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KR20050087249A - A solar cell having an electrode formed by using nanosized paste and fabrication method thereof - Google Patents

A solar cell having an electrode formed by using nanosized paste and fabrication method thereof Download PDF

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KR20050087249A
KR20050087249A KR1020040012961A KR20040012961A KR20050087249A KR 20050087249 A KR20050087249 A KR 20050087249A KR 1020040012961 A KR1020040012961 A KR 1020040012961A KR 20040012961 A KR20040012961 A KR 20040012961A KR 20050087249 A KR20050087249 A KR 20050087249A
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KR
South Korea
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semiconductor layer
electrode
solar cell
conductive semiconductor
less
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Application number
KR1020040012961A
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Korean (ko)
Inventor
이건영
김대원
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삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Abstract

스크린 프린팅 방법으로 태양전지의 전극을 제조하되, 전극과 기판 간의 접촉 저항을 낮추고 소성 온도를 낮추며, 효율이 향상된 태양전지를 제공하고자 한다. 이를 위해 본 발명에서는 스크린 프린팅으로 전극을 형성함에 있어서, 100nm 이하의 입경을 가지는 나노미터 사이즈의 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 사용하여 태양전지의 전극을 형성한다. 본 발명에 따른 태양전지는, 제1도전형의 반도체층; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층; 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하고, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 것에 의해 형성되어, 제2도전형 반도체층의 전체면적에 대해 5% 이하를 차지하는 전면 전극; 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극을 포함하는 구성이다. In order to manufacture the electrode of the solar cell by the screen printing method, it is to provide a solar cell with improved contact efficiency, lower the firing temperature, and lower the contact resistance between the electrode and the substrate. To this end, in the present invention, in forming an electrode by screen printing, an electrode of a solar cell is formed by using a paste including conductive particles having a nanometer size having a particle diameter of 100 nm or less. A solar cell according to the present invention includes a semiconductor layer of a first conductive type; A second conductive semiconductor layer formed on one surface of the first conductive semiconductor layer and having an opposite conductivity type; Formed by screen printing a paste containing conductive particles having contact with at least a portion of the second conductive semiconductor layer and having a particle diameter of 100 nm or less, occupying 5% or less of the total area of the second conductive semiconductor layer. Front electrode; And a back electrode in contact with at least a portion of the first conductive semiconductor layer.

Description

나노입자의 페이스트를 이용하여 형성된 전극을 포함하는 태양전지 및 그 제조방법 {A solar cell having an electrode formed by using nanosized paste and fabrication method thereof}A solar cell having an electrode formed by using nanosized paste and fabrication method

본 발명은 태양전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노입자의 페이스트를 이용한 스크린 프린팅 방법에 의해 태양전지의 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method of forming an electrode of a solar cell by a screen printing method using a paste of nanoparticles.

태양전지의 전극 형성은 크게 증발(evaporation)법과 스크린 프린팅(screen printing)법을 이용한다. 이 중에서 증발법은 태양전지의 효율을 극대화할 수 있으나, 이에 선행하여 포토리소그래피와 습식공정(wet process)을 반드시 수행하여야 하므로 공정수가 늘어나고 가격 상승 요인으로 작용한다는 문제점이 있다. Electrode formation of a solar cell is largely used by evaporation and screen printing. Among them, the evaporation method can maximize the efficiency of the solar cell, but prior to this, the photolithography and the wet process must be performed, thereby increasing the number of processes and increasing the price.

따라서 상용화된 태양전지의 경우 대부분 스크린 프린팅법으로 전면 전극 및 후면 전극을 형성하고 있다. 하지만 스크린 프린팅 방법에 의하면 실리콘 기판과 전극 금속 간에 접촉저항(contact resistance)이 높은 문제점이 있다. Therefore, in the case of commercially available solar cells, the front electrode and the rear electrode are formed by screen printing. However, the screen printing method has a problem of high contact resistance between the silicon substrate and the electrode metal.

이러한 접촉저항의 증가로 인해 태양전지의 다이오드 충밀지수(fill factor)상에서 증발법에 의해 전극을 형성한 태양전지의 경우 80%인데 비해 스크린 프린팅법에 의해 전극을 형성한 태양전지의 경우 이보다 4~5% 낮은 결과로 나타난다.Due to this increase in contact resistance, 80% of solar cells formed electrodes by the evaporation method on the diode fill factor of solar cells. 5% lower results.

