KR20200106708A - Composition for forming solar cell electrode and solar cell electrode prepared using the same - Google Patents
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Abstract
Description
태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 태양전지 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크린 인쇄 시 인쇄성과 마름성을 개선하는 한편, 종횡비가 높고 변환효율이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 태양전지 전극에 관한 것이다.It relates to a composition for forming a solar cell electrode and a solar cell electrode prepared therefrom, and more specifically, a composition for forming a solar cell electrode having a high aspect ratio and excellent conversion efficiency while improving printability and dryness during screen printing, and from It relates to the manufactured solar cell electrode.
화석 연료 에너지 자원의 고갈에 따라 새로운 대체 에너지원으로 태양광을 활용하는 태양전지가 주목 받고 있다. 태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 p-n 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시키도록 구성된다. 태양전지는 p-n 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상·하면에 각각 전면 전극과 후면 전극을 형성하여, 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 p-n 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공하도록 작동된다. 이러한 태양전지의 전극은 전극용 페이스트의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 형성된다.With the depletion of fossil fuel energy resources, solar cells using sunlight as a new alternative energy source are attracting attention. Solar cells are configured to generate electrical energy using the photoelectric effect of a p-n junction that converts photons of sunlight into electricity. In a solar cell, a front electrode and a rear electrode are formed on the upper and lower surfaces of the semiconductor wafer or substrate where the pn junction is formed, and the photoelectric effect of the pn junction is induced by sunlight incident on the wafer, and the electrons generated therefrom are electrode It is operated to provide an external current flowing through it. The electrodes of such solar cells are formed on the wafer surface by applying, patterning, and firing an electrode paste.
이러한 태양전지에서 태양에너지를 전류로 전환시키는 변환 효율을 높이는 것이 중요한데 기존 태양전지 전극 형성용 조성물은 주로 도전성 분말의 크기, 표면 처리 방법 또는 혼합 비율을 제어함으로써 태양전지 변환효율을 높여 왔다. 그러나, 이러한 방법만으로는 태양전지 변환효율을 높이는데 한계가 있고, 서로 다른 입경을 갖는 도전성 분말을 혼합하여 소결 밀도 또는 전극 저항을 개선하고자 하는 시도 또한 인쇄성과 패턴성에 한계가 있었다. 따라서, 유기물의 개선을 통해 태양전지 변환효율을 높임과 동시에, 스크린 인쇄 시 메쉬(mesh)로부터의 토출성을 개선하여 선폭이 좁고 선고는 증가되어 종횡비가 높은 전면 전극을 형성할 수 있는 페이스트를 개발할 필요가 있다.It is important to increase the conversion efficiency of converting solar energy into current in such solar cells. Existing compositions for solar cell electrode formation have mainly improved solar cell conversion efficiency by controlling the size, surface treatment method, or mixing ratio of the conductive powder. However, this method alone has limitations in increasing the conversion efficiency of solar cells, and attempts to improve sintering density or electrode resistance by mixing conductive powders having different particle diameters also have limitations in printability and patternability. Therefore, it is possible to develop a paste that can increase the conversion efficiency of solar cells through improvement of organic matter and at the same time improve the discharge from the mesh during screen printing to form a front electrode with a narrow line width and an increased line height, and a high aspect ratio. There is a need.
본 발명의 목적은 스크린 인쇄 시 인쇄성과 마름성이 개선된 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 태양전지 전극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a composition for forming a solar cell electrode with improved printability and dryness during screen printing, and a solar cell electrode prepared therefrom.
본 발명의 다른 목적은 선폭이 좁고 선고는 증가되어 종횡비가 높은 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 태양전지 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for forming a solar cell electrode having a narrow line width and an increased line height and a high aspect ratio, and a solar cell electrode prepared therefrom.
본 발명의 또 다른 목적은 단락전류(Isc)를 증가시켜 변환효율이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 태양전지 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for forming a solar cell electrode having excellent conversion efficiency by increasing a short-circuit current (Isc), and a solar cell electrode manufactured therefrom.
