KR20140091090A - 태양전지 전극용 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전극 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 금속분말; 제2 금속분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 상기 제1 금속분말은 은(Ag) 분말이며, 상기 제2 금속분말은 은 분말과 공융점(eutactic point)이 형성되는 개시온도가 150℃ 내지 700℃인 태양전지 전극용 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것으로, 본 발명의 태양전지 전극용 페이스트 조성물은 소결 속도가 우수하고, 전극으로 제조시 실리콘 표면과의 접촉저항을 낮고 시리즈 저항이 작으므로, 변환효율이 우수한 효과를 가진다.
Description
본 발명은 태양전지 전극용 페이스트 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 소결 속도가 빠르고, 시리즈 저항이 작으며, 은(Ag)의 액상소결이 가능해지므로 실리콘 표면과의 접촉저항을 낮출 수 있는 태양전지 전극용 페이스트 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 상·하면에 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 있는데, 이는 태양전지의 접촉저항을 높여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.
또한, 다양한 면저항의 웨이퍼의 증가에 따라 소성 온도가 변동폭이 커지고 이에 따라 넓은 소성 온도에서도 열안정성을 확보할 수 있는 페이스트 조성물에 대한 요구가 높아지고 있다.
따라서, 다양한 면저항 하에서 pn 접합에 대한 피해를 최소화함으로써 pn 접합 안정성을 확보할 수 있고 태양전지 효율을 높일 수 있는 전극용 페이스트 조성물을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 소결 속도가 우수한 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 전극으로 제조시 실리콘 표면과의 접촉저항이 작으며 시리즈 저항을 낮출 수 있는 태양전지 전극용 페이스트 조성물을 제공하기 위함이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환효율이 우수한 태양전지 전극을 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 제1 금속분말; 제2 금속분말; 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고,상기 제1 금속분말은 은(Ag) 분말이며, 상기 제2 금속분말은 은 분말과 공융점(eutactic point)이 형성되는 개시온도가 150 내지 700℃인 것을 특징으로 한다.
상기 조성물은 상기 은 분말 60 내지 95 중량%; 상기 제2 금속분말 0.1 내지 10 중량%; 상기 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
상기 제2 금속분말은 In, Sr, Ce, Zn, Te, Sn, Se, Eu, La, Sb, Pb, Na, Li, Pr, As, Al, Ba, Ca, Ge, Ga 및 Bi로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 제2 금속분말은 평균입경(D50)은 0.1㎛ 내지 10㎛ 일 수 있다.
상기 유리 프릿은 전이점이 상이한 2종의 유리 프릿을 포함할 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 태양전지 전극에 관한 것으로, 상기 전극은 제1금속과 제2 금속의 합금 및 유리 프릿 성분을 포함하고, 상기 제1금속은 은이고, 상기 제2 금속은 상기 은과 공융점(eutactic point)이 형성되는 개시온도가 150 내지 700℃인 금속일 수 있다.
상기 제2 금속은 In, Sr, Ce, Zn, Te, Sn, Se, Eu, La, Sb, Pb, Na, Li, Pr, As, Al, Ba, Ca, Ge, Ga 및 Bi로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 태양전지 전극용 페이스트 조성물은 소결 속도가 우수하고, 전극으로 제조시 시리즈 저항이 작으며, 실리콘 표면과의 접촉저항을 낮으므로 변환효율이 우수한 효과를 가진다.
도 1은 은(Ag)과 인듐(In) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 2는 은(Ag)과 텔루륨(Te) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 3은 은(Ag)과 주석(Sn) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 4는 은(Ag)과 비스무스(Bi) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 5는 은(Ag)과 아연(Zn) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
도 2는 은(Ag)과 텔루륨(Te) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 3은 은(Ag)과 주석(Sn) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 4는 은(Ag)과 비스무스(Bi) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 5는 은(Ag)과 아연(Zn) 합금의 상평형도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
태양전지 전극용 페이스트
본 발명의 태양전지 전극용 페이스트는 은 분말(A), 제2 금속분말(B), 유리 프릿(C), 및 유기 비히클(D)를 포함한다. 상기 제2 금속분말(B)은 은 분말(A)과 공융점이 형성되는 개시 온도가 700℃ 이하로서 보다 낮은 온도에서 은과 얼로이를 형성하여 태양전지 전극의 형성 물질로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다.
