KR20150052188A - 전극 제조에서 Ag 나노-입자 및 구형 Ag 마이크로-입자를 포함하는 전기-전도성 페이스트 - Google Patents

전극 제조에서 Ag 나노-입자 및 구형 Ag 마이크로-입자를 포함하는 전기-전도성 페이스트 Download PDF

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마티아스 호르테이스
이사오 다나카
클라우스 쿤제
루펜 큐세얀
토시노리 와다
아지즈 에스. 샤이크
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헤레우스 프레셔스 메탈스 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 특히 전기 장치, 특히 온도 감응 전기 장치 또는 태양 전지, 특히 HIT 태양 전지의 전극의 제조에서 Ag 나노-입자 및 구형 Ag 마이크로-입자를 포함하는 전기-전도성 페이스트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 페이스트, 페이스트의 제조공정, 전구체, 전기 장치의 제조공정 및 전기 장치를 포함하는 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 하기 페이스트 구성분을 포함하는 페이스트에 관한 것이다: a. Ag 입자, b. 중합체 시스템; 여기서 상기 Ag 입자는 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만 범위의 적어도 제1 최대값 및 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만 범위의 적어도 또 다른 최대값을 갖는 다중-모달 분포의 입자 직경을 가지며; 여기서 상기 제1 및 또 다른 최대값 사이의 차이는 적어도 약 0.3 ㎛이고; 여기서 1 ㎛ 내지 1 mm의 범위에서 직경을 갖는 Ag 입자의 적어도 50 wt.%는 구형이다.

Description

전극 제조에서 Ag 나노-입자 및 구형 Ag 마이크로-입자를 포함하는 전기-전도성 페이스트 {An Electro-conductive Paste Comprising Ag Nano-Particles and Spherical Ag Micro-Particles in the Preparation of Electrodes}
본 발명은, 특히 전기 장치, 특히 온도 감응 전기 장치 또는 태양 전지, 특히, HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin-layer) 태양 전지의, 전극 제조에서 Ag 나노-입자 및 구형 Ag 마이크로-입자를 포함하는 전기-전도성 페이스트 (electro-conductive paste)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 페이스트, 페이스트를 제조하기 위한 공정, 전구체, 전기 장치의 제조공정 및 전기 장치를 포함하는 모듈에 관한 것이다.
전극은, 태양 전지, 디스플레이 스크린, 전자 회로 (electronic circuitry), 또는 이의 부품과 같은 광범위한 범위의 경제적으로 중요한 전기 장치의 필수적인 부분이다. 하나의 특히 중요한 이러한 전기 장치는 태양 전지이다.
태양 전지는 광기전 효과 (photovoltaic effect)를 사용하여 광 에너지를 전기로 전환하는 장치이다. 태양열 발전은 지속가능하고, 유일하게 부산물에 의한 오염이 없이 생산되기 때문에 매력적인 친환경 에너지이다. 따라서, 많은 연구는 재료 및 제작 비용을 계속적으로 낮추면서, 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 개발하는데 최근까지 힘을 기울이고 있다. 광이 태양 전지와 부딪치는 경우, 입사광의 일부는 표면에 의해 반사되고, 나머지는 태양 전지로 투과된다. 투과된 광자는, 일반적으로 종종 적절하게 도핑된 실리콘과 같은, 반도체성 물질로 제조된, 태양 전지에 의해 흡수된다. 흡수된 광자 에너지는 반도체성 물질의 전자를 여기시켜, 전자-정공 쌍 (electron-hole pairs)을 발생시킨다. 이들 전자-정공 쌍은 그 다음 p-n 접합에 의해 분리되고, 태양 전지 표면 상에 전도성 전극에 의해 수집된다.
태양 전지는, 종종 Si 웨이퍼의 형태로, 실리콘 상에 기반을 두는 것이 매우 일반적이다. 여기서, p-n 접합은, n-형 도핑 Si 기판을 제공하고 한 면에 p-형 도핑 층을 적용시키거나, 또는 p-형 도핑 Si 기판을 제공하고 한 면에 n-형 도핑 층을 적용시켜 일반적으로 제조되고, 두 경우 모두 소위 p-n 접합으로 명명된다. 도펀트의 적용된 층을 갖는 면은 일반적으로 전지의 전면으로서 작용하고, 본래의 도펀드를 갖는 Si의 반대쪽 면은 후면으로서 작용한다. n-형 및 p-형 태양 전지 모두는 가능하고, 산업적으로 개발되어 왔다. 양면에 입사광을 활용하도록 디자인된 전지는 또한 가능하지만, 이들의 사용은 덜 광범위하게 활용되어 왔다.
태양 전지의 전면 상에 입사광을 진입 및 흡수시키기 위하여, 전면 전극 (front electrode)은 "핑거 (fingers)" 및 "버스 바 (bus bars)"로 각각 알려진 두 세트의 수직선에서 보통 배열된다. 상기 핑거는 전면과 전기적 접촉을 형성하고, 버스 바는 외부 회로로 효과적으로 전하를 송출하도록 이들 핑거들을 연결한다. 핑거 및 버스 바의 이들 배열은, 소성되어 고체 전극 몸체를 제공하는 전기-전도성 페이스트의 형태로 적용되는 것이 일반적이다. 후면 전극 (back electrode)은 또한 전기-전도성 페이스트의 형태로 종종 적용되고, 그 다음 소성되어 고체 전극 몸체를 제공한다.
태양 전지 제조에 대한 또 다른 접근법은 무정질 실리콘층을 포함시켜 유리한 전지 특성을 제공하는 것을 모색하고 있다. 또한 HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 태양 전지로서 알려진, 이러한 전지는 전자-정공 재조합과 연관된 부작용의 감소를 허용할 수 있다. 이러한 HIT 전지에서 무정질 영역은 종종 온도 감응성이다. HIT-형 전지에 대한 또 다른 상세 및 온도 감응 장치에 사용된 저온 경화 페이스트의 또 다른 적용에 대하여, US 2013/0142963 A1을 참조하기 바라며, 이의 전체적인 내용은 본 출원에 혼입된다.
특히 만약 기판이, 종종 HIT 태양 전지에 대한 경우인 것과 같이, 온도 감응성인 기판에 전극의 적용을 위한 최첨단의 개선된 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명은 일반적으로 전극에 연관된, 특히 태양 전지 또는 온도 감응 장치, 특히 HIT 태양 전지에서의 전극과 연관된, 기술분야에서 마주치는 문제점 중 적어도 하나를 극복하는데 그 목적의 기포를 둔다.
좀더 구체적으로는, 본 발명은 유리한 전지 특성을 나타내는, 특히, 유리한 낮은 전극 웨이퍼 비접촉 저항, 높은 기계 안정성, 전극의 전도도에 영향을 미치는, 일반적으로 크래킹으로 불리는, 분열 (disruptions) 또는 보이드 (voids) 없는 연속 전극, 및 높이 대 폭의 높은 종횡비 (aspect ratio)를 나타내는 태양 전지의 제조를 위한 저온 공정을 제공하는 목적에 더욱 기초를 둔다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 본 발명의 청구항을 형성하는 카테고리의 주제에 의해 만들어진다. 또 다른 기여는 본 발명의 특별한 구현 예를 나타내는 본 발명의 종속항의 주제에 의해 만들어진다.
이하 본 발명은 오직 예시를 위해 의도되고, 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않는, 도면의 수단에 의해 설명된다.
도 1a는 태양 전지에 대한 일반적인 n-형 층 형상의 단면도를 나타낸다.
도 1b는 태양 전지에 대한 일반적인 p-형 층 형상의 단면도를 나타낸다.
도 2는 태양 전지에 대한 일반적인 HIT-형 층 형상의 단면도를 나타낸다.
도 3a는 균열 없는 전극 라인을 나타낸다.
도 3b는 균열을 갖는 전극 라인을 나타낸다.
도 4는 비접촉 저항 (specific contact resistance)을 측정하기 위해 하기 시험 방법에 대한 절단 위치를 나타낸다.
도 5는 은 입자를 나타내는 가공된 웨이퍼의 대표적인 전자 현미경 단면 절단의 부분을 나타낸다.
도 6은 플러그 전극에서 은 입자의 대표적인 이-모달 직경 분포를 나타낸다.
도 1a는 태양 전지의 일반적인 n-형 층 형상의 단면도를 나타낸다. 전면으로부터 시작하여, (101)은 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에 의한 본 발명에 따른 페이스트로부터 얻어진, 바람직하게는 핑거의 형태인, 전극이다. (102)는 항-반사 층 또는 패시베이션 층 (passivation layer)과 같은, 하나 이상의 선택적인 층이다. (103)은 p-도핑 층, 바람직하게는 Si 층이다. (104)는 n-도핑된 후면 층, 바람직하게는 Si 층이다. (105)는 본 발명에 따른 방법에 의한 본 발명에 따른 페이스트로부터 얻어진, 후면 전극이다. 도 1b는 태양 전지의 일반적인 p-형 층 형상의 단면도를 나타낸다. 전면으로부터 시작하여, (101)은 본 발명에 따른 방법에 의한 본 발명에 따른 페이스트로부터 얻어진, 바람직하게는 핑거의 형태인, 전극이다. (102)는 항-반사 층 또는 패시베이션 층과 같은, 하나 이상의 선택적인 층이다. (104)는 n-도핑 층, 바람직하게는 Si 층이다. (103)은 p-도핑된 후면 층, 바람직하게는 Si 층이다. (105)는 본 발명에 따른 방법에 의한 본 발명에 따른 페이스트로부터 얻어진, 후면 전극이다.
도 2는 태양 전지에 대한 일반적인 HIT 타입 층 형상의 단면도를 나타낸다. (101)은 바람직하게 본 발명에 따른 방법에 의한 본 발명에 따른 페이스트로부터 얻어진, 바람직하게는 핑거의 형태인, 전극이다. (201)은 인듐 주석 산화물과 같은, 투명 전도성 층을 바람직하게 포함하는, 하나 이상의 선택적인 층이다. (202)는 제1 도핑 타입, n-형 또는 p-형, 바람직하게는 p-형의, 무정질 전면층, 바람직하게는 Si 층이다. (203)은 본래의 (비-도핑된) 무정질 전면층, 바람직하게는 Si 층이다. (204)는, 바람직하게는 Si 층, 바람직하게는 n-형 도핑된, 결정질 층이다. (205)는 본래의 (비-도핑된) 무정질 후면층이다. (206)은, 바람직하게는 Si 층, 또는 상기 제1 도핑 타입에 대해 반대 도핑 타입, 바람직하게는 n-형 도핑된, 무정질 전면층이다. (105)는, 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에 의한 본 발명에 따른 페이스트로부터 얻어진, 후면 전극이다.
도 3a는 균열 없는 태양 전지 상에 스트라이프 (strips)를 나타낸다. (401)는 기판 표면이다. (402)는 전극 스트라이프이다. 균열은 전극 스트라이프 (402)에 존재하지 않는다.
도 3b는 균열을 갖는 태양 전지 상에 스트라이프를 나타낸다. (401)은 기판 표면이다. (402)는 전극 스트라이프이다. 균열 (403)은 전극 스트라이프 (402)에 존재한다.
도 4는 비접촉 저항을 측정하기 위한 하기 시험 방법에 대하여 웨이퍼에서 핑거 라인 (422)에 대한 절단 (421)의 위치를 나타낸다.
도 5는 은 입자를 나타내는 가공된 웨이퍼의 대표적인 전자 현미경 단면 절단의 일부를 나타낸다. 비-은 함량 (602)에 상응하는 면적에 대한, 은 함량 (601)에 상응하는 면적은 전극에서 입자 직경 분포를 결정하기 위한 시험 방법에서 제공된 알고리즘에 따라 감소하는 직경의 원으로 확인 및 충족된다. 명료성의 목적을 위하여, 도 5는 50 ㎛ 내지 0.5㎛에 이르기까지 감소된 직경에 대하여, 고정 알고리즘이 부분적으로 완성된 점에서 이미지를 나타낸다. 도 5는 시험 방법에 따라 분석되는 면적 (1㎟)의 대표적인 부분을 나타낸다.
도 6은 시험 방법에 의해 결정된 바와 같은 플러그 전극에서 은 입자의 대표적인 이-모달 직경 분포를 나타낸다. 국소적 최대값들 (801)은 존재하여 상응하는 분리 △를 제공한다. 측정은 0 내지 50 ㎛ 범위인 0.1 ㎛ 간격을 취한다 (명료성을 위해, 오직 그래프의 더 낮은 직경 부분은 나타낸다). 상기 그래프는 주파수 합이 1이 되도록 표준화된다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 하기 페이스트 구성분을 포함하는 페이스트에 의해 만들어진다:
a. Ag 입자,
b. 중합체 시스템;
여기서 Ag 입자는 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만의 범위에서 적어도 제1 최대값 및 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만의 범위에서 적어도 또 다른 최대값을 갖는 다-모달 분포 (multi-modal distribution)의 입자 직경을 가지며;
여기서 상기 제1 및 또 다른 최대 사이의 차이는 적어도 약 0.3 ㎛, 바람직하게는 적어도 약 0.5㎛, 좀더 바람직하게는 적어도 약 1 ㎛이고;
여기서 1 ㎛ 내지 1 mm의 범위에서 직경을 갖는 Ag 입자의 적어도 50 wt.%, 바람직하게는 적어도 약 70 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약 90 wt.%는 구형이다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 입자는 이모달 (bimodal) 직경 분포를 갖는다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 직경 분포는 약 100 내지 약 800 nm, 바람직하게는 약 150 내지 약 600 nm, 좀더 바람직하게는 약 200 내지 약 500 nm의 범위에서 적어도 하나의 최대값을 갖는다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 직경 분포는 약 1 내지 약 10 ㎛의 범위, 바람직하게는 약 1 내지 약 5 ㎛의 범위, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 3 ㎛의 범위에서 적어도 하나의 최대값을 갖는다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 열경화성 시스템 (thermosetting system)이다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열경화성 시스템은 적어도 두 개의 불포화기를 갖는 가교 화합물을 포함한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열경화성 시스템은 라디칼 발생제 (radical generator)를 포함한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가교 화합물은, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 1 내지 약 10 wt.%의 범위, 바람직하게는 2 내지 약 9 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 3 내지 약 8 wt.% 범위로 존재한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 1 nm 내지 1 ㎛ 미만 범위의 직경을 갖는 Ag 입자의 총 중량 대 1 ㎛ 내지 1 mm 미만 범위의 직경을 갖는 Ag 입자의 총 중량의 비는 약 1:1 내지 약 10:1의 범위, 바람직하게는 약 2:1 내지 약 8:1의 범위, 좀더 바람직하게는 약 3:1 내지 약 6:1의 범위이다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 입자의 총 중량은, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 60 내지 약 95 wt.%의 범위, 바람직하게는 약 70 내지 약 93 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 80 내지 약 90 wt.%의 범위이다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가교 화합물은 아크릴레이트, 메타아크릴레이트, 또는 이들 중 적어도 하나에 기초를 둔다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가교 화합물은 지방산 또는 이의 유도체에 기초를 둔다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열경화성 시스템은 하나의 불포화기를 갖는 화합물을 더욱 포함한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 열가소성 (thermoplastic) 중합체 시스템이고, 여기서 상기 열가소성 중합체 시스템은 열가소성 중합체를 포함한다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 열가소성 중합체는 하기의 파라미터 중 적어도 하나, 바람직하게는 둘 이상 및 좀더 바람직하게는 모두를 나타낸다:
a. 약 -120 내지 약 110 ℃의 범위, 바람직하게는 약 -50 내지 약 100 ℃ 및 좀더 바람직하게는 약 20 내지 80 ℃의 범위인 유리 전이 온도;
b. 상기 유리 전이 온도보다 적어도 약 5℃, 바람직하게는 적어도 약 30 ℃ 및 가장 바람직하게는 약 50 ℃ 더 높은 용융 온도; 또는
c. 약 10,000 내지 약 150,000 g/mol의 범위, 바람직하게는 약 10,000 내지 약 100,000 g/mol의 범위, 및 좀더 바람직하게는 약 11,000 내지 약 80,000 g/mol의 범위인 수평균 분자량.
