KR20190051398A - 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 - Google Patents

태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트로서, 금속 분말, 유리 프릿, 및 유기 비히클을 포함하는 페이스트로서, 상기 유리 프릿은 제1 유리전이온도를 갖는 제1 유리 프릿, 및 상기 제1 유리전이온도보다 높은 제2 유리전이온도를 갖는 제2 유리 프릿을 포함하고, 상기 유리 프릿은 상기 페이스트 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되되, 상기 제1 유리 프릿의 함량은 상기 제2 유리 프릿의 함량보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트로서, 서로 다른 유리전이온도를 갖는 2종 이상의 유리 프릿들을 혼합하여 사용하여 태양전지의 변환효율 및 부착 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 {Electrode Paste For Solar Cell's Electrode And Solar Cell using the same}
본 발명은 태양전지의 전극 형성에 사용되는 도전성 페이스트 및 이를 이용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.
태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자로서 일반적으로 p-n 접합 형태를 가지며 그 기본 구조는 다이오드와 동일하다. 도 1은 일반적인 태양전지 소자의 구조로서, 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 180~250㎛인 p형 실리콘 반도체 기판(10)을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판의 수광면측에는, 두께가 0.3~0.6㎛인 n형 불순물층(20)과, 그 위에 반사 방지막(30)과 전면 전극(100)이 형성되어 있다. 또한, p형 실리콘 반도체 기판의 이면측에는 배면 전극(50)이 형성되어 있다.
전면 전극(100)은 은을 주성분으로 하는 도전성 입자(silver powder), 유리 프릿(glass frit), 유기 비히클(organic vehicle), 및 첨가제 등을 혼합한 도전성 페이스트를 반사 방지막(30) 상에 도포한 후 소성하여 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극(50)은 알루미늄 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 첨가제로 이루어지는 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후, 660℃(알루미늄의 융점) 이상의 온도에서 소성함으로써 형성되어 있다. 이 소성시에 알루미늄이 p형 실리콘 반도체 기판의 내부로 확산됨으로써, 배면 전극과 p형 실리콘 반도체 기판 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에, 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물층으로서 p+층(40)이 형성된다. 이러한 p+층의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다. 배면 알루미늄 전극(50) 하부에는 배면 실버 전극(60)이 더 위치될 수 있다.
상기와 같이 태양전지 전극을 포함하는 단위 태양전지 셀은 그 기전력이 작기 때문에 다수의 단위 태양전지 셀을 연결하여 적정 기전력을 갖는 태양전지모듈(Photovoltaic Module)을 구성하여 사용하게 되는데, 이 때 각 단위 태양전지 셀들은 납이 피복된 일정 길이의 도체 리본들에 의해 연결된다. 종래의 경우, 태양전지 전극과 리본 사이의 부착력 증대를 위해 유리 프릿의 성분 또는 함량을 조절하거나 무기 원소를 첨가하여 사용하였으나, 이 경우 유리 프릿의 유리전이온도가 감소하여 태양전지 전극의 전기적 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트의 조성 중 유리 프릿을 서로 다른 유리전이온도를 갖는 2종 이상의 유리 프릿들로 혼합하여 사용함으로써, 전극 내 유리 프릿을 고르게 분포시켜 태양전지의 변환효율과 부착 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 및 유기 비히클을 포함하는 페이스트로서, 상기 유리 프릿은 제1 유리전이온도를 갖는 제1 유리 프릿, 및 상기 제1 유리전이온도보다 높은 제2 유리전이온도를 갖는 제2 유리 프릿을 포함하고, 상기 유리 프릿은 상기 페이스트 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되되, 상기 제1 유리 프릿의 함량은 상기 제2 유리 프릿의 함량보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다.
또한 상기 제1 유리 프릿 대 상기 제2 유리 프릿의 중량비는 1 : 0.5 ~ 0.7인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 유리전이온도 및 상기 제2 유리전이온도의 각각은 200 내지 500℃ 이되, 상기 제2 유리전이온도는 상기 제1 유리전이온도보다 10℃ 이상 큰 것을 특징으로 한다.
