KR102052201B1 - 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 - Google Patents
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Abstract
도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 용융 온도가 400℃ 내지 600℃인 제1유리프릿과 용융 온도가 650℃ 내지 800℃인 제2유리프릿의 혼합물을 포함하는 것인, 태양전지 전극 형성용 조성물, 및 이로부터 형성된 전극이 제공된다.
Description
본 발명은 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 본 발명의 용융 온도를 갖는 제1유리프릿과 제2유리프릿의 혼합물을 포함함으로써 접촉저항과 선저항이 우수하고, 인장 강도(pull strength)를 높여 신뢰성을 좋게 할 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 상하면에 각각 전면 전극과 후면 전극이 형성되어 있다. 태양전지는 반도체 웨이퍼에 입사되는 태양광에 의해 pn 접합의 광전 효과가 유도되고, 이로부터 발생된 전자들이 전극을 통해 외부로 흐르는 전류를 제공한다. 이러한 태양전지의 전극은 전극용 페이스트 조성물의 도포, 패터닝 및 소성에 의해, 웨이퍼 표면에 형성될 수 있다.
최근 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 에미터(emitter)의 두께가 지속적으로 얇아짐에 따라, 태양전지의 성능을 저하시킬 수 있는 션팅(shunting) 현상을 유발시킬 수 있다. 또한, 태양전지의 효율을 증가시키기 위해 태양전지의 면적을 점차 증가시키고 웨이퍼의 면저항이 점차 올라가고 있는데 이는 태양전지의 접촉저항을 높여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 다양한 면저항 하에서 에미터 층의 접합에 대한 피해를 최소화하고 웨이퍼와 전극과의 계면에서의 도전성을 향상함으로써 접촉 저항과 선저항을 개선할 수 있고 태양전지 효율을 높일 수 있는 전극용 페이스트 조성물을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 배경 기술은 일본공개특허 제2015-144162호 등에 개시되어 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 접촉저항과 선저항을 낮추어 전기적 특성이 우수하고 인장강도를 높여 신뢰성도 높일 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 접촉저항과 선저항이 낮아 전기적 특성이 우수하고 인장강도가 높아서 신뢰성도 높은 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 용융 온도(melting temperature, Tm)가 400℃ 내지 600℃인 제1유리프릿과 용융 온도가 650℃ 내지 800℃인 제2유리프릿의 혼합물을 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1유리프릿은 텔루륨(Te)과 비스무트(Bi) 원소를 포함하는 텔루륨-비스무트계 유리프릿일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1유리프릿은 아연(Zn), 납(Pb), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 리튬(Li), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제2유리프릿은 텔루륨(Te)과 비스무트(Bi) 원소를 포함하는 텔루륨-비스무트계 유리프릿일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1유리프릿 및 제2유리프릿은 6:1 내지 1:1의 중량비로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 제1유리프릿은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.5중량% 내지 10중량%로 포함되고, 상기 제2유리프릿은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 조성물은 상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%, 상기 유리 프릿 1중량% 내지 20중량%, 상기 유기 비히클을 잔부량으로 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 중 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전극은 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조될 수 있다.
본 발명은 접촉저항과 선저항을 낮추어 전기적 특성이 우수하고 인장강도를 높여 신뢰성도 높일 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하였다.
본 발명은 접촉저항과 선저항이 낮아 전기적 특성이 우수하고 인장강도가 높아서 신뢰성도 높은 태양전지 전극을 제공하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
본 명세서에서, 유리 프릿의 "용융 온도"는 열중량ㆍ시차열(TG-DTA) 방법으로 측정할 수 있다.
본 명세서에서, 유리 프릿에 포함되는 각 금속 원소의 함량(몰%)은 유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES; Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer)에 의하여 측정될 수 있다. 상기 유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES)은 매우 적은 양의 시료를 사용하므로 시료 준비 시간을 단축할 수 있고, 시료 전처리에 의한 오차를 줄일 수 있으며 분석 감도가 우수한 이점이 있다.
구체적으로, 상기 유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES)은 시료를 전처리 하는 단계, 표준용액을 준비하는 단계, 및 측정 대상 원소의 농도를 측정 및 환산하여 유리프릿 내 존재하는 각 원소의 함량을 정밀하게 측정할 수 있다.
상기 시료를 전처리하는 단계는 시료인 유리 프릿을 용해할 수 있는 산성용액을 이용하여 시료를 적당량 용해하고 가열하여 시료를 탄화시킬 수 있다. 상기 산성용액은 예로서 황산(H2SO4) 용액 등을 사용할 수 있다.
