KR20160012960A - 제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지 전극용 은 페이스트 - Google Patents

제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지 전극용 은 페이스트 Download PDF

Info

Publication number
KR20160012960A
KR20160012960A KR1020150105021A KR20150105021A KR20160012960A KR 20160012960 A KR20160012960 A KR 20160012960A KR 1020150105021 A KR1020150105021 A KR 1020150105021A KR 20150105021 A KR20150105021 A KR 20150105021A KR 20160012960 A KR20160012960 A KR 20160012960A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silver
paste composition
silver paste
silver powder
glass frit
Prior art date
Application number
KR1020150105021A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102563506B1 (ko
Inventor
이진권
김진현
강성구
김지현
심지명
Original Assignee
대주전자재료 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대주전자재료 주식회사 filed Critical 대주전자재료 주식회사
Publication of KR20160012960A publication Critical patent/KR20160012960A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102563506B1 publication Critical patent/KR102563506B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 은 페이스트 조성물에 관한 것으로, 상세하게, 하기 관계식 1에 따른 18 내지 29 ㎚의 결정 크기를 갖는 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클;를 포함하는 은 페이스트 조성물에 관한 것이다.
(관계식 1)
Figure pat00007

관계식 1에서, S는 Cu Kα를 이용한 상기 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 측정된 결정 크기를 의미하며, θ는 상기 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 일 회절 피크에서의 회절각도(°)이며, β는
Figure pat00008
이며, FWHM은 상기 일 회절 피크에서의 반가폭(°, Full Width Half Maximum)이다.

