KR20210069788A - 선택적 에미터 태양전지 전극 및 이를 포함한 선택적 에미터 태양전지 - Google Patents

선택적 에미터 태양전지 전극 및 이를 포함한 선택적 에미터 태양전지 Download PDF

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KR20210069788A
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이민영
이정철
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창저우 퓨전 뉴 머티리얼 씨오. 엘티디.
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Abstract

도전성 분말 및 유리 프릿을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납(Pb) 산화물 15 몰% 내지 40 몰%; 텔루륨(Te) 산화물 0.1 몰% 내지 40 몰%; 텅스텐(W) 산화물 0.1 몰% 내지 3 몰%; 및 규소(Si) 산화물 0.1 몰% 내지 25 몰% 미만; 을 포함하고, 납(Pb) 산화물, 텔루륨(Te) 산화물 및 규소(Si) 산화물의 합계 몰수가 75 몰% 이하인, 선택적 에미터 태양전지 전극, 및 이를 포함한 선택적 에미터 태양전지가 개시된다.

Description

선택적 에미터 태양전지 전극 및 이를 포함한 선택적 에미터 태양전지{SELECTIVE EMITTER SOLAR CELL ELECTRODE, AND SELECTIVE EMITTER SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}
선택적 에미터 태양전지 전극 및 이를 포함한 선택적 에미터 태양전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, p-n 접합에 의한 피해를 최소화할 수 있고, 변환효율이 우수한 선택적 에미터 태양전지 전극 및 이를 포함한 선택적 에미터 태양전지에 관한 것이다.
실리콘계 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층으로 이루어져 있으며, p형의 기판과 n형의 에미터층 사이에는 p-n 접합이 형성되어 있다. 이와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력 효과에 의해 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터 층에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 에미터층 상부와 기판 하부에 접합된 전면 전극 및 후면 전극으로 이동하며, 이 전극들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.
이러한 구조의 태양전지에 있어서 태양전지의 효율은 에미터에 도핑된 불순물(dopant)의 농도에 영향을 받는다. 예를 들면, 에미터에 도핑된 불순물의 농도가 낮은 경우, 즉 에미터가 저농도 도핑부로 형성된 경우에는 전자와 정공의 재결합이 감소하여 단락전류 밀도, 개방전압이 증가하는 효과를 얻을 수 있지만, 접촉저항이 증가하여 필팩터(fill factor: FF)가 감소하는 단점이 있다. 반대로, 도핑된 불순물의 농도가 높은 경우, 즉 에미터가 고농도 도핑부로 형성된 경우에는 접촉저항이 감소하여 필팩터가 증가하는 효과를 얻을 수 있지만, 단락전류 밀도, 개방전압이 감소하는 단점이 있다.
따라서, 근래에는 태양전지의 에미터층을 형성함에 있어 저농도 도핑한 에미터 상에 전극을 형성하는 부분만을 선택적으로 고농도로 도핑하여, 저농도 도핑부와 고농도 도핑부의 장점을 모두 얻을 수 있는 구조의 태양전지, 예를 들면 선택적 에미터 구조를 갖는 태양전지(이하, 선택적 에미터 태양전지)가 개발되고 있다.
본 발명의 목적은 선택적 에미터 태양전지에 적합한 선택적 에미터 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 p-n 접합에 의한 피해를 최소화할 수 있고, 변환효율이 우수한 선택적 에미터 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 선택적 에미터 태양전지 전극을 포함한 태양전지를 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면, 선택적 에미터 태양전지 전극이 제공된다. 상기 전극은 도전성 분말 및 유리 프릿을 포함하고,
상기 유리 프릿은
납(Pb) 산화물 15 몰% 내지 40 몰%;
텔루륨(Te) 산화물 0.1 몰% 내지 40 몰%;
텅스텐(W) 산화물 0.1 몰 내지 3 몰%; 및
규소(Si) 산화물 0.1 몰% 내지 25 몰% 미만; 을 포함하고,
납(Pb) 산화물, 텔루륨(Te) 산화물 및 규소(Si) 산화물의 합계 몰수가 75 몰% 이하일 수 있다.
