KR101293207B1 - 페이스트 점착용 시트 및 이를 이용한 태양전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페이스트 점착용 시트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은, 서로 마주 보는 2 장의 이형필름; 및 상기 2 장의 이형필름 사이에 개재되며, 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더, 및 점착제를 포함하는 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층을 구비하는 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 제공한다. 본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트는 태양전지 후면 전극이 보다 용이하고 균일하게 형성되게 하는데 유용하다.

Description

페이스트 점착용 시트 및 이를 이용한 태양전지{Sheet for adhering paste and Solar cell using the same}

본 발명은 페이스트 점착용 시트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지의 후면 전극 형성에 사용되는 알루미늄 페이스트 점착용 시트 및 이를 이용한 태양전지에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 그 중에서도 태양전지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목 받고 있다.

태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 분류되는데, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.

태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell)로 구분된다. 이러한 3가지 종류의 태양전지 중 태양전지 시 장에서는 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.

도 1은 실리콘 태양전지의 기본적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도면을 참조하면, 실리콘 태양전지는 p형의 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)과 n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)을 포함하고, 기판(101)과 에미터층(102)의 계면에는 다이오드와 유사하게 p-n 접합이 형성되어 있다.

위와 같은 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력효과(photovoltaic effect)에 의해 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 참고로, n형 실리콘 반도체로 이루어진 에미터층(102)에서는 전자가 다수 캐리어로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 기판(101)에서는 정공이 다수 캐리어로 발생된다. 광기전력효과에 의해 발생된 전자와 전공은 각각 n형 실리콘 반도체 및 p형 실리콘 반도체 쪽으로 끌어 당겨져 각각 기판(101) 하부 및 에미터층(102) 상부와 접합된 전면전극(103) 및 후면전극(104)으로 이동하며, 이 전극(103, 104)들을 전선으로 연결하면 전류가 흐르게 된다.

통상적으로 상기 후면전극(104)의 형성을 위해서 알루미늄 페이스트 조성물이 사용된다. 후면전극(104)은 알루미늄 층을 형성하여 웨이퍼에 알루미늄이 확산되어 알루미늄-규소 합금 층으로부터 p+층이 만들어진다. 이것을 후면 전계(Back Surface field, BSF)층이라고 하는데, 태양전지의 효율 향상에 중요한 역할을 한다.

후면전극(104)의 형성을 위해서 사용되는 알루미늄 페이스트 조성물을 웨이퍼 기판 상에 도포하는 방식으로서 통상적으로 스크린 인쇄 방식이 사용된다. 스크 린 인쇄 방식은 토출공이 형성된 스크린 마스크를 웨이퍼 기판 위에 위치시키고, 상기 스크린 마스크 상에 페이스트를 도포한 다음, 스퀴지로 페이스트를 상기 스크린 마스크의 토출공으로 밀어내어 기판 상에 페이스트가 인쇄되는 방식이다.

그런데, 스퀴지가 페이스트를 토출시키기 위해 가하는 압력은 마스크의 중앙 부분과 외곽 부분에 차이가 발생하게 된다. 이러한 압력 차이로 인해 웨이퍼에 인쇄되는 알루미늄 페이스트 조성물의 양이 기판의 중앙부와 외곽부에서 서로 달라지는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서는 스크린 인쇄 방식에 있어서 보다 정교한 스크린 프린터의 운전이 필요하지만, 생산성이 저하되는 문제가 있고 스크린 인쇄 방법의 한계는 여전히 존재한다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 알루미늄 페이스트 조성물을 보다 용이하고 균일성 있게 웨이퍼 기판에 도포할 수 있는 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 사용하여 생산성이 우수한 태양전지의 후면전극 형성방법 및 그로부터 제조되는 태양전지를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 서로 마주 보는 2 장의 이형필름; 및 상기 2 장의 이형필름 사이에 개재되며, 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더, 및 점착제를 포함하는 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층을 구비하는 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 제공 한다.

