KR20180109825A - Conductive paste and solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
도전성 페이스트 및 태양 전지에 관한 것이다.Conductive pastes and solar cells.
태양 전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 소자로서, 무한정 무공해의 차세대 에너지 자원으로 각광받고 있다.The solar cell is a photoelectric conversion device that converts solar energy into electric energy, and is attracting attention as a next-generation energy resource with no pollution.
태양 전지는 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하며, 광활성층에서 태양 광 에너지를 흡수하면 반도체 내부에서 전자-정공 쌍(electron-hole pair, EHP)이 생성되고, 여기서 생성된 전자 및 정공이 n형 반도체 및 p형 반도체로 각각 이동하고 이들이 전극에 수집됨으로써 외부에서 전기 에너지로 이용할 수 있다.The solar cell includes a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. When the solar energy is absorbed in the photoactive layer, an electron-hole pair (EHP) is generated inside the semiconductor, Type semiconductor and a p-type semiconductor, respectively, and they are collected in the electrode, so that they can be used as electric energy from the outside.
태양 전지는 태양 에너지로부터 가능한 많은 전기 에너지를 출력할 수 있도록 효율을 높이는 것이 중요하다. 이러한 태양 전지의 효율을 높이기 위해서는 반도체 내부에서 가능한 많은 전자-정공 쌍을 생성하는 것도 중요하지만 생성된 전하를 손실됨 없이 외부로 끌어내는 것 또한 중요하다.Solar cells are important to increase efficiency so that they can output as much electrical energy as possible from solar energy. In order to increase the efficiency of such a solar cell, it is also important to generate as many electron-hole pairs as possible in the semiconductor, but it is also important to draw out generated charges without loss.
한편, 태양 전지의 전극은 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄(screen printing) 방법으로 형성될 수 있다.On the other hand, the electrode of the solar cell can be formed by a screen printing method using a conductive paste.
일 구현예는 전하의 손실을 줄이고 태양 전지의 효율을 개선할 수 있는 도전성 페이스트를 제공한다.One embodiment provides a conductive paste that can reduce the loss of charge and improve the efficiency of the solar cell.
다른 일 구현예는 상기 도전성 페이스트를 사용한 태양 전지를 제공한다.Another embodiment provides a solar cell using the conductive paste.
일 구현예에 따르면, 도전성 분말, 금속 유리(metallic glass) 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 제공한다.According to one embodiment, there is provided a conductive paste comprising a conductive powder, a metallic glass, and an organic vehicle.
상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.The metal glass may be at least one selected from the group consisting of copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), zirconium (Zr), iron (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), cobalt (Au), cerium (Ce), lanthanum (La), yttrium (Y), gallium (Gd), beryllium (Be), tantalum (Ta), gallium (Ga) (Hf), niobium (Nb), lead (Pb), platinum (Pt), silver (Ag), phosphorus (P), boron (B), silicon (Si), carbon (C) At least one selected from the group consisting of zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), erbium (Er), chromium (Cr), praseodymium (Pr), thulium Lt; / RTI >
상기 금속 유리는 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 철(Fe), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.The metal glass may be an alloy including at least one selected from the group consisting of copper (Cu), zirconium (Zr), nickel (Ni), iron (Fe), titanium (Ti), magnesium (Mg)
상기 금속 유리의 유리 전이 온도(Tg)는 규소와 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다.The glass transition temperature (Tg) of the metal glass may be lower than the eutectic temperature of silicon and the conductive powder.
상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융 온도는 규소와 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다.The eutectic temperature of the conductive powder and the metal glass may be lower than the eutectic temperature of silicon and the conductive powder.
규소와 상기 금속 유리의 공융 온도는 규소와 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다.The eutectic temperature of silicon and the metal glass may be lower than the eutectic temperature of silicon and the conductive powder.
상기 금속 유리는 상기 도전성 분말의 소결 온도에서 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재할 수 있다.The metal glass may be present as a solid, a supercooled liquid or a liquid at the sintering temperature of the conductive powder.
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The conductive powder may include silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or a combination thereof.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 50 내지 90 중량%, 약 1 내지 20 중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.The conductive powder, the metal glass, and the organic vehicle may be contained in an amount of about 50 to 90 wt%, about 1 to 20 wt%, and balance, respectively, based on the total amount of the conductive paste.
상기 도전성 페이스트는 유리 프릿을 더 포함할 수 있다.The conductive paste may further include a glass frit.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리, 상기 유리 프릿 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 50 내지 90 중량%, 약 1 내지 20 중량%, 약 1 내지 10 중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.The conductive powder, the metallic glass, the glass frit, and the organic vehicle may be contained in an amount of about 50 to 90% by weight, about 1 to 20% by weight, about 1 to 10% by weight and balance, respectively, based on the total amount of the conductive paste have.
다른 일 구현예에 따르면, 반도체 물질을 포함하는 반도체 층, 그리고 상기 도전성 페이스트를 사용하여 제조되고 상기 반도체층과 전기적으로 연결되는 전극을 포함하는 태양 전지를 제공한다.According to another embodiment, there is provided a solar cell including a semiconductor layer including a semiconductor material, and an electrode manufactured using the conductive paste and electrically connected to the semiconductor layer.
상기 전극은 상기 반도체층과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층, 그리고 상기 버퍼층 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 전극부를 포함할 수 있다.The electrode may include a buffer layer located in a region adjacent to the semiconductor layer, and an electrode portion located in an area other than the buffer layer and containing a conductive material.
상기 금속 유리의 유리 전이 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다. The glass transition temperature of the metal glass may be lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder.
상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다.The eutectic temperature of the conductive powder and the metal glass may be lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder.
상기 반도체 물질과 상기 금속 유리의 공융 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다.The eutectic temperature of the semiconductor material and the metal glass may be lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder.
상기 버퍼층은 유리 프릿을 더 포함할 수 있다.The buffer layer may further comprise glass frit.
상기 반도체 물질은 규소를 포함할 수 있다.The semiconductor material may comprise silicon.
상기 태양 전지는 상기 전극부와 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 도전성 분말과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제1 공융층을 더 포함할 수 있다.The solar cell may further include a first eutectic layer positioned between the electrode portion and the buffer layer and having the eutectic eutectic between the conductive powder and the metal glass.
상기 태양 전지는 상기 반도체 층과 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 반도체 물질과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제2 공융층을 더 포함할 수 있다.The solar cell may further include a second eutectic layer positioned between the semiconductor layer and the buffer layer and having the semiconductor material and the metal glass eutectic.
상기 제2 공융층은 유리 프릿이 함께 공융되어 있을 수 있다.The second eutectic layer may be glass frit together with eutectic.
상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.The metal glass may be at least one selected from the group consisting of copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), zirconium (Zr), iron (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), cobalt (Au), cerium (Ce), lanthanum (La), yttrium (Y), gallium (Gd), beryllium (Be), tantalum (Ta), gallium (Ga) (Hf), niobium (Nb), lead (Pb), platinum (Pt), silver (Ag), phosphorus (P), boron (B), silicon (Si), carbon (C) At least one selected from the group consisting of zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), erbium (Er), chromium (Cr), praseodymium (Pr), thulium Lt; / RTI >
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The conductive powder may include silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or a combination thereof.
