KR20200066068A - 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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KR20200066068A
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Abstract

본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 금속 산화물, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 도전성 페이스트를 도포한 후 건조 및 소성시켜 제조된 태양전지용 전극이며, 상기 유기 바인더의 성분 및 함량을 조절하여 상기 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 상부 형상이 제어된 태양전지용 전극을 제공한다.

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. 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 180~250㎛인 p형 실리콘 반도체 기판을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판의 수광면측에는, 두께가 0.3~0.6㎛인 n형 불순물층과, 그 위에 반사 방지막과 전면 전극이 형성되어 있다. 또한, p형 실리콘 반도체 기판의 이면측에는 배면 전극이 형성되어 있다. 전면 전극은 은을 주성분으로 하는 도전성 입자(silver powder), 유리 프릿(glasss frit), 유기 비히클(organic vehicle) 및 첨가제 등을 혼합한 도전성 페이스트를 반사 방지막 상에 도포한 후 소성하여 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극은 알루미늄 분말, 유리 프릿, 유기 비히클(organic vehicle) 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＋층이 형성된다. 이러한 p＋층의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다. 배면 알루미늄 전극 하부에는 배면 실버 전극이 더 위치될 수 있다.
기존의 태양전지의 효율을 높이기 위한 전면 전극 관련 기술개발 방향은 도 1에 나타낸 것과 같이 미세 선폭을 구현하면서도 선폭 퍼짐율이 감소하는 높은 종횡비 구현에 있었다. 그러나 높은 종횡비를 갖는 경우 수광량이 증가하지만 한계가 있다.
본 발명은 전면 전극으로 입사되는 수광량을 최대화하기 위하여 전면 전극 상부의 형상을 제어할 수 있는 도전성 페이스트 및 이를 이용하여 제조된 태양전지를 제공하는 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, 금속 산화물, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 도전성 페이스트를 도포한 후 건조 및 소성시켜 제조된 태양전지용 전극이며, 상기 유기 바인더의 성분 및 함량을 조절하여 상기 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 상부 형상이 제어된 태양전지용 전극을 제공한다.
또한 상기 태양전지용 전극은 하부 선폭에 대한 상부 선폭의 비율이 20 내지 30%인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 페이스트는 유기 바인더로 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유기 바인더는 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 0.3wt% 내지 0.5wt% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 페이스트는 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물을 2종 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물은 50,000 내지 100,000 g/mol 의 저분자량을 갖는 화합물과, 200,000 내지 350,000 g/mol 의 또한 상기 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물은 합산한 함량이 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 0.3wt% 내지 0.5wt% 이며, 고분자량을 갖는 화합물을 저분자량을 갖는 화합물보다 많이 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 페이스트는 Brookfield DV-3T, 14번 spindle을 사용하여 25℃에서 측정되는 100rpm 점도에 대한 10rpm 점도의 비(T.I)가 5.0 내지 6.0 인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 태양전지용 전극은 KONICA MINOLTA Chroma meter CR-400을 사용하여 측정되는 반사도가 13 내지 16 이고, BT imaging R2장비를 사용하여 측정되는 PL 값이 30,000~45,000인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극은, 상기 태양전지용 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
본 발명에서는 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 포함되는 유기 바인더의 조성 및 은 분말의 함량을 조절하여, 이를 이용하여 제조되는 전극의 상부 형상을 제어하여 빛의 반사를 최소화하고 수광량을 증가시켜 태양전지의 발전효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래에 요구되는 전면 전극 제조 형상을 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 전면 전극 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 전면 전극 형상을 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.
