KR20180090669A - 태양전지용 핑거 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지용 핑거 전극 - Google Patents

태양전지용 핑거 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지용 핑거 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명의 태양전지용 핑거 전극의 제조방법은 개구율이 65% 이상인 인쇄 마스크를 이용하여 기판 전면에 전도성 페이스트를 인쇄하는 단계 및 상기 인쇄된 전도성 페이스트를 소성하는 단계를 포함하는 태양전지 핑거 전극 제조방법이며, 상기 전도성 페이스트가 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 도전성 분말은 입경 D50이 0.1㎛ 내지 1.5㎛인 제1 도전성 분말 및 입경 D50이 1.5㎛ 초과 5㎛ 이하인 제2 도전성 분말을 포함하고, 상기 도전성 분말 전체의 입경 D10이 0.5㎛ 이하이다.

Description

태양전지용 핑거 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지용 핑거 전극{METHOD FOR MANUFACTURING FINGER ELECTRODE FOR SOLAR CELL AND FINGER ELECTRODE FOR SOLAR CELL PREPARED THEREBY}
본 발명은 태양전지용 핑거 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지용 핑거 전극에 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 상면 및 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 반도체 기판 상에 전극을 형성하고자 하는 부분이 개구된 인쇄 마스크를 배치한 후, 상기 인쇄 마스크 상에 전도성 페이스트를 배치하고, 상기 인쇄 마스크의 개구를 통해 반도체 기판 상에 전도성 페이스트를 전극 형상으로 인쇄한 다음, 이를 소성하는 방법으로 제조되는 것이 일반적이다.
도 1에는 종래의 태양전지 전극 형성 시에 사용되던 인쇄 마스크의 사진이 도시되어 있다. 도 1에 개시된 바와 같이, 종래의 태양전지 전극 형성용 인쇄 마스크는, 인쇄 마스크의 길이 방향에 대하여 사선 방향으로 배열된 메쉬(12)에 감광성 수지(14)를 도포한 다음, 포토레지스트 공정을 이용하여 전극을 인쇄할 부분의 감광성 수지만을 선택적으로 제거하여 전극 인쇄부(16)를 형성하는 방법으로 제조된다. 이와 같은 종래의 태양전지 전극 형성용 인쇄 마스크는 전극 인쇄부의 면적에서 메쉬가 차지하는 면적을 제외한 나머지 부분의 비율인 개구율이 약 45% 내지 약 60%였다.
한편, 태양전지의 전면에 형성되는 핑거 전극의 경우, 태양광의 수광 면적을 높이기 위해 선폭이 좁고, 높이가 높게 형성되는 것이 바람직하다. 그러나, 개구율이 45% 내지 60%인 종래의 인쇄 마스크를 사용할 경우, 선폭이 미세한 경우 단락이 발생하는 문제가 있어 전극 종횡비(높이/선폭) 향상에 한계가 있고, 태양전지 변환효율 향상 효과가 제한적이었다.
이에, 최근에는 개구율이 65% 이상으로 높은 인쇄 마스크를 사용하여 핑거 전극의 종횡비를 개선하고자 하는 시도들이 행해지고 있다. 그러나, 종래의 개구율이 낮은 인쇄 마스크에 사용되던 전도성 페이스트 조성물을 개구율이 높은 인쇄 마스크에 그대로 적용할 경우, 소성 과정에서 선폭이 증가하여 종횡비 개선 효과가 미미하거나, 전기적 특성이 불량해지는 문제가 발생하는 것이 확인되었다.
따라서, 65% 이상의 높은 개구율을 갖는 인쇄 마스크를 적용하고, 소성 과정에서 선폭 증가 및 전기적 특성 저하를 억제할 수 있는 태양전지 전극 제조방법의 개발이 요구되고 있다.
관련 선행 기술이 일본등록특허 제4255248호에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 전극의 종횡비가 높고, 전기적 특성이 우수한 태양전지용 핑거 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지용 핑거 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 태양전지용 핑거 전극의 제조방법에 관한 것이다.
일 구체예에서, 상기 태양전지용 핑거 전극의 제조방법은 개구율이 65% 이상인 인쇄 마스크를 이용하여 기판 전면에 전도성 페이스트를 인쇄하는 단계 및 상기 인쇄된 전도성 페이스트를 소성하는 단계를 포함하는 태양전지 핑거 전극 제조방법이며, 상기 전도성 페이스트가 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 도전성 분말은 입경 D50이 0.1㎛ 내지 1.5㎛인 제1 도전성 분말 및 입경 D50이 1.5㎛ 초과 5㎛ 이하인 제2 도전성 분말을 포함하고, 상기 도전성 분말 전체의 입경 D10이 0.5㎛ 이하이다.