상기 반도체 층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 p형 층 및 n형 불순물이 도핑되어 있는 n형 층을 포함하고, 상기 전극은 상기 p형 층에 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극 및 상기 n형 층에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함할 수 있다. Wherein the semiconductor layer comprises a p-type layer doped with a p-type impurity and an n-type layer doped with an n-type impurity, the electrode comprising a first electrode electrically connected to the p- And a second electrode electrically connected to the second electrode.
금속 유리를 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 전극을 형성함으로써 반도체 기판으로부터 전극으로 전하의 이동을 용이하게 하여 전하의 손실을 높이고 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다.By forming the electrode using the conductive paste containing the metal glass, the charge can be easily transferred from the semiconductor substrate to the electrode, thereby increasing the loss of charge and improving the efficiency of the solar cell.
도 1 및 도 2는 일 구현예에 따른 태양 전지에서 반도체 기판 위에 도전성 페이스트가 적용된 경우의 예를 보여주는 개략도이고,
도 3a 내지 도 3e는 도전성 페이스트가 적용된 반도체 기판이 승온될 때의 변화를 보여주는 개략도이고,
도 4는 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이고,
도 5는 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이고,
도 6은 또 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.FIGS. 1 and 2 are schematic views showing an example in which a conductive paste is applied on a semiconductor substrate in a solar cell according to an embodiment,
FIGS. 3A to 3E are schematic views showing changes in the temperature of the semiconductor substrate to which the conductive paste is applied,
4 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to one embodiment,
5 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment,
6 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment.
이하, 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
먼저 일 구현예에 따른 도전성 페이스트에 대하여 설명한다.First, a conductive paste according to one embodiment will be described.
일 구현예에 따른 도전성 페이스트는 도전성 분말(conductive powder), 금속 유리(metallic glass) 및 유기 비히클(organic vehicle)을 포함한다.The conductive paste according to one embodiment includes conductive powder, metallic glass, and organic vehicle.
도전성 분말은 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 알루미늄(Al) 함유 금속, 은 또는 은 합금과 같은 은(Ag) 함유 금속, 구리(Cu) 또는 구리 합금과 같은 구리(Cu) 함유 금속, 니켈(Ni) 또는 니켈 합금과 같은 니켈(Ni) 함유 금속 또는 이들의 조합일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 다른 종류의 금속일 수도 있으며 상기 금속 외에 다른 첨가물을 포함할 수도 있다. 도전성 분말은 약 0.1 내지 50㎛의 크기를 가질 수 있다.The conductive powder may be a metal containing aluminum (Al) such as aluminum or an aluminum alloy, a metal containing silver (Ag) such as silver or a silver alloy, a copper-containing metal such as copper (Cu) Nickel (Ni) -containing metals such as nickel alloys, or combinations thereof. However, it is not limited to this, and it may be a different kind of metal and may include other additives besides the metal. The conductive powder may have a size of about 0.1 to 50 mu m.
금속 유리는 두 개 이상의 원소를 포함하는 합금이 무질서한 원자 구조를 가지는 것으로, 비정질 금속(amorphous metal)이라고도 부른다. 금속 유리는 실리케이트(silicate)와 같은 일반 유리와 달리 비저항이 낮아 도전성을 나타낸다.A metal glass is also called an amorphous metal because an alloy containing two or more elements has a disordered atomic structure. Unlike ordinary glass such as silicate, metal glass has low resistivity and exhibits conductivity.
금속 유리는 전이 금속, 귀금속, 희토류 금속, 알칼리 토금속, 반금속(semimetal)의 합금 등의 조합으로 이루어질 수 있으며, 예컨대 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.The metal glass may be a combination of a transition metal, a noble metal, a rare earth metal, an alkaline earth metal, a semimetal alloy, or the like. Examples of the metal glass include Cu, Ti, Ni, Zr, (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), gold (Au), cerium (Ce), lanthanum (La) (Ag), gallium (Ga), aluminum (Al), hafnium (Hf), niobium (Nb), lead (Pb), platinum ), Phosphorus (P), boron (B), silicon (Si), carbon (C), tin (Sn), zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese ), Chromium (Cr), praseodymium (Pr), thulium (Tm), and combinations thereof.
금속 유리는 상기 나열된 금속 중 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 철(Fe), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.The metal glass may be an alloy including at least one selected from the group consisting of copper (Cu), zirconium (Zr), nickel (Ni), iron (Fe), titanium (Ti), magnesium have.
금속 유리는 예컨대 Cu50Zr50, Cu30Ag30Zr30Ti10, Cu43Zr43Al7Ag7, Cu46Zr46Al8, Cu58.1Zr35.9Al6, Ti50Ni15Cu32Sn3, Ti45Ni15Cu25Sn3Be7Zr5, Ni60Nb30Ta10, Ni61Zr20Nb7Al4Ta8, Ni57.5Zr35Al7.5, Zr41 . 2Ti13 . 8Ni10Cu12 . 5Be22 .5, Mg65Y10Cu15Ag5Pd5, Mm55Al25Ni20, La55Al25Ni10Cu10, Mg65Cu7 . 5Ni7 . 5Ag5Zn5Gd10, Mg65Cu15Ag10Y6Gd4, Fe77Nb6B17, Fe67Mo13B17Y3, Ca65Mg15Zn20, Ca66 . 4Al33 .6 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Examples of the metal glass include Cu 50 Zr 50 , Cu 30 Ag 30 Zr 30 Ti 10 , Cu 43 Zr 43 Al 7 Ag 7 , Cu 46 Zr 46 Al 8 , Cu 58.1 Zr 35.9 Al 6 , Ti 50 Ni 15 Cu 32 Sn 3 , Ti 45 Ni 15 Cu 25 Sn 3 Be 7 Zr 5 , Ni 60 Nb 30 Ta 10 , Ni 61 Zr 20 Nb 7 Al 4 Ta 8 , Ni 57.5 Zr 35 Al 7.5 , Zr 41 . 2 Ti 13 . 8 Ni 10 Cu 12 . 5 Be 22 .5, Mg 65 Y 10 Cu 15 Ag 5 Pd 5, Mm 55 Al 25 Ni 20, La 55 Al 25 Ni 10 Cu 10, Mg 65 Cu 7. 5 Ni 7 . 5 Ag 5 Zn 5 Gd 10, Mg 65 Cu 15 Ag 10 Y 6 Gd 4, Fe 77 Nb 6 B 17, Fe 67 Mo 13 B 17 Y 3, Ca 65 Mg 15 Zn 20, Ca 66. 4 Al 33 .6, or combinations thereof.
금속 유리는 유리 전이 온도(glass transition temperature, Tg) 이상에서 유리(glass)처럼 연화(softening)될 수 있다.The metal glass can soften like glass at a glass transition temperature (Tg) or higher.
