CN102916073A - 在基板上形成导电性图案的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种在基板上形成导电性图案的方法，其包含将具有至少一开口的塑料薄膜掩模固定于基板上，并使导电性材料通过该开口而施予该基板上，并进一步于该开口所界定的空间固化该导电性材料而形成导电性图案。根据本发明的方法可使导电性图案的宽度小于约3倍的高度，而降低电阻值。当应用于太阳能电池时，在导电性图案宽度缩小下增加基板的受光面积，进而可提升整体效率。本发明也提供一种于硅片上形成导线的方法及一种太阳能电池。

Description

在基板上形成导电性图案的方法

技术领域

本发明涉及一种在基板上形成导电性图案的方法，特别是涉及一种于硅片上形成导线的方法及利用此方法而制得的太阳能电池。

背景技术

导线在各式电子用品中为极重要的元件，导线的电阻值决定了导线的效能。而于太阳能电池技术中，提升光电转换效率最快方式之一为增加电池正面的受光面积，通常采取的方式为将电池正面的导线(电极)宽度设计得愈细(窄)，以减少导线对电池正面占据过多的受光面积时，所衍生的转换效率不佳等问题。然而，缩小导线宽度即代表导线截面积减少，如此会使得电池于传导时的阻值升高，将会影响到转换效率。因此，为克服此问题，通常采取的作法为制作出具有较佳高宽比的导线，亦即使导线在宽度变窄时，其高度也同步增加，以使其截面积维持一定，如此，其可维持在低阻值的状态，进一步地，可使得电池正面的受光面积增加，从而提升电池的转换效率。。

目前现有于基板上形成导线的方法通常采网印方式，其将包含导电性材料的浆料，施于具有对应导线图案网孔的网版上，并通过刮刀(squeegee)将该浆料通过网孔而施加于基板上，接着除去网版，将浆料经烘干或视需要进一步烧结，而制得位于基板上的导线。

然而此现有的方法受限于网版的制作精密度，一般而言仅能形成大于50μm的网孔，不易缩小导线的宽度，再者，通过网版印刷的浆料因具有流动性，当印刷后网版弹回时，浆料通常会发生坍塌，不但无法得到预期的高度，反而会因向两侧流动而导致导线产生过度扩线的问题，最后制得的导线宽度往往大于70μm，因此无法制得高宽比较佳的导线。业界为解决上述的问题，已发展出利用多次印刷的方式，而制得高宽比较佳的导线，其在前述网印的烘干过程后，将网版再度定位于基板上，而重复进行印刷、烘干的程序以堆高导线，然而此方法过程繁复，涉及定位程序，不易达到高精细度，故仍无法满足现今对于导线的要求。

因此，本领域中极需开发于基板上形成高精细度低电阻值的导电性图案的方法，以克服现有技术的缺点。

发明内容

本发明利用塑料薄膜掩模的设计，而将导电性图案形成于基板上，其包含将具有至少一开口的塑料薄膜掩模固定于基板上，并使导电性材料通过该开口而施予该基板上，并进一步于该开口所界定的空间固化该导电性材料而形成导电性图案。根据本发明的方法可令导电性图案具有较佳的高度与宽度比，从而可降低电阻值，并当应用于太阳能电池时，减少基板上受到导电性图案遮蔽的遮光面积。

因此，本发明关于一种在基板上形成导电性图案的方法，其包含：

(a)、提供一基板及提供一塑料薄膜掩模，其中该塑料薄膜掩模包含至少一开口，其形状对应欲形成的导电性图案，其中该塑料薄膜掩模的材料包含热塑型塑料，该热塑型塑料于下述(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变；

