KR20190016532A - Rear electrode paste composition for solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물 및 이를 이용하여 형성된 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a paste composition for a solar cell back electrode and a solar cell formed using the paste composition.
태양전지는 태양에서 발생하는 광에너지를 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 광기전 효과로 전류, 전압을 생성한다. 이는 pn 접합이 이루어지는 반도체 기판(substarte)과 에미터층(emmitter layer)을 구비하며, 에미터 상부에는 상기 에미터와 통전되는 전면 전극이 형성되고, 광입사면과 대향되는 다른 면에는 기판과 통전되는 후면 전극이 형성된다. A solar cell generates current and voltage by photovoltaic effect that absorbs light energy generated from the sun and generates electrons and holes. The semiconductor substrate includes a semiconductor substrate and an emitter layer on which a pn junction is formed. A front electrode is formed on the emitter and electrically connected to the emitter. On the other surface opposite to the light incident surface, A rear electrode is formed.
태양전지에 흡수되는 빛은 다양한 파장을 가지고 있어 파장에 따라 굴절률이 다르므로 흡수가 잘 되는 파장 범위가 존재한다. 대체로, 장파장의 빛은 굴절률이 작아 흡수가 잘 되지 않고 태양전지를 투과한다. 이에, 투과되는 빛들을 반사시켜 태양전지를 다시 통과하게 함으로써 빛의 흡수를 증가시키는 역할을 하는 패시베이션층을 구비하기도 한다. Since the light absorbed by the solar cell has various wavelengths, the refractive index differs according to the wavelength, so there is a wavelength range that absorbs light. Generally, light of a long wavelength has a low refractive index and is not absorbed well and transmits the solar cell. There is also a passivation layer which reflects the transmitted light and allows the solar cell to pass therethrough, thereby increasing absorption of light.
PERC형(Passivated Emitter and Rear Contact Type) 태양전지는 웨이퍼 후면에 패시베이션층(Passivation Layer)을 구비한 것으로, 태양전지에 입사되는 빛의 흡수율을 증가시키고, 생성된 전자와 정공의 재결합에 따른 손실을 방지할 수 있다. 이때, 패시베이션층은 일반적으로 알루미늄산화물 층(Al2O3 LAYER)과 실리콘질화물 층(SiNx LAYER)으로 이루어지며, 알루미늄산화물 층은 태양전지 후면에서 fixed negative charge를 발생시킨다. 상기 음전하(negative charge)는 태양전지에서 발생된 정공을 후면 전극으로 이동하는 것을 도와주고, 이에 따라 발생된 전자와 정공이 재결합되는 양을 줄여주어 더욱 많은 전자와 정공을 수집할 수 있도록 함으로써 개방전압(Voc)을 향상시킬 수 있고, 태양전지 효율을 증대시킨다. The Passive Emitter and Rear Contact type solar cell has a passivation layer on the backside of the wafer and increases the absorption rate of light incident on the solar cell and the loss due to the recombination of the generated electrons and holes . At this time, the passivation layer generally comprises an aluminum oxide layer (Al 2 O 3 LAYER) and a silicon nitride layer (SiN x LAYER), and the aluminum oxide layer generates a fixed negative charge at the back surface of the solar cell. The negative charge helps to move the holes generated in the solar cell to the rear electrode and reduces the amount of recombination of electrons and holes generated thereby to collect more electrons and holes, (Voc) can be improved and solar cell efficiency can be increased.
이러한 PERC형 태양전지는 알루미늄 전극이 패시베이션층을 침투할 수 없어 개구부(opening)를 통해 알루미늄 페이스트를 사용하여 국부적인 후면전계층(Back Surface Field Layer, BSF layer)을 형성한다. 이때, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 확산 속도 차이에 의해 보이드(void)가 발생하고, 이는 개방전압(Voc)을 떨어뜨려 변환 효율을 저하시킨다. 상기 보이드는 일반적으로 알루미늄보다 실리콘의 확산속도가 빠르기 때문에 발생되는 것으로, 페이스트 내 성분을 변경하는 기술 개발이 요구된다. In this PERC type solar cell, the aluminum electrode can not penetrate the passivation layer, and forms a local back surface field layer (BSF layer) using an aluminum paste through an opening. At this time, voids are generated due to the difference in the diffusion speed between aluminum (Al) and silicon (Si), which lowers the open-circuit voltage (Voc) and lowers the conversion efficiency. Generally, the void is generated because the diffusion speed of silicon is higher than that of aluminum. Therefore, it is required to develop a technique of changing the component in the paste.
또한, 알루미늄 페이스트가 패시베이션층과 반응하지 못하는 경우 알루미늄 전극의 부착력 불량으로 미세 알루미늄 입자가 발생하고, 발생된 입자는 전면부의 오염을 야기하여 변환효율을 떨어뜨린다. 이는 태양전지 모듈을 제작하는 경우에도 문제가 된다. 또한, 종래 알루미늄 페이스트는 수분에 대한 안정성이 취약하다. In addition, when the aluminum paste does not react with the passivation layer, fine aluminum particles are generated due to poor adhesion of the aluminum electrode, and the generated particles cause contamination of the front surface, which lowers the conversion efficiency. This is also a problem when a solar cell module is manufactured. In addition, the conventional aluminum paste is poor in stability against moisture.
따라서, 일정 수준이상의 전극 부착력을 구현할 수 있으면서, 수분 안정성이 우수한 알루미늄 페이스트에 대한 연구개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for research and development of an aluminum paste excellent in water stability while being capable of realizing a certain level of electrode adhesion.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수분 안정성이 우수하며, 전극 부착력을 개선할 수 있어 높은 변환효율 및 개방전압을 구현할 수 있는 태양전지의 후면전극용 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a paste for a back electrode of a solar cell which is superior in moisture stability and can improve electrode adhesion and can realize a high conversion efficiency and an open circuit voltage. .
또한, 본 발명은 상기 후면전극용 페이스트를 이용하여 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a solar cell using the paste for the rear electrode.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일양태는 According to an aspect of the present invention,
(a) 알루미늄 전도성 분말(a) an aluminum conductive powder
(b) SiO2, ZnO, Bi2O3 및 B2O3를 함유한 유리 프릿 및(b) glass frit containing SiO 2 , ZnO, Bi 2 O 3 and B 2 O 3 and
(c) 유기 비히클(c) an organic vehicle
을 포함하는 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다. To a paste composition for a solar cell back electrode.
본 발명의 일 양태에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 있어서, 상기 유리 프릿은 SiO2 5 내지 30중량%, ZnO 1 내지 20중량%, Bi2O3 10 내지 60중량% 및 B2O3 5 내지 20중량%를 포함하는 것일 수 있다. In the present invention one solar cell back contact paste composition according to the aspect, the glass frit is SiO 2 5 to 30% by weight, ZnO 1 to 20 wt%, Bi 2 O 3 10 to 60% and B 2 O 3 wt. 5 to 20% by weight.
본 발명의 다른 양태는 Another aspect of the present invention is
(a) 알루미늄 전도성 분말(a) an aluminum conductive powder
(b′) SiO2, ZnO, Bi2O3, B2O3, PbO 및 Al2O3를 함유한 유리 프릿 및(b ') glass frit containing SiO 2 , ZnO, Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , PbO and Al 2 O 3 and
(c) 유기 비히클(c) an organic vehicle
을 포함하는 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물을 제공한다. The present invention provides a paste composition for a solar cell back electrode.
