KR20200040626A - Method for forming solar cell electrode, solar cell electrode manufactured therefrom and solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
태양전지 전극 형성 방법, 이로부터 제조된 태양전지 전극 및 태양전지에 관한 것이다.A method for forming a solar cell electrode, and a solar cell electrode and solar cell prepared therefrom.
실리콘계 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층으로 이루어져 있다. p형의 기판과 n형의 에미터층 사이에는 p-n 접합이 형성되어 있다. 이와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력 효과에 의해 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 전공은 각각 에미터층 상부와 하부에 접합된 전면 전극 및 후면 전극으로 이동하여, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다. 이러한 태양전지 전극은 태양전지 전극 형성용 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해 기판 표면에 형성될 수 있다.The silicon-based solar cell is composed of a substrate made of a p-type silicon semiconductor and an emitter layer made of an n-type silicon semiconductor. A p-n junction is formed between the p-type substrate and the n-type emitter layer. When sunlight enters a solar cell having such a structure, electrons are generated as a plurality of carriers in an emitter layer made of an n-type silicon semiconductor by photovoltaic effect, and holes are generated as a plurality of carriers in a substrate made of a p-type silicon semiconductor. do. Electrons and electrons generated by the photovoltaic effect move to the front electrode and the rear electrode bonded to the top and bottom of the emitter layer, respectively, and current flows when these electrodes are connected by wires. The solar cell electrode may be formed on the substrate surface by application, patterning, and firing of the composition for forming a solar cell electrode.
태양전지 전극 형성용 조성물로는 도전성 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 등을 포함하는 도전성 페이스트가 사용되고 있으며, 이 중 유리 프릿은 반도체 기판 상에 형성되는 반사 방지막을 용해시켜 도전성 분말이 반도체 기판과 전기적으로 접촉될 수 있도록 한다. 특히, 유리 프릿의 반사 방지막과의 반응성은 형성되는 전극의 직렬저항(Rs) 및 개방전압(Voc) 등 태양전지의 전기적 특성에 영향을 주므로, 이에 따라 태양전지의 fill factor 및 변환효율이 달라질 수 있다.As a composition for forming an electrode for a solar cell, a conductive paste containing a conductive powder, a glass frit, an organic vehicle, etc. is used. Among them, the glass frit dissolves an antireflection film formed on the semiconductor substrate so that the conductive powder is electrically connected to the semiconductor substrate. Make contact. In particular, the reactivity of the glass frit with the anti-reflection film affects the electrical characteristics of the solar cell such as the series resistance (Rs) and the open voltage (Voc) of the formed electrode, so the fill factor and conversion efficiency of the solar cell may vary accordingly. have.
한편, 태양전지 전극은 핑거 전극 및 버스 전극을 포함하며, 버스 전극은 태양전지 셀 제조 후 모듈화 공정 중의 솔더링 공정을 진행하는 과정에서 리본과 부착된다. 따라서, 버스 전극은 리본과의 부착력이 높아야 한다. On the other hand, the solar cell electrode includes a finger electrode and a bus electrode, and the bus electrode is attached to the ribbon during the process of soldering during the modularization process after manufacturing the solar cell. Therefore, the bus electrode must have high adhesion to the ribbon.
본 발명의 목적은 리본에 대한 부착력이 우수하고, 향상된 개방전압을 구현하여 변환효율이 우수한 태양전지 전극 형성 방법, 이로부터 제조된 태양전지 전극 및 태양전지를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for forming a solar cell electrode having excellent adhesion to a ribbon and implementing an improved open voltage, which has excellent conversion efficiency, and a solar cell electrode and a solar cell manufactured therefrom.
일 측면에 따르면, 도전성 분말, 제1 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 제1 전극 형성용 조성물을 도포하여 제1 핑거 전극 패턴을 형성하고, 도전성 분말, 1 내지 20몰%의 망간(Mn) 원소를 함유하는 제2 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 제2 전극 형성용 조성물을 도포하여 제2 핑거 전극 패턴 및 버스 전극 패턴을 형성하고, 소성하는 단계를 포함하는 태양전지 전극 형성 방법이 제공된다.According to one aspect, a first finger electrode pattern is formed by applying a composition for forming a first electrode including a conductive powder, a first glass frit, and an organic vehicle, and a conductive powder, 1 to 20 mol% of manganese (Mn) element A method of forming a solar cell electrode, comprising forming a second finger electrode pattern and a bus electrode pattern by applying a composition for forming a second electrode including a second glass frit and an organic vehicle, and firing.
상기 제1 유리 프릿은 망간(Mn) 원소를 비함유할 수 있다.The first glass frit may contain no manganese (Mn) element.
