KR20180049352A - 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 실리콘계 첨가제 및 용제를 포함하는 도전성 페이스트로서, 상기 실리콘계 첨가제는 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산(Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공하며, 상기 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지의 전극 형성에 사용되는 도전성 페이스트 및 이를 이용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.
태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자로서 일반적으로 p-n 접합 형태를 가지며 그 기본 구조는 다이오드와 동일하다. 도 1은 일반적인 태양전지 소자의 구조로서, 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 180~250㎛인 p형 실리콘 반도체 기판(10)을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판의 수광면측에는, 두께가 0.3~0.6㎛인 n형 불순물층(20)과, 그 위에 반사 방지막(30)과 전면 전극(100)이 형성되어 있다. 또한, p형 실리콘 반도체 기판의 이면측에는 배면 전극(50)이 형성되어 있다. 전면 전극(100)은 은을 주성분으로 하는 도전성 입자(silver powder), 유리 프릿(glass frit), 유기 비히클(organic vehicle) 용제 및 첨가제 등을 혼합한 도전성 페이스트를 반사 방지막(30) 상에 도포한 후 소성하여 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극(50)은 알루미늄 분말, 유리 프릿, 유기 비히클(organic vehicle) 및 첨가제로 이루어지는 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후, 660℃(알루미늄의 융점) 이상의 온도에서 소성함으로써 형성되어 있다. 이 소성시에 알루미늄이 p형 실리콘 반도체 기판의 내부로 확산됨으로써, 배면 전극과 p형 실리콘 반도체 기판 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에, 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물층으로서 p+층(40)이 형성된다. 이러한 p+층의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다. 배면 알루미늄 전극(50) 하부에는 배면 실버 전극(60)이 더 위치될 수 있다.
태양전지의 전면 전극은 금속 전극으로 인한 빛 흡수나 반사로 인한 손실을 최소화해야 하기 때문에 전극의 선폭은 감소되어야 하며 전극 저항을 위하여 전극의 높이는 증가시켜야 한다. 일반적으로 선폭/높이의 종횡비(aspect ratio)를 높이기 위하여 인쇄공정의 스크린 메쉬 디자인을 변경하거나 적층인쇄, 그라비어 옵셋 인쇄 공정 도입 등 인쇄공법을 변경하는 방법, 도전성 페이스트의 레올로지(rheological) 특성을 조절함으로써 높이는 방법(비특허문헌 1) 등을 통해 이루어지고 있다.
그러나 인쇄 공정의 변경 시 공정 비용이 증가하는 문제가 있으며, 도전성 페이스트의 레올로지 특성을 조절하는 방법은 점도를 높여서 선폭을 줄이는 방법에 그치는 등의 한계가 있었다.
본 발명은 도전성 페이스트의 조성 변경을 통한 종횡비를 높이는 방법을 제공하고자 한다.
1. 결정질 실리콘 태양전지의 고종횡비 전면전극 구현을 위한 페이스트의 리올로지 특성 조절, 홍준의(2013)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 태양전지 전극 패턴의 종횡비를 높일 수 있는 도전성 페이스트의 조성을 제공함으로써, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극을 포함하는 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 실리콘계 첨가제 및 용제를 포함하며, 상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 1로 표현되는 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산(Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다.
<화학식 1>
(이 때, n은 1 내지 300의 정수이다.)
또한 상기 실리콘계 첨가제는 상기 도전성 페이스트 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 2로 표현되는 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산(Polyether modified Polydimethylsiloxane)을 상기 실리콘계 첨가제 전체 중량에 대하여 20wt% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
<화학식 2>
(이 때, R1은 독립적으로 수소 및 메틸기 중에서 선택되며, 한 분자내에 수소와 메틸기가 함께 존재할 수 있으며, m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이다.)