(A) 은 분말 : 제1 금속분말
본 발명의 태양전지 전극용 페이스트는 제1 금속분말로서 도전성 분말인 은(Ag) 분말을 사용한다. 상기 은 분말은 나노 사이즈 또는 마이크로 사이즈의 입경을 갖는 분말일 수 있는데, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 은 분말, 수 내지 수십 마이크로미터의 은 분말일 수 있으며, 2이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
은 분말은 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 형상을 가질 수 있다
은 분말은 평균입경(D50)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 3㎛이며, 더 바람직하게는 0.5㎛ 내지 2㎛이 될 수 있다. 상기 평균입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAs, Al, Ba, Ca, Ge, Ga社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다. 상기 범위 내에서, 접촉 저항과 선 저항이 낮아지는 효과를 가질 수 있다.
은 분말은 페이스트 조성물 100중량%를 기준으로 60 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있고, 유기 비히클 양의 상대적인 감소로 페이스트화가 어려워지는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 70 내지 90중량% 로 포함될 수 있다.
(B) 제2 금속분말
제2 금속은 은(Ag)과 공융점(Eutectic Point)을 갖는 물질로서, 본 발명에서 상기 제2 금속은 은(Ag)과 공융점이 형성되는 개시 온도(initial temperature)가 150 내지 700℃인 금속을 말한다. 상기 공융점이라 함은, 두 성분계의 고체상-액체상 곡선에서 두 성분이 고용체를 만들지 않고 액체 상태에서 완전히 녹아 섞이는 점을 말한다.
상기 제2 금속은 은(Ag) 분말에 혼합되어 합금을 형성하는 물질로서 본 발명의 페이스트 조성물이 용융되고 소결 과정을 거친 후에는 은-합금(Ag Alloy)이 기판상 형성되어 전극으로 사용될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 은(Ag)과 제2 금속이 혼합된 물질의 상평형도(phAs, Al, Ba, Ca, Ge, Gae diagram)들이다. 각각의 상평형도에서 x축은 각 성분들의 원자 퍼센트(atomic percent) 또는 몰비를 나타내며, y축은 섭씨온도를 나타낸다.
도 1은 은(Ag) 분말과 상기 은(Ag)과 얼로이를 형성하는 인듐(In)을 혼합한 물질의 상평형도이고, 도 2는 은(Ag) 분말과 상기 은(Ag)과 얼로이를 형성하는 텔루륨(Te)을 혼합한 물질의 상평형도이며, 도 3은 은(Ag) 분말과 상기 은(Ag)과 얼로이를 형성하는 주석(Sn)을 혼합한 물질의 상평형도이다. 상기 도 1 내지 도 3의 상평형도에서 공융점이 형성되는 개시온도는 Ag-In계에서는 약 156℃이고, Ag-Te계에서는 약 351℃이고, Ag-Sn계에서는 약 231℃인 것을 알 수 있다.
공융점이 형성되는 개시온도에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 도 4를 참고하면, 은(Ag) 분말과 상기 은(Ag)과 얼로이를 형성하는 비스무스(Bi)를 혼합한 물질의 상평형도를 나타낸 것이다. 상기 상평형도에서 보는 바와 같이 Ag-Bi계에서는 1개의 공융점이 있음을 알 수 있다. Ag-Bi계의 공융점은 약 545℃이고, Ag와 Bi의 몰비는 약 0.05/0.95인 것을 알 수 있다. 즉, 상기 Ag에 증착되는 물질로서 Bi를 혼합하면, 혼합물질인 Ag-Bi계의 공융점은 약 545℃가 되므로, 상기 Ag 고유의 녹는점인 961.93℃보다 더욱 낮은 온도에서 용융시킬 수 있다. 따라서, 종래에 Ag를 700 내지 900℃ 정도의 온도에서 소성시키는 것과 달리, 본 발명에서는 그 보다 낮은 온도에서 상기 Ag와 제2금속 물질을 포함하는 Ag 합금을 전극으로 제조할 수 있다.