상기 제2 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 더 포함할 수 있다.The second glass frit may further include lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te) elements.
상기 제2 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 더 포함하고, 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 원소를 상기 제2 유리 프릿 중에 20 내지 50몰%의 합계량으로 포함하고, 텔루륨(Te) 원소를 상기 제2 유리 프릿 중에 30 내지 60몰% 포함할 수 있다.The second glass frit further includes lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te) elements, and lead (Pb) and bismuth (Bi) elements are contained in the second glass frit by 20 to 50 mol%. It is included in a total amount, and may contain 30 to 60 mol% of the tellurium (Te) element in the second glass frit.
상기 제1 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%, 상기 제1 유리 프릿 0.1 내지 20 중량%, 및 상기 유기 비히클 1 내지 30중량%을 포함할 수 있다.The composition for forming the first electrode may include 60 to 95% by weight of the conductive powder, 0.1 to 20% by weight of the first glass frit, and 1 to 30% by weight of the organic vehicle.
상기 제2 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%, 상기 제2 유리 프릿 0.1 내지 20 중량%, 및 상기 유기 비히클 1 내지 30중량%을 포함할 수 있다.The composition for forming the second electrode may include 60 to 95% by weight of the conductive powder, 0.1 to 20% by weight of the second glass frit, and 1 to 30% by weight of the organic vehicle.
다른 측면에 따르면, 상술한 태양전지 전극 형성 방법에 따라 제조된 태양전지 전극이 제공된다.According to another aspect, a solar cell electrode manufactured according to the above-described method for forming a solar cell electrode is provided.
또 다른 측면에 따르면, 상술한 태양전지 전극 형성 방법에 따라 제조된 태양전지 전극을 포함한 태양전지가 제공된다.According to another aspect, a solar cell including a solar cell electrode manufactured according to the above-described method for forming a solar cell electrode is provided.
본 발명의 태양전지 전극 형성 방법으로 제조된 전극은 리본에 대한 부착력이 우수하고, 상기 전극을 포함한 태양전지는 변환효율이 우수한 효과가 있다.The electrode produced by the method for forming a solar cell electrode of the present invention has excellent adhesion to a ribbon, and the solar cell including the electrode has an effect of excellent conversion efficiency.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한다.1 schematically shows a structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.In the present specification, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.Terms such as include or have in the present specification mean that a feature or component described in the specification exists, and does not exclude the possibility of adding one or more other features or components in advance.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second used in the present specification may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are used only to distinguish one component from other components.
이하, 태양전지 전극 형성 방법을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of forming a solar cell electrode will be described in more detail.
제1 전극 및 제2 전극 형성용 조성물의 제조Preparation of compositions for forming first and second electrodes
제1 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 제1 유리 프릿 및 유기 비히클을 혼합하여 제조할 수 있고, 제2 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 제2 유리 프릿 및 유기 비히클을 혼합하여 제조할 수 있다.The composition for forming a first electrode may be prepared by mixing a conductive powder, a first glass frit, and an organic vehicle, and the composition for forming a second electrode may be prepared by mixing a conductive powder, a second glass frit, and an organic vehicle.
도전성 분말Conductive powder
도전성 분말은, 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 금속 분말을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 구현예에 따르면, 도전성 분말은 은 분말을 포함할 수 있다.The conductive powder may include, for example, one or more metal powders of silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), and nickel (Ni), but is not limited thereto. It is not. According to one embodiment, the conductive powder may include silver powder.
도전성 분말의 입자 형상은 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 사용될 수 있다.The particle shape of the conductive powder is not particularly limited, and various shapes of particles may be used, for example, spherical, plate-shaped, or amorphous-shaped particles.
도전성 분말은 나노 크기 또는 마이크로 크기의 입경을 갖는 분말일 수 있으며, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 도전성 분말, 또는 수 내지 수십 마이크로미터 크기의 도전성 분말일 수 있다. 또한, 도전성 분말로 2 이상의 서로 다른 크기를 갖는 도전성 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.The conductive powder may be a nano- or micro-sized particle size, for example, a conductive powder having a size of several tens to hundreds of nanometers, or a conductive powder having a size of several to several tens of micrometers. In addition, it is also possible to use a conductive powder by mixing two or more different conductive powders.