본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, 상기 파라미터 a 및 b의 조합은 바람직하다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열가소성 중합체는, 열가소성 중합체 시스템의 총 중량에 기초하여, 약 5 내지 약 45 wt.%의 범위, 바람직하게는 약 10 내지 약 40 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 20 내지 약 30 wt.%의 범위의 양으로 열가소성 중합체 시스템에 존재한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열가소성 중합체는 폴리에스테르, 아크릴레이트 중합체, 페녹시 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되고, 바람직하게는 폴리에스테르 또는 아크릴레이트 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되며, 좀더 바람직하게는 폴리에스테르이다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 폴리에스테르는 폴리에스테르 백본 (backbone)을 포함한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 용매를 포함한다. 유기 용매는 본 구현 예의 하나의 관점에 따라 바람직하다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 용매는 열가소성 중합체 시스템에 비양성자성 극성 용매 (aprotic polar solvent) 및 열경화성 시스템에서 양성자성 극성 용매 (protic polar solvent)이다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 용매는 아세테이트 모이어티 (moiety)를 포함한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 용매는, 열가소성 중합체 시스템의 총 중량에 기초하여, 적어도 55 wt.%, 바람직하게는 적어도 약 60 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약 65 wt.%의 양으로 열가소성 중합체 시스템에 존재한다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 용매는, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 0.1 내지 7 wt.%의 범위, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 0.1 내지 약 3 wt.%의 범위의 양으로 상기 페이스트에 존재한다.
상기 열경화성 시스템의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 용매는, 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여 각각, 65 wt.% 미만, 바람직하게는 60 wt.% 미만, 좀더 바람직하게는 55 wt.% 미만으로 상기 열경화성 시스템에 존재한다. 본 구현 예의 다른 관점에 있어서, 상기 용매가, 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여 각각, 약 40 내지 약 65wt.% 및 바람직하게는 약 45 내지 약 60 wt.%의 범위의 양으로 열경화성 시스템에 존재하는 것이 바람직하다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여 각각, 약 10 wt.% 미만, 바람직하게는 약 5 wt.% 미만 및 좀더 바람직하게는 1 wt.% 미만의 용매가 열경화성 시스템에 존재하는 것이 바람직하다. 이들 열경화성 시스템은 "무 용매"로서 고려될 수 있다.
상기 페이스트의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 용매는, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 1 wt.% 미만, 바람직하게는 약 0.5 wt.% 미만, 좀더 바람직하게는 약 0.3 wt.% 미만으로 상기 열경화성 시스템 페이스트에 존재한다. 본 구현 예의 다른 관점에 있어서, 상기 용매는, 상기 열경화성 시스템 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 1 내지 약 20wt.%의 범위 및 바람직하게는 약 5 내지 약 15 wt.%의 범위의 양으로 상기 열경화성 시스템 페이스트에 존재하는 것이 바람직하다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 상기 열경화성 시스템 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 2 wt.% 미만, 바람직하게는 약 1 wt.% 미만, 및 좀더 바람직하게는 0.5 wt.% 미만의 용매가 상기 열경화성 시스템 페이스트에 존재하는 것이 바람직하다. 이들 페이스트는 "무 용매"로서 고려될 수 있다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 페이스트는, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 1 wt.% 미만, 바람직하게는 0.1 wt.% 미만, 좀더 바람직하게는 약 0.01 wt.% 미만의 유리를 함유한다. 상기 페이스트는 가장 바람직하게는 유리를 함유하지 않는다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 하기 페이스트 구성분을 조합하는 단계를 포함하는 페이스트의 제조 공정에 의해 만들어진다:
a. 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만의 범위, 바람직하게는 약 100 내지 약 800 nm의 범위, 좀더 바람직하게는 약 150 내지 약 600 nm의 범위, 가장 바람직하게는 약 200 내지 약 500 nm의 범위인 직경 d50을 갖는 Ag 입자의 제1 부분;
b. 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만의 범위, 바람직하게는 약 1 내지 약 10 ㎛ 범위, 좀더 바람직하게는 약 1 내지 약 5 ㎛ 범위, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 3 ㎛ 범위인 직경 d50을 갖는 Ag 입자의 또 다른 부분;
c. 중합체 시스템.
상기 페이스트의 바람직한 특색과 연관된 상기 구현 예는 또한 상기 페이스트의 제조를 위한 공정에서 페이스트 구성분에 필요한 부분만 수정하여 적용한다.
페이스트의 제조를 위한 공정의 하나의 구현 예에 있어서, 제1 부분의 중량 대 또 다른 부분의 중량의 비는 약 1:1 내지 약 10:1의 범위, 바람직하게는 약 2:1 내지 약 8:1의 범위, 좀더 바람직하게는 약 3:1 내지 약 6:1의 범위이다.
본 발명에 따른 공정의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 다음의 구성분을 포함하는 열경화성 시스템이다:
i. 적어도 두 개의 불포화기를 갖는 가교 화합물,
ii. 라디칼 발생제 (radical generator).
본 발명에 따른 공정의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 하기 시스템 구성분을 포함하는, 열가소성 시스템이다:
i. 열가소성 중합체,
ii. 용매.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 본 발명에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 페이스트에 의해 만들어진다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 하기 전구체 부품을 포함하는 전구체에 의해 만들어진다:
a. 본 발명에 따른 페이스트,
b. 기판.
본 발명에 따른 전구체의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 기판은 온도 감응성이다.
본 발명에 따른 전구체의 하나의 구현 예에 있어서, 기판은 실리콘 웨이퍼이다.
본 발명에 따른 전구체의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 기판은 p-m 접합을 포함한다.
본 발명에 따른 전구체의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 기판은 제1 실리콘층을 포함하고, 여기서 제1 실리콘층의 50wt.% 미만, 바람직하게는 20 wt.% 미만, 좀더 바람직하게는 10 wt.% 미만은 결정질이다. 본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, 상기 기판은 또 다른 실리콘층을 포함하고, 여기서 상기 또 다른 실리콘층의 적어도 50 wt.%, 바람직하게는 적어도 80 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 90 wt.%는 결정질이다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 적어도 제1 실리콘층은 약 1 x 1016 cm-3 미만, 바람직하게는 약 1014 cm-3 미만, 좀더 바람직하게는 약 1012 cm-3 미만의 수준으로 도펀트를 갖는다. 본래의 (비-도핑된) 층은 바람직하게는 도펀트를 함유하지 않는다.
본 발명에 따른 전구체의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 기판은 투명 전도층을 포함한다.
본 발명에 따른 전구체의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 투명 전도층은 전도성 중합체, 전도성 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 하기 단계를 적어도 포함하는 태양 전지의 제조 공정에 의해 만들어진다:
i) 본 발명에 따른 전구체의 제공 단계;
ii) 상기 전구체를 가열시켜 장치를 얻는 가열 단계.
장치의 제조를 위한 공정의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가열 단계는 약 70 내지 약 250 ℃의 범위, 바람직하게는 약 100 내지 약 230 ℃의 범위, 및 좀더 바람직하게는 약 130 내지 약 210 ℃의 온도 범위에서 수행된다.
장치의 제조를 위한 공정의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 장치는 태양 전지이다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 본 발명에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 장치에 의해 만들어진다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 장치 부품으로 하기를 적어도 포함하는 장치에 의해 만들어진다:
i)기판;
ii) 전극;
여기서 상기 전극에 존재하는 금속성 입자는 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만의 범위에서 적어도 제1 최대값 및 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만의 범위에서 적어도 또 다른 최대값을 갖는 다중-모달 직경 분포를 가지며;
여기서 상기 제1 최대값 및 또 다른 최대값은 적어도 약 0.3 ㎛ 만큼 차이가 나고;
여기서 1 ㎛ 내지 1 mm 미만 범위의 직경을 갖는 상기 Ag 입자의 적어도 50 wt.%는 구형이다.
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 본 발명에 따른 적어도 하나의 장치 및 적어도 또 다른 장치를 포함하는 모듈에 의해 만들어진다.
기판
본 발명에 따른 바람직한 기판은 적어도 하나의 전극이 본 발명에 따른 공정에 의해 적용된 고체 제품이다. 기판은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자는 다수의 적용 중 하나를 적절한 기판으로 선택할 수 있다. 상기 기판은 특정 적용을 위해 필요한 전극-기판 접촉의 전기적 및/또는 물리적 특성을 개선하기 위하여 바람직하게 선택된다.
상기 기판은 단일 물질 또는 둘 이상의 영역의 다른 물질을 포함할 수 있다. 둘 이상의 영역의 다른 물질을 포함하는 바람직한 기판은 층 몸체 및/또는 코팅된 몸체이다.
바람직한 기판 물질은 반도체; 유기 물질, 바람직하게는 중합체; 무기 물질, 바람직하게는 산화물 또는 유리들; 금속 층이다. 상기 기판 물질, 또는 물질들은, 얻어진 장치의 의도된 사용에 의존하여, 절연체, 바람직하게는 유리, 중합체 또는 세라믹; 반도체, 바람직하게는 도핑된 IV 또는 III/V 족 원소/이원 화합물, 또는 유기 반도체; 또는 전도체, 바람직하게는 금속화된 표면 또는 전도성 중합체 표면일 수 있다. 본 발명의 상황에서 바람직한 기판은, 바람직하게는 연속적으로 기재된 바와 같은 태양 전지의 제조를 위한, 웨이퍼, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼이다.
본 발명의 상황에 적용되는 또 다른 기판 타입에 대하여, US 2013/0142963 A1을 참조한다. 본 발명의 상황에서 몇몇 바람직한 전기 장치는 RFID (라디오 주파수 인식 (radio frequency identification)) 장치; 광기전 장치 (photovoltaic devices), 특히 태양 전지; 발-광 장치, 예를 들어, 디스플레이, LEDs (발광 다이오드 (light emitting diodes)), OLED (유기 발광 다이어드 (organic light emitting diodes)); 스마트 패킹 장치; 및 터치스크린 장치이다.
본 발명에 따른 바람직한 웨이퍼는, 태양 전지의 다른 영역 가운데, 전자-정공 쌍을 산출하는데 높은 효율로 광을 흡수할 수 있고, 고 효율로 경계, 소위 p-n 접합 경계를 가로질러 정공 및 전자를 분리시킬 수 있는, 영역이다.
적절하게 도핑된 4가 원소 (tetravalent element), 이원 화합물, 삼원 화합물 또는 합금으로 이루어진 웨이퍼가 바람직하다. 이러한 상황에서 바람직한 4가 원소는 Si, Ge 또는 Sn이고, 바람직하게는 Si이다. 바람직한 이원 화합물은 둘 이상의 4가 원소의 조합, V족 원소를 갖는 III 족 원소의 이원 화합물, VI족 원소를 갖는 II족 원소의 이원 화합물 또는 VI족 원소를 갖는 IV족 원소의 이원 화합물이다. 4가 원소의 바람직한 조합은 Si, Ge, Sn 또는 C, 바람직하게는 SiC로부터 선택된 둘 이상의 원소의 조합이다. V족 원소를 갖는 III족 원소의 바람직한 이원 화합물은 GaAs이다. Si 상에 기초한 웨이퍼가 본 발명에 따라 가장 바람직하다. 웨이퍼에 대해 가장 바람직한 물질로서, Si는 본 출원의 나머지 내내 분명하게 언급된다. Si가 분명하게 언급된 하기 텍스트의 섹션들은 또한 전술된 다른 웨이퍼 조성물을 적용한다.
본 발명에 따른 바람직한 태양 전지는 p-n 접합 경계를 제공하기 위하여 적어도 하나의 n-형 도핑 층 및 적어도 하나의 p-형 도핑 층을 포함한다.
도핑 Si 기판은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 상기 도핑 Si 기판은 기술분야의 당업자에게 알려진 어떤 방식으로 제조될 수 있고, 당업자는 본 발명의 상황을 적절하게 고려한다. 본 발명에 따른 Si 기판의 바람직한 공급원은 단-결정질 Si, 다-결정질 Si, 무정질 Si 및 고순도 금속 (upgraded metallurgical) Si이고, 단-결정질 Si 또는 다-결정질 Si가 가장 바람직하다. 도핑 Si 기판을 형성하기 위한 도핑은 Si 기판의 제조 동안 도펀트를 첨가시켜 동시에 수행될 수 있거나, 또는 후속 단계에서 수행될 수 있다. Si 기판의 제조에 뒤이은 도핑은, 예를 들어, 가스 확산 에피택시 (epitaxy)에 의해 수행될 수 있다. 도핑 Si 기판은 또한 상업적으로 쉽게 활용가능하다. 본 발명에 따르면, Si 혼합물에 도펀트를 첨가하여 이의 형성을 동시에 수행하는 Si 기판의 초기 도핑은 하나의 옵션이다. 본 발명에 따르면, 만약 존재한다면, 가스-상 에피택시에 의해 수행되는, 전면 도핑 층 및 고 도핑 후면 층의 적용은 하나의 옵션이다. 이러한 가스 상 에피택시는 바람직하게는 약 500　℃ 내지 약 900　℃의 범위, 좀더 바람직하게는 약 600　℃ 내지 약 800　℃의 범위 및 가장 바람직하게는 약 650　℃ 내지 약 750　℃ 범위의 온도로, 약 2　kPa 내지 약 100　kPa의 범위, 바람직하게는 약 10 내지 약 80 kPa의 범위, 가장 바람직하게는 약 30 내지 약 70　kPa 범위의 압력에서 수행된다. 이들 온도 조건은 일반적으로 HIT 태양 전지에 적용하지 않는다.
