KR20210094380A - Glass frit and electrode paste composition for solar cell comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a glass frit and a paste composition for a solar cell electrode comprising the same.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 천연 에너지 자원의 고갈이 예측되고 화력 발전에 대한 환경 문제, 원자력 발전에 대한 안전성 문제가 제기되면서 이들을 대체할 태양광, 태양열, 풍력 등 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 발전은 무궁한 태양 에너지 자원을 활용할 수 있고 환경 친화적이라는 점에서 최근 많은 연구 개발이 이루어지고 현장에 설치, 운용되고 있다. Recently, as the depletion of existing natural energy resources such as oil and coal is predicted and environmental problems related to thermal power generation and safety issues related to nuclear power generation have been raised, interest in renewable energy such as solar power, solar heat and wind power to replace them is increasing. . Among them, solar power generation has recently undergone a lot of research and development in that it can utilize infinite solar energy resources and is environmentally friendly, and has been installed and operated in the field.
태양광 발전을 위한 태양광 발전 장치는 다수의 태양전지 모듈(패널)을 포함하고, 태양전지 모듈은 복수의 태양전지(solar cell)로 이루어진다.A photovoltaic device for photovoltaic power generation includes a plurality of solar cell modules (panels), and the solar cell module includes a plurality of solar cells.
태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자로서, 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지로 구분되며, 이 중 실리콘 태양전지가 많이 사용되고 있다.A solar cell is a semiconductor device that converts solar light energy into electrical energy, and is largely divided into a silicon solar cell and a compound semiconductor solar cell according to raw materials, and among them, a silicon solar cell is widely used.
실리콘 태양전지는 실리콘 웨이퍼에 P-N 접합을 형성시키고 내부의 전자가 외부로 흐를 수 있도록 실리콘 웨이퍼의 전면과 후면에 각각 전면전극 및 후면전극을 형성하여 이루어진다. 이러한 태양전지에 빛이 조사되면 광전효과에 의해 실리콘 웨이퍼 내에 자유전자가 발생하며, P-N 접합에 의해 전자가 N형 반도체로 이동하고 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 전극을 통해 외부 회로로 흘러 전류가 발생한다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 표면에는 반사 방지막이 형성되어 조사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 태양광이 전기 에너지로 변환되는 변환 효율을 향상시킬 수 있다. A silicon solar cell is formed by forming a P-N junction on a silicon wafer and forming front and back electrodes on the front and back surfaces of the silicon wafer, respectively, so that electrons inside can flow to the outside. When light is irradiated to these solar cells, free electrons are generated in the silicon wafer by the photoelectric effect, and electrons move to the N-type semiconductor by the P-N junction and flow to an external circuit through the electrodes formed on the surface of the silicon wafer, thereby generating a current. In addition, an antireflection film is formed on the surface of the silicon wafer to reduce reflection loss of irradiated sunlight, thereby improving conversion efficiency of sunlight into electrical energy.
태양전지의 전극은 실리콘 웨이퍼의 일면에 도전성 페이스트가 도포되어 형성된다. 도전성 페이스트(이하, 태양전지 전극용 페이스트) 조성물은 도전성 분말, 글라스 프릿(glass frit) 및 유기 비히클(organic vehicle)을 포함하며, 태양전지 전극용 페이스트를 도포한 후 소성하는 과정에서 글라스 프릿이 반사 방지막의 소정 부분을 분해 및 제거하여 실리콘 웨이퍼와 부착됨으로써 양자를 도통시킨다. 이와 같이 실리콘 웨이퍼와 전극을 접착시키는 방법을 소성 관통(fire-through) 이라 부른다. The electrode of the solar cell is formed by coating a conductive paste on one surface of a silicon wafer. The conductive paste (hereinafter, paste for solar cell electrode) composition includes conductive powder, glass frit, and an organic vehicle, and the glass frit is reflected during the firing process after applying the solar cell electrode paste. By disassembling and removing a predetermined portion of the barrier film and attaching it to the silicon wafer, both are electrically connected. This method of bonding the silicon wafer and the electrode is called fire-through.
태양전지의 변환 효율은 소성 관통에 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 소성 관통이 과도하게 진행되면 전극이 실리콘 웨이퍼 내부에 침식되어 전지의 열화를 초래할 수 있고, 소성 관통이 불충분하게 진행되면 태양 전지로서의 기본 성능이 저하될 수 있다. The conversion efficiency of a solar cell can be affected by plastic penetration. For example, if the plastic penetration proceeds excessively, the electrode may be eroded inside the silicon wafer to cause deterioration of the cell, and if the plastic penetration proceeds insufficiently, the basic performance as a solar cell may be deteriorated.
