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KR101930284B1 - 태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 - Google Patents

태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 Download PDF

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KR101930284B1
KR101930284B1 KR1020160144619A KR20160144619A KR101930284B1 KR 101930284 B1 KR101930284 B1 KR 101930284B1 KR 1020160144619 A KR1020160144619 A KR 1020160144619A KR 20160144619 A KR20160144619 A KR 20160144619A KR 101930284 B1 KR101930284 B1 KR 101930284B1
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solar cell
conductive paste
powder
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전태현
노화영
김충호
김인철
고민수
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엘에스니꼬동제련 주식회사
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Abstract

본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트로서, 용매로서 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 용매의 표면장력 및 비점을 조절함으로써, 본 발명에 따른 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선하여 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.

Description

태양전지 전극용 도전성 페이스트 및 이를 사용하여 제조된 태양전지 {Electrode Paste For Solar Cell's Electrode And Solar Cell using the same}
본 발명은 태양전지의 전극 형성에 사용되는 도전성 페이스트 및 이를 이용하여 제조된 태양전지에 관한 것이다.
태양 전지(solar cell)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자로서 일반적으로 p-n 접합 형태를 가지며 그 기본 구조는 다이오드와 동일하다. 도 1은 일반적인 태양전지 소자의 구조로서, 태양 전지 소자는 일반적으로 두께가 180~250㎛인 p형 실리콘 반도체 기판(10)을 이용하여 구성된다. 실리콘 반도체 기판의 수광면측에는, 두께가 0.3~0.6㎛인 n형 불순물층(20)과, 그 위에 반사 방지막(30)과 전면 전극(100)이 형성되어 있다. 또한, p형 실리콘 반도체 기판의 이면측에는 배면 전극(50)이 형성되어 있다. 전면 전극(100)은 은을 주성분으로 하는 도전성 입자(silver powder), 유리 프릿(glass frit), 유기 비히클(organic vehicle) 용매 및 첨가제 등을 혼합한 도전성 페이스트를 반사 방지막(30) 상에 도포한 후 소성하여 전극을 형성하고 있으며, 배면 전극(50)은 알루미늄 분말, 유리 프릿, 유기 비히클(organic vehicle) 및 첨가제로 이루어지는 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후, 660℃(알루미늄의 융점) 이상의 온도에서 소성함으로써 형성되어 있다. 이 소성시에 알루미늄이 p형 실리콘 반도체 기판의 내부로 확산됨으로써, 배면 전극과 p형 실리콘 반도체 기판 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에, 알루미늄 원자의 확산에 의한 불순물층으로서 p+층(40)이 형성된다. 이러한 p+층의 존재에 의해 전자의 재결합을 방지하고, 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 BSF(Back Surface Field) 효과가 얻어진다. 배면 알루미늄 전극(50) 하부에는 배면 실버 전극(60)이 더 위치될 수 있다.
태양전지의 전면 전극은 주로 스크린 프린팅 공정을 통해 형성되기 때문에 전후면 전극 페이스트 조성물도 스크린 프린팅 공정의 인쇄성을 고려하여 제조되고 있는데, 기존의 대부분의 조성에서는 스크린 프린팅에 적합한 고비점 용매를 사용하거나 페이스트의 저장안정성 및 상용성을 고려하여 중극성 용매 등을 사용하고 있지만, 특히 전면 전극은 원하는 선폭을 재현하여 좋은 해상도를 구현하기가 어려운 실정이다. 예를 들어 종래 방법은 전면 전극용 은 도전성 페이스트 조성물을 이용하여, 전면 전극용 스크린 인쇄용 마스크의 선폭을 80㎛로 제작하여도 실제 인쇄 후 전면전극의 선폭은 10~20㎛이 더 넓어지는 경우가 많다. 그렇게 되면 전지(cell)의 수광면이 줄어들게 되고, 결과적으로 전지 특성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
또한 한국공개특허 제2013-0139022호(2013.12.20.)에서는 도전성 페이스트 조성물에 친수성 도전성 금속을 포함하는 경우 소수성 바인더 및 소수성 용매를 사용하고, 소수성 도전성 금속을 포함하는 경우 소수성 바인더 및 소수성 용매를 사용하여 종횡비가 우수하고 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 페이스트를 개시하고 있다. 하지만, 상기와 같이 사용되는 도전성 금속의 성질에 따라 용매의 성질(친수성 및 소수성)을 제어하여 용매를 사용하는 경우에는 바인더나 분말의 선정에 제약이 따르며, 특히 친수성 용매를 사용하는 경우에는 내습성이 약해 저장 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
1. 한국공개특허 제2013-0139022호 (2013.12.20.)