종래 스크린 프린팅법에서는, 10~100 ㎛의 입경을 가지는 은 파우더 외에 유기용제, 바인더(binder) 그리고 유리 프릿(glass frit) 등이 함유되어 있는 은 페이스트(silver paste)를 전극 형성 부위에 도포한 후 소성한다.In the conventional screen printing method, a silver paste containing an organic solvent, a binder, a glass frit, and the like, in addition to a silver powder having a particle size of 10 to 100 μm is applied to an electrode formation site, Fire.

소성 후에 유기용제 및 바인더는 증발되어 없어지지만 유리 프릿은 은 분말과 함께 남아서 은 분말 간 그리고 은과 실리콘 사이의 결합(contact)을 돕는다. 하지만 실리콘 기판과 은 금속 사이의 과도한 유리 프릿은 이들간의 접촉저항을 증가시켜 결국 태양전지의 효율을 저하시킨다. After firing, the organic solvent and binder are evaporated away, but the glass frit remains with the silver powder to aid in contact between the silver powder and between silver and silicon. However, excessive glass frit between the silicon substrate and the silver metal increases the contact resistance between them, which in turn lowers the efficiency of the solar cell.

유리 프릿이 없는 페이스트를 사용할 경우에는 전극과 기판 사이의 접착력이 떨어져 은 전극이 쉽게 박리되는 문제점이 있고, 충분한 컨택(contact) 형성을 위해서는 높은 온도와 장시간의 소성이 필요한 문제점이 있다.In the case of using a paste without glass frit, there is a problem in that the silver electrode is easily peeled off due to poor adhesion between the electrode and the substrate, and high temperature and long time firing are required for sufficient contact formation.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 스크린 프린팅 방법으로 태양전지의 전극을 제조하되, 전극과 기판 간의 접촉 저항을 낮추고 소성 온도를 낮추는 것이다.The present invention is to solve the problems as described above, the purpose is to produce the electrode of the solar cell by the screen printing method, to lower the contact resistance between the electrode and the substrate and to lower the firing temperature.

본 발명의 다른 목적은 스크린 프린팅 방법으로 전극을 제조하여 효율이 향상된 태양전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solar cell having improved efficiency by manufacturing an electrode by a screen printing method.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 스크린 프린팅으로 전극을 형성함에 있어서, 100nm 이하의 입경을 가지는 나노미터 사이즈의 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 사용하여 태양전지의 전극을 형성한다.In order to achieve the above object, in the present invention, in forming an electrode by screen printing, the electrode of the solar cell is formed by using a paste containing conductive particles of nanometer size having a particle diameter of 100nm or less.

즉, 본 발명에 따른 태양전지는, 제1도전형의 반도체층; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층; 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하고, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 것에 의해 형성되어, 제2도전형 반도체층의 전체면적에 대해 5% 이하를 차지하는 전면 전극; 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극을 포함하는 구성이다. That is, the solar cell according to the present invention, the first conductive semiconductor layer; A second conductive semiconductor layer formed on one surface of the first conductive semiconductor layer and having an opposite conductivity type; Formed by screen printing a paste containing conductive particles having contact with at least a portion of the second conductive semiconductor layer and having a particle diameter of 100 nm or less, occupying 5% or less of the total area of the second conductive semiconductor layer. Front electrode; And a back electrode in contact with at least a portion of the first conductive semiconductor layer.

이 때 전면전극의 비저항이 3μΩ㎝ 이하일 수 있다. In this case, the resistivity of the front electrode may be 3 μΩcm or less.

또한, 후면 전극은 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 금속 페이스트를 제1도전형 반도체층의 타면 상에 스크린 프린팅하는 것에 의해 형성되어 비저항이 3μΩ㎝ 이하일 수 있다. In addition, the rear electrode may be formed by screen printing a metal paste including conductive particles having a particle diameter of 100 nm or less on the other surface of the first conductive semiconductor layer, so that a specific resistance thereof may be 3 μΩcm or less.

도전성 입자는 Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt 중의 어느 하나일 수 있다. The conductive particles may be any one of Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, and Pt.

페이스트는 도전성 입자 50-90 중량%, 물 및 알콜 중의 어느 하나인 유기 용제 9-40 중량%, 및 바인더 1-10 중량%를 포함할 수 있다. The paste may contain 50-90% by weight of conductive particles, 9-40% by weight of an organic solvent which is one of water and alcohol, and 1-10% by weight of a binder.

