KR20200012278A - 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈 - Google Patents

태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

100℃ 이상의 비점을 갖는 액상의 제1에폭시 수지를 포함한 에폭시 수지, 경화제 및 전도성 분말을 포함하는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물이며, 상기 조성물은 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 1 중량부 이하로 포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈이 제공된다.

Description

태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈{Conductive composition for solar cell bonding and solar cell module manufactured using the same}
태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양은 열과 방사선의 형태로 매 순간 막대한 양의 에너지를 생산하고 있으며 이 에너지는 친환경적이며 무제한적이고 비용이 들지 않는다. 기존의 일반적인 에너지 생산기술과 달리 태양광을 에너지로 사용하기 위해서는 큰 비용이 필요한 발전소를 만들지 않아도 작은 크기의 태양전지를 사용하는 것만으로 태양광을 직접 에너지의 형태로 변환할 수 있다는 점에서 큰 장점을 갖는다. 태양전지를 사용한 태양광 모듈을 제조하는데 있어서 일반적으로 대규모 증설을 통한 고정비의 절감, 실리콘 웨이퍼의 비용을 줄이기 위해 셀의 두께를 줄이는 것과 같은 원재료 사용량을 줄이거나 공정상의 손실을 줄이는 방법 등으로 모듈 원가를 절감하는 것이 유효했지만 더 이상 대규모 증설과 원재료 사용량 감축은 쉽지 않아지고 있다.
이러한 상황에서 셀 단위의 효율을 높이는 연구가 아닌 모듈 단위의 구조 변경을 통한 효율 및 출력 증가에 대해 연구가 증가하고 있다. 최근 슁글드(shingled) 구조를 통한 모듈 제조방식이 제안되었는데 각각의 셀을 절단하여 직렬로 연결시켜 줌으로써 모듈 사이즈 대비 셀의 수량과 기존의 버스바로 인한 저항을 줄이는 방식으로 효율을 증가시킬 수 있는 방법이다. 이 방식에서 가장 중요한 요소인 솔더링 프로세스는 완성된 모듈의 신뢰도와 효율에 영향을 미치는 중요한 요소인데 기존의 접촉식 인두 및 열풍 가열방식은 미세균열 때문에 셀이 얇을수록 파손될 위험이 매우 높으며 이와 같은 이유 때문에 모듈 제작 시 셀의 종류에 있어서 제한을 받는다. 따라서, 솔더링 프로세스에 기존 방식과는 다른 방식으로서 전도성 접착제를 사용하는 방법이 제안되고 있다.
태양전지 셀간에 우수한 접착력 및 통전성을 제공하고, 속경화가 가능한 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 100℃ 이상의 비점을 갖는 액상의 제1에폭시 수지를 포함한 에폭시 수지, 경화제 및 전도성 분말을 포함하는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물이며, 상기 조성물은 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 1 중량부 이하로 포함하는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물이 제공된다.
상기 제1에폭시 수지는 상기 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 40 내지 100 중량% 포함될 수 있다.
상기 전도성 분말은 은 분말을 포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 상기 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 0.5 중량부 이하로 포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 상기 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 1 중량부 이하로 포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 0.5 중량부 이하로 포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 비포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 상기 에폭시 수지 0.5 내지 45 중량%, 상기 경화제 0.1 내지 15 중량%, 상기 전도성 분말 50 내지 95 중량%를 포함할 수 있다.
상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 경화 촉진제, 커플링제 및 분산제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상술한 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 사용하여 적어도 일부분이 접합된 복수의 태양전지 셀을 포함하는 태양전지 모듈이 제공된다.
상기 복수의 태양전지 셀은 슁글드 방식으로 배열되어 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 태양전지 셀간에 우수한 접착력 및 통전성을 제공할 수 있으며 속경화가 가능하여 태양전지 셀의 적어도 일부분을 접합하여 제조되는 태양전지 모듈의 대량 생산을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 개개의 태양전지 셀이 슁글드 방식으로 배열되어 적어도 일부분이 접합된 복수의 태양전지 셀을 개략적으로 도시한다.
