[go: up one dir, main page]

KR102812150B1 - 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물 - Google Patents

글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR102812150B1
KR102812150B1 KR1020230104265A KR20230104265A KR102812150B1 KR 102812150 B1 KR102812150 B1 KR 102812150B1 KR 1020230104265 A KR1020230104265 A KR 1020230104265A KR 20230104265 A KR20230104265 A KR 20230104265A KR 102812150 B1 KR102812150 B1 KR 102812150B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
glass frit
solar cell
present
pbo
paste composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020230104265A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20250023156A (ko
Inventor
박태호
차명룡
권태성
김동찬
Original Assignee
주식회사 베이스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 베이스 filed Critical 주식회사 베이스
Priority to KR1020230104265A priority Critical patent/KR102812150B1/ko
Priority to CN202480021305.2A priority patent/CN121001972A/zh
Priority to PCT/KR2024/001148 priority patent/WO2025033625A1/ko
Priority to TW113106940A priority patent/TWI903391B/zh
Publication of KR20250023156A publication Critical patent/KR20250023156A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102812150B1 publication Critical patent/KR102812150B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/102—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing lead
    • C03C3/108—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing lead containing boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/14—Compositions for glass with special properties for electro-conductive glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/02—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form
    • C03C8/10—Frit compositions, i.e. in a powdered or comminuted form containing lead
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
    • C03C8/14—Glass frit mixtures having non-frit additions, e.g. opacifiers, colorants, mill-additions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 태양전지 전극용 페이스트에 사용되는 글라스 프릿으로서, PbO-SiO2-B2O3계이고, 붕소 분말을 더 포함한다. 본 발명에 따르면 글라스 프릿에 첨가되는 붕소 분말에 의해 소성 후 Pb　석출량이　감소되어 과에칭　억제 및 소성 유동성 향상을 통한　웨이퍼와의 접촉 특성이 향상될 수 있다. 이에 따라,　직렬저항(Rs)값이 감소하여 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.

