KR20140074415A - 태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 소자 - Google Patents

태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 후면 전극의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판 후면에 순차적으로 도포되는 은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물은 각각 포함하는 유리 프릿이 그 연화점 차이가 50℃ 이하로 하여, 후면 전극의 중첩부의 균열 또는 박리가 일어나지 않고, 밀착성이 우수하며, 직렬 저항 상승을 태양전지의 효율을 개선할 수 있는 태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.

Description

태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 소자 {MANUFACTURING METHOD FOR BACK CONTACT OF SOLAR CELL AND SOLAR CELL DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지소자에 관한 것이다.
최근 들어 급속하게 보급되고 있는 태양전지는 차세대 에너지원으로서 클린 에너지인 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 전자 소자이다.
태양전지 소자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 수광면측에 N+층(20), 반사방지막(30)과 전면전극(40)이 형성되어 있고, 기판(10)의 반대면측에 P+층(50)과 후면전극(60)이 형성된 구조를 갖는다. 이러한 구조의 태양전지 소자에 태양광을 비추면 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생하고, 발생된 전자(-)는 N+층(20)으로 정공(+)은 P+층(50)으로 각각 이동하게 된다. 이 현상에 의해 P+층(50)과 N+층(20) 사이에 전위차가 발생하며, 이때 부하를 연결하면 전류가 발생하게 되는 원리로 태양 에너지가 전기 에너지로 변환된다.
이 중 후면전극(60)은 알루미늄 또는 은/알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후 소성함으로써 형성되는데, 소성 시 알루미늄이 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 내부로 확산됨으로써 후면전극(60)과 기판(10) 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에 알루미늄 원자의 확산에 의한 P+층(50)이 형성된다. 이러한 P+층(50)은 전자의 재결합을 방지하고 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 후면전계(back surface field, BSF)의 작용을 할 뿐만 아니라 태양광의 장파장광을 반사하는 반사판의 역할도 한다.
그러나 은/알루미늄 페이스트 조성물로 후면 전극을 형성하는 방법은, 두 페이스트 조성물의 소성 온도에 차이가 있어 은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물의 중첩부에 균열이 발생하거나 부착력이 떨어져 직렬저항이 상승하게 되고, 이로 인해 태양전지의 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
한국공개특허 제2012-4912호에는 태양전지 및 그의 전극 형성용 도전성 페이스트가 개시되어 있으나, 상기 후면 전극의 문제점에 대한 대안을 제시하지 못하였다.
한국공개특허 제2012-4912호
본 발명은 후면 전극의 중첩부의 균열 또는 박리 현상이 일어나지 않는 태양전지 후면 전극의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 직렬 저항 상승을 억제하여 효율이 향상된 태양전지 후면 전극의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전극이 구비된 태양전지 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
1. 기판 후면에 순차적으로 도포되는 은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물은 각각 포함하는 유리 프릿이 그 연화점 차이가 50℃ 이하인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
2. 위 1에 있어서, 은 페이스트 조성물을 바 형태로 도포한 후 상기 도포된 영역 중 미리 정해진 부분을 제외한 영역 및 기판 후면에 알루미늄 페이스트 조성물을 더 도포하는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
3. 위 1에 있어서, 은 페이스트 조성물은 은 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
4. 위 3에 있어서, 유리 프릿은 Bi2O3-Al2O3-B2O3-SiO2-SrO-ZnO계 유리 프릿인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
5. 위 3에 있어서, 유리 프릿은 연화점이 400 내지 600℃인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
6. 위 3에 있어서, 유리 프릿은 0.01 내지 10중량%로 포함되는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
7. 위 1에 있어서, 은 페이스트 조성물은 0.3 내지 0.7mm의 폭으로 도포되는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
8. 위 1에 있어서, 알루미늄 페이스트 조성물은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
9. 위 8에 있어서, 유리 프릿은 Bi2O3-Al2O3-B2O3-SiO2-SrO-ZnO계 유리 프릿인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
10. 위 8에 있어서, 유리 프릿은 연화점이 400 내지 600℃인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
11. 위 8에 있어서, 유리 프릿은 0.01 내지 5중량%로 포함되는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
12. 위 1 내지 11 중 어느 한 항의 방법으로 형성된 태양전지 후면 전극.
