KR20200015318A - 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 이로부터 제조된 전극을 포함하는 태양 전지 - Google Patents

알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 이로부터 제조된 전극을 포함하는 태양 전지 Download PDF

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Abstract

알루미늄 산화물층을 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물로서, 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐 및 알칼리 금속을 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐 0.1 내지 7중량%, 알칼리 금속 5 내지 8중량%를 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 중량비가 0.8 이상인 것인, 태양전지 전극 형성용 조성물, 이로부터 형성된 전극 및 이로부터 형성된 전극을 포함하는 태양 전지가 제공된다.

Description

알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 이로부터 제조된 전극을 포함하는 태양 전지{COMPOSITION FOR FORMING ELECTRODE FOR SOLAR CELL INCLUDING ALUMINUM OXIDE LAYER, ELECTRODE PREPARED USING THE SAME AND SOLAR CELL COMPRISING ELECTRODE PREPARED USING THE SAME}
본 발명은 패시베이션 층(passivation layer)으로서 알루미늄 산화물층(aluminum oxide layer)을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 이로부터 제조된 전극을 포함하는 태양 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 본 발명의 특정 유리 프릿을 포함함으로써 알루미늄 산화물층이 형성된 태양전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮출 수 있고 태양 전지의 변환 효율을 높일 수 있는, 태양 전지 전극 형성용 조성물, 이로부터 제조된 전극 및 이로부터 제조된 전극을 포함하는 태양 전지에 관한 것이다.
태양 전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양 전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상·하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어 있다. 태양 전지는 반도체 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다. 이러한 태양 전지의 전극은 전극용 페이스트 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 형성될 수 있다.
종래 개발된 태양 전지 전극 조성물로는 직렬 저항을 낮추어 태양 전지 변환 효율을 높이는데 한계가 있어, 최근에는 생산 공정성과 태양 전지 변환 효율 개선을 위해 전면에 알루미늄 산화물층을 형성하는 기술이 개발되고 있다.
본 발명의 배경 기술은 일본공개특허 제2015-144162호 등에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성 시 직렬 저항을 낮출 수 있고 변환 효율을 높일 수 있는 태양 전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐 및 알칼리 금속을 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐 0.1 내지 7중량%, 알칼리 금속 5 내지 8중량%를 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 중량비가 0.8 이상이 될 수 있다.
본 발명의 전극은 본 발명의 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물로 제조될 수 있다.
본 발명의 태양 전지는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 적어도 일면에 형성된 알루미늄 산화물층 및 상기 알루미늄 산화물층과 접촉하여 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은 본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물로 형성된 전극을 포함할 수 있다.
본 발명은 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮출 수 있고 변환 효율을 높일 수 있는 태양 전지 전극 형성용 조성물을 제공하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물은 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지 전극 형성용 조성물로서, 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐 및 알칼리 금속을 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%를 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 중량비가 0.8 이상이 될 수 있다. 상기 텅스텐과 알칼리 금속 함량 및 상기 중량비 범위에서, 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성시 사용하더라도 직렬 저항이 낮고 태양 전지 변환 효율을 높일 수 있다.
상기 "알루미늄 산화물"은 Al2O3이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물은 태양 전지에서 알루미늄 산화물층과 접촉하는 전극으로 전면 전극 또는 후면 전극을 형성하는데 사용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 조성물 중 각 성분들에 대해 상세하게 설명한다.
도전성 분말
도전성 분말은 은(Ag) 분말을 포함할 수 있다. 상기 은 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있으며, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 은 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 은 분말일 수 있다. 또한, 상기 은 분말로 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
다른 구체예에서, 도전성 분말은 은(Ag) 분말 대신에, 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 납(Pb), 아연(Zn), 철(Fe), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등이 사용될 수 있다.
도전성 분말은 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 2종 이상이 합금된 형태일 수도 있다. 바람직하게는 도전성 분말은 은 분말을 사용할 수 있다.
도전성 분말은 입자 형상이 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면, 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 제한 없이 사용될 수 있다.