이때, 상기 양태에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 있어서, 상기 유리 프릿은 SiO2 5 내지 30중량%, ZnO 1 내지 20중량%, Bi2O3 10 내지 60중량%, B2O3 5 내지 20중량%, PbO 5 내지 50중량% 및 Al2O3 1 내지 20중량%를 포함하는 것일 수 있다. In this case, the glass frit may contain 5 to 30% by weight of SiO 2 , 1 to 20% by weight of ZnO, 10 to 60% by weight of Bi 2 O 3 , B 2 O 3 To 20 wt%, PbO 5 to 50 wt%, and Al 2 O 3 1 to 20 wt%.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 있어서, 상기 유리 프릿은 평균입경이 0.5 내지 5.0㎛인 것일 수 있다. In the paste composition for a solar cell rear electrode according to an embodiment of the present invention, the glass frit may have an average particle diameter of 0.5 to 5.0 μm.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물은 전체 중량에 대하여 상기 유리 프릿을 0.6 내지 20 중량% 포함하는 것일 수 있다. The paste composition for a solar cell back electrode according to an embodiment of the present invention may contain 0.6 to 20% by weight of the glass frit with respect to the total weight.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 있어서, 상기 알루미늄 전도성 분말은 평균입경이 2 내지 10㎛인 것일 수 있다. In the paste composition for a solar cell back electrode according to an embodiment of the present invention, the aluminum conductive powder may have an average particle diameter of 2 to 10 mu m.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 있어서, 상기 유기 비히클은 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 및 폴리비닐계 수지 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 유기 바인더가 용매에 용해된 것일 수 있다. In the paste composition for a solar cell back electrode according to an embodiment of the present invention, the organic vehicle may be one in which an organic binder containing at least one selected from a cellulose resin, an acrylic resin and a polyvinyl resin is dissolved in a solvent have.
또한, 본 발명은 상기의 페이스트 조성물을 이용하여 형성되는 일반형(Conventional type) 또는 PERC형(Passivated Emitter and Rear Cell type) 구조를 갖는 태양전지를 제공한다.In addition, the present invention provides a solar cell having a conventional type or PERC (passive emitter and rear cell type) structure formed using the above paste composition.
본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물은 수분에 대한 안정성이 뛰어나며, 전극 부착력을 향상시킬 수 있어 높은 변환효율 및 개방전압을 구현할 수 있는 이점이 있다. The paste composition for a solar cell back electrode according to the present invention is excellent in stability against moisture and has an advantage that a high conversion efficiency and an open circuit voltage can be realized because the electrode adherence can be improved.
또한, 본 발명은 상기 페이스트 조성물을 이용하여 안정성 및 신뢰성이 탁월하고, 높은 에너지 전환효율을 구현할 수 있는 태양전지를 제공할 수 있는 이점이 있다.Further, the present invention has an advantage of providing a solar cell which is excellent in stability and reliability and can realize high energy conversion efficiency by using the paste composition.
이하, 본 발명의 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물, 이를 이용하여 제조되는 태양전지에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. Hereinafter, the paste composition for a solar cell rear electrode of the present invention and a solar cell manufactured using the same will be described in detail. The present invention may be better understood by the following examples, which are for the purpose of illustration only and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims. The technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined.
본 발명은 일반형(Conventional type) 또는 PERC형(Passivated Emitter and Rear Cell type) 구조를 갖는 태양전지에 적용 가능한 것이다. 이 중 하기에 예시하는 태양전지는 PERC형인 것으로, 본 발명을 반드시 PERC형 태양전지에 한정하여 적용하는 것은 아니다.The present invention is applicable to a solar cell having a conventional type or a PERC type (Passive Emitter and Rear Cell type) structure. Among them, the solar cell exemplified below is PERC type, and the present invention is not necessarily applied to the PERC type solar cell.
PERC형 태양전지는 후면에 패시베이션(passivation)을 가지고 있어, 장파장 영역의 빛의 흡수율을 높일 수 있고, 전자와 정공의 재결합을 감소시켜 단락전류(Isc) 및 개방전압(Voc)을 높임으로써 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 하지만, 패시베이션의 존재로 국부적인 후면전계층(Local BSF layer)를 형성해야 하는데, 알루미늄 페이스트를 적용하는 경우 알루미늄과 실리콘의 확산 속도의 차이로 인해 보이드(void)가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 이는 전극 부착력을 저하시켜 변환효율을 감소시킬 수 있으며, 모듈의 신뢰성 확보에도 어려움이 있다. The PERC type solar cell has a passivation on the backside to increase the light absorption rate in the long wavelength region and reduce the recombination of electrons and holes to increase the short circuit current Isc and the open voltage Voc, Can be improved. However, due to the existence of passivation, a local BSF layer must be formed. However, when aluminum paste is applied, a void is generated due to a difference in the diffusion speed of aluminum and silicon. In addition, this may reduce the electrode attaching force to reduce the conversion efficiency, and it is also difficult to secure the reliability of the module.
이에, 본 발명자들은 특정 성분의 조합을 포함하는 후면전극용 페이스트 조성물을 제공함으로써 상기와 같은 보이드 발생을 억제하여 태양전지의 효율을 극대화할 수 있으며, 동시에 종래 수분에 대한 안정성이 취약한 알루미늄 페이스트의 물성을 개선할 수 있어 본 발명을 완성하기에 이르렀다. Accordingly, the present inventors have found that by providing a paste composition for a back electrode including a combination of specific components, void generation can be suppressed to maximize the efficiency of the solar cell, and at the same time, the properties of the aluminum paste And thus the present invention has been accomplished.
본 발명에서 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물은 일반형 태양전지는 물론 패시베이션층을 포함하는 PERC형 태양전지에 적용하는데 유용하며, 일반적으로 태양전지로 알려진 실리콘 반도체 장치를 포함하는 다양한 작용에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 페이스트 조성물은 실리콘 및 알루미늄 계면 사이의 우수한 반응성으로 국부적인 BSF 층을 효과적으로 형성할 수 있으며, 패시베이션층에 따른 오염을 방지할 수 있다. The paste composition for a solar cell back electrode in the present invention is useful for application to a general solar cell as well as a PERC type solar cell including a passivation layer and is not limited to various operations including a silicon semiconductor device generally known as a solar cell . In addition, the paste composition according to the present invention can effectively form a local BSF layer with excellent reactivity between the silicon and aluminum interface, and can prevent contamination due to the passivation layer.
본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물의 제1 양태는 A first aspect of the paste composition for a solar cell back electrode according to the present invention comprises
(a) 알루미늄 전도성 분말,(a) an aluminum conductive powder,
(b) SiO2, ZnO, Bi2O3 및 B2O3를 함유한 유리 프릿 및 (b) glass frit containing SiO 2 , ZnO, Bi 2 O 3 and B 2 O 3 and
(c) 유기 비히클을 포함하는 것이다. (c) an organic vehicle.
상기 유리 프릿은 납을 함유하지 않은 조성으로 각 성분들은 수분 안정성, 전극 부착력에 주요 인자로 작용하며, 이들 성분들은 페이스트 조성물 내 다른 성분과의 조합으로 상승 효과를 구현할 수 있다. The glass frit is a composition that does not contain lead, and each component acts as a major factor in water stability and electrode adhesion force, and these components can realize a synergistic effect in combination with other components in the paste composition.
