KR102100291B1 - 도전성 페이스트, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

도전성 분말, 600℃ 이하의 유리전이온도를 가지고 0K 이상의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리, 그리고 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트, 상기 도전성 페이스트로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 전자 소자 및 태양 전지에 관한 것이다.

Description

도전성 페이스트, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지{CONDUCTIVE PASTE AND ELECTRONIC DEVICE AND SOLAR CELL INCLUDING AN ELECTRODE FORMED USING THE CONDUCTIVE PASTE}
도전성 페이스트, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.
태양 전지는 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하며, 광 활성층에서 태양 광 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.
태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 전자-정공 쌍을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다.
한편, 태양 전지의 전극은 증착법으로 형성할 수 있으나 이 경우 공정이 복잡하고 비용 및 시간이 많이 소요된다. 이에 따라 도전성 물질을 포함한 도전성 페이스트를 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 형성하여 공정을 단순화하는 방안이 제안되었다.
그러나 도전성 페이스트를 사용하여 전극을 형성하는 경우, 약 900℃ 정도의 고온 소성 단계가 필요하다. 이 경우 고온으로 인해 전극의 하부 또는 상부에 위치하는 패시베이션 막이 열화되어 효율이 저하될 수 있다.
일 구현예는 소자의 효율을 개선할 수 있는 도전성 페이스트를 제공한다.
다른 구현예는 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 도전성 분말, 600℃ 이하의 유리전이온도를 가지고 0K 이상의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리, 그리고 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.
상기 금속 유리는 약 10℃ 내지 400℃의 유리전이온도를 가질 수 있다.
상기 금속 유리의 과냉각 액체 구간은 약 0K 내지 200K일 수 있다.
상기 금속 유리의 적어도 일부분은 비정질 상태로 존재할 수 있다.
상기 금속 유리는 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 각각 알루미늄, 세륨, 스트론튬, 골드, 이테르븀, 아연, 칼슘, 마그네슘, 플라티늄, 팔라듐 및 지르코늄을 각각 주성분으로 하고, 니켈(Ni), 이트륨(Y), 코발트(Co), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 주석(Sn), 아연(Zn), 칼륨(K), 리튬(Li), 인(P), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루비듐(Rb), 크롬(Cr), 스트론튬(Sr), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 네오디뮴(Nd), 니오븀(Nb), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 이테르븀(Yb), 유로퓸(Eu), 하프늄(Hf), 비소(As), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 규소(Si), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt), 망간(Mn), 니오븀(Nb), 오스뮴(Os), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 수은(Hg)에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 합금일 수 있다.
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 30 내지 99중량%, 약 0.1 내지 20중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
상기 전자 소자는 가요성 전자 소자를 포함할 수 있다.
상기 전극은 유리전이온도를 가지지 않을 수 있다.
상기 전극은 상기 금속 유리를 이루는 원소들 중 적어도 하나와 동일한 원소를 포함하는 유리프릿, 결정질 분말 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
상기 전극은 약 1㏀cm2 이하의 접촉 저항을 가질 수 있다.
상기 전극은 약 10 mΩcm 이하의 비저항을 가질 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극을 포함하고, 상기 전극은 유리전이온도를 가지지 않는 전자 소자를 제공한다.
상기 도전성 페이스트는 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 각각 알루미늄, 세륨, 스트론튬, 골드, 이테르븀, 아연, 칼슘, 마그네슘, 플라티늄, 팔라듐 및 지르코늄을 각각 주성분으로 하고, 니켈(Ni), 이트륨(Y), 코발트(Co), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 주석(Sn), 아연(Zn), 칼륨(K), 리튬(Li), 인(P), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루비듐(Rb), 크롬(Cr), 스트론튬(Sr), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 네오디뮴(Nd), 니오븀(Nb), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 이테르븀(Yb), 유로퓸(Eu), 하프늄(Hf), 비소(As), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 규소(Si), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt), 망간(Mn), 니오븀(Nb), 오스뮴(Os), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 수은(Hg)에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 합금일 수 있다.
상기 전극은 약 1㏀cm2 이하의 접촉 저항 및 약 10 mΩcm 이하의 비저항을 가질 수 있다.
상기 전자 소자는 태양 전지를 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 반도체 기판, 그리고 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되어 있으며 상기 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.
상기 전극은 서로 다른 도전성 타입을 가지는 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 상기 반도체 기판의 후면에 위치될 수 있다.
상기 태양 전지는 상기 반도체 기판의 후면에 형성되어 있는 패시베이션 막을 더 포함할 수 있다.
상기 전극은 상기 반도체 기판과 인접한 영역에 위치하는 버퍼부 및 상기 버퍼부 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하는 전극부를 포함할 수 있다.
상기 버퍼부는 도전성을 가질 수 있다.
상기 전극은 약 1㏀cm2 이하의 접촉 저항을 가질 수 있다.
상기 전극은 약 10 mΩcm 이하의 비저항을 가질 수 있다.
상기 전극은 유리전이온도를 가지지 않을 수 있다.
상기 전극은 상기 금속 유리를 이루는 원소들 중 적어도 하나와 동일한 원소를 포함하는 유리프릿, 결정질 분말 또는 이들의 조합을 더 포함할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 도전성 분말, 350℃ 이하의 유리전이온도를 가지고 0K 이상의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리, 그리고 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.