도전성 분말의 평균 입경(D50)은 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛ 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 직렬 저항과 접촉 저항이 낮아질 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 60중량% 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 도전성 분말의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 태양전지의 변화 효율이 우수하게 나타나며, 페이스트화가 원활하게 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 70중량% 내지 90중량%로 포함될 수 있다.
유리 프릿
유리 프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 도전성 분말을 용융시켜 에미터 영역에 도전성 분말의 결정 입자를 생성시키기 위한 것이다. 또한, 유리 프릿은 도전성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
유리 프릿은 납(Pb), 비스무트(Bi), 텅스텐(W) 및 알칼리 금속을 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%를 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 중량비가 0.8 이상이 될 수 있다. 상기 함량 및 중량비 범위에서, 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성시 사용하더라도 직렬 저항이 낮고 태양 전지 변환 효율을 높일 수 있다.
납은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 1중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 5중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저온 소성이 가능할 수 있다.
비스무트는 산화물 기준으로 유리 프릿 중 1중량% 내지 25중량%, 바람직하게는 5중량% 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 리본과의 접착력 개선 효과가 있을 수 있다.
텅스텐은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 0.1중량% 내지 7중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 6중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 중량비에 용이하게 도달할 수 있고, 알루미늄 산화물층과 접촉하더라도 직렬 저항을 낮출 수 있으며 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
알칼리 금속은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 알칼리 금속으로 리튬을 사용함으로써 유리 프릿 제조를 용이하게 할 수 있다. 알칼리 금속은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 5중량% 내지 8중량%, 바람직하게는 5중량% 내지 7중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 본 발명의 중량비에 용이하게 도달할 수 있고, 알루미늄 산화물층과 접촉하더라도 직렬 저항을 낮출 수 있으며 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
유리 프릿 중 산화물 기준으로 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 중량비는 0.8 이상이 될 수 있다. 상기 범위에서 알루미늄 산화물층과 접촉하더라도 직렬 저항을 낮출 수 있으며 태양 전지 효율을 높일 수 있다. 바람직하게는 상기 중량비는 0.8 내지 7, 더 바람직하게는 0.8 내지 5일 수 있다.
유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐, 알칼리 금속 이외에 잔량의 금속 및/또는 금속 산화물을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 유리 프릿은 붕소(B), 마그네슘(Mg), 텔루륨(Te), 인(P), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 잔량의 금속은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 30중량% 내지 80중량%, 바람직하게는 50중량% 내지 75중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 납, 비스무트, 텅스텐, 알칼리 금속으로 인한 효과에 영향을 주지 않으면서 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
일 구체예에서, 텔루륨은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 10중량% 내지 60중량%, 바람직하게는 20중량% 내지 60중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 유리프릿 제조가 용이하고 저항 개선의 효과가 있을 수 있다.
일 구체예에서, 아연은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 0중량% 내지 30중량%, 바람직하게는 1중량% 내지 30중량%, 더 바람직하게는 10중량% 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항 개선의 효과가 있을 수 있다.
일 구체예에서, 몰리브덴은 산화물 기준으로 유리 프릿 중 0중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 산화방지막의 에칭 조정 효과가 있을 수 있다.
일 구체예에서, 마그네슘은 산화물 기준으로 0중량% 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1중량% 내지 10중량%, 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항 개선 및 리본과의 접착력 개선 효과가 있을 수 있다.