상술한 바와 같은 태양전지를 제조하기 위해, 본 발명에서는 제1도전형을 가지는 반도체층을 준비하는 단계; 제1도전형 반도체층의 일면 상에 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층을 형성하는 단계; 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 전면 전극을 형성하되, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 단계; 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 후면 전극을 형성하는 단계를 포함하는 태양전지의 제조 방법을 제공한다.In order to manufacture the solar cell as described above, the present invention comprises the steps of preparing a semiconductor layer having a first conductivity type; Forming a second conductive semiconductor layer having an opposite conductivity type on one surface of the first conductive semiconductor layer; Forming a front electrode to be connected to at least a portion of the second conductive semiconductor layer, and screen printing a paste including conductive particles having a particle diameter of 100 nm or less; It provides a method of manufacturing a solar cell comprising the step of forming a back electrode to be connected to at least a portion of the first conductive semiconductor layer.

또한, 후면 전극을 형성하는 단계에서는, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 금속 페이스트를 제1도전형 반도체층의 타면 상에 스크린 프린팅할 수 있다. In the forming of the back electrode, the metal paste including the conductive particles having a particle diameter of 100 nm or less may be screen printed on the other surface of the first conductive semiconductor layer.

스크린 프린팅 후에는 300-700℃의 온도에서 5분 이하의 시간 동안 열처리할 수 있으며, 열처리는 적외선 램프에 의한 가열 방식을 이용하는 것이 바람직하다. After screen printing, heat treatment may be performed for 5 minutes or less at a temperature of 300-700 ° C., and heat treatment is preferably performed by an infrared lamp.

이하, 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지에서는 도 1에 도시된 바와 같이, p형 실리콘 기판(10)의 전면에 n층(11)이 형성되어 있고, n층(11)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(12)이 n층의 일부분 상에 형성되어 있으며, p형 실리콘 기판(10)의 후면 상에는 후면 전극(13)이 형성되어 있다. 전면 전극(12)을 제외한 n층(11) 상에는 반사방지막(14)이 형성되어 있다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a first embodiment of the present invention. In the solar cell according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, an n layer 11 is formed on the front surface of the p-type silicon substrate 10, and is electrically connected to the n layer 11. The front electrode 12 is formed on a portion of the n layer, and the rear electrode 13 is formed on the rear surface of the p-type silicon substrate 10. The antireflection film 14 is formed on the n layer 11 except for the front electrode 12.

여기서 전면 전극(12)은 n층(11)의 적어도 일부분과 접촉하고, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 것에 의해 형성되어, n층(11) 상면의 전체면적에 대해 5% 이하를 차지한다. 이 때 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 나노입자라 부르기로 한다.Here, the front electrode 12 is formed by screen printing a paste containing conductive particles having contact with at least a portion of the n layer 11 and having a particle diameter of 100 nm or less, so as to cover the entire area of the top surface of the n layer 11. Accounted for less than 5%. At this time, conductive particles having a particle size of 100 nm or less are referred to as nanoparticles.

본 발명에서 스크린 프린팅하는 페이스트의 조성은 도전성 입자 50-90 중량%, 물 및 알콜 중의 어느 하나인 유기 용제 9-40 중량%, 및 바인더 1-10 중량%로서, 기존의 페이스트에 비해 유리 프릿이 없다는 것이 특징이다.The composition of the screen printing paste in the present invention is 50-90% by weight of the conductive particles, 9-40% by weight of an organic solvent which is one of water and alcohol, and 1-10% by weight of the binder, and the glass frit is It is characterized by the absence.

이 때 도전성 입자는 Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt 중의 어느 하나이며, 입경은 100nm 이하로서 입경이 작을수록 유리하며 입경의 하한치는 제조가능한 최소의 입경에 의해 한정되므로 굳이 수치로 한정할 이유는 없으나, 바람직하게는 도전성 입자는 10-100nm의 입경을 가질 수 있다.At this time, the conductive particles are any one of Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt, the particle size is 100nm or less, the smaller the particle diameter is advantageous, the lower the minimum particle diameter Since it is limited by the particle diameter, there is no reason to limit it to the numerical value. Preferably, the conductive particles may have a particle diameter of 10-100 nm.

이와 같이 본 발명에서는 기존 페이스트 내에 함유된 도전성 입자의 크기를 나노미터 규모로 줄임으로써 컨택 저항의 감소, 전극의 비저항 감소, 소성온도의 감소의 효과를 얻을 수 있어, 공정성이 우수한 스크린 프린팅법을 사용하면서도 높은 효율을 얻을 수 있는 것이다.As described above, in the present invention, by reducing the size of the conductive particles contained in the conventional paste to the nanometer scale, it is possible to obtain the effect of reducing the contact resistance, the specific resistance of the electrode, and the reduction of the firing temperature. But you can get high efficiency.