상기 도전성 분말 전체의 입경 D10이 0.1㎛ 내지 0.2㎛일 수 있다.
상기 제1 도전성 분말 및 제2 도전성 분말은 중량비가 1 : 99 내지 99 : 1일 수 있다.
상기 인쇄 마스크는 개구율이 65% 내지 90%일 수 있다.
상기 인쇄 마스크는 메쉬, 상기 메쉬와 일체화된 감광성 수지층, 및 상기 감광성 수지층이 제거된 전극 인쇄부를 포함할 수 있다.
상기 소성은 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi), 텔루륨(Te), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Se), 철(Fe), 리튬(Li), 붕소(B), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 산화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 전도성 페이스트는 상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%, 상기 유리 프릿 0.5중량% 내지 20중량% 및 유기 비히클 1중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다.
상기 전도성 페이스트는 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 태양전지용 핑거 전극에 관한 것이다.
일 구체예에서, 상기 태양전지용 핑거 전극은 상기 태양전지용 핑거 전극의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명은 전극의 종횡비가 높고, 전기적 특성이 우수한 태양전지용 핑거 전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 태양전지용 핑거 전극을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 태양전지용 핑거 전극에 사용되는 인쇄 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 고 개구율의 인쇄 마스크를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 D50은 부피 기준 누적 분포에 있어서, 입자가 작은 측으로부터 50% 누적시의 입경을 의미하고, D10은 입자가 작은 측으로부터 10% 누적시의 입경을 의미한다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 구체예에 따른 태양전지용 핑거 전극의 제조방법은 개구율이 65% 이상인 인쇄 마스크를 이용하여 기판 전면에 전도성 페이스트를 인쇄하는 단계 및 상기 인쇄된 전도성 페이스트를 소성하는 단계를 포함한다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에서 사용되는 인쇄 마스크에 대해 설명한다. 도 2에는 본 발명에 사용되는 인쇄 마스크(100)의 구체예가 개시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 인쇄 마스크(100)는 메쉬(120), 상기 메쉬(120)와 일체화된 감광성 수지층(140), 및 상기 감광성 수지층이 제거된 전극 인쇄부(160)를 포함하며, 개구율이 65% 이상, 구체적으로 65% 내지 90%이다. 이때, 상기 개구율은 하기 식 1에 따라 계산된 값을 의미한다.
[식 1]
개구율(%) = {(전극 인쇄부의 면적 - 전극 인쇄부 내에서 메쉬가 차지하는 면적)/전극 인쇄부의 면적}×100
상기와 같이 전극 인쇄부의 개구율이 높은 인쇄 마스크(100)를 이용하여 핑거 전극을 형성할 경우, 선폭을 줄일 수 있는 장점이 있으며, 여기에 본 발명의 전도성 페이스트를 사용하는 경우 인쇄 후 퍼짐 현상 및 소성 중 번짐 현상을 방지하여 전극의 종횡비를 개선시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 인쇄 마스크(100)는 메쉬의 날실이 인쇄 마스크의 길이 방향에 대하여 80° 내지 100°, 바람직하게는 85° 내지 105°의 각도를 가질 수 있다. 메쉬의 날실의 각도가 상기 범위를 만족하는 경우에, 전극 인쇄부에서 메쉬가 차지하는 면적이 최소화되어 높은 개구율을 얻을 수 있다.
또한, 상기 인쇄 마스크(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전극 인쇄부(160)의 상부 및 하부에 배치되는 메쉬의 씨실간 간격이 다른 영역의 메쉬의 씨실간 간격에 비해 넓게 형성될 수 있다. 이와 같이 전극 인쇄부에 인접한 영역에 배치된 메쉬의 씨실 간 간격을 넓게 형성함으로써, 전극 인쇄부(160) 내에서 메쉬가 차지하는 면적을 최소화하면서, 전도성 페이스트 인쇄 시에 가압 수단에 의해 인쇄 마스크에 부가되는 장력에 의해 인쇄성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명에서 사용되는 전도성 페이스트에 대해 설명한다. 상기 전도성 페이스트는 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함한다.