일 구체예에서, 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐, 알칼리 금속, 텔루륨, 마그네슘을 포함하는, Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg계 유리 프릿일 수 있다. Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg계 유리 프릿은 산화물 기준으로 납 1중량% 내지 30중량%, 비스무트 1중량% 내지 25중량%, 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%, 텔루륨 10중량% 내지 60중량%, 마그네슘 0.1중량% 내지 10중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮추고 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
다른 구체예에서, 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐, 알칼리 금속, 텔루륨, 마그네슘, 아연을 포함하는, Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg-Zn계 유리 프릿일 수 있다. Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg-Zn계 유리 프릿은 산화물 기준으로 납 1중량% 내지 30중량%, 비스무트 1중량% 내지 25중량%, 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%, 텔루륨 10중량% 내지 60중량%, 마그네슘 0.1중량% 내지 10중량%, 아연 1중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮추고 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐, 알칼리 금속, 텔루륨, 마그네슘, 몰리브덴을 포함하는, Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg-Mo계 유리 프릿일 수 있다. Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg-Mo계 유리 프릿은 산화물 기준으로 납 1중량% 내지 30중량%, 비스무트 1중량% 내지 25중량%, 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%, 텔루륨 10중량% 내지 60중량%, 마그네슘 0.1중량% 내지 10중량%, 몰리브덴 0.1중량% 내지 5중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮추고 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐, 알칼리 금속, 텔루륨, 마그네슘, 몰리브덴, 아연을 포함하는, Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg-Mo-Zn계 유리 프릿일 수 있다. Pb-Bi-W-알칼리 금속-Te-Mg-Mo-Zn계 유리 프릿은 산화물 기준으로 납 1중량% 내지 30중량%, 비스무트 1중량% 내지 25중량%, 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%, 텔루륨 10중량% 내지 60중량%, 마그네슘 0.1중량% 내지 10중량%, 몰리브덴 0.1중량% 내지 5중량%, 아연 1중량% 내지 30중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮추고 태양 전지 효율을 높일 수 있다.
유리 프릿의 형상 및 크기 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있다. 유리 프릿의 형상은 구형 또는 부정형일 수 있다. 상기 "평균 입경(D50)"은 이소프로필알코올(IPA)에 유리 프릿 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다. 바람직하게는, 유리 프릿의 평균 입경(D50)은 0.5㎛ 내지 10㎛, 0.5㎛ 내지 2.0㎛인 것이 사용될 수 있다.
유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 납 산화물, 비스무트 산화물, 텅스텐 산화물, 알칼리 금속 산화물 및 선택적으로 상기 금속 및/또는 금속 산화물로부터 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 납 산화물, 비스무트 산화물, 텅스텐 산화물, 알칼리 금속 산화물 및 선택적으로 상기 금속 및/또는 금속 산화물을 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill) 등을 사용하여 혼합한 후, 혼합된 조성물을 800℃ 내지 1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭(quenching)한 다음, 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 유리 프릿을 얻을 수 있다.
유리 프릿은 태양 전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 0.5중량% 내지 10중량%, 0.8중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 직렬저항, 개방전압, 단락전류가 우수하고 태양전지 효율을 높일 수 있어서 전기적 특성이 우수하고 부착력 개선 효과가 있을 수 있다.
유기 비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.
바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있으며 에틸 셀룰로오스가 일반적으로 사용되는 수지이다. 그러나, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수도 있다.
용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물 중 잔부량으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 전체 중량 대비 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
첨가제
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기에서 기술한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양 전지에 관한 것이다.
본 발명의 태양 전지는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 적어도 일면에 형성된 알루미늄 산화물층 및 상기 알루미늄 산화물층과 접촉하여 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은 본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물로 형성될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 태양 전지는 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell) 구조의 태양 전지를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물은 전면 전극, 또는 후면 전극 바람직하게는 수광면에 형성되는 전면 전극을 형성하는데 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양 전지는 p층(또는 n층) 및 에미터로서의 n층(또는 p층)을 포함하는 웨이퍼(20)를 구비할 수 있다.
웨이퍼(20)의 상부면은 태양 전지의 전면부로서, 웨이퍼(20)의 상부면에는 실리콘 산화물층(30), 실리콘 질화물층(32), 알루미늄 산화물층(34)이 순차적으로 형성되어 있다. 웨이퍼(20)의 상부면에는 전면 전극(10)이 형성되며, 전면 전극(10)은 실리콘 산화물층(30), 실리콘 질화물층(32), 알루미늄 산화물층(34)과 접촉하도록 형성되어 있다. 전면 전극(10)은 본 발명의 태양 전지 전극 형성용 조성물로 형성될 수 있다.
도 1은 웨이퍼(20)의 상부면에 실리콘 산화물층(30), 실리콘 질화물층(32), 알루미늄 산화물층(34)이 순차적으로 형성된 경우를 도시하였나, 이들의 적층 순서는 변경될 수도 있다. 예를 들면, 웨이퍼(20)의 상부면에, 실리콘 산화물층, 알루미늄 산화물층, 실리콘 질화물층이 순차적으로 형성될 수 있다.