본 명세서 중 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서 중 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
일 측면에 따르면, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 100℃ 이상의 비점을 갖는 액상의 제1에폭시 수지를 포함한 에폭시 수지, 경화제 및 전도성 분말을 포함하고, 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 1 중량부 이하로 포함한다.
이하, 상기 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물의 각 성분들에 대해 보다 상세히 설명한다.
에폭시 수지
에폭시 수지는 100℃ 이상의 비점을 갖는 액상의 제1에폭시 수지를 포함하며, 선택적으로 상기 제1에폭시 수지와 상이한 제2에폭시 수지를 더 포함할 수 있다.
에폭시 수지는 분자 중에 1개 이상(예를 들면, 2개 이상)의 에폭시기를 함유하는 에폭시 화합물을 사용할 수 있다.
에폭시 수지의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 에폭시 수지는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0.5 내지 45 중량%, 예를 들어 3 내지 40 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
제1에폭시 수지
제1에폭시 수지로는 100℃ 이상의 비점을 가지면서 상온에서 액상인 것을 사용한다. 제1에폭시 수지는 100℃ 이상의 비점을 가짐으로써 에폭시 수지의 경화 시 기화되지 않아 태양전지 셀간 접착력 저하를 방지할 수 있고, 상온에서 액상이기 때문에 작업성이 우수한 효과를 가질 수 있다.
예를 들어, 제1에폭시 수지로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 비스페놀A형　에폭시　수지, 비스페놀F형　에폭시　수지, 비스페놀S형　에폭시　수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 디글리시딜에테르, 비스히드록시바이페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 스틸벤형　에폭시　수지, 트리아진 골격 함유　에폭시　수지, 플루오렌 골격 함유　에폭시　수지, 크실릴렌형　에폭시　수지, 나프탈렌형　에폭시　수지, 지환식　에폭시　수지, 지방족 글리시딜에테르형 화합물, 아미노페놀형　에폭시　수지, 수소 첨가 비스페놀형　에폭시　수지, 알코올에테르형　에폭시　수지, 및 안트라센 등의 다환 방향족류의 디글리시딜에테르 화합물 중에서 비점이 100℃ 이상이고 상온에서 액상인 에폭시 수지를 선택하여 사용할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 제1에폭시 수지로 지방족 글리시딜에테르형 화합물을 사용할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제1에폭시 수지로 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 1>
Figure pat00001
상기 화학식 1 중, R1은 C12-C14 알킬기 중에서 선택된다.
제1에폭시 수지는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
제1에폭시 수지의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제1에폭시 수지는 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 40 내지 100 중량%, 예를 들어 50 내지 80 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지 셀간의 접착력 저하 방지 및 작업성 향상 효과가 있을 수 있다.
제2에폭시 수지
제2에폭시 수지는 제1에폭시 수지와 상이하다. 예를 들어, 제2에폭시 수지는 100℃ 미만의 비점을 가지거나, 상온에서 고상일 수 있다.
예를 들어, 제2에폭시 수지로는, 이에 한정되는 것은 아니나, 페놀 또는 알킬 페놀류와 히드록시벤즈알데히드와의 축합물을 에폭시화함으로써 얻어지는 에폭시 수지, 비스페놀A형　에폭시　수지, 비스페놀F형　에폭시　수지, 비스페놀S형　에폭시　수지, 페놀아랄킬형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 다관능형 에폭시 수지, 나프톨노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀A/비스페놀F/비스페놀AD의 디글리시딜에테르, 비스히드록시바이페닐계 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔계 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지, 스틸벤형　에폭시　수지, 트리아진 골격 함유　에폭시　수지, 플루오렌 골격 함유　에폭시　수지, 크실릴렌형　에폭시　수지, 나프탈렌형　에폭시　수지, 지환식　에폭시　수지, 지방족 글리시딜에테르형 화합물, 아미노페놀형　에폭시　수지, 수소 첨가 비스페놀형　에폭시　수지, 알코올에테르형　에폭시　수지, 및 안트라센 등의 다환 방향족류의 디글리시딜에테르 화합물 중에서 비점이 100℃ 미만이거나 상온에서 액상이 아닌(예를 들면, 상온에서 고상인) 에폭시 수지를 선택하여 사용할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 제2에폭시 수지로 비스페놀형 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 다른 구현예에 따르면, 제2에폭시 수지로 비스페놀F의 디글리시딜에테르를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2에폭시 수지는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
제2에폭시 수지의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 제2에폭시 수지는 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 0 내지 60 중량%, 예를 들어 20 내지 50 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지 셀간의 접착력 및 작업성 저하 없이 우수한 통전 효과를 가질 수 있다.