이때, 금속 유리의 유리 전이 온도(Tg)는 예컨대 규소와 같은 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도(eutectic temperature)보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 승온시 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 상기 금속 유리가 연화될 수 있다.At this time, the glass transition temperature (Tg) of the metal glass may be lower than the eutectic temperature of the semiconductor material such as silicon and the conductive powder. Accordingly, the metal glass can be softened before the semiconductor material and the conductive powder are eutectic at the time of elevated temperature.
또한, 상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 승온시 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 도전성 분말과 금속 유리가 먼저 공융될 수 있다. The eutectic temperature of the conductive powder and the metal glass may be lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder. Accordingly, the conductive powder and the metal glass can be first eutectic before the semiconductor material and the conductive powder are eutectic at the time of heating.
또한 상기 반도체 물질과 상기 금속 유리의 공융 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮을 수 있다. 이에 따라, 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 상기 반도체 물질과 상기 금속 유리가 먼저 공융될 수 있다.The eutectic temperature of the semiconductor material and the metal glass may be lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder. Accordingly, the semiconductor material and the metal glass may be eutectic first before the semiconductor material and the conductive powder are eutectic.
상기 금속 유리는 상기 도전성 분말의 소결 온도에서 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재할 수 있다.The metal glass may be present as a solid, a supercooled liquid or a liquid at the sintering temperature of the conductive powder.
요컨대 반도체 물질로 만들어진 반도체 층 위에 상술한 도전성 페이스트를 적용하고 승온하는 경우, 금속 유리는 먼저 연화되어 상기 도전성 분말 및 반도체 층과의 접촉 면적을 넓힐 수 있으며, 금속 유리가 연화된 후에 금속 유리와 도전성 분말이 공융되고 금속 유리와 반도체 물질이 공융되며 반도체 물질과 도전성 분말이 공융될 수 있다.That is, when the above-described conductive paste is applied to a semiconductor layer made of a semiconductor material and the temperature is raised, the metal glass is first softened to widen the contact area with the conductive powder and the semiconductor layer. After the metal glass is softened, The powder is eutectic, the metallic glass and the semiconductor material are eutectic, and the semiconductor material and the conductive powder can be eutectic.
유기 비히클은 도전성 분말 및 금속 유리와 혼합되어 적절한 점도를 부여할 수 있는 유기 화합물 및 이들을 용해하는 용매를 포함한다. Organic vehicles include conductive powders and organic compounds that can be mixed with metallic glasses to give appropriate viscosity and solvents that dissolve them.
유기 화합물은 예컨대 (메타)아크릴레이트계 수지; 에틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스 수지; 페놀 수지; 알코올 수지; 테플론; 및 이들의 조합에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 계면활성제, 증점제 및 안정화제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. The organic compound includes, for example, a (meth) acrylate-based resin; Cellulosic resins such as ethylcellulose; Phenolic resin; Alcohol resin; Teflon; And combinations thereof, and may further comprise additives such as surfactants, thickeners, and stabilizers.
용매는 이들을 혼합할 수 있는 형태이면 공지의 용매를 사용할 수 있다.As the solvent, any known solvent may be used as long as the solvent can be mixed therewith.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 50 내지 90 중량%, 약 1 내지 20 중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.The conductive powder, the metal glass, and the organic vehicle may be contained in an amount of about 50 to 90 wt%, about 1 to 20 wt%, and balance, respectively, based on the total amount of the conductive paste.
상기 도전성 페이스트는 유리 프릿(glass frit)을 더 포함할 수 있다. The conductive paste may further include a glass frit.
유리 프릿은 절연막을 에칭하는 특성이 우수하여 태양 전지의 반사방지막과 같은 절연막의 상부에 도전성 페이스트를 사용하여 전극 형성시 상기 도전성 페이스트가 절연막을 관통하는 역할을 강화할 수 있다. 또한, 유리 프릿은 하부막과의 밀착성이 우수하여 하부막과의 접착성을 개선할 수 있다. The glass frit has excellent characteristics of etching the insulating film, and the conductive paste can be used on the insulating film such as the antireflective film of the solar cell to enhance the role of the conductive paste penetrating the insulating film when the electrodes are formed. Further, the glass frit has excellent adhesion with the lower film, and the adhesion with the lower film can be improved.
유리 프릿은 예컨대 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O3계, PbO-SiO2-B2O3-ZnO계, PbO-SiO2-B2O3-BaO계, PbO-SiO2-ZnO-BaO계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계, ZnO-K2O-B2O3-SiO2-BaO계, Bi2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO계, ZnO-BaO-B2O3-P2O5-Na2O계, Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO-ZnO계 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Glass frit, for example PbO-SiO 2 based, PbO-SiO 2 -B 2 O 3 type, PbO-SiO 2 -B 2 O 3 -ZnO -based, PbO-SiO 2 -B 2 O 3 -BaO -based, PbO-SiO 2 -ZnO-BaO-based, ZnO-SiO 2 type, ZnO-B 2 O 3 -SiO 2 type, ZnO-K 2 OB 2 O 3 -SiO 2 -BaO -based, Bi 2 O 3 -SiO 2 series, Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 system, Bi 2 O 3 -B 2 O 3 -SiO 2 -BaO system, ZnO-BaO-B 2 O 3 -P 2 O 5 -Na 2 O system, Bi 2 O 3- B 2 O 3 -SiO 2 -BaO-ZnO system or a combination thereof.
상기 유리 프릿을 더 포함하는 경우, 상기 도전성 분말, 상기 금속 유리, 상기 유리 프릿 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 약 50 내지 90 중량%, 약 1 내지 20 중량%, 약 1 내지 10 중량% 및 잔량으로 포함될 수 있다.Wherein the conductive powder, the metallic glass, the glass frit, and the organic vehicle are each contained in an amount of about 50 to 90 wt%, about 1 to 20 wt%, about 1 wt% to about 1 wt% of the total amount of the conductive paste, To 10% by weight and balance.
상기 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트는 다양한 전자 소자의 전극 형성시 스크린 인쇄 방법으로 적용될 수 있다. 이러한 전자 소자는 예컨대 태양 전지를 들 수 있다.The conductive paste containing the conductive powder, the metal glass, and the organic vehicle can be applied as a screen printing method in forming electrodes of various electronic devices. Such electronic devices include, for example, solar cells.
태양 전지에 전극 형성시, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)와 같은 반도체 기판 위에 상술한 도전성 페이스트를 적용하고 소성하여 전극을 형성할 수 있다.When electrodes are formed on a solar cell, the above-described conductive paste may be applied to a semiconductor substrate such as a silicon wafer and fired to form electrodes.
이하 도 1 내지 도 3e를 참고하여 반도체 기판 위에 도전성 페이스트를 적용할 때 상기 도전성 페이스트의 작용에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the conductive paste will be described when applying the conductive paste on the semiconductor substrate with reference to FIGS. 1 to 3E.
