KR20160048313A - 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 - Google Patents

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극 Download PDF

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구현진
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Abstract

본 발명은 은(Ag) 분말; 은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리프릿; 및 유기비히클;을 포함하고, 상기 유리프릿은 Ag와 Te의 몰비가 1 : 0.1 내지 1 : 50이며, Ag와 Cr의 몰비가 1 : 0.01 내지 1 : 30인 태양전지 전극 형성용 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물로 제조된 태양전지 전극은 접촉 저항(Rc)과 직렬 저항(Rs)이 최소화되어 Fill Factor 및 변환효율이 우수하다.

Description

태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극{COMPOSITION FOR FORMING SOLAR CELL ELECTRODE AND ELECTRODE PREPARED USING THE SAME}
본 발명은 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극에 관한 것이다.
태양전지는 태양광의 포톤(photon)을 전기로 변환시키는 pn 접합의 광전 효과를 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 태양전지는 pn 접합이 구성되는 반도체 웨이퍼 또는 기판 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 태양전지 전극 형성용 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 있으며, 변환효율을 증가시키기 위해 태양전지의 면적을 점차 증가시키고 있는데, 이는 태양전지의 접촉저항을 높여 태양전지의 효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 웨이퍼와 접촉성을 향상하여 접촉저항(Rc)과 직렬저항(Rs)을 최소화시켜 변환효율이 우수한 태양전지 전극을 제조할 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물의 개발이 시급히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 전극과 웨이퍼 표면의 접촉성이 우수한 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 접촉저항과 직렬저항을 최소화할 수 있는 태양전지 전극 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 Fill Factor 및 변환효율이 우수한 태양전지 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물로 제조된 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 일 관점은 은(Ag) 분말; 은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리프릿; 및 유기비히클;을 포함하고, 상기 유리프릿은 Ag와 Te의 몰비가 1 : 0.1 내지 1 : 50이며, Ag와 Cr의 몰비가 1 : 0.01 내지 1 : 30인 태양전지 전극 형성용 조성물에 관한 것이다.
상기 유리프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 리튬(Li), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
상기 유리프릿은 유리프릿 전체 몰수 대비 은(Ag) 원소를 0.1 내지 50몰%포함할 수 있다.
상기 유리프릿이 포함하는 은(Ag) 원소는 시안화은, 질산은, 할로겐화은, 탄산은, 초산은, 및 산화은으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 은 화합물로부터 유래된 것일 수 있다.
상기 유리프릿은 상기 은 화합물 및 금속 산화물로부터 형성된 것이며, 상기 금속 산화물은 텔루륨 산화물 및 크롬 산화물을 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물은 납(Pb), 비스무스(Bi), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Se), 철(Fe), 규소(Si), 리튬(Li), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al)의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 더 포함할 수 있다.
상기 조성물은 상기 은 분말 60 내지 95 중량%; 상기 유리프릿 0.1 내지 20 중량%; 및 상기 유기비히클 1 내지 30 중량%를 포함할 수 있다.
상기 유리프릿은 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 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극에 관한 것이다.
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 이온 분해온도가 1200℃ 이하인 은 화합물을 유리프릿에 도입하여 전극과 웨이퍼와 접촉성을 개선하였으며, 상기 조성물로 제조된 태양전지 전극은 접촉저항(Rc)과 직렬저항(Rs)이 최소화되어 Fill Factor 및 변환효율이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 태양전지의 구조를 간략히 도시한 개략도이다.
태양전지 전극 형성용 조성물
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 은(Ag) 분말; 은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리프릿; 및 유기비히클;을 포함하고, 상기 유리프릿은 Ag와 Te의 몰비가 1 : 0.1 내지 1 : 50이며, Ag와 Cr의 몰비가 1 : 0.01 내지 1 : 30일 수 있다. 본 명세서에 몰비는 각 금속원소의 원소 몰비를 의미한다. 이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
(A) 은 분말
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 수도 있다.
