KR20190028038A - 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은
전도성 금속 분말;
PbO, Bi2O3, TeO2, Ag2O 및 Li2O포함하는 글라스 프릿; 및
유기 비히클;을 포함한다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물을 이용하여 태양전지 전면전극을 제조하는 경우, 낮은 직렬저항을 나타내어 보다 높은 효율의 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.
전도성 금속 분말;
PbO, Bi2O3, TeO2, Ag2O 및 Li2O포함하는 글라스 프릿; 및
유기 비히클;을 포함한다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물을 이용하여 태양전지 전면전극을 제조하는 경우, 낮은 직렬저항을 나타내어 보다 높은 효율의 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 태양전지 전면 전극에 이용되는 전도성 금속분말, 글라스 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.
최근 화석 에너지에 의한 환경오염 및 에너지 고갈에 대한 염려로, 차세대 청정 에너지를 개발하기 위한 연구가 활발히 수행되고 있다. 그 중에서도 태양에너지는 자원이 무한하며, 에너지의 생산과정에서 오염물질을 배출하지 않아 화석 에너지를 대체하기 위한 에너지원으로 하기 위한 많은 연구가 수행되고 있으며, 일반적으로 태양전지를 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 전환하기 위한 연구가 다수 수행되고 있다.
그러나 이러한 태양전지의 경우, 입사되는 태양에너지 되비 출력되는 전기에너지의 비율인 변환효율이 낮아 많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 큰 설비를 필요로 하며, 태양전지의 비용 대비 에너지 효율이 낮은 문제점이 있었다.
이러한 태양전지의 효율은 다양한 인자에 의해서 결정되나, 일예로 전극의 재질, 반도체 기판의 재질, 전극 또는 반도체 기판의 적층구조, 전극 또는 반도체 기판의 형상 및 전극의 저항 등과 밀접한 관련이 있다. 특히, 전면전극의 경우 태양전지의 특성상 태양광이 바로 반도체 기판으로 인가되지 못하고 전면전극을 거쳐 투과하게 되므로 태양전지의 효율 향상을 위하여 이러한 전면전극은 광투과율을 확보하면서도 전면전극과 반도체 기판사이의 저항을 낮추어야 한다.
대한민국 등록특허 10-1210112호에서도, 광전변환 효율을 향상시킬 수 있는 유리 프릿에 대해 개시하고 있으나, 이러한 경우에도 여전히 상대적으로 낮은 광전 변환효율을 나타내는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 낮은 직렬저항을 나타내어 높은 효율을 갖는 태양전지를 제조하기 위한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상대적으로 낮은 산화납 함량을 갖는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은
전도성 금속 분말;
PbO, Bi2O3, TeO2, Ag2O 및 Li2O포함하는 글라스 프릿; 및
유기 비히클;을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 글라스 프릿은 PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20 내지 40 중량%, TeO2 30 내지 50 중량%, Ag2O 1 내지 5 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 글라스 프릿은 SiO2, BaO, ZnO, B2O3, Na2O, CaO, WO3 및 MgO에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 글라스 프릿 첨가물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 글라스 프릿은 상기 글라스 프릿 첨가물을 0.1 내지 20 중량% 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 글라스 프릿은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 제 1 글라스 프릿; 및
Bi2O3 1 내지 25 중량%, TeO2 40내지 80 중량%, Ag2O 1 내지 25 중량% 및 Li2O 1 내지 10 중량%를 포함하는 제 2 글라스 프릿;의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 제 1 글라스 프릿 : 제 2 글라스 프릿의 중량 비는 1:0.1 내지 2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 글라스 프릿은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 제 1 글라스 프릿; 및