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트의 조성 중 용매의 조성을 조절함으로써, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극을 포함하는 태양전지의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하며, 상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용함으로써 표면장력 및 비점을 조절하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다.
또한 상기 용매는 에틸아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 에틸카비톨 아세테이트(Ethyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol), 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 및 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether)로 구성되는 군에서 선택되는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 용매는 표면장력이 20 내지 30m/Nm 제1 용매 및 표면장력이 40 내지 50m/Nm인 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 표면장력이 20 내지 60mN/m 인 용매인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 용매는 비점이 150 내지 220℃인 제1 용매 및 비점이 190 내지 300℃인 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 비점이 150 내지 300℃ 인 용매인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제1 용매 및 제2 용매의 혼합 비율은 중량 대비 8:2 내지 5:5 인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트는 분산제를 더 포함하고, 상기 분산제는 식물성 오일 및 동물성 오일 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서, 상기 전면 전극은 상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지를 제공한다.
본 발명은 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 사용되는 용매의 표면장력을 조절하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.
또한 태양전지 전극용 도전성 페이스트에 비점이 다른 용매를 혼합 사용하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 전극 형성 시 용매의 기화를 서서히 진행시켜 형성되는 전극의 핀홀(pin-hole), 크랙(crack) 등의 결함(defect)을 방지함으로써 누설전류 등의 태양전지 효율특성에 방해가 되는 부분을 최소화 할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 용매 조성은 도전성 페이스트에 사용되는 다른 성분(도전성 금속 분말 및 바인더)의 종류나 특성에 따른 것이 아니기 때문에 태양전지 전극용 도전성 페이스트 제조 시 도전성 금속 분말 및 바인더의 종류나 특성에 한정되지 않는다.
도 1은 일반적인 태양전지 소자의 개략 단면도를 나타낸 것이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 페이스트는 태양전지 전극 형성에 사용되기 적합한 페이스트로서, 표면장력 및 비점을 조절하기 위하여 2종 이상의 용매를 포함하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 제공한다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트는 금속 분말, 유리 프릿, 바인더, 용매 및 기타 첨가제를 포함하여 이루어진다.
상기 금속 분말로는 은(Ag) 분말, 금(Au) 분말, 백금(Pt) 분말, 니켈(Ni) 분말, 구리(Cu) 분말 등이 사용될 수 있는데, 금속 분말은 상술한 분말 중 하나가 단독으로 사용되거나, 상술한 금속의 합금이 사용되거나, 상술한 분말 중 적어도 두 개가 혼합된 혼합 분말로 사용될 수 있다. 또한 상기 금속 분말의 표면을 친수성 처리 등 표면처리된 금속 분말을 사용할 수 있어 금속 분말의 소수성, 친수성 등 표면 특성에 무관하게 사용 가능하다.
이 중에서도 우수한 전기전도도를 가져 전면 전극용으로 주로 사용되는 은(Ag) 분말을 사용하는 것이 좋다. 은 분말은 순은 분말이 바람직하며, 이외에, 적어도 표면이 은층으로 이루어지는 은 피복 복합 분말이나, 은을 주성분으로 하는 합금 등을 사용할 수 있다. 또한, 다른 금속 분말을 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들면 알루미늄, 금, 팔라듐, 동, 니켈 등을 들 수 있다.
금속 분말의 함량은 인쇄 시 형성되는 전극 두께 및 전극의 선저항을 고려할 때 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 40 내지 95 중량%가 바람직하다. 40 중량% 미만인 경우 형성된 전극의 비저항이 높을 수 있으며, 95 중량% 초과인 경우 다른 성분의 함량이 충분하지 않아 금속 분말이 균일하게 분산되지 않는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 70 내지 90 중량%로 포함되는 것이 좋다.
은 분말의 평균입경은 0.1 내지 10㎛ 일 수 있으며, 페이스트화 용이성 및 소성시 치밀도를 고려할 때 0.1 내지 3㎛가 바람직하며, 그 형상이 구상(球狀), 침상(針狀), 판상(板狀) 그리고 무정상(無定狀) 중 적어도 1종 이상일 수 있다. 은 분말은 평균 입자지름이나 입도 분포, 형상 등이 다른 2종 이상의 분말을 혼합하여 이용해도 좋다.