경화제
경화제는 에폭시 수지를 경화할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 경화제는 100℃ 이상에서 반응하는 잠재성 경화제를 사용할 수 있으며, 예를 들어 디시안디아미드(DICY: dicyandiamide) 및 이의 유도체, 디히드라지드(dihydrazide) 화합물(예를 들면, 유기산 디히드라지드), 보론 트리플루오라이드-아민　복합체(예를 들면, 보론 트리플루오라이드 모노에틸　아민), 아민이미드, 폴리아민, 3차　아민,　아민　화합물(예를 들면, 알킬 우레아),　아민 어덕트(amine adduct)계 경화제(예를 들면, 아민　화합물과　에폭시　화합물간의 반응 생성물,　아민　화합물과 이소시아네이트 화합물, 또는 아민 화합물과 우레아 화합물의 반응 생성물) 등을 사용할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 경화제로 아민　화합물과　에폭시　화합물간의 반응 생성물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화제는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
경화제의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 경화제는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0.1 내지 15 중량%(예를 들면, 0.5 내지 10 중량%)로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 조성물의 경화성이 저하되지 않을 수 있다.
전도성 분말
전도성 분말은, 예를 들어 은(Ag), 금(Au), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 크롬(Cr), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 납(Pb), 아연(Zn), 철(Fe), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os), 로듐(Rh), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 등의 금속 분말; 카본 분말; 금속, 유리, 세라믹 또는 고분자 등을 금속으로 피복한 복합 입자 등을 1종 이상 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 전도성 분말은 은 분말을 포함하거나, 은 분말로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전도성 분말의 입자 형상은 특별히 한정되지 않으며, 다양한 형상의 입자들, 예를 들면 구형, 판상 또는 무정형 형상의 입자들이 사용될 수 있다.
전도성 분말은 나노 크기 또는 마이크로 크기의 입경을 갖는 분말일 수 있으며, 예를 들어 수십 내지 수백 나노미터 크기의 전도성 분말, 또는 수 내지 수십 마이크로미터 크기의 전도성 분말일 수 있다. 또한, 전도성 분말로 2 이상의 서로 다른 크기를 갖는 전도성 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다.
전도성 분말의 평균 입경(D50)은 0.1 내지 10㎛일 수 있고, 예를 들어 0.5 내지 5㎛일 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지 셀간의 통전성을 높일 수 있다. 상기 평균 입경(D50)은 전도성 분말을 이소프로필알코올(IPA) 중에서 25℃에서 3분 동안 초음파 분산시킨 후 CILAS社에서 제작한 1064LD 모델을 사용하여 측정될 수 있다.
전도성 분말의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 전도성 분말은 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 50 내지 95 중량%, 예를 들어 60 내지 90 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 태양전지 셀간의 통전성이 우수할 수 있다.
용매
150℃ 이하의 비점을 갖는 용매
태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나, 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 1 중량부 이하로 포함한다. 예를 들어, 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0 내지 1 중량부(예를 들면, 0 내지 0.5 중량부) 포함될 수 있다. 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 1 중량부(예를 들면, 0.5 중량부) 이하로 포함함으로써 경화 시 상기 용매의 제거를 위한 시간이 불필요하게 되어 경화속도를 높일 수 있고, 경화 시 상기 용매의 기화에 의해 전도성 분말 사이에 갭이 발생하여 태양전지 셀간 통전성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
150℃ 이하의 비점을 갖는 용매는, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 메틸에틸케톤, 에틸락테이트 등을 들 수 있다.
150℃ 초과의 비점을 갖는 용매
선택적으로, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나, 상기 조성물 100 중량부를 기준으로 1 중량부 이하로 포함할 수 있다. 예를 들어, 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0 내지 1 중량부 포함될 수 있다. 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물이 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 1 중량부(예를 들면, 0.5 중량부) 이하로 포함함으로써 경화 시 상기 용매의 제거를 위한 시간이 불필요하게 되어 경화속도를 높일 수 있다.
