WO2013141426A1 - 태양전지용 전극 페이스트 조성물 - Google Patents

태양전지용 전극 페이스트 조성물 Download PDF

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WO2013141426A1
WO2013141426A1 PCT/KR2012/002173 KR2012002173W WO2013141426A1 WO 2013141426 A1 WO2013141426 A1 WO 2013141426A1 KR 2012002173 W KR2012002173 W KR 2012002173W WO 2013141426 A1 WO2013141426 A1 WO 2013141426A1
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powder
electrode paste
paste composition
filler
glass
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PCT/KR2012/002173
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박성용
정인범
양승진
이정웅
박기범
이병윤
이재욱
유재림
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(주)창성
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode paste composition for forming an electrode of a solar cell, and more particularly, by forming a conductive filler by coating a metal powder having a high conductivity on the outer surface of an oxide powder or glass powder to form a conductive filler.
  • Solar cells are generally semiconductor devices that convert solar energy into electrical energy, and are being spotlighted as next-generation energy sources due to advantages such as infinite resources, simplicity of equipment, excellent durability, and environmental friendliness.
  • 1 is a cross-sectional view showing a solar cell.
  • the solar cell is formed of a p-type semiconductor substrate 102 having a thickness of 220 to 330 ⁇ m and an n-type silicon semiconductor, and is formed of an emitter layer 103 provided on one side of the p-type semiconductor substrate 101. ), An antireflection film 105 applied to the outer surface of the emitter layer 103 to prevent reflection loss of incident sunlight, a front electrode 107 formed on the outer surface of the antireflection film 105, and p The back electrode 109 is formed on the other side of the semiconductor substrate 101.
  • the p-type semiconductor substrate 102 and the emitter layer 103 will be referred to as a semiconductor substrate 101.
  • the generated electrons are moved to the front electrode 107 through the emitter layer 103 by the photovoltaic effect, and holes are moved to the back electrode 109 through the p-type semiconductor substrate 102 by the photovoltaic effect. That is, the solar cell 100 connects the front electrode 107 in which the electrons are collected and the rear electrode 109 in which the holes are collected by wires, thereby causing electric current to be generated.
  • the front electrode 107 is formed by repeatedly firing the prepared electrode paste composition on the anti-reflection film 105, wherein the electrode paste composition (hereinafter, referred to as a conventional electrode paste composition) is typically A conductive filler formed of silver (Ag) powder, an organic binder for imparting deformability and fluidity of the electrode paste composition, an organic solvent serving as a solvent for dissolving the organic binder, and an antireflection film 105 It is composed of an inorganic binder (Inorganic Binder) to be easily bonded to the surface.
  • the electrode paste composition hereinafter, referred to as a conventional electrode paste composition
  • the firing process is repeatedly performed to form the front electrode 107 having a function as an electrode by contacting the conductive metal with the semiconductor layer. Will be.
  • the patterning process is performed according to a known process method such as screen process printing, offset printing, photolithography, and the like.
  • the front electrode 105 is printed on the antireflection film 107 in a rod shape having a predetermined length.
  • the aspect ratio (line height / line width) of the front electrode 105 is low, the shading loss (Shading Loss), which is a ratio that is actually covered by the front electrode 105 during solar irradiation, is increased, resulting in the solar cell 100.
  • the problem is that the efficiency of the cell is lowered. That is, the electrode performance of the solar cell 100 is determined by how to prepare an electrode paste composition that provides the electrical function of the front electrode 105 and whether the aspect ratio is to be printed high when printing the manufactured electrode paste composition.
  • the noble metal powder applied to the conventional filler increases the shrinkage rate after repeated firing, and as the shrinkage rate increases, a delamination phenomenon occurs between the front electrode 105 and the anti-reflection film 107, thereby lowering the conductivity. .
  • a shrinkage rate regulator for suppressing the shrinkage rate of the precious metal powder is added to the conventional electrode paste composition.
  • the shrinkage rate modifier increases the series resistance (Rs) of the electrode and decreases the shunt resistance (Rsh). This lowers the efficiency of the electrode.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and to provide an electrode paste composition in which the manufacturing cost is significantly reduced by constructing the conductive filer as an oxide powder coated with a metal powder or a glass powder coated with a metal powder. will be.
  • another object of the present invention is to reduce the weight compared to the conventional filler by forming the filler metal coating oxide powder or metal coating glass powder, the number of printing per unit weight can be increased, thereby increasing the aspect ratio, according to the series
  • Another object of the present invention is to fill the filler metal powder coated oxide powder (hereinafter referred to as metal coating oxide powder) or metal powder coated glass powder (hereinafter referred to as metal coated glass powder)
  • the present invention is to provide an electrode paste composition in which shrinkage is reduced to suppress delamination with a silicon wafer, thereby increasing electrode efficiency.
  • Another problem of the present invention is that since the inside of the filler is formed of an oxide powder or a glass powder, and thus has a low shrinkage rate, it is not necessary to add a separate shrinkage rate regulator, and accordingly, a conventional electrode paste composition is added due to the addition of a shrinkage rate regulator.
  • An object of the present invention is to provide an electrode paste composition capable of improving the problem of increasing the series resistance (Rs) and lowering the shunt resistance (Rsh), thereby lowering the light conversion efficiency.
  • the oxide powder is , ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , , And It is preferably one of the oxides.
  • the metal powder is silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium (Pd) powder, aluminum (Al) powder, It is preferably one of gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powders.
  • the inorganic binder has a transition point of 300 to 600 °C, softening point of 330 ⁇ 650 °C, , ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , And It is preferred that the glass frit is a mixture of at least one of the oxides melted and quenched.
  • the average diameter of the conductive filler is preferably 0.1 ⁇ 30 ⁇ m.
  • another solution of the present invention comprises a conductive filler of 50.0 to 90.0% by weight, inorganic binder of 5.0 to 20.0% by weight, organic binder of 0.5 to 20.0% by weight, organic solvent of 4.5 to 20.0% by weight, Filler is 10.0 ⁇ 70.0% by weight glass powder; It comprises a metal powder coated on the outer surface of the oxide powder 30.0 ⁇ 90.0% by weight.
  • the glass powder is , ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , And It is preferred that at least one of the oxides is a glass frit, in which the mixed mixture is melted and quenched.
  • the metal powder is silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium (Pd) powder, aluminum (Al) powder, It is preferably one of gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powders.
  • the inorganic binder has a transition point of 300 to 600 °C, softening point of 330 ⁇ 650 °C, , ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , And It is preferred that the glass frit is a glass frit obtained by melting and quenching a mixture in which at least one of the oxides is mixed.
  • the average diameter of the conductive filler is preferably 0.1 ⁇ 30 ⁇ m.
  • the filler of the precious metal powder is applied because the filler is composed of an oxide powder or a glass powder, and a metal powder coated with a predetermined thickness on the outer surface of the oxide powder or the glass powder. of The manufacturing cost is significantly reduced compared to the electrode paste composition.
  • the filler is formed of a metal coated oxide powder or a metal coated glass powder, the shrinkage rate is lowered, thereby reducing the delamination with the silicon wafer, thereby increasing the electrode efficiency of the electrode.
  • the shrinkage rate is low, it is not necessary to add a separate shrinkage rate regulator, thereby improving the problem of increasing the series resistance (Rs) and lowering the shunt resistance (Rsh) due to the conventional shrinkage rate regulator. Is higher.
  • the filler is formed of an oxide powder, no oxidation occurs even when repeated firing is performed, thereby making it possible to prepare an electrode paste composition having excellent electrode efficiency.
  • 1 is a cross-sectional view showing a solar cell.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view when an electrode paste composition, which is an embodiment of the present invention, is printed on a silicon wafer substrate, and (b) is a cross-sectional view when a conventional electrode paste composition is printed on a silicon wafer substrate.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of preparing a filler applied to an electrode paste composition according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a glass frit applied to an electrode paste composition according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a conductive filler applied to an electrode paste composition according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode paste composition for a solar cell includes an inorganic binder for increasing adhesion strength between a conductive filler formed of an oxide powder coated with a metal powder and a silicon wafer.
  • Inorganic Binder an organic binder for increasing the viscosity of the composition, and an organic solvent for dissolving the organic binder.
  • the electrode paste composition is composed of 50.0 to 90.0 wt% of a filler, 5.0 to 20.0 wt% of an inorganic binder, 4.5 to 20.0 wt% of an organic solvent, and 0.5 to 10.0 wt% of an organic binder.
  • the conductive filler consists of an oxide powder and a metal powder coated on the outer surface of each of the oxide powders at a predetermined thickness.
  • the metal powder is coated on the outer surface of the oxide powder through a known electroless plating process, in which the method of preparing a filler formed by coating the metal powder on the outer surface of the oxide powder is described in detail with reference to FIG. Let's explain.
  • the filler is preferably composed of 10.0 to 70.0% by weight of the oxide powder, and 30.0 to 90.0% by weight of the metal powder coated on the oxide powder. If the weight of the metal powder is less than 30.0% by weight, the content of the oxide powder is increased to reduce the electrical properties. If the weight of the metal powder is more than 90.0% by weight, the content of the oxide powder is reduced. Is lowered.
  • the filler may be formed of particles of various shapes such as amorphous, spherical, plate-shaped, and square.
