KR20140048464A - 전극형성용 페이스트 조성물, 이를 이용한 실리콘 태양전지 - Google Patents

전극형성용 페이스트 조성물, 이를 이용한 실리콘 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특정 은 코팅된 니켈 분말을 일정량 포함하는 전극형성용 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 페이스트 조성물은 순수 은 분말만을 주로 포함하는 페이스트와 비교하여 비슷한 저항대를 가질 수 있고 효율도 개선시킬 수 있어서, 은 분말의 일부를 상기 은 코팅된 니켈 분말로 대체 가능하여 경제적인 효과가 있다.

Description

전극형성용 페이스트 조성물, 이를 이용한 실리콘 태양전지{Ag paste composition for forming electrode and Silicon solar cell using the same}
본 발명은 태양전지의 전극형성용 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지에 관한 것이다.
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.
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, 반도체 IC의 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.
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.
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.
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.
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. 또한 도 2는 태양전지 구조에서 전면 전극의 구성을 간략히 도시한 것이다. 또한 태양전지의 전면 전극은 기판의 전면에는 Ag가 형성되고, 후면에 도전성 알루미늄과 은을 포함할 수 있다.
이러한 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.
한편, 도전성 금속 페이스트는 태양전지에서 전면전극 또는 후면전극의 제조를 위해 사용되며, 전술한 바와 같이 기타 다른 전자 제품에서 각종 전극을 제조하기 위해 사용된다.
이 중에서 태양전지용 전면 전극용 페이스트는 전도도가 높은 은(Ag)을 주로 사용하고 있으나, 은의 가격 인상으로 대체 재료 개발에 대한 수요가 늘고 있다.
본 발명의 목적은 은 코팅된 니켈 분말을 일부 포함하여 은 분말만을 주로 포함하는 페이스트와 비교시 동등 수준 이상의 태양전지의 전기적 특성을 나타내어 은의 수요를 대체할 수 있는 전극형성용 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명은 은 분말 40 내지 90 중량%, 은 코팅된 니켈 분말 1 내지 50 중량%, 글래스 프릿 분말 0.5 내지 8 중량%, 및 바인더 1 내지 40 중량%
를 포함하는 태양전지의 전극 형성용 페이스트 조성물을 제공한다.
상기 은 코팅된 니켈 분말은 평균입경이 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
또한 상기 은 코팅된 니켈 분말에서 Ni에 코팅된 Ag의 함량은 Ni 100 중량부 대비 1 내지 80 중량부인 것이 바람직하다. 또한 상기 은 코팅된 니켈 분말에서 Ni에 코팅된 Ag의 두께는 1 내지 700 nm인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따르면, 실리콘 반도체 기판;
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 접속되며 알루미늄층이 형성된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지이며,
상기 전면 전극은 상기 페이스트 조성물을 상기 반사 방지막 상에 소정의 패턴으로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지를 제공한다.
본 발명의 전극 형성용 페이스트 조성물은 은 코팅된 니켈 분말을 첨가제로 사용함으로써, 소성 후 Ag 재결정을 형성하여 기판과 전극간의 계면저항을 줄여서 태양전지의 전기적 특성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 전면 전극에 사용되는 은의 함량의 일부를 상기 은 코팅된 니켈 분말로 대체가 가능하여 은의 사용량을 감소시킬 수 있고 이에 따라 은 분말의 가격 상승에도 대처할 수 있어서 경제적인 효과가 있다.
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, 3 및 비교예 1의 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극의 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예 1의 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극의 기판 계면에서 재결정된 은의 형성 이미지를 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 5는 실시예 3의 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극의 기판 계면에서 재결정된 은의 형성 이미지를 나타낸 전자현미경 사진이다.
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.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 은 분말 50 내지 90 중량%, 은 코팅된 니켈 분말 1 내지 40 중량%, 글래스 프릿 분말 0.5 내지 8 중량%, 및 바인더 1 내지 40 중량%를 포함하는 태양전지의 전극 형성용 페이스트 조성물이 제공된다.
본 발명은 전면 전극에 사용되는 은의 대체 재료로 사용할 수 있는 특정 첨가제를 이용하는 전극 형성용 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지를 제공하고자 한다.
기존 태양전지용 전극용 페이스트는 은(Ag)만을 사용하여 전극을 형성하였다. 하지만, 본 발명에서는 니켈(Ni)의 표면에 은(Ag)을 표면 처리한 은 코팅된 니켈 분말을 사용함으로써 Ag와의 소성(sintering)을 유도하여 비저항 개선 뿐만 아니라 효율도 기존 은 페이스트와 동등 이상으로 성능을 끌어올릴 수 있는 전극 페이스트 조성물을 제공하는 특징이 있다.