(b)、固定该塑料薄膜掩模于该基板上，使该塑料薄膜掩模上的该开口与该基板欲形成导电性图案的位置相对应；

(c)、施予导电性材料于该塑料薄膜掩模上，该导电性材料通过该塑料薄膜掩模的该开口；

(d)、固化该导电性材料，使其于该塑料薄膜掩模的该开口所界定的空间内形成该导电性图案；及

(e)、分离该塑料薄膜掩模与该基板。

本发明也提供一种于硅片上形成导线的方法，其包含：

(a)、提供一硅片及提供一塑料薄膜掩模，其中该塑料薄膜掩模包含至少一开口，其形状对应欲形成的导线图案，其中该塑料薄膜掩模的材料包含热塑型塑料，该热塑型塑料于下述(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变；

(b)、固定该塑料薄膜掩模于该硅片上，使该塑料薄膜掩模上的该开口与该硅片欲形成导线图案的位置相对应；

(c)、施予导线材料于该塑料薄膜掩模上，该导线材料通过该塑料薄膜掩模的该开口；

(d)、固化该导线材料，使其于该塑料薄膜掩模的该开口所界定的空间内形成该导线图案；及

(e)、分离该塑料薄膜掩模与该硅片。

本发明又提供一种太阳能电池，其包含：

硅片；及

导线图案；

其中该导线图案具有一侧面及一顶面，该顶面具有一宽度，该侧面具有一高度，该宽度小于约3倍的该高度，且该宽度小于约60μm及该高度大于约20μm。

附图说明

图1至图4显示根据本发明于基板上形成导电性图案的方法的一实施例的剖面示意图；

图5至图8显示根据本发明于基板上形成导电性图案的方法的另一实施例的剖面示意图；及

图9至图12显示根据本发明于基板上形成导电性图案的方法的再一实施例的剖面示意图。

主要元件符号说明

1具有导电性图案的基板

2具有导电性图案的基板

3具有导电性图案的基板

11基板

12塑料薄膜掩模

13导电性材料

21基板

22塑料薄膜掩模

23导电性材料

31基板

32塑料薄膜掩模

33导电性材料

121开口

211选择性射极区

221开口

312抗反射层

321开口

具体实施方式

参看图1至图12，本发明关于一种于基板上形成导电性图案的方法，其包含：

(a)、如图1、图5及图9所示，提供一基板11、21、31及提供一塑料薄膜掩模12、22、32，其中该塑料薄膜掩模12、22、32包含至少一开口121、221、321，其形状对应欲形成的导电性图案，其中该塑料薄膜掩模的材料包含热塑型塑料，该热塑型塑料于下述(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变；

(b)、如图2、图6及图10所示，固定该塑料薄膜掩模12、22、32于该基板11、21、31上，使该塑料薄膜掩模上的该开口121、221、321与该基板欲形成导电性图案的位置相对应；

(c)、如图3、图7及图11所示，施予导电性材料13、23、33于该塑料薄膜掩模12、22、32上，该导电性材料13、23、33通过该塑料薄膜掩模的该开口121、221、321；

(d)、固化该导电性材料13、23、33，使其于该塑料薄膜掩模的该开口121、221、321所界定的空间内形成该导电性图案13、23、33；及

(e)、如图4、图8及图12所示，分离该塑料薄膜掩模12、22、32与该基板11、21、31。

根据本发明的基板适用于欲于其上形成导电性图案的各式电子用品基板，在本发明的较佳具体实施例中，该基板选自由硅片、蓝宝石基板、玻璃基板、砷化镓基板、碳化硅基板、聚亚酰胺基板、陶瓷基板及聚乙烯对苯二甲酸酯基板所组成之群；更佳地，该基板为硅片，例如供作太阳能电池的基板，以容导线形成于其上。

在本发明的一较佳具体实施例中，该基板包含一粗糙表面，当供作太阳能电池的基板时，可降低入射光线的反射。

参看图5至图8，在本发明的一较佳具体实施例中，该基板21为一硅片，该基板21包含一选择性射极区211，其形成于基板中对应欲形成的导电性图案的位置，该选择性射极区211的磷掺杂浓度高于非对应欲形成的导电性图案的位置，以达到电子传递低阻抗的效果，当应用于太阳能电池时，可提高太阳能电池效能。

