KR20230055847A - 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물, 이를 사용하여 형성된 태양 전지용 전극, 및 상기 전극을 포함하는 태양 전지 - Google Patents
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Abstract
태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물, 이를 사용하여 형성된 태양 전지용 전극, 및 상기 전극을 포함하는 태양 전지에 관한 것으로, 상기 유리 프릿 조성물은 납(Pb)-텔루륨(Te)--비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)이 유리 프릿(glass frit)이다.
구체적으로, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하는 것이다.
구체적으로, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물, 이를 사용하여 형성된 태양 전지용 전극, 및 상기 전극을 포함하는 태양 전지에 관한 것이다.
화석 에너지에 의한 환경오염 및 상기 화석 에너지의 고갈에 대한 우려에 따라, 차세대 청정 에너지를 개발하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 상기 차세대 청정 에너지 중 특히 태양에너지는 자원이 풍부하고, 에너지의 생산과정에서 오염물질을 배출하지 않아 화석 에너지를 대체하기 위한 에너지원으로서 많은 연구가 진행되고 있다.
상기 태양에너지를 이용한 태양 전지는, 상기 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는, 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 하는 것이 중요하며, 대면적화하는 것이 하나의 방법이 될 수 있다.
그러나, 태양전지를 대면적화함에 따라, 반도체 기판과 전극 사이의 라인 저항 및 접촉 저항이 상승하여, 오히려 전지의 효율이 감소되는 문제가 될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 반도체 기판과 전극 사이의 접촉성을 향상시켜 라인 저항 및 접촉 저항을 최소화하면서도 열 안정성이 확보된 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 태양전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물을 사용하여 형성된 태양 전지용 전극을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 이점을 갖는 태양 전지용 전극을 포함하는 태양 전지를 제공하는 것이다.
태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물
본 발명의 일 실시예에서, 납(Pb)- 텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)인, 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물을 제공한다. 구체적으로, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
49<A=([PbO]+[TeO2]+[Bi2O3])<66
(상기 식 1에서, [PbO], [TeO2], 및 [Bi2O3]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화납(PbO)의 함량(몰%), 상기 산화텔루륨(TeO2)(몰%), 및 상기 산화비스무스(Bi2O3)의 함량(몰%)을 의미한다.)
또 다른 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
11<B=[Li2O]+[Na2O]<16
(상기 식 2에서, [Li2O] 및 [Na2O]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 산화리튬(Li2O)의 함량(몰%) 및 상기 산화나트륨(Na2O)의 함량(몰%)을 의미한다.)
또 다른 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 3을 만족할 수 있다.
[식 3]
3.1<A/B<6.0
(상기 식 3에서, A는 식 1의 값을 의미하고, B는 식 2의 값을 의미한다.)
일 실시예에서, 상기 6 금속 산화물은, 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 유리 프릿 원료 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
3<[ZnO]+[WO3]+[Al2O3]<11
(상기 식 4에서, [ZnO], [WO3], 및 [Al2O3]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화납(PbO)의 함량(몰%), 상기 산화텔루륨(TeO2)(몰%), 및 상기 산화비스무스(Bi2O3)의 함량(몰%)을 의미한다.)
이와 관련하여, 이하의 설명들이 각각 독립적으로 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화규소(SiO2)를 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화규소(SiO2)이 16 내지 23 몰% 포함되고, 잔부로는 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화구리(CuO)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화구리(CuO)이 0.2 내지 0.5 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화은(Ag2O)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화은(Ag2O)이 0.5 내지 2.0 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화알루미늄(Al2O3), 산화구리(CuO), 및 산화붕소(B2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화붕소(B2O3)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화붕소(B2O3)가 0.5 내지 1.5 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화알루미늄(Al2O3)이 0.4 내지 1.0 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 및 산화붕소(B2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 유리 프릿은, 이하에서 설명되는 물성을 각각 독립적으로 만족할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 연화점(Tdsp)은, 260 ℃ 내지 350 ℃의 온도 범위를 만족하는 것일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 결정화 온도(Tc)는, 320 ℃ 내지 420 ℃의 온도 범위를 만족하는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 라인 저항(Line Resistivity)은, 3.0 uΩㆍ㎝ 미만(단, 0 uΩㆍ㎝ 제외) 일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 접촉 저항(Contact Resistivity)은, 2.0 mΩㆍ㎠ 미만(단, 0 mΩㆍ㎠ 제외)일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 접착력(Adhesion)은, 1.5 N 보다 클 수 있다.
태양 전지태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 도전성 분말; 유리 프릿(glass frit); 및 유기 비히클;을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납(Pb)- 텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿인, 태양 전지태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물을 제공한다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿은 전술한 것과 동일한 것일 수 있으며, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 일 실시예에서, 상기 도전성 분말은, 은(Ag) 분말, 은(Ag) 함유 합금 분말, 알루미늄(Al) 분말, 알루미늄(Al) 함유 합금 분말, 구리(Cu) 분말, 알루미늄(Al) 함유 합금 분말, 니켈(Ni) 분말, 및 니켈(Ni) 함유 합금 분말을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 도전성 분말을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유기 비히클은, 유기 바인더 및 유기 용매를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 페이스트 조성물 총량(100 중량%)에 대해, 상기 도전성 분말은 86 내지 90 중량% 포함되고, 상기 유리 프릿은 1.5 내지 3.0 중량% 포함되고, 상기 유기 비히클은 7 내지 12.5 중량% 포함될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 페이스트 조성물은, 첨가제를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 첨가제는, 상기 페이스트 조성물 총량(100 중량%)에 대해, 0.1 내지 5 중량% 포함되는 것일 수 있다.
태양 전지의 전극
본 발명의 또 다른 일 실시예에서는, 전술한 유리 프릿 조성물을 사용하여 제조된 태양 전지용 전극을 제공한다.
이와 독립적으로, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는, 전술한 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 태양 전지태양 전지용 전극을 제공한다.
태양 전지
본 발명의 또 다른 일 실시예에서는, 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판의 적어도 일면에 위치하고, 전술한 유리 프릿 조성물을 사용하여 형성된 전극;을 포함하는, 태양 전지태양 전지를 제공할 수 있다.
이와 독립적으로, 본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 상기 반도체 기판의 적어도 일면에 위치하고, 전술한 페이스트 조성물을 사용하여 형성된 전극을 포함하는, 태양 전지태양 전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물은, 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함함으로써, 전극 및 반도체 기판 사이의 접촉 저항을 낮추며 열 안정성이 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 전지의 전극은 전술한 이점을 갖는 상기 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물을 이용함으로써, 접촉 저항이 낮출 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양전지는 전술한 이점을 갖는 상기 태양 전지의 전극을 이용함으로써, 태양 전지의 효율 및 열 안정성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지를 개략적으로 도식화한 것이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
일반적으로, 태양 전지의 전극은, 도전성 분말, 유리 프릿(glass), 및 유기 비히클을 혼합하고, 필요에 따라 첨가제를 더 첨가하여 페이스트(paste) 조성물을 제조하고, 이러한 페이스트 조성물을 반도체 기판의 일면 또는 양면에 도포하며 패터닝한 후, 도포된 페이스트 조성물을 소성하여 건조하는 일련의 공정에 따라 형성될 수 있다. 이러한 전극 형성 공정을 고려하면, 반도체 기판 및 그 위에 형성되는 전극 사이의 접촉성을 향상시킴으로써 라인 저항 및 접촉 저항을 낮추는 것이, 태양전지의 효율을 높이는 중요한 요인이 됨을 알 수 있다.