한편, 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 글라스 프릿으로 기존 일반용 유리를 사용하는 경우, 자외선 대역에서의 광자 흡수율에 비해 가시광선 대역에서의 광자 흡수율(photon absorption ratio)이 상대적으로 낮다. 따라서, 태양전지의 변환 효율을 증가시키기 위하여는 전체적인 광자 흡수율을 올리면서도 특히 가시광선 대역에서의 광자 흡수율을 높일 필요가 있다.On the other hand, when conventional glass is used as the glass frit of the paste composition for solar cell electrodes, the photon absorption ratio in the visible ray band is relatively low compared to the photon absorptivity in the ultraviolet band. Therefore, in order to increase the conversion efficiency of the solar cell, it is necessary to increase the photon absorptivity especially in the visible ray band while increasing the overall photon absorptivity.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가시광선 대역에서의 광자 흡수율을 증가시켜 태양전지의 변환 효율을 향상시킬 수 있는 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, to provide a glass frit capable of improving the conversion efficiency of a solar cell by increasing the photon absorption rate in the visible light band, and a paste for a solar cell electrode comprising the same has its purpose in
또한, 본 발명은 변환 효율을 증가시키면서도 실리콘 웨이퍼와의 부착력이 우수한 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트를 제공하는 데에 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a glass frit excellent in adhesion to a silicon wafer while increasing conversion efficiency and a paste for a solar cell electrode including the same.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 태양전지 전극용 페이스트에 사용되는 글라스 프릿으로서, PbO, Bi2O3, TeO2, SiO2 및 B2O3를 포함하는 제1 글라스 프릿 및 SiO2, B2O3, ZnO, TeO2 및 Pb 산화물을 포함하고 도펀트를 더 포함하는 제2 글라스 프릿을 포함한다.A glass frit according to an embodiment of the present invention is a glass frit used in a paste for a solar cell electrode, and a first glass frit containing PbO, Bi 2 O 3 , TeO 2 , SiO 2 and B 2 O 3 and SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO, TeO 2 and a second glass frit comprising a Pb oxide and further comprising a dopant.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿의 도펀트는 Fe3O4, MnO2, CuO, WO3 및 V2O5 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dopant of the second glass frit may include at least one of Fe 3 O 4 , MnO 2 , CuO, WO 3 , and V 2 O 5 .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 글라스 프릿은 PbO 15 내지 30 mol%, Bi2O3 15 내지 25 mol%, TeO2 25 내지 35 mol% 및 SiO2와 B2O3의 합 10 내지 25 mol%를 포함할 수 있다. 또한, 제2 글라스 프릿은 SiO2, B2O3 및 ZnO의 합 10 내지 25 mol%, TeO2 15 내지 30 mol%, Pb 산화물 30 내지 45 mol% 및 도펀트 5 내지 20 mol%를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first glass frit includes 15 to 30 mol% of PbO, 15 to 25 mol% of Bi 2 O 3 , 25 to 35 mol% of TeO 2 and 10 to 10 to the sum of SiO 2 and B 2 O 3 25 mol%. In addition, the second glass frit may include 10 to 25 mol% of a sum of SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO, 15 to 30 mol% of TeO 2 , 30 to 45 mol% of Pb oxide, and 5 to 20 mol% of a dopant. there is.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 글라스 프릿은 ZnO, Al2O3, WO3, CuO, Li2O 및 Na2O 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first glass frit may further include at least one of ZnO, Al 2 O 3 , WO 3 , CuO, Li 2 O, and Na 2 O.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿에서 도펀트에 대한 SiO2, B2O3 및 ZnO 합의 몰비는 0.5 내지 4일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the molar ratio of the sum of SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO to the dopant in the second glass frit may be 0.5 to 4.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿은 알칼리 산화물 및 Ag 산화물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 글라스 프릿의 Pb 산화물은 PbO 및 Pb3O4 중 하나 이상을 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the second glass frit may further include at least one of an alkali oxide and an Ag oxide. In addition, the Pb oxide of the second glass frit may include at least one of PbO and Pb 3 O 4 .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 글라스 프릿에 대한 제2 글라스 프릿의 중량비는 0.1 내지 0.4일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the second glass frit to the first glass frit may be 0.1 to 0.4.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 전극용 페이스트는 도전성 분말, 글라스 프릿 및 유기 비이클을 포함한다. 여기에서, 글라스 프릿은 PbO, Bi2O3, TeO2, SiO2 및 B2O3를 포함하는 제1 글라스 프릿 및 SiO2, B2O3, ZnO, TeO2 및 Pb 산화물을 포함하고 도펀트를 더 포함하는 제2 글라스 프릿을 포함한다.The paste for a solar cell electrode according to an embodiment of the present invention includes a conductive powder, a glass frit, and an organic vehicle. Here, the glass frit includes a first glass frit including PbO, Bi 2 O 3 , TeO 2 , SiO 2 and B 2 O 3 , and SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO, TeO 2 and Pb oxide, and includes a dopant and It includes a second glass frit further comprising a.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일반 글라스 프릿과 도펀트를 포함하는 도핑 글라스 프릿을 혼합한 글라스 프릿으로 태양전지 전극용 페이스트를 구성함으로써 가시광선 대역을 포함한 모든 주파수 대역에서 높은 광자 흡수율을 지니도록 하여 변환 효율을 향상시킬 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a paste for solar cell electrodes is composed of a glass frit that is a mixture of a general glass frit and a doped glass frit containing a dopant, so that it has a high photon absorption rate in all frequency bands including the visible ray band. The conversion efficiency can be improved.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 변환 효율을 향상시키면서도 우수한 부착력을 얻을 수 있어, 태양전지용 전극의 공정 수율이 증가될 수 있고 내구도 역시 향상될 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, excellent adhesion can be obtained while improving conversion efficiency, so that the process yield of the solar cell electrode can be increased and durability can also be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도펀트를 포함하지 않는 일반 글라스와 도펀트를 포함하는 도핑 글라스의 주파수 대역별 광자 흡수율을 나타내는 그래프이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing photon absorptivity for each frequency band of a normal glass that does not contain a dopant and a doped glass that includes a dopant.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분의 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail enough to be easily implemented by a person skilled in the art to which the present invention pertains. In order to clearly explain the present invention, descriptions of parts not related to the present invention will be omitted.
