(57)【要約】  本発明は太陽電池の電極を調製するペースト組成物、太陽電池の電極及び太陽電池を提供する。該ペースト組成物は、導電性粉末と、有機担体と、ガラス粉末とを含み、ガラス粉末は、０．１〜２０ｗｔ％のＰｂＯと、３０〜６０ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3と、１．０〜１５ｗｔ％のＴｅＯ2と、８〜３０ｗｔ％のＷＯ3とを含み、且つＴｅＯ2とＷＯ3の質量比は０．５：１〜１．７５：１である。本発明のペースト組成物で調製された太陽電池の電極は、リボンと良好な接着強度を有し、直列抵抗（Ｒｓ）を最小化して、高い変換効率を提供する。  【選択図】  なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粉末と、有機担体と、ガラス粉末とを含み、前記ガラス粉末は、０．１〜２０ｗｔ％のＰｂＯと、３０〜６０ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3と、１．０〜１５ｗｔ％のＴｅＯ2と、８〜３０ｗｔ％のＷＯ3とを含み、且つＴｅＯ2とＷＯ3の質量比は０．５：１〜１．７５：１であることを特徴とする太陽電池電極調製用ペースト組成物。
【請求項２】
前記ガラス粉末は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ2Ｏ5、ＺｎＯ、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＮｉＯからなる群から選ばれた一種または複数種の酸化物をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項３】
前記酸化物の前記ガラス粉末中の添加量が１〜２５ｗｔ％であることを特徴とする請求項２に記載のペースト組成物。
【請求項４】
前記ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項５】
前記ペースト組成物が、６０〜９５ｗｔ％の前記導電性粉末と、１．０〜２０ｗｔ％の前記有機担体と、０．１〜５ｗｔ％の前記ガラス粉末と、残り量の添加剤とを含むことを特徴とする請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項６】
前記添加剤が、分散剤、チキソトロープ剤、可塑剤、粘度安定剤、消泡剤、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、カップリング剤からなる群から選ばれた一種または複数種であることを特徴とする請求項５に記載のペースト組成物。
【請求項７】
前記導電性粉末が銀粉末であることを特徴とする請求項１に記載のペースト組成物。
【請求項８】
前記銀粉末の平均粒径Ｄ５０が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項７に記載のペースト組成物。
【請求項９】
請求項１乃至８の中のいずれかに記載のペースト組成物から調製されることを特徴とする太陽電池の電極。
【請求項１０】
電極を含む太陽電池であって、
前記電極が請求項９に記載の太陽電池の電極であることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池製造技術分野に関し、特に、太陽電池の電極を調製するためのペースト組成物、太陽電池の電極及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、ｐ−ｎ接合によって光起電力効果を基に太陽光の光子を変換させて電気エネルギーを発生する。太陽電池において、前電極と後電極はそれぞれ、ｐ−ｎ接合を有する半導体ウェハ又はベースの上下表面に形成される。その後、ｐ−ｎ接合の光電効果が半導体ウェハに進入した太陽光に案内され、さらにｐ−ｎ接合の光電効果によって発生された電子を電極を介して外部に電流を提供する。電極用組成物をウェハ上に設置し、パターニングやロースティングを経て、太陽電池の電極を形成する。
【０００３】
太陽電池の効率を向上させるためにエミッタ電極の厚みを減少させ続けていくと、分流が生じる可能性があり、それによって太陽電池の性能が劣化される。そして、太陽電池は既に面積を増加することで効率を向上させている。しかし、このような場合、太陽電池の接触抵抗が増加されて効率が低減されるおそれがある。
【０００４】