기존의 전면 전극은 도 2에 나타낸 것과 같이 종횡비를 증가시키고 사다리꼴 모양의 형상을 통해 선 저항 값을 최소화함으로써 전기 전도도를 향상시키는 방향으로 개발되었으나, 이러한 사다리꼴 형태의 전극 형상의 경우 빛의 반사도가 커지게 되어 빛의 수광량이 줄어드는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 페이스트는 태양전지 전극 형성에 사용되기 적합한 페이스트로서, 이를 이용하여 제조되는 전극의 상부 형상을 도 3에 나타낸 것과 같이 라운드 형태로 제어하여 토출량 및 선고를 높임으로써 전기 전도도 개선이 가능하다. 제조된 전극의 상부 선폭을 측정하였을 때, 상부 선폭이 넓어지면 반사도 증가 및 PL 특성이 감소하여 단락전류가 감소하는 문제점이 있고, 상부 선폭이 좁아지면 토출량이 감소하면서 시리즈 저항(Rs)이 증가하는 문제점이 있어 하부 선폭에 대한 상부 선폭의 적정한 비율이 존재하며, 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 하부 선폭에 대한 상부 선폭의 비율을 20 내지 30%로 제어한다. 또한 본 발명은 추가로 전극의 두께(선 높이)를 높임(종횡비 증가)으로써 라운드 형상일 경우에 나타날 수 있는 충전율 하락을 방지함으로써 전기 전도 특성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트 조성물은 금속분말, 유리 프릿, 금속 산화물, 유기 비히클 등을 포함할 수 있다. 이외에도 다양한 첨가제가 포함될 수 있다.
상기 금속분말로는 Ag, Au, Cu, Pt, Pb, Sn, Ni, Al, W, Mo, Ru 분말 등이 사용될 수 있는데, 전면 전극용의 경우 은 분말이 주로 사용되며, 배면 전극용은 주로 알루미늄 분말이 사용된다. 이하에서는 편의상 은 분말을 예로 들어 금속분말에 대해 설명한다. 하기의 설명은 다른 금속분말에도 동일하게 적용될 수 있다.
금속분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량(wt)을 기준으로 70 내지 95wt%이고, 좀 더 바람직하게는 85 내지 95 wt%이다. 상기 함량 범위 내에서 금속 분말의 함량을 증가시켜 전극 두께(선 높이)를 증가시켜 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.
은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에, 적어도 표면이 은 층으로 이루어지는 은 피복 복합 분말이나, 은을 주성분으로 하는 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 다른 금속분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면 알루미늄, 금, 팔라듐, 동, 니켈 등을 들 수 있다.
은 분말의 평균입경은 0.05 내지 3㎛ 일 수 있으며, 페이스트화 용이성 및 소성 시 치밀도를 고려할 때 0.5 내지 2.5㎛가 바람직하며, 그 형상이 구상, 침상, 판상 그리고 무정상 중 적어도 1종 이상일 수 있다. 은 분말은 평균 입자지름이나 입도 분포, 형상 등이 다른 2종 이상의 분말을 혼합하여 이용해도 좋다.
상기 유리 프릿은 Bi2O3, ZnO, B2O3, SiO2, PbO, TeO2, Al2O3, CuO, MgO, BaO, SnO 및 TiO2 로 이루어진 군으로부터 제조되는 1종 이상의 조성물을 포함한다. 상기 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면 저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단락전류 특성을 우수하게 할 수 있다.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.05 내지 4㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경이 0.1㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방 전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다.
유리 프릿의 전이온도는 200℃ 내지 500℃일 수 있고, 바람직하게는 250℃ 내지 450℃일 수 있고, 해당 범위를 만족하는 경우에는 목적하는 물성의 효과를 더 효율적으로 달성할 수 있다.
유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 15 wt%이고, 나아가 0.5 내지 4 wt%가 바람직하다.
상기 금속 산화물은 텅스텐(W), 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 루테늄(Ru), 몰리브데넘(Mo) 및 비스무트(Bi)로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상의 금속의 산화물을 포함한다. 평균입경은 0.01 내지 5㎛ 일 수 있으며, 효과를 고려할 때 0.02 내지 2㎛가 바람직하다.
상기 금속 산화물은 상기 금속의 산화물 중 1종 이상을 포함하는 경우, 바람직하게는 안티몬(Sb)의 산화물을 반드시 포함하는 것이 좋다. 안티몬의 산화물을 포함하는 경우, 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 금속 산화물의 함량은 0.1wt% 내지 0.5wt%인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 0.2wt% 내지 0.4wt%를 포함하는 것이 좋다.
상기 금속 산화물은 바람직하게는 텅스텐(W), 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 루테늄(Ru), 몰리브데넘(Mo) 및 비스무트(Bi)로 구성되는 군에서 선택되는 어느 2종 이상의 제1 금속 산화물 및 제2 금속 산화물을 포함하는 것이 좋다.