본 발명의 제1양태에 따른 유리 프릿은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 성분 함량 조절이 가능하며, 바람직하게는 SiO2 5 내지 30중량%, ZnO 1 내지 20중량%, Bi2O3 10 내지 60중량% 및 B2O3 5 내지 20중량%를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 성분들의 합계 중량의 부족한 부분은 적어도 하나 이상의 다른 산화물을 더 포함할 수 있다. 구체적인 일예로 P2O5, Na2O, K2O 및 Sb2O3 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 P2O5, Na2O 및 K2O 중에서 선택되는 어느 하나의 성분은 유리 프릿 내 함량이 0.1 내지 3중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2중량% 포함될 수 있다. 또한, 상기 Sb2O3는 유리 프릿 내 함량이 5 내지 20중량%, 바람직하게는 10 내지 16중량% 포함될 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 우수한 수분 안정성 및 전극 부착력을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 태양전지 성능 향상 측면에서 더욱 좋다. The glass frit according to the first aspect of the present invention is a matter content adjusted within a range for achieving the object of the present invention, and preferably SiO 2 5 to 30% by weight, ZnO 1 to 20 wt%, Bi 2 O 3 10 to 60 wt% and B 2 O 3 5 to 20 wt%. At this time, the deficient portion of the total weight of the components may further include at least one or more other oxides. And may include at least one selected from P 2 O 5 , Na 2 O, K 2 O, and Sb 2 O 3 as a specific example. Any one component selected from P 2 O 5 , Na 2 O and K 2 O may be contained in the glass frit in an amount of 0.1 to 3% by weight, preferably 0.5 to 2% by weight. The content of Sb 2 O 3 in the glass frit may be 5 to 20% by weight, preferably 10 to 16% by weight. When the above range is satisfied, excellent water stability and electrode adhesion force can be realized, and in addition, solar cell performance is improved.
앞서 상술한 본 발명의 제1 양태에서 나아가 본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물은 유리 프릿 성분으로 PbO 및 Al2O3 중 어느 하나의 성분을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 태양전지 성능이 다소 저하될 수 있으나, 수분안정성을 확보할 수 있고 전극 부착력을 향상시킬 수 있는 측면에서 좋다. In addition to the first aspect of the present invention described above, the paste composition for a solar cell back electrode according to the present invention may further comprise any one of PbO and Al 2 O 3 as a glass frit component. In this case, the solar cell performance may be somewhat deteriorated, but it is preferable in terms of securing water stability and improving the adhesion of the electrode.
나아가, 본 발명은 태양전지 성능이 저하되지 않으면서 동시에 수분안정성 및 전극부착력 향상을 구현할 수 있는 것으로서, 하기의 본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물의 제2 양태를 제공한다. Further, the present invention provides a second aspect of the paste composition for a solar cell back electrode according to the present invention, which is capable of achieving moisture stability and electrode adhesion improvement without deteriorating solar cell performance.
본 발명의 제 2양태에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물은The solar cell back electrode paste composition according to the second aspect of the present invention comprises
(a) 알루미늄 전도성 분말,(a) an aluminum conductive powder,
(b′) SiO2, ZnO, Bi2O3, B2O3, PbO 및 Al2O3를 함유한 유리 프릿 및 (b ') glass frit containing SiO 2 , ZnO, Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , PbO and Al 2 O 3 and
(c) 유기 비히클을 포함하는 것이다. (c) an organic vehicle.
상기 유리 프릿은 납을 함유하는 조성으로, 이를 이루는 성분들의 조합과, 페이스트 조성물 내 다른 성분의 조합에 따라 수분 안정성 및 전극 부착력을 향상시킬 수 있으며, 나아가 품질 안정성, 신뢰성을 확보함으로써 내구성을 증진시킬 수 있어 더욱 좋다. The glass frit has a composition containing lead and can improve water stability and electrode adhesion according to a combination of components constituting the glass frit and other components in the paste composition and further improve durability by securing quality stability and reliability It is better to be able.
본 발명의 제2양태에 따른 유리 프릿은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 성분 함량 조절이 가능하며, 바람직하게는 SiO2 5 내지 30중량%, ZnO 1 내지 20중량%, Bi2O3 10 내지 35중량%, B2O3 5 내지 20중량%, PbO 5 내지 50중량% 및 Al2O3 1 내지 20중량%를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 유리프릿 성분 내 상기 범위를 만족하는 경우 태양전지 성능 향상 측면에서 더욱 효과적이며, 전극부착력 강화로 내구성을 더욱 증진시킬 수 있다. The glass frit according to the second aspect of the invention is capable of matter content adjusted within a range for achieving the object of the present invention, and preferably SiO 2, 5 to 30% by weight, ZnO 1 to 20 wt%, Bi 2 O 3 10 to 35 wt%, B 2 O 3 5 to 20 wt%, PbO 5 to 50 wt%, and Al 2 O 3 1 to 20 wt%. At this time, when the glass frit component satisfies the above range, it is more effective in improving the solar cell performance and durability can be further enhanced by strengthening the adhesion of the electrode.
상기의 본 발명에 따른 페이스트 조성물의 제2 양태는 PbO 및 Al2O3의 조합에 있어서, PbO 및 Al2O3 중 어느 하나의 성분만을 포함하는 것보다는 유리 프릿 내 PbO 및 Al2O3의 조합을 포함하는 것이 변환효율 또는 개방전압 특성에서 우수한 태양전지 성능을 확보할 수 있음은 물론 전극 부착력 등의 물성의 향상을 구현할 수 있어 더욱 좋다. A second aspect of the paste composition according to the invention of the will of PbO and Al 2 O 3 in combination, PbO, and Al 2 O 3-one rather than including only the components of my PbO and Al 2 O glass frit of 3 It is more preferable that the solar cell performance can be secured not only in the conversion efficiency or the open-circuit voltage characteristic but also the physical properties such as the electrode adhesion force can be improved.
이때, PbO 및 Al2O3 각각의 유리 프릿 내 성분 함량은 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 조절가능하며, 바람직하게는 PbO가 5 내지 50중량%, Al2O3가 1 내지 20중량%의 범위 내인 것이 내구성, 전극부착력 또는 기포 발생 저항 성능 측면에서 더욱 좋다. At this time, the content of each of the components of the glass frit of PbO and Al 2 O 3 can be adjusted within the range of achieving the object of the present invention, preferably 5 to 50 wt% of PbO 2 , 1 to 20 wt% of Al 2 O 3 % Is better in terms of durability, electrode adhesion force or bubble generation resistance performance.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물은 유리 프릿의 성분 조합에 따라 다양한 양태를 구현할 수 있음은 물론이다. As described above, it is needless to say that the paste composition for solar cell back electrode according to the present invention can realize various aspects according to the combination of components of the glass frit.