2. 상기 1에서, 상기 유리 프릿은 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 아연(Zn), 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), 붕소(B) 및 알루미늄(Al) 중 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
3. 상기 1 또는 2에서, 상기 유리 프릿은 비스무스(Bi) 산화물을 1 몰% 내지 20 몰%로 더 포함할 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 리튬(Li) 산화물을 1 몰% 내지 20 몰%로 더 포함할 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 마그네슘(Mg) 산화물을 0.1 몰% 내지 10 몰%로 더 포함할 수 있다.
6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 아연(Zn) 산화물을 0.1 몰% 내지 10 몰%로 더 포함할 수 있다.
7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 나트륨(Na) 산화물을 0.1 몰% 내지 5 몰%로 더 포함할 수 있다.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 붕소(B) 산화물을 0.1 몰% 내지 5 몰%로 더 포함할 수 있다.
9. 상기 1 내지 8 중 어느 하나에서, 상기 전극은 상기 도전성 분말, 상기 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함한 조성물로부터 형성될 수 있다.
10. 상기 9에서, 상기 조성물은
상기 도전성 분말 60 중량% 내지 95 중량%;
상기 유리 프릿 0.1 중량% 내지 20 중량%; 및
상기 유기 비히클 1 중량% 내지 30 중량%; 를 포함할 수 있다.
11. 상기 9 또는 10에서, 상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
12. 다른 측면에 따르면, 선택적 에미터 태양전지가 개시된다. 상기 선택적 에미터 태양전지는, 제1도전형 불순물이 도핑된 기판;
상기 기판 전면에 형성되고, 제2도전형 불순물이 도핑된 고농도 도핑부 및 저농도 도핑부를 포함한 선택적 에미터층;
상기 고농도 도핑부 상에 형성된 제1전극; 및
상기 기판 후면에 형성된 제2전극; 을 포함하고,
상기 제1전극은 상기 1 내지 11 중 어느 하나의 전극일 수 있다.
본 발명은 p-n 접합에 의한 피해를 최소화할 수 있고, 변환효율이 우수한 선택적 에미터 태양전지 전극 및 이를 포함한 태양전지를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 선택적 에미터 태양전지의 구조를 개략적으도 도시한다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
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.
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.
본 명세서에서 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"에서 "내지"는 ≥a이고 ≤b으로 정의한다.
선택적 에미터 태양전지 전극
일 측면에 따른 선택적 에미터 태양전지 전극은 도전성 분말 및 유리 프릿을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납(Pb) 산화물 15 몰% 내지 40 몰%; 텔루륨(Te) 산화물 0.1 몰% 내지 40 몰%; 텅스텐(W) 산화물 0.1 몰% 내지 3 몰%; 및 규소(Si) 산화물 0.1 몰% 내지 25 몰% 미만; 을 포함하고, 납(Pb) 산화물, 텔루륨(Te) 산화물 및 규소(Si) 산화물의 합계 몰수가 75 몰% 이하일 수 있다. 이러한 경우, p-n 접합에 의한 피해를 최소화할 수 있고, 우수한 개방전압, 직렬저항 및/또는 필팩터를 가져 변환효율이 우수할 수 있다.
상술한 전극은 선택적 에미터 태양전지 전극 조성물로부터 형성될 수 있으며, 상기 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함할 수 있다.
도전성 분말
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.
도전성 분말의 입자 형상은 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 사용될 수 있다.
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.
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 3 분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.
도전성 분말의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 도전성 분말은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 60 중량% 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지의 변환효율이 우수하며, 페이스트화가 원활히 이루어질 수 있다. 일 구현예에 따르면, 도전성 분말은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 70 중량% 내지 95 중량%, 다른 구현예에 따르면 80 중량% 내지 95중량%로 포함될 수 있다.