또한 상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 3으로 표현되는 옥타메틸사이클로테트라실록산(Octamethyl Cyclotetrasiloxane)을 상기 실리콘계 첨가제 전체 중량에 대하여 5wt% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
<화학식 3>
또한 상기 용제는 미네랄스프릿(mineral spirits), YK-D40, YK-D80, YK-D100, YK-D110 및 YK-D130로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 탄화수소계(hydrocarbon) 용제를 상기 용제 전체 중량에 대하여 5wt% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극은 도전성 페이스트를 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 사용되는 첨가제 및 용제의 조성을 조절하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.
또한 상기의 조성을 갖는 도전성 페이스트를 이용하여 동일한 인쇄 조건 및 열처리 공정에서도 전극의 선폭을 감소시킬 수 있으며, 소성 후 전극의 선폭이 증가하는 것을 현저히 저감시켜 미세 패턴을 형성하는데 유리한 효과를 제공한다.
또한 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 기존의 저가의 스크린 인쇄 공정에 적용 가능하여 패턴 디자인 및 인쇄 공정을 변경하지 않고도 높은 종횡비를 갖는 전극을 형성할 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지 소자의 개략 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 선폭 측정 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 선폭 측정 이미지를 나타낸 것이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 페이스트는 태양전지 전극 형성에 사용되기 적합한 페이스트로서, 실리콘계 첨가제를 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 금속 분말, 유리 프릿, 바인더, 실리콘계 첨가제 및 용제를 포함하여 이루어진다. 이하 각 성분을 구체적으로 설명한다.
상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 1로 표현되는 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산(Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane)을 포함한다. 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산을 첨가제로서 첨가하는 경우 금속 분말간의 응집성(cohension)이 강해지며, 웨이퍼(wafer)와의 표면장력도 더 커지기 때문에, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 선폭 개선 효과가 우수하다.
<화학식 1>
화학식 2에서 n은 1 내지 300의 정수이다.
또한 상기 실리콘계 첨가제로서 하기 화학식 2로 표현되는 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산(Polyether modified Polydimethylsiloxane)을 실리콘계 첨가제 조성물 전체 중량에 대하여 20wt% 이하로 더 포함할 수 있다.
<화학식 2>
여기서, R1 은 독립적으로 수소 및 메틸기 중에서 선택되며 한 분자내에 수소와 메틸기가 함께 존재할 수 있으며, m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이다.
또한, R1이 독립적으로 수소와 메틸기가 함께 선택되어 한 분자내에 에틸렌 옥사이드기(R1이 수소인 경우)와 프로필렌 옥사이드기(R1가 메틸기인 경우)가 공존하는 경우 에틸렌 옥사이드기와 프로필렌 옥사이드기의 몰비율은 2:8 내지 8:2일 수 있다. 폴리에테르 변성을 통해 고극성 특성을 가져 표면 장력 저하 효과를 주어 소성시 선폭 증가를 감소시킬 수 있는 것으로 예측된다. 에틸렌 옥사이드기가 프로플렌 옥사이드기에 비해 보다 고극성이어서 에틸렌 옥사이드기와 프로필렌 옥사이드기의 몰비율은 바람직하기로는 6:4 내지 8:2 가 좋다. 화학식 1에서 m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이며, x : y는 10 : 1 ~ 100 : 1이 바람직하다.
또한 상기 실리콘계 첨가제는 환상 실록산(cyclosiloxane)을 미량 더 포함할 수 있으며, 하기 화학식 3으로 표현되는 옥타메틸사이클로테트라실록산(Octamethyl Cyclotetrasiloxane)을 실리콘계 첨가제 조성물 전체 중량에 대하여 5wt% 이하로 더 포함할 수 있다.
<화학식 3>
상기 실리콘계 첨가제의 함량은 전체 페이스트 조성물 기준 0.01 중량% ~ 0.3 중량% 범위내가 좋다. 상기 범위 미만에서는 선폭 감소 효과가 미미하며, 상기 범위를 넘는 경우 태양전지 전극의 전기적 특성이 불리하거나 전극과 실리콘 기판의 부착을 저하시켜 컨택을 방해하는 문제가 있을 수 있다.
