KR20180039523A - 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 - Google Patents

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 Download PDF

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Abstract

도전성 분말, 유리 프릿, 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.2㎶/mgㆍ℃이고, 상기 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 300℃ 내지 540℃인, 태양전지 전극 형성용 조성물 및 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극이 제공된다.

Description

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극{COMPOSITION FOR FORMING SOLAR CELL ELECTRODE AND ELECTRODE PREPARED USING THE SAME}
본 발명은 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 소성형 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유리 프릿의 고온 예를 들면 소성 온도에서의 거동을 제어함으로써 소성시 전극 퍼짐을 제어하여 태양전지의 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 높이고, 기판에 대한 접착력을 높일 수 있는, 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다.
실리콘계 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층으로 이루어져 있다. p형의 기판과 n형의 에미터층 사이에는 p-n 접합이 형성되어 있다. 이와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과에 의해 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터 층에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 에미터층 상부와 하부에 접합된 전면 전극 및 후면 전극으로 이동하여, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다. 통상적으로 상기 전면 전극의 형성을 위해서는 은 분말 페이스트가 사용된다.
은 분말 페이스트의 또 다른 구성 요소인 유리 프릿은 전극의 소결성을 도와줄 뿐 아니라, 실리콘 기판 위에 증착된 SiNx를 에칭하여 전극의 contact이 이루어질 수 있게 한다. 그러나, 유리 프릿은 고온 소성 도중 액상이 되어 흐름성이 발생하게 될 수 있다. 고온 거동이 심한 유리 프릿일수록 전극 에지(edge) 주위로 많이 번지게 되어 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 저하시킬 수 있다.
소성 도중의 유리 프릿 번짐 현상을 제어하고자, 무기물 필러를 사용하거나, 고온에서 유리가 액상화가 되었을 때 거동성을 억제하기 위해 고온에서 점도가 높은 조성으로 페이스트 조성을 설계하고 있다. 그러나, 소성 도중 이루어지는 실리콘 웨이퍼와 전극간의 접촉을 위해서는 일정 온도에서 웨이퍼와 전극 사이에 균일하게 존재할 수 있도록 충분히 낮은 점도의 액상이 되어야 한다. 또한 불필요한 무기물 필러도 전극 접촉을 방해하는 요소이다.
따라서, 일정 구간에서 유리 프릿이 결정화로 존재하도록 하여 상기 번짐을 억제하는 것이 바람직하다. 한편, 유리 프릿의 결정화가 심할 경우에는 웨이퍼 표면의 SiNx와의 반응성이 저하되기 때문에 etching이 원활히 되지 않아 전극 접촉에 문제가 발생할 수도 있다.
본 발명의 배경 기술은 일본공개특허 제2015-144162호 등에 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전극 소성시 전극 퍼짐을 억제하여 태양전지의 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 높일 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 기판에 대한 접착력을 높일 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 직렬저항(Rs)을 낮출 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 형성된 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿, 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 하기 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.2㎶/mgㆍ℃이고, 상기 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 300℃ 내지 540℃일 수 있다:
<식 1>
Figure pat00001
(상기 식 1에서, 상기 유리 프릿을 승온 속도 10℃/분에 따른 시차 열분석 결과를 미분하였을 때,
△T는 상기 유리 프릿의 최초 결정화 종료 온도 Tcf와 상기 유리 프릿의 결정화 개시 온도 Tcs의 차이(단위: ℃),
△H는 상기 유리 프릿의 최초 결정화 온도 Tc와 상기 유리 프릿의 결정화 개시 온도 Tcs에서 상기 시차 열분석 결과를 미분한 값의 차이(단위: ㎶/mg).
일 구체예에서, 상기 유리 프릿은 상기 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.15㎶/mgㆍ℃이고, 상기 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 350℃ 내지 540℃ 일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 유리 프릿은 비스무트(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 결정형 유리 프릿을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 유리 프릿은 납(Pb), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 붕소(B) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 유리 프릿은 상기 △T는 30℃ 내지 100℃ 일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%, 상기 유리 프릿 0.1중량% 내지 20중량%, 상기 유기 비히클 1중량% 내지 30중량%을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 모노 웨이퍼에 대해 사용될 수 있다.
본 발명의 태양전지 전극은 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조될 수 있다.