1. 일 측면에 따르면, 도전성 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 페트롤라툼(petrolatum)을 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물이 제공된다.1. According to one aspect, there is provided a composition for forming a solar cell electrode comprising a conductive powder, a glass frit, an organic vehicle, and petrolatum.
2. 상기 1에서, 상기 페트롤라툼은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다.2. In 1 above, the petrolatum may be included in an amount of 0.01 to 5% by weight of the total weight of the composition for forming the solar cell electrode.
3. 상기 1에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 3. In 1 above, the composition for forming the solar cell electrode is
상기 도전성 분말 60 내지 95중량%; 60 to 95% by weight of the conductive powder;
상기 유리 프릿 0.1 내지 20중량%; 0.1 to 20% by weight of the glass frit;
상기 유기 비히클 1 내지 30중량%; 및 1 to 30% by weight of the organic vehicle; And
상기 페트롤라툼 0.01 내지 5중량%를 포함할 수 있다.It may contain 0.01 to 5% by weight of the petrolatum.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 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), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함할 수 있다.4. In any one of 1 to 3 above, the glass frit is lead (Pb), tellurium (Te), bismuth (Bi), lithium (Li), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga) , Cerium (Ce), iron (Fe), silicon (Si), zinc (Zn), 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), manganese (Mn) and aluminum (Al) may include one or more metal elements selected from.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.5. In any one of the above 1 to 4, the composition for forming the solar cell electrode further comprises at least one of a dispersant, a thixotropic agent, a plasticizer, a viscosity stabilizer, an antifoaming agent, a pigment, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant and a coupling agent. I can.
6. 다른 측면에 따르면, 상기 1 내지 5 중 어느 하나의 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 제조된 태양전지 전극이 제공된다.6. According to another aspect, a solar cell electrode prepared from the composition for forming a solar cell electrode of any one of the above 1 to 5 is provided.
본 발명은 스크린 인쇄 시 인쇄성과 마름성이 개선되고, 선폭이 좁고 선고는 증가되어 종횡비가 높으며, 단락전류가 증가되어 변환효율이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 태양전지 전극을 제공하는 효과를 갖는다.The present invention provides a composition for forming a solar cell electrode having excellent conversion efficiency due to improved printability and dryness during screen printing, a narrow line width and an increased line height, and an increased short-circuit current, and a solar cell electrode manufactured therefrom. Has the effect of
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지의 구조를 개략적으로 도시한다.
도 2는 실시예 2 및 비교예 1의 태앙전지 셀의 건조 대기 평가 결과를 보여주는 광학 현미경 이미지이다.1 schematically shows the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an optical microscope image showing the results of evaluating dry atmosphere of solar cells of Example 2 and Comparative Example 1. FIG.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.When'include','have','consists of' and the like mentioned in the present specification are used, other parts may be added unless'only' is used. In the case of expressing the constituent elements in the singular, it includes the case of including the plural unless specifically stated otherwise.
또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In addition, in the interpretation of the constituent elements, it is interpreted as including an error range even if there is no explicit description.
또한, 본 명세서에 있어서, 수치 범위를 나타내는 "a 내지 b" 에서 "내지"는 ≥ a 이고 ≤ b으로 정의한다.In addition, in the present specification, "to" in "a to b" indicating a numerical range is defined as ≥ a and ≤ b.
일 측면에 따르면, 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿, 유기 비히클 및 페트롤라툼을 포함할 수 있다.According to one aspect, the composition for forming a solar cell electrode may include a conductive powder, a glass frit, an organic vehicle, and petrolatum.
이하, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물의 각 성분들에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, each component of the composition for forming a solar cell electrode will be described in more detail.
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 selected from silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), palladium (Pd), aluminum (Al), and nickel (Ni), but is 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 particles of various shapes, for example, particles of a spherical shape, a plate shape, or an amorphous shape may be used.
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 powder having a nano-sized or micro-sized particle diameter, for example, a conductive powder having a size of tens to hundreds of nanometers, or a conductive powder having a size of several to tens of micrometers. In addition, as a conductive powder, two or more conductive powders having different sizes may be mixed and used.