은 분말은 입자 형상이 구형, 판상, 무정형 형상을 가질 수 있다
은 분말은 평균입경(D50)은 바람직하게는 0.1㎛ 내지 10㎛이며, 더 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.
은 분말은 조성물 전체 중량 대비 60 내지 95 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 저항의 증가로 변환 효율이 낮아지는 것을 막을 수 있고, 유기비히클 양의 상대적인 감소로 페이스트화가 어려워지는 것을 막을 수 있다. 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함될 수 있다.
(B) 유리프릿
유리프릿(glass frit)은 태양전지 전극 형성용 조성물의 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 유리프릿을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유리프릿은 은(Ag) 화합물 및 금속 산화물로부터 형성된 것이다. 구체적으로, 본 발명의 유리프릿은 은(Ag) 이온으로 분해되는 온도가 1200℃ 이하인 은 화합물 및 금속 산화물을 혼합, 용융, 분쇄하여 제조될 수 있다. 상기 금속 산화물은 1종 이상일 수 있다.
상기 은 화합물은 이온결합 화합물로서 시안화은(AgCN), 질산은(AgNO3), 할로겐화은(Ag-X), 탄산은(Ag2CO3), 초산은(AgC2H3O2), 산화은(Ag2O) 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 할로겐화은(Ag-X)에서, X는 요오드, 플루오르, 염소 또는 브롬일 수 있으며, 바람직하게는 요오드일 수 있다.
일 구체예로서, 상기 금속 산화물은 텔루륨 산화물 및 크롬 산화물을 포함할 수 있다.
다른 구체예로서, 상기 금속 산화물은 납(Pb), 비스무스(Bi), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 리튬(Li), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al)의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
일 구체예로서, 상기 은 화합물 및 금속 산화물로 제조된 본 발명의 유리프릿은 은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함할 수 있다.
상기 유리프릿 내에 존재하는 Ag : Te의 몰비는 1 : 0.1 내지 1 : 50일 수 있고, 바람직하게는 1 : 0.5 내지 1 : 40 일 수 있다. Ag : Te의 몰비가 1 : 50을 초과하여 Te가 과량으로 포함되는 경우에는 유리(glass) 내에 Ag의 함량이 상대적으로 적어 효과가 미미하며, Ag : Te의 몰비가 1 : 0.1을 초과하여 Ag가 과량으로 포함되는 경우에는 유리 본연의 특성을 저하시킬 수 있다.
또한, 상기 유리프릿 내에 존재하는 Ag와 Cr의 몰비는 1 : 0.01 내지 1 : 30일 수 있고, 바람직하게는 1 : 0.1 내지 1 : 20 일 수 있다. Ag : Cr의 몰비가 1 : 30을 초과하여 크롬(Cr)이 과량으로 포함되는 경우에는 유리(glass) 내에 은(Ag)의 함량이 상대적으로 적어 효과가 미미하며, Ag : Cr의 몰비가 1 : 0.1을 초과하여 은(Ag)이 과량으로 포함되는 경우에는 유리 본연의 특성을 저하시킬 수 있다.
다른 구체예로서, 상기 유리프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 리튬(Li), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 아연(Zn) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유리프릿은 유리프릿 전체 몰수 대비 은 원소를 0.1 내지 50 몰% 함유할 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 40 몰% 함유할 수 있다.
상기 유리프릿이 포함하는 각 금속 원소의 함량은 유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES; Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometer)에 의하여 측정될 수 있다. 상기 유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES)은 매우 적은 양의 시료를 사용하므로 시료 준비 시간을 단축할 수 있고, 시료 전처리에 의한 오차를 줄일 수 있으며 분석 감도가 우수한 이점이 있다.
구체적으로, 상기 유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES)은 시료를 전처리 하는 단계, 표준용액을 준비하는 단계, 및 측정 대상 원소의 농도를 측정 및 환산하여 유리프릿 내 존재하는 각 원소의 함량을 정밀하게 측정할 수 있다.
