KR20180116424A - 도전성 페이스트 및 태양 전지 - Google Patents

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KR20180116424A
KR20180116424A KR1020187028611A KR20187028611A KR20180116424A KR 20180116424 A KR20180116424 A KR 20180116424A KR 1020187028611 A KR1020187028611 A KR 1020187028611A KR 20187028611 A KR20187028611 A KR 20187028611A KR 20180116424 A KR20180116424 A KR 20180116424A
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겐이치 사카타
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나믹스 가부시끼가이샤
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Abstract

결정계 실리콘 태양 전지의 p형 반도체층과 도통하기 위해 사용되는 전극을 형성하기 위해 사용되는 도전성 페이스트로서, 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막을 파이어 스루할 수 있고, p형 반도체층에 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있는 도전성 페이스트를 제공한다. 태양 전지의 전극 형성용의 도전성 페이스트로서, 도전성 페이스트가, (A) 도전성 분말, (B) 평균 입자 직경이 0.5 내지 3.5㎛인 Al 분말 또는 Al 화합물 분말, (C) 유리 프릿 및 (D) 유기 매체를 포함하고, (A) 도전성 분말 100중량부에 대하여, (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 0.5 내지 5중량부 포함하는, 도전성 페이스트이다.

Description

도전성 페이스트 및 태양 전지
본 발명은 반도체 디바이스 등의 전극 형성에 사용되는 도전성 페이스트에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 태양 전지의 전극 형성용의 도전성 페이스트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그 전극 형성용의 도전성 페이스트를 사용하여 제조되는 태양 전지에 관한 것이다.
단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘을 평판상으로 가공한 결정계 실리콘을 기판에 사용한 결정계 실리콘 태양 전지 등의 반도체 디바이스는, 일반적으로, 디바이스의 외부와의 전기적 접촉을 위해, 실리콘 기판 표면에, 전극 형성용의 도전성 페이스트를 사용하여 전극이 형성된다. 그와 같이 하여 전극이 형성되는 반도체 디바이스 중에서, 결정계 실리콘 태양 전지는 근년, 그 생산량이 대폭으로 증가하고 있다. 이들의 태양 전지는 결정계 실리콘 기판의 한쪽의 표면에, 불순물 확산층, 반사 방지막 및 광 입사측 전극을 갖고, 다른 쪽의 표면에 이면 전극을 갖는다. 광 입사측 전극 및 이면 전극에 의해, 결정계 실리콘 태양 전지에 의해 발전한 전력을 외부로 취출할 수 있다.
종래의 결정계 실리콘 태양 전지의 전극 형성에는 도전성 분말, 유리 프릿, 유기 결합제, 용제 및 그 밖의 첨가제를 포함하는 도전성 페이스트가 사용되고 있다. 도전성 분말로서는, 주로 은 입자(은 분말)가 사용되고 있다.
태양 전지의 전극 형성에 사용되는 도전성 페이스트로서, 예를 들어 특허문헌 1에는 (i) 은, 니켈, 구리 및 그것들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 금속을 포함하는 도전성 분말 100중량부와, (ii) 3 내지 11㎛의 입경을 갖는 알루미늄 분말 0.3 내지 8중량부와, (iii) 유리 프릿 3 내지 22중량부와, (iv) 유기 매체를 포함하는 도전성 페이스트가 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는 양면 수광형의 태양 전지 셀의 전극 형성을 위한 p형 반도체층용 Ag-Al 페이스트 및 n형 반도체층용 Ag-Al 페이스트가 기재되어 있다.
일본 특허 공표 제2014-515161호 공보 일본 특허 공개 제2014-192262호 공보
도 1에 일반적인 결정계 실리콘 태양 전지의 단면 모식도의 일례를 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 결정계 실리콘 태양 전지에서는, 일반적으로, 결정계 실리콘 기판(1)(예를 들어, p형 결정계 실리콘 기판(1))의 광 입사측인 표면(광 입사측 표면)에, 불순물 확산층(4)(예를 들어, n형 불순물이 확산된 n형 불순물 확산층)을 형성한다. 불순물 확산층(4) 상에는 반사 방지막(2)을 형성한다. 또한, 스크린 인쇄법 등에 의해 도전성 페이스트를 사용하여 광 입사측 전극(20)(표면 전극)의 전극 패턴을 반사 방지막(2) 상에 인쇄하고, 도전성 페이스트를 건조 및 소성함으로써 광 입사측 전극(20)이 형성된다. 이 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막(2)을 파이어 스루함으로써, 광 입사측 전극(20)은 불순물 확산층(4)에 접촉하도록 형성할 수 있다. 또한, 파이어 스루란, 절연막인 반사 방지막(2)을 도전성 페이스트에 포함되는 유리 프릿 등으로 에칭하여, 광 입사측 전극(20)과 불순물 확산층(4)을 도통시키는 것이다. p형 결정계 실리콘 기판(1)의 이면측으로부터는 광을 입사시키지 않아도 되기 때문에, 일반적으로, 거의 전체면에 이면 전극(15)을 형성한다. p형 결정계 실리콘 기판(1)과 불순물 확산층(4)의 계면에는 pn 접합이 형성되어 있다. 결정계 실리콘 태양 전지에 입사한 입사광의 대부분은 반사 방지막(2) 및 불순물 확산층(4)을 투과하고, p형 결정계 실리콘 기판(1)에 입사하며, 이 과정에서 흡수되어, 전자-정공 쌍이 발생한다. 이들의 전자-정공 쌍은 pn 접합에 의한 전계에 의해, 전자는 광 입사측 전극(20)으로, 정공은 이면 전극(15)으로 분리된다. 전자 및 정공(캐리어)은 이들의 전극을 통해, 전류로서 외부로 취출된다.
도 2에 일반적인 결정계 실리콘 태양 전지의 광 입사측 표면의 모식도의 일례를 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 결정계 실리콘 태양 전지의 광 입사측 표면에는 광 입사측 전극(20)으로서, 버스 바 전극(광 입사측 버스 바 전극(20a)) 및 핑거 전극(20b)이 배치되어 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 예에서는, 결정계 실리콘 태양 전지에 입사한 입사광에 의해 발생한 캐리어는 핑거 전극(20b)에 모아지고, 또한 광 입사측 버스 바 전극(20a)에 모아진다. 광 입사측 버스 바 전극(20a)에는 땜납에 의해 주위가 덮인 인터커넥트용의 금속 리본, 또는 와이어가 솔더링된다. 인터커넥트용의 금속 리본, 또는 와이어에 의해, 전류가 외부로 취출된다.
종래, 일반적으로는, 결정계 실리콘 기판(1)으로서, p형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하여, 광 입사측 표면에 불순물 확산층(4)으로서 n형의 불순물 확산층(4)을 형성한다. 한편, n형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하여, p형의 불순물 확산층(4)을 형성할 수도 있다. n형의 결정계 실리콘 기판(1)의 다수 캐리어는 전자이고, 정공보다 전자의 이동도의 쪽이 크다. 그 때문에, n형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하면, 더 고효율의 태양 전지를 기대할 수 있다.