  • the filler is preferably formed to a thickness of 0.1 ⁇ m ⁇ 30 ⁇ m average diameter. If the average diameter of the filler is less than 0.1 ⁇ m, the dispersibility of the electrode paste is reduced. If the average diameter of the filler is 30 ⁇ m or more, the density of the sintered coating film is lowered, thereby amplifying the series resistance (Rs) of the electrode.
  • the metal powder of the filler is coated on the outer surface of each oxide powder, silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium (Pd) It is formed of one of powder, aluminum (Al) powder, gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powder.
  • the oxide powder of the filler is silicon oxide ( ), Aluminum oxide ( ), Titanium oxide ( ), Calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO), iron oxide ( ), Tin oxide ( ), Manganese oxide ( ), Cobalt oxide ( ), Barium oxide ( ) And lead oxides (PbO).
  • the electrode paste composition according to the embodiment of the present invention is prepared by forming a filler into an oxide powder coated with a metal powder, compared to a conventional filler formed of a single precious metal powder such as silver (Ag) powder and gold (Au) powder. The cost is reduced.
  • the electrode paste composition may have the effect of increasing the aspect ratio and reducing the shielding rate during printing as the filler is formed of an oxide powder coated with a metal powder, thereby reducing the series resistance (Rs). Increasing the resistance (Rsh) to increase the light conversion efficiency of the solar cell.
  • the electrode paste composition is formed of the oxide powder, the oxidation rate of the metal is reduced during repeated firing, thereby reducing the shrinkage rate, thereby reducing the delamination with the silicon wafer substrate, thereby increasing battery efficiency.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view when an electrode paste composition, which is an embodiment of the present invention, is printed on a silicon wafer substrate, and (b) is a cross-sectional view when a conventional electrode paste composition is printed on a silicon wafer substrate.
  • the filler is formed of an oxide powder having a relatively low specific gravity compared to the precious metal powder, and thus the aspect ratio is increased because the number of times of printing increases with the same weight during printing, and thus the shielding rate of the electrode is reduced, thereby reducing the light absorption rate of the battery. Will increase.
  • the aspect ratio is a value obtained by dividing the line height by the line width, and the higher the aspect ratio, the more the light absorption rate increases because the area where the electrode absorbs sunlight from the silicon wafer substrate increases.
  • the electrode paste composition of one embodiment of the present invention has a line width (w ′) and a line height of the conventional electrode face composition shown in FIG. 2 (b) when printed on a silicon wafer substrate. Compared with (h '), the line width w is reduced and the line height h is increased.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of preparing a filler applied to an electrode paste composition according to an embodiment of the present invention.
  • Metal oxide is prepared by oxidizing any one of barium (Ba) and lead (Pb). At this time, since the method for producing a metal oxide is a conventional technique in preparing a composition, detailed description thereof will be omitted (S10).
  • the oxide powder prepared in step 10 (S10) is added to a reducing solution to which a reducing agent of hydrazine, popmalin, glucose, tartaric acid, and loxate salt is added to prepare a solution containing an oxide powder having secured dispersibility.
  • a reducing agent of hydrazine, popmalin, glucose, tartaric acid, and loxate salt is added to prepare a solution containing an oxide powder having secured dispersibility.
  • the mixing of the oxide powder and the reducing solution is made through a known technique, such as chess, ultrasonic, gas blowing (Gas blowing) (S20).
  • An aqueous metal nitrate mixture solution is prepared in which the metal nitrate mixture is dissolved.
  • the nitrile metal mixture is ) And a mixture of metal powder components coated on the oxide powder of the filler.
  • the metal powder is silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium (Pd) powder, aluminum (Al) powder, gold (Au) It is formed of any one of powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powder, for example, when the silver (Ag) powder is applied to the metal powder, the metal nitrate mixture becomes silver nitrate (AgNO3) (S30).
  • Ammonia water (NH 4 OH) is added to the metal complex oxide prepared in step 50 (S50) to prepare a metal ammonia complex compound (S60).
  • step 70 (S70) is a technique commonly used in the plating process, a detailed description thereof will be omitted.
  • the inorganic binder increases the adhesive strength of the coating of the filler to facilitate bonding to the silicon wafer substrate, and improves the sintering characteristics of the coating so that the post-processing process is easily performed.
  • the inorganic binder is preferably glass frits (hereinafter, referred to as glass frits).
  • the glass frit is composed of 5.0 to 20.0% by weight of the electrode paste. If the glass frit is less than 5.0% by weight, the adhesive strength is weakened, resulting in a decrease in the adhesive strength with the silicon wafer substrate. If the glass frit is more than 20% by weight, the amount of filler is relatively decreased, so that the conductivity is the conductivity of the electrode paste. Not only does this fall, but the line resistance and the contact resistance of the electrode increase, so that the electrode efficiency decreases.
  • the glass frit is preferably formed so that the transition temperature (transition point), which is the temperature at which the state of the material changes to another state, has a size of 300 to 600 ° C. If the transition temperature is less than 300 °C glass frit flows around the electrode when firing the electrode hinders the formation of the electrode, if the transition point is more than 600 °C softening of the glass frit (Softening) is not enough occurs.
  • transition temperature transition point
  • the glass frit is preferably formed so that the softening temperature (softening point), which is the temperature at which the solid material melts by heat, has a size of 330 ° C to 650 ° C. If the softening point is less than 330 ° C, the shrinkage increases, so that the edge curl of the electrode becomes large, and if the softening point is more than 650 ° C, the silver coating metal powder does not sufficiently sinter and the resistance value increases. Is generated.
  • softening temperature softening point
  • the glass frit is not particularly limited in particle shape, but is preferably formed in a spherical shape, and is preferably 5.0 ⁇ m or less. If the average particle diameter of the glass frit exceeds 5.0 ⁇ m, the straightness of the print coating pattern and the plastic coating pattern during the printing coating operation is inferior.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a glass frit applied to an electrode paste composition according to an embodiment of the present invention.
  • the oxide powder is melted at a temperature of 1200 to 1500 ° C. for one hour, and the molten oxide powder is quenched to prepare a glass specimen.
  • the oxide powder , ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , And It is formed of any one of them (S110).
  • a glass powder having an average particle diameter of 200 ⁇ m is prepared by dry grinding the glass specimen prepared in step 110 (S110) using a disk mill for 30 minutes at 7000 rpm or more (S120).
  • step 120 100 g of the glass powder having an average particle diameter of 200 ⁇ m, 600 g of the zirconia ball having a diameter of 2 mm, and 100 g of pure water were mixed in step 120 (S120), and the mixture was wetted at 300 rpm for 30 minutes using a mono mill equipment.
  • a glass powder slurry is prepared by wet grinding (S130).
  • the glass powder slurry prepared through step 130 (S130) is dried at 100 ° C. for 12 hours to prepare a glass powder having a diameter of 10 ⁇ m or less (S140).
  • the glass powder slurry prepared in step 150 (S150) is dried at 200 ° C. or less for 12 hours to prepare a glass powder having an average diameter of 1 ⁇ m or less and a maximum diameter of 3 ⁇ m or less (S160).
  • the organic binder mechanically mixes the filler and the glass frit to determine the viscosity of the paste composition and the rheological properties that are characteristic of the deformation and flow of the composition so that the paste composition is easily printed onto the substrate.
  • the organic binder may be made of one of a thermoplastic binder or a thermosetting binder.
  • the organic binder is preferably a thermoplastic resin which generates a small amount of the organic binder component or its decomposition product in the coating powder during the heat treatment.
  • the thermoplastic binder may be one of acrylic, ethyl cellulose, polyester, polysulfone, phenoxy, and polyamide, or a mixture of at least two or more.
  • the thermosetting binder may be one of amino, epoxy, phenol or a mixture of at least two or more.
  • the organic binder is preferably composed of 0.4 to 10.0% by weight of the electrode paste composition. At this time, if the organic binder is less than 0.4% by weight, not only the viscosity is lowered after the paste composition is manufactured but also the adhesive strength is lowered after printing and drying. If the organic binder is 10.0% by weight or more, the amount of the organic binder is excessive when firing. The organic binder is not easily decomposed, so that the resistance value is increased, and the organic binder is not completely burned out during firing, and thus residual coal remains in the electrode.
  • the organic solvent dissolves the organic binder to control the viscosity of the electrode paste, and generally aromatic hydrocarbons, ethers, ketones, lactones, ether alcohols, etc. , Esters and diesters, or at least two or more mixtures.
  • the organic solvent is preferably composed of 4.5 ⁇ 20.0% by weight of the electrode paste may be composed of various weights according to the control of the viscosity.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a conductive filler applied to an electrode paste composition according to an embodiment of the present invention.
  • the filler prepared through the step 210 (S210), the glass frit manufactured through the step 220 (S220), and the mixing and stirring the vehicle manufactured via the step 230 (S230). At this time, it is preferable to stir including the additive 0.01 ⁇ 0.10% by weight so that sintering is suppressed (S240).
  • Impurities and particles having a large particle size are removed through filtering (S260).
  • step 260 the paste composition from which impurities are removed is degassed with a degassing apparatus to remove bubbles in the composition, thereby preparing an electrode paste composition according to an exemplary embodiment of the present invention (S270).
  • an electrode paste composition (hereinafter, referred to as a second electrode paste composition) as a second embodiment of the present invention will be described.