구체적으로, 유리 프릿은, 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 도전성 분말을 용융시켜 에미터 영역에 금속 결정 입자를 생성시키며, 이를 통해 전극(특히, 금속 결정 입자) 및 반도체 기판 사이의 접착력을 향상시켜 라인 저항 및 접촉 저항이 낮추는 역할을 할 뿐만 아니라, 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
이와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에서는, 전극 및 반도체 기판 사이의 접촉 저항을 낮추면서도, 열 안정성이 확보된 유리 프릿을 공통적으로 적용하여, 태양 전지의 효율 및 열 안정성을 개선하고자 한다.
태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물
본 발명의 일 실시예에서는, 납(Pb)-텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)인, 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물을 제공한다. 구체적으로, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함할 수 있다. 상기 유리 프릿 조성물은, 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 산화비스무스(Bi2O3), 산화리튬(Li2O), 및 산화나트륨(Na2O)을 주요 성분으로 하며, 잔부로는 상기 주요 성분과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하는, 납(Pb)-텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)이다.
상기 각 함량 범위를 만족하는 납(Pb)-텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)은, 전극 및 반도체 기판 사이의 라인 저항 및 접촉 저항을 낮추면서도, 열 안정성이 확보된 것이며, 이러한 사실은 후술되는 실시예 및 이에 대한 평가예를 통해 뒷받침된다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
49<A=([PbO]+[TeO2]+[Bi2O3])<66
상기 식 1에서, [PbO], [TeO2], 및 [Bi2O3]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화납(PbO)의 함량(몰%), 상기 산화텔루륨(TeO2)(몰%), 및 상기 산화비스무스(Bi2O3)의 함량(몰%)을 의미한다. 상기 식 1에서, [PbO]+[TeO2]+[Bi2O3] 값이 66 몰% 보다 큰 경우, 라인 비저항 및 접촉 비저항이 증가되어 효율 저하 문제가 있고, 부착력이 감소하는 문제가 있고, 49 몰% 보다 작은 경우, 접촉 비저항이 증가하는 문제가 있어, 태양 전지 적용 시 전지 효율이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 식 1의 상기 범위를 만족함으로써, 라인저항과 접촉저항 모두 적절히 제어되므로, 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
11<B=[Li2O]+[Na2O]<16
상기 식 2에서, [Li2O] 및 [Na2O]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 산화리튬(Li2O)의 함량(몰%) 및 상기 산화나트륨(Na2O)의 함량(몰%)을 의미한다. 상기 식 1에서, [Li2O]+[Na2O] 값이 16 몰% 보다 큰 경우, 접촉 비저항이 증가하는 문제가 있고, 11 몰% 보다 작은 경우, 라인 비저항 및 접촉 비저항이 증가되어 효율 저하 문제가 있고, 부착력이 감소하는 문제가 있어, 태양 전지 적용 시 전지 효율이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 식 2의 상기 범위를 만족함으로써, 라인저항과 접촉저항 모두 적절히 제어되므로, 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 얻을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 3를 만족할 수 있다.
[식 3]
3.1<A/B<6.0
상기 식 3에서, A는 식 1의 값을 의미하고, B는 식 2의 값을 의미한다. 상기 식 3에서, A/B의 값이 6.0 보다 큰 경우, 라인 비저항 및 접촉 비저항이 증가되어 효율 저하 문제가 있고, 부착력이 감소하는 문제가 있고, 3.1 보다 작은 경우, 접촉 비저항이 증가하는 문제가 있어, 태양 전지 적용 시 전지 효율이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 식 3의 상기 범위를 만족함으로써, 라인저항과 접촉저항 모두 적절히 제어되므로, 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 얻을 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿은 상기 식 1 내지 식 3 중 적어도 하나를 만족함으로써, 접촉성이 높아 라인 저항 및 접촉 저항이 낮아질 뿐만 아니라, 적정 연화점에서 연화하여 소성 온도를 낮추는 데 기여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은, 일반적으로 유리 프릿 조성물에 사용되는 금속 산화물 중에서, 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 상기 제6 금속 산화물은 비제한적인 예시로서, 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 유리 프릿 원료 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 후자의 경우와 관련하여, 이하의 설명들이 각각 독립적으로 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화규소(SiO2)를 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화규소(SiO2)이 16 내지 23 몰% 포함되고, 잔부로는 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화아연(ZnO)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화아연(ZnO)이 1 내지 4 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO3), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화텅스텐(WO3)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화텅스텐(WO3)이 2 내지 6 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물이 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화구리(CuO)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화텅스텐(WO3)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화텅스텐(WO3)이 2 내지 6 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물이 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화붕소(B2O3)를 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화붕소(B2O3)가 0.5 내지 1.5 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화구리(CuO), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제6 금속 산화물은 상기 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화알루미늄(Al2O3)이 0.4 내지 1.0 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화구리(CuO), 및 산화붕소(B2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 제6 금속 산화물로 예시된 모든 금속 산화물의 혼합물이 상기 제6 금속 산화물로 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화규소(SiO2)가 16 내지 23 몰% 포함되고, 상기 산화아연(ZnO)이 1 내지 4 몰% 포함되고, 상기 산화텅스텐(WO3)이 2 내지 6 몰%, 상기 산화구리(CuO)가 0.2 내지 0.5 몰%, 상기 산화붕소(B2O3)가 0.5 내지 1.5 몰% 포함되고, 상기 산화알루미늄(Al2O3)이 0.4 내지 1.0 몰%를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿은 하기 식 4를 만족할 수 있다.
[식 4]
3<[ZnO]+[WO3]+[Al2O3]<11
상기 식 4에서, [ZnO], [WO3], 및 [Al2O3]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화아연(ZnO)의 함량(몰%), 상기 산화텅스텐(WO3)(몰%), 및 상기 산화알루미늄(Al2O3)의 함량(몰%)을 의미한다. 상기 식 4에서, [ZnO]+[WO3]+[Al2O3] 값이 11 몰% 보다 큰 경우, 접촉 비저항이 증가하는 문제가 있고, 3 몰% 보다 작은 경우, 접촉 비저항이 증가하는 문제가 있어, 태양 전지 적용 시 전지 효율이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 식 2의 상기 범위를 만족함으로써, 라인저항과 접촉저항 모두 적절히 제어되므로, 향상된 효율을 갖는 태양 전지를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 유리 프릿은 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 산화비스무스(Bi2O3), 산화리튬(Li2O), 및 산화나트륨(Na2O)을 주요 성분으로 하며, 잔부로는 상기 주요 성분과 상이한 유리 프릿 조성물인 금속 산화물을 포함하되, 각 성분이 특정 함량 범위를 만족함으로써, 우수한 물성이 발현될 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 프릿은, 전극 및 반도체 기판 사이의 접착성을 향상시킴으로써, 라인 저항 및 접촉 저항을 낮출 수 있으며, 이하에서 설명되는 접착력, 라인 저항, 및 접촉 저항의 각 범위를 만족할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 접착력(Adhesion)은, 1.5 N 초과인 것일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 라인 저항(Line Resistivity)은, 3.0 uΩㆍ㎝ 미만(단, 0 uΩㆍ㎝ 제외) 일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 접촉 저항(Contact Resistivity)은, 2.0 mΩㆍ㎠ 미만(단, 0 mΩㆍ㎠ 제외)일 수 있다.
