KR20150054597A - Composition for forming solar cell electrode and electrode prepared using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다.
The present invention relates to a composition for forming a solar cell electrode and an electrode made therefrom.
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.Solar cells generate electrical energy by using the photoelectric effect of pn junction that converts photon of sunlight into electricity. The solar cell is formed with a front electrode and a rear electrode on a semiconductor wafer or a substrate on which a pn junction is formed. The photovoltaic effect of the pn junction is induced in the solar cell by the sunlight incident on the semiconductor wafer, and the electrons generated from the pn junction provide a current flowing to the outside through the electrode. Such an electrode of the solar cell can be formed on the surface of the wafer by applying, patterning and firing the electrode paste composition.
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 직렬 저항을 높여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.Recently, as the thickness of the emitter has been continuously thinned to increase the efficiency of the solar cell, shunting phenomenon which can degrade the performance of the solar cell can be caused. Further, in order to increase the efficiency of the solar cell, the area of the solar cell is gradually increased, which can decrease the efficiency of the solar cell by increasing the series resistance of the solar cell.
또한, 태양전지를 구성하는 셀(cell)들은 리본으로 서로 연결되는데, 전극과 리본의 접착력이 좋지 못한 경우에는 직렬 저항이 크고 변환효율이 저하될 우려가 있다. In addition, the cells constituting the solar cell are connected to each other by ribbons. If the adhesion strength between the electrode and the ribbon is poor, there is a fear that the series resistance is large and the conversion efficiency is lowered.
본 발명자는 태양전지 변환효율 등의 전기적 특성과 접착 강도와 같은 물리적 특성을 동시에 만족시킬 수 있는 태양전지를 제조하고자 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
The present inventors have completed the present invention in order to produce a solar cell capable of simultaneously satisfying electrical characteristics such as solar cell conversion efficiency and physical properties such as adhesive strength.
본 발명의 목적은 직렬 저항(Rs)을 최소화할 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a composition for forming a solar cell electrode capable of minimizing a series resistance (Rs).
본 발명의 다른 목적은 변환효율이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for forming a solar cell electrode having excellent conversion efficiency.
본 발명의 또 다른 목적은 전극과 리본의 접착 강도가 우수한 유리 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하기 위함이다.Another object of the present invention is to provide a glass frit having excellent bonding strength between an electrode and a ribbon, and a composition for forming a solar cell electrode comprising the glass frit.
본 발명의 또 다른 목적은 변환효율 및 신뢰성이 우수한 태양전지 전극을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a solar cell electrode excellent in conversion efficiency and reliability.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
The above and other objects of the present invention can be achieved by the present invention described below.
본 발명의 하나의 관점은 은 분말; 제1 및 제2 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하는 조성물이고, 제1 및 제2 유리 프릿은 알칼리 금속 산화물을 각각 포함하며, 제1 및 제2 유리 프릿 전체 중량 대비 알칼리 금속 산화물을 3 내지 8중량% 포함할 수 있다.One aspect of the present invention relates to a silver powder; First and second glass frit; And an organic vehicle, wherein the first and second glass frit each comprise an alkali metal oxide and may comprise from 3 to 8% by weight of an alkali metal oxide based on the total weight of the first and second glass frit.
제1 유리 프릿은 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 및 제1 알칼리 금속 산화물(이하 M12O라 표기함)을 포함하는 유리 프릿이며, 제2 유리 프릿은 산화비스무스(Bi2O3), 산화텔루륨(TeO2), 및 제2 알칼리 금속 산화물(이하 M22O라 표기함)을 포함하는 유리 프릿일 수 있다.The first glass frit is a glass frit containing lead oxide (PbO), tellurium oxide (TeO 2 ), and a first alkali metal oxide (hereinafter referred to as M 1 2 O), and the second glass frit is bismuth oxide 2 O 3 ), tellurium oxide (TeO 2 ), and a second alkali metal oxide (hereinafter M2 2 O).
제1 유리 프릿은 산화납(PbO) 30 내지 70중량%, 산화텔루륨(TeO2) 20 내지 60중량%, 및 제1 알칼리 금속 산화물(M12O) 0.1 내지 8중량%를 포함할 수 있다.A first glass frit may include lead oxide (PbO) 30 to 70% by weight, oxide tellurium (TeO 2) 20 to 60% by weight, and the first alkali metal oxide (M1 2 O) 0.1 to 8% by weight .