본 발명은 전극 소성시 전극 퍼짐을 억제하여 태양전지의 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 높일 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하였다.
본 발명은 기판과의 접착력을 높일 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하였다.
본 발명은 직렬저항(Rs)을 낮출 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하였다.
본 발명은 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 형성된 태양전지 전극을 제공하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유리 프릿의 DTA 결과의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유리 프릿의 DTA 결과 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
태양전지 전극 형성용 조성물
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 하기 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.2㎶/mgㆍ℃이고, 상기 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 300℃ 내지 540℃일 수 있다.
이하, 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물의 각 성분에 대해 보다 자세하게 설명한다.
도전성 분말
도전성 분말은 전기 전도성을 부여하기 위한 것이다. 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말로서 은(Ag) 또는 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 분말을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 은 분말을 사용할 수 있다. 도전성 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있으며, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 은 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 분말일 수 있다. 또한, 도전성 분말로 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
도전성 분말은 입자 형상이 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면, 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 제한 없이 사용될 수 있다.
도전성 분말의 평균입경(D50)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 상기 범위 내에서, 접촉저항과 선 저항이 낮아지는 효과를 가질 수 있다. 상기 평균입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 60중량% 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 도전성 분말의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 태양전지의 변화 효율이 우수하게 나타나며, 페이스트화가 원활하게 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 70중량% 내지 90중량%로 포함될 수 있다.
유리 프릿
유리 프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 도전성 분말을 용융시켜 에미터 영역에 금속 결정 입자를 생성시키기 위한 것이다. 유리 프릿은 소결 시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
본원 발명의 발명자는 유리 프릿을 x축을 온도(단위: ℃), y축을 전압(단위: ㎶)으로 하고, 승온 속도 10℃/분으로 시차 열분석(differential thermal analysis, DTA)한 후 미분하였다. 이때, 유리 프릿의 최초 결정화 종료 온도 Tcf와 결정화 개시 온도 Tcs의 차이 △T(Tcf - Tcs)와, 최초 결정화 온도 Tc와 결정화 개시 온도 Tcs에서 상기 시차 열분석 결과를 미분한 값의 차이를 사용하여 정의되는 하기 식 1의 A 값을 제어하고, 최초 결정화 온도 Tc를 제어함으로써, 소성시 유리 프릿의 심한 거동으로 인하여 발생하는 전극 퍼짐을 낮추어 태양전지의 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 높일 수 있음을 발견하였다. 상기 식 1의 A 값은 고온에서 유리 프릿의 결정화 성향을 나타내며, 소성시 유리 프릿의 고온에서의 결정화로 인한 거동 정도를 평가함으로써 전극의 퍼짐을 평가할 수 있게 하는 것이다.
<식 1>
Figure pat00002
(상기 식 1에서, 상기 유리 프릿을 승온 속도 10℃/분에 따른 시차 열분석 결과를 미분하였을 때,
△T는 상기 유리 프릿의 최초 결정화 종료 온도 Tcf와 상기 유리 프릿의 결정화 개시 온도 Tcs의 차이(단위: ℃),
△H는 상기 유리 프릿의 최초 결정화 온도 Tc와 상기 유리 프릿의 결정화 개시 온도 Tcs에서 상기 시차 열분석 결과를 미분한 값의 차이(단위: ㎶/mg)).
구체적으로, 유리 프릿은 상기 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.2 ㎶/mgㆍ℃일 수 있다. 상기 범위에서, 고온에서 유리 프릿의 거동을 제어함으로써 소성시 유리 프릿의 퍼짐을 낮추어 단락전류(Isc)를 높일 수 있고, 웨이퍼의 손상을 억제하여 태양전지의 개방전압(Voc)을 높일 수 있다. 또한, 상기 범위에서, 모노 웨이퍼 또는 폴리 웨이퍼에 대해 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 높이는 효과가 있으며 특히 모노 웨이퍼에 대하여 효과가 좋을 수 있다.
구체적으로, 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 300℃ 내지 540℃일 수 있다. 상기 범위에서, 전극과 웨이퍼 사이의 충분한 contact이 이루어진 후 유리의 결정화가 진행됨에 따라, 결정화에 따른 접촉저항 상승효과가 발생하지 않을 수 있다.