도전성 분말의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 10㎛일 수 있고, 예를 들어 0.5 내지 5㎛일 수 있다. 상기 범위에서, 접촉저항과 직렬저항이 낮아질 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 도전성 분말을 이소프로필알코올(IPA) 중에서 25℃에서 3분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.The average particle diameter (D 50 ) of the conductive powder may be 0.1 to 10 μm, for example, 0.5 to 5 μm. In the above range, contact resistance and series resistance may be lowered. The average particle diameter (D 50 ) may be measured using a 1064LD model manufactured by CILAS after ultrasonically dispersing the conductive powder in isopropyl alcohol (IPA) for 3 minutes at 25 ° C.
도전성 분말의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 도전성 분말은 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 또는 제2 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 60 내지 95중량%, 예를 들어 70 내지 90중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지의 변환효율이 우수하며, 페이스트화가 원활히 이루어질 수 있다.The amount of the conductive powder is not particularly limited, for example, the conductive powder is 60 to 95% by weight, for example 70 to 90% by weight, of the total composition of the first solar cell electrode forming composition or the second solar cell electrode forming composition. It can be included as In the above range, the conversion efficiency of the solar cell is excellent, and paste can be smoothly made.
제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿First glass frit and second glass frit
제1 유리 프릿 및 제2 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, 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿은 도전성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결 시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.The first glass frit and the second glass frit are for etching the antireflection film during the firing process of the composition for forming a solar cell electrode, and melting the conductive powder to generate crystal particles of the conductive powder in the emitter region. In addition, the first glass frit and the second glass frit improve the adhesion between the conductive powder and the wafer and soften during sintering to induce an effect of lowering the firing temperature.
제1 전극 형성용 조성물은 제1 유리 프릿을 포함한다.The composition for forming a first electrode includes a first glass frit.
제1 유리 프릿은 제2 전극 형성용 조성물 중에 포함되는 제2 유리 프릿과 동일하거나 상이할 수 있다.The first glass frit may be the same as or different from the second glass frit included in the composition for forming the second electrode.
예를 들어, 제1 유리 프릿은 망간(Mn) 원소를 포함 또는 비포함할 수 있다. For example, the first glass frit may or may not contain a manganese (Mn) element.
일 구현예에 따르면, 제1 유리 프릿은 망간(Mn) 원소를 비포함할 수 있다. 이러한 경우, 접촉 저항이 낮아져 태양전지의 변환효율이 우수해지는 효과가 있을 수 있다.According to one embodiment, the first glass frit may contain no manganese (Mn) element. In this case, the contact resistance may be lowered, so that the conversion efficiency of the solar cell may be excellent.
제1 유리 프릿은, 예를 들어 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 포함하는 납-비스무스-텔루륨-산화물(Pb-Bi-Te-O)계 유리 프릿일 수 있다. 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 포함하는 유리 프릿을 사용함으로써, 더 넓은 범위의 소성온도에서 우수한 변환효율을 구현하는 효과가 있을 수 있다.The first glass frit may be, for example, a lead-bismuth-tellurium-oxide (Pb-Bi-Te-O) -based glass frit containing elements of lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te). have. By using a glass frit containing lead (Pb), bismuth (Bi) and tellurium (Te) elements, it may be effective to realize excellent conversion efficiency at a wider range of firing temperatures.
제1 유리 프릿 중 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 원소의 합계량은 20 내지 50몰%, 예를 들어 30 내지 50몰%일 수 있다. 상기 범위에서 더 넓은 범위의 소성온도에서 우수한 시리즈 저항(series resistance)를 구현하는 효과가 있을 수 있다.The total amount of lead (Pb) and bismuth (Bi) elements in the first glass frit may be 20 to 50 mol%, for example, 30 to 50 mol%. It may be effective to realize excellent series resistance at a firing temperature in a wider range in the above range.
제1 유리 프릿은 텔루륨(Te) 원소를 30 내지 60몰%, 예를 들어 30 내지 50몰% 또는 30 내지 47몰% 포함할 수 있다. 상기 범위에서 보다 균일한 유리프릿을 제조할 수 있다.The first glass frit may contain 30 to 60 mol% of the tellurium (Te) element, for example 30 to 50 mol% or 30 to 47 mol%. A more uniform glass frit can be produced in the above range.
제1 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 이외에 다른 금속 원소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유리 프릿은 리튬(Li), 아연(Zn), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 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) 및 망간(Mn) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The first glass frit may further include other metal elements in addition to lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te). For example, the first glass frit is lithium (Li), zinc (Zn), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), silicon (Si), tungsten (W), magnesium (Mg), cesium (Cs), strontium (Sr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin (Sn), indium (In), vanadium (V), barium (Ba), nickel (Ni), copper (Cu), sodium (Na), potassium (K), arsenic (As), cobalt (Co), zirconium (Zr) and may further include one or more of manganese (Mn).