제2 유리 프릿은 산화비스무스(Bi2O3) 30 내지 70중량%, 산화텔루륨(TeO2) 20 내지 60중량%, 및 제2 알칼리 금속 산화물(M22O) 0.1 내지 8중량%를 포함할 수 있다.The second glass frit comprises from 30 to 70% by weight of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), from 20 to 60% by weight of tellurium oxide (TeO 2 ) and from 0.1 to 8% by weight of a second alkali metal oxide (M2 2 O) can do.
제1 알칼리 금속 산화물(M12O)과 제2 알칼리 금속 산화물(M22O)은 서로 상이한 금속산화물일 수 있다.A first alkali metal oxide (M1 2 O) and the second alkali metal oxide (M2 O 2) may be different from each other metal oxides.
제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 1 : 0.5 내지 1 : 2의 중량비로 포함될 수 있다.The first glass frit and the second glass frit may be contained in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 2.
제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 산화규소(SiO2), 산화바륨(BaO), 산화바나듐(V2O5), 산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2), 산화붕소(B2O3), 산화스트론튬(SrO), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO), 산화인듐(In2O3), 산화니켈(NiO), 산화구리(Cu2O or CuO), 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5), 산화게르마늄(GeO2), 산화갈륨(Ga2O3), 산화칼슘(CaO), 산화비소(As2O3), 산화코발트(CoO or Co2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO, Mn2O3 or Mn3O4) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 더 포함할 수 있다.The first glass frit and the second glass frit are made of a material selected from the group consisting of silicon oxide (SiO 2 ), barium oxide (BaO), vanadium oxide (V 2 O 5 ), phosphorus oxide (P 2 O 5 ), magnesium oxide (MgO) CeO 2), boron oxide (B 2 O 3), strontium (SrO), molybdenum oxide (MoO 3), titanium oxide (TiO 2), tin oxide (SnO), indium oxide (In 2 O 3), nickel oxide (NiO), copper oxide (Cu 2 O or CuO), antimony oxide (Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 or Sb 2 O 5 ), germanium oxide (GeO 2 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) (CaO), arsenic oxide (As 2 O 3 ), cobalt oxide (CoO or Co 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), manganese oxide (MnO, Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 ) (Al 2 O 3 ). The metal oxide may further include at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 .
상기 알칼리 금속 산화물은 산화리튬, 산화칼륨, 산화나트륨, 산화세슘, 및 산화루비듐으로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물일 수 있다.The alkali metal oxide may be a metal oxide selected from the group consisting of lithium oxide, potassium oxide, sodium oxide, cesium oxide, and rubidium oxide.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물은 은 분말 60 내지 95 중량%; 상기 제1 및 제2 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%;를 포함할 수 있다.Wherein the composition for forming the solar cell electrode comprises 60 to 95% by weight of silver powder; 0.5 to 20% by weight of said first and second glass frit; And 1 to 30% by weight of the organic vehicle.
상기 제1 및 제2 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛일 수 있다.The first and second glass frit may have an average particle diameter (D50) of 0.1 to 10 mu m.
상기 조성물은 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 및 커플링제로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제를 1종 이상 더 포함할 수 있다.The composition may further include at least one additive selected from the group consisting of a dispersant, a thixotropic agent, a plasticizer, a viscosity stabilizer, a defoamer, a pigment, a UV stabilizer, an antioxidant and a coupling agent.
본 발명의 다른 관점인 태양전지 전극은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성될 수 있다.
A solar cell electrode, which is another aspect of the present invention, may be formed from the composition for forming the solar cell electrode.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극은 낮은 직렬 저항(Rs)을 가지므로 변환효율이 우수하고, 리본과의 접착 강도가 우수하다.
The solar cell electrode made of the composition for forming a solar cell electrode of the present invention has a low series resistance (Rs), and therefore has excellent conversion efficiency and excellent adhesion strength to a ribbon.
도 1(a)는 알칼리 금속 산화물의 총량에 따른 알칼리 이온의 이동도를 나타낸 그래프이며, 도 1(b)는 2종의 알칼리 금속 산화물을 혼합하여 사용한 경우의 혼합 비율에 따른 알칼리 이온의 이동도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.1 (a) is a graph showing the mobility of alkali ions according to the total amount of alkali metal oxides. FIG. 1 (b) is a graph showing the mobility of alkali ions according to the mixing ratio when two kinds of alkali metal oxides are mixed and used Fig.
