KR20160014503A - 태양전지 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 전도성 분말은 은(Ag) 분말 및 알루미늄(Al) 분말을 포함하며, 상기 은 분말은 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 50 중량% 이상 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 태양전지에 관한 것이다. 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 전도성 분말 중 은 분말의 입도분포를 조절하여 소성 온도는 낮춤으로써 최적 소성 온도 범위를 넓힐 수 있고, 이로부터 제조된 태양전지 전극은 직렬저항(Rs) 및 접촉저항(Rc)이 최소화되어 변환효율이 우수하다.
Description
본 발명은 태양전지 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 태양전지에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상·하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어 있다. 태양전지는 반도체 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다. 이러한 태양전지의 전극은 전극용 페이스트 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 형성될 수 있다.
특히, 소성형 태양전지 전극 형성용 조성물은 웨이퍼(Wafer)의 제조공정 내 산포(에미터 면저항의 두께, 플라즈마 화학기상 증착법으로 인한 반사 방지막의 두께, texturing 공정에서의 표면의 불균일도)에 의해 최적 소성 조건들이 변화하게 된다. 따라서 평균 효율을 향상시키기 위해서는 최적 소성 온도 범위가 넓은 전극 형성용 조성물의 개발이 필요하다.
또한, 결정형 실리콘계 태양전지의 제조에 있어, 실리콘 기판의 표면 처리, 반사 방지막 형성, 에미터층의 면저항의 두께의 불균일도에 의해 최적 소성 온도 조건이 변하게 된다. 웨이퍼 원본의 변동에 따른 최적 소성 온도의 변화는 태양전지 효율의 산포를 증가시켜 결과적으로 태양전지의 효율을 저해하는 한 요소로 인식되고 있다.
웨이퍼 원본 및 공정 조건의 변동에 의해 초래되는 최적 소성 조건의 변화를 최소화하여 태양전지의 효율을 높이기 위해서, 종래에는 소성 범위가 넓은 유리 프릿의 조성 설계를 통하여 해결하려는 접근이 있었다.
본 발명의 목적은 전도성 분말 중 은 분말의 입도분포를 조절하여 최적 소성 온도 범위를 넓힐 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 직렬저항(Rs) 및 접촉저항(Rc)을 최소화할 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환효율이 우수한 태양전지 전극 및 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 전도성 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 전도성 분말은 은(Ag) 분말 및 알루미늄(Al) 분말을 포함하며, 상기 은 분말은 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 50 중량% 이상 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물에 관한 것이다.
상기 은 분말은 평균입도(D50)가 상이한 2종 이상의 은 입자군을 포함하며, 상기 은 분말의 평균입도(D50)는 하기 식 1에 의거하여 측정 시 1.5㎛ 이상일 수 있다:
[식 1]
상기 식 1에서,
X1 : 제1 은 입자군의 함량(중량%),
X2 : 제2 은 입자군의 함량(중량%),
Xn : 제n 은 입자군의 함량(중량%),
Y1 : 제1 은 입자군의 평균입도(D50),
Y2 : 제2 은 입자군의 평균입도(D50).
Yn : 제n 은 입자군의 평균입도(D50).
상기 은 분말은 하기 식 2에 의한 평균입도(D90)가 2.4㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 10 중량% 이상 포함할 수 있다:
[식 2]
상기 식 2에서,
X1 : 제1 은 입자군의 함량(중량%),
X2 : 제2 은 입자군의 함량(중량%),
Xn : 제n 은 입자군의 함량(중량%),
Z1 : 제1 은 입자군의 평균입도(D90),
Z2 : 제2 은 입자군의 평균입도(D90).
Zn : 제n 은 입자군의 평균입도(D90).
상기 전도성 분말은 상기 알루미늄 분말과 상기 은 분말을 1 : 30 내지 1 : 45의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 산화붕소-산화비스무스계(B2O3-Bi2O3) 유리 프릿, 또는 산화납-산화붕소-산화비스무스계(PbO-B2O3-Bi2O3) 유리 프릿이며, 상기 산화붕소(B2O3)가 유리 프릿 중 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.