유리 프릿
유리 프릿은 선택적 에미터 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.
유리 프릿은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 납(Pb) 산화물 15 몰% 내지 40 몰%; 텔루륨(Te) 산화물 0.1 몰% 내지 40 몰%; 텅스텐(W) 산화물 0.1 몰% 내지 3 몰%; 및 규소(Si) 산화물 0.1 몰% 내지 25 몰% 미만; 을 포함하고, 납(Pb) 산화물, 텔루륨(Te) 산화물 및 규소(Si) 산화물의 합계 몰수는 75 몰% 이하일 수 있다. 이러한 경우, p-n 접합에 의한 피해를 최소화할 수 있고, 우수한 개방전압, 직렬저항 및/또는 필팩터를 가져 변환효율이 우수할 수 있다.
예를 들어, 유리 프릿은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 납(Pb) 산화물을 20 몰% 내지 40 몰%, 다른 예를 들면 30 몰% 내지 40 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 유리 프릿은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 텔루륨(Te) 산화물을 5 몰% 내지 40 몰%, 다른 예를 들면 10 몰% 내지 40 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 유리 프릿은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 텅스텐(W) 산화물을 0.5 몰% 내지 3 몰%, 다른 예를 들면 1 몰% 내지 3 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 유리 프릿은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 규소(Si) 산화물을 1 몰% 내지 20 몰%, 다른 예를 들면 5 몰% 내지 20 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 유리 프릿은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 납(Pb) 산화물, 텔루륨(Te) 산화물 및 규소(Si) 산화물을 50 몰% 내지 75 몰%, 다른 예를 들면 55 몰% 내지 75 몰%, 또 다른 예를 들면 60 몰% 내지 75 몰%의 합계 몰수로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 아연(Zn), 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), 붕소(B) 및 알루미늄(Al) 중 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 유리 프릿은 비스무스(Bi) 산화물을 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 1 몰% 내지 20 몰%로 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 접촉저항 감소 및 접착강도 증가 효과가 있을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 비스무스(Bi) 산화물을 5 몰% 내지 20 몰%, 다른 구현예에 따르면 10 몰% 내지 20 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예를 들면, 유리 프릿은 리튬(Li) 산화물을 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 1 몰% 내지 20 몰%로 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 개방전압 개선 효과가 있을 수 있다. 일구현예에 따르면, 유리 프릿은 리튬(Li) 산화물을 5 몰% 내지 20 몰%, 다른 구현예에 따르면 5 몰% 내지 15 몰%, 또 다른 구현예에 따르면 10 몰% 내지 15 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예를 들면, 유리 프릿은 마그네슘(Mg) 산화물을 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 0.1 몰% 내지 10 몰%로 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 접촉저항 개선 및 접착강도 증가 효과가 있을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 마그네슘(Mg) 산화물을 1 몰% 내지 10 몰%, 다른 구현예에 따르면 2 몰% 내지 10 몰%, 또 다른 구현예에 따르면 5 몰% 내지 10 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예를 들면, 유리 프릿은 아연(Zn) 산화물을 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 0.1 몰% 내지 10 몰%로 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 접촉저항 개선 효과가 있을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 아연(Zn) 산화물을 1 몰% 내지 10 몰%, 다른 구현예에 따르면 2 몰% 내지 10 몰%, 또 다른 구현예에 따르면 5 몰% 내지 10 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예를 들면, 유리 프릿은 나트륨(Na) 산화물을 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 0.1 몰% 내지 5 몰%로 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 접촉저항 및 필팩터(fill factor: FF) 개선 효과가 있을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 나트륨(Na) 산화물을 0.5 몰% 내지 5 몰%, 다른 구현예에 따르면 1 몰% 내지 5 몰%, 또 다른 구현예에 따르면 2 몰% 내지 5 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예를 들면, 유리 프릿은 붕소(B) 산화물을 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 0.1 몰% 내지 5 몰%로 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 접촉저항 및 FF 개선 효과가 있을 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 붕소(B) 산화물을 0.5 몰% 내지 5 몰%, 다른 구현예에 따르면 1 몰% 내지 5 몰%, 또 다른 구현예에 따르면 2 몰% 내지 5 몰%로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 3 분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.