Description

글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물{GLASS FRIT AND ELECTRODE PASTE COMPOSITION FOR SOLAR CELL COMPRISING THE SAME}
본 발명은 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 N 타입 태양전지 전극용 페이스트를 위한 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 천연 에너지 자원의 고갈이 예측되고 화력 발전에 대한 환경 문제, 원자력 발전에 대한 안전성 문제가 제기되면서 이들을 대체할 태양광, 태양열, 풍력 등 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양광 발전은 무궁한 태양 에너지 자원을 활용할 수 있고 환경 친화적이라는 점에서 특히 많은 연구 개발이 이루어지고 있으며, 많은 현장에 설치, 운용되고 있다.
태양광 발전을 위한 태양광 발전 장치는 다수의 태양전지 모듈(패널)을 포함하고, 태양전지 모듈은 복수의 태양전지(solar cell)로 이루어진다.
태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜 주는 반도체 소자로서, 원료 물질에 따라 크게 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지로 구분되며, 이 중 실리콘 태양전지가 많이 사용되고 있다.
실리콘 태양전지는 실리콘 웨이퍼에 P-N 접합을 형성시키고 내부의 전자가 외부로 흐를 수 있도록 실리콘 웨이퍼의 전면과 후면에 각각 전면전극 및 후면전극을 형성하여 이루어진다. 이러한 태양전지에 빛이 조사되면 광전효과에 의해 실리콘 웨이퍼 내에 자유전자가 발생하며, P-N 접합에 의해 전자가 이동하고 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 전극을 통해 외부 회로로 흘러 전류가 발생한다. 또한, 실리콘 웨이퍼의 표면에는 반사 방지막이 형성되어 조사되는 태양광의 반사 손실을 줄여 태양광이 전기 에너지로 변환되는 효율을 향상시킬 수 있다.
태양전지의 전극은 실리콘 웨이퍼의 일면에 도전성 페이스트가 도포되어 형성된다. 도전성 페이스트(이하, 태양전지 전극용 페이스트) 조성물은 도전성 분말, 글라스 프릿(glass frit) 및 유기 비히클(organic vehicle)을 포함하며, 태양전지 전극용 페이스트를 도포한 후 소성하는 과정에서 글라스 프릿이 반사 방지막의 소정 부분을 분해 및 제거하여 실리콘 웨이퍼와 부착됨으로써 양자를 도통시킨다.
종래 기술에 따르면, P 타입 태양전지의 경우 P-N 접합에서 N층의 두께가 점점 얇아짐(shallow emitter)에 따라 반사 방지막의 식각 후 N층이 손상을 입게 되는 문제가 있다. 이를 보완하고자 저온 소성 성분중 TeO2 성분을 도입하고 있다. 이를 통해, PbO에 의한 과잉 에칭을 방지하여 전지 특성의 열화 및 션트(Shunt)의 발생을 방지할 수 있다.
그러나, N 타입 태양전지의 경우에는 TeO2 성분이 Al과 반응하여 산화막과 같은 2차상에 의해 접촉 특성이 나빠질 수 있다. N 타입 태양전지의 경우 Ag-Al 금속 접착재를 사용하여 접촉 특성을 향상하는 기술이 알려져 있으나, 이 경우 개방 전압(Voc)의 손실이 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, N 타입 태양전지에서 접촉 특성을 향상시키면서도 개방 전압 손실을 방지할 수 있는 태양전지 전극용 페이스트와 이에 구비되는 글라스 프릿을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 전극의 컨택 특성을 향상시키고 변환 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 전극용 페이스트와 이에 구비되는 글라스 프릿을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 태양전지 전극용 페이스트에 사용되는 글라스 프릿으로서, PbO-SiO2-B2O3계이고, 붕소 분말을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 66 내지 85 중량%의 PbO, 5 내지 15 중량%의 B2O3, 4 내지 10 중량%의 SiO2을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 붕소 분말을 1.5 중량% 내지 3 중량%으로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 붕소 분말은 1㎛ 내지 3㎛의 입자 크기를 가지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 ZnO, Al2O3, BaO, Li2O 및 Na2O 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소성 후 Pb/PbO의 비율이 0.3 내지 0.6일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 전극용 페이스트 조성물은 도전성 분말, 글라스 프릿 및 유기 비이클을 포함한다. 여기서, 글라스 프릿은 PbO-SiO2-B2O3계이고 붕소 분말을 더 포함한다.
본 발명에 따르면 글라스 프릿에 첨가되는 붕소 분말에 의해 소성 후 Pb　석출량이　감소되어 반사 방지막의 과도한 에칭을　억제하여 선폭　증가 등으로 인한　개방 전압(Voc)　손실을 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면 글라스 프릿의 소성 유동성의 향상에 따른　웨이퍼와의 접촉 특성이 향상으로 직렬저항(Rs)값이 감소하여 태양전지의 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 의한 SiNx층의 에칭 과정을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 3은 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 소성 과정을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 냉각시의 상태를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 종래 기술에 따른 글라스 프릿과 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿의 웨이퍼 침식을 나타낸 전자현미경 사진이다.
