KR20130043263A - Aluminium paste composition and solar cell device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평균 입경이 3 내지 6㎛인 알루미늄 분말; BaO를 함유하는 PbO계 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함함으로써, 인쇄 및 건조 후 알루미늄 페이스트층과 실리콘 웨이퍼 기판 사이의 공극을 최소화하고 충진율을 높이며, 소성 시 표면에서의 범프의 발생을 억제하여 외관이 우수하고 실리콘 웨이퍼 기판의 휨 현상도 적을 뿐만 아니라 태양전지 소자의 최대출력전류(Isc)를 높이고 향상된 효율도 확보할 수 있는 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum paste composition and a solar cell device using the same, and more particularly, an aluminum powder having an average particle diameter of 3 to 6 μm; PbO-based glass frits containing BaO; And an organic vehicle, which minimizes the gap between the aluminum paste layer and the silicon wafer substrate after printing and drying, increases the filling rate, suppresses the occurrence of bumps on the surface during firing, and has excellent appearance and warpage phenomenon of the silicon wafer substrate. The present invention relates to an aluminum paste composition capable of increasing the maximum output current (Isc) of the solar cell device and securing improved efficiency as well as the solar cell device using the same.
Description
본 발명은 소성 시 표면에서 범프의 발생을 억제하여 외관이 우수하고 향상된 효율을 갖는 전극을 제조할 수 있는 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to an aluminum paste composition and a solar cell device using the same, which can produce an electrode having excellent appearance and improved efficiency by suppressing occurrence of bumps on a surface during firing.
최근 들어 급속하게 보급되고 있는 태양전지는 차세대 에너지원으로서 클린 에너지인 태양 에너지를 직접 전기로 변환하는 전자 소자이다.Solar cells, which are rapidly spreading in recent years, are electronic devices that directly convert solar energy, which is clean energy, into electricity as a next generation energy source.
태양전지 소자는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 수광면측에 N+층(20), 반사방지막(30)과 전면전극(40)이 형성되어 있고, 기판(10)의 수광면측의 반대면측에 P+층(50)과 후면전극(60)이 형성된 구조를 갖는다. 이러한 구조의 태양전지 소자에 태양광을 비추면 내부에서 전자(-)와 정공(+)이 발생하고, 발생된 전자(-)는 N+층(20)으로 정공(+)은 P+층(50)으로 각각 이동하게 된다. 이 현상에 의해 P+층(50)과 N+층(20) 사이에 전위차가 발생하며, 이때 부하를 연결하면 전류가 발생하게 되는 원리로 태양 에너지가 전기 에너지로 변환된다.In the solar cell element, as shown in FIG. 1, the N +
이 중 후면전극(60)은 표면에 미세 피라미드가 형성된 실리콘 웨이퍼 기판(10) 상에 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄 등에 의해 도포하고 건조한 후 소성함으로써 형성된다. 소성 시 알루미늄이 실리콘 웨이퍼 기판(10)의 내부로 확산됨으로써 후면전극(60)과 기판(10) 사이에 Al-Si 합금층이 형성됨과 동시에 알루미늄 원자의 확산에 의한 P+층(50)이 형성된다. 이러한 P+층(50)은 전자의 재결합을 방지하고 생성 캐리어의 수집 효율을 향상시키는 후면전계(back surface field, BSF)의 작용을 할 뿐만 아니라 태양광의 장파장광을 반사하는 반사판의 역할도 한다.The
이러한 후면전극(60)을 형성하기 위한 알루미늄 페이스트 조성물은 알루미늄 분말, 유리 프릿 및 유기 비히클(vehicle)을 포함하여 구성된다. 이 중 주성분인 알루미늄 분말의 입자 크기가 조절되지 않는 경우 알루미늄 페이스트층과 기판 사이에 공극이 형성되고 충진율이 낮아져 범프(bump)와 기포가 발생할 수 있다. 또한, 실리콘 웨이퍼 기판(10)과의 결합을 더욱 강화시키기 위한 성분인 유리 프릿으로는 통상 주성분으로 PbO-B2O3-SiO2계, PbO-B2O3-Al2O3계, PbO-B2O3-ZnO계 산화물을 포함하는 것이 주로 사용되었다. 그러나, 위 유리 프릿을 사용하는 경우에도 소성 후 표면에 범프(bump)가 발생하기 쉬워 외관이 우수한 전극을 얻기 어렵다. 이에 따라 태양전지의 효율도 저하되는 단점이 있다.
The aluminum paste composition for forming the
본 발명은 소성 시 표면에서 범프의 발생을 억제하고 향상된 효율을 확보할 수 있는 알루미늄 페이스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an aluminum paste composition that can suppress the occurrence of bumps on the surface during firing and ensure improved efficiency.