일 구현예에 따르면, 제1 유리 프릿은 납-비스무스-텔루륨-리튬-산화물(Pb-Bi-Te-Li-O)계 유리 프릿을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제1 유리 프릿은 납-비스무스-텔루륨-리튬-규소-산화물(Pb-Bi-Te-Li-Si-O)계 유리 프릿을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the first glass frit may include a lead-bismuth-tellurium-lithium-oxide (Pb-Bi-Te-Li-O) -based glass frit. According to another embodiment, the first glass frit may include, but is not limited to, a lead-bismuth-tellurium-lithium-silicon-oxide (Pb-Bi-Te-Li-Si-O) -based glass frit. .
제1 유리 프릿은 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 20 중량%, 예를 들어 0.5 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 개방전압 및 시리즈 저항 구현으로 태양전지 효율을 향상시키는 효과가 있을 수 있다.The first glass frit may include 0.1 to 20% by weight, for example, 0.5 to 10% by weight of the total weight of the composition for forming the first solar cell electrode. It may be effective to improve the efficiency of the solar cell by implementing excellent open voltage and series resistance in the above range.
제2 태양전지 전극 형성용 조성물은 망간(Mn) 원소를 1 내지 20몰% 함유한 제2 유리 프릿을 포함한다. 제2 유리 프릿이 망간(Mn) 원소를 상기 범위에서 포함하는 경우, 개방전압 손실을 최소화하여 태양전지 효율을 향상시키고, 리본에 대한 부착력도 우수할 수 있다.The composition for forming a second solar cell electrode includes a second glass frit containing 1 to 20 mol% of manganese (Mn) elements. When the second glass frit includes the manganese (Mn) element in the above range, the solar cell efficiency can be improved by minimizing the loss of the open voltage, and the adhesion to the ribbon may be excellent.
예를 들어, 제2 유리 프릿에 포함되는 망간(Mn) 원소 함량의 하한은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10몰% 중에서 선택되고, 제2 유리 프릿에 포함되는 망간(Mn) 원소 함량의 상한은 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11 및 10몰% 중에서 선택될 수 있다. 다른 예를 들면, 제2 유리 프릿은 망간(Mn) 원소를 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 9몰% 초과 내지 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12 또는 11몰% 미만의 함량으로 포함할 수 있다.For example, the lower limit of the manganese (Mn) element content included in the second glass frit is selected from 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 and 10 mol%, and the second glass frit The upper limit of the manganese (Mn) element content to be included may be selected from 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11 and 10 mol%. For another example, the second glass frit may contain more than 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9 mol% of manganese (Mn) elements to 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14 , 13, 12 or 11 mol%.
제2 유리 프릿은, 예를 들어 망간(Mn), 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 포함하는 망간-납-비스무스-텔루륨-산화물(Mn-Pb-Bi-Te-O)계 유리 프릿일 수 있다. 망간(Mn), 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 포함하는 유리 프릿을 사용함으로써, 더 넓은 범위의 소성온도에서 우수한 개방전압 및 시리즈 저항 구현으로 태양전지 효율을 향상시키는 효과가 있을 수 있다.The second glass frit is, for example, manganese-lead-bismuth-tellurium-oxide (Mn-Pb-Bi-) containing elements of manganese (Mn), lead (Pb), bismuth (Bi) and tellurium (Te). Te-O) may be a glass frit. By using a glass frit containing manganese (Mn), lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te) elements, it improves solar cell efficiency by implementing excellent open voltage and series resistance at a wider range of firing temperatures. It may be effective.
제2 유리 프릿 중 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 원소의 합계량은 20 내지 50몰%, 예를 들어 30 내지 50몰%일 수 있다. 상기 범위에서 더 넓은 범위의 소성온도에서 우수한 시리즈 저항을 구현하는 효과가 있을 수 있다.The total amount of lead (Pb) and bismuth (Bi) elements in the second glass frit may be 20 to 50 mol%, for example, 30 to 50 mol%. It may be effective to realize excellent series resistance at a firing temperature in a wider range in the above range.
제2 유리 프릿은 텔루륨(Te) 원소를 30 내지 60몰%, 예를 들어, 30 내지 50몰% 또는 30 또는 내지 47몰% 포함할 수 있다. 상기 범위에서 보다 균일한 유리프릿을 제조할 수 있다.The second glass frit may contain 30 to 60 mol% of tellurium (Te) elements, for example, 30 to 50 mol% or 30 or 47 mol%. A more uniform glass frit can be produced in the above range.