본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은 달리 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가지며, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분의 설명은 생략한다.
태양전지의 구조
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지(100)는 실리콘 웨이퍼(110)와, 실리콘 웨이퍼(110)의 전면과 후면에 각각 형성되는 전면전극(130) 및 후면전극(140)을 포함한다. 또한, 태양전지(100)는 실리콘 웨이퍼(110)와 전면전극(130) 사이와, 실리콘 웨이퍼(110)와 후면전극(140) 사이에 형성되는 반사 방지막(120)을 더 포함한다.
실리콘 웨이퍼(110)는 N형 반도체(111)와 P형 반도체(113)를 포함한다. N형 반도체(111)는 실리콘에 N형 불순물로서 P, As, Sb 등의 5족 원소가 도핑될 수 있고, P형 반도체(113)는 실리콘에 P형 불순물로서 B, Ga, In 등의 3족 원소가 도핑될 수 있다. N형 반도체(111)와 P형 반도체(113) 사이에는 P-N 접합이 형성되고, P-N 접합에 빛이 입사되면 광전효과에 의해 발생하는 자유전자가 N형 반도체(111)로 이동하여 광기전력이 발생할 수 있다.
반사 방지막(120)은 실리콘 웨이퍼(110)의 P형 반도체(113) 상에 형성되어, 실리콘 웨이퍼(110)의 전면으로 입사되는 빛의 반사율을 감소시키고, 절연층으로 기능하며, 또한 실리콘 웨이퍼(110) 표면 또는 내부에 존재하는 결함을 비활성화시키는 역할을 수행할 수 있다. 반사 방지막(120)에 의해 입사되는 빛의 반사율이 감소되면 P-N 접합까지 도달하는 광량이 증대되고, 이에 따라 태양전지(100)의 단락전류가 증가하여 태양전지(100)의 변환 효율이 향상될 수 있다. 반사 방지막(120)은 예를 들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막 중 어느 하나로 이루어지거나 둘 이상이 적층된 다층막으로 이루어질 수 있으며, 이들 외에 공지의 조성을 갖는 막으로 이루어질 수도 있다.
태양전지(100)의 전면전극(130)은 실리콘 웨이퍼(110)의 전면에 형성되며, 도시된 바와 같이 반사 방지막(120)을 관통하여 실리콘 웨이퍼(110)의 P형 반도체(113)와 접속하는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 전면전극(130)은 반사 방지막(120) 상에 전극용 페이스트를 도포한 후 소성을 통해 반사 방지막(120)을 에칭하여 페이스트 조성물을 반사 방지막(120) 내로 침투시킴으로써 실리콘 웨이퍼(110)의 P형 반도체(113)와 접속하도록 형성할 수 있다.
실리콘 웨이퍼(110)의 후면, 즉 전면전극(130)이 형성된 면의 반대면에는 후면전극(140)이 형성되며, 후면전극(140)은 광전효과에 의해 발생하여 N형 반도체(111)로 이동하는 전자를 수집하고 외부로 이동시켜 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 후면전극(140) 또한 반사 방지막(120')을 관통하여 실리콘 웨이퍼(110)의 N형 반도체(111)와 접속하는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 후면전극(140)은 반사 방지막(120') 상에 전극용 페이스트를 도포한 후 소성을 통해 반사 방지막(120')을 에칭하여 페이스트 조성물을 반사 방지막(120') 내로 침투시킴으로써 실리콘 웨이퍼(110)의 N형 반도체(111)와 접속하도록 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지의 전극용 페이스트 조성물은 특정 조성의 글라스 프릿을 사용함으로써 상술한 본 발명 본연의 효과를 달성할 수 있는 바, 이하에서는 태양전지 전극용 페이스트 조성물과 이에 사용되는 글라스 프릿에 대해 상세히 설명한다.
태양전지 전극용 페이스트 조성물
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 전극용 페이스트는 도전성 분말, 글라스 프릿 및 유기 비이클을 포함한다.
태양전지 전극용 페이스트 조성물의 도전성 분말은 페이스트 조성물에 전기적 특성을 부여하기 위한 것으로서, 본 실시예에 따르면 도전성 분말로 은(Ag) 분말을 사용할 수 있다. 은 분말은 전체 페이스트 조성물을 기준으로 80 내지 90 중량% 포함될 수 있다. 은 분말은 나노 사이즈 내지 마이크로 사이즈의 입경을 가질 수 있으며, 둘 이상의 다른 사이즈를 갖는 은 분말을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
태양전지 전극용 페이스트 조성물의 글라스 프릿은 태양전지 전극용 페이스트의 소성 공정 중 SiNx로 이루어지는 반사 방지막(120)을 에칭하여 페이스트와 실리콘 웨이퍼(110)를 접촉시키는 역할을 수행하는 것으로서, 본 실시예에 따른 글라스 프릿은 PbO-SiO2-B2O3계로 이루어진다. 본 실시예에 따르면, 글라스 프릿은 전체 페이스트 조성물을 기준으로 0.5 내지 5 중량% 만큼 포함될 수 있다.
도 2는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 의한 반사 방지막(SiNx)의 에칭 과정을 간략하게 나타낸 도면이다. 500 내지 650℃의 온도에서 다음의 반응에 따라 반사 방지막의 에칭이 이루어진다.