参看图9至图12，在本发明的一较佳具体实施例中，该基板包含一抗反射层312。例如当该基板充作太阳能电池的基板时，该基板上预先处理而包含一抗反射层，再容导线形成于其上，以增进太阳能电池的效能，其预先处理方法及抗反射层的材料为本发明所属技术领域中具通常知识者所熟知，例如将氮化硅或氧化硅等绝缘材料施于基板上以作为抗反射层。更佳地，该基板同时包含粗糙表面及抗反射层，且该粗糙表面位于该抗反射层下方。

根据本发明的塑料薄膜掩模其材料及性质不限，惟其包含热塑型塑料，且该热塑型塑料于根据本发明的方法的(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变者，较佳地，该塑料薄膜掩模具有抗酸碱的特性。在本发明的一较佳具体实施例中，该塑料薄膜掩模的材料包含至少一选自由下列材料所组成之群的材料：聚亚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯、尼龙及铁氟龙所组成之群。该多个材料易于加工，且于根据本发明的方法的(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变。

根据本发明的热塑型塑料在根据本发明的方法的(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变，较佳地，该塑料薄膜掩模的热变形温度(heat deflectiontemperature)是自约50℃至约350℃；更佳地是自约100℃至约200℃。本文中所言的「热变形温度」是指该塑料薄膜掩模可于此温度区间内不产生变形的耐热温度。

根据本发明的塑料薄膜掩模开口121、221、321，其形状对应欲形成的导电性图案13、23、33，以容导电性材料于该开口中形成导电性图案13、23、33。在本发明的一较佳具体实施例中，该塑料薄膜掩模的该开口具有一侧面及一底面，该底面具有一宽度，该侧面具有一高度，该宽度小于约3倍的该高度，且该宽度小于约60μm及该高度大于约20μm。此尺寸可制得明显优于现有技术导线电阻值的导线，且遮光面积小而精密度高。

根据本发明的方法，其中在该塑料薄膜掩模形成开口的方法可为本发明所属技术领域中具通常知识者依所需可实施者，在本发明的一较佳具体实施例中，该形成开口的方法是选自由压印、冲孔、水刀切割及激光切割所组成之群。较佳地，该压印为微米压印或纳米压印。

在本发明的一较佳具体实施例中，该塑料薄膜掩模成卷带式连续性提供，搭配滚轮的设置，可将塑料薄膜掩模的固定、在其上的加工及除去连续动作完成，较佳地，也可重复利用该塑料薄膜掩模。另一方面，该塑料薄膜掩模也可预先进行裁切成片状后而分段个别提供，并搭配个别基板进行加工。

根据本发明的塑料薄膜掩模厚度与欲形成的导电性图案高度相关，厚度越大的塑料薄膜掩模可形成高度越高的导电性图案，本发明所属技术领域中具通常知识者可依所需的导电性图案高度而决定塑料薄膜掩模的厚度，在本发明的一较佳具体实施例中，该塑料薄膜掩模的厚度为自约1μm至约1000μm。

根据本发明的步骤(b)中固定该塑料薄膜掩模于该基板上的方法为本发明所属技术领域中具通常知识者可选择者，该固定方法为实质上固定该塑料薄膜掩模于该基板上，以使后续导电性材料的施予及固化步骤时不于该基板上移动，但在固化步骤后可轻易除去且不伤及该基板及所施予形成的导电性图案者。较佳地，该固定方法选自由粘着剂粘着、凡得瓦力吸附、摩擦力接触及静电吸附所组成之群。

在本发明的较佳具体实施例中，该粘着剂为3M^TM便利贴的成份，如压克力系粘着剂(小于0.5wt％)等材质的粘着剂。较佳地，该步骤(b)的固定步骤前另包含一定位步骤，以使该塑料薄膜掩模的开口与基板上欲形成导电性图案的位置相对应，本发明所属技术领域中具通常知识者可选择合宜的定位方式。

参看图6至图8，在本发明的一较佳具体实施例中，该基板21包含该选择性射极区211，该塑料薄膜掩模的开口221与该选择性射极区211的位置相对应，以使该导电性图案23可与该选择性射极区211对应。

