KR20130007509A - Contact formation of silicon solar cells using conductive ink with nano-sized glass frit - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 전극 형성에 관한 것으로, 박형 실리콘 기판을 사용하는 태양전지에 적용 가능한 비접촉 인쇄공정을 이용한 태양전지의 전면 전극 형성에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 태양전지 전극 형성용 전도성 잉크 조성물을 잉크젯 프린팅 또는 에어로졸젯 프린팅과 같은 비접촉 인쇄방식을 통하여 태양전지 기판 위에 선택적으로 프린팅 한 후, 건조 및 소성 공정으로 고품질의 태양전지 전극 패턴을 마스크 없이 손쉽게 직접 인쇄로 제작하는데 적용할 수 있는 전도성 잉크 조성물 및 이것을 이용한 태양전지 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to solar cell electrode formation, and to a front electrode formation of a solar cell using a non-contact printing process applicable to a solar cell using a thin silicon substrate. More specifically, the present invention selectively prints a conductive ink composition for forming a solar cell electrode on a solar cell substrate through a non-contact printing method such as inkjet printing or aerosol jet printing, and then, a high quality solar cell electrode pattern is formed by a drying and firing process. The present invention relates to a conductive ink composition which can be applied for easy direct printing without a mask, and a solar cell manufacturing method using the same.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 전지로서, 친환경적이고 에너지원인 태양 에너지가 무한할 뿐만 아니라 수명이 길다는 장점이 있다.Recently, as the prediction of depletion of existing energy sources such as oil and coal is increasing, interest in alternative energy to replace them is increasing. Among them, solar cells generate electrical energy from solar energy, which is advantageous in that the environmentally friendly and energy source of solar energy is infinite and its life is long.
태양전지는 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지 (silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지 (compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지 (tandem solar cell)로 구분되며, 실리콘 태양전지가 주류를 이루고 있다.Solar cells are largely classified into silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, and tandem solar cells according to raw materials, and silicon solar cells are the mainstream.
실리콘 태양전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 전도성 타입 (conductive type)을 가지는 반도체로 이루어진 반도체 기판 (semiconductor substrate) 및 반도체 에미터층 (semiconductor emitter layer), 반도체 에미터층 위에 형성되어 있는 도전성 투명 전극층, 도전성 투명 전극층 위에 형성된 전면 전극 (front electrode), 반도체 기판 위에 형성된 후면 전극 (rear electrode)을 구비한다. 따라서 반도체 기판과 반도체 에미터층의 계면에는 p-n 접합이 형성이 된다. A silicon solar cell includes a semiconductor substrate and a semiconductor emitter layer, a conductive transparent electrode layer formed on a semiconductor emitter layer, including a semiconductor having a different conductive type such as p-type and n-type, A front electrode formed on the conductive transparent electrode layer, and a rear electrode formed on the semiconductor substrate. Therefore, a p-n junction is formed at the interface between the semiconductor substrate and the semiconductor emitter layer.
이러한 구조를 갖는 태양전지에 태양광이 입사되면, 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 n형 또는 p형의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체에서 전자와 정공이 발생한다. 예를 들어, n형 실리콘 반도체로 이루어진 n형 반도체 에미터 층에서는 전자가 다수 캐리어 (carrier)로 발생되고, p형 실리콘 반도체로 이루어진 p형 반도체 기판에서는 정공이 다수 캐리어로 발생한다. 광기전력 효과에 의해 발생된 전자와 정공은 각각 n형 반도체 에미터층과 p형 반도체 기판쪽으로 끌어 당겨져, 전면 전극과 후면 전극으로 이동하여 이들 전극들을 통해 전류가 흐르게 된다.When sunlight is incident on a solar cell having such a structure, electrons and holes are generated in a silicon semiconductor doped with n-type or p-type impurities by a photovoltaic effect. For example, electrons are generated as carriers in an n-type semiconductor emitter layer made of n-type silicon semiconductors, and holes are generated as carriers in a p-type semiconductor substrate made of p-type silicon semiconductors. The electrons and holes generated by the photovoltaic effect are attracted to the n-type semiconductor emitter layer and the p-type semiconductor substrate, respectively, and move to the front electrode and the rear electrode so that current flows through these electrodes.