본 발명에서 사용하는 페이스트의 일 예로는 10nm의 은 파우더가 포함된 은 페이스트가 있다. An example of the paste used in the present invention is a silver paste containing 10 nm silver powder.

이와 같이 본 발명에서 사용하는 페이스트는 유리 프릿이 없어서 컨택 형성을 위한 소성 온도와 시간을 기존 페이스트를 사용한 경우에 비해 낮출 수 있다는 장점이 있다.As described above, the paste used in the present invention has no glass frit, and thus, the firing temperature and time for forming a contact can be lowered compared to the case of using the conventional paste.

본 발명에서는 페이스트를 스크린 프린팅한 후에 300-700℃의 온도에서 5분 이하의 시간 동안 열처리할 수 있으며, 열처리 시에는 적외선 램프에 의한 가열 방식을 이용할 수 있다.In the present invention, the paste may be heat-treated for a time of 5 minutes or less at a temperature of 300-700 ° C. after screen printing, and a heating method using an infrared lamp may be used during heat-treatment.

또한, 기존 페이스트는 비저항이 5μΩ㎝ (제조회사 제시) 정도이나, 본 발명에서 사용하는 페이스트는 비저항이 3μΩ㎝ 이하이므로, 이러한 페이스트를 스크린 프린팅하여 형성한 전면 전극의 비저항도 3μΩ㎝ 이하의 값을 가져 전면 전극의 선폭을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the conventional paste has a resistivity of about 5 μΩcm (manufactured by the manufacturer), but the paste used in the present invention has a resistivity of 3 μΩcm or less, so that the resistivity of the front electrode formed by screen printing such paste also has a value of 3 μΩcm or less. This has the advantage of reducing the line width of the front electrode.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이다. 본 발명의 제2실시예에서는 전면 전극 뿐만 아니라 후면 전극 역시 나노 입자를 가지는 페이시트를 스크린 프린팅하여 형성하였다는 점에서 제1실시예와 차별화된다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment of the present invention is distinguished from the first embodiment in that the front electrode as well as the rear electrode are formed by screen printing a paysheet having nanoparticles.

본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지에서는 도 2에 도시된 바와 같이, p형 실리콘 기판(20)의 전면에 n층(21)이 형성되어 있고, n층(21)과 전기적으로 연결되는 전면 전극(22)이 n층(11)의 일부분 상에 형성되어 있으며, p형 실리콘 기판(20)과 전기적으로 연결되는 후면 전극(23)이 p형 실리콘 기판 후면의 일부분 상에 형성되어 있다. In the solar cell according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, an n layer 21 is formed on the front surface of the p-type silicon substrate 20 and electrically connected to the n layer 21. The front electrode 22 is formed on a portion of the n-layer 11, and the back electrode 23 electrically connected to the p-type silicon substrate 20 is formed on a portion of the back surface of the p-type silicon substrate.

전면 전극(22)을 제외한 n층(21) 상에는 반사방지막(24)이 형성되어 있고, 후면 전극(23)을 제외한 p형 실리콘 기판(20) 후면 상에는 후면 패시베이션층(25)이 형성되어 있다. An anti-reflection film 24 is formed on the n layer 21 except for the front electrode 22, and a back passivation layer 25 is formed on the back surface of the p-type silicon substrate 20 except for the back electrode 23.

전면 전극(22) 및 후면 전극(23)을 형성할 때에는 제1실시예에서 설명한 것과 동일한 방법을 적용한다. 다만 p형 반도체 기판(20)의 후면은 수광면이 아니므로 후면 전극(23)의 면적에 의해 태양광의 흡수가 차단되는 것은 아니다. 그러나 후면 전극을 국부 전극 구조로 형성하면 재결합 손실을 방지할 수 있는 장점이 있다.When the front electrode 22 and the rear electrode 23 are formed, the same method as described in the first embodiment is applied. However, since the rear surface of the p-type semiconductor substrate 20 is not a light receiving surface, absorption of sunlight is not blocked by the area of the rear electrode 23. However, when the rear electrode is formed in the local electrode structure, there is an advantage that can prevent the recombination loss.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 태양전지를 제조하는 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the solar cell according to the present invention as described above will be described in detail.

먼저, 제1도전형을 가지는 반도체층을 준비한다. 이 때 제1도전형의 반도체 기판을 준비할 수도 있고, 기판 상에 제1도전형의 반도체층을 형성할 수도 있다.First, a semiconductor layer having a first conductivity type is prepared. At this time, a semiconductor substrate of the first conductive type may be prepared, or a semiconductor layer of the first conductive type may be formed on the substrate.