상기 유리 프릿은, 적정 연화점에서 연화하여 소성 온도를 낮추는 데 기여할 수 있으며, 이하에서 설명되는 연화점 및 결정화 온도의 각 범위를 만족할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 연화점(Tdsp)은, 260 ℃ 내지 350 ℃의 온도 범위를 만족할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유리 프릿의 결정화 온도(Tc)는, 320 ℃ 내지 370 ℃의 온도 범위를 만족할 수 있다.
상기 유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 유리 프릿은 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 산화비스무스(Bi2O3), 산화리튬(Li2O), 및 산화나트륨(Na2O)을 주요 성분으로하고, 잔부로는 상기 주요 성분과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하되, 각 성분이 특정 함량 범위를 만족하도록, 각 성분을 혼합한다. 이때의 혼합은 물리적 또는 화학적 방법이 수행될 수 있으며, 비제한적인 예시로서, 볼 밀(ball mill), 플라네터리 밀(planetary mill) 등을 사용하여 수행될 수 있다.
이후, 혼합된 조성물을 900℃ 내지 1300℃의 온도 범위에서 용융시키고, 상온(25℃)에서 담금질(quenching)한 다음, 제트 밀(jet mill), 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등을 사용하여 분쇄함으로써, 최종적으로 입경이 조절된 유리 프릿을 수득할 수 있다. 구체적으로, 상기 최종적으로 수득되는 유리 프릿은, D50 입경이 0.1 내지 10 ㎛일 수 있고, 그 형상은 비제한적인 예시로서, 구형이거나 무정형일 수 있다.
태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물
본 발명의 다른 실시예에서는, 태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물은 도전성 분말; 유리 프릿(glass frit); 및 유기 비히클;을 포함하고, 상기 유리 프릿은 납(Pb)-텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿일 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고, 제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고, 제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고, 제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고, 제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고, 잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하는 것이다. 더욱 구체적으로, 상기 페이스트 조성물은, 전술한 유리 프릿을 사용하되, 이를 도전성 분말 및 유기 비히클과 혼합한 형태의 페이스트 조성물인 것이다.
상기 유리 프릿은, 상기 페이스트 조성물의 총량(100 중량%)에 대해, 1 내지 5 중량%, 구체적으로는 1.5 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상기 유리 프릿이 상기 함량 범위 내로 포함될 경우, 전극과 반도체 기판 사이의 접착력이 향상되어, 효율이 우수한 태양 전지를 구현할 수 있다. 이하에서는, 상기 유리 프릿에 대한 중복되는 설명은 생략하고, 상기 페이스트 조성물의 나머지 구성에 대해 상세히 설명한다.
상기 도전성 분말은, 도전성을 가지며, 광생성된 전하를 수집하는 기능을 수행할 수 있는 도전성 분말이라면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 비제한적인 예시로서, 은(Ag) 분말, 은(Ag) 함유 합금 분말, 알루미늄(Al) 분말, 알루미늄(Al) 함유 합금 분말, 구리(Cu) 분말, 알루미늄(Al) 함유 합금 분말, 니켈(Ni) 분말, 및 니켈(Ni) 함유 합금 분말을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 도전성 분말을 포함하는 것일 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 다른 종류의 금속 분말일 수도 있으며, 상기 금속 분말 외에 다른 첨가물을 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 도전성 분말은, 서로 다른 입경을 가진 도전성 입자들이 집합된 것일 수 있고, 그 평균 입경은 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 도전성 분말이 은(Ag) 분말인 경우, 0.1 내지 10 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 이때, 상기 도전성 입자들의 형상은 비제한적인 예시로서, 구형, 판상, 및 무정형 중 어떠한 형상도 가능하다.
상기 도전성 분말은, 상기 페이스트 조성물의 총량(100 중량%)에 대하여 80 내지 95 중량%로 포함될 수 있고, 구체적으로는 87 내지 91 중량%로 포함될 수 있다. 상기 도전성 분말이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 소성 시 상기 도전성 분말의 적절한 충진 밀도에 의해 우수한 전기 전도성을 가질 수 있고, 페이스트 조성물 제조 시 분산성이 우수해질 수 있다.
상기 유기 비히클은, 상기 도전성 분말과 혼합되어 적절한 점도를 부여함으로써 페이스트화 하는 것으로, 유기 바인더 및 이를 용해시키는 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 유기 바인더는 비제한적인 예시로서, 에틸 셀룰로오스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 및 아크릴산 에스테르계 수지를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기 용매는 비제한적인 예시로서, 2,2,4-트리메틸-모노이소부티레이트(텍사놀, Texanol), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 톨루엔, 에틸셀로솔브, 부틸센로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 등의 글라이콜 에테르 류의 용매, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 3-펜탄디올와 같은 용매를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 페이스트 조성물의 총량(100 중량%)에 대해, 상기 유기 비히클은 5 내지 40 중량%, 구체적으로는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있다. 상기 유기 비히클이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 적절한 점도를 가진 페이스트 조성물이 제조될 수 있다.
앞서 설명한 각 성분의 구체적인 함량 범위를 고려하여, 상기 페이스트 조성물 총량(100 중량%)에 대해, 상기 도전성 분말은 87 내지 91 중량% 포함되고, 상기 유리 프릿은 1.5 내지 3.0 중량% 포함되고, 상기 유기 비히클은 7 내지 12.5 중량% 포함되는 것일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 페이스트 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는, 필요에 따라, 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 페이스트 조성물 총량(100 중량%)에 대해, 상기 첨가제는 0.1 내지 5 중량% 포함되는 것일 수 있다.
태양 전지의 전극
본 발명의 또 다른 실시예에서는, 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 태양 전지용 전극을 제공한다. 상기 전극은 전면 전극일 수 있고, 후면 전극이어도 무방하며, 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 사용하여 제조됨으로써, 태양 전지의 효율을 향상시키면서도 열 안정성을 확보할 수 있다.
전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물에 관한 중복되는 설명은 생략하고, 상기 전극 및 그 형성 방법에 대해서는 이하의 설명에 따른다.
태양 전지
본 발명의 또 다른 일 실시예에서는, 반도체 기판; 및 상기 반도체 기판의 적어도 일면에 위치하고, 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 사용하여 형성된 전극;을 포함하는, 태양 전지를 제공한다.