태양전지의 구조Solar cell structure
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 태양전지(100)는 실리콘 웨이퍼(110)와, 실리콘 웨이퍼(110)의 전면과 후면에 각각 형성되는 전면전극(130) 및 후면전극(140)을 포함한다. 또한, 태양전지(100)는 실리콘 웨이퍼(110)와 전면전극(130) 사이에 형성되는 반사 방지막(120)을 더 포함한다.Referring to FIG. 1 , a
실리콘 웨이퍼(110)는 P형 반도체(111)와 N형 반도체(113)를 포함한다. P형 반도체(111)는 실리콘에 P형 불순물로서 B, Ga, In 등의 3족 원소가 도핑될 수 있고, N형 반도체(113)는 실리콘에 N형 불순물로서 P, As, Sb 등의 5족 원소가 도핑될 수 있다. P형 반도체(111)와 N형 반도체(113) 사이에는 P-N 접합이 형성되고, P-N 접합에 빛이 입사되면 광전효과에 의해 발생하는 자유전자가 N형 반도체(113)로 이동하여 광기전력이 발생할 수 있다.The
반사 방지막(120)은 실리콘 웨이퍼(110)의 N형 반도체(113) 상에 형성되어, 실리콘 웨이퍼(110)의 전면으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시키고, 절연층으로 기능하며, 또한 실리콘 웨이퍼(110) 표면 또는 내부에 존재하는 결함을 비활성화시키는 역할을 수행할 수 있다. 반사 방지막(120)에 의해 입사되는 빛의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달하는 광량이 증대되고, 이에 따라 태양전지(100)의 단락전류가 증가하여 태양전지(100)의 변환 효율이 향상될 수 있다. 반사 방지막(120)은 예를 들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막 중 어느 하나로 이루어지거나 둘 이상이 적층된 다층막으로 이루어질 수 있으며, 이들 외에 공지의 조성을 갖는 막으로 이루어질 수도 있다.The
태양전지(100)의 전면전극(130)은 광전효과에 의해 발생하여 N형 반도체(113)로 이동하는 전자를 수집하고 외부로 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 전면전극(130)은 실리콘 웨이퍼(110)의 전면에 형성되며, 도시된 바와 같이 반사 방지막(120)을 관통하여 실리콘 웨이퍼(110)의 N형 반도체(113)와 접속하는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 전면전극(130)은 반사 방지막(120) 상에 전극용 페이스트를 도포한 후 소성을 통해 반사 방지막(120)을 에칭하여 페이스트 조성물을 반사 방지막(120) 내로 침투시킴으로써 실리콘 웨이퍼(110)의 N형 반도체(113)와 접속하도록 형성할 수 있다.The
실리콘 웨이퍼(110)의 후면, 즉 전면전극(130)이 형성된 면의 반대면에는 후면전극(140)이 형성되며, 후면전극(140)과 실리콘 웨이퍼(110)의 경계면에 후면 전계층(150)이 형성될 수 있다. 후면전극(140)은 알루미늄을 포함하는 도전성 페이스트 조성물로 형성될 수 있으며, 후면전극(140)을 형성하는 과정에서 알루미늄이 실리콘 웨이퍼(110)의 후면을 통해 확산되어 후면 전계층(150)이 형성될 수 있다. 후면 전계층(150)은 캐리어가 실리콘 웨이퍼(110)의 후면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 태양전지(100)의 변환 효율이 향상될 수 있다.A
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지의 전극용 페이스트 조성물은 특정 조성의 글라스 프릿을 사용함으로써 상술한 본 발명 본연의 효과를 달성할 수 있는바, 이하에서는 태양전지 전극용 페이스트 조성물과 이에 사용되는 글라스 프릿에 대해 상세히 설명한다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the paste composition for an electrode of a solar cell can achieve the above-mentioned effects of the present invention by using a glass frit of a specific composition. Hereinafter, the paste composition for a solar cell electrode and The glass frit used for this will be described in detail.
태양전지 전극용 페이스트 조성물Paste composition for solar cell electrode
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 전극용 페이스트는 도전성 분말, 글라스 프릿 및 유기 비이클을 포함한다.The paste for a solar cell electrode according to an embodiment of the present invention includes a conductive powder, a glass frit, and an organic vehicle.
태양전지 전극용 페이스트 조성물의 도전성 분말은 페이스트 조성물에 전기적 특성을 부여하기 위한 것으로서, 본 실시예에 따르면 도전성 분말로 Ag 분말을 사용할 수 있다. Ag 분말은 전체 페이스트 조성물을 기준으로 80 내지 90 중량% 포함될 수 있다. 은 분말은 나노 사이즈 내지 마이크로 사이즈의 입경을 가질 수 있으며, 2 이상의 다른 입경을 갖는 Ag 분말을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.The conductive powder of the paste composition for solar cell electrodes is for imparting electrical properties to the paste composition, and according to this embodiment, Ag powder may be used as the conductive powder. Ag powder may be included in an amount of 80 to 90% by weight based on the total paste composition. The silver powder may have a particle size of nano to micro size, and it is also possible to mix and use Ag powder having two or more different particle sizes.