PbO 8 내지 25 중량%, Bi2O3 15 내지 45 중량%, TeO2 35 내지 55 중량%, Li2O 1 내지 10 중량%, Ag2O 0.5 내지 5 중량% 및 SiO2 0.1 내지 3 중량%를 포함하는 제 3 글라스 프릿;의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 제 1 글라스 프릿 : 제 3 글라스 프릿의 중량 비는 1:0.1 내지 2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 상기 글라스 프릿을 1 내지 10 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 전도성 금속 분말은 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 크롬, 코발트, 주석, 납, 아연, 철, 텅스텐, 마그네슘 및 이들의 합금에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 전도성 금속 분말 내부 공극을 포함하는 은 분말일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 유기 비히클은 트리메틸펜타닐디이소부틸레이트(Trimethyl Pentanyl Diisobutylate), 디베이직 에스테르(Dibasic ester), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 디에틸렌글리콜부틸에테르아세테이트(Diethylene Glycol n-butyl Ether Acetate), 디에틸렌글리콜 모노에틸아세테이트, 디에틸글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르프로피오네이트, 에틸에테르프로피오네이트, 테르피네올(terpineol), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디메틸아미노포름알데히드, 메틸에틸케톤, 감마 부티로락톤, 에틸락테이트 및 텍사놀(Texanol) 중에서 선택된 하나 이상의 용매 중에 셀룰로스계 수지, 아크릴계 수지 및 폴리비닐계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 수지를 첨가한 것일 수 있다.
본 발명은 또한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법을 제공하며, 본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법은
PbO 15내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 1 글라스 프릿 제조단계;
Bi2O3 1내지 25 중량%, TeO2 40 내지 80 중량%, Ag2O 1 내지 25 중량% 및 Li2O 1 내지 10 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 2 글라스 프릿 제조단계; 및
상기 제 1 글라스 프릿 및 제 2 글라스 프릿을 혼합하는 혼합단계;를 포함한다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 1 글라스 프릿 제조단계;
PbO 8 내지 25 중량%, Bi2O3 15 내지 45 중량%, TeO2 35 내지 55 중량%, Li2O 1 내지 10 중량%, Ag2O 0.5 내지 5 중량% 및 SiO2 0.1 내지 3 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 3 글라스 프릿 제조단계; 및
상기 제 1 글라스 프릿 및 제 3 글라스 프릿을 혼합하는 혼합단계;를 포함한다.
본 발명은 또한 태양전지 전면 전극을 제공하며, 본 발명에 의한 태양전지 전면전극은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물로 제조된 것일 수 있다.
본 발명은 또한 태양전지를 제공하며, 본 발명에 의한 태양전지는 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극을 채용한 것일 수 있다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 PbO, Bi2O3, TeO2, Ag2O 및 Li2O 포함하는 글라스 프릿을 이용하여 낮은 직렬저항을 갖는 태양전지 전면전극을 제조할 수 있는 장점이 있다.
이하 본 발명의 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물을 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은
전도성 금속 분말;
PbO, Bi2O3, TeO2, Ag2O 및 Li2O를 포함하는 글라스 프릿; 및
