스트 조성물 100 중량부 대하여 0.1~10 중량부만큼 포함될 수 있다. 이 범위에서 전도성 분말이 충분한 양으로 첨가되어 전기 전도도를 높은 수준으로 유지할 수 있으며, 첨가제에 의한 효과를 발휘할 수 있다. The additive may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the paste composition. In this range, the conductive powder may be added in a sufficient amount to maintain the electrical conductivity at a high level, and may exert the effect by the additive.
이러한 페이스트 조성물은 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.Such a paste composition can be prepared by the following method.
바인더를 용매에 용해한 후 프리 믹싱(pre-mixing)하여 유기 비히클을 형성한다. 전도성 분말과 첨가제를 유기 비히클에 첨가하여 1~12시간 동안 숙성(aging) 시킨다. 이때, 유리 프릿을 함께 첨가할 수도 있다. 숙성된 혼합물을 3롤밀(3 roll mill)을 통해 기계적으로 혼합 및 분산시킨다. 혼합물을 여과 및 탈포하여 페이스트 조성물을 제조한다. 그러나 이러한 방법은 일례로 제시한 것에 불과하며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
The binder is dissolved in a solvent and then pre-mixed to form an organic vehicle. The conductive powder and the additive are added to the organic vehicle and aged for 1 to 12 hours. At this time, glass frit may be added together. The aged mixture is mechanically mixed and dispersed through a 3 roll mill. The mixture is filtered and defoamed to prepare a paste composition. However, this method is merely an example, and the present invention is not limited thereto.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
용매에 바인더를 용해하여 유기 비히클을 준비하였다. 용매로는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트와 α-테르피네올의 혼합 용매를 사용하였으며, 바인더로는 에틸 셀룰로오스를 사용하였다. The organic vehicle was prepared by dissolving the binder in the solvent. A mixed solvent of diethylene glycol monobutyl ether acetate and α-terpineol was used as a solvent, and ethyl cellulose was used as a binder.
유기 비히클에 전도성 분말, 유리 프릿 및 첨가제를 첨가한 후 혼합하였다. 이를 12 시간 동안 숙성한 후 3롤밀을 이용하여 2차로 혼합 및 분산하였다. 이를 여과 및 탈포하여 페이스트 조성물을 형성하였다.Conductive powder, glass frit and additives were added to the organic vehicle and then mixed. The mixture was aged for 12 hours and then mixed and dispersed in a second mill using a three-roll mill. This was filtered and defoamed to form a paste composition.
전도성 분말로는 은 분말을 사용하였으며, 유리 프릿으로는 유리 전이 온도가 서로 다른 제1, 제2 및 제3 유리 프릿을 사용하였다. Silver powder was used as the conductive powder, and first, second and third glass frits having different glass transition temperatures were used as the glass frit.
제1 유리 프릿의 연화점(Tdsp)은 392.8℃, 유리 전이 온도(Tg)는 360.93℃, 열 팽창 계수는 78.4×10-6/℃였다. 제2 유리 프릿의 연화점은 374.44℃, 유리 전이 온도는 344.89℃, 열 팽창 계수는 124.0×10-6/℃였다. 제3 유리 프릿의 연화점은 348.0℃, 유리 전이 온도는 321.51℃, 열 팽창 계수는 120.3×10-6/℃였다. 유리 프릿 전체에 대하여 제1 유리 프릿이 10 중량부, 제2 유리 프릿이 80 중량부, 제3 유리 프릿이 10 중량부만큼 포함되었다. The softening point (Tdsp) of the 1st glass frit was 392.8 degreeC, glass transition temperature (Tg) was 360.93 degreeC, and the thermal expansion coefficient was 78.4x10 <-6> / degreeC. The softening point of the second glass frit was 374.44 ° C, the glass transition temperature was 344.89 ° C, and the thermal expansion coefficient was 124.0 × 10 −6 / ° C. The softening point of the 3rd glass frit was 348.0 degreeC, the glass transition temperature was 321.51 degreeC, and the thermal expansion coefficient was 120.3x10 <-6> / degreeC. 10 parts by weight of the first glass frit, 80 parts by weight of the second glass frit, and 10 parts by weight of the third glass frit were included with respect to the entire glass frit.
이 페이스트 조성물을 스크린 프린팅법에 의하여 200㎛의 두께의 실리콘 기판에 도포한 다음 200℃에서 2분 동안 건조하였다. 그리고 900℃에서 30초 동안 급속 열처리하여 전면 전극을 제조하였다.The paste composition was applied to a silicon substrate 200 mu m thick by screen printing and then dried at 200 deg. Then, the front electrode was manufactured by rapid heat treatment at 900 ° C. for 30 seconds.
실시예Example 2 2
유리 프릿 전체에 대하여 제1 유리 프릿이 20 중량부, 제2 유리 프릿이 60 중량부, 제3 유리 프릿이 20 중량부 포함된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다. A front electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 20 parts by weight of the first glass frit, 60 parts by weight of the second glass frit, and 20 parts by weight of the third glass frit were included with respect to the entire glass frit. .