바람직하게는, 상기 식 1의 A 값은 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.15㎶/mgㆍ℃ 이하가 될 수 있고, 최초 결정화 온도는 350℃ 내지 540℃일 수 있다. 상기 범위에서, 접착력이 상승하는 효과가 더 있을 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 형성시 기판에 대한 접착력은 3.0N/mm 이상, 바람직하게는 3.5N/mm 내지 6.0N/mm일 수 있다.
상기 △T는 30℃ 내지 100℃일 수 있다. 상기 범위에서, 전극 번짐을 억제할 수 있는 결정 생성효과가 있을 수 있다.
도 1을 참고하면, 유리 프릿의 시차 열분석 결과에 의해 식 1의 A 값과 결정화 온도를 나타낸다. 도 1을 참고하면, 유리 프릿을 열분석한 결과 최초 결정화 온도 Tc, 결정화 개시 온도 Tcs, 최초 결정화 종료 온도 Tcf를 정할 수 있고, △T 내에서 Tc와 Tcs에서의 △H를 산출할 수 있다. 도 1은 결정화 온도, 결정화 종료 온도가 각각 1개 나타나는 유리 프릿의 시차 열분석 결과를 미분한 것을 나타낸 것이다.
도 2를 참고하면, 유리 프릿의 시차 열분석 결과 결정화 온도 Tc1, 결정화 온도 Tc2로 결정화 온도가 2개 이상 나타날 경우(Tc1 < Tc2), 최초 결정화 온도 Tc1으로 상기 식 1의 A 값을 산출하고, 최초 결정화 종료 온도 Tcf로 △T를 산출한다. 최초 결정화 종료 온도는 결정화 온도 Tc1, 결정화 온도 Tc2 사이에 변곡점으로 나타난다.
유리 프릿은 비스무트(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 결정형 유리 프릿일 수 있다. 유리 프릿은 납(Pb), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 붕소(B) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 유리 프릿은 비스무트, 텔루륨을 포함하는 비스무트-텔루륨(Bi-Te-O)계 2성분 유리 프릿, 납-비스무트-텔루륨(Pb-Bi-Te-O)계 3성분 유리 프릿, 또는 리튬-비스무트-텔루륨(Li-Bi-Te-O)계 3성분 유리 프릿을 포함할 수 있다.
유리 프릿은 상기 결정화 온도와 상기 식 1의 A 값을 갖는다면, 당해 기술 분야에서 사용되는 통상의 방법으로 제조될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 유리 프릿은 상기 기술된 조성을 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill) 등을 사용하여 혼합한 후, 혼합된 조성물을 900℃ 내지 1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ??칭(quenching)한 다음, 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 얻을 수 있다.
유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛ 일 수 있다.
유리 프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물의 전체 중량 중 0.1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 0.5중량% 내지 10중량% 로 포함될 수 있다. 상기 범위로 함유되는 경우, 다양한 면저항 하에서 pn 접합 안정성을 확보할 수 있고 저항을 최소화시킬 수 있으며, 종국적으로 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
유기 비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기비히클이 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.
용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 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.
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 1중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
첨가제
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기에서 기술한 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. 첨가제는 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지(100)는 기판(10), 기판(10)의 전면에 형성된 전면전극(23), 및 기판(10)의 후면에 형성된 후면전극(21)을 포함한다.
일 실시예의 기판(10)은 PN접합이 형성된 기판일 수 있다. 구체적으로, 기판(10)은 반도체 기판(11) 및 에미터(12)를 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 기판(10)은 P형 반도체 기판(11) 일면에 N형 도펀트를 도핑하여 N형 에미터(12)가 형성된 기판 수 있다. 또는, 기판(10)은 N형 반도체 기판(11) 일면에 P형 도펀트를 도핑하여 P형 에미터(12)가 형성된 기판일 수도 있다. 이 때, 반도체 기판(11)은 P형 기판 또는 N형 기판 중 어느 하나를 의미한다. 상기 P형 기판은 P형 도펀트(dopant)로 도핑되는 반도체 기판(11)이고, N형 기판은 N형 도펀트로 도핑되는 반도체 기판(11)일 수 있다.