상기 탄화된 시료는 증류수, 과산화수소(H2O2) 등의 용매로 분석대상 원소의 분석농도 범위까지 적당히 희석할 수 있다. 상기 분석농도 범위는 적용되는 ICP-OES 기기의 원소 검출능력을 고려하여 약 10,000배까지 희석된 상태로 사용할 수 있다.
상기 전처리된 시료는 ICP-OES 기기로 측정시 표준용액, 예를 들면, 원소 측정용 분석대상 원소의 표준용액으로 교정(calibration)할 수 있다. 예로서, 상기 표준용액을 ICP-OES 측정기기에 도입하여 외부 표준법(external standard method)으로 검정곡선(calibration curve)을 작성한 후 상기 ICP-OES 측정기기로 전처리된 시료의 분석대상 금속 원소의 농도(ppm)를 측정한 후 환산하여 유리프릿 내 각 원소의 몰비를 계산할 수 있다.
태양전지 전극 형성용 조성물
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말, 유리 프릿, 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 유리 프릿은 용융 온도(melting temperature, Tm)가 400℃ 내지 600℃인 제1유리프릿과 용융 온도가 650℃ 내지 800℃인 제2유리프릿의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 발명자는 상기 제1유리프릿과 제2유리프릿의 혼합물을 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물은 접촉저항과 선저항이 낮아 전기적 특성이 우수하고 인장강도가 높아서 신뢰성을 좋게 할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
이하, 본 발명의 조성물 중 각 성분들에 대해 상세하게 설명한다.
도전성 분말
도전성 분말은 은(Ag) 분말을 포함할 수 있다. 상기 은 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있으며, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 은 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 은 분말일 수 있다. 또한, 상기 은 분말로 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
도전성 분말은 입자 형상이 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면, 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 제한 없이 사용될 수 있다.
도전성 분말의 평균입경(D50)은 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛ 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 접촉저항과 선저항이 낮아질 수 있다. 상기 평균입경(D50)은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 60중량% 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 도전성 분말의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 태양전지의 변화 효율이 우수하게 나타나며, 페이스트화가 원활하게 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 도전성 분말은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 70중량% 내지 90중량%로 포함될 수 있다.
유리프릿
유리프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 도전성 분말을 용융시켜 에미터 영역에 도전성 분말의 결정 입자를 생성시키기 위한 것이다. 또한, 유리 프릿은 도전성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 용융 온도가 서로 상이하고 특정 용융 온도 범위를 갖는 상기 제1유리프릿과 제2유리프릿의 혼합물을 포함한다. 일반적으로 접촉저항과 선저항을 낮추고 인장강도를 좋게 하기 위해서는 유리프릿의 함량을 늘릴수 밖에 없으며 따라서 개방전압을 하락시킬 수 있다. 그러나, 본 발명은 용융 온도가 서로 다르고 본 발명의 용융 온도 범위를 갖는 제1유리프릿과 제2유리프릿의 혼합물을 포함함으로써 개방전압의 하락을 최소화하면서 접촉저항과 선저항을 낮추고 인장강도를 좋게 할 수 있었다.
이하, 제1유리프릿과 제2유리프릿에 대해 상세히 설명한다.
(A)
제1유리프릿
제1유리프릿은 용융 온도가 400℃ 내지 600℃일 수 있다. 상기 범위에서, 접촉저항과 선저항을 낮출 수 있다. 바람직하게는, 제1유리프릿의 용융 온도는 450℃ 내지 500℃일 수 있다.
제1유리프릿은 텔루륨(Te)과 비스무트(Bi) 원소를 포함하는 텔루륨-비스무트계 유리프릿일 수 있다. 제1유리프릿은 텔루륨과 비스무트 원소를 포함함으로써 상기 용융 온도를 용이하게 확보할 수 있고, 안정적으로 반사 방지막을 에칭하여 접촉저항의 개선 효과가 있을 수 있다.
제1유리프릿은 텔루륨과 비스무트 이외에, 금속 및/또는 금속 산화물을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제1유리프릿은, 아연(Zn), 납(Pb), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 리튬(Li), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 제1유리프릿은 텔루륨, 비스무트 원소를 포함하는 Te-Bi-O계 유리프릿일 수 있다. 바람직하게는, Te-Bi-O계 유리프릿은 텔루륨 45몰% 내지 75몰%, 비스무트 5몰% 내지 20몰%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 우수한 접촉저항 및 선저항을 구현할 수 있다.
다른 구체예에서, 제1유리프릿은 텔루륨, 비스무트, 및 아연 원소를 포함하는 Te-Bi-Zn-O계 유리프릿일 수 있다. 바람직하게는, Te-Bi-Zn-O계 유리프릿은 텔루륨 45몰% 내지 75몰%, 비스무트 5몰% 내지 20몰%, 아연 1몰% 내지 20몰%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서, 우수한 접촉저항과 선저항을 구현할 수 있다.