본 발명의 하나의 구현 예에 이어서, 상기 웨이퍼는 n-형 도핑 층 및 p-형 도핑 층을 포함하고, n-형 전지 (도 1a) 또는 p-형 전지 (도 1b)로서 알려진 것을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 웨이퍼는 하나 이상의 무정질 층을 포함한다. 무정질 층 및 본래의 층 (비-도핑 층)은 바람직하게는 전자-정공 재-조합의 빈도를 감소시키기 위해 사용되고, 따라서 전지의 전기적 특성을 개선시킨다. 상기 웨이퍼는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 둘, 바람직하게 둘의, 미-도핑된 무정질 층을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 웨이퍼는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 둘, 바람직하게는 둘의, 도핑된 무정질 층, 바람직하게는 적어도 하나의 n-형 도핑된 무정질 층 및 적어도 하나의 p-형 도핑된 무정질 층을 포함하는 것이 바람직하다. 무정질 층은 바람직하게는 50 % 미만, 바람직하게는 20 % 미만, 좀더 바람직하게는 10 % 미만의 결정질인 층들이다.
본 구현 예에 따른 바람직한 층 구조는 도 2에 나타낸다.
Si 기판이 다수의 형상, 표면 텍스쳐 (textures) 및 크기를 나타낼 수 있는 것은 기술분야의 당업자에게 알려져 있다. 상기 형상은 직육면체, 디스크, 웨이퍼 및 다른 것 가운데 불규칙 다면체 (irregular polyhedron)를 포함하는 다수의 다른 형상 중 하나 일 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 형상은 웨이퍼 형상이고, 여기서 상기 웨이퍼는 유사한, 바람직하게는 동일한 2차원 및 다른 2 치수들보다 상당히 적은 3차원을 갖는 직육면체인 웨이퍼이다. 이러한 상황에서 상당히 적은 것은 바람직하게는 적어도 약 100 배 더 작다.
다양한 표면 타입은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 거친 표면을 갖는 Si 기판은 바람직하다. 상기 기판의 조도를 평가하기 위한 하나의 방식은 기판의 총 표면 면적과 비교하여 작은, 바람직하게는 총 표면적의 약 수백 배 미만이고, 필수적으로 평면인, 상기 기판의 서브-표면에 대한 표면 조도 파라미터를 평가하는 것이다. 상기 표면 조도 파라미터의 값은 평균 제곱 변위 (mean square displacement)를 최소화시켜 서브표면에 가장 잘 맞는 평면상으로 서브표면을 돌출시켜 형성된 이론적 표면적 대 서브표면 (subsurface)의 면적의 비에 의해 제공된다. 더 높은 값의 표면 조도 파라미터는 더 거칠고, 좀더 불규칙 표면을 나타내고, 더 낮은 값의 표면 조도 파라미터는 더 매끄럽고, 좀더 균일한 표면을 나타낸다. 본 발명에 따르면, Si 기판의 표면 조도는 바람직하게는 표면에 대한 핑거 (fingers)의 광 흡수 (absorption) 및 접착력 (adhesion)을 포함하지만 이에 제한되는 않는 다수의 요인들 사이에서 최적의 균형을 생산하도록 변형된다.
상기 Si 기판의 두 개의 더 큰 치수는 최종 태양 전지의 요구된 적용에 어울리도록 변화될 수 있다. 본 발명에 따르면, Si 웨이퍼의 두께가 약 0.5 mm 아래, 좀더 바람직하게는 약 0.3 mm 아래 및 가장 바람직하게는 약 0.2 mm 아래에 놓이는 것이 바람직하다. 몇몇 웨이퍼는 약 0.01　mm 이상의 최소 크기를 갖는다.
본 발명에 따르면, 전면 도핑 층이 후면 도핑 층과 비교하여 박형인 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 상기 전면 도핑 층이 약 0.1 내지 약 10　㎛의 범위, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5　㎛의 범위, 및 가장 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2　㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
고도 도핑 층은 후면 도핑 층 및 어떤 다른 층 사이에서 Si 기판의 후면에 적용될 수 있다. 이러한 고도 도핑 층은 후면 도핑 층과 동일한 도핑 타입이고, 이러한 층은 a+으로 일반적으로 나타낸다 (n+-형 층은 n-형 후면 도핑 층에 적용되고, p+-형 층은 p-형 후면 도핑 층에 적용된다). 이러한 고도 도핑된 후면 층은 기판/전극 계면 영역 (interface area)에서 전기-전도성 특성을 개선 및 금속화 (metallisation)를 돕도록 제공된다. 본 발명에 따르면, 만약 존재한다면, 상기 고도 도핑된 후면 층이, 약 1 내지 약 100　㎛의 범위, 바람직하게는 약 1 내지 약 50　㎛의 범위 및 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 15 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도펀트
바람직한 도펀트는, Si 웨이퍼에 첨가된 경우, 밴드 구조로 전자 또는 정공을 도입하여 p-n 접합 경계를 형성하는 것이다. 본 발명에 따르면, 이들 도펀트의 정체성 (identity) 및 농도는 p-n 접합의 밴드 구조 프로파일을 조정하고, 요구된 바와 같은 광 흡수 및 전도도 프로파일을 설정하도록 특별하게 선택되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 바람직한 p-형 도펀트는 Si 웨이퍼 밴드 구조에 정공을 첨가하는 것이다. 이들은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에서 적절하다고 고려되는 모든 도펀트는 p-형 도펀트로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 p-형 도펀트는 3가 원소, 특히 주기율표의 13족의 원소이다. 이러한 상황에서 바람직한 주기율표의 13족 원소는 B, Al, Ga, In, Tl 또는 이의 적어도 둘의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않으며, 여기서 B가 특히 바람직하다.
본 발명에 따라 바람직한 n-형 도펀트는 Si 웨이퍼 밴드 구조에 전자를 첨가하는 것이다. 이들은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 기술분야에서 잘 알려지고 본 발명의 상황에서 적절하다고 고려되는 모든 도펀트는 n-형 도펀트로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직한 n-형 도펀트는 주기율표의 15족의 원소이다. 이러한 상황에 있어서 주기율표의 바람직한 15족 원소는 N, P, As, Sb, Bi 또는 적어도 이의 둘의 조합을 포함하고, 여기서 P는 특히 바람직하다.
전술된 바와 같이, 상기 p-n 접합의 다양한 도핑 수준은 최종 태양 전지의 원하는 특성을 조정하기 위해 변화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 후면 도핑 층은 바람직하게는 약 1 x 1013 내지 약 1 x 1018cm-3의 범위, 바람직하게는 약 1 x 1014 내지 약 1 x 1017cm-3의 범위, 가장 바람직하게는 약 5 x 1015 내지 약 5 x 1016 cm-3 범위의 도펀트 농도로, 가볍게 도핑되는 것이 바람직하다. 몇몇 상업적 제품은 약 1 x 1016의 도펀트 농도를 갖는 후면 도핑 층을 갖는다.
본 발명에 따르면, 고도 도핑된 후면 층 (만약 하나가 존재한다면)은 약 1 x 1017 내지 약 5 x 1021 cm-3의 범위, 좀더 바람직하게는 약 5 x 1017 내지 약 5 x 1020cm-3의 범위, 및 가장 바람직하게는 약 1 x 1018 내지 약 1 x 1020cm-3 범위의 농도로 고도로 도핑되는 것이 바람직하다.
본래의 (비-도핑된) 층은 약 1 x 1016 cm-3 미만, 바람직하게는 약 1014 cm-3 미만, 좀더 바람직하게는 약 1012 cm-3 미만 수준의 도펀트를 것이 바람직하다. 본래의 (비-도핑된) 층은 바람직하게는 도펀트를 함유하지 않는다.
전기-전도성 페이스트
본 발명에 따른 바람직한 전기-전도성 페이스트는 기판에 적용될 수 있고, 가열시, 상기 기판과 물리적 및/또는 전기적 접촉에서 고체 전극 몸체를 형성하는, 페이스트이다. 상기 페이스트의 구성분 및 이의 비율은 상기 페이스트가 점착성 (adhesiveness) 및 인쇄적성 (printability)과 같은 원하는 특성을 갖고, 최종 전극이 원하는 전기적 및 물리적 특성을 갖도록 기술분야의 당업자에 의해 선택될 수 있다. 금속성 입자는 주로 최종 전극 몸체가 전기적으로 전도성일 수 있도록, 상기 페이스트에 존재할 수 있다. 표면 경화 (hardening) 및 접착력 (adhesion)을 얻기 위하여, 열경화성 시스템은 사용될 수 있다. 본 발명의 상황에서 바람직한 전기-전도성 페이스트의 대표 조성물은:
i) Ag 나노-입자 및 구형 Ag 마이크로-입자, 바람직하게는 적어도 약 50wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약 70 wt.% 및 가장 바람직한 적어도 약 80 wt.%를 포함하는, Ag 입자,
ii) 중합체 시스템,
iii) 바람직하게는 약 0.01 내지 약 22 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 0.05 내지 약 15 wt.%의 범위 및 가장 바람직하게는 약 0.1 내지 약 10 wt.% 범위의 첨가제를 포함하고,
여기서 wt.%는, 전기-전도성 페이스트의 총 중량에 기초하고, 100 wt.%까지 첨가된다. 본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, 상기 페이스트에 첨가제가 1 wt.% 이하, 바람직하게는 0.5 wt.% 이하, 및 좀더 바람직하게는 첨가제가 없이 존재한다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 하기 구성분을 포함하는 열경화성 시스템이다:
a. 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 약 10 내지 약 99.999 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 20 내지 약 99 wt.%의 범위, 가장 바람직하게는 약 20 내지 약 99 wt.% 범위의 가교 화합물;
b. 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 약 0.0001 내지 약 3 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 0.01 내지 약 2 wt.%의 범위, 가장 바람직하게는 약 0.01 내지 약 1 wt.% 범위의 라디칼 발생제;
c. 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 0 wt.% 초과, 바람직하게는 적어도 약 20 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약 30 wt.%로, 열경화성 시스템의 나머지 중량을 구성하는, 선택적인 용매;
d. 바람직하게는 약 1 내지 약 10 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 2 내지 약 8 wt.%의 범위, 가장 바람직하게는 약 4 내지 약 5 wt.% 범위의 선택적 모노-불포화 화합물.
본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 하기 성분을 포함하는 열가소성 시스템이다:
a. 열가소성 중합체;
b. 용매.
상기 전기-전도성 페이스트의 인쇄 적성을 가능하게 하기 위해, 상기 전기-전도성 페이스트의 점도는 약 5 내지 약 50 Paㆍs의 범위, 바람직하게는 약 10 내지 약 40 Paㆍs의 범위가 본 발명에 따라 바람직하다.
상기 페이스트는 저온, 바람직하게는 약 250 ℃ 아래, 좀더 바람직하게는 약 230 ℃ 아래, 가장 바람직하게는 약 210 ℃ 아래에서 경화되는 것이 바람직하다.
따라서, 하나의 구현 예에 있어서, 경화 (curing), 표면 경화 및 접착력 기능은 무기 유리 또는 유리 프릿에 의해서 보다 중합체 시스템에 의해 가능하게 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 페이스트는 무기 유리 또는 유리 프릿의 약 1 wt.% 이하, 바람직하게는 약 0.1 wt.% 이하, 좀더 바람직하게는 약0.01 wt.% 이하를 함유한다. 상기 페이스트는 이러한 유리를 함유하지 않는 것이 바람직하다.
금속성 입자
본 발명의 상황에서 바람직한 금속성 입자는 금속성 전도도를 나타내거나 또는 가열시 금속성 전도도를 나타내는 물질을 산출하는 것들이다. 전기-전도도 페이스트에서 존재하는 금속성 입자는 상기 전기-전도성 페이스트가 가열시 소결되는 경우 형성되는 고체 전극에 금속성 전도도를 제공한다. 효과적인 접착력을 돕고, 높은 전도도 및 낮은 접촉 저항을 갖는 전극을 산출하는 금속성 입자는 바람직하다. 금속성 입자는 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 기술분야의 당업자에게 잘 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려하는 모든 금속성 입자는 상기 전기-전도성 페이스트에서 금속성 입자로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 금속성 입자는 금속, 합금, 적어도 두 금속의 혼합물, 적어도 두 합금의 혼합물 또는 적어도 하나의 합금을 갖는 적어도 하나의 금속의 혼합물이다.
본 발명에 따른 금속성 입자로서 사용될 수 있는 바람직한 금속은 Ag, Cu, Al, Zn, Pd, Ni 또는 Pb 및 적어도 이의 두 개의 혼합물이고, 바람직하게는 Ag이다. 본 발명에 따른 금속성 입자로서 사용될 수 있는 바람직한 합금은 Ag, Cu, Al, Zn, Ni, W, Pb 및 Pd의 리스트로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 함유하는 합금 또는 이들 합금의 혼합물 또는 둘 이상의 이들 합금이다.
본 발명에 따른 하나의 구현 예에 있어서, 상기 금속성 입자는 하나 이상의 또 다른 금속 또는 합금으로 코팅된 금속 또는 합금, 예를 들어, 은으로 코팅된 구리를 포함한다.
본 발명에 따른 한가지 구현 예에 있어서, 상기 금속성 입자는 Ag이다. 본 발명에 따른 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 금속성 입자는 Al과 Ag의 혼합물을 포함한다.
전술된 구성분에 덧붙여, 금속성 입자의 부가적인 구성분으로서, 형성 전극의 전기 접촉, 접착력 및 전기 전도도에 좀더 기여하는 이들 구성분들은 본 발명에 따라 바람직하다. 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에서 적절한 것으로 고려된 모든 부가적인 구성분은 상기 금속성 입자에 사용될 수 있다. 상기 전기-전도성 페이스트가 적용된 면에 대해 상보적 도펀트를 나타내는 이들 부가적인 치환체는 본 발명에 따라 바람직하다. n-형 도핑 Si 층으로 전극 계면 (electrode interfacing)을 형성하는 경우, Si에서 n-형 도펀트로서 작용할 수 있는 첨가제는 바람직하다. 이러한 상황에 있어서 바람직한 n-형 도펀트는 가열시 이러한 원소를 산출하는 15족 원소 또는 화합물이다. 본 발명에 따른 이러한 상황에 있어서 바람직한 15족 원소는 P 및 Bi이다. p-타입 도핑 Si 층으로 전극 계면을 형성하는 경우, Si에서 p-형 도펀트로서 작용할 수 있는 첨가제는 바람직하다. 바람직한 p-형 도펀트는 가열시 이러한 원소를 산출하는 13족 원소 또는 화합물이다. 본 발명에 따른 이러한 상황에서 바람직한 13족 원소는 B 및 Al이다.