상기 시료를 전처리하는 단계는 시료인 유리프릿을 용해할 수 있는 산성용액을 이용하여 시료를 적당량 용해하고 가열하여 시료를 탄화시킬 수 있다. 상기 산성용액은 예로서 황산(H2SO4) 용액 등을 사용할 수 있다.
상기 탄화된 시료는 증류수, 과산화수소(H2O2) 등의 용매로 분석대상 원소의 분석농도 범위까지 적당히 희석할 수 있다. 상기 분석농도 범위는 적용되는 ICP-OES 기기의 원소 검출능력을 고려하여 약 10,000배까지 희석된 상태로 사용할 수 있다.
상기 전처리된 시료는 ICP-OES 기기로 측정시 표준용액, 예를 들면, 원소 측정용 분석대상 원소의 표준용액으로 교정(calibration)할 수 있다.
예로서, 상기 표준용액을 ICP-OES 측정기기에 도입하여 외부 표준법(external standard method)으로 검정곡선(calibration curve)을 작성한 후 상기 ICP-OES 측정기기로 전처리된 시료의 분석대상 금속 원소의 농도(ppm)를 측정한 후 환산하여 유리프릿 내 각 원소의 몰비를 계산할 수 있다.
상기 유리프릿은 통상의 방법을 사용하여 상기 기술된 은 화합물 및 금속 산화물로부터 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 은 화합물 및 금속 산화물의 조성으로 혼합한다. 혼합은 볼 밀(ball mill) 또는 플라네터리 밀(planetary mill)을 사용하여 혼합할 수 있다. 혼합된 조성물을 800℃ 내지 1300℃의 조건에서 용융시키고, 25℃에서 ?칭(quenching)한다. 얻은 결과물을 디스크 밀(disk mill), 플라네터리 밀 등에 의해 분쇄하여 유리프릿을 얻을 수 있다.
상기 유리프릿은 평균입경(D50)이 0.1 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으며, 상기 유리프릿의 형상은 구형이어도 부정형상이어도 무방하다.
상기 유리프릿은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 범위로 함유되는 경우, 다양한 면저항 하에서 pn 접합 안정성을 확보할 수 있고 직렬저항 값을 최소화시킬 수 있으며, 종국적으로 태양전지의 효율을 개선할 수 있다.
(C) 유기비히클
유기비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물의 무기성분과 기계적 혼합을 통하여 조성물에 인쇄에 적합한 점도 및 유변학적 특성을 부여한다.
상기 유기비히클은 통상적으로 태양전지 전극 형성용 조성물에 사용되는 유기비히클이 사용될 수 있는데, 통상 바인더 수지와 용매 등을 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지 등을 사용할 수 있으며 에틸 셀룰로오스가 일반적으로 사용되는 수지이다. 그러나, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스, 니트로 셀룰로오스, 에틸 셀룰로오스와 페놀 수지의 혼합물, 알키드 수지, 페놀계 수지, 아크릴산 에스테르계 수지, 크실렌계 수지, 폴리부텐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 요소계 수지, 멜라민계 수지, 초산비닐계 수지, 목재 로진(rosin) 또는 알콜의 폴리메타크릴레이트 등을 사용할 수도 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 유기비히클은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 대비 1 내지 30 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 충분한 접착강도와 우수한 인쇄성을 확보할 수 있다.
(D) 첨가제
본 발명의 태양전지 전극 형성용 조성물은 상기에서 기술한 구성 요소 외에 유동 특성, 공정 특성 및 안정성을 향상시키기 위하여 필요에 따라 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 분산제, 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제, 커플링제 등을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이들은 태양전지 전극 형성용 조성물 전체 중량 대비 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있지만 필요에 따라 함량을 변경할 수 있다.
