CN102234759A - 用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法。方法中利用一遮蔽物来遮盖太阳能电池基板的非镀覆区以避免薄膜于其上生成，并于镀膜完成后移除该遮蔽物。具体方法包含下列步骤：准备一欲进行镀膜的基板；在该基板工艺面上的非镀覆区覆上金属遮蔽物；进行镀膜工艺；及将该金属遮蔽物自完成镀膜的该基板上移除。

Description

用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法

技术领域

本发明与一种镀膜方法有关。具体地说，本发明是特别关于一种用于薄膜太阳能电池制造过程中的镀膜方法，可省去各镀膜工艺后的边缘除膜(edge deletion)步骤。

背景技术

薄膜太阳能电池，顾名思义，是在塑料、玻璃或是金属基板上形成可产生光电效应的薄膜，厚度仅需数μm，因此在同一受光面积下可较硅晶片太阳能电池大幅减少原料的用量。薄膜太阳能电池并非是新概念性的产品，实际上，以往人造卫星早已普遍采用以砷化镓(GaAs)制造的高转换效率薄膜太阳能电池板(以单晶硅作为基板，转换效能可达30％以上)来进行发电，但其成本昂贵，多用于航天产业，现今无法普及。故目前业界主流多采用非晶硅(a-Si)来制作薄膜太阳能电池的光吸收层(即半导体层)。薄膜太阳能电池可在价格低廉的玻璃、塑料或不锈钢基板上大量制作，以生产出大面积的太阳能电池，而其制造过程更可直接导入已经相当成熟的TFT-LCD工艺，此为其优点之一，故业界无不争相投入该领域的研究。

基本上，薄膜太阳能电池相对其他类型的太阳能电池而言工艺较为简单，具有成本低、可大量生产的优点。就薄膜太阳能电池基板的组成而言，其基本工艺会经过三层沉积(deposition)、三道激光划线(scribe)手续，如下面所述：首先，先以物理气相沉积工艺(PVD)在预订尺寸的玻璃基板上镀上一层透明导电薄膜(Transparent Conductive Oxide，TCO)，其选择透光性高及导电性佳的材质来代替一般的导电金属层，如氧化铟锡(ITO)、氧化锡(SnO₂)、或氧化锌(ZnO)等。接着以红外线激光划线定义其前电极图案(patterning)。至此为第一道沉积与划线手续。第二阶段为主吸收层(Active layer)的制作，其一般以等离子体辅助化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)工艺在电极面上长出一层p-i-n类型排列的氢化非晶硅结构(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)，此主吸收层是以p-n半导体接面(p-n结，p-njunction)作为光吸收及能量转换的主体结构。此步骤后同样会进行激光划线步骤，为制作出的主吸收层定义图案，至此为第二道沉积与划线手续。最后再以溅镀(sputter)工艺在其上形成铝/银材质为主的背部电极(backcontact)，并进行第三道激光划线定义出其背部电极图形。

对于上述工艺而言，由于三道沉积手续所生长出来的薄膜，包括透明导电膜、P-I-N层、及背部电极等，皆为导电的材质，故薄膜靠近玻璃基板的各层边缘容易互相或与外界接触，使太阳能电池的正面与背面产生并联式分路效应或是漏电流(current leakage)现象。为此，生长出来的各薄膜尚须经过边缘隔离(edge isolation)与边缘除膜(edge deletion)步骤来将薄膜靠近基板边缘的区域去除，防止短路或漏电流发生，避免影响太阳能电池的转换效率。目前太阳能电池业界有数种边缘除膜方式，包括激光除膜、喷砂除膜、及人工酸洗等，但上述方式可能会产生硅元件的损毁或变质、表面污染、或处理过程中破片等工艺上的疑虑。再者，薄膜太阳能电池共具有三道镀膜结构，故亦须进行三次边缘除膜动作，此作法不仅会增加上述工艺上的风险，同时亦会降低工厂整体的产能。为此，现今业界尚可对薄膜太阳能电池的边缘除膜步骤进行改良，以简化其工艺并增进其工艺可靠度。

发明内容

有鉴于上述工艺上的需求，本发明提出了一种用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，方法中利用一遮蔽物来遮盖太阳能电池基板的非镀覆区以避免薄膜于其上生成，并于镀膜完成后移除该遮蔽物达成边缘去膜效果。

本发明的观点在于舍弃传统业界采用边缘去膜(edge deletion)工艺来去除边缘区上的薄膜，而以一金属遮蔽物来防止薄膜于非镀覆区上形成；

本发明的一个目的在于通过省去边缘去膜的步骤来简化薄膜太阳能电池工艺，节省其制造成本并增进产能；

本发明的一个目的在于省去易造成基板表面污染与损伤的边缘去膜工艺来达到较佳的工艺可靠度与产品质量。

本发明提供了一种用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，该方法包含下列步骤：

准备一欲进行镀膜的基板；

在该基板工艺面上的非镀覆区覆上金属遮蔽物；

进行镀膜工艺；及

将该金属遮蔽物自完成镀膜的该基板上移除。

根据本发明的具体实施方案，其中该镀膜为薄膜太阳能电池的透明导电层、P-I-N半导体层、或背电极层。

根据本发明的具体实施方案，其中该镀膜工艺为等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、物理气相沉积(PVD)、或溅镀(Sputter)。

根据本发明的具体实施方案，其中该金属遮蔽物的材质为铝。

根据本发明的具体实施方案，其中该非镀覆区位于该基板工艺面周围，用以使该镀膜与该基板外界环境电性绝缘。

本发明的其它系统、方法、特征及优点都将于后续的附图与详细叙述中变得愈加明显。其意欲将所有这些额外的系统、方法、特征及优点都含括于此描述与本发明的范畴之中，并由请求保护范围所保护。此节中不应有任何事物、用语被视为是对所请求保护范围的限制。下列将讨论本发明其它的观点与优点。

附图说明

图1为显示本发明薄膜太阳能电池镀膜方法的范例示意图。图中的组成元件并不一定符合比例，而是以强调的方式描绘出本发明的原理。在图中，相同的元件是于不同图标中标出相同对应的部分。

图中主要符号说明：

100步骤      102基板    104非镀覆区    110步骤

112遮蔽物    120步骤    122镀覆面      130步骤

具体实施方式

参阅附图与后续描述将可更了解本发明的系统及方法。文中未详列暨非限制性的实施例则请参考后续附图的描述。

请参照图1，其为本发明薄膜太阳能电池镀膜方法的实施范例。首先在步骤100中，准备一欲进行镀膜工艺的基板102。就薄膜太阳能电池的制作而言，该基板102可能为一玻璃、塑料、或是金属基板，基板102面为其镀覆面(active layer)，上面将镀上薄膜太阳能电池的各结构层，如透明导电层(TCO，Transparent Conductive Oxide)、P-I-N半导体层(p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-a-Si:H)、及背部电极(Back Contact)等。在此步骤中，玻璃的准备可能包括了清洗、磨边、或钻孔等前置动作，以确保或方便后续工艺的进行。图中基板102镀覆面上有一框形虚线定义出基板102周围的非镀覆区104，此即一般镀膜后会进行边缘除膜工艺的区域。

在步骤110中，有别于一般现有技术直接开始进行镀膜工艺，本实施例方法提出了一个设置步骤来取代后续的除膜步骤。如图所示，于此步骤中，基板102镀覆面上的非镀覆区104会安上金属材质的遮蔽物112，如图中的框形结构。该框形遮蔽物112的作用在于遮覆其下的非镀覆区104以避免薄膜于其上生成。有别于防镀膜或防镀喷漆的机制，该金属遮蔽物112并非固定在该基板102上，而是可于镀膜工艺完成后直接从基板102上移除，以方便工艺的进行。于本实施例中，该金属遮蔽物112为铝条，可取代非镀覆区104接受薄膜粒子的沉附，以达到防镀遮蔽效果。须注意图中的框形非镀覆区104仅为一例示，在其它实施例中，基板的非镀覆区104可为任何平面形状，而本发明的金属遮蔽物112可随该非镀覆区104的形状而做改变，以达成其防镀效果。

在步骤120中，带有金属遮蔽物112的基板102会送入工艺腔体中开始镀膜工艺。就薄膜太阳能电池的制作而言，其欲镀上的薄膜可包含透明导电层、P-I-N半导体层、及背部电极等结构层，其采用的工艺可能包括PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体辅助化学气相沉积)、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，低压化学气相沉积)、PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)、或Sputter(溅镀)等薄膜工艺。如图中所示，除了基板102的镀覆面122外，金属遮蔽物112亦会取代下方的非镀覆面镀上该层薄膜。

完成镀膜工艺后，最后的步骤130即将金属遮蔽物112移除。本实施例的金属遮蔽物112并非固置在基板102上，如采用框罩的方式，故可方便其移除。如图所示，因金属遮蔽物112的屏蔽，移除后的基板102非镀覆面104上不会镀上任何薄膜。

综上所言，本发明以遮蔽物进行镀膜的好处在于：一、工艺手续简单，业者不需添置复杂昂贵的机台，仅需齐备各基板所需的遮蔽物，且该遮蔽物可重复使用，节省材料成本。二、本发明的遮蔽物是安在或罩在欲镀膜的基板上，而非以结件等机械方式固置，故不会影响或损伤到太阳能电池基板的结构。三、一般现有技术的除膜工艺需有多道的步骤与手续，不仅增加工艺成本，且有损伤基板表面与受到除膜粒子污染的风险。故此，本发明提供的镀膜方法可简化一般传统的镀膜工艺，并可增进其工艺的可靠度。

在此所述的实施例附图是使阅读者对本发明各不同实施例结构有通盘性的了解。该附图与说明并非意欲对利用此处所述结构或方法的装置与系统中的所有组件及特征作完整的描述。于检阅本发明说明书中，熟悉本发明领域的技术人员将更能明白本发明许多其它的实施例，其得以采由或得自本发明的公开。在不悖离本发明范畴的情况下，发明中可以进行结构与逻辑的置换与改变。此外，附图仅用于呈具而非按比例所绘制。附图中的某些部分可能会被放大强调，而其它部分可能被简略。据此，本发明的公开与附图理视为描述而非限制性质。

Claims (5)

1.一种用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，该方法包含下列步骤：

准备一欲进行镀膜的基板；

在该基板工艺面上的非镀覆区覆上金属遮蔽物；

进行镀膜工艺；及

将该金属遮蔽物自完成镀膜的该基板上移除。

2.如权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，其中该镀膜为薄膜太阳能电池的透明导电层、P-I-N半导体层、或背电极层。

3.如权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，其中该镀膜工艺为等离子体辅助化学气相沉积、低压化学气相沉积、物理气相沉积、或溅镀。

4.如权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，其中该金属遮蔽物的材质为铝。

5.如权利要求1所述的用于薄膜太阳能电池制造的镀膜方法，其中该非镀覆区位于该基板工艺面周围，用以使该镀膜与该基板外界环境电性绝缘。

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