금속성 입자가 다양한 형상, 표면, 크기, 표면적 대 부피 비, 산소 함량 및 산화물 층을 나타낼 수 있다는 것은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 다수의 형상은 기술분야의 당업자에게 알려져 있다. 몇몇 실시 예는 구형, 각형, (막대 또는 바늘 같은) 장방형 및 (시트와 같은) 평판형이다. 금속성 입자는 또한 다른 형상의 입자의 조합으로서 존재할 수 있다. 생산된 전극의 유리한 전기 접촉, 접착력 및 전기 전도도를 돕는, 형상, 또는 형상의 조합을 갖는 금속성 입자는 본 발명에 따라 바람직하다. 표면 성질을 고려되지 않은 이러한 형상을 특징화하는 하나의 방법은 길이, 폭 및 두께 파라미터를 통해서이다. 본 발명의 상황에 있어서, 입자의 길이는 최장 공간 변위 벡터 (longest spatial displacement vector)의 길이에 의해 제공되고, 이의 양 말단점은 입자 내에 함유된다. 입자의 폭은 상기 정의된 길이 벡터에 대해 수직인 최장 공간 변위 벡터의 길이에 의해 제공되고, 이의 양 말단점은 상기 입자 내에 함유된다. 입자의 두께는 상기에서 모두 정의된, 길이 벡터 및 폭 벡터 모두에 대해 수직인 최장 공간 변위 벡터의 길이에 의해 제공되고, 이의 양 말단점은 입자 내에 함유된다.
본 발명의 상황에서 바람직한 균일한 형상은 구형이다. 다음에 있어서, 구형 입자는 1에 가깝고, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 3의 범위, 좀더 바람지하게는 약 0.5 내지 약 2의 범위, 가장 바람직하게는 약 0.8 내지 약 1.2의 범위인, 길이, 폭, 및 두께에 연관된 비를 갖는 입자를 표시하기 위해 사용될 것들이다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 입자의 적어도 50 wt.%, 바람직하게는 적어도 80 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약90 wt.%는 구형이다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 마이크로-입자는 구형이다: 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만의 직경을 갖는 Ag 입자의 적어도 50 wt.%, 바람직하게는 적어도 약 80 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약 90 wt.%는 구형이다.
하나의 구현 예에 있어서, Ag 나노-입자는 구형이다: 약 1 nm 내지 약 1 ㎛의 범위의 직경을 갖는 Ag 입자의 적어도 50 wt.%, 바람직하게는 적어도 약 80 wt.%, 좀더 바람직하게는 적어도 약 90 wt.%는 구형이다.
다양한 표면 타입은 기술분야의 당업자에게 알려져 있다. 효과적인 소결을 돕고 생산된 전극의 유리한 전기 접촉 및 전도도를 산출하는 표면 타입은 본 발명에 따른 금속성 입자의 표면 타입에 대해 선호된다.
금속성 입자의 형상 및 표면을 특징화하는 또 다른 방식은, 또한 비표면적으로 알려진, 이의 표면적 대 중량비에 의해서이다. 비표면적은 BET 방법을 사용하여 결정될 수있다. 입자의 표면적 대 중랑비에 대한 최저 값은 매끄러운 표면을 갖는 구형에 의해 구현된다. 형상이 덜 균일하고 고르지 못할 수록, 이의 표면적 중량비는 더 커질 것이다. 본 발명에 따른 하나의 구현 예에 있어서, 높은 비표면적 비를 갖는 금속성 입자는 바람직하게는 약 0.1 내지 약 25 ㎡/g의 범위, 좀더 바람직하게는 약 0.5 내지 약 20 ㎡/g 및 가장 바람직하게는 약 1 내지 약 15 ㎡/g의 범위인 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 또 다른 구현 예에 있어서, 낮은 비표면적을 갖는 금속성 입자는 바람직하게는 약 0.01 내지 약 10 ㎡/g의 범위, 좀더 바람직하게는 약 0.05 내지 약 5 ㎡/g의 범위 및 가장 바람직하게는 약 0.10 내지 약 1 ㎡/g의 범위인 것이 바람직하다.
상기 금속성 입자의 직경 분포가 전극에서 낮은 Ag 밀도 지역의 발생을 감소시키기 위해 선택되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 기술분야의 당업자는 최종 태양 전지의 유리한 전기적 및 물리적 특성을 최적화하기 위해 금속성 입자의 직경 분포를 선택할 수 있다. 상기 Ag 입자가 Ag 나노-입자 및 Ag 마이크로-입자를 포함하고, 따라서 다중모달 직경 분포를 나타내는 것이 본 발명에 따라 바람직하다.
페이스트 제조를 위한 공정의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 Ag 입자는 Ag 마이크로-입자와 Ag 나노-입자를 혼합시켜 제조된다.
상기 금속성 입자는 표면 코팅으로 존재할 수 있다. 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에서 적절한 것으로 고려되는 어떤 이러한 코팅은 상기 금속성 입자에서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 코팅은 전기-전도성 페이스트의 개선된 인쇄, 소결, 및 에칭 특징을 촉진시키는 코팅들이다. 만약 이러한 코팅이 존재한다면, 상기 금속성 입자의 총 중량에 기초한 경우에 있어서, 약 10 wt.% 이하, 바람직하게는 약 8　wt.% 이하, 가장 바람직하게는 약 5 wt.% 이하에 상응하는 코팅이 본 발명에 따라 바람직하다.
본 발명에 따른 하나의 구현 예에 있어서, 상기 금속성 입자는 약 50 wt.% 초과, 바람직하게는 약 70 wt.% 초과, 가장 바람직하게는 약 80 wt.%를 초과하는 전기-전도성 페이스트의 비율로서 존재한다.
열경화성 시스템
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 열경화성 시스템이다.
본 발명의 상황에 있어서 바람직한 열경화성 시스템은 전기-전도성 페이스트의 구성분이 용액, 유화액, 또는 분산액의 형태로 존재하고, 전극을 형성하기 위해 비가역적 표면 경화 또는 경화를 가능하도록 보장한다. 바람직한 열경화성 시스템은 전기-전도성 페이스트 내에 구성분의 최적 안정성을 제공하고, 전기-전도성 페이스트가 효과적인 라인 인쇄 적성을 허용하는 점도를 갖는 것이다. 광기전 태양 전지의 웨이퍼 상에 우수한 접착력을 나타내는 열경화성 (thermoset)을 산출하는 바람직한 열경화성 시스템은, 상기 광기전 태양 전지가 광기전 태양 전지의 긴 작동 시간을 보장하도록 작동되는 조건 하에서 화학적으로 안정하고, 광기전 태양 전지의 작동 온도에서 용융되지 말어야 하며, 광기전 태양 전지의 Ag 전극의 전도도에 특히 유해하지 않아야 한다.
본 발명에 따른 바람직한 열경화성 시스템은 구성분으로:
a. 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 약 10 내지 약 99.999 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 20 내지 약 99 wt.%의 범위, 가장 바람직하게는 약 20 내지 약 99 wt.% 범위의 가교 화합물;
b. 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 약 0.0001 내지 약 3 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 0.01 내지 약 2 wt.%의 범위, 가장 바람직하게는 약 0.01 내지 약 1 wt.%의 범위의 라디칼 발생제;
c. 상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 열경화성 시스템의 나머지 중량을 구성하는, 0 wt.% 초과, 바람직하게는 적어도 약 20 wt.%, 가장 바람직하게는 적어도 약 30 wt.%의 선택적인 용매;
d. 약 1 내지 약 10 wt.%의 범위, 좀더 바람직하게는 약 2 내지 약 8 wt.%의 범위, 가장 바람직하게는약 4 내지 약 5 wt.% 범위의 선택적으로 모노-불포화 화합물을 포함하고;
여기서 wt.%는 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하고, 100 wt.%까지 첨가된다. 본 발명에 따라 바람직한 열경화성 시스템은 전술된 전기-전도성 페이스트의 높은 수준의 인쇄 적성을 달성하는 것이다.
상기 열경화성 시스템은 바람직하게는 가열시 비가역적으로 경화된다. 따라서 상기 열경화성 시스템은 전체로서 고려되고, 바람직하게는 또한 개별적인 성분, 특히 a 및 d는 경도 (hardness)의 열적 자기이력현상 (hysteresis)을 나타내는 것이 바람직하다. 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열경화성 시스템은 열가소성 시스템이 아니다. 또 다른 구현 예에 있어서, 구성분 a 또는 d 중 적어도 하나, 바람직하게는 구성분 a 및 d 모두는 열가소성이 아니다.
가교 화합물
본 발명의 상황에 있어서 바람직한 가교 화합물은 열경화성 거동에 기여하고, 바람직하게는 경화 조건 하에서 비가역 표면 경화를 가능하게 하는 화합물이다. 상기 가교 화합물은 표면 경화/경화 상에 내부연결된 중합체 네트워크를 형성하는 것이 바람직하다. 바람직한 표면 경화/경화 조건은 다음 중 하나 이상이다: 중합개시제의 존재, 바람직하게는 라디칼 개시제, 가열, 또는 전기-자기 방사 (electro-magnetic radiation)의 존재이다.
상기 가교 화합물은 바람직하게는 적어도 두 개의 불포화 이중 결합, 바람직하게는 탄소-탄소 이중 결합을 포함한다.
바람직한 가교 화합물은 단량체, 올리고머, 또는 중합체일 수 있다. 올리고머 또는 중합체에 있어서, 상기 불포화기는 주 사슬에 또는 치환기 또는 분지에 존재할 수 있다. 바람직한 불포화기는 알켄기, 비닐 에테르기, 에스테르기, 및 알킨기 (alkyne groups)이고, 바람직하게는 알켄 또는 알킨, 가장 바람직하게는 알켄이다. 바람직한 에스테르기는 알킬 또는 하이드록실 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트, 바람직하게는 메틸-, 에틸-, 부틸-, 2-에틸헥실-, 또는 2-하이드록시에틸- 아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트- (isobornylacrylate-), 메틸메타아크릴레이트-, 또는 에틸메타아크릴레이트-기이다. 다른 바람직한 에스테르기는 실리콘아크릴레이트이다. 다른 바람직한 모노-불포화기는 아크릴로니트릴- (acrylonitrile-), 아크릴아미드- (acrylamide-), 메타아크릴아미드 기, N-치환된 (메틸)아크릴아미드-, 비닐 에스테르-, 예를 들어, 비닐-, 비닐 에테르-, 스티렌-, 알킬- 또는 할로 스티렌-, n-비닐피롤리돈-, 비닐 클로라이드-, 또는 비닐리덴 클로라이드-기이다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 가교 중합체는 적어도 하나의 에스테르기를 포함한다. 본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, 적어도 하나의 불포화기는 에스테르의 산 측 (acid side)에 존재한다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 적어도 하나의 불포화기는 에스테르의 알코올 측에 존재한다. 이러한 상황에 있어서 바람직한 불포화 카르복실산은 아크릴산, 아크릴산 유도체, 바람직하게는 메타아크릴산, 또는 불포화 지방산이다. 바람직한 불포화 지방산은 모노-불포화 또는 다중 불포화, 바람직하게는 미리스트올레산 (Myristoleic acid) CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH, 팔미트레산 (Palmitoleic acid) CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH, 사피에닌산 (Sapienic acid) CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH, 올레산 (Oleic acid) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH, 에라이딘산 (Elaidic acid) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH, 바세닌산 (Vaccenic acid) CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH, 리놀렌산 (Linoleic acid) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH, 리노에라이딘산 (Linoelaidic acid) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH, α-리놀레닌산 (α-Linolenic acid) CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH, 아라키돈산 (Arachidonic acid) CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH, 에이코사펜타엔산 (Eicosapentaenoic acid) CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH, 에루크산 (Erucic acid) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH, 또는 도코사헥사에노산 (Docosahexaenoic acid) CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH, 또는 이의 둘 이상일 수 있다.
이러한 상황에서 바람직한 포화 카르복실산은 지방산, 바람직하게는 C9H19COOH (카르프산 (capric acid)), C11H23COOH (라우린산 (Lauric acid)), C13H27COOH (미리스틴산 (myristic acid)), C15H31COOH (팔미트산 (palmitic acid)), C17H35COOH (스테아린산 (stearic acid)) 또는 이의 혼합물이다. 불포화 알킬 사슬을 갖는 바람직한 카르복실산은 C18H34O2 (올레인산) 및 C18H32O2 (리놀렌산)이다.
이러한 상황에서 바람직한 알코올은 모노 알코올, 디올, 또는 폴리-알코올, 바람직하게는 당일 수 있다. 바람직한 알코올은 셀룰로오즈, 글리콜, 및 글리세롤이다.
하나의 구현 예에 있어서, 상기 가교 화합물은 치환기를 갖는 중합체 사슬로 형성되고, 바람직하겐ㄴ 에스테르기에 의해 사슬에 연결된다. 바람직한 중합체 백본은 폴리 아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리아미드, 및 당이다. 바람직한 치환기는 불포화 지방산 및 아크릴레이트이다.
모노-불포화 화합물
본 발명의 상황에서 바람직한 모노-불포화 화합물은 경화시 열경화성 네트워크에 혼입된다. 상기 모노-불포화 화합물은 바람직하게는 열경화성 네트워크의 밀도를 감소시킨다. 당업자는 원하는 적용에 대해 모노-불포화 화합물의 특성을 조정하고, 표면 경화의 속도, 표면 경화에 대해 요구된 조건 및 표면 경화로부터 결과하는 열경화성의 밀도와 같은 특성을 조정하기 위해 열경화성 시스템에서 모노-불포화 화합물의 사용을 알고 있다. 바람직한 모노-불포화 화합물은 에스테르, 비닐 에테르, 아미드, 및 비닐 화합물이고, 바람직하게는 에스테르이다. 바람직한 에스테르는 알킬 또는 하이드록실 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트이고, 바람직하게는 메틸-, 에틸-, 부틸-, 2-에틸헥실- 또는 2-하이드록시에틸- 아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 메틸메타아크릴레이트, 또는 에틸메타아크릴레이트이다. 다른 바람직한 에스테르는 실리콘아크릴레이트이다. 다른 바람직한 모노-불포화 화합물은 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타아크릴아미드, N-치환된 (메틸)아크릴아미드, 비닐에스테르, 예를 들어 비닐 아세테이트, 비닐 에테르, 예를 들어 이소부틸 비닐 에테르, 스티렌, 알킬 또는 할로 스티렌, n-비닐피롤리돈, 비닐 클로라이드, 또는 비닐리덴 클로라이드이다.
열경화성 시스템에서 용매
상기 열경화성 시스템에서 바람직한 용매는 가열동안 상당한 정도로 제거되는 열경화성 시스템의 구성분이고, 바람직하게는 가열 전과 비교하여 적어도 약 80%까지 감소된, 바람직하게는 가열 전과 비교하여 적어도 약 95%까지 감소된, 절대 중량으로 가열 후 존재하는 것들이다. 본 발명에 따른 바람직한 용매는 유리한 점도, 인쇄 적성, 안정성 및 접착력 특징을 갖고, 기판에 유리한 전기 접촉 및 전기 전도도를 갖는 전극을 산출하게 형성되도록 전기-전도성 페이스트를 허용하는 것들이다. 용매는 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.