다음, 제1도전형 반도체층의 일면 상에 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층을 형성한 후, 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 전면 전극을 형성하되, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅한다.Next, after forming the second conductive semiconductor layer having the opposite conductivity type on one surface of the first conductive semiconductor layer, the front electrode is formed to be connected to at least a portion of the second conductive semiconductor layer, The paste containing the electroconductive particle which has a particle diameter is screen-printed.

이 때 전면 전극은 제2도전형 반도체층의 전체면적에 대해 5% 이하를 차지하도록 스크린 프린팅하는 것이 바람직하며, 스크린 프린팅 시 사용하는 도전성 입자 및 페이스트는 앞에서 상술한 바와 같다.At this time, the front electrode is preferably screen printed to occupy 5% or less of the total area of the second conductive semiconductor layer, and the conductive particles and paste used in the screen printing are as described above.

다음, 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 후면 전극을 형성한다. 이 때 후면 전극을 제1도전형 반도체층의 후면 전체 상에 형성할 수도 있고, 또는 전면 전극과 동일한 페이스트를 이용하여 스크린 프린팅하여 국부적으로 형성할 수도 있다.Next, a rear electrode is formed to be connected to at least a portion of the first conductive semiconductor layer. In this case, the rear electrode may be formed on the entire rear surface of the first conductive semiconductor layer, or may be locally formed by screen printing using the same paste as the front electrode.

이하, 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.

실험예 1 : 밀도 관측Experimental Example 1 Density Observation

실험예 1에서는 기존 태양전지의 전극 형성을 위한 스크린 프린팅 방법에서 사용되고 있는 범용 페이스트와, 본 발명에서 제안한 페이스트를 사용한 경우에 대해 소성 후 밀도(packing density)를 관측하였다.In Experimental Example 1, the packing density after firing of the general-purpose paste used in the screen printing method for forming the electrode of the conventional solar cell and the paste proposed by the present invention was observed.

실리콘 기판 위에 범용 페이스트 및 본 발명의 페이스트를 각각 스크린 프린하고 소성한 다음, 150㎛의 분지전극의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관측하였다.After the general purpose paste and the paste of the present invention were screen-printed and fired on a silicon substrate, a cross section of a 150 μm branched electrode was observed with a scanning electron microscope (SEM).

도 3a 및 3b는 각각 범용 페이스트를 사용한 경우에 대한 2000배율 및 5000배율의 주사전자현미경 사진이고, 도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 페이스트를 사용한 경우에 대한 2000배율 및 5000배율의 주사전자현미경 사진이다.3A and 3B are scanning electron micrographs of 2000 and 5000 magnifications for the case of using the general-purpose paste, respectively, and FIGS. 4A and 4B are scanning electron micrographs of 2000 and 5000 magnifications for the case of the paste of the present invention, respectively. to be.

이들 도면으로부터 본 발명의 페이스트를 사용한 경우 밀도가 더욱 높음을 확인할 수 있었으며, 이로부터 본 발명의 경우 전극의 비저항이 더 낮을 것으로 예상할 수 있었다. From these drawings, it was confirmed that the density of the paste was higher when the present invention was used, and from this it could be expected that the specific resistance of the electrode was lower.

실험예 2 : 소성 조건에 따른 접착력 관측Experimental Example 2 Observation of Adhesion According to Firing Conditions

범용 페이스트의 경우 소성 후 유리 프릿이 도전성 입자와 기판을 접착시키는 역할을 한다. 그러므로 유리 프릿이 없는 페이스트의 경우 기판과의 접착력에 문제가 생긴다. In the case of the general purpose paste, the glass frit serves to bond the conductive particles to the substrate after firing. Therefore, in the case of paste without glass frit, there is a problem in adhesion to the substrate.

실험예 2에서는 본 발명에서 제안한 페이스트를 사용하여 스크린 프린팅한 후, 소성 조건을 달리한 경우에 대해 기판과의 접착력(adhesion)을 관측하였다. In Experimental Example 2, after screen printing using the paste proposed in the present invention, the adhesion with the substrate was observed for the case where the firing conditions were different.