제2 유리 프릿은 망간(Mn), 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 이외에 다른 금속 원소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 유리 프릿은 리튬(Li), 아연(Zn), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 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) 및 지르코늄(Zr) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The second glass frit may further include other metal elements in addition to manganese (Mn), lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te). For example, the second glass frit is lithium (Li), zinc (Zn), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), silicon (Si), tungsten (W), magnesium (Mg), cesium (Cs), strontium (Sr), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin (Sn), indium (In), vanadium (V), barium (Ba), nickel (Ni), copper (Cu), sodium (Na), potassium (K), arsenic (As), cobalt (Co), and may further include one or more of zirconium (Zr).
일 구현예에 따르면, 제2 유리 프릿은 망간-납-비스무스-텔루륨-리튬-산화물(Mn-Pb-Bi-Te-Li-O)계 유리 프릿을 포함할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제2 유리 프릿은 망간-납-비스무스-텔루륨-리튬-규소-산화물(Mn-Pb-Bi-Te-Li-Si-O)계 유리 프릿을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment, the second glass frit may include a manganese-lead-bismuth-tellurium-lithium-oxide (Mn-Pb-Bi-Te-Li-O) -based glass frit. According to another embodiment, the second glass frit may include manganese-lead-bismuth-tellurium-lithium-silicon-oxide (Mn-Pb-Bi-Te-Li-Si-O) based glass frit, It is not limited.
제2 유리 프릿은 제2 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 20 중량%, 예를 들어 0.5 내지 10 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서 우수한 개방전압 및 시리즈 저항 구현으로 태양전지 효율을 향상시키는 효과가 있을 수 있다.The second glass frit may include 0.1 to 20% by weight, for example, 0.5 to 10% by weight of the total weight of the composition for forming the second solar cell electrode. It may be effective to improve the efficiency of the solar cell by implementing excellent open voltage and series resistance in the above range.
제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿의 형상 및 크기 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿의 형상은 각각 구형 또는 부정형일 수 있고, 제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿의 평균 입경(D50)은 각각 0.1 내지 10㎛일 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 제1 유리 프릿 또는 제2 유리 프릿을 이소프로필알코올(IPA) 중에서 25℃에서 3분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.The shape and size of the first glass frit and the second glass frit are not particularly limited. For example, the shapes of the first glass frit and the second glass frit may be spherical or irregular, respectively, and the average particle diameter (D 50 ) of the first glass frit and the second glass frit may be 0.1 to 10 μm, respectively. The average particle diameter (D 50 ) may be measured by dispersing the first glass frit or the second glass frit in isopropyl alcohol (IPA) at 25 ° C. for 3 minutes, and then using a 1064LD model manufactured by CILAS.
제1 유리 프릿 및 제2 유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상술한 금속 및/또는 금속 산화물로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 상술한 금속 및/또는 금속 산화물을 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill) 등을 사용하여 혼합한 후, 혼합된 조성물을 800 내지 1,300℃에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭(quenching)한 다음, 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 얻을 수 있다.The first glass frit and the second glass frit can be made from the metals and / or metal oxides described above using conventional methods. For example, after mixing the aforementioned metal and / or metal oxide using a ball mill or a planetary mill, the mixed composition is melted at 800 to 1,300 ° C., and 25 ° C. After quenching in, the obtained product can be obtained by pulverizing with a disk mill, planetary mill, or the like.
유기 비히클Organic vehicle
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.The organic vehicle imparts viscosity and rheological properties suitable for printing to the composition through mechanical mixing with inorganic components of the composition for forming a solar cell electrode.
유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있으며, 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.As the organic vehicle, an organic vehicle used in a composition for forming a solar cell electrode may be used, and may include a binder resin and a solvent.
바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등이 사용될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 바인더 수지로 에틸 셀룰로오스가 사용될 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 바인더 수지로 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 등이 사용될 수 있다.As the binder resin, an acrylate-based or cellulose-based resin may be used. According to one embodiment, ethyl cellulose may be used as the binder resin. According to another embodiment, ethyl hydroxyethyl cellulose, nitrocellulose, a mixture of ethyl cellulose and phenolic resin as a binder resin, alkyd resin, phenolic resin, acrylic ester-based resin, xylene-based resin, polybutene-based resin, polyester-based Resin, urea-based resin, melamine-based resin, vinyl acetate-based resin, wood rosin or alcohol polymethacrylate may be used.
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, 에틸락테이트 또는 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트(예를 들면, 텍사놀) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용될 수 있다. Examples of the solvent include hexane, toluene, ethyl cellosolve, cyclohexanone, butyl cellosolve, butyl carbitol (diethylene glycol monobutyl ether), dibutyl carbitol (diethylene glycol dibutyl ether), Butyl carbitol acetate (diethylene glycol monobutyl ether acetate), propylene glycol monomethyl ether, hexylene glycol, terpineol, methyl ethyl ketone, benzyl alcohol, gamma butyrolactone, ethyl lactate or 2,2, 4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate (eg, texanol) or the like may be used alone or in combination.