태양전지 전극 및 이를 포함하는 태양전지
본 발명의 다른 관점은 상기 태양전지 전극 형성용 조성물로부터 형성된 전극 및 이를 포함하는 태양전지에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 태양전지의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, p층(또는 n층)(101) 및 에미터로서의 n층(또는 p층)(102)을 포함하는 웨이퍼(100) 또는 기판 상에, 전극 형성용 조성물을 인쇄하고 소성하여 후면 전극(210) 및 전면 전극(230)을 형성할 수 있다. 예컨대, 전극 형성용 조성물을 웨이퍼의 후면에 인쇄 도포한 후, 대략 200℃ 내지 400℃ 온도로 대략 10 내지 60초 정도 건조하여 후면 전극을 위한 사전 준비 단계를 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 전면에 전극 형성용 조성물을 인쇄한 후 건조하여 전면 전극을 위한 사전 준비단계를 수행할 수 있다. 이후에, 400℃ 내지 950℃, 바람직하게는 700℃ 내지 950℃에서 약 30초 내지 180초 소성하는 소성 과정을 수행하여 전면 전극 및 후면 전극을 형성할 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 1-72 및 비교예 1-4
실시예 1
유기 바인더로서 에틸셀룰로오스 (Dow chemical company, STD4) 3.0 중량%를 용매인 부틸 카비톨 (Butyl Carbitol) 6.5 중량%에 60℃에서 충분히 용해한 후 평균입경이 2.0㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-4-8) 86.90 중량%, 은 화합물로 탄산은(Ag2CO3, Acros社)을 사용하고 하기 표 1의 조성으로 제조된 유리프릿 3.1 중량%, 첨가제로서 분산제 BYK102(BYK-chemie) 0.2 중량% 및 요변제 Thixatrol ST (Elementis co.) 0.3 중량% 투입하여 골고루 믹싱 후 3롤 혼련기로 혼합 분산시켜 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예 2 내지 15
하기 표 1의 조성으로 제조된 유리프릿을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예 16 내지 27
은 화합물로 요오드화은(AgI, Sigma-Aldrich社)을 사용하고 하기 표 2의 조성으로 제조된 유리프릿을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예 28 내지 42
은 화합물로 질산은(AgNO3, Daejung社)을 사용하고 하기 표 3의 조성으로 제조된 유리프릿을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예 43 내지 54
은 화합물로 산화은(Ag2O, Acros社)을 사용하고 하기 표 4의 조성으로 제조된 유리프릿을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
실시예 55 내지 72
은 화합물로 시안화은(AgCN, Sigma-Aldrich社)을 사용하고 하기 표 5의 조성으로 제조된 유리프릿을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
비교예 1 내지 4
하기 표 6 내지 8의 조성으로 제조된 유리프릿을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 태양전지 전극 형성용 조성물을 준비하였다.
유도결합플라즈마-원자방출분광법(ICP-OES)을 이용한 유리프릿 내 Ag : Te 및 Ag : Cr의 몰비 측정
시료의 전처리 : 분석대상 시료인 유리프릿 0.5g을 비커에 담고 0.0001g 단위까지 정확하게 칭량한다. 시료가 담겨진 비커에 황산(H2SO4) 5ml를 투입 후 열판(hot plate)를 이용하여 220℃에서 3시간 동안 가열하여 시료를 완전히 탄화시켰다. 탄화된 시료가 담겨진 비커가 투명하게 될 때까지 과산화수소(H2O2)를 투입하여 전처리를 완료하였다.
표준용액의 준비 : 분석대상인 은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소의 표준용액을 각각 준비하였다.
금속성분의 몰비 측정 : 전처리가 완료된 시료가 담겨진 비커에 질산(HNO3)을 투입하여 5분간 가열 후 공냉하였다. 준비된 표준용액을 ICP-OES 측정기기(PerkinElmer社)에 도입하여 외부 표준법(external standard method)으로 검정곡선(calibration curve)을 작성한 후 상기 ICP-OES 측정기기로 시료 내에 포함되는 분석대상 원소인 은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr)의 원소 농도(ppm)를 각각 측정한 후 환산하여 유리프릿 내 Ag : Te 및 Ag : Cr의 몰비를 계산하였다. 결과값은 하기 표 9에 각각 나타내었다.