실리콘 태양전지 전면전극은 일반적으로 전면전극 형성용 금속 페이스트와 반사방지막과의 계면 반응을 통해서 형성되며, 이 때 상기 금속 페이스트에 포함된 은이 고온에서 액상이 되었다가 다시 고상으로 재 결정 되면서, 유리 프릿 분말 (glass frit)을 매개로 하여 반사방지막을 관통하는 펀치 스루 (punch through) 현상을 통해 에미터 층과 접촉하게 된다.The silicon solar cell front electrode is generally formed through the interfacial reaction between the metal paste for forming the front electrode and the anti-reflection film. At this time, the silver contained in the metal paste becomes liquid at high temperature and recrystallizes into a solid phase. The glass frit is brought into contact with the emitter layer through a punch through phenomenon through the antireflection film.
유리 프릿 분말은 반사 방지막과 계면 반응을 일으켜 반사방지막을 에칭 하게 되는데, 이는 산화-환원 반응으로서 일부 원소가 환원되어 부산물로 생성된다. 종래의 유리 프릿 분말은 일반적으로 입자크기가 수 마이크로미터로 잉크젯 프린팅과 같은 비접촉 인쇄공정에 사용하기 힘들다. 따라서 유리 프릿 입자 사이즈를 충분히 작게 하여 전도성 잉크 내에서 응집되지 않고, 분산이 잘 이루어질 수 있도록 해야 한다.The glass frit powder causes an interfacial reaction with the antireflection film to etch the antireflection film, which is an oxidation-reduction reaction, in which some elements are reduced to be produced as by-products. Conventional glass frit powders are generally difficult to use in non-contact printing processes such as inkjet printing with particle sizes of several micrometers. Therefore, the glass frit particle size should be made small enough so that it does not agglomerate in the conductive ink and is well dispersed.
따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 태양전지의 전극 형성에 있어서, 기존의 스크린 프린팅 방법에 사용되는 페이스트 형태의 전극 조성물이 아닌 잉크젯 프린팅과 같은 비접촉 인쇄공정에 적용 가능한 나노 사이즈의 유리 프릿을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 그 제조방법과 이를 포함하는 실리콘 태양전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention is to solve the problems of the prior art, in forming the electrode of the solar cell, nano-size applicable to non-contact printing process such as inkjet printing, not the paste-type electrode composition used in the conventional screen printing method An object of the present invention is to provide a conductive ink composition comprising a glass frit, and a method of manufacturing the same and a silicon solar cell including the same.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 실리콘 태양전지 전극의 전도성 저하를 최소화하면서 젯팅 가능한 전도성 잉크를 제조하기 위해 유리 프릿 나노 입자 특성 및 분산 특성을 제어하고 적절한 용매에 분산하여 최종적으로 금속 나노입자와 유리 프릿 나노 입자를 주성분으로 하는 전도성 잉크 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Another technical problem to be solved by the present invention is to control the glass frit nanoparticle characteristics and dispersion characteristics and to disperse in a suitable solvent in order to produce a jettable conductive ink while minimizing the conductivity deterioration of the silicon solar cell electrode and finally the metal nanoparticles and glass It is an object to provide a conductive ink composition based on frit nanoparticles.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 저비용, 고효율 태양전지 제조방법에 있어서, 유리 프릿을 포함하는 전도성 잉크 조성물을 사용하여 기판에 가해지는 물리적 충격을 피할 수 있는 비접촉 인쇄공정을 이용하여 별도의 마스크 패터닝 공정 없이 빛의 수광 면적을 극대화 할 수 있는 얇고 높은 전도도를 갖는 전극 형성 방법을 제공할 수 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is a low-cost, high-efficiency solar cell manufacturing method, a separate mask using a non-contact printing process that can avoid the physical impact applied to the substrate using a conductive ink composition comprising a glass frit It is possible to provide a thin and high conductivity electrode forming method capable of maximizing the light receiving area without a patterning process.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 유리 프릿 나노 입자, 금속 나노 입자 및 유기 비히클을 포함하는 비접촉 인쇄공정용 전도성 잉크 조성물을 제공한다. 또한, 실리콘 반도체 기판, 상기 기판 상부에 형성되는 에미터층, 상기 에미터층에 형성되는 반사방지막, 상기 반사방지막에 제1도전층을 패턴화하고, 상기 제1도전층의 상부 전면에 형성하는 제2도전층을 포함하는 태양전지 전면 전극을 제공한다.The present invention provides a conductive ink composition for a non-contact printing process comprising a glass frit nanoparticles, metal nanoparticles and an organic vehicle in order to solve the above problems. In addition, a silicon semiconductor substrate, an emitter layer formed on the substrate, an antireflection film formed on the emitter layer, and a second conductive pattern formed on the antireflection film and patterned on the upper front surface of the first conductive layer. Provided is a solar cell front electrode including a conductive layer.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated concretely.