또한, 본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an electrode formed from the aluminum paste composition.
또한, 본 발명은 상기 전극이 구비된 태양전지 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
In addition, another object of the present invention is to provide a solar cell device provided with the electrode.
1. 평균 입경이 3 내지 6㎛인 알루미늄 분말; BaO를 함유하는 PbO계 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물.1. aluminum powder with an average particle diameter of 3 to 6 mu m; PbO-based glass frits containing BaO; And an organic vehicle.
2. 위 1에 있어서, 알루미늄 분말은 60 내지 78중량%로 포함되는 알루미늄 페이스트 조성물.2. In the above 1, the aluminum powder is aluminum paste composition containing 60 to 78% by weight.
3. 위 1에 있어서, BaO는 PbO계 유리 프릿에 0.1 내지 10몰%로 포함되는 알루미늄 페이스트 조성물.3. In the above 1, BaO is aluminum paste composition containing 0.1 to 10 mol% in PbO-based glass frit.
4. 위 1에 있어서, PbO계 유리 프릿은 PbO-Al2O3-SiO2-B2O3-TiO2-BaO계 유리 프릿인 알루미늄 페이스트 조성물.4. In the above 1, the PbO-based glass frit is aluminum paste composition PbO-Al 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 -TiO 2 -BaO-based glass frit.
5. 위 4에 있어서, PbO계 유리 프릿은 PbO 30 내지 60몰%, Al2O3 1 내지 15몰%, SiO2 20 내지 40몰%, B2O3 10 내지 30몰%, TiO2 0.5 내지 5몰% 및 BaO 0.1 내지 10몰%를 포함하는 것인 알루미늄 페이스트 조성물.5. In the above 4, PbO-based glass frit is
6. 위 1에 있어서, PbO계 유리 프릿은 0.01 내지 5중량%로 포함되는 알루미늄 페이스트 조성물.6. In the above 1, PbO-based glass frit is contained in aluminum paste composition 0.01 to 5% by weight.
7. 위 1에 있어서, 유기 비히클은 20 내지 35중량%로 포함되는 알루미늄 페이스트 조성물.7. The aluminum paste composition of 1 above, wherein the organic vehicle is contained in 20 to 35% by weight.
8. 위 1에 있어서, 유기 비히클은 고분자 수지 1 내지 25중량%와 유기 용매 75 내지 99중량%가 혼합된 것인 알루미늄 페이스트 조성물.8. The aluminum paste composition of 1 above, wherein the organic vehicle is a mixture of 1 to 25% by weight of the polymer resin and 75 to 99% by weight of the organic solvent.
9. 위 1 내지 8 중 어느 한 항의 알루미늄 페이스트 조성물로 형성된 전극.9. The electrode formed of the aluminum paste composition of any one of the above 1 to 8.
10. 위 9의 전극이 구비된 태양전지 소자.
10. Solar cell device provided with the electrode of the above 9.
본 발명에 따른 알루미늄 페이스트 조성물은 인쇄 및 건조 후 알루미늄 페이스트층과 실리콘 웨이퍼 기판 사이의 공극을 최소화하고 충진율을 높이며, 소성 시 표면에서의 범프의 발생을 억제하여 외관이 우수하고 실리콘 웨이퍼 기판의 휨 현상도 적은 전극을 제공할 수 있다. 이를 통하여, 태양전지 소자의 최대출력전류(Isc)를 높이고 향상된 효율도 확보할 수 있다.
The aluminum paste composition according to the present invention minimizes the voids between the aluminum paste layer and the silicon wafer substrate after printing and drying, increases the filling rate, suppresses the occurrence of bumps on the surface during firing, and has excellent appearance and warpage of the silicon wafer substrate. Even fewer electrodes can be provided. Through this, it is possible to increase the maximum output current (Isc) of the solar cell element and also to improve the efficiency.
도 1은 태양전지 소자의 단면도를 모식적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a cross-sectional view of a solar cell element.
본 발명은 알루미늄 페이스트 조성물 및 이를 이용한 태양전지 소자에 관한 것이다.
The present invention relates to an aluminum paste composition and a solar cell device using the same.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 알루미늄 페이스트 조성물은 평균 입경이 3 내지 6㎛인 알루미늄 분말; BaO를 함유하는 PbO계 유리 프릿; 및 유기 비히클을 포함하는 것을 특징으로 한다.Aluminum paste composition of the present invention is an aluminum powder having an average particle diameter of 3 to 6㎛; PbO-based glass frits containing BaO; And an organic vehicle.
알루미늄 분말은 후면전극을 형성하기 위한 페이스트 조성물의 주성분인 전도성 금속이다.Aluminum powder is a conductive metal that is the main component of the paste composition for forming the back electrode.