각 원소의 함량(%) = 각 원소의 농도(ppm)×Dilution Factor(DF)/10000
각 원소의 mole = 각 원소의 함량 / 각 원소의 분자량
Ag : Te의 몰비(mole ratio) = 1 : (Te의 mole/Ag의 mole)
Ag : Cr의 몰비(mole ratio) = 1 : (Cr의 mole/Ag의 mole)
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgCO3 PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
실시예　1 5 - 40 42 - 2 - - 6 2 - - - - 3 - 100
실시예　2 10 - 30 42 - 2 - - 8 5 3 - - - - - 100
실시예　3 30 - 20 32 - 2 - - 5 8 - 3 - - - - 100
실시예　4 5 40 - 48 - 2 - - 2 3 - - - - - - 100
실시예　5 10 13 - 67 - 2 - 3 - 5 - - - - - - 100
실시예　6 27 20 - 40 - 4 - - 6 3 - - - - - - 100
실시예　7 4 - 40 40 10 4 - - - 2 - - - - - - 100
실시예　8 13 - 30 45 - - 3 3 - 6 - - - - - - 100
실시예　9 26 - 5 53 - - 3 - - 9 - - 2 - - 2 100
실시예10 3 24 - 63 - 3 2 - s 2 - 3 - - - - 100
실시예11 18 35 - 34 - 2 - - - 11 - - - - - - 100
실시예12 22 30 - 27 - 2 - 8 - 5 4 2 - - - - 100
실시예13 7 - 14 47 3 6 3 3 - 7 - 2 - 5 3 - 100
실시예14 14 - 27 42 - 2 - 3 - 7 - - - 2 3 - 100
실시예15 25 - 20 37 - 3 - 8 - 4 - - - - 3 - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgI PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
실시예16 6 40 - 41 - 6 - 3 - 2 - 2 - - - - 100
실시예17 13 35 - 33 - 2 - 3 - 9 - 3 2 - - - 100
실시예18 22 20 - 29 - 3 - 8 - 7 - 3 2 - - 6 100
실시예19 4 13 - 62 - 2 - - - 17 - - 2 - - - 100
실시예20 21 - 5 45 - 2 - 3 - 12 - 3 2 2 5 - 100
실시예21 29 12 - 39 - 2 - 8 - 5 - 2 - - 3 - 100
실시예22 6 - 34 50 - 2 - 2 - 5 1 - - - - - 100
실시예23 15 - 29 42 - 5 - 2 - 6 - - 1 - - - 100
실시예24 30 - 13 40 - 2 - 5 - 7 - 3 - - - - 100
실시예25 4 40 16 21 6 2 - 2 5 4 - - - - - - 100
실시예26 11 35 24 10 5 2 - 2 2 9 - - - - - - 100
실시예27 32 23 - 28 2 2 - 5 3 5 - - - - - - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgNO3 PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
실시예28 5 40 - 40 - 2 - 2 - 3 - - - - - 8 100
실시예29 15 - 17 48 - 2 - 2 - 2 - - - - - 14 100
실시예30 30 - 12 38 - 2 - 5 - 7 - - - - - 6 100
실시예31 3 - 40 42 - 2 - 2 - 5 - - 3 - 3 - 100
실시예32 16 - 21 42 - 10 - 3 - 5 3 - - - - - 100
실시예33 28 - 17 32 - 7 - 8 - 5 - 3 - - - - 100
실시예34 4 27 - 53 - 2 - 3 - 8 - - - 3 - - 100
실시예35 16 19 - 45 - 2 3 3 - 12 - - - - - - 100
실시예36 31 20 - 37 - 2 - 8 - 2 - - - - - - 100
실시예37 5 - 21 50 - 2 - 3 - 15 - - 3 1 - - 100
실시예38 10 - 32 48 - 2 - 3 - 3 - - - 2 - - 100
실시예39 38 - - 55 - - 2 2 - 3 - - - - - - 100
실시예40 5 33 - 42 - 9 - 3 - 5 - - - - 3 - 100