도전성 분말의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 10㎛, 예를 들어 0.5 내지 5㎛일 수 있다. 상기 범위에서, 접촉저항과 직렬저항이 낮아질 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 도전성 분말을 이소프로필알콜(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 this 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 ultrasonic dispersion of the conductive powder in isopropyl alcohol (IPA) at 25° C. for 3 minutes.
도전성 분말의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 60 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지의 변환효율이 우수하며, 페이스트화가 원활히 이루어질 수 있다. 일 구현예에 따르면, 도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 70 내지 90중량%, 다른 구현예에 따르면 80 내지 95중량%로 포함될 수 있다.The amount of the conductive powder used is not particularly limited, but, for example, the conductive powder may be included in an amount of 60 to 95% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode. In the above range, the conversion efficiency of the solar cell is excellent, and the paste can be smoothly performed. According to one embodiment, the conductive powder may be included in 70 to 90% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode, and according to another embodiment, 80 to 95% by weight.
유리 프릿Glass frit
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 소결 시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.The glass frit is for generating crystal particles of the conductive powder in the emitter region by etching the antireflection film during the firing process of the composition for forming a solar cell electrode and melting the conductive powder. In addition, the glass frit improves the adhesion between the conductive powder and the wafer and softens during sintering to induce an effect of lowering the firing temperature.
유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 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), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함할 수 있다.Glass frit is lead (Pb), tellurium (Te), bismuth (Bi), lithium (Li), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), silicon (Si), zinc (Zn), 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), manganese (Mn) and aluminum It may contain at least one metal element selected from (Al).
예를 들어, 유리 프릿은 Bi-Te-O계 유리 프릿, Pb-Bi-O계 유리 프릿, Pb-Te-O계 유리 프릿, Pb-Te-Bi-O계 유리 프릿, Te-B-O계 유리 프릿, Te-Ag-O계 유리 프릿, Pb-Si-O계 유리 프릿, Bi-Si-O계 유리 프릿, Te-Zn-O계 유리 프릿, Bi-Te-Li-Zn-O계 유리 프릿, Bi-B-O계 유리 프릿, Pb-B-O계 유리 프릿, Bi-Mo-O계 유리 프릿, Mo-B-O계 유리 프릿 및 Te-Si-O계 유리 프릿 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 태양전지 전극의 전기적 특성의 밸런스가 우수한 장점이 있을 수 있다.For example, glass frit is Bi-Te-O-based glass frit, Pb-Bi-O-based glass frit, Pb-Te-O-based glass frit, Pb-Te-Bi-O-based glass frit, Te-BO-based glass Frit, Te-Ag-O glass frit, Pb-Si-O glass frit, Bi-Si-O glass frit, Te-Zn-O glass frit, Bi-Te-Li-Zn-O glass frit , Bi-BO-based glass frit, Pb-BO-based glass frit, Bi-Mo-O-based glass frit, Mo-BO-based glass frit, and Te-Si-O-based glass frit. In this case, there may be an advantage of excellent balance of electrical properties of the solar cell electrode.
유리 프릿의 형상 및 크기 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 유리 프릿의 형상은 구형 또는 부정형일 수 있고, 유리 프릿의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 10㎛일 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 유리 프릿을 이소프로필알콜 중에서 25℃에서 3분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.The shape and size of the glass frit are not particularly limited. For example, the shape of the glass frit may be spherical or irregular, and the average particle diameter (D 50 ) of the glass frit may be 0.1 to 10 μm. The average particle diameter (D 50 ) can be measured using a 1064LD model manufactured by CILAS after ultrasonically dispersing the glass frit in isopropyl alcohol at 25° C. for 3 minutes.
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 glass frit can be prepared from the metals and/or metal oxides described above using conventional methods. For example, after mixing the above-described metal and/or metal oxide using a ball mill or planetary mill, etc., the mixed composition is melted at 800 to 1,300°C, and 25°C After quenching in, the resulting product can be pulverized by a disk mill or a planetary mill.