도 3에 이면에도 표면의 광 입사측 표면과 동일한 전극 패턴이 배치된 양면 수광형 태양 전지의 모식도의 일례를 나타낸다. 또한, 여기서 말하는 양면 수광형 태양 전지는 모듈로 했을 때에 반드시 양면으로 수광하는 구조일 필요는 없고, 편면으로 수광하는 경우도 있다. 결정계 실리콘 기판(1)이 p형인 경우에는, 주된 광 입사측 표면에 n형의 불순물 확산층(4)을 형성하고, 이면에 p형의 불순물 확산층(16)을 형성한다. 결정계 실리콘 기판(1)이 n형인 경우에는, 주된 광 입사측 표면에 p형의 불순물 확산층(4)을 형성하고, 이면에 n형의 불순물 확산층(16)을 형성한다. 또한, 「주된 광 입사측 표면」이란, 양면 수광형의 단결정 실리콘 태양 전지의 pn 접합이 형성된 쪽의 표면을 말한다. 본 명세서에서는, 「주된 광 입사측 표면」을, 간단히 「광 입사측 표면」이라고 하는 경우가 있다. 또한, 「주된 광 입사측 표면」과는 반대측의 표면을 「이면」이라고 한다.
n형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하여 결정계 실리콘 태양 전지를 제조하는 경우, p형의 불순물 확산층(4)과 도통하는 전극(20)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막(2)을 파이어 스루할 수 있고, 또한 p형의 불순물 확산층(4)에 대해 낮은 접촉 저항으로 전기적으로 접촉하는 성능이 요구된다.
그래서, 본 발명은 결정계 실리콘 태양 전지의 p형 반도체층과 도통하기 위해 사용되는 전극을 형성하기 위한 도전성 페이스트로서, 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막을 파이어 스루할 수 있고, p형 반도체층에 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있는 도전성 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 p형 반도체층에 낮은 접촉 저항의 전극을 갖는, 고성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
소정의 입경의 Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 결정계 실리콘 기판 상에 인쇄, 소성하면, Ag/Al상이 발생하고, Ag/Al상과 결정계 실리콘 기판의 p형 불순물 확산층에 접하는 부분에 콘택트 스폿이라고 불리는 접촉 저항이 매우 낮은 부분을 형성할 수 있다. 높은 성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 얻기 위해서는, 콘택트 스폿은 많은 편이 좋다. 그러나, 콘택트 스폿이 깊게 형성되어 버리면 결정계 실리콘 기판 중에 형성된 pn 접합을 파괴한다. 따라서, 형성되는 콘택트 스폿의 크기를 제어할 필요가 있다.
본 발명자들은 소정의 입경의 Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 소정의 첨가량 포함한 도전성 페이스트를 사용함으로써, 형성되는 전극 중의 Ag/Al상의 콘택트 스폿의 수와 크기를 제어할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다. 즉, 본 발명자들은 소정의 입경의 Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 소정의 첨가량 포함하는 도전성 페이스트를 사용함으로써, 결정계 실리콘 태양 전지의 전극 형성에 있어서의 소성 과정에서, 도전성 페이스트가 반사 방지막을 파이어 스루할 수 있고, p형의 불순물 확산층을 깊게 침식하지 않고, 낮은 접촉 저항으로 전극을 형성하는 것을 찾아내고, 본 발명에 이르렀다. 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
본 발명은, 하기의 구성 1 내지 8인 것을 특징으로 하는 도전성 페이스트이다.
(구성 1)
본 발명의 구성 1은, 태양 전지의 전극 형성용의 도전성 페이스트로서, 도전성 페이스트가, (A) 도전성 분말, (B) 평균 입자 직경이 0.5 내지 3.5㎛인 Al 분말 또는 Al 화합물 분말, (C) 유리 프릿 및 (D) 유기 매체를 포함하고, (A) 도전성 분말 100중량부에 대하여, (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 0.5 내지 5중량부 포함하는, 도전성 페이스트이다.
본 발명의 구성 1에 의하면, 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막을 파이어 스루할 수 있고, p형 불순물 확산층에 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있는, 결정계 실리콘 태양 전지의 광 입사측 전극을 형성하기 위해 사용되는 도전성 페이스트를 제공할 수 있다.
(구성 2)
본 발명의 구성 2는, (A) 도전성 분말이, Ag 분말, Cu 분말, Ni 분말 및 그것들의 혼합물 중 적어도 하나 포함하는, 구성 1의 도전성 페이스트이다.
은(Ag)은 전기 전도도가 높은 물질이고, 결정계 실리콘 태양 전지의 전극 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 은은 고가이지만, 비교적 저가격의 Cu 분말 및／또는 Ni 분말을 사용함으로써, 저비용으로 결정계 실리콘 태양 전지의 전극을 형성할 수 있다.
(구성 3)
본 발명의 구성 3은, (B) Al 화합물 분말이, Al을 포함하는 합금 분말인, 구성 1 또는 2의 도전성 페이스트이다.
본 발명의 구성 3에 의하면, 본 발명의 도전성 페이스트의 (B) Al 화합물 분말이, Al을 포함하는 합금 분말인 것에 의해, 더 확실하게 p형의 불순물 확산층에 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있다.
(구성 4)
본 발명의 구성 4는, (C) 유리 프릿이, 산화납(PbO), 산화붕소(B2O3), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 구성 1 내지 3 중 어느 하나의 도전성 페이스트이다.
본 발명의 구성 4에 의하면, 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 유리 프릿이, 소정의 산화물을 포함함으로써, 도전성 페이스트의 소성 시에, 반사 방지막을 파이어 스루하는 것을, 더 확실하게 할 수 있다.
(구성 5)
본 발명의 구성 5는, (D) 유기 비히클이, 에틸셀룰로오스, 로진에스테르, 부티랄, 아크릴 및 유기 용제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 구성 1 내지 4 중 어느 하나의 도전성 페이스트이다.
본 발명의 구성 5에 의하면, 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 (D) 유기 비히클이, 소정의 물질인 것에 의해, 본 발명의 도전성 페이스트를 사용한 전극 패턴의 스크린 인쇄를, 더 용이하게 할 수 있다.
(구성 6)
본 발명의 구성 6은, 도전성 페이스트가, 티탄레지네이트, 산화티타늄, 산화세륨, 질화규소, 구리망간주석, 알루미노규산염 및 규산알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는, 구성 1 내지 5 중 어느 하나의 도전성 페이스트이다.
본 발명의 구성 6에 의하면, 본 발명의 도전성 페이스트가, 티탄레지네이트, 산화티타늄, 산화세륨, 질화규소, 구리망간주석, 알루미노규산염 및 규산알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함함으로써, 반사 방지막의 파이어 스루 및 p형 불순물 확산층에 대한 낮은 접촉 저항의 전극을, 더욱 확실하게 형성할 수 있다.
(구성 7)
본 발명의 구성 7은, 태양 전지의 p형 반도체층 상의 전극을 형성하기 위한 도전성 페이스트인, 구성 1 내지 6 중 어느 하나의 도전성 페이스트이다.
본 발명의 도전성 페이스트는 태양 전지의 p형 반도체층 상의 전극을 형성하기 위해, 특히 적합하게 사용할 수 있다.