태양전지 전극용 페이스트 조성물의 글라스 프릿은 태양전지 전극용 페이스트의 소성 공정 중 반사 방지막(120)을 에칭하여 페이스트와 실리콘 웨이퍼(110)를 접촉시키는 역할을 수행한다. 본 실시예에 따르면, 글라스 프릿은 전체 페이스트 조성물을 기준으로 0.5 내지 5 중량% 만큼 포함될 수 있다. The glass frit of the paste composition for a solar cell electrode etches the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 글라스 프릿은 도펀트를 포함하지 않은 글라스 프릿(이하, 메인 글라스 프릿)와 도펀트를 포함하는 글라스 프릿(이하, 도핑 글라스 프릿)을 혼합하여 형성된다. 도펀트는 화학 물질이 원래 가지고 있는 전기적 또는 광학적 특성을 바꾸기 위해 의도적으로 주입되는 불순물 원소의 흔적으로서, 도핑 글라스는 일반 글라스와 전기적 또는 광학적으로 다른 특성을 지니게 된다.According to an embodiment of the present invention, the glass frit is formed by mixing a glass frit that does not contain a dopant (hereinafter, a main glass frit) and a glass frit that includes a dopant (hereinafter, a doped glass frit). A dopant is a trace of an impurity element intentionally injected to change the original electrical or optical properties of a chemical material, and the doped glass has electrical or optical properties different from those of general glass.
본 발명의 일 실시예에서는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 구성하는 글라스 프릿으로 메인 글라스 프릿과 도핑 글라스 프릿을 혼합하여 사용함으로써 태양전지 전극 특성을 향상시킬 수 있다. 이하, 메인 글라스 프릿을 제1 글라스 프릿으로, 도핑 글라스 프릿을 제2 글라스 프릿으로 지칭하여 설명한다.In an embodiment of the present invention, the characteristics of the solar cell electrode can be improved by mixing and using the main glass frit and the doped glass frit as the glass frit constituting the paste composition for the solar cell electrode. Hereinafter, the main glass frit will be referred to as a first glass frit and the doped glass frit will be referred to as a second glass frit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 글라스 프릿은 PbO, Bi2O3, TeO2를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the first glass frit includes PbO, Bi 2 O 3 , and TeO 2 .
PbO는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 의한 반사 방지막의 에칭 성능을 증가시키기 위한 것으로, 반사 방지막을 에칭하고 이를 관통하는 소성 관통 공정이 쉽게 일어날 수 있도록 하고 반사 방지막에 침투하여 전극이 실리콘 웨이퍼와 접속할 수 있도록 한다. 본 실시예에 따르면, 제1 글라스 프릿은 PbO를 15 내지 30 mol% 포함할 수 있다.PbO is intended to increase the etching performance of the anti-reflection film by the paste composition for solar cell electrodes. It etches the anti-reflection film and allows the firing process to pass through it easily, and penetrates the anti-reflection film so that the electrode can connect with the silicon wafer. let it be According to this embodiment, the first glass frit may contain 15 to 30 mol% of PbO.
Bi2O3는 글라스의 연화점을 저하시키는 성분으로, 본 실시예에 따르면 높은 전기적 특성을 얻으면서도 연화점을 충분히 낮게 하기 위하여 제1 글라스 프릿은 Bi2O3를 15 내지 25 mol% 포함한다.Bi 2 O 3 is a component that lowers the softening point of the glass, and according to the present embodiment, the first glass frit contains 15 to 25 mol % of Bi 2 O 3 in order to sufficiently lower the softening point while obtaining high electrical properties.
TeO2는 태양전지 전면 전극용 페이스트 소성 시 페이스트와 반사 방지막 사이의 반응성을 조절하여 과도한 에칭을 방지하기 위한 것으로, 본 실시예에 따르면 제1 글라스 프릿은 TeO2를 25 내지 35mol% 포함할 수 있다.TeO 2 is to prevent excessive etching by controlling the reactivity between the paste and the anti-reflection film during firing of the paste for the front electrode of the solar cell. According to this embodiment, the first glass frit may contain 25 to 35 mol% of TeO 2 . .