유기 비히클;을 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 조성물로 태양전지를 제조하는 경우, 낮은 직렬저항을 나타내어 높은 변환효율을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서, 상기 글라스 프릿은 PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20 내지 40 중량%, TeO2 30 내지 50 중량%, Ag2O 1 내지 5 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 광전효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 글라스 프릿은 상술한 조성의 산화물을 포함함으로써 광전 변환 효율의 개선이 가능하다. 상세하게는 상술한 조성의 금속 산화물을 포함하는 글라스 프릿을 이용하여 태양전지 전면전극을 제조하는 경우, 일부 조성이 제외된 글라스 프릿을 이용하는 경우 대비 5% 이상 향상된 광전 변환효율을 나타낼 수 있는 장점이 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 상술한 조성의 산화물을 포함하여 비교적 낮은 산화납으로도 우수한 효율을 나타내는 태양전지를 제조할 수 있으며, 이러한 장점에 의해 추후 반사 방지막의 에칭 과정에서 유출되는 산화납을 최소화하여 친환경적인 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 글라스 프릿은 SiO2, BaO, ZnO, B2O3, Na2O, CaO, WO3 및 MgO에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 글라스 프릿 첨가물을 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 이러한 첨가물은 전체 글라스 프릿 중량 대비 0.1 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상술한 글라스 프릿 첨가물을 더 포함하는 경우, 개방 전압을 높여 더욱 효율적인 태양전지를 제조할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 글라스 프릿은 산소를 포함하는 망목 구조(network structure), 구체적으로는 불규칙 망목 구조(random network structure)를 가지는 산소 다면체로 구성될 수 있다. 글라스 프릿의 연화점은 300 내지 500℃인 것이 좋고, 상기 범위 내에서 유리 용융물의 점도가 적절하여 전극 형성에 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 글라스 프릿은 통상의 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 조성비로 첨가하여 900 내지 1300℃의 조건에서 용융시키고, 급냉(quenching)할 수 있다. 혼합된 조성물을 볼밀(ball mill) 디스크밀(disk mill) 또는 플라네터리밀(planetary mill) 등에 의해 분쇄 하여 글라스 프릿을 얻을 수 있다. 이러한 분쇄에 의한 글라스 프릿은 평균입경(D50)은 0.1 내지 5 ㎛, 바람직하게 는 0.5 내지 3 ㎛가 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 글라스 프릿은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20 내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 제 1 글라스 프릿; 및
Bi2O3 1 내지 25 중량%, TeO2 40 내지 80 중량%, Ag2O 1 내지 25 중량% 및 Li2O 1 내지 10 중량%를 포함하는 제 2 글라스 프릿;의 혼합물일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 글라스 프릿은 납을 포함하는 제 1 글라스 프릿 및 납을 포함하지 않는 제 2 글라스 프릿의 혼합물일 수 있다. 이렇게 제 1 글라스 프릿 및 제 2 글라스 프릿을 별도의 방법으로 제조하여 혼합하는 경우, 단순히 혼합하여 단일한 글라스 프릿을 만드는 경우 대비 우수한 직렬저항을 나타낼 수 있다. 이는 명확히 밝혀진 것은 아니나, 프릿의 제작과정에서 별도의 열처리에 의해 도출되는 효과로 판단되며, 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물이 상술한 조성을 가지는 제 1 글라스 프릿 및 제 2 글라스 프릿을 동시에 포함하는 경우, 단일한 글라스 프릿을 이용하여 태양전지를 제조하는 경우 대비 10% 이상, 더욱 구체적으로는 10 내지 30% 낮은 직렬저항을 나타낼 수 있으며, 이는 곧 낮은 직렬저항에 의한 우수한 에너지 전환효율을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 제 1 글라스 프릿 : 제 2 글라스 프릿의 중량 비는 1:0.1 내지 2, 구체적으로는 1:0.2 내지 1.5일 수 있으며, 상기 범위에서 더욱 낮은 직렬저항을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의한 태영전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 글라스 프릿은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 제 1 글라스 프릿; 및
PbO 8 내지 25 중량%, Bi2O3 15 내지 45 중량%, TeO2 35 내지 55 중량%, Li2O 1 내지 10 중량%, Ag2O 0.5 내지 5 중량% 및 SiO2 0.1 내지 3 중량%를 포함하는 제 3 글라스 프릿;의 혼합물일 수 있다.
이와 같이 제 1 글라스 프릿 및 제 3 글라스 프릿을 별도로 제조하여 혼합하는 경우, 각 산화물을 혼합하여 단일한 글라스 프릿을 제조하는 경우 대비 10 %이상 낮은 직렬저항을 나타낼 수 있다.