2 is a schematic view briefly showing a structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
태양전지 전극 형성용 조성물Composition for forming solar cell electrode
본 발명은 은 분말; 제1 및 제2 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하고, 제1 및 제2 유리 프릿은 알칼리 금속 산화물을 각각 포함하며, 제1 및 제2 유리 프릿 전체 중량 대비 알칼리 금속 산화물을 3 내지 8 중량% 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물로 제조된 태양전지 전극은 낮은 직렬 저항(Rs)을 가지므로 변환효율이 우수하고, 리본과의 접착 강도가 우수하다.The present invention relates to silver powder; First and second glass frit; And an organic vehicle, wherein the first and second glass frit each comprise an alkali metal oxide, and wherein the composition comprises a composition for forming a solar cell electrode comprising 3 to 8% by weight of an alkali metal oxide based on the total weight of the first and second glass frit , The solar cell electrode made of the composition has a low series resistance (Rs), and therefore has excellent conversion efficiency and excellent adhesion strength to the ribbon.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면, 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(A) 은 분말 (A) is powder
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 도전성 분말로서 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, 2 이상의 서로 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용할 수 있다.The composition for forming a solar cell electrode of the present invention uses silver (Ag) powder as the conductive powder. The silver powder may be a nano-sized or micro-sized powder, for example, a silver powder having a size of several tens to several hundreds of nanometers, a silver powder of several to several tens of micrometers, Silver powder may be mixed and used.
은 분말은 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 형상을 가질 수 있다The silver powder may have a spherical shape, a plate shape, and an amorphous shape as the particle shape
은 분말의 평균입경(D50)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛이 될 수 있다. 상기 평균입경은 이소프로필알코올(IPA)에 도전성 분말을 초음파로 25℃에서 3분 동안 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정된 것이다. 상기 범위 내에서, 접촉저항과 선 저항이 낮아지는 효과를 가질 수 있다. The average particle diameter (D50) of silver powder is preferably 0.1 to 10 mu m, and more preferably 0.5 to 5 mu m. The average particle diameter was measured using a 1064 LD model manufactured by CILAS after dispersing the conductive powder in isopropyl alcohol (IPA) by ultrasonication at 25 캜 for 3 minutes. Within this range, the contact resistance and line resistance can be lowered.
은 분말은 조성물 전체 중량 대비 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. The silver powder may be included in an amount of 60 to 95% by weight based on the total weight of the composition. In this range, it is possible to prevent the conversion efficiency from being lowered by increasing the resistance. Preferably 70 to 90% by weight.
(B) 유리 프릿(B) glass frit
유리 프릿(glass 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.The glass frit is formed by etching the antireflection film during the firing process of the electrode paste, melting the silver particles to produce silver grains in the emitter region so that the resistance can be lowered, and the adhesion between the conductive powder and the wafer And softening at sintering to lower the firing temperature.
태양전지의 효율 또는 Fill Factor를 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 열안정성이 충분히 확보될 수 있는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다.Increasing the area of the solar cell to increase the efficiency or the fill factor of the solar cell may increase the contact resistance of the solar cell and minimize the damage to the pn junction and minimize the series resistance. In addition, it is preferable to use a glass frit which can sufficiently secure thermal stability even at a wide firing temperature because the range of variation in firing temperature becomes large as wafers of various sheet resistances increase.
본 발명의 유리 프릿은 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿을 포함하며, 상기 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 알칼리 금속 산화물(M2O, M=알칼리금속)을 필수적으로 포함한다. The glass frit of the present invention comprises a first glass frit and a second glass frit, wherein the first glass frit and the second glass frit essentially contain an alkali metal oxide (M 2 O, M = alkali metal).
본 발명의 일 구체예로서, 제1 유리 프릿은 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 및 제1 알칼리 금속 산화물(M12O)을 포함하는 유리 프릿일 수 있고, 제2 유리 프릿은 산화비스무스(Bi2O3), 산화텔루륨(TeO2), 및 제2 알칼리 금속 산화물(M22O)을 포함하는 유리 프릿일 수 있다.In one embodiment of the invention, the first glass frit may be a glass frit containing lead oxide (PbO), oxide tellurium (TeO 2), and the first alkali metal oxide (M1 2 O), a second glass The frit may be a glass frit comprising bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), tellurium oxide (TeO 2 ), and a second alkali metal oxide (M 2 O).