  • the second electrode paste composition comprises a filler formed of a metal powder coated glass powder (hereinafter referred to as a second filler), and the same glass frit, organic binder, organic solvent, and additives as in one embodiment.
  • the second electrode paste composition is composed of 50.0 to 90.0 wt% of the second filler, inorganic binder 5.0 to 20.0 wt%, organic solvent 4.5 to 20.0 wt%, and organic binder 0.5 to 10.0 wt% do.
  • the second filler comprises a glass powder and a metal powder coated on the outer surface of each of the glass powders at a predetermined thickness.
  • the metal powder is silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium (Pd) powder, aluminum ( Al) powder, gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powder.
  • the second filler is preferably 10.0 ⁇ 70.0% by weight of the glass powder, 30.0 ⁇ 90.0% by weight of the metal powder. If the weight of the metal powder is less than 30.0% by weight The electrical conductivity is reduced and the electrical properties are reduced. If the weight of the metal powder is more than 90.0% by weight, the organic content is reduced and the printing property is reduced due to the increase in viscosity during paste production.
  • glass powder ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , , and Either one or at least two or more of these mixtures are formed of glass frit from which the mixture is melted and dried.
  • the method of manufacturing the glass powder has been described above with reference to FIG. 4, a detailed description thereof will be omitted.
  • the glass powder is preferably formed so that the transition temperature (transition point), which is the temperature at which the state of the material changes to another state, has a size of 300 ⁇ 1000 °C. If the transition temperature is less than 300 °C glass frit flows around the electrode when firing the electrode hinders the formation of the electrode, if the transition point is more than 1000 °C softening of the glass frit (Softening) is not enough occurs.
  • transition temperature transition point
  • the glass powder is preferably formed so that the softening temperature (softening point), which is the temperature at which the solid material is melted by heat, has a size of 350 ° C to 1100 ° C. If the softening point is less than 350 °C, the shrinkage rate is increased, so that the edge curl of the electrode is increased, and if the softening point is 1100 °C or more, the sintering of the silver-coated metal powder does not occur enough to increase the resistance value Is generated.
  • the softening temperature softening point
  • the electrode paste composition according to the second embodiment of the present invention has a manufacturing cost compared to conventional fillers made of noble metal powder such as silver (Ag) powder and gold (Au) powder by forming the filler into glass powder coated with metal powder. Has a low advantage.
  • the electrode paste composition may have the effect of increasing the aspect ratio and reducing the shielding rate during printing as the second filler is formed of glass powder coated with metal powder, thereby reducing the series resistance (Rs). By increasing the shunt resistance (Rsh) to increase the light absorption of the solar cell.
  • the electrode paste composition may have a low shrinkage rate. For this reason, battery efficiency may be increased by suppressing delamination with a silicon wafer.
  • the following shows a method for producing a glass frit applied to one embodiment and the second embodiment of the electrode paste composition of the present invention.
  • a glass composition having a basic composition based on a glass powder is placed in a platinum crucible, melted at 1200-1500 ° C. for one hour, and then rapidly cooled to prepare a glass specimen. Dry pulverization of the prepared glass specimen at 7000rpm or more using a disk mill equipment to prepare a glass powder having a final average particle size of 200 ⁇ m size and then mixed 600g zirconia ball diameter 2mm, 200g pure water and 100g glass powder and then Mono Wet grinding at 300rpm for 30 minutes with a Mill equipment to make a glass powder slurry, and dried at 100 °C for 12 hours to produce a glass powder of 10 ⁇ m size or less.
  • the prepared glass powder having a size of 10 ⁇ m or less is mixed again with 600 g of zirconia ball diameter and 160 g of pure water, and wet pulverized at 300 rpm for 30 minutes with a mono mill equipment, and dried at 200 ° C. for 12 hours to obtain a final average particle size 1 Glass powder having a maximum particle size of 3 ⁇ m or less was prepared.
  • Table 1 shows the composition, glass transition temperature (Tg) and softening point of the glass powder prepared in the same manner as described above.
  • Table 1 shows the transition temperature (Tg) and softening point by the composition of the glass powder.
  • a suitable combination of the glass frit composition may adjust the transition temperature (Tg) to 300 to 600 ° C.
  • the melting point (Melting point) of the glass is lowered as the content of lead oxide (PbO) is increased, the transition temperature (Tg) is less than 300 °C.
  • Table 2 shows the shrinkage rate when the filler is composed of an oxide powder coated with metal powder or whether a shrinkage modifier is added.
  • the shrinkage in Table 2 is a measured value after the electrode paste composition is printed and baked on a silicon wafer substrate.
  • the filler was formed of silver (Ag) powder, but no shrinkage modifier was added, and the electrode paste compositions of Comparative Examples 3 and 4 were made of silver (Ag) powder. It was formed but consisted of a separate shrinkage modifier is added.
  • the electrode paste compositions of Examples 1 and 2 were formed of an oxide powder coated with silver (Ag) powder as in one embodiment of the present invention, but did not include a separate shrinkage modifier.
  • the electrode paste composition was formed of an oxide powder coated with silver (Ag) powder as in one embodiment of the present invention, but was configured to detect a separate shrinkage modifier.
  • the electrode paste composition which is an embodiment of the present invention, has a filler made of an oxide powder and a metal powder coated on the oxide powder. Shrinkage is significantly reduced, thereby reducing the delamination with the silicon wafer when the electrode paste composition is printed on the silicon wafer substrate, thereby increasing electrode efficiency.
  • Table 3 shows the shrinkage rate when the filler is formed of a metal powder coated glass powder or whether the shrinkage rate regulator is added.
  • the electrode paste compositions of Examples 5 and 6 were formed of a glass powder coated with silver (Ag) powder as in the second embodiment of the present invention, but did not include a separate shrinkage modifier. At this time, the glass powder was applied to the sample number GF10 in Table 1.
  • the filler is composed of a glass powder and a metal powder coated on the glass powder. Shrinkage is significantly lowered.
  • Table 4 shows the effect of improving the series resistance (Rs), shunt resistance (Rsh) and the light conversion efficiency according to the application of one embodiment and the second embodiment of the present invention.
  • Comparative Examples 1 and 2 Comparative Examples 3 and 4, Examples 1 and 2, Examples 3 and 4, and Examples 5 and 6 with reference to Table 4, the filler content is 73 wt%. When compared to 80% by weight it can be seen that the light conversion efficiency characteristics are increased.
  • Example 1 shows that the shunt resistance (Rsh) and the light conversion efficiency are increased in comparison with Comparative Examples 3 and 4 to which the shrinkage rate regulator is added even without the addition of a separate shrinkage rate regulator.
  • Table 5 shows the effect of increasing the light conversion efficiency according to the composition of the oxide powder of the filler in one embodiment of the present invention.
  • Examples 7 to 18 of Table 5 are electrode paste compositions of one embodiment of the present invention, the oxide powder forming a filler , ZnO, , , CaO, , PbO, , , , , , And It is made of any of these.
  • Examples 7 to 18 are compared with Comparative Examples 2 and 4, it can be seen that Examples 7 to 18 increase the shunt resistance (Rsh) and the light conversion efficiency compared to Comparative Examples 2 and 4.
  • Table 6 shows the effect of increasing the light conversion efficiency according to the composition of the metal powder of the filler of one embodiment of the present invention.
  • the filler is an oxide powder ( ) And a metal powder coated on the outer surface of the oxide powder, wherein the metal powder is silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium ( Pd) powder, aluminum (Al) powder, gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powder formed of one of the electrode paste composition.
  • the metal powder is silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron (Fe) powder, palladium ( Pd) powder, aluminum (Al) powder, gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powder formed of one of the electrode paste composition.
  • Examples 7 and 19 to 26 are compared to Comparative Example 2, Examples 7 and 19 to 26 have a smaller content of metal powder than Comparative Example 2, and thus have a low shrinkage rate when firing, thereby shunt resistance (Rsh) and light It can be seen that the conversion efficiency is increased.
  • the electrode paste composition according to the embodiment of the present invention has silver (Ag) powder, nickel (Ni) powder, tin (Sn) powder, copper (Cu) powder, iron ( Even if the metal powder of any one of Fe) powder, palladium (Pd) powder, aluminum (Al) powder, gold (Au) powder, zinc (Zn) and platinum (Pt) powder is coated, the light conversion efficiency is Will increase.
  • Table 7 shows the effect of increasing the light conversion efficiency according to the composition of the metal powder of the filler of the second embodiment of the present invention.
  • Examples 6, 27 to 34 are the second embodiment of the present invention as shown in Table 7, wherein the filler is composed of a glass powder of sample No. GF10 of Table 1 and a metal powder coated on the outer surface of the glass powder.
  • the powder is one of silver (Ag), nickel (Ni), tin (Sn), copper (Cu), iron (Fe), palladium (Pd), aluminum (Al), gold (Au) and platinum (Pt) powders. It is an electrode paste composition comprised.
  • the aspect ratio of Table 8 was measured using a three-dimensional microscope after printing and drying the electrode paste composition.
  • Example 2 Comparing Example 2 and Comparative Example 2, which is an embodiment of the present invention, Example 2 can be seen that the line width is reduced compared to Comparative Example 2, the aspect ratio increases as the line height increases. In addition, as the aspect ratio increases, in Example 2, not only the series resistance (Rs) is lower than that of Comparative Example 2, but also the shielding rate of the electrode is reduced, thereby increasing the light conversion efficiency.