상기 유리 프릿은 산화텔루륨(TeO2), 산화리튬(Li2O), 산화아연(ZnO), 산화인(P2O5), 산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2), 산화스트론튬(SrO), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO), 산화인듐(In2O3), 산화바나듐(V2O5), 산화바륨(BaO), 산화니켈(NiO), 산화구리(Cu2O 또는 CuO), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5), 산화게르마늄(GeO2), 산화갈륨(Ga2O3), 산화칼슘(CaO), 산화비소(As2O3), 산화코발트(CoO 또는 Co2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO, Mn2O3 또는 Mn3O4), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 조성물은 전도성 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%;를 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 3.5 중량%를 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입도(D50)가 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 태양전지 전극에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 관점은 p형 기판 및 상기 p형 기판의 일면에 형성된 n형 에미터를 포함하는 웨이퍼; 상기 n형 에미터 상에 형성된 전면 전극; 및 상기 p형 기판의 타면에 형성된 후면 전극을 포함하며, 상기 전면 전극은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지에 관한 것이다.
상기 후면 전극은 알루미늄 페이스트로 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 n형 기판 및 상기 n형 기판의 일면에 형성된 p형 에미터를 포함하는 웨이퍼; 상기 p형 에미터 상에 형성된 전면 전극; 및 상기 n형 기판의 타면에 형성된 후면 전극을 포함하며, 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나 이상의 전극은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 전도성 분말 중 은 분말의 입도분포를 조절하여 소성 온도는 낮춤으로써 최적 소성 온도 범위를 넓힐 수 있고, 션팅(shunting) 현상을 방지할 수 있으며, 이로부터 제조된 태양전지 전극은 직렬저항(Rs) 및 접촉저항(Rc)이 최소화되어 변환효율이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
태양전지 전극 형성용 조성물
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 전도성 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 전도성 분말은 은(Ag) 분말 및 알루미늄(Al) 분말을 포함하며, 상기 은 분말은 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 50 중량% 이상 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
(A) 전도성 분말
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 전도성 분말로서 은(Ag) 분말 및 알루미늄(Al) 분말을 포함할 수 있다.
상기 은 분말 및 알루미늄 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입도를 갖는 분말일 수 있다.
상기 은 분말은 입도분포에 의한 평균입도가 상이한 2종 이상, 예를 들면 2 내지 1000 종의 은 입자군을 포함할 수 있다.
일 구체예로서, 상기 은 분말은 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 50 중량% 이상 포함할 수 있으며, 구체적으로는 50중량% 이상 80중량%이하로 포함할 수 있다. 상기 조건으로 은 분말과 알루미늄 분말을 혼합하여 사용시, 알루미늄 분말의 낮은 공융(eutectic) 특성에 기인하여 은 분말만을 사용한 경우에 비하여 소성 온도를 낮출 수 있다. 또한, 이러한 경우 후술할 유리 프릿의 반사 방지막 에칭 정도를 조절함과 동시에, 유리(glass) 내로 알루미늄의 용해 특성을 최대화시켜 접촉저항을 최소화할 수 있다.
상기 은 분말이 평균입도가 상이한 제1 은 입자군 내지 제n 은 입자군을 포함하는 경우, 상기 은 분말의 평균입도(D50)은 하기 식 1에 의거하여 계산할 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서,
X1 : 제1 은 입자군의 함량(중량%),
X2 : 제2 은 입자군의 함량(중량%),
Xn : 제n 은 입자군의 함량(중량%),
Y1 : 제1 은 입자군의 평균입도(D50),
Y2 : 제2 은 입자군의 평균입도(D50).
Yn : 제n 은 입자군의 평균입도(D50).
상기 식 1 에서, n 의 범위는, 예를 들면, 2 내지 1000, 2 내지 100 또는 2 내지 10일 수 있다. 더욱 구체적인 예시에서, 상기 n은 2 내지 5 일 수 있다.
다른 구체예로서, 상기 은 분말은 평균입도(D90)가 2.4㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 10 중량% 이상 포함할 수 있으며, 구체적으로는 10중량% 이상 80중량% 이하로 포함할 수 있다.
상기 은 분말이 평균입도가 상이한 제1 은 입자군 내지 제n 은 입자군을 포함하는 경우, 상기 은 분말의 평균입도(D90)는 하기 식 2에 의거하여 계산할 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서,
X1 : 제1 은 입자군의 함량(중량%),
X2 : 제2 은 입자군의 함량(중량%),
Xn : 제n 은 입자군의 함량(중량%),
Z1 : 제1 은 입자군의 평균입도(D90),
Z2 : 제2 은 입자군의 평균입도(D90).
Zn : 제n 은 입자군의 평균입도(D90).
상기 식 2 에서, n 의 범위는, 예를 들면, 2 내지 1000, 2 내지 100 또는 2 내지 10일 수 있다. 더욱 구체적인 예시에서, 상기 n은 2 내지 5 일 수 있다.