본 발명에서 비접촉 인쇄공정용 전도성 잉크 조성물은 유리 프릿 나노 입자 1~10wt%, 금속 나노 입자 10~60wt% 및 유기 비히클을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 전도성 잉크 조성물은 비접촉 인쇄공정용으로 잉크젯 프린팅 또는 에어로졸젯 프린팅에 적용이 가능하다.In the present invention, the conductive ink composition for a non-contact printing process is characterized in that it comprises glass
상기 유리 프릿 나노 입자는 300nm 이하인 것이 바람직하며, 1~200nm인 것이 보다 바람직하다. 상기 입경 사이즈를 초과하면 분산안정성이 낮아 잉크의 보관성이 저하될 수 있거나 프린팅 공정에서 노즐이 막히는 문제를 야기할 수 있다.It is preferable that it is 300 nm or less, and, as for the said glass frit nanoparticle, it is more preferable that it is 1-200 nm. If the particle size exceeds the particle size, the dispersion stability may be low, and the storage property of the ink may be deteriorated or the nozzle may be clogged in the printing process.
상기 유리 프릿은 납산화물 또는 비스무트 산화물을 포함한다. 예를 들어, SiO2-PbO계, SiO2-PbO-B2O3계 또는 Bi2O3-B2O3-SiO2계 분말 등이 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 유리프릿의 함량에 따라 유리 프릿의 융점이 변할 수 있으며, 태양전지 기판의 반사방지막과의 반응성, 전극의 접촉저항이 달라질 수 있기 때문에 이러한 함량 조절은 중요하다.The glass frit includes lead oxide or bismuth oxide. For example, SiO 2 -PbO-based, SiO 2 -PbO-B 2 O 3 -based or Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2- based powder, etc. may be used alone or mixed two or more kinds, respectively, It is not limited to this. In this case, the melting point of the glass frit may vary according to the content of the glass frit, and the content control is important because the reactivity with the antireflection film of the solar cell substrate and the contact resistance of the electrode may vary.
본 발명에서 유리 프릿 나노 입자는 0.5~10 wt%를 포함한다. 상기 함량이 0.5 wt% 미만이면 전면전극을 형성하기 위한 유리 프릿과 반사방지막 간의 계면 반응이 충분히 일어나지 않을 수 있으며, 10 wt% 초과이면 금속 전극과 n-emitter 사이에 두꺼운 유리층이 형성되어 전극의 컨택 저항이 커질 수 있다.Glass frit nanoparticles in the present invention comprises 0.5 ~ 10 wt%. If the content is less than 0.5 wt%, an interfacial reaction between the glass frit and the antireflection film may not occur sufficiently to form the front electrode. If the content is more than 10 wt%, a thick glass layer may be formed between the metal electrode and the n-emitter to form an electrode. Contact resistance can be large.
상기 금속 나노 입자는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 또는 이들로부터 선택된 둘 이상의 혼합물 또는 합금화 된 것을 특징으로 한다.The metal nanoparticles are characterized in that silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), nickel (Ni) or a mixture or alloys of two or more selected from them.
상기 유기 비히클은 물(water), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 이소프로필 알코올(isopropanol), 에틸 락테이트(ethyl lactate), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜(dietylene glycol), 트리에틸렌 글리콜(triethylene glycol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디프로필렌 글리콜(dipropylene glycol), 헥실렌 글리콜(hexylene glycol), 글리세린 (glycerine)으로 이루어진 군으로부터 선택 되어진 극성 용매 또는 하나 이상을 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 한다.The organic vehicle is water, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, isopropanol, ethyl lactate, ethylene glycol, diethylene glycol, tri Triethylene glycol, propylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, hexylene glycol, hexylene glycol, glycerin, and a mixture of one or more selected from the group consisting of glycerine It features.