제1 알칼리 금속 산화물(M12O)과 제2 알칼리 금속 산화물(M22O)은 동일하거나 상이한 금속산화물일 수 있다. 상기 알칼리 금속 산화물은 산화리튬, 산화칼륨, 산화나트륨, 산화세슘, 및 산화루비듐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물일 수 있다.A first alkali metal oxide (M1 2 O) and the second alkali metal oxide (M2 O 2) may be the same or different metal oxides. The alkali metal oxide may be at least one metal oxide selected from the group consisting of lithium oxide, potassium oxide, sodium oxide, cesium oxide, and rubidium oxide.
본 발명의 유리 프릿에 포함되는 알칼리 금속 산화물(M2O)은 유리 프릿 전체 중량 대비 3 내지 8 중량%로 포함될 수 있다.The alkali metal oxide (M 2 O) contained in the glass frit of the present invention may be contained in an amount of 3 to 8% by weight based on the total weight of the glass frit.
제1 유리 프릿은 산화납(PbO) 30 내지 70중량%, 산화텔루륨(TeO2) 20 내지 60중량%, 및 제1 알칼리 금속 산화물(M12O) 0.1 내지 8중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 우수한 변환효율 및 낮은 직렬저항을 확보할 수 있다.A first glass frit may include lead oxide (PbO) 30 to 70% by weight, oxide tellurium (TeO 2) 20 to 60% by weight, and the first alkali metal oxide (M1 2 O) 0.1 to 8% by weight . It is possible to ensure excellent conversion efficiency and low series resistance in the above range.
제2 유리 프릿은 산화비스무스(Bi2O3) 30 내지 70중량%, 산화텔루륨(TeO2) 20 내지 60중량%, 및 제2 알칼리 금속 산화물(M22O) 0.1 내지 8중량%를 포함할 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도(adhesion strength) 및 낮은 직렬저항을 확보할 수 있다.The second glass frit comprises from 30 to 70% by weight of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), from 20 to 60% by weight of tellurium oxide (TeO 2 ) and from 0.1 to 8% by weight of a second alkali metal oxide (M2 2 O) can do. Sufficient adhesion strength and low series resistance can be ensured in the above range.
제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 1 : 0.5 내지 1 : 2의 중량비로 포함될 수 있다.The first glass frit and the second glass frit may be contained in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 2.
제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿이 공통적으로 포함하는 금속산화물인 산화텔루륨은 유리 프릿 전체 중량에 대하여 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 30 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 최적 소성구간이 넓은 이점이 있다.Tellurium oxide, which is a metal oxide commonly contained in the first glass frit and the second glass frit, may be contained in an amount of 20 to 60% by weight, preferably 30 to 40% by weight based on the total weight of the glass frit. In this range, the optimum firing period is wide.
제1 유리 프릿의 일 성분인 산화납(PbO)과 제2 유리 프릿의 일 성분인 산화비스무스(Bi2O3)는 1 : 0.5 내지 1 : 1의 중량비로 포함될 수 있다.The first one-component bismuth oxide of lead oxide (PbO) a component of the glass frit and the second glass frits (Bi 2 O 3) is from 1: may be included in a weight ratio of 1: 0.5 to 1.
상기 제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 산화규소(SiO2), 산화바륨(BaO), 산화바나듐(V2O5), 산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2), 산화붕소(B2O3), 산화스트론튬(SrO), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO), 산화인듐(In2O3), 산화니켈(NiO), 산화구리(Cu2O or CuO), 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5), 산화게르마늄(GeO2), 산화갈륨(Ga2O3), 산화칼슘(CaO), 산화비소(As2O3), 산화코발트(CoO or Co2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO, Mn2O3 or Mn3O4) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 더 포함할 수 있다.Wherein the first glass frit and the second glass frit are made of a material selected from the group consisting of silicon oxide (SiO 2 ), barium oxide (BaO), vanadium oxide (V 2 O 5 ), phosphorus oxide (P 2 O 5 ), magnesium oxide (MgO) (CeO 2), boron oxide (B 2 O 3), strontium (SrO), molybdenum (MoO 3), titanium oxide oxide (TiO 2), tin oxide (SnO), indium oxide (In 2 O 3), oxide (Cu 2 O or CuO), antimony oxide (Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 or Sb 2 O 5 ), germanium oxide (GeO 2 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) (CaO), arsenic oxide (As 2 O 3 ), cobalt oxide (CoO or Co 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), manganese oxide (MnO, Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 ) And at least one metal oxide selected from the group consisting of aluminum (Al 2 O 3 ).