상기 금속 분말로는 은(Ag) 분말, 금(Au) 분말, 백금(Pt) 분말, 니켈(Ni) 분말, 구리(Cu) 분말 등이 사용될 수 있는데, 금속 분말은 상술한 분말 중 하나가 단독으로 사용되거나, 상술한 금속의 합금이 사용되거나, 상술한 분말 중 적어도 두 개가 혼합된 혼합 분말로 사용될 수 있다. 또한 상기 금속 분말의 표면을 친수성 처리 등 표면처리한 금속 분말을 사용할 수 있다.
이 중에서도 우수한 전기전도도를 가져 전면 전극용으로 주로 사용되는 은(Ag) 분말을 사용하는 것이 좋다. 은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에, 적어도 표면이 은층으로 이루어지는 은 피복 복합 분말이나, 은을 주성분으로 하는 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 다른 금속 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면 알루미늄, 금, 팔라듐, 동, 니켈 등을 들 수 있다.
금속 분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 60 내지 98 중량%가 바람직하다. 40 중량% 미만인 경우 형성된 전극의 비저항이 높을 수 있으며, 95 중량% 초과인 경우 다른 성분의 함량이 충분하지 않아 금속 분말이 균일하게 분산되지 않는 문제점이 있다.
은 분말의 평균입경은 0.1 내지 10㎛ 일 수 있으며, 페이스트화 용이성 및 소성시 치밀도를 고려할 때 0.5 내지 5㎛가 바람직하며, 그 형상이 구상(球狀), 침상(針狀), 판상(板狀) 그리고 무정상(無定狀) 중 적어도 1종 이상일 수 있다. 은 분말은 평균 입자지름이나 입도 분포, 형상 등이 다른 2종 이상의 분말을 혼합하여 이용해도 좋다.
상기 유리 프릿의 조성이나 입경, 형상에 있어서 특별히 제한을 두지 않는다. 유연 유리 프릿뿐만 아니라 무연 유리 프릿도 사용 가능하다. 유리 프릿의 성분 및 함량으로서, 산화물 환산 기준으로 PbO는 10 ~ 29 mol%, TeO2는 20 ~ 34 mol%, Bi2O3는 3 ~ 20 mol%, SiO2 20 mol% 이하, B2O3 10 mol% 이하, 알칼리 금속(Li, Na, K 등) 및 알칼리 토금속(Ca, Mg 등)은 10 ~ 20 mol%를 함유하는 것이 좋다. 상기 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단략전류 특성을 우수하게 할 수 있다.
특히, PbO의 함량이 너무 높으면 친환경적이지 않고, 용융 시 점도가 너무 낮아져서 소성 시 전극의 선폭이 커지는 문제점이 존재하며, 따라서 PbO는 유리 프릿 내에서 상기 범위 내로 포함되는 것이 좋다. 더 나아가 PbO가 30mol%를 넘고, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 함량이 상기 범위에 미달하는 경우에는 절연층 중 Al2O3층 제거 성능이 떨어져 바람직하지 않다.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.5 내지 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경(D50)이 3㎛ 이상 5㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성 시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성 시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 유리 프릿의 유리전이온도(Tg)는 제한되지 않으나 200 ~ 600℃ 일 수 있으며, 바람직하기로는 유리전이온도는 200℃ 이상 300℃ 미만의 범위 내가 좋다. 300℃ 미만의 낮은 유리전이온도의 유리 프릿을 사용함으로써 용융 균일도를 높일 수 있으며, Cell 특성 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 저온/급속 소성시에도 우수한 접촉 특성을 확보할 수 있으며, 고면저항(90~120Ω/sq) 태양전지에 최적화될 수 있다.