상세하게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 제 1 글라스 프릿 : 제 3 글라스 프릿의 중량 비는 1:0.1 내지 2, 구체적으로는 1:0.2 내지 1.5일 수 있으며, 상기 범위에서 더욱 낮은 직렬저항을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 각 글라스 프릿은 개방전압을 높이기 위하여 서로 독립적으로 SiO2, BaO, ZnO, B2O3, Na2O, CaO, WO3 및 MgO에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 글라스 프릿 첨가물을 더 포함할 수 있으며, 각 글라스 프릿은 서로 독립적으로 상기 글라스 프릿 첨가물을 0.1 내지 20 중량% 더 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 우수한 변환효율을 확보하고 납땜성 저하 등을 방지하기 위하여 상기 글라스 프릿을 0.1 내지 15 중량% 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 전도성 금속 분말을 포함하며, 본 발명에 의한 상기 전도성 금속 분말은 태양전지의 전극을 제조하는데, 통상적으로 사용되는 금속 분말일 수 있으며, 예를 들면, 은, 금, 구리, 니켈, 알루미늄 팔라듐, 크롬, 코발트, 주석, 납, 아연, 철, 텅스텐, 마그네슘 및 이들의 합금에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 우수한 전기전도도를 가지며, 실리콘과 같은 결정질 무기 반도체와 강한 계면 결착이 이루어지는 은(Ag) 일 수 있다.
전도성 금속 분말, 바람직하게는 은 분말의 순도는 80% 이상, 바람직하게는 95% 이상인 은 분말을 사용할 수 있으나, 전극으로서 통상 요구되는 조건을 만족시키기 위한 순도라면 특별히 한정되는 것은 아니다.
전도성 금속 분말의 형상은 본 발명의 기술 분야에 알려진 형상이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다. 예를 들면 구형, 플레이크(flake)형, 또는 이들의 조합을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 전도성 금속 분말의 입경은 원하는 소성 속도와 전극을 형성하는 공정의 영향 등을 고려하여 적절한 범위로 조절될 수 있다. 본 발명에서는 접촉 저항이 낮아지는 효과를 나타내기 위해 상기 전도성 금속 분말의 평균입경은 약 0.1 내지 5 ㎛의 크기를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 상기 글라스 프릿 조성물은 점도저하 및 상분리 등을 예방하기 위한 관점에서 60 내지 99.5 중량%, 좋게는 70 내지 99.5 중량%, 보다 좋게는 80 내지 99.5 중량%의 전도성 금속 분말을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에서 상기 전도성 금속 분말은 내부 공극을 포함하는 은 분말일 수 있다. 이렇게 내부 공극을 포함하는 은 분말을 전도성 금속 분말로 이용할 경우, 소결 특성이 뛰어나며, 전극 저항을 낮추고 전지 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.나아가, 내부 공극을 포함하는 은 분말은 구형일 수 있으며, 이때 직경은 0.1 내지 5 ㎛일 수 있으나, 적절한 범위로 조절될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 유기 비히클을 포함한다. 본 발명에 의한 유기 비히클은 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물의 점도를 조절하며, 고상의 입자들에 대하여 분산매 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 페이스트에 사용되는 것인 경우 제한이 없으나, 유기 바인더가 용매에 용해된 바인더 용액일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 유기 비히클은 트리메틸펜타닐디이소부틸레이트(Trimethyl Pentanyl Diisobutylate), 디베이직 에스테르(Dibasic ester), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 디에틸렌글리콜부틸에테르아세테이트(Diethylene Glycol n-butyl Ether Acetate), 디에틸렌글리콜 모노에틸아세테이트, 디에틸글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르프로피오네이트, 에틸에테르프로피오네이트, 테르피네올(terpineol), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디메틸아미노포름알데히드, 메틸에틸케톤, 감마 부티로락톤, 에틸락테이트 및 텍사놀(Texanol) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 용매 중에 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 및 폴리비닐계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 수지를 첨가한 것일 수 있다.