상기 금속 유리는 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 30 내지 99중량%, 약 0.1 내지 20중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극을 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 반도체 기판의 일면에 도전성 분말, 약 600℃ 이하의 유리전이온도를 가지고 0K 이상의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 적용하는 단계, 그리고 상기 반도체 기판의 일면에 적용된 도전성 페이스트를 상기 도전성 페이스트의 유리전이온도보다 높은 온도이면서 600℃ 이하의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 전극 형성방법을 제공한다.
상기 열처리하는 단계는 상기 금속 유리의 비정질 부분을 결정질 부분으로 전환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속유리의 유리전이온도는 약 400℃ 이하일 수 있고, 상기 금속유리의 과냉각액체구간은 0K 내지 약 200K 일 수 있다.
상기 도전성 페이스트를 적용하는 단계는 상기 반도체 기판의 일면에 상기 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반도체 기판은 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 금속유리는 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전극의 도전성을 개선하고 하부막과의 접촉 저항을 낮추는 동시에 저온 소성이 가능하여 패시베이션 막의 열화를 방지하여 소자의 효율을 개선할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 반도체 기판 위에 일 구현예에 따른 도전성 페이스트를 적용하고 승온한 경우 도전성 페이스트가 열에 의해 변형되는 과정을 도시한 개략도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고,
도 6은 실시예에 따른 전극의 투과전자현미경(TEM) 사진이고,
도 7a 내지 도 7e는 일 구현예에 따른 태양 전지의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
이하에서 '원소'는 금속 및 반금속을 포괄하는 용어이다.
먼저, 일 구현예에 따른 도전성 페이스트에 대하여 설명한다.
일 구현예에 따른 도전성 페이스트는 도전성 분말, 금속 유리(metallic glass) 및 유기 비히클을 포함한다.
상기 도전성 분말은 은 또는 은 합금과 같은 은(Ag) 함유 금속, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄(Al) 함유 금속, 구리(Cu) 또는 구리 합금과 같은 구리(Cu) 함유 금속, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금과 같은 니켈(Ni) 함유 금속 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다른 종류의 금속일 수도 있으며 상기 금속 외에 다른 첨가물을 포함할 수도 있다.
상기 도전성 분말은 약 1nm 내지 약 50㎛의 크기를 가질 수 있다. 상기 도전성 분말은 예컨대 구형(spherical shape) 일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 플레이크(flake)와 같은 비구형(non-spherical shape)일 수 있다.
상기 도전성 분말은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 약 30 내지 99중량%로 포함될 수 있다.
상기 금속 유리는 두 종류 이상의 금속 및/또는 반금속이 적어도 일부분 비정질 부분을 가지는 합금으로, 비정질 금속(amorphous metal)이라고도 부른다. 이 때 비정질 부분은 상기 금속 유리의 약 50 내지 100중량%일 수 있고, 그 중에서 약 70 내지 100중량%일 수 있고, 그 중에서 약 90 내지 100중량%일 수 있다. 상기 금속 유리는 상기 금속 유리의 용융 온도(melting temperature, Tm) 이상의 온도에서 열처리하고 급속 냉각함으로써 형성될 수 있다. 상기 금속 유리는 실리케이트(silicate)와 같은 일반 유리와 달리 비저항이 낮아 도전성을 나타낸다.
상기 금속 유리는 약 600℃ 이하의 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)를 가지고 0K 이상의 과냉각액체구간을 가질 수 있다.
상기 금속 유리는 유리 전이 온도에서 소성 변형(plastic deformation)을 일으키기 시작하여 액체와 같은 거동을 보이며, 상기 액체와 같은 거동은 유리 전이 온도(Tg)와 결정화 온도(crystalline temperature, Tc) 사이의 온도 구간인 과냉각 액체구간에서 유지될 수 있다.
상기 금속 유리는 액체와 같은 거동을 나타내는 동안 하부막에 대하여 젖음성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 도전성 페이스트와 하부막의 접촉 면적을 넓힐 수 있다.
예컨대 도전성 페이스트를 반도체 기판 위에 적용하여 태양 전지의 전극을 형성하는 경우에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고하여 설명한다.
도 1 내지 도 3은 반도체 기판 위에 일 구현예에 따른 도전성 페이스트를 적용하고 승온한 경우 도전성 페이스트가 열에 의해 변형되는 과정을 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3의 'A' 부분을 확대하여 도시한 개략도이다.
도 1을 참고하면, 반도체 기판(110) 위에 도전성 분말(120a) 및 금속 유리(115a)를 포함하는 도전성 페이스트를 적용한다. 이 때 도전성 분말(120a) 및 금속 유리(115a)는 각각 입자(particle) 형태로 존재할 수 있다.
도 2를 참고하면, 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg) 이상으로 승온하는 경우, 금속 유리(115a)는 연화되어 액체 거동의 금속 유리(115b)로 바뀌며, 이러한 액체 거동의 금속 유리(115b)는 젖음성을 나타내며 반도체 기판(110)에 대하여 넓은 면적에 걸쳐 접촉될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 도전성 분말(120a)의 소결 온도 이상으로 승온하는 경우, 도전성 분말(120a)은 서로 밀착되어 도전성 분말 덩어리(120b)를 형성한다.