유리 프릿의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 유리 프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물의 총 중량 중 0.1 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 직렬저항, 개방전압, 단락전류가 우수하고 태양전지 효율을 높일 수 있어 전기적 특성이 우수하고 부착력 개선 효과가 있을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물의 총 중량 중 0.5 내지 10중량%, 다른 구현예에 따르면 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있다.The amount of the glass frit used is not particularly limited, but, for example, the glass frit may be included in an amount of 0.1 to 20% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode. Within the above range, the series resistance, open-circuit voltage, and short-circuit current are excellent, and the solar cell efficiency can be increased, so that the electrical characteristics are excellent and the adhesion improvement effect can be obtained. According to one embodiment, the glass frit may be included in 0.5 to 10% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode, and according to another embodiment, 0.1 to 5% by weight.
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 the inorganic component 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.The organic vehicle may be an organic vehicle typically used in a composition for forming a solar cell electrode, and may include a binder resin and a solvent.
바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 바인더 수지로 에틸 셀룰로오스가 사용될 수 있다. 다른 예를 들면, 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. For example, ethyl cellulose may be used as the binder resin. Other examples include ethyl hydroxyethyl cellulose, nitro cellulose, a mixture of ethyl cellulose and phenol resin as a binder resin, alkyd resin, phenol resin, acrylic acid ester resin, xylene resin, polybutene resin, polyester resin , Urea resin, melamine resin, vinyl acetate resin, wood rosin or polymethacrylate of alcohol 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 사용할 수 있다.As a solvent, for example, 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 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 1 내지 30중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 3 내지 20중량%, 다른 구현예에 따르면 1 내지 15중량%로 포함될 수 있다.The amount of the organic vehicle used is not particularly limited, but, for example, the organic vehicle may be included in an amount of 1 to 30% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode. In the above range, sufficient adhesive strength and excellent printability can be ensured. According to one embodiment, the organic vehicle may be included in 3 to 20% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode, and according to another embodiment, 1 to 15% by weight.
페트롤라툼Petrolatum
페트롤라툼은 페트롤리움 젤리(petroleum jelly)로도 지칭되며, 상온(20 내지 25℃)에서 반고체(semi-solid) 상태를 갖는 재료이다.Petrolatum is also referred to as petroleum jelly, and is a material having a semi-solid state at room temperature (20 to 25°C).
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 페트롤라툼을 포함함으로써, 스크린 인쇄 시 인쇄성과 마름성을 개선시킬 수 있다. 그 결과, 종횡비가 높고, 변환효율이 우수한 태양전지 전극의 형성을 가능케 할 수 있다.Since the composition for forming a solar cell electrode of the present invention includes petrolatum, it is possible to improve printability and dryness during screen printing. As a result, it is possible to form a solar cell electrode having a high aspect ratio and excellent conversion efficiency.
페트롤라툼의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 페트롤라툼은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.01 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 인쇄성과 마름성을 개선시켜 종횡비를 높이고 변환효율을 향상시킬 수 있다. 일 구현예에 따르면, 페트롤라툼은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.01 내지 1중량%, 다른 구현예에 따르면 0.05 내지 0.5중량%, 또 다른 구현예에 따르면 0.05 초과 내지 0.04중량% 미만, 또 다른 구현예에 따르면 0.1 내지 0.3중량%로 포함될 수 있다.The amount of petrolatum used is not particularly limited, but, for example, petrolatum may be included in an amount of 0.01 to 5% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode. In the above range, it is possible to improve printability and dryness to increase aspect ratio and improve conversion efficiency. According to one embodiment, petrolatum is 0.01 to 1% by weight of the total weight of the composition for forming a solar cell electrode, according to another embodiment 0.05 to 0.5% by weight, according to another embodiment more than 0.05 to less than 0.04% by weight, and According to another embodiment, it may be contained in an amount of 0.1 to 0.3% by weight.