도 1은, 상기 태양 전지의 단면도를 예시한 것이다.
이하, 도 1을 참고하여 일 구현예에 따른 태양 전지를 설명한다. 이는 비제한적인예시로서, 상기 태양 전지가 도 1에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 설명의 편의 상 상기 반도체 기판(10)을 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반도체 기판(10) 중 태양 에너지를 받는 면을 전면(front side)이라 하고, 상기 전면의 반대면을 후면(rear side)이라 한다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 태양 전지는 하부 반도체 층(10a) 및 상부 반도체 층(10b)을 포함하는 반도체 기판(10)을 포함한다.
상기 반도체 기판(10)은 반도체 물질로 만들어질 수 있다. 상기 반도체 물질은 구체적으로 결정질 규소 또는 화합물 반도체일 수 있고, 상기 결정질 규소로는 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다.
상기 하부 반도체 층(10a) 및 상기 상부 반도체 층(10b) 중 하나는 p형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있으며 다른 하나는 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 예를 들어, 상기 하부 반도체 층(10a)은 상기 p형 불순물로 도핑된 반도체 층이고, 상기 상부 반도체층(10b)은 상기 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 상기 p형 불순물은 붕소(B)와 같은 III족 화합물일 수 있고, 상기 n형 불순물은 인(P)과 같은 V족 화합물일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판(10)의 적어도 일면에는, 전극이 형성된다. 상기 전극은 전면 전극(20) 및 후면 전극(30)을 포함할 수 있으나, 이는 비제한적인 예시로서, 상기 구조에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 상기 반도체 기판(10)의 전면에는 반사방지막(12)이 형성될 수 있다. 상기 반사방지막(12)은 태양 에너지를 받는 반도체 기판(10)의 전면에 형성되어 빛의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시킬 수 있다. 또한 상기 반도체 기판(10)의 표면에 존재하는 실리콘과의 접촉 특성을 개선하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
상기 반사방지막(12)은 빛을 적게 흡수하고 절연성이 있는 물질로 만들어질 수 있다. 상기 반사방지막은 비제한적인 예시로서, 질화규소(SiNx), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 조합일 수 있으며, 단일 층 또는 복수 층으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 반사방지막(12)은 200 내지 1500Å의 두께를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 반사방지막(12) 상에 복수의 전면 전극(20)이 형성될 수 있다. 상기 전면 전극(20)은 상기 반도체 기판(10)의 일 방향을 따라 나란히 뻗어 있을 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
상기 전면 전극(20)은 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 사용하여 형성될 수 있으며, 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 형성될 수 있다. 이때의 조성물에 포함된 도전성 분말은, 은(Ag)과 같은 저저항 도전성 분말일 수 있다.
상기 전면 전극(21) 상에는 버스 바(bus bar) 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 버스 바 전극은 복수의 태양 전지 셀을 조립할 때 이웃하는 태양 전지 셀을 연결하기 위한 것이다.
상기 반도체 기판(10)의 하부에는 후면 전극(30)이 형성될 수 있다. 상기 후면 전극(30)은 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 사용하여, 스크린 인쇄 방법으로 형성될 수 있다. 상기 페이스트 조성물에 포함된 도전성 분말은, 알루미늄(Al)과 같은 불투명 금속을 사용할 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지는 반도체 기판(10)을 준비하는 단계, 반도체 기판(10)에 n형 불순물을 도핑하는 단계, 전면 전극(20)을 형성하는 단계, 및 후면 전극(30)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
반도체 기판(10)을 준비하는 단계는 태양 전지 제조를 위한 반도체 기판(10)을 준비하는 단계이다. 반도체 기판(10)으로는, 실리콘 웨이퍼를 사용할 수 있고, 여기에는 p형 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체 기판(10)에 n형 불순물을 도핑하는 단계는 반도체 기판(10) 상에 n형 불순물을 도핑하는 단계이다. 상기 n형 불순물은, POCl3, H3PO4 등을 고온에서 확산시킴으로써 도핑할 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 기판(10)은, 다른 불순물로 도핑된 하부 반도체 층(10a) 및 상부 반도체 층(10b)을 포함하게 될 수 있다.
전면 전극(20)을 형성하는 단계는 상기 상부 반도체 층(10)과 접촉하게 되는 전극을 형성하는 단계이다. 상부 반도체 층(10b) 위에 반사방지막(12)을 형성할 수 있다. 반사방지막(12) 위에 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 뒤 건조하여, 전면 전극(20)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 조성물 내 유리 프릿이 용융되면서 반사방지막(12)을 관통함에 따라, 전면 전극(20)은 상기 상부 반도체 층(10b)과 접촉하게 된다.
후면 전극(30)을 형성하는 단계는 상기 하부 반도체 층(10a) 위에도, 전술한 유리 프릿 조성물 또는 이를 포함하는 페이스트 조성물을 도포한 뒤 건조하여, 후면 전극(30)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 전면 전극(20) 및 후면 전극(30) 형성 시, 각각의 조성물을 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 도포한 다음, 이를 소성하여 건조할 수 있다. 상기 소성은 소성로 내에서 수행될 수 있고, 상기 각각의 조성물 내 도전성 분말의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온시킬 수 있다. 상기 소성은 예를 들어, 약 700 내지 900 ℃의 온도 범위에서 수행할 수 있다. 상기 구조를 가진 태양 전지는, 상기 단계에 따라 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들, 이에 대비되는 비교예들, 및 이들을 비교하여 평가한 평가예들을 기재한다. 그러나 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부일 뿐, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 18
(1) 유리 프릿의 제조
하기 표 1 및 2를 만족하도록, 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 산화비스무스(Bi2O3), 산화규소(SiO2), 산화리튬(Li2O), 산화나트륨(Na2O), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag20), 산화 구리(CuO), 산화 붕소(B2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 혼합하여, 실시예 1 내지 18의 유리 프릿 조성물을 각각 제조하였다.
이때의 혼합은, 무중력 혼합기를 사용하여, 상기 유리 프릿 조성물 내 모든 성분들이 완전히 혼합이 되도록, 충분한 시간을 두고 수행되었다. 혼합 완료된 유리 조성물을 백금 도가니에 투입한 뒤, 950 내지 1,250℃의 온도에서 용융작업을 진행하였다. 용융시간은 20 분(min)이였다. 용융 단계에서 용융된 유리 조성물은 건식 및 습식 퀀칭(Quenching)을 통해 급냉시켰다. 급냉된 유리 용융물을 젯트 밀 및 파인 밀을 사용하여 분말 상태로 분쇄하여, 최종적으로 유리 프릿을 수득하였다.
(2) 페이스트 조성물의 제조
실시예 1 내지 18의 유리 프릿에 각각, 도전성 분말, 유기 비히클, 및 첨가제를 투입하고, 혼합하여 각각의 페이스트 조성물을 제조하였다. 구체적으로, 각각의 페이스트 조성물 총량(100 중량%)에 대해, 상기 유리 프릿은 2.5 중량%, 상기 도전성 분말은 89.5 중량%, 상기 유기 비히클은 5.5 중량%, 상기 첨가제는 2.5 중량%가 되도록 하였다.