기술분야의 당업자에게 알려지고 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려되는 모든 용매는 열경화성 시스템에 용매로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직한 용매는 전술된 바와 같은 전기-전도성 페이스트의 바람직한 높은 수준의 인쇄 적성을 달성하는 것들이다. 본 발명에 따른 바람직한 용매는 표준 대기 온도 및 압력 (SATP) (298.15 K, 25 ℃, 77 ℉), 100 kPa (14.504 psi, 0.986 atm) 하에서 액체로서 존재하는 것들이고, 바람직하게는 약 90 ℃ 이상의 비등점 및 약 -20 ℃ 이상의 용융점을 갖는 것들이다.
본 발명에 따른 바람직한 용매는 극성 또는 비-극성, 양성자성 (protic) 또는 비양성자성 (aprotic), 방향족 또는 비-방향족이고, 여기서 양성자성 극성 용매는 본 구현 예의 하나의 관점에 따라 바람직하다. 본 발명에 따른 바람직한 용매는 모노-알코올, 디-알코올, 폴리-알코올, 모노-에스테르, 디-에스테르, 폴리-에스테르, 모노-에테르, 디-에테르, 폴리-에테르, 선택적으로 작용기의 다른 카테고리, 바람직하게는 환형기, 방향족기, 불포화-결합, 이종원자에 의해 대체된 하나 이상의 O 원자를 갖는 알코올기, 이종원자에 의해 대체된 하나 이상의 O 원자를 갖는 에테르기, 이종원자에 의해 대체된 하나 이상의 O 원자를 갖는 에스테르기를 포함하는, 작용기의 적어도 하나 이상의 카타고리를 포함하는 용매, 및 전술된 용매 중 둘 이상의 혼합물이다. 이러한 상황에서 바람직한 에스테르는, 바람직한 알킬 구성분이 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 헥실 및 고급 알킬기 또는 두 개의 다른 이러한 알킬기의 조합인, 아디프산의 디-알킬 에스테르이고, 바람직하게는 디메틸아디페이트, 및 둘 이상의 아디페이트 에스테르의 혼합물이다. 이러한 상황에서 바람직한 에테르는 디에테르이고, 바람직하게는, 바람직한 구성분이 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 고급 알킬기 또는 두 개의 다른 이러한 알킬기의 조합인, 에틸렌 글리콜의 디알킬 에테르, 및 두 디에테르의 혼합물이다. 이러한 상황에서 바람직한 알코올은 1차, 2차 및 3차 알코올, 바람직하게는 3차 알코올, 테르피네올 및 바람직한 이의 유도체, 또는 둘 이상의 알코올의 혼합물이다. 하나 이상의 다른 작용기와 조합된 바람직한 용매는 종종 텍사놀로 불리는, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트 (pentanediol monoisobutyrate), 및 이의 유도체, 카비톨로서 알려진, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 이의 알킬 유도체이고, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 및 헥실 카비톨, 바람직하게는 헥실 카비톨 또는 부틸 카비톨, 및 이의 아세테이트 유도체, 바람직하게는 부틸 카비톨 아세테이트, 또는 전술된 적어도 두 개의 혼합물이다.
열가소성 시스템
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 중합체 시스템은 열가소성 시스템이다.
본 발명의 상황에 있어서 바람직한 열가소성 시스템은 전기-전도성 페이스트의 구성분이 용액, 유화액, 또는 분산액의 형태로 존재하고, 가열시 고체 전극의 형성을 가능하게 하는 것을 보장한다. 바람직한 열가소성 시스템은 전기-전도성 페이스트 내에 구성분의 최적 안정성을 제공하고, 전기-전도성 페이스트가 효과적인 라인 인쇄 적성을 허용하는 점도를 갖는 것들이다.
본 발명에 따라 바람직한 열가소성 시스템은 성분으로서:
1. 열가소성 중합체;
2. 용매를 포함한다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 열가소성 시스템은 열가소성 중합체의 용융 온도 아래의 어떤 온도에서 가열 및 냉각된 경우 경도의 어떤 열적 자기이력현상을 나타내지 않는 것이 바람직하다.
열가소성 중합체
열가소성 중합체는 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자가 페이스트 또는 최종 전극의 선호하는 특성, 특히 전극 및 기판 사이의 전기 접촉 및 페이스트의 경화 능력을 향상시키기 위해 적절한 것으로 고려되는 어떤 열가소성 중합체를 사용할 수 있다. 상기 광기전 태양 전지의 웨이퍼에 우수한 접착력을 나타내는 바람직한 열가소성 중합체는, 광기전 태양 전지가 광기전 태양 전지의 긴 작동 시간을 보장하도록 작동되고, 광기전 태양 전지의 작동 온도에서 용융되지 않아야 하며, 광기전 태양 전지의 Ag 전극의 전도도에 특히 유해해지 않는 조건 하에서 화학적으로 안정하다.
바람직한 열가소성 중합체는 선형 호모- 및 공중합체이다. 본 발명의 상황에서 바람직한 열가소성 중합체는 하기 목록으로부터 하나 이상 선택된다: PVB (폴리비닐부티랄); PE (폴리에틸렌); PP (폴리프로필렌), PS (폴리스티렌); ABS (아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌의 공중합체); PA (폴리아미드); PC (폴리카보네이트); 폴리에스테르, 바람직하게는 Bostik, Inc.의 Vitel 2700B; 폴리 아크릴레이트, 바람직하게는 Dow Chemical의 Paraloid B44; 페녹시 중합체, 바람직하게는 InChem Corp의 PKHH.
열가소성 시스템에서 용매
열가소성 시스템에서 용매는 바람직하게는 가열동안 상당한 정도로 제거되는 열가소성 시스템의 구성분이고, 바람직하게는 가열 전과 비교하여 적어도 약 80%까지 감소, 바람직하게는 가열 전과 비교하여 적어도 약 95%까지 감소된 절대 중량으로 존재하는 것들이다.
본 발명에 따라 바람직한 용매는 선호하는 점도, 인쇄 적성, 안정성 및 접착력 특징을 갖고, 기판에 선호하는 전기 전도도 및 전기 접촉을 갖는 전극을 산출하게 형성된 전기-전도성 페이스트를 허용하는 것들이다. 용매는 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다. 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에서 적절한 것으로 고려된 모든 용매는 유기 비히클에서 용매로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직한 용매는 전술된 바와 같은 전기-전도성 페이스트의 바람직한 높은 수준의 인쇄 적성을 달성하는 것들이다. 본 발명에 따른 바람직한 용매는 표준 대기 온도 및 압력 (SATP) (298.15 K, 25 ℃, 77 ℉), 100 kPa (14.504 psi, 0.986 atm)하에서 액체로서 존재하는 것들이고, 바람직하게는 약 90 ℃ 이상의 비등점, 및 약 -20 ℃ 이상의 용융점을 갖는 것을이다.
상기 열가소성 시스템에 대한 바람직한 용매는 열악한 수소 결합 용매 (poor hydrogen bonding) 또는 온건한 수소 결합 (moderate hydrogen bonding) 용매이다.
바람직한 열악한 수소 결합 용매는 방향족, 지방족 또는 할로겐화 용매이다. 바람직한 열악한 수소 결합 용매는 약 8.5 내지 약 12의 범위에서 힐데브란드 파라미터 (Hildebrand parameter)를 갖는 것들이고, 바람직하게는 벤젠 (힐데브란드 파라미터 9.2), 모노클로로벤젠 (힐데브란드 파라미터 9.5), 또는 2-니트로프로판 (힐데브란드 파라미터 10.7)이다.
바람직한 온건한 수소 결합 용매는 에스테르, 에테르, 또는 케톤을 포함하는 용매이다. 바람직한 온건한 수소 결합 용매는 약 8.3 내지 약 10.5의 범위에서 힐데브란드 파라미터를 갖는 것들이고, 바람직하게는 (테트라하이드로푸란 -힐데브란드 파라미터 9.8), 클로로헥사논 (힐데브란드 파라미터 9.9), 또는 n-n-부틸 아세테이트 (힐데브란드 파라미터 8.0)이다.
다음은 또한 상기 열가소성 시스템에 대해 바람직한 용매이다: DMPU (1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)-피리미디논), 이소-트리데카놀, 디클로로 메탄, HMPT (헥사메틸포스포아미드), DMSO (디메틸 설폭사이드), 디옥산, 메틸 셀루솔브 (cellusolve), 셀루솔브 아세테이트, MEK (메틸 에틸 케톤), 아세톤, 니트로메탄, 크실렌, 톨루엔, 솔브소 (solvesso), NMP (N-메틸-2-피롤리돈), 글리콜 에테르, 글리콜 에스테르.
전기-전도성 페이스트에서 첨가제
본 발명의 상황에 있어서 바람직한 첨가제는, 전기-전도성 페이스트, 이의 생산된 전극, 또는 최종 태양 전지의 증가된 성능에 기여하는, 분명하게 언급된 다른 구성분에 부가하여, 전기-전도성 페이스트에 첨가된 구성분이다. 기술분야의 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려된 모든 첨가제는 전기-전도성 페이스트에 첨가제로서 사용될 수 있다. 상기 비히클에 존재하는 첨가제에 부가하여, 첨가제는 또한 상기 전기-전도성 페이스트에 존재할 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 첨가제는 요변화제 (thixotropic agents), 점도 조절제, 유화제, 안정화제, 또는 pH 조절제, 증점제 및 분산제 또는 적어도 이의 둘의 조합이다.
라디칼 발생제
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 라디칼 발생제는 상기 페이스트에 더욱 포함된다. 라디칼 발생제는 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자는 표면 경화 및/또는 접착력과 같은, 유리한 특성을 가져오기에 적절한 라디칼 발생제를 선택할 수 있다. 상당히 자주, 표면 경화 및 접착력은, 바람직하게는 가교될 분자당 적어도 두 개의 이중 결합에 기초하여, 바람직하게는 발생기에 의해 시발되는, 가교 반응에 의해 달성된다. 본 발명의 상황에 있어서 바람직한 라디칼 발생제는 전술된 중합체에서 라디칼 사슬 반응, 바람직하게는 가교 사슬 반응을 개시하는 것들이다. 바람직한 라디칼 발생제는 과산화물, 바람직하게는 유기 과산화물; 및 아조 화합물, 바람직하게는 유기 아조 화합물이다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 있어서, 상기 열경화성 시스템은 라디칼 발생제를 요구하지 않는다. 상기 열경화성 공정을 개시하는 선택적 수단은 가열 또는 광 또는 다른 전기-자기 방사에 노출, 예를 들어, 전자 빔 방사 또는 UV 조사를 포함한다.
태양 전지 전구체
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 태양 전지 전구체에 의해 만들어진다. 본 발명에 따른 바람직한 태양 전지 전구체는 다음을 포함한다:
1. 웨이퍼, 바람직하게는 실리콘 웨이퍼, 바람직하게는 HIT 타입 웨이퍼,
2. 본 발명에 따른 페이스트:
여기서 상기 페이스트는 상기 웨이퍼의 적어도 하나의 표면상에 또는 표면에 걸쳐 위치된다. 상기 페이스트는 실리콘 웨이퍼와 물리적 접촉에 있을 수 있거나, 또는 선택적으로 실리콘 웨이퍼 및 페이스트 사이, 예를 들어, 투명 전도층 또는 물리적 보호층 사이에 존재하는 하나 이상의 또 다른 층들 중 바깥쪽과 접촉될 수 있다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 하나 이상의 또 다른 페이스트는 본 발명에 따른 페이스트에 부가하여 상기 웨이퍼 상에 존재한다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 전구체는 MWT 전지에 대한 전구체이다. 본 구현 예에 있어서, 상기 웨이퍼의 전면 및 후면과 접촉하는 채널은 바람직하게 존재한다. 본 발명에 따른 페이스트는 바람직하게는 상기 채널의 표면, 또는 상기 표면 또는 상기 채널 외의 표면 상, 또는 모두와 접촉한다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 태양 전지 전구체는 n-형 태양 전지에 대한 전구체이다. 본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, n-도핑 층에 상응하는 웨이퍼의 부피의 비는 p-형 층에 상응하는 것보다 크다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 때때로 태양측 (sunny side)으로 불리는, 상기 웨이퍼의 전면은 p-형 도핑된다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 상기 웨이퍼의 후면은 n-형 도핑된다.
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 태양 전지 전구체는 p-형 태양 전지에 대한 전구체이다. 본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, p-도핑 층에 상응하는 웨이퍼의 부피의 비는 n-형 층에 상응하는 것보다 크다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 때때로 태양측으로 불리는, 상기 웨이퍼의 전면은 n-형 도핑된다. 본 구현 예의 또 다른 관점에 있어서, 상기 웨이퍼의 후면은 p-형 도핑된다.
HIT 타입 태양 전지 전구체는 본 발명의 상황에서 바람직하다. 본 구현 예의 하나의 관점에 있어서, 상기 웨이퍼는 무정질 Si 중 적어도 하나의 층을 포함한다. 바람직하게는, 무정질 Si 중 적어도 한 층은 n-형 도핑된다. 바람직하게는, 무정질 Si 중 적어도 한 층은 p-형 도핑된다. 바람직하게는 무정질 Si 중 적어도 하나 이상, 바람직하게는 두 층은 (비-도핑된) 본래의 것이다. 바람직하게는, 상기 웨이퍼는 적어도 하나의 결정질 층, 바람직하게는 n-형 도핑 또는 p-형 도핑, 바람직하게는 n-형 도핑된 결정질 층을 포함한다.
상기 태양 전지 전구체의 제조에 있어서, 온도는 낮게, 바람직하게는 100 ℃ 아래, 좀더 바람직하게는 약 80 ℃ 아래, 가장 바람직하게는 약 60 ℃ 아래로 유지하는 것이 바람직하다.
태양 전지를 생산하기 위한 공정
전술된 목적 중 하나를 달성하기 위한 기여는 공정 단계로 다음을 적어도 포함하는 태양 전지를 생산하는 공정에 의해 만들어진다;
i) 특히 전술된 구현 예 중 어느 하나를 조합하여, 전술된 바와 같은 태양 전지 전구체를 제공하는 단계; 및
ii) 상기 태양 전지 전구체를 가열하여 태양 전지를 얻는 가열 단계.