도전성 분말
상기 도전성 분말은 입경 D50이 0.1㎛ 내지 1.5㎛인 제1 도전성 분말 및 입경 D50이 1.5㎛ 초과 5㎛ 이하인 제2 도전성 분말을 포함한다. 본 발명의 도전성 분말은 다른 입경 D50을 갖는 2 종 이상의 도전성 분말을 포함함으로써, 전극의 전기적 특성이 개선되고, 고종횡비를 달성할 수 있는 장점이 있다. 상기 평균입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
제1 도전성 분말은 제2 도전성 분말 보다 작은 입경 D50을 가질 수 있고, 예를 들어 입경 D50이 0.1㎛ 내지 1.5㎛일 수 있다. 제2 도전성 분말은 제1 도전성 분말 보다 큰 입경 D50을 가질 수 있고, 예를 들어 입경 D50이 1.5㎛ 초과 5㎛ 이하일 수 있다. 입경 D50이 상이한 제1 도전성 분말 및 제2 도전성 분말을 포함함으로써, 전극 패턴 단면의 충진밀도를 높일 수 있으므로, 전극의 전기적 특성, 전극의 패턴성, 및 종횡비를 개선시킬 수 있다.
상기 제1 도전성 분말 및 제2 도전성 분말은 중량비가 1 : 99 내지 99 : 1, 구체적으로 5 : 95 내지 95 : 5, 더욱 구체적으로 10 : 90 내지 90 : 10일 수 있다. 상기 중량비 범위에서, 전극은 전기적 특성과 종횡비 모두 개선될 수 있다.
상기 도전성 분말은 도전성 분말 전체의 입경 D10이 0.3㎛ 이하, 예를 들어 0.01㎛ 내지 0.3㎛, 구체적으로 0.1㎛ 내지 0.2㎛일 수 있다. 상기 입경 D10 범위에서, 전극은 충진밀도가 높고, 전기적 특성이 우수하다.
상기 도전성 분말의 성분은 태양전지 전극 분야에서 일반적으로 사용되는 도전성 분말들, 예를 들면, 은, 알루미늄, 니켈, 구리 또는 이들의 조합을 제한 없이 사용될 수 있다. 구체적으로, 도전성 분말은 전기적 특성 면에서 은 분말을 사용할 수 있다.
상기 도전성 분말은 입자 형상이 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면, 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 도전성 분말은 전도성 페이스트 전체 중량 중 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서, 태양전지의 변화 효율이 우수하며, 페이스트화가 원활하게 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 도전성 분말은 조성물 전체 중량 중 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
유리프릿
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.
본 발명의 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi), 텔루륨(Te), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Se), 철(Fe), 리튬(Li), 붕소(B), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 산화물 중 하나 이상을 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 전도성 페이스트 전체 중량을 기준으로 0.5중량% 내지 10 중량% 포함될 수 있으며, 예를 들면, 1 중량% 내지 7 중량%로 포함할 수 있다. 상기 범위로 함유되는 경우, 다양한 면저항 하에서 p-n 접합 안정성을 확보할 수 있고 직렬저항 값을 최소화시킬 수 있으며, 종국적으로 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
유기 비히클
유기비히클은 전도성 페이스트의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
상기 유기비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 전도성 페이스트에 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.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 텍사놀, 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.
상기 유기비히클은 전도성 페이스트전체 중량 대비 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
첨가제
본 발명의 전도성 페이스트은 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. 이들은 전도성 페이스트 전체 중량 대비 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다.
상기 전도성 페이스트를 인쇄하는 단계는, 예를 들면, 개구율이 65% 이상인 인쇄 마스크를 기판 전면에 배치하고, 상기 인쇄 마스크 상에 전도성 페이스트를 배치한 다음, 상기 전도성 페이스트 상에서 스퀴즈 또는 롤러 등과 같은 가압 수단을 이동시켜 전도성 페이스트가 인쇄 마스크의 개구를 통해 기판 전면에 인쇄되도록 하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 전도성 페이스트를 인쇄한 후, 150℃ 내지 400℃, 바람직하게는 200℃ 내지 400℃의 온도에서 건조시킨다. 상기 건조는 예를 들면, 적외선 건조로 등을 이용하여 수행될 수 있다. 건조 시간은 이로써 한정되는 것은 아니나, 10초 내지 120초 정도일 수 있다.