根据本发明的方法，其中步骤(c)施予导电性材料于该塑料薄膜掩模上，该导电性材料通过该塑料薄膜掩模的该开口，而形成于该基板上，本发明所属技术领域中具通常知识者可使用导电性材料的施用方法，较佳地，步骤(c)中施予导电性材料于该塑料薄膜掩模上的方法是选自由网印、喷墨、喷涂、溅镀、电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、液相沉积及溶胶凝胶法所组成之群，更佳地为网印。

根据本发明的步骤(c)，该导电性材料通过该塑料薄膜掩模的该开口可于施予同时即与基板接触，也可于后续制作工艺中再与基板接触，较佳地，该导电性材料是于施予同时即与基板接触。

根据本发明的导电性材料其具体成分及组成比例为本发明所属技术领域中具通常知识者可决定者，例如使用包含银、铝、铜及金属氧化物等的导电性材料，搭配不同的施用方法而决定其组份，较佳地，该导电性材料为浆料状态，并搭配网印施予。当然，上述的导电性材料也可依不同需求，而采用不同于上述材质的材料并为特定比例的调整，以供使用。

根据本发明的方法，其中步骤(d)固化该导电性材料，使其于该塑料薄膜掩模的该开口所界定的空间内形成该导电性图案。该固化方法根据所选用的导电性材料及施用方法的不同，而为本发明所属技术领域中具通常知识者可选择者。在本发明的一较佳具体实施例中，该固化由加热烘干方式进行，例如于约100℃至约200℃的温度下烘干该导电性材料。根据本发明的方法，其导电性材料的固化步骤于塑料薄膜掩模的开口所界定的空间内进行，其中并通过该塑料薄膜掩模的开口内的侧面，有效地支撑该导电性材料而形塑出一剖面呈矩形的导电性图案。故其可避免现有技术中因网版除去而导致导电性浆料的坍塌摊平现象，而可完全控制导电性图案的宽度与高度，因而可制得高精密度的导电性图案，大幅改善现有技术中电阻值不佳及当应用于太阳能电池时遮光面积过大的缺点。

根据本发明的方法，其中步骤(e)于导电性材料固化后，分离该塑料薄膜掩模与该基板。该分离方法为不损伤基板与所形成的导电性图案者，本发明所属技术领域中具通常知识者可依步骤(b)所使用的固定方法，而选择不同的分离手段。

在本发明的一较佳具体实施例中，当采用粘着剂粘著作为该塑料薄膜掩模与该基板间的固定方式时，该分离方法是通过降低粘着剂的粘着力的方法，视所应用的粘着剂不同，可采用稀释粘着剂、去除粘着剂中的部分成分、使用加热使粘着剂变性或物理性去除的方式，在本发明的一具体较佳实施例中，该分离方法是利用烘干进行，以使粘着剂的粘性降低，由此即可便利地将该塑料薄膜掩模自该基板上快速移除。更佳地，该烘干与导电性材料的固化同步进行。

在本发明的另一较佳具体实施例中，当采用静电方式作为该塑料薄膜掩模与该基板间的固定方式时，该分离方法是通过相对应的静电解除工具与技术，解除其静电吸附的状态，从而自该基板上分离该塑料薄膜掩模。

在本发明的一较佳具体实施例中，该形成导电性图案的方法进一步包含一烧结步骤，利用大约如800℃以上的高温使导电性材料中的物质如银等材质烧结，以使导电性材料中的导电材料成分与基板上的一射极层(emitterlayer)产生电性连结，从而制得该导电性图案。在本发明的一较佳具体实施例中，当该基板包含抗反射层时，该烧结是使导电性材料中的物质烧穿该抗反射层，以使导电性材料中的导电材料成分与基板上产生电性连结。本发明所属技术领域中具通常知识者可依不同的导电性材料，选择不同的烧结条件。

根据本发明的方法采用单一施用导电性材料及单一固化的步骤，且可由调整塑料薄膜掩模的厚度而达到所需的导电性图案高度，且导电性图案的宽度通过设计也可比现有通过网印所形成的宽度更小，避免一般光掩模昂贵而复杂的制作工艺，可大幅降低生产成本且大幅提供效能。