상기 전도성 잉크 조성물은 실리콘 태양전지의 전면전극 형성용으로 사용될 수 있으며, 나노 크기의 유리 프릿 입자가 잉크 내에 균일하게 분포되어 반사방지막 층과 균일하게 반응을 유도할 수 있어 웨이퍼 표면에서 재결정화되는 은의 분포 면적을 넓게 함으로써 전면전극의 성능이 향상되며, 전면전극의 성능 저하 없이 전면 전극의 면적을 줄일 수 있는 이점이 있다. The conductive ink composition may be used for forming a front electrode of a silicon solar cell, and nano-sized glass frit particles may be uniformly distributed in the ink to induce a uniform reaction with an anti-reflection film layer, thereby recrystallizing silver on the wafer surface. By widening the distribution area, the performance of the front electrode is improved and there is an advantage that the area of the front electrode can be reduced without degrading the performance of the front electrode.
상기 금속 나노 입자의 함량이 10 내지 60wt%인 것을 특징으로 하는 잉크젯 프린터용 전도성 잉크 조성물을 제공한다. 이때, 금속 나노 입자의 함량이 10wt% 미만이면 전도성 패턴을 구현시 충분한 전도도를 나타낼 수 없고, 60 wt% 초과이면 노즐의 막힘현상이 일어날 수 있어 미세한 패턴을 형성하기 어렵다.It provides a conductive ink composition for an inkjet printer, characterized in that the content of the metal nanoparticles is 10 to 60wt%. In this case, when the content of the metal nanoparticles is less than 10wt%, sufficient conductivity may not be exhibited at the time of implementing the conductive pattern, and if it is more than 60wt%, clogging of the nozzle may occur, thus making it difficult to form a fine pattern.
상기 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물은 제조방법에 있어서, 교반 및 분쇄 단계의 공정은 볼밀링 등의 공정을 이용할 수 있고, 유리 프릿의 나노 입자를 제조하기 위하여 밀링 공정을 사용할 수 있으며, 추가로 여과고정을 통하여 응집되거나 입경 범위가 벗어나는 입자들을 제거하여 사용할 수 있다. 보다 바람직하게 화염분무열분해, 플라즈마 처리 등의 공정을 통하여 제조될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. In the method of manufacturing a conductive ink composition according to the present invention, the stirring and pulverizing step may use a process such as ball milling, a milling process may be used to manufacture nanoparticles of glass frit, and further filtration. It can be used to remove particles that aggregate through the fixing or out of the particle size range. More preferably, it may be prepared through a process such as flame spray pyrolysis and plasma treatment, but is not limited thereto.
본 발명에 따른 태양전지 전면 전극은 상기 전도성 잉크 조성물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 태양전지 전면 전극은 실리콘 반도체 기판, 상기 기판 상부에 에미터층, 상기 에미터층에 형성되는 반사방지막, 상기 반사방지막에 제1도전층을 패턴화하고, 상기 제1도전층의 상부 전면에 형성하는 제2도전층을 포함한다. 이때, 상기 제1도전층의 패턴화 및 제2도전층의 형성은 직접 인쇄법으로 형성되며, 전도성 잉크 조성물을 잉크젯 인쇄법 또는 EHD 젯트 인쇄법에서 선택되는 비접촉 직접 인쇄 공정을 통하여 패턴화하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제2도전층은 제1도전층이 형성된 부분에 도금법으로 형성하여 전면 전극을 형성하게 된다. Solar cell front electrode according to the invention is characterized in that it comprises the conductive ink composition. The solar cell front electrode may include a silicon semiconductor substrate, an emitter layer formed on the substrate, an antireflection film formed on the emitter layer, and a first conductive layer patterned on the antireflection film, and formed on the upper front surface of the first conductive layer. And a second conductive layer. In this case, the patterning of the first conductive layer and the formation of the second conductive layer are formed by a direct printing method, and the patterning of the conductive ink composition through a non-contact direct printing process selected from an inkjet printing method or an EHD jet printing method. It features. At this time, the second conductive layer is formed on the portion where the first conductive layer is formed by plating to form a front electrode.