(구성 8)
본 발명의 구성 8은, 결정계 실리콘 태양 전지의 p형 이미터층 상의 전극을 형성하기 위한 도전성 페이스트이며, 결정계 실리콘 태양 전지가, n형 결정계 실리콘 기판과, n형 결정계 실리콘 기판의 한쪽의 주면에 형성된 p형 이미터층을 포함하는, 구성 1 내지 7 중 어느 하나의 도전성 페이스트이다.
본 발명의 도전성 페이스트는 결정계 실리콘 태양 전지의 p형 이미터층 상의 전극을 형성하기 위해, 특히 적합하게 사용할 수 있다.
(구성 9)
본 발명의 구성 9는, 구성 1 내지 8 중 어느 하나의 도전성 페이스트를 사용하여 적어도 일부의 전극이 형성된 태양 전지이다.
본 발명의 구성 9에 의하면, p형 불순물 확산층에 낮은 접촉 저항의 전극을 갖는, 고성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막을 파이어 스루할 수 있고, p형 반도체층에 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있는, 결정계 실리콘 태양 전지의 전극을 형성하기 위해 사용되는 도전성 페이스트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, p형 반도체층에, 낮은 접촉 저항의 전극을 갖는, 고성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 결정계 실리콘 태양 전지의 단면 모식도의 일례이다.
도 2는 일반적인 결정계 실리콘 태양 전지의 전극 패턴의 모식도의 일례이다.
도 3은 양면 수광형의 결정계 실리콘 태양 전지의 단면 모식도의 일례이다.
본 명세서에서는, 「결정계 실리콘」은 단결정 및 다결정 실리콘을 포함한다. 또한, 「결정계 실리콘 기판」은 전기 소자 또는 전자 소자 등의 반도체 디바이스의 형성을 위해, 결정계 실리콘을 평판상 등, 소자 형성에 적합한 형상으로 성형한 재료를 말한다. 결정계 실리콘의 제조 방법은 어떤 방법을 사용해도 된다. 예를 들어, 단결정 실리콘의 경우에는 초크랄스키법, 다결정 실리콘의 경우에는 캐스팅법을 사용할 수 있다. 또한, 그 밖의 제조 방법, 예를 들어 리본 인상법에 의해 제작된 다결정 실리콘 리본, 유리 등의 이종 기판 상에 형성된 다결정 실리콘 등도 결정계 실리콘 기판으로서 사용할 수 있다. 또한, 「결정계 실리콘 태양 전지」란, 결정계 실리콘 기판을 사용하여 제작된 태양 전지를 말한다.
본 명세서에 있어서, 「유리 프릿」이란, 복수 종류의 산화물, 예를 들어 금속 산화물을 주재료로 하는 것이고, 일반적으로 유리상의 입자의 형태로 사용하는 것이다.
본 발명은 태양 전지의 전극 형성용의 도전성 페이스트이다. 본 발명의 도전성 페이스트는, (A) 도전성 분말, (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말, (C) 유리 프릿 및 (D) 유기 매체를 포함한다. 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 평균 입자 직경은 0.5 내지 3.5㎛이다. (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 함유량은, (A) 도전성 분말 100중량부에 대하여, 0.5 내지 5중량부이다. 본 발명의 도전성 페이스트를 사용하면, 결정계 실리콘 태양 전지의 전극 형성을 위한 소성 시에, 도전성 페이스트가 반사 방지막을 파이어 스루할 수 있고, p형 반도체층(특히 p형 불순물 확산층)에 대해 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 도전성 페이스트를, n형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용한 결정계 실리콘 태양 전지의, 광 입사측 전극(20)(표면 전극)을 형성하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이 결정계 실리콘 태양 전지의 경우에는, 광 입사측 표면에 형성되는 불순물 확산층(4)은 p형 불순물 확산층(4)이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, p형 불순물 확산층(4)의 표면에는 반사 방지막(2)이 형성된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 결정계 실리콘 태양 전지의 광 입사측 표면에는, 광 입사측 전극(20)으로서, 버스 바 전극(광 입사측 버스 바 전극(20a)) 및 핑거 전극(20b)이 배치되어 있다.
도 2에 나타내는 예에서는, 결정계 실리콘 태양 전지에 입사한 입사광에 의해 발생한 캐리어는 p형 확산층(4)을 거쳐서, 핑거 전극(20b)에 모아진다. 따라서, 핑거 전극(20b)과, p형 확산층(4) 사이의 접촉 저항은 낮은 것이 요구된다. 또한, 핑거 전극(20b)은 소정의 도전성 페이스트를 반사 방지막(2) 상에 인쇄, 소성할 때에, 도전성 페이스트가 반사 방지막(2)을 파이어 스루함으로써 형성된다. 따라서, 핑거 전극(20b)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는, 반사 방지막(2)을 파이어 스루하는 성능을 갖는 것이 필요해진다. 본 발명의 도전성 페이스트는 n형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용한 결정계 실리콘 태양 전지의 핑거 전극(20b)을 형성하기 위해 적합하게 사용할 수 있다.
이어서, 본 발명의 도전성 페이스트에 대하여, 구체적으로 설명한다.
본 발명의 도전성 페이스트는, (A) 도전성 분말, (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말, (C) 유리 프릿 및 (D) 유기 매체를 포함한다.
본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 도전성 분말의 주요 성분은 도전성 재료, 예를 들어 금속 재료를 사용할 수 있다. 본 발명의 도전성 페이스트는, (A) 도전성 분말이, 은(Ag) 분말, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말 및 그것들의 혼합물(합금) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 도전성 분말로서 은 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 도전성 페이스트에는 태양 전지 전극의 성능이 손상되지 않는 범위에서, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말을 포함할 수 있다. 또한, 그 밖의 금속, 예를 들어 금, 아연 및 주석 등의 분말을 더 포함할 수 있다. 상기한 금속은 금속 단체의 분말로서 사용할 수 있고, 합금 분말로서도 사용할 수 있다. 낮은 전기 저항 및 높은 신뢰성을 얻는 점에서, 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 도전성 분말은 은을 포함하는 것이 바람직하다.
도전성 분말의 입자 형상 및 입자 치수(입경이라고도 함)는, 특별히 한정되지 않는다. 입자 형상으로서는, 예를 들어 구상 및 인편상 등의 것을 사용할 수 있다. 입자 치수는 1입자의 최장의 길이 부분의 치수를 말한다. 도전성 분말의 입자 치수는 작업성의 점 등에서, 0.05 내지 20㎛인 것이 바람직하고, 0.1 내지 10㎛인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 3㎛인 것이 더욱 바람직하다. 입자 치수가 상기 범위보다 큰 경우에는, 스크린 인쇄 시에 막힘 등의 문제가 발생한다. 또한, 입자 치수가 상기 범위보다 작은 경우에는, 소성 시에 입자의 소결이 과잉이 되어 전극 형성을 충분히 행할 수 없다.