본 발명에 있어서, 상기 점착제는 예를 들면, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 고무계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 점착제는 필요에 따라 다양한 양으로 첨가될 수 있으며, 예를 들면 알루미늄 분말 100 중량부 대비 100 내지 900 중량부의 함량을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 또한 본 발명은, (S1) 점착제가 함유된 점착용액을 준비하는 단계; (S2) 상기 점착 용액에 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말 및 유기 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계; 및 (S3) 상기 혼합물을 제1 이형 필름에 도포한 후 그 위에 제2 이형 필름을 적층하는 단계를 포함하는 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제조방법을 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 또한 본 발명은, (S1) 제1항의 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제1 이형필름을 제거하는 단계; (S2) 노출된 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층이 실리콘 반도체 기판의 배면에 접촉하도록 상기 제1 이형필름이 제거된 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 실리콘 기판의 배면에 부착하는 단계; 및 (S3) 실리콘 기판의 배면에 부착된 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제2 이형필름을 제거한 후 열처리하는 단계를 포함하는 실리콘 태양전지의 후면전극 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 통해 알루미늄 페이스트가 웨이퍼 기판에 용이하고 균일하고 도포될 수 있다.

또한, 본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트는 알루미늄 페이스트가 시트 형태로 존재하게 하므로 보관, 운송 및 관리가 매우 용이하다.

또한, 본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 사용하는 태양전지의 후면전극 형성방법은 스크린 인쇄 공정에서 수행되는 클리닝(cleaning) 작업이 필요치 않다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 알루미늄 페이스트 점착용 시트(10)의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 하지만, 이하 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트(10)는 서로 마주 보는 2 장의 이형필름(11) 및 상기 2 장의 이형필름(11) 사이에 개재되는 알루미늄 페이스트 점착 조성물(12)을 구비한다.

전술한 바와 같이, 종래 스크린 인쇄 방식으로 웨이퍼 기판에 인쇄되는 알루미늄 페이스트 조성물은 웨이퍼 기판 상에 균일한 양으로 도포되는 것이 매우 어려운 작업이었으며, 이는 대면적으로 도포되는 경우에 그 문제점이 더욱 심각해진다.

하지만, 본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트(10)는 미리 균일하게 형성된 알루미늄 페이스트 조성물 층을 구비하고 있으므로, 이를 웨이퍼 기판 상에 부착하는 과정을 통해 웨이퍼 기판에 알루미늄 페이스트 조성물이 균일하게 도포되는 것을 가능하게 한다. 그리고 알루미늄 페이스트 조성물의 기판으로의 도포가 시트의 부착만으로 간단히 이루어지므로 웨이퍼의 면적이 대면적이라도 시트의 크기만 조절하면 용이하게 균일한 도포가 가능하다. 또한, 후면 전극의 형성에 사용되는 알루미늄 페이스트 조성물을 시트 형태로 보관이 가능하므로, 관리 및 운송이 용이하다.

본 발명에 따른 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층(12)은 종래 알루미늄 페이스트 조성물이 통상적으로 포함하는 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 외에 웨이퍼 기판과의 점착성을 확보하기 위해 점착제를 더 포함한다.

본 발명에서 있어서 점착제로는 통상적으로 사용되는 점착성 수지 단독 또는 상기 수지와 적절한 용매의 혼합물이 사용될 수 있다. 점착성 수지의 예를 들면 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 고무계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 아크릴계 수지를 사용하는 경우, 상기 아크릴계 수지는, 예를 들면, (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 및 가교성 관능기 함유 단량체로 제조된 아크릴계 공중합체일 수 있다.

상기 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 알킬 (메타)아크릴레이트를 사용할 수 있다. 이 때, 상기 단량체에 포함되는 알킬기가 지나치게 장쇄가 되면 점착제의 응집력이 저하되고, 유리전이온도 및 점착성의 조절이 어려워질 우려가 있으므로, 탄소수가 1 내지 14, 바람직하게는 2 내지 8인 알킬기를 갖는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 단량체의 예로는, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기와 같은 (메타)아크릴산 에스테르 단량체는 공중합체 전체 100 중량부에 대하여 90 중량부 내지 99.9 중량부의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 90 중량부 미만이면 점착제의 초기 접착력이 저하될 우려가 있고, 99.9 중량부를 초과하면, 응집력 저하 문제가 발생할 우려가 있다.