이때, 상기 셀룰로오스계 수지는 에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시셀룰로오스, 에틸하이드록시에틸셀룰로오스, 아미노에틸셀룰로오스, 옥시에틸셀를로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 벤질셀룰로오스, 트리메틸셀룰로오스 및 에틸하이드록시메틸셀룰로오스 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 상기 아크릴계 수지는 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 프로필아크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트 및 아크릴산 에스테르 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 또한, 폴리비닐계 수지는 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄 및 폴리비닐피롤리돈 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상기 유기 비히클은 10 내지 30 중량%의 유기 바인더 및 잔량의 용매를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 전도도 저하를 예방하고 페이스트 조성물의 고른 분산을 확보하기 위한 관점에서 0.1 내지 35 중량%, 좋게는 10 내지 25 중량%의 유기 비히클을 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 첨가되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 이러한 첨가되는 증점제, 요변제, 안정화제, 분산제, 칙소제, 레벨링제 및 소포제 등에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 전도성, 분산성 및 낮은 저항을 확보하기 위한 관점에서 전체 페이스트 조성물 대비 0.1 내지 10 중량% 포함될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 1 글라스 프릿 제조단계;
Bi2O3 1 내지 25 중량%, TeO2 40 내지 80 중량%, Ag2O 1 내지 25 중량% 및 Li2O 1 내지 10 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 2 글라스 프릿 제조단계; 및
상기 제 1 글라스 프릿 및 제 2 글라스 프릿을 혼합하는 혼합단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 1 글라스 프릿 제조단계;
PbO 8 내지 25 중량%, Bi2O3 15 내지 45 중량%, TeO2 35 내지 55 중량%, Li2O 1 내지 10 중량%, Ag2O 0.5 내지 5 중량% 및 SiO2 0.1 내지 3 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 3 글라스 프릿 제조단계; 및
상기 제 1 글라스 프릿 및 제 3 글라스 프릿을 혼합하는 혼합단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법은 상술한 바와 같이 제 1 글라스 프릿 및 제 2 글라스 프릿 또는 제 1 글라스 프릿 및 제 3 글라스 프릿을 별도로 제조하여 혼합함으로써, 단일한 글라스 프릿을 제조하여 혼합하는 경우 대비 제조되는 태양전지가 더욱 낮은 직렬저항을 나타내는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물의 제조방법에 있어서, 각 글라스 프릿 제조단계에서 용융은 서로 독립적으로 900 내지 1400 ℃에서 수행될 수 있다. 나아가, 이러한 용융은 10 내지 12시간, 구체적으로는 10 내지 4시간 동안 수행될 수 있으나, 상술한 조성을 모두 용융시킬 수 있는 온도 및 시간범위인 경우 제한이 없다.
나아가, 각 글라스 프릿 제조단계에서 상기 냉각은 용융물의 온도를 상온까지 낮추는 것을 의미하며, 이때 냉각 방법은 순수한 물을 이용하여 quenching 하는 방법일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이에 더하여, 각 글라스 프릿 제조방법은 급랭된 용융물은 분쇄하여 최종적으로 글라스 프릿을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 분쇄는 통상의 분쇄기를 이용할 수 있으며, 이때 분쇄로 제조되는 글라스 프릿의 평균입경(D50)은 0.1 내지 5 ㎛일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 태양전지 전면전극을 제공하며, 본 발명에 의한 태양전지 전면전극은 상술한 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물로 제조된 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 전면전극은 기판 상에 스크린 프린팅, 그라비아 프린팅, 오프셋 프린팅, 롤투롤 프린팅, 에어로졸 프린팅 또는 제트 프린팅 등의 방법을 이용하여 페이스트 조성물을 인쇄한 뒤 건조 및 소성하는 공정을 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명은 태양전지를 제공하며, 본 발명에 의한 태양전지는 상술한 태양전지 전면전극을 포함하여 제조된 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지는 낮은 직렬저항을 가지며, 이에 따라 높은 에너지 전환효율을 나타내는 특징이 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 실시예에 한정되지 않는다.