Description

제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지 전극용 은 페이스트{Silver Paste for Electrode of Solar Cell With Controlled Silver Crystalline Size}
본 발명은 제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지용 전도성 페이스트에 관한 것으로, 상세하게, 우수한 변환 효율 및 낮은 저항 특성을 갖는 전면 전극을 형성할 수 있는 태양전지용 전도성 페이스트에 관한 것이다.
화석 에너지의 고갈과 이의 사용에 의한 지구 환경적인 문제를 해결하기 위해 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능하며, 청정한 대체 에너지원에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 중에서 태양 빛으로부터 직접 전기적 에너지를 변화시키는 태양전지에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 여기서 태양전지란 태양빛으로부터 광 에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과를 이용하여 전류-전압을 생성하는 전지를 의미한다.
현재 광에너지 변환효율이 20%가 넘는 n-p 다이오드형 실리콘(Si) 단결정 기반 태양전지의 제조가 가능하여 실제 태양광 발전에 사용되고 있으며, 이보다 더 변환효율이 우수한 갈륨아세나이드(GaAs)와 같은 화합물 반도체를 이용한 무기 반도체 기반 태양전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
가장 일반적인 태양전지인 무기 반도체 기반 태양전지의 효율에 영향을 미치는 요소는 크게 세 가지로 구분될 수 있다.
태양전지의 효율을 높이기 위한 첫 번째 요소로, 태양전지는 빛의 흡수를 극대화 할 수 있는 구조의 디자인적 요소이다. 구체적인 일 예로, 결정질 실리콘 태양전지는 표면을 요철 형태로 조직화(texturing) 하여 반사율을 낮추는 구조, 전극의 면적을 최소화하는 전극 구조등을 들 수 있다.
태양전지의 효율을 높이기 위한 두 번째 요소는 빛에 의해 여기된 전자와 정공의 재결합에 의한 손실을 최소화하는 것이다. 구체적인 일 예로, 기판의 불순물 및 표면의 결함에 의해 재결합되어 소멸되는 것을 방지하기 위해, 불순물을 제거하는 게더링 공정 및 표면의 결함을 제거하는 부동태화(passivation) 공정을 등을 들 수 있다.
태양전지의 효율을 높이기 위한 세 번째 요소로, 태양전지는 전기 소자이기 때문에 캐리어의 이동 및 외부전극과의 접촉 과정에서 각종 전기적인 저항손실을 최소화할 수 있는 전극의 형성 및 소재 개발을 들 수 있다. 특히 어골(fish bone) 형태의 전면전극은 빛 가림손실(shading loss)은 최소화하면서 전기 전도도는 증대시켜야 하기 때문에 우수한 접착력과 낮은 접촉 저항 특성을 갖는 전극 페이스트의 개발이 요구되고 있다.
상술한 바와 같이, 태양전지 전극용, 특히 전면전극용 은 페이스트의 특성은 태양전지의 발전 특성에 크게 영향을 미치는데, 대한민국 공개특허 제2013-0090276호와 같이 요변성이 좋은 페이스트를 제공하여 고 종횡비를 갖도록 인쇄 특성을 향상시키거나, 대한민국 공개특허 제2013-0104614호와 같이 유리프릿의 물질 및 연화점등 조절하여 전극을 실리콘 기판에 균일하게 접촉시킴으로써 태양전지의 발전 특성을 향상시키는 등, 다양한 연구가 지속되고 있으나, 단락전류(Isc), 개방전압 (Voc) 및 충진율(fill factor; FF)을 모두 높일 수 있는 전도성 페이스트에 대한 요구는 계속되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제2013-0090276호 대한민국 공개특허 제2013-0104614호
본 발명은 우수한 변환 효율 및 낮은 저항 특성을 가져 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 전극용 은 페이스트를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 은 페이스트 조성물은 하기 관계식 1에 따른 18 내지 29 ㎚의 결정 크기를 갖는 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클;을 포함한다.
(관계식 1)
Figure pat00001
관계식 1에서, S는 Cu Kα를 이용한 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 측정된 결정 크기를 의미하며, θ는 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 일 회절 피크에서의 회절각도(°)이며, β는
Figure pat00002