상기 유리 프릿의 조성이나 입경, 형상에 있어서 특별히 제한을 두지 않는다. 유연 유리 프릿뿐만 아니라 무연 유리 프릿도 사용 가능하다. 바람직하게는 유리 프릿 성분으로서, Bi2O3계, Si-B-Pb계, Si-Bi-Zn계 및 Si-Pb-Al-Zn계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 좋다. 상기 유리 프릿의 각 성분의 유기적 함량 조합에 의해 전극 선폭 증가를 막고 고면저항에서 접촉저항을 우수하게 할 수 있으며, 단략전류 특성을 우수하게 할 수 있다.
유리 프릿의 평균 입경은 제한되지 않으나 0.1 내지 10㎛ 범위 내의 입경을 가질 수 있으며, 평균 입경이 다른 다종이 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 바람직하기로는 적어도 1종의 유리 프릿은 평균 입경(D50)이 0.1㎛ 이상 5㎛ 이하인 것을 사용하는 것이 좋다. 이를 통해 소성 시 반응성이 우수해지고, 특히 고온에서 n층의 데미지를 최소화할 수 있으며 부착력이 개선되고 개방전압(Voc)을 우수하게 할 수 있다. 또한, 소성 시 전극의 선폭이 증가하는 것을 감소시킬 수 있다.
유리 프릿의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총중량을 기준으로 1 내지 10 중량%가 바람직한데, 1 중량% 미만이면 불완전 소성이 이루어져 전기 비저항이 높아질 우려가 있고, 10 중량% 초과하면 은 분말의 소성체 내에 유리 성분이 너무 많아져 전기 비저항이 역시 높아질 우려가 있다.
상기 유기 바인더와 용매를 포함하는 유기 비히클은 금속 분말과 유리 프릿 등이 균일하게 혼합된 상태를 유지하는 특성이 요구되며, 예를 들면 스크린 인쇄에 의해 도전성 페이스트가 기재에 도포될 때에, 도전성 페이스트를 균질하게 하여, 인쇄 패턴의 흐려짐 및 흐름을 억제하고, 또한 스크린판으로부터의 도전성 페이스트의 토출성 및 판분리성을 향상시키는 특성이 요구된다.
유기 바인더는 셀룰로오스계 화합물, 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물, 폴리에스터계 화합물, 폴리비닐계 화합물 등을 사용할 수 있다. 셀룰로오스계 화합물로는 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부틸레이트, 에틸 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 플로필 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 셀룰로오스, 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 하이드록시 에틸 메틸 셀룰로오스 등을 예로 들 수 있으며, 아크릴계 화합물로는 폴리 아크릴아미드, 폴리 메타 아크릴레이트, 폴리 메틸 메타 아크릴레이트, 폴리 에틸 메타 아크릴레이트 등을 예로 들 수 있으며, 에폭시계 화합물로는 비스페놀-A 타입, 비스페놀-F 타입, 브롬계 타입, 노볼락 타입, 알코올 타입 등을 예로 들 수 있으며, 폴리비닐계 화합물로는 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 아세테이트 그리고 폴리비닐 알코올 등을 예로 들 수 있다. 상기 유기 바인더들은 적어도 1종 이상 선택되어 사용될 수 있다.
유기 바인더는 제한되지 않으나 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 15 중량%가 바람직하다. 유기 바인더의 함량이 1 중량% 미만이면 조성물의 점도, 형성된 전극 패턴의 접착력이 떨어질 수 있으며, 15 중량% 초과하면 금속 분말, 용매, 분산제 등의 양이 충분하지 않을 수 있다.
상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용함으로써 표면장력 및 비점을 조절할 수 있다. 더욱 구체적으로 본 발명에 따른 도전성 페이스트에 포함되는 용매는 에틸아세테이트(Ethyl Acetate), 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 에틸카비톨 아세테이트(Ethyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol), 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 및 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 둘 이상의 용매를 포함한다.
상기 용매 중에서 선택되는 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 표면장력이 20 내지 60mN/m 인 용매를 사용한다. 예를 들어, 표면장력이 20 내지 30m/Nm인 제1 용매와 표면장력이 40 내지 50m/Nm인 제2 용매를 혼합한 용매를 사용한다. 이 때 제1 용매로는 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol) 등을 사용할 수 있고, 제2 용매로는 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether) 등을 사용할 수 있다. 또한 제1 용매와 제2 용매의 혼합 비율은 8:2 내지 5:5 인 것이 좋다.
용매의 표면장력을 조절하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 형성되는 전극의 종횡비(aspect ratio), 즉 선폭 및 선고를 개선함으로써 전도성을 향상시킬 수 있으며, 전극의 선폭이 감소에 따라 수광면이 늘어나 높은 발전 효율을 갖는 태양전지를 제공할 수 있다.