본 명세서에서, 기판(10) 및 반도체 기판(11) 등을 설명함에 있어서, 광이 입사되는 측의 표면은 전면(수광면)이라 한다. 또한 상기 전면과 대향하는 측의 표면은 후면이라 한다.
일 실시예의, 반도체 기판(11)은 결정질 규소 또는 화합물 반도체로 만들어질 수 있다. 이 때, 결정질 규소는 단결정 또는 다결정일 수 있다. 결정질 규소로는 예를 들면, 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다.
이러한 경우, P형 도펀트는 보론, 알루미늄, 갈륨과 같은 주기율표 Ⅲ족 원소를 포함하는 물질일 수 있다. 또한, N형 도펀트는 인, 비소, 안티몬과 같은 주기율표 V족 원소를 포함하는 물질일 수 있다.
상기 전면 전극(23)은 상기한 본 발명에 따른 전극 형성용 조성물을 이용하여 제조된 것일 수 있다. 바람직하게는 전면 전극(23)은 도전성 분말로 은 분말을 사용한 조성물을 이용하여 제조될 수 있으며, 후면 전극(21)은 도전성 분말로 알루미늄 분말을 사용한 조성물을 이용하여 제조될 수 있다. 상기 전면 전극(23)은 에미터(12)의 상부에 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 형성할 수 있으며, 후면에는 상기 후면 전극(21)은 반도체 기판(11)의 후면에 전극 형성용 조성물을 도포한 후 소성하여 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
실시예와 비교예에서 사용한 유리 프릿에 대해 DTA 분석하였다. DTA 분석은 TG/DTA6200(SII Nano Technology社(日)), 온도 상승 속도: 10℃/분, 유리 프릿의 질량은 40mg로 하여 수행하였다. 이를 통해, x축을 온도, y축을 DTA 결과에 대한 미분값으로 얻어, 도 1의 결과를 얻었다. 이로부터, 결정화 온도와 상기 식 1의 A를 얻었고, 하기 표 1에 나타내었다.
유리 프릿 계열 유리 프릿
(제품, 제조사)		 결정화 온도
(℃)		 상기 식 1의 A
(㎶/㎎ㆍ℃)
비교예 1 Bi-Te-O계 유리
(무정형)		 ABT-1, AGC - -
비교예 2 Bi-Te-O계 유리 ABT-1C, AGC 378 0.00005
비교예 3 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-27, AGC 362 0.22143
비교예 4 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-36, AGC 478 0.00003
비교예 5 Bi-Te-O계 유리 ABT-8, AGC 462 0.21308
실시예 1 Bi-Te-O계 유리 ABT-103, AGC 353 0.00017
실시예 2 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-54, AGC 367 0.13529
실시예 3 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-61, AGC 412 0.08136
실시예 4 Bi-Te-O계 유리 ABT-111, AGC 433 0.07261
실시예 5 Bi-Te-O계 유리 ABT-123, AGC 456 0.00023
실시예 6 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-70, AGC 463 0.00051
실시예 7 Bi-Te-O계 유리 ABT-129, AGC 476 0.00032
실시예 8 Bi-Te-O계 유리 ABT-202, AGC 481 0.00124
실시예 9 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-82, AGC 503 0.00012
실시예 10 Pb-Bi-Te-O계 유리 PBT-84, AGC 532 0.00361
실시예와 비교예
은 분말(Dowa Hightech社, AG-5-11F; D50=1.5㎛) 89중량%, 상기 유리 프릿 2중량%, 유기 비히클로서 에틸 셀룰로오스(Dow chemical社, STD4) 1.8중량%를 60℃에서 용매 텍사놀(Eastman社) 7.2중량%에 투입하여 믹싱한 후, 3롤 밀링기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
실시예와 비교예에서 제조한 전극 형성용 조성물에 대하여 하기의 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 전기적 특성
실시예 1-10 및 비교예 1-5에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 웨이퍼(보론(Bron)이 도핑(doping)된 p 타입 wafer 전면에 텍스쳐링(texturing)한 후, POCL3로 n+층을 형성하고 그 위에 질화규소(SiNx:H)를 반사방지막으로 형성시킨 평균 면저항 80Ω급 모노 웨이퍼)의 전면에 일정한 패턴으로 스크린 프린팅하여 인쇄하고 적외선 건조로를 사용하여 300℃ 내지 400℃에서 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 950℃에서 30초에서 50초간 소성하여 태양전지 셀을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 셀의 전극 번짐 구간을 광학 현미경(Carl zeiss, Axiotech#451032)으로 측정하였다. 상기와 같이 제조된 셀의 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 접촉저항(Rs)을 태양전지 효율측정장비(Passan社, CT-801)를 사용하여 측정하였다.