이며, FWHM은 일 회절 피크에서의 반가폭(°, Full Width Half Maximum)이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 분말의 비표면적은 0.5 내지 10 ㎡/g일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 분말은 바이모달 이상의 크기 분포를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 분말은 평균 직경이 0.08 이상이고 3 ㎛ 이하인 제1 은 입자와 평균 직경이 0.03 이상이고 0.50 ㎛ 미만인 제2 은 입자를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 제1 은 입자 : 제2 은 입자의 중량비는 100 : 0.5 내지 20일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 페이스트 조성물은 65 내지 95 중량%의 은 분말을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 유리 프릿은 370 내지 440℃의 연화점을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 유리 프릿은 납 보로실리케이트계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 유리 프릿은 0.1 내지 3 ㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 페이스트 조성물은 1.0 내지 5.0 중량%의 유리 프릿을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 유기 비히클은 유기 바인더가 용매에 용해된 바인더 액일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 페이스트 조성물은 3 내지 30 중량%의 바인더 액을 함유할 수 있다.
본 발명은 상술한 은 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 포함하는 태양전지를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에 있어, 전극은 전면전극일 수 있다.
본 발명에 따른 은 페이스트 조성물은 태양전지의 전극, 특히 수광면(전면) 전극의 제조에 사용될 수 있으며, 우수한 변환 효율 및 저항 특성을 가져 태양전지 발전 효율을 향상시키는 장점이 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 은 분말의 X선 회절 결과를 도시한 도면이며,
도 2는 다른 일 실시예에 따른 은 분말의 X선 회절 결과를 도시한 도면이며,
도 3은 또 다른 일 실시예에 따른 은 분말의 X선 회절 결과를 도시한 도면이다.
이하 본 발명의 페이스트를 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 출원인은 태양전지 전극을 형성하기 위한 은 페이스트에 대한 연구를 수행한 결과, 놀랍게도, X-선 회절 패턴을 기반으로 산출되는 은 분말의 결정 크기가 전극의 접촉 저항에 현저한 영향을 미치는 것을 발견하고, 이러한 발견을 심화하여, 본 발명을 출원하기에 이르렀다.
본 발명에 따른 은 페이스트 조성물은 하기 관계식 1에 따른 18 내지 29 ㎚의 결정 크기를 갖는 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클;를 포함한다.
(관계식 1)
Figure pat00003
관계식 1에서, S는 Cu Kα를 이용한 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 측정된 결정 크기를 의미하며, θ는 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 일 회절 피크에서의 회절각도(°)이며, β는
Figure pat00004
이며, FWHM은 일 회절 피크에서의 반가폭(°, Full Width Half Maximum)이다.
이와 같이 관계식 1을 만족하는 결정크기를 가지는 은 분말을 사용함으로써 은의 소결 특성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여 전극의 저항을 낮추어 태양전지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 결정크기가 29 ㎚ 초과인 경우, 동일 소성 온도 조건에서 소결도를 저하시켜 전극의 저항을 높일 수 있어 좋지 않다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 관계식 1에 따른 결정크기를 만족하는 은 분말은, 유니 모달한 크기 분포를 갖는 1종의 은 분말 또는 서로 상이한 평균 직경을 갖는 2종 이상의 은 분말이 혼합된 것일 수 있다. 즉, 관계식 1에 따른 결정크기를 만족하는 은 분말은, 유니 모달한 크기 분포를 갖거나, 바이모달 이상의 크기 분포를 가질 수 있다.
이때, 서로 상이한 평균 직경을 갖는 2종 이상의 은 분말 각각의 평균 직경 및 서로 상이한 평균 직경을 갖는 2종 이상의 은 분말의 질량비를 제어하여, 관계식 1을 만족하는 은 분말이 제조될 수 있다.
상술한 관계식 1을 만족하는 결정 크기를 갖는 은 분말의 일 예로, 은 분말은 평균 직경이 0.08 이상이고 3 ㎛ 이하인 제 1 은 입자(입자군)와 평균 직경이 0.03 이상이고 0.50 ㎛ 미만인 제 2 은 입자(입자군)을 함유하는 혼합 분말일 수 있고, 제1 은 입자 : 제2 은 입자의 중량비는 100 : 0.5 내지 20일 수 있다.
보다 구체적으로는 제 1 은 입자의 평균 직경은 바람직하게는 0.08 내지 3 ㎛, 보다 바람직하게는 0.10 내지 2.5 ㎛, 가장 바람직하게는 0.30 내지 2.0 ㎛일 수 있다. 제 2 은 입자의 평균 직경은 바람직하게는 0.03 내지 0.50 ㎛, 보다 바람직하게는 0.05 내지 0.40 ㎛, 가장 바람직하게는 0.06 내지 0.30 ㎛일 수 있다. 평균 직경(입경)은 프리츠사 ANALYSETTE 22 입도 분석장비에 의해 측정된 값으로부터 (평균직경 분포 중 누적된 50% 지점) 계산된다.