즉, 실리콘 기판과의 접착력 평가를 위해 본 발명의 페이스트를 대류 오븐(convection oven), 핫 플레이트(hot plate), 벨트 퍼니스(belt furnace)를 이용한 적외선 램프에 의한 가열을 각각 이용하여 평가해 보았다. 평가 방법으로는 쓰리엠(3M) 테이프를 형성된 전극 위에 부착하였다가 떼어낸 후 전극 표면의 상태로 평가하였다. 결과는 하기 표 1과 같다.In other words, the paste of the present invention was evaluated using heating by an infrared lamp using a convection oven, a hot plate, and a belt furnace to evaluate adhesion to a silicon substrate. As an evaluation method, 3M (3M) tape was attached on the formed electrode, and then peeled off. The results are shown in Table 1 below.

소성 조건Firing conditions 결과 result 대류 오븐 Convection oven 300℃, 30분300 ℃, 30 minutes ×× 400℃, 30분400 ° C., 30 minutes ×× 핫 플레이트 Hot plate 200℃, 30분200 ° C, 30 minutes ×× 300℃, 30분300 ℃, 30 minutes 400℃, 30분400 ° C., 30 minutes 200℃, 2분200 ° C, 2 minutes ×× 벨트 퍼니스(적외선 램프) Belt Furnace (Infrared Lamp) 300℃, 2분300 ℃, 2 minutes 400℃, 2분400 ° C., 2 minutes 400℃, 1분400 ° C., 1 minute 400℃, 0.5분400 ° C., 0.5 minutes 500℃, 0.25분500 ° C., 0.25 minutes 700℃, 0.25분700 ° C, 0.25 minutes

표 1에 나타난 바와 같이, 대류 오븐 및 핫 플레이스는 제시된 소성조건에서 좋은 접착력을 나타내지 못했지만, 벨트 퍼니스를 이용한 적외선 램프에 의한 가열에서는 300℃ 이상에서 접착력에 문제가 없었다. As shown in Table 1, the convection oven and hot place did not show good adhesion under the suggested firing conditions, but there was no problem with adhesion above 300 ° C. when heated by an infrared lamp using a belt furnace.

실험예 3 : 태양전지 제조Experimental Example 3 Manufacture of Solar Cells

실험예 3에서는 은 나노분말을 포함하는 은 페이스트를 이용하여 태양전지를 제조하였다. 본 발명의 나노 은 페이스트를 전면전극으로 이용하는 태양전지 공정은 기존은 스크린 프린팅 공정과 크게 다르지 않으며, 상세한 제조공정은 다음과 같다.In Experimental Example 3, a solar cell was manufactured using a silver paste containing silver nanopowders. The solar cell process using the nano silver paste of the present invention as a front electrode is not much different from the conventional screen printing process, and the detailed manufacturing process is as follows.

먼저, P 형 기판에 인(phosphorus)를 도핑하여 N 층을 형성한 후, 기판 측면의 도핑층을 제거하였다.First, an N layer was formed by doping phosphorus on a P-type substrate, and then the doping layer on the side of the substrate was removed.

다음, 스크린 프린팅법으로 기판 후면의 전체 위에 알루미늄 페이스트를 프린팅하고 600℃이상에서 소성하여 후면 전극을 형성하였다.Next, an aluminum paste was printed on the entire back surface of the substrate by the screen printing method and baked at 600 ° C. or higher to form a back electrode.

다음, 스크린 프린팅법으로 N층 위에 은 나노 페이스트를 프린팅하고 적외선 램프에 의한 가열방식으로 400℃에서 1분 동안 소성하여 전면 전극을 형성하였다.Next, the silver nano paste was printed on the N layer by the screen printing method, and baked at 400 ° C. for 1 minute by a heating method by an infrared lamp to form a front electrode.

다음, 전면 전극을 제외한 N층 위에, PECVD 방법으로 실리콘질화막을 증착하여 굴절율은 2.0~2.1 두께는 700~950nm인 반사방지막을 형성하였다. Next, on the N layer except for the front electrode, a silicon nitride film was deposited by PECVD to form an antireflection film having a refractive index of 2.0 to 2.1 and a thickness of 700 to 950 nm.

다음, 실리콘질화막을 열처리하여 수소 패시베이션함으로써, 태양전지의 제조를 완료하였다.Next, the silicon nitride film was heat-treated and hydrogen passivated to complete the manufacture of the solar cell.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 입경이 100 nm 이하인 나노 도전성 입자를 포함하는 나노 페이스트를 태양전지의 전면 전극(또는 후면 전극에까지)에 응용할 때 얻을 수 있는 장점은 다음과 같다.As described above, according to the present invention, the advantages obtained when the nano paste including the nano conductive particles having a particle diameter of 100 nm or less is applied to the front electrode (or even the rear electrode) of the solar cell are as follows.