상기 금속 산화물은 상기 금속의 산화물 중 2종 이상을 포함하는 경우, 바람직하게는 제1 금속 산화물로서 텅스텐(W)의 산화물을, 상기 제2 금속 산화물로서 안티몬(Sb)의 산화물을 반드시 포함하는 것이 좋다. 이 때 제1 금속 산화물 대 제2 금속 산화물의 중량비는 1:1~5인 것이 좋다. 또한 텅스텐의 산화물 및 안티몬의 산화물을 포함하는 경우, 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 제1 금속 산화물의 함량은 0.1wt% 내지 0.3wt%이고, 제2 금속 산화물의 함량은 0.1wt% 내지 0.5wt%인 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 제1 금속 산화물의 함량은 0.1wt% 내지 0.3wt%이고, 제2 금속 산화물의 함량은 0.2wt% 내지 0.4wt%를 포함하는 것이 좋다.
상기 유기 비히클로는 유기 바인더와 용제가 포함된다. 유기 비히클은 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 3 내지 25wt%일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 15 wt%일 수 있다.
유기 비히클은 금속분말과 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 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함한다.
상기 셀룰로오스계 수지는 셀룰로오스 에스테르계 화합물, 셀룰로오스 에테르 화합물을 포함하며, 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 있다.
상기 아크릴계 수지는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 등을 예로 들 수 있다.
상기 비닐계 수지는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다.
상기 유기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다. 바람직하게는 셀룰로오스 에테르 화합물을 사용하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물을 2종 이상 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물은 50,000 내지 100,000 g/mol 의 저분자량을 갖는 화합물과, 200,000 내지 350,000 g/mol 의 고분자량을 갖는 화합물을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
상기 유기 바인더는 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 0.3wt% 내지 0.5wt% 포함되고, 상기 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물을 혼합하여 사용하는 경우에도 합산한 함량이 상기 범위를 넘지 않으며, 고분자량을 갖는 화합물을 저분자량을 갖는 화합물보다 많이 혼합하는 것이 가장 좋다.
조성물의 희석을 위해 사용되는 용제로서는 에탄올, 이소프로판올, 터피네올 등과 같은 알콜류와 에틸렌글리콜 등과 같은 글리콜류, 에틸아세테이트, 부틸카비톨아세테이트, 에틸카비톨 아세테이트 등과 같은 아세테이트류, 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브 등과 같은 에테르류, 헥산, 헵탄, 파라판 오일 등과 같은 탄화수소계 유기용매, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등과 같은 방향족 탄화수소계 유기용매를 사용할 수 있다.
첨가제로서, 분산제, 증점제, 요변제, 레벨링제 등이 사용이 선택될 수 있으며 상기 분산제로는 BYK-110, 111, 108, 180 등을 들 수 있으며, 증점제로는 BYK-410. 411. 420 등이 있으며, 요변제로는 BYK-203, 204,205등을 들 수 있으며, 레벨링제로는 BYK-308, 378, 3440등을 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서는 앞서 언급한 유기 바인더의 조성 및 함량, 금속 분말의 함량 등을 조절함으로써, 전극의 상부 형상 제어 및 이를 통한 반사도 저감, 수광량 증가에 따른 태양전지의 발전효율 향상 효과를 제공할 수 있다.
이하 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
실시예 도전성 페이스트의 제조
(1) 실시예 1
은 분말은 LS-Nikko동제련社 (D50)=2.0㎛ / Tap Density= 4.8g/㎤ 인 입자를 사용하였으며 전체 페이스트 조성물 대비 89.0wt%를 첨가하였다. 유리 프릿은 280?의 Tg를 가지는 Pb타입으로 전체 페이스트 조성물 대비 3.0wt%를 첨가하였다. 수지로는 DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol) 0.4 wt%을 첨가했으며, 용제로는 DBE (Dibasic ester 제조사 TCI社 Dimethyl adipate, dimethyl glutrate, dimrthyl succinate) 1.5wt%, Eastman社 buthyl carbitol acetate 3.5wt%, 첨가제로는 요변특성을 부여하기 위한 ELEMENTS社의 THIXATROL MAX 0.5wt%를 첨가하였으며 분산제로 KUSUMOTO社의ED-152 1.0wt%를 첨가하였다.