상기 가교성 관능기 함유 단량체는 아크릴계 공중합체에 가교성 관능기를 부 여하여 후술하는 다관능성 가교제와의 반응을 위한 가교점을 제공한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 가교성 관능기 함유 단량체의 예로는 히드록시기 함유 단량체, 카르복시기 함유 단량체, 질소 함유 단량체 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 히드록시기 함유 단량체의 예로는, 2-히드록시에틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필 (메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸 (메타)아크릴레이트, 6-히드록시헥실 (메타)아크릴레이트, 8-히드록시옥틸 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸렌글리콜 (메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필렌그리콜 (메타)아크릴레이트 등을 수 있고; 상기 카르복시기 함유 단량체의 예로는, 아크릴산, 메타크릴산, 2-(메타)아크릴로일옥시 아세트산, 3-(메타)아크릴로일옥시 프로필산, 4-(메타)아크릴로일옥시 부틸산, 아크릴산 이중체, 이타콘산, 말레산, 말레산 무수물 등을 들 수 있고; 질소 함유 단량체의 예로는 2-이소시아네이토에틸 (메타)아크릴레이트, 3-이소시아네이토프로필 (메타)아크릴레이트, 4-이소시아네이토부틸 (메타)아크릴레이트,, (메타)아크릴아미드, N-비닐 피롤리돈, N-비닐카프로락탐 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기와 같은 가교성 관능기 함유 단량체는 아크릴계 공중합체 전체 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면 응집력이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 10 중량부를 초과하면 상용성이 저하되어 표면 이행이 발생하거나 유동 특성의 감소로 점착 물성이 저하되는 문제가 발생할 우려가 있다.

선택적으로, 본 발명에 따른 상기 아크릴계 공중합체는 유리전이온도의 조절 및 기타 기능성 부여의 관점에서 임의의 공단량체를 추가로 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 공단량체의 종류는 공중합 가능한 비닐기를 함유하는 단량체로서, 비가교 상태에서 유리전이온도가 -130℃ 내지 50℃인 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 이와 같은 공단량체의 예로는 하기 화학식 1로 표시되는 단량체를 들 수 있다.

상기 화학식 1에서,

R₁ 내지 R₃은 각각 독립적으로 수소 또는 알킬을 나타내고;

R₄는 시아노, 알킬로 치환되거나 비치환된 페닐, 아세틸옥시, 또는 COR₅를 나타내며, 이때 R₅는 알킬 또는 알콕시알킬로 치환되거나 비치환된 아미노 또는 글리시딜옥시를 나타낸다.

상기 화학식 1의 R₁ 내지 R₅의 정의에서 알킬 또는 알콕시는 탄소수 1 내지 8의 알킬 또는 알콕시를 의미하며, 바람직하게는 메틸, 에틸, 메톡시, 에톡시, 프로폭시 또는 부톡시이다.

상기 화학식 1로 나타낼 수 있는 단량체 중 구체적인 예로는, (메타)아크릴 로니트릴, (메타)아크릴아미드, N-메틸(메타)아크릴아미드 또는 N-부톡시메틸 (메타)아크릴아미드와 같은 질소 함유 단량체; 스티렌 또는 메틸 스티렌과 같은 스티렌계 단량체; 글리시딜 (메타)아크릴레이트; 또는 비닐 아세테이트와 같은 카르본산 비닐 에스테르 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기와 같은 기능성 단량체가 본 발명의 아크릴계 공중합체에 포함되는 경우에는, 그 함량은 공중합체 전체 100 중량부에 대하여 20 중량부 이하인 것이 바람직하다. 상기 함량이 20 중량부를 초과하면, 점착제 조성물의 유연성 및/또는 박리력이 저하될 우려가 있다.

상기 각각의 성분을 포함하는 아크릴계 공중합체를 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 용액 중합, 광중합, 벌크 중합, 서스펜션 중합, 에멀젼 중합과 같은 일반적인 중합법을 통하여 제조할 수 있다. 본 발명에서는 특히 용액 중합법을 사용하는 것이 바람직하며, 용액 중합은 각각의 단량체가 균일하게 혼합된 상태에서 개시제를 혼합하여, 50℃ 내지 140℃의 중합 온도로 수행하는 것이 바람직하다. 이 때 사용될 수 있는 개시제로는 아조비스 이소부티로니트릴 또는 아조비스시클로헥산 카르보니트릴과 같은 아조계 중합 개시제; 및/또는 과산화 벤조일 또는 과산화 아세틸과 같은 과산화물 등의 통상의 개시제를 예로 들 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 가교제의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 이소시아네이트계 화합물, 에폭시계 화합물, 아지리딘계 화합물, 금속 킬레이트계 화합물과 같은 일반적인 가교제를 사용할 수 있다.