첫째, 컨택 저항이 감소된다. 기존의 페이스트는 접착력 향상을 위해 유리 프릿을 포함하는 조성인데, 이 때 유리 프릿은 실리콘 기판과 금속 전극 사이의 컨택 저항을 증가시키는 요인이 된다. 그러나, 본 발명의 나노 페이스트의 경우 유리 프릿을 포함하지 않으며, 유리 프릿이 없어도 접착성이 우수하므로, 컨택 저항을 줄일 수 있는 것이다.First, contact resistance is reduced. Conventional pastes contain a glass frit to improve adhesion, which is a factor that increases the contact resistance between the silicon substrate and the metal electrode. However, the nanopaste of the present invention does not include a glass frit and has excellent adhesion even without the glass frit, thereby reducing contact resistance.

둘째, 쉐이딩 손실(shading loss)이 감소된다. 태양전지는 전면을 통해 입사되는 태양광을 이용하기 때문에 전면에 형성된 전극 면적이 넓을수록 입사광의 양은 줄게 된다. 이를 쉐이딩 손실라고 하는데, 이를 줄이면 태양전지의 효율을 높아진다. Second, shading loss is reduced. Since the solar cell uses sunlight incident through the front surface, the larger the electrode area formed on the front surface, the smaller the amount of incident light. This is called shading loss, and reducing it increases the efficiency of the solar cell.

그러나 전면 전극은 발생된 전류가 손실 없이 흐를 수 있는 정도의 면적을 확보하여야 한다. 페이스트의 경우 쉐이딩 손실에 의해 통상 7~8%의 손실이 발생한다. 하지만 전극의 비저항이 낮을수록 이를 줄일 수 있다. However, the front electrode should be secured to the extent that the generated current can flow without loss. In case of paste, loss of shading loss usually occurs 7 ~ 8%. However, the lower the specific resistance of the electrode can be reduced.

기존 페이스트의 비저항이 5 μΩcm 인 반면에, 본 발명의 나노 페이스트의 비저항은 3μΩcm이므로 본 발명에서는 쉐이딩 손실을 5%이하로 낮출 수 있다.While the resistivity of the conventional paste is 5 μΩcm, the resistivity of the nano pastes of the present invention is 3 μΩcm, so the shading loss can be lowered to 5% or less in the present invention.

셋째, 납이 없는 제품을 생산할 수 있다. 납 산화물을 포함하는 유리 프릿을 사용하지 않으므로, 중금속에 관련된 무역 규제를 피할 수 있다.Third, lead-free products can be produced. Since no glass frit containing lead oxide is used, trade restrictions on heavy metals can be avoided.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 유리 프릿이 없는 페이스트를 이용하여 전극을 형성하므로, 전극의 컨택 저항을 감소하는 효과가 있다. As described above, in the present invention, since the electrode is formed using the paste without the glass frit, there is an effect of reducing the contact resistance of the electrode.

또한, 본 발명에서는 비저항이 보다 더 낮은 페이스트를 이용하여 전극을 형성하므로 전극의 비저항을 낮추고 이로 인해 전극의 선폭을 감소시킬 수 있으며, 따라서 쉐이딩 손실을 감소하는 효과가 있다. In addition, in the present invention, since the electrode is formed by using a paste having a lower resistivity, the resistivity of the electrode may be lowered, thereby reducing the line width of the electrode, thus reducing the shading loss.

그리고 본 발명에서는 납을 포함하는 유리 프릿을 사용하지 않으므로 무납(lead-free) 제품을 생산하는 효과가 있다. And since the present invention does not use a glass frit containing lead has the effect of producing a lead-free (lead-free) product.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이고, 1 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a first embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지의 구조를 도시한 단면도이며,2 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention,

도 3a 및 3b는 각각 범용 페이스트를 사용한 경우에 대한 2000 배율 및 5000 배율의 주사전자현미경 사진이고, 3A and 3B are scanning electron micrographs of 2000 magnification and 5000 magnification for the case of using the general purpose paste, respectively.

도 4a 및 4b는 각각 본 발명의 페이스트를 사용한 경우에 대한 2000 배율 및 5000 배율의 주사전자현미경 사진이다. 4A and 4B are scanning electron micrographs of 2000 magnification and 5000 magnification for the case of using the paste of the present invention, respectively.