太陽電池は、リボンによって互いに接続されて太陽電池モジュールを構成する。現在、典型的な鉛を含有するガラス粉末を含む成分で製造された太陽電池の電極とリボンとの接着力が不足しており、電極とリボンとの間の低接着性によって直列抵抗が高くなり変換効率が劣化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、既存技術において太陽電池の電極とリボンとの接着力が不足し、電極とリボンとの間の低接着性によって直列抵抗が高くなり変換効率が劣化するという問題を解決することのできる太陽電池の電極を調製するペースト組成物、太陽電池の電極及び太陽電池を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を実現するため、本発明の一態様によると、太陽電池の電極を調製するためのペースト組成物を提供する。該ペースト組成物は、導電性粉末と、有機担体と、ガラス粉末とを含み、ガラス粉末は、０．１〜２０ｗｔ％のＰｂＯと、３０〜６０ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3と、１．０〜１５ｗｔ％のＴｅＯ2と、８〜３０ｗｔ％のＷＯ3とを含み、且つＴｅＯ2とＷＯ3の質量比は０．５：１〜１．７５：１である。
【０００７】
さらに、ガラス粉末は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ2Ｏ5、ＺｎＯ、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＮｉＯからなる群から選ばれた一種または複数種の酸化物をさらに含む。
【０００８】
さらに、酸化物のガラス粉末中の添加量は１〜２５ｗｔ％である。
【０００９】
さらに、ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は０．１〜１０μｍである。
【００１０】
さらに、ペースト組成物は、６０〜９５ｗｔ％の導電性粉末と、１．０〜２０ｗｔ％の有機担体と、０．１〜５ｗｔ％のガラス粉末と、残り量の添加剤とを含む。
【００１１】
さらに、添加剤は、分散剤、チキソトロープ剤、可塑剤、粘度安定剤、消泡剤、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、カップリング剤からなる群から選ばれた一種または複数種である。
【００１２】
さらに、導電性粉末は銀粉末である。
【００１３】
さらに、銀粉末の平均粒径Ｄ５０は０．１〜１０μｍである。
【００１４】
本発明の他の一態様によると、太陽電池の電極を提供する。該太陽電池は、上述したいずれかのペースト組成物から調製される。
【００１５】
本発明の他の一態様によると、電極を含む太陽電池を提供する。該電極は上述した本発明のペースト組成物から調製された太陽電池の電極である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のペースト組成物で調製した太陽電池の電極は、リボンと良好な接着強度を有し、直列抵抗（Ｒｓ）を最小化し、高い変換効率を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本願の一部を構成する図面は本発明を一層理解させるためのものであって、本発明に示す実施例及びその説明は本発明を解釈するもので、本発明を限定するものではない。
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態においてペースト組成物で製造した太陽電池を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
なお、衝突しない限り、本願の実施例及び実施例中の特徴を組み合せすることができる。以下、図面を参照しつつ実施例を結合して本発明を詳しく説明する。
【００２０】
本発明の典型的な実施形態によると、太陽電池の電極を調製するためのペースト組成物を提供する。該ペースト組成物は、導電性粉末と、有機担体と、ガラス粉末とを含み、ガラス粉末は０．１〜２０ｗｔ％のＰｂＯと、３０〜６０ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3と、１．０〜１５ｗｔ％のＴｅＯ2と、８〜３０ｗｔ％のＷＯ3とを含み、且つＴｅＯ2とＷＯ３の質量比は０．５：１〜１．７５：１である。導電性粉末が銀粉末であることが好ましい。
【００２１】
本発明のペースト組成物で調製した太陽電池の電極は、リボンと良好な接着強度を有し、直列抵抗（Ｒｓ）を最小化して、高い変換効率を提供する。
【００２２】
本発明の典型的な実施形態によると、ガラス粉末は、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｐ2Ｏ5、ＺｎＯ、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＮｉＯからなる群から選ばれた一種または複数種である酸化物をさらに含む。酸化物のガラス粉末中の添加量は１〜２５ｗｔ％であって、即ちガラス粉末の総重量の１〜２５ｗｔ％を占める。
【００２３】