상기 가교제에 있어서, 이소시아네이트계 화합물의 예로는 톨리렌 디이소시 아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포름 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 나프탈렌 디이소시아네이트 및 이중 어느 하나의 폴리올(예: 트리메틸올 프로판)과의 반응물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 들 수 있고; 에폭시계 화합물의 예로는 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 트리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판 트리글리시딜에테르, N,N,N',N'-테트라글리시딜 에틸렌디아민 및 글리세린 디글리시딜에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 들 수 있으며, 아지리딘계 화합물의 예로는 N,N'-톨루엔-2,4-비스(1-아지리딘카르복사미드), N,N'-디메틸메탄-4,4'-비스(1-아지리딘카르복사미드), 트리에틸렌 멜라민, 비스이소프로탈로일-1-(2-메틸아지리딘) 및 트리-1-아지리디닐포스핀옥시드로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 들 수 있다. 또한, 상기 금속 킬레이트계 화합물의 예로는, 알루미늄, 철, 아연, 주석, 티탄, 안티몬, 마그네슘 및/또는 바나듐과 같은 다가 금속이 아세틸 아세톤 또는 아세토초산 에틸 등에 배위하고 있는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 다관능성 가교제는 점착성 수지 100 중량부에 대하여 0.01 중량부 내지 10 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.01 중량부 미만이면 가교 반응이 잘 진행되지 않아 점착제의 응집력이 떨어질 우려가 있고, 10 중량부를 초과하면 가교반응이 지나치게 진행되어 점착 물성이 저하될 우려가 있다.

선택적으로, 본 발명의 점착제는 본 발명의 효과에 영향을 미치지 않는 범위에서, 실란 커플링제, 자외선 안정제, 산화 방지제, 조색제, 보강제, 충진제, 소포 제, 계면 활성제 및 가소제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 점착제는 필요에 따라 다양한 양으로 첨가될 수 있으며, 예를 들면 알루미늄 분말 100 중량부 대비 100 내지 900 중량부의 함량을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 함량이 100 중량부 미만이면 점착성이 미미하여 웨이퍼 기판과 점착이 어렵고, 900 중량부 초과이면 상대적으로 알루미늄 분말의 함량이 줄어들게 되어 적절한 두께의 알루미늄 층을 형성하기 위해서 과다한 양의 페이스트 조성물을 사용해야한다.

본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 조성물(12)에 포함되는 알루미늄 분말은 알루미늄 페이스트 조성물에 통상적으로 사용되는 것이 제한없이 채택될 수 있다. 예를 들면 상기 알루미늄 분말의 입자는 평균 입경이 2 내지 7 ㎛ 일 수 있다. 또한, 알루미늄 분말의 함량은 조성물 전체 100 중량부에 대해서 60 내지 80 중량부가 바람직하다.

본 발명에서 사용될 수 있는 글래스 프릿 분말은 당분야에서 사용되는 글래스 프릿이 제한없이 사용될 수 있다. 이러한 글래스 프릿 분말의 예를 들면, 납산화물 및/또는 비스무트 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로는 SiO₂-PbO계, SiO₂-PbO-B₂O₃계, Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂계, 또는 PbO-Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂계 분말 등이 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 글래스 프릿 분말의 함량은 조성물 전체 100 중량부에 대해서 1 내지 5 중량부가 바람직하다.

상기 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말 및 질화규소를 페이스트 상으로 제조하고 분산성을 유지하며 인쇄에 적합한 점도를 갖도록 유기 바인더를 첨가한다. 본 발명에서 사용되는 유기 바인더는 알루미늄 페이스트 조성물을 제조하기 위해 당분야에서 사용되는 유기 바인더라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 바인더 수지로서 셀룰로오스(celluose), 바람직하게는 에틸 셀룰로오스를 사용할 수 있으며, 용매로서 부틸 카르비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate), 터피네올(terpineol), 톨루엔(toluene) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 유기 바인더의 함량은 조성물 전체 100 중량부에 대해서 20 내지 30 중량부가 바람직하다.