본 발명의 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물에 있어서, 유리 프릿은 일구체예로서, SiO2, ZnO, Bi2O3, B2O3, P2O5, Na2O, K2O 및 Sb2O3로 이루어진 것일 수 있으며, 또 다른 구체예로서, SiO2, ZnO, Bi2O3, B2O3, PbO, Al2O3, Na2O, SrO, K2O 및 Sb2O3로 이루어진 것일 수 있다. In the paste composition for a solar cell back electrode according to the present invention, the glass frit may include SiO 2 , ZnO, Bi 2 O 3 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , Na 2 O, K 2 O, and Sb 2 O 3 may be made of, yet a further embodiment, SiO 2, ZnO, Bi 2 O 3, B 2 O 3, PbO, Al 2 O 3, Na 2 O, SrO, K 2 O and Sb 2 O 3 < / RTI >
이때, 상기 유리 프릿은 바람직하게는 SiO2 5 내지 30중량%, ZnO 1 내지 20중량%, Bi2O3 10 내지 60중량%, B2O3 5 내지 20중량%, PbO 0 내지 50중량% 및 Al2O3 0 내지 20중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 페이스트의 점도를 적절하게 유지시켜주며, 특히 알루미늄 실리콘 사이의 확산 속도 차이를 현저히 줄여줄어 계면에서의 보이드(void) 형성을 방지할 수 있고 전극과의 부착력을 향상시켜 변환효율 및 개방전압이 우수하며 다른 성분과의 조합으로 태양전지의 효율을 극대화할 수 있다. Preferably, the glass frit comprises 5 to 30 wt% of SiO 2 , 1 to 20 wt% of ZnO, 10 to 60 wt% of Bi 2 O 3 , 5 to 20 wt% of B 2 O 3 , 0 to 50 wt% of PbO, And 0 to 20 wt% of Al 2 O 3 . When the above range is satisfied, the viscosity of the paste is appropriately maintained. Particularly, the difference in the diffusion speed between aluminum silicon is significantly reduced, void formation at the interface can be prevented, adhesion with the electrode can be improved, And the open circuit voltage are excellent, and the efficiency of the solar cell can be maximized by combination with other components.
구체적으로, 상기 SiO2는 유리 프릿 전체 중량에 대하여 5 내지 30중량%, 보다 바람직하게는 7 내지 21중량% 포함될 수 있다. 또한, ZnO는 유리 프릿 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 16중량% 포함될 수 있다. Specifically, the SiO 2 may be contained in an amount of 5 to 30% by weight, more preferably 7 to 21% by weight based on the total weight of the glass frit. Further, ZnO may be contained in an amount of 1 to 20% by weight, more preferably 5 to 16% by weight based on the total weight of the glass frit.
또한, Bi2O3는 유리 프릿 전체 중량에 대하여 10 내지 60중량%, 보다 바람직하게는 12 내지 45중량% 포함될 수 있다. 나아가, 상기 Bi2O3는 유리 프릿 내 납을 포함하는 경우 PbO 및 Al2O3의 조합의 성분과 함께 사용되는 경우에는 10 내지 35중량%, 바람직하게는 15 내지 30중량% 포함되는 것이 태양전지 성능 면에서 더욱 좋다. 일예로, 상기 Bi2O3이 유리 프릿 내 PbO와 함께 사용되는 경우 그 함량이 35중량% 초과인 경우 변환효율 및 개방전압이 저하될 수 있다. Bi 2 O 3 may be contained in an amount of 10 to 60% by weight, more preferably 12 to 45% by weight based on the total weight of the glass frit. Further, when Bi 2 O 3 is used together with the components of the combination of PbO and Al 2 O 3 in the case of containing lead in the glass frit, it is preferable that the Bi 2 O 3 is contained in an amount of 10 to 35% by weight, preferably 15 to 30% Battery performance is even better. For example, when the Bi 2 O 3 is used together with PbO in the glass frit, the conversion efficiency and open-circuit voltage may be lowered when the content exceeds 35 wt%.
또한, B2O3는 유리 프릿 전체 중량에 대하여 5 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 10 내지 15중량% 포함될 수 있다.Further, B 2 O 3 may be contained in an amount of 5 to 20% by weight, more preferably 10 to 15% by weight based on the total weight of the glass frit.
상기 유리 프릿은 PbO 및 Al2O3 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있는데, 이때, PbO는 유리 프릿 전체 중량에 대하여 5 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 17 내지 43중량% 포함될 수 있다. 또한, Al2O3는 유리 프릿 전체 중량에 대하여 1 내지 20중량%, 보다 바람직하게는 4 내지 8중량% 포함될 수 있다.The glass frit may further include at least one selected from the group consisting of PbO and Al 2 O 3 , wherein PbO may be contained in an amount of 5 to 50% by weight, more preferably 17 to 43% by weight based on the total weight of the glass frit have. Al 2 O 3 may be contained in an amount of 1 to 20 wt%, more preferably 4 to 8 wt%, based on the total weight of the glass frit.
상기 유리 프릿 내 성분들은 각각의 함량 범위를 만족하는 경우 유리 프릿 내 다른 성분들과의 조합은 물론, 페이스트 조성물 내 알루미늄 전도성 분말 및 유기 비히클과의 조합에 따라 본 발명의 목적하는 효과 달성에 더욱 유리하다. The components in the glass frit are more advantageous in achieving the desired effect of the present invention when combined with the aluminum conductive powder and the organic vehicle in the paste composition, as well as in combination with other components in the glass frit when the respective content ranges are satisfied Do.
상기 유리 프릿 내 성분들 각각 중 어느 하나 이상의 성분이 상기 함량 범위를 벗어나는 경우 성분 조합에 따른 상승 효과를 기대하기 어렵고, 태양전지 성능이 저하되거나, 혹은 전극 부착력 약화, 수분에 대한 안정성이 저하될 수 있다. If any one or more of the components in the glass frit is out of the above range, it is difficult to expect a synergistic effect depending on the combination of components, and the solar cell performance may deteriorate, or the electrode adhesion may be weakened, have.
본 발명에서 (a) 전도성 분말은 주 금속 성분이 알루미늄이다. 이러한 알루미늄 전도성 분말은 단일 입자로 형성되거나 서로 다른 특성을 가지는 입자를 혼합하여 사용할 수 있다. 하거나 코어-쉘 구조인 것을 사용할 수 있다. In the present invention, (a) the conductive powder is aluminum as the main metal component. Such aluminum conductive powder may be formed into a single particle or may be used by mixing particles having different characteristics. Or a core-shell structure.
상기 알루미늄 전도성 분말은 그 형상이 구형인 것이 바람직하며, 요구되는 기계적 물성에 따르 플레이크(flake)형, 판상형, 무정형 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. The aluminum conductive powder is preferably spherical in shape, and may be flake, plate, amorphous or a combination thereof depending on required mechanical properties.
상기 알루미늄 전도성 분말은 평균입경이 0.5 내지 10㎛인 것이며, 바람직하게는 1 내지 9㎛인 것을 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는 1에서 7㎛인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우 분산성 및 치밀성을 확보할 수 있고, 태양전지의 전기적 성능을 최적화하기에 더욱 좋다. 또한, 바람직하게는 서로 다른 평균입경을 갖는 전도성 분말을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. The aluminum conductive powder has an average particle diameter of 0.5 to 10 mu m, preferably 1 to 9 mu m. More preferably from 1 to 7 mu m. When the above range is satisfied, the dispersibility and the compactness can be ensured and it is better to optimize the electric performance of the solar cell. It is also preferable to mix conductive powders having different average particle diameters.
또한, 상기 전도성 분말의 BET는 0.2 내지 3.0 ㎡/g, 바람직하게는 0.4 내지 2.0㎡/g인 것을 사용할 수 있으며, 상기 범위를 만족하는 경우 태양전지의 전기적 특성을 향상시키는데 더욱 좋다.The conductive powder may have a BET of 0.2 to 3.0 m 2 / g, preferably 0.4 to 2.0 m 2 / g. When the above range is satisfied, it is preferable to improve the electrical characteristics of the solar cell.