도 3은 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 소성 과정을 간략하게 나타낸 도면이다. 상술한 에칭 과정에 따라 태양전지 전극용 페이스트 내의 글라스 프릿이 실리콘 웨이퍼와 접촉되고, 600℃ 내지 820℃의 온도에서 소성이 이루어질 때 다음과 같은 반응이 진행된다.
화학식 3 내지 7의 반응은 소성 중 연속으로 발생한다. 화학식 4 및 화학식 5와 같이, 실리콘 웨이퍼(Si)의 상부 중 일부가 태양전지 전극용 페이스트 내의 Ag2O 및 PbO에 의해 용해되고, Si의 산화에 따라 SiO2가 형성되며 이에 따라 태양전지 전극용 페이스트와 실리콘 웨이퍼 간 부착력이 생기게 된다. 이 때, Ag 침전물이 형성되는 양은 산소(O2)에 크게 의존한다. 따라서, 650℃ 이상의 온도에서 충분한 산소가 필요하게 된다.
도 4는 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 냉각시의 상태를 간략하게 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 전극용 페이스트의 Ag가 실리콘 웨이퍼(Si)와 접촉되어 냉각될 때, 실리콘 웨이퍼(Si)에 나노결정 형태의 Ag 석출물이 생성된다. 글라스 프릿은 Ag2O로부터 Ag가 쉽게 분해될 수 있도록 하여, 더 많은 Ag가 반응함으로서 Ag가 치밀하게 소결될 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 전극용 페이스트 조성물의 글라스 프릿은 PbO-SiO2-B2O3계로 이루어진다.
PbO는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 의한 반사 방지막의 에칭 성능을 증가시키기 위한 것으로, 글라스 프릿을 기준으로 66 내지 85 중량%가 포함될 수 있다. PbO는 반사 방지막을 에칭하고 이를 관통하는 소성 관통 공정이 쉽게 일어날 수 있도록 하고 반사 방지막에 침투하여 전극이 실리콘 웨이퍼와 접속할 수 있도록 한다.
SiO2는 글라스 용융 시 결정화를 제어하는 성분으로서, 글라스 프릿을 기준으로 4 내지 10 중량%가 포함될 수 있다. SiO2가 4 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 결정화 제어 효과를 기대하기 어려우며, 10 중량%를 초과하여 함유하는 경우에는 유리 전이점의 증가 및 소성 온도 증가에 따라 접촉 특성을 저해할 수 있다. 이밖에 SiO2는 글라스의 유동성을 감소시켜 과도한 에칭을 방지하는 효과도 얻을 수 있다.
B2O3는 태양전지의 변환 효율을 향상시키기 위해 첨가되는 조성으로서, 글라스 프릿을 기준으로 5 내지 15 중량% 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 ZnO, Al2O3, BaO, Li2O 및 Na2O 중 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 이들 금속 산화물은 글라스 프릿을 기준으로 1 내지 7 중량% 포함될 수 있다.
상술한 바와 같이, N 타입 태양전지의 경우 Ag-Al 금속 접착재를 사용하여 접촉 특성을 향상시키는 구성이 알려져 있다. 하지만, 종래기술에 따르면 PbO 함량이 70% 내외로 큼에 따라 태양전지 전면 전극용 페이스트의 소성 시 지나친 전극 침투(fire through) 현상이 발생하여 개방 전압(Voc)의 손실을 야기할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 PbO 함량을 적게 사용할 경우에는 전극과 웨이퍼 간 접촉 특성이 부족하다는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 실시예에 따른 글라스 프릿은 PbO-SiO2-B2O3 이외에 붕소 분말을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 붕소 분말은 태양전지 전극용 페이스트의 소성 시 Pb 석출성을 감소시키는 역할을 한다. Pb 석출성이 감소함에 따라 Pb-Al 합금의 발생 빈도 및 성장을 억제할 수 있고, 이에 따라 얇은 에칭 특성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은 붕소 분말을 1.5 중량% 내지 3 중량% 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 붕소 분말은 1㎛ 내지 3㎛의 입자 크기를 가지도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 Pb 석출성을 평가하기 위하여 전극용 페이스트 조성물의 소성 후 XPS 분석을 통해 Pb/PbO(Pb2+) 값을 측정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿은, 전극용 페이스트의 소성 시 Pb/PbO 값이 0.3 내지 0.6일 수 있다. Pb/PbO 값이 0.6을 초과하는 경우　페이스트와 웨이퍼의　접촉　특성은 양호하게 나타날 수 있으나, 과도한　에칭에 따른　웨이퍼에 손상으로 개방전압(Voc)의 손실이 발생할 수 있다. 반대로, Pb/PbO 값이 0.3 미만인 경우에는 실리콘 웨이퍼와의 컨택 특성이 부족하여 직렬 저항(Rs)이 높아 전력 효율이 저하될 수 있다.
도 5는 종래기술에 따른 글라스 프릿과 본 발명의 일 실시예에 따른 글라스 프릿의 웨이퍼 침식을 나타낸 전자현미경 사진이다. 종래기술에 따른 글라스 프릿의 경우 Pb 석출량이 많으므로 660℃ 이상의 온도에서 Pb-Al 합금이 발생하게 되고, 이에 의한 웨이퍼의 침식 깊이가 깊게 나타날 뿐 더러, 침식되는 양이 많은 것을 확인할 수 있다(도 5의 (a) 참조). 반면, 본 발명의 실시예에 따른 글라스 프릿의 경우에는 Pb 석출량의 감소로 Pb-Al 합금의 발생 및 성장이 억제됨에 따라 웨이퍼의 침식 깊이가 얕게 나타나고, 침식되는 양 또한 적은 것을 확인할 수 있다(도 5의 (b) 참조).