실시예Example 3 3
유리 프릿 전체에 대하여 제1 유리 프릿이 30 중량부, 제2 유리 프릿이 40 중량부, 제3 유리 프릿이 30 중량부 포함된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다. A front electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 30 parts by weight of the first glass frit, 40 parts by weight of the second glass frit, and 30 parts by weight of the third glass frit were included with respect to the entire glass frit. .
실시예Example 4 4
유리 프릿 전체에 대하여 제1 유리 프릿이 50 중량부, 제2 유리 프릿이 50 중량부만큼 포함되고 제3 유리 프릿은 포함되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다. A front electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that 50 parts by weight of the first glass frit and 50 parts by weight of the second glass frit were included with respect to the entire glass frit, and the third glass frit was not included. .
비교예Comparative example
연화점은 374.44℃, 유리 전이 온도는 344.89℃, 열 팽창 계수는 124.0×10-6/℃인 제2 유리 프릿을 100 중량부로 사용하였다는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전면 전극을 제조하였다.
Was prepared in the same manner as the front electrode was used as the second glass frit 6 / ℃ 100 parts by weight Example 1 - softening point 374.44 ℃, a glass transition temperature of 344.89 ℃, the thermal expansion coefficient of 124.0 × 10.
실시예 1 내지 3, 비교예에 따른 샘플을 10개 제작하여, 소성 온도가 880℃, 900℃, 920℃일 때 이들을 포함하는 태양 전지의 평균 효율[%]을 측정하여 표 1에 나타내었다. Ten samples according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples were produced, and the average efficiency [%] of the solar cells including them when the firing temperatures were 880 ° C., 900 ° C., and 920 ° C. was shown in Table 1 below.
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3에 의하면 비교예에 비하여 880℃ 및 920℃에서의 효율이 대체로 우수한 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1 내지 3에 의하면 880℃, 900℃, 920℃ 모두에서 비교예에 비하여 훨씬 우수한 효율을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 보조 역할을 하는 유리 프릿을 5~30 중량부로 포함하면 소성 온도 범위를 효과적으로 넓힐 수 있음을 알 수 있다. Referring to Table 1, it can be seen from Examples 1 to 3 that the efficiency at 880 ° C. and 920 ° C. is generally superior to Comparative Examples. In particular, according to Examples 1 to 3 it can be seen that the efficiency is much superior to the comparative example at all 880 ℃, 900 ℃, 920 ℃. That is, it can be seen that by including 5 to 30 parts by weight of the glass frit serving as an auxiliary role can effectively widen the firing temperature range.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. The features, structures, effects and the like described in the foregoing embodiments are included in at least one embodiment of the present invention and are not necessarily limited to one embodiment. In addition, the features, structures, effects, and the like illustrated in the embodiments may be combined or modified with respect to other embodiments by those skilled in the art to which the embodiments belong. Therefore, it should be understood that the present invention is not limited to these combinations and modifications.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments may be modified. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
Claims (5)
상기 유리 프릿은, 제1 유리 전이 온도를 가지는 제1 유리 프릿과, 상기 제1 유리 전이 온도보다 작은 제2 유리 전이 온도를 가지는 제2 유리 프릿을 포함하고,
상기 제1 유리 전이 온도보다 상기 제2 유리 전이 온도가 10℃ 내지 50℃ 만큼 더 작으며,
상기 제1 유리 프릿 및 상기 제2 유리 프릿 중 어느 하나가 상기 유리 프릿 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 30 중량부만큼 포함되고, 나머지 하나가 70 중량부 내지 95 중량부만큼 포함되는 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물. Conductive powder; Organic vehicle; And glass frit,
The glass frit includes a first glass frit having a first glass transition temperature and a second glass frit having a second glass transition temperature smaller than the first glass transition temperature,
The second glass transition temperature is smaller by 10 ° C. to 50 ° C. than the first glass transition temperature,
Any one of the first glass frit and the second glass frit is included by 5 parts by weight to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the glass frit, the other one of 70 to 95 parts by weight of the solar cell Paste composition for electrodes.
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 전도성 분말이 50 중량부 내지 90 중량부, 상기 유기 비히클이 10 중량부 내지 50 중량부, 상기 유리 프릿이 1 중량부 내지 20 중량부만큼 포함되는 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물. The method of claim 1,
100 parts by weight of the paste composition, wherein the conductive powder is 50 parts by weight to 90 parts by weight, the organic vehicle of 10 parts by weight to 50 parts by weight, the glass frit by 1 to 20 parts by weight of the solar cell Paste composition for electrodes.
상기 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 유리 프릿이 3.5 중량부 내지 4.5 중량부만큼 포함되는 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물. The method of claim 1,
The paste composition for an electrode of a solar cell, wherein the glass frit is included in an amount of 3.5 parts by weight to 4.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the paste composition.
상기 전도성 분말이 은(Ag)을 포함하는 태양 전지의 전극용 페이스트 조성물. The method of claim 1,
Paste composition for an electrode of a solar cell, wherein the conductive powder comprises silver (Ag).
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