제1유리프릿은 통상의 방법을 사용하여 텔루륨 산화물, 비스무트 산화물 및 선택적으로 상기 금속 및/또는 금속 산화물로부터 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 텔루륨 산화물, 비스무트 산화물 및 선택적으로 상기 금속 및/또는 금속 산화물을 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill) 등을 사용하여 혼합한 후, 혼합된 조성물을 800℃ 내지 1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭(quenching)한 다음, 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 제1유리프릿을 얻을 수 있다.
제1유리프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.5중량% 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 제1유리프릿의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 우수한 접촉저항과 선저항을 가지며, 인장강도를 높일 수 있다. 바람직하게는, 제1유리프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 1중량% 내지 6중량% 로 포함될 수 있다.
(B)
제2유리프릿
제2유리프릿은 용융 온도가 650℃ 내지 800℃일 수 있다. 상기 범위에서, 개방전압의 최소화를 막고 우수한 인장강도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2유리프릿의 용융 온도는 700℃ 내지 750℃일 수 있다.
제2유리프릿은 텔루륨과 비스무트 원소를 포함하는 텔루륨-비스무트계 유리프릿일 수 있다. 제1유리프릿 및 제2유리프릿 모두 텔루륨 원소를 포함할 경우 인장강도를 더 향상시킬 수 있다.
제2유리프릿은 텔루륨과 비스무트 이외에, 금속 및/또는 금속 산화물을 더 포함할 수도 있다. 예를 들면, 제2유리프릿은, 아연(Zn), 납(Pb), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 리튬(Li), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 제2유리프릿은 텔루륨 및 비스무트 원소를 포함하는 Te-Bi-O계 유리프릿일 수 있다. 바람직하게는, Te-Bi-O계 유리프릿은 텔루륨 5몰% 내지 20몰%, 비스무트 10몰% 내지 30몰%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 인장강도 개선 효과가 있을 수 있다.
다른 구체예에서, 제2유리프릿은 텔루륨, 비스무트 및 텅스텐 원소를 포함하는 Te-Bi-W-O계 유리프릿일 수 있다. 바람직하게는, Te-Bi-W-O계 유리프릿은 텔루륨 5몰% 내지 20몰%, 비스무트 10몰% 내지 30몰%, 텅스텐 5몰% 내지 30몰%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 인장강도 개선 효과가 있을 수 있다.
제2유리프릿은 통상의 방법을 사용하여 텔루륨 산화물, 비스무트 산화물 및 선택적으로 상기 금속 및/또는 금속 산화물로부터 제조될 수 있다. 제조방법은 상기 제1유리프릿에서 기재한 바와 실질적으로 동일하다.
제2유리프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 제2유리프릿의 함량이 상기 범위를 만족할 때, 접촉저항과 선저항을 낮추고 인장강도를 높일 수 있다. 바람직하게는, 제2유리프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.5중량% 내지 3중량%로 포함될 수 있다.
제1유리프릿 및/또는 제2유리프릿의 각각의 형상 및 크기 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 제1유리프릿 또는 제2유리프릿은 각각 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있다. 제1유리프릿 또는 제2유리프릿의 형상은 구형 또는 부정형일 수 있다. 상기 평균입경(D50)은 이소프로필알코올(IPA)에 유리프릿 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 제1유리프릿 및 제2유리프릿은 6:1 내지 1:1의 중량비(제1유리프릿: 제2유리프릿)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 접촉저항과 선저항을 낮추고 인장강도를 개선하는 효과가 있을 수 있다. 바람직하게는, 4:1 내지 1:1의 중량비로 포함될 수 있다.
한편, 제1유리프릿 및 제2유리프릿을 포함하는 전체 유리 프릿의 함량은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 대비 1중량% 내지 20중량%, 바람직하게는 2중량% 내지 15중량%일 수 있다. 상기 범위로 함유되는 경우, 다양한 면저항 하에서 pn 접합 안정성을 확보할 수 있고 선저항 값을 최소화시킬 수 있으며, 종국적으로 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
유기
비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있으며 에틸 셀룰로오스가 일반적으로 사용되는 수지이다. 그러나, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수도 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물 중 잔부량으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 전체 중량 대비 1중량% 내지 30중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
첨가제
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기에서 기술한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 0.1중량% 내지 5중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, p층(또는 n층)(101) 및 에미터로서의 n층(또는 p층)(102)을 포함하는 웨이퍼(100) 또는 기판 상에, 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 전극 형성용 조성물을 웨이퍼의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 전면에 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 950℃, 바람직하게는 700℃ 내지 950℃에서 약 30초 내지 210초 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다.