실시예41 10 35 - 37 - 2 - 3 2 5 3 - - - - 3 100
실시예42 27 30 - 22 - 2 - 8 - 5 - 3 3 - - - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 Ag2O PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
실시예43 4 - 40 36 - 2 - 3 - 9 - 2 3 1 - - 100
실시예44 8 - 35 34 - 2 - 3 2 8 - 3 5 - - - 100
실시예45 11 14 20 27 - 2 - 8 - 13 - - 3 2 - - 100
실시예46 2 5 - 61 - 2 - 3 - 25 2 - - - - - 100
실시예47 5 32 13 37 - - 2 3 - 8 - - - - - - 100
실시예48 10 30 12 21 - 2 - 8 3 9 - 2 3 - - - 100
실시예49 5 2 35 45 - 2 - 3 - 5 - - - - 3 - 100
실시예50 7 7 35 37 - 2 - 3 - 5 3 1 - - - - 100
실시예51 10 22 18 32 - 2 - 8 - 5 - 3 - - - - 100
실시예52 3 14 - 74 - 2 - 3 - 4 - - - - - - 100
실시예53 9 10 - 71 - 2 - 3 - 5 - - - - - - 100
실시예54 11 17 3 51 2 2 3 8 - 3 - - - - - - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgCN PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
실시예55 3 8 - 44 - 2 - 3 10 23 - - 2 - 5 - 100
실시예56 21 - - 47 - 2 - 3 10 10 7 - - - - - 100
실시예57 36 8 7 34 - 2 - - - 5 - 3 5 - - - 100
실시예58 5 - 31 50 - 2 - 2 - 9 1 - - - - - 100
실시예59 13 - 32 45 - 2 - 2 - 5 - - 1 - - - 100
실시예60 24 - 30 33 - 2 - 5 - 3 - 3 - - - - 100
실시예61 4 34 - 50 - 2 - 3 - 7 - - - - - - 100
실시예62 11 35 - 44 - 2 - 3 - 5 - - - - - - 100
실시예63 32 13 - 40 - 2 - 8 - 5 - - - - - - 100
실시예64 6 - - 47 - 5 2 3 3 18 - 5 3 - - 8 100
실시예65 15 - 10 40 - 7 - 3 5 11 - 5 4 - - - 100
실시예66 30 15 16 30 - 2 - - - 7 - - - - - - 100
실시예67 3 - 37 50 - 2 - 2 - 5 1 - - - - - 100
실시예68 16 - 29 44 - 2 - 2 - 6 　 - 1 - - - 100
실시예69 28 - 29 40 - 1 - - - 2 - - - - - - 100
실시예70 4 37 - 40 - 2 - 2 9 4 - - 2 - - - 100
실시예71 16 8 - 54 - 2 - 2 9 2 - 3 4 - - - 100
실시예72 27 5 - 60 - 2 - - - 2 - - - 4 - - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgCO3 PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
비교예　1 0.2 - 24.8 62 - 7 - - 3 - 2 1 - - - - 100
비교예　2 - - 14 52 - 7 - 7 - 12 - 5 3 - - - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgNO3 PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
비교예　3 2 - 27 60 - 4 - 4 - - - 3 - - - - 100
유리프릿의 조성(단위 : 중량%)
　 AgI PbO Bi2O3 TeO2 P2O5 Li2CO3 Na2CO3 SiO2 ZnO Cr2O3 WO3 Nd2O3 MgO SnO SrO Sb2O3 Total
비교예　4 9 -- 20 53.9 - 5 - - - 0.1 2 - 5 5 - - 100
　 몰비　
(Ag : Te)		 몰비　
(Ag : Cr)		 　 몰비　
(Ag : Te)		 몰비　
(Ag : Cr)
실시예　7 1 : 16.98 1 : 0.75 실시예37 1 : 13.51 1 : 3.60