상기 은 코팅된 니켈 분말(Ag coated Ni)은 전기 전도성이 높은 EMC 차폐 및 기타 이와 유사한 용도에 필요한 수지 기반 재료로 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따르면 상기 은 코팅된 니켈 분말의 사용에 의해 순수 은 분말만 포함하는 페이스트와 비교하여 효과면에서 동등한 효율을 나타낼 수 있다. 또한 순수 니켈만을 일부 첨가할 경우 1x10-5Ω.cm의 저항을 가지지만, 상기 니켈 분말에 Ag를 코팅해주면 1x10-6Ω.cm대의 비저항을 가질 수 있어서, 순수 은 분말을 포함하는 페이스트와 비슷한 저항대를 가질 수 있는 것이다. 또한 니켈 분말에 은 코팅의 두께를 조절함으로써 Ag의 소성을 유도하여 전지의 저항 및 효율을 개선시킬 수 있다.
또한 본 발명에서 사용하는 은 코팅된 니켈 분말은 페이스트 조성물에 혼합된 후, 소정 두께로 기판에 도포하고 소성시 상기 분말은 Ag와의 소성을 유도하여 일부가 기판의 계면으로 일부 흘러 들어가고 기판 계면에서는 Ag의 재결정이 형성된다. 이에 따라, 본 발명에 따르면 기판과 전극간의 계면저항이 줄어들어 태양전지의 전기적 특성이 향상될 수 있다.
따라서, 본 발명은 전극 형성용 페이스트에 대부분을 차지하는 은 분말의 일부를 대체할 수 있는 장점이 있다.
상기 은 코팅된 니켈 분말은 평균입경이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 은 코팅된 니켈 분말에 있어서, Ni에 코팅된 Ag의 함량은 Ni 100 중량부 대비 1 내지 80 중량부인 것이 바람직하다.
또한, 상기 은 코팅된 니켈 분말에서 Ni에 코팅된 Ag의 두께는 1 내지 500 nm인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 내지 300nm이고, 가장 바람직하게 100 내지 250nm이다. 이때 상기 코팅되는 은 분말의 두께가 1 nm 미만이면 코팅 효과가 거의 없으며 페이스트 내 첨가량이 증가할 경우 모듈 제작시 리본과 전극간의 부착력이 감소할 수 있다. 또한 그 두께가 500nm를 초과하면 Ag 함량이 많아져 Ag를 대체하는 경제적인 효과가 없다는 문제가 있다. 또한 상기 니켈 분말에 은 분말을 코팅하는 방법을 특별히 한정되지는 않으며, 이 분야에 잘 알려진 방법에 의해 진행될 수 있다.
상기 은 코팅된 니켈 분말은 도금 형태 또는 Ni분말에 Ag 나노입자를 잉크형태로 적신후 건조, 소성을 통해 Ag 나노입자가 Ni에 물리적 결합이 되도록 하여 제조될 수 있다.
상기 은 코팅된 니켈 분말의 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 1 내지 50 중량%이고, 보다 바람직하게는 10 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 은 코팅된 니켈 분말의 함량이 1 중량% 미만이면 은을 대체하는 효과가 없고, 50 중량%를 초과하면 비저항이 1*10-6 Ω.cm 이상으로 증가하여 전지(cell)의 전기적 특성이 감소할 수 있다.
한편, 본 발명의 페이스트 조성물에 있어서, 은 분말의 평균입경은 0.1 내지 10㎛인 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 은 분말의 탭밀도는 2 내지 6 g/cm3일 수 있다.
상기 은 분말의 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 40 내지 90 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 내지 80 중량%일 수 있다. 상기 은 분말의 함량이 40 중량% 미만이면 계면의 재결정 은(silver)이 감소하고 전극의 비저항이 1*10-6 Ω.cm 이상으로 증가되는 문제가 있고, 90 중량%를 초과하면 Ag 대체 효과가 없다는 문제가 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 글래스 프릿 분말은 당분야에서 사용되는 글래스 프릿이 제한 없이 사용될 수 있다. 이러한 글래스 프릿 분말의 예를 들면, 납산화물 및/또는 비스무스 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 SiO2-PbO계, SiO2-PbO-B2O3계, Bi2O3-B2O3-SiO2계, PbO-Bi2O3-B2O3-SiO2계, PbO-TeO-LiO 분말 등이 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한 상기 글래스 프릿 분말은 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 것을 사용할 수 있다.