상기 도전성 분말로는 은(Ag) 분말(D50 입경: 2.0 ㎛)을 사용하고, 상기 유기 비히클로는 유기 바인더인 에틸 셀룰로오스 및 유기 용매인 (2,2,4-트리메틸-모노이소부티레이트가 3:97의 중량비(기재 순서는, 유기 바인더 : 유기 용매)로 혼합된 것을 사용하고, 상기 첨가제로는 요변제(CRAYVALLAC)및 분산제(Duomeen TDO)를 사용하였다.
(3) 태양 전지의 제작
전면 전극을 형성하기 전에, 반도체 기판의 일종인 실리콘 웨이퍼(면저항: 85 Ω/sq.)의 후면에, 알루미늄 페이스트 조성물을 도포한 후 건조하여 후면 전극을 형성하였다. 상기 알루미늄 페이스트 조성물은, 상용 제품인 DSCP-A151(동진쎄미켐) 페이스트를 사용하여 인쇄-건조 한 후 전면 전극을 형성하였다. 상기 건조는, 적외선 건조로 내에서 130 ℃ 에서 4 분(min) 유지 후 냉각시키는 방법으로 수행되었다.
이후, 상기 (2)에서 제조된 실시예 1 내지 18의 페이스트 조성물을 각각 사용하여, 전면 전극을 형성하였다. 상기 후면 전극이 형성된 실리콘 웨이퍼 전면에, 상기 각각의 페이스트 조성물을 도포하였다. 상기 도포는, 일정한 패턴으로 스크린 프린팅 하여 인쇄하는 방법으로 수행되었다.
상기 후면 전극 및 상기 전면이 모두 형성된 상태에서, 벨트형 소성로를 사용하여 240 inch/min의 속도로 770℃까지 승온하여 소성을 하였다.
비교예 1 내지 21
하기 표 1 및 2의 실시예 1 내지 18 대신, 비교예 1 내지 21의 각 조성으로 유리 프릿 조성물을 제조한 점을 제외하고, 모두 동일한 방법에 의하여 페이스트 조성물 및 전면 전극을 제조하고, 태양 전지를 제작하였다.
| 유리 프릿 내 각 성분의 함량(단위: 몰%, 유리 프릿 총량(100 몰%) 기준 | |||||||||||||||
| PbO | TeO2 | Bi2O3 | SiO2 | Li2O | Na2O | ZnO | WO3 | Ag2O | CuO | B2O3 | Al2O3 | MgO | CeO2 | Ti2o3 | |
| 실시예 1 | 20.4 | 29.2 | 5.2 | 22.8 | 9.9 | 2.3 | 1.1 | 5.9 | 1.9 | 0.4 | 0.5 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 2 | 22.8 | 33.2 | 8.0 | 17.2 | 9.0 | 3.0 | 1.5 | 2.8 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | - | - | - |
| 실시예 3 | 21.9 | 33.0 | 5.0 | 23.0 | 9.1 | 2.0 | 1.0 | 3.2 | 0.5 | 0.4 | 0.5 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 4 | 21.5 | 30.7 | 5.6 | 18.9 | 12.0 | 2.9 | 1.8 | 3.1 | 1.6 | 0.4 | 1.1 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 5 | 21.2 | 30.2 | 5.5 | 20.6 | 11.9 | 2.9 | 1.8 | 3.1 | 0.6 | 0.4 | 1.5 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 6 | 23.0 | 25.0 | 5.0 | 23.0 | 13.0 | 3.0 | 1.0 | 2.0 | 2.0 | 0.5 | 1.5 | 1.0 | - | - | - |
| 실시예 7 | 21.1 | 35.0 | 6.5 | 16.5 | 9.9 | 2.8 | 1.8 | 3.1 | 1.5 | 0.4 | 1.0 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 8 | 22.5 | 33.1 | 8.0 | 18.5 | 9.2 | 2.3 | 2.2 | 2.0 | 0.5 | 0.4 | 0.9 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 9 | 23.0 | 25.0 | 5.0 | 22.5 | 12.5 | 3.0 | 3.2 | 2.0 | 2.0 | 0.4 | 1.0 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 10 | 21.7 | 27.5 | 7.3 | 19.1 | 12.6 | 2.3 | 3.1 | 2.5 | 1.5 | 0.4 | 1.0 | 1.0 | - | - | - |
| 실시예 11 | 23.0 | 26.0 | 7.3 | 21.0 | 10.5 | 2.3 | 2.5 | 2.5 | 1.9 | 0.4 | 1.5 | 1.0 | - | - | - |
| 실시예 12 | 21.6 | 25.4 | 7.3 | 23.0 | 10.5 | 2.3 | 2.7 | 2.5 | 1.9 | 0.3 | 1.5 | 1.0 | - | - | - |
| 실시예 13 | 21.3 | 25.1 | 7.3 | 20.8 | 13.0 | 2.7 | 3.1 | 2.9 | 1.9 | 0.4 | 1.0 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 14 | 20.3 | 30.8 | 8.0 | 17.8 | 11.3 | 3.0 | 1.1 | 3.9 | 2.0 | 0.4 | 1.0 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 15 | 19.9 | 32.2 | 7.1 | 17.4 | 11.1 | 2.2 | 3.1 | 3.8 | 1.4 | 0.3 | 1.0 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 16 | 19.6 | 25.0 | 5.3 | 22.2 | 12.8 | 2.4 | 3.3 | 5.9 | 1.0 | 0.5 | 1.5 | 0.4 | - | - | - |
| 실시예 17 | 19.1 | 32.9 | 5.1 | 16.5 | 10.0 | 2.2 | 4.0 | 5.8 | 2.0 | 0.4 | 1.1 | 1.0 | - | - | - |
| 실시예 18 | 23.0 | 26.1 | 8.0 | 16.5 | 10.0 | 2.2 | 4.0 | 5.8 | 2.0 | 0.4 | 1.1 | 1.0 | - | - | - |
| 비교예 1 | 27.4 | 40.0 | 7.0 | - | 5.5 | - | 1.1 | 9.1 | 0.6 | - | - | - | 9.1 | - | - |
| 비교예 2 | 27.1 | 39.6 | 6.9 | - | 6.6 | - | 1.1 | 9.0 | 0.6 | - | - | - | 9.0 | - | - |
| 비교예 3 | 25.4 | 37.0 | 6.5 | - | 12.7 | - | 1.1 | 8.5 | 0.5 | - | - | - | 8.5 | - | - |
| 비교예 4 | 23.1 | 46.0 | 6.9 | 1.6 | 12.2 | 1.3 | - | 3.8 | - | - | - | - | 5.1 | - | - |
| 비교예 5 | 22.5 | 27.0 | 3.8 | 23.0 | 9.4 | 2.5 | 5.5 | 4.3 | - | 0.4 | 1.1 | 0.5 | - | - | - |