선택적으로, 본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 추가적인 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 스테아르산(stearic acid), p-톨루엔술폰산 모노하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate) 등을 첨가할 수 있으며, 함량은 조성물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 5 중량부일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제조방법을 설명한다.

본 발명에 따른 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제조 방법의 일 구현예는, (S1) 점착제를 준비하는 단계; (S2) 상기 점착제를 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말 및 유기 바인더와 혼합하는 단계; 및 (S3) 상기 혼합물을 제1 이형 필름에 도포한 후 그 위에 제2 이형 필름을 적층하는 단계를 포함한다.

점착제는 다른 성분들과 용이하게 혼합되기 위해 용액 상인 것이 바람직하다. 적절한 용매로는 본 발명에 따른 유기 바인더와 용매와 동일한 것을 사용하거나, 또는 다른 용매를 점착제의 종류에 따라 당업자가 용이하게 선택할 수 있다.

본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제조방법에 있어서, 제1 이형필름에 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더 및 점착제가 혼합된 혼합용액을 도포한 후에는 점착성을 높이기 위해 건조 과정을 더 거칠 수 있다. 본 발명의 점착제가 가교제를 함유한다면, 상기 가교제에 의한 가교 반응은 상기 혼합용액이 이형필름에 도포된 후에 진행하도록 조절되는 것이 균일한 도포를 위해 바람직하다. 점착제 내에서 가교 반응이 진행되면 응집력이 향상되어 점착제의 점착성 및 절단성(cuttability)가 향상될 수 있다. 또한, 상기 혼합 용액 도포 후에는 혼합 용액 내부의 휘발 성분 또는 반응 잔류물 등의 기포 유발 성분을 충분히 제거하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 이형필름은 통상적인 점착제에 사용되는 이형필름이 사용될 수 있다. 예를 들면, 실리콘 이형처리가 된 PET 필름을 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 본 발명에 따라 제조된 알루미늄 페이스트 점착용 시트(10)를 사용하여 실리콘 태양전지의 후면전극을 형성하는 방법의 일 구현예를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에는 본 발명에 따른 실리콘 태양전지의 후면전극 형성 방법의 일 구현예가 개략적으로 도시되어 있다.

먼저, 제1항의 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제1 이형필름(11)을 제거한 다(S1). 다음으로, 노출된 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층(12)이 실리콘 반도체 기판(20)의 배면에 접촉하도록 상기 제1 이형필름이 제거된 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 실리콘 기판(20)의 배면에 부착한다(S2). 이어서, 실리콘 기판(20)의 배면에 부착된 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제2 이형필름(11)을 제거한 후 열처리(미도시)한다(S3).

상기 열처리 과정을 통해 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층(12)에 포함된 유기물 성분이 제거되고, 알루미늄이 기판(20)의 배면을 통해 확산됨으로써 후면 전극과 기판의 경계면에 후면 전계(Back Surface field: 미도시)층이 형성될 수 있다. 열처리는 후면 전극 형성 시 적용되는 통상적인 온도로 수행될 수 있으며, 예를 들면 700 내지 950 ℃ 일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 사용하여 제조되는 실리콘 태양전지를 일 실시예로서 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 태양전지의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도가 나타나 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 태양전지는, 실리콘 반도체 기판(201), 상기 기판(201)의 상부에 형성되는 에미터층(202), 상기 에미터층(202) 상에 형성된 반사방지막(203), 상기 반사방지막(203)을 관통하여 에미터층(202)의 상부 표면과 접속된 전면 전극(204), 및 상기 기판(201)의 배면에 접속된 후면 전극(205)을 포함한다.

기판(201)에는 p형 불순물로서 3족 원소인 B, Ga, In 등이 불순물로 도핑될 수 있고, 에미터층(202)에는 n형 불순물로서 5족 원소인 P, As, Sb 등이 불순물로 도핑될 수 있다. 이처럼 기판(201)과 에미터층(202)에 반대 도전형의 불순물이 도핑되면, 기판(201)과 에미터층(202)의 계면에는 p-n 접합이 형성된다. 한편 p-n 접합은 기판(201)에 n형 불순물을 도핑하고 에미터층(202)에 p형 불순물을 도핑하여 형성해도 무방하다.