유기 비히클의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 유기 비히클은 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 또는 제2 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 1 내지 30중량%, 예를 들어 3 내지 25중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다. The amount of the organic vehicle is not particularly limited, for example, the organic vehicle is 1 to 30% by weight, for example 3 to 25% by weight of the total composition of the composition for forming the first solar cell electrode or the composition for forming the second solar cell electrode It can be included as In the above range, sufficient adhesive strength and excellent printability can be secured.
첨가제additive
제1 태양전지 전극 형성용 조성물 또는 제2 태양전지 전극 형성용 조성물은 각각 상술한 성분 외에도 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 더 포함할 수 있다. 이들은 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 또는 제2 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있으나, 필요에 따라 그 함량을 변경할 수 있다.The composition for forming the first solar cell electrode or the composition for forming the second solar cell electrode is a dispersant, a thixotropic agent, a plasticizer, a viscosity stabilizer, an antifoaming agent, as necessary, in order to improve flow characteristics, process characteristics, and stability, in addition to the components described above, respectively. Pigments, ultraviolet stabilizers, antioxidants, coupling agents, etc. may be included alone or in combination of two or more. These may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight of the total weight of the composition for forming the first solar cell electrode or the composition for forming the second solar cell electrode, but the content may be changed as necessary.
태양전지 전극의 제조Preparation of solar cell electrodes
상기 제1 전극 형성용 조성물을 기판 표면에 일정 패턴으로 도포한 후 건조하여 제1 핑거 전극 패턴을 형성한다.The composition for forming the first electrode is applied to a surface of the substrate in a predetermined pattern and then dried to form a first finger electrode pattern.
이후, 상기 제1 핑거 전극 패턴이 형성된 기판 위에 상기 제2 전극 형성용 조성물을 도포한 후 건조하여 제2 핑거 전극 패턴 및 버스 전극의 패턴을 형성한다.Thereafter, the composition for forming the second electrode is coated on a substrate on which the first finger electrode pattern is formed, followed by drying to form a pattern of the second finger electrode pattern and the bus electrode.
상기 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 및 제2 전극 형성용 조성물의 도포는, 예를 들어 스크린 인쇄, 그라비어 옵셋 공법, 로터리 스크린 인쇄 공법, 리프트 오프법 등의 방법이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.For the application of the composition for forming the first solar cell electrode and the composition for forming the second electrode, for example, a method such as a screen printing method, a gravure offset method, a rotary screen printing method, a lift-off method, etc. may be used. no.
상기 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 및 제2 전극 형성용 조성물의 건조는, 예를 들어 약 200 내지 400℃에서 약 10 내지 60초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The drying of the composition for forming the first solar cell electrode and the composition for forming the second electrode may be performed, for example, at about 200 to 400 ° C. for about 10 to 60 seconds, but is not limited thereto.
이후, 제1 태양전지 전극 형성용 조성물 및 제2 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극 패턴을 소성하여 태양전지 전극을 형성한다. 상기 소성 공정은, 예를 들어 약 400 내지 980℃(예를 들면, 약 600 내지 900℃)에서 약 60 내지 210초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Thereafter, an electrode pattern formed from the composition for forming a first solar cell electrode and the composition for forming a second electrode is fired to form a solar cell electrode. The firing process may be performed, for example, at about 400 to 980 ° C (eg, about 600 to 900 ° C) for about 60 to 210 seconds, but is not limited thereto.
다른 측면에 따르면, 상기 태양전지 전극 형성방법으로 제조된 태양전지 전극, 및 상기 태양전지 전극을 포함한 태양전지가 제공된다.According to another aspect, a solar cell electrode manufactured by the solar cell electrode forming method, and a solar cell including the solar cell electrode are provided.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(100)의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a structure of a
도 1을 참조하면, p층(또는 n층)(11) 및 에미터로서의 n층(또는 p층)(12)을 포함하는 웨이퍼(10) 또는 기판 상에, 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(21) 및 전면 전극(23)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 전면에 제1 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 제1 핑거 전극 패턴을 형성한 후, 제2 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 제2 핑거 전극 패턴 및 버스 전극 패턴을 형성하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 또한, 알루미늄 페이스트를 웨이퍼의 후면에 인쇄한 후, 약 200 내지 400℃에서 약 10 내지 60초 동안 건조하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 이후에, 약 400 내지 950℃, 예를 들면 약 600 내지 900℃에서 약 30 내지 210초 동안 소성하는 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1, a composition for forming a solar cell electrode is printed on a
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, this is presented as a preferred example of the present invention, and in no sense can be interpreted as limiting the present invention.