후면전극을 형성하기 위한 실리콘 웨이퍼 기판은 태양광의 수광 면적을 증가시키기 위해 양 표면을 텍스쳐링하여 표면에 미세 피라미드가 형성된 구조를 갖는다. 통상 형성된 미세 피라미드의 높이는 2-15㎛이고 폭은 2-20㎛가 되며, 불규칙한 미로 형태를 나타낸다. 이러한 표면 구조를 갖는 실리콘 웨이퍼 기판 상에 알루미늄 페이스트 조성물을 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄 또는 오프셋 인쇄 등의 방법으로 인쇄하고 건조한 후 소성하는 공정을 거쳐 후면전극을 형성하게 된다. 이때, 알루미늄 분말의 입자 크기가 너무 큰 경우 알루미늄 페이스트 조성물과 실리콘 웨이퍼 기판의 접촉이 잘 이루어지지 않으며 인쇄 및 건조 후에 이들 사이에 공극이 형성되게 된다. 이러한 공극은 소성 공정을 진행하는 동안 알루미늄 페이스트층을 통과하여 표면으로 분출되는데, 이로 인해 알루미늄 범프(bump)와 기포가 발생한다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 알루미늄 분말로 평균 입자 크기가 3 내지 6㎛인 것을 선택 사용하는데 특징이 있다. 평균 입자 크기가 3㎛ 미만인 경우 소성 시 열안정성이 저하되어 범프가 발생되고 기판의 휨도 유발될 수 있고, 6㎛ 초과인 경우 알루미늄층과 기판 사이의 충진율이 낮아져 태양전지 소자의 효율이 저하될 수 있다.The silicon wafer substrate for forming the back electrode has a structure in which fine pyramids are formed on the surface by texturing both surfaces to increase the light receiving area of sunlight. Normally formed fine pyramids have a height of 2-15 μm and a width of 2-20 μm, and have an irregular maze shape. On the silicon wafer substrate having such a surface structure, the aluminum paste composition is printed by a method such as screen printing, gravure printing, or offset printing, dried, and then baked to form a back electrode. At this time, when the particle size of the aluminum powder is too large, the aluminum paste composition and the silicon wafer substrate are not in contact well, and voids are formed between them after printing and drying. These pores are ejected to the surface through the aluminum paste layer during the firing process, which results in aluminum bumps and bubbles. In consideration of this point, the present invention is characterized by selectively using an average particle size of 3 to 6㎛ as aluminum powder. If the average particle size is less than 3㎛ the thermal stability during firing may cause bumps and warp of the substrate, if the average particle size is more than 6㎛ may reduce the filling rate between the aluminum layer and the substrate to reduce the efficiency of the solar cell device Can be.
알루미늄 분말은 알루미늄 페이스트 조성물 총 함량 100중량% 중에 60 내지 78중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 60중량% 미만인 경우 소성 후 인쇄된 알루미늄 후면전극의 두께가 얇아져 후면전계(BSF)가 충분히 형성되지 않고 효율이 저하될 수 있으며, 78중량% 초과인 경우 인쇄 두께가 너무 두꺼워져 실리콘 웨이퍼 기판의 휨을 초래할 수 있다.Aluminum powder is preferably included in 60 to 78% by weight in 100% by weight of the total amount of aluminum paste composition. If the content is less than 60% by weight, the thickness of the printed aluminum rear electrode after firing becomes thin so that the back field (BSF) may not be sufficiently formed and the efficiency may be lowered. When the content is more than 78% by weight, the thickness of the silicon wafer substrate is too thick. May cause warpage.
본 발명에서는 유리 프릿으로 특히 BaO 성분을 함유하는 PbO계 산화물을 사용하는데 특징이 있다. 이 유리 프릿은 융점 제어가 용이하고 열팽창계수가 낮은 장점이 있으며, 특히 소성 시 표면에서 범프의 발생을 억제하여 외관이 우수하게 하고 실리콘 웨이퍼 기판의 휨 현상도 최소화할 수 있는 성분이다.In the present invention, the glass frit is characterized by using a PbO-based oxide containing a BaO component. This glass frit has the advantages of easy melting point control and low coefficient of thermal expansion. In particular, the glass frit suppresses the occurrence of bumps on the surface during firing, thereby improving the appearance and minimizing the warpage of the silicon wafer substrate.