실시예　8 1 : 6.19 1 : 0.70 실시예38 1 : 6.52 1 : 0.34
실시예　9 1 : 3.71 1 : 0.54 실시예39 1 : 1.90 1 : 0.09
실시예10 1 : 37.56 1 : 1.11 실시예40 1 : 11.23 1 : 1.21
실시예11 1 : 3.19 1 : 1.00 실시예41 1 : 5.02 1 : 0.65
실시예12 1 : 2.20 1 : 0.34 실시예42 1 : 1.19 1 : 0.22
비교예　3 1 : 40.60 - 　 　 　
직렬저항(Rs), Fill Factor 및 Efficiency 측정방법
상기 실시예 및 비교예에 따른 태양전지 전극 형성용 조성물을 결정계 모노 웨이퍼(Wafer) 전면에 일정한 패턴으로 스크린 프린팅 하여 인쇄하고, 적외선 건조로를 사용하여 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 알루미늄 페이스트를 후면 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 700 내지 950℃ 온도 범위에서 30초 내지 180초 동안 소성하였으며, 이렇게 제조 완료된 셀(Cell)은 태양전지효율 측정장비 (Pasan社, CT-801)를 사용하여 태양전지의 직렬저항(Rs), Fill Factor (FF, %) 및 변환효율(%)을 측정하여 하기 표 10 내지 표 12에 각각 나타내었다.
　 직렬저항(mΩ) Fill Factor(%) Efficiency(%)
실시예　1 3.32 77.92 16.92
실시예　2 2.94 78.51 17.34
실시예　3 2.65 79.22 17.75
실시예　4 3.22 78.00 17.01
실시예　5 2.91 78.63 17.38
실시예　6 2.75 78.94 17.59
실시예　7 3.07 78.23 17.22
실시예　8 2.92 78.58 17.37
실시예　9 2.72 79.10 17.69
실시예10 3.26 77.97 16.96
실시예11 2.94 78.56 17.37
실시예12 2.64 79.23 17.75
실시예13 3.31 77.93 16.94
실시예14 2.98 78.45 17.30
실시예15 2.72 79.09 17.68
실시예16 3.37 77.92 16.89
실시예17 2.87 78.68 17.43
실시예18 2.81 78.83 17.52
실시예19 3.12 78.10 17.14
실시예20 2.97 78.50 17.34
실시예21 2.74 79.01 17.63
실시예22 3.12 78.15 17.15
실시예23 2.87 78.74 17.44
실시예24 2.67 79.14 17.71
실시예25 3.18 78.04 17.04
실시예26 2.87 78.73 17.44
실시예27 2.75 79.00 17.62
　 직렬저항(mΩ) Fill Factor(%) Efficiency(%)
실시예28 3.38 77.85 16.87
실시예29 2.91 78.59 17.37
실시예30 2.82 78.81 17.52
실시예31 3.07 78.32 17.23
실시예32 2.73 79.05 17.64
실시예33 2.58 79.43 17.81
실시예34 3.27 77.94 16.94
실시예35 2.94 78.58 17.37
실시예36 2.75 78.95 17.61
실시예37 3.34 77.92 16.90
실시예38 2.98 78.48 17.31
실시예39 2.65 79.18 17.74
실시예40 3.39 77.78 16.85
실시예41 2.98 78.46 17.30
실시예42 2.73 79.08 17.67
실시예43 3.20 78.00 17.03
실시예44 2.86 78.78 17.46
실시예45 2.72 79.09 17.68
실시예46 3.16 78.06 17.06
실시예47 2.85 78.80 17.50
실시예48 2.70 79.13 17.70
실시예49 3.13 78.07 17.09
실시예50 2.86 78.78 17.48
실시예51 2.76 78.90 17.58
실시예52 3.11 78.17 17.19
실시예53 2.86 78.77 17.45
실시예54 2.60 79.26 17.76
실시예55 3.25 77.98 16.99
실시예56 2.82 78.81 17.50
실시예57 2.56 79.44 17.83
　 직렬저항(mΩ) Fill Factor(%) Efficiency(%)
실시예58 3.15 78.06 17.08
실시예59 2.94 78.55 17.36
실시예60 2.62 79.24 17.75
실시예61 3.04 78.33 17.24
실시예62 2.87 78.70 17.43
실시예63 2.42 79.53 17.99
실시예64 3.07 78.33 17.24