  • Rs series resistance
  • Example 4 Comparative Example 4
  • Example 6 is increased compared to Comparative Example 2 even when Example 6 to which Example 2 of the present invention is applied is compared with Comparative Example 2.

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Abstract

본 발명은 필러를 금속분말의 외면에 코팅분말을 피복시켜 필러를 형성함으로써 비용이 절감될 뿐만 아니라 낮은 비중을 갖기 때문에 도막밀도가 높아져 광변환효율이 증가되고, 무기바인더의 연화점 및 전이점을 변형시킴으로써 실리콘 기판과의 부착강도를 높임으로써 간단한 방법으로 고부가 가치를 창출할 수 있는 전극 페이스트 조성물을 제공하기 위한 것이다.

Description

태양전지용 전극 페이스트 조성물
본 발명은 태양전지의 전극을 형성하는 전극 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 상세하게로는 산화물분말 또는 글라스(Glass) 분말의 외면에 도전율이 높은 금속분말을 피복시켜 도전성 필러(Conductive Filler)를 구성함으로써 비용이 절감되고, 실리콘 웨이퍼 기재에 인쇄 및 소성 후 종횡비(선높이/선폭)가 증가될 뿐만 아니라 수축률이 낮아짐에 따라 시리즈저항(Rs) 및 션트저항(Rsh)이 개선되어 전극효율을 높이는 전극 페이스트 조성물에 관한 것이다.
태양전지(Solar cell)는 일반적으로 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 자원의 무한성, 설비의 간편성, 우수한 내구성 및 환경 친화성 등의 장점으로 인해 차세대 에너지원으로서 각광받고 있다.
도 1은 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 태양전지는 220 ~ 330㎛ 두께를 갖는 p형 반도체기판(102)과, n형 실리콘 반도체로 형성되어 p형 반도체기판(101)의 일측면에 설치되는 에미터층(103)과, 입사되는 태양광의 반사손실을 방지하기 위한 에미터층(103)의 외측면에 도포되는 반사방지막(105)과, 반사방지막(105)의 외측면에 형성되는 전면전극(107)과, p형 반도체기판(101)의 타측면에 형성되는 후면전극(109)으로 이루어진다. 이때 상기 p형 반도체기판(102)과 상기 에미터층(103)은 반도체기판(101)이라고 하기로 한다.
또한 태양전지(100)는 태양광이 입사되면 광기전력효과에 의해 불순물이 도핑된 반도체기판(101)에서 전자와 정공이 발생하고, 상세하게로는 에미터층(103)에서 복수개의 캐리어인 전자들이 발생되고, p형 반도체기판(102)에서 복수개의 캐리어인 정공들이 발생된다.
이때 발생된 전자는 광기전력효과에 의해 에미터층(103)을 통해 전면전극(107)으로, 정공은 광기전력효과에 의해 p형 반도체기판(102)을 통해 후면전극(109)으로 이동된다. 즉 태양전지(100)는 전자가 수집된 전면전극(107)과 정공이 수집된 후면전극(109)을 전선으로 연결함으로써 전류가 이동되어 전기에너지가 발생하게 된다.
또한 전면전극(107)은 제조된 전극 페이스트 조성물을 반사방지막(105)에 인쇄 후 반복소성(Firing)함으로써 형성되고, 이때 전극 페이스트 조성물(이하, 종래의 전극 페이스트 조성물이라고 하기로 함)은 통상적으로 은(Ag) 분말로 형성되는 도전성 필러(Conductive Filler)와, 전극 페이스트 조성물의 변형성 및 유동성을 부여하는 유기바인더(Organic Binder)와, 유기바인더를 녹이는 용매인 유기용매와, 반사방지막(105)의 표면에 용이하게 결합되도록 하는 무기바인더(Inorganic Binder)로 이루어진다.
즉 이와 같이 구성되는 종래의 전극 페이스트 조성물을 반사방지막(105)에 패터닝(Patterning)한 후 소성공정을 반복적으로 수행함으로써 도전성 금속이 반도체층과 접촉하여 전극으로서의 기능을 갖는 전면전극(107)이 형성되게 된다. 이때 패터닝 공정은 스크린 인쇄(Screen process printing), 오프셋 인쇄(Offset printing) 및 포토리소그래피(Photolithography) 등과 같은 공지된 공정방법에 따라 이루어진다.
또한 전면전극(105)은 소정의 길이를 갖는 막대형상으로 반사방지막(107)에 인쇄된다. 이때 전면전극(105)의 종횡비(선높이/선폭)가 낮으면 실제적으로 태양광 조사 시 전면전극(105)에 가려지는 비율인 차폐율(Shading Loss)이 높아지게 됨에 따라 결과적으로 태양전지(100)의 셀 효율이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. 즉 태양전지(100)의 전극 성능은 전면전극(105)의 전기적 기능을 부여하는 전극 페이스트 조성물을 어떻게 제조할 것인가와, 제조된 전극 페이스트 조성물 인쇄 시 종횡비가 높게 인쇄되도록 하는 것인가에 따라 결정된다.
그러나 종래의 전극 페이스트 조성물은 일반적으로 은(Ag), 금(Au) 및 팔라듐(Pd) 등으로 형성되기 때문에 전도율이 우수한 장점을 가지나 전술하였던 바와 같이 비싼 원자재 가격으로 인해 태양전지의 가격이 증가하는 문제점을 발생시킨다.
또한 종래의 필러에 적용되는 귀금속 분말은 반복소성 후 수축률이 높아지게 되고, 수축률이 높아짐에 따라 전면전극(105)과 반사방지막(107) 사이에 딜라미네이션(Delamination) 현상이 발생되어 전도율을 떨어뜨리게 된다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 종래의 전극 페이스트 조성물 제조 시 귀금속 분말의 수축률을 억제시키기 위한 수축률 조절제를 첨가하고 있으나, 이러한 수축률 조절제는 전극의 시리즈 저항(Rs)을 증가시키며, 션트 저항(Rsh)을 떨어뜨려 전극의 효율이 떨어지게 된다.
이러한 이유로 귀금속 분말 대신 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 등과 같은 금속분말로 대체하여 필러를 제조하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있으나 귀금속 분말의 사용량이 적어지는 경우 필러의 전기적 특성이 낮아지게 되고, 산화율이 높은 구리(Cu), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 등의 금속분말의 특성 상 산화율이 증가하여 전극효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 도전성 필러(Conductive Filer)를 금속분말이 피복된 산화물분말 또는 금속분말이 피복된 글라스분말로 구성함으로써 제조비용이 현저하게 절감되는 전극 페이스트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 필러를 금속코팅 산화물분말 또는 금속코팅 글라스분말로 형성함으로써 종래의 필러에 비해 중량이 줄어들기 때문에 단위무게 당 인쇄 횟수가 증가하게 되어 종횡비를 높일 수 있고, 이에 따라 시리즈 저항(Rs)이 낮아지며, 션트 저항(Rsh)이 높아짐에 따라 전극효율이 증가되는 전극 페이스트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 필러를 금속분말이 코팅된 산화물분말(이하, 금속코팅 산화물분말이라고 하기로 함) 또는 금속분말이 코팅된 글라스분말(이하, 금속코팅 글라스분말이라고 하기로 함)로 형성함으로써 수축률을 절감시켜 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)와의 딜라미네이션(Delamination)이 억제되어 전극효율이 증가하는 전극 페이스트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 필러의 내부가 산화물분말 또는 글라스분말로 형성됨으로써 낮은 수축률을 갖기 때문에 별도의 수축률 조절제를 첨가하지 않아도 되고, 이에 따라 종래의 전극 페이스트 조성물이 수축률 조절제의 첨가로 인해 시리즈 저항(Rs)이 높아지고, 션트저항(Rsh)이 낮아져 광변환효율이 낮아지는 문제점을 개선할 수 있는 전극 페이스트 조성물을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 50.0 ~ 90.0 중량%의 도전성 필러와, 5.0 ~ 20.0 중량%의 무기바인더, 0.5 ~ 20.0 중량%의 유기바인더, 4.5 ~ 20.0 중량%의 유기용매를 포함하고, 상기 도전성 필러는 10.0 ~ 70.0 중량%의 산화물분말; 상기 산화물분말의 외면에 30.0 ~ 90.0 중량%로 피복되는 금속분말을 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 산화물분말은
Figure PCTKR2012002173-appb-I000001
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000002
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000003
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000004
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000005
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000006
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000007
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000008
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000009
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000010
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000011
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000012
산화물들 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 금속분말은 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 무기바인더는 전이점이 300 ~ 600℃, 연화점이 330 ~ 650℃이며,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000013
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000014
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000015
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000016
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000017
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000018
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000019
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000020
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000021
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000022
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000023
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000024
산화물들 중 적어도 하나 이상이 혼합되는 혼합물을 용융 및 급랭시킨 유리 원료(Glass frit)인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 도전성 필러의 평균직경은 0.1 ~ 30㎛인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 해결수단은 50.0 ~ 90.0 중량%의 도전성 필러와, 5.0 ~ 20.0 중량%의 무기바인더, 0.5 ~ 20.0 중량%의 유기바인더, 4.5 ~ 20.0 중량%의 유기용매를 포함하고, 상기 도전성 필러는 10.0 ~ 70.0 중량%의 글라스분말; 상기 산화물분말의 외면에 30.0 ~ 90.0 중량%로 피복되는 금속분말을 포함하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 글라스분말은
Figure PCTKR2012002173-appb-I000025
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000026
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000027
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000028
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000029
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000030
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000031
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000032
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000033
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000034
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000035
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000036
산화물들 중 적어도 하나 이상이 혼합된 혼합물을 용융 및 급랭시킨 유리원료(Glass frit)인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 금속분말은 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 무기바인더는 전이점이 300 ~ 600℃, 연화점이 330 ~ 650℃이며,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000037
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000038
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000039
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000040
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000041
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000042
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000043
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000044
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000045
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000046
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000047
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000048
산화물들 중 적어도 하나 이상이 혼합되는 혼합물을 용융 및 급랭시킨 유리 원료유리 원료(Glass frit)인 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 도전성 필러의 평균직경은 0.1 ~ 30㎛인 것이 바람직하다.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 필러가 산화물분말 또는 글라스분말과, 상기 산화물분말 또는 상기 글라스분말의 외면에 기 설정된 두께로 피복되는 금속분말로 이루어지기 때문에 귀금속분말의 필러가 적용되는 종래의 전극 페이스트 조성물에 비해 제조비용이 현저하게 절감된다.