제2도전층을 형성하기 위해 사용되는 전도성 금속 물질로서, 전도성 금속 물질은 니켈 (Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 본 실시예 에서, 제2도전층(205)은 전기 도금법을 통해 형성되지만, 이와는 달리, 무전해 도금법과 같은 다른 도금법을 사용하여 형성될 수 있다.Conductive metal material used to form the second conductive layer, the conductive metal material is nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), tin (Sn), zinc (Zn), indium At least one selected from the group consisting of (In), titanium (Ti), gold (Au), and combinations thereof. In the present embodiment, the second
특히, 본 발명에서는 비접촉식 직접 인쇄 공정을 통하여 제1도전층을 형성하기 때문에 제1도전층 및 제2도전층의 폭을 현저히 줄일 수 있어 전면 전극이 태양전지의 전면을 가림으로 인하여 나타날 수 있는 광학적 손실을 줄일 수 있다. 또한 도금법 등을 통해 형성되는 제2도전층은 유리 프릿이 포함되지 않는 순수한 금속으로 이루어져 있으므로 더 높은 전기 전도도를 달성할 수 있으며 그 결과 태양전지 직렬저항 손실을 줄일 수 있다. In particular, in the present invention, since the first conductive layer is formed through a non-contact direct printing process, the width of the first conductive layer and the second conductive layer can be significantly reduced, so that the front electrode can appear due to covering the entire surface of the solar cell. The loss can be reduced. In addition, since the second conductive layer formed through the plating method is made of pure metal that does not contain glass frit, higher electrical conductivity can be achieved, and as a result, solar cell series resistance loss can be reduced.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양 전지용 전도성 잉크 조성물은 박형 실리콘 기판위에 물리적 충격을 최소화 할 수 있는 잉크젯 프린팅 또는 에어로졸젯 프린팅과 같은 비접촉 인쇄공정에 적용되어 실리콘 태양전지의 전극 패턴을 형성할 수 있어 공정의 단순화 및 생산성 향상을 기대할 수 있으며, 미세 선폭을 구현할 수 있는 잉크젯 인쇄 및 에어로졸젯 인쇄 공정을 통해 전극을 인쇄하고, 부가적인 금속층을 도금 및 열처리를 통하여 태양전지 전극의 특성 및 태양전지 셀의 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물은 전도성 잉크 내의 함유된 유리 프릿 나노 입자가 높은 분산 안정성을 갖고 있기 때문에 비접촉 인쇄 공정에 적용함에 있어서 물성 안정성을 갖고 있는 장점이 있다.As described above, the conductive ink composition for solar cells according to the present invention is applied to a non-contact printing process such as inkjet printing or aerosol jet printing that can minimize physical impact on a thin silicon substrate to form an electrode pattern of a silicon solar cell. It can be expected to simplify the process and improve the productivity, and to print the electrode through the inkjet printing and aerosol jet printing process that can realize the fine line width, the characteristics of the solar cell electrode and the solar cell through the plating and heat treatment of an additional metal layer The efficiency of the cell can be improved. At this time, the conductive ink composition according to the present invention has the advantage of having physical property stability in the non-contact printing process because the glass frit nanoparticles contained in the conductive ink has a high dispersion stability.
또한, 본 발명은 패턴 마스크와 같은 보조 수단이 필요없이 직접 인쇄법을 이용하여 전면 전극을 형성하여 전면 전극의 선폭을 줄일 수 있어, 전극 물질의 손실을 최소화함으로써 생산 비용을 절감할 수 있어 경제적이다.In addition, the present invention can reduce the line width of the front electrode by forming the front electrode using a direct printing method without the need for an auxiliary means such as a pattern mask, it is economical to reduce the production cost by minimizing the loss of electrode material .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지의 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 태양전지의 전면 전극을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 전면전극이 반사방지막을 에칭하고 에미터층과 접촉되어 있는 그림을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조된 나노사이즈의 유리 프릿 용액의 입도분포를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 잉크 조성물의 점도 측정 결과 이다.1 is a partial cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
2 illustrates a front electrode of a solar cell formed according to an embodiment of the present invention.
3 shows a drawing in which a front electrode formed according to an embodiment of the present invention etches the antireflection film and contacts the emitter layer.
4 is a graph showing the particle size distribution of the glass frit solution of the nano-size prepared according to an embodiment of the present invention.