(2) 실시예 2
상기 실시예 1에서, 수지 DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol)을 0.3 wt%을 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(3) 실시예 3
상기 실시예 1에서, 수지 DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol)을 0.5 wt%을 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(4) 실시예 4
상기 실시예 1에서, 수지로 DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol) 대신에 STE-200(분자량 ~~~~g/mol)을 사용한 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(5) 실시예 5
상기 실시예 4에서, 수지 DOW社 STD-200(분자량 280,000g/mol)을 0.3 wt%을 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(6) 실시예 6
상기 실시예 4에서, 수지 DOW社 STD-200(분자량 280,000g/mol)을 0.5 wt%을 첨가한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(7) 실시예 7
상기 실시예 1에서, DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol) 0.1wt%, DOW社 STD-200(분자량 280,000g/mol)을 0.3 wt%을 혼합 사용한 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(8) 실시예 8
상기 실시예 1에서, DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol) 0.2wt%, DOW社 STD-200(분자량 280,000g/mol)을 0.2 wt%을 혼합 사용한 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(9) 실시예 9
상기 실시예 1에서, DOW社 STD-10(분자량 80,000g/mol) 0.3wt%, DOW社 STD-200(분자량 280,000g/mol)을 0.1 wt%을 혼합 사용한 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(10) 실시예 10
상기 실시예 9에서, 은 분말의 함량을 89.3wt%로 증가시킨 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(11) 실시예 11
상기 실시예 9에서, 은 분말의 함량을 89.6wt%로 증가시킨 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
제조예 태양전지의 제조
태양전지용 기판의 제조에 있어, 156mm x 156mm 단결정 실리콘 웨이퍼를 이용하였다. 관상로(Tube furnace)에서 900℃로 POCl3을 사용하는 확산공정을 통해 인(P)을 도핑하여 90Ω/sq의 시트저항(sheet resistance)을 가지는 100-500nm 두께의 에미터층을 형성하고, 상기 에미터층에 PECVD방법으로 실리콘 질화막을 80nm두께로 반사 방지막을 형성하였다. 후면전극으로는 D社제품을 사용하여 스크린 인쇄하였다. 그 후 300℃, 30초간 BTU건조로를 사용하여 건조공정을 거친 후 900℃ 소성로에서 60초간 소결하여 태양전지용 기판을 제조하였다. 건조 공정은 BTU 장비를 사용하여 300℃, 30초간 건조하였으며, 소성은 Despatch를 사용하여 900℃, 60초간 소결하여 30μm 두께의 후면전극을 형성하였다.
특성 테스트
(1) 점도 측정
실시예 1 내지 실시예 11에 따라 제조된 도전성 페이스트의 점도를 Brookfield DV-3T장비로 14번 spindle을 사용하여 25℃에서 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
점도
(1rpm)
_kcps		 점도
(10rpm)
_kcps		 점도
(100rpm)
_kcps		 T.I
(1rpm
/10rpm)		 T.I
(10rpm
/100rpm)
실시예1 380 330 60 1.15 5.50
실시예2 360 340 65 1.06 5.23
실시예3 430 325 55 1.32 5.91
실시예4 460 350 65 1.31 5.38
실시예5 430 355 70 1.21 5.07
실시예6 530 340 60 1.56 5.67
실시예7 460 345 68 1.33 5.07
실시예8 430 340 65 1.26 5.23
실시예9 410 340 61 1.21 5.57
실시예10 390 350 64 1.11 5.47
실시예11 370 360 66 1.03 5.45
(2) 전극 형상 측정
실시예 1 내지 실시예 11에 따라 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 Wafer의 전면에 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 스크린 프린팅은 Baccini社 인쇄기를 사용하였고, 마스크는 360-16 메쉬에 15㎛ 유제막 opening 33㎛ 마스크를 사용하여 전극을 인쇄하였다. 이때 도전성 페이스트 토출량 및 패턴의 선높이, 상부 및 하부 선폭을 하기 표 2에 나타내었다.