상기 전도성 분말은 알루미늄 이외의 전도성 금속을 포함할 수 있으며, 이에크게 제한되는 것은 아니다. 일예로, 은, 구리, 니켈, 팔라듐, 백금, 크롬, 코발트, 주석, 아연, 철, 이리듐, 로듐, 텅스텐, 몰리브덴 또는 마그네슘과 같은 알루미늄 이외의 금속 또는 합금을 적정량 포함할 수 있다.The conductive powder may include a conductive metal other than aluminum and is not limited thereto. For example, an appropriate amount of metal or alloy other than aluminum such as silver, copper, nickel, palladium, platinum, chromium, cobalt, tin, zinc, iron, iridium, rhodium, tungsten, molybdenum or magnesium may be contained.
상기 알루미늄 전도성 분말은 페이스트 조성물 전체 중량에 대하여 60 내지 95중량%, 바람직하게는 65 내지 85중량% 함유될 수 있다. 상기 함량을 만족하는 경우 상분리가 발생하는 것을 억제할 수 있으며, 점성이 좋아 인쇄성이 우수한 이점이 있다. The aluminum conductive powder may be contained in an amount of 60 to 95% by weight, preferably 65 to 85% by weight based on the total weight of the paste composition. When the above content is satisfied, the occurrence of phase separation can be suppressed, and there is an advantage of being excellent in printing property because of being excellent in viscosity.
본 발명에서 유리 프릿은 앞서 제1양태, 제2양태, 제3양태 및 제4양태에서 예시된 바와 같이 특정 성분을 포함하고, 유기 비히클과 페이스트를 이루어 특히 PERC형 태양전지에 적용 시 후면에 패시베이션과의 반응성을 좋게 하고, 전극과의 부착력을 향상시켜 태양전지 효율을 극대화할 수 있을 뿐만 아니라 수분 안정성을 확보할 수 있도록 한다. In the present invention, the glass frit contains specific components as exemplified in the first, second, third and fourth aspects, and is an organic vehicle and paste, and is applied to a rear surface passivation To improve the adhesion with the electrode, thereby maximizing the efficiency of the solar cell and securing the water stability.
본 발명에서 상기 유리 프릿은 본 발명의 후면전극용 페이스트 전체 조성물 내 함량범위가 바람직하게는 0.1 내지 5.0중량%, 보다 바람직하게는 0.5 내지 2.0중량%일 수 있다. 상기 함량 범위를 만족하는 경우 계면에서의 반응성이 좋고, 전극 부착력이 탁월하여 접촉저항을 낮출 수 있고, 태양전지 효율을 극대화할 수 있다.In the present invention, the content of the glass frit in the whole composition for a back electrode paste of the present invention may preferably be 0.1 to 5.0% by weight, more preferably 0.5 to 2.0% by weight. When the content range is satisfied, the reactivity at the interface is good, the adhesion of the electrode is excellent, the contact resistance can be lowered, and the solar cell efficiency can be maximized.
상기 유리 프릿은 유리전이온도(Tg)가 300 내지 600℃, 바람직하게는 300 내지 500℃인 것일 수 있다. 또한, 본 발명의 (b) 유리 프릿은 연화점(Ts)이 350 내지 750℃, 바람직하게는 400 내지 650℃인 것일 수 있다. 상기 유리전이온도 및 연화점 범위를 만족하는 경우 목적하는 물성의 효과 달성에 더욱 좋다.The glass frit may have a glass transition temperature (Tg) of 300 to 600 캜, preferably 300 to 500 캜. The glass frit (b) of the present invention may have a softening point (Ts) of 350 to 750 占 폚, preferably 400 to 650 占 폚. When the glass transition temperature and softening point range are satisfied, the effect of the desired physical properties is better.
또한, 상기 유리 프릿은 평균입경이 0.5 내지 5.0㎛, 바람직하게는 1.0 내지 3.0㎛인 것이 좋다. 상기 범위를 만족하는 경우 전극 형성 시 핀홀 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있어 좋다.It is also preferable that the glass frit has an average particle diameter of 0.5 to 5.0 mu m, preferably 1.0 to 3.0 mu m. When the above range is satisfied, it is possible to prevent the occurrence of a pinhole defect in the electrode formation.
상기 유리 프릿은 일예로서, 구성 성분들을 대기압하에서 함께 용융시킨 후 냉각 과정을 통해 전체적으로 유리질의 성질을 가질 수 있도록 하여 제조된다. 용융 공정을 통하여 유리 프릿의 각 구성성분들은 분자간의 결합이 끊어지며 금속 산화물로서의 성질을 잃게 되며, 용융 상태에서 각 성분들이 균일하게 혼합되어 냉각을 통해 유리질로 된다. 이때, 용융 온도 및 시간은 크게 제한되지 않지만, 바람직하게는 용융 온도가 800 내지 1500℃이며, 용융 시간은 10분 내지 1시간동안 실시할 수 있다. The glass frit is made, for example, by melting components together under atmospheric pressure and then allowing them to have overall glassy properties through a cooling process. Through the melting process, the constituent components of the glass frit are cut off from each other and lose their properties as metal oxides. In the molten state, the components are homogeneously mixed and become vitreous through cooling. At this time, the melting temperature and time are not particularly limited, but preferably the melting temperature is 800 to 1500 ° C and the melting time is 10 minutes to 1 hour.
본 발명에서 (c) 유기 비히클(vehicle)은 후면전극용 페이스트의 무기성분과 물리적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄성을 좋게 하도록 점도 및 유변학적 특성을 부여한다. In the present invention, (c) an organic vehicle imparts viscosity and rheological properties to the composition to improve printability through physical mixing with the inorganic component of the paste for the back electrode.
상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 페이스트에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있으며, 일예로 고분자와 용매의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는 TXIB(Trimethyl Pentanyl Diisobutylate), 디베이직 에스테르(Dibasic ester), BC(BUTYL CARBITOL), 부틸카비톨아세테이트, 부틸카비톨, 부틸셀루솔브, 부틸셀루솔브아세테이트, 프로필렌글리콜 모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디메틸 아디페이트, 디메틸 글루타레이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르프로피오네이트, 에틸에테르프로피오네이트, 테르피네올(terpineol), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디메틸아미노포름알데히드, 메틸에틸케톤, 감마 부티로락톤, 에틸락테이트 및 텍사놀(Texanol) 중에서 선택된 하나 이상의 용매 중에 에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 니트로셀룰로스, 셀룰로오스 에스테르 등의 셀룰로스계 수지, 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트, 아크릴산 에스테르 등의 아크릴계 수지 및 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 부티랄 등의 폴리비닐계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 수지를 첨가한 것일 수 있다. 바람직하게는 부틸카르비톨아세테이트, 텍사놀 및 테르틴올의 혼합 용매를 사용하는 것이 더욱 좋다. The organic vehicle may be an organic vehicle ordinarily used for a solar cell electrode paste, for example, a mixture of a polymer and a solvent. Preferably, it is selected from the group consisting of TXIB (Trimethyl Pentanyl Diisobutylate), Dibasic ester, BC (BUTYL CARBITOL), butyl carbitol acetate, butyl carbitol, butyl cellosolve, butyl cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether, Propyleneglycol monomethyl ether propionate, ethyl ether propionate, terpineol, propylene glycol monomethyl ether acetate, dimethylamino formaldehyde, methyl ethyl (meth) acrylate, Cellulose resins such as ethyl cellulose, methyl cellulose, nitrocellulose, and cellulose esters, cellulose resins such as rosin or alcohol, polymethacrylates such as rosin or alcohol, and mixtures thereof, in one or more solvents selected from the group consisting of ketone, gamma butyrolactone, ethyl lactate and Texanol. , Acrylic acid esters and other acrylic resins, and polyvinyl alcohol , Polyvinyl may be selected by the addition of at least one resin from the polyvinyl-based resin such as butyral. It is more preferable to use a mixed solvent of butyl carbitol acetate, texanol and terthinol.