도 1 및 도 2는 일 구현예에 따른 태양 전지에서 반도체 기판 위에 도전성 페이스트가 적용된 경우의 예를 보여주는 개략도이고, 도 3a 내지 도 3e는 도전성 페이스트가 적용된 반도체 기판이 승온될 때의 변화를 보여주는 개략도이다.FIGS. 1 and 2 are schematic views showing an example in which a conductive paste is applied on a semiconductor substrate in a solar cell according to an embodiment, and FIGS. 3A to 3E are schematic views showing changes when a semiconductor substrate to which a conductive paste is applied is heated to be.
도 1을 참고하면, 반도체 기판(110) 위에 도전성 페이스트 적용시, 도전성 페이스트에 포함된 도전성 분말(120a) 및 금속 유리(115a)는 각각 입자 형태로 존재할 수 있다. Referring to FIG. 1, when conductive paste is applied on the
이 때 전술한 바와 같이, 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg)는 예컨대 규소와 같은 반도체 물질과 상기 도전성 분말(120a)의 공융 온도보다 낮으므로, 도전성 페이스트가 적용된 반도체 기판을 승온하는 경우, 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말이 공융되기 전에 금속 유리가 먼저 연화될 수 있다.As described above, since the glass transition temperature Tg of the
따라서 도전성 페이스트가 적용된 반도체 기판(110)을 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg) 이상으로 열처리(Δ)하는 경우, 도 1과 같이, 금속 유리(115a)는 연화되어 복수의 도전성 분말(120a) 사이의 틈을 채우는 연화된 금속 유리(115b)로 형성될 수 있다. Therefore, when the
도 2를 참고하면, 연화된 금속 유리(115b)는 도전성 분말(120a)과 접촉하는 부분(C1, C2) 및 반도체 기판(110)과 접촉하는 부분(C3)을 형성할 뿐만 아니라 이웃하는 도전성 분말(120a) 사이의 밀착성 또한 높여 이들 사이에 접촉하는 부분(C4)을 형성한다. 이와 같이 연화된 금속 유리가 도전성 분말(120a)과 반도체 기판(110) 사이에서 이들 사이를 밀착시킴으로써 태양 전지 작동시 반도체 기판(110)으로부터 발생한 전하가 도전성 분말(120a)까지 전달될 수 있는 통로를 만들어줄 수 있다.2, the softened
한편 연화된 금속 유리(115b)는 반도체 기판(110) 위에 버퍼층을 형성할 수 있다. 이로써, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 제조된 전극은 상기 반도체 기판(110)과 인접하는 영역에 형성되는 버퍼층, 그리고 상기 버퍼층이 형성되지 않은 영역에 형성되는 전극부를 포함할 수 있다.On the other hand, the softened
이에 대하여 도 3a 내지 도 3e를 참고하여 구체적으로 설명한다.This will be described in detail with reference to Figs. 3A to 3E.
도 3a 내지 도 3e는 도전성 페이스트가 적용된 반도체 기판을 승온하면서 버퍼층이 형성되는 모습을 보여주는 개략도이다.3A to 3E are schematic views showing a state in which a buffer layer is formed while heating a semiconductor substrate to which a conductive paste is applied.
도 3a를 참고하면, 반도체 기판(110) 위에 도전성 분말(120a) 및 금속 유리(115a) (유기 비히클은 생략함)를 포함하는 도전성 페이스트를 도포한다.3A, a conductive paste including a
도 3b를 참고하면, 금속 유리(115a)의 유리 전이 온도(Tg) 이상으로 승온한다. 예컨대 금속 유리(115a)가 Cu50Zr40Al10을 포함하는 경우, 유리 전이 온도(Tg)는 약 450 내지 500℃일 수 있다. 유리 전이 온도(Tg) 이상의 온도에서 연화된 금속 유리(115b)는 반도체 기판(110)의 표면 위에 젖음성(wetting)을 나타내며 밀착될 수 있다. 이때 연화된 금속 유리(115b)의 점도가 낮은 경우 젖음성이 높아 밀착성을 더욱 높일 수 있다.Referring to FIG. 3B, the glass transition temperature Tg of the
도 3c를 참고하면, 도전성 분말(120a)의 소결 온도(sintering temperature, Ts) 이상으로 승온한다. 예컨대 도전성 분말(120a)이 은(Ag)인 경우, 소결 온도(Ts)는 약 580 내지 700℃일 수 있다. 소결 온도(Tg) 이상의 온도에서 이웃하는 도전성 분말(120a)은 서로 단단히 밀착하여 소결된 도전성 분말(120b)를 형성한다. 도전성 분말(120a)의 소결 온도에서 상기 금속 유리는 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재할 수 있다.Referring to FIG. 3C, the temperature of the
도 3d를 참고하면, 소결된 도전성 분말(120b)과 연화된 금속 유리(115b)의 공융 온도(eutectic temperature, T1) 이상으로 승온한다. 예컨대, 도전성 분말(120b)이 은(Ag)이고 금속 유리(115b)가 Cu50Zr40Al10인 경우, 이들의 공융점은 약 780℃일 수 있다. 도전성 분말(120b)과 금속 유리(115b)가 공융되어 이들 사이에 밀착성이 높아지며, 이들 사이에 제1 공융층(117)이 형성된다.Referring to FIG. 3D, the temperature of the sintered
도 3e를 참고하면, 연화된 금속 유리(115b)와 반도체 기판(110)의 공융 온도(T2) 이상으로 승온한다. 예컨대 금속 유리(115b)가 Cu50Zr40Al10이고 반도체 기판(110)이 규소로 이루어진 경우, 이들의 공융점은 약 802℃일 수 있다. 금속 유리(115b)와 반도체 기판(110)은 공융되어 이들 사이에 밀착성이 높여지며, 이들 사이에 제2 공융층(118)이 형성된다.Referring to FIG. 3E, the temperature of the softened
상기 연화된 금속 유리(115b)는 소정 온도에서 결정화되어 버퍼층(115)을 형성할 수 있으며, 버퍼층(115)은 도전성 분말(120b)이 반도체 기판(110) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이로써, 상기 도전성 페이스트를 사용하여 제조된 전극은 상기 반도체 기판(110)과 인접하는 영역에 형성되는 버퍼층, 그리고 상기 버퍼층이 형성되지 않은 영역에 형성되는 전극부를 포함할 수 있다.The softened
본 구현예에서는 도전성을 가지는 금속 유리를 사용하여 반도체 기판과 전극을 전기적으로 연결시킴으로써 전하의 이동 통로를 넓혀 전하의 손실을 줄이고 금속 유리를 포함하는 버퍼층에 의해 전극부를 이루는 도전성 물질이 반도체 기판 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.In this embodiment, by electrically connecting the semiconductor substrate and the electrode using the conductive metal glass, the charge transfer path is widened to reduce the charge loss and the conductive material forming the electrode portion is diffused into the semiconductor substrate by the buffer layer including the metal glass Can be prevented.
한편, 전술한 바와 같이 상기 도전성 페이스트는 유리 프릿을 더 포함할 수 있다. 이 경우 유리 프릿은 금속 유리와 유사한 거동을 하여 버퍼층 및 공융층을 이룰 수 있다.Meanwhile, as described above, the conductive paste may further include a glass frit. In this case, the glass frit behaves like a metal glass to form a buffer layer and a eutectic layer.