상기 과정을 통해 기판 상에 전도성 페이스트가 인쇄되면, 상기 인쇄된 전도성 페이스트를 소성하여 핑거 전극을 형성한다. 이때, 상기 소성은 600℃ 내지 1000℃에서 수행될 수 있으며, 소성 시간은 10초 내지 120초 정도일 수 있다.
태양전지용 핑거 전극
본 발명의 태양전지용 핑거 전극은 본 발명의 태양전지용 핑거 전극의 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 태양전지용 핑거 전극은 선폭이 50㎛ 이하, 구체적으로 20㎛ 내지 50㎛, 더 구체적으로 20㎛ 내지 48㎛로 얇아 수광 면적을 극대화할 수 있으며, 이로 인해 태양전지의 변환효율을 우수하게 구현할 수 있다.
또한 상기 태양전지용 핑거 전극은 종횡비가 0.32 이상, 예를 들어 0.32 내지 0.8, 구체적으로 0.35 내지 0.7, 더욱 구체적으로 0.37 내지 0.6일 수 있다. 상기 종횡비 범위에서, 전극은 미세 선폭에도 우수한 전기적 특성을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
제조예
하기 제조예에서 사용된 각 성분의 사양은 다음과 같다.
(A) 도전성 분말
도전성 분말 I: 입경 D50이 0.5㎛(1-31C, DOWA社)인 구형의 은(Ag) 분말
도전성 분말 II: 입경 D50이 2.5㎛(874, TECHNIC社)인 구형의 은(Ag) 분말
도전성 분말 III: 입경 D50이 3.5㎛(6-11F, DOWA社)인 구형의 은(Ag) 분말
도전성 분말 IV: 입경 D50이 5.5㎛(G35, DOWA社)인 구형의 은(Ag) 분말
도전성 분말 V: 입경 D50이 0.08㎛(TWA02, DOWA社)인 구형의 은(Ag) 분말
(B) 유리 프릿: 비스무스-텔루륨-산화물(Bi-Te-O)계 유리 프릿(Asahai社, ABT-1)
(C) 유기 바인더: 에틸셀룰로오스(Dow chemical社, STD4)
(D) 용매: 텍사놀 (Eastmann社, Texanol)
(E) 분산제: TEGO® Dispers 656 (Evonik社)
(F) 요변제: Thixatrol ST (Elementis社)
제조예 1 내지 9
하기 표 1에 기재된 종류 및 함량대로 각 성분을 혼합하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다. 구체적으로는, 유기 바인더(C)를 60℃에서 용매(D)에 충분히 용해시켜 유기 비히클을 제조한 후, 상기 유기 비히클에 도전성 분말, 유리프릿, 분산제 및 요변제를 투입하여 믹싱한 후, 3롤 밀링기로 혼합 분산시켜 전도성 페이스트를 제조하였다.
단위: 중량부 제조예
1 2 3 4 5 6 7 8 9
도전성 분말 I 5 85 45 85 90 - 2 70 -
II 85 5 45 - - 90 88 - 85
III - - - 5 - - - - -
IV - - - - - - - 20 -
V - - - - - - - - 5
입경 D10(㎛) 0.5 0.2 0.375 0.425 0.125 0.625 0.6 0.55 0.6
유리 프릿 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
유기 비히클 바인더 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
용매 6 6 6 6 6 6 6 6 6
분산제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
요변제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
함계 100 100 100 100 100 100 100 100 100
상기 표 1의 입경 D10은 도전성 분말 전체의 입경 D10을 의미하며, 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
실시예 1
개구율이 82%이며, 전극 인쇄부의 선폭이 26㎛인 인쇄 마스크(三立精圖社)를 반도체 기판 상에 배치하고, 상기 제조예 1에 의해 제조된 전도성 페이스트를 배치한 다음 스퀴즈를 이용하여 전도성 페이스트를 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 반도체 기판의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 950℃에서 45초간 소성하여 태양전지 셀을 제조하였다.
실시예 2
제조예 2에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
실시예 3
제조예 3에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
실시예 4
제조예 4에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
비교예 1
제조예 5에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
비교예 2
제조예 6에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
비교예 3
제조예 7에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
비교예 4
제조예 8에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
비교예 5
제조예 9에 의해 제조된 전도성 페이스트를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
비교예 6
개구율이 63%이고, 전극 인쇄부의 선폭이 26㎛인 인쇄 마스크(Lebon Screen Printing Equipment社)를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 셀을 제조하였다.