물질 간에 형성되는 공융점은 1개 이상일 수 있다. 도 5를 참고하면, 상기 상평형도에서 보는 바와 Ag-Zn계에서는 4개의 공융점들이 있음을 알 수 있다. Ag-Zn계의 공융점들은 Ag과 Zn의 조성비에 따라 431, 631, 661, 및 710℃를 나타내고 있다.
본 발명에서 사용하는 제2 금속분말은 Ag와 공융점을 형성하는 최초의 개시온도가 700℃ 이하인 금속을 의미한다. 상기 Zn 역시 Ag와 중량비에 따라 700℃를 초과하는 710℃에서도 공융점을 형성할 수 있으나, 공융점을 형성하는 최초의 개시온도는 431℃ 이므로 본 발명의 제2 금속분말로 사용될 수 있다.
상기 제2 금속분말은 In, Sr, Ce, Zn, Te, Sn, Se, Eu, La, Sb, Pb, Na, Li, Pr, As, Al, Ba, Ca, Ge, Ga 및 Bi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않으며, Ag와 공융점을 형성하는 개시온도가 700℃ 이하인 금속이라면 본 발명에서 정의된 제2 금속의 범주에 포함될 수 있다.
은과 얼로이를 형성하는 상기 제2 금속을 태양전지용 전극 페이스트에 사용하는 경우 공융온도가 낮아짐에 따라 실버의 액상소결이 가능해지므로 실리콘 표면과의 접촉저항을 낮출 수 있고 소결속도가 빨라지므로 시리즈 저항이 낮아질 수 있다.
일 예로서, 상기 제2 금속과 얼로이되어 전극으로 형성되는 Ag 합금은 Ag-In 합금, Ag-Sr 합금, Ag-Sn 합금, Ag-Bi 합금, Ag-Te 합금일 수 있다. 상기 형성된 Ag 합금은 기계적, 전기적 특성이 우수하여 전극으로 사용될 수 있으며, 특히, 전면 전극으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제2 금속은 파우더 또는 분말 형태로 사용되는 것이 반응 비표면적을 넓힐 수 있다는 점에서 바람직하다. 상기 제2 금속 입자의 평균입경(D50)은 0.1 내지 10㎛ 일 수 있다.
제 2 금속입자의 평균입경이 상기 범위 내인 경우, 우수한 인쇄성 및 균일한 패턴을 얻을 수 있다.
상기 제2 금속분말은 페이스트 조성물 100중량%를 기준으로 0.1 내지 20 중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
제 2 금속분말의 함량이 상기 범위 내인 경우, 제 1 금속분말과 얼로이 형성이 용이하고, 우수한 변환 효율을 가질 수 있다.
(C) 유리
프릿
유리 프릿(glAs, Al, Ba, Ca, Ge, Gas frit)은 전극 페이스트의 소성 공정 중 반사 방지막을 에칭(etching)하고, 은 입자를 용융시켜 저항이 낮아질 수 있도록 에미터 영역에 은 결정 입자를 생성시키고, 전도성 분말과 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키고 소결시에 연화하여 소성 온도를 보다 낮추는 효과를 유도한다.
