KR20210121343A - 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극 - Google Patents

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극 Download PDF

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KR20210121343A
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김동석
이원희
하현진
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창저우 퓨전 뉴 머티리얼 씨오. 엘티디.
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Abstract

도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상, 리튬(Li), 아연(Zn), 붕소(B), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하면서 소정의 식을 만족하는 태양전지 전극 형성용 조성물, 및 이로부터 형성된 태양전지 전극이 개시된다.

Description

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극{COMPOSITION FOR FORMING SOLAR CELL ELECTRODE AND SOLAR CELL ELECTRODE PREPARED USING THE SAME}
태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 p-n 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 p-n 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상·하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어 있다. 태양전지는 반도체 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 p-n 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다. 이러한 태양전지의 전극은 전극용 페이스트 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 형성될 수 있다.
최근 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 에미터(emitter)의 두께가 지속적으로 얇아짐에 따라, 태양전지의 성능을 저하시킬 수 있는 션팅(shunting) 현상을 유발시킬 수 있다. 또한, 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 태양전지의 면적을 점차 증가시키고 있는데, 이는 태양전지의 접촉저항을 높여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 다양한 면저항 하에서 에미터층의 접합에 대한 피해를 최소화하고 웨이퍼와 전극과의 계면에서의 도전성을 향상시킴으로써 접촉 저항과 시리즈 저항을 개선할 수 있으며, 태양전지 효율을 높일 수 있는 전극용 페이스트 조성물을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물로부터 형성된 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
1. 일 측면에 따르면, 태양전지 전극 형성용 조성물이 제공된다. 상기 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상, 리튬(Li), 아연(Zn), 붕소(B), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하며, 하기 식 1 내지 4를 만족할 수 있다:
<식 1>
0.1 ≤ MZn/MLi ≤ 0.5
<식 2>
0.001 ≤ MB/MLi ≤ 0.05
<식 3>
0.1 ≤ MMg/MLi ≤ 1
<식 4>
0.001 ≤ MTi/MLi ≤ 0.05
(상기 식 중, MLi은 리튬(Li)의 몰%이고, MZn은 아연(Zn)의 몰%이고, MB은 붕소(B)의 몰%이고, MMg은 마그네슘(Mg)의 몰%이고, MTi은 티타늄(Ti)의 몰%이다.)
2. 상기 1에서, 상기 유리 프릿은, 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상 5 내지 30 몰%; 리튬(Li) 15 내지 25 몰%; 아연(Zn) 1 내지 10 몰%; 붕소(B) 0.01 내지 3 몰%; 마그네슘(Mg) 1 내지 20 몰%; 및 티타늄(Ti) 0.01 내지 3 몰%; 를 포함할 수 있다.
3. 상기 1 또는 2에서, 상기 유리 프릿은 텔루륨(Te), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 은(Ag), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 세슘(Cs), 니오븀(Nb), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 셀레늄(Se), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 탈륨(Tl), 탄탈륨(Ta) 및 세륨(Ce)에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
4. 상기 1 내지 3 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 텔루륨(Te)을 25 내지 50몰%로 더 포함할 수 있다.
5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나에서, 상기 유리 프릿은 텅스텐(W)을 5 내지 15 몰%로 더 포함할 수 있다.
6. 상기 1 내지 5 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.
7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나에서, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리 프릿 0.1 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%; 를 포함할 수 있다.
8. 다른 측면에 따르면, 태양전지 전극이 제공된다. 상기 태양전지 전극은 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 조성물로부터 형성될 수 있다.
본 발명은 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 형성된 태양전지 전극을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지를 개략적으로 도시한 것이다.
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.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 명세서에서 달리 표시하지 않는 한 유리 프릿 각 성분의 함량은 유리 프릿의 총 몰수를 기준으로 하며, 산화물 환산 기준으로 한다.
본 명세서에서 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"에서 "내지"는 ≥ a이고 ≤ b으로 정의한다.
태양전지 전극 형성용 조성물