이 때, 도전성 분말(120a)의 일부가 액체 거동의 금속 유리(115b) 내로 확산되면서 도전성 분말(120a)과 액체 거동의 금속 유리(115b)가 고용체를 형성할 수 있다.
이에 따라 도전성 분말 덩어리(120b)로 이루어진 부분과 반도체 기판(110) 사이에는 소정의 버퍼층(117)이 형성될 수 있고, 버퍼층(117)에는 도전성 분말 성분(120c)과 금속 유리 성분(115c)이 함께 포함될 수 있다.
이 때 상기 도 2 내지 도 4에서 설명한 과정은 금속 유리의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 일어날 수 있다. 따라서 금속 유리의 유리 전이 온도가 도전성 페이스트의 공정 온도보다 낮은 경우 도전성 페이스트에 상술한 젖음성, 고용체 형성 및 버퍼층 형성 등의 일련의 과정이 일어날 수 있다.
도전성 페이스트를 적용하여 전극을 형성하는 경우, 일반적으로 약 900℃ 이상에서 소성을 수행할 수 있다. 그러나 이와 같이 높은 온도에서 소성하는 경우, 패시베이션 막 또는 가요성 전자 소자의 유기막이 열에 의해 열화되어 효율이 떨어질 수 있다.
본 구현예에 따른 도전성 페이스트는 약 600℃ 이하의 유리전이온도를 가지고 0K 이상의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리를 포함함으로써, 약 600℃ 이하의 온도에서 소성을 하여도 상술한 젖음성, 고용체 형성 및 버퍼층 형성 등의 일련의 과정이 일어나면서 하부막과 충분한 접촉 면적을 가질 수 있다. 이에 따라 전극의 도전성은 확보하면서도 소자 내의 패시베이션 막 및/또는 유기물의 열화를 방지하여 효율 저하를 방지할 수 있다. 여기서 0K의 과냉각액체구간은 금속 유리에 결정상이 일부 존재하여 유리전이온도가 명확히 나타나지 않는 경우를 말한다.
이와 같이 약 600℃ 이하의 유리전이온도를 가지면서 0K 이상의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리로는 예컨대 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 약 600℃ 이하의 유리전이온도, 그 중에서 약 10℃ 내지 400℃의 유리전이온도를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서, 상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 약 350℃ 이하의 유리전이온도, 그 중에서 약 10℃ 내지 350℃의 유리전이온도를 가질 수 있다.
상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 각각 알루미늄, 세륨, 스트론튬, 골드, 이테르븀, 아연, 칼슘, 마그네슘, 플라티늄, 팔라듐 및 지르코늄을 각각 주성분으로 하고 예컨대 니켈(Ni), 이트륨(Y), 코발트(Co), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 주석(Sn), 아연(Zn), 칼륨(K), 리튬(Li), 인(P), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루비듐(Rb), 크롬(Cr), 스트론튬(Sr), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 네오디뮴(Nd), 니오븀(Nb), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 이테르븀(Yb), 유로퓸(Eu), 하프늄(Hf), 비소(As), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 규소(Si), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt), 망간(Mn), 니오븀(Nb), 오스뮴(Os), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 수은(Hg)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 여기서 주성분이란 금속 유리의 성분 중 가장 많은 몰 비율을 가지는 성분을 말한다.
여기서, 상기 알루미늄계 금속 유리는 알루미늄과 예컨대 니켈(Ni), 이트륨(Y), 코발트(Co), 란타늄(La), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti) 및 칼슘(Ca)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있고, 상기 세륨계 금속 유리는 세륨과 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu) 및 니오븀(Nb)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 스트론튬계 금속 유리는 스트론튬과 예컨대 마그네슘(Mg), 리튬(Li), 아연(Zn) 및 구리(Cu)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있고, 골드계 금속 유리는 골드와 예컨대 구리(Cu), 실리콘(Si), 은(Ag) 및 팔라듐(Pd)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 이테르븀 금속 유리는 이테르븀과 적어도 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca), 은(Ag) 및 수은(Hg)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 아연계 금속 유리는 아연과 예컨대 스트론튬(Sr), 이테르븀(Yb), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 칼슘(Ca) 및 리튬(Li)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 칼슘계 금속 유리는 칼슘과 예컨대 아연, 마그네슘(Mg), 이테르븀(Yb) 및 리튬(Li)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있고, 상기 마그네슘계 금속 유리는 마그네슘과 예컨대 스트론튬(Sr), 아연(Zn), 리튬(Li), 구리(Cu), 아연(Zn), 이테르븀(Yb), 칼슘(Ca) 및 이트륨(Y)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다. 상기 플라티늄계 금속 유리는 플라티늄과 예컨대 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 인(P)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있고, 상기 팔라듐계 금속 유리는 팔라듐과 예컨대 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 인(P)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있으며, 상기 지르코늄계 금속 유리는 지르코늄과 예컨대 티타늄(Ti), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 코발트(Co), 철(Fe) 및 니켈(Ni)에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.
표 1은 알루미늄계 금속 유리의 예들의 유리전이온도(Tg), 결정화 온도(Tc) 및 과냉각 액체 구간(ΔTx)을 보여준다.