5 is a viscosity measurement result of the ink composition prepared according to the embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 일양태로 태양 전지의 부분 단면도를 나타낸 것이다. 반도체 기판(201)은 제1전도성 타입인 p형의 결정질 실리콘으로 이루어진다. 상기 반도체 기판(201)은 이에 한정되지 않고, n형 전도성 타입일 수 있으며, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 1 shows a partial cross-sectional view of a solar cell in one embodiment according to the invention. The
에미터층(202)은 반도체 기판(201)의 전체 면에 형성되며, 반도체 기판(201)의 전도성 타입과 반대인 제2전도성 타입, 즉 n형의 불순물이 도핑 되어 있는 실리콘 층으로 이루어진다.The
에미터층(202)은 반도체 기판(201)과 p-n 접합을 형성하면 되므로, 반도체 기판(201)이 n형 전도성 타입일 경우 에미터층(202)은 p형 전도성 타입일 수 있다. Since the
상기 에미터층(202)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등을 반도체 기판(201)의 전면 부근에 확산시켜서 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 에미터층(202)은 반도체 기판(201)과는 별개의 층으로 형성된 후 반도체 기판(201)에 적층하여 완성될 수 있다.The
전면 전극은 제1도전층(204)과 제2도전층(205)을 구비한다.The front electrode includes a first
상기 제1도전층(204)은 직접 인쇄법(direct writing) 으로 형성된다. 여기서, 직접 인쇄법은 스크린 인쇄법과 같이 패턴 마스크와 같은 보조 수단을 이용하여 패턴을 형성 하지 않으며, 원하는 전면 전극의 패턴을 반사방지막 위에 직접 도포하여 형성하는 것으로, 직접 인쇄법의 예는 잉크젯 인쇄법, EHD 젯트 인쇄법, 에어로졸젯 인쇄 (aerosol jet printing) 등일 수 있다.The first
제1도전층(204)은 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물을 패턴하여 형성된다. 형성된 제1도전층의 폭은 사용되는 재료에 따라 가변 되고, 또한 전면 전극의 패턴, 형상 또는 크기 등에 따라 달라질 수 있다.The first
제2도전층(205)은 제1도전층(204) 위에만 형성되어 있으며, 도금법을 통해 형성된다. 이때, 제2도전층을 형성하기 위해 사용되는 전도성 금속 물질로서, 전도성 금속 물질은 니켈 (Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 본 발명에서 제2도전층(205)은 Silver Light induced plating(LIP)을 통해 형성되었지만, 무전해 도금법과 같은 다른 도금법을 사용하여 형성될 수 있다.
The second
(실시예)(Example)
PbO-SiO2-B2O3계 조성을 갖는 유리 프릿 나노 입자를 사용하여, 고온 용융, 급냉, 분쇄 및 밀링 공정을 거쳐 응집이 되거나 큰 사이즈의 입자들은 제거하여, 유리전이점이 427℃, 연화점이 516℃이며, 평균입자 사이즈는 268 nm을 갖는 유리 프릿 나노 입자를 얻었다(도 4). Using glass frit nanoparticles having a PbO-SiO2-B2O3 based composition, the particles are agglomerated or removed through a high temperature melting, quenching, grinding and milling process, and have a glass transition point of 427 ° C and a softening point of 516 ° C. Glass frit nanoparticles having an average particle size of 268 nm were obtained (FIG. 4).
상기 유리 프릿 나노 입자를 금속 나노입자에 대해 4wt%를 에틸렌 글리콜 용매에 넣고, Ciba 사의 상용 분산제(EFKA 제품군)를 유리 프릿에 대해 2wt% 포함되도록 하여 균일하게 분산하여 나노 유리 프릿 용액을 제조하였다.4 wt% of the glass frit nanoparticles were added to the ethylene glycol solvent with respect to the metal nanoparticles, and Ciba's commercial dispersant (EFKA family) was uniformly dispersed to include 2 wt% with respect to the glass frit to prepare a nano glass frit solution.
상기 용액을 25nm 입경을 갖는 은 입자 20wt%를 포함하는 잉크에 혼합하여 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물을 제조하였다.The solution was mixed with an ink containing 20 wt% of silver particles having a particle size of 25 nm to prepare a conductive ink composition according to the present invention.