단계 i)에서 온도는 100 ℃, 바람직하게는 80 ℃, 바람직하게는 60 ℃를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
인쇄
각각의 전극은 전기-전도성 페이스트를 적용시키고, 그 다음 부착된 몸체를 얻기 위해 상기 전기-전도성 페이스트를 가열시켜 제공되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 상기 전기-전도성 페이스트는 기술분야의 당업자에게 알려지고, 당업자가 함침, 딥핑, 붓기, 디립핑 온, 주사, 분무, 나이프 코팅, 커튼 코팅, 브러싱 또는 인쇄 또는 이의 적어도 둘의 조합을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 본 발명에 상황에서 적절한 것으로 고려되는 어떤 방식으로 제공될 수 있고, 여기서 바람직한 인쇄 기술은 잉크-젯트 인쇄, 스크린 인쇄, 탐폰 인쇄, 오프셋 인쇄, 릴리프 인쇄 또는 스텐실 인쇄 또는 이의 적어도 둘의 조합이다. 상기 전기-전도성 페이스트는 인쇄, 바람직하게는 스크린 인쇄에 의해 적용되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 상기 스크린은 약 20 내지 약 100　㎛의 범위, 좀더 바람직하게는 약 30 내지 약 80 ㎛의 범위, 및 가장 바람직하게는 약 40 내지 약 70　㎛ 범위의 직경을 갖는 메쉬 개구를 갖는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 태양 전지 전구체 섹션에서 상세히 설명한 바와 같이, 상기 전기-전도체 페이스트는 본 발명에 기재된 것과 같은 채널에 적용되는 것이 바람직하다. 전면 및 후면 전극을 형성하기에 사용된 전기-전도성 페이스트는 채널에 사용된 페이스트와 같거나 또는 다를 수 있고, 바람직하게는 다르며, 서로 같거나 또는 다를 수 있다.
인쇄는 고온에서 수행되지 않는 것이 바람직하며, 바람직하게는 100 ℃ 아래, 좀더 바람직하게는 약 80 ℃ 아래, 좀더 바람직하게는 약 50 ℃ 아래이다.
가열
전극은 전기-전도성 페이스트를 먼저 적용시키고, 그 다음 고체 전극 몸체를 산출하기 위해 상기 전기-전도성 페이스트를 가열시켜 형성되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다. 가열은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자가 본 발명의 상황에서 적절한 것으로 고려되고 당업자에게 알려진 알려진 어떤 방식이 효과적일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가열 단계에 대해 설정된 최대 온도는 약 250　℃ 아래, 바람직하게는 약 230　℃ 아래, 좀더 바람직하게는 약 210 ℃ 아래이다. 약 100　℃ 만큼 낮은 가열 온도는 태양 전지를 얻는데 사용된다.
전면 및 후면 상에 전기-전도성 페이스트의 가열은 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다. 동시의 가열은, 만약 전기-전도성 페이스트가 유사, 바람직하게는 동일하다면, 적절한 최적 가열 조건이다. 적절한 곳에서, 가열은 동시에 수행되는 것이 본 발명에 따라 바람직하다.
태양 전지
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 본 발명에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 태양 전지에 의해 만들어진다. 본 발명에 따른 바람직한 태양 전지는 전기적 에너지 출력으로 전환된 입사광의 총 에너지의 비의 관점에서 고 효율을 갖고, 가볍고 내구성이 있는 것들이다.
항-반사 코팅
본 발명에 따르면, 항-반사 코팅은 태양 전지의 전면 상에 전극 전에 외부로서 및 종종 가장 바깥 층으로 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 항-반사 코팅은 전면에 의해 반사된 입사광의 비율을 감소시키고, 웨이퍼에 의해 흡수된 전면을 가로지르는 입가광의 비율을 증가시키는 것들이다. 선호하는 흡수/반사 비의 상승을 제공하는 항반사 코팅은, 사용된 전기-전도성 페이스트에 의해 에칭에 민감하지만, 전기-전도성 페이스트의 가열을 위해 요구된 온도에 대한 내성이 있고, 전극 계면의 부근에서 전자 및 정공의 증가된 조합에 기여하지는 것이 선호된다. 기술분야의 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에서 적절한 것으로 고려된 모든 항-반사 코팅은 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 항-반사 코팅은 SiNx, SiO2, Al2O3, TiO2 또는 이의 적어도 두 개의 혼합물 및/또는 이의 적어도 두 층의 조합이고, 여기서 SiNx는 특히 바람직하고, 특히 여기서 Si 웨이퍼는 사용된다. 특히, HIT 전지 금속 산화물에 대해 항-반사 코팅으로 제공될 수 있다. 바람직한 산화물은 인듐 주석 산화물 (ITO), 불소 도핑된 주석 산화물 (FTO) 또는 도핑된 아연 산화물이고, 바람직하게는 인듐 주석 산화물이다.
항-반사 코팅의 두께는 적절한 광의 파장에 대해 적합해야 한다. 본 발명에 따르면, 항-반사 코팅은 약 30 내지 약 500　nm의 범위, 좀더 바람직하게는 약 50 내지 약 400　nm의 범위 및 가장 바람직하게는 약 80 내지 약 300　nm 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
패시베이션 층
본 발명에 따르면, 하나 이상의 패시베이션 층은 전극 전에, 또는 만약 존재한다면 항-반사 층 전에, 외부 또는 가장 바깥쪽 층으로서 전면 및/또는 후면에 적용될 수 있다. 바람직한 패시베이션 층은 전극 계면 부근에서 전자/정공 재조합의 속도를 감소시키는 것이다. 기술분야의 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에서 적절한 것으로 고려된 어떤 패시베이션 층은 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 패시베이션 층은 질화규소, 이산화규소, 및 이산화티타늄이고, 가장 바람직한 것을 질화규소이다. 본 발명에 따르면, 상기 패시베이션 층은 약 0.1　nm 내지 약 2　㎛의 범위, 좀더 바람직하게는 약 1　nm 내지 약 1　㎛의 범위 및 가장 바람직하게는 약 5　nm 내지 약 200nm 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다. HIT 전지는 본래의 Si 층이 패시베이션 층으로서 기능을 하는 것이 바람직하다. 항-반사 코팅 및 패시베이션 층의 기능은 한 층에서 적어도 부분적으로 또는 완전하게 조합될 수 있다.
투명 전도층
본 발명의 상황에 있어서 바람직한 투명 전도층은 높은 투명성 및 전도도를 갖는 실리콘 웨이퍼에 걸치거나 또는 실리콘 웨이퍼 상의 층이다. 상기 층을 통한 400 nm의 파장으로 광 투과는 바람직하게는 약 50% 이상, 좀더 바람직하게는 약 80 % 이상, 가장 바람직하게는 약 90 % 이상이다. 상기 층의 전기 전도도는 바람직하게는 약 1*10-4 Ω-1 cm-1 이상, 좀더 바람직하게는 약 5*10-3Ω-1 cm-1 이상, 가장 바람직하게는 약 5*10-2 Ω-1 cm-1 이상이다.
상기 투명 전도층의 두께는 바람직하게는 약 30 내지 약 500 nm의 범위, 좀더 바람직하게는 약 50 내지 약 400 nm의 범위, 가장 바람직하게는 약 80 내지 약 300 nm의 범위이다.
투명 전도성 물질은 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자는 전도도, 투명도 및 접착력과 같은, 태양 전지의 유리한 특성을 개선시키기 위한 물질을 선택할 수 있다. 바람직한 물질은 산화물, 전도성 중합체 또는 탄소 나노-튜브계 전도체이고, 바람직하게는 산화물이다. 바람직한 산화물은 인듐 주석 산화물 (ITO), 불소 도핑 주석 산화물 (FTO) 또는 도핑된 아연 산화물이고, 바람직하게는 인듐 주석 산화물이다. 바람직한 전도성 중합체는 결합된 이중 결합을 갖는 유기 화합물, 바람직하게는 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 또는 폴리티오펜 또는 이의 유도체들, 또는 이의 조합이다.
하나 구현 예에 있어서, 상기 태양 전지는 전면 상에 투명 전도성 층을 갖는다.
전극
본 발명의 하나의 구현 예에 있어서, 상기 페이스트의 Ag 입자의 이모달 분포는 전극에 존재한다. 본 구현 예의 개별적인 관점에 있어서, 상기 페이스트에서 Ag의 직경 분포에 연관된 개별적인 특색은 상기 전극에서 유사하게 존재한다.
부가적인 보호층
태양 전지의 원칙적 기능에 직접 기여하는 전술된 층에 부가하여, 또 다른 층은 기계적 및 화학적 보호를 위해 부가될 수 있다. 상기 전지는 화학적 보호를 제공하기 위해 앤캡슐화될 수 있다. 앤캡슐화는 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 어떤 앤캡슐화는 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려하는 것이 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 투명 열가소성 수지이라 종종 언급되는, 투명 중합체는, 만약 이러한 앤캡슐화가 존재한다면, 앤캡슐화 물질로서 바람직하다. 이러한 상황에서 바람직한 투명 중합체는, 예를 들어, 실리콘 고무 및 폴리에틸렌 비닐 아세테이트 (PVA)이다.
투명 유리 시트는 전지의 전면에 기계적 보호를 제공하기 위해 태양 전지의 전면에 부가될 수 있다. 투명 유리 시트는 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자에게 잘 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려하는 어떤 투명 유리 시트도 태양 전지의 전면에 대한 보호로서 사용될 수 있다.
후면 보호 물질은 기계적 보호를 제공하기 위해 태양 전지 후면에 부가될 수 있다. 후면 보호 물질은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자에게 잘 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려하는 어떤 후면 보호성 물질도 태양 전지의 후면 상에 대한 보호로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 후면 보호 물질은 우수한 기계적 특성 및 내후성을 갖는 것이다. 본 발명에 따른 바람직한 후면 보호 물질은 폴리비닐 플루오르화물의 층을 갖는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 후면 보호 물질은 (후면 보호층 및 앤캡슐화 모두가 존재하는 경우에) 앤캡슐화 층의 아래에 존재하는 것이 본 발명에 따라 바람직하다 .
프레임 물질 (frame material)은 기계적 지지를 제공하기 위해 태양 전지의 외부에 부가될 수 있다. 프레임 물질은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 기술분야의 당업자에게 알려지고, 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려하는 어떤 프레임 물질도 프레임 물질로서 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 프레임 물질은 알루미늄이다.
태양 패널
전술된 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위한 기여는 전술된 바와 같이 얻어진, 특히 전술된 구현 예 중 적어도 하나에 따라 얻어진 태양 전지, 및 적어도 하나 이상의 태양 전지를 포함하는 모듈에 의해 만들어진다. 본 발명에 따른 다수의 태양 전지는 모듈로 불리는 집합 배열 (collective arrangement)을 형성하기 위해 공간적 및 전기적으로 연결되어 배열될 수 있다. 본 발명에 따라 바람직한 모듈은 다수의 형태, 바람직하게는 태양 패널로 알려진 직사각형 표면일 수 있다. 집합 배열을 형성하기 위해 이러한 전지를 기계적으로 배열 및 고정하기 위한 다양한 방식뿐만 아니라 태양 전지를 전기적으로 연결하는 다양한 방식은 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있고, 당업자에게 알려지고 당업자가 본 발명의 상황에 적절한 것으로 고려하는 어떤 방법도 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 방법은 낮은 질량 대 전력 출력비, 낮은 부피 대 전력 출력비, 및 높은 내구성을 결과하는 것들이다. 알루미늄은 본 발명에 따른 태양 전지의 기계적 고정을 위해 바람직한 물질이다.
시험 방법
다음의 시험 방법은 본 발명에 사용된다. 시험 방법의 부재하에서, 본 출원의 최초 출원일과 가장 근접한 측정될 특색에 대한 ISO 시험 방법은 적용된다. 뚜렷한 측정 조건의 부재하에서, 298.15 K (25 ℃, 77 ℉)의 온도 및 100 kPa (14.504 psi, 0.986 atm)의 절대 압력으로, 표준 대기 온도 및 압력 (SATP)은 적용된다.
비표면적
은 입자의 비표면적을 결정하기 위한 BET 측정은 DIN ISO 9277:1995에 따라 만들어진다. SMART 방법 (Sorption Method with Adaptive dosing Rate)에 따라 작동하는 Gemini 2360 (Micromeritics)은, 측정을 위해 사용된다. 참조 물질로서, BAM (Bundesanstalt fur Materialforschung und -prung)으로부터 이용가능한 알파 알루미늄 산화물 CRM BAM-PM-102는 사용된다. 필러 막대 (Filler rods)는 사체적 (dead volume)을 감소시키기 위해 참조 및 샘플 큐빗에 부가된다. 상기 큐빗은 BET 장치에 탑재된다. 질소 가스 (N2 5.0)의 포화 증기압은 결정된다. 샘플은 필러 막대를 갖는 큐빗이 완벽하게 충진되고 사체적의 최소값이 생성되는 양의 유리 큐빗으로 측량된다. 상기 샘플은 이를 건조시키기 위해 2시간 동안 80℃에서 유지된다. 냉각 후 상기 샘플의 중량은 기록된다. 상기 샘플을 함유하는 유리 튜빗은 측정 장치상에 탑재된다. 상기 샘플을 탈가스시키기 위해, 물질이 펌프로 흡입되지 않도록 선택된 펌핑 속도에서 진공처리된다. 탈가스 후 상기 샘플의 질량은 계산을 위해 사용된다. 상기 사체적은 헬륨 가스 (He 4.6)를 사용하여 결정된다. 상기 유리 큐빗은 액체 질소 욕조를 사용하여 77 K로 냉각된다. 흡착성에 대하여, 77 K에서 0.162 n㎡의 분자 단면적을 갖는 N2 5.0은 계산을 위해 사용된다. 5 측정 포인트를 갖는 다중-포인트 분석은 수행되고, 최종 비표면적은 ㎡/g로 제공된다.
점도
점도 측정은 Thermo Fischer Scientific Corp를 사용하여 수행된다. "Haake Rheostress 600"은 접지용 금속판 (ground plate) MPC60 Ti 및 침상 평판 (cone plate) 20/0,5°Ti 및 소프트웨어 "Haake RheoWin Job Manager 4.30.0"로 장착된다. 거리 0 포인트를 설정한 후에, 측정에 충분한 페이스트 샘플은 접지용 금속판 상에 배치된다. 상기 침상은 0.026 mm의 갭 거리를 갖는 측정 위치로 이동되고, 과량의 물질은 스파튤라 (spatula)를 사용하여 제거된다. 상기 샘플은 3분 동안 25 ℃에서 평형을 이루고, 회전 측정은 시작된다. 전단 속도는 48　s 및 50 등거리 측정 포인트 내에서 0 내지 20　s- 1으로 증가되고, 312　s 및 156 등거리 측정 포인트 내에서 150　s- 1으로 더욱 증가된다. 150 s-1의 전단 속도에서 60　s의 대기 시간 후에, 상기 전단 속도는 312　s 및 156 등거리 측정 포인트 내에서 150　s-1 내지 20　s- 1으로 감소되고, 48　s 및 50 등거리 측정 포인트 내에서 0으로 더욱 감소된다. 마이크로 토크 교정, 마이크로 응력 조절, 및 질량 관성 교정은 활성화된다. 점도는 하향식 전단 램프의 100　s-1의 전단 속도에서 측정된 값으로 제공된다.