또한 상기 용매 중에서 선택되는 제1 용매 및 제2 용매를 혼합하여 비점이 150 내지 300℃ 인 용매를 사용한다. 예를 들어, 비점이 150 내지 220℃인 제1 용매와 비점이 190 내지 300℃인 제2 용매를 혼합한 용매를 사용한다. 이 때 제1 용매로는 에틸카비톨 아세테이트(Ethyl Carbitol Acetate), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 등을 사용할 수 있고, 제2 용매로는 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 텍사놀(Texanol), 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether) 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether) 등을 사용할 수 있다. 또한 제1 용매와 제2 용매의 혼합 비율은 8:2 내지 5:5 인 것이 좋다.
비점이 다른 용매를 혼합 사용하여, 제조된 도전성 페이스트를 이용하여 전극 형성 시 용매의 기화를 서서히 진행시켜 형성되는 전극의 핀홀(pin-hole), 크랙(crack) 등의 결함(defect)을 방지함으로써 누설전류 등의 태양전지 효율특성에 방해가 되는 부분을 최소화 할 수 있다.
가장 바람직하게는 부틸카비톨아세테이트와 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르를 7:3 (중량)비율로 혼합하여 35mN/m 의 표면장력을 갖고, 250℃의 비점을 갖는 용매를 사용하는 것이 좋다.
용매의 함량은 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%가 바람직한데, 5 중량% 미만이면 인쇄 시 건조가 빨라 전극이 끊어지는 문제점이 있고, 15 중량% 초과하면 인쇄에 적합하지 못한 점도가 형성되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 용매 조성은 도전성 페이스트에 사용되는 다른 성분(도전성 금속 분말 및 바인더)의 종류나 특성에 따른 것이 아니기 때문에 태양전지 전극용 도전성 페이스트 제조 시 도전성 금속 분말 및 바인더의 종류나 특성에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 도전성 페이스트 조성물은 필요에 따라 통상적으로 알려져 있는 첨가제, 예를 들면, 분산제, 레벨링제, 가소제, 점도 조정제, 계면활성제, 산화제, 금속 산화물, 금속 유기 화합물 등을 더 포함할 수 있다.
상기 분산제로는 식물성 오일, 동물성 오일 등을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 도전성 페이스트 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%로 포함된다. 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우 분산효과가 미비하여 분산성이 저하가 되는 문제가 있고, 5 중량%를 초과하여 포함하는 경우 과분산으로 점도가 낮아지고, 장기보관 시 페이스트 상분리로 인한 안정성 문제를 야기시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%로 포함되는 것이 좋다.
상술한 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물은 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 용매 및 첨가제 등을 혼합 및 분산한 다음 여과 및 탈포하여 제조될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 도전성 페이스트를 기재 위에 도포하고, 건조 및 소성하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 전극 형성 방법 및 상기 방법에 의하여 제조된 태양전지 전극을 제공한다. 본 발명의 태양전지 전극 형성방법에서 상기 특성의 은 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하는 것을 제외하고, 기재, 인쇄, 건조 및 소성은 통상적으로 태양전지의 제조에 사용되는 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다. 일예로 상기 기재는 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더, 용매 및 분산제를 넣고 삼본밀을 사용하여 분산한 후, 실버 파우더(구상, 평균 입경 1㎛)를 혼합하고 또한 삼본밀을 사용하여 분산하였다. 그 뒤 감압 탈포하고 도전성 페이스트를 제조하였다. 용매의 조성은 별도로 하기 표 2에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
은 분말 85 85 85 85
표면 친수처리된
은 분말		 85 85 85
유리 프릿 5 5 5 5 5 5 5
바인더 2 2 2 2 2 2 2
용매 A 7
용매 B 7
용매 C 7
용매 D 7
용매 E 7
용매 F 7
용매 G 7
분산제 1 1 1 1 1 1 1
용매 A 용매 B 용매 C 용매 D 용매 E 용매 F 용매 G
조성 Butyl Carbitol Acetate 5 2 4
Texanol 4
Diethylene Glycol Monophenyl Ether 2 5 3 3 3 2 1
Propylene glycol butyl ether 4 5 6
표면장력(mN/m) 35 40 30 31 28 25 22
비점(℃) 250 250 250 240 240 240 220
실험예
(1) 선폭 및 선고
선폭(μm) 선고 종횡비
실시예 1 44 21 0.47
실시예 2 43 21 0.49
비교예 1 47 19 0.4
비교예 2 46 17 0.37
비교예 3 47 18 0.38
비교예 4 49 15 0.31
비교예 5 51 14 0.27
상기 표 3에 나타나는 것과 같이 본원발명의 실시예에 따른 도전성 페이스트로 형성한 전극의 선폭이 좁고, 선고가 높아 종횡비가 높음을 알 수 있으며, 이로서 제조되는 태양전지의 전기 전도 특성이 우수할 것임을 알 수 있다.