글라스
프릿의
제조
하기 표 1의 조성을 포함하는 성분을 혼합한 다음 1100 ℃에서 30분동안 용융하고, 순수(H2O)로 Quenching하여 급랭시켰다. 급랭된 유리 용융물을 Attrition-mill 분쇄기를 이용하여 평균 입경이 1 내지 3 ㎛가 되도록 분쇄하여 글라스 프릿을 제조하였다.
| Glass | PbO | Bi2O3 | TeO2 | Ag2O | Li2O | SiO2 | BaO | ZnO | 합 |
| 프릿 (1) | 17 | 28 | 45 | 5 | 3.5 | 1.5 | 100 | ||
| 프릿 (2) | 28 | 32 | 30 | - | 3 | 5 | - | 2 | 100 |
| 프릿 (3) | - | 9 | 60 | 10 | 5 | 2.5 | 3.5 | 10 | 100 |
| 프릿 (4) | 10 | 55 | 15 | - | 7 | 8 | 2.5 | 2.5 | 100 |
| 프릿 (5) | 32 | 15 | 45 | - | 2 | 3 | 1.5 | 1.5 | 100 |
| 프릿 (6) | - | 15 | 65 | 13 | 2.5 | 2 | 1.5 | 1 | 100 |
[실시예 1]
태양전지 전면전극용
페이스트
조성물의 제조
상기 표 1의 프릿 (1) 3 중량%, 전도성 금속 분말로는 0.1~3㎛의 입경을 갖는 은 분말을 89.5 중량%, 유기 바인더로는 셀룰로오스 에스테르(EASTMAN사 CAB) 와 에틸 셀룰로오스 수지(AQUALON社 ECN)를 각각 1 중량%, 유기 용제로는 TXIB(Trimethyl Pentanyl Diisobutylate) 2 중량% 디베이직 에스테르(Dibasic ester, TCI사 Dimethyl adipate /dimethyl glutarate/ dimethyl succinate 혼합물) 2.5 중량% BC(BUTYL CARBITOL) 1 중량%를 균일하게 혼합하여 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물을 제조하였다.
태양전지의 제조
태양전지의 제조는 156X156 mm 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하여 관상로(tube furnace)에서 810℃로 POCl3을 사용하는 확산 공정을 통해 인(P)을 도핑하여 95Ω/sq 시트 저항을 가지는 반도체층을 형성하고, 상기 반도체층 상에 화학기상증착법(PECVD 방법)으로 전구체 SiH4와 NH3를 사용하여 실리콘 질화막을 증착하여 75nm두께로 형성하여 반사방지막을 형성하였다.
후면 전극에는 은 분말 대신, 알루미늄 분말 포함하는 상기의 전극 페이스트 조성물을 이용하여 후면에 스크린 프린팅법으로 30 ㎛두께로 도포한 후 250℃의 건조로에서 60초간 건조하였다. 전면전극은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 페이스트 조성물을 이용하여 스크린 프린팅법으로 20 ㎛ 두께로 도포하고 이후 200℃의 건조로에서 60초간 건조하였다. 인쇄가 완료된 태양전지는 820 ℃의 벨트 소성로에서 1분간 소성과정을 진행하여 태양전지를 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (1) 3 중량% 대신, 프릿 1 1.5 중량% 및 프릿 2 1.5 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (1) 3 중량% 대신, 프릿 1 2.4 중량% 및 프릿 2 0.6 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 4]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (1) 3 중량% 대신, 프릿 1 0.9 중량% 및 프릿 2 2.1 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 5]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (1) 3 중량% 대신, 프릿 1 2.7 중량% 및 프릿 2 0.3 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 6]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (2) 3 중량% 대신, 프릿 2 1.5 중량% 및 프릿 3 1.5 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 7]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (2) 3 중량% 대신, 프릿 2 2.4 중량% 및 프릿 3 0.6 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 8]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (2) 3 중량% 대신, 프릿 2 0.9 중량% 및 프릿 3 2.1 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[실시예 9]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 상기 표 1의 프릿 (2) 3 중량% 대신, 프릿 (2) 2.7 중량% 및 프릿 (3) 0.3 중량%를 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 프릿 (1)~(3) 대신 프릿 (4)를 3 중량% 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 프릿 (1)~(3) 대신 프릿 (5)를 3 중량% 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 프릿 (1)~(3) 대신 프릿 (6)을 3 중량% 혼합하여 페이스트를 제조하고, 이를 이용하여 태양전지를 제작하였다.