(2) 접착력
상기와 같이 제조한 전면 전극에 flux를 바른 후 HAKKO社의 인두기로 300~400℃에서 리본과 땜납을 하였다. 이후 박리각 180°로 Tinius olsen社의 장력기를 사용하여 50mm/min의 신장 속도로 25℃에서 접착력을 측정하였다.
　 전극 번짐 구간
(㎛)		 Voc
(㎷)		 Isc
(A)		 Rs
(mΩ)		 접착력
(N/mm)
비교예 1 21.3 635.3 9.412 4.12 2.8
비교예 2 18.4 634.9 9.418 4.21 2.7
비교예 3 0 633.4 9.436 6.23 2.5
비교예 4 20.1 635.4 9.409 4.39 2.6
비교예 5 0 635.1 9.441 6.33 2.7
실시예 1 11.2 636.9 9.429 4.32 4.1
실시예 2 5.4 637.2 9.436 4.16 4.2
실시예 3 7.4 637.1 9.435 4.23 4.1
실시예 4 6.2 636.7 9.435 4.31 4.6
실시예 5 7.2 637.5 9.438 4.18 4.3
실시예 6 5.3 637.4 9.436 4.41 4.8
실시예 7 5.9 637.8 9.437 4.25 4.1
실시예 8 3.1 636.7 9.441 4.28 5.3
실시예 9 4.9 637.4 9.431 4.32 4.5
실시예 10 3.6 637.6 9.438 4.11 4.7
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 전극 번짐 구간을 낮추어 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)를 높일 수 있었고, 직렬저항(Rs)도 낮출 수 있었다. 또한, 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 기판과의 부착력을 높일 수 있었다.
반면에, 무정형 유리를 사용한 비교예 1의 경우는 유리의 결정화 온도를 정할 수 없음에 따라, 상기 식 1의 A 값을 정할 수 없고, 전극의 번짐이 심하여 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)가 낮았다. 또한, 상기 식 1의 A 값이 0.0001 미만인 비교예 2와 비교예 4는 전극의 번짐이 심하여 개방전압(Voc)과 단락전류(Isc)가 낮았으며, 상기 식 1의 A 값이 0.2 초과인 비교예 3과 비교예 5는 전극의 번짐은 낮았음에도 불구하고 개방전압(Voc)이 낮고, 직렬저항(Rs)이 높았다. 또한, 비교예 1 내지 비교예 5 모두 기판에 대한 부착력이 본 발명 대비 현저하게 낮았다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (9)

  1. 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고,
    상기 유리 프릿은 하기 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.2㎶/mgㆍ℃ 이고,
    상기 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 300℃ 내지 540℃인, 태양전지 전극 형성용 조성물:
    <식 1>
    Figure pat00003

    (상기 식 1에서, 상기 유리 프릿을 승온 속도 10℃/분에 따른 시차 열분석 결과를 미분하였을 때,
    △T는 상기 유리 프릿의 최초 결정화 종료 온도 Tcf와 상기 유리 프릿의 결정화 개시 온도 Tcs의 차이(단위: ℃),
    △H는 상기 유리 프릿의 최초 결정화 온도 Tc와 상기 유리 프릿의 결정화 개시 온도 Tcs에서 상기 시차 열분석 결과를 미분한 값의 차이(단위: ㎶/mg)).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 상기 식 1의 A 값이 0.0001㎶/mgㆍ℃ 내지 0.15㎶/mgㆍ℃ 이고,
    상기 유리 프릿은 최초 결정화 온도가 350℃ 내지 540℃인, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 비스무트(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함하는 결정형 유리 프릿을 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 납(Pb), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 붕소(B) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 △T는 30℃ 내지 100℃인, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%;
    상기 유리 프릿 0.1중량% 내지 20중량%;
    상기 유기 비히클 1중량% 내지 30중량를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 모노 웨이퍼에 대해 사용되는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극.

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