13. 위 12의 전극이 구비된 태양전지 소자.
본 발명에 따른 태양전지 후면 전극은 중첩부의 균열 또는 박리가 일어나지 않고, 밀착성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 후면 전극은 직렬 저항 상승을 억제하여, 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 태양전지 소자의 단면도를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 태양전지 후면 전극의 제조 방법의 일 구현예를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 태양전지 후면 전극의 제조 방법의 일 구현예에 의한 은 및 알루미늄 페이스트 조성물의 도포 영역의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 실시예 3의 방법으로 형성된 후면 전극을 구비하는 태양전지 소자에서 후면 전극 중첩부를 나타낸 사진이다.
도 5는 비교예 3의 태양전지 소자에서 후면 전극 중첩부를 나타낸 사진이다.
본 발명은 기판 후면에 순차적으로 도포되는 은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물은 각각 포함하는 유리 프릿이 그 연화점 차이가 50℃ 이하로 하여, 후면 전극의 중첩부의 균열 또는 박리가 일어나지 않고, 밀착성이 우수하며, 직렬 저항 상승을 태양전지의 효율을 개선할 수 있는 태양전지 후면 전극의 제조 방법 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.
본 발명의 제조 방법은 기판 후면에 순차적으로 도포되는 은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물이 각각 포함하는 유리 프릿이 그 연화점 차이가 50℃ 이하가 되도록 한다.
은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물에 각각 포함되는 유리 프릿의 연화점 차이를 50℃ 이하로 하면 후면 전극의 중첩부의 밀착성이 우수하며 직렬 저항 상승을 억제하여 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 태양전지 후면 전극의 제조 방법의 일 구현예를 개략적으로 도시한 것으로, 이하 도 2를 참조하여 본 발명의 태양전지 후면 전극의 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 기판 후면(100)에 은 페이스트 조성물을 바 형태(110)로 도포한다.
기판은 제1 도전성 타입으로서 p형 도전성 타입의 단결정, 다결정 또는 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체 기판일 수 있다. P형 도전성 타입의 기판은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
기판은 또한 n형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다. n형 도전성 타입의 기판은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
은 페이스트 조성물은 은 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함한다.
은 분말은 후면 전극을 형성하기 위한 페이스트 조성물의 주성분인 전도성 금속이다.
은 분말은 평균 입자 크기가 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 1 내지 10㎛인 것일 수 있으며, 바람직하게는 평균입경인 D50이 1 내지 2.5㎛일 수 있다. D50이 1㎛ 미만인 경우 입자의 비표면적이 넓어져 페이스트 점도가 높아져서 인쇄성이 떨어져 이로 인해 은 입자의 함량을 높이는데 제한을 받을 수 있고, D50이 2.5㎛ 초과인 경우 페이스트내 은 입자의 치밀도가 떨어져 소성공정 후 배선내 공극이 발생하여 배선의 저항이 상승할 수 있다.
은 분말은 그 기능을 할 수 있는 범위 내에서는 그 함량이 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 은 페이스트 조성물 총 중량 중 50 내지 70중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 55 내지 65중량% 포함될 수 있다. 은 분말의 함량이 50중량% 미만인 경우 소성 후 인쇄된 은 배선 층이 얇아져 후면 배선 저항이 증가하고 납땜특성이 저하될 수 있으며, 70중량%를 초과하면 인쇄두께가 너무 두꺼워져 웨이퍼의 휨 현상을 초래할 수 있다.