관계식 1에 따른 결정 크기를 갖는 은 분말은 1차 입자 또는 1차 입자들이 응집된 2차 입자일 수 있으며, 은 분말은 구형, 응집형, 플레이크형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 관계식 1에 따른 결정크기를 만족하는 은 분말은 비표면적이 0.5 ~ 10 ㎡/g, 좋게는 0.5 ~ 3 ㎡/g일 수 있다. 관계식 1의 결정 크기를 만족하며, 상술한 비표면적을 만족하는 경우, 은 페이스트에 고 함량의 은 분말이 함유되어도, 우수한 인쇄적성을 가질 수 있으며, 이와 동시에 페이스트의 도포 후, 전극 형성을 위한 열처리시 치밀한 조직을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 은 페이스트 조성물은 65 내지 95 중량%, 좋게는 80 내지 95 중량%, 보다 좋게는 85 내지 95 중량%의 은 분말을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 무기 바인더로, 유리 프릿을 함유할 수 있다.
유리 프릿은 태양전지 전극을 제조하는데 사용되는 전도성 페이스트에 통상적으로 사용되는 유리 프릿이면 사용 가능하다. 구체적으로, 600 내지 850℃의 열처리시, 안정적으로 용융되며, 실리콘과 같은 무기 반도체 기반 태양전지에 습윤되고 접착되는 유리 프릿이면 무방하다.
유리 프릿의 비 한정적이며, 구체적인 일 예로, 유리 프릿은 산화납을 함유하는 납 유리 또는 산화비스무트 및 산화붕소를 함유하는 무연 유리일 수 있다. 납 유리계 프릿의 일 예로, 산화납-실리카를 함유하는 납 실리케이트계 유리를 들 수 있으며, 납 실리케이트계 유리는 산화납-산화보론-실리카를 함유하는 납 보로실리케이트계 유리나 산화납-산화텔레늄-실리카를 함유하는 납 텔레늄 실리케이트계 유리등을 들 수 있다. 무연 유리계 프릿의 일 예로, 산화비스무트-산화붕소-실리카-산화아연-산화알루미늄계 유리, 산화비스무트-산화붕소-실리카-산화스트론튬-산화알루미늄계 유리, 또는 산화비스무트-산화붕소-실리카-산화아연-산화타이타늄계 유리등을 을 수 있다. 이때, 상술한 납 유리 또는 무연 유리는 산화알루미나, 산화아연, 산화타이타늄, 산화란타늄, 산화탄탈륨, 산화하프늄, 산화인듐, 산화갈륨, 산화이트륨, 산화안티모니 및 산화이터븀에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 산화물을 더 함유할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물에 있어, 유리 프릿은 370 내지 440℃의 연화점을 갖는 것이 좋다. 유리 프릿의 연화점이 370℃ 미만인 경우, 도포된 은 페이스트의 열처리(600 내지 850℃) 공정 중에 유리 용융물의 점도가 과도하게 낮아져서, 어골과 같은 미세 구조의 전극 형성이 어려울 수 있으며, 전극의 두께 방향으로 균질한 전기전도도가 담보되지 않을 위험이 있다. 또한, 연화점이 440℃를 초과하는 경우, 유리 용융물의 점도가 높아져 충분한 접착 강도가 구현되지 않을 위험이 있으며, 은 분말의 소결을 촉진시키지 못하여 발전효과가 낮아질 위험이 있다.
인쇄 적성 측면에서, 유리 프릿은 0.1 내지 3 ㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
은 페이스트 조성물은 1.0 내지 5.0 중량%, 구체적으로는 1 내지 3 중량%의 유리 프릿을 함유할 수 있다. 유리 프리 유리 프릿의 함량이 1 중량% 미만인 경우, 접착 강도가 충분히 구현되지 않을 수 있으며, 유리 프릿과 무기 반도체간의 반응성이 부족하여 접촉저항이 증가할 수 있다. 또한, 유리 프릿의 함량이 5 중량%를 초과하는 경우, 과도한 유리 프릿의 함량에 의해, 유리 프릿이 전극 표면에 용출(부유)될 위험이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 은 페이스트 조성물의 점도를 조절하는 역할 및 고상 입자들의 분산매 역할을 하는 유기 비히클을 포함할 수 있다. 유기 비히클은 유기 바인더가 용매에 용해된 바인더 액일 수 있다.
유기 비히클의 유기 바인더 및 용매는 인쇄 적성을 갖도록 전도성 페이스트에 통상적으로 사용되는 유기 바인더이면 무방하다.
구체적이며, 비 한정적인 일 예로, 유기 바인더는 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리비닐 피롤리돈(PVP), 폴리불화 비닐리덴(PVDF), 자기 가교성 아크릴수지 에멀전, 하이드록시 에틸 셀룰로스(HEC), 카르복시메틸셀룰로스(CMC), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 니트로셀롤로오스(nitrocellulose), 젤라틴(gelatine), 폴리비닐부티랄(polyvinylbutyral), 폴리에테르-폴리올, 아민기가 말단처리되어 있는 폴리스티렌(PS-NH2), 하이드록시셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(ethylhydroxyethylcellulose), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 폴리(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산 및 부틸(Apxm)아크릴레이트 군에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적인 일 예로, 유기 바인더는 에틸셀룰로오스 및 아크릴 수지(폴리(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴산, 부틸(Apxm)아크릴레이트 또는 이들의 혼합물을 포함함)를 포함할 수 있으며, 에틸셀룰로오스 : 아크릴 수지의 중량비는 1 : 99 내지 50 : 50일 수 있다.