또한 본 발명에 의하면 필러가 금속코팅 산화물분말 또는 금속코팅 글라스분말로 형성되기 때문에 수축률이 낮아지고, 이에 따라 실리콘 웨이퍼와의 딜라미네이션(Delamination)이 줄어들어 전극의 전극효율이 높아진다.
또한 본 발명에 의하면 수축률이 낮기 때문에 별도의 수축률 조절제를 첨가하지 않아도 되기 때문에 종래에 수축률 조절제 첨가로 인해 시리즈 저항(Rs)이 높아지고, 션트 저항(Rsh)이 낮아지는 문제점을 개선하여 전극의 전기적 특성이 높아진다.
또한 본 발명에 의하면 필러가 산화물분말로 형성되기 때문에 반복소성 작업이 수행되더라도 산화가 발생되지 않기 때문에 전극효율이 우수한 전극 페이스트 조성물을 제조할 수 있게 된다.
도 1은 태양전지를 나타내는 단면도이다.
도 2의(a)는 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물이 실리콘 웨이퍼 기재에 인쇄될 때의 단면도이고, (b)는 종래의 전극 페이스트 조성물이 실리콘 웨이퍼 기판에 인쇄될 때의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물에 적용되는 필러의 제조방법을 나타내는 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물에 적용되는 유리프릿의 제조과정을 나타내는 플로차트이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물에 적용되는 도전성 필러의 제조방법을 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
본 발명의 일실시예인 태양전지용 전극 페이스트 조성물은 금속분말이 기 설정된 두께로 피복된 산화물분말로 형성되는 도전성 필러(Conductive filler)와, 실리콘 웨이퍼(Silicon Wafer)와의 접착강도를 증가시키기 위한 무기바인더(Inorganic Binder)와, 조성물의 점성을 증가시키는 유기바인더(Organic Binder)와, 유기바인더를 용해시키는 유기용매로 구성된다. 이때 전극 페이스트 조성물은 필러(Filler) 50.0 ~ 90.0 중량%, 무기바인더 5.0 ~ 20.0 중량%, 유기용매 4.5 ~ 20.0 중량% 및 유기바인더 0.5 ~ 10.0 중량%로 구성된다.
도전성 필러(Filler)는 산화물분말과, 상기 산화물분말 각각의 외면에 기 설정된 두께로 피복되는 금속분말로 이루어진다. 이때 금속분말은 공지된 무전해 도금((Electroless plating) 공정을 통해 산화물분말의 외면에 피복된다. 이때 산화물분말의 외면에 금속분말이 피복되어 형성되는 필러의 제조방법은 후술되는 도 3에서 상세하게 설명하기로 한다.
또한 필러는 산화물분말이 10.0 ~ 70.0 중량%로, 산화물분말에 피복되는 금속분말이 30.0 ~ 90.0 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 만약 금속분말의 중량이 30.0 중량% 미만이면 산화물분말의 함량이 증가하여 전기적 특성이 감소하게 되며, 금속분말의 중량이 90.0 중량% 이상이면 산화물분말의 함량이 줄어들어 페이스트 제조 시 점도증가로 인해 인쇄특성이 저하된다.
또한 필러는 무정형, 구형, 판상형, 각형 등과 같이 다양한 형상의 입자로 형성될 수 있다.
또한 필러는 평균직경이 0.1㎛ ~ 30㎛의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 만약 필러의 평균직경이 0.1㎛ 미만이면 전극 페이스트의 분산성이 절감되고, 만약 필러의 평균직경이 30㎛ 이상이면 소결도막의 밀도가 낮아져 전극의 시리즈저항(Rs)값이 증폭하게 된다.
또한 필러의 금속분말은 산화물분말들 각각의 외면에 피복되며,은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 하나로 형성된다.
또한 필러의 산화물분말은 규소산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000049
), 알루미늄산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000050
), 티타늄산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000051
), 칼슘산화물(CaO), 마그네슘산화물(MgO), 아연산화물(ZnO), 철산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000052
), 주석산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000053
), 망간산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000054
), 코발트산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000055
), 바륨산화물(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000056
) 및 납산화물(PbO)들 중 어느 하나로 형성된다.
이와 같이 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물은 필러를 금속분말이 피복된 산화물분말로 형성함으로써 은(Ag) 분말 및 금(Au) 분말 등과 같이 단일 귀금속분말로 형성되는 종래의 필러에 비교하여 제조비용이 절감된다.
또한 전극 페이스트 조성물은 필러가 금속분말이 피복된 산화물분말로 형성되어 중량이 낮아짐에 따라 인쇄 시 종횡비 증가 및 차폐율 감소의 효과를 창출할 수 있고, 이에 따라 시리즈저항(Rs)을 떨어뜨리되 션트저항(Rsh)을 증가시킴으로써 태양전지의 광변환효율이 증가되도록 한다.
또한 전극 페이스트 조성물은 필러가 산화물분말로 형성되기 때문에 반복 소성 시 금속의 산화가 낮아져 수축률이 절감되고, 이에 따라 실리콘 웨이퍼 기재와의 딜라미네이션(Delamination) 현상이 줄어들어 전지효율이 증가하게 된다.
도 2의(a)는 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물이 실리콘 웨이퍼 기재에 인쇄될 때의 단면도이고, (b)는 종래의 전극 페이스트 조성물이 실리콘 웨이퍼 기판에 인쇄될 때의 단면도이다.
전극 페이스트 조성물은 필러가 귀금속분말에 비해 상대적으로 비중이 낮은 산화물분말로 형성되어 인쇄 시 동일중량 대비 인쇄 횟수가 증가되기 때문에 종횡비가 증가하게 되고, 이에 따라 전극의 차폐율이 감소되어 전지의 광흡수율이 증가하게 된다. 이때 종횡비는 선높이를 선폭으로 나눈값이며, 종횡비가 높을수록 전극이 실리콘 웨이퍼 기판이 태양광을 흡수하는 면적이 늘어나기 때문에 광흡수율이 증가하게 된다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물은 실리콘 웨이퍼 기판에 인쇄 시 도 2의 (b)에 도시된 종래의 전극 페이스 조성물의 선폭(w') 및 선높이(h')에 비교하여 선폭(w)은 줄고, 선높이(h)가 높아진 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물에 적용되는 필러의 제조방법을 나타내는 플로차트이다.
규소(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 석회(Ca), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 철(Fe), 주석(Sn), 망간(Mn), 코발트(Co), 바륨(Ba) 및 납(Pb)들 중 어느 하나를 산화시켜 금속산화물을 제조한다. 이때 금속산화물의 제조방법은 조성물 제조에 있어서 통상적인 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다(S10).
또한 단계 10(S10)에 의해 제조된 산화물분말을 히드라진, 포프말린, 글루코오스, 주석산, 롯셀염의 환원제가 첨가된 환원액에 투입하여 혼합시킴으로써 분산성이 확보된 산화물분말이 포함된 용액을 제조한다. 이때 산화물분말과 환원액의 혼합은 공지된 기술인 교판, 초음파, 가스 블로잉(Gas blowing) 등을 통해 이루어진다(S20).
질산금속 혼합물이 용해된 질산금속 혼합물 수용액을 제조한다. 이때 질삼금속 혼합물은 질산(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000057
)과, 필러의 산화물분말에 피복되는 금속분말의 성분을 혼합시킨 혼합물로 정의된다. 이때 금속분말은 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 어느 하나로 형성되며, 예를 들어 금속분말에 은(Ag) 분말이 적용될 때 질산금속 혼합물은 질산은(AgNO3)이 된다(S30).
단계 30(S30)에서 제조된 질산금속 혼합물 수용액에 구연산, 호박산, 개미산, 살리실산들 중 하나 이상을 첨가함으로써 금속물-X계 복화합물인 중간체를 형성한다(S40).
단계 40(S40)에 의해 제조된 중간체에 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 금속물계 복산화물을 생성한다(S50).
단계 50(S50)에 의해 제조된 금속물계 복산화물에 암모니아수(NH4OH)를 투입하여 질산금속 암모니아 복화합물을 제조한다(S60).