상기 평균입도(D50 또는 D90)는 이소프로필알코올(IPA)에 전도성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
상기 전도성 분말은 조성물 전체 중량 대비 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환효율이 낮아지는 것을 막을 수 있다. 일 구체예에서, 상기 전도성 분말은 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 또한, 상기 전도성 분말은 알루미늄 분말과 은 분말을 1 : 30 내지 1 : 45의 중량비로 포함할 수 있다. 상기 중량비로 포함시 전도성 분말은 공융 온도(eutectic temperature)에 따른 최적 소성 온도 범위를 넓힐 수 있으므로 공정성을 향상시킬 수 있고, 접촉저항을 최소화할 수 있다.
(B) 유리 프릿
유리 프릿(glass frit)은 전극 페이스트의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 전도성 분말을 용융시켜 저항이 낮아질 수 있도록 에미터 영역에 은 결정 입자를 생성시키고, 전도성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
태양전지의 변환효율(Efficiency)을 증가시키기 위하여 면저항을 증가시키면 태양전지의 접촉저항과 누설전류가 높아질 수 있으므로 pn 접합(pn junction)에 대한 피해를 최소화함과 동시에 직렬저항(Rs)을 최소화하고 개방전압(Voc)을 최대화시키는 것이 유리하다. 또한, 다양한 면저항을 가진 웨이퍼의 특성에 따라 소성 온도가 변동폭이 커지므로 넓은 소성 온도에서도 열안정성이 충분히 확보될 수 있는 유리 프릿을 사용할 수 있다.
일 구체예로서, 상기 유리 프릿은 산화붕소-산화비스무스계(B2O3-Bi2O3) 유리 프릿, 또는 산화납-산화붕소-산화비스무스계(PbO-B2O3-Bi2O3) 유리 프릿일 수 있다. 예를 들면, 상기 산화붕소(B2O3)는 유리 프릿 중 1 내지 30 중량% 또는 10 내지 25 중량%로 포함될 수 있으며, 상기 산화 비스무스(Bi2O3)는 유리 프릿 중 30 내지 80 중량% 또는 35 내지 78 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 변환효율(Efficiency)을 확보할 수 있다.
다른 구체예로서, 상기 유리 프릿은 산화텔루륨(TeO2), 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 산화바륨(BaO), 산화아연(ZnO), 산화인(P2O5), 산화규소(SiO2), 산화세륨(CeO2), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO), 산화인듐(In2O3), 산화바나듐(V2O5), 산화니켈(NiO), 산화구리(Cu2O 또는 CuO), 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5), 산화게르마늄(GeO2), 산화갈륨(Ga2O3), 산화비소(As2O3), 산화코발트(CoO 또는 Co2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO, Mn2O3 또는 Mn3O4), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 산화물로부터 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 기술된 금속 산화물의 조성으로 혼합한다. 혼합은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 혼합할 수 있다. 혼합된 조성물을 900℃ 내지 1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭(quenching)한다. 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 유리 프릿을 얻을 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입도(D50)가 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으며, 상기 유리 프릿의 형상은 구형이거나 부정형상이어도 무방하다.
또한, 상기 유리 프릿은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 20 중량% 포함될 수 있으며, 예를 들면, 0.5 내지 3.5 중량%로 포함할 수 있다.
(C) 유기 비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 페이스트 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있으며 에틸 셀룰로오스가 일반적으로 사용되는 수지이다. 그러나, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수도 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸센로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기 비히클의 배합량은 조성물 전체 중량에 대하여 1 내지 30 중량% 또는 5 내지 15 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
(D) 첨가제
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 조성물 전제 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 첨가되지만 필요에 따라 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다.
일 구체예로서, 본 발명의 태양전지는 p형 기판 및 상기 p형 기판의 일면에 형성된 n형 에미터를 포함하는 웨이퍼; 상기 n형 에미터 상에 형성된 전면 전극; 및 상기 p형 기판의 타면에 형성된 후면 전극을 포함하며, 상기 전면 전극은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 것일 수 있으며, 상기 후면 전극은 알루미늄 페이스트로 제조된 것일 수 있다. 상기 n형 에미터는 p형 기판의 일면에 5족 원소인 안티몬(Sb), 비소(As), 인(P) 등의 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, p형 기판(101) 및 n형 에미터(102)를 포함하는 웨이퍼(100) 상에, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 전면 전극(P+전극)(230)을 형성할 수 있으며, 후면에는 알루미늄 페이스트를 도포 후 소성하여 후면 전극(210)을 형성할 수 있다.