상기 유기 비히클은 페이스트 조성물 전체 중량에 대하여 10 중량 내지 40 중량%, 바람직하게는 15 중량 내지 30 중량% 인 것이 좋다. 상기 범위를 만족하는 경우 전도성 분말을 용이하게 분산시키고, 소성 후 잔류 탄소에 의한 저항증가로 태양전지의 변환효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.The organic vehicle is preferably 10 to 40% by weight, and more preferably 15 to 30% by weight based on the total weight of the paste composition. When the above range is satisfied, it is possible to easily disperse the conductive powder and prevent the conversion efficiency of the solar cell from deteriorating due to the increase of the resistance due to the residual carbon after firing.
본 발명의 태양전지 후면전극용 페이스트는 상술한 구성 요소 이외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 분산제, 증점제, 요변제, 레벨링제, 가소제, 점도안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The solar cell back electrode paste of the present invention may further include conventional additives to improve flow characteristics, process characteristics, and stability in addition to the above-described components. The additives include, but are not limited to, dispersants, thickeners, thixotropic agents, leveling agents, plasticizers, viscosity stabilizers, antifoaming agents, pigments, ultraviolet stabilizers, antioxidants, and coupling agents.
상기 분산제로는 LUBRISOL사 SOLSPERSE, BYK사의 DISPERBYK-180, 110, 996, 및 997 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 증점제로는 BYK사의 BYK-410, 411, 420 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 요변제로는 ELEMENTIS사 THIXATROL MAX, BYK사의 ANTI-TERRA-203, 204, 205 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 레벨링제로는 BYK사의 BYK-3932 P, BYK-378, BYK-306, BYK-3440 등을 들 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 유기 첨가제는 후면전극용 페이스트 조성물 전체 100중량%에 대하여, 약 1 내지 20중량%로 함유될 수 있다.Examples of the dispersing agent include, but are not limited to, SOLSPERSE from LUBRISOL, DISPERBYK-180, 110, 996 and 997 from BYK. Examples of the thickener include but are not limited to BYK-410, 411, and 420 manufactured by BYK. Examples of the shrinkage agent include THIXATROL MAX manufactured by ELEMENTIS, ANTI-TERRA-203 manufactured by BYK, 204, 205, and the like. Examples of the leveling agent include but are not limited to BYK-3932 P, BYK-378, BYK-306 and BYK-3440 manufactured by BYK. The organic additive may be contained in an amount of about 1 to 20% by weight based on 100% by weight of the entire paste composition for the back electrode.
본 발명은 상술한 후면전극용 페이스트 조성물을 이용하여 형성되는 일반형(Conventional type) 또는 PERC형(Passivated Emitter and Rear Cell type) 구조를 갖는 태양전지를 제공한다. The present invention provides a solar cell having a conventional type or a passive emitter and rear cell type (PERC) structure formed using the above-described paste composition for a rear electrode.
이 중, 본 발명의 일 실시예에 따른 PERC형 태양전지는 제1 전도성 타입의 기판; 상기 기판상에 형성된 제2 전도성 타입의 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막; 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속되는 전면전극과, 상기 기판의 배면에 페이베이션층과 후면전극을 포함한다. The PERC type solar cell according to an embodiment of the present invention includes a substrate of a first conductivity type; An emitter layer of a second conductivity type formed on the substrate; An antireflection film formed on the emitter layer; A front electrode connected to the emitter layer through the antireflection film, and a rear electrode on the rear surface of the substrate.
상기 제1 전도성 타입의 기판은 P형 또는 N형에서 선택되며, 제2 도성 타입의 에미터층은 기판과 반대 도전형을 가지는 것으로 선택된다. P+층의 형성을 위해서는 3족 원소가 불순물로 도핑되고, N+층의 형성을 위해서는 5족 원소가 불순물로 도핑된다. 예를 들어, P+층 형성을 위해 B, Ga, In이 도핑되고, N+층 형성을 위해 P, As, Sb가 도핑될 수 있다. 상기 기판 및 에미터층 사이 계면에 P-N접합이 형성되고, 이는 태양광을 받아 광기전력효과에 의해 전류를 발생시키는 부분이다. 광기전력효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 P층 및 N층으로 끌어 당겨져 각각 기판 하부 및 에미터층 상부와 접합된 전극으로 이동하며, 전극에 부하를 걸어 여기에서 발생한 전기를 이용할 수 있다.The substrate of the first conductivity type is selected from P-type or N-type, and the emitter layer of the second conductivity type is selected to have the opposite conductivity type to the substrate. For the formation of the P + layer, a group III element is doped as an impurity and a group 5 element is doped as an impurity for the formation of an N + layer. For example, B, Ga, In may be doped to form a P + layer, and P, As, and Sb may be doped to form an N + layer. A P-N junction is formed at the interface between the substrate and the emitter layer, which is a portion that receives sunlight to generate a current by the photovoltaic effect. Electrons and holes generated by the photovoltaic effect are attracted to the P layer and the N layer, respectively, and are moved to the electrodes bonded to the lower part of the substrate and the upper part of the emitter layer, and electricity generated here can be used by applying a load to the electrodes.
상기 반사방지막은 태양전지 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 태양광의 반사율이 감소되면 P-N접합까지 도달하는 광량이 증대되어 태양전지의 단락전류가 증가되고, 태양전지의 변환효율이 향상된다. 반사방지막은 일예로, 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상이 조합된 다중막 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The anti-reflection film reduces the reflectance of sunlight incident on the front surface of the solar cell. When the reflectance of solar light is reduced, the amount of light reaching the P-N junction is increased, short circuit current of the solar cell is increased, and conversion efficiency of the solar cell is improved. For example, the antireflection film may have any one single film selected from a silicon nitride film, a silicon nitride film including hydrogen, a silicon oxide film, and a silicon oxynitride film, or a multi-film structure formed by combining two or more films.
전면전극은 전면전극용 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄한 후 열처리를 통해 형성되며, 펀치 스루 현상에 의해 전면전극이 반사방지막을 뚫고 에미터층과 접촉된다.The front electrode is formed by screen printing using the paste for the front electrode and then heat treatment. The front electrode penetrates the antireflection film and contacts the emitter layer by the punch through phenomenon.
상기 패시베이션층은 기판의 후면에 형성되는 것으로, 알루미늄 산화물(Al2O3)로 형성하며, 실리콘 산화물(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiN)로 형성될 수 있다. 상기 패시베이션층은 1~50nm의 두께로 형성될 수 있다. 이는 원자층증착법(ALD, Atomic Layer Deposition) 또는 플라즈마강화 화학기상증착법(PECVD, Plasma Enhanced CVD)에 의하여 증착될 수 있다. The passivation layer is formed on the rear surface of the substrate and is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and may be formed of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN). The passivation layer may be formed to a thickness of 1 to 50 nm. Which can be deposited by atomic layer deposition (ALD) or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).