유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상술한 원소 및/또는 원소의 산화물로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 상술한 원소 및/또는 원소의 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.
유리 프릿의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 유리 프릿은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물의 총 중량 중 0.1 중량% 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, p-n 접합에 의한 피해를 최소화할 수 있고, 우수한 개방전압, 직렬저항 및/또는 필팩터를 가져 변환효율이 우수할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물의 총 중량 중 0.5 중량% 내지 10 중량%, 다른 구현예에 따르면 0.1 중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
유기 비히클
유기 비히클은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있으며, 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.
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.
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.
유기 비히클의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 유기 비히클은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 1 중량% 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 유기 비히클은 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 3 중량% 내지 20 중량%, 다른 구현예에 따르면 1 중량% 내지 15 중량%로 포함될 수 있다.
첨가제
선택적 에미터 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 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있으나, 필요에 따라 그 함량을 변경할 수 있다.
선택적 에미터 태양전지 전극은 상술한 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물을 선택적 에미터층 중 고농도 도핑부 상에 도포, 건조, 소성하여 제조될 수 있다.
선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물의 도포는, 예를 들어 스크린 인쇄, 그라비어 옵셋 공법, 로터리 스크린 인쇄 공법, 리프트 오프법 등의 방법을 사용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물의 건조는, 예를 들어 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃에서 약 10 초 내지 약 60 초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
소성 공정은, 예를 들어 약 400 ℃ 내지 약 950 ℃에서 약 60 초 내지 약 210 초 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
태양전지
또 다른 측면에 따르면, 상술한 선택적 에미터 태양전지 전극을 포함한 태양전지가 제공된다.
상술한 선택적 에미터 태양전지는 제1도전형 불순물이 도핑된 기판; 상기 기판 전면에 형성되고, 제2도전형 불순물이 도핑된 고농도 도핑부 및 저농도 도핑부를 포함한 선택적 에미터층; 상기 고농도 도핑부 상에 형성된 제1전극; 및 상기 기판 후면에 형성된 제2전극; 을 포함하고, 상기 제1전극은 상술한 선택적 에미터 태양전지 전극일 수 있다.
제1도전형과 제2도전형은 서로 다른 타입을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1도전형 불순물이 도핑된 기판이 n형이면 제2도전형 불순물이 도핑된 선택적 에미터층은 p형이고, 제1도전형 불순물이 도핑된 기판이 p형이면 제2도전형 불순물이 도핑된 선택적 에미터층은 n형일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 선택적 에미터층 중 고농도 도핑부의 면저항이 저농도 도핑부의 면저항보다 더 작을 수 있다. 예를 들어, 고농도 도핑부의 면저항은 50 Ω/sq. 내지 100 Ω/sq.이고, 저농도 도핑부의 면저항은 85 Ω/sq. 내지 170 Ω/sq.일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 제1전극은 전면 전극이고, 제2전극은 후면 전극일 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제1전극은 후면 전극이고, 제1전극은 전면 전극일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 선택적 에미터 태양전지(100)의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 선택적 에미터 태양전지(100)는 p형(또는 n형) 기판(11), n형(또는 p형) 선택적 에미터층(12), 후면 전극(21) 및 전면 전극(23)을 포함할 수 있다. 선택적 에미터층(12)은 저농도 도핑부(12a)와 고농도 도핑부(12b)를 포함할 수 있다.
선택적 에미터 태양전지(100)는, 예를 들어 선택적 에미터층(12) 중 고농도 도핑부(12b) 전면에 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃에서 약 10 초 내지 약 60 초 동안 건조하여 전면 전극(23)을 위한 사전 준비단계를 수행하고, 알루미늄 페이스트를 기판(10) 후면에 인쇄한 후 약 200 ℃ 내지 약 400 ℃에서 약 10 초 내지 약 60 초 동안 건조하여 후면 전극(21)을 위한 사전 준비 단계를 수행하고, 약 400 ℃ 내지 약 950 ℃에서 약 60 초 내지 약 210 초 동안 소성하여 제조될 수 있다.