실시예Example
제조예 1Preparation Example 1
바인더 수지로서 에틸 셀룰로오스(Dow chemical社, STD4) 3중량%, 용매인 부틸 카비톨(삼전화학社, Butyl carbitol) 6.5중량%를 60℃에서 충분히 용해한 후, 도전성 분말로서 평균 입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech社, AG-4-8) 86.9중량%, 하기 표 1의 유리 프릿 A 3.1중량%, 분산제(BYK Chemie社, BYK102) 0.2중량% 및 요변제(Elementis社, Thixatrol ST) 0.3중량%를 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.After sufficiently dissolving 3% by weight of ethyl cellulose as a binder resin (Dow Chemical, STD4) and 6.5% by weight as a solvent, butyl carbitol (Samjeon Chemical Co., Ltd.) at 60 ° C, as a conductive powder, an average particle diameter of 2.0㎛ Silver powder (Dowa Hightech, AG-4-8) 86.9% by weight, glass frit A of Table 1 below 3.1% by weight, dispersant (BYK Chemie, BYK102) 0.2% by weight and thixotropic agent (Elementis, Thixatrol ST) The composition for forming a solar cell electrode was prepared by uniformly mixing 0.3% by weight and mixing and dispersing with a 3-roll kneader.
제조예 2 내지 제조예 14Preparation Examples 2 to 14
제조예 2 내지 14에서 유리 프릿 A 대신 하기 표 1의 유리 프릿 B 내지 N을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1과 동일한 방법을 사용하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.A composition for forming a solar cell electrode was prepared using the same method as in Production Example 1, except that instead of the glass frit A in Production Examples 2 to 14, glass frits B to N in Table 1 below were used.
사용된 유리 프릿When preparing the composition
Used glass frit
(단위: 몰%)(Unit: mol%)
실시예 1Example 1
웨이퍼(보론(Boron)이 도핑(doping)된 p 타입 웨이퍼 전면에 텍스쳐링(texturing)한 후, POCl3로 n+층을 형성하고 그 위에 질화규소(SiNx:H)를 반사방지막으로 형성시킨 mono crystalline 웨이퍼)의 전면에 제조예 12(유리 프릿 L 사용)에 따른 전극 형성용 조성물을 스크린 인쇄한 후 적외선 건조로를 사용하여 250℃에서 45초간 건조시켜 제1 핑거 전극 패턴을 형성하였다. 건조된 제1 핑거 전극 패턴 위에 제조예 1(유리 프릿 A 사용)에 따른 전극 형성용 조성물을 스크린 인쇄한 후 적외선 건조로를 사용하여 200℃에서 45초간 건조시켜 제2 핑거 전극 패턴 및 버스 전극 패턴을 형성하였다. 이후, 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 적외선 건조로를 사용하여 300℃에서 45초간 건조시켰다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 600 내지 900℃에서 60 내지 210초간 소성을 행하여 태양전지 셀을 제조하였다.Wafer (textured on the front surface of a p-type wafer doped with boron, then formed an n + layer with POCl 3 and a silicon nitride (SiNx: H) formed thereon as an anti-reflective film. The screen for printing the electrode forming composition according to Preparation Example 12 (using glass frit L) on the front side of) was dried at 250 ° C. for 45 seconds using an infrared drying furnace to form a first finger electrode pattern. After screen-printing the composition for electrode formation according to Preparation Example 1 (using glass frit A) on the dried first finger electrode pattern, dry it at 200 ° C. for 45 seconds using an infrared drying furnace to obtain a second finger electrode pattern and a bus electrode pattern. Formed. Thereafter, an aluminum paste was printed on the back side of the wafer and then dried at 300 ° C. for 45 seconds using an infrared drying furnace. The cells formed by the above process were baked at 600 to 900 ° C. for 60 to 210 seconds using a belt-type kiln to prepare solar cell cells.
실시예 2 내지 8 및 비교예 1 내지 6Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 6
제2 핑거 전극 패턴 및 버스 전극 패턴 형성 시 각각 제조예 2 내지 14에 따른 전극 형성용 조성물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 태양전지 셀을 제조하였다.When forming the second finger electrode pattern and the bus electrode pattern, a solar cell was prepared using the same method as in Example 1, except that the electrode forming compositions according to Preparation Examples 2 to 14 were used, respectively.