하기 실시예와 비교예에서 사용된 유리프릿의 상세 구성은 표 1 및 표 2와 같다. 하기 표 1은 제1유리프릿을 나타낸 것이고, 하기 표 2는 제2유리프릿을 나타낸 것이다. 제1유리프릿과 제2유리프릿에서 각각의 유리프릿에 포함되는 각 금속 원소의 함량은 상기에서 설명한 ICP-OES에 의해 측정하였다. 제1유리프릿과 제2유리프릿에 각각의 유리프릿의 용융 온도는 상기에서 설명한 TG-DTA 방법에 의해 측정하였다.
| Te (몰%) |
Bi (몰%) |
Zn (몰%) |
Li (몰%) |
W (몰%) |
용융 온도 (℃) |
|
| A1 | 75.0 | 10.5 | 7.0 | 4.5 | 3.0 | 400 |
| A2 | 60.5 | 12.5 | 12.5 | 4.0 | 10.5 | 600 |
| A3 | 70.0 | 10.0 | 5.0 | 12.0 | 3.0 | 380 |
| A4 | 60.5 | 12.5 | 10.0 | 3.5 | 13.5 | 620 |
| Te (몰%) |
Bi (몰%) |
Zn (몰%) |
Li (몰%) |
W (몰%) |
Si (몰%) |
용융 온도 (℃) |
|
| B1 | 15.0 | 15.0 | 14.5 | 13.5 | 7.0 | 35.0 | 650 |
| B2 | 10.0 | 15.0 | 15.0 | 9.0 | 15.0 | 36.0 | 800 |
| B3 | 20.0 | 10.0 | 14.5 | 15.5 | 5.0 | 35.0 | 630 |
| B4 | 10.0 | 17.0 | 13.5 | 7.0 | 30.0 | 22.5 | 820 |
실시예
1
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스(Dow chemical company, STD4) 1.0 중량%를 용매인 부틸 카비톨(Butyl Carbitol) 6.5중량%에 60℃에서 충분히 용해한 후 평균입경이 1.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-4-8) 89.0중량%, 유리 프릿 3.0중량%, 첨가제로서 분산제 BYK102(BYK-chemie) 0.2중량% 및 요변제 Thixatrol ST (Elementis co.) 0.3중량%를 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다. 이때, 상기 유리 프릿은 상기 표 1과 표 2의 제1유리 프릿과 제2유리 프릿을 하기 표 3에 기재된 함량으로 포함하였다.
실시예
2 내지
실시예
4
상기 실시예 1에서, 제1유리프릿, 제2유리프릿의 종류 및 함량을 하기 표 3과 같이 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
비교예
1
상기 실시예 1에서, 제2유리프릿을 포함하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
비교예
2
상기 실시예 1에서, 제1유리프릿을 포함하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
비교예
3
상기 실시예 1에서 제1유리프릿 A1 대신에 A3을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
비교예
4
상기 실시예 1에서 제1유리프릿 A1 대신에 A4를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
비교예
5
상기 실시예 1에서 제2유리프릿 B1 대신에 B3을 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
비교예
6
상기 실시예 1에서 제2유리프릿 B1 대신에 B4를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.
실시예와 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 이용하여 하기와 같이 태양전지 셀을 제조한 후, 각각에 대하여 접촉저항, 선저항 및 인장강도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
태양전지 셀 제조
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 태양전지 전극 형성용 조성물을 웨이퍼(보론(Bron)이 도핑(doping)된 p 타입 wafer) 전면에 텍스쳐링(texturing)한 후, POCL3로 n+층을 형성하고 그 위에 질화규소(SiNx:H)를 반사방지막으로 형성시킨 Multi crystalline 웨이퍼)의 전면에 일정한 패턴으로 스크린 프린팅하여 인쇄하고 적외선 건조로를 사용하여 300~400℃에서 1분간 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 셀을 벨트형 소성로를 사용하여 400~900℃에서 50초간 소성하여 태양전지 셀을 제조하였다.
(
1)접촉저항
상기와 같이 제조된 셀의 접촉저항(Rc)은 접촉저항측정장비(GP 4-TEST Pro.)를 사용하여 1cm * 2.0cm 의 finger bar가 인쇄된 cell을 이용하여 측정하였다.
(
2)선저항
상기와 같이 제조된 셀의 선저항(RL)은 저항측정장비(keithley 2200)를 사용하여 암실에서 finger bar 3cm의 저항을 측정하였다.