상기 반사방지막(203)은 에미터층(202)의 표면 또는 벌크 내에 존재하는 결함(예컨대, 댕글링 본드)을 부동화하고 기판(201)의 전면으로 입사되는 태양광의 반사율을 감소시킨다. 에미터층(202)에 존재하는 결함이 부동화되면 소수 캐리어의 재결합 사이트가 제거되어 태양전지의 개방전압이 증가한다. 그리고 태양광의 반사율이 감소되면 p-n 접합까지 도달되는 빛의 량이 증대되어 태양전지의 단락전류가 증가한다. 이처럼 반사방지막(203)에 의해 태양전지의 개방전압과 단락전류가 증가되면 그 만큼 태양전지의 변환효율이 향상된다.

상기 반사방지막(203)은 예를 들면 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화질화막, MgF₂, ZnS, MgF₂, TiO₂ 및 CeO₂ 로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 물질막이 조합된 다중막 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고 상기 반사방지막(203)은 진공 증착법, 화학 기상 증착법, 스핀 코팅, 스크린 인쇄 또는 스프레이 코팅에 의해 형성될 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 상기 반사방지막(203)의 형성방법이 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 각각 은과 알루미늄으로 이루어진 금속 전극이다. 상기 전면 전극(204)는 본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물로 제조된다. 은 전극은 전기 전도성이 우수하고, 알루미늄 전극은 전기 전도성이 우수할 뿐만 아니라 실리콘 반도체로 이루어진 기판(201)과의 친화력이 우수하여 접합이 잘 되는 장점이 있다.

상기 전면 전극(204)과 후면 전극(205)은 공지된 여러 가지 기술에 의해 제조 가능하지만, 바람직하게는 스크린 인쇄법에 의해 형성된 것이다. 즉, 전면 전극(204)은 은 페이스트 조성물을 전면 전극 형성 지점에 스크린 인쇄한 후 열처리를 시행하여 형성한다. 열처리가 시행되면 펀치 스루(punch through) 현상에 의해 전면 전극이 반사방지막(203)을 뚫고 에미터층(202)과 접속된다.

후면 전극(205)은 전술한 본 발명의 후면 전극 형성방법에 따라 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 열처리를 통해 후면 전계층이 형성되면 캐리어가 기판(201)의 배면으로 이동하여 재결합되는 것을 방지할 수 있다. 캐리어의 재결합이 방지되면 개방전압과 충실도가 상승하여 태양전지의 변환효율이 향상된다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

실시예

<점착제의 제조-아크릴계 공중합체>

질소 가스가 환류되고 온도 조절이 용이하도록 냉각 장치를 설치한 1L 반응기에, n-부틸 아크릴레이트(BA) 98.3 중량부 및 히드록시에틸 메타아크릴레이트(2-HEMA) 1.7 중량부를 포함하는 단량체 혼합물을 투입한 다음, 용제로서 에틸 아세테이트(EAc) 100 중량부를 투입하였다. 이어서, 산소 제거를 위해 질소 가스를 1시간 정도 퍼징하고, 62℃로 유지한 상태에서, 혼합물을 균일하게 한 다음, 반응 개시제로 에틸 아세테이트에 50%의 농도로 희석시킨 아조비스이소부티로니트릴(AIBN) 0.03 중량부를 투입하였다. 이어서, 상기 혼합물을 8시간 정도 반응시켜 아크릴계 공중합체를 제조하였다.

<점착 시트 제조>

상기 제조된 아크릴계 공중합체 100 중량부에 대하여, 가교제로서 트리메틸올 프로판의 톨리렌디이소시아네이트 부가물(TDI-1) 0.5중량부를 혼합하였다. 알루미늄 분말:점착제=10:90의 중량비가 되도록 상기 점착제를 알루미늄 분말과 혼합하고, 글래스 프릿 분말과 에틸 아세테이트를 각각 알루미늄 분말 100 중량부 대비 0.14 중량부, 30 중량부로 첨가하여 알루미늄 페이스트 점착 조성물을 제조하였다.

상기 제조된 포함하는 알루미늄 페이스트 점착 조성물을 제1 실리콘 처리된 PET 이형 필름 위에 bar-코팅하고, 110℃에서 3분간 건조하였다. 건조가 완료되면 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층 위에 제2 실리콘 처리된 PET 이형필름을 덮어 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 제조하였다.