상기 바인더는 은 분말, 글래스 프릿 등을 페이스트 상으로 제조하기 위해 사용하며, 이러한 바인더는 유기 바인더일 수 있다. 상기 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.
또한 상기 글래스 프릿과 바인더의 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.
예를 들면, 상기 글래스 프릿의 함량은 전체 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 부착력 및 계면의 재결정되는 은의 양이 감소하는 문제가 있고, 8 중량%를 초과하면 소성후 계면으로 흘러들어가 형성되는 글래스 프릿 층이 두꺼워져 계면 저항이 증가되는 문제가 있을 수 있다.
또한 상기 바인더의 함량은 전체 페이스트 조성물에 대하여 1 내지 40 중량%인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%, 가장 바람직하게는 10 내지 20 중량%인 것이 좋다. 상기 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 인쇄시 롤링 특성이 감소되어 인쇄성에 문제가 있고, 40 중량%를 초과하면 점도가 너무 낮아져 인쇄 후 선폭이 퍼져 웨이퍼 표면에 입사되는 광량을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 페이스트 조성물은 상기 각 성분들이 균일하게 분산되도록 당분야에 알려진 다양한 방법으로 혼합시켜 얻을 수 있다.
선택적으로, 본 발명의 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. 또한, 본 발명은 무기 첨가제로 실리콘 성분이 포함된 Si계 분말 또는 카본 성분이 포함된 카본계 분말을 전체 페이스트 조성물 100 중량부에 대해 0.05 내지 2 중량부로 더 첨가할 수 있고, 바람직하게는 0.2~1 중량부를 첨가할 경우 전극 선폭을 조절하고 소결 속도를 조절하여 줌으로써 효율을 상승시킬 수 있다. 또한 본 발명의 상기 페이스트 조성물은 유기용매를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 페이스트 조성물의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. 기본적으로는, 은 분말, 은 코팅된 니켈 분말, 글래스 프릿 분말, 바인더를 혼합기에 동시에 넣고 혼합하는 방법을 이용해 페이스트 제조가 가능하다. 각 성분들의 혼합은 3롤 밀(3 roll mill) 등을 이용하여 균일하게 혼합할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전면 전극 형성용 페이스트는 태양전지의 전면 전극의 형성에 이용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 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 상술한 페이스트 조성물을 상기 반사 방지막 상에 소정의 패턴으로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지가 제공된다.
본 발명의 전면 전극의 제조방법은 기판 위에 상기 페이스트 조성물을 소정의 패턴으로 도포하고 소성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 전면 전극 형성용 페이스트 조성물을 기판에 코팅하고 소성하는 경우, 그 소성 조건은 특별히 한정되지 않는다.
그러면, 본 발명에 따른 전면 전극 형성용 페이스트를 이용한 전면전극의 제조방법에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이하에서는 본 발명의 페이스트 조성물을 사용하는 실리콘 태양전지의 일 실시예로서 예시하여 설명하며, 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.
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.
상기 기판은 통상의 반도체 소자 제조시 사용되는 기판을 사용할 수 있고, 예를 들어, 실리콘 기판이 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 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.
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.
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.
상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 각각 은과 알루미늄으로 이루어진 금속 전극이다. 상기 전면 전극(204)는 본 발명의 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.
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 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.
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.
이때, 본 발명에서 전면전극 및 후면전극 형성시 인쇄방법은 상술한 스크린 인쇄 법 이외에, 닥터블레이드, 잉크젯 인쇄, 그라비아 인쇄와 같은 통상의 방법을 사용할 수 있다.
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.
< 비교예 1 및 실시예 1 내지 4>
하기 표 1의 조성과 함량으로 각 성분을 혼합하여 페이스트 조성물을 제조하였다 (단위: 중량%).
은 분말은 평균입경 3㎛인 것을 사용하고, 글래스 프릿은 비스무스 산화물을 포함하는 평균입경 2㎛의 것을 사용하였고(Bi2O3-PbO-SiO2), 유기바인더는 에틸셀룰로오스를 사용하였다. 또한 은 코팅된 니켈 분말은 Ni에 코팅된 Ag의 두께가 50 nm이고 평균입경이 1.7㎛인 것을 사용하였다.