일반적으로, 미소 입자의 치수는 일정한 분포를 가지므로, 모든 입자가 상기한 입자 치수일 필요는 없고, 전체 입자의 적산값 50%의 입자 치수(D50)가 상기한 입자 치수의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 입자 치수의 평균값(평균 입자 직경)이 상기 범위에 있어도 된다. 본 명세서에 기재되어 있는 도전성 분말 이외의 입자의 치수에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 평균 입자 직경은 마이크로 트랙법(레이저 회절 산란법)으로 입도 분포 측정을 행하고, 입도 분포 측정의 결과로부터 D50값을 얻음으로써 구할 수 있다.
또한, 도전성 분말의 크기를, BET값(BET 비표면적)으로서 나타낼 수 있다. 도전성 분말의 BET값은, 바람직하게는 0.1 내지 5㎡/g, 보다 바람직하게는 0.2 내지 2㎡/g이다.
본 발명의 도전성 페이스트는 (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 포함한다.
Ag 분말의 도전성 분말, 유리 프릿 및 Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 소성하여 전극을 형성하면, 전극 중에 Ag/Al상을 형성할 수 있다. 전극 중의 Ag/Al상은 p형 반도체에 대한 낮은 접촉 저항을 얻기 위해 기여하는 것이 알려져 있다. 본 발명자들은 전극 중의 Ag/Al상의 양이, 전극과, p형 반도체 사이의 접촉 저항에 크게 영향을 미치는 것을 발견했다. 또한, Ag/Al상의 크기는 Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 입자의 입경에 크게 의존하는 것을 발견했다. 광 입사측 전극의 낮은 접촉 저항, 즉 높은 변환 효율의 결정계 실리콘 태양 전지를 얻기 위해서는, Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 평균 입자 직경은 0.5 내지 3.5㎛인 것이 바람직하고, 0.5 내지 3㎛인 것이 보다 바람직하다. 또한, Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 평균 입자 직경은 종래와 비교하여 작은 것이 바람직하고, 3㎛ 미만일 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 (B) 성분은 Al 분말인 것이 바람직하다. 또한, (B) 성분이 Al 화합물 분말인 경우, 그 종류는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 더 확실하게, p형의 불순물 확산층에 낮은 접촉 저항의 전극을 형성하기 위해, 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 Al 화합물 분말은 Al을 포함하는 합금 분말인 것이 바람직하다. Al을 포함하는 합금으로서, 예를 들어 Al 및 Zn의 합금을 사용할 수 있다. 또한, Al과, Cu, Ni, Au, Zn 및 Sn에서 선택되는 하나 이상과의 합금을 사용할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에 있어서, (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 함유량은, (A) 도전성 분말 100중량부에 대하여, 0.5 내지 5중량부, 바람직하게는 0.5 내지 4중량부이다. (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말의 첨가량이 소정의 범위인 것에 의해, Ag/Al상의 형성을 확실하게 할 수 있고, 낮은 접촉 저항의 전극을 형성할 수 있다.
이어서, 본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 유리 프릿에 대하여 설명한다.
본 발명의 도전성 페이스트는, (C) 유리 프릿이, 산화납(PbO), 산화붕소(B2O3), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 유리 프릿인 것이 바람직하다. 도전성 페이스트 중의 (C) 유리 프릿의 함유 비율은, 도전성 분말 100중량부에 대하여, 유리 프릿을 0.1 내지 20중량부, 바람직하게는 1 내지 15중량부, 보다 바람직하게는 2 내지 10중량부이다. 도전성 분말의 함유량에 대하여, 소정의 유리 프릿을 소정량 포함함으로써, 도전성 분말에 의한 전극의 도전성을 유지하면서, 반사 방지막을 파이어 스루하는 것을, 더 확실하게 할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에 포함되는 유리 프릿은 산화납(PbO), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3), 산화붕소(B2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 것이 바람직하다. 유리 프릿이 이들의 산화물을 포함함으로써, 반사 방지막의 파이어 스루성이 우수하다. 또한, 이들의 산화물의 함유량을 조절함으로써, 유리 프릿의 연화점을 조절할 수 있다. 그 때문에, 도전성 페이스트의 소성 중, 유리 프릿의 유동성을 조정하는 것이 가능해지고, 도전성 페이스트를 결정계 실리콘 태양 전지용의 전극 형성에 사용한 경우에 양호한 성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 얻을 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 소정의 유리 프릿 100중량부 중, PbO의 함유량의 합계가 50 내지 97중량부인 것이 바람직하고, 60 내지 92중량부인 것이 보다 바람직하고, 70 내지 90중량부인 것이 더욱 바람직하다. 유리 프릿이, PbO을 소정량 포함하는 유리 프릿을 갖는 도전성 페이스트를 결정계 실리콘 태양 전지용의 전극 형성에 사용한 경우, 더 양호한 성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 얻을 수 있다.
유리 프릿의 입자의 형상은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 구상, 부정형 등의 것을 사용할 수 있다. 또한, 입자 치수도 특별히 한정되지 않지만, 작업성의 점 등에서, 입자 치수의 평균값(D50)은 0.1 내지 10㎛의 범위가 바람직하고, 0.5 내지 5㎛의 범위가 더욱 바람직하다.
유리 프릿의 입자는 필요한 복수의 유리 프릿의 성분을 각각 소정량 포함하는 1종류의 입자를 사용할 수 있다. 또한, 단일 성분의 유리 프릿을 포함하는 입자를, 필요한 복수의 유리 프릿의 성분마다 상이한 입자로서 사용할 수도 있다. 또한, 필요한 복수의 유리 프릿의 성분의 조성이 상이한 복수 종류의 입자를 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 도전성 페이스트의 소성 시의 유리 프릿의 연화 성능을 적정한 것으로 하기 위해, 유리 프릿의 연화점은 200 내지 700℃인 것이 바람직하고, 220 내지 650℃인 것이 보다 바람직하고, 220 내지 600℃인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 도전성 페이스트는 (D) 유기 비히클을 포함한다. 유기 비히클로서는, 유기 결합제 및 용제를 포함할 수 있다. 유기 결합제 및 용제는 도전성 페이스트의 점도 조정 등의 역할을 담당하는 것이고, 모두 특별히 한정되지 않는다. 유기 결합제를 용제에 용해시켜 사용할 수도 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는, (D) 유기 비히클이, 에틸셀룰로오스, 로진에스테르, 부티랄, 아크릴 및 유기 용제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 유기 비히클은 유기 결합제로서 사용되는 수지 성분을 유기 용매에 용해하여 얻어진다. 유기 결합제로서는, 에틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지 외에, 아크릴 수지, 부티랄 수지 및 알키드 수지 등에서 선택하여 사용할 수 있다.
유기 결합제는, 구체적으로는 에틸셀룰로오스, 에틸히드록시에틸셀룰로오스, 우드로진, 에틸셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 저급 알코올의 폴리메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노아세테이트의 모노부틸에테르, 히드록시프로필셀룰로오스(HPC), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리에틸렌옥시드(PEO), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산 및 그의 유도체, 폴리메타크릴레이트(PMA) 및 그의 유도체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 및 그의 유도체, 그리고 그것들의 혼합물에서 선택할 수 있다. 또한, 유기 결합제로서, 상기 이외의 중합체 수지를 사용할 수도 있다.
도전성 페이스트 중의 유기 결합제의 첨가량은 도전성 분말 100중량부에 대하여, 통상 0.1 내지 30중량부이고, 바람직하게는 0.2 내지 5중량부이다.