本発明の典型的な実施形態によると、ペースト組成物は、６０〜９５ｗｔ％の導電性粉末と、１．０〜２０ｗｔ％の有機担体と、０．１〜５ｗｔ％のガラス粉末と、残り量の添加剤とを含む。添加剤は、分散剤、チキソトロープ剤、可塑剤、粘度安定剤、消泡剤、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、カップリング剤からなる群から選ばれた一種または複数種である。
【００２４】
本発明の典型的な実施形態によると、太陽電池の電極を提供する。該太陽電池は、上述したいずれかのペースト組成物から調製される。
【００２５】
本発明の典型的な実施形態によると、電極を含む太陽電池を提供する。該電極は、上述した本発明のペースト組成物から調製された太陽電池の電極である。
【００２６】
本発明の典型的な実施形態によると、太陽電池の電極成分は銀粉末と、酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンベースのガラス粉末と、有機担体と、を含む。以下、本発明の太陽電池の電極の組成を一層詳しく説明する。
【００２７】
（Ａ）銀粉末
本発明の典型的な実施形態によると、太陽電池の電極を調製するためのペースト組成物は、導電性粉末として銀粉末を含む。銀粉末の粒度はナノ又はミクロンレベルであることができる。例えば、銀粉末は、数十ナノ乃至数百ナノ、又は数ミクロン乃至数十ミクロンの粒度であることができる。又は、銀粉末は、粒径の異なる２種又は複数種の銀粉末の混合物であることもできる。
【００２８】
銀粉末は、球形、シート又は無定形形状を有することができる。
【００２９】
銀粉末は、約０．１μｍ乃至約１０μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有することが好ましく、約０．５μｍ乃至約５μｍの平均粒径（Ｄ５０）を有することがさらに好ましい。平均粒径は、例えばＭａｓｔｅｒｓｉｚｅ  ２０００（Ｍａｌｖｅｒｎ  Ｃｏ．Ｌｔｄ。）等の機器を利用して、導電性粉末を２５℃で超音波によってイソプロパノール（ＩＰＡ）に３分間分散させてから測定することができる。当該平均粒径範囲内において、組成物は、低い接触抵抗と低い線路抵抗を提供することができる。
【００３０】
組成物の総重量に基づいて、銀粉末は約６０ｗｔ％乃至約９５ｗｔ％の量で存在することができる。当該範囲内において、導電性粉末は、抵抗の増加による変換効率の劣化を防止することができる。導電性粉末が、約７０ｗｔ％乃至約９５ｗｔ％の量で存在することが好ましい。
【００３１】
（Ｂ）酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンベースのガラス粉末
ガラス粉末は、導電性粉末とウェハ又は基板との間の接着力を強化し、また導電性スラリーの焼結において、エッチングすることで反射層と溶解銀粉末を減少させてエミッタ電極の領域において銀粒子を形成して接触抵抗を低減する。そして、焼結工程期間において、ガラス粉末が軟化して焼結温度が低下する。
【００３２】
太陽電池の効率を向上させるために太陽電池の面積を増やす場合、太陽電池の接触抵抗が増加される恐れがある。よって、直列抵抗（Ｒｓ）とｐ−ｎ接合に対する影響を最小化しなければならない。そして、表面抵抗の異なる各種のウェハを応用することに伴って、焼結温度も広い範囲内で変化し、ガラス粉末は大きい焼結温度ウィンドウに耐えるのに充分な熱安定性を保持しなければならない。
【００３３】
太陽電池はリボンを介して互いに接続されて太陽電池モジュールを構成する。この場合、太陽電池の電極とリボンとの間の接着強度が低いと、電池が離脱したり信頼性を低減したりする。本発明において、太陽電池が所要の電気学や接着強度等の物理性質を有するように、酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンベースのガラス粉末（ＰｂＯ−Ｂｉ2Ｏ3−ＴｅＯ2−ＷＯ3）に基づくガラス粉末を使用する。
【００３４】
本発明において、酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンベースのガラス粉末は、約０．１ｗｔ％乃至約２０ｗｔ％の酸化鉛と、約３０ｗｔ％乃至約６０ｗｔ％の酸化ビスマスと、約１．０ｗｔ％乃至約２０ｗｔ％の酸化テルルと、約５ｗｔ％乃至約２５ｗｔ％の酸化タングステンとを含み、且つ、ＴｅＯ2とＷＯ3の質量比は０．５：１〜１．７５：１である。当該範囲内において、ガラス粉末は良好な接着強度や良好な変換効率を確保できる。
【００３５】