토출량(g) 선 높이(㎛) 상부 선폭 (㎛) 하부 선폭 (㎛) 상부/하부 선폭 비율
실시예1 0.084 15.2 10 45 22.2
실시예2 0.087 16.1 13 44 29.5
실시예3 0.081 14.6 7 47 14.9
실시예4 0.082 12.9 16 43 37.2
실시예5 0.085 13.5 18 42 42.9
실시예6 0.079 12.8 15 44 34.1
실시예7 0.083 14.1 14 42 33.3
실시예8 0.084 14.5 13 42 31.0
실시예9 0.085 15.1 11 43 25.6
실시예10 0.086 15.3 11 42 26.2
실시예11 0.087 15.5 10 42 23.8
(3) 반사도, PL 특성 및 IV 특성 측정
실시예 1 내지 실시예 11에 따라 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 반사도는 KONICA MINOLTA Chroma meter CR-400을 사용하여 측정하였으며, PL intensity는 BT imaging R2장비를 사용하여 측정하였고, IV특성은 HALM Electronix社장비를 사용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
반사도(L*) PL count Isc(A) Rs(Ω)
실시예1 15 32500 10.02 0.00098
실시예2 16 30500 9.98 0.00095
실시예3 14 34300 9.99 0.00101
실시예4 17 28700 10 0.00107
실시예5 18 26500 9.98 0.00103
실시예6 17 28400 10.01 0.00111
실시예7 17.5 27000 10 0.00103
실시예8 16 30050 10.01 0.00101
실시예9 15.5 32300 10.02 0.00096
실시예10 15.5 31800 10.03 0.00095
실시예11 15 33000 10.035 0.00098
실시예 1 내지 9는 전극형상 제어 목적으로 수지 분자량별(STD10(저분자)/ STD200(고분자)) 단독 사용 또는 혼합 사용한 결과를 평가한 것이다. 상기 결과에서 알 수 있듯이, 고분자 단독 적용시 전극 상부 선폭이 넓어지면서 반사도 증가 및 PL count(intensity)가 감소로 Isc가 하락하는 것을 확인할 수 있다. 또한 저분자든 고분자든 수지함량이 증가하면 상부 선폭은 감소하나 토출량이 감소하면서 Rs(series저항)가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 10 내지 11은 평가 결과 토출량, 인쇄성 및 효율을 감안할 때 가장 좋은 결과를 나타낸 실시예 9에서 나아가 FF상승을 위하여 전극 형상이 사다리꼴모양이 아닌 라운드 형상 일때에는 Isc개선은 있으나 전기전도도가 나빠져서 FF하락이있을 수 있으므로 전극 두께를 높여서 전기전도도 추가로 개선한 실시예이다. 실시예 10이 가장 좋은 결과를 나타낸다.
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.

Claims (10)

  1. 금속 분말, 유리 프릿, 금속 산화물, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 도전성 페이스트를 도포한 후 건조 및 소성시켜 제조된 태양전지용 전극이며,
    상기 유기 바인더의 성분 및 함량을 조절하여 상기 도전성 페이스트를 이용하여 형성된 전극의 상부 형상이 제어된 태양전지용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지용 전극은 하부 선폭에 대한 상부 선폭의 비율이 20 내지 30%인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 유기 바인더로 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지, 폴리비닐계 수지 및 페놀 수지로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유기 바인더는 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 0.3wt% 내지 0.5wt% 포함되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물을 2종 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물은 50,000 내지 100,000 g/mol 의 저분자량을 갖는 화합물과, 200,000 내지 350,000 g/mol 의 고분자량을 갖는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분자량이 서로 다른 셀룰로오스 에테르 화합물은 합산한 함량이 도전성 페이스트의 총 중량을 기준으로 0.3wt% 내지 0.5wt% 이며,
    고분자량을 갖는 화합물을 저분자량을 갖는 화합물보다 많이 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 페이스트는 Brookfield DV-3T, 14번 spindle을 사용하여 25℃에서 측정되는 100rpm 점도에 대한 10rpm 점도의 비(T.I)가 5.0 내지 6.0 인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지용 전극은 KONICA MINOLTA Chroma meter CR-400을 사용하여 측정되는 반사도가 13 내지 16 이고, BT imaging R2장비를 사용하여 측정되는 PL 값이 30,000~45,000인 것을 특징으로 하는 태양전지용 전극.
  10. 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
    상기 전면 전극은, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 태양전지용 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지.
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