유리 프릿은 Bi2O3-Al2O3-B2O3-SiO2-SrO-ZnO계 산화물인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Bi2O3 5 내지 40몰%, Al2O3 3 내지 15몰%, B2O3 15 내지 50몰%, SiO2 10 내지 25몰%, SrO 4 내지 10몰% 및 ZnO 1 내지 25몰%를 포함하는 것이 좋다. 무연 유리 프릿의 조성이 상기 범위에 해당하는 경우 직렬저항 상승 억제, 내수성 개선 및 웨이퍼 기판 휨 현상 억제 효과를 극대화할 수 있다.
선택적으로, 유리 프릿은 K2O, Na2O, Li2O 등의 알칼리금속 산화물 0 내지 10몰%; MgO, CaO, BaO 등의 알칼리토금속 산화물 0 내지 10몰%; P2O5 0 내지 15몰%; TiO2 0 내지 10몰%; CuO 0 내지 10몰%; NiO 0 내지 10몰% 등을 더 포함할 수 있다.
은 페이스트 조성물에 포함되는 유리 프릿은 알루미늄 페이스트 조성물에 포함되는 유리 프릿과 연화점(Ts) 차이가 50℃ 이하인 것으로서, 연화점이 400~600℃일 수 있으며, 바람직하게는 440 내지 600℃이다. 유리 프릿의 연화점이 400℃ 미만인 경우에는 유리 프릿의 열팽창계수가 상대적으로 커져 웨이퍼의 휨 현상을 초래할 수 있으며, 600℃ 초과인 경우에는 소성 과정에서 충분히 용융되지 않아 후면 전극과 기판 사이의 밀착력이 저하될 수 있다.
유리 프릿은 그 기능을 할 수 있는 범위 내에서는 그 함량이 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 은 페이스트 조성물 총 중량 중 0.01 내지 10중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 7중량%, 더 바람직하게는 1 내지 5중량% 포함될 수 있다. 유리 프릿의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 후면 전극과 기판 사이의 밀착력이 저하될 수 있고, 10중량% 초과인 경우에는 저항이 증가하여 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다.
유기 비히클은 은 페이스트 조성물에 인쇄에 적합한 점조도 및 유변학적 특성을 부여하기 위한 성분으로서, 유기 용매에 고분자 수지와 필요에 따라 각종 첨가제를 용해시킨 용액일 수 있다.
유기 비히클은 유기 용매 75 내지 99중량%와 고분자 수지 1 내지 25중량%가 혼합된 것일 수 있으며, 여기에 첨가제 1 내지 10중량%가 더 혼합된 것일 수도 있다.
유기 용매로는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 인쇄 공정 중 페이스트 조성물의 건조를 방지하고 유동성을 조절할 수 있도록 끓는점이 150 내지 300℃인 용매를 사용할 수 있다. 구체적으로, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 트리프로필렌글리콜n-부틸에테르, 디프로필렌글리콜n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜n-부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디에틸렌글리콜n-부틸에테르, 디에틸렌글리콜헥실에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 트리에틸렌글리콜메틸에테르, 트리에틸렌글리콜에틸에테르, 트리에틸렌글리콜n-부틸에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 에틸렌글리콜, 테르피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨아세테이트, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노이소부티레이트(texanol) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유기 용매는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 75 내지 99중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이 함량 범위에서는 페이스트 조성물에 최적의 유동성을 부여할 수 있다.
고분자 수지로는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 페놀, 아크릴, 로진, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐부티랄, 우레아, 자일렌, 알키드, 불포화 폴리에스테르, 폴리이미드, 퓨란, 우레탄, 이소시아네이트, 시아네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐아세테에트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르케톤, 실리콘 등의 수지를 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
고분자 수지는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 1 내지 25중량%, 바람직하게 5 내지 25중량%로 포함되는 것이 좋다. 함량이 1중량% 미만인 경우 페이스트 조성물의 인쇄성과 분산 안정성이 저하될 수 있고, 25중량% 초과인 경우 페이스트 조성물이 인쇄되지 않을 수 있다.