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.
실시예
실시예 1
바인더 수지로서 에틸셀룰로오스(STD4, Dow chemical社) 2 중량부를 용매인 터핀올(Nippon Terpine社) 6.5 중량부에 60 ℃에서 충분히 용해한 후, 평균 입경이 2.0 ㎛인 구형의 은 분말(AG-4-8F, Dowa Hightech社) 90 중량부, 평균 입경이 2.0 ㎛인 하기 표 1의 유리 프릿 A 1.5 중량부를 투입하여 골고루 믹싱한 후, 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
p형 반도체 기판의 일면에 5족 원소인 P를 포함하는 도핑 페이스트(Honeywell社)로 폴리 380 메쉬(mesh)를 이용하여 5 ㎛ 두께로 1차 도핑하여 전극패턴부를 형성한 후, 이를 300 ℃에서 5 분간 열처리하여 건조하였다. 상기 기판을 850 ℃ 디퓨젼 소성로(diffusion furnace)에서 POCl3 가스를 주입하여 2차 도핑하여 선택적 에미터층을 제조하였다. 2차 도핑이 완료된 기판은 HF를 이용하여 기판 표면 상 PSG(phosphersilicate glass)를 제거한 후, PECVD를 이용하여 표면에 SiN 코팅하여 반사방지막을 형성하였다. 이후, 상기 기판 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 300 ℃에서 30 초 동안 건조하여 후면 전극을 형성하고, 상기 제조한 선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물을 상기 전극패턴부 위에 baccini printer로 정렬 인쇄한 후 300 ℃에서 30 초 동안 건조하여 전면 전극을 형성하였다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 640 ℃ 내지 700 ℃ 사이에서 45 초 동안 소성하여 태양전지 셀을 제조하였다.
실시예 2 내지 8 및 비교예 1 내지 4
선택적 에미터 태양전지 전극 형성용 조성물 제조시 유리 프릿 A 대신 하기 표 1에 기재된 유리 프릿 B 내지 L을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 태양전지 셀을 제조하였다.
(단위: 몰%)
PbO Bi2O3 TeO2 Li2O MgO ZnO WO3 SiO2 Na2O B2O3 PbO+TeO2+SiO2
유리 프릿 A 20 9 28 14 - 7 2 20 - - 68
유리 프릿 B 16 7 36 16 3 6 1 15 - - 67
유리 프릿 C 20 8 29 14 - 6 1 19 3 - 68
유리 프릿 D 22 10 32 15 - 7 1 11 2 - 65
유리 프릿 E 40 18 32 3 - 1 3 2 1 - 74
유리 프릿 F 30 11 15 18 10 3 3 10 - - 55
유리 프릿 G 25 9 39 9 - 6 3 5 4 - 69
유리 프릿 H 24 8 35 7 - 5 2 16 2 1 75
유리 프릿 I 25 7 36 13 9 1 9 - - - 61
유리 프릿 J 20 10 27 17 9 2 15 - - - 47
유리 프릿 K 24 7 46 12 5 - 4 2 - - 72
유리 프릿 L 23 6 28 9 - 5 3 25 3 - 76
평가예: 전기적 특성 평가
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 및 4에서 제조한 태양전지 셀에 대하여 태양전지 효율 측정 장비(Halm, Fortix tech社)를 사용하여 개방전압(Voc, 단위: mV), 직렬저항(Rs, 단위: Ω), 필팩터(FF, 단위: %) 및 변환효율(Eff., 단위: %)를 측정하고, 웨이퍼 내에서 금속 이온의 이동도 및 확산속도를 가늠할 수 있는 지표로서 Suns-Voc 장비(Sinton社)를 사용하여 누설전류(Jo2, 단위: nA/cm2)를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다. 측정된 Jo2 값이 낮을수록 금속 이온의 이동도 및 확산속도가 낮은 것을 의미한다.