첨가제additive
태양전지 전극 형성용 조성물은 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 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있으나, 필요에 따라 그 함량을 변경할 수 있다.In addition to the above-described components, the composition for forming a solar cell electrode may contain a dispersant, a thixotropic agent, a plasticizer, a viscosity stabilizer, an antifoaming agent, a pigment, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant, a coupling agent, etc. as needed to improve flow characteristics, process characteristics and stability. It may further include alone or 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 a solar cell electrode, but the content may be changed as necessary.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지Solar cell electrode and solar cell including the same
다른 측면에 따르면, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지가 제공된다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(100)의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.According to another aspect, there is provided an electrode formed from the composition for forming a solar cell electrode and a solar cell including the same. 1 schematically shows the 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, 태양전지 전극 형성용 조성물을 웨이퍼의 후면에 인쇄 도포한 후, 200 내지 400℃에서 10 내지 60초 동안 건조하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 전면에 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400 내지 950℃, 예를 들면 700 내지 950℃에서 30 내지 210초 동안 소성하는 소성 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 발명의 일 구현예를 따르는 태양전지 전극 형성용 조성물에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, a composition for forming a solar cell electrode according to an embodiment of the present invention will be described in more detail by way of examples. However, this has been presented as a preferred example of the present invention, and it cannot be construed as limiting the present invention in any sense.
실시예Example
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.Specific specifications of the components used in the following Examples and Comparative Examples are as follows.
(A) 도전성 분말: 평균 입경(D50)이 2.8㎛인 구형의 은 분말(AG-5-11F, Dowa Hightech社)(A) Conductive powder: spherical silver powder with an average particle diameter (D 50 ) of 2.8 μm (AG-5-11F, Dowa Hightech)
(B) 유리 프릿: 전이점이 270℃이고, 평균 입경(D50)이 1.0㎛인 Bi-Te-Li-Zn-O계 유리 프릿(Ashai Glass社)(B) Glass frit: Bi-Te-Li-Zn-O-based glass frit with a transition point of 270°C and an average particle diameter (D 50 ) of 1.0 μm (Ashai Glass)
(C) 바인더 수지: 에틸셀룰로오스(STD4, Dow chemical社)(C) Binder resin: ethyl cellulose (STD4, Dow chemical company)
(D) 용매: 텍사놀(texanol, Eastman社)(D) Solvent: texanol (Eastman)
(E) 페트롤라툼(vaseline, 대정화금社)(E) Petrolatum (vaseline, Daejeonghwa Geum)
(F) 파라핀왁스, Sigma-Aldrich社(F) Paraffin wax, Sigma-Aldrich
(G) 미네랄오일, SAMCHUN社(G) Mineral oil, SAMCHUN
(H) 분산제: TEGO® Dispers 656, Evonik社(H) Dispersant: TEGO® Dispers 656, Evonik
(I) 요변제: Thixatrol ST, Elementis社(I) Thixotropic agent: Thixatrol ST, Elementis
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성에 따라 칭량한 후 골고루 믹싱한 뒤 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 각 조성물의 사용량 단위는 중량%이다. Each of the components was weighed according to the composition of Table 1 below, mixed evenly, and then mixed and dispersed with a 3-roll kneader to prepare a composition for forming a solar cell electrode. In Table 1 below, the usage unit of each composition is% by weight.
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 태양전지 전극 형성용 조성물의 물성을 하기 물성 평가 방법에 따라 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 2에 나타냈다.The physical properties of the composition for forming a solar cell electrode of Examples and Comparative Examples prepared as described above were measured according to the following physical property evaluation method. The measurement results are shown in Table 2 below.
물성 평가 방법Property evaluation method
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 70Ω/sq.의 면저항을 갖는 실리콘 웨이퍼 전면에 28㎛ 스크린 마스크를 사용하여 일정한 패턴으로 스크린 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 웨이퍼 후면에 알루미늄 페이스트를 전면 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 태양전지 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 400 내지 900℃에서 30 내지 50초간 소성하고, 제조된 태양전지 셀의 인쇄성, 건조 대기, flooding, 패턴성, 종횡비, 전기적 특성을 하기와 같이 측정하였다.The composition for forming a solar cell electrode prepared in Examples and Comparative Examples was screen-printed on the entire surface of a silicon wafer having a sheet resistance of 70Ω/sq. in a constant pattern using a 28 μm screen mask, and dried using an infrared drying furnace. Thereafter, the aluminum paste was printed on the back side of the wafer and dried in the same manner. The solar cell formed by the above process is calcined at 400 to 900°C for 30 to 50 seconds using a belt-type kiln, and the printability, drying atmosphere, flooding, patterning, aspect ratio, and electrical characteristics of the manufactured solar cell are as follows. It was measured together.