유리 프릿은 BaO 성분을 0.1 내지 10몰%로 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 7몰%, 보다 바람직하게는 1 내지 5몰%인 것이 좋다. 함량이 0.5몰% 미만인 경우 소성 후 전극 표면에서 범프의 발생을 충분히 억제하기 어렵고, 10몰% 초과인 경우 열팽창계수가 커져 실리콘 웨이퍼 기판의 휨을 유발할 수 있다.The glass frit may contain 0.1 to 10 mol% of BaO component, preferably 0.5 to 7 mol%, more preferably 1 to 5 mol%. If the content is less than 0.5 mol%, it is difficult to sufficiently suppress the generation of bumps on the electrode surface after firing, and if the content is more than 10 mol%, the thermal expansion coefficient may be large to cause warpage of the silicon wafer substrate.
유리 프릿은 PbO-Al2O3-SiO2-B2O3-TiO2-BaO계 산화물인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 PbO 30 내지 60몰%, Al2O3 1 내지 15몰%, SiO2 20 내지 40몰%, B2O3 10 내지 30몰%, TiO2 0.5 내지 5몰% 및 BaO 0.1 내지 10몰%를 포함하는 것이 좋다.The glass frit is preferably a PbO-Al 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 -TiO 2 -BaO-based oxide, more preferably 30 to 60 mol% of PbO, 1 to 15 mol% of Al 2 O 3 , 20 to 40 mol% of SiO 2 , 10 to 30 mol% of B 2 O 3 , 0.5 to 5 mol% of TiO 2 , and 0.1 to 10 mol% of BaO may be included.
또한, 유리 프릿은 K2O, Na2O, Li2O 등의 알칼리금속 산화물 0 내지 10몰%; MgO, CaO, SrO 등의 알칼리토금속 산화물 0 내지 10몰%; ZnO 0 내지 15몰%; V2O5 0 내지 10몰%; P2O5 0 내지 10몰% 등을 더 포함할 수 있다.Further, the glass frit may contain 0 to 10 mol% of alkali metal oxides such as K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, and the like; 0-10 mol% of alkaline earth metal oxides, such as MgO, CaO, and SrO; ZnO 0-15 mol%; V 2 O 5 0-10 mole%; P 2 O 5 0 To 10 mol% may be further included.
유리 프릿의 유리전이온도(Tg)는 구성 성분들의 종류와 이들의 함량에 따라 조절 가능하며, 예컨대 350 내지 500℃일 수 있다.The glass transition temperature (Tg) of the glass frit is adjustable according to the type of the constituents and their content, and may be, for example, 350 to 500 ° C.
유리 프릿은 알루미늄 페이스트 조성물 총 함량 100중량% 중에 0.01 내지 5중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 4중량%인 것이 좋다. 함량이 0.01중량% 미만인 경우 소성 후 알루미늄 후면전극과 실리콘 웨이퍼 기판 간의 밀착력이 떨어질 수 있으며, 5중량% 초과인 경우 실리콘 웨이퍼 기판의 휨 현상이 커질 수 있고 저항이 높아져 태양전지 소자의 효율도 저하시킬 수 있다.The glass frit is preferably contained in an amount of 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.05 to 4% by weight in 100% by weight of the total content of the aluminum paste composition. If the content is less than 0.01% by weight, the adhesion between the aluminum back electrode and the silicon wafer substrate may be reduced after firing. If the content is more than 5% by weight, the warpage of the silicon wafer substrate may increase and the resistance may increase, thereby reducing the efficiency of the solar cell device. Can be.
유기 비히클은 알루미늄 페이스트 조성물에 인쇄에 적합한 점조도 및 유변학적 특성을 부여하기 위한 성분으로서, 유기 용매에 고분자 수지와 필요에 따라 각종 첨가제를 용해시킨 용액일 수 있다.The organic vehicle is a component for imparting consistency and rheological properties suitable for printing to the aluminum paste composition, and may be a solution in which a polymer resin and various additives are dissolved in an organic solvent as necessary.
유기 비히클은 유기 용매 75 내지 99중량%와 고분자 수지 1 내지 25중량%가 혼합된 것일 수 있으며, 여기에 첨가제 1 내지 10중량%가 더 혼합된 것일 수도 있다.The organic vehicle may be a mixture of 75 to 99% by weight of the organic solvent and 1 to 25% by weight of the polymer resin, and may be a mixture of 1 to 10% by weight of the additive.