유기 비히클의 용매는 유기 바인더를 용해하는 유기 용매일 수 있는데, 구체적이며, 비 한정적인 일 예로, 파인유, 디에틸렌글리콜모노에틸아세테이트, 디에틸글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 테르피네올, 메틸 글루타르산, 딥틸프탈레이트, 디(2-에틸헥실)프랄레이트, 디에틸프탈레이트, 다이아이소노닐 아디프산 및 이염기성 에스테르(DBE, Dibasic ester)에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질일 수 있다.
은 페이스트 조성물의 인쇄 방법을 고려하여, 해당 인쇄 방법에 적절하도록, 유기 비히클에 함유되는 유기 바인더의 함량이 조절될 수 있다. 구체적인 일 예로, 유기 바인더가 에틸셀룰로오스 및 아크릴 수지를 함유하는 경우, 유기 비히클은 10 내지 30 중량%의 유기 바인더를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 유기 비히클의 함량을 조절하여 조절된 점도를 가질 수 있는데, 은 페이스트 조성물은 3 내지 30중량%, 구체적으로는 10 내지 20 중량%의 유기 비히클을 함유할 수 있다. 점도 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 브룩필드 HB 점도계로 #14 스핀들을 사용하고 홀더 컵(Sample Adaptor)을 이용하여 10rpm 및 25℃에서 측정한 경우 250 내지 350 kcps의 점도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 필요에 따라 전도성 입자를 함유하는 전도성 페이스트에 통상적으로 알려져 있는 첨가제를 더 함유할 수 있다. 첨가제의 일 예로 증점제, 안정화제, 분산제 및 칙소제 등에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질을 들 수 있다. 첨가제의 양은 최종적으로 얻어지는 도전성 페이스트의 특성에 의존하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 상술한 은 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 선택적으로 첨가제를 포함하는 원료를 물리적으로 혼합하여 제조될 수 있으며, 물리적 혼합은 3본롤 및 플래너터리(Planetary) 믹서를 이용하여 수행될 수 있으나, 본 발명이 은 페이스트 조성물의 구체적 제조방법에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 은 페이스트 조성물은 태양전지 전극용 페이스트일 수 있으며, 보다 특징적으로, 태양전지 전면전극용 페이스트일 수 있다.
본 발명은 상술한 은 페이스트 조성물을 이용한 태양전지 전극의 형성 방법을 포함한다.
구체적으로, 본 발명은 p-n 접합을 포함하는 광활성층이 구비된 무기 반도체 표면에 상술한 은 페이스트 조성물을 인쇄하는 단계; 인쇄된 은 페이스트 조성물을 열처리하여 전극을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
은 페이스트 조성물이 인쇄되는 무기 반도체의 표면은 수광면 및/또는 수광면의 대향면일 수 있다. 수광면이나 그 대향면에는 반사방지막 및/또는 패시베이션막이 형성된 상태일 수 있으며, 무기 반도체의 수광면은 역 피라미드 형상의 미세 요철이 배열된 조직화(texturing)된 표면일 수 있다.
은 페이스트 조성물의 인쇄는 스크린 프린팅, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄, 롤투롤 인쇄, 잉크젯 인쇄, 에어로졸 또는 제트 프린팅에서 하나 이상 선택된 방법으로 수행될 수 있으며, 공정 단가 및 양산성 측면에서 스크린 프린팅으로 수행될 수 있다.
은 페이스트 조성물은 수광면 단독, 대향면 단독 또는 수광면과 대향면 모두에 인쇄될 수 있으며, 수광면과 대향면 각각에 은 페이스트 조성물이 인쇄되는 경우, 수광면과 대향면 모두에 인쇄가 수행된 후 단일한 열처리에 의해, 인쇄(도포)된 은 페이스트 조성물의 전극화가 이루어질 수 있다.
열처리는 600 내지 850℃의 온도로 수행될 수 있으나, 본 발명이 인쇄(도포)된 은 페이스트 조성물의 열처리 온도에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
본 발명은 상술한 은 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 포함하는 태양전지를 포함한다. 즉, 본 발명은 상술한 은 페이스트 조성물로부터 유도된 막을 전극으로써 포함하는 태양전지를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지에 있어, 전극은 전면전극일 수 있다.
이하 하기 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1~4 및 비교예 1~2)
하기 표 1을 만족하도록, 은 분말, 유리 프릿, 유기 비히클, 유기용매, 소결 억제제 및 첨가제를 혼합하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다. 모든 은 페이스 조성물은 제 1 은분말의 결정크기를 달리한 것 외의 모든 공정 조건을 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 상세하게, 은 페이스트 조성물 전체 중량을 기준으로 제 1 은분말 87.15 중량%, 제 2 은분말 0.50 중량%, 유리 프릿 1.71 중량%, 유기 비히클 7.26 중량%, 유기용매 2.72 중량%, 소결 억제제 0.05 중량% 및 첨가제 0.61 중량%를 혼합하여 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