제작된 태양전지의 특성평가
4bus bar 구조, finger 선폭 50um, finer line 개수 105개의 패턴으로 인쇄/소성된 태양전지를 제작하여 특성 평가를 진행하였다.
실시예 및 비교예의 태양전지에 대하여 효율 측정기(Solar simulator)를 이용하여 개방전압(Voc), 단락최대전류(Isc), 충전인자(FF), 직렬저항(Rs) 및 에너지 전환효율(Effi.)을 측정하고, 하기 표 2로 나타내었다.
| 프릿 1 | 프릿 2 | 프릿 3 | 프릿 4 | 프릿 5 |
프릿 6 |
Voc | Isc | FF | Rs | Effi. | |
| 중량 (%) | (V) | (A) | (%) | (mΩ) | (%) | ||||||
| 실시예 1 | 3 | 0.628 | 8.631 | 76.05 | 7.12 | 16.94 | |||||
| 실시예 2 | 1.5 | 1.5 | 0.632 | 8.637 | 78.59 | 5.68 | 17.63 | ||||
| 실시예 3 | 2.4 | 0.6 | 0.633 | 8.629 | 76.87 | 6.67 | 17.26 | ||||
| 실시예 4 | 0.9 | 2.1 | 0.632 | 8.616 | 78.22 | 5.84 | 17.49 | ||||
| 실시예 5 | 2.7 | 0.3 | 0.633 | 8.600 | 77.61 | 6.66 | 17.37 | ||||
| 실시예 6 | 1.5 | 1.5 | 0.630 | 8.741 | 78.69 | 5.45 | 17.81 | ||||
| 실시예 7 | 2.4 | 0.6 | 0.630 | 8.740 | 78.16 | 5.64 | 17.70 | ||||
| 실시예 8 | 0.9 | 2.1 | 0.630 | 8.69 | 78.27 | 6.66 | 17.60 | ||||
| 실시예 9 | 2.7 | 0.3 | 0.630 | 8.673 | 77.83 | 5.81 | 17.49 | ||||
| 비교예 1 | 3 | 0.630 | 8.659 | 27.69 | 52.73 | 6.21 | |||||
| 비교예 2 | 3 | 0.623 | 8.783 | 43.26 | 28.58 | 9.72 | |||||
| 비교예 3 | 3 | 0.625 | 8.692 | 71.60 | 8.372 | 15.99 | |||||
본 발명에 따른 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물에 의해 제조된 태양전지는 표 2에 정리된 바와 같이, 본 발명의 실시예가 비교예에 비해 전극과 태양전지 기판 간의 직렬 저항이 감소함을 알 수 있었다. 이로 인해, 개방전압 및 충전인자 특성이 향상되어, 우수한 태양전지 에너지 전환효율을 가짐을 알 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 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.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (16)
- 전도성 금속 분말;
PbO, Bi2O3, TeO2, Ag2O 및 Li2O를 포함하는 글라스 프릿; 및
유기 비히클;을 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 글라스 프릿은 PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20 내지 40 중량%, TeO2 30 내지 50 중량%, Ag2O 1 내지 5 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 글라스 프릿은 SiO2, BaO, ZnO, B2O3, Na2O, CaO, WO3 및 MgO에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 글라스 프릿 첨가물을 더 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 3항에 있어서,
상기 글라스 프릿은 상기 글라스 프릿 첨가물을 0.1 내지 20 중량% 더 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 글라스 프릿은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 제 1 글라스 프릿; 및
Bi2O3 1 내지 25 중량%, TeO2 40내지 80 중량%, Ag2O 1 내지 25 중량% 및 Li2O 1 내지 10 중량%를 포함하는 제 2 글라스 프릿;의 혼합물인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 5항에 있어서,
상기 제 1 글라스 프릿 : 제 2 글라스 프릿의 중량 비는 1:0.1 내지 2인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 글라스 프릿은
PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 포함하는 제 1 글라스 프릿; 및
PbO 8 내지 25 중량%, Bi2O3 15 내지 45 중량%, TeO2 35 내지 55 중량%, Li2O 1 내지 10 중량%, Ag2O 0.5 내지 5 중량% 및 SiO2 0.1 내지 3 중량%를 포함하는 제 3 글라스프릿;의 혼합물인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 7항에 있어서,
상기 제 1 글라스 프릿 : 제 3 글라스 프릿의 중량 비는 1:0.1 내지 2인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물은 상기 글라스 프릿을 0.1 내지 15 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 전도성 금속 분말은 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 팔라듐, 크롬, 코발트, 주석, 납, 아연, 철, 텅스텐, 마그네슘 및 이들의 합금에서 선택되는 하나 또는 둘 이상인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 전도성 금속 분말은 내부 공극을 포함하는 은 분말인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 유기 비히클은 트리메틸펜타닐디이소부틸레이트(Trimethyl Pentanyl Diisobutylate), 디베이직 에스테르(Dibasic ester), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 디에틸렌글리콜부틸에테르아세테이트(Diethylene Glycol n-butyl Ether Acetate), 디에틸렌글리콜 모노에틸아세테이트, 디에틸글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르프로피오네이트, 에틸에테르프로피오네이트, 테르피네올(terpineol), 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디메틸아미노포름알데히드, 메틸에틸케톤, 감마 부티로락톤, 에틸락테이트 및 텍사놀(Texanol) 중에서 선택된 하나 이상의 용매 중에 셀룰로스계 수지, 아크릴계 수지 및 폴리비닐계 수지 중에서 선택된 하나 이상의 수지를 첨가한 것인 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물. - PbO 15내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 1 글라스 프릿 제조단계;
Bi2O3 1내지 25 중량%, TeO2 40 내지 80 중량%, Ag2O 1 내지 25 중량% 및 Li2O 1 내지 10 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 2 글라스 프릿 제조단계; 및
상기 제 1 글라스 프릿 및 제 2 글라스 프릿을 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법. - PbO 15 내지 30 중량%, Bi2O3 20내지 55 중량%, TeO2 20 내지 45 중량% 및 Li2O 1 내지 5 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 1 글라스 프릿 제조단계;
PbO 8 내지 25 중량%, Bi2O3 15 내지 45 중량%, TeO2 35 내지 55 중량%, Li2O 1 내지 10 중량%, Ag2O 0.5 내지 5 중량% 및 SiO2 0.1 내지 3 중량%를 혼합하여 용융 후 냉각하는 제 3 글라스 프릿 제조단계; 및
상기 제 1 글라스 프릿 및 제 3 글라스 프릿을 혼합하는 혼합단계;를 포함하는 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 제조방법. - 제 1항 내지 제 12항에서 선택되는 어느 한 항의 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물로 제조된 태양전지 전면 전극.
- 제 15항에 의한 태양전지 전면전극을 채용한 태양전지.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170114949A KR101972384B1 (ko) | 2017-09-08 | 2017-09-08 | 태양전지 전면전극용 페이스트 조성물 및 이의 제조방법 |
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