또한 상기 페이스트 총 중량에 대하여, 상기 금속 분말은 80 내지 90 중량%로 포함되고, 상기 유기 비히클은 5 내지 15 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 및 제2 유리 프릿들의 각각은 PbO, TeO2, Bi2O3, SiO2, B2O3, Al2O3, ZnO, WO3, Sb2O3, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물 중 적어도 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 및 제2 유리 프릿들의 각각은 Pb-Te-Si-B계, Pb-Te-Bi계, Pb-Te-Si-Sb3계, Pb-Te-Si-Bi-Zn-W계, Si-Te-Bi-Zn-W계, 및 Si-Te-Bi2-Zn-W계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 페이스트는 금속 산화물을 더 포함하고, 상기 금속 산화물은 NiO, CuO, MgO, CaO, RuO 및 MoO 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금속 산화물은 상기 도전성 페이스트 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극은 상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 도포한 후 건조 및 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트는 서로 다른 유리전이온도를 갖는 2종 이상의 유리 프릿들을 혼합하여 사용하되 낮은 유리전이온도의 유리 프릿을 일정 범위에서 높은 함량을 갖게 함으로써, 전극 형성 시 전극 내 유리 프릿을 균일하게 분포시킬 수 있다. 그 결과, 소성시 우수한 에칭능력을 가지고, 과잉에칭에 의한 션트(shunt) 문제가 발생하지 않으며, 반사방지막과의 반응을 방해하지 않아 접촉저항을 낮춰 태양전지의 변환효율을 증가시킬 수 있다. 아울러, 과량의 유리 프릿이 포함되어도 솔더링 특성의 강화되어 부착 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 태양전지 소자의 개략 단면도를 나타낸 것이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 페이스트는 태양전지 전극 형성에 사용되기 적합한 페이스트로서, 서로 다른 유리전이온도를 갖는 적어도 2종 이상의 유리 프릿들을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 금속 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 기타 첨가제를 포함하여 이루어진다.
상기 금속 분말로는 은 분말, 구리 분말, 니켈 분말, 알루미늄 분말 등이 사용될 수 있는데, 전면 전극용의 경우 은 분말이 주로 사용되며, 배면 전극용은 주로 알루미늄 분말이 사용된다. 금속 분말은 상술한 분말 중 하나가 단독으로 사용되거나, 상술한 금속의 합금이 사용되거나, 상술한 분말 중 적어도 두 개가 혼합된 혼합 분말로 사용될 수 있다.
금속 분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 40 내지 95 중량%가 바람직하다. 40 중량% 미만인 경우 형성된 전극의 비저항이 높을 수 있으며, 95 중량% 초과인 경우 다른 성분의 함량이 충분하지 않아 금속 분말이 균일하게 분산되지 않는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 80 내지 90 중량%로 포함되는 것이 좋다.
태양전지의 전면 전극 형성을 위하여 도전성 페이스트가 은 분말을 포함하는 경우 은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에 적어도 표면이 은 층(silver layer)으로 이루어지는 은 피복 복합 분말이나, 은을 주성분으로 하는 합금(alloy) 등을 사용할 수 있다. 또한, 다른 금속 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면 알루미늄, 금, 팔라듐, 동, 니켈 등을 들 수 있다.
금속 분말의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 10㎛ 일 수 있으며, 페이스트화 용이성 및 소성시 치밀도를 고려할 때 0.5 내지 5㎛가 바람직하며, 그 형상이 구상, 침상, 판상 그리고 무정상 중 적어도 1종 이상일 수 있다. 금속 분말은 평균 입자지름이나 입도 분포, 형상 등이 다른 2종 이상의 분말을 혼합하여 이용해도 좋다.
상기 유리 프릿은 서로 다른 유리전이온도를 갖는 적어도 2종 이상의 유리 프릿들이 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 프릿은 제1 유리전이온도(Tg1)를 갖는 제1 유리 프릿, 및 제2 유리전이온도(Tg2)를 갖는 제2 유리 프릿을 포함할 수 있다. 제1 유리전이온도(Tg1) 및 제2 유리전이온도(Tg2)는 각각 200 내지 500℃ 이되, 제2 유리전이온도(Tg2)는 제1 유리전이온도(Tg1)보다 10℃ 이상 높을 수 있다. 바람직하게, 제1 유리전이온도(Tg1)와 제2 유리전이온도(Tg2)의 차이는 50℃ 이상일 수 있다.