입자 크기 결정 (분말의 d10, d50, d90 및 입자 분포)
입자에 대한 입자 크기 결정은 ISO 13317-3:2001에 따라 수행된다. X-선 중력 기술 (gravitational technique)에 따라 작동하는 소프트웨어 Win 5100 V2.03.01 (Micromeritics)를 갖는 Sedigraph 5100은 측정을 위해 사용된다. 약 400 내지 600 mg의 샘플은 50 ml 유리 비이커로 측량되고, (약 0.74 내지 0.76 g/㎤의 밀도 및 약 1.25 내지 1.9 mPaㆍs의 점도로, Micromeritics로부터의) 40 ml의 Sedisperse P11은 현탁 액체로서 부가된다. 자기 교반 바는 상기 현탁액에 부가된다. 상기 샘플은, 상기 현탁액이 동시에 교반 바로 교반되면서, 8분 동안 전력 수준 2에서 작동된 초음파 프로브 Sonifer 250 (Branson)를 사용하여 분산된다. 이러한 사전-처리된 샘플은 장치에 배치되고, 측정은 시작된다. 상기 현탁액의 온도는 기록되고 (통상적 범위 24℃ 내지 45℃), 이러한 온도에서 분산 용액을 위해 측정된 점도의 계산 데이터를 위해 사용된다. 상기 샘플 (은에 대해 10.5 g/㎤)의 밀도 및 중량을 사용하여, 상기 입자 크기 분포 기능은 결정된다. d50, d10 및 d90은 입자 분포 기능으로부터 직접 판독될 수 있다. 다중-모달 크기의 평가를 위하여, 직경에 대한 질량 주파수 (mass frequency)의 분포 플롯은 발생되고, 피크 최대값은 이로부터 결정된다.
입자 크기 결정 (페이스트에서 d10, d50, d90 및 입자 분포)
페이스트에서 금속 입자의 크기 분포의 결정을 위하여, 다음의 절차에 따른다. 유기 부분은 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 디클로로메탄, 클로로포름, 헥산과 같은 용매를 사용하여 용매 추출에 의해 제거된다. 이는 기술분야의 당업자에게 알려진 Soxhlet 장치 또는 용해, 침전, 및 여과 기술들의 조합을 사용하여 수행될 수 있다. 금속 입자를 제외한 무기 부분은 염산 등과 같은 수성 비-산화 산으로 처리한 다음, 수성 수산화나트륨, 수산화칼륨 등과 같은 염기로 처리한 후, 수성 불화 수소산 (hydrofluoric acid)으로 처리되어 제거된다. 이는 Soxhlet 장치 또는 용해, 침전 및 여과 기술들의 조합을 사용하여 수행될 수 있다. 최종 단계에 있어서, 나머지 금속 입자는 탈 이온수로 세척되고 건조된다. 최종 분말의 입자 크기는 상기 분말에 대해 기재된 바와 같이 측정된다.
도펀트 수준
도펀트 수준은 2차 이온 질량 분광기를 사용하여 측정된다.
접착력
시험될 태양 전지 샘플은 Somont GmbH, Germany으로부터 상업적으로 이용가능한 납땜 테이블 M300-0000-0901에 고정된다. Bruker Spalek (ECu + 62Sn-36Pb-2Ag)로부터의 납땜 리본은 (Kester로부터의) 플럭스 Kester 952S로 코팅되고, 핑거 라인 또는 버스 바 상에 상기 납땜 리본을 가압하는 12개의 가열된 핀의 힘을 적용시켜 시험될 핑거 라인 또는 버스 바에 부착된다. 상기 가열된 핀은 280　℃의 설정 온도를 갖고, 샘플이 배치된 납땜 예열 플레이트는 175　℃의 온도로 설정된다. 실온으로 냉각시킨 후, 상기 샘플은 GP Stable-Test Pro 시험기 (GP Solar GmbH, Germany) 상에 탑재된다. 상기 리본은 시험 헤드에 고정되고, 100　mm/s 의 속도로 당기며, 상기 리본 부분을 상기 전지 표면에 고정하고 상기 리본 부분이 당겨지는 방식으로 45 °의 각을 둘러싼다. 상기 버스 바/핑거를 제거하기 위해 요구된 힘은 뉴턴으로 측정된다. 이러한 공정은, 각각 말단에서 하나의 측정을 포함하는, 핑거/버스 바에 따라 10개의 동등하게 이격된 포인트에서 접촉 (contact)에 대해 반복된다. 평균은 10의 결과로 취한다.
주사 전자 현미경 (SEM) 및 에너지 분산 X-선 분광법 (EDX)
태양 전지는 관심의 면적이 절개되는 방식으로 절단된다. 절단 샘플은 매입 물질로 채워진 용기에 배치되고, 관심의 면적이 상부에 있도록 배향된다. 매립 물질로서, EpoFix (Struers)는 사용되고, 지시서에 따라 혼합된다. 실온에서 8 시간 경화 후, 샘플은 더욱 가공될 수 있다. 제1 단계에서, 상기 샘플은 250 rpm에서 실리콘 카바이드 페이퍼 180-800 (Struers)를 사용하여 Labopol-25 (Struers)로 분쇄된다. 또 다른 단계에 있어서, 상기 샘플은 Retroforce-4, MD Piano 220 및 MD allegro cloth 및 DP-Spray P 3um 다이아몬드 스프레이 (모두 Struers)가 장착된 Rotopol-2를 사용하여 연마된다. 탄소층으로 코팅은 (Plano GmbH로부터의) 탄소 가닥 0.27 g/m E419ECO를 사용하여 2 mbar의 압력으로 Med 010 (Balzers)으로 수행된다. 조사 (examination)는 전계 방출 전극이 장착된, Zeiss Ultra 55 (Zeiss), 20 kV의 가속 전압 및 약 3*10-6 mbar의 압력으로 수행된다. 관련 면적의 이미지는 찍고, 이미지 분석 소프트웨어 ImageJ Version 1.46r (Wayne Rasband에 의한, Image Processing and analysis in Java, http://rsb.info.nih.gov/ij)을 사용하여 분석된다. Ag 입자를 확인하기 위하여, EDX에서 약 3.4 keV에서 강렬한 AgL 신호는 10 개의 은 입자를 확인하는데 사용되고, 이들 10 개 입자에 대한 평균 SEM 회색톤 강도는 SEM 사진으로부터 또 다른 Ag 입자를 확인하는데 사용된다.
전극에서 Ag의 입자 직경
단면 절단은 전극을 통해 만들어지고, 1 ㎟의 면적을 갖는 전극으로부터 세 개의 정사각 단면 (square cross sectional) 샘플을 제공하기 위해 상기 SEM 시험 섹션에 기재된 바와 같이 가공된다. 각 샘플에 대하여, Ag에 상응하는 면적은 SEM 섹션에 기재된 바와 같이 확인된다. 감소하는 직경의 원은 다음의 알고리즘에 따른 이미지로 그려진다:
1. 이미지 위에 0.01 ㎛ 분리로 사각 격자로 겹쳐놓는다.
2. 은의 면적에 상응하는 각 포인트, 또는 그렇지 않은 것. 은에 상응하는 각 포인트는 원에 할당되는 것으로 초기에 활용가능하다. 은에 상응하지 않는 포인트는 원에 할당되는 것으로 활용되지 않는다.
3. 50 ㎛의 직경으로 시작.
4. 격자에서 상부 왼쪽 포인트로부터 출발하여, 각 포인트에 대해 단계 4a를 실행하여, 왼쪽에서 오른쪽으로 상부 열 (row)의 포인트를 통해 진행. 하부 오른쪽에서 최종적으로 도착하는, 상부에서 하부로 순차적 열에 대해 반복하여, 모든 포인트는 가공된다.
4a. 각 포인트에 대하여, 만약 포인트의 전류 직경 (current diameter) (초기 50 ㎛)의 절반과 동일한 거리 내의 모든 포인트가 원으로 할당되는 것으로 활용된다면, 그 다음:
i. 전류 격자 포인트에 중심을 맞춘 전류 직경과 동일한 직경을 갖는 원을 도시하고,
ii. 원으로 할당되는 것으로 이용가능하지 않은 것으로 포인트로부터 전류 직경의 절반과 동일한 거리 내에 모든 포인트를 표시하며,
iii. 직경의 전류 값에 대해 누적 주파수 카운터 (cumulative frequency counter)를 1 만큼 증가시킨다 (0으로 초기 설정).
5. 입자 직경의 어떤 값에 대한 모든 격자 포인트를 통해 가공되자마자, 직경 값에 대한 누적 주파수 카운터를 기록하고, 0.1 ㎛ 만큼 전류 직경을 감소시키며, 및 직경에 대한 값을 사용하여 단계 4를 수행한다. 단계 4가 50 ㎛ 내지 0.1 ㎛의 모든 직경 값에 대해 완성될 때, 알고리즘은 완성된다.
상기 원 도식 알고리즘이 수행된 때, 누적 주파수 카운터 값은 질량 주파수 분포에 더 우수하게 상응하는 상응 직경의 제곱을 곱해지고, 가장 적합한 곡선은 수치적으로 최소 자승 회귀 (least square regression)를 사용하는 데이터 및 계산된 최대 위치에 맞추어진다. 그 결과는 세 개의 샘플에 대한 평균으로 제공된다. 만약 세 개 샘플의 결과에 대한 표준 편차가 평균값의 15% 이상이라면, 하나의 추가 샘플은 취해지고 모든 샘플의 평균은 제공된다. 이러한 공정은 표준 편차가 평균값의 15% 미만일 때까지 반복된다.
비 라인 저항
상기 핑거의 1 cm의 라인 저항력은 GP solar로부터의 소프트웨어 패키지 "GP-4 Test 1.6.6 Pro"가 장착된 "GP4-Test.　Pro"를 사용하여 측정된다. 측정을 위하여 4 포인트 측정 원리는 적용된다. 따라서, 두 개의 외부 프로브는 일정한 전류 (10 mA)를 인가하고 두 개의 내부 프로브는 전압을 측정한다. 상기 라인 저항력은 Ohm/cm으로 옴의 법칙에 의해 공제된다. 상기 핑거 라인의 측정된 1　cm의 단면은 cyberTechnologies GmbH 사로부터 소프트웨어 패키지 "scan CT 7.6"이 장착된 "Cyberscan Vantage"(model 2V4-C/5NVK)을 사용하여 결정된다. 비 라인 저항은 μΩ*cm로 경화된 핑거 라인의 같은 1 cm의 단면 및 라인 저항에 대해 결정된 값을 사용하여 계산된다.
비접촉 저항
22±1 ℃의 온도를 갖는 에어컨이 설치된 방에서, 모든 장비 및 물질은 측정 전에 평형을 맞춘다. HIT 태양 전지의 (ITO로 코팅되고 텍스쳐된) 전면 상에 경화된 은 전극의 비접촉 저항을 측정하기 위하여, GP solar GmbH 사로부터의 "GP-4 Test 1.6.6 Pro" 소프트웨어 패키지가 장착된 "GP4-Test Pro"는 사용된다. 이러한 장치는 4 포인트 측정 원리를 적용하고, TLM (transfer length method)에 의해 비접촉 저항을 평가한다. 비접촉 저항을 측정하기 위하여, 웨이퍼의 두 개의 1 cm 폭 스트라이프는 도 4에 나타낸 바와 같이 웨이퍼의 인쇄된 핑거 라인에 수직으로 절단된다. 각 스트라이프의 정확한 폭은 0.05 mm의 정밀도로 마이크로미터에 의해 측정된다. 하소된 은 핑거의 폭은 Keyence Corp사로부터 광폭 줌 렌즈 VH-Z100R이 장착된 디지털 현미경 "VHX - 600D"로 스트라이프 상에 3개 다른 점에서 측정된다. 각 점에서, 상기 폭은 2-포인트 측정에 의해 10 번 측정된다. 상기 핑거 폭 값은 모든 30번 측정의 평균이다. 서로 인쇄된 핑거의 거리, 핑거 폭 및 스트라이프 폭은 비접촉 저항을 계산하기 위해 소프트웨어 패키지에 의해 사용된다. 측정 전류는 14 mA로 설정된다. 6개의 이웃하는 핑거 라인과 접촉하기에 적절한 다중 접촉 측정 헤드 (part no. 04.01.0016)는 설치되고, 6개의 이웃하는 핑거와 접촉을 일으킨다. 측정은 각각 스트라이프 상에 동일 분포된 5 점에 대해 수행된다. 측정을 시작한 후, 소프트웨어는 스트라이프 상에 각 점에 대한 비접촉 저항 (mOhm*㎠)의 값을 결정한다. 모든 열 개의 점의 평균은 비접촉 저항을 위한 값으로 취한다.
균열
인쇄되고 경화된 은 페이스트 라인은 100x의 배율에서 (Keyence Deutschland GmbH로부터의) VH-Z100R 렌즈가 장착된 Keyence VHX-600D 현미경을 사용하여 균열에 대해 광학적으로 검사된다. 핑거 라인에서 확인된 균열의 경우에 있어서, 상기 페이스트는 "-"로 매기고 및 "+"로 균열의 부재를 나타낸다. 균열이 있고 없는 전지의 실시 예는 도 3a 및 도 3b에서 나타낸다.
분자량
상기 열가소성 중합체의 분자량은 광 산란을 수반하는 GPC (Gel Permeation Chromatography)에 의해 결정된다. 적절한 컬럼, 용리액, 압력 및 온도의 선택과 같은 다양한 열가소성 중합체 GPC 조건에 대하여, 2012년 8월 29일의 특정 열가소성 중합체에 대해 유효한 DIN 절차는 적용되어야 한다. 만약 상기 DIN 절차에서 특별한 언급이 없는 한, PSS Polymer Standards Service GmbH로부터 상업적으로 이용가능한 SEC 보완 온-라인 다중 각 광 산란 검출기 SLD7000(B)는 광 산란에 의해 분자량을 결정하기 위해 사용되어야 한다.
실시 예
이하 본 발명은, 오직 예시를 위해 의도되고 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않는 실시 예의 수단에 의해 설명된다.
실시 예 1 - 페이스트 제조 - 열경화성
Kenwood Major Titanium 혼합기의 수단에 의해, 페이스트는 적절한 양의 유기 비히클에 대한 성분 (표 1), 플레이크 Ag 분말 (1.8 ㎛의 상기 시험 방법에 따른 피크 최대값을 갖는, Metalor Techologies로부터 AC-4044) 또는 더 작은 구형 Ag 분말 (0.3 ㎛의 상기 시험 방법에 따른 피크 최대값을 갖는, Dowa Electronics Materials CO. LTD로부터 TZ-A04) 또는 더 큰 구형 Ag 분말 (1.5 ㎛의 상기 시험 방법에 따른 피크 최대값을 갖는, Ferro Electronic Material 시스템으로부터 은 분말 11000-06) 또는 이의 혼합물 및 DCP (Sigma-Aldrich사의 다이큐밀 과산화물)를 균질화하여 제조된다. 상기 페이스트는 120 ㎛의 제1 갭 및 60 ㎛의 제2 갭을 갖는 스테인레스 스틸 롤로 균질할 때까지 여러 번 제1 갭이 20　㎛ 및 제2 갭이 10 ㎛로 점진적으로 갭을 감소시키면서 3-롤 밀 Exact 80 E을 통해 통과된다.