| 비교예 6 | 21.9 | 23.6 | 5.4 | 21.7 | 12.7 | - | 4.6 | 7.0 | - | - | 0.8 | 1.2 | - | 1.0 | - |
| 비교예 7 | 21.8 | 26.2 | 3.7 | 22.3 | 9.1 | 2.4 | 5.4 | 7.2 | - | 0.4 | 1.1 | 0.4 | - | - | |
| 비교예 8 | 19.4 | 20.3 | 5.3 | 26.0 | 10.4 | 2.0 | 4.5 | 6.8 | - | - | 0.8 | 1.2 | - | 0.9 | 2.3 |
| 비교예 9 | 20.4 | 21.3 | 5.3 | 24.0 | 12.4 | - | 2.5 | 8.8 | - | - | 0.8 | 1.2 | - | 0.9 | 2.3 |
| 비교예 10 | 12.3 | 40.9 | 8.6 | 8.5 | 20.7 | - | 4.1 | 4.5 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 11 | 12.2 | 40.5 | 8.5 | 8.4 | 19.5 | - | 4.1 | 6.5 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 12 | 12.2 | 40.5 | 8.5 | 8.4 | 17.0 | - | 4.1 | 6.5 | 2.5 | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 13 | 12.1 | 40.1 | 8.4 | 8.3 | 19.3 | - | 4.0 | 6.4 | 1.0 | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 14 | 12.1 | 40.1 | 8.4 | 8.3 | 20.3 | - | 4.0 | 6.4 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 15 | 11.7 | 41.8 | 8.2 | 8.1 | 19.7 | - | 3.9 | 6.2 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 16 | 11.7 | 38.9 | 8.2 | 12.1 | 19.7 | - | 3.9 | 5.2 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 17 | 11.7 | 38.9 | 8.2 | 8.1 | 19.7 | - | 5.9 | 6.2 | - | - | 0.4 | - | - | 1.0 | - |
| 비교예 18 | 11.6 | 38.5 | 8.1 | 10.0 | 19.5 | - | 5.8 | 6.1 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 비교예 19 | 11.6 | 38.5 | 2.0 | 8.0 | 19.5 | - | 5.8 | 6.1 | - | - | 0.4 | - | 8.1 | - | - |
| 비교예 20 | 11.5 | 38.1 | 8.0 | 7.9 | 19.3 | - | 7.8 | 6.1 | - | - | 0.4 | 1.0 | - | - | - |
| 비교예 21 | 11.4 | 37.8 | 7.9 | 9.8 | 19.1 | - | 7.7 | 6.0 | - | - | 0.4 | - | - | - | - |
| 구분 | 식 1: A=[PbO]+[TeO2]+[Bi2O3] |
식 2: B=[Li2O]+[Na2O] |
식 3: C=A/B |
식 4: D=[ZnO]+[WO3]+[Al2O3] |
|
| 실시예 | 1 | 54.8 | 12.2 | 4.5 | 7.4 |
| 2 | 64.0 | 12.0 | 5.3 | 5.3 | |
| 3 | 59.9 | 11.1 | 5.4 | 4.7 | |
| 4 | 57.8 | 14.9 | 3.9 | 5.4 | |
| 5 | 56.9 | 14.7 | 3.9 | 5.3 | |
| 6 | 53.0 | 16.0 | 3.3 | 4.0 | |
| 7 | 62.5 | 12.8 | 4.9 | 5.2 | |
| 8 | 63.6 | 11.5 | 5.5 | 4.7 | |
| 9 | 53.0 | 15.5 | 3.4 | 5.6 | |
| 10 | 56.5 | 14.9 | 3.8 | 6.6 | |
| 11 | 56.3 | 12.8 | 4.4 | 6.0 | |
| 12 | 54.3 | 12.8 | 4.2 | 6.2 | |
| 13 | 53.7 | 15.7 | 3.4 | 6.5 | |
| 14 | 59.1 | 14.3 | 4.1 | 5.4 | |
| 15 | 59.1 | 13.4 | 4.4 | 7.3 | |
| 16 | 49.9 | 15.2 | 3.3 | 9.7 | |
| 17 | 57.1 | 12.2 | 4.7 | 10.8 | |
| 18 | 57.1 | 12.2 | 4.7 | 10.8 | |
| 비교예 | 1 | 74.5 | 5.5 | 13.4 | 10.3 |
| 2 | 73.7 | 6.6 | 11.2 | 10.2 | |
| 3 | 68.8 | 12.7 | 5.4 | 9.5 | |
| 4 | 76.1 | 13.5 | 5.6 | 3.8 | |
| 5 | 53.3 | 11.9 | 4.5 | 10.3 | |
| 6 | 51.0 | 12.7 | 4.0 | 12.8 | |
| 7 | 51.7 | 11.5 | 4.5 | 13.0 | |
| 8 | 49.8 | 12.4 | 4.0 | 12.5 | |
| 9 | 49.8 | 12.4 | 4.0 | 12.5 | |
| 10 | 53.2 | 20.7 | 2.6 | 8.6 | |
| 11 | 52.7 | 19.5 | 2.7 | 10.5 | |
| 12 | 52.7 | 18.5 | 2.9 | 10.5 | |
| 13 | 52.2 | 19.3 | 2.7 | 10.4 | |
| 14 | 52.2 | 20.3 | 2.6 | 10.4 | |
| 15 | 53.6 | 19.7 | 2.7 | 10.1 | |
| 16 | 50.6 | 19.7 | 2.6 | 9.1 | |
| 17 | 50.6 | 19.7 | 2.6 | 12.1 | |
| 18 | 50.1 | 19.5 | 2.6 | 12.0 | |
| 19 | 52.1 | 19.5 | 2.7 | 12.0 | |
| 20 | 49.6 | 19.3 | 2.6 | 14.8 | |
| 21 | 49.1 | 19.1 | 2.6 | 13.7 | |
평가예 1: 접착력, 라인 비저항, 및 접촉 비저항 평가
상기 유리 프릿, 상기 페이스트 조성물, 또는 상기 태양 전지에 대해, 접착력, 라인 비저항, 및 접촉 비저항을 평가하여, 각각의 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 구체적인 평가 조건은 다음과 같다.
접착력 : 상기 각 태양 전지의 전면 전극의 아일랜드 형(Island type) 버스 바(bus bar)에, 리본(폭 1.1 ㎜, 두께 0.2 ㎜)을 일직선으로 맞춘 후, 태빙(Tabbing) 기기를 사용하여 380 ℃의 뜨거운 공기(hot air)를 가하면서 본딩(bonding)을 실시하였다. 각 본딩(Bonding)된 웨이퍼에 대해, 만능재료시험기(NTS technology社)를 사용하여 박리 시험(peel test, 180도 조건)를 실시하였다. 이와 관련하여, 하기 표 3에 기록된 부착력은, 상기 박리 시험에서의 측정값의 최고점이다.