本发明也提供一种在硅片上形成导线的方法，其包含：

(a)、提供一硅片及提供一塑料薄膜掩模，其中该塑料薄膜掩模包含至少一开口，其形状对应欲形成的导线图案，其中该塑料薄膜掩模的材料包含热塑型塑料，该热塑型塑料在下述(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变；

(b)、固定该塑料薄膜掩模在该硅片上，使该塑料薄膜掩模上的该开口与该硅片欲形成导线图案的位置相对应；

(c)、施予导线材料在该塑料薄膜掩模上，该导线材料通过该塑料薄膜掩模的该开口；

(d)、固化该导线材料，使其在该塑料薄膜掩模的该开口所界定的空间内形成该导线图案；及

(e)、分离该塑料薄膜掩模与该硅片。

参看图4、图8、图12，本发明又提供一种太阳能电池，其包含：

一硅片；及

一导线图案；

其中该导线图案具有一侧面及一顶面，该顶面具有一宽度w，该侧面具有一高度h，该宽度w小于约3倍的该高度h，且该宽度w小于约60μm及该高度h大于约20μm。

根据本发明的太阳能电池，其优秀的导线高宽比为现有技术所无法达到者，通过根据本发明的方法所制作的太阳能电池的导线具有较佳的高宽比及尺寸，而可大幅降低导线的电阻值及遮光面积，其中导线宽度的减少，有效地减少了电池正面的遮光面积，并且在宽度减少时进一步增加导线的高度可有效地降低电阻值，从而令所述的太阳能电池具有较佳的光电转换效率。

上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非限制本发明。熟悉于此技术的人士对上述实施例所做的修改及变化仍不违背本发明的精神。本发明的权利范围应如后述的权利要求所列。

Claims (10)

1.一种在硅片上形成导线的方法，其包含：

(a)、提供一硅片及提供一塑料薄膜掩模，其中该塑料薄膜掩模包含至少一开口，其形状对应欲形成的导线图案，其中该塑料薄膜掩模的材料包含热塑型塑料，该热塑型塑料于下述(b)、(c)、(d)及(e)步骤中不产生形变；

(b)、固定该塑料薄膜掩模于该硅片上，使该塑料薄膜掩模上的该开口与该硅片欲形成导线图案的位置相对应；

(c)、施予导线材料于该塑料薄膜掩模上，该导线材料通过该塑料薄膜掩模的该开口；

(d)、固化该导线材料，使其于该塑料薄膜掩模的该开口所界定的空间内形成该导线图案；及

(e)、分离该塑料薄膜掩模与该硅片。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该基板包含一选择性射极区。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该塑料薄膜掩模的材料包含至少一选自由下列材料所组成之群的材料：聚亚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯、尼龙及铁氟龙所组成之群。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该塑料薄膜掩模的热变形温度是自约50℃至约350℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该塑料薄膜掩模的该开口具有侧面及底面，该底面具有宽度，该侧面具有高度，该宽度小于约3倍的该高度，且该宽度小于约60μm及该高度大于约20μm。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该塑料薄膜掩模是成卷带式连续性提供或以片状提供。

7.根据权利要求6所述的方法，其中该塑料薄膜掩模厚度为自约1μm至约1000μm。

8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)中固定该塑料薄膜掩模于该硅片上的方法是选自由粘着剂粘着、凡得瓦力吸附、摩擦力接触及静电吸附所组成之群。

9.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)中施予导线材料于该塑料薄膜掩模上的方法是选自由网印、喷墨、喷涂、溅镀、电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、液相沉积及溶胶凝胶法所组成之群。

10.一种太阳能电池，其包含：

硅片；及

导线图案；

其中该导线图案具有侧面及顶面，该顶面具有一宽度，该侧面具有一高度，该宽度小于约3倍的该高度，且该宽度小于约60μm及该高度大于约20μm。

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