물성측정방법
(1) 선폭: Confocal microscope(Keyence社 VK-9700)를 사용하여 선폭을 측정하였다.
(2) 전기적 특성: 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에 의해 제조된 태양전지 셀의 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 접촉저항(Rs), 필팩터(FF) 및 변환효율(Eff.)을 태양전지 효율측정장비(Passan社, CT-801)를 사용하여 측정하였다. 측정 결과는 표 2에 나타내었다.
구분 종횡비 선폭
(㎛)		 두께
(㎛)		 선폭
Resolution		 Isc
(A)		 Voc
(mV)		 Rs
(mΩ)		 Eff.
(%)
실시예 1 0.51 38 19.5 25 8.92 636 1.3 18.67
실시예 2 0.45 41 18.5 25 8.89 635.2 1.5 18.65
실시예 3 0.48 40 19.2 25 8.9 636.3 1.4 18.62
실시예 4 0.40 47 18.9 25 8.8 635.1 1.6 18.65
비교예 1 0.28 57 15.7 35 8.72 634.3 2.5 17.98
비교예 2 0.26 62 15.9 35 8.7 635.1 2.3 18.12
비교예 3 0.28 58 16.1 35 8.72 635 2.3 18.00
비교예 4 0.29 55 16 40 8.7 635.2 2.2 18.12
비교예 5 0.27 58 15.8 35 8.65 634 2.9 17.80
비교예 6 0.26 59 15.5 40 8.63 633.5 3.2 17.60
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 개구율을 갖는 인쇄 마스크와, 본 발명의 도전성 분말 조합을 포함하는 전도성 페이스트를 사용하여 제조된 실시예 1 내지 4의 태양전지 전극은 종횡비 및 전기적 특성이 모두 우수한 것을 알 수 있다.
반면에, 제1 도전성 분말 또는 제2 도전성 분말을 포함하지 않거나, 도전성 분말 전체의 D10이 0.5㎛를 벗어나는 비교예 1 내지 5는 전극의 종횡비뿐만 아니라, 전극의 전기적 특성도 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 개구율이 낮은 인쇄 마스크를 사용한 비교예 6 역시 모든 물성이 본원발명 실시예에 미치지 못한다.
이상 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
10, 100: 인쇄 마스크
12, 120 : 메쉬
14, 140 : 감광성 수지층
16, 160 : 전극 인쇄부

Claims (10)

  1. 개구율이 65% 이상인 인쇄 마스크를 이용하여 기판 전면에 전도성 페이스트를 인쇄하는 단계; 및
    상기 인쇄된 전도성 페이스트를 소성하는 단계;를 포함하는 태양전지 핑거 전극 제조방법이며,
    상기 전도성 페이스트가 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고,
    상기 도전성 분말은 입경 D50이 0.1㎛ 내지 1.5㎛인 제1 도전성 분말 및 입경 D50이 1.5㎛ 초과 5㎛ 이하인 제2 도전성 분말을 포함하고, 상기 도전성 분말 전체의 입경 D10이 0.5㎛ 이하인 태양전지용 핑거 전극의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 분말 전체의 입경 D10이 0.1㎛ 내지 0.2㎛인 태양전지용 핑거 전극의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 분말 및 제2 도전성 분말은 중량비가 1 : 99 내지 99 : 1인 태양전지용 핑거 전극의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 마스크는 개구율이 65% 내지 90%인 태양전지용 핑거 전극의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄 마스크는 메쉬, 상기 메쉬와 일체화된 감광성 수지층, 및 상기 감광성 수지층이 제거된 전극 인쇄부를 포함하는 것인 태양전지용 핑거 전극의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소성은 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 수행되는 것인 태양전지용 핑거 전극의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi), 텔루륨(Te), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Se), 철(Fe), 리튬(Li), 붕소(B), 규소(Si), 아연(Zn), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)의 산화물 중 하나 이상을 포함하는 태양전지용 핑거 전극의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 페이스트는 상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%, 상기 유리 프릿 0.5중량% 내지 20중량% 및 유기 비히클 1중량% 내지 30중량%를 포함하는 것인 태양전지용 핑거 전극의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 페이스트는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함하는 것인 태양전지용 핑거 전극의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제9항의 태양전지용 핑거 전극의 제조방법에 따라 제조된 태양전지용 핑거 전극.

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