다른 구체예로서, 본 발명의 태양전지는 n형 기판 및 상기 n형 기판의 일면에 형성된 p형 에미터를 포함하는 웨이퍼; 상기 p형 에미터 상에 형성된 전면 전극; 및 상기 n형 기판의 타면에 형성된 후면 전극을 포함하며, 상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나 이상의 전극은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 것일 수 있다. 상기 p형 에미터는 n형 기판의 일면에 3족 원소인 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 불순물을 도핑하여 도핑하여 형성될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, n형 기판(101) 및 p형 에미터(102)를 포함하는 웨이퍼(100) 상에, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(N+전극)(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 웨이퍼의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 후면 전극(210)을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 전면에 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극(230)을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다.
이후에, 실측 온도 기준으로 400℃ 내지 850℃, 예를 들면, 600℃ 내지 750℃에서 30초 내지 60초 정도 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어 서는 안된다.
실시예
실시예에서 사용한 각 성분의 사양
(A1) 은 분말
하기 표 1의 입도분포를 갖는 은 분말을 사용하였다.
| 입자군 | 입도분포(㎛) | 제조사 및 제품명 | ||
| D10 | D50 | D90 | ||
| (A11) | 0.8 | 1.2 | 2.0 | DOWA社 2.5-8F |
| (A12) | 1.0 | 1.4 | 2.2 | DOWA社 3-11F |
| (A13) | 1.2 | 1.8 | 2.8 | DOWA社 4-11F |
| (A14) | 1.6 | 2.8 | 4.3 | DOWA社 5-11F |
(A2) 알루미늄 분말
평균입도(D50)가 4.6 ㎛인 Yuanyang社의 알루미늄 분말을 사용하였다.
(B) 유리 프릿
하기 표 2의 조성을 갖는 유리 프릿을 사용하였다.
| 유리 프릿의 조성(중량%) | |||
| PbO | B2O3 | Bi2O3 | |
| (B1) | 40 | 20 | 40 |
| (B2) | 0 | 23 | 77 |
| (B3) | 30 | 40 | 30 |
(C1)유기 비히클 (바인더)
유기바인더는 에틸셀룰로오스(Dow chemical company, STD4)를 사용하였다.
(C2)유기 비히클 (용매)
용매는 부틸 카비톨(Butyl Carbitol)을 사용하였다.
실시예 1 - 4 및 비교예 1 - 2
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스 (Dow chemical company, STD4)를 용매인 부틸 카비톨 (Butyl Carbitol)에 60℃에서 충분히 용해한 후, 상기 표 1의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-4-8), 알루미늄 분말 및 평균입도(D50)가 2㎛인 상기 표 2의 유리 프릿을 하기 표 3의 함량으로 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
P+ 전극의 접촉저항 특성을 구현하기 위하여, POCl3로 도핑된 P-type 기판(80Ω 단결정 형태임) 후면에는 알루미늄(Al) 페이스트를 도포 후 인쇄, 건조 하였으며, 전면에는 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 325 메쉬(mesh) 50㎛ 넓이로 인쇄, 건조 후 BTU 건조로 6 존 (setting temperature : 820 ℃)에서 belt speed 250 ipm 조건으로 소성하였다.
N+ 전극의 접촉저항 특성을 구현하기 위하여, 붕소로 도핑된 N-type 기판(70Ω 단결정 형태임)을 이용하여, 전면에는 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 325 메쉬 50㎛ 넓이로 인쇄, 건조하였으며, 후면에는 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 전면 인쇄와 동일한 조건으로 인쇄, 건조 후 BTU 건조로 6 존 (setting temperature : 900 ℃)에서 belt speed 250 ipm 조건으로 소성한 후, laser scriber를 이용하여 넓이 6mm, 길이 60 mm 로 cell을 절단하여, 접촉 저항을 측정하였다.