웨이퍼(20)의 하부면은 태양 전지의 후면부로서, 웨이퍼(20)의 하부면에는 후면 전극(40)이 형성되어 있다.
도 1에서 도시되지 않았지만, 실리콘 산화물층(30), 실리콘 질화물층(32), 알루미늄 산화물층(34) 중 1종 이상은 텍스쳐링(texturing) 구조를 가질 수 있다.
도 1에서 도시되지 않았지만, 웨이퍼(20)의 하부면에도 실리콘 산화물층(30), 실리콘 질화물층(32), 알루미늄 산화물층(34) 중 1종 이상이 추가로 형성될 수 있으며, 이들은 후면 전극(40)과 접촉될 수 있다.
예컨대, 전극 형성용 조성물을 웨이퍼의 전면에 인쇄 도포한 후, 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 950℃, 바람직하게는 600℃ 내지 850℃에서 약 30초 내지 210초 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 유리 프릿의 상세 구성은 표 1과 같다. 율 프릿은 하기 표 1의 금속 산화물을 하기 표 1의 함량(단위:중량부)으로 혼합하고 혼합된 유리 프릿용 조성물을 800℃ 내지 1300℃에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭한 다음, 얻은 결과물을 디스크 밀 등에 의해 분쇄하여 유리 프릿을 얻었다.
PbO Bi2O3 TeO2 Li2O ZnO WO3 MoO3 MgO B2O3 총합 중량비
A 5.5 19.3 46.2 6.9 15.5 5.8 0 0.8 0 100 1.19
B 14.3 5.3 56.3 6.5 11.7 4.5 0.8 0.6 0 100 1.44
C 14.7 5.5 52.3 6.7 14.8 4.6 0.8 0.6 0 100 1.46
D 13.5 14.2 51.8 6.2 11.0 1.5 1.4 0.4 0 100 4.13
E 14.3 5.3 58.4 6.6 11.7 1.6 1.8 0.3 0 100 4.13
F 28.4 5.0 42.3 5.6 13.5 4.2 0.7 0.3 0 100 1.33
G 26.9 13.4 37.1 5.2 12.8 4.0 0.3 0.3 0 100 1.3
H 27.4 13.6 39.5 5.9 10.6 1.4 1.2 0.4 0 100 4.21
I 27.7 5.3 42.0 6.6 14.6 1.6 1.9 0.3 0 100 4.13
J 32.5 17.3 33.9 2.2 0 11.2 1.0 1.9 0 100 0.20
K 32.5 17.3 35.9 2.2 0 9.2 1.0 1.9 0 100 0.24
L 32.5 17.3 37.9 2.2 0 7.2 1.0 1.9 0 100 0.31
M 0 4.0 54.6 7.9 13.0 10.3 0 2.4 7.8 100 0.77
N 13.4 5.7 59.4 6.5 11.7 0 2.9 0.4 0 100 -
O 26.6 9.4 41.7 1.0 12.6 8 0.3 0.4 0 100 0.125
P 15.3 6.3 56.3 4.0 11.7 5.0 0.8 0.6 0 100 0.8
Q 14.2 5.3 48.3 9.0 10.2 11.3 1.4 0.3 0 100 0.8
*중량비: 텅스텐 산화물에 대한 리튬 산화물의 중량비
실시예 1
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스(Dow chemical company, STD4) 2.0 중량부를 용매인 터핀올 6.75중량부에 60℃에서 충분히 용해한 후 평균입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-4-8) 90.0중량부, 상기 표 1의 유리 프릿 A 1.25중량부 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양 전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예 2 내지 실시예 9
상기 실시예 1에서, 유리 프릿의 종류를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
비교예 1 내지 비교예 8
상기 실시예 1에서, 유리 프릿의 종류를 하기 표 2와 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양 전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예와 비교예에서 제조한 태양 전지 전극 형성용 조성물을 이용하여 하기와 같이 태양 전지 셀을 제조한 후, 각각에 대하여 하기 표 2의 물성을 평가하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
태양전지 셀 제조
웨이퍼(보론(Boron)이 도핑(doping)된 p 타입 wafer) 전면에 텍스쳐링(texturing)한 후, POCl3로 n+층을 형성하고 그 위에 알루미늄 산화물층을 형성시킨 후, 그 위에 실리콘 질화물을 형성시킨 Mono crystalline 웨이퍼의 전면에 상기 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 일정한 패턴으로 스크린 프린팅하여 인쇄하고 적외선 건조로를 사용하여 300℃에서 1분간 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 동일한 방법으로 적외선 건조로를 사용하여 300℃에서 1분간 건조시켜, 핑거 전극과 버스 전극 패턴을 형성하였다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 800℃에서 50초간 소성하여 태양전지 셀을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 태양전지 셀에 대하여 태양전지 효율 측정 장비(Halm社)를 사용하여 단락전류(Isc, 단위:A), 개방전압(Voc, 단위:mV), 직렬 저항(Rs, 단위:mΩ), 변환 효율(Eff, 단위:%), Fill Factor(FF, 단위:%)를 측정하였다.