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 글라스 프릿은 SiO2 및 B2O3를 더 포함한다. SiO2는 글라스 용융 시 결정화를 제어하고 글라스를 안정화시키며 팽창 계수를 저하시키는 성분이며, B2O3는 글라스의 연화점과 팽창 계수를 낮추기 위한 성분으로서, 본 실시예에 따르면 SiO2와 B2O3의 합은 제1 글라스 프릿을 기준으로 10 내지 25 mol%일 수 있다.The first glass frit according to an embodiment of the present invention further includes SiO 2 and B 2 O 3 . SiO 2 is a component that controls crystallization when melting the glass, stabilizes the glass, and lowers the expansion coefficient, and B 2 O 3 is a component for lowering the softening point and expansion coefficient of the glass. According to this embodiment, SiO 2 and B 2 O The sum of 3 may be 10 to 25 mol% based on the first glass frit.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 글라스 프릿은 이 밖에 ZnO, Al2O3, WO3, CuO, Li2O, Na2O 등의 잔부 산화물을 더 포함할 수 있다. 이들 잔부 산화물은 제1 글라스 프릿을 기준으로 5 내지 15 mol% 포함될 수 있다.The first glass frit according to an embodiment of the present invention may further include residual oxides such as ZnO, Al 2 O 3 , WO 3 , CuO, Li 2 O, Na 2 O, and the like. These residual oxides may be included in an amount of 5 to 15 mol% based on the first glass frit.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿은 SiO2, B2O3 및 ZnO을 주성분으로 하며, Pb 산화물과 TeO2를 더 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the second glass frit has SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO as main components, and further includes Pb oxide and TeO 2 .
SiO2, B2O3 및 ZnO는 글라스 형성제로서 기능하는 것으로, SiO2는 글라스 용융 시 결정화를 제어하고 글라스를 안정화시키며 팽창 계수를 저하시키는 성분이고, B2O3는 글라스의 연화점과 팽창 계수를 낮추기 위한 성분이며, ZnO는 글라스의 연화점을 낮춤과 동시에 화학적 내구성을 향상시키는 기능을 한다. 본 실시예에 따르면, SiO2, B2O3 및 ZnO의 합은 제2 글라스 프릿을 기준으로 10 내지 25 mol%일 수 있으며, 이를 통해 유리 성형성을 향상시킬 수 있다.SiO 2, B 2 O 3 and ZnO function as a glass former. SiO 2 is a component that controls crystallization during melting of the glass, stabilizes the glass, and lowers the expansion coefficient, and B 2 O 3 is the softening point and expansion of the glass. It is a component to lower the modulus, and ZnO functions to lower the softening point of the glass and improve the chemical durability at the same time. According to the present embodiment, the sum of SiO 2 , B 2 O 3 , and ZnO may be 10 to 25 mol% based on the second glass frit, thereby improving glass formability.
Pb 산화물은 PbO 및 Pb3O4 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으며, 제2 글라스 프릿을 기준으로 30 내지 45 mol%가 포함될 수 있다.The Pb oxide may include at least one of PbO and Pb 3 O 4 , and may include 30 to 45 mol% based on the second glass frit.
TeO2는 제2 글라스 프릿을 기준으로 15 내지 30 mol%가 포함될 수 있으며, 이를 통해 과잉 에칭을 방지하여 전지 특성의 열화 및 션트(Shunt)의 발생을 방지할 수 있다.TeO 2 may be included in 15 to 30 mol% based on the second glass frit, thereby preventing excessive etching, thereby preventing deterioration of battery characteristics and occurrence of shunts.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿은 알칼리 산화물 및 Ag 산화물 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the second glass frit may further include at least one of an alkali oxide and an Ag oxide.
알칼리 산화물은 계면 반응 시 안전성을 향상시키고 실리콘 웨이퍼와 페이스트 사이의 부착력을 더욱 강화시킬 수 있다. 알칼리 산화물은 Li2O, Na2O, K2O 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제2 글라스 프릿을 기준으로 1 내지 10 mol% 포함될 수 있다.Alkali oxide can improve the safety during interfacial reaction and further strengthen the adhesion between the silicon wafer and the paste. The alkali oxide may include at least one of Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O, and may be included in an amount of 1 to 10 mol% based on the second glass frit.
Ag 산화물은 전도성을 향상시키기 위한 성분으로서, 소성 공정 동안 페이스트 조성물의 도전성 분말(Ag 분말)과의 소결성을 향상시킬 뿐만 아니라 Ag 고용성을 증가시켜 더욱 많은 Ag 석출물을 얻을 수 있게 한다. 즉, Ag 산화물은 Ag 석출량을 증대시킴으로써 전도성을 향상시키고 필 팩터(FF; fill factor)를 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, Ag 산화물은 글라스의 전이점을 낮추어 저온 소성 특성을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 따르면, Ag 산화물은 Ag2O일 수 있으며, 제2 글라스 프릿을 기준으로 1 내지 10 mol%가 포함될 수 있다.Ag oxide is a component for improving conductivity, and not only improves the sinterability of the paste composition with the conductive powder (Ag powder) during the firing process, but also increases Ag solubility to obtain more Ag precipitates. That is, Ag oxide may improve conductivity and improve a fill factor (FF) by increasing the amount of Ag precipitation. In addition, Ag oxide lowers the transition point of the glass to improve low-temperature firing properties. According to this embodiment, Ag oxide may be Ag 2 O, and may be included in an amount of 1 to 10 mol% based on the second glass frit.
Pb 산화물, TeO2, 알칼리 산화물 및 Ag 산화물은 글라스 수식제로 기능하고 경우에 따라 글라스 형성제로도 기능함으로써, 태양전지의 변환 효율을 향상시키는 역할을 한다. Pb oxide, TeO 2 , alkali oxide and Ag oxide function as a glass modifier and in some cases also function as a glass former, thereby improving the conversion efficiency of the solar cell.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿은 상술한 조성에 도펀트를 추가로 포함하여 이루어진다. According to an embodiment of the present invention, the second glass frit is formed by further including a dopant in the composition described above.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 글라스 프릿에 포함되는 도펀트는 Fe3O4, MnO2, CuO, WO3 및 V2O5 중 적어도 하나를 포함하여 이루어질 수 있으며, 제2 글라스 프릿을 기준으로 5 내지 20 mol%가 포함될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the dopant included in the second glass frit may include at least one of Fe 3 O 4 , MnO 2 , CuO, WO 3 and V 2 O 5 , and 5 to 20 mol% may be included as a basis.