이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지효율 측정장비 (Pasan社, CT-801)를 사용하여 태양전지의 직렬저항(Rs) 및 변환효율(%)을 측정하였으며, NS tech 사의 4-point probe를 사용하여 접촉저항(Rc)을 측정하여, 하기 표 3에 함께 나타내었다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | 실시예4 | 비교예1 | 비교예2 | ||
| 은 분말 | (A11) | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 | 33 |
| (A12) | - | - | - | - | 52 | 52 | |
| (A13) | 52 | 42 | - | - | - | - | |
| (A14) | 10 | 52 | 52 | - | - | ||
| 알루미늄 분말(A2) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 유리프릿 | (B1) | 2.5 | 2.5 | 2.5 | - | 2.5 | - |
| (B2) | - | - | - | 2.5 | - | - | |
| (B3) | - | - | - | - | - | 2.5 | |
| 유기 비히클 | 바인더 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 용매 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | |
| 은분말 평균입도(㎛) |
D50 | 1.57 | 1.68 | 2.18 | 2.18 | 1.32 | 1.32 |
| D90 | 2.49 | 2.67 | 3.41 | 3.41 | 2.12 | 2.12 | |
| 직렬저항(mΩ) | 5.4 | 5.1 | 4.5 | 4.3 | 6.4 | 9.0 | |
| Efficeincy (%) | 17.69 | 17.75 | 17.92 | 18.26 | 14.56 | 10.76 | |
| 접촉저항 (Ω) |
N/P+전극 | 2.5 | 1.2 | 0.5 | 0.3 | 24.6 | 27.1 |
| N/N+전극 | 8.8 | 4.3 | 3.3 | 2.9 | 14.4 | 26.2 | |
(단위: 중량%)
상기 표 3의 결과값에서 보듯이, 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 50 중량% 이상 포함하는 실시예 1 내지 3은 평균입도(D50)가 1.5㎛ 미만인 비교예 1 및 2에 비하여 직렬저항 및 접촉저항이 낮고 변환효율이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 유리 프릿 내 산화붕소의 함량이 30 중량%를 초과하는 비교예 2의 경우 직렬저항 및 접촉저항이 높고 이로 인하여 변환효율이 저하된 것을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포한되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (13)
- 전도성 분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고,
상기 전도성 분말은 은(Ag) 분말 및 알루미늄(Al) 분말을 포함하며,
상기 은 분말은 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 50 중량% 이상 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 은 분말은 평균입도(D50)가 상이한 2종 이상의 은 입자군을 포함하며,
상기 은 분말은 하기 식 1에 의한 평균입도(D50)가 1.5㎛ 이상인 태양전지 전극 형성용 조성물:
[식 1]
상기 식 1에서,
X1 : 제1 은 입자군의 함량(중량%),
X2 : 제2 은 입자군의 함량(중량%),
Xn : 제n 은 입자군의 함량(중량%),
Y1 : 제1 은 입자군의 평균입도(D50),
Y2 : 제2 은 입자군의 평균입도(D50).
Yn : 제n 은 입자군의 평균입도(D50).
- 제2항에 있어서,
상기 은 분말은
하기 식 2에 의한 평균입도(D90)가 2.4㎛ 이상인 은 입자를 은 분말 전체 중량 대비 10 중량% 이상 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물:
[식 2]
상기 식 2에서,
X1 : 제1 은 입자군의 함량(중량%),
X2 : 제2 은 입자군의 함량(중량%),
Xn : 제n 은 입자군의 함량(중량%),
Z1 : 제1 은 입자군의 평균입도(D90),
Z2 : 제2 은 입자군의 평균입도(D90).
Zn : 제n 은 입자군의 평균입도(D90).
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 분말은 상기 알루미늄 분말과 상기 은 분말을 1 : 30 내지 1 : 45의 중량비로 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿은 산화붕소-산화비스무스계(B2O3-Bi2O3) 유리 프릿, 또는 산화납-산화붕소-산화비스무스계(PbO-B2O3-Bi2O3) 유리 프릿이며,
상기 산화붕소(B2O3)가 유리 프릿 중 1 내지 30 중량%로 포함되는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제5항에 있어서,
상기 유리 프릿은 산화텔루륨(TeO2), 산화리튬(Li2O), 산화아연(ZnO), 산화인(P2O5), 산화규소(SiO2), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2), 산화스트론튬(SrO), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO), 산화인듐(In2O3), 산화바나듐(V2O5), 산화바륨(BaO), 산화니켈(NiO), 산화구리(Cu2O 또는 CuO), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5), 산화게르마늄(GeO2), 산화갈륨(Ga2O3), 산화칼슘(CaO), 산화비소(As2O3), 산화코발트(CoO 또는 Co2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO, Mn2O3 또는 Mn3O4), 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 더 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 전도성 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%;를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 3.5 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿은 평균입도(D50)가 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극.
- p형 기판 및 상기 p형 기판의 일면에 형성된 n형 에미터를 포함하는 웨이퍼;
상기 n형 에미터 상에 형성된 전면 전극; 및
상기 p형 기판의 타면에 형성된 후면 전극을 포함하며,
상기 전면 전극은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
- n형 기판 및 상기 n형 기판의 일면에 형성된 p형 에미터를 포함하는 웨이퍼;
상기 p형 에미터 상에 형성된 전면 전극; 및
상기 n형 기판의 타면에 형성된 후면 전극을 포함하며,
상기 전면 전극 및 상기 후면 전극 중 하나 이상의 전극은 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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