(
3)인장
강도
상기와 같이 제조된 셀에 대하여 전극에 플럭스(flux)를 바른 후, 인두기(HAKKO社)로 300~400℃에서 리본과 접합시켰다. 이후 박리각 180°조건에서 장력기(Tinius olsen社)를 사용하여 50mm/min의 신장속도로 인장강도(N/mm)를 측정하였다. 바람직하게는 인장강도는 3.7N/mm 이상, 예를 들면 3.7N/mm 내지 5.0N/mm이 될 수 있다. 상기 범위에서 전극 신뢰성이 좋을 수 있다.
(
4)개방전압
상기 제작된 테스트용 셀의 개방전압(voc)을 태양전지 효율측정장비(Passan社, CT-801)를 사용하여 측정하였다.
|
|
실시예 | 비교예 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| 유리 프릿 (중량%) |
A1 | 2.0 | - | 2.0 | - | 3.0 | - | - | - | 2.0 | 2.0 |
| A2 | - | 2.0 | - | 2.0 | - | - | - | - | - | - | |
| A3 | - | - | - | - | - | - | 2.0 | - | - | - | |
| A4 | - | - | - | - | - | - | - | 2.0 | - | - | |
| B1 | 1.0 | 1.0 | - | - | - | 3.0 | 1.0 | 1.0 | - | - | |
| B2 | - | - | 1.0 | 1.0 | - | - | - | - | - | - | |
| B3 | - | - | - | - | - | - | - | - | 1.0 | - | |
| B4 | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1.0 | |
| 접촉저항(Ω) | 0.30 | 0.30 | 0.29 | 0.31 | 0.27 | 0.64 | 0.36 | 0.39 | 0.36 | 0.42 | |
| 선저항(Ω) | 0.34 | 0.35 | 0.33 | 0.35 | 0.28 | 0.49 | 0.39 | 0.37 | 0.35 | 0.38 | |
| 인장강도 (N/mm) |
3.9 | 3.8 | 4.5 | 4.2 | 2.7 | 4.5 | 4.0 | 4.1 | 3.5 | 3.9 | |
| 개방전압(mV) | 628.4 | 632.1 | 628.9 | 631.3 | 624.8 | 632.3 | 628.7 | 627.1 | 629.3 | 628.2 | |
상기 표 3에서와 같이, 본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 접촉저항 및 선저항이 낮고 개방전압이 높음에 따라 전기적 특성이 좋고, 인장강도도 우수함을 알 수 있다.
반면에, 본 발명의 제2유리프릿을 포함하지 않고 제1유리프릿만 포함하는 비교예 1는 인장강도와 개방전압이 낮은 결과를 나타내었고, 본 발명의 제1유리프릿을 포함하지 않고 제2유리프릿만 포함하는 비교예 2는 접촉저항이 높아지는 결과를 나타내었다. 또한, 본 발명의 용융 온도를 벗어나는 유리프릿을 포함하는 비교예 3 내지 비교예 6은 실시예 2에 비해 모든 특성이 열세임을 알 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (9)
- 도전성 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클을 포함하고,
상기 유리 프릿은 용융 온도(melting temperature, Tm)가 400℃ 내지 600℃ 이하인 제1유리프릿과 용융 온도가 650℃ 내지 800℃인 제2유리프릿의 혼합물을 포함하는 것인, 태양전지 전극 형성용 조성물로서,
상기 제1유리프릿은 텔루륨(Te)과 비스무트(Bi) 원소를 포함하는 텔루륨-비스무트계 유리프릿이고,
상기 제2유리프릿은 텔루륨(Te), 비스무트(Bi) 및 텅스텐(W) 원소를 포함하는 텔루륨-비스무트-텅스텐계 유리프릿이고,
상기 제2유리프릿은 텔루륨 5몰% 내지 20몰%, 비스무트 10몰% 내지 30몰%, 텅스텐 7몰% 내지 15몰%를 포함하며,
상기 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 중 상기 제1유리프릿은 0.5중량% 내지 10중량%, 상기 제2유리프릿은 0.1중량% 내지 5중량%로 포함되는 것인, 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1유리프릿은 아연(Zn), 납(Pb), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 리튬(Li), 규소(Si), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 이들의 산화물들로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1유리프릿과 제2유리프릿은 6:1 내지 1:1의 중량비로 포함되는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은
상기 도전성 분말 60중량% 내지 95중량%,
상기 유리 프릿 1중량% 내지 20중량%,
상기 유기 비히클을 잔부량으로 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 중 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는, 태양전지 전극 형성용 조성물.
- 제1항, 제3항, 제5항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 형성된 전극.
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