150℃ 초과의 비점을 갖는 용매는, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 시클로헥사논, 부틸셀로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 헥실렌 글리콜, 터핀올(terpineol), 벤질알콜, 감마부티로락톤, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올 모노이소부티레이트(예를 들면, 텍사놀) 등을 들 수 있다.
태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 경화 촉진제, 커플링제 및 분산제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
경화 촉진제
경화 촉진제는 에폭시 수지와 경화제의 반응을 촉진하는 물질이다. 경화 촉진제로는 이미다졸 화합물(예를 들면, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 4-메틸이미다졸, 4-에틸이미다졸, 2-페닐이미다졸, 2-페닐-4-메틸이미다졸, 2-페닐-4-히드록시메틸이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 1-벤질-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸이미다졸, 1-시아노에틸-2-메틸 이미다졸-트리멜리테이트, 2-페닐-4-메틸-5-히드록시메틸이미다졸, 2-페닐-4,5-디히드록시메틸이미다졸, 2-아미노이미다졸, 2-메틸-1-비닐이미다졸, 2-운데실이미다졸, 2-헵타데실이미다졸, 1-데실-2-페닐이미다졸, 1-시아노메틸-2-운데실이미다졸, 2,4-디아미노-6-[2'-메틸이미다졸릴-(1')]-에틸-s-트리아진이소시아누르산 부가물, 2-메틸이미다졸이소시아누르산 부가물, 2,3-디히드로-1H-피롤로(1,2-a)벤즈이미다졸 등) 또는 이미다졸　화합물과　에폭시　수지의 반응 생성물 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
경화 촉진제는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
경화 촉진제의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 경화 촉진제는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.　 상기의 범위에서 에폭시 수지 조성물의 경화를 촉진하고, 경화도도 좋은 장점이 있을 수 있다.
커플링제
커플링제는 태양전지 셀간의 접착력을 향상시키거나 에폭시 수지와 전도성 분말간의 계면 강도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 커플링제의 예로는, 실란　커플링제, 티탄계　커플링제, 지르코늄계 커플링제, 알루미늄계　커플링제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 실란 커플링제의 예로는 에폭시 실란, 아미노 실란, 우레이도 실란, 머캅토 실란, 및 알킬 실란 등을 들 수 있다. 티탄계　커플링제의 예로는 이소프로필(N-에틸아미노에틸에틸아미노)티타네이트, 티탄 디(디옥틸피로포스페이트)옥시아세테이트, 테트라이소프로필디(디옥틸포스파이트)티타네이트, 네오알콕시트리(p-N-(β-아미노에틸)아미노페닐)티타네이트 등을 들 수 있다. 지르코늄계 커플링제의 예로는 Zr-아세틸아세토네이트, Zr-메타크릴레이트, Zr-프로피오네이트, 네오알콕시트리스(도데카노일)벤젠술포닐지르코네이트, 네오알콕시트리스(에틸렌디아미노에틸)지르코네이트, 네오알콕시트리스(m-아미노페닐)지르코네이트, 암모늄 지르코늄 카보네이트 등을 들 수 있다. 알루미늄계　커플링제의 예로는 Al-아세틸아세토네이트, Al-메타크릴레이트, Al-프로피오네이트 등을 들 수 있다.
커플링제는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
커플링제의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 커플링제는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.　 상기 범위에서 조성물 경화물의 강도 및 기재에 대한 밀착성이 향상될 수 있다.
분산제
분산제로는, 예를 들어 아크릴계 분산제, 불소계 분산제, 실리콘계 분산제 등이 사용될 수 있다.
분산제는 단독으로 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수 있다.
분산제의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 분산제는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0.01 내지 5 중량%, 예를 들면 0.1 내지 3 중량%로 포함될 수 있다.
이외에도, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 필요에 따라 요변제, 가소제, 점도 안정화제, 소포제, 안료, 자외선 안정제, 산화방지제 등을 1종 이상 더 포함할 수 있다. 이들은 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물 중에 0.01 내지 5 중량%로 포함될 수 있으나, 필요에 따라 그 함량을 변경할 수 있다.