금속유리 Tg(℃) Tc(℃) ΔTx(K) 금속유리 Tg(℃) Tc(℃) ΔTx(K)
Al86Ni8Y6 225 225 0 Al88La4Ni8 183 183 0
Al86Ni6Y4 .5Co2La1 .5 232 240 8 Al88La5Ni7 206 206 0
Al86Ni7Y5Co1La1 227 233 6 Al87La4Ni9 205 205 0
Al86Ni7Y 4.5Co1La1 .5 231 246 15 Al87La5Ni8 220 220 0
Al87Ni10Zr3 179 179 0 Al86La5Ni9 234 249 15
Al86Ni10Zr4 235 235 0 Al86La6Ni8 245 259 14
Al86Ni9Zr5 216 216 0 Al85La6Ni9 256 272 16
Al85Ni10Zr5 242 242 0 Al85La5Ni10 243 260 17
Al87 .5Y7Fe5Ti0 .5 275 310 35 Al84La5Ni11 265 282 17
Al87Y7Fe5Ti1 270 340 70 Al84La6Ni10 273 289 16
Al86Y7Fe5Ti2 280 350 70 Al84 .5Ni5 .5Y10 207 244 37
Al88Y7Fe5 258 280 22
Al85Y8Ni5Co2 267 297 30 Al89 .5Co3 .5Y7 187 187 0
Al84La6Ni10 273 289 16 Al88Co4Y8 234 234 0
Al89Co6La5 248 248 0 Al86 .5Co4 .5Y9 270 290 20
Al90Fe5La5 235 235 0 Al85Co5Y10 314 314 0
Al82Zr5Ni13 283 283 0 Al86Y4 .5Mi8La1 .5 234 245 11
(Al86Ni9La5)98Zr2 259 272 13
표 2는 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 칼슘계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리 및 팔라듐계 금속 유리의 유리전이온도(Tg), 결정화 온도(Tc) 및 과냉각 액체 구간(ΔTx)을 보여준다.
금속유리 Tg(℃) Tc(℃) ΔTx(K) 금속유리 Tg(℃) Tc(℃) ΔTx(K)
Ce70Al10Cu20 68 128 60 Yb64Zn20Mg15Cu1 84 129 45
Ce68Al10Cu20Nb2 68 149 81 Au49Cu26 .9Ag5 .5Pd2 .3Si16.3 128 186 58
Sr60Mg18Zn22 58 101 43 Yb70Zn20Mg10 74 113 39
Sr60Li11Mg9Zn20 26 50 24 Yb62 .5Zn20Mg17 .5 94 125 31
Sr60Li5Mg15Zn20 42 63 21 Yb64Zn20Mg15Cu1 84 129 45
Sr60Mg20Zn15Cu5 62 101 39 Yb65Zn20Mg10Cu5 111 146 35
Sr40Yb20Mg20Zn15Cu5 63 105 42 Yb62 .5Zn15Mg17 .5Cu5 108 128 20
Au50Cu33Si17 110 132 22 Zn40Mg11Ca31Yb18 123 148 25
Au50Cu25 .5Ag7 .5Si17 104 146 42 Zn40Mg11Ca35Yb14 120 147 27
Au60Cu15 .5Ag7 .5Si17 86 130 44 Ca65Mg15Zn20 102 137 35
Au65Cu10 .5Ag7 .5Si17 69 119 50 Ca65Li9 .96Mg8 .54Zn16 .5 44 66 22
Au70Cu5 .5Ag7 .5Si17 66 102 36 Mg65Cu25Y10 155 219 64
Ca65Li9 .96Mg8 .54Zn16 .5 44 66 22 Pt57 .5Cu14 .7Ni5 .3P22 .5 236 325 89
Ce70Cu20Al10 68 135 67 Pt60Ni15P25 215 277 62
Pd43Ni10Cu27P20 302 392 90
표 3은 지르코늄계 금속 유리의 유리전이온도(Tg), 결정화 온도(Tc) 및 과냉각 액체 구간(ΔTx)을 보여준다.
Metallic glass Tg(℃) Tc(℃) ΔTx(K) Metallic glass Tg(℃) Tc(℃) ΔTx (K)
Zr35Ti30Be30Cu5 301.9 452.3 150.4 Zr30Ti30Be32Cu8 318.2 463.0 144.8
Zr35Ti30Be27 .5Cu7 .5 301.6 466.7 165.1 Zr30Ti30Be30Cu10 323.0 467.4 144.4
Zr35Ti30Be26 .75Cu8 .25 305.2 464.2 159 Zr35Ti25Be32Cu8 323.5 462.4 138.9
Zr54Ti11Be22 .5Cu12 .5 308 448 140 Zr35Ti25Be30Cu10 322 473.1 151.1
Zr54Ti11Be17 .5Cu17 .5 311 449 138 Zr35Ti25Be28Cu12 323.3 471 147.7
Zr51Ti9Be27 .5Cu12 .5 322 458 136 Zr40Ti20Be26 .25Cu13 .75 316.5 467.8 151.3
Zr51Ti9Be25Cu15 319 457 138 Zr35Ti30Be33Co2 311.3 448 136.7
Zr40Ti25Be29Cu6 306.7 455.1 148.4 Zr35Ti30Be31Co4 315.7 467.4 151.7
Zr40Ti25Be27Cu8 306.4 464.5 158.1 Zr35Ti30Be29Co6 324.3 476.4 152.1
Zr40Ti25Be25Cu10 306.4 470.2 163.8 Zr35Ti30Be33Fe2 313.0 449.8 136.8
Zr27 .5Ti35Be29 .5Cu8 317.9 455.6 137.7 Zr35Ti30Be31Fe4 318.7 464.8 146.1
Zr32 .5Ti30Be31 .5Cu6 317.4 466.7 149.3 Zr35Ti30Cu7 .5Be27 .5 302.0 467.0 165.0
Zr32 .5Ti30Be29 .5Cu8 314.7 472.1 157.4 Zr41 .2Ti13 .8Ni10Cu12 .5Be22 .5 350.0 439.0 89.0
Zr32 .5Ti30Be27 .5Cu10 314.8 474.4 159.6
Zr37 .5Ti25Be27 .5Cu10 311.0 471.1 160.1
상기 금속 유리는 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 20중량%로 포함될 수 있다.