(2) 변환효율 및 전기 전도성 측정
상기 얻어진 도전성 페이스트를 wafer의 전면에 40㎛ 메쉬의 스크린 프린팅 기법으로 패턴 인쇄하고, 벨트형 건조로를 사용하여 200~350 ℃에서 40초에서 50초 동안 건조시켰다. 이후 Wafer의 후면에 Al paste를 인쇄한 후 동일한 방법으로 건조하였다. 상기 과정으로 형성된 Cell을 벨트형 소성로를 사용하여 500 내지 900 ℃사이로 60초에서 80초간 소성을 행하여 태양전지 Cell을 제작하였다.
상기 제조된 Cell은 태양전지 효율측정장비(Halm社, cetisPV-Celltest 3)를 사용하여, 변환효율(Eff), 단락전류(Isc), 개방전압(Voc), 곡선인자(FF)를 분석하여 하기 표 4에 나타내었고, 전극 패턴의 선저항을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
Isc(A) Voc(V) Eff(%) FF(%) Rs(ohm)
실시예 1 9.491 0.6386 19.746 77.74 0.00168
실시예 2 9.4918 0.6393 19.767 77.749 0.00177
비교예 1 9.472 0.6384 19.651 77.7 0.00198
비교예 2 9.477 0.6371 19.619 77.05 0.00211
비교예 3 9.459 0.6378 19.589 77.75 0.00173
비교예 4 9.4266 0.6379 19.524 78.21 0.00156
비교예 5 9.4116 0.6393 19.518 76.957 0.00207
통상적으로 태양전지는 효율을 0.2% 단위로 나누며, 0.2% 효율 증가는 매우 큰 의미를 갖는 수치인 것을 감안할 때, 상기 표 3에 나타나는 것과 같이 본 발명에 따른 용매를 포함하는 도전성 페이스트로 제조된 전극을 포함하는 태양전지의 경우 비교예와 비교하여 변환 효율이 높아 태양전지의 발전 효율이 개선된 것을 알 수 있다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : P형 실리콘 반도체 기판
20 : N형 불순물층
30 : 반사 방지막
40 : P+층(BSF : back surface field)
50 : 배면 알루미늄 전극
60 : 배면 실버 전극
100 : 전면 전극

Claims (13)

  1. 금속 분말, 유리 프릿, 유기 바인더 및 용매를 포함하며,
    상기 용매는 제1 용매 및 제2 용매를 포함하는 적어도 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용함으로써 표면장력을 20 내지 60mN/m으로 조절하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 용매는 표면장력이 20 내지 30m/Nm 인 용매로서 부틸카비톨아세테이트(Butyl Carbitol Acetate) 및 텍사놀(Texanol)로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며,
    상기 제2 용매는 표면장력이 40 내지 50mNm 인 용매로서 디에틸렌 글리콜 모노 부틸 에테르(Diethylene glycol monobutyl ether), 프로필렌 글리콜 모노페닐 에테르(Propylene glycol butyl ether) 및 디에틸렌 글리콜 모노페닐 에테르(Diethylene Glycol Monophenyl Ether) 로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    상기 제1 용매와 제2 용매의 혼합비율은 8:2 내지 5:5 인 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
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  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속 분말은 평균 입경이 0.1 내지 10㎛ 인 분말이며, 은(Ag) 분말, 금(Au) 분말, 백금(Pt) 분말, 니켈(Ni) 분말 및 구리(Cu) 분말로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유리 프릿은 평균 입경이 0.1 내지 10㎛ 이며, Bi2O3계, Si-B-Pb계, Si-Bi-Zn계 및 Si-Pb-Al-Zn계로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유기 바인더는 셀룰로오즈계 화합물, 아크릴계 화합물, 에폭시계 화합물, 폴리에스터계 화합물 및 폴리비닐계 화합물로 구성되는 군에서 선택되는 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 전극용 도전성 페이스트는 분산제를 더 포함하고,
    상기 분산제는 식물성 오일 및 동물성 오일 중 어느 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 전극용 도전성 페이스트.
  13. 기재 상부에 전면 전극을 구비하고, 기재 하부에 배면 전극을 구비한 태양전지에 있어서,
    상기 전면 전극은, 제1항 및 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항의 태양전지 전극용 도전성 페이스트를 도포한 후 소성시켜 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지.
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