태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 상술한 성분들을 동시에 또는 별도로 필요에 따라 가열 또는 냉각 처리를 행하면서 교반, 용해, 혼합, 분산하여 얻을 수 있다. 이 경우, 혼합, 교반, 분산 등의 장치는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 교반, 가열 및 냉각 장치를 구비한 분쇄기, 2축 롤, 3축 롤, 볼밀, 연속 압출기, 플라네터리 믹서, 마스콜로이더 등을 단독으로 또는 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
상술한 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 태양전지 셀을 접합하는 데 유용하게 적용될 수 있다. 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 태양전지 셀 상에 도포하는 방법으로는, 예를 들어 디스펜스법, 스크린 인쇄법, 스텐실 인쇄법, 잉크젯법 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 측면에 따르면, 상술한 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 사용하여 제조된 태양전지 모듈을 제공한다. 예를 들어, 태양전지 모듈은 상술한 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 사용하여 적어도 일부분이 접합된 복수의 태양전지 셀을 포함할 수 있다. 이때, 개개의 태양전지 셀이 슁글드 방식으로 배열되어 접합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 개개의 태양전지 셀(10)이 슁글드 방식으로 배열되어 접합된 복수의 태양전지 셀(100)을 개략적으로 도시한 것이다. 개개의 태양전지 셀(10) 사이에는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물로부터 형성된 접착층(20)이 개재될 수 있다.
도 1은 태양전지 셀의 접합 방식의 일 예시이며, 이외에도 태양전지 셀은 다양한 방식으로 접합될 수 있고, 이를 위해 공지의 다양한 구성을 추가로 포함할 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명의 일 구현예를 따르는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며, 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
하기 실시예와 비교예에서 사용된 성분의 구체적인 사양은 다음과 같다.
(A) 에폭시 수지
(a1) 제1에폭시 수지: 비점이 160℃이고, 상온에서 액상인 에폭시 수지(국도화학社, LGE)
(a2) 제2에폭시 수지: 비점이 240℃이고, 상온에서 고상인 비스페놀 F형 에폭시 수지(국도화학社, YDF170)
(B) 경화제: PN23(아지노모토社)
(C) 전도성 분말: 평균 입경이 1.5㎛인 구형의 은 분말(Dowa Hightech CO. LTD, AG-5-11F)
(D) 경화 촉진제: 2MA-OK(사국화성社)
(E) 커플링제: A187(모멘티브社)
(F) 분산제: BYK3700(BYK Chem社)
(G) 용매
(g1) 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매: 메틸에틸케톤(bp: 80℃)(Sigma-Aldrich社)
(g2) 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매: 부틸 카비톨 아세테이트(bp: 247℃) (Sigma-Aldrich社)
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 및 2
상기 각 성분들을 하기 표 1의 조성에 따라 칭량한 후 배합하여 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 제조하였다. 하기 표 1에서 (A) 내지 (F)의 사용량 단위는 중량%이고, (G)의 사용량 단위는 중량부로, (A) 내지 (F)의 합계량 100 중량부에 대한 중량부이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
(A) (a1) 18 18 18 -- 18
(a2) 16.5 16.5 16.5 34.5 16.5
(B) 2 2 2 2 2
(C) 60 60 60 60 60
(D) 2 2 2 2 2
(E) 1 1 1 1 1
(F) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
(G) (g1) -- -- 1 -- 2
(g2) -- 1 -- -- --
물성 평가 방법
(1) 면저항: 단결정 실리콘 태양전지 셀(Longi社) 위에 1×1㎝ 면적으로 SUS 325mesh를 이용하여 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 스크린 인쇄하고, 150℃에서 40초 또는 5분간 경화시킨 후, 면저항 측정기(Keithley, sourcemeter 2400)를 사용하여 면저항을 측정하였다.