상기 도전성 페이스트는 상기 금속 유리를 이루는 원소들 중 적어도 하나와 동일한 원소를 포함하는 유리 프릿, 결정질 분말 또는 이들의 조합을 첨가물로서 더 포함할 수 있다.
상기 유기 비히클은 상술한 도전성 분말, 금속 유리 및 첨가물과 혼합되어 적절한 점도를 부여할 수 있는 유기 화합물과 이들을 용해하는 용매를 포함한다.
유기 화합물은 예컨대 (메타)아크릴레이트계 수지; 에틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 수지; 페놀 수지; 알코올 수지; 테플론; 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 계면활성제, 증점제 및 안정화제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.
용매는 이들을 혼합할 수 있는 형태이면 특히 한정되지 않으며, 예컨대 터피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨 아세테이트, 펜테인디올, 다이펜틴, 리모닌, 에틸렌글리콜 알킬에테르, 디에틸렌글리콜 알킬에테르, 에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트 디에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디에틸렌글리콜 디알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리에틸렌 글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 페닐에테르, 디프로필렌글리콜 알킬에테르, 트리프로필렌글리콜 알킬에테르, 프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 디프로필렌글리콜 알킬에테르 아세테이트, 트리프로필렌글리콜 알킬 에테르 아세테이트, 디메틸프탈산, 디에틸프탈산, 디부틸프탈산 및 탈염수에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
상기 유기 비히클은 고형 성분을 제외한 잔량으로 포함될 수 있다.
상술한 도전성 페이스트는 스크린 인쇄(screen printing) 등의 방법으로 적용되고 소성됨으로써 전자 소자의 전극으로 사용될 수 있다.
상기 전극은 도전성 페이스트의 소성물을 포함할 수 있으며, 상기 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극은 상기 도전성 페이스트와 달리 유리전이온도(Tg)를 가지지 않을 수 있다. 이는 유리 프릿(glass frit)이 소성 후에도 유리 전이 온도(Tg)를 가지는 것과 대비될 수 있으므로, 유리 프릿으로 만들어진 전극이 유리 전이 온도(Tg)를 가지는 것과 대비될 수 있다.
상기 전극은 약 1KΩcm2 이하의 접촉 저항을 가질 수 있다. 상기 전극의 접촉 저항이 상기 범위 내인 경우, 전극에 의한 전력 손실을 효과적으로 줄일 수 있고, 전자 소자, 구체적으로는 태양 전지의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 전극은 약 1 μΩ㎝2 내지 약 20 mΩ㎝2의 접촉 저항을 가질 수 있다.
상기 전극은 약 10 mΩcm 이하의 비저항을 가질 수 있다. 상기 전극의 비저항이 상기 범위 내인 경우, 전극에 의한 전력 손실을 효과적으로 줄일 수 있고, 전자 소자, 구체적으로는 태양 전지의 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 구체적으로는 상기 전극은 약 1 μΩ㎝ 내지 약 15 μΩ㎝의 비저항을 가질 수 있다.
상기 전자 소자 중의 하나는 태양 전지일 수 있다.
그러면 도 5를 참고하여 일 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 5는 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하에서는 설명의 편의상 반도체 기판(110)을 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 반도체 기판(110) 중 태양 에너지를 받는 면을 전면(front side)이라 하고 전면의 반대면을 후면(rear side)이라 한다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 태양 전지는 p형 또는 n형 불순물로 도핑된 반도체 기판(110)을 포함한다.
반도체 기판(110)은 결정질 규소 또는 화합물 반도체로 만들어질 수 있으며, 결정질 규소인 경우 예컨대 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 상기 p형 불순물은 붕소(B)와 같은 III족 화합물일 수 있고, n형 불순물은 인(P)과 같은 V족 화합물일 수 있다.
반도체 기판(110)의 전면은 표면 조직화(surface texturing) 되어 있을 수 있다. 표면 조직화된 반도체 기판(110)은 예컨대 피라미드 모양과 같은 요철 또는 벌집(honeycomb) 모양과 같은 다공성 구조일 수 있다. 표면 조직화된 반도체 기판(110)은 빛을 받는 표면적을 넓혀 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다.
반도체 기판(110)은 후면은 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 포함한다. 제1 도핑 영역(111a)은 예컨대 n형 불순물로 도핑될 수 있고 제2 도핑 영역(111b)은 예컨대 p형 불순물로 도핑될 수 있다. 제1 도핑 영역(111a)과 제2 도핑 영역(111b)은 반도체 기판(110)의 후면에 교대로 배치될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 절연막(112)이 형성되어 있다. 절연막(112)은 빛을 적게 흡수하고 절연성이 있는 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 질화규소(SiNx), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 조합일 수 있으며, 단일 층 또는 복수 층으로 형성될 수 있다. 절연막(112)은 예컨대 약 200Å 내지 약 1500Å의 두께를 가질 수 있다.