본 발명의 다른 구체예로서, 상기 제1 알칼리 금속 산화물과 제2 알칼리 금속 산화물은 상이한 금속산화물일 수 있다. 이와 같이 상이한 이종(異種) 알칼리 금속 산화물을 사용하는 경우에는, 이들 알칼리 금속 산화물의 상호 간섭에 의하여 알칼리 이온의 확산속도 또는 이동도를 감소시켜 알칼리 이온이 에미터에 미치는 손상을 보다 최소화시킬 수 있다.In another embodiment of the present invention, the first alkali metal oxide and the second alkali metal oxide may be different metal oxides. When different kinds of alkali metal oxides are used as described above, the diffusion rate or mobility of the alkali ions can be reduced by mutual interference of these alkali metal oxides, thereby minimizing the damage of the alkali ion on the emitter .
도 1(a)는 알칼리 금속 산화물의 총량에 따른 알칼리 이온의 이동도를 나타낸 그래프이며, 도 1(b)는 2종의 알칼리 금속 산화물을 혼합하여 사용한 경우의 혼합 비율에 따른 알칼리 이온의 이동도를 나타낸 그래프이다. 도 1(a)와 같이 알칼리 금속 산화물의 총량이 증가하면 유리 구조(glass structure)가 느슨해져 알칼리 이온의 이동도가 증가하게 된다. 그러나, 2종 이상의 알칼리 금속 산화물을 포함하는 유리 프릿을 사용한 경우는 도 1 (b)의 그래프에서 보듯이, 알칼리 금속 산화물의 혼합 비율에 따라 알칼리 이온의 이동도가 최소값을 갖는 최적 혼합 비율이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 1 (a) is a graph showing the mobility of alkali ions according to the total amount of alkali metal oxides. FIG. 1 (b) is a graph showing the mobility of alkali ions according to the mixing ratio when two kinds of alkali metal oxides are mixed and used Fig. As shown in FIG. 1 (a), when the total amount of the alkali metal oxides is increased, the glass structure is loosened and the mobility of the alkali ions is increased. However, in the case of using glass frit containing two or more kinds of alkali metal oxides, as shown in the graph of FIG. 1 (b), there is an optimum mixing ratio in which the mobility of alkali ions has the minimum value according to the mixing ratio of alkali metal oxides .
상기 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 900℃-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. The glass frit can be prepared from the metal oxides described above using conventional methods. For example, in the composition of the metal oxide described above. The blend can be mixed using a ball mill or a planetary mill. The mixed composition is melted at a temperature of 900 ° C to 1300 ° C and quenched at 25 ° C. The resulting product is pulverized by a disk mill, a planetary mill or the like to obtain a glass frit.
상기 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1 내지 10㎛일 수 있으며, 조성물 전체 중량 대비 0.5 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 상기 유리 프릿의 형상은 구형이거나 부정형상이어도 무방하다. The glass frit may have an average particle diameter (D50) of 0.1 to 10 mu m and may be contained in an amount of 0.5 to 20 wt% based on the total weight of the composition. The shape of the glass frit may be spherical or irregular.
(C) 유기 비히클(C) Organic vehicle
유기 비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 페이스트 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.The organic vehicle imparts suitable viscosity and rheological properties to the paste composition through mechanical mixing with inorganic components of the composition for forming the solar cell electrode.
상기 유기 비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기 비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.The organic vehicle may be an organic vehicle commonly used in a composition for forming a solar cell electrode, and may generally include a binder resin, a solvent, and the like.
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.As the binder resin, an acrylate-based or cellulose-based resin can be used, and ethylcellulose is generally used. However, it is preferable to use a mixture of ethylhydroxyethylcellulose, nitrocellulose, a mixture of ethylcellulose and phenol resin, an alkyd resin, a phenol resin, an acrylic ester resin, a xylene resin, a polybutene resin, a polyester resin, Based resin, a rosin of wood, or a polymethacrylate of alcohol may be used.