제2 글라스 프릿 내에서 도펀트와 주성분, 즉 SiO2, B2O3 및 ZnO은 소정의 비율을 가질 수 있다. 예를 들어, 도펀트에 대한 SiO2, B2O3 및 ZnO 합의 몰비는 바람직하게는 0.5 내지 4일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.5일 수 있다.In the second glass frit, the dopant and main components, that is, SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO may have a predetermined ratio. For example, the molar ratio of the sum of SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO to the dopant may be preferably 0.5 to 4, more preferably 1.5 to 3.5.
제2 글라스 프릿은 도펀트를 포함함으로써 전기적 특성을 향상시킬 수 있으며, 이를 제1 글라스 프릿과 혼합하여 사용함으로써 후술하는 바와 같이 변환 효율을 향상시키면서도 우수한 부착력을 얻는 효과를 얻을 수 있다.The second glass frit can improve electrical properties by including a dopant, and by mixing it with the first glass frit, it is possible to obtain an effect of improving conversion efficiency and obtaining excellent adhesion as described later.
도 2는 도펀트를 포함하지 않는 일반 글라스와 도펀트를 포함하는 도핑 글라스의 주파수 대역별 광자 흡수율을 나타내는 그래프로서, 도 2를 참조하면 도핑 글라스는 자외선 대역(~380nm)에서는 일반 글라스와 유사한 수준의 높은 광자 흡수율을 보이지만, 가시광선 대역(380~780 nm)에서는 훨씬 높은 광자 흡수율을 보인다. FIG. 2 is a graph showing photon absorption rates for each frequency band of a general glass that does not contain a dopant and a doped glass containing a dopant. Referring to FIG. Although it shows photon absorptivity, it shows much higher photon absorptivity in the visible light band (380~780 nm).
일반 글라스는 가시광선 대역에서 넓은 밴드갭(band gap)을 가져 자외선 대역에서만 우수한 광자 흡수율을 보이는 반면에, 도핑 글라스는 일반 글라스와 달리 자외선 대역과 가시광선 대역에서 모두 좁은 밴드갭을 가져 자외선 대역 뿐만 아니라 가시광선 대역에서도 높은 광자 흡수율을 보인다. 이에 따라, 글라스 프릿이 도펀트를 포함함으로써 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.Ordinary glass has a wide band gap in the visible ray band and shows excellent photon absorption only in the ultraviolet band, whereas doped glass has a narrow band gap in both the ultraviolet band and the visible ray band, unlike general glass, It also shows a high photon absorption rate even in the visible light band. Accordingly, since the glass frit includes a dopant, electrical properties may be improved.
본 발명의 일 실시예에서 따르면, 상술한 제1 글라스 프릿과 제2 글라스 프릿을 혼합하여 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 글라스 프릿을 구성함으로써 메인 글라스의 특성에 추가로 자외선 대역은 물론 가시광선 대역에서도 높은 광자 흡수율을 보이는 도핑 글라스의 특성을 확보할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by mixing the above-described first glass frit and the second glass frit to form a glass frit of the paste composition for a solar cell electrode, in addition to the characteristics of the main glass, in addition to the characteristics of the main glass, in the ultraviolet band as well as the visible light band It is possible to secure the properties of the doped glass showing a high photon absorption rate.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 제1 글라스 프릿과 제2 글라스 프릿은 소정의 비율로 혼합될 수 있다. 예컨대, 제1 글라스 프릿에 대한 제2 글라스 프릿의 중량비는 바람직하게는 0.05 내지 0.45일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제1 글라스 프릿에 대한 제2 글라스 프릿의 중량비는 0.1 내지 0.4일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first glass frit and the second glass frit of the paste composition for a solar cell electrode may be mixed in a predetermined ratio. For example, the weight ratio of the second glass frit to the first glass frit may be preferably 0.05 to 0.45. More preferably, the weight ratio of the second glass frit to the first glass frit may be 0.1 to 0.4.
태양전지 전극용 페이스트 조성물의 유기 비이클은 페이스트 조성물의 인쇄에 적합한 점도를 부여하기 위한 것으로서, 전체 페이스트에서 도전성 분말과 글라스 프릿을 제외한 잔량만큼 포함될 수 있다. 통상적으로 유기 비이클은 바인더 수지와 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지, 에틸 셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수 있으며, 용매로는 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸센로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 적어도 하나 포함하여 사용할 수 있다.The organic vehicle of the paste composition for a solar cell electrode is for imparting a viscosity suitable for printing the paste composition, and may be included in the entire paste by the remaining amount excluding the conductive powder and the glass frit. Typically, the organic vehicle may include a binder resin and a solvent. For example, as the binder resin, acrylate-based or cellulose-based resin, ethyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, nitrocellulose, a mixture of ethyl cellulose and phenol resin, alkyd resin, phenol-based resin, acrylic acid ester-based resin, xylene-based resin Resins, polybutene-based resins, polyester-based resins, urea-based resins, melamine-based resins, vinyl acetate-based resins, wood rosin or polymethacrylate of alcohol may be used, and solvents include hexane, toluene, Ethyl Cellosolve, Cyclohexanone, Butylsenosolve, 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 or ethyl lactate may be used including at least one.