절연막(112)은 태양 전지 표면에서 빛의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사 방지막(anti-reflective coating, ARC) 역할을 하는 동시에 반도체 기판(110)의 표면에 존재하는 실리콘과의 접촉 특성을 개선하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
반도체 기판(110)의 후면에는 복수의 접촉구를 가지는 패시베이션 막(130)이 형성되어 있다. 패시베이션 막(130)은 산화규소, 질화규소, 산화알루미늄 등으로 만들어질 수 있다.
반도체 기판(110)의 후면에는 제1 도핑 영역(111a)에 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극(120)과 제2 도핑 영역(111b)에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극(140)이 각각 형성되어 있다. 제1 전극(120)은 패시베이션 막(130)의 접촉구를 통하여 제1 도핑 영역(111a)과 접촉할 수 있으며, 제2 전극(140)은 패시베이션 막(130)의 접촉구를 통하여 제2 도핑 영역(111b)과 접촉할 수 있다. 제1 전극(120)과 제2 전극(140)은 교대로 배치될 수 있다.
제1 전극(120)은 제1 도핑 영역(111a)과 인접한 영역에 위치하는 제1 버퍼부(115a) 및 상기 제1 버퍼층(115a) 이외의 영역에 위치하는 제1 전극부(121)를 포함하고, 제2 전극은 제2 도핑 영역(111b)과 인접한 영역에 위치하는 제2 버퍼부(115b) 및 상기 제2 버퍼부(115b) 이외의 영역에 위치하는 제2 전극부(141)를 포함할 수 있다.
제1 전극(120)과 제2 전극(140)은 전술한 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 제1 전극(121)과 제2 전극(140) 중 어느 하나만 전술한 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다.
제1 버퍼부(115a) 및 제2 버퍼부(115b)는 도전성 페이스트의 금속 유리가 연화되어 형성된 층으로 도전성을 가질 수 있다. 제1 버퍼부(115a)는 제1 도핑 영역(111a)과 제1 전극부(121)에 각각 접촉하고 있으므로, 제1 도핑 영역(111a)으로부터 제1 전극부(121)로 전하가 이동할 수 있는 통로의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. 마찬가지로, 제2 버퍼부(115b)는 제2 도핑 영역(111b)과 제2 전극부(141)에 각각 접촉하고 있으므로, 제2 도핑 영역(111b)으로부터 제2 전극부(141)로 전하가 이동할 수 있는 통로의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다.
본 구현예에 따른 태양 전지는 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)이 모두 태양 전지의 후면에 위치함으로써 전면에서 금속이 차지하는 면적을 줄여 빛 흡수 손실을 줄일 수 있고 이에 따라 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.
이하 상술한 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 7a 내지 도 7e를 참고하여 설명한다.
먼저, 도 7a를 참고하면, 예컨대 n형 불순물로 도핑되어 있는 반도체 기판(110)을 준비한다. 이어서 반도체 기판(110)을 표면 조직화한 후, 반도체 기판(110)의 전면 및 후면에 각각 절연막(112) 및 패시베이션 막(130a)을 형성한다. 절연막(112) 및 패시베이션 막(130a)은 예컨대 화학 기상 증착으로 형성할 수 있다.
다음, 도 7b를 참고하면, 패시베이션 막(130a)을 반도체 기판(110)의 후면의 일부를 노출하는 패시베이션 막(130)으로 패턴화한다.
다음, 도 7c를 참고하면, 반도체 기판(110)의 후면 측에 예컨대 p형 불순물 및 n형 불순물을 차례로 고농도로 도핑하여 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 형성한다. 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)은 예컨대 반도체 기판(11)의 불순물 함유 농도보다 높은 농도로 불순물 도핑될 수 있다. 선택적으로, 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)은 패시베이션 막(130a, 130)의 형성 전에 형성될 수도 있다.
다음, 도 7d를 참고하면, 패시베이션 막(130)의 일면에 제1 도핑 영역(111a)에 대응하는 영역에 제1 전극용 도전성 페이스트(120a)를 도포하고 제2 도핑 영역(111b)에 대응하는 영역에 제2 전극용 도전성 페이스트(140a)를 도포한다. 제1 전극용 도전성 페이스트(120a) 및 제2 전극용 도전성 페이스트(140a)는 전술한 도전성 페이스트에서 선택될 수 있다. 제1 전극용 도전성 페이스트(120a) 및 제2 전극용 도전성 페이스트(140a)는 각각 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있다.
이어서 제1 전극용 도전성 페이스트(120a) 및 제2 전극용 도전성 페이스트(140a)를 함께 또는 각각 소성한다.
이 때 소성은 제1 전극용 도전성 페이스트(120a) 및 제2 전극용 도전성 페이스트(140a)에 포함되어 있는 금속 유리의 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도이면서 약 600℃ 이하의 온도에서 수행한다. 만일 약 600℃보다 높은 온도에서 수행하는 경우 패시베이션 막(130) 내에 결함(defects)이 발생하여 태양 전지의 효율이 현저하게 떨어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 구현예에서는 도전성 페이스트 내에 약 600℃ 이하의 유리 전이 온도를 가지는 금속 유리를 포함함으로써 약 600℃ 이하의 온도에서 소성하여도 상기 금속 유리가 액체와 같은 거동을 하여 반도체 기판에 대하여 충분히 젖음성을 나타낼 수 있다.