유기 비히클은 상기 성분들과 함께 첨가제로 분산제를 더 포함할 수 있다.
분산제로는 공지된 계면활성제를 사용할 수 있으며, 예컨대 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 알킬에테르 등의 에테르계; 글리세린에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비탄에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비톨에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르 등의 에스테르에테르계; 폴리에틸렌글리콜지방산에스테르, 글리세린에스테르, 소르비탄에스테르, 프로필렌글리콜에스테르, 슈가에스테르, 알킬폴리글루코시드 등의 에스테르계; 지방산알카놀아미드, 폴리옥시에틸렌지방산아미드, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬아민, 아민옥사이드 등의 질소함유계; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산-말레인산 공중합체, 폴리12-히드록시스테아린산 등의 고분자계 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 시판되고 있는 제품으로서 하이퍼머(hypermer) KD(Uniqema), AKM 0531(일본유지㈜), KP(신에쯔 가가꾸 고교㈜), 폴리플로우(POLYFLOW)(교에이샤 가가꾸㈜), 에프톱(EFTOP)(토켐 프로덕츠사), 아사히가드(Asahi guard)(아사히 유리㈜), 서플론(Surflon)(아사히 유리㈜), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(제네까㈜), EFKA(EFKA 케미칼스사), PB 821(아지노모또㈜), BYK-184, BYK-185, BYK-2160, Anti-Terra U(BYK사 제조) 등을 사용할 수도 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
분산제는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 1 내지 10중량%, 바람직하게 1 내지 5중량%로 포함되는 것이 좋다.
유기 비히클은 분산제 이외에도 요변성제, 습윤제, 산화방지제, 부식억제제, 소포제, 증점제, 분산제, 점착부여제, 커플링제, 대전방지제, 중합금지제, 침강방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
유기 비히클은 은 페이스트 조성물 총 함량 100중량%에 대하여 20 내지 35중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량% 미만인 경우 은 페이스트 조성물의 점도가 너무 높아져 유동성이 저하되고 인쇄성이 떨어질 수 있으며, 35중량% 초과인 경우 은 분말의 함유량이 상대적으로 적어져 충분한 페이스트층의 두께를 확보하기 어렵다.
상기 조성을 갖는 은 페이스트 조성물을 기판 후면(100)에 바 형태(110)로 도포한다.
도포 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 침지 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 노즐 프린팅법 등을 들 수 있다.
도포 폭은 그 기능을 할 수 있는 범위 내에서는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 0.3 내지 0.7mm일 수 있고, 바람직하게는 0.4 내지 0.6mm일 수 있다.
은 페이스트 조성물의 도포 후에 필요에 따라 60 내지 300℃에서 5 내지 200초간 건조 과정을 거칠 수 있다.
이후, 은 페이스트 조성물의 도포 영역 중 미리 정해진 부분을 제외한 영역 및 기판 후면(120)에 알루미늄 페이스트 조성물을 더 도포한다.
미리 정해진 부분이란, 은 페이스트 조성물의 도포 영역 중에서 전극 형성 후 솔더링 될 수 있는 부위이다.
도 3에 본 발명의 태양전지 후면 전극의 제조 방법의 일 구현예에 따른 은 및 알루미늄 페이스트 조성물의 도포 영역의 단면이 개략적으로 도시되어 있는데, 예컨대 도 3과 같이 기판 후면에서 은 페이스트 조성물 도포 영역 상부의 숄더링 될 수 있는 부위를 제외한 영역에 이르기까지 알루미늄 페이스트 조성물을 도포할 수 있다.
알루미늄 페이스트 조성물은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함한다.
알루미늄 분말은 후면 전극을 형성하기 위한 페이스트 조성물의 주성분인 전도성 금속이다.