본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말; 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상, 리튬(Li), 아연(Zn), 붕소(B), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하고, 하기 식 1 내지 4를 만족하는 유리 프릿; 및 유기 비히클; 을 포함할 수 있다.
이하, 태양전지 전극 형성용 조성물의 각 성분들에 대해 보다 상세히 설명한다.
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, 예를 들어 0.1 내지 10㎛, 다른 예를 들면 0.5 내지 5㎛일 수 있고, 상기 범위에서 접촉저항과 직렬저항이 낮아질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 평균 입경(D50)은 도전성 분말을 이소프로필알코올(IPA) 중에서 25℃에서 3분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.
도전성 분말의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 60 내지 95 중량%(예를 들면, 70 내지 90 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지의 변환효율이 우수하며, 페이스트화가 원활히 이루어질 수 있다.
유리 프릿
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.
유리 프릿은 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상, 리튬(Li), 아연(Zn), 붕소(B), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하며, 하기 식 1 내지 4를 만족할 수 있다:
<식 1>
0.1 ≤ MZn/MLi ≤ 0.5
<식 2>
0.001 ≤ MB/MLi ≤ 0.05
<식 3>
0.1 ≤ MMg/MLi ≤ 1
<식 4>
0.001 ≤ MTi/MLi ≤ 0.05
(상기 식 중, MLi은 리튬(Li)의 몰%이고, MZn은 아연(Zn)의 몰%이고, MB은 붕소(B)의 몰%이고, MMg은 마그네슘(Mg)의 몰%이고, MTi은 티타늄(Ti)의 몰%이다.)
이러한 경우 반사 방지막의 적절한 에칭 및 도전성 분말의 부착력 증가로 인해 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과를 가질 수 있다.
일 구현예에 따르면, MZn/MLi은 0.1 내지 0.4(예를 들면 0.2 내지 0.4)일 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, MB/MLi은 0.001 내지 0.04(예를 들면, 0.002 내지 0.04)일 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, MMg/MLi은 0.2 내지 0.8(예를 들면, 0.3 내지 0.6)일 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, MTi/MLi은 0.001 내지 0.04(예를 들면, 0.002 내지 0.03)일 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상을 5 내지 30 몰%(예를 들면, 5 내지 25 몰%, 다른 예를 들면 10 내지 25 몰%)로 포함할 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유리 프릿이 납(Pb) 및 비스무스(Bi)를 둘 다 포함하는 경우, 납(Pb)과 비스무스(Bi)의 몰비(Pb:Bi)는 3 : 1 내지 1 : 2(예를 들면, 2.5 : 1 내지 1 : 1)일 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 리튬(Li)을 15 내지 25 몰%(예를 들면, 16 내지 20 몰%)로 포함할 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 아연(Zn)을 1 내지 10 몰%(예를 들면, 2 내지 8 몰%)로 포함할 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 붕소(B)를 0.01 내지 3 몰%(예를 들면, 0.03 내지 1 몰%)로 포함할 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 마그네슘(Mg)을 1 내지 20 몰%(예를 들면, 5 내지 15 몰%)로 포함할 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 티타늄(Ti)을 0.01 내지 3 몰%(예를 들면, 0.03 내지 1 몰%)로 포함할 수 있으며, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따르면, 유리 프릿은 텔루륨(Te), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 은(Ag), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 세슘(Cs), 니오븀(Nb), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 셀레늄(Se), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 탈륨(Tl), 탄탈륨(Ta) 및 세륨(Ce)에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 프릿은 텔루륨(Te) 및/또는 텅스텐(W)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 경우 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있다. 유리 프릿이 텔루륨(Te)을 더 포함하는 경우, 그 함량은, 예를 들면 25 내지 50 몰%, 다른 예를 들면 30 내지 40 몰%일 수 있고, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유리 프릿이 텅스텐(W)을 더 포함하는 경우, 그 함량은, 예를 들면 5 내지 15 몰%, 다른 예를 들면 8 내지 15 몰%일 수 있고, 상기 범위에서 변환효율 및 웨이퍼와 전극간의 부착력이 모두 우수한 효과가 있을 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 이소프로필알코올(IPA) 중에서 25℃에서 3분 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 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 20 중량%(예를 들면, 0.1 내지 10 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 다양한 면저항 하에서 p-n 접합 안정성을 확보할 수 있고, 저항을 최소화시킬 수 있으며, 종국적으로 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
유기 비히클
유기 비히클은 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 사용될 수 있다.
유기 비히클의 사용량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어 유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물 총 중량 중 1 내지 30 중량%(예를 들면, 3 내지 20 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
첨가제
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 5 중량%로 포함될 수 있으나, 필요에 따라 그 함량을 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