평가예 1: 접착력 측정Evaluation Example 1: Adhesion measurement
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 태양전지 셀의 버스 전극 패턴 상에 플럭스(Flux, Kester社, 952S)를 도포하고, 리본(62Sn/36Pb/2Ag, 두께 0.18mm, 폭 1.5mm)을 인두를 사용하여 360℃ 온도에서 접착한 후, 테스터기(Tinius Olsen, Mocel H5K-T)을 사용하여 리본의 끝을 180도 각도로 고정하고 50mm/min의 속도로 잡아당겨 그 값을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.Flux (Flux, Kester Co., 952S) was applied on the bus electrode pattern of the solar cell prepared in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6, and ribbon (62Sn / 36Pb / 2Ag, thickness 0.18mm, width 1.5) mm) is adhered at a temperature of 360 ° C using an iron, and the end of the ribbon is fixed at an angle of 180 degrees using a tester (Tinius Olsen, Mocel H5K-T), and the value is measured by pulling at a speed of 50 mm / min. And the results are shown in Table 2 below.
평가예 2: 전기적 특성Evaluation Example 2: Electrical properties
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 태양전지 셀에 대하여 태양전지 효율 측정 장비(Fortix tech社, Halm)를 사용하여 개방전압(Voc, 단위: mV) 및 변환효율(Eff., 단위: %)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.For the solar cell produced in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 6, using an open cell efficiency measuring equipment (Fortix tech, Halm), open voltage (Voc, unit: mV) and conversion efficiency (Eff., Unit:%) was measured, and the results are shown in Table 2 below.
상기 표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 8에 따른 태양전지는 비교예 1 내지 6의 태양전지에 비하여 전기적 특성(개방전압, 변환효율)이 모두 양호한 값을 보였으며, 접착력도 우수한 것을 알 수 있다.As can be seen through Table 2, the solar cells according to Examples 1 to 8 showed better values of electrical characteristics (open voltage, conversion efficiency) than the solar cells of Comparative Examples 1 to 6, and also showed adhesive strength. You can see that it is excellent.
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.Simple modifications or changes of the present invention can be easily carried out by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.
Claims (8)
도전성 분말, 1 내지 20몰%의 망간(Mn) 원소를 함유하는 제2 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하는 제2 전극 형성용 조성물을 도포하여 제2 핑거 전극 패턴 및 버스 전극 패턴을 형성하고,
소성하는 단계를 포함하는 태양전지 전극 형성 방법.
A first finger electrode pattern is formed by applying a composition for forming a first electrode including a conductive powder, a first glass frit, and an organic vehicle,
A second finger electrode pattern and a bus electrode pattern are formed by applying a composition for forming a second electrode including a conductive powder, a second glass frit containing 1 to 20 mol% of manganese (Mn) elements, and an organic vehicle,
A method of forming a solar cell electrode comprising the step of firing.
상기 제1 유리 프릿은 망간(Mn) 원소를 비함유하는 태양전지 전극 형성 방법.
According to claim 1,
The first glass frit is a method of forming a solar cell electrode containing no manganese (Mn) element.
상기 제2 유리 프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te) 원소를 더 포함하는 태양전지 전극 형성 방법.
According to claim 1,
The second glass frit further comprises a lead (Pb), bismuth (Bi), and tellurium (Te) element solar cell electrode forming method.
상기 제2 유리 프릿은 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 원소를 20 내지 50몰%의 합계량으로 포함하고, 텔루륨(Te) 원소를 30 내지 60몰% 포함하는 태양전지 전극 형성 방법.
According to claim 3,
The second glass frit includes a lead (Pb) and bismuth (Bi) elements in a total amount of 20 to 50 mol%, and a method for forming a solar cell electrode comprising 30 to 60 mol% of tellurium (Te) elements.
상기 제1 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%, 상기 제1 유리 프릿 0.1 내지 20 중량%, 및 상기 유기 비히클 1 내지 30중량%을 포함하는 태양전지 전극 형성 방법.
According to claim 1,
The composition for forming the first electrode comprises 60 to 95% by weight of the conductive powder, 0.1 to 20% by weight of the first glass frit, and 1 to 30% by weight of the organic vehicle.
상기 제2 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%, 상기 제2 유리 프릿 0.1 내지 20 중량%, 및 상기 유기 비히클 1 내지 30중량%을 포함하는 태양전지 전극 형성 방법.
According to claim 1,
The composition for forming the second electrode comprises 60 to 95% by weight of the conductive powder, 0.1 to 20% by weight of the second glass frit, and 1 to 30% by weight of the organic vehicle.
A solar cell electrode manufactured according to the method for forming a solar cell electrode according to any one of claims 1 to 6.
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