(1) 인쇄성: 태양전지 전극 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 스크린 인쇄 기법으로 도포하여 얻어진 라인 패턴의 단락 상태를 확인하고, 인쇄성을 평가하였다. 라인 패턴의 단락이 5개 이하인 경우를 ◎, 5개 초과인 경우를 ×로 평가하였다.(1) Printability: The short circuit state of the line pattern obtained by applying the composition for forming a solar cell electrode on a silicon wafer by a screen printing technique was checked, and printability was evaluated. A case in which there are 5 or less short circuits in a line pattern was evaluated as ⊚, and a case in which more than 5 paragraphs were evaluated as x.
(2) 건조 대기: 태양전지 전극 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 선폭이 25, 30 및 35㎛로 다른 구간을 가진 스크린 마스크를 사용하여 인쇄 기법으로 0분, 5분, 10분 대기 후 도포하여 얻어진 각 선폭에서의 라인 패턴의 단락 상태를 확인하고, 건조 대기 특성을 평가하였다. 10분 후 각 구간의 라인 패턴의 단락이 5개 이하인 경우를 ◎, 5분 후 각 구간의 라인 패턴의 단락이 5개 이하인 경우를 ○, 5분 후 각 구간의 라인 패턴의 단락이 5개 초과인 경우를 ×로 평가하였다.(2) Waiting to dry: Apply the composition for solar cell electrode formation on a silicon wafer after waiting for 0 minutes, 5 minutes, and 10 minutes by printing using a screen mask having different sections with line widths of 25, 30 and 35㎛. The short-circuit state of the line pattern at each obtained line width was confirmed, and drying atmosphere characteristics were evaluated. ◎ if there are 5 or less paragraphs of the line pattern in each section after 10 minutes, ○ if there are 5 or less paragraphs in the line pattern in each section after 5 minutes ○, more than 5 paragraphs in the line pattern in each section after 5 minutes The case was evaluated as x.
(3) flooding: 태양전지 전극 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 스크린 인쇄 기법으로 도포 시 flooding이 균일하게 이루어지는 경우를 ◎, 균일하지 않거나 일부 재도포가 되지 않을 경우를 ×로 평가하였다.(3) Flooding: When the composition for forming a solar cell electrode was applied on a silicon wafer by a screen printing technique, the case where flooding was uniformly performed was evaluated as ◎, and the case where it was not uniform or partially re-applied was evaluated as ×.
(4) 패턴성: 태양전지 전극 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 스크린 인쇄 기법으로 도포하고 소성한 뒤 얻어진 패턴의 폭을 레이저 현미경을 이용하여 관찰하였다. 라인 폭의 표준 편차가 3㎛ 미만이고 Rz 값이 15 미만인 경우를 ◎, 라인 폭의 표준 편차가 5㎛ 미만이고 Rz 값이 20 미만인 경우를 ○, 라인 폭의 표준 편차가 5㎛ 이상이고 Rz 값이 20 이상인 경우를 ×로 평가하였다.(4) Patterning: After applying the composition for forming a solar cell electrode on a silicon wafer by a screen printing technique and firing, the width of the obtained pattern was observed using a laser microscope. ◎ if the standard deviation of the line width is less than 3㎛ and the Rz value is less than 15 ◎, if the standard deviation of the line width is less than 5㎛ and the Rz value is less than 20 ○, the standard deviation of the line width is 5㎛ or more and the Rz value The case of 20 or more was evaluated as x.