<후면 전극 형성>

상기 제조된 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 한 쪽 이형필름을 제거하고 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층을 웨이퍼의 일면에 부착시킨 후, 다른 쪽 이형필름을 마저 제거한 후 벨트 소성로에서 열처리하여 후면 전극을 형성과정을 수행하였다.

상기 열처리된 알루미늄 후면 전극의 표면 상태의 SEM 사진을 도 5에 나타내었으며, 그 단면의 SEM 사진을 도 5에 나타난 바와 같이, 웨이퍼(1)에 알루미늄 후면전극층(2)이 효과적으로 형성된 것을 알 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래 기술에 따른 실리콘 태양전지의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조되는 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 구현예에 따라 실리콘 태양전지의 후면전극 형성방법을순서대로 개략적으로 설명하는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조되는 태양전지의 개략적인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 실리콘 기판에 후면전극을 형성한 후그 단면의 SEM 사진이다.

<도면의 주요 참조 번호>

201: 기판 202: 에미터층

203: 반사방지막

204: 전면 전극 205: 후면 전극

Claims (12)

1. 서로 마주 보는 2 장의 이형필름; 및

   상기 2 장의 이형필름 사이에 개재되며, 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말, 유기 바인더, 점착제 및 다관능성 가교제를 포함하는 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층을 구비하며,

   상기 점착제는 점착성 수지 단독 또는 상기 점착성 수지와 용매의 혼합물이며, 상기 점착성 수지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 및 가교성 관능기 함유 단량체로 제조된 아크릴계 공중합체이고,

   상기 점착제는 알루미늄 분말 100 중량부 대비 100 내지 900 중량부이고,

   또한 상기 다관능성 가교제는 점착성 수지 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 알루미늄 페이스트 점착용 시트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 글래스 프릿 분말은 SiO₂-PbO계, SiO₂-PbO-B₂O₃계, Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂계, 및 PbO-Bi₂O₃-B₂O₃-SiO₂계 분말로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 페이스트 점착용 시트.
6. 제1항에 있어서,

   상기 유기 바인더는 바인더 수지로서 셀룰로오스와, 용매로서 부틸 카르비톨 아세테이트, 터피네올, 톨루엔, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 페이스트 점착용 시트.
7. (S1) 점착제가 함유된 점착용액을 준비하는 단계;

   (S2) 상기 점착 용액에 다관능성 가교제, 알루미늄 분말, 글래스 프릿 분말 및 유기 바인더를 첨가하여 혼합하는 단계; 및

   (S3) 상기 (S2) 단계의 결과물을 제1 이형 필름에 도포한 후 그 위에 제2 이형 필름을 적층하는 단계를 포함하며,

   상기 점착제는 점착성 수지 단독 또는 상기 점착성 수지와 용매의 혼합물이며, 상기 점착성 수지는 (메타)아크릴산 에스테르계 단량체 및 가교성 관능기 함유 단량체로 제조된 아크릴계 공중합체이고,

   상기 점착제는 알루미늄 분말 100 중량부 대비 100 내지 900 중량부이고,

   또한 상기 다관능성 가교제는 점착성 수지 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. (S1) 제1항의 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제1 이형필름을 제거하는 단계;

    (S2) 노출된 알루미늄 페이스트 점착 조성물 층이 실리콘 반도체 기판의 배면에 접촉하도록 상기 제1 이형필름이 제거된 알루미늄 페이스트 점착용 시트를 실리콘 기판의 배면에 부착하는 단계; 및

    (S3) 실리콘 기판의 배면에 부착된 알루미늄 페이스트 점착용 시트의 제2 이형필름을 제거한 후 열처리하는 단계

    를 포함하는 실리콘 태양전지의 후면전극 형성 방법.
12. 실리콘 반도체 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 에미터층; 상기 에미터층 상에 형성된 반사방지막; 상기 반사방지막을 관통하여 상기 에미터층에 접속된 전면 전극; 및 상기 기판의 배면에 접속된 후면 전극을 포함하는 실리콘 태양전지에 있어서,

    상기 후면 전극은 제11항의 방법에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 태양전지.

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