이하 도면을 참고하여 상술한 도전성 페이스트를 사용하여 형성된 전극을 포함하는 본 발명의 일 구현예에 따른 태양 전지를 설명한다.Hereinafter, a solar cell according to an embodiment of the present invention including an electrode formed using the conductive paste described above with reference to the drawings will be described.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. Like parts are designated with like reference numerals throughout the specification. Whenever a portion of a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion, but also the case where there is another portion in between. Conversely, when a part is "directly over" another part, it means that there is no other part in the middle.
도 4는 일 구현예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to one embodiment.
이하에서는 설명의 편의상 반도체 기판(110)을 중심으로 상하의 위치 관계를 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 반도체 기판(110) 중 태양 에너지를 받는 면을 전면(front side)이라 하고 전면의 반대면을 후면(rear side)이라 한다.Hereinafter, the positional relationship between the
도 4를 참조하면, 본 구현예에 따른 태양 전지는 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b)을 포함하는 반도체 기판(110)을 포함한다.Referring to FIG. 4, the solar cell according to this embodiment includes a
반도체 기판(110)은 결정질 규소 또는 화합물 반도체로 만들어질 수 있으며, 결정질 규소인 경우 예컨대 실리콘 웨이퍼가 사용될 수 있다. 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b) 중 하나는 p형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있으며 다른 하나는 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 예컨대 하부 반도체 층(110a)은 p형 불순물로 도핑된 반도체 층이고, 상부 반도체층(110b)은 n형 불순물로 도핑된 반도체 층일 수 있다. 이때 p형 불순물은 붕소(B)와 같은 III족 화합물일 수 있고, n형 불순물은 인(P)과 같은 V족 화합물일 수 있다. The
상부 반도체 층(110b)의 표면은 표면 조직화(surface texturing) 되어 있을 수 있다. 표면 조직화된 상부 반도체 층(110b)은 예컨대 피라미드 모양과 같은 요철 또는 벌집(honeycomb) 모양과 같은 다공성 구조일 수 있다. 표면 조직화된 상부 반도체 층(110b)은 빛을 받는 표면적을 넓혀 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다. The surface of the
상부 반도체 층(110b) 위에는 복수의 전면 전극이 형성되어 있다. 전면 전극은 기판의 일 방향을 따라 나란히 뻗어 있으며, 빛 흡수 손실(shadowing loss) 및 면저항을 고려하여 그리드 패턴(grid pattern)으로 설계될 수 있다. A plurality of front electrodes are formed on the
전면 전극은 상부 반도체 층(110b)과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층(115), 그리고 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 전면 전극부(120)를 포함할 수 있다. 도 4에서, 버퍼층(115)을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 버퍼층(115)은 생략될 수도 있다. 또한, 상기 버퍼층(115)은 상기 상부 반도체 층(110b)과 인접하는 영역의 일부분에만 위치할 수도 있다.The front electrode may include a
전면 전극은 전술한 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄 방법으로 형성될 수 있다. 도전성 페이스트는 전술한 바와 같이 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함할 수 있다.The front electrode may be formed by a screen printing method using the conductive paste described above. The conductive paste may include a conductive powder, a metal glass, and an organic vehicle as described above.
전면 전극부(120)는 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 은(Ag) 등의 저저항 도전성 물질로 만들어질 수 있다. The
버퍼층(115)은 전술한 도전성 페이스트에 포함된 금속 유리가 공정 중 유리 전이 온도(Tg) 이상에서 유리처럼 연화되어 하나의 층을 형성한 것이다. 버퍼층(115)은 금속 유리를 포함함으로써 도전성을 가지며, 전면 전극부(120)와 접촉하는 부분과 상부 반도체 층(110b)과 접촉하는 부분을 가지므로, 상부 반도체 층(110b)과 전면 전극부(120) 사이에서 전하가 이동할 수 있는 통로(path)의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. 또한 버퍼층(115)은 전면 전극부(120)를 이루는 물질이 반도체 기판(110) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.In the
전면 전극부(120)와 버퍼층(115) 사이 및 버퍼층(115)과 상부 반도체 층(110b) 사이에는 각각 제1 공융층(117) 및 제2 공융층(118)이 형성되어 있다. 제1 공융층(117)은 전면 전극부(120)를 이루는 도전성 물질과 버퍼층(115)을 이루는 금속 유리가 공융된 공융물을 포함하며, 제2 공융층(118)은 버퍼층(115)을 이루는 금속 유리와 상부 반도체 층(110b)의 반도체 물질이 공융된 공융물을 포함한다.A
전면 전극부(120) 위에는 전면 버스 바(bus bar) 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 버스 바 전극은 복수의 태양 전지 셀을 조립할 때 이웃하는 태양 전지 셀을 연결하기 위한 것이다. A front bus bar electrode (not shown) is formed on the
반도체 기판(110)의 하부에는 유전막(130)이 형성되어 있다. 유전막(130)은 전하의 재결합을 방지하는 동시에 전류가 새는 것을 방지하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다. 유전막(130)은 복수의 관통부(135)를 가지며, 관통부(135)를 통하여 반도체 기판(110)과 후술하는 후면 전극(140)이 접촉할 수 있다.A
유전막(130)은 예컨대 산화규소(SiO2), 질화규소(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있으며, 약 100 내지 2000Å의 두께를 가질 수 있다. The
유전막(130) 하부에는 후면 전극(140)이 형성되어 있다. 후면 전극(140)은 도전성 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 알루미늄(Al)과 같은 불투명 금속으로 만들어질 수 있다. 후면 전극(140)은 전면 전극과 마찬가지로 도전성 페이스트를 사용한 스크린 인쇄 방법으로 형성될 수 있다.A
후면 전극(140)은 전면 전극과 마찬가지로 하부 반도체 층(110a)과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층(도시하지 않음), 그리고 상기 버퍼층 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 후면 전극부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 또한, 후면 전극부와 버퍼층 사이 및 하부 반도체 층(110b)과 버퍼층 사이에는 전면 전극과 마찬가지로 각각 제1 공융층(도시하지 않음) 및 제2 공융층(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.The
본 구현예에서는 도전성을 가지는 금속 유리를 사용하여 반도체 기판과 전극을 전기적으로 연결시킴으로써 전하의 이동 통로를 넓혀 전하의 손실을 줄이고 금속 유리를 포함하는 버퍼층에 의해 전극을 이루는 도전성 물질이 반도체 기판 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.In this embodiment, by electrically connecting the semiconductor substrate and the electrode using the conductive metal glass, the charge transfer path is widened to reduce the charge loss and the conductive material constituting the electrode is diffused into the semiconductor substrate by the buffer layer including the metal glass Can be prevented.
이하 상기 태양 전지의 제조 방법에 대하여 도 4를 참고하여 설명한다.Hereinafter, a manufacturing method of the solar cell will be described with reference to FIG.