(5) 종횡비: 태양전지 전극 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 스크린 인쇄 기법으로 도포하고 소성한 뒤 얻어진 패턴의 높이와 폭을 레이저 현미경을 이용하여 관찰하여 종횡비를 계산하였다. 종횡비 값이 25% 이상인 경우를 ◎, 종횡비 값이 20 내지 25% 미만인 경우를 ○, 종횡비 값이 20% 미만인 경우를 ×로 평가하였다.(5) Aspect ratio: The aspect ratio was calculated by observing the height and width of the pattern obtained after applying and firing the composition for solar cell electrode formation on a silicon wafer by a screen printing technique using a laser microscope. A case in which the aspect ratio value was 25% or more was evaluated as ◎, a case in which the aspect ratio value was less than 20 to 25% was evaluated as ○, and a case where the aspect ratio value was less than 20% was evaluated as x.
(6) 단락전류(Isc, 단위: mA) 및 변환효율(Eff., 단위: %): 태양전지 전극 형성용 조성물을 실리콘 웨이퍼 상에 스크린 인쇄 기법으로 도포하고 소성한 뒤 얻어진 태양전지 셀에 대하여 태양전지 효율 측정 장비(Halm, Fortix tech社)를 사용하여 단락전류 및 변환효율을 측정하고, 비교예 1을 기준 값으로 증가감 값을 표시하였다.(6) Short-circuit current (Isc, unit: mA) and conversion efficiency (Eff., unit: %): About the solar cell obtained after applying the composition for forming a solar cell electrode on a silicon wafer by screen printing and firing Short-circuit current and conversion efficiency were measured using a solar cell efficiency measurement equipment (Halm, Fortix tech, Inc.), and the increase or decrease value was displayed as a reference value for Comparative Example 1.
상기 표 2로부터, 페트롤라툼을 포함한 실시예의 태양전지 전극 형성용 조성물은 그렇지 않은 비교예의 태양전지 전극 형성용 조성물에 비해 스크린 인쇄 시 인쇄성 및 마름성이 개선되어, 이로부터 제조된 태양전지는 종횡비가 높고 단락전류가 증가되어 변환효율이 우수한 것을 알 수 있다. From Table 2 above, the composition for forming a solar cell electrode of the Example including petrolatum improved printability and dryness during screen printing compared to the composition for forming a solar cell electrode of a comparative example that did not contain petrolatum, and the solar cell manufactured therefrom has an aspect ratio It can be seen that the conversion efficiency is excellent due to the high and short-circuit current.
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 implemented by those of ordinary skill in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.
Claims (6)
A composition for forming a solar cell electrode comprising a conductive powder, a glass frit, an organic vehicle, and petrolatum.
상기 페트롤라툼은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.01 내지 5중량%로 포함되는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The petrolatum is a composition for forming a solar cell electrode comprising 0.01 to 5% by weight of the total weight of the composition for forming the solar cell electrode.
상기 도전성 분말 60 내지 95중량%;
상기 유리 프릿 0.1 내지 20중량%;
상기 유기 비히클 1 내지 30중량%; 및
상기 페트롤라툼 0.01 내지 5중량%를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
60 to 95% by weight of the conductive powder;
0.1 to 20% by weight of the glass frit;
1 to 30% by weight of the organic vehicle; And
A composition for forming a solar cell electrode comprising 0.01 to 5% by weight of the petrolatum.
상기 유리 프릿은 납(Pb), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 아연(Zn), 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), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al)에서 선택되는 1종 이상의 금속 원소를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The glass frit is lead (Pb), tellurium (Te), bismuth (Bi), lithium (Li), phosphorus (P), germanium (Ge), gallium (Ga), cerium (Ce), iron (Fe), Silicon (Si), zinc (Zn), 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), manganese (Mn) and A composition for forming a solar cell electrode comprising at least one metal element selected from aluminum (Al).
상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제 중 1종 이상을 더 포함하는는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method of claim 1,
The composition for forming a solar cell electrode further comprises at least one of a dispersant, a thixotropic agent, a plasticizer, a viscosity stabilizer, a defoaming agent, a pigment, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant and a coupling agent.
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