용제로서는, 알코올류(예를 들어, 테르피네올, α-테르피네올 및 β-테르피네올 등), 에스테르류(예를 들어, 히드록시기 함유 에스테르류, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노이소부티레이트 및 부틸카르비톨아세테이트 등)에서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 용제의 첨가량은 도전성 분말 100중량부에 대하여, 통상 0.5 내지 30중량부이고, 바람직하게는 2 내지 25중량부이다.
본 발명의 도전성 페이스트는 티탄레지네이트, 산화티타늄, 산화세륨, 질화규소, 구리망간주석, 알루미노규산염 및 규산알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다. 도전성 페이스트가 이것들을 포함함으로써, 반사 방지막의 파이어 스루 및 p형 불순물 확산층에 대한 낮은 접촉 저항의 전극의 형성을 더욱 확실하게 할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트에는, 또한, 첨가제로서, 가소제, 소포제, 분산제, 레벨링제, 안정제 및 밀착 촉진제 등에서 선택한 것을, 필요에 따라 더 배합할 수 있다. 이들 중, 가소제로서는, 프탈산에스테르류, 글리콜산에스테르류, 인산에스테르류, 세박산에스테르류, 아디프산에스테르류 및 시트르산에스테르류 등에서 선택한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 얻어지는 태양 전지의 태양 전지 특성에 대하여 악영향을 미치지 않는 범위에서, 상술한 것 이외의 첨가물을 포함할 수 있다. 그러나, 양호한 태양 전지 특성 및 양호한 금속 리본의 접착 강도를 갖는 태양 전지를 얻기 위해, 본 발명의 도전성 페이스트는 도전성 분말과, 상술한 소정의 유리 프릿과, 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트인 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 도전성 페이스트의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 도전성 페이스트는 유기 결합제 및 용제에 대하여, 도전성 분말, 유리 프릿 및 필요에 따라 그 밖의 첨가물을 첨가, 혼합하고, 분산함으로써 제조할 수 있다.
혼합은, 예를 들어 플라네터리 믹서로 행할 수 있다. 또한, 분산은 3롤밀에 의해 행할 수 있다. 혼합 및 분산은 이들의 방법에 한정되는 것은 아니고, 공지의 다양한 방법을 사용할 수 있다.
이어서, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지에 대하여 설명한다. 본 발명은 상술한 본 발명의 도전성 페이스트를 사용하여 적어도 일부의 전극이 형성된 태양 전지이다.
도 3에 광 입사측 및 이면측의 양 표면에 전극(광 입사측 전극(20) 및 이면 전극(15))을 갖는 결정계 실리콘 태양 전지의 단면 모식도를 나타낸다. 도 3에 나타내는 결정계 실리콘 태양 전지는 광 입사측에 형성된 광 입사측 전극(20), 반사 방지막(2), p형 불순물 확산층(p형 실리콘층)(4), n형 결정계 실리콘 기판(1) 및 이면 전극(15)을 갖는다. 또한, 도 2에 일반적인 결정계 실리콘 태양 전지의 전극 패턴의 모식도의 일례를 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 결정계 실리콘 태양 전지로부터 전류를 외부로 취출하기 위한 전극인 광 입사측 전극(20) 및 이면 전극(15)을 합쳐서, 간단히 「전극」이라고 하는 경우가 있다.
본 발명의 도전성 페이스트는 결정계 실리콘 태양 전지와 같은 태양 전지의 p형 반도체층(p형 이미터층) 상의 전극을 형성하기 위한 도전성 페이스트로서, 적합하게 사용할 수 있다. 형성되는 전극 중의 Ag/Al상의 콘택트 스폿의 양과 크기를 적절하게 제어할 수 있으므로, p형 반도체층과 전극의 접촉 저항을 낮게 할 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타내는 결정계 실리콘 태양 전지의 경우에는, 본 발명의 도전성 페이스트를 사용함으로써, 낮은 접촉 저항의 광 입사측 표면의 핑거 전극(20b)을 형성할 수 있다.
결정계 실리콘 태양 전지에 대한 광의 입사 면적을 크게 하기 위해, 광 입사측 표면에 있어서 광 입사측 전극(20)이 차지하는 면적은 가능한 한 작은 편이 좋다. 그 때문에, 광 입사측 표면의 핑거 전극(20b)은 가능한 한 가는 폭인 것이 바람직하다. 한편, 전기적 손실(오믹 손실)을 저감시키는 점에서, 핑거 전극(20b)의 폭은 넓은 편이 바람직하다. 또한, 핑거 전극(20b)과, 불순물 확산층(4) 사이의 접촉 저항을 작게 하는 점에서도 핑거 전극(20b)의 폭은 넓은 편이 바람직하다. 이상을 고려하면, 핑거 전극(20b)의 폭은 20 내지 300㎛, 바람직하게는 35 내지 200㎛, 보다 바람직하게는 40 내지 100㎛로 할 수 있다. 즉, 결정계 실리콘 태양 전지의 변환 효율을 최대로 하도록, 태양 전지 동작의 시뮬레이션에 의해, 최적의 핑거 전극(20b)의 간격 및 개수를 결정할 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 결정계 실리콘 태양 전지의 광 입사측 표면에는 광 입사측 버스 바 전극(20a)이 배치된다. 광 입사측 버스 바 전극(20a)은 핑거 전극(20b)에 전기적으로 접촉하고 있다. 광 입사측 버스 바 전극(20a)에는 땜납에 의해 주위가 덮인 인터커넥트용의 금속 리본이나 와이어가 솔더링되어, 전류가 외부로 취출된다.
광 입사측 버스 바 전극(20a)을 형성하기 위한 도전성 페이스트는 핑거 전극(20b)의 경우와 마찬가지로, 본 발명의 도전성 페이스트를 사용할 수 있다. 단, 필요에 따라, 본 발명의 도전성 페이스트와는 상이한 도전성 페이스트를 사용할 수도 있다.
광 입사측 버스 바 전극(20a)의 폭은 인터커넥트용의 금속 리본과 동일 정도의 폭일 수 있다. 광 입사측 버스 바 전극(20a)이 낮은 전기 저항이기 위해서는, 광 입사측 버스 바 전극(20a)의 폭은 넓은 편이 바람직하다. 한편, 광 입사측 표면에 대한 광의 입사 면적을 크게 하기 위해, 광 입사측 버스 바 전극(20a)의 폭은 좁은 편이 좋다. 그 때문에, 버스 바 전극 폭은 0.5 내지 5㎜, 바람직하게는 0.5 내지 3㎜, 보다 바람직하게는 0.7 내지 2㎜로 할 수 있다. 또한, 버스 바 전극의 개수는 결정계 실리콘 태양 전지의 크기에 따라 정할 수 있다. 구체적으로는, 버스 바 전극의 개수는 1 내지 5개로 할 수 있다. 즉, 결정계 실리콘 태양 전지의 변환 효율을 최대로 하도록, 태양 전지 동작의 시뮬레이션에 의해, 최적의 버스 바 전극의 개수를 결정할 수 있다. 또한, 태양 전지 모듈의 제조 시에, 일반적으로, 인터커넥트용의 금속 리본에 의해, 결정계 실리콘 태양 전지를 서로 직렬로 접속한다. 그 때문에, 이면 버스 바 전극(15a)이 존재하는 경우에는, 광 입사측 버스 바 전극(20a) 및 이면 버스 바 전극(15a)의 개수는 동일한 것이 바람직하다.