제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿의 각각은 PbO, TeO2, Bi2O3, SiO2, B2O3, Al2O3, ZnO, WO3, Sb2O3, 알칼리 금속(Li, Na, K 등)의 산화물 및 알칼리 토금속(Ca, Mg 등)의 산화물 중 적어도 2종 이상 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿의 각각은 Pb-Te-Si-B계, Pb-Te-Bi계, Pb-Te- Si-Sb3계, Pb-Te-Si-Bi-Zn-W계, Si-Te-Bi-Zn-W계, 및 Si-Te-Bi2-Zn-W계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 유리전이온도(Tg1)와 제2 유리전이온도(Tg2)는 각각 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿의 성분 및/또는 함량을 변경하여 조절할 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 유리 프릿들의 각각은 PbO-TeO2-SiO2-B2O3를 포함하되, 제1 유리 프릿 내 TeO2의 함량(예컨대, 제1 유리 프릿의 총 중량을 기준으로 한 중량%)은 제2 유리 프릿 내 TeO2의 함량(예컨대, 제2 유리 프릿의 총 중량을 기준으로 한 중량%)보다 클 수 있다. 즉, 유리 프릿 내 TeO2의 함량이 높은 경우에는 상대적으로 낮은 유리전이온도(Tg)를 가질 수 있다. 다른 예로, 제1 및 제2 유리 프릿들의 각각은 PbO, TeO2, Bi2O3, SiO2, B2O3, Al2O3, ZnO, WO3 및 Sb2O3 중에서 적어도 2종 이상을 포함하며, 이 때 제1 유리 프릿은 알칼리 금속 산화물(ex. LiO2) 또는 알칼리 토금속 산화물(ex. CaO)을 더 포함함으로써 제2 유리 프릿보다 낮은 유리전이온도를 가질 수 있다.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.5 내지 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경(D50)이 2㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다.
유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 10 중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 10 중량% 초과하면 금속 분말의 소성체 내에 유리 성분이 너무 많아져 전기 비저항이 역시 높아질 우려가 있다.
상기와 같은 함량 범위의 유리 프릿에서, 제1 유리 프릿의 함량(예컨대, 중량 %)은 제2 유리 프릿의 함량(예컨대, 중량 %)보다 높은 것이 바람직할 수 있다. 즉, 서로 다른 유리전이온도를 갖는 2종 이상의 유리 프릿들이 혼합된 경우, 낮은 유리전이온도를 갖는 유리 프릿의 함량이 상대적으로 높은 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 제1 유리 프릿 대 제2 유리 프릿의 중량비는 1 : 0.5 ~ 0.7 일 수 있다. 상기 함량 범위 내에서 전극을 형성하는 경우, 전극 내에 유리 프릿이 균일하게 분포될 수 있다. 그 결과, 소성시 우수한 에칭능력을 가지고, 과잉에칭에 의한 션트(shunt) 문제가 발생하지 않으며, 반사방지막과의 반응을 방해하지 않아 접촉저항을 낮춰 태양전지의 변환 효율을 증가시킬 수 있다. 아울러, 과량의 유리 프릿이 포함되어도 솔더링 특성의 강화되어 부착 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 유기 비히클로는 제한되지 않으나 유기 바인더와 용제 등이 포함될 수 있다. 때로는 용제가 생략될 수 있다. 유기 비히클은 제한되지 않으나 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%가 바람직하다.
유기 비히클은 금속 분말과 유리 프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린 인쇄에 의해 도전성 페이스트가 기재에 도포될 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 하여, 인쇄 패턴의 흐려짐 및 흐름을 억제하고, 또한 스크린판으로부터의 도전성 페이스트의 토출성 및 판분리성을 향상시키는 특성이 요구된다.
유기 비히클에 포함되는 유기 바인더는 제한되지 않으나 셀룰로오스 에스테르계 화합물로 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트 등을 예로 들 수 있으며, 셀룰로오스 에테르 화합물로는 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 플로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로오스 등을 예로 들 수 있으며, 아크릴계 화합물로는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 등을 예로 들 수 있으며, 비닐계로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다. 상기 유기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다.
조성물의 희석을 위해 사용되는 용제로서는 알파-터피네올, 텍사놀, 디옥틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 시클로헥산, 헥산, 톨루엔, 벤질알코올, 디옥산, 디에틸렌글리콜, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르 아세테이트 등으로 이루어진 화합물 중에서 적어도 1종 이상 선택되어 사용되는 것이 좋다.
본 발명에 의한 도전성 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 분산제, 가소제, 점도 조정제, 계면활성제, 산화제, 금속 유기 화합물 등을 더 포함할 수 있다.