먼저 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판(110)을 준비한다. 이때 반도체 기판(110)은 예컨대 p형 불순물이 도핑되어 있을 수 있다. First, a
이어서, 반도체 기판(110)을 표면 조직화한다. 표면 조직화는 예컨대 질산 및 불산과 같은 강산 또는 수산화나트륨과 같은 강염기 용액을 사용하는 습식 방법으로 수행하거나 플라스마를 사용한 건식 방법으로 수행할 수 있다.Then, the
다음 반도체 기판(110)에 예컨대 n형 불순물을 도핑한다. 여기서 n형 불순물은 POCl3 또는 H3PO4 등을 고온에서 확산시킴으로써 도핑할 수 있다. 이에 따라 반도체 기판(110)은 다른 불순물로 도핑된 하부 반도체 층(110a)과 상부 반도체 층(110b)을 포함한다. Next, the
다음 상부 반도체 층(110b) 위에 전면 전극용 도전성 페이스트를 도포한다. 전면 전극용 도전성 페이스트는 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있다. 스크린 인쇄는 은(Ag) 등의 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 전면 전극용 도전성 페이스트를 전극이 형성될 위치에 도포하고 건조하는 단계를 포함한다.And the front electrode conductive paste is applied on the
도전성 페이스트는 상술한 바와 같이 금속 유리를 포함할 수 있으며, 금속 유리는 예컨대 용융방사법(melt spinning), 흡입주조법(infiltration casting), 기체분무법(gas atomization), 이온조사법(ion irradiation) 또는 기계적 합금법(mechanical alloying) 등의 공지의 방법으로 제조될 수 있다. The conductive paste may include a metallic glass as described above, and the metallic glass may be formed by, for example, melt spinning, infiltration casting, gas atomization, ion irradiation, or mechanical alloying mechanical alloying, or the like.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트를 건조한다.Then, the conductive paste for the front electrode is dried.
다음 반도체 기판(110)의 후면에 예컨대 알루미늄 산화물(Al2O3) 또는 산화규소(SiO2)를 플라스마 화학 기상 증착 방법으로 적층하여 유전막(130)을 형성한다. Next, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or silicon oxide (SiO 2 ) is laminated on the rear surface of the
이어서 유전막(130)의 일부에 레이저를 조사하여 복수의 관통부(135)를 형성한다.Then, a plurality of
다음 유전막(130) 일면에 후면 전극용 도전성 페이스트를 스크린 인쇄 방법으로 도포하고 건조한다. Next, a conductive paste for a rear electrode is applied to one surface of the
이어서 후면 전극용 도전성 페이스트를 건조한다.Subsequently, the conductive paste for the rear electrode is dried.
이어서 전면 전극용 도전성 페이스트 및 후면 전극용 도전성 페이스트를 공 소성(co-firing)한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 전면 전극용 도전성 페이스트와 후면 전극용 도전성 페이스트를 각각 소성할 수 있다.Then, the conductive paste for the front electrode and the conductive paste for the rear electrode are co-fired. However, the present invention is not limited thereto, and the conductive paste for the front electrode and the conductive paste for the rear electrode can be fired, respectively.
소성은 소성 로에서 도전성 금속의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온할 수 있으며, 예컨대 약 400 내지 1000℃에서 수행할 수 있다.The firing may be performed at a temperature higher than the melting temperature of the conductive metal in the firing furnace, for example, at about 400 to 1000 ° C.
이하 본 발명의 다른 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 도 5를 참고하여 설명한다. 전술한 구현예와 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a solar cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overlapping description with the above-described embodiment is omitted.
도 5는 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment.
도 5를 참고하면, 본 구현예에 따른 태양 전지는 전술한 구현예와 마찬가지로 하부 반도체 층(110a) 및 상부 반도체 층(110b)을 포함하는 반도체 기판(110), 상부 반도체 층(110b) 위에 위치하고 상부 반도체 층(110b)과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층(115) 및 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하는 전면 전극부(120)를 포함하는 복수의 전면 전극, 전면 전극부(120)와 버퍼층(115) 사이에 위치하는 제1 공융층(117), 상부 반도체 층(110b)과 버퍼층(115) 사이에 위치하는 제2 공융층(118), 반도체 기판(110)의 하부에 위치하는 유전막(130) 및 유전막(130)의 하부에 위치하는 후면 전극(140)을 포함한다. 5, the solar cell according to this embodiment is located on the
그러나 본 구현예에 따른 태양 전지는 전술한 구현예와 달리 반도체 기판(110)의 전면에 절연막(112)이 형성되어 있다. However, in the solar cell according to this embodiment, the insulating
절연막(112)은 빛을 적게 흡수하고 절연성이 있는 물질로 만들어질 수 있으며, 예컨대 질화규소(SiNx), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화세륨(CeO2) 및 이들의 조합일 수 있으며, 단일 층 또는 복수 층으로 형성될 수 있다. The insulating
절연막(112)은 예컨대 약 200 내지 1500Å의 두께를 가질 수 있다. The insulating
절연막(112)은 태양 에너지를 받는 반도체 기판(110)의 전면에 형성되어 빛의 반사율을 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사방지막(anti-reflective coating, ARC)의 역할을 할 수 있다. 또한, 절연막(112)은 반도체 기판(110)의 표면에 존재하는 실리콘과의 접촉 특성을 개선하여 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.The insulating
전면 전극은 절연막(112)을 관통하여 상부 반도체 층(110b)과 접촉되어 있다. 전면 전극과 상부 반도체 층(110b)이 접촉된 부분은 절연막(112)이 에칭되어 제거될 수 있으며, 이는 전면 전극 형성용 도전성 페이스트에 절연막 에칭 기능을 부여함으로써 수행될 수 있다.The front electrode passes through the insulating
따라서 본 구현예에서 사용한 도전성 페이스트는 전술한 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클 외에 유리 프릿을 더 포함한다. 유리 프릿은 열처리시 절연막을 에칭할 수 있다. Therefore, the conductive paste used in this embodiment further includes glass frit in addition to the above-described conductive powder, metal glass, and organic vehicle. The glass frit can etch the insulating film during the heat treatment.
상기 유리 프릿은 상술한 금속 유리와 유사한 거동을 보일 수 있으며 유리 프릿과 금속 유리를 함께 포함함으로써 하부막과의 밀착성을 높여 접착성을 개선할 수 있다.The glass frit may exhibit similar behavior to the above-described metal glass, and the glass frit and the metal glass may be included together to improve adhesion with the lower film to improve the adhesiveness.
이하 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 태양 전지에 대하여 도 6을 참고하여 설명한다. 전술한 구현예와 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a solar cell according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The overlapping description with the above-described embodiment is omitted.
도 6은 또 다른 구현예에 따른 태양 전지를 보여주는 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a solar cell according to another embodiment.