이밖에 태양전지 전극용 페이스트 조성물은 유동 특성, 공정 특성 등을 향상시키기 위하여 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 분산제, 가소제, 점도 안전화제, 산화방지제 등을 하나 이상 포함하여 사용할 수 있다.In addition, the paste composition for solar cell electrodes may further include conventional additives to improve flow characteristics, process characteristics, and the like. The additive may include one or more of a dispersant, a plasticizer, a viscosity stabilizer, an antioxidant, and the like.
실험예Experimental example
이하에서는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 사용되는 글라스 프릿의 성분에 따른 변환 효율 및 부착력을 측정한 실험 결과를 바탕으로 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the effect of the present invention will be described in detail based on the experimental results of measuring the conversion efficiency and adhesion according to the components of the glass frit used in the paste composition for the solar cell electrode.
본 실험예에서 페이스트 조성물은 도전성 분말로서 89 중량%의 Ag 분말, 3 중량%의 글라스 프릿 및 잔부의 유기 비이클을 포함한다. 글라스 프릿은 제1 글라스 프릿 및 제2 글라스 프릿을 포함하고, 제1 글라스 프릿 및 제2 글라스 프릿의 조성은 각각 표 1 및 표 2에 도시한 바와 같다.In this experimental example, the paste composition contained 89 wt% of Ag powder, 3 wt% of a glass frit, and the balance of the organic vehicle as a conductive powder. The glass frit includes a first glass frit and a second glass frit, and the compositions of the first glass frit and the second glass frit are as shown in Tables 1 and 2, respectively.
[M]SiO 2 +B 2 O 3 +ZnO
[M]
산화물Pb
oxide
산화물Ag
oxide
[D]dopant
[D]
구체적으로, 제1 글라스 프릿으로는 각기 다른 조성 범위를 갖는 A 타입 글라스 프릿 및 B 타입 글라스 프릿을 사용하였으며, 표 1에 기재된 조성 범위에서 임의의 조성을 선택하였다. 표 1에서 잔부 산화물로는 ZnO, Al2O3, WO3, CuO, Li2O 및 Na2O의 혼합물을 사용하였다.Specifically, A-type glass frit and B-type glass frit having different composition ranges were used as the first glass frit, and an arbitrary composition was selected from the composition range shown in Table 1. In Table 1, a mixture of ZnO, Al 2 O 3 , WO 3 , CuO, Li 2 O and Na 2 O was used as the residual oxide.
제2 글라스 프릿으로는 표 2에 기재된 I 내지 VII 타입 글라스 프릿 중 하나를 사용하였다. 표 2에서 Pb 산화물은 PbO 및 Pb3O4를 포함하고, 알칼리 산화물 및 Ag 산화물은 각각 K2O 및 Ag2O이다. 또한, 도펀트는 Fe3O4, MnO2, CuO, WO3 및 V2O5를 포함하며, M/D은 도펀트[D]에 대한 SiO2, B2O3 및 ZnO의 합[M]의 몰비를 의미한다.As the second glass frit, one of I to VII type glass frits listed in Table 2 was used. In Table 2, Pb oxide includes PbO and Pb 3 O 4 , and alkali oxide and Ag oxide are K 2 O and Ag 2 O, respectively. In addition, the dopant includes Fe 3 O 4 , MnO 2 , CuO, WO 3 and V 2 O 5 , and M/D is the sum of SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO for the dopant [D] [M]. means mole ratio.
표 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿(즉, 제1 글라스 프릿과 제2글라스 프릿의 조합)과 비교예에 따른 글라스 프릿의 유리 전이점과, 이를 이용해 형성된 태양전지 전극의 변환 효율, 부착력 등을 측정한 결과들을 나타낸다. 표 3에서 혼합비는 제1 글라스 프릿에 대한 제2 글라스 프릿의 중량비를 의미한다.Table 3 shows the glass transition points of the glass frit according to an embodiment of the present invention (that is, a combination of the first glass frit and the second glass frit) and the glass frit according to the comparative example, and the conversion efficiency of the solar cell electrode formed using the same , the results of measuring adhesion, etc. are shown. In Table 3, the mixing ratio means a weight ratio of the second glass frit to the first glass frit.