실시예 1~4 및 비교예 1~2에서 사용된 제 1 은분말의 결정크기는 X선 회절 결과를 바탕으로 관계식 1을 이용하여 계산하였으며, 이때, 제 1 은분말의 X선 회절 분석 결과는 X-RAY 회절분석기(RIGAKU GEIGERFLEX사)를 사용하여 Cu 1.54056Å 측정에 사용된 X선 파장을 이용하여 얻어지는 값이다. 측정 시료는 제 1 은분말 5g을 사용하였으며, 2θ(회절각) 20~80° 범위에서 측정하였다. 스캔 속도는 1분당 5°의 속도로 측정하였다.
유리 프릿은 연화 온도가 300℃이고 최대 입자 크기가 6 ㎛ 이하인 납 보로실리케이트 유리 프릿을 사용하였으며, 유기 비히클은 유기 비히클 전체 중량 중 4 중량%의 유기 바인더가 유기 용매에 용해된 용액을 사용하였다. 상세하게, 유기 바인더는 에틸셀룰로오스와 폴리아크릴레이트 수지(제품명 : ELVASITE 2028, 미국 Lucite International)가 30(에틸셀룰로오스):70(폴리아크릴레이트 수지)의 중량비로 혼합된 혼합물이었으며, 유기 용매는 트리메틸펜타디올모노아이소부티레이트와 디에틸렌글리콜모노에틸아세테이트가 80(트리메틸펜타디올모노아이소부티레이트): 20(디에틸렌글리콜모노에틸아세테이트)의 중량비로 혼합된 혼합용매였다.
은 분말, 유리 프릿, 유기 비히클, 유기용매, 소결 억제제 및 첨가제 혼합은 삼본롤밀로 수행되었으며, 삼본롤밀에 의한 혼합 및 분쇄에 의해, 점도 280kcps(브룩필드 HB 점도계로 #14 스핀들을 이용하고 유틸리티 컵을 이용하여 10rpm, 25℃에서 1분간 측정)를 갖는 은 페이스트 조성물을 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
제 1
은분말		 결정크기(㎚) 19.5 24.5 27.5 29.0 30.0 30.5
입경 (㎛) 1.40 1.38 1.43 1.50 1.39 1.49
제 2
은분말		 결정크기(㎚) 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5 23.5
입경 (㎛) 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12
(실시예 5)
실시예 1~4 또는 비교예 1~2에서 제조된 은 페이스트 조성물 각각을 이용하여 태양전지를 제조하였다.
우선 실리콘 태양전지 기판을 준비하였다. 이 실리콘 기판 이면측(수광면의 대향면)에 리본 접합용으로, 실시예 1(또는 실시예 2~4 또는 비교예 1~2)에서 제조된 은 페이스트 조성물을 스크린 인쇄에 의해 도포하고 건조하였다. 이어서 건조한 은 페이스트와 일부 겹치도록 이면 전극용 알루미늄 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포하고 건조하였다. 각 페이스트의 건조온도는 250℃로 하였다. 또한 이면의 각 전극의 건조 후 도막 두께는 은 페이스트가 5 ㎛, 알루미늄 페이스트가 20 ㎛이었다.
이어, 실시예 1(또는 실시예 2~4 또는 비교예 1~2)에서 제조된 은 페이스트를 태양광이 흡수되는 수광면에 스크린 인쇄하여, 일정한 패턴으로 도포하고 건조하였다. 인쇄기는 ASYS COMPANY에서 제조한 것이다. 스크린 인쇄시, 450㎜× 450㎜ 프레임의 스테인레스 와이어 400메쉬를 사용하였다. 스크린 인쇄 패턴은 60μm 선폭의 핑거 라인 80개와 1.5㎜ 폭의 3개의 버스라인으로 하였다. 스크린 인쇄 후 건조된 도막 두께는 19㎛이었으며, 건조온도는 250℃였다. 얻어진 태양전지 실리콘 기판을 벨트타입 소성로에서 피크온도 약 810℃에서 IN-OUT 약 1분의 조건으로 동시에 소성하여 목적하는 태양전지를 제조하였다.
제조된 은 페이스트를 태양광이 흡수되는 수광면에 스크린 인쇄하여, 일정한 패턴으로 도포하고 건조하였다. 인쇄기는 ASYS COMPANY에서 제조한 것이다. 스크린 인쇄시, 450㎜× 450㎜ 프레임의 스테인레스 와이어 400메쉬를 사용하였다. 스크린 인쇄 패턴은 60㎛ 선폭의 핑거 라인 80개와 1.5㎜ 폭의 3개의 버스라인으로 하였다. 스크린 인쇄 후 건조된 도막 두께는 19㎛이었으며, 건조온도는 250℃였다. 얻어진 태양전지 실리콘 기판을 벨트타입 소성로에서 피크온도 약 810℃에서 IN-OUT 약 1분의 조건으로 동시에 소성하여 목적하는 태양전지를 제조하였다.
제조된 태양전지 기판의 전기적 특성(I-V특성)을 ORIEL사 제조의 솔라 시뮬레이터 (SOL3A)를 사용하여 테스트하였다. 각 페이스트당 10매의 샘플을 제조하고 10매 샘플의 평균치를 사용하였으며, 제조된 태양전지의 특성을 표 2에 정리 도시하였다. 실시예 1~4 및 비교예 1~2의 결과는 비교예 1의 변환효율, 개방전압, 곡선인자, 단락전류 및 선저항을 기준으로 하여, 상대적인 값(%)을 기재하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
변환효율 (Eff) 101.8 101.3 102.8 101.2 100.0 97.2
개방전압 (VOC) 100.6 101.1 100.9 101.0 100.0 99.8
곡선인자 (FF) 101.6 101.9 101.7 101.8 100.0 97.2
단락전류 (Isc) 100.0 100.2 100.8 100.1 100.0 99.9
선저항 (mΩ) 99.4 96.3 96.5 95.0 100.0 101.8
표 2에 정리 도시한 바와 같이, 은 분말의 결정 크기를 달리함에 따라 개방전압, 곡선인자, 단락전류, 선저항 등의 특성이 향상되어, 우수한 태양전지 발전 효율을 가짐을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예, 비교예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 하기 관계식 1에 따른 18 내지 29 ㎚의 결정 크기를 갖는 은 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클;을 포함하는 은 페이스트 조성물.
    (관계식 1)
    Figure pat00005