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. Examples of the solvent include hexane, toluene, ethyl cellosolve, cyclohexanone, butyl cellosolve, butyl carbitol (diethylene glycol monobutyl ether), dibutyl carbitol (diethylene glycol dibutyl ether) , Butyl carbitol acetate (diethylene glycol monobutyl ether acetate), propylene glycol monomethyl ether, hexylene glycol, terpineol, methyl ethyl ketone, benzyl alcohol, gamma butyrolactone or ethyl lactate, Two or more of them may be used in combination.
상기 유기 비히클은 조성물 전체 중량 대비 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다. The organic vehicle may be contained in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the composition. Within this range, sufficient adhesive strength and excellent printability can be ensured.
(D) 첨가제(D) Additive
본 발명의 태양전지 전극 형성용 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. 상기 첨가제는 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있으나, 필요에 따라 함량을 변경하여 사용할 수 있다.The composition for forming a solar cell electrode of the present invention may further include conventional additives as needed in order to improve flow characteristics, process characteristics, and stability in addition to the above-described components. The additive may be used alone or as a mixture of two or more of a dispersing agent, a thixotropic agent, a plasticizer, a viscosity stabilizer, a defoaming agent, a pigment, an ultraviolet stabilizer, an antioxidant and a coupling agent. The additive may be contained in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the composition.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지Solar cell electrode and solar cell comprising same
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.Another aspect of the present invention relates to an electrode formed from the composition for forming a solar cell electrode and a solar cell including the same. 2 illustrates a structure of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, p층(101) 및 에미터로서의 n층(102)을 포함하는 웨이퍼(100) 또는 기판 상에, 상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 태양전지 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 태양전지 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 950℃, 바람직하게는 850℃ 내지 950℃에서 30초 내지 50초 정도 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 수 있다. 2, the composition for forming a solar cell electrode is printed and fired on a wafer 100 or a substrate including a p-layer 101 and an n-layer 102 as an emitter to form the rear electrode 210 and / The front electrode 230 may be formed. For example, a composition for forming a solar cell electrode may be printed on the rear surface of a wafer, and then dried at a temperature of about 200 to 400 캜 for about 10 to 60 seconds to perform a preliminary preparation step for the rear electrode. In addition, a preparation for the front electrode can be performed by printing a composition for forming a solar cell electrode on the entire surface of the wafer and then drying the same. Thereafter, the front electrode and the rear electrode can be formed by performing a sintering process in which sintering is performed at 400 ° C to 950 ° C, preferably 850 ° C to 950 ° C, for 30 seconds to 50 seconds.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.
실시예Example
실시예 1Example 1
하기 표 1의 조성으로 금속 산화물을 혼합하여 900 내지 1400℃에서 용융 및 소결과정을 거쳐 평균입경(D50)이 3.0㎛인 제1 유리 프릿(Glass 1)과 제2 유리 프릿(Glass 6)을 제조하였다. The metal oxides were mixed in the composition shown in the following Table 1, and the first glass frit (Glass 1) and the second glass frit (Glass 6) having an average particle size (D50) of 3.0 μm were produced by melting and sintering at 900 to 1400 ° C. Respectively.
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스(Dow chemical company, STD4) 1.6 중량%를 용매인 부틸 카비톨(Butyl Carbitol) 6.4 중량%에 60℃에서 충분히 용해한 후, 평균입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, 5-11) 89 중량%, 상기 제조된 제1 유리 프릿 1 중량%, 제2 유리 프릿 1 중량%, 첨가제로서 분산제 BYK102(BYK-chemie) 0.5 중량% 및 요변제 Thixatrol ST(Elementis co.) 0.5 중량%를 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조하였다.1.6% by weight of ethyl cellulose (STD4) as an organic binder was sufficiently dissolved in 6.4% by weight of butylcarbitol as a solvent at 60 占 폚 and then spherical silver powder having an average particle diameter of 2.0 占 퐉 (Dowa Highech CO 1 wt% of the first glass frit, 1 wt% of the second glass frit, 0.5 wt% of dispersant BYK-102 (BYK-chemie) as an additive, and Thixatrol ST (Elementis co ) Were added, and the mixture was evenly mixed and then mixed and dispersed with a three roll kneader to prepare a composition for forming a solar cell electrode.