유리프릿 Isc Voc Rs FF Eff
실시예 1 A 9.695 661.4 3.00 78.3 20.7
실시예 2 B 9.691 660.5 2.84 77.7 20.5
실시예 3 C 9.692 661.3 3.09 79.0 20.8
실시예 4 D 9.702 660.1 2.98 78.0 20.6
실시예 5 E 9.698 661.6 3.05 77.6 20.5
실시예 6 F 9.707 662.6 3.08 78.0 20.7
실시예 7 G 9.694 660.8 2.96 78.2 20.6
실시예 8 H 9.710 661.4 2.99 78.1 20.6
실시예 9 I 9.703 661.1 3.03 77.6 20.5
비교예 1 J 9.705 657.9 8.53 68.2 17.9
비교예 2 K 9.710 656.3 10.19 64.8 17.0
비교예 3 L 9.691 647.5 11.90 66.2 17.1
비교예 4 M 9.699 657.2 14.43 59.0 15.5
비교예 5 N 9.72 654.1 9.13 64.3 16.8
비교예 6 O 9.78 652.6 9.37 62.9 16.5
비교예 7 P 9.86 655.4 7.96 64.5 17.1
비교예 8 Q 9.62 656.4 9.65 62.6 16.3
상기 표 2에서와 같이, 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 알루미늄 산화물층을 갖는 태양 전지에서 전극 형성시 직렬 저항을 낮추고 변환 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (9)

  1. 알루미늄 산화물층을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 조성물로서,
    도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고,
    상기 유리 프릿은 납, 비스무트, 텅스텐 및 알칼리 금속을 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐 0.1중량% 내지 7중량%, 알칼리 금속 5중량% 내지 8중량%를 포함하고, 산화물 기준으로 텅스텐에 대한 알칼리 금속의 중량비가 0.8 이상인 것인, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 납은 산화물 기준으로 상기 유리 프릿 중 1중량% 내지 30중량%, 비스무트는 산화물 기준으로 상기 유리 프릿 중 1중량% 내지 25중량%로 포함되는 것인, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속은 리튬인 것인, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유리 프릿은 붕소(B), 마그네슘(Mg), 텔루륨(Te), 인(P), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 잔량의 금속을 더 포함하는 것인, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 잔량의 금속은 산화물 기준으로 상기 유리 프릿 중 30중량% 내지 80중량%로 포함되는 것인, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유리 프릿에서 산화물 기준으로 텔루륨은 10중량% 내지 60중량%, 아연은 0중량% 내지 30중량%, 몰리브덴은 0중량% 내지 10중량%로 포함되는 것인, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은
    상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%,
    상기 유리 프릿 0.1중량% 내지 20중량%,
    상기 유기 비히클을 잔부량으로 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 중 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는, 태양 전지 전극 형성용 조성물.
  9. 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 적어도 일면에 형성된 알루미늄 산화물층 및 상기 알루미늄 산화물층과 접촉하여 형성된 전극을 포함하고,
    상기 전극은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 태양 전지 전극 형성용 조성물로 형성된 전극을 포함하는 것인, 태양 전지.

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