라인 비저항 : 길이 20,000 ㎛ 및 폭 60 ㎛인 인쇄 제판에, 상기 각 은 분말이 포함된 전극 페이스트 조성물을 인쇄, 건조 및 소성한 후, 멀티미터(Tektronix DMM 4020 device)를 사용하여 라인 저항을 측정하였다. 이와 별도로, 레이저 현미경(laser microscope, KEYENCE VK-X100)을 사용하여, 면적을 측정하였다. 이후, 아래의 계산식 1에 각각의 측정값을 넣어 라인 비저항을 계산하고, 표 3에 기록하였다.
[계산식 1] 라인 비저항=(저항 × 면적)/길이
접촉 비저항 : 접촉 저항은 널리 알려진 방법 중 하나인 TLM (Transfer Length Method)을 이용하여 측정하였다. 구체적으로, 우선 상기 각 은 분말이 포함된 전극 페이스트 조성물을, 웨이퍼에 바(Bar) 패턴(L*Z, 500㎛*3000㎛)으로 인쇄한 후, 건조, 및 소성 공정을 진행한다. 이때, 접촉 저항 측정 시 간섭 현상을 억제하기 위하여, 레이저 에칭 기기(Laser Etching Machine, hardram社)으로 진동수(Frequency) 200㎑ 조건, 펄스 폭(Pulse Width) 50% 조건의 레이저(Laser)를 2회 조사하여, 바(Bar) 패턴의 테두리를 절연(isolation)하였다. 이후에 멀티미터(Tektronix DMM 4020 device)로 저항을 측정하고 간격에 따른 저항의 기울기 및 절편을 측정하여, 접촉 저항을(Ri, Rtotal) 구하였다. 측정된 접촉 저항 및 면적을 아래의 계산식 2에 넣어, 접촉 비저항을 계산하고, 하기 표 3에 기록하였다.
[계산식 2] 접촉 비저항 = 접촉저항 × 면적
| 구분 | 라인 비저항 (단위: uΩㆍ㎝) |
접촉 비저항 (단위: mΩㆍ㎠) |
접착력 (단위: N) |
|
| 실시예 | 1 | 2.6 | 1.6 | 1.8 |
| 2 | 2.6 | 1.3 | 1.5 | |
| 3 | 2.7 | 1.4 | 2.5 | |
| 4 | 2.8 | 1.8 | 2.2 | |
| 5 | 2.0 | 1.5 | 2.0 | |
| 6 | 2.9 | 1.8 | 2.1 | |
| 7 | 2.8 | 1.8 | 1.7 | |
| 8 | 2.8 | 1.6 | 1.7 | |
| 9 | 2.7 | 1.8 | 1.8 | |
| 10 | 2.8 | 1.9 | 1.5 | |
| 11 | 2.8 | 1.9 | 1.6 | |
| 12 | 2.9 | 1.9 | 1.6 | |
| 13 | 2.6 | 1.6 | 1.8 | |
| 14 | 2.6 | 1.9 | 1.5 | |
| 15 | 2.6 | 1.9 | 1.6 | |
| 16 | 2.7 | 1.9 | 1.7 | |
| 17 | 2.6 | 1.9 | 2.2 | |
| 18 | 2.7 | 1.6 | 2.4 | |
| 비교예 | 1 | 3.1 | 2.4 | 1.4 |
| 2 | 3.2 | 2.6 | 1.4 | |
| 3 | 3.5 | 2.5 | 2.1 | |
| 4 | 3.5 | 2.8 | 1.3 | |
| 5 | 2.6 | 2.4 | 2.4 | |
| 6 | 2.7 | 2.5 | 2.6 | |
| 7 | 2.6 | 3.2 | 2.3 | |
| 8 | 3.3 | 1.2 | 2.9 | |
| 9 | 3.4 | 1.4 | 2.1 | |
| 10 | 2.7 | 2.4 | 2.3 | |
| 11 | 2.6 | 2.1 | 2.3 | |
| 12 | 2.8 | 2.5 | 2.4 | |
| 13 | 2.8 | 2.1 | 2.3 | |
| 14 | 2.6 | 2.4 | 2.6 | |
| 15 | 2.4 | 2.3 | 2.4 | |
| 16 | 2.6 | 2.6 | 1.7 | |
| 17 | 2.7 | 2.4 | 2.3 | |
| 18 | 2.7 | 2.8 | 2.3 | |
| 19 | 2.8 | 2.9 | 2.3 | |
| 20 | 2.8 | 2.5 | 2.5 | |
| 21 | 2.5 | 2.3 | 2.4 | |
상기 표 3에 따르면, 실시예 1 내지 18의 경우, 모두 1.5 N을 초과하는 우수한 접착성이 나타나면서도, 3.0 uΩㆍ㎝ 보다 낮은 라인 저항 및 2.0 mΩㆍ㎠ 보다 낮은 접촉 저항이 나타나는 것으로 나타났다. 이에 반해, 비교예 1, 2, 및 4는 접착성이 낮고, 비교예 1 내지 4, 8, 및 9는 높은 라인 저항을 가지며, 비교예 1 내지 7 및 10 내지 21은 높은 접촉 비저항을 갖는 문제가 있다. 이는, 유리 프릿 조성의 차이에 기인한 것으로, 비교예 1 내지 21과 달리, 실시예 1 내지 18에서는 표 1 및 2를 모두 만족함에 따라, 전극과 반도체 기판 사이의 접착성이 우수하게 나타나고, 이에 따라 라인 저항 및 접촉 저항이 낮아진 것을 의미한다.
평가예 2: 전이점 및 결정화 온도 평가
상기 각 유리 프릿에 대해, 연화점 및 결정화 온도를 평가하여, 각각의 평가 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 이때, 구체적인 평가 조건은 다음과 같다.
전이점 : 전이점(Transition temperature)이라 일컫는 유리전이 온도는 온도 증가 혹은 온도 감소 시 탄성체에서 점성체 혹은 점성체에서 탄성체로 변하는 구간의 열적 특성을 내는 것으로서, 알루미늄 팬(pan)에 상기 각 유리 프릿을 도포하고, 시차주사열량계 (Differential Scanning Calorimeter, DSC, TA社)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 580℃까지 온도를 증가시키면서 측정하였다. 측정 시 흡열 반응이 끝나는 피크점을 분석하여, Tg 온도를 확인하고, 하기 표 4에 기록하였다.
결정화 온도 : 상기 연화점 측정시 사용된 것과 동일한 기기를 사용하고, 동일한 승온 속도 및 온도 조건을 부과하되, 측정 시 발열 반응이 끝나는 피크 점을 분석하여, Tc 온도를 확인하고, 하기 표 4에 기록하였다.
| 구분 | 전이점 (Tg, ℃) |
결정화 온도 (Tc, ℃) |
|
| 실시예 | 1 | 274.4 | 327.2 |
| 2 | 341.4 | 358.6 | |
| 3 | 280.3 | 335.7 | |
| 4 | 338.1 | 360.0 | |
| 5 | 340.8 | 360.3 | |
| 6 | 329.3 | 356.9 | |
| 7 | 340.7 | 362.7 | |
| 8 | 340.5 | 359.3 | |
| 9 | 281.8 | 332.8 | |
| 10 | 338.9 | 358.5 | |
| 11 | 276.6 | 360.9 | |
| 12 | 277.8 | 355.4 | |
| 13 | 284.1 | 367.8 | |
| 14 | 335.6 | 353.6 | |
| 15 | 334.4 | 350.4 | |
| 16 | 336.3 | 353.5 | |
| 17 | 340.5 | 364.4 | |
| 18 | 267.6 | 325.0 | |
상기 표 4에 따르면, 실시예 1 내지 18의 경우, 260 ℃ 내지 350 ℃의 적정 범위의 연화점이 측정되면서도, 320 ℃ 내지 420 ℃의 결정화 온도가 측정되었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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 이해해야만 한다.