또한, 인터커넥트용의 금속 리본 대신에 금속 와이어로 결정계 실리콘 태양 전지를 접속하는 경우, 버스 바 전극의 사이즈를 매우 작게 하고 광의 입사 면적을 크게 하는 것이 가능해진다. 그와 같은 경우라도 변환 효율을 최대로 하도록, 최적의 와이어의 개수와 버스 바 전극의 형상을 결정할 수 있다.
또한, 도 3에 나타내는 양면 수광형 태양 전지가, p형의 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하여, 주된 광 입사측 표면과는 반대측의 표면(이면)에 이면 전계층(16)으로서 p형 불순물 확산층이 형성되는 경우에는, 본 발명의 도전성 페이스트를 사용하여, 이면 전극(15)(이면 핑거 전극(15c))을 형성할 수 있다.
이어서, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법은 p형 또는 n형의 결정계 실리콘 기판(1)을 준비하는 공정을 포함한다. 결정계 실리콘 기판(1)으로서는, 예를 들어 B(붕소) 도프의 p형 단결정 실리콘 기판, 또는 P(인) 도프의 n형 단결정 실리콘 기판을 사용할 수 있다. 이하의 설명에서는, n형 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하는 예에 대하여 주로 설명한다.
높은 변환 효율을 얻는다는 관점에서, 결정계 실리콘 기판(1)의 광 입사측의 표면에는 피라미드상의 텍스처 구조를 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법은, 상술한 공정에서 준비한 결정계 실리콘 기판(1)의 한쪽의 표면에, 다른 도전형의 불순물 확산층(4)을 형성하는 공정을 포함한다. 예를 들어, 결정계 실리콘 기판(1)으로서, n형 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하는 경우에는, 불순물 확산층(4)으로서 p형 불순물 확산층(4)을 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지에서는 p형 결정계 실리콘 기판(1)을 사용할 수 있다. 그 경우, 불순물 확산층(4)으로서, n형 불순물 확산층(4)을 형성한다.
불순물 확산층(4)을 형성할 때에는, 불순물 확산층(4)의 시트 저항이 40 내지 200Ω/□, 바람직하게는 45 내지 180Ω/□가 되도록 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법에 있어서, 불순물 확산층(4)을 형성하는 깊이는 0.15㎛ 내지 2.0㎛로 할 수 있다. 또한, 불순물 확산층(4)의 깊이란, 불순물 확산층(4)의 표면에서부터 pn 접합까지의 깊이를 말한다. pn 접합의 깊이는 불순물 확산층(4)의 표면에서부터, 불순물 확산층(4) 중의 불순물 농도가 기판의 불순물 농도와 동일해질 때까지의 깊이로 할 수 있다.
이어서, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법은, 상술한 공정에서 형성한 불순물 확산층(4)의 표면에 반사 방지막(2)을 형성하는 공정을 포함한다. 반사 방지막(2)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 성막할 수 있다. 반사 방지막(2)은 질화규소막, 산화규소막, 산화알루미늄막, 또는 이것들의 복합층으로서 형성할 수 있다. 반사 방지막(2)은 입사한 광에 대하여 반사 방지 기능을 갖는 것 외에, 표면 패시베이션막으로서의 기능도 갖기 때문에, 고성능의 결정계 실리콘 태양 전지를 얻을 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같은 양면 수광형 태양 전지의 경우에는, 소정의 이면 전계층(16)으로서 불순물 확산층을 형성한다. n형 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하는 경우에는, 이면 전계층(16)으로서 n형의 불순물 확산층을 형성한다. 또한, p형 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하는 경우에는, 이면 전계층(16)으로서 p형의 불순물 확산층을 형성한다. 그 후, 광 입사측 표면과 마찬가지로, 이면에도 반사 방지막(2)을 형성한다.
본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법에서는, 도전성 페이스트를, 반사 방지막(2)의 표면에 인쇄 및 소성함으로써 광 입사측 전극(20)을 형성하는 공정을 포함한다. 또한, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법은, 결정계 실리콘 기판(1)의 다른 쪽의 표면에, 도전성 페이스트를 인쇄 및 소성함으로써 이면 전극(15)을 형성하는 공정을 더 포함한다. 구체적으로는, 먼저, 소정의 도전성 페이스트를 사용하여 인쇄한 광 입사측 전극(20)의 패턴을, 100 내지 150℃ 정도의 온도에서 수 분간(예를 들어, 0.5 내지 5분간) 건조한다. 또한, 광 입사측 전극(20)의 패턴의 인쇄·건조에 이어서, 이면 전극(15)의 형성을 위해, 이면에 대해서도 소정의 도전성 페이스트를 인쇄, 건조할 수 있다. n형 결정계 실리콘 기판(1)을 사용하는 경우, 이면 전극(15)의 형성을 위한 도전성 페이스트로서, 도전성 분말로서 은을 사용한 태양 전지 전극 형성용의 공지의 도전성 페이스트를 사용할 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같은 양면 수광형 태양 전지의 경우에는, 이면 전극(15)으로서, 광 입사측 전극(20)과 동일한 전극 패턴 형상(도 2에 나타낸 바와 같은 전극 패턴 형상)의 전극을 사용할 수 있다.
그 후, 인쇄한 도전성 페이스트를 건조한 것을, 관상로 등의 소성로를 사용하여 대기 중에서, 소정의 소성 조건에서 소성한다. 소성 조건으로서, 소성 분위기는 대기 중, 소성 온도는 400 내지 1000℃, 보다 바람직하게는 400 내지 900℃, 더욱 바람직하게는 500 내지 900℃, 특히 바람직하게는 600 내지 850℃이다. 소성은 단시간에 행하는 것이 바람직하다. 소성 시의 온도 프로파일(온도-시간 곡선)은 피크상인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 온도를 피크 온도로 하여, 소성로의 인-아웃 시간을 10 내지 60초, 바람직하게는 20 내지 50초로 소성하는 것이 바람직하다.