유기 용매로는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 인쇄 공정 중 페이스트 조성물의 건조를 방지하고 유동성을 조절할 수 있도록 끓는점이 150 내지 300℃인 용매를 사용할 수 있다. 구체적으로, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 트리프로필렌글리콜n-부틸에테르, 디프로필렌글리콜n-프로필에테르, 디프로필렌글리콜n-부틸에테르, 프로필렌글리콜페닐에테르, 디에틸렌글리콜에틸에테르, 디에틸렌글리콜n-부틸에테르, 디에틸렌글리콜헥실에테르, 에틸렌글리콜헥실에테르, 트리에틸렌글리콜메틸에테르, 트리에틸렌글리콜에틸에테르, 트리에틸렌글리콜n-부틸에테르, 에틸렌글리콜페닐에테르, 에틸렌글리콜, 테르피네올, 부틸카비톨, 부틸카비톨아세테이트, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노이소부티레이트(texanol) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.As the organic solvent, a known one may be used, and a solvent having a boiling point of 150 to 300 ° C. may be used to prevent drying of the paste composition and control fluidity during the printing process. Specifically, tripropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n-propyl ether, dipropylene glycol n-butyl ether, propylene glycol phenyl ether, diethylene glycol ethyl ether, diethylene glycol n-butyl Ether, diethylene glycol hexyl ether, ethylene glycol hexyl ether, triethylene glycol methyl ether, triethylene glycol ethyl ether, triethylene glycol n-butyl ether, ethylene glycol phenyl ether, ethylene glycol, terpineol, butyl carbitol, butyl Carbitol acetate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol monoisobutyrate (texanol), and the like, and these may be used alone or in combination of two or more thereof.
유기 용매는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 75 내지 99중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이 함량 범위에서는 페이스트 조성물에 최적의 유동성을 부여할 수 있다.The organic solvent is preferably included in 75 to 99% by weight relative to 100% by weight of the total amount of the organic vehicle. In this content range, optimum fluidity can be imparted to the paste composition.
고분자 수지로는 공지된 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 페놀, 아크릴, 로진, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐부티랄, 우레아, 자일렌, 알키드, 불포화 폴리에스테르, 폴리이미드, 퓨란, 우레탄, 이소시아네이트, 시아네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐아세테에트, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르에테르케톤, 실리콘 등의 수지를 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.As the polymer resin, known ones can be used, for example ethyl cellulose, nitrocellulose, hydroxypropyl cellulose, phenol, acryl, rosin, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl butyral, urea, xyl Ethylene, alkyd, unsaturated polyester, polyimide, furan, urethane, isocyanate, cyanate, polyethylene, polypropylene, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), polymethylmethacrylate, polyvinyl chloride, polychloride Vinylidene, polyvinylacetate, polyacetal, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyphenylene oxide, polysulfone, polyimide, polyether sulfone, polyarylate, polyether ether ketone, silicone Resin, such as these, can be mentioned. These can be used individually or in mixture of 2 or more types.
고분자 수지는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 1 내지 25중량%, 바람직하게 5 내지 25중량%로 포함되는 것이 좋다. 함량이 1중량% 미만인 경우 페이스트 조성물의 인쇄성과 분산 안정성이 저하될 수 있고, 25중량% 초과인 경우 페이스트 조성물이 인쇄되지 않을 수 있다.The polymer resin may be included in an amount of 1 to 25% by weight, preferably 5 to 25% by weight, based on 100% by weight of the total amount of the organic vehicle. When the content is less than 1% by weight, the printability and dispersion stability of the paste composition may be lowered, and when the content is more than 25% by weight, the paste composition may not be printed.
유기 비히클은 상기 성분들과 함께 첨가제로 분산제를 더 포함할 수 있다.The organic vehicle may further comprise a dispersant as an additive together with the above components.
분산제로는 공지된 계면활성제를 사용할 수 있으며, 예컨대 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 알킬에테르 등의 에테르계; 글리세린에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비탄에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비톨에스테르 부가형 폴리옥시에틸렌에테르 등의 에스테르에테르계; 폴리에틸렌글리콜지방산에스테르, 글리세린에스테르, 소르비탄에스테르, 프로필렌글리콜에스테르, 슈가에스테르, 알킬폴리글루코시드 등의 에스테르계; 지방산알카놀아미드, 폴리옥시에틸렌지방산아미드, 알킬기의 탄소수가 6-30인 폴리옥시에틸렌알킬아민, 아민옥사이드 등의 질소함유계; 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산-말레인산 공중합체, 폴리12-히드록시스테아린산 등의 고분자계 화합물 등을 들 수 있다. 