10: 반도체 기판
10a: 하부 반도체 층
10b: 상부 반도체 층 12: 반사방지막
20: 전면 전극 30: 후면 전극
10b: 상부 반도체 층 12: 반사방지막
20: 전면 전극 30: 후면 전극
Claims (26)
- 납(Pb)-텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)이며,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해,
제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고,
제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고,
제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고,
제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고,
제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고,
잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제1 항에 있어서,
상기 유리 프릿은 하기 식 1을 만족하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
[식 1]
49<A=([PbO]+[TeO2]+[Bi2O3])<66
(상기 식 1에서, [PbO], [TeO2], 및 [Bi2O3]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화납(PbO)의 함량(몰%), 상기 산화텔루륨(TeO2)(몰%), 및 상기 산화비스무스(Bi2O3)의 함량(몰%)을 의미한다)
- 제1 항에 있어서,
상기 유리 프릿은 하기 식 2를 만족하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
[식 2]
11<B=([Li2O]+[Na2O])<16
(상기 식 2에서, [Li2O] 및 [Na2O]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화리튬(Li2O)의 함량(몰%) 및 상기 산화나트륨(Na2O)의 함량(몰%)을 의미한다)
- 제3 항에 있어서,
상기 유리 프릿은 하기 식 3을 만족하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
[식 3]
3.1<A/B<6.0
(상기 식 3에서, A는 [PbO]+[TeO2]+[Bi2O3]의 값을 의미하고, B는 [Li2O]+[Na2O]의 값을 의미하고, [PbO], [TeO2], [Bi2O3], [Li2O] 및 [Na2O]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화납(PbO)의 함량(몰%), 상기 산화텔루륨(TeO2)(몰%), 상기 산화비스무스(Bi2O3)의 함량(몰%), 상기 산화리튬(Li2O)의 함량(몰%), 및 상기 산화나트륨(Na2O)의 함량(몰%)을 의미한다)
- 제1 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은,
산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 유리 프릿 원료 물질을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 유리 프릿은 하기 식 4를 만족하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
[식 4]
3<[ZnO]+[WO3]+[Al2O3]<11
(상기 식 4에서, [ZnO], [WO3], 및 [Al2O3]는 각각, 상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대한 상기 산화아연(ZnO)의 함량(몰%), 상기 산화텅스텐(WO3)(몰%), 및 상기 산화알루미늄(Al2O3)의 함량(몰%)을 의미한다)
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화규소(SiO2)를 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화규소(SiO2)이 16 내지 23 몰% 포함되고, 잔부로는 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화아연(ZnO)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화아연(ZnO)이 1 내지 4 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화텅스텐(WO3)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화텅스텐(WO3)이 2 내지 6 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화은(Ag2O)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화은(Ag2O)이 0.5 내지 2.0 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화알루미늄(Al2O3), 산화구리(CuO), 및 산화붕소(B2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화구리(CuO)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화구리(CuO)이 0.2 내지 0.5 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화은(Ag2O), 산화텅스텐(WO3), 산화붕소(B2O3), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화붕소(B2O3)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화붕소(B2O3)이 0.5 내지 1.5 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제5 항에 있어서,
상기 제6 금속 산화물은 상기 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하고,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 상기 산화알루미늄(Al2O3)이 0.4 내지 1.0 몰% 포함되고, 잔부로는 산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3), 산화은(Ag2O), 산화구리(CuO), 및 산화붕소(B2O3)을 포함하는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 산화물을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제1 항에 있어서,
상기 유리 프릿의 전이점은,
260 ℃ 내지 350 ℃의 온도 범위를 만족하는 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제1 항에 있어서,
상기 유리 프릿의 결정화 온도(Tc)는,
320 ℃ 내지 420 ℃ 의 온도 범위인 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제1 항에 있어서,
상기 유리 프릿의 라인 저항(Line Resistivity)은,
3.0 uΩㆍ㎝ 미만(단, 0 uΩㆍ㎝ 제외)인 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿의 접촉 저항(Contact Resistivity)은,
2.0 mΩㆍ㎠ 미만(단, 0 mΩㆍ㎠ 제외)인 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 유리 프릿의 접착력(Adhesion)은 1.5 N 보다 큰 태양 전지의 전극 형성용 유리 프릿 조성물.
- 도전성 분말;
유리 프릿(glass frit); 및
유기 비히클;을 포함하고,
상기 유리 프릿은 납(Pb)-텔루륨(Te)-비스무스(Bi)계 유리 프릿(glass frit)이며,
상기 유리 프릿 총량(100 몰%)에 대해, 제1 금속 산화물인 산화납(PbO)이 19 내지 23 몰% 포함되고,
제2 금속 산화물인 산화텔루륨(TeO2)이 25 내지 35 몰% 포함되고,
제3 금속 산화물인 산화비스무스(Bi2O3)가 5 내지 8 몰% 포함되고,
제4 금속 산화물인 산화리튬(Li2O)이 9 내지 13 몰% 포함되고,
제5 금속 산화물인 산화나트륨(Na2O)이 2 내지 3 몰% 포함되고,
잔부로는 제6 금속 산화물이 포함되며, 상기 제6 금속 산화물은 상기 제1 내지 제5 금속 산화물과 상이한 유리 프릿 원료 물질을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물.
- 제19 항에 있어서,
상기 도전성 분말은,
은(Ag) 분말, 은(Ag) 함유 합금 분말, 알루미늄(Al) 분말, 알루미늄(Al) 함유 합금 분말, 구리(Cu) 분말, 알루미늄(Al) 함유 합금 분말, 니켈(Ni) 분말, 및 니켈(Ni) 함유 합금 분말을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종 이상의 도전성 분말을 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물.
- 제19 항에 있어서,
상기 유기 비히클은,
유기 바인더 및 유기 용매를 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물.
- 제19 항에 있어서,
첨가제를 더 포함하는 태양 전지의 전극 형성용 페이스트(paste) 조성물.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 조성물을 사용하여 형성된 태양 전지용 전극.
- 제19항 내지 제22항 중 어느 한 항의 조성물을 사용하여 형성된 태양 전지용 전극.
- 반도체 기판; 및
상기 반도체 기판의 적어도 일면에 위치하고, 제23항에 따른 전극;을 포함하는 태양 전지.
- 반도체 기판; 및
상기 반도체 기판의 적어도 일면에 위치하고, 제24항에 따른 전극;을 포함하는 태양 전지.
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