(℃)transition point
(℃)
(mΩ)contact resistance
(mΩ)
(%)conversion efficiency
(%)
(N)adhesion
(N)
표 3을 참조하면, 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 글라스 프릿을 제1 글라스 프릿(메인 글라스 프릿)과 제2 글라스 프릿(도핑 글라스 프릿)을 혼합하여 사용한 경우(실시예 1 내지 14), 제1 글라스만을 사용한 경우(비교예 1 및 2)나 제2 글라스만을 사용한 경우(비교예 3 및 4)에 비하여 변환 효율과 부착력이 모두 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 제1 글라스 프릿과 제2 글라스 프릿의 혼합비가 0.1 내지 0.4인 경우(실시예 2 내지 6 및 9 내지 13) 변환 효율이 더욱 우수함을 확인할 수 있다. Referring to Table 3, when the glass frit of the paste composition for a solar cell electrode is mixed with a first glass frit (main glass frit) and a second glass frit (doped glass frit) (Examples 1 to 14), the first It can be seen that both the conversion efficiency and the adhesion are excellent compared to the case where only the glass was used (Comparative Examples 1 and 2) or the case where only the second glass was used (Comparative Examples 3 and 4). In particular, when the mixing ratio of the first glass frit and the second glass frit is 0.1 to 0.4 (Examples 2 to 6 and 9 to 13), it can be seen that the conversion efficiency is more excellent.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand that it can be Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
100: 태양전지
110: 실리콘 웨이퍼
111: P형 반도체
113: N형 반도체
120: 반사 방지막
130: 전면전극
140: 후면전극
150: 후면 전계층100: solar cell
110: silicon wafer
111: P-type semiconductor
113: N-type semiconductor
120: anti-reflection film
130: front electrode
140: rear electrode
150: rear full layer
Claims (9)
PbO, Bi2O3, TeO2, SiO2 및 B2O3를 포함하는 제1 글라스 프릿 및
SiO2, B2O3, ZnO, TeO2 및 Pb 산화물을 포함하고, 도펀트를 더 포함하는 제2 글라스 프릿
을 포함하는
글라스 프릿.
A glass frit used in paste for solar cell electrodes, comprising:
A first glass frit comprising PbO, Bi 2 O 3 , TeO 2 , SiO 2 and B 2 O 3 and
A second glass frit comprising SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO, TeO 2 and Pb oxide, and further comprising a dopant
containing
glass frit.
상기 도펀트는 Fe3O4, MnO2, CuO, WO3 및 V2O5 중 적어도 하나를 포함하는, 글라스 프릿.
According to claim 1,
The dopant includes at least one of Fe 3 O 4 , MnO 2 , CuO, WO 3 and V 2 O 5 , a glass frit.
상기 제1 글라스 프릿은 PbO 15 내지 30 mol%, Bi2O3 15 내지 25 mol%, TeO2 25 내지 35 mol% 및 SiO2와 B2O3의 합 10 내지 25 mol%를 포함하고,
상기 제2 글라스 프릿은 SiO2, B2O3 및 ZnO의 합 10 내지 25 mol%, TeO2 15 내지 30 mol%, Pb 산화물 30 내지 45 mol% 및 도펀트 5 내지 20 mol%를 포함하는, 글라스 프릿.
According to claim 1,
The first glass frit comprises 15 to 30 mol% of PbO, 15 to 25 mol% of Bi 2 O 3 , 25 to 35 mol% of TeO 2 and 10 to 25 mol% of the sum of SiO 2 and B 2 O 3,
The second glass frit comprises 10 to 25 mol% of a sum of SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO, 15 to 30 mol% of TeO 2 , 30 to 45 mol% of Pb oxide, and 5 to 20 mol% of a dopant. frit.
상기 제1 글라스 프릿은 ZnO, Al2O3, WO3, CuO, Li2O 및 Na2O 중 적어도 하나를 더 포함하는, 글라스 프릿.
According to claim 1,
The first glass frit further comprises at least one of ZnO, Al 2 O 3 , WO 3 , CuO, Li 2 O, and Na 2 O.
상기 제2 글라스 프릿에서 도펀트에 대한 SiO2, B2O3 및 ZnO 합의 몰비는 0.5 내지 4인, 글라스 프릿.
According to claim 1,
The molar ratio of the sum of SiO 2 , B 2 O 3 and ZnO to the dopant in the second glass frit is 0.5 to 4, a glass frit.
상기 제2 글라스 프릿은 알칼리 산화물 및 Ag 산화물 중 적어도 하나를 더 포함하는, 글라스 프릿.
According to claim 1,
The second glass frit further comprises at least one of alkali oxide and Ag oxide.
상기 제2 글라스 프릿의 상기 Pb 산화물은 PbO 및 Pb3O4 중 하나 이상을 포함하는, 글라스 프릿.
According to claim 1,
The Pb oxide of the second glass frit comprises at least one of PbO and Pb 3 O 4 .
상기 제1 글라스 프릿에 대한 상기 제2 글라스 프릿의 중량비는 0.1 내지 0.4인, 글라스 프릿.
According to claim 1,
A weight ratio of the second glass frit to the first glass frit is 0.1 to 0.4.
상기 글라스 프릿은,
PbO, Bi2O3, TeO2, SiO2 및 B2O3를 포함하는 제1 글라스 프릿 및
SiO2, B2O3, ZnO, TeO2 및 Pb 산화물을 포함하고, 도펀트를 더 포함하는 제2 글라스 프릿
을 포함하는,
태양전지 전극용 페이스트 조성물.a conductive powder, a glass frit, and an organic vehicle;
The glass frit is
A first glass frit comprising PbO, Bi2O 3 , TeO 2 , SiO 2 and B 2 O 3 and
A second glass frit comprising SiO 2 , B 2 O 3 , ZnO, TeO2 and Pb oxide, and further comprising a dopant
comprising,
A paste composition for a solar cell electrode.
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