소성 시에는, 광 입사측 전극(20) 및 이면 전극(15)을 형성하기 위한 도전성 페이스트를 동시에 소성하여, 양 전극을 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 소정의 도전성 페이스트를 광 입사측 표면 및 이면에 인쇄하고, 동시에 소성함으로써, 전극 형성을 위한 소성을 1회만으로 할 수 있다. 그 때문에, 결정계 실리콘 태양 전지를, 더 저비용으로 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지의 제조 방법에서는, 광 입사측 표면의 핑거 전극(20b)을 형성하기 위해 본 발명의 도전성 페이스트를 사용한다. 그 때문에, 전극 패턴의 도전성 페이스트를 소성할 때에, 본 발명의 도전성 페이스트가, 반사 방지막(2)을 파이어 스루할 수 있다. 또한, 광 입사측 표면의 핑거 전극(20b)을 형성하기 위해 본 발명의 도전성 페이스트를 소성함으로써, 핑거 전극(20b)과 불순물 확산층(4)의 계면에, 크기가 제어된 콘택트 스폿을 형성할 수 있다. 이 결과, 핑거 전극(20b)과 불순물 확산층(4) 사이의 접촉 저항을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 본 발명의 결정계 실리콘 태양 전지를, 인터커넥트용의 금속 리본 또는 와이어에 의해 전기적으로 접속하고, 유리판, 밀봉재 및 보호 시트 등에 의해 라미네이트함으로써, 태양 전지 모듈을 얻을 수 있다. 인터커넥트용의 금속 리본으로서는, 땜납에 의해 주위가 덮인 금속 리본(예를 들어, 구리를 재료로 하는 리본)을 사용할 수 있다. 땜납으로서, 주석을 주성분으로 하는 것, 구체적으로는 납을 넣은 납 함유 땜납 및 납 불포함 땜납 등, 시장에서 입수 가능한 땜납을 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해, 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
<도전성 페이스트의 재료 및 제조 비율>
실시예 및 비교예의 태양 전지 제조에 사용한 도전성 페이스트의 조성은 하기와 같다. 표 1에, 실시예 및 비교예에 사용한 도전성 페이스트 a 내지 m의 도전성 페이스트 중의 Ag 및 Al 입자의 입경 및 첨가량, 그리고 유리 프릿 조성 및 첨가량을 나타낸다.
(A) 도전성 분말
표 1에 나타내는 Ag(100중량부)을 사용했다. Ag 입자의 형상은 구상이다. 표 1에 Ag의 입경(평균 입자 직경 D50)을 나타낸다.
(B) 유리 프릿
표 1에 나타내는 배합의 유리 프릿을 사용했다. 표 1에, 페이스트 a 내지 m의 도전성 페이스트 중의, 도전성 분말 100중량부에 대한 유리 프릿의 첨가량을 나타낸다. 또한, 유리 프릿의 평균 입자 직경 D50은 2㎛로 했다.
(C) 유기 결합제
유기 결합제로서, 에틸셀룰로오스(0.4중량부)를 사용했다.
(D) 용제
용제로서, 부틸카르비톨아세테이트(3중량부)를 사용했다.
이어서, 상술한 소정의 제조 비율의 재료를, 플라네터리 믹서로 혼합하고, 다시 3롤밀로 분산하고, 페이스트화함으로써 도전성 페이스트를 제조했다.
<단결정 실리콘 태양 전지의 제조>
도 3에 예시한 바와 같은 양면 수광형의 단결정 실리콘 태양 전지를 제조했다. 기판은 P(인) 도프의 n형 Si 단결정 기판(기판 두께 200㎛)을 사용했다.
먼저, 상기 기판에 산화규소층 약 20㎛를 드라이 산화로 형성 후, 불화수소, 순수 및 불화암모늄을 혼합한 용액으로 에칭하여, 기판 표면의 대미지를 제거했다. 또한, 염산과 과산화수소를 포함하는 수용액으로 중금속 세정을 행하였다.
이어서, 이 기판의 양면에 습식 에칭에 의해 텍스처(요철 형상)를 형성했다. 구체적으로는 습식 에칭법(수산화나트륨 수용액)에 의해 피라미드상의 텍스처 구조를 양면(주된 광 입사측 표면 및 이면)에 형성했다. 그 후, 염산 및 과산화수소를 포함하는 수용액으로 세정했다.
이어서, 상기 기판의 텍스처 구조를 갖는 한쪽의 표면(광 입사측 표면)에 붕소를 주입하여, p형 확산층을 약 0.5㎛의 깊이로 형성했다. p형 확산층의 시트 저항은 60Ω/□였다.
또한, 상기 기판의 텍스처 구조를 갖는 다른 쪽의 표면(이면)에, 인을 주입하여, n형 확산층을 약 0.5㎛의 깊이로 형성했다. n형 확산층의 시트 저항은 20Ω/□였다. 붕소 및 인의 주입은 동시에 열확산법에 의해 행하였다.
이어서, p형 확산층을 형성한 기판의 표면(광 입사측 표면) 및 n형 확산층을 형성한 기판의 표면(이면)에, 1 내지 2㎚의 얇은 산화막층을 형성한 후, 플라스마 CVD법에 의해 실란 가스 및 암모니아 가스를 사용하여 질화규소 박막을 약 60㎚의 두께로 형성했다. 구체적으로는, NH3/SiH4=0.5의 혼합 가스 1Torr(133㎩)를 글로우 방전 분해함으로써, 플라스마 CVD법에 의해 막 두께 약 70㎚의 질화규소 박막(반사 방지막(2))을 형성했다.
실시예, 비교예 및 참고예의 단결정 실리콘 태양 전지의, p형 확산층을 형성한 기판의 표면(광 입사측 표면)의 전극 형성용의 도전성 페이스트는 표 2 내지 6에 나타내는 것을 사용했다.
도전성 페이스트의 인쇄는 스크린 인쇄법에 의해 행하였다. 상술한 기판의 반사 방지막(2) 상에, 막 두께가 약 20㎛가 되도록, 1.5㎜ 폭의 광 입사측 버스 바 전극(20a)과, 60㎛ 폭의 광 입사측 핑거 전극(20b)을 포함하는 전극 패턴을 인쇄하고, 그 후, 150℃에서 약 1분간 건조했다.
이면 전극(15)(n형 확산층을 형성한 표면의 전극)으로서, 시판의 Ag 페이스트를 스크린 인쇄법에 의해 인쇄했다. 또한, 이면 전극(15)의 전극 패턴은 광 입사측 전극(20)과 동일한 전극 패턴 형상이다. 그 후, 150℃에서 약 60초간 건조했다. 건조 후의 이면 전극(15)용의 도전성 페이스트의 막 두께는 약 20㎛였다. 그 후, Despatch Industries, Inc.제의 벨트로(소성로) CDF7210을 사용하여, 피크 온도 720℃, 소성로의 인-아웃 50초로 양면 동시 소성했다. 이상과 같이 하여, 단결정 실리콘 태양 전지를 제작했다.
단결정 실리콘 태양 전지의 전기적 특성의 측정은 다음과 같이 행하였다. 즉, 시작한 태양 전지의 전류-전압 특성을, 에이코 세이키 가부시키가이샤제의 솔라 시뮬레이터 SS-150XIL을 사용하여, 25℃, AM 1.5의 조건의 솔라 시뮬레이터광(에너지 밀도 100㎽/㎠)의 조사 하에서 측정하고, 측정 결과로부터 변환 효율(%)을 산출했다. 또한, 동일한 제조 조건의 단결정 실리콘 태양 전지를 2개 제작하고, 측정값은 2개의 평균값으로서 구했다.
<실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4>
표 1에 나타내는 도전성 페이스트를, 표 2에 나타낸 바와 같이 사용하여, 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 단결정 실리콘 태양 전지를 제작했다. 또한, 참고를 위해, 표 2에는 도전성 페이스트에 포함되는 Al 입자의 입경 및 첨가량을 나타내고 있다. 또한, 표 2에 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율의 측정 결과를 나타낸다.