    (관계식 1에서, S는 Cu Kα를 이용한 상기 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 측정된 결정 크기를 의미하며, θ는 상기 은 분말의 X선 회절 분석 결과에서 일 회절 피크에서의 회절각도(°)이며, β는
    Figure pat00006
    이며, FWHM은 상기 일 회절 피크에서의 반가폭(°, Full Width Half Maximum)이다)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 은 분말의 비표면적은 0.5 내지 10 ㎡/g인 은 페이스트 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 은 분말은 바이모달 이상의 크기 분포를 갖는 은 페이스트 조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 은 분말은 평균 직경이 0.08 이상이고 3 ㎛ 이하인 제1 은 입자와 평균 직경이 0.03 이상이고 0.50 ㎛ 미만인 제2 은 입자를 함유하는 전도성 페이스트 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 은 입자 : 상기 제2 은 입자의 중량비는 100 : 0.5 내지 20인 전도성 페이스트 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 은 페이스트 조성물은 65 내지 95 중량%의 상기 은 분말을 함유하는 은 페이스트 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 370 내지 440℃의 연화점을 갖는 은 페이스트 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 납 보로실리케이트계인 은 페이스트 조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 0.1 내지 3 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는 은 페이스트 조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 은 페이스트 조성물은 1.0 내지 5.0 중량%의 상기 유리 프릿을 함유하는 은 페이스트 조성물.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 유기 비히클은 유기 바인더가 용매에 용해된 바인더 액인 은 페이스트 조성물.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 은 페이스트 조성물은 3 내지 30 중량%의 상기 바인더 액을 함유하는 은 페이스트 조성물.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 선택되는 어느 한 항의 은 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 포함하는 태양전지.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 전극은 전면전극인 태양전지.
KR1020150105021A 2014-07-24 2015-07-24 제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지 전극용 은 페이스트 KR102563506B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140093678 2014-07-24
KR1020140093678 2014-07-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160012960A true KR20160012960A (ko) 2016-02-03
KR102563506B1 KR102563506B1 (ko) 2023-08-07