단계 20(S20)에서 제조된 금속산화물분말이 포함된 환원액에 단계 60(S60)을 통해 제조된 질산금속 암모니아 복화합물을 투입하며, 투입 후 공지된 무전해 도금(Electroless plating)방법에 따라 수세, 건조 및 권취 공정을 통해 금속분말이 피복된 산화물분말로 형성되는 필러가 제조된다(S70).
이때 단계 70(S70)의 무전해 도금 법은 도금 공정에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
무기바인더는 필러의 코팅물의 접착강도를 증가시켜 실리콘 웨이퍼 기재에 용이하게 결합되도록 하며, 코팅물의 소결 특성을 향상시킴으로써 후 가공 공정이 용이하게 수행되도록 한다.
또한 무기바인더는 공지된 글라스 프릿(Glass frits)(이하, 유리프릿이라고 하기로 함)인 것이 바람직하다.
또한 유리프릿은
Figure PCTKR2012002173-appb-I000058
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000059
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000060
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000061
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000062
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000063
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000064
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000065
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000066
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000067
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000068
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000069
산화물들 중 어느 하나의 산화물이거나 또는 적어도 2개 이상의 산화물로 혼합되는 혼합물을 용융 및 급랭시켜 획득된다.
또한 유리프릿은 전극 페이스트의 5.0 ~ 20.0 중량%로 구성되도록 한다. 만약 유리프릿이 5.0 중량% 미만이면 접착강도가 약해져 실리콘 웨이퍼 기재와의 접착강도가 떨어지는 문제점이 발생되며, 만약 유리프릿이 20 중량% 이상이면 상대적으로 필러의 양이 줄어들게 되어 전도율이 전극 페이스트의 전도율이 떨어질 뿐만 아니라 전극의 선저항 및 접촉저항이 높아져 전극효율이 떨어지게 된다.
또한 유리프릿은 물질의 상태가 다른 상태로 변화되는 온도인 전이온도(전이점)가 300 ~ 600℃ 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 만약 전이온도가 300℃ 미만이면 전극 소성 시 유리프릿이 전극 주변으로 흘러내리게 되어 전극 형성을 방해하고, 전이점이 600℃ 이상이면 유리프릿의 연화(Softening)가 충분하게 발생하지 않는 문제점이 발생된다.
또한 유리프릿은 고형의 물질이 열에 의하여 녹는 온도인 연화온도(연화점)가 330℃ ~ 650℃ 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 만약 연화점이 330℃ 미만이면 수축률이 증가하기 때문에 전극의 엣지컬(Edge curl)이 커지는 문제점이 발생하고, 연화점이 650℃ 이상이면 은 코팅 금속분말의 소결이 충분히 일어나지 않아 저항값이 상승하는 문제점이 발생된다.
또한 유리프릿은 입자 형상이 특별히 한정되지 않으나 구형으로 형성되는 것이 바람직하고, 5.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 만약 유리프릿의 평균입경이 5.0㎛를 초과하면, 인쇄 도포작업 시 인쇄도막 패턴 및 소성도막 패턴의 직진성이 떨어지게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물에 적용되는 유리프릿의 제조과정을 나타내는 플로차트이다.
도 4에 도시된 바와 같이 산화물분말을 1200 ~ 1500℃의 온도로 한 시간 동안 용융시킨 후 용융된 산화물분말을 급랭시켜 유리시편을 제조한다. 이때 산화물분말은
Figure PCTKR2012002173-appb-I000070
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000071
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000072
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000073
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000074
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000075
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000076
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000077
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000078
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000079
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000080
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000081
들 중 어느 하나로 형성된다(S110).
단계 110(S110)을 통해 제조된 유리시편을 디스크 밀(Disk Mill) 장비를 이용하여 7000rpm이상에서 30분 동안 건식분쇄(Dry grinding)함으로써 평균입경 200㎛인 유리분말을 제조한다(S120).
단계 120(S120)에서 제조된 평균입경 200㎛인 유리분말 100g과, 직경 2mm인 지르코니아볼 600g과, 순수물 100g을 혼합한 후 혼합물을 모노 밀(Mono Mill) 장비를 이용하여 300rpm에서 30분간 습식분쇄(Wet grinding)함으로써 유리분말 슬러리를 제조한다(S130).
단계 130(S130)을 통해 제조된 유리분말 슬러리를 100℃에서 12시간 건조하여 10㎛ 이하의 직경인 을 갖는 유리분말을 제조한다(S140).
단계 140(S140)에서 제조된 10㎛ 이하의 직경을 갖는 유리분말 100g과, 직경 0.5mm의 지르코니아볼 600g과, 순수물 160g을 혼합하여 모노 밀 장비로 300rpm에서 30분간 습식분쇄 함으로써 유리분말 슬러리를 제조한다(S150).
단계 150(S150)에서 제조된 유리분말 슬러리를 200℃ 이하에서 12시간 건조하여 평균직경 1㎛이하이며, 최대직경 3㎛이하인 유리분말을 제조한다(S160).
유기바인더는 필러와 유리프릿을 기계적으로 혼합시켜 페이스트 조성물의 점도(Consistency) 및 조성물의 변형과 흐름에 관한 특성인 유변학적 특성을 결정함으로써 페이스트 조성물이 기재에 용이하게 인쇄되도록 한다.
또한 유기바인더는 열가소성 바인더 또는 열경화성 바인더들 중 하나로 이루어져도 무방하나 열처리 시 코팅분말에 유기바인더 성분이나 또는 그 분해 생성물의 양을 적게 발생시키는 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 이때 열가소성 바인더는 아크릴(Acryl), 에틸 셀룰로오스(Ethyl cellulose), 폴리에스테르(Polyester), 폴리설폰(Polysulfone), 페녹시(Phenoxy), 폴리아미드계(Polyamide)들 중 하나이거나 또는 적어도 2개 이상의 혼합물로 구성될 수 있고, 열경화성 바인더는 아미노(Amino), 에폭시(Epoxy), 페놀(Phenol)들 중 하나이거나 또는 적어도 2개 이상의 혼합물로 구성될 수 있다.
또한 유기바인더는 전극 페이스트 조성물의 0.4 ~ 10.0 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 이때 만약 유기바인더가 0.4 중량% 미만이면 페이스트 조성물 제조 후 점도가 낮아질 뿐만 아니라 인쇄 및 건조 후에 접착력이 저하되는 문제점이 발생되며, 만약 유기바인더가 10.0 중량% 이상이면 소성 시 유기바인더의 양이 과다하여 유기바인더의 분해가 용이하게 이루어지지 않아 저항값이 높아질 뿐만 아니라 소성 시 유기바인더가 완전히 제거(Burn out)되지 않아 전극에 잔탄이 남는 문제점이 발생된다.
유기용매는 유기바인더를 용해시켜 전극 페이스트의 점성을 조절시키고, 일반적으로 방향족 탄화수소(Hydrocarbon)류, 에테르(Ether)류, 케톤(Ketone)류, 락톤(Lactone)류, 에테르 알콜(Ether alcohol)류, 에스트르(Ester)류 및 디에스테르류(Diester)들 중 하나이거나 또는 적어도 2개 이상의 혼합물로 이루어진다.
또한 유기용매는 전극 페이스트의 4.5 ~ 20.0 중량%로 구성되는 것이 바람직하나 점도의 조절에 따라 다양한 중량으로 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물에 적용되는 도전성 필러의 제조방법을 나타내는 플로차트이다.
도 3에서 전술하였던 방법에 따라 제조되는 금속분말이 피복된 산화물분말로 형성되는 50.0 ~ 90.0 중량%의 필러를 제조한다(S210).
또한 도 4에서 전술하였던 제조방법에 따라 전이점이 300 ~ 600℃, 연화점 330 ~ 650℃를 갖는 5 ~ 20 중량%의 유리프릿을 제조한다(S220).
유기바인더 0.5 ~ 10.0 중량%와, 유기용매 4.5 ~ 20 중량%를 혼합한 후 교반기(Planetary mixer)를 이용하여 용해시켜 비어클을 제조한다(S230).
단계 210(S210)을 통해 제조된 필러와, 단계 220(S220)을 통해 제조된 유리프릿과, 단계 230(S230)을 통해 제조된 비어클을 혼합 교반한다. 이때 소결이 억제되도록 첨가제 0.01 ~ 0.10 중량%를 포함하여 교반시키는 것이 바람직하다(S240).
3롤 밀(3-Roll Mill)을 이용하여 단계 240(S240)을 통해 혼합 교반된 중간체를 기계적으로 혼합한다(S250).
필터링(Filtering)을 통해 불순물 및 입경이 큰 입자를 제거한다(S260).
단계 260(S260)을 통해 불순물이 제거된 페이스트 조성물을 탈포장치로 탈포하여 조성물 내의 기포를 제거함으로써 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물을 제조한다(S270).
다음은 본 발명의 제2 실시예인 전극 페이스트 조성물(이하, 제2 전극 페이스트 조성물이라고 하기로 함)을 설명하기로 한다.
제2 전극 페이스트 조성물은 금속분말이 피복된 글라스분말로 형성되는 필러(이하, 제2 필러라고 하기로 함)와, 일실시예와 동일한 유리프릿, 유기바인더, 유기용매 및 첨가제들로 이루어진다.
