(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀粉末；酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステン−酸化亜鉛系ガラスフリット；及び有機ビヒクルを含む組成物であって、
前記ガラスフリットは、
酸化ビスマス４０重量％〜６０重量％；
酸化テルル０．２５重量％〜１５重量％；
酸化タングステン１０重量％〜２０重量％；及び
酸化亜鉛２重量％〜２０重量％；を含む太陽電池電極形成用組成物。
【請求項２】
前記ガラスフリットは、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（Ｃｕ２ＯまたはＣｕＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４またはＳｂ２Ｏ５）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化砒素（Ａｓ２Ｏ３）、酸化コバルト（ＣｏＯまたはＣｏ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３またはＭｎ３Ｏ４）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選ばれた１種以上の金属酸化物をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池電極形成用組成物。
【請求項３】
前記銀粉末６０重量％〜９５重量％；前記酸化ビスマス−酸化テルル−酸化タングステン系ガラスフリット０．５重量％〜２０重量％；及び前記有機ビヒクル１重量％〜３０重量％；を含む、請求項１または２に記載の太陽電池電極形成用組成物。
【請求項４】
前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
【請求項５】
前記組成物は、分散剤、揺変剤、可塑剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤及びカップリング剤からなる群から選ばれる添加剤を１種以上さらに含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物からなる太陽電池電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池電極形成用組成物及びこれを用いて製造された電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光のフォトン（ｐｈｏｔｏｎ）を電気に変換させるｐｎ接合の光電効果を用いて電気エネルギーを発生させる。太陽電池には、ｐｎ接合が構成される半導体ウエハーまたは基板の上・下面にそれぞれ前面電極と後面電極が形成されている。太陽電池は、半導体ウエハーに入射される太陽光によってｐｎ接合の光電効果が誘導され、これによって発生した各電子が電極を介して外部に流れる電流を提供する。このような太陽電池の電極は、電極用ペースト組成物の塗布、パターニング及び焼成によってウエハーの表面に形成され得る。
【０００３】
最近、太陽電池の効率を増加させるためにエミッター（ｅｍｉｔｔｅｒ）の厚さが持続的に薄くなるにつれて、太陽電池の性能を低下させ得るシャンティング（ｓｈｕｎｔｉｎｇ）現象を誘発させ得る。また、太陽電池の効率を増加させるために太陽電池の面積を漸次増加させているが、これは太陽電池の接触抵抗を高め太陽電池の効率を減少させ得る。
【０００４】
また、太陽電池を構成するセル（ｃｅｌｌ）はリボンで互いに連結されるが、電極とリボンとの接着力が良くない場合は、シリーズ抵抗が大きく、変換効率が低下するおそれがある。本発明者は、従来の柔軟なガラスフリットを含む太陽電池電極形成用組成物で製造された電極とリボンとの接着力が十分に確保されていない点に着目し、これを改善するために本発明を完成するに至った。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、電極とリボンとの接着強度に優れた太陽電池電極形成用組成物を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、シリーズ抵抗（Ｒｓ）を最小化できる太陽電池電極形成用組成物を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、変換効率に優れた太陽電池電極を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記目的及びその他の目的は、下記で説明する本発明によって全て達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの態様は、銀粉末；酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリット；及び有機ビヒクル；を含む組成物であって、前記ガラスフリットは、酸化ビスマス約４０重量％〜約６０重量％；酸化テルル約０．２５重量％〜約１５重量％；酸化タングステン約１０重量％〜約２０重量％；及び酸化亜鉛約２重量％〜約２０重量％；を含む太陽電池電極形成用組成物に関する。
【００１０】
前記ガラスフリットは、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（Ｃｕ２ＯまたはＣｕＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４またはＳｂ２Ｏ５）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化砒素（Ａｓ２Ｏ３）、酸化コバルト（ＣｏＯまたはＣｏ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３またはＭｎ３Ｏ４）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選ばれた１種以上の金属酸化物をさらに含んでもよい。
【００１１】
前記組成物は、銀粉末約６０重量％〜約９５重量％；前記酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン系ガラスフリット約０．５重量％〜約２０重量％；及び前記有機ビヒクル約１重量％〜約３０重量％；を含んでもよい。
【００１２】
前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が約０．１μｍ〜約１０μｍであってもよい。
【００１３】
前記組成物は、分散剤、揺変剤、可塑剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤及びカップリング剤からなる群から選ばれる添加剤を１種以上さらに含んでもよい。
【００１４】
本発明の更に他の観点である太陽電池電極は、前記太陽電池電極形成用組成物で形成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の太陽電池電極形成用組成物で製造された太陽電池電極は、リボンとの接着強度に優れ、シリーズ抵抗（Ｒｓ）が最小化され、変換効率に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の構造を簡略に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
太陽電池電極形成用組成物
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、銀粉末；酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリット；及び有機ビヒクルを含む太陽電池電極形成用組成物であって、太陽電池セルを連結するリボンとの接着強度に優れ、シリーズ抵抗（Ｒｓ）が最小化され、変換効率に優れる。
【００１８】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
（Ａ）銀粉末
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、導電性粉末として銀（Ａｇ）粉末を使用する。前記銀粉末は、ナノサイズまたはマイクロサイズの粒径を有する粉末であってもよいが、例えば、数十ナノメートル〜数百ナノメートルサイズの銀粉末、数マイクロメートル〜数十マイクロメートルの銀粉末であってもよい。また、２以上の互いに異なるサイズを有する銀粉末を混合して使用してもよい。
【００２０】
銀粉末は、粒子の形態が球状、板状、無定形の形状であってもよい。
【００２１】
銀粉末は、平均粒径（Ｄ５０）が約０．１μｍ〜約１０μｍであることが好ましく、約０．５μｍ〜約５μｍであることがさらに好ましい。前記平均粒径は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に導電性粉末を超音波で２５℃で３分間分散させた後、ＣＩＬＡＳ社で製作した１０６４ＬＤモデルを使用して測定されたものである。前記範囲内で、接触抵抗と線抵抗が低くなる効果を有することができる。
【００２２】
銀粉末は、組成物の全体重量に対して約６０重量％〜約９５重量％で含まれてもよい。前記範囲で、抵抗の増加によって変換効率が低下することを防止することができる。銀粉末は、約７０重量％〜約９０重量％で含まれることが好ましい。
【００２３】
（Ｂ）酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリット
ガラスフリット（ｇｌａｓｓ  ｆｒｉｔ）は、電極ペーストの焼成工程中に反射防止膜をエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）し、銀粒子を溶融させ、抵抗が低下するようにエミッター領域に銀結晶粒子を生成させ、伝導性粉末とウエハーとの間の接着力を向上させ、焼結時の軟化によって焼成温度をより低下させる効果を誘導する。
【００２４】
太陽電池の効率を増加させるために太陽電池の面積を増加させると、太陽電池の接触抵抗が高くなり得るので、ｐｎ接合（ｐｎ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）に対する被害を最小化すると同時に、直列抵抗を最小化しなければならない。また、多様な面抵抗のウエハーの増加によって焼成温度の変動幅が大きくなるので、広い焼成温度でも熱安定性を十分に確保できるガラスフリットを使用することが好ましい。
【００２５】
また、太陽電池を構成する各セル（ｃｅｌｌ）は、リボンによって互いに連結されるが、リボンと接着する太陽電池電極の接着強度（ａｄｈｅｓｉｏｎ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が十分に確保されない場合、セル（ｃｅｌｌ）が脱落したり、信頼性が低下するおそれがある。本発明では、上述した太陽電池電極の電気的特性と接着強度などの物理的特性を同時に確保するために、無鉛ガラスフリットとして酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛（Ｂｉ２Ｏ３―ＴｅＯ２―ＷＯ３―ＺｎＯ）系ガラスフリットを導入した。
【００２６】
本発明の酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリットは、酸化ビスマス約４０重量％〜約６０重量％、酸化テルル約０．２５重量％〜約１５重量％、酸化タングステン約１０重量％〜約２０重量％、及び酸化亜鉛約２重量％〜約２０重量％を含んでもよく、前記範囲で、優れた接着強度及び変換効率（Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を同時に確保することができる。
【００２７】
本発明の一実施形態として、前記酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリットは、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化銅（Ｃｕ２ＯまたはＣｕＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４またはＳｂ２Ｏ５）、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化砒素（Ａｓ２Ｏ３）、酸化コバルト（ＣｏＯまたはＣｏ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３またはＭｎ３Ｏ４）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群から選ばれた１種以上の金属酸化物をさらに含んでもよい。
【００２８】
前記ガラスフリットは、通常の方法を用いて上述した金属酸化物で製造することができ、例えば、上述した金属酸化物の組成で混合する。混合は、ボールミル（ｂａｌｌ  ｍｉｌｌ）またはプラネタリーミル（ｐｌａｎｅｔａｒｙ  ｍｉｌｌ）を使用して行うことができる。混合された組成物を９００℃〜１３００℃の条件で溶融させ、２５℃でクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する。得られた結果物をディスクミル（ｄｉｓｋ  ｍｉｌｌ）、プラネタリーミルなどによって粉砕し、ガラスフリットを得ることができる。
【００２９】
前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が約０．１μｍ〜約１０μｍであってもよく、組成物の全体重量を基準にして約０．５重量％〜約２０重量％含まれてもよい。前記ガラスフリットの形状は、球状や不定形であってもよい。
【００３０】
（Ｃ）有機ビヒクル
有機ビヒクルは、太陽電池電極形成用組成物の無機成分との機械的混合を通じてペースト組成物に印刷に適した粘度及び流変学的特性を付与する。
【００３１】
前記有機ビヒクルは、通常、太陽電池電極形成用組成物に使用される有機ビヒクルであり得るが、通常、バインダー樹脂及び溶媒などを含んでもよい。
【００３２】
前記バインダー樹脂としては、アクリレート系またはセルロース系樹脂等を使用でき、エチルセルロースが一般的に使用される樹脂である。しかし、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との混合物、アルキド樹脂、フェノール系樹脂、アクリル酸エステル系樹脂、キシレン系樹脂、ポリブテン系樹脂、ポリエステル系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、木材ロジン（ｒｏｓｉｎ）またはアルコールのポリメタクリレートなどを使用してもよい。
【００３３】
前記溶媒としては、例えば、へキサン、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（ジエチレングリコール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、へキシレングリコール、テルピネオール （Ｔｅｒｐｉｎｅｏｌ）、メチルエチルケトン、ベンジルアルコール、γ―ブチロラクトンまたはエチルラクテートなどを単独でまたは２種以上混合して使用してもよい。
【００３４】
前記有機ビヒクルの配合量は、組成物の全体重量に対して約１重量％〜約３０重量％であってもよい。前記範囲で、十分な接着強度と優れた印刷性を確保することができる。
【００３５】
（Ｄ）添加剤
本発明の太陽電池電極形成用組成物は、前記構成要素の他に、流動特性、工程特性及び安定性を向上させるために、必要に応じて通常の添加剤をさらに含んでもよい。前記添加剤は、分散剤、揺変剤、可塑剤、粘度安定化剤、消泡剤、顔料、紫外線安定剤、酸化防止剤、カップリング剤などを単独でまたは２種以上混合して使用してもよい。これらは、組成物の全体重量に対して約０．１重量％〜約５重量％で添加されるが、必要に応じて変更してもよい。
【００３６】
太陽電池電極及びこれを含む太陽電池
本発明の他の態様は、前記太陽電池電極形成用組成物で形成された電極及びこれを含む太陽電池に関する。図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の構造を示した図である。
【００３７】
図１を参照すると、ｐ層１０１及びエミッターとしてのｎ層１０２を含むウエハー１００または基板上に、前記太陽電池電極形成用組成物を印刷して焼成し、後面電極２１０及び前面電極２３０を形成することができる。例えば、太陽電池電極形成用組成物をウエハーの後面に印刷・塗布した後、約２００℃〜約４００℃の温度で約１０秒〜約６０秒間乾燥させ、後面電極のための事前準備段階を行うことができる。また、ウエハーの前面に太陽電池電極形成用組成物を印刷した後で乾燥させ、前面電極のための事前準備段階を行うことができる。その後、４００℃〜９５０℃、好ましくは８５０℃〜９５０℃で３０秒〜５０秒間焼成する焼成過程を行い、前面電極及び後面電極を形成することができる。
【００３８】
以下、実施例を通じて本発明をより具体的に説明するが、これら各実施例は、説明の目的のためのものに過ぎなく、本発明を制限するものと解釈してはならない。
【実施例】
【００３９】
実施例
実施例１
下記の表１の組成で金属酸化物を混合し、９００℃〜１４００℃で溶融及び焼結過程を経ることによって平均粒径（Ｄ５０）が１．７μｍである酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリットを製造した。
【００４０】
有機バインダーとしてエチルセルロース（Ｄｏｗ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｏｍｐａｎｙ、ＳＴＤ４）０．８重量％を、溶媒であるブチルカルビトール９．０重量％に６０℃で十分に溶解した後、平均粒径が２．０μｍである球状の銀粉末（Ｄｏｗａ  Ｈｉｇｈｔｅｃｈ  ＣＯ．ＬＴＤ、ＡＧ―４―８）８６重量％、前記の製造された酸化ビスマス―酸化テルル―酸化タングステン―酸化亜鉛系ガラスフリット３．５重量％、添加剤として分散剤ＢＹＫ１０２（ＢＹＫ―ｃｈｅｍｉｅ）０．２重量％及び揺変剤Ｔｈｉｘａｔｒｏｌ  ＳＴ（Ｅｌｅｍｅｎｔｉｓ  ｃｏ．）０．５重量％を投入して均一にミキシングした後、３ロール混練機で混合・分散させることによって太陽電池電極形成用組成物を製造した。
【００４１】
製造された前記太陽電池電極形成用組成物を結晶系モノウエハーの前面に一定のパターンでスクリーンプリンティングして印刷し、赤外線乾燥炉を使用して乾燥させた。その後、ウエハーの後面にアルミニウムを含む電極形成用組成物を後面印刷した後、同一の方法で乾燥させた。前記過程で形成されたセルをベルト型焼成炉を使用して９１０℃で４０秒間焼成し、このように製造が完了したセルは、太陽電池効率測定装備（Ｐａｓａｎ社、ＣＴ―８０１）を使用して変換効率（％）及びシリーズ抵抗Ｒｓ（ｍΩ）を測定し、電極にフラックスを塗った後、はんだごて（ＨＡＫＫＯ社）を用いて３００℃〜４００℃でリボンと接合させた。その後、剥離角１８０゜の条件でテンショナー（Ｔｉｎｉｕｓ  ｏｌｓｅｎ社）を用いて５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で接着強度を測定した。測定した変換効率、シリーズ抵抗及び接着強度（Ｎ／ｍｍ）を下記の表１に共に示した。
【００４２】
実施例２〜５及び比較例１〜９
下記の表１の含量でガラスフリットを製造したことを除いては、前記実施例１と同一の方法で太陽電池電極形成用組成物を製造した後、物性を測定し、これを下記の表１に共に示した。
【００４３】
【表１】
0006404900.tif 000002
【００４４】
前記表１に示すように、実施例１〜実施例５のガラスフリットを使用した太陽電池電極形成用組成物で製造された太陽電池電極は、柔軟なガラスフリットを使用した比較例１または本発明のガラスフリット組成から逸脱する比較例２〜比較例９に比べて、リボンとの接着強度が著しく優れ、シリーズ抵抗及び変換効率に優れることが分かる。
【００４５】
本発明の単純な変形および変更は、この分野で通常の知識を有する者によって容易に実施することができ、このような変形や変更は、いずれも本発明の領域に含まれるものと見なすことができる。
【図１】
0006404900.tif 000003