(2) 선저항: 전면 전극 및 버스바 전극이 설치된 6인치 단결정 실리콘 태양전지 셀(Longi社, 5 bus bar)을 레이저 절단기를 사용하여 버스바 기준으로 5등분한 뒤, 절단된 셀 중 하나의 버스바 위에 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 1.0mm의 폭, 200㎛ 두께로 도포하고, 그 위에 다른 절단된 셀의 버스바를 위치시킨 후, 150℃에서 40초 또는 5분간 경화시켜 2개의 태양전지 접합셀을 제조 한 후 양 끝단의 선저항을 측정하였다.
(3) 접착특성 평가: 6인치 단결정 실리콘 태양전지 셀(Longi社)을 레이저 절단기로 2×10㎝ 크기로 절단한 후, 절단한 태양전지 셀의 끝단에 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 1.0mm의 폭, 200㎛의 두께로 도포하고, 그 위에 동일한 크기의 태양전지 셀 끝단을 위치시킨 후, 150℃에서 40초 또는 5분간 경화시켜 2개의 태양전지 접합셀을 제조하였다. 상기 접합셀을 접착력 측정기(Tinius社, H5KT)를 사용하여 180도 접착력을 측정하였다.
(4) 디스펜싱 특성: Musashi社 디스펜서 및 노즐(250㎛)을 사용하고, 200mpa의 디스펜싱 압력 및 200mm/min의 속도로 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 10cm 길이로 도포하고, 그 선의 단선 여부를 확인하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
디스펜싱 특성(단선) 없음 없음 없음 불량 없음
150℃/
40sec		 면저항(Ω/□) 30 32 32 31 43
셀 접합 후 선저항(패턴)(Ω) 5.2 5.3 5.3 5.3 6.2
셀 접합 후 85℃/85%, 1000hr 에이징 후 선저항(Ω) 5.1 5.3 5.2 5.3 6.2
셀 접합 후 TC(40~50℃, 1000사이클) 후 선저항(Ω) 5.5 5.5 5.6 5.4 7.6
접착특성(N/mm) 2.0 1.7 1.8 2.0 1.2
150℃/
5min		 면저항(Ω/□) 29 30 31 29 36
셀 접합 후 선저항(패턴)(Ω) 5.2 5.2 5.2 5.3 5.6
셀 접합 후 85℃/85%, 1000hr 에이징 후 선저항(Ω) 5.5 5.6 6.0 5.4 7.0
셀 접합 후 TC(40~50℃, 1000사이클) 후 선저항(Ω) 5.5 5.7 5.7 5.3 6.9
접착특성(N/mm) 2.3 2.0 2.1 2.2 1.5
상기 표 2로부터, 실시예 1 내지 3의 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 속경화가 가능하고 디스펜싱 특성 및 셀간 접착력이 우수하면서 저항이 낮아 높은 통전성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 반면, 제1에폭시 수지를 비포함하는 비교예 1의 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물은 디스펜싱 특성이 불량하고, 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 2 중량부 포함하는 비교예 2의 경우 셀간 접착력이 낮고 저항이 높아 낮은 통전성을 갖는 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 (11)

100℃ 이상의 비점을 갖는 액상의 제1에폭시 수지를 포함한 에폭시 수지, 경화제 및 전도성 분말을 포함하는 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물이며,
상기 조성물은 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 1 중량부 이하로 포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 제1에폭시 수지는 상기 에폭시 수지의 총 중량을 기준으로 40 내지 100 중량% 포함되는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 전도성 분말은 은 분말을 포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 상기 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 0.5 중량부 이하로 포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 상기 150℃ 이하의 비점을 갖는 용매를 비포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 비포함하거나 1 중량부 이하로 포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 조성물은 150℃ 초과의 비점을 갖는 용매를 비포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
상기 에폭시 수지 0.5 내지 45 중량%
상기 경화제 0.1 내지 15 중량%,
상기 전도성 분말 50 내지 95 중량%를 포함한, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항에 있어서,
경화 촉진제, 커플링제 및 분산제 중 1종 이상을 더 포함하는, 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 태양전지 셀 접합용 전도성 조성물을 사용하여 적어도 일부분이 접합된 복수의 태양전지 셀을 포함하는 태양전지 모듈.
제10항에 있어서,
상기 복수의 태양전지 셀이 슁글드(shingled) 방식으로 배열되어 접합된 태양전지 모듈.
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