알루미늄 분말은 평균 입자 크기가 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 1 내지 10㎛인 것일 수 있으며, 바람직하게는 평균입경인 D50이 3 내지 6㎛일 수 있다. D50이 3㎛ 미만인 경우 소성시 열안정성이 저하되어 기판이 휘거나 범프가 생길 수 있고, D50이 6㎛ 초과인 경우 충진율이 낮아져 태양전지의 효율이 저하될 수 있다.
알루미늄 분말은 그 기능을 할 수 있는 범위 내에서는 그 함량이 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 알루미늄 페이스트 조성물 총 중량 중 60 내지 80중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 65 내지 78중량% 포함될 수 있다. 알루미늄 분말의 함량이 60중량% 미만인 경우 소성 후 인쇄된 알루미늄 후면전극의 두께가 얇아져 후면전계(BSF)가 충분히 형성되지 않고 효율이 저하될 수 있으며, 80중량% 초과인 경우 인쇄 두께가 너무 두꺼워져 기판이 휠 수 있다.
유기 프릿은 Bi2O3-Al2O3-B2O3-SiO2-SrO-ZnO계 산화물인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Bi2O3 5 내지 40몰%, Al2O3 3 내지 15몰%, B2O3 15 내지 50몰%, SiO2 10 내지 25몰%, SrO 4 내지 10몰% 및 ZnO 1 내지 25몰%를 포함하는 것이 좋다. 무연 유리 프릿의 조성이 상기 범위에 해당하는 경우 직렬저항 상승 억제, 내수성 개선 및 웨이퍼 기판 휨 현상 억제 효과를 극대화할 수 있다.
선택적으로, 유리 프릿은 K2O, Na2O, Li2O 등의 알칼리금속 산화물 0 내지 10몰%; MgO, CaO, BaO 등의 알칼리토금속 산화물 0 내지 10몰%; P2O5 0 내지 15몰%; TiO2 0 내지 10몰%; CuO 0 내지 10몰%; NiO 0 내지 10몰% 등을 더 포함할 수 있다.
상기 조성의 범위 내에서, 은 페이스트 조성물에 은 페이스트 조성물에 포함되는 유리 프릿과 연화점의 차이를 나타내기 위해 함량을 적절히 조절할 수 있다.
알루미늄 페이스트 조성물에 포함되는 유리 프릿은 은 페이스트 조성물에 포함되는 유리 프릿과 연화점(Ts) 차이가 50℃ 이하인 것으로서, 연화점이 400~600℃일 수 있으며, 바람직하게는 490 내지 550℃이다. 유리 프릿의 연화점이 400℃미만인 경우에는 유리 프릿의 열팽창계수가 상대적으로 커져 웨이퍼의 휨 현상을 초래할 수 있으며, 600℃ 초과인 경우에는 소성 과정에서 충분히 용융되지 않아 후면 전극과 기판 사이의 밀착력이 저하될 수 있다.
유리 프릿은 그 기능을 할 수 있는 범위 내에서는 그 함량이 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 은 페이스트 조성물 총 중량 중 0.01 내지 5중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 0.05 내지 4.5중량%, 더 바람직하게는 3 내지 4.5중량% 포함될 수 있다. 유리 프릿의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 후면 전극과 기판 사이의 밀착력이 저하될 수 있고, 5중량% 초과인 경우에는 기판이 휠 수 있으며, 저항이 증가하여 태양전지의 효율이 떨어질 수 있다.
유리 비히클은 은 페이스트 조성물의 유리 프릿과 동일한 조성 및 동일한 함량으로 포함할 수 있다.
도포 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 침지 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 노즐 프린팅법 등을 들 수 있다.
알루미늄 페이스트 조성물의 도포 후에 필요에 따라 60 내지 300℃에서 5 내지 200초간 건조 과정을 거칠 수 있다.
이후에, 위 과정을 거친 기판을 600 내지 950℃에서 수초 동안 소성하여 전극을 얻을 수 있다.