태양전지 전극용 페이스트 조성물의 유기 비이클은 페이스트 조성물의 인쇄에 적합한 점도를 부여하기 위한 것으로서, 전체 페이스트에서 도전성 분말과 글라스 프릿을 제외한 잔량만큼 포함될 수 있다. 통상적으로 유기 비이클은 바인더 수지와 용매를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바인더 수지로는 아크릴레이트계 또는 셀룰로오스계 수지, 에틸 셀룰로오스, 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 수 있으며, 용매로는 헥산, 톨루엔, 에틸셀로솔브, 시클로헥사논, 부틸센로솔브, 부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르), 디부틸 카비톨(디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르), 부틸 카비톨 아세테이트(디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 아세테이트), 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 헥실렌 글리콜, 터핀올(Terpineol), 메틸에틸케톤, 벤질알콜, 감마부티로락톤 또는 에틸락테이트 등을 적어도 하나 포함하여 사용할 수 있다.
이밖에 태양전지 전극용 페이스트 조성물은 유동 특성, 공정 특성 등을 향상시키기 위하여 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 분산제, 가소제, 점도 안전화제, 산화방지제 등을 하나 이상 포함하여 사용할 수 있다.
실험예
이하에서는 태양전지 전극용 페이스트 조성물에 사용되는 글라스 프릿의 성분에 따른 변환 효율 등을 측정한 실험 결과를 바탕으로 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.
표 1은 태양전지 전극을 형성함에 있어서, 각 실시예와 비교예에 따른 페이스트 조성물의 글라스 프릿의 조성을 나타낸다. 본 실험예에서 페이스트 조성물은 약 89 중량%의 Ag 분말, 약 3 중량%의 글라스 프릿 및 잔부의 유기 비이클을 포함한다. 각 실시예와 비교예에 따른 글라스 프릿의 소성 후, XPS 분석기기를 통해 Pb/PbO 결합 상태를 구분하였다.
구분 글라스 프릿 성분비 (중량%) 붕소 분말
첨가(중량%)
PbO B2O3 SiO2 ZnO Al2O3 BaO Li2O+Na2O
실시예1 78 5 8 5 2 2 - 3
실시예2 66.3 14 7 7 2.7 - 3 2
실시예3 75 13 5 3 2 2 - 2
실시예4 77 10 4 5 2 - 2 2
실시예5 80 5 10 2 2 1 - 3
실시예6 73 6 8 7 3 - 3 1.5
실시예7 82 4 8 3 2 1 - 3
비교예1 73 6 8 7 3 - 3 -
비교예2 82 8 4 3 2 1 - -
비교예3 82 8 4 3 2 1 - 0.5
비교예4 82 8 4 3 2 1 - 5
표 2는 각 실시예와 비교예의 글라스 프릿의 유리 전이점과 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물로 형성된 태양전지에서의 변환 효율을 측정한 결과를 나타낸다.
구분 Pb/PbO Al spike 개수
(100㎛2)		 Al spike 깊이 개방 전압(Voc)
(mV)		 Rs
(mΩ)		 변환 효율
(%)
실시예1 0.60 10~17 Medium 712.8 1.20 24.3
실시예2 0.31 5~10 Shallow 713.8 1.35 24.0
실시예3 0.38 8~15 Shallow 713.0 1.21 24.5
실시예4 0.56 10~17 Medium 712.5 1.17 24.3
실시예5 0.45 8~16 Medium 711.6 1.13 23.9
실시예6 0.36 7~14 Shallow 713.3 1.23 24.2
실시예7 0.39 9~16 Medium 712.2 1.15 24.1
비교예1 0.85 15~26 Deep 709.8 1.07 23.4
비교예2 1.0 27~40 Deep 707.5 0.96 22.5
비교예3 0.80 18~32 Deep 708.6 1.04 23.1
비교예4 0 5 이하 - 712.2 1.53 22.9
표 1 및 표 2를 참조하면, 우선 붕소 분말을 포함하지 않거나, 적게 포함하는 경우(비교예 1 내지 비교예 3)에는 Pb/PbO(Pb2+)가 0.8 이상으로 높은 것이 확인된다. 반면, 본 발명의 실시예에 따라 붕소 분말을 포함하는 경우(실시예 1 내지 실시예 7)에는 Pb/PbO 값이 0.3 내지 0.6인 것으로 확인된다.
또한, 표 1 및 표 2를 참조하면, 글라스 프릿이 붕소 분말을 포함하지 않거나, 적게 포함하는 경우(비교예 1 내지 비교예 3)에는 본 발명의 실시예들에 비하여 Al 스파이크(spike)의 개수가 많이 나타나는 동시에, Al 스파이크의 깊이가 깊게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 또한, 개방 전압(Voc)이 낮게 나타나고, 변환 효율도 낮음을 확인할 수 있다.
또한, 글라스 프릿이 붕소 분말을 5중량% 이상 포함하는 경우(비교예 4)에는 Al 스파이크의 개수가 적게 나타나지만, 본 발명의 실시예들에 비하여 직렬저항(Rs)값이 높게 나타나고, 이에 따라 변환 효율도 낮음을 확인할 수 있다.
이에 비하여, 실시예 1 내지 7에서는 Al 스파이크의 깊이가 깊지 않고, 저항도 높지 않아, 변환 효율이 우수함을 확인할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 전극용 페이스트에 사용되는 글라스 프릿은 PbO-SiO2-B2O3계의 글라스 프릿에 붕소 분말을 1.5 중량% 내지 3 중량% 첨가함으로써 Pb 석출량 감소를 통해 과도한 에칭이 억제되고 및 소성 유동성을 향상시켜 웨이퍼와의 접촉 특성이 향상되고 개방 전압(Voc)이 증가하며 우수한 변환 효율 특성을 얻을 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
100: 태양전지
110: 실리콘 웨이퍼
111: N형 반도체
113: P형 반도체
120, 120': 반사 방지막
130: 전면전극
140: 후면전극
150: 후면 전계층