상술한 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물은 금속 분말, 상술한 바와 같이 혼합된 유리 프릿, 유기 비히클 및 첨가제 등을 혼합 및 분산한 다음 여과 및 탈포하여 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 유리 프릿은 서로 다른 유리전이온도를 갖는 3종의 유리 프릿들을 포함할 수 있다, 예를 들어, 유리 프릿은 상술한 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿과, 제3 유리전이온도(Tg3)를 갖는 제3 유리 프릿을 포함할 수 있다. 여기서, 제2 유리전이온도(Tg2)는 제1 유리전이온도(Tg1)보다 높고, 제3 유리전이온도(Tg3)보다 낮을 수 있다. 바람직하게, 제1 유리전이온도(Tg1)와 제2 유리전이온도(Tg2)의 차이는 50℃ 이상일 수 있고, 마찬가지로 제2 유리전이온도(Tg2)와 제3 유리전이온도(Tg3)의 차이는 50℃ 이상일 수 있다. 또한 유리 프릿에서, 제2 유리 프릿의 함량은 제1 유리 프릿보다 낮고, 제3 유리 프릿보다 높을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 상술한 도전성 페이스트는 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도전성 페이스트는 금속 분말, 유리 프릿, 유기 비히클, 금속 산화물 및 기타 첨가제를 포함하여 이루어질 수 있다. 금속 산화물은 제한되지 않으나, NiO, CuO, MgO, CaO, RuO, MoO 및 Bi2O3 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 금속 산화물은 평균입경은 0.01 내지 5㎛ 일 수 있으며, 효과를 고려할 때 0.02 내지 2㎛가 바람직하다. 금속 산화물은 상기 도전성 페이스트 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량 %로 포함될 수 있으며, 상기 함량 범위 내에서 부착 특성이 향상된 효과를 제공할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 도전성 페이스트를 기재 위에 도포하고, 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 태양전지 전극을 제공한다. 본 발명의 태양전지 전극 형성 방법에서 상기와 같이 코팅 처리된 유리 프릿을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다. 일 예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 결정질 태양전지(P-type, N-type), PESC(Passivated Emitter Solar Cell), PERC(Passivated Emitter and Rear Cell), PERL(Passivated Emitter Real Locally Diffused) 등의 구조 및 더블 프린팅(Double printing), 듀얼 프린팅(Dual printing) 등 변경된 인쇄 공정에도 모두 적용이 가능하다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성(예컨대, 중량%)으로, 혼합된 유리 프릿, 금속 산화물, 유기 바인더, 용매 및 분산제를 넣고 혼합믹서를 사용하여 분산한 후, 실버 파우더(구상, 평균 입경 1㎛)를 혼합하고 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다. 실시예 1 내 지 6 및 비교예 1 내지 5에 사용된 유리 프릿들의 종류, 성분, 함량 및 유리전이온도는 표 2에 나타내었다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
유리 프릿 A 3 3 1.5 3 3 3 2 3.5 5 4.5 4.5
유리 프릿 B 1.5 2 3 - - 2 3 1.5 - 0.5 -
유리 프릿 C - - - 1.5 - - - - - - -
유리 프릿 D - - - - 1.5 - - - - - -
유리 프릿 E - - - - - 1 - - - - -
금속 산화물
(LiO2)		 0.5 - 0.5 0.5 0.5 - - - - - 0.5
유기 바인더 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
용제 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
실버 파우더 86 86 86 86 86 86 86 86 86 86 86
분산제 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
구분
 성분(중량%) 전이온도
(Tg,℃)
PbO TeO2 SiO2 B2O3
유리 프릿 A 67.5 15.5 10.4 6.6 230
유리 프릿 B 76.2 6.8 10.4 6.6 280
유리 프릿 C 69.0 14.0 10.4 6.6 240
유리 프릿 D 79.8 3.2 10.4 6.6 300
유리 프릿 E 82.5 0.5 10.4 6.6 350
특성 평가
상기 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 도전성 페이스트를 wafer의 전면에 40㎛ 메쉬의 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 건조로를 사용하여 200~350 ℃에서 20초에서 30초 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 20초에서 30초간 소성을 행하여 태양전지 Cell을 제작하였다.
상기 제조된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, 변환효율(Eff), 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 곡선인자(FF) 및 직렬저항(Rs)을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
또한 태양전지 셀들의 제조 후, SnPbAg조성의 리본을 전극에 본딩한 후 인장강도 측정기를 사용하여 본딩된 부분의 한쪽 끝을 잡고 180도 방향으로 잡아 당기면서 전면 전극과 리본이 박리될 때까지의 힘(N)을 측정하였다. 측정된 부착력은 표 3에 나타내었다.