후면전극은 패시베이션층의 후면에 스크린 인쇄를 통하여 도포하여 형성될 수 있다. 상기 후면전극은 본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물을 이용한다. 상기 페이스트 조성물을 도포 및 건조한 후 열처리 공정을 통하여 소성되어 형성된다. 상기 후면전극은 기판으로부터 이동하는 전하인 정공을 수집하여 외부 장치로 출력한다. The rear electrode may be formed by applying a screen printing to the rear surface of the passivation layer. The rear electrode uses the paste composition for a solar cell back electrode according to the present invention. The paste composition is applied and dried, and then baked through a heat treatment process. The back electrode collects holes, which are electric charges moving from the substrate, and outputs the collected holes to an external device.
이하 본 발명에 따른 태양전지 후면전극용 페이스트에 대한 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the solar cell back electrode paste according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following examples.
(실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6)(Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6)
표 1에 따른 조성에 따라 유리 프릿에 해당하는 성분들을 반응기에 투입하여 혼합하고, 이를 1100℃에서 30분 동안 용융하여 순수(H2O)로 켄칭(Quenching)하여 급냉시켰다. 급냉된 유리 용융물은 볼밀(Ball-mill)로 분쇄하여, 2㎛의 평균입경을 갖는 유리 프릿을 제조하였다. Components corresponding to the glass frit according to the composition shown in Table 1 were put into a reactor and mixed. The mixture was melted at 1100 ° C for 30 minutes and then quenched by quenching with pure water (H 2 O). The quenched glass melt was pulverized with a ball mill to produce glass frit having an average particle size of 2 mu m.
제조된 유리 프릿을 사용하여 본 발명에 따른 태양전지용 페이스트 조성물을 제조하였다. The prepared glass frit was used to prepare a paste composition for a solar cell according to the present invention.
전도성 분말로는 알루미늄 분말을 사용하였다. 상기 알루미늄 분말은 평균입경이 5.0㎛인 것을 74.0중량% 사용하였다. 또한, 상기 제조된 유리 프릿은 1.0중량% 사용하였으며, 바인더로는 에틸 셀룰로오스 수지(AQUALON사 ECN-50)를 2.0중량% 사용하였다. 용매로는 부틸카르비톨아세테이트(ButylCarbitolAcetate) 10.0중량%, 텍사놀(Texanol) 및 테르핀올(Terpineol)을 각각 5.5중량% 사용하였으며, 첨가제로는 요변성 조정제(ELEMENTIS사 THIXATROL MAX) 1.0중량%와 첨가제(Oleic Acid) 1.0중량%를 첨가하였다. As the conductive powder, aluminum powder was used. The aluminum powder having an average particle size of 5.0 탆 was used in an amount of 74.0% by weight. The prepared glass frit was used in an amount of 1.0 wt%, and an ethyl cellulose resin (AQUALON ECN-50) was used in an amount of 2.0 wt% as a binder. 10.0 wt% of butylcarbitol acetate, 5.5 wt% of Texanol and terpineol were used as the solvent, and 1.0 wt% of a thixotropic agent (ELEMENTIS THIXATROL MAX) and additives 1.0% by weight of oleic acid was added.
(실시예 7)(Example 7)
유리 프릿의 함량 범위를 0.5중량%로 하고, 테르핀올(Terpineol)의 함량을 6.0중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that the content of glass frit was changed to 0.5 wt% and the content of terpineol was changed to 6.0 wt%.
(실시예 8)(Example 8)
실시예 7에서 유리 프릿의 함량을 1.5중량%로 하고, 테르핀올(Terpineol)의 함량을 5.0중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 실시하였다. Example 7 was carried out in the same manner as in Example 7 except that the content of the glass frit was changed to 1.5% by weight and the content of terpineol was changed to 5.0% by weight.
(실시예 9)(Example 9)
실시예 7에서 유리 프릿의 함량을 2.0중량%로 하고, 테르핀올(Terpineol)의 함량을 4.5중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 실시하였다. Example 7 was carried out in the same manner as in Example 7, except that the content of the glass frit was changed to 2.0% by weight and the content of terpineol was changed to 4.5% by weight.
(실시예 10)(Example 10)
실시예 7에서 유리 프릿의 함량을 2.5중량%로 하고, 테르핀올(Terpineol)의 함량을 4.0중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일하게 실시하였다. Example 7 was carried out in the same manner as in Example 7, except that the content of the glass frit was changed to 2.5 wt% and the content of terpineol was changed to 4.0 wt%.
(태양전지의 제조)(Manufacture of solar cell)
156mm 결정질 실리콘 웨이퍼를 이용하여 관상로(tube furnace,850℃)에서 POCl3을 사용하는 확산 공정을 통해 인(P)을 도핑하여 80Ω/sq 시트 저항을 가지는 에미터층을 형성하였다. 상기 에미터층 상에 화학기상증착법(PECVD 방법)으로 전구체 SiH4와 NH3를 사용하여 실리콘 질화막을 증착하여 70nm두께로 형성하여 반사방지막을 형성하였다. 반사방지막의 상면에 DPS-1900V7 페이스트(DAEJOO)를 도포하고 건조하였다. 이후, 상기 실리콘 기판 후면에 앞서 제조된 후면전극용 페이스트 조성물을 1.3g 도포한 후 250℃에서 2분 동안 건조하였다. 이때, 전면전극 및 후면전극 도포는 스크린 인쇄(ASYS COMPANY사 인쇄기 이용)하여, 일정한 패턴으로 실시하였다. Phosphorus (P) was doped through a diffusion process using POCl 3 in a tube furnace (850 ° C) using a 156 mm crystalline silicon wafer to form an emitter layer having a sheet resistance of 80 Ω / sq. A silicon nitride film was deposited on the emitter layer by the chemical vapor deposition (PECVD) method using the precursors SiH 4 and NH 3 to form a 70 nm thick anti-reflective film. DPS-1900V7 paste (DAEJOO) was applied on the top surface of the antireflection film and dried. Thereafter, 1.3 g of the paste composition for a rear electrode prepared before the back of the silicon substrate was applied, followed by drying at 250 캜 for 2 minutes. At this time, the application of the front electrode and the rear electrode was performed by screen printing (using ASYS COMPANY printing machine) and in a constant pattern.
스크린 인쇄시, 450㎜× 450㎜ 프레임의 스테인레스 와이어 250메쉬를 사용하였다. 스크린 인쇄 후 건조된 도막 두께는 23㎛이었으며, 건조온도는 250℃였다. 얻어진 태양전지 실리콘 기판을 벨트타입 소성로에서 피크온도 약 780℃에서 IN-OUT 약 1분의 조건으로 동시에 소성하여 목적하는 태양전지를 제조하였다.For screen printing, a stainless steel wire mesh of 450 mm x 450 mm frame was used. The thickness of the dried film after screen printing was 23 탆, and the drying temperature was 250 캜. The obtained solar cell silicon substrate was simultaneously fired in a belt-type firing furnace under the conditions of a peak temperature of about 780 DEG C and an IN-OUT of about 1 minute to produce a desired solar cell.
제조된 태양전지의 전기적 특성(I-V특성)을 ORIEL사 제조의 솔라 시뮬레이터 (SOL3A)를 사용하여 테스트하였다. 각 페이스트 당 10매의 샘플을 제조하고 10매 샘플의 평균치를 사용하였으며, 제조된 태양전지의 특성을 표 2에 나타내었다. The electrical characteristics (I-V characteristics) of the manufactured solar cell were tested using a solar simulator (SOL3A) manufactured by ORIEL. Ten samples per each paste were prepared and the average value of 10 samples was used. The characteristics of the solar cell produced are shown in Table 2.