本発明の典型的な実施形態によると、酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンベースのガラス粉末は、リチウム酸化物（Ｌｉ2Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化リン（Ｐ2Ｏ5）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリカ（ＳｉＯ2）、酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）から選ばれた少なくとも１種の酸化物をさらに含むことができる
【００３６】
ガラス粉末は、酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンに上述した少なくとも１種の酸化物を添加して、いずれかの典型的な方法で調製することができる。例えば、酸化物と酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンとを一定の割合で混合する。混合はボールミル又は遊星型ボールミルで行うことができる。混合した組成物を約９００℃乃至約１３００℃で溶融し、その後約２５℃まで急速冷却する。プレートミル、遊星型ボールミル等で得られた材料を粉砕して、ガラス粉末を提供する。
【００３７】
ガラス粉末の平均粒径Ｄ５０は約０．１μｍ乃至約１０μｍであることができ、また組成物の総量の約０．１ｗｔ％乃至約５ｗｔ％の量を占める。ガラス粉末は、球形又は無定形形状を有することができる。
【００３８】
（Ｃ）有機担体
太陽電池の電極中の無機成分と機械的に混合して、有機担体により導電性スラリーの印刷に必要な適切な粘度とレオロジー特性を付与する。
【００３９】
有機担体は、太陽電池の電極組成物に使用されるいずれかの典型的な有機担体であることができ、またバインダー樹脂、溶剤等を含むこともできる。
【００４０】
バインダー樹脂は、アクリル酸エステル樹脂又はセルロース樹脂であることができる。通常、エチルセルロースをバインダー樹脂として使用する。そして、バインダー樹脂は、エチルヒドロキシエチルセルロース、ニトロセルロース、エチルセルロースとフェノール樹脂の混合物、アルキド樹脂、フェノール、アクリレート、キシレン、ポリブチレン、ポリエステル、尿素、メラミン、酢酸ビニル樹脂、ウッドロジン、アルコールのポリメタクリレート等から選ばれる。
【００４１】
溶剤は、例えばヘキサン、トルエン、エチルセロソルブ、シクロヘキサノン、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチルエーテル）、ジブチルカルビトール（ジエチレングリコールジブチルエーテル）、ブチルカルビトールアセテート（モノブチルエーテルアセテート）、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ヘキシレングリコール、テルピネオール、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、γ−ブチロラクトン、乳酸エチル及びその組み合せから選ばれる。
【００４２】
組成物の総重量を基に、有機担体は、約１ｗｔ％乃至約２０ｗｔ％の量で存在することができる。当該範囲内において、有機担体は組成物に充分な接着強度や良好な印刷可能性を提供する。
【００４３】
（Ｄ）添加剤
必要に応じて、組成物は、流動特性、加工性、安定性を向上させるため、典型的な添加剤をさらに含むことができる。添加剤は、分散剤、チキソトロープ剤、可塑剤、粘度安定剤、消泡剤、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、カップリング剤等を含むことができるが、これらに限定されることはない。これらの添加剤を単独に使用することができれば、その混合物として使用することもできる。これらの添加剤は組成物において約０．１ｗｔ％乃至約５ｗｔ％の量で存在するが、当該量は必要に応じて変更させることができる。
【００４４】
本発明の典型的な実施形態によると、ペースト組成物で太陽電池を製造する。図１に示すように、裏面電極２１０と正面電極２３０は、電池電極成分をｐ層１０１とエミッタ電極としてのｎ層１０２とを含むウェハ又は基板１００上に印刷して、焼結することで形成される。例えば、ウェハの裏面に組成物を印刷して約２００℃乃至約４００℃で、印刷した組成物を約１０秒乃至６０秒乾燥して、裏面電極を調製するための前工程を実行する。そして、ウェハの前表面にスラリーを印刷し、印刷した組成物を乾燥することで、前電極を調製するための初期工程を実行する。その後、ウェハを、約４００℃乃至約９５０℃、好ましくは約８５０℃乃至約９５０℃で、約３０秒乃至５０秒焼結して、正面電極と裏面電極を形成する。
【００４５】
次に、実施例を参照して本発明を一層詳しく説明する。なお、これらの実施例の提供は本発明を説明するためであって、本発明を限定するものと解釈してはいけない。
【００４６】
明確であるように、当業者にとって自明なものの詳細な説明は省略する。
【００４７】
実施例及び比較例
表１に示す組成で、酸化物を混合し、９００℃〜１４００℃で溶融し焼結して、平均粒径（Ｄ５０）が２．０μｍである酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステンベースのガラス粉末を調製した。
【００４８】
有機バインダーとして、６０℃で、１．０重量％のエチルセルロースを９．０重量％のブチルカルビトールに充分に溶融し、８６重量％の平均粒径が１．５μｍである球形の銀粉末と、１．５重量％の調製された酸化鉛−酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステン−酸化亜鉛系ガラス粉末と、０．５重量％のチキソトロープ剤Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ  ＳＴをバインダー溶液に添加し、その後、三本ロール機で研ぎ、太陽電池の電極組成物を調製した。
【００４９】
上述のように調製された電極組成物をスクリーン印刷によって、所定のパターンで単結晶シリコンウェーハの前表面上に堆積させてから、赤外線乾燥炉で乾燥させる。その後、裏面電極を調製するための組成物をウェハの裏面上に印刷して、同じ方式で乾燥させた。上記工程によって処理された電池シートをベルト式焼結炉において、９１０℃で４０秒焼結した。太陽効率テスター（ＣＴ―８０１）で電池の変換効率（％）、直列抵抗Ｒｓ（ｍΩ）、開回路電圧（Ｖｏｃ）等を測定した。その後、はんだごてを使用して、３００℃乃至４００℃で、はんだによって電池の電極とリボンとを溶接する。その後、電池の電極とリボンの接着強度（Ｎ／ｍｍ）を、テスターを使用して１８０°の剥離角度と５０ｍｍ／ｍｉｎの延伸速度で測定した。測定された変換効率と張力テスト結果は表１に示す。
【００５０】
実施例１〜８と比較例１〜９
実施例１〜８と比較例１〜９において、表１に示すガラス粉末の組成に従って、同じ方式で太陽電池の電極用の組成物を調製して、その物理性能を評価した。なお、表１における実施例と比較例は、一つ又は複数の発明例の特徴を強調するもので、本発明の範囲を限定するものではなく、比較例が本発明の範囲外のものであることを説明するものでもない。そして、発明の主体は実施例と比較例で説明した特定の部分に限定されることはない。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１に示すように、実施例１〜８において調製されたガラス粉末組成物から製造された太陽電池の電極は、比較例１〜９に比べ、リボンとの高接着強度や良好な変換効率を同時に有する。一方、比較例１〜９は、低い電池効率又は低い引張強度を示しているか、両方が共に低いこともある。
【００５３】
比較例１はガラス組成にＰｂＯが含まれていない場合、又は比較例２はガラス組成にＰｂＯが高含有量で含まれている場合、調製される太陽電池の電極の効率及び引張強度はいずれも発明実施例より低いことを表す。類似して、比較例３と４は、ガラス粉末におけるＢｉ2Ｏ3含有量が低い又は高い場合、調製される太陽電池の効率は低いことを表す。比較例５と６は、ＷＯ3の含有量が本発明の範囲内でないと、調製される太陽電池は低い効率を有するか、又は低い引張強度を有し、又は両方とも低いことを表す。比較例７、８、９は、ＴｅＯ2とＷＯ3の含有量の割合が本発明の範囲内でないと、調製される太陽電池は低い効率を有するか、又は低い引張強度を有し、又は両方とも低いことを表す。
【００５４】
発明実施例によると、ガラス粉末の成分が０．１ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化鉛、３０ｗｔ％〜６０ｗｔ％の酸化ビスマス、１．０ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸化テルル、５ｗｔ％〜２５ｗｔ％の酸化タングステンであって、ＴｅＯ2とＷＯ3の含有量の割合が０．５：１〜１．７５：１である場合、調製される太陽電池が高い性能を有することを表す。
【００５５】
以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。当業者であれば本発明に様々な修正や変形が可能である。本発明の趣旨や原則内での全ての修正、置換、改良などは本発明の保護範囲内に含まれる。
【図１】
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【国際調査報告】
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2019507937.tif 000006
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