본 구현예에 따른 태양 전지는 p형 또는 n형 불순물로 도핑된 반도체 기판(110)을 포함한다. 반도체 기판(110)은 후면 측에 형성되어 있으며 서로 다른 불순물로 도핑된 복수의 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 포함한다. 제1 도핑 영역(111a)은 예컨대 n형 불순물로 도핑될 수 있고 제2 도핑 영역(111b)은 예컨대 p형 불순물로 도핑될 수 있다. 제1 도핑 영역(111a)과 제2 도핑 영역(111b)은 반도체 기판(110)의 후면에 교대로 배치될 수 있다. The solar cell according to this embodiment includes a
반도체 기판(110)의 전면은 표면 조직화 되어 있을 수 있으며, 표면 조직화에 의해 빛의 흡수율을 높이고 반사도를 줄여 태양 전지의 효율을 개선할 수 있다.The front surface of the
반도체 기판(110) 위에는 절연막(112)이 형성되어 있다. 반도체 기판(110)의 후면에는 복수의 관통부를 가진 유전막(150)이 형성되어 있다.An insulating
반도체 기판(110)의 후면에는 제1 도핑 영역(111a)에 연결되어 있는 제1 전극과 제2 도핑 영역(111b)에 연결되어 있는 제2 전극이 각각 형성되어 있다. 제1 전극은 관통부를 통하여 제1 도핑 영역(111a)과 접촉할 수 있으며, 제2 전극은 관통부를 통하여 제2 도핑 영역(111b)과 접촉할 수 있다. 제1 전극과 제2 전극은 교대로 배치될 수 있다. A first electrode connected to the first
제1 전극은 제1 도핑 영역(111a)과 인접한 영역에 위치하는 버퍼층(115) 및 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하는 제1 전극부(121)를 포함하고, 제2 전극은 제2 도핑 영역(111b)과 인접한 영역에 위치하는 버퍼층(115) 및 상기 버퍼층(115) 이외의 영역에 위치하는 제2 전극부(141)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 버퍼층(115)은 생략될 수도 있다. 또한, 상기 버퍼층(115)은 상기 제1 도핑 영역(111a)과 인접한 영역의 일부, 또는 상기 제2 도핑 영역(111b)과 인접한 영역의 일부에만 위치할 수도 있다.The first electrode includes a
제1 전극과 제2 전극은 전술한 구현예와 마찬가지로, 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 형성될 수 있으며, 상세한 설명은 전술한 바와 같다.The first electrode and the second electrode may be formed using a conductive paste including conductive powder, metal glass, and an organic vehicle, as described above, and the detailed description thereof is as described above.
버퍼층(115)은 전술한 바와 마찬가지로 금속 유리를 포함하므로 도전성을 가지며, 제1 전극부(121) 또는 제2 전극부(141)와 접촉하는 부분과 제1 도핑 영역(111a) 또는 제2 도핑 영역(111b)과 접촉하는 부분을 가지므로, 제1 도핑 영역(111a)과 제1 전극부(121) 사이 또는 제2 도핑 영역(111b)과 제2 전극부(141) 사이에서 전하가 이동할 수 있는 통로의 면적을 넓혀 전하가 손실되는 것을 줄일 수 있다. 또한 버퍼층(115)은 제1 전극부(121) 또는 제2 전극부(141)를 이루는 물질이 제1 또는 제2 도핑 영역(111a, 111b) 내로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Since the
제1 전극부(121) 또는 제2 전극부(141)와 버퍼층(115) 사이에는 제1 전극부(121) 또는 제2 전극부(141)를 이루는 도전성 물질과 버퍼층(115)을 이루는 금속 유리가 공융된 공융물을 포함하는 제1 공융층(117)이 형성되어 있고, 제1 또는 제2 도핑 영역(111a, 111b)과 버퍼층(115) 사이에는 반도체 물질과 금속 유리가 공융된 공융물을 포함하는 제2 공융층(118)이 형성되어 있다. The
본 구현예에 따른 태양 전지는 전술한 구현예와 달리, 제1 전극 및 제2 전극이 모두 태양 전지의 후면에 위치함으로써 전면에서 금속이 차지하는 면적을 줄여 빛 흡수 손실을 줄일 수 있고 이에 따라 태양 전지의 효율을 높일 수 있다.In the solar cell according to this embodiment, since the first electrode and the second electrode are both located on the rear surface of the solar cell, the area occupied by the metal can be reduced to reduce the light absorption loss, Can be increased.
이하 본 구현예에 따른 태양 전지의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a solar cell according to this embodiment will be described.
먼저, 예컨대 n형 불순물로 도핑되어 있는 반도체 기판(110)을 준비한다. 이어서 반도체 기판(110)을 표면 조직화한 후, 반도체 기판(110)의 전면 및 후면에 절연막(112) 및 유전막(150)을 형성한다. 절연막(112) 및 유전막(150)은 예컨대 화학 기상 증착으로 형성할 수 있다. First, a
다음, 반도체 기판(110)의 후면 측의 유전막(150)의 일부를 예컨대 레이저 등으로 개방하여 복수의 개방부를 형성한 후, 상기 개방부에 p형 불순물 및 n형 불순물을 차례로 고농도로 도핑하여 제1 도핑 영역(111a) 및 제2 도핑 영역(111b)을 형성한다. Next, a part of the
이어서 유전막(150)의 일면에 제1 도핑 영역(111a)에 대응하는 영역에 제1 전극용 도전성 페이스트를 도포하고 제2 도핑 영역(111b)에 대응하는 영역에 제2 전극용 도전성 페이스트를 도포한다. 제1 전극용 도전성 페이스트 및 제2 전극용 도전성 페이스트는 각각 스크린 인쇄 방법으로 형성할 수 있으며, 각각 전술한 도전성 분말, 금속 유리 및 유기 비히클을 포함하는 도전성 페이스트를 사용할 수 있다.Next, a first electrode conductive paste is applied to a region corresponding to the first
이어서 제1 전극용 도전성 페이스트 및 제2 전극용 도전성 페이스트를 함께 또는 각각 소성할 수 있으며, 소성은 소성 로에서 도전성 금속의 용융 온도보다 높은 온도까지 승온할 수 있다.The conductive paste for the first electrode and the conductive paste for the second electrode may be fired together or individually, and the firing may be performed at a temperature higher than the melting temperature of the conductive metal in the firing furnace.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.
110: 반도체 기판
110a: 하부 반도체 층
110b: 상부 반도체 층
115: 버퍼층
115a: 금속 유리
115b: 연화된 금속 유리
117: 제1 공융층
118: 제2 공융층
120: 전면 전극부
120a:
도전성 분말
120b: 소결된 도전성 분말
121:
제1 전극부
130: 유전막
140:
후면 전극
141: 제2 전극부110:
110b: upper semiconductor layer 115: buffer layer
115a:
117: first eutectic layer 118: second eutectic layer
120: Front electrode part
120a:
121: first electrode part 130: dielectric film
140: rear electrode 141: second electrode portion
Claims (23)
상기 금속 유리는 둘 이상의 금속 또는 반금속을 포함하는 비정질 원자 구조를 가진 합금이고,
상기 금속 유리는 상온보다 높은 유리 전이 온도(Tg)를 가지는
도전성 페이스트.
Conductive powder, metallic glass, and organic vehicle,
Wherein the metal glass is an alloy having an amorphous atomic structure including two or more metals or semi-
Wherein the metal glass has a glass transition temperature (Tg) higher than room temperature
Conductive paste.