표 2에 나타내는 변환 효율의 측정 결과로부터 명백해진 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 7의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율은 모두 19% 이상이었다. 이에 비해 비교예 1 내지 4의 단결정 실리콘 태양 전지의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율은 모두 19% 미만이었다. 따라서, 본 발명의 실시예 1 내지 7의 단결정 실리콘 태양 전지는, 비교예 1 내지 4의 단결정 실리콘 태양 전지에 비해, 고성능이라고 할 수 있다.
구체적으로는, 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 및 2와, 실시예 1 내지 4를 비교하면, 도전성 페이스트 중의 Al 분말의 입경이 0.5 내지 3.5㎛인 경우에 태양 전지의 변환 효율이 높아졌다. 그 중에서도 도전성 페이스트 중의 Al 분말의 입경이 0.5 내지 3.0㎛인 경우는, 특히 높은 변환 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 비교예 3 및 4와, 실시예 2 및 5 내지 7을 비교하면, 도전성 페이스트 중의 Al 분말의 첨가량이 0.5 내지 5중량부인 경우에, 높은 변환 효율을 얻을 수 있었다. 그 중에서도 도전성 페이스트 중의 Al 분말의 첨가량이 0.5 내지 4중량부인 경우는, 특히 높은 변환 효율을 얻을 수 있었다.
표 3에, 참고예 1 및 2의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율을 나타낸다. 또한, 참고예 1 및 2의 단결정 실리콘 태양 전지는, 실시예 2 및 3에서 사용한 도전성 페이스트 c 및 d를, 이면 전극(15)(n형 확산층을 형성한 표면의 전극)으로서 사용한 결정 실리콘 태양 전지이다. 또한, p형 확산층을 형성한 기판의 표면(광 입사측 표면)의 광 입사측 전극의 형성도 동일한 도전성 페이스트 c 및 d를 사용하여 행하였다.
표 3에 나타내는 변환 효율의 측정 결과로부터 명백해진 바와 같이, 실시예 2 및 3에서 사용한 도전성 페이스트 c 및 d를, n형 확산층을 형성한 표면의 전극에도 사용한 참고예 1 및 2의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율은 모두 19% 미만이었다. 따라서, 본 발명의 도전성 페이스트는 n형 확산층에 비하면, p형 확산층을 형성한 표면의 전극으로서 적합하게 사용할 수 있다고 할 수 있다.
표 4에 실시예 8의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율을 나타낸다. 또한, 실시예 8의 단결정 실리콘 태양 전지의 제조 시에는, 실시예 2에서 사용한 도전성 페이스트의 Al 분말 대신에, Al 화합물(Al과 Zn의 합금, 배합비 Al:Zn=50:50)을 포함하는 도전성 페이스트를 사용했다. 참고를 위해, 표 4에는 실시예 2의 측정 결과도 나타내고 있다.
표 4에 나타내는 변환 효율의 측정 결과로부터 명백해진 바와 같이, Al 분말 대신에 Al 화합물을 사용한 도전성 페이스트를 사용하여 제조한 실시예 8의 단결정 실리콘 태양 전지의 경우에도, 19.8%라는 높은 변환 효율을 얻을 수 있었다.
표 5에 도전성 페이스트 l을 사용하여 제조한 실시예 9의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율을 나타낸다. 또한, 도전성 페이스트 l은 실시예 2에 사용한 도전성 페이스트 c에 비하면, Ag 분말의 입경만이 상이하다. 참고를 위해, 표 5에는 실시예 2의 측정 결과도 나타내고 있다.
표 5에 나타내는 변환 효율의 측정 결과로부터 명백해진 바와 같이, 입경 1.5㎛의 Ag 입자를 배합한 도전성 페이스트를 사용한 경우에도, 20.1%라는 높은 변환 효율의 단결정 실리콘 태양 전지를 얻을 수 있었다. 따라서, 도전성 페이스트 중의 Ag 입자가 적어도 입경 1.5 내지 2.0㎛인 범위에서, 변환 효율의 단결정 실리콘 태양 전지를 얻을 수 있다고 할 수 있다.
표 6에 도전성 페이스트 m을 사용하여 제조한 실시예 10의 단결정 실리콘 태양 전지의 변환 효율을 나타낸다. 또한, 도전성 페이스트 m은 실시예 2에 사용한 도전성 페이스트 c에 비하면, 유리 프릿의 조성만이 상이하다. 도전성 페이스트 m의 유리 프릿에는 산화납(PbO), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)이 배합되어 있지만, 산화붕소(B2O3)는 배합되어 있지 않다. 참고를 위해, 표 6에는 실시예 2의 측정 결과도 나타내고 있다.
표 6에 나타내는 변환 효율의 측정 결과로부터 명백해진 바와 같이, 상이한 조성의 유리 프릿을 배합한 도전성 페이스트를 사용한 경우에도, 20.2%라는 높은 변환 효율의 단결정 실리콘 태양 전지를 얻을 수 있었다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
1 : 결정계 실리콘 기판
2 : 반사 방지막
4 : 불순물 확산층
15 : 이면 전극
15c : 이면 핑거 전극
16 : 이면 전계층(이면의 불순물 확산층)
20 : 광 입사측 전극(표면 전극)
20a : 광 입사측 버스 바 전극
20b : 광 입사측 핑거 전극

Claims (9)

  1. 태양 전지의 전극 형성용의 도전성 페이스트로서,
    도전성 페이스트가, (A) 도전성 분말, (B) 평균 입자 직경이 0.5 내지 3.5㎛인 Al 분말 또는 Al 화합물 분말, (C) 유리 프릿 및 (D) 유기 매체를 포함하고,
    (A) 도전성 분말 100중량부에 대하여, (B) Al 분말 또는 Al 화합물 분말을 0.5 내지 5중량부 포함하는, 도전성 페이스트.
  2. 제1항에 있어서, (A) 도전성 분말이, Ag 분말, Cu 분말, Ni 분말 및 그것들의 혼합물 중 적어도 하나 포함하는, 도전성 페이스트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, (B) Al 화합물 분말이, Al을 포함하는 합금 분말인, 도전성 페이스트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, (C) 유리 프릿이, 산화납(PbO), 산화붕소(B2O3), 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화비스무트(Bi2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 도전성 페이스트.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, (D) 유기 비히클이, 에틸셀룰로오스, 로진에스테르, 부티랄, 아크릴 및 유기 용제로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 도전성 페이스트.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 도전성 페이스트가, 티탄레지네이트, 산화티타늄, 산화세륨, 질화규소, 구리망간주석, 알루미노규산염 및 규산알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는, 도전성 페이스트.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 태양 전지의 p형 반도체층 상의 전극을 형성하기 위한 도전성 페이스트인, 도전성 페이스트.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 결정계 실리콘 태양 전지의 p형 이미터층 상의 전극을 형성하기 위한 도전성 페이스트이며,
    결정계 실리콘 태양 전지가, n형 결정계 실리콘 기판과, n형 결정계 실리콘 기판의 한쪽의 주면에 형성된 p형 이미터층을 포함하는, 도전성 페이스트.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 도전성 페이스트를 사용하여 적어도 일부의 전극이 형성된 태양 전지.
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