상기 태양전지 전극 형성용 조성물을 80Ω/sq.의 면저항을 가지는 웨이퍼(Wafer) 전면에 일정한 패턴으로 스크린 프린팅하여 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 웨이퍼의 후면에 알루미늄 페이스트를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 980℃에서 40초간 소성을 행하였으며, 이렇게 제조 완료된 Cell은 태양전지효율 측정장비(Pasan社, CT-801)를 사용하여 변환효율(%), 직렬 저항(mΩ)을 측정한 후, 전극에 플럭스(flux)를 바른 후 인두기(HAKKO社)로 300 내지 400℃에서 리본과 접합시켰다. 이후 박리각 180°조건에서 장력기(Tinius olsen社)를 사용하여 50 mm/min의 신장속도로 접착 강도(N/mm)를 측정하였다. 측정한 변환효율, 직렬 저항 및 접착 강도를 하기 표 2에 나타내었다. The composition for forming the solar cell electrode was screen-printed on a front surface of a wafer having a sheet resistance of 80? / Sq. In a predetermined pattern, and dried using an infrared drying furnace. Thereafter, aluminum paste was printed on the rear surface of the wafer and dried in the same manner. The cells thus formed were sintered at 980 ° C. for 40 seconds using a belt-type sintering furnace. The thus-prepared cells were subjected to conversion efficiency (%), serial After measuring the resistance (m?), The electrode was subjected to flux and then bonded to the ribbon at 300 to 400 占 폚 with a soldering iron (HAKKO). Then, the adhesive strength (N / mm) was measured at a stretching angle of 180 ° using a tension device (Tinius Olsen) at a stretching speed of 50 mm / min. The measured conversion efficiency, series resistance and adhesive strength are shown in Table 2 below.
실시예 2 - 3 및 비교예 1 - 5Examples 2 to 3 and Comparative Examples 1 to 5
하기 표 1의 함량으로 제조된 유리 프릿을 하기 표 2에 따라 그 종류를 선택하여 태양전지 전극 형성용 조성물을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였으며, 물성을 측정하여 하기 표 2에 함께 나타내었다. The glass frit prepared in the contents shown in the following Table 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that its kind was selected according to the following Table 2 to prepare a composition for forming a solar cell electrode. Table 2 together.
M2O 총량
(wt%)In glass frit
M 2 O Total
(wt%)
(mΩ)Series resistance
(mΩ)
(N/mm)Adhesive strength
(N / mm)
(WT%)content
(WT%)
(WT%)content
(WT%)
상기 표 2의 결과에서 보듯이, 알칼리 금속 산화물을 포함하는 2종의 유리 프릿을 사용한 실시예 1 내지 3은 알칼리 금속 산화물을 포함하는 1종의 유리 프릿만을 사용한 비교예 1 내지 4 및 알칼리 금속 산화물을 포함하는 2종의 유리 프릿을 사용하였으나 유리 프릿 내 알칼리 금속 산화물의 총량이 3중량% 미만인 비교예 5에 비하여 직렬저항이 낮고 변환효율이 우수하며, 접착력이 충분히 확보된 것을 확인할 수 있다.As shown in the results of Table 2 above, Examples 1 to 3 using two kinds of glass frit containing alkali metal oxides were compared with Comparative Examples 1 to 4 using only one kind of glass frit containing alkali metal oxide, Was used. However, as compared with Comparative Example 5 in which the total amount of the alkali metal oxides in the glass frit was less than 3% by weight, it was confirmed that the series resistance was low, the conversion efficiency was excellent, and the adhesive strength was sufficiently secured.
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.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (12)
상기 제1 및 제2 유리 프릿은 알칼리 금속 산화물을 각각 포함하며,
제1 및 제2 유리 프릿 전체 중량 대비 알칼리 금속 산화물을 3 내지 8 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
Silver powder; First and second glass frit; And an organic vehicle,
Wherein the first and second glass frit each comprise an alkali metal oxide,
Wherein the composition comprises 3 to 8% by weight of an alkali metal oxide based on the total weight of the first and second glass frit.
상기 제1 유리 프릿은 산화납(PbO), 산화텔루륨(TeO2), 및 제1 알칼리 금속 산화물(M12O)을 포함하는 유리 프릿이며,
상기 제2 유리 프릿은 산화비스무스(Bi2O3), 산화텔루륨(TeO2), 및 제2 알칼리 금속 산화물(M22O)을 포함하는 유리 프릿인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
The first glass frit is a glass frit containing lead oxide (PbO), oxide tellurium (TeO 2), and the first alkali metal oxide (M1 2 O),
Wherein the second glass frit is a glass frit comprising bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), tellurium oxide (TeO 2 ), and a second alkali metal oxide (M 2 O) .