열경화성 시스템의 구성
성분 성분비
Dowanol DB [Dow Chemical사의 용매] 54.5
Genomer 3611 [Rahn USA사의 아크릴레이트 올리고머] 가교 성분 31.4
Miramer M200 [Rahn USA사의 아크릴레이트 단량체] 단일 불포화 화합물 14.1
페이스트 실시 예
실시 예 더 작은 구형 은 분말 [wt.%] 더 큰 구형 은 분말 [wt.　%] 은 플레이크
[wt.%]		 DCP
[wt.　%]		 열경화성 시스템
[wt.　%]
1 (본 발명) 70 13 - 0.1 16.9
2 (비교 예) - - 83 0.1 16.9
3 (비교 예) 83 - - 0.1 16.9
4 (비교 예) - 83 - 0.1 16.9
5 (비교 예) 70 - 13 0.1 16.9
실시 예 2 - 태양 전지 제조 및 전지 특성의 측정
페이스트는 Roth & Rau AG사로부터 이용가능한, 단-결정질 HIT 태양 전지 전구체에 적용된다. 웨이퍼는 약 156 x 156 ㎟ 치수를 갖는다. 사용된 태양 전지는 알칼리 에칭에 의해 텍스쳐되고, 표면상 ITO (인듐-주석-산화물) 층을 갖는다. 대표 페이스트는 다음의 스크린 파라미터를 갖는 Asys Group, EKRA Automatisierungs 시스템으로부터 반-자동 스크린 프린터 X1 SL를 사용하여 텍스쳐된 ITO-층 상에 스크린-인쇄된다: 290 mesh, 20 ㎛ 와이어 두께, 18 ㎛ 메쉬 상의 유화액, 72 핑거, 60　㎛ 핑거 개구, 3 버스바, 1.5　mm 버스바 폭. 인쇄된 패턴을 갖는 장치는 인쇄 후 오븐에서 200　℃로 10분 동안 경화된다.
전극의 함량의 분석
전극에서 Ag의 최대 직경 분포는 시험 방법에 따라 결정된다. 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 약 1.5㎛ 및 약 0.3㎛에서 최대치는 본 발명의 실시 예에 대해 관찰된다.
페이스트 성능
실시 예 비 라인 저항
[Ω*cm]		 비접촉 저항 [mOhm*㎠] 균열
[habitus]
1 (본 발명) + + +
2 (비교 예) - - +
3 (비교 예) + ++ -
4 (비교 예) -- - +
5 (비교 예) + 0 +
실시 예 3 - 페이스트 제조 - 열가소성
Kenwood Major Titanium 혼합기의 수단에 의해, 페이스트는 열가소성 중합체 (1. 폴리에스테르: Bostik, Inc.로부터 Vitel 2700B; 2. 아크릴레이트: Dow Chemical로부터 Paraloid B44; 3. 페녹시: InChem Corp.로부터 PKHH) 및 유기 용매로서 Sigma Aldrich로부터의 부틸 카비톨 아세테이트 및 은 입자 (표 5) (플레이크 Ag 분말 (1.8 ㎛의 상기 시험 방법에 따른 피크 최대값을 갖는, Metalor Techologies로부터 AC-4044) 또는 더 작은 구형 Ag 분말 (0.3 ㎛의 상기 시험 방법에 따른 피크 최대값을 갖는, Dowa Electronics Materials CO., LTD.로부터 TZ-A04) 또는 이의 혼합물) 또는 더 큰 구형 Ag 분말 (1.5 ㎛의 상기 시험 방법에 따른 피크 최대값을 갖는, Ferro Electronic Material 시스템으로 은 분말 11000-06 또는 이의 혼합물)를 포함하는 적절한 양의 유기 비히클 (표 4)을 균일화하여 제조된다.
상기 페이스트는 120 ㎛의 제1 갭 및 60 ㎛의 제2 갭를 갖는 스테인레스 스틸 롤로 균질해질 때까지 여러 번 제1 갭에 대해 20　㎛ 및 제2 갭에 대해 10 ㎛로 점진적으로 갭를 감소시키면서 3-롤 밀 Exact 80 E을 통해 통과된다.
열가소성 중합체 시스템의 구성
실시 예 폴리에스테르
[wt.%]		 아크릴레이트 중합체 [wt.%] 페녹시 중합체
[wt.%]		 부틸 카비톨 아세테이트
[wt.%]
1 (본 발명) 26 - - 74
2 (본 발명) - 26 - 74
3 (본 발명) - - 26 74
페이스트 실시 예
실시 예 더 작은 구형 은 분말
[wt.%]		 더 큰 구형 은 분말
[wt.　%]		 은 플레이크

[wt.%]		 열가소성
중합체 시스템 ([wt.　%])		 부틸 카비톨
아세테이트 [wt.　%]
1 (본 발명) 70 13 - 폴리에스테르 (14) 3
2 (본 발명) 70 13 - 아크릴레이트 중합체 (14) 3
3 (본 발명) 70 13 - 페녹시중합체 (14) 3
4 (비교 예) - - 83 폴리에스테르 (14) 3
실시 예 4 - 태양 전지 제조 및 전지 특성의 특징
페이스트는 단-결정질 HIT 태양 전지 전구체에 적용된다. 상기 웨이퍼는 156 x 156 ㎟의 치수를 갖는다. 사용된 태양 전지는 알칼리 에칭에 의해 텍스쳐되고, 표면상에 ITO (인듐-주석-산화물) 층을 갖는다. 대표 페이스트는 다음의 스크린 파라미터로 설정된 Asys Group, EKRA Automatisierungs 시스템으로부터 반-자동 스크린 프린터 X1 SL를 사용하여 텍스쳐된 ITO-층 상에 스크린-인쇄된다: 290 mesh, 20 ㎛ 와이어 두께, 18 ㎛ 메쉬상에 유화액 (emulsion over mesh), 72 핑거 (fingers), 60　㎛ 핑거 개구, 3 버스 바, 1.5　mm 버스 바 폭. 인쇄된 패턴을 갖는 장치는 인쇄 후 오븐에 200　℃로 10분 동안 경화된다.
전극의 함량 분석
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 마이크로 및 나노 Ag의 조합에 적용된 모든 열가소성 중합체 시스템은 더 큰 직경을 갖는 Ag 플레이크와 비교하여 우수한 성능을 갖는 광기전 전지를 결과한다.
페이스트 성능
실시 예 비 라인 저항 [Ω*cm] 비접촉 저항 [mOhm*㎠]
1 (본 발명) + +
2 (본 발명) 0 0
3 (본 발명) - -
4 (비교 예) -- --
101: 전면 전극 102: 선택적 전면층
103: p-형 도프 층 104: n-형 도프 층
105: 후면 전극 201: 인듐 주설 산화물과 같은, 선택적 전면층
202: 전면 도핑된 무정질층 203: 전면 본래의 무정질 층
204: 결정질 층 205: 후면 본래의 무정질 층
206: 후면 도핑된 무정질층 401: 기판 표면
402: 전극 스트라이프 403: 균열
420: 웨이퍼 421: 절단
422: 핑거 라인 601: Ag에 상응하는 면적
602: Ag에 상응하지 않는 면적 801: 직경 분포에서 피크

Claims (46)

  1. 하기 페이스트 구성분을 포함하는 페이스트로서:
    a. Ag 입자,
    b. 중합체 시스템,
    여기서, 상기 Ag 입자는 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만의 범위에서 적어도 제1 최대값 및 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만의 범위에서 적어도 또 다른 최대값을 갖는 다중-모달 분포의 입자 직경을 가지며;
    여기서 상기 제1 및 또 다른 최대값 사이의 차이는 적어도 약 0.3 ㎛이고;
    여기서 1 ㎛ 내지 1 mm의 범위의 직경을 갖는 적어도 50 wt.%의 Ag 입자는 구형인 페이스트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ag 입자는 이모달 직경 분포를 갖는, 페이스트.
  3. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ag 직경 분포는 약 100 내지 약 800 nm의 범위에서 적어도 하나의 최대값을 갖는, 페이스트.
  4. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ag 직경 분포는 약 1 내지 약 10 ㎛인 범위에서 적어도 하나의 최대값을 갖는, 페이스트.
  5. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 시스템은 열경화성 시스템인, 페이스트.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 열경화성 시스템은 적어도 두 개의 불포화기를 갖는 가교 화합물을 포함하는, 페이스트.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    상기 가교 화합물은 아크릴레이트에 기초하는, 페이스트.
  8. 청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가교 화합물은 지방산 또는 이의 유도체에 기초하는, 페이스트.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 가교 화합물은 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여 약 1 내지 약 10 wt.%의 범위로 존재하는, 페이스트.
  10. 청구항 5 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 시스템은 라디칼 발생제를 포함하는, 페이스트.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 라디칼 발생제는 과산화물 모이어티를 포함하는, 페이스트.
  12. 청구항 5 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 시스템은 모노-불포화 화합물을 포함하는, 페이스트.
  13. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 시스템은 열가소성 중합체 시스템이고, 상기 열가소성 중합체 시스템은 열가소성 중합체를 포함하는, 페이스트.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 열가소성 중합체는 하기 파라미터 중 적어도 하나를 나타내는 페이스트:
    a. -120 내지 약 110 ℃ 범위의 유리 전이 온도;
    b. 상기 유리 전이 온도보다 적어도 약 5℃ 높은 용융 온도; 또는
    c. 약 10,000 내지 약 150,000 g/mol 범위의 수평균 분자량.
  15. 청구항 13 또는 14에 있어서,
    상기 열가소성 중합체는, 상기 열가소성 중합체 시스템의 총 중량에 기초하여, 약 5 내지 약 45 wt.% 범위의 양으로 상기 열가소성 중합체 시스템에 존재하는, 페이스트.
  16. 청구항 13 또는 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열가소성 중합체는 폴리에스테르, 아크릴레이트 중합체, 페녹시 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 페이스트.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 폴리에스테르는 폴리에스테르 백본을 포함하는, 페이스트.
  18. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 시스템은 용매를 포함하는, 페이스트.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 용매는 상기 열가소성 중합체 시스템에서 비양성자성 극성 용매 및 상기 열경화성 시스템에서 양성자성 극성 용매인, 페이스트.
  20. 청구항 18 또는 19에 있어서,
    상기 용매는 아세테이트 모이어티를 포함하는, 페이스트.
  21. 청구항 13 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매는, 상기 열가소성 중합체 시스템의 총 중량에 기초하여, 적어도 50 wt.%의 양으로 상기 열가소성 중합체 시스템에 존재하는, 페이스트.
  22. 청구항 13 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용매는, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 0.1 내지 20 wt.% 범위의 양으로 상기 페이스트에 존재하는, 페이스트.
  23. 청구항 1 내지 12 및 18 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열경화성 시스템의 총 중량에 기초하여, 65 wt.% 이하의 용매는 상기 열경화성 시스템에 존재하는, 페이스트.
  24. 청구항 1 내지 12, 18 내지 20 및 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 15 wt.% 이하의 용매는 페이스트에 존재하는, 페이스트.
  25. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    1 nm 내지 1 ㎛ 미만 범위의 직경을 갖는 Ag 입자의 총 중량 대 1 ㎛ 내지 1 mm 미만 범위의 직경을 갖는 Ag 입자의 총 중량의 비는 약 1 내지 약 9의 범위인, 페이스트.
  26. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ag 입자의 총 중량은, 상기 페이스트의 총 중량에 기초하여, 약 60 내지 약 95 wt.% 범위인, 페이스트.
  27. 전술된 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 페이스트의 총 중량에 기초하여 약 1 wt.% 이하의 유리를 함유하는, 페이스트.
  28. 하기 페이스트 구성분을 조합시키는 단계를 포함하는 페이스트의 제조 공정:
    a. 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만 범위의 직경 d50을 갖는 Ag 입자의 제1 부분;
    b. 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만 범위인 직경 d50을 갖는 Ag 입자의 또 다른 부분;
    c. 중합체 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 제1 부분의 중량 대 또 다른 부분의 중량의 비는 약 1:1 내지 약 10:1의 범위인, 페이스트의 제조 공정.
  30. 청구항 28 또는 29항에 있어서,
    상기 중합체 시스템은, 하기 시스템 구성분을 포함하는, 열경화성 시스템인 페이스트의 제조공정:
    i. 적어도 두 개의 불포화기를 갖는 가교 화합물,
    ii. 라디칼 발생제.
  31. 청구항 28 또는 29에 있어서,
    상기 중합체 시스템은, 하기 시스템 구성분을 포함하는, 열가소성 중합체 시스템인, 페이스트 제조공정:
    i. 열가소성 중합체,
    ii. 용매
  32. 청구항 29 또는 31에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 페이스트.
  33. 하기 전구체 부품을 포함하는 전구체:
    a. 청구항 1 내지 28 또는 32 중 어느 한 항에 따른 페이스트,
    b. 기판.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 기판은 온도 감응성인, 전구체.
  35. 청구항 33 또는 34에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 웨이퍼인, 전구체.
  36. 청구항 33 내지 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 p-n 접합을 포함하는, 전구체.
  37. 청구항 33 내지 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 제1 실리콘층을 포함하고, 제1 실리콘층의 50 wt.% 미만은 결정질인, 전구체.
  38. 청구항 33 내지 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 또 다른 실리콘층을 포함하고, 여기서 또 다른 실리콘층의 적어도 50 wt.%는 결정질인, 전구체.
  39. 청구항 33 내지 38 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 투명 전도성 층을 포함하는, 전구체.
  40. 청구항 39 항에 있어서,
    상기 투명 전도성 층은 전도성 중합체, 전도성 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된, 전구체.
  41. i) 청구항 33 내지 40 중 어느 한 항에 따른 전구체를 제공하는 단계;
    ii) 상기 전구체를 가열하여 장치를 얻는 가열 단계를 적어도 포함하는, 장치의 제조 공정.
  42. 청구항 41항에 있어서,
    상기 가열 단계는 약 70 내지 약 250 ℃ 범위의 온도에서 수행되는, 장치의 제조 공정.
  43. 청구항 41 또는 42에 있어서,
    상기 장치는 태양 전지인, 제조공정.
  44. 청구항 41 내지 43 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 얻어질 수 있는 장치.
  45. 장치 부품으로:
    i) 기판;
    ii) 전극을 적어도 포함하고;
    여기서, 상기 전극에 존재하는 금속성 입자는 약 1 nm 내지 약 1 ㎛ 미만 범위의 적어도 제1 최대값 및 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm 미만 범위의 적어도 또 다른 최대값을 갖는 다중-모달 직경 분포를 갖고;
    여기서 상기 제1 최대값 및 또 다른 최대값은 적어도 약 0.3 ㎛ 만큼 차이가 나며;
    여기서 1 ㎛ 내지 1 mm 미만 범위의 직경을 갖는 Ag 입자의 적어도 50 wt.%는 구형인, 장치.
  46. 청구항 44 또는 45에 따른 적어도 하나의 장치 및 적어도 또 다른 장치를 포함하는 모듈.
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