또한 제2 전극 페이스트 조성물은 일실시예와 동일하게 제2 필러(Filler) 50.0 ~ 90.0 중량%, 무기바인더 5.0 ~ 20.0 중량%, 유기용매 4.5 ~ 20.0 중량% 및 유기바인더 0.5 ~ 10.0 중량%로 구성된다.
제2 필러는 글라스분말과, 상기 글라스분말 각각의 외면에 기 설정된 두께로 피복되는 금속분말로 이루어진다.
또한 금속분말은 본 발명의 일실시예와 같이 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 하나로 형성된다.
또한 제2 필러는 글라스분말이 10.0 ~ 70.0 중량%로, 금속분말이 30.0 ~ 90.0 중량%로 구성되는 것이 바람직하다. 만약 금속분말의 중량이 30.0 중량% 미만이면 전기 전도도가 감소하여 전기적 특성이 감소하게 되며, 금속분말의 중량이 90.0 중량% 이상이면 유기물 함량이 줄어들어 페이스트 제조 시 점도증가로 인해 인쇄특성이 저하된다.
또한 글라스분말은
Figure PCTKR2012002173-appb-I000082
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000083
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000084
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000085
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000086
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000087
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000088
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000089
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000090
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000091
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000092
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000093
들 중 하나이거나 또는 적어도 2개 이상이 혼합된 혼합물을 용융 및 건조시킨 유리원료(Glass frit)로 형성된다. 이때 글라스분말의 제조방법은 도 4에서 전술하였기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한 글라스분말은 물질의 상태가 다른 상태로 변화되는 온도인 전이온도(전이점)가 300 ~ 1000℃ 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 만약 전이온도가 300℃ 미만이면 전극 소성 시 유리프릿이 전극 주변으로 흘러내리게 되어 전극 형성을 방해하고, 전이점이 1000℃ 이상이면 유리프릿의 연화(Softening)가 충분하게 발생하지 않는 문제점이 발생된다.
또한 글라스분말은 고형의 물질이 열에 의하여 녹는 온도인 연화온도(연화점)가 350℃ ~ 1100℃ 크기를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 만약 연화점이 350℃ 미만이면 수축률이 증가하기 때문에 전극의 엣지컬(Edge curl)이 커지는 문제점이 발생하고, 연화점이 1100℃ 이상이면 은 코팅 금속분말의 소결이 충분히 일어나지 않아 저항값이 상승하는 문제점이 발생된다.
이와 같이 본 발명의 제2 실시예인 전극 페이스트 조성물은 필러를 금속분말이 피복된 글라스분말로 형성함으로써 은(Ag) 분말 및 금(Au) 분말 등과 같은 귀금속분말로 이루어지는 종래의 필러에 비해 제조비용이 낮은 장점을 갖는다.
또한 전극 페이스트 조성물은 제2 필러가 금속분말이 피복된 글라스분말로 형성되어 중량이 낮아짐에 따라 인쇄 시 종횡비 증가 및 차폐율 감소의 효과를 창출할 수 있고, 이에 따라 시리즈저항(Rs)을 절감시키되 션트저항(Rsh)을 증가시킴으로써 태양전지의 광흡수율이 증가되도록 한다.
또한 전극 페이스트 조성물은 제2 필러가 글라스분말로 형성되기 때문에 수축률이 낮아지게 되고, 이러한 이유로 실리콘 웨이퍼와의 딜라미네이션(Delamination)을 억제시켜 전지효율이 증가하게 된다.
이하, 본 발명의 일실시예 및 제2 실시예인 전극 페이스트 조성물에 관해 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명한다. 또한 다음의 실시예들은 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하지 않는다.
다음은 본 발명의 전극 페이스트 조성물의 일실시예 및 제2 실시예에 적용되는 유리프릿의 제조방법을 나타낸다.
[비교예 제조방법]
Figure PCTKR2012002173-appb-I000094
계 유리분말을 기본조성으로 한 유리 조성물을 백금도가니에 넣고, 1200-1500℃에서 한 시간 용융 시킨 후 급랭하여 유리시편을 제조 한다. 상기 제조된 유리시편을 Disk mill 장비를 이용하여 7000rpm 이상에서 건식 분쇄하여 최종 평균입경 200㎛ 크기를 갖는 유리분말을 제조한 다음 직경 2mm 지르코니아볼 600g, 순수물 200g과 유리분말 100g을 혼합한 뒤 Mono Mill 장비로 300rpm에서 30분간 습식 분쇄하여 유리분말 슬러리를 만들고, 100℃에서 12시간 건조하여 10㎛ 이하 크기의 유리분말을 제조한다. 상기 제조된 10㎛ 이하 크기의 유리분말을 다시 직경 0.5mm 지르코니아볼 600g, 순수물 160g과 혼합하여 Mono Mill 장비로 300rpm에서 30분간 습식 분쇄하고, 200℃이하에서 12시간 건조하여 최종 평균입자크기 1㎛ 이하, 최대 입자크기 3㎛이하의 유리분말을 제조하였다.
상기와 같은 방법으로 제조한 유리분말의 조성, 유리전이온도(Tg) 및 연화점을 표 1에 도시하였다.
표 1은 유리분말의 조성에 의한 전이온도(Tg) 및 연화점을 나타낸 것이다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.05.2012]　
표 1
Figure WO-DOC-TABLE-1
* 상기 조성물의 함량은 중량% 임
표 1에 도시된 바와 같이 유리프릿 조성물의 적절한 조합으로 전이온도(Tg)를 300 ~ 600℃로 조절할 수 있다.
시료번호 GF1의 비교예를 살펴보면 산화납(PbO)의 함량이 증가함에 따라 글라스의 멜팅 포인트(Melting point)가 낮아지기 때문에 전이온도(Tg)가 300℃ 미만인 것을 알 수 있다.
표 2는 필러가 금속분말이 피복된 산화물분말로 구성되는 경우 또는 수축률 조절제 첨가 여부에 따른 수축률을 나타내는 것이다.
표 2
Figure PCTKR2012002173-appb-T000002
* 상기 조성물의 함량은 중량% 임
상기 표 2의 수축률은 실리콘 웨이퍼 기판에 전극 페이스트 조성물은 인쇄 및 소성한 후의 측정값이다.
비교예 1과 2의 전극 페이스트 조성물은 필러가 은(Ag) 분말로 형성되되 별도의 수축률 조절제가 첨가되지 않는 것으로 구성하였고, 비교예 3과 4의 전극 페이스트 조성물은 필러가 은(Ag) 분말로 형성되되 별도의 수축률 조절제가 첨가되는 것으로 구성하였다.
또한 실시예 1과 2의 전극 페이스트 조성물은 본 발명의 일실시예와 같이 필러가 은(Ag) 분말이 피복된 산화물분말로 형성되되 별도의 수축률 조절제가 첨가되지 않는 것으로 구성하였고, 실시예 3과 4의 전극 페이스트 조성물은 본 발명의 일실시예와 같이 필러가 은(Ag) 분말이 피복된 산화물분말로 형성되되 별도의 수축률 조절제가 검차되는 것으로 구성하였다.
상기 표 2의 비교예 1, 2와 비교예 3, 4를 비교하면 전극 페이스트 조성물에 수축률 조절제가 첨가될 때 수축률이 낮아지는 것을 알 수 있다.
또한 비교예 1, 2와 실시예 1, 2를 비교하면 실시예 1, 2는 비교예 1, 2에 비교하여 수축률이 현저하게 절감되는 것을 알 수 있고, 비교예 3, 4와 실시예 1, 2를 비교하면 실시예 1, 2는 별도의 수축률 조절제가 첨가되지 않아도 수축률 조절제가 첨가된 비교예 3, 4에 비해 수축률이 더 낮은 것을 알 수 있다.
또한 비교예 3, 4와 실시예 3, 4를 비교하면 별도의 수축률 조절제가 첨가될 때 본 발명과 같이 필러를 금속분말이 피복된 산화물분말로 형성하는 경우 수축률이 더 낮은 것을 알 수 있다.
즉 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물은 필러가 산화물분말과 상기 산화물분말에 피복되는 금속분말로 이루어짐으로써 소성 시 수축률이 현저하게 절감되고, 이에 따라 전극 페이스트 조성물이 실리콘 웨이퍼 기재에 인쇄 시 실리콘 웨이퍼와의 딜라미네이션(Delamination) 현상이 줄어들어 전극효율이 증가하게 된다.
표 3은 필러가 금속분말이 피복된 글라스분말로 형성되는 경우 또는 수축률 조절제 첨가여부에 따른 수축률을 나타내는 것이다.
표 3
Figure PCTKR2012002173-appb-T000003
* 상기 조성물의 함량은 중량% 임
상기 표 3의 수축률 측정은 상기 표 2와 동일한 방법을 통해 이루어진다.
실시예 5와 6의 전극 페이스트 조성물은 본 발명의 제2 실시예와 같이 필러가 은(Ag) 분말이 피복된 글라스분말로 형성되되 별도의 수축률 조절제가 첨가되지 않는 것으로 구성하였다. 이때 글라스분말은 상기 표 1의 시료번호 GF10을 적용하였다.
또한 실시예 5와 6을 비교예 1과 2에 비교하면 실시예 5와 6은 비교예 1과 2에 비교하여 수축률이 현저하게 낮아지는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 5와 6을 비교예 3과 4에 비교하면 실시예 5와 6은 별도의 수축률 첨가제가 첨가되지 않아도 수축률 조절제가 첨가된 비교예 3과 4에 비해 수축률이 낮아지는 것을 알 수 있다.