제1 유리 프릿은 산화납(PbO) 30 내지 70중량%, 산화텔루륨(TeO2) 20 내지 60중량%, 및 제1 알칼리 금속 산화물(M12O) 0.1 내지 8중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
3. The method of claim 2,
The first glass frit is characterized in that it comprises a lead oxide (PbO) 30 to 70% by weight, oxide tellurium (TeO 2) 20 to 60% by weight, and the first alkali metal oxide (M1 2 O) 0.1 to 8% by weight By weight based on the total weight of the composition.
제2 유리 프릿은 산화비스무스(Bi2O3) 30 내지 70중량%, 산화텔루륨(TeO2) 20 내지 60중량%, 및 제2 알칼리 금속 산화물(M22O) 0.1 내지 8중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
3. The method of claim 2,
The second glass frit comprises from 30 to 70% by weight of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), from 20 to 60% by weight of tellurium oxide (TeO 2 ) and from 0.1 to 8% by weight of a second alkali metal oxide (M2 2 O) Wherein the solar cell electrode composition is a composition for forming a solar cell electrode.
제1 알칼리 금속 산화물(M12O)과 제2 알칼리 금속 산화물(M22O)은 서로 상이한 금속산화물인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
3. The method of claim 2,
A first alkali metal oxide (M1 2 O) and the second alkali metal oxide (M2 O 2) is for the solar cell electrode-forming composition, characterized in that different metal oxide other.
제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 1 : 0.5 내지 1 : 2의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the first glass frit and the second glass frit are contained in a weight ratio of 1: 0.5 to 1: 2.
제1 유리 프릿과 제2 유리 프릿은 산화규소(SiO2), 산화바륨(BaO), 산화바나듐(V2O5), 산화인(P2O5), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2), 산화붕소(B2O3), 산화스트론튬(SrO), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO), 산화인듐(In2O3), 산화니켈(NiO), 산화구리(Cu2O or CuO), 산화안티몬(Sb2O3, Sb2O4 또는 Sb2O5), 산화게르마늄(GeO2), 산화갈륨(Ga2O3), 산화칼슘(CaO), 산화비소(As2O3), 산화코발트(CoO or Co2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화망간(MnO, Mn2O3 or Mn3O4) 및 산화알루미늄(Al2O3)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
The first glass frit and the second glass frit are made of a material selected from the group consisting of silicon oxide (SiO 2 ), barium oxide (BaO), vanadium oxide (V 2 O 5 ), phosphorus oxide (P 2 O 5 ), magnesium oxide (MgO) CeO 2), boron oxide (B 2 O 3), strontium (SrO), molybdenum oxide (MoO 3), titanium oxide (TiO 2), tin oxide (SnO), indium oxide (In 2 O 3), nickel oxide (NiO), copper oxide (Cu 2 O or CuO), antimony oxide (Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 or Sb 2 O 5 ), germanium oxide (GeO 2 ), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) (CaO), arsenic oxide (As 2 O 3 ), cobalt oxide (CoO or Co 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), manganese oxide (MnO, Mn 2 O 3 or Mn 3 O 4 ) And at least one metal oxide selected from the group consisting of Al 2 O 3 .
상기 알칼리 금속 산화물은 산화리튬, 산화칼륨, 산화나트륨, 산화세슘, 및 산화루비듐으로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the alkali metal oxide is a metal oxide selected from the group consisting of lithium oxide, potassium oxide, sodium oxide, cesium oxide, and rubidium oxide.
상기 은 분말 60 내지 95 중량%; 상기 제1 및 제2 유리 프릿 0.5 내지 20 중량%; 및 상기 유기 비히클 1 내지 30 중량%;를 포함하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
60 to 95 wt% of the silver powder; 0.5 to 20% by weight of said first and second glass frit; And 1 to 30% by weight of the organic vehicle.
상기 제1 및 제2 유리 프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the first and second glass frit have an average particle diameter (D50) of 0.1 to 10 mu m.
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 전극 형성용 조성물.
The method according to claim 1,
Wherein the composition further comprises at least one additive selected from the group consisting of dispersing agents, thixotropic agents, plasticizers, viscosity stabilizers, defoamers, pigments, ultraviolet stabilizers, antioxidants and coupling agents .
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