구분 Eff
(%)		 Isc
(A)		 Voc
(V)		 FF
(%)		 Rs
(Ω)		 부착력
(N)
실시예 1 19.706 9.491 0.6386 77.74 0.00168 3.5
실시예 2 19.727 9.4918 0.6393 77.749 0.00177 3.2
실시예 3 19.688 9.4873 0.6382 77.735 0.00167 2.8
실시예 4 19.692 9.4892 0.6384 77.738 0.00169 3.0
실시예 5 19.730 9.4925 0.6394 77.751 0.00178 3.6
실시예 6 19.735 9.493 0.6397 77.754 0.00179 3.7
비교예 1 19.631 9.482 0.6384 77.7 0.00198 3.0
비교예 2 19.549 9.487 0.6371 77.05 0.00211 2.7
비교예 3 19.689 9.479 0.6378 77.75 0.00173 2.1
비교예 4 19.624 9.4066 0.6379 78.21 0.00156 2.4
비교예 5 19.598 9.5216 0.6393 76.957 0.00207 2.3
상기 표 3에 나타나는 것과 같이, 서로 다른 유리전이온도를 갖는 2종 이상의 유리 프릿들을 혼합하여 사용하되, 낮은 유리전이온도의 유리 프릿이 일정 범위에서 높은 함량을 갖는 경우(실시예 1, 2, 5, 및 6)에서, 태양전지의 변환효율 및 부착력이 증대된 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 6의 경우를 참조하면, 서로 다른 유리전이온도를 갖는 3종의 유리 프릿들을 혼합하여 사용할 때, 태양전지의 변환효율 및 부착력이 크게 증대된 것을 알 수 있다. 또한 실시예 1과 실시예 2의 경우를 비교하면, 페이스트 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%로 금속 산화물이 첨가되는 경우 부착력이 더욱 증대되는 것을 확인할 수 있다. 나아가 실시예 1, 4 및 5의 경우를 비교하면, 유리 프릿들의 유리전이온도 차이가 70℃의 경우(실시예 5)가 유리전이온도 차이가 50℃인 경우(실시예 1) 및 유리전이온도 차이가 10℃인 경우(실시예 4)보다 태양전지의 변환효율 및 부착력이 증대된 것을 알 수 있다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : P형 실리콘 반도체 기판
20 : N형 불순물층
30 : 반사 방지막
40 : P+층(BSF : back surface field)
50 : 배면 알루미늄 전극
60 : 배면 실버 전극
100 : 전면 전극

Claims (9)

  1. 금속 분말, 유리 프릿, 및 유기 비히클을 포함하는 페이스트로서,
    상기 유리 프릿은 제1 유리전이온도를 갖는 제1 유리 프릿, 및 상기 제1 유리전이온도보다 높은 제2 유리전이온도를 갖는 제2 유리 프릿을 포함하고,
    상기 유리 프릿은 상기 페이스트 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되되, 상기 제1 유리 프릿의 함량은 상기 제2 유리 프릿의 함량보다 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유리 프릿 대 상기 제2 유리 프릿의 중량비는 1 : 0.5 ~ 0.7인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유리전이온도 및 상기 제2 유리전이온도의 각각은 200 내지 500℃ 이되, 상기 제2 유리전이온도는 상기 제1 유리전이온도보다 10℃ 이상 큰 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 페이스트 총 중량에 대하여, 상기 금속 분말은 80 내지 90 중량%로 포함되고, 상기 유기 비히클은 5 내지 15 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 프릿들의 각각은 PbO, TeO2, Bi2O3, SiO2, B2O3, Al2O3, ZnO, WO3, Sb2O3, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물 중 적어도 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 프릿들의 각각은 Pb-Te-Si-B계, Pb-Te-Bi계, Pb-Te-Si-Sb3계, Pb-Te-Si-Bi-Zn-W계, Si-Te-Bi-Zn-W계, 및 Si-Te-Bi2-Zn-W계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 금속 산화물을 더 포함하고,
    상기 금속 산화물은 NiO, CuO, MgO, CaO, RuO 및 MoO 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 상기 도전성 페이스트 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  9. 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
    상기 전면 전극은, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 도포한 후 건조 및 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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