태양전지의 효율을 증가시키기 위하여 태양전지의 면적을 증가시키면 태양전지의 접촉저항이 높아질 수 있으므로 pn 접합(pn junction)에 대한 피해를 최소화함과 동시에 직렬저항을 최소화시켜야 한다. 또한, 다양한 면저항의 웨이퍼의 증가에 따라 소성 온도가 변동폭이 커지므로 넓은 소성 온도에서도 열안정성을 충분히 확보될 수 있는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유리 프릿은 통상적으로 태양전지 전극 페이스트에 사용되는 유연 유리 프릿 또는 무연 유리 프릿 중 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
상기 유리 프릿은 산화납, 산화규소, 산화텔루륨, 산화비스무스, 산화아연, 산화붕소, 산화알루미늄, 산화텅스텐 등으로부터 선택된 금속 산화물을 단독으로 또는 이들 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화아연-산화규소계(ZnO-SiO2), 산화아연-산화붕소-산화규소계(ZnO-B2O3-SiO2), 산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화비스무스-산화규소계(Bi2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-B2O3-SiO2), 산화비스무스-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소계(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2), 산화비스무스-산화아연-산화붕소-산화규소-산화알루미늄계(Bi2O3-ZnO-B2O3-SiO2-Al2O3), 산화납-산화텔루륨계(PbO-TeO2), 산화납-산화텔루륨-산화규소계(PbO-TeO2-SiO2), 산화납-산화텔루륨-산화리튬계(PbO-TeO2-Li2O), 산화비스무스-산화텔루륨계(Bi2O3-TeO2), 산화비스무스-산화텔루륨-산화규소계(Bi2O3-TeO2-SiO2), 산화텔루륨-산화아연계(TeO2-ZnO) 또는 산화비스무스-산화텔루륨-산화리튬계(Bi2O3-TeO2-Li2O) 유리 프릿 등이 이용될 수 있다.
유리 프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 금속 산화물로부터 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 기술된 금속산화물의 조성으로 혼합한다. 혼합은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 혼합할 수 있다. 혼합된 조성물을 700℃-1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭(quenching)한다. 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 유리 프릿을 얻을 수 있다.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으며, 페이스트 조성물 100중량%를 기준으로 0.5 내지 20 중량% 포함될 수 있다. 상기 유리 프릿의 형상은 구형이거나 부정형상이어도 무방하다. 구체예에서는, 전이점이 상이한 2종의 유리 프릿을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 전이점이 200℃ 이상 350℃ 이하인 제1 유리프릿과 전이점이 350℃ 초과 550℃ 이하인 제2 유리프릿를 1 : 0.2 내지 1 : 1의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유리 프릿은 상용의 제품을 구매하여 사용하거나 원하는 조성을 얻기 위해, 예를 들어, 이산화규소(SiO2), 알루미늄산화물(Al2O3), 붕소산화물(B2O3), 비스무스산화물(Bi2O3), 나트륨산화물(Na2O), 산화아연(ZnO) 등을 선택적으로 용융하여 제조할 수도 있다.
(D) 유기
비히클
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 페이스트의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 페이스트를 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 페이스트에 사용되는 유기 비히클이 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, 부틸센로솔브, 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.
상기 유기 비히클의 배합량은 페이스트 조성물 100중량%를 기준으로 1 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
(E) 첨가제
본 발명의 페이스트 조성물은 상기한 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 페이스트 조성물 100중량%를 기준으로 0.1 내지 5 중량%로 첨가되지만 필요에 따라 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극용 페이스트로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, p층(혹은 n층)(101) 및 에미터로서의 n층(혹은 p층)(102)을 포함하는 웨이퍼(100) 또는 기판 상에, 상기 페이스트들을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 페이스트를 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 페이스트를 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 950℃, 바람직하게는 700℃ 내지 950℃에서 30초 내지 180초 정도 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다.
상기 제조된 전극은 제1 금속인 은과 제2 금속의 합금 및 유리 프릿 성분을 포함한다. 소성 후 제 2 금속성분이 분말 형태로 들어가지 않고 유리성분으로 구성되는 경우는 Ag와 얼로이를 형성할 수 없기 때문에 Si 웨이퍼와의 계면에서 직접적인 컨텍으로 인한 시리즈 저항의 개선효과가 없을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
실시예
1-5 및
비교예
1
실시예 1
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스 (Dow chemical company, STD4) 1 중량%를 용매인 부틸 카비톨 (Butyl Carbitol) 12.5 중량%에 60℃에서 충분히 용해한 후 평균입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-4-8) 76 중량%, 평균 입경이 110 nm인 건식 나노 인듐 분말(Strategic Metal Investments, Indium Powder) 5.0 중량%, 평균 입경이 1.0 ㎛이고 전이점이 381℃인 저융점 유연 유리 프릿-Ⅰ(유연 GlAs, Al, Ba, Ca, Ge, Gas, (주)파티클로지, CI-124) 4.0 중량%, 평균 입경이 1.0 ㎛이고 전이점이 430℃인 저융점 유연 유리 프릿-Ⅱ(유연 GlAs, Al, Ba, Ca, Ge, Gas, (주)파티클로지, CI-5008) 1.0 중량%, 분산제 BYK102(BYK-chemie) 0.2 중량%, 요변제 Thixatrol ST (Elementis co.)을 0.3 중량% 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 페이스트를 제조하였다.