Claims (7)

  1. 태양전지 전극용 페이스트에 사용되는 글라스 프릿으로서,
    PbO-SiO2-B2O3계이고,
    붕소 분말을 더 포함하며,
    소성 후 Pb/PbO의 비율이 0.3 내지 0.6인,
    글라스 프릿.
  2. 제1항에 있어서,
    66 내지 85 중량%의 PbO,
    5 내지 15 중량%의 B2O3,
    4 내지 10 중량%의 SiO2,
    을 포함하는
    글라스 프릿.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 붕소 분말은 1.5 내지 3 중량%인
    글라스 프릿.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 붕소 분말은 1 내지 3 ㎛의 입자 크기를 갖는
    글라스 프릿.
  5. 제1항에 있어서,
    ZnO, Al2O3, BaO, Li2O 및 Na2O 중 하나 이상을 더 포함하는
    글라스 프릿.
  6. 삭제
  7. 도전성 분말,
    글라스 프릿 및
    유기 비이클
    을 포함하고,
    상기 글라스 프릿은 PbO-SiO2-B2O3계이고 붕소 분말을 더 포함하며,
    소성 후 Pb/PbO의 비율이 0.3 내지 0.6인,
    태양전지 전극용 페이스트 조성물.
KR1020230104265A 2023-08-09 2023-08-09 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물 Active KR102812150B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230104265A KR102812150B1 (ko) 2023-08-09 2023-08-09 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물
CN202480021305.2A CN121001972A (zh) 2023-08-09 2024-01-24 玻璃熔块及包含其的太阳能电池电极用浆料组合物
PCT/KR2024/001148 WO2025033625A1 (ko) 2023-08-09 2024-01-24 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물
TW113106940A TWI903391B (zh) 2023-08-09 2024-02-27 玻璃料及包含其之太陽能電池電極用糊劑組成物