Family

ID=55355848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150105021A KR102563506B1 (ko) 2014-07-24 2015-07-24 제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지 전극용 은 페이스트

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102563506B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113677458A (zh) * 2019-03-29 2021-11-19 大洲电子材料株式会社 混合银粉和包含其的导电糊

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100868621B1 (ko) * 2005-12-21 2008-11-13 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 태양 전지 전극용 페이스트, 태양 전지 전극의 제조 방법,및 태양 전지
KR20130062191A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 제일모직주식회사 태양전지 전극용 페이스트 조성물, 이를 이용하여 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지
KR20130090276A (ko) 2012-02-03 2013-08-13 애경화학 주식회사 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트
KR20130104614A (ko) 2012-03-14 2013-09-25 주식회사 다이온 유리 프릿, 이를 포함하는 페이스트 조성물 및 상기 페이스트 조성물을 이용한 실리콘 태양전지
KR20140053435A (ko) * 2012-10-25 2014-05-08 대주전자재료 주식회사 태양전지 전극용 은 페이스트 조성물

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100868621B1 (ko) * 2005-12-21 2008-11-13 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 태양 전지 전극용 페이스트, 태양 전지 전극의 제조 방법,및 태양 전지
KR20130062191A (ko) * 2011-12-02 2013-06-12 제일모직주식회사 태양전지 전극용 페이스트 조성물, 이를 이용하여 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지
KR20130090276A (ko) 2012-02-03 2013-08-13 애경화학 주식회사 인쇄특성이 우수한 태양전지 전극 페이스트용 아크릴 바인더 및 이를 이용한 태양전지 전극 페이스트
KR20130104614A (ko) 2012-03-14 2013-09-25 주식회사 다이온 유리 프릿, 이를 포함하는 페이스트 조성물 및 상기 페이스트 조성물을 이용한 실리콘 태양전지
KR20140053435A (ko) * 2012-10-25 2014-05-08 대주전자재료 주식회사 태양전지 전극용 은 페이스트 조성물

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113677458A (zh) * 2019-03-29 2021-11-19 大洲电子材料株式会社 混合银粉和包含其的导电糊
CN113677458B (zh) * 2019-03-29 2024-03-29 大洲电子材料株式会社 混合银粉和包含其的导电糊

Also Published As

Publication number Publication date
KR102563506B1 (ko) 2023-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109014180B (zh) 包含铅氧化物和碲氧化物的厚膜糊料及其在半导体装置制造中的用途
KR101552745B1 (ko) 유리 프릿
JP5591716B2 (ja) 有機金属修飾剤を有する導電性インク
EP2720231B1 (en) Electro-conductive pastes with salts with an anion consisting of halogen and oxygen in solar cell applications
TWI585781B (zh) 厚膜導電組合物及其用途
SG189668A1 (en) Electroconductive paste composition containing metal nanoparticles
CN102324266B (zh) 无玻璃粉晶体硅太阳能电池铝浆及其制备方法
JP2018078120A (ja) 酸化アンチモンを含有する厚膜組成物および半導体デバイスの製造におけるその使用
WO2015039023A1 (en) Electroconductive paste with adhesion promoting glass
TW201840496A (zh) 玻璃料、導電膠及導電膠的用途
TW201737502A (zh) 導電性膏及太陽能電池
US20120325307A1 (en) Low bow aluminum paste with an alkaline earth metal salt additive for solar cells
EP2474983A1 (en) Electrically conductive paste, electrode for semiconductor device, semiconductor device, and process for production of semiconductor device
US20210292574A1 (en) Print-on pastes with metal-based additives for modifying material properties of metal particle layers
KR101974096B1 (ko) 알루미늄-기반 조성물 및 알루미늄-기반 조성물을 포함한 태양전지
EP2848657A1 (en) Electroconductive paste with adhesion promoting glass
KR20160012093A (ko) 소결 억제제를 포함하는 태양전지 전극용 전도성 페이스트
KR102563506B1 (ko) 제어된 결정크기를 갖는 은 입자를 포함하는 태양전지 전극용 은 페이스트
WO2012083154A1 (en) Low bow aluminum paste with an alkaline earth metal salt additive for solar cells
KR101053913B1 (ko) 도전성 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양 전지용 전극 제조방법
TWI432392B (zh) 玻璃料
WO2016193209A1 (en) Conductive paste and process for forming an electrode on a p-type emitter on an n-type base semiconductor substrate
KR101888054B1 (ko) 전극용 페이스트 조성물, 이로부터 제조된 알루미늄 전극 및 태양전지
KR20170066716A (ko) 태양전지용 전극 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant