CN101150150A - 太阳电池导电电极的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳电池导电电极的生成方法，该方法采用丝网印刷工艺通过网板将导电浆料分别印刷在太阳电池N型极和P型极上，其特征在于，所述丝网印刷工艺所使用的网板印刷导电浆料的面积上覆盖有感光胶膜。使用该网板进行丝网印刷后的导电电极的表面呈现出有规则或无规则高低不平的表面，能有效地阻止熔融金属向某一点聚集，即使是在背电极导电电极的厚度减少后，也不会在导电电极的表面上产生金属或金属合金的结珠和结苞问题，并能有效地释放掺杂玻璃造成的热应力，从而减少太阳电池的弯曲。

Description

太阳电池导电电极的生成方法

技术领域

本发明是关于半导体太阳电池的制备技术，特别是有关晶体硅太阳电池的导电电极的生成方法。

背景技术

传统生产晶体硅(单晶硅或多晶硅)太阳电池的方法是，首先对清除了损伤层后的P型单晶硅片或多晶硅片进行扩散，从而形成P-N结。该P-N结所靠近的表面通常被称之为上表面，或发射极。为了减少反射率，在太阳电池的上表面会镀上一层减反膜。与上表面所对应的另外一面被称之为背表面。为了使晶体硅片成为太阳电池，必须在其正表面和背表面分别镀上导电电极。导电电极的作用是导出太阳电池在受到光辐射后所产生的电能。根据不同的极性和要求，导电电极可以是银，铝和其它金属，也可以是金属的混合物或金属合金。

把导电电极镀在太阳电池的方法主要有三种方法，物理镀(如溅射和蒸发)，化学镀(如化学镀和电镀)和丝网印刷的方法。事实上，应用丝网印刷技术，把导电浆料印刷在半导体器件上，经烧结后形成金属接触导电电极已有很长的历史。由于丝网印刷技术的简单性和可靠性，目前世界上绝大多数晶体硅太阳电池的导电电极都是采用丝网印刷工艺印刷在太阳电池上的。

为了减少遮光面积，提高太阳电池的效率，上表面的导电电极均采用栅线形状。而在背表面，导电电极通常会覆盖整个背表面，形成背电极。为了使背电极具有可焊性，一般会在背表面丝网印刷上二条可焊性导电电极。

由于丝网印刷工艺的简单性和可靠性，目前大规模生产的太阳电池都采用丝网印刷的方法形成太阳电池的电极。但是随着晶体硅片的厚度不断地减小，丝网印刷的缺点，特别是丝网印刷所形成的背电极的缺点逐渐地显露出来，即随着硅片厚度减少，丝网印刷的背电极容易使太阳电池在烧结之后形成严重的弯曲，而这是进行后续加工前必须克服的缺陷。

解决晶体硅在烧结之后弯曲的方法之一是减少导电电极的厚度。太阳电池在烧结后的弯曲率直接和导电电极的厚度成正比。印刷的导电电极的厚度越厚，烧结后所形成的太阳电池的弯曲率就越大。但是，如果导电电极厚度不断减薄，导电电极在本身越来越薄的晶体硅的背表面上的相对厚度的误差就会逐渐的增大。导电电极相对厚度误差的增大导致了在烧结过程中太阳电池的温度分布的均匀性变差。由于太阳电池的局部区域温度过高，致使该区域容易产生金属或金属合金结苞和结珠现象。

解决太阳电池在烧结后弯曲的另一个方法是减少导电浆料中的玻璃含量。为了增加导电电极和硅片的粘合力，通常在导电浆料内掺杂一些玻璃颗粒。这些玻璃颗粒的热膨胀系数比晶体硅大。在烧结的高温下，导电浆料和太阳电池的热应力达到平衡，但在烧结后的冷却过程中，由于玻璃的收缩比晶体硅的收缩大，产生了热应力，从而造成了晶体硅片的弯曲。如果减少玻璃含量，弯曲自然而然会减少。但玻璃料减少的话，导电浆料在硅片上的附着力就减弱，容易造成导电电极的剥落。

发明内容

为了克服现有技术在解决太阳电池在烧结后的弯曲所带来的问题，本发明的目的之一是提供一种太阳电池导电电极的生成方法，该方法在减少导电浆料使用量，降低生产成本的同时，能有效地解决金属或金属合金结苞和结珠的问题。

本发明的另一目的是提供一种太阳电池导电电极的生成方法，该方法还进一步解决了掺杂玻璃所造成的热应力不均匀带来的弯曲问题。

为了达到上述目的，本发明公开了一种太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，采用丝网印刷工艺通过网板将导电浆料分别印刷在太阳电池的N型极和P型极上。

优选地，印刷在太阳电池P型极或N型极上的导电浆料平均厚度在5微米到50微米之间。

优选地，印刷在太阳电池P型极或N型极上的导电浆料的最厚处与最薄处的厚度比在1.1到5之间。

优选地，所述太阳电池是晶体硅太阳电池，也可以是其它半导体材料的太阳电池。

优选地，所述导电浆料可以是银导电浆料，铝导电浆料，合金导电浆料，也可以是金属混合物导电浆料或其它导电浆料。

优选地，所述的感光胶膜是应用于太阳电池行业的具有光化学敏感性的耐蚀刻材料。

优选地，在所述网板直接印刷导电浆料的丝网面积上，具有多个被感光胶膜所覆盖的区域。

优选地，所述多个被感光胶膜所覆盖的区域的面积总和占印刷导电浆料的面积的1％到50％之间。

优选地，被感光胶膜覆盖的区域的图形可以是四边形、圆形、五角星形或其它任何形状。

优选地，所述多个被感光胶膜覆盖的区域的图形相互之间可以是相同的，也可以是不同的。

优选地，所述多个被感光胶膜覆盖的区域相互之间的排列可以是有规则的，也可以是无规则的。

优选地，所述多个被感光胶膜覆盖的区域相互之间可以是离散分离的，也可以是连续相连的。

优选地，所述多个被感光胶膜覆盖的区域的其中任意一个区域的面积在0.0005平方毫米到1平方毫米之间。

优选地，所述多个被感光胶膜覆盖的区域的其中任意两个区域之间的中心距离在0.08毫米到5毫米之间。

本发明的一个重要优点是，由于本发明通过独特的网板设计，使得丝网印刷后的导电电极的表面呈现出有规则或无规则高低不平的表面，能有效地阻止熔融金属向某一点聚集，即使是在背电极导电电极的厚度减少后，也不会在导电电极的表面上产生金属或金属合金的结珠和结苞问题。

本发明的另一个优点是，本发明的丝网印刷的导电浆料的表面呈现出有规则或无规则高低不平的表面，能有效地释放掺杂玻璃造成的热应力，减少太阳电池的弯曲。

本发明的另一个附加优点是，由于本发明的丝网印刷的导电电极呈现出有规则或无规则高低不平的表面，它的比表面积要比传统丝网印刷工艺的导电电极的比表面积大的多，当本发明的网板应用在丝网印刷发射极的栅线上时，增加的比表面积将有效地增加互连条和栅线的接触面积，减小了互连条和栅线的接触电阻。当本发明的网板应用在太阳电池的背电极时，可增加了与EVA的接触面积，也就是增加了附着强度。

附图说明

图1为本发明丝网印刷网板设计平面示意图。

图2为导电浆料通过本发明的网板被印刷在太阳电池表面上的过程示意图。

具体实施方式

参照附图，本发明可以得到更好地描述。图1为本发明的丝网印刷网板的平面示意图。本发明的网板由丝网24和覆盖在其上的感光胶膜所形成的区域26所组成。本发明所说的丝网24的原材料可以是塑料，真丝的，也可以是金属丝网，例如，不锈钢丝网。进一步，本发明的网板还可以是单一的金属网板。

网板的四周部分10的丝网由感光胶膜覆盖着。在丝网印刷时，导电浆料不会从该部分被印刷到太阳电池的表面。同样，网板中间被感光胶膜覆盖的两条长方形区域30。该两条长方形区域30将被丝网印刷上可焊性导电电极。

图1网板中间部分20是用作印刷导电浆料的部分。网板中间部分20的面积和形状随不同的太阳电池和不同的太阳电池尺寸而变化。例如，在制备多晶硅太阳电池时，中间部分20的形状是正方形，如图1所示。而在制备单晶硅太阳电池时，中间部分20的四个角通常是圆弧形的。一般来说，中间部分20的边长应该比太阳电池的边长小1到4毫米。这种情况下，距太阳电池边缘0.5到2毫米的部分将不会丝网印刷上导电浆料。

除了距太阳电池边缘0.5到2毫米的部分没有导电浆料外，如图1所示，用于焊接互连条的部分30也用感光胶膜覆盖着。通常，太阳电池表面上的该部分30被丝网印刷上可焊性导电浆料。印刷可焊性导电浆料的目的是在应用太阳电池时，金属导线可以被焊接在该部分30上。该部位30的图形可以是两个长方形，也可以是由几个独立的正方形或长方形所组成。

图1显示了本发明的关键技术。在传统的印刷导电浆料的网板设计中，除了丝网本身以外，网板中间部分20没有任何东西覆盖，也就是说没有任何面积被任何感光胶膜所覆盖。本发明的网板和传统的网板有着根本的不同。在本发明的网板的中间部分20，即丝网印刷导电浆料的部分20，有规则或无规则的排列了一些由感光胶膜所覆盖的区域26。在丝网印刷时，导电浆料不能直接从这些有规则或无规则排列的感光胶膜覆盖区域26上直接印刷到太阳电池上。而在这些有规则或无规则排列的感光胶膜所覆盖的区域26外的部分22，导电浆料才能直接被丝网印刷到太阳电池上。本发明所用的感光胶膜即是半导体行业常用的光刻胶等具有光化学敏感性的耐蚀刻材料，在网板上覆盖感光胶膜的方法也是半导体行业常用的处理方法，对此本申请不再赘述。

在本发明中，感光胶膜覆盖区域26下的导电浆料不是直接被印刷下来的，而是靠非感光胶膜覆盖部分22的导电浆料溢流过来的。传统的丝网印刷工艺的一个重要特点是，印刷在太阳电池表面上的导电浆料不是非常精确的限定在由网板所限定的印刷面积下。由于大多数导电浆料具有一定的流动性，因此导电浆料在被印刷到太阳电池表面后，通常会向边缘外区域溢流一部分导电浆料。所以，导电浆料在太阳电池表面的实际面积比网板所限定的印刷面积略微大一点。导电浆料向外所溢流的宽度是由导电浆料在太阳电池上的厚度，导电浆料的粘度以及丝网印刷的速度等因素决定的。当导电浆料在太阳电池上的厚度，导电浆料的粘度和丝网印刷的速度被控制在一定的范围内，向外溢流的导电浆料将最终覆盖图1中感光胶膜覆盖区域26下的太阳电池表面。这样，即使是在网板上存在着有规则或无规则的感光胶膜覆盖区域26，和传统的丝网印刷一样，用本发明的网板，在丝网印刷后，整个太阳电池表面仍将被导电浆料覆盖。

图2展示了导电浆料28通过本发明网板丝网印刷在太阳电池40表面上的过程图。图2(a)是导电浆料28在本发明的网板上的截面图。如图2(b)的截面图所示，在丝网印刷时，本发明网板上的导电浆料28直接从没有被感光胶膜覆盖的区域22印刷到太阳电池40的表面上。然而，本发明的网板上导电浆料是不能直接从被感光胶膜覆盖区域26直接印刷到太阳电池40的表面上。但是，由于导电浆料28存在流动性，正如图2(b)所示，在丝网印刷的同时和丝网印刷之后，导电浆料28会在太阳电池40的表面向两边溢流。向两边溢流的导电浆料28在被感光胶膜26覆盖之下的区域中心会合后，导电浆料28最终完全覆盖了被感光胶膜26所覆盖下的区域。

图2(c)显示了导电浆料28通过本发明的网板丝网印刷后在太阳电池40表面上的截面状态。由于感光胶膜覆盖区域26下面的导电浆料28是由非感光胶膜覆盖区域22的导电浆料28溢流而来的，所以在感光胶膜覆盖区域26下的导电浆料28的厚度比非感光胶膜覆盖区域的导电浆料28的厚度要薄。这种有规则或无规则的，高低起伏的导电浆料28的表面形态，有效地增加了丝网印刷在太阳电池40表面的导电浆料28的比表面积，使得在太阳电池40表面上的导电浆料28的表面更粗糙。

图2所示的本发明有规则的或无规则，高低起伏的导电浆料28的表面形态，能有效地防止金属或金属合金结苞和结珠问题。金属或金属合金结苞产生的原因之一是，由于导电浆料的厚度的不均匀性，造成局部烧结温度过高，在表面张力的作用下，熔融金属或金属合金过多地聚集在某一处所至。由本发明的网板所印刷的导电浆料，由于其存在着有规则或无规则的，高低起伏的表面形态，减缓或避免了大量熔融金属或金属合金聚集在一起的可能性，因此避免了结苞和结珠问题的产生。进一步，图2所示的这种有规则或无规则的，高低起伏的导电浆料28的表面形态，能够有效地释放表面热应力，从而减小太阳电池的弯曲。

图1中的感光胶膜覆盖区域26是五角星形的。但图中的感光胶膜覆盖区域26可以是圆形，正方形，也可以是长方形的或其它形状的。为了增加这些感光胶膜覆盖区域26在丝网24上的附着强度，如图1所示，本发明的感光胶膜覆盖区域26优选地可以是如五角星形的多边形。本发明的多边形感光胶膜覆盖区域26能有效地增加感光胶膜与丝网24的接触面积，增加附着强度，从而增加了本发明网板的使用寿命。

为了达到本发明的目的，图1中的感光胶膜覆盖区域26的面积控制在0.0005平方毫米到1平方毫米。感光胶膜覆盖区域26的面积的大小主要由导电浆料28在太阳电池表面40的平均厚度和导电浆料28的粘度所决定。为了能有效地丝网印刷出这种有规则的，高低起伏的导电浆料28的表面形态，本发明的感光胶膜覆盖区域26的面积随导电浆料28在太阳电池表面40上的平均厚度的减小而减小。同样，本发明的感光胶膜覆盖区域26的面积随导电浆料28的粘度的增加而减小。当导电浆料28的粘度增加时，导电浆料的28的溢流也就相应的减小。这样，如果本发明的感光胶膜覆盖区域26的覆盖面积太大的话，有可能导致本发明的感光胶膜覆盖区域26下面的太阳电池表面没有被导电浆料完全覆盖。

本发明的感光胶膜覆盖区域26相互之间的中心距离在0.08毫米到5毫米之间。本发明的感光胶膜覆盖区域26相互之间的中心距离取决于导电浆料28在太阳电池40表面上的平均厚度和导电浆料28的粘度。各个感光胶膜覆盖区域26相互之间的距离可随导电浆料28在太阳电池表面上的平均厚度的增加而增加。如果各个感光胶膜覆盖区域26相互之间的间距太小，将会减小导电浆料28的过墨量，造成导电浆料没有完全覆盖整个太阳电池表面。如果各个感光胶膜覆盖区域26相互之间的距离太大，会造成导电浆料28最厚处与最薄处之间没有足够的高度差，本发明的效果就不会被明显地体现出来。

总体来说，本发明的网板设计应该使导电浆料28在丝网印刷后，在太阳电池40的表面上呈现有规则或无规则的高低不平的表面形态。本发明的效果随着导电浆料28的最厚处与最薄处的差的增大而变得更加明显。导电浆料28的最薄处的厚度应该以导电浆料是否能覆盖被感光胶膜所覆盖的区域26为准。如果在被感光胶膜所覆盖的区域26下，太阳电池40表面的导电浆料28太薄的话，有可能造成局部地方没有被导电浆料28所覆盖，从而会降低太阳电池40的电性能。如果在被感光胶膜所覆盖的区域26下，太阳电池40表面的导电浆料28太厚的话，不仅降低了本发明的效果，而且增加了生产成本。优选地，在被感光胶膜所覆盖的区域26下，太阳电池40表面的导电浆料28的厚度应该在5微米左右。当最厚处的厚度大于最薄处的厚度的1.1倍时，本发明的效果逐渐地显示出来。优选地，最厚处的厚度应该是最薄处的厚度的2到3倍。

如上所述，本发明的关键在于在传统的丝网印刷网板上覆盖有若干感光胶膜，从而在丝网印刷以后，太阳电池的表面形成无规则或有规则的，高低起伏的表面形态。并且本发明的技术效果不因太阳电池材料的不同而不同，也不因导电浆料的不同而不同，在下述的各实施例中，使用铝、银或其混合导电浆料，太阳电池为半导体晶体硅材料。在实际生产中，可以根据需要选用不同的导电浆料或半导体材料。

实施例1

用于丝网印刷太阳电池银导电浆料的网板，在直接印刷银导电浆料的区域，用感光胶膜覆盖某些部位。感光胶膜覆盖部位的形状为圆形。该圆形的直径为80微米，各个圆形之间的中心间距为300微米。银导电浆料通过该网板丝网印刷在太阳电池表面后，测得银导电浆料最薄处的厚度为10微米，最厚处为11微米。该网板在使用了5000次后发现有部分感光胶膜脱落。太阳电池弯曲程度0.5毫米。

实施例2

用于丝网印刷太阳电池银铝导电浆料的网板，在直接印刷银铝导电浆料的区域，用感光胶膜覆盖某些部位。感光胶膜覆盖部位的形状为长方形。该长方形的边长为80微米*120微米，各个长方形之间的中心间距分别为300微米和200微米。银铝导电浆料通过该网板丝网印刷在太阳电池表面后，测得银铝导电浆料最薄处的厚度为15微米，最厚处为30微米。该网板在使用了15000次后发现有部分感光胶膜脱落。太阳电池弯曲程度1.0毫米。

实施例3

用于丝网印刷太阳电池铝导电浆料的网板，在直接印刷铝导电浆料的区域，用感光胶膜覆盖某些部位。感光胶膜覆盖部位的形状为六角形。从该六角形的中心到角尖点的距离为150微米，各个六角形之间的中心间距为350微米。铝导电浆料通过该网板丝网印刷在太阳电池表面后，测得铝导电浆料最薄处的厚度为5微米，最厚处为20微米。该网板在使用了50000次后发现有部分感光胶膜脱落。太阳电池弯曲程度0.7毫米。

实施例4

用于丝网印刷太阳电池铝导电金属的网板，在直接印刷铝导电浆料的区域，用感光胶膜覆盖某些部位。感光胶膜覆盖部位的形状为网格状。网格线的线宽为80微米，任两条网格线的中心间距为500微米。铝导电浆料通过该网格状感光胶膜丝网印刷在太阳电池表面后，测得导电浆料最薄处的厚度为5微米，最厚处为20微米。该网板在使用了50000次后没有发现感光胶膜脱落。太阳电池弯曲程度1.1毫米。

实施例5

用于丝网印刷太阳电池铝导电金属的网板，在直接印刷铝导电浆料的区域，用感光胶膜覆盖某些部位。感光胶膜覆盖部位的形状为五角星形和圆形。五角星形的面积在1500平方微米到5000平方微米之间随机变化，圆形的直径在1800平方微米到15000平方微米之间随机变化。各个覆盖面积的中心距离在0.08毫米到5毫米之间随机变化，从而被感光胶膜覆盖的区域是不规则排列的。铝导电浆料通过该感光胶膜丝网印刷在太阳电池表面后，测得导电浆料最薄处的厚度为10微米，最厚处为50微米。该网板在使用了50000次后发现有部分感光胶膜脱落。太阳电池弯曲程度在0.3毫米。

本发明并不局限于上述特定实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下，本领域的普通技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变形。这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，采用丝网印刷工艺通过网板将导电浆料分别印刷在太阳电池N型极和P型极上。

2.如权利要求1所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，印刷在太阳电池P型极或N型极上的导电浆料平均厚度在5微米到50微米之间。

3.如权利要求2所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，印刷在太阳电池P型极或N型极上的导电浆料的最厚处与最薄处的厚度比在1.1到5之间。

4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述太阳电池是晶体硅太阳电池。

5.如权利要求1～3中任一项所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述导电浆料可以是银导电浆料，铝导电浆料，合金导电浆料，也可以是金属混合物导电浆料。

6.如权利要求1～3中任一项所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述的感光胶膜是具有光化学敏感性的耐蚀刻材料。

7.如权利要求1～3中任一项所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，在所述网板直接印刷导电浆料的丝网面积上，具有多个被感光胶膜所覆盖的区域。

8.如权利要求7所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述多个被感光胶膜所覆盖的区域的面积总和占印刷导电浆料区域的面积的1％到50％之间。

9.如权利要求7所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，被感光胶膜覆盖的区域的图形可以是四边形、圆形或多边形。

10.如权利要求7所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述多个被感光胶膜覆盖的区域的图形相互之间可以是相同的，也可以是不同的。

11.如权利要求7所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述多个被感光胶膜覆盖的区域相互之间的排列可以是有规则的，也可以是无规则的。

12.如权利要求7所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述多个被感光胶膜覆盖的区域相互之间可以是离散分离的，也可以是连续相连的。

13.如权利要求8～12中任一项所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述多个被感光胶膜覆盖的区域的其中任意一个区域的面积在0.0005平方毫米到1平方毫米之间。

14.如权利要求8～12中任一项所述的太阳电池导电电极的生成方法，其特征在于，所述多个被感光胶膜覆盖的区域的其中任意两个区域之间的中心距离在0.08毫米到5毫米之间。

Images