유리 프릿의 결정화 특성은 중요한 인자로 다루어질 수 있다. 기존의 유리 프릿은 DSC 측정시 최초의 결정화 온도는 대체로 550℃ 이상에서 일어나는데, 본 발명에서는 유리 프릿의 DSC 측정 데이터 상 최초 결정화 피크가 400℃ 미만에서 이루어지도록 함으로써 소성시 보다 빨리 결정화가 일어나 소성 과정 중에 전극의 선폭이 커지는 것을 현저히 감소시킴으로써 전기적 특성을 우수하게 할 수 있다. 바람직하기로는 DSC 데이터 상에서 결정화 피크가 400℃ 미만에서 최초 발생하고, 2차 결정화 피크가 400℃ 이상 500℃ 미만에서 발생하는 것이 좋다. 더 좋기로는 DSC 데이터 상에서 400℃ 미만에서 결정화 피크가 모두 발생하는 것이 좋다.
유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 15 중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 15 중량% 초과하면 은 분말의 소성체 내에 유리 성분이 너무 많아져 전기 비저항이 역시 높아질 우려가 있다.
상기 유기 바인더와 용제를 포함하는 유기 비히클은 금속 분말과 유리 프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린 인쇄에 의해 도전성 페이스트가 기재에 도포될 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 하여, 인쇄 패턴의 흐려짐 및 흐름을 억제하고, 또한 스크린판으로부터의 도전성 페이스트의 토출성 및 판분리성을 향상시키는 특성이 요구된다.
유기 바인더는 셀룰로오스 에스테르계 화합물로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 등을 예로 들 수 있으며, 셀룰로오스 에테르 화합물로는 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 플로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로오스 등을 예로 들 수 있으며, 아크릴계 화합물로는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 등을 예로 들 수 있으며, 비닐계로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다. 상기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다.
유기 바인더는 제한되지 않으나 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량%가 바람직하다. 유기 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 조성물의 점도, 형성된 전극 패턴의 접착력이 떨어질 수 있으며, 15 중량% 초과하면 금속 분말, 용제, 분산제 등의 양이 충분하지 않을 수 있다.
상기 용제는 디메틸 아디페이트(Dimethyl adipate), 디에틸렌 글리콜 부틸에테르 아세테이트(diethylene glycol butyl ether acetate), 텍사놀(texanol), 디옥틸 프탈레이트(Dioctyl phthalate), 디부틸 프탈레이트(Dibutyl phthalate), 디에틸렌글리콜(diethyleneglycol), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르(ethylene glycol buthyl ether), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol butyl ether acetate), 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(diethylene glycol butyl ether) 등으로 이루어진 화합물 중에서 적어도 1종 이상 선택되어 사용된다. 바람직하게는 디메틸 아디페이트(Dimethyl adipate), 디에틸렌 글리콜 부틸에테르 아세테이트(diethylene glycol butyl ether acetate)를 사용하는 것이 좋다.
상기 용제의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 10 내지 25 중량%가 바람직하다.
또한 상기 용제는 미네랄스프릿(mineral spirits), YK-D40, YK-D80, YK-D100, YK-D110, YK-D130 등의 탄화수소계(hydrocarbon) 용제를 더 포함하여 사용한다. 상기 탄화수소계 용제는 상기 용제 조성물 전체 중량에 대하여 5wt% 이하로 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 목적하는 효과를 달성하기 위하여 실리콘계 첨가제로서 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산(Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane)을 포함하여 동일한 스크린 인쇄 조건 및 열처리 공정에서 전면 전극의 선폭을 감소시킬 수 있으며, 이 경우 탄화수소계 용제를 더 포함하여 도전성 페이스트를 제조하는 경우 미세 패턴 형성에 유리한 효과를 제공한다.
탄화수소계 용제 및 실리콘계 첨가제를 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 기타 첨가제, 예를 들면, 분산제, 레벨링제, 가소제, 점도 조정제, 계면활성제, 산화제, 금속 산화물, 금속 유기 화합물 등을 더 포함할 수 있다. 상기 기타 첨가제는 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%로 포함된다.