또한, 시판되고 있는 제품으로서 하이퍼머(hypermer) KD(Uniqema), AKM 0531(일본유지㈜), KP(신에쯔 가가꾸 고교㈜), 폴리플로우(POLYFLOW)(교에이샤 가가꾸㈜), 에프톱(EFTOP)(토켐 프로덕츠사), 아사히가드(Asahi guard)(아사히 글라스㈜), 서플론(Surflon)(아사히 글라스㈜), 솔스퍼스(SOLSPERSE)(제네까㈜), EFKA(EFKA 케미칼스사), PB 821(아지노모또㈜), BYK-184, BYK-185, BYK-2160, Anti-Terra U(BYK사 제조) 등을 사용할 수도 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.As the dispersant, a known surfactant can be used, for example, polyoxyethylene alkyl ether having 6 to 30 carbon atoms in the alkyl group, polyoxyethylene alkyl aryl ether having 6 to 30 carbon atoms in the alkyl group, and 6 to 30 carbon atoms in the alkyl group. Ethers such as polyoxyethylene-polyoxypropylene alkyl ether; Ester ethers such as glycerin ester addition polyoxyethylene ether, sorbitan ester addition polyoxyethylene ether, and sorbitol ester addition polyoxyethylene ether; Esters such as polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin ester, sorbitan ester, propylene glycol ester, sugar ester and alkyl polyglucoside; Nitrogen-containing systems such as fatty acid alkanolamide, polyoxyethylene fatty acid amide, polyoxyethylene alkylamine having 6 to 30 carbon atoms of an alkyl group, and amine oxide; And high molecular compounds such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylic acid, polyacrylic acid-maleic acid copolymer, and poly12-hydroxystearic acid. Commercially available products include Hypermer KD (Uniqema), AKM 0531 (Japan Oil Holding Co., Ltd.), KP (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), POLYFLOW (Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), EFTOP (Tochem Products), Asahi guard (Asahi Glass, Inc.), Suflon (Asahi Glass, Inc.), SOLSPERSE (Genekka), EFKA (EFKA Chemicals, Inc.) ), PB 821 (Ajinomoto Co., Ltd.), BYK-184, BYK-185, BYK-2160, Anti-Terra U (manufactured by BYK), and the like can also be used. These can be used individually or in mixture of 2 or more types.
분산제는 유기 비히클 총 함량 100중량%에 대하여 1 내지 10중량%, 바람직하게 1 내지 5중량%로 포함되는 것이 좋다.The dispersant may be included in an amount of 1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight, based on 100% by weight of the total amount of the organic vehicle.
유기 비히클은 분산제 이외에도 요변성제, 습윤제, 산화방지제, 부식억제제, 소포제, 증점제, 분산제, 점착부여제, 커플링제, 대전방지제, 중합금지제, 침강방지제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.The organic vehicle may further include additives such as thixotropic agents, wetting agents, antioxidants, corrosion inhibitors, antifoaming agents, thickeners, dispersants, tackifiers, coupling agents, antistatic agents, polymerization inhibitors, and antisettling agents.
유기 비히클은 알루미늄 페이스트 조성물 총 함량 100중량%에 대하여 20 내지 35중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 함량이 20중량% 미만인 경우 알루미늄 페이스트 조성물의 점도가 너무 높아져 유동성이 저하되고 인쇄성이 떨어질 수 있으며, 35중량% 초과인 경우 알루미늄 분말의 함유량이 상대적으로 적어져 충분한 페이스트층의 두께를 확보하기 어렵다.The organic vehicle is preferably included in 20 to 35% by weight relative to the total content of aluminum paste composition 100% by weight. If the content is less than 20% by weight, the viscosity of the aluminum paste composition may be too high to reduce fluidity and printability.When the content is more than 35% by weight, it is difficult to secure a sufficient thickness of the paste layer due to the relatively low content of aluminum powder. .
상기한 바와 같은 성분을 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물은 인쇄 및 건조 후 알루미늄 페이스트층과 실리콘 웨이퍼 기판 사이의 공극을 최소화하고 충진율을 높이며, 소성 시 표면에서 범프의 발생을 억제할 수 있다.The aluminum paste composition including the components as described above may minimize the voids between the aluminum paste layer and the silicon wafer substrate and increase the filling rate after printing and drying, and may suppress the occurrence of bumps on the surface during firing.
본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물로부터 형성된 전극을 제공한다.The present invention provides an electrode formed from the aluminum paste composition.
전극은 알루미늄 페이스트 조성물을 기재, 예컨대 Ag 전면전극이 형성된 실리콘 웨이퍼 기판 상에 인쇄하고 건조 및 소성하는 공정을 통하여 형성된다. 인쇄방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄 등의 방법을 이용할 수 있다. 건조는 60 내지 300℃에서 수초 내지 수분 동안 수행되며, 소성은 600 내지 950℃에서 수초 동안 수행될 수 있다.The electrode is formed through a process of printing, drying, and firing an aluminum paste composition on a substrate such as a silicon wafer substrate on which an Ag front electrode is formed. The printing method is not particularly limited, and for example, screen printing, gravure printing, offset printing or the like can be used. Drying may be carried out at 60 to 300 ° C. for several seconds to several minutes, and firing may be performed at 600 to 950 ° C. for several seconds.