상기에서는 상술한 도전성 페이스트를 태양 전지의 전극으로 적용한 예만 구체적으로 예시하였지만, 이에 한정되지 않고 전극을 포함하는 모든 전자 소자에 적용할 수 있다. 특히 전술한 바와 같이 상술한 도전성 페이스트는 약 600℃ 이하의 온도에서 소성하여도 전극을 형성할 수 있으므로, 다수의 유기막을 포함하는 가요성 전자 소자에 효율적으로 적용될 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예　및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
은(Ag) 분말 및 금속 유리 Al84 .5Ni5 .5Y10을 에틸셀룰로오스 바인더, 계면활성제 및 부틸카르비톨/부틸카르비톨아세테이트 혼합용매를 포함한 유기 비히클에 첨가한다. 이 때 은(Ag) 분말, 금속 유리 Al84 .5Ni5 .5Y10 및 유기 비히클은 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 82.58중량%, 3.93 중량% 및 13.49 중량%로 혼합한다.
이어서 3-롤 밀을 사용하여 반죽하여 도전성 페이스트를 제조한다.
이어서 실리콘 웨이퍼(110) 위에 상기 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 도포한다. 이어서 벨트 퍼니스(belt furnace)를 사용하여 약 600℃까지 가열한다. 이후 냉각하여 전극 샘플을 형성한다.
비교예 1
금속 유리 Al84 .5Ni5 .5Y10 대신 유리전이온도가 450℃ 이하인 유리 프릿을 사용한 것을 제외하고, 실시예와 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조하고 전극 샘플을 형성한다.
비교예 2
금속 유리 Al84 .5Ni5 .5Y10 대신 약 650℃의 유리전이온도를 가지는 Ni60Nb30Ta10을 사용한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조하고 전극 샘플을 형성한다.
평가 - 1
실시예에 따른 전극 샘플을 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 관찰한다.
도 6은 실시예에 따른 전극의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 6을 참고하면, 실리콘웨이퍼(111a)와 은(Ag)이 주성분으로 포함되어 있는 전극부(121) 사이에 버퍼층(115a)이 형성되었음을 알 수 있다. 버퍼층(115a)은 은(Ag) 및 알루미늄(Al)이 함께 포함되어 있으며, 이는 투과전자현미경(transmission electron microscopy, TEM)의 에너지 분산 X선 분광기(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS) 를 통해서 확인할 수 있다.
평가 - 2
실시예와 비교예 1 및 2에 따른 전극 샘플의 도전성을 측정한다.
도전성은 비저항 및 접촉 저항에 의해 측정되며, 비저항은 2-point probe를 사용하여 선저항을 측정한 후 laser confocal microscope로 전극 단면적을 측정하여 비저항을 계산하고, 접촉 저항은 투과선방법(transmission line method, TLM)으로 측정한다.
그 결과는 표 4와 같다.
비저항(μΩcm) 접촉저항(mΩ㎠)
실시예 3.49 1.58
비교예 1 8.70 45.0
비교예 2 > 25 전극이 기판에 붙지 않으므로 측정 불가 (>100)
표 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1에 따른 전극은 비교예에 따른 전극과 비교하여 비저항 및 접촉 저항이 모두 낮은 것을 알 수 있다.
이로부터 실시예 1에 따른 전극은 600℃의 비교적 저온에서 소성하였음에도 불구하고 충분히 낮은 비저항 및 접촉 저항을 가지는 것을 확인할 수 있고, 유리 프릿을 포함한 도전성 페이스트를 사용한 경우보다 비저항 및 접촉 저항이 모두 개선되었음을 알 수 있다.
한편 비교예 2에 따른 전극은 600℃의 저온 소성에 의해 전극 형성이 되지 않았고 도전성 측정을 할 수 없었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
110: 반도체 기판 112: 절연막
111a: 제1 도핑 영역 111b: 제2 도핑 영역
120: 제1 전극 120a: 제1 전극용 도전성 페이스트
121: 제1 전극부
130a, 130: 패시베이션 막
140: 제2 전극 140a: 제2 전극용 도전성 페이스트
141: 제2 전극부
115a, 115b: 버퍼층 130: 패시베이션 막

Claims (38)

  1. 도전성 분말,
    10℃ 내지 400℃의 유리전이온도 및 0K 내지 200K의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리, 그리고
    유기 비히클
    을 포함하고,
    상기 금속 유리는 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리에서 선택된 적어도 하나를 포함하며,
    상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 각각 알루미늄, 세륨, 스트론튬, 골드, 이테르븀, 아연, 마그네슘, 플라티늄, 팔라듐 및 지르코늄을 각각 주성분으로 하고, 상기 주성분은 상기 금속 유리의 성분 중 가장 많은 몰 비율을 가진 성분인
    도전성 페이스트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 금속 유리의 적어도 일부분은 비정질 상태로 존재하는 도전성 페이스트.