(평가)(evaluation)
(1) 태양전지의 효율(변환효율, 개방전압)(1) Efficiency of solar cell (conversion efficiency, open-circuit voltage)
제조된 전극은 태양전지효율 측정장비(pasna사, CT-801)을 이용하여 태양전지의 변환효율(Eff, %) 및 개방전압(Voc, V)를 측정하였다. 이때, 변환효율 및 개방전압 각각의 측정값에 대하여, 비교예 1에 따른 결과값을 100으로 하여 기준값으로 정하고, 측정한 값을 기준값으로 환산하여 상대 비교한 값을 나타낸 것이다. The conversion efficiency (Eff,%) and the open-circuit voltage (Voc, V) of the solar cell were measured using a solar cell efficiency measuring device (Pasna, CT-801). At this time, the measurement value of each of the conversion efficiency and the open-circuit voltage is set as a reference value with the resultant value according to Comparative Example 1 as 100, and the measured value is converted into the reference value and the relative value is shown.
(2) 전극 부착력(2) Electrode adhesion
소성된 태양전지 셀의 알루미늄 전극면에 테이프(Tape, 3M사 810-ROK)를 5cm 정도로 잘라 완전하게 부착시킨 다음 부착된 tape를 180° 각도로 빠르게 떼내었다. 이때, 테이프에 전극이 전혀 묻어나지 않는 경우는 ○로, 희미하게 묻어나오는 경우에 △ (20%이하), 그 이상으로 묻어나오는 경우는 × 로 표기하였다. A tape (Tape, 3M 810-ROK) was cut to about 5 cm on the aluminum electrode surface of the fired solar cell, and the attached tape was quickly removed at an angle of 180 °. In this case, the case where no electrode was observed on the tape at all was evaluated as & cir &, the case where it was faded was rated DELTA (not more than 20%),
(3) 기포발생시간(3) Bubble generation time
소성된 태양전지 셀을 75± 5℃의 DI water에서 담궈 알루미늄 전극 표면에 기포가 발생하는 시작시간을 확인하여 기재하고, 15분 이후에 기포가 발생하는 경우에는 ◎로 표기하였다. 기포 발생 시작이 빠른 경우는 수분에 대한 안정성이 낮으며 태양전지 모듈의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.The fired solar cell was immersed in DI water at 75 ± 5 ° C to check the start time of bubbling on the surface of the aluminum electrode. When bubbles were generated after 15 minutes, the mark was marked as ⊚. If bubbles start rapidly, the stability to moisture is low and the reliability of the solar cell module may be deteriorated.
[표 1][Table 1]
[표 2][Table 2]
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3은 무연 유리프릿을 포함하는 페이스트 조성물로서 변환효율이 최대 102.22%에 이르며, 개방전압 또한 100.89%에 이르러 태양전지 효율이 뛰어날 뿐만 아니라 전극 부착력은 물론 기포 발생 시간을 충족시키는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6은 PbO 및 Al2O3를 함유하는 유리프릿을 포함하는 페이스트 조성물로서 태양전지 효율, 전극 부착력 및 기포 발생 방지 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1 내지 5는 본 발명에 따른 유리프릿과 조성의 차이가 있음에 따라 변환효율 및 개방전압이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 전극 부착력이 약화되고 기포가 발생하는 등의 문제가 있었다. As can be seen from the above Table 1, Examples 1 to 3 according to the present invention are paste compositions comprising lead-free glass frit having a conversion efficiency of up to 102.22% and an open circuit voltage of 100.89% In addition, it was confirmed that the electrode adhesion force as well as the bubble generation time were satisfied. In addition, Examples 4 to 6 according to the present invention confirmed that the paste composition containing glass frit containing PbO and Al 2 O 3 had solar cell efficiency, electrode adhesion, and bubble generation prevention effect. On the other hand, Comparative Examples 1 to 5 had a problem in that the conversion efficiency and the open-circuit voltage were significantly lowered, the electrode adhesion was weakened, and bubbles were generated due to the difference in composition from the glass frit according to the present invention.
또한, 본 발명에 따른 실시예 7 내지 9는 페이스트 내 유리프릿 함량을 변경한 것으로 우수한 변환효율 및 개방전압은 물론 전극 부착력과 기포 발생 저항성능이 좋았다. 실시예 10은 유리 프릿의 함량이 높은 편이여서 변환효율 및 개방전압 성능이 다소 저하되었다. In Examples 7 to 9 according to the present invention, the content of the glass frit in the paste was changed and the electrode adhesion and the bubble generation resistance performance as well as the conversion efficiency and the open circuit voltage were good. In Example 10, the content of the glass frit was higher, and the conversion efficiency and the open-circuit voltage performance were somewhat lowered.
이상과 같이 본 발명에서는 한정된 실시예에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Various modifications and variations are possible in light of the above teachings.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
Claims (7)
(b) SiO2 7 내지 21중량%, ZnO 5 내지 16중량%, Bi2O3 12 내지 45중량%, B2O3 10 내지 15중량%, P2O3 0.5 내지 2중량%, Na2O 0.5 내지 2중량%, K2O 0.5 내지 2중량% 및 Sb2O3 10 내지 16중량%를 함유한 유리 프릿 0.1 내지 5중량% 및
(c) 유기 비히클 10 내지 30중량%을 포함하는 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물.
(a) 65 to 85% by weight aluminum conductive powder,
(b) SiO 2 7 to 21 wt%, ZnO 5 to 16 wt%, Bi 2 O 3 12 to 45% by weight, B 2 O 3 10 to 15% by weight, P 2 O 3 0.5 to 2% by weight, Na 2 0.1 to 5% by weight of glass frit containing 0.5 to 2% by weight of K 2 O, 0.5 to 2% by weight of K 2 O and 10 to 16% by weight of Sb 2 O 3 and
(c) 10 to 30% by weight of an organic vehicle.
(b′) SiO2 7 내지 21중량%, ZnO 5 내지 16중량%, Bi2O3 15 내지 30중량%, B2O3 10 내지 15중량%, PbO 17 내지 43중량% 및 Al2O3 4 내지 8중량%를 함유한 유리 프릿 0.1 내지 5중량% 및
(c) 유기 비히클 10 내지 30중량%
을 포함하는 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물.
(a) 65 to 85% by weight aluminum conductive powder,
(b ') SiO 2 7 to 21 wt%, ZnO 5 to 16 wt%, Bi 2 O 3 15 to 30 wt%, B 2 O 3 10 to 15 wt%, PbO 17 to 43% by weight and Al 2 O 3 0.1 to 5% by weight of glass frit containing from 4 to 8% by weight and
(c) from 10 to 30% by weight of an organic vehicle,
Wherein the composition is a paste for a solar cell back electrode.
상기 유리 프릿은 평균입경이 0.5 내지 5.0㎛인 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the glass frit has an average particle diameter of 0.5 to 5.0 占 퐉.
상기 유리 프릿은 평균입경이 0.5 내지 5.0㎛인 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물.
3. The method of claim 2,
Wherein the glass frit has an average particle diameter of 0.5 to 5.0 占 퐉.
상기 알루미늄 전도성 분말은 평균입경이 0.5 내지 10㎛인 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the aluminum conductive powder has an average particle diameter of 0.5 to 10 占 퐉.
상기 알루미늄 전도성 분말은 평균입경이 0.5 내지 10㎛인 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물.
3. The method of claim 2,
Wherein the aluminum conductive powder has an average particle diameter of 0.5 to 10 占 퐉.
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