상기 과정을 포함하여 얻어지는 본 발명의 태양전지 후면 전극은 중첩부의 균열 또는 박리가 일어나지 않고, 밀착성이 우수하며, 직렬 저항 상승을 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
본 발명은 상기 방법으로 형성된 전극이 구비된 태양전지 소자를 제공한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
제조예 1 내지 9
하기 표 1의 조성을 갖는 유리 프릿을 제조하였다.
유리 프릿 성분(몰%)
Al2O3 B2O3 BaO Bi2O3 CaO K2O Li2O Na2O SiO2 SrO ZnO
DWL-1 5.5 36.4 - 18.6 8.6 - - - 18.5 7.8 4.7
DWL-2 6.3 41.3 5.5 13.0 6.6 - - - 20.3 5.1 1.9
DWL-3 4.1 46.8 - 7.7 3.9 - - - 15.0 5.4 17.2
DWG-1 12.6 33.1 - 14.2 4.8 - - - 19.7 5.9 9.7
DWG-2 9.8 27.4 - 11.3 5.7 0.8 3.2 - 21.6 4.6 15.6
DWG-3 10.6 17.9 - 35.7 3.5 - - 1.9 13.6 6.8 10.0
DWG-4 6.2 42.6 - 16.2 5.7 - - - 21.0 7.2 1.2
DWG-5 9.6 32.5 - 6.1 5.2 4.5 8.4 - 16.3 5.3 12.1
DWG-6 3.6 47.3 - 6.1 3.5 - - - 13.2 4.8 21.5
DWG-7 3.3 42.9 - 5.6 3.5 - - - 17.6 5.1 22.0
각 페이스트 조성물이 포함하는 유기 프릿을 하기 표 2에 나타내었다.
구분 알루미늄 페이스트 은 페이스트 연화점 차이
(℃)
유리 프릿 연화점(℃) 유리 프릿 연화점(℃)
제조예 1 DWL-1 547 DWG-3 512 35
제조예 2 DWL-1 547 DWG-4 535 12
제조예 3 DWL-1 547 DWL-1 547 0
제조예 4 DWL-1 547 DWG-5 572 25
제조예 5 DWL-1 547 DWG-6 591 44
제조예 6 DWL-2 533 DWG-2 489 44
제조예 7 DWL-1 547 DWG-1 454 93
제조예 8 DWL-1 547 DWG-2 489 58
제조예 9 DWL-1 547 DWG-7 610 63
실시예 1
평균 입자 크기가 1-3㎛인 은 분말 55중량%, 제조예 1의 유리 프릿 DWG-3 4.5중량%, 트리프로필렌글리콜메틸에테르에 에틸셀룰로오스 수지가 용해된 유기 비히클 40.5중량%를 첨가한 후 자전 및 공전을 동시에 수행하는 믹서를 이용하여 1,000rpm으로 3분 동안 교반하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
평균 입자 크기가 1-10㎛인 알루미늄 분말 74중량%, 제조예 1의 유리 프릿 DWL-1 3중량%, 부틸카비톨에 히드록시프로필셀룰로오스 수지가 용해된 유기 비히클 23중량%를 첨가한 후 자전 및 공전을 동시에 수행하는 믹서를 이용하여 1,000rpm으로 3분 동안 교반하여 알루미늄 페이스트 조성물을 제조하였다.