다른 측면에 따르면, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지가 제공된다. 도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 태양전지(100)의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, p층(또는 n층)(11) 및 에미터로서의 n층(또는 p층)(12)을 포함하는 웨이퍼 또는 기판(10) 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 600 내지 900℃에서 30 내지 210초 동안 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 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) 1.5 중량부를 용매인 터핀올(Nippon Terpine社) 5 중량부로 60℃에서 충분히 용해한 후, 평균 입경이 2.0 ㎛인 구형의 은 분말(4-8F, Dowa社) 89.5 중량부, 평균 입경이 1.0 ㎛인 하기 표 1의 유리 프릿 A 2.0 중량부, 분산제(BYK-02, BYK-chem) 0.5 중량부, 요변제(Thixatrol ST, Elementis Co.,) 1.5 중량부를 투입하여 골고루 믹싱한 후, 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 8
유리 프릿 A 대신 하기 표 1의 유리 프릿 B 내지 K를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 사용하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
Figure pat00001
태양전지 셀의 제조
웨이퍼(보론(Boron)이 도핑(doping)된 p 타입 웨이퍼) 전면에 텍스쳐링(texturing)한 후, POCl3로 n+층을 형성하고 그 위에 질화규소(SiNx:H)를 반사 방지막으로 형성시킨 mono crystalline 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 300℃에서 30초 동안 건조하였다. 이후, 웨이퍼 전면에 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 스크린 인쇄하고 300℃에서 30초 동안 건조시켰다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 940℃에서 70초간 소성하여 태양전지 셀을 제조하고, 하기 물성을 평가하였다.
(1) 전기적 특성
상기와 같이 제조된 태양전지 셀에 대하여 태양전지 효율 측정 장비(Halm, Fortix tech社)를 사용하여 변환효율(Eff., 단위: %)을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
(2) 부착력(단위: N)
상기와 같이 제조된 태양전지 셀의 버스바 부분에 플럭스(Flux, 952S, Kester社)를 도포하고, 리본(62Sn/36Pb/2Ag, 두께 0.18mm, 폭 1.5mm)을 인두를 사용하여 360℃ 온도에서 접착한 후 테스터기(Model H5K-T, Tinius Olsen)을 사용하여 리본의 끝을 180° 각도로 고정하고 50mm/min의 속도로 잡아당겨 그 값을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다.
변환 효율(%) 부착력(N)
실시예 1 20.05 2.4
실시예 2 20.02 2.2
실시예 3 19.98 2.1
비교예 1 19.91 1.5
비교예 2 19.92 1.3
비교예 3 19.83 1.0
비교예 4 19.95 1.6
비교예 5 19.87 2.0
비교예 6 19.85 1.5
비교예 7 19.91 1.8
비교예 8 19.82 2.1
상기 표 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상, 리튬(Li), 아연(Zn), 붕소(B), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하고, 식 1 내지 4를 만족하는 유리 프릿을 포함한 실시예 1 내지 3의 태양전지 전극 형성용 조성물은 그렇지 않은 비교예 1 내지 8에 비해 변환효율 및 부착력이 모두 우수한 것을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고,
    상기 유리 프릿은 납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상, 리튬(Li), 아연(Zn), 붕소(B), 마그네슘(Mg) 및 티타늄(Ti)을 포함하며, 하기 식 1 내지 4를 만족하는, 태양전지 전극 형성용 조성물:
    <식 1>
    0.1 ≤ MZn/MLi ≤ 0.5
    <식 2>
    0.001 ≤ MB/MLi ≤ 0.05
    <식 3>
    0.1 ≤ MMg/MLi ≤ 1
    <식 4>
    0.001 ≤ MTi/MLi ≤ 0.05
    (상기 식 중, MLi은 리튬(Li)의 몰%이고, MZn은 아연(Zn)의 몰%이고, MB은 붕소(B)의 몰%이고, MMg은 마그네슘(Mg)의 몰%이고, MTi은 티타늄(Ti)의 몰%이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은,
    납(Pb) 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상 5 내지 30 몰%;
    리튬(Li) 15 내지 25 몰%;
    아연(Zn) 1 내지 10 몰%;
    붕소(B) 0.01 내지 3 몰%;
    마그네슘(Mg) 1 내지 20 몰%; 및
    티타늄(Ti) 0.01 내지 3 몰%; 를 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 텔루륨(Te), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 은(Ag), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 텅스텐(W), 세슘(Cs), 니오븀(Nb), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 셀레늄(Se), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 탈륨(Tl), 탄탈륨(Ta) 및 세륨(Ce)에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함한, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 텔루륨(Te)을 25 내지 50 몰%로 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 텅스텐(W)을 5 내지 15 몰%로 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제 중 1종 이상을 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극 형성용 조성물은,
    상기 도전성 분말 60 내지 95 중량%;
    상기 유리 프릿 0.1 내지 20 중량%; 및
    상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%; 를 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 조성물로부터 형성된 태양전지 전극.
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