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230104265A KR102812150B1 (ko) 2023-08-09 2023-08-09 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20250023156A KR20250023156A (ko) 2025-02-18
KR102812150B1 true KR102812150B1 (ko) 2025-05-26

Family

ID=94534714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230104265A Active KR102812150B1 (ko) 2023-08-09 2023-08-09 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물

Country Status (4)

Country Link
KR (1) KR102812150B1 (ko)
CN (1) CN121001972A (ko)
TW (1) TWI903391B (ko)
WO (1) WO2025033625A1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1143342A (zh) 1994-03-04 1997-02-19 约瑟夫·迈克尔 可编程序材
WO2019074190A1 (ko) 2017-10-12 2019-04-18 전자부품연구원 전도성 페이스트 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 형성된 전극
KR102004490B1 (ko) 2017-09-18 2019-07-26 대주전자재료 주식회사 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100882789B1 (ko) * 2007-06-15 2009-02-09 건국대학교 산학협력단 고분산성을 갖는 구형의 글라스프릿 분말 및 그 제조방법
KR101683882B1 (ko) * 2009-12-24 2016-12-21 엘지이노텍 주식회사 고효율 실리콘 태양전지 전면전극 형성용 페이스트 조성물 및 이를 포함하는 실리콘 태양전지
US8889980B2 (en) * 2010-05-04 2014-11-18 E I Du Pont De Nemours And Company Thick-film pastes containing lead—tellurium—lithium—oxides, and their use in the manufacture of semiconductor devices
JP6090706B2 (ja) * 2012-01-06 2017-03-08 日本電気硝子株式会社 電極形成用ガラス及びこれを用いた電極形成材料
KR102367611B1 (ko) * 2017-10-12 2022-02-25 한국전자기술연구원 전도성 페이스트 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 형성된 전극
KR102183618B1 (ko) * 2019-04-22 2020-11-26 주식회사 휘닉스에이엠 태양 전지 전극 형성용 유리 프릿 조성물, 및 이를 포함하는 페이스트 조성물
KR102283727B1 (ko) * 2020-01-21 2021-08-02 박태호 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물
CN114360760B (zh) * 2021-12-31 2023-09-08 广东南海启明光大科技有限公司 一种导电性粉末、厚膜银铝浆及其制备方法和应用
CN114334215B (zh) * 2022-01-06 2023-10-17 浙江优英光电科技有限公司 一种用于硅太阳能电池p型发射区欧姆接触的电极浆料