상기 태양전지 전극 형성용 페이스트를 웨이퍼(Wafer) 전면에 일정한 패턴으로 스크린 프린팅 하여 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 후면 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 400 내지 950 ℃사이로 30초에서 180초간 소성을 행하였으며, 이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지효율 측정장비 (PAs, Al, Ba, Ca, Ge, Gaan社, CT-801)를 사용하여 태양전지의 Fill Factor (FF, %) 및 변환효율(%)을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
제2 금속분말로 평균 입경이 1㎛인 건식 텔루륨 분말을 5.0 중량% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극형성용 페이스트를 제조하였으며, 물성 측정 후 결과 값을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 3
제2 금속분말로 평균 입경이 1㎛인 건식 주석 분말을 5.0 중량% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 페이스트를 제조하였으며, 물성 측정 후 결과 값을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 4
제2 금속분말로 평균 입경이 1㎛인 건식 비스무스 분말을 5.0 중량부 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 페이스트를 제조하였으며, 물성 측정 후 결과 값을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 5
전이점이 430℃인 저융점 유연 유리 프릿-Ⅱ(유연 GlAs, Al, Ba, Ca, Ge, Gas, (주)파티클로지, CI-5008)만을 5.0 중량% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 페이스트를 제조하였으며, 물성 측정 후 결과 값을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
제2 금속분말을 포함하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 페이스트를 제조하였으며, 물성 측정 후 결과 값을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
제2 금속분말로 평균 입경이 1㎛이고 920℃에서 공융점을 형성하는 건식 루테늄 분말을 5.0 중량% 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 태양전지 전극 형성용 페이스트를 제조하였으며, 물성 측정 후 결과 값을 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 1의 결과 값에서 확인할 수 있듯이, 은 분말과 공융점(eutactic point)이 형성되는 개시온도가 150 내지 700℃에 속하는 제2 금속분말을 사용한 실시예 1 내지 4의 페이스트 조성물로 제조된 태양전지 전극이 제2 금속분말을 사용하지 않은 비교예 1 또는 은 분말과 공융점이 형성되는 개시온도가 700℃를 초과하는 루테늄 분말을 제2 금속분말로 사용한 비교예 2에 비하여 Fill Factor값과 변환 효율이 우수한 것을 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 (10)
- 제1 금속분말;
제2 금속분말;
유리 프릿; 및
유기 비히클을 포함하고,
상기 제1 금속분말은 은(Ag) 분말이며, 상기 제2 금속분말은 은 분말과 공융점(eutactic point)이 형성되는 개시온도가 150 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은
상기 제1 금속분말 60 내지 95 중량%;
상기 제2 금속분말 0.1 내지 20 중량%
상기 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및
상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 금속분말은 In, Sr, Ce, Zn, Te, Sn, Se, Eu, La, Sb, Pb, Na, Li, Pr, As, Al, Ba, Ca, Ge, Ga 및 Bi로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 금속분말은 입경이 0.1 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 유리 프릿은 전이점이 상이한 2종의 유리 프릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 페이스트 조성물로 제조된 태양전지 전극.
- 제1 금속과 제2 금속의 합금 및 유리 프릿 성분을 포함하고,
상기 제1금속은 은이고,
상기 제2 금속은 상기 제 1 금속과 공융점(eutactic point)이 형성되는 개시온도가 150 내지 700℃인 금속인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 금속은 In, Sr, Ce, Zn, Te, Sn, Se, Eu, La, Sb, Pb, Na, Li, Pr, As, Al, Ba, Ca, Ge, Ga 및 Bi로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극.
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