이와 같이 형성된 전극은 태양전지 소자의 후면전극으로 적용되어, 태양전지 소자의 최대출력전류(Isc)를 높이고 향상된 효율도 확보할 수 있다.The electrode formed as described above is applied to the rear electrode of the solar cell element, thereby increasing the maximum output current Isc of the solar cell element and securing improved efficiency.
본 발명은 상기 알루미늄 페이스트 조성물로부터 형성된 전극이 구비된 태양전지 소자를 제공한다.The present invention provides a solar cell device provided with an electrode formed from the aluminum paste composition.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
Hereinafter, preferred examples are provided to aid the understanding of the present invention, but these examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the appended claims. It is apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made to the present invention, and such modifications and changes belong to the appended claims.
실시예Example
제조예Manufacturing example 1-3. 유리 1-3. Glass 프릿Frit Ⅰ-Ⅲ의 제조Preparation of I-III
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 유리 프릿을 제조하였다.
Glass frit was prepared with the components and contents shown in Table 1 below.
(10-7/℃)Coefficient of thermal expansion
(10 -7 / ℃)
(℃)Tg
(℃)
실시예Example 1 One
평균 입자 크기가 3.2㎛인 알루미늄 분말 74중량%, 제조예 1의 유리 프릿Ⅰ 3중량%, 부틸카비톨에 히드록시프로필셀룰로오스 수지가 용해된 유기 비히클 23중량%를 첨가한 후 자전 및 공전을 동시에 수행하는 믹서를 이용하여 1,000rpm으로 3분 동안 교반하여 알루미늄 페이스트 조성물을 제조하였다.
74 weight% of aluminum powder having an average particle size of 3.2 μm, 3 weight% of glass frit I of Preparation Example 1, 23 weight% of an organic vehicle in which hydroxypropyl cellulose resin was dissolved in butyl carbitol were added, followed by simultaneous rotation and revolution. An aluminum paste composition was prepared by stirring at 1,000 rpm for 3 minutes using a mixer.
실시예Example 2-3, 2-3, 비교예Comparative example 1-5 1-5
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량을 사용하였다. 이때, 함량은 중량%를 나타낸다.
The same procedure as in Example 1, except that the ingredients and contents as shown in Table 2 were used. At this time, the content represents weight%.
시험예Test Example
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 알루미늄 페이스트 조성물의 물성을 하기 방법으로 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.The physical properties of the aluminum paste compositions prepared in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods, and the results are shown in Table 3 below.
크기가 156㎜×156㎜이고 두께가 200㎛이며 텍스쳐링 공정에 의해 높이가 약 4-6㎛인 피라미드 구조가 형성된 단결정 실리콘 웨이퍼 기판의 후면에 은 페이스트 조성물로 버스 바(bus bar)를 인쇄하고 건조시켰다. 그 후 제조된 알루미늄 페이스트 조성물을 250메쉬(mesh)의 스크린 인쇄판을 이용하여 도포하고 건조시켰다. 이때, 도포량은 건조 전 1.5±0.1g이 되도록 하였다. 그 후 전면 SiNx측 상에 은 페이스트를 이용하여 핑거 라인(finger line)을 인쇄하고 건조시켰다. 위 과정을 거친 기판을 온도가 720-900℃인 적외선 연속 소성로에서 약 10초 동안 소성하였다. 소성 공정은 실리콘 웨이퍼 기판을 약 600℃의 번-아웃(burn-out) 구간과 800-950℃의 소성(firing) 구간을 포함하는 벨트 로(belt furnace) 내로 통과시키면서 전후면 동시 소성으로 수행하여, 페이스트 내 유기물을 태워 없앤 후 알루미늄을 용융시켜 전극이 형성되도록 하여 태양전지 소자를 제조하였다.Print and dry bus bars with silver paste composition on the back side of single crystal silicon wafer substrates with a size of 156 mm x 156 mm, thickness 200 m and pyramid structure of about 4-6 m in height by texturing process I was. Thereafter, the prepared aluminum paste composition was applied and dried using a 250 mesh screen printing plate. At this time, the coating amount was set to 1.5 ± 0.1g before drying. The finger lines were then printed and dried using silver paste on the front SiNx side. The substrate subjected to the above process was fired for about 10 seconds in an infrared continuous kiln having a temperature of 720-900 ° C. The firing process is carried out by simultaneous firing front and back while passing the silicon wafer substrate into a belt furnace comprising a burn-out section of about 600 ° C. and a firing section of 800-950 ° C. After removing the organic material in the paste, the aluminum was melted to form an electrode, thereby manufacturing a solar cell device.