즉 본 발명의 제2 실시예인 전극 페이스트 조성물은 필러가 글라스분말과, 상기 글라스분말에 피복되는 금속분말로 이루어짐으로써 소성 시 수축률이 극명하게 낮아지게 된다.
표 4는 본 발명의 일실시예 및 제2 실시예의 적용에 따른 시리즈저항(Rs), 션트저항(Rsh) 및 광변환효율의 개선효과를 나타내는 것이다.
표 4
Figure PCTKR2012002173-appb-T000004
표 4를 참조하여 비교예 1과 2, 비교예 3과 4, 실시예 1과 2, 실시예 3과 4 및 실시예 5와 6을 비교하면 동일 조성에 필러함량이 73 중량%로 구성되는 것에 비해 80 중량%로 구성될 때 광변환효율특성이 증가되는 것을 알 수 있다.
또한 비교예 1, 2와 비교예 3, 4 또는 실시예 1, 2와 실시예 3, 4를 비교하면 별도의 수축률 조절제가 첨가되는 경우 션트저항(Rsh) 및 광변환효율이 높아지는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 1와 비교예 3 또는 실시예 2와 비교예 4를 비교하면 비교예 3, 4는 별도의 수축률 조절제가 첨가되어 션트저항(Rsh)이 증가되어 광변환효율 또한 증가되었으나, 실시예 1, 2는 별도의 수축률 조절제를 첨가하지 않아도 수축률 조절제가 첨가된 비교예 3, 4에 비교하여 오히려 션트저항(Rsh) 및 광변환효율이 증가하는 것을 알 수 있다. 이때 비교예 3, 4와 같이 수축률 조절제가 첨가되는 경우 션트저항(Rsh) 뿐만 아니라 시리즈저항(Rs) 또한 높아지기 때문에 광변환효율이 떨어지게 되나 실시예 1, 2는 필러의 수축률이 자체적으로 작기 때문에 시리즈저항(Rs)이 증가되지 않아 광변환효율이 높아지게 된다.
또한 실시예 5, 6을 비교예 3, 4에 비교하여도 동일한 결과가 측정되는 것을 알 수 있다.
표 5는 본 발명의 일실시예에서 필러의 산화물분말의 조성에 따른 광변환효율의 증가효과를 나타내는 것이다.
표 5
Figure PCTKR2012002173-appb-T000005
상기 표 5의 실시예 7 내지 18은 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물이며, 필러를 형성하는 산화물분말이
Figure PCTKR2012002173-appb-I000095
, ZnO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000096
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000097
, CaO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000098
, PbO,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000099
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000100
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000101
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000102
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000103
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000104
,
Figure PCTKR2012002173-appb-I000105
및
Figure PCTKR2012002173-appb-I000106
들 중 어느 하나로 이루어진다.
또한 실시예 7 내지 18을 비교예 2, 4와 비교하면, 실시예 7 내지 18은 비교예 2, 4에 비교하여 션트저항(Rsh) 및 광변환효율이 증가하는 것을 알 수 있다.
표 6은 본 발명의 일실시예인 필러의 금속분말의 조성에 따른 광변환효율의 증가효과를 나타내는 것이다.
표 6
Figure PCTKR2012002173-appb-T000006
실시예 7과, 실시예 19 내지 26은 본 발명의 일실시예이며, 필러가 산화물분말(
Figure PCTKR2012002173-appb-I000107
)과, 산화물분말의 외면에 피복되는 금속분말로 구성되되 금속분말이 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 하나로 형성되는 전극 페이스트 조성물이다.
실시예 7, 19 내지 26을 비교예 2에 비교하면 실시예 7, 19 내지 26은 비교예 2에 비해 금속분말의 함량이 적어 소성 시 낮은 수축률을 갖게 되고, 이에 따라 션트저항(Rsh) 및 광변환효율이 높아지는 것을 알 수 있다.
즉 상기 표 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예인 전극 페이스트 조성물은 산화물분말의 외면에 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 어느 하나의 금속분말을 피복시키더라도 종래에 비해 광변환효율이 증가하게 된다.
표 7은 본 발명의 제2 실시예인 필러의 금속분말의 조성에 따른 광변환효율의 증가효과를 나타내는 것이다.
표 7
Figure PCTKR2012002173-appb-T000007
상기 표 7에서와 같이 실시예 6, 27 내지 34는 본 발명의 제2 실시예이며, 필러가 상기 표 1의 시료번호 GF10의 글라스분말과, 글라스분말의 외면에 피복되는 금속분말로 구성되되 금속분말이 은(Ag), 니켈(Ni), 주석(Sn), 구리(Cu), 철(Fe), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 금(Au) 및 백금(Pt) 분말들 중 하나로 구성되는 전극 페이스트 조성물이다.
실시예 6, 27 내지 34를 비교예 2에 비교하면 상기 표 6에서와 마찬가지로 션트저항(Rsh) 및 광변환효율이 증가하게 된다.
표 8
Figure PCTKR2012002173-appb-T000008
상기 표 8의 종횡비는 전극 페이스트 조성물의 인쇄 및 건조 후 3차원 현미경을 이용하여 측정하였다.
본 발명의 일실시예인 실시예 2와 비교예 2를 비교하면, 실시예 2는 비교예 2에 비교하여 선폭이 줄어들고, 선높이가 증가함에 따라 종횡비가 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 종횡비가 증가함에 따라 실시예 2는 비교예 2에 비해 시리즈저항(Rs)이 낮아지게 될 뿐만 아니라 전극의 차폐율이 줄어들기 때문에 광변환효율이 증가하게 된다.
또한 실시예 4와 비교예 4를 비교하면, 수축률 조절제가 첨가되더라도 실시예 4가 비교예 4에 비해 종횡비가 증가하는 것을 알 수 있다.
또한 실시예 2와 실시예 4를 비교하면, 전극 페이서트 조성물이 금속분말이 피복된 산화물분말로 형성되는 필러가 적용되는 경우 소량의 수축률조절제가 첨가되는 것이 종횡비를 더욱 증가시키는 것을 알 수 있다.
또한 본 발명의 제2 실시예가 적용되는 실시예 6과 비교예2를 비교하더라도 실시예 6의 종횡비가 비교예 2에 비해 증가하는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 50.0 ~ 90.0 중량%의 도전성 필러와, 5.0 ~ 20.0 중량%의 무기바인더, 0.5 ~ 20.0 중량%의 유기바인더, 4.5 ~ 20.0 중량%의 유기용매를 포함하고,
    상기 도전성 필러는
    10.0 ~ 70.0 중량%의 산화물분말;
    상기 산화물분말의 외면에 30.0 ~ 90.0 중량%로 피복되는 금속분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  2. 청구항 1에서, 상기 산화물분말은
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000108
    , ZnO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000109
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000110
    , CaO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000111
    , PbO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000112
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000113
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000114
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000115
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000116
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000117
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000118
    및
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000119
    산화물들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  3. 청구항 1에서, 상기 금속분말은 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기바인더는 전이점이 300 ~ 600℃, 연화점이 330 ~ 650℃이며,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000120
    , ZnO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000121
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000122
    , CaO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000123
    , PbO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000124
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000125
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000126
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000127
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000128
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000129
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000130
    및
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000131
    산화물들 중 적어도 하나 이상이 혼합되는 혼합물을 용융 및 급랭시킨 유리 원료(Glass frit)인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  5. 청구항 4에서, 상기 도전성 필러의 평균직경은 0.1 ~ 30㎛인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  6. 50.0 ~ 90.0 중량%의 도전성 필러와, 5.0 ~ 20.0 중량%의 무기바인더, 0.5 ~ 20.0 중량%의 유기바인더, 4.5 ~ 20.0 중량%의 유기용매를 포함하고,
    상기 도전성 필러는
    10.0 ~ 70.0 중량%의 글라스분말;
    상기 산화물분말의 외면에 30.0 ~ 90.0 중량%로 피복되는 금속분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  7. 청구항 6에서, 상기 글라스분말은
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000132
    , ZnO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000133
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000134
    , CaO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000135
    , PbO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000136
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000137
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000138
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000139
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000140
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000141
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000142
    및
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000143
    들 중 적어도 하나 이상이 혼합된 혼합물을 용융 및 급랭시킨 유리원료(Glass frit)인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  8. 청구항 6에서, 상기 금속분말은 은(Ag) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 구리(Cu) 분말, 철(Fe) 분말, 팔라듐(Pd) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 금(Au) 분말, 아연(Zn) 및 백금(Pt) 분말들 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  9. 청구항 6 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기바인더는 전이점이 300 ~ 600℃, 연화점이 330 ~ 650℃이며,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000144
    , ZnO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000145
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000146
    , CaO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000147
    , PbO,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000148
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000149
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000150
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000151
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000152
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000153
    ,
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000154
    및
    Figure PCTKR2012002173-appb-I000155
    들 중 적어도 하나 이상이 혼합되는 혼합물을 용융 및 급랭시킨 유리 원료유리 원료(Glass frit)인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
  10. 청구항 9에서, 상기 도전성 필러의 평균직경은 0.1 ~ 30㎛인 것을 특징으로 하는 전극 페이스트 조성물.
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