상기 은 페이스트 조성물로 크기가 156㎜×156㎜이고 두께가 200㎛이며 텍스쳐링 공정에 의해 높이가 약 4-6㎛인 피라미드 구조가 형성된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 버스 바(bus bar)를 인쇄하고 건조시켰다. 그 후 상기 알루미늄 페이스트 조성물을 250메쉬(mesh)의 스크린 인쇄판을 이용하여 도포하고 건조시켰다. 이때, 도포량은 건조 전 1.5±0.1g이 되도록 하였다. 그 후 전면 SiNx측 상에 은 페이스트를 이용하여 핑거 라인(finger line)을 인쇄하고 건조시켰다. 위 과정을 거친 기판을 온도가 720-900℃인 적외선 연속 소성로에서 약 10초 동안 소성하였다. 소성 공정은 실리콘 웨이퍼 기판을 약 600℃의 번-아웃(burn-out) 구간과 800-950℃의 소성(firing) 구간을 포함하는 벨트 로(belt furnace) 내로 통과시키면서 전후면 동시 소성으로 수행하여, 페이스트 내 유기물을 태워 없앤 후 은과 알루미늄을 용융시켜 전극이 형성되도록 하여 태양전지 소자를 제조하였다.
실시예 2
제조예 2의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
실시예 3
제조예 3의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
실시예 4
제조예 4의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
실시예 5
제조예 5의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
실시예 6
제조예 6의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
비교예 1
제조예 7의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
비교예 2
제조예 8의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
비교예 3
제조예 9의 유리 프릿을 포함한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 소자를 제조하였다.
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 알루미늄 페이스트 조성물의 물성을 하기 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 3, 도 4 및 도 5에 나타내었다.
(1)중첩특성
제조된 태양전지 소자의 중첩특성을 목시검사로 평가하였다.
<평가기준>
○: 중첩부위 양호.
△: 중첩부위에서 균열이 발생.
×: 중첩부위가 박리됨.
(2)직렬저항
제조된 태양전지 소자의 직렬저항을 평가장치(SCM-1000, FitTech)를 이용하여 측정하였다.
구분 중첩특성 직렬저항(mΩ)
실시예 1 O 6.42
실시예 2 O 6.40
실시예 3 O 6.38
실시예 4 O 6.41
실시예 5 O 6.41
실시예 6 O 6.45
비교예 1 X 6.91
비교예 2 X 6.88
비교예 3 X 7.01
상기 표 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 6의 방법으로 형성된 태양전지 후면 전극이 구비된 태양전지 소자는 후면 전극의 중첩특성이 양호하고, 직렬 저항이 낮은 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 비교예 1 내지 3의 태양전지 소자는, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이 후면 전극의 중첩부위에서 박리가 발생하고, 직렬저항이 상승하는 것을 확인할 수 있었다.
10: 실리콘 웨이퍼 기판 20: N+층
30: 반사방지막 40: 전면전극
50: P+층 60: 후면전극
100: 실리콘 웨이퍼 기판 110: 은 페이스트 조성물 도포 영역
120: 알루미늄 페이스트 조성물 도포 영역

Claims (13)

  1. 기판 후면에 순차적으로 도포되는 은 페이스트 조성물과 알루미늄 페이스트 조성물은 각각 포함하는 유리 프릿이 그 연화점 차이가 50℃ 이하인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 은 페이스트 조성물을 바 형태로 도포한 후 상기 도포된 영역 중 미리 정해진 부분을 제외한 영역 및 기판 후면에 알루미늄 페이스트 조성물을 더 도포하는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 은 페이스트 조성물은 은 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 유리 프릿은 Bi2O3-Al2O3-B2O3-SiO2-SrO-ZnO계 유리 프릿인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 유리 프릿은 연화점이 400 내지 600℃인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 유리 프릿은 0.01 내지 10중량%로 포함되는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 은 페이스트 조성물은 0.3 내지 0.7mm의 폭으로 도포되는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 알루미늄 페이스트 조성물은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 유리 프릿은 Bi2O3-Al2O3-B2O3-SiO2-SrO-ZnO계 유리 프릿인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 유리 프릿은 연화점이 400 내지 600℃인 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 유리 프릿은 0.01 내지 5중량%로 포함되는 태양전지 후면 전극의 제조 방법.
  12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항의 방법으로 형성된 태양전지 후면 전극.
  13. 청구항 12의 전극이 구비된 태양전지 소자.
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