실시예65 2.83 78.80 17.50
실시예66 2.58 79.33 17.80
실시예67 3.12 78.09 17.09
실시예68 2.87 78.72 17.44
실시예69 2.73 79.06 17.65
실시예70 3.08 78.18 17.22
실시예71 2.86 78.76 17.44
실시예72 2.60 79.29 17.77
비교예　1 4.53 76.65 16.29
비교예　2 4.62 76.36 16.16
비교예　3 4.44 76.65 16.48
비교예　4 3.98 77.05 16.70
상기 표 10 내지 표 12의 결과에서 확인할 수 있듯이, 유리프릿 내 Ag와 Te의 몰비가 1 : 0.1 내지 1 : 50이며, Ag와 Cr의 몰비가 1 : 0.01 내지 1 : 30인 유리프릿을 포함하는 조성물로부터 제조된 실시예 1 내지 72의 전극은 몰비가 상기 범위를 벗어나는 비교예 1, 3, 4 및 은(Ag) 원소를 포함하지 않는 비교예 2의 전극에 비하여 직렬저항이 낮고, Fill Factor와 변환효율이 우수한 것을 확인할 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)

  1. 은(Ag) 분말;
    은(Ag), 텔루륨(Te) 및 크롬(Cr) 원소를 포함하는 유리프릿; 및
    유기비히클;을 포함하고,
    상기 유리프릿은 Ag와 Te의 몰비가 1 : 0.1 내지 1 : 50이며,
    Ag와 Cr의 몰비가 1 : 0.01 내지 1 : 30인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유리프릿은 납(Pb), 비스무스(Bi), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Ce), 철(Fe), 규소(Si), 리튬(Li), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Cs), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd), 크롬(Cr) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유리프릿은 유리프릿 전체 몰수 대비 은(Ag) 원소를 0.1 내지 50몰%포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유리프릿이 포함하는 은(Ag) 원소는 시안화은, 질산은, 할로겐화은, 탄산은, 초산은 및 산화은으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 은 화합물로부터 유래된 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유리프릿은 상기 은 화합물 및 금속 산화물로부터 형성된 것이며,
    상기 금속 산화물은 텔루륨 산화물 및 크롬 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 납(Pb), 비스무스(Bi), 인(P), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 세륨(Se), 철(Fe), 규소(Si), 리튬(Li), 텅스텐(W), 마그네슘(Mg), 세슘(Ce), 스트론튬(Sr), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 인듐(In), 바나듐(V), 루테늄(Ru), 바륨(Ba), 니켈(Ni), 구리(Cu), 나트륨(Na), 칼륨(K), 비소(As), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 망간(Mn), 네오디뮴(Nd), 크롬(Cr) 및 알루미늄(Al)의 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 은 분말 60 내지 95 중량%;
    상기 유리프릿 0.1 내지 20 중량%; 및
    상기 유기비히클 1 내지 30 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유리프릿은 평균입경(D50)이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 태양전지 전극 형성용 조성물.
  9. 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 전극 형성용 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 태양전지 전극 형성용 조성물로 제조된 태양전지 전극.
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