Claims (12)

제1도전형의 반도체층;A first conductive semiconductor layer; 상기 제1도전형 반도체층의 일면 상에 형성되고 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층;A second conductive semiconductor layer formed on one surface of the first conductive semiconductor layer and having an opposite conductivity type; 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하고, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 것에 의해 형성되어, 상기 제2도전형 반도체층의 전체면적에 대해 5% 이하를 차지하는 전면 전극;Formed by screen printing a paste containing conductive particles in contact with at least a portion of the second conductive semiconductor layer and having a particle diameter of 100 nm or less, wherein the total area of the second conductive semiconductor layer is 5% or less. A front electrode occupying; 상기 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 접촉하는 후면 전극A back electrode in contact with at least a portion of the first conductive semiconductor layer 을 포함하는 태양전지.Solar cell comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전면전극의 비저항이 3μΩ㎝ 이하인 태양전지.A solar cell having a specific resistance of the front electrode of 3 μΩcm or less. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후면 전극은 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 금속 페이스트를 상기 제1도전형 반도체층의 타면 상에 스크린 프린팅하는 것에 의해 형성되어 비저항이 3μΩ㎝ 이하인 태양전지.The rear electrode is formed by screen printing a metal paste containing conductive particles having a particle diameter of 100 nm or less on the other surface of the first conductive semiconductor layer, and has a specific resistance of 3 μΩcm or less. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 도전성 입자는 Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt 중의 어느 하나인 태양전지.The conductive particles are any one of Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 1 or 3, 상기 페이스트는 도전성 입자 50-90 중량%, 물 및 알콜 중의 어느 하나인 유기 용제 9-40 중량%, 및 바인더 1-10 중량%를 포함하는 태양전지.The paste includes 50-90% by weight of conductive particles, 9-40% by weight of an organic solvent which is one of water and alcohol, and 1-10% by weight of a binder. 제1도전형을 가지는 반도체층을 준비하는 단계;Preparing a semiconductor layer having a first conductivity type; 상기 제1도전형 반도체층의 일면 상에 반대 도전형을 가지는 제2도전형의 반도체층을 형성하는 단계;Forming a second conductive semiconductor layer having an opposite conductivity type on one surface of the first conductive semiconductor layer; 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 전면 전극을 형성하되, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 페이스트를 스크린 프린팅하는 단계;Forming a front electrode to be connected to at least a portion of the second conductive semiconductor layer, and screen printing a paste including conductive particles having a particle diameter of 100 nm or less; 상기 제1도전형 반도체층의 적어도 일부분과 연결되도록 후면 전극을 형성하는 단계Forming a rear electrode to be connected to at least a portion of the first conductive semiconductor layer 를 포함하는 태양전지의 제조 방법.Method for manufacturing a solar cell comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 전면 전극은 상기 제2도전형 반도체층의 전체면적에 대해 5% 이하를 차지하도록 형성하는 태양전지의 제조 방법.The front electrode is formed to occupy 5% or less of the total area of the second conductive semiconductor layer. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 후면 전극을 형성하는 단계에서는, 100nm 이하의 입경을 가지는 도전성 입자를 포함하는 금속 페이스트를 상기 제1도전형 반도체층의 타면 상에 스크린 프린팅하는 태양전지의 제조 방법.In the forming of the back electrode, a method of manufacturing a solar cell for screen printing a metal paste including conductive particles having a particle diameter of 100nm or less on the other surface of the first conductive semiconductor layer. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,The method of claim 6 or 8, 상기 스크린 프린팅 후에는 300-700℃의 온도에서 5분 이하의 시간 동안 열처리하는 태양전지의 제조 방법.After the screen printing method of manufacturing a solar cell heat treatment at a temperature of 300-700 ℃ for 5 minutes or less. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 열처리는 적외선 램프에 의한 가열 방식을 이용하는 태양전지의 제조 방법.The heat treatment is a manufacturing method of a solar cell using a heating method by an infrared lamp. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,The method of claim 6 or 8, 상기 도전성 입자는 Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt 중의 어느 하나인 태양전지의 제조 방법.The conductive particles are any one of Ag, Cu, Au, Ti, W, Ni, Cr, Mo, Pb, Pd, Pt. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,The method of claim 6 or 8, 상기 페이스트는 도전성 입자 50-90 중량%, 물 및 알콜 중의 어느 하나인 유기 용제 9-40 중량%, 및 바인더 1-10 중량%를 포함하는 태양전지의 제조 방법.The paste includes 50-90% by weight of conductive particles, 9-40% by weight of an organic solvent which is one of water and alcohol, and 1-10% by weight of a binder.
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