사용된 유리 프릿 Voc(V) Rs(ohm) FF(%) Eff.(%) Jo2(nA/cm2)
실시예 1 유리 프릿 A 0.6806 0.00308 78.58 21.71 7.41
실시예 2 유리 프릿 B 0.6796 0.00303 78.68 21.75 6.81
실시예 3 유리 프릿 C 0.6806 0.00312 78.43 21.68 7.82
실시예 4 유리 프릿 D 0.6760 0.00297 78.73 21.61 6.26
실시예 5 유리 프릿 E 0.6809 0.0028 78.72 21.69 7.83
실시예 6 유리 프릿 F 0.0682 0.00287 78.83 21.76 7.85
실시예 7 유리 프릿 G 0.0680 0.00274 78.70 21.65 7.88
실시예 8 유리 프릿 H 0.0681 0.00272 78.80 21.72 7.55
비교예 1 유리 프릿 I 0.6772 0.00315 78.40 21.51 8.03
비교예 2 유리 프릿 J 0.6775 0.00320 78.23 21.52 8.56
비교예 3 유리 프릿 K 0.6770 0.00307 78.48 21.57 8.35
비교예 4 유리 프릿 L 0.6755 0.00299 78.51 21.54 8.74
상기 표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 유리 프릿을 포함한 전극을 갖는 실시예 1 내지 8의 선택적 에미터 태양전지는 그렇지 않은 비교예 1 내지 4에 비해 우수한 개방전압, 직렬저항 및/또는 필팩터를 가져 변환효율이 우수하고, Jo2가 낮아 p-n 접합에 의한 피해가 적은 것을 알 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 (12)

  1. 도전성 분말 및 유리 프릿을 포함하고,
    상기 유리 프릿은,
    납(Pb) 산화물 15 몰% 내지 40 몰%;
    텔루륨(Te) 산화물 0.1 몰% 내지 40 몰%;
    텅스텐(W) 산화물 0.1 몰% 내지 3 몰%; 및
    규소(Si) 산화물 0.1 몰% 내지 25 몰% 미만; 을 포함하고,
    납(Pb) 산화물, 텔루륨(Te) 산화물 및 규소(Si) 산화물의 합계 몰수가 75 몰% 이하인, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 비스무스(Bi), 리튬(Li), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 아연(Zn), 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), 붕소(B) 및 알루미늄(Al) 중 1종 이상의 원소를 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 비스무스(Bi) 산화물을 1 몰% 내지 20 몰%로 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 리튬(Li) 산화물을 1 몰% 내지 20 몰%로 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 마그네슘(Mg) 산화물을 0.1 몰% 내지 10 몰%로 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 아연(Zn) 산화물을 0.1 몰% 내지 10 몰%로 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 나트륨(Na) 산화물을 0.1 몰% 내지 5 몰%로 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 붕소(B) 산화물을 0.1 몰% 내지 5 몰%로 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 도전성 분말, 상기 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함한 조성물로부터 형성되는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조성물은
    상기 도전성 분말 60 중량% 내지 95 중량%;
    상기 유리 프릿 0.1 중량% 내지 20 중량%; 및
    상기 유기 비히클 1 중량% 내지 30 중량%; 를 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제 중 1종 이상을 더 포함하는, 선택적 에미터 태양전지 전극.
  12. 제1도전형 불순물이 도핑된 기판;
    상기 기판 전면에 형성되고, 제2도전형 불순물이 도핑된 고농도 도핑부 및 저농도 도핑부를 포함한 선택적 에미터층;
    상기 고농도 도핑부 상에 형성된 제1전극; 및
    상기 기판 후면에 형성된 제2전극; 을 포함하고,
    상기 제1전극은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 전극인, 선택적 에미터 태양전지.
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