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1143342A (zh) 1994-03-04 1997-02-19 约瑟夫·迈克尔 可编程序材
KR102004490B1 (ko) 2017-09-18 2019-07-26 대주전자재료 주식회사 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물
WO2019074190A1 (ko) 2017-10-12 2019-04-18 전자부품연구원 전도성 페이스트 조성물, 이의 제조방법 및 이로부터 형성된 전극

Also Published As

Publication number Publication date
KR20250023156A (ko) 2025-02-18
TW202506585A (zh) 2025-02-16
TWI903391B (zh) 2025-11-01
WO2025033625A1 (ko) 2025-02-13
CN121001972A (zh) 2025-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102524339B1 (ko) Perc형 태양전지용 알루미늄 페이스트 조성물
KR101693841B1 (ko) 은 페이스트 조성물, 이를 이용하여 형성된 태양전지용 전면전극 및 이를 채용한 태양전지
KR101736773B1 (ko) 태양전지용 후면전극 페이스트 조성물
TWI621600B (zh) 用於太陽能電池前電極的糊料組合物以及使用其之太陽能電池
JP2011165668A (ja) 導電性アルミニウムペースト及びその製造方法、太陽電池及びそのモジュール
KR102004490B1 (ko) 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물
CN108022672B (zh) 膏状组合物
CN110462845B (zh) 太阳能电池用膏状组合物
KR102283727B1 (ko) 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물
TWI740684B (zh) 玻璃料及包括其的太陽能電池電極用漿料組合物
KR102812150B1 (ko) 글라스 프릿 및 이를 포함하는 태양전지 전극용 페이스트 조성물
KR20170108577A (ko) 태양전지용 무연 도전 페이스트
TWI657119B (zh) 用於太陽能電池之背面電極糊料組成物
CN118471579B (zh) 用于制备太阳能电池电极的糊剂组合物、太阳能电池电极及太阳能电池
KR102018364B1 (ko) 태양전지 전극 형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
KR101845102B1 (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
CN102314956A (zh) 导电铝胶及其制造方法、太阳能电池及其模块
KR102052025B1 (ko) 태양전지 후면전극용 페이스트 조성물
CN118969353B (zh) 一种双面poly太阳能电池用浆料及电池
KR102342518B1 (ko) 태양전지 전극용 도전성 페이스트 조성물 및 이를 사용하여 제조된 전극을 포함하는 태양전지
KR20120086404A (ko) 태양전지의 후면 전극 형성용 도전성 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지의 제조 방법
KR20160075422A (ko) 태양전지 전극　형성용 조성물 및 이로부터 제조된 전극
CN118184157A (zh) 一种TOPCon电池正面主栅银浆用玻璃粉及其制备方法
KR20130063264A (ko) 전극형성용 금속 페이스트 조성물 및 이를 이용한 실리콘 태양전지
CN111540501A (zh) 一种玻璃粉及用其制备的太阳能电池正极导电银浆

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

P14 Amendment of ip right document requested

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-P10-P14-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

P14-X000 Amendment of ip right document requested

St.27 status event code: A-5-5-P10-P14-nap-X000

R18 Changes to party contact information recorded

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-R10-R18-OTH-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000