상술한 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 용제 및 첨가제 등을 혼합 및 분산한 다음 여과 및 탈포하여 제조될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 도전성 페이스트를 기재 위에 도포하고, 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 태양전지 전극을 제공한다. 본 발명의 태양전지 전극 형성방법에서 상기 특성의 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다.
일예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있으며, 본 발명의 페이스트로 제조되는 전극은 전면의 핑거 전극, 버스바 전극일 수 있으며, 상기 인쇄는 스크린 인쇄, 옵셋 인쇄일 수 있으며, 상기 건조는 90 내지 250 ℃에서 이루어 질 수 있으며, 상기 소성은 600 내지 950 ℃에서 이루어질 수 있다. 바람직하기로는 상기 소성이 800 내지 950 ℃, 더욱 바람직하게는 850 내지 900 ℃에서 5초 내지 1분간 이루어지는 고온/고속 소성을 하는 것이 좋으며, 상기 인쇄는 20 내지 60 ㎛의 두께로 인쇄를 하는 것이 좋다. 구체적인 일예로 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0108550호, 제10-2006-0127813호, 일본국 공개특허공보 특개2001-202822 및 특개2003-133567에 기재된 태양전지의 구조 및 이의 제조방법을 들 수 있다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 유리 프릿, 유기 바인더(Ethyl cellulose resin), 용제(Dimethyl adipate), 탄화수소계 용제(Mineral spirit) 및 실리콘계 첨가제를 넣고 삼본밀을 사용하여 분산한 후, 실버 파우더(구상, 평균 입경 1㎛)를 혼합하고 또한 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예1 |
| Ethyl cellulose resin | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| Dimethyl adipate | 6.3 | 6.3 | 6.0 | 6.6 |
| Mineral spirit | 0.3 | |||
| Wax | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 실버파우더 | 90 | 90 | 90 | 90 |
| 유리 프릿 | 1.5 | 1.5 | 2.2 | 1.5 |
| 분산제 1(Byk180) | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 분산제 2(EFKA-4330) | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 실리콘계 첨가제 1 | 0.3 | |||
| 실리콘계 첨가제 2 | 0.3 | 0.3 |
* 실리콘계 첨가제 1 : polyether modified polydimethylsiloxane
* 실리콘계 첨가제 2 : trimethylsiloxy terminated polydimethylsiloxane
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 도전성 페이스트를 Wafer의 전면에 35㎛ 메쉬의 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 건조로를 사용하여 200~350 ℃에서 20초에서 30초 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 20초에서 30초간 소성하여 태양전지 cell을 제조하였다.
제조된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, Isc, Voc, Rseries, Rshadow, 효율성능을 관찰하여 비교예의 값 100을 기준으로 상대적 값을 하기 표 2에 나타내었다. 또한 전면 전극의 선폭 및 선고를 측정하여 하기 표 3에 나타내었으며, 전극 이미지를 도 2에 나타내었다.
| Isc | Voc | Eff | FF | Rs | |
| 실시예 1 | 100.42 | 100.00 | 100.37 | 100.21 | 99.81 |
| 실시예 2 | 100.74 | 100.00 | 100.66 | 100.39 | 99.12 |
| 실시예 3 | 100.73 | 100.00 | 100.69 | 100.42 | 98.99 |
| 비교예 1 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
| 블리딩 선폭 (μm) |
선폭 (μm) |
선고 | 종횡비 | 단선횟수 | |
| 실시예 1 | 51.375 | 38.531 | 15.3 | 0.40 | 7 |
| 실시예 2 | 50.152 | 34.861 | 16.9 | 0.48 | 5 |
| 실시예 3 | 50.321 | 34.871 | 16.8 | 0.48 | 0 |
| 비교예 1 | 54.433 | 44.647 | 13.2 | 0.30 | 10 |
통상적으로 태양전지는 효율을 0.2% 단위로 나누며, 0.2% 효율 증가는 매우 큰 의미를 갖는 수치인 것을 감안할 때, 상기 표 2에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 용제를 포함하는 도전성 페이스트로 제조된 전극을 포함하는 태양전지의 경우 비교예와 비교하여 변환 효율이 높아 태양전지의 발전 효율이 개선된 것을 알 수 있다.