상기 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물을 전술한 제1도전층에 적용하였다. The conductive ink composition according to the present invention was applied to the first conductive layer described above.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 결과를 나타내는 이미지 이다. 전도성 잉크 조성물 내에 첨가된 나노 사이즈의 유리 프릿 성분들이 반사방지막 (SiNx) 층을 에칭하고 실리콘 웨이퍼와의 계면에 은이 재결정화 되었음을 보여준다.2 is an image showing a result according to an embodiment of the present invention. Nano-sized glass frit components added in the conductive ink composition etch the anti-reflection film (SiNx) layer and show that the silver recrystallizes at the interface with the silicon wafer.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 셀의 이미지를 나타낸 것이다. 제 1도전층을 인쇄 후 에미터 층과의 컨택을 형성 후 도금 공정을 통해 제 2도전층을 형성한 사진이다. 3 shows an image of a solar cell according to an embodiment of the present invention. After printing the first conductive layer and forming a contact with the emitter layer, the second conductive layer is formed by a plating process.
상기 실시예에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 유리 프릿 나노 입자를 포함하는 전도성 잉크 조성물을 이용하여 비접촉식 직접 인쇄 공정을 통하여 제1도전층을 형성하여 전면 전극이 태양전지 전면을 가림으로 인한 광학적 손실을 막을 수 있어 효율을 향상시켰으며, 이는 스크린 인쇄법으로 전면 전극을 형성할 때와 비교시 고가의 전극 물질을 효율적으로 사용함으로 인해 태양전지의 제조비용을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 더욱이, 공정이 단순하여 한꺼번에 많은 양을 처리 할 수 있는 도금법을 이용하므로 태양전지의 제조공정의 효율을 높일 수 있다.As can be seen in the above embodiment, the first conductive layer is formed through a non-contact direct printing process using the conductive ink composition including the glass frit nanoparticles according to the present invention, and thus the optical loss due to the front electrode covering the entire solar cell. The efficiency of the solar cell can be improved, which is advantageous in that the manufacturing cost of the solar cell can be greatly reduced due to the efficient use of expensive electrode materials as compared with the case of forming the front electrode by the screen printing method. In addition, since the process is simple and uses a plating method that can process a large amount at a time, it is possible to increase the efficiency of the solar cell manufacturing process.
또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 유리 프릿이 첨가된 은(Ag) 잉크의 점도를 측정한 결과를 나타낸 것으로, 앞서 실시한 실시예와 같은 방법으로 유리 프릿을 금속 입자에 대해 2 wt.%, 4 wt.%, 6 wt.% 첨가하였을 때의 점도를 측정하였다. 그 결과, 점도는 각각 5.4 cP, 6.4 cP, 7.3 cP 로 측정되어, 본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물은 유리 프릿이 일정량 증가하더라도 잉크젯 프린팅이 가능한 점도를 가짐을 확인할 수 있다.
In addition, Figure 5 shows the result of measuring the viscosity of the silver (Ag) ink is added to the glass frit prepared according to an embodiment of the present invention, the glass frit to the metal particles in the same manner as in the previous embodiment 2 The viscosity at the time of addition of wt.%, 4 wt.% and 6 wt.% was measured. As a result, the viscosity is measured by 5.4 cP, 6.4 cP, 7.3 cP, respectively, it can be confirmed that the conductive ink composition according to the present invention has a viscosity capable of inkjet printing even if the glass frit increases by a certain amount.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. Belongs to the scope of rights.
Claims (5)
A silicon semiconductor substrate, an emitter layer formed on the substrate, an antireflection film formed on the emitter layer, and a second conductive layer patterned on the antireflection film and formed on the entire upper surface of the first conductive layer. Solar cell front electrode comprising a.
상기 제1도전층의 패턴화 및 제2도전층의 형성은 전도성 잉크 조성물을 잉크젯 인쇄법 또는 EHD 젯트 인쇄법에서 선택되는 비접촉 직접 인쇄 공정을 통하여 패턴화하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전면 전극.
The method of claim 1,
The patterning of the first conductive layer and the formation of the second conductive layer pattern the conductive ink composition through a non-contact direct printing process selected from an inkjet printing method or an EHD jet printing method.
상기 전도성 잉크 조성물은 유리 프릿 나노 입자 1~10wt%, 금속 나노 입자 10~60wt% 및 유기 비히클을 포함하는 태양전지 전면 전극.
The method of claim 2,
The conductive ink composition is a solar cell front electrode comprising a glass frit nanoparticles 1 ~ 10wt%, metal nanoparticles 10 ~ 60wt% and an organic vehicle.
상기 제2도전층은 도금법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 전면 전극.
The method of claim 1,
The second conductive layer is a solar cell front electrode, characterized in that formed by the plating method.
A solar cell comprising the electrode of any one of claims 1 to 4.
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