Ag 은 코팅된 니켈 글래스 프릿 바인더
실시예1 72 8 4 16
실시예2 68 12 4 16
실시예3 64 16 4 16
실시예4 70 10 4 16
비교예1 80 0 4 16
< 실험예 1>
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 페이스트 조성물을 이용하여 전면 전극 및 태양전지를 제조하였다.
즉, 각 페이스트 조성물의 조성만 제외하고, 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.
이어서, 각 실리콘 태양전지에 대하여, 통상적인 방법으로 비저항과 효율을 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
또한 비교예 1 및 실시예 1, 3에 대한 전지 효율을 측정하여 비교한 그래프를 도 3에 나타내었다.
또한 비교예 1 및 실시예 3의 전극에 대하여, 기판 표면의 계면에서의 재결정된 Ag의 표면을 관찰하기 위해, 전자현미경 사진을 측정하였고 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다.
비교예1 실시예1 실시예2 실시예3
비저항(1x10-6Ωcm) 4.2 5.1 8.0 9.3
표 2 및 도 3의 결과를 통해, 기존 Ag만 주로 사용한 비교예 1에 비해, 본 발명의 실시예 1 내지 3은 전기적 성능이 약간 낮지만 충분히 Ag을 대체 가능한 결과를 얻을 수 있었다.
또한 도 4 및 5의 결과로부터, 본 발명의 실시예 3(도 5)은 페이스트 조성물에 니켈 분말에 은의 코팅두께를 조절한 은 코팅된 니켈 분말을 사용함으로써, Ag와의 소성을 유도하여 저항 및 효율을 개선할 수 있었다. 즉, 본 발명의 실시예 3(도 5)은 비교예 1(도 4)에 비해 재결정된 Ag가 안정적으로 형성되어 기판과 전극간의 계면저항을 감소시킴으로써 태양전지의 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 전면 전극에 사용되는 은의 수요를 대체할 수 있다.
< 실험예 2>
상기 비교예 1 및 실시예 4의 선저항 및 선폭 등에 대하여 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
선저항(Ω) 선폭(㎛) 선고(㎛) 비저항(1x Ω.cm)
비교예1 0.6311 90 15 4.25
실시예4 0.7761 96.16 15.33 5.72
상기 표 3에서 보면, 본 발명은 비교예 1의 순수 은 분말만을 포함하는 페이스트와 비교하여 유사한 저항대를 보여 충분히 전면 전극에 사용되는 은의 수요를 대체할 수 있다.
101: 기판
102: 에미터층
103: 전면전극
104: 후면전극
201: 기판 202: 에미터층
203: 반사방지막
204: 전면 전극 205: 후면 전극

Claims (10)

  1. 은 분말 40 내지 90 중량%,
    은 코팅된 니켈 분말 1 내지 50 중량%,
    글래스 프릿 분말 0.5 내지 8 중량%, 및
    바인더 1 내지 40 중량%
    를 포함하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 은 코팅된 니켈 분말은 평균입경이 0.1㎛ 내지 10㎛인 전극 형성용 페이스트 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 은 코팅된 니켈 분말에서 Ni에 코팅된 Ag의 함량은 Ni 100 중량부 대비 1 내지 80 중량부인 전극 형성용 페이스트 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 은 코팅된 니켈 분말에서 Ni에 코팅된 Ag의 두께는 1 내지 500 nm인 전극 형성용 페이스트 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 은 분말은 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 전극 형성용 페이스트 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 글래스 프릿 분말은 평균입경이 0.1 내지 10㎛인 전극 형성용 페이스트 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 글래스 프릿 분말은 납 산화물 또는 비스무스 산화물을 포함하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 셀룰로오스 수지, 아크릴계 수지, 부틸카르비톨 및 터피네올로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 2종 이상의 혼합물인 전극 형성용 페이스트 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 페이스트 조성물은
    무기 첨가제로 실리콘 성분이 포함된 Si계 분말 또는 카본 성분이 포함된 카본계 분말을 전체 페이스트 조성물 100 중량부에 대해 0.05 내지 2 중량부로 더 포함하는 전극 형성용 페이스트 조성물.
  10. 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 제9항 중 어느 한 항에 따른 페이스트 조성물을 상기 반사 방지막 상에 소정의 패턴으로 도포하고 소성시켜 형성되는 실리콘 태양전지.
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CN104955267A (zh) * 2015-05-25 2015-09-30 铜陵宏正网络科技有限公司 一种含银包镍粉pcb电路板银浆及其制备方法
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