또한 상기 표 3에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따라 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산을 실리콘계 첨가제로 포함하는 도전성 페이스트를 이용하여 동일한 인쇄 조건 및 열처리 공정에서도 비교예와 비교할 때 전극의 선폭이 감소하고 높은 종횡비를 갖는 것을 알 수 있으며, 탄화수소계 용제를 함께 사용한 실시예 3의 경우에 미세 패턴을 형성하는데 가장 유리한 효과를 제공하는 것을 알 수 있다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : P형 실리콘 반도체 기판
20 : N형 불순물층
30 : 반사 방지막
40 : P+층(BSF : back surface field)
50 : 배면 알루미늄 전극
60 : 배면 실버 전극
100 : 전면 전극
20 : N형 불순물층
30 : 반사 방지막
40 : P+층(BSF : back surface field)
50 : 배면 알루미늄 전극
60 : 배면 실버 전극
100 : 전면 전극
Claims (10)
- 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 실리콘계 첨가제 및 용제를 포함하며,
상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 1로 표현되는 트리메틸실록시 말단 폴리디메틸실록산(Trimethylsiloxy terminated Polydimethylsiloxane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
<화학식 1>
(이 때, n은 1 내지 300의 정수이다.)
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘계 첨가제는 상기 도전성 페이스트 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.3 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 2로 표현되는 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산(Polyether modified Polydimethylsiloxane)을 상기 실리콘계 첨가제 전체 중량에 대하여 20wt% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
<화학식 2>
(이 때, R1은 독립적으로 수소 및 메틸기 중에서 선택되며, 한 분자내에 수소와 메틸기가 함께 존재할 수 있으며, m은 5~100의 정수이고, n은 1~10의 정수이며, x는 1~300의 정수이고, y는 1~100의 정수이다.)
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘계 첨가제는 하기 화학식 3으로 표현되는 옥타메틸사이클로테트라실록산(Octamethyl Cyclotetrasiloxane)을 상기 실리콘계 첨가제 전체 중량에 대하여 5wt% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
<화학식 3>
- 제1항에 있어서,
상기 용제는 디메틸 아디페이트(Dimethyl adipate), 디에틸렌 글리콜 부틸에테르 아세테이트(diethylene glycol butyl ether acetate), 텍사놀(texanol), 디옥틸 프탈레이트(Dioctyl phthalate), 디부틸 프탈레이트(Dibutyl phthalate), 디에틸렌글리콜(diethyleneglycol), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르(ethylene glycol buthyl ether), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트(ethylene glycol butyl ether acetate) 및 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(diethylene glycol butyl ether) 로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 용제는 미네랄스프릿(mineral spirits), YK-D40, YK-D80, YK-D100, YK-D110 및 YK-D130로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 탄화수소계(hydrocarbon) 용제를 상기 용제 전체 중량에 대하여 5wt% 이하로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 분말은 평균 입경이 0.1 내지 10㎛ 인 분말이며, 은(Ag) 분말, 금(Au) 분말, 백금(Pt) 분말, 니켈(Ni) 분말, 구리(Cu) 분말로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿은 평균 입경이 0.5 내지 10㎛ 이며, 유리전이온도(Tg)가 200 내지 300 ℃인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
- 제1항에 있어서,
상기 유기 바인더는 셀룰로오스 에스테르계 화합물, 셀룰로오스 에테르 화합물, 아크릴계 화합물, 비닐계 화합물로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
- 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
상기 전면 전극은, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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