상기 금속 유리는 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 세륨(Ce), 란탄(La), 이트륨(Y), 가돌륨(Gd), 베릴륨(Be), 탄탈늄(Ta), 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb), 납(Pb), 백금(Pt), 은(Ag), 인(P), 보론(B), 규소(Si), 카본(C), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 망간(Mn), 에르븀(Er), 크롬(Cr), 프라세오디뮴(Pr), 툴륨(Tm) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
The metal glass may be at least one selected from the group consisting of copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), zirconium (Zr), iron (Fe), magnesium (Mg), calcium (Ca), cobalt (Au), cerium (Ce), lanthanum (La), yttrium (Y), gallium (Gd), beryllium (Be), tantalum (Ta), gallium (Ga) (Hf), niobium (Nb), lead (Pb), platinum (Pt), silver (Ag), phosphorus (P), boron (B), silicon (Si), carbon (C) At least one selected from the group consisting of zinc (Zn), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), erbium (Er), chromium (Cr), praseodymium (Pr), thulium Wherein the conductive paste is a mixture of the conductive paste and the conductive paste.
상기 금속 유리는 구리(Cu), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni), 철(Fe), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg) 및 이들의 조합 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 페이스트.
3. The method of claim 2,
Wherein the metal glass is an alloy containing at least one selected from the group consisting of copper (Cu), zirconium (Zr), nickel (Ni), iron (Fe), titanium (Ti), magnesium (Mg) and combinations thereof.
상기 금속 유리의 유리 전이 온도(Tg)는 규소와 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮은 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the glass transition temperature (Tg) of the metal glass is lower than the eutectic temperature of silicon and the conductive powder.
상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융 온도는 규소와 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮은 도전성 페이스트.
5. The method of claim 4,
Wherein the eutectic temperature of the conductive powder and the metal glass is lower than the eutectic temperature of silicon and the conductive powder.
규소와 상기 금속 유리의 공융 온도는 규소와 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮은 도전성 페이스트.
5. The method of claim 4,
Wherein the eutectic temperature of silicon and the metal glass is lower than the eutectic temperature of silicon and the conductive powder.
상기 금속 유리는 상기 도전성 분말의 소결 온도에서 고체, 과냉각된 액체(supercooled liquid) 또는 액체로 존재하는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the metallic glass is present as a solid, a supercooled liquid or a liquid at a sintering temperature of the conductive powder.
상기 도전성 분말은 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합을 포함하는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the conductive powder includes silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), or a combination thereof.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 50 내지 90 중량%, 1 내지 20 중량% 및 잔량으로 포함되어 있는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
Wherein the conductive powder, the metallic glass, and the organic vehicle are contained in an amount of 50 to 90% by weight, 1 to 20% by weight, respectively, based on the total amount of the conductive paste.
유리 프릿을 더 포함하는 도전성 페이스트.
The method of claim 1,
A conductive paste further comprising glass frit.
상기 도전성 분말, 상기 금속 유리, 상기 유리 프릿 및 상기 유기 비히클은 상기 도전성 페이스트의 총 함량에 대하여 각각 50 내지 90 중량%, 1 내지 20 중량%, 1 내지 10 중량% 및 잔량으로 포함되어 있는 도전성 페이스트.
11. The method of claim 10,
Wherein the conductive powder, the metal glass, the glass frit, and the organic vehicle are contained in an amount of 50 to 90% by weight, 1 to 20% by weight, 1 to 10% by weight, and the balance of the total amount of the conductive paste, .
An electrode comprising a sintered product of the conductive paste according to any one of claims 1 to 11.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 도전성 페이스트의 소성물을 포함하고 상기 반도체층과 전기적으로 연결되는 전극
을 포함하는 태양 전지.
A semiconductor layer comprising a semiconductor material, and
An electrode comprising a sintered product of the conductive paste according to any one of claims 1 to 11 and electrically connected to the semiconductor layer
≪ / RTI >
상기 전극은 상기 반도체층과 인접하는 영역에 위치하는 버퍼층, 그리고 상기 버퍼층 이외의 영역에 위치하고 도전성 물질을 포함하고 있는 전극부를 포함하는 태양 전지.
The method of claim 13,
Wherein the electrode comprises a buffer layer located in a region adjacent to the semiconductor layer, and an electrode portion located in an area other than the buffer layer and containing a conductive material.
상기 금속 유리의 유리 전이 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮은 태양 전지.
The method of claim 13,
Wherein the glass transition temperature of the metal glass is lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder.
상기 도전성 분말과 상기 금속 유리의 공융 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮은 태양 전지.
The method of claim 13,
Wherein the eutectic temperature of the conductive powder and the metal glass is lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder.
상기 반도체 물질과 상기 금속 유리의 공융 온도는 상기 반도체 물질과 상기 도전성 분말의 공융 온도보다 낮은 태양 전지.
The method of claim 13,
Wherein the eutectic temperature of the semiconductor material and the metal glass is lower than the eutectic temperature of the semiconductor material and the conductive powder.
상기 버퍼층은 유리 프릿을 더 포함하는 태양 전지.
The method of claim 14,
Wherein the buffer layer further comprises glass frit.
상기 반도체 물질은 규소를 포함하는 태양 전지.
The method of claim 13,
Wherein the semiconductor material comprises silicon.
상기 전극부와 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 도전성 분말과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제1 공융층을 더 포함하는 태양 전지.
The method of claim 14,
And a first eutectic layer positioned between the electrode portion and the buffer layer and having the eutectic eutectic between the conductive powder and the metal glass.
상기 반도체 층과 상기 버퍼층 사이에 위치하며 상기 반도체 물질과 상기 금속 유리가 공융되어 있는 제2 공융층을 더 포함하는 태양 전지.
The method of claim 14,
And a second eutectic layer located between the semiconductor layer and the buffer layer and having the semiconductor material and the metal glass eutectic.
상기 제2 공융층은 유리 프릿이 함께 공융되어 있는 태양 전지.
22. The method of claim 21,
Wherein the second eutectic layer is eutectic in glass frit.
상기 반도체 층은 p형 불순물이 도핑되어 있는 p형 층 및 n형 불순물이 도핑되어 있는 n형 층을 포함하고,
상기 전극은 상기 p형 층에 전기적으로 연결되어 있는 제1 전극 및 상기 n형 층에 전기적으로 연결되어 있는 제2 전극을 포함하는 태양 전지.
The method of claim 13,
Wherein the semiconductor layer includes a p-type layer doped with a p-type impurity and an n-type layer doped with an n-type impurity,
Wherein the electrode comprises a first electrode electrically connected to the p-type layer and a second electrode electrically connected to the n-type layer.
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| KR20210105110A (en) * | 2020-02-18 | 2021-08-26 | 한국기술교육대학교 산학협력단 | Electrode marerial for transient liquid phase sintering |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102071006B1 (en) | 2020-01-30 |
| KR20110052452A (en) | 2011-05-18 |
| KR102035253B1 (en) | 2019-10-22 |
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