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 상기 주성분 이외에 니켈(Ni), 이트륨(Y), 코발트(Co), 란탄(La), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 티타늄(Ti), 칼슘(Ca), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 주석(Sn), 아연(Zn), 칼륨(K), 리튬(Li), 인(P), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 루비듐(Rb), 크롬(Cr), 스트론튬(Sr), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 프로메티윰(Pm), 사마리움(Sm), 루테티움(Lu), 네오디뮴(Nd), 니오븀(Nb), 가돌리늄(Gd), 테르비움(Tb), 디스프로슘(Dy), 호르미움(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 도륨(Th), 스칸듐(Sc), 바륨(Ba), 이테르븀(Yb), 유로퓸(Eu), 하프늄(Hf), 비소(As), 플루토늄(Pu), 갈륨(Ga), 게르마늄(Ge), 안티몬(Sb), 규소(Si), 카드뮴(Cd), 인듐(In), 백금(Pt), 망간(Mn), 니오븀(Nb), 오스뮴(Os), 바나듐(V), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 수은(Hg)에서 선택된 적어도 하나를 더 포함하는 합금인 도전성 페이스트.
  7. 제1항에서,
    상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함하는 도전성 페이스트.
  8. 제1항에서,
    상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 30 내지 99중량%, 0.1 내지 20중량% 및 잔량으로 포함되어 있는 도전성 페이스트.
  9. 제1항, 제4항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극을 포함하는 전자 소자.
  10. 제9항에서,
    가요성 전자 소자를 포함하는 전자 소자.
  11. 제9항에서,
    상기 전극은 유리전이온도를 가지지 않는 전자 소자.
  12. 제9항에서,
    상기 전극은 상기 금속 유리를 이루는 원소들 중 적어도 하나와 동일한 원소를 포함하는 유리프릿, 결정질 분말 또는 이들의 조합을 더 포함하는 전자 소자.
  13. 제9항에서,
    상기 전극은 0 초과 1㏀cm2 이하의 접촉 저항을 가지는 전자 소자.
  14. 제9항에서,
    상기 전극은 0 초과 10 mΩcm 이하의 비저항을 가지는 전자 소자.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 반도체 기판, 그리고
    상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되어 있으며 제1항, 제4항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 도전성 페이스트의 소성물을 포함하는 전극
    을 포함하는 태양 전지.
  21. 제20항에서,
    상기 전극은 서로 다른 도전성 타입을 가지는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 상기 반도체 기판의 후면에 위치되어 있는 태양 전지.
  22. 제20항에서,
    상기 반도체 기판의 후면에 형성되어 있는 패시베이션 막을 더 포함하는 태양 전지.
  23. 제20항에서,
    상기 전극은 상기 반도체 기판과 인접한 영역에 위치하는 버퍼부 및 상기 버퍼부 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하는 전극부를 포함하는 태양 전지.
  24. 제23항에서,
    상기 버퍼부는 도전성을 가지는 태양 전지.
  25. 제20항에서,
    상기 전극은 0 초과 1㏀cm2 이하의 접촉 저항을 가지는 태양전지.
  26. 제20항에서,
    상기 전극은 0 초과 10 mΩcm 이하의 비저항을 가지는 태양전지.
  27. 제20항에서,
    상기 전극은 유리전이온도를 가지지 않는 태양 전지.
  28. 제20항에서,
    상기 전극은 상기 금속 유리를 이루는 원소들 중 적어도 하나와 동일한 원소를 포함하는 유리프릿, 결정질 분말 또는 이들의 조합을 더 포함하는 태양 전지.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 반도체 기판의 일면에 도전성 분말, 10℃ 내지 400℃의 유리전이온도 및 0K 내지 200K의 과냉각액체구간을 가지는 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 적용하는 단계, 그리고
    상기 반도체 기판의 일면에 적용된 도전성 페이스트를 상기 도전성 페이스트의 유리전이온도보다 높고 600℃ 이하의 온도에서 열처리하는 단계
    를 포함하고,
    상기 금속 유리는 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리에서 선택된 적어도 하나를 포함하며,
    상기 알루미늄계 금속 유리, 세륨계 금속 유리, 스트론튬계 금속 유리, 골드계 금속 유리, 이테르븀 금속 유리, 아연계 금속 유리, 마그네슘계 금속 유리, 플라티늄계 금속 유리, 팔라듐계 금속 유리 및 지르코늄계 금속 유리는 각각 알루미늄, 세륨, 스트론튬, 골드, 이테르븀, 아연, 마그네슘, 플라티늄, 팔라듐 및 지르코늄을 각각 주성분으로 하고, 상기 주성분은 상기 금속 유리의 성분 중 가장 많은 몰 비율을 가진 성분인
    전극 형성방법.
  34. 제33항에서,
    상기 열처리하는 단계는 상기 금속 유리의 비정질 부분을 결정질 부분으로 전환하는 단계를 포함하는 전극 형성방법.
  35. 삭제
  36. 제33항에서,
    상기 도전성 페이스트를 적용하는 단계는 상기 반도체 기판의 일면에 상기 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하는 단계를 포함하는 전극 형성방법.
  37. 제36항에서,
    상기 반도체 기판은 실리콘을 포함하는 전극 형성방법.
  38. 삭제
KR1020120126835A 2011-11-11 2012-11-09 도전성 페이스트, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 전자 소자 및 태양 전지 KR102100291B1 (ko)

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