(1) (One) 범프Bump 개수(개) Count
제조된 태양전지 소자의 후면 알루미늄 전극 부위에 발생한 범프 및 알루미늄 기포를 육안으로 관찰하고, 그 개수를 측정하였다.Bumps and aluminum bubbles generated on the rear aluminum electrode portions of the manufactured solar cell elements were visually observed and the number thereof was measured.
(2) 휨(㎜)(2) deflection (mm)
제조된 태양전지 소자를 평평한 바닥에 놓고 네 모서리가 바닥과 일치되도록 한 후 중앙부의 들뜸 정도를 측정하였다. 통상, 휨이 1.50㎜ 이하이면 양호한 수준으로 간주한다.The manufactured solar cell device was placed on a flat bottom and four corners were aligned with the bottom, and then the degree of lifting of the center part was measured. Usually, when warping is 1.50 mm or less, it is regarded as a good level.
(3) 효율(%)(3) Efficiency (%)
제조된 태양전지 소자의 효율을 평가장치(SCM-1000, FitTech)를 이용하여 평가하였다.
The efficiency of the manufactured solar cell device was evaluated using an evaluation device (SCM-1000, FitTech).
위 표 3과 같이, 본 발명에 따라 평균 입경이 3 내지 6㎛인 알루미늄 분말을 선택 사용하고 BaO를 함유하는 PbO계 유리 프릿을 포함하는 실시예 1 내지 3의 알루미늄 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극은 표면에서 범프의 발생이 억제되고 휨량이 작아 외관이 우수할 뿐만 아니라 태양전지 소자에 적용 시 효율도 높은 것을 확인할 수 있었다.As shown in Table 3, the electrode formed by using the aluminum paste composition of Examples 1 to 3 containing a PbO-based glass frit containing BaO and using an aluminum powder having an average particle diameter of 3 to 6㎛ according to the present invention is The occurrence of bumps on the surface is suppressed and the amount of warpage is small, so that the appearance is excellent and the efficiency is high when applied to solar cell devices.
반면, 평균 입경이 본 발명의 범위에 해당되지 않는 알루미늄 분말을 선택 사용한 비교예 1 내지 5의 알루미늄 페이스트 조성물을 이용하여 형성된 전극은 범프가 발생하고 휨과 효율 특성도 모두 만족시키기 어려웠다. 특히, 평균 입경이 작을수록 범프가 더 많이 발생하고 휨 현상도 크게 나타났다.
On the other hand, the electrode formed by using the aluminum paste composition of Comparative Examples 1 to 5 using an aluminum powder whose average particle diameter does not fall within the scope of the present invention was difficult to generate bumps and to satisfy both warpage and efficiency characteristics. In particular, the smaller the average particle diameter, the more bumps occurred and the larger the warpage phenomenon.
10: 실리콘 웨이퍼 기판 20: N+층
30: 반사방지막 40: 전면전극
50: P+층 60: 후면전극10: silicon wafer substrate 20: N + layer
30: antireflection film 40: front electrode
50: P + layer 60: rear electrode
Claims (10)
BaO를 함유하는 PbO계 유리 프릿; 및
유기 비히클을 포함하는 알루미늄 페이스트 조성물.
Aluminum powder having an average particle diameter of 3 to 6 µm;
PbO-based glass frits containing BaO; And
An aluminum paste composition comprising an organic vehicle.
The aluminum paste composition of claim 1, wherein the aluminum powder is included in an amount of 60 to 78 wt%.
The aluminum paste composition of claim 1, wherein BaO is included in an amount of 0.1 to 10 mol% in the PbO-based glass frit.
The aluminum paste composition of claim 1, wherein the PbO-based glass frit is PbO-Al 2 O 3 -SiO 2 -B 2 O 3 -TiO 2 -BaO-based glass frit.
The method according to claim 4, PbO-based glass frit is 30 to 60 mol% PbO, 1 to 15 mol% Al 2 O 3 , 20 to 40 mol% SiO 2 , 10 to 30 mol% B 2 O 3 , 0.5 to 5 TiO 2 An aluminum paste composition comprising mol% and 0.1-10 mol% BaO.
The aluminum paste composition of claim 1, wherein the PbO-based glass frit is included in an amount of 0.01 to 5 wt%.
The aluminum paste composition of claim 1, wherein the organic vehicle is included in an amount of 20 to 35 wt%.
The aluminum paste composition of claim 1, wherein the organic vehicle is a mixture of 1 to 25% by weight of the polymer resin and 75 to 99% by weight of the organic solvent.
Electrode formed from the aluminum paste composition of any one of Claims 1-8.
Solar cell device provided with an electrode of claim 9.
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| CN116031014A (en) * | 2023-02-09 | 2023-04-28 | 深圳市众诚达应用材料科技有限公司 | Aluminum paste for interdigital back contact battery and preparation method thereof |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20111020 |
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| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |