(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粉末；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５重量％〜２０重量％；
酸化テルル５５重量％〜８０重量％；
酸化亜鉛０．１重量％〜１５重量％；及び
酸化リチウム０．１重量％〜１０重量％；を含む酸化ビスマス−酸化テルル−酸化亜鉛−酸化リチウム系ガラスフリットであり、
前記導電性粉末は、銀（Ａｇ）粉末であることを特徴とする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、酸化タングステン（ＷＯ３）を０．１重量％〜１０重量％さらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池電極形成用組成物。
【請求項３】
前記ガラスフリットは、酸化テルルを６０重量％〜８０重量％含むことを特徴とする、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】
前記導電性粉末６０重量％〜９５重量％；前記ガラスフリット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１〜３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１〜４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】
前記導電性粉末は、平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜５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７】
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１〜６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８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池電極形成用組成物を用いてなる、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各セル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、直列抵抗が大きく、変換効率が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明者は、太陽電池の変換効率などの電気的特性と接着強度などの物理的特性を同時に満足させ得る太陽電池を製造するために、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】
【０００６】
本発明の目的は、変換効率及び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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様は、導電性粉末；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５重量％〜２０重量％；酸化テルル５５重量％〜８０重量％；酸化亜鉛０．１重量％〜１５重量％；及び酸化リチウム０．１重量％〜１０重量％；を含む酸化ビスマス―酸化テルル―酸化亜鉛―酸化リチウム系ガラスフリットである太陽電池電極形成用組成物に関する。
【０００８】
前記ガラスフリットは、酸化タングステン（ＷＯ３）を０．１重量％〜１０重量％さらに含んでもよい。
【０００９】
前記ガラスフリットは、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、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）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、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）、酸化鉛（ＰｂＯ）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。
【００１０】
前記ガラスフリットは、酸化テルルを６０重量％〜８０重量％含んでもよい。
【００１１】
前記組成物は、導電性粉末６０重量％〜９５重量％；前記ガラスフリット０．５重量％〜２０重量％；及び前記有機ビヒクル１重量％〜３０重量％；を含んでもよい。
【００１２】
前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ〜１０μｍであってもよい。
【００１３】
前記導電性粉末は、銀（Ａｇ）粉末であってもよい。
【００１４】
前記導電性粉末は、平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ〜１０μｍであってもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明の他の態様は、前記組成物によって製造された太陽電池電極に関する。
【発明の効果】
【００１７】
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、低い直列抵抗（Ｒｓ）と高い開放電圧（Ｖｏｃ）を有するので、変換効率に優れ、リボンとの接着強度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施例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】
【００１９】
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、導電性粉末；酸化ビスマス―酸化テルル―酸化亜鉛―酸化リチウム系ガラスフリット；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、直列抵抗（Ｒｓ）が最小化され、変換効率に優れ、太陽電池セルを連結するリボンとの接着強度に優れる。
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
（Ａ）導電性粉末
本発明の導電性粉末としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）及びＩＴＯ（インジウムスズオキシド）から選ばれる１種以上の金属粉末を使用してもよく、銀（Ａｇ）粉末または銀粉末を含む混合物を使用することが好ましい。
【００２２】
前記導電性粉末は、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ｎｍ〜数百ｎｍサイズ、数μｍ〜数十μｍの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導電性粉末を混合して使用してもよい。
【００２３】
前記導電性粉末は、粒子の形態が球状、板状、無定形の形状であってもよい。
【００２４】
前記導電性粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜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。
【００２５】
前記導電性粉末は、組成物の全体重量に対して６０重量％〜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。前記導電性粉末は、７０重量％〜９０重量％で含まれることが好ましい。
【００２６】
（Ｂ）ガラスフリット
ガラスフリットは、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。
【００２７】
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接合に対する影響を最小化すると同時に、直列抵抗（Ｒｓ）を最小化し、開放電圧（Ｖｏｃ）を最大化することが有利である。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。
【００２８】
さらに、太陽電池を構成する各セルは、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が十分に確保されない場合、セルが脱落したり、信頼性が低下するおそれがある。
【００２９】
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、ガラスフリットとして酸化ビスマス―酸化テルル―酸化亜鉛―酸化リチウム（Ｂｉ２Ｏ３―ＴｅＯ２―ＺｎＯ―ＬｉＯ２）系ガラスフリットを導入した。
【００３０】
一実施形態として、前記酸化ビスマス―酸化テルル―酸化亜鉛―酸化リチウム系ガラスフリットは、酸化ビスマス５重量％〜２０重量％、酸化テルル５５重量％〜８０重量％、酸化亜鉛０．１重量％〜１５重量％、及び酸化リチウム０．１重量％〜１０重量％を含んでもよく、前記酸化テルルを６０重量％〜８０重量％含むことが好ましく、前記範囲で、優れた接着強度及び変換効率を同時に確保することができる。
【００３１】
他の実施形態として、前記ガラスフリットは、酸化タングステン（ＷＯ３）を０．１重量％〜１０重量％さらに含んでもよい。
【００３２】
更に他の実施形態として、前記ガラスフリットは、酸化リン（Ｐ２Ｏ５）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、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）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、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）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）及び酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）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。これらは、全体のガラスフリットのうち０．１重量％〜５重量％の範囲で含まれてもよい。
【００３３】
また、本発明のガラスフリットは、酸化鉛（ＰｂＯ）を含んでもよいが、無鉛ガラスフリットである場合、より優れた接着強度を有し得るので好ましい。
【００３４】
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。
【００３５】
前記ガラスフリットは、平均粒径（Ｄ５０）が０．１μｍ〜１０μｍであってもよく、組成物の全体重量を基準にして０．５重量％〜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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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などを使用してもよく、エチルセルロースが一般的に使用される樹脂であるが、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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１重量％〜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。
【００４１】
（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０．１重量％〜５重量％で添加されるが、必要に応じて変更してもよい。
【００４２】
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。
【００４３】
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℃〜１０００℃、好ましくは８５０℃〜１０００℃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。
【００４４】
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】
【００４５】
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２．５μｍである酸化ビスマス―酸化テルル―酸化亜鉛―酸化リチウム系ガラスフリットを製造した。
【００４６】
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８．５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）８７重量％、前記の製造された酸化ビスマス―酸化テルル―酸化亜鉛―酸化リチウム系ガラスフリット３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。
【００４７】
前記の製造された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９8０℃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（％）、直列抵抗Ｒｓ（ｍΩ）及び開放電圧（Ｖｏｃ）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゜の条件で張力器（Ｔｉｎｉｕｓ  ｏｌｓｅｎ社）を用いて５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で接着強度（Ｎ／ｍｍ）を測定した。測定した変換効率、直列抵抗、開放電圧及び接着強度を下記の表１に共に示した。
【００４８】
実施例２〜２０及び比較例１〜６
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。
【００４９】
【表１】
0006396335.tif 000002
【００５０】
前記表１に示すように、実施例１〜実施例２０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、本発明のガラスフリット組成から逸脱するガラスフリットを使用した比較例１〜比較例６に比べて、直列抵抗（Ｒｓ）が低く、開放電圧（Ｖｏｃ）が高く、リボンとの接着強度が著しく優れ、太陽電池の変換効率に優れることを確認することができる。
【００５１】
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】
0006396335.tif 000003