TW201222861A - Method for producing a contact of a solar cell and solar cell - Google Patents

Description

201222861 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種製造太陽電池之觸點尤其是動觸點的 方法。本發明另關於一種設有此觸點之太陽電池。 • 【先前技術】 - 藉由對太知電池進行金屬化處理來建立歐姆接觸時，除 網板印刷外，亦採用電鍍金屬化及化學鍍技術。此類觸點 通常由包含銀、銅、鎳、錫及其組合之金屬化層構成。金 屬觸點最好具有較高線性導電性（Linienleitfahigkeit)。為 了改良導電性，可採用較大層厚。 進行電鍍金屬化與化學鍍時遇到的一個重要問題為，太 陽電池的光學活性表面會不可避免地受到較大程度之遮 蔽。不使用遮罩的電鍍金屬化及化學鍍皆會發生此種情 況。金屬在基底塗層邊緣以外之區域内發生沈積。沈積金 屬會減小太陽電池的光學活性表面面積，從而降低太陽電 池效率。 而出於成本及複雜之工藝流程考慮，人們通常並不希望 在此類金屬化處理過程中用遮罩措施來減輕此種附加之遮 - 蔽效應。 . 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種前述類型之方法以及用此方 法製成之太陽電池’二者不但能避免先前技術的問題，最 主要係在於能夠提供一種可以可靠且成本較低之方式、在 太陽電池效率儘可能不受影響之情況下製造前述類型之觸 156892.doc 201222861 點的方法。 本發明用以達成上述目的之解決方案為一種具有請求項 1所述特徵之方法及一種用此方法製成、具有請求項27所 述特徵之太陽電池。本發明之有利及較佳實施方案由其餘 之請求項給出，下文將對其進行詳細說明。部分特徵在下 文中將僅聯繫該方法或僅聯繫該太陽電池加以說明。但 是’該些特徵既適用於方法亦適用於太陽電池。透過明確 引用’申請專利範圍中之字句將成為說明書之内容。 根據本發明，先在該太陽電池或其表面塗覆一金屬化 層，該金屬化層較佳呈線狀抑或與之後所欲製造的觸點大 體為同一形狀。較佳用銀或錫或銀錫合金形成該金屬化 層’下文還將對此進行詳細說明。可用印刷方法（特別是 網板印刷、轉印或喷墨）塗覆該金屬化層，亦可採用電鍍 或化學鍍。替代方案為喷敷或濺鍍。 下一步驟係在線狀金屬化層上塗覆錫或錫合金作為加建 層。此步驟較佳可藉由電鍍或化學鍍來完成，特定言之亦 可採用如DE 43 33 426 C1所述之光誘發方式。替代方案則 為採用上述金屬化方法。下一步驟係先熔化再冷卻該加建 層。熔化時，加建層之熔融材料在大於附著力的内聚力作 用下發生收縮。如此一來，加建層之形狀將自塗覆完畢時 的較寬較扁平型轉變成較窄較厚型，最重要者在於，變化 後之層厚與其下方之金屬化層的層厚一致。冷卻後，加建 層以此形狀與金屬化層共同構成該觸點。 藉此可使得透過加建層熔化而形成的觸點寬度小於塗覆 156892.doc 201222861 完畢時之寬度，從而減輕影響太陽電池效率之遮蔽效應。 如此便可在太陽電池上塗覆一定量之用於形成該加建層或 觸點的材料’且亦可採用會使層寬層厚比不利抑或惟層寬 較大方能達到期望層厚之方&。以，錫料電性與例如 銀或銅相比不是特別地好，如若加建層之材料以錫或錫合 金為主，則需使用較多材料，如此便會產生層厚層寬較大 之問題。然而，藉由將熔化與收縮相結合，便能重新減小 層寬。 錫的熔點低於300t，遠低於銀、銅及鎳之熔點。若用 錫層強化以網板印刷塗覆之銀質觸點或在設計上不同於晶 種層之觸點，則該層在低於3〇(rc之溫度下亦能熔化。此 點有利於太陽電池，因為能為太陽電池提供熱保護。錫的 導電性遠低於銀與銅，因此，以往僅用錫來製造可焊接觸 點。若欲改良導電性，則一般係藉由附加塗佈銀來以電鍍 方式強化觸點。 若用錫來強化觸點及改良導電性，則惟有將該層之厚度 增大5至8倍左右，方能使觸點獲得與（例如）銀塗層相同之 導電性。而將層厚強制性增大後，光學活性層所受到的遮 蔽程度亦會與之成比例地提高，因此，該種金屬化層會對 太陽電池效率產生不利影響。熔化與收縮可對此進行補 償。 較佳將該金屬化層及之後所欲製造之觸點設於太陽電池 正面，作為動觸點。特定言之，將該金屬化層及該觸點設 在太％電池正面上已存在之抗反射鈍化層上。若是雙面太 156892.doc 201222861 陽電池’則亦可為靜觸點β 根據本發明之有利實施方案，該金屬化層採用選自銀、 銅錄及錫群組之金屬。可僅使用其中一種金屬，且儘量 採用純銀純銅、純鎳或純錫。亦可使用銀合金或以銀為 主’較佳含少量錫。此點特別有利於塗覆與導電性，下文 還將對此予以進一步說明。作為替代方案，可先在太陽電 池上鍍鎳，而後再在鎳上鍍銅。 尤佳一般使用不含助溶劑之金屬或錫。如此可避免太陽 電池或觸點受損。 3亥金屬化層之厚度可為15 μιη至50 μιη，較佳為20 μηι至 3 〇 μΠ1。此點可藉由前述方法而實現。不論厚度多少，寬 度皆可處於20 μηι至2〇〇 μπι範圍内。寬度較佳不應過大， 因為金屬化層之寬度即為之後所欲製造之觸點的寬度，故 而亦大體決定太陽電池受遮蔽之程度，因此，此寬度尤佳 為60 μπι至1 〇〇 μιη ’例如8〇 μιη。藉此可使得導電材料以外 之附加金屬的塗覆量不再受作為基底金屬層之金屬化層的 結構拓寬之限制’抑或所受限制程度極小。因此，可塗覆 自低於10 mg(例如適用於尺寸為156χ156 mrn之太陽電池） 至克範圍不等之附加金屬量。 根據本發明另一實施方案，可在塗覆該金屬化層之後以 及塗覆該加建層之前，進行預金屬化處理抑或塗覆一晶種 層，其厚度較佳處於μιη範圍内，為5 μιη至30 μιη。此晶種 層可用電鑛或化學鍍塗覆，必要時仍可採用光誘發方式抑 或採用前述金屬化方法。該晶種層可改良基底、金屬化層 156892.doc 201222861 與加建層之間以及最後所形成之動觸點内部的電接觸。此 措施較佳亦可用於另亦透過背面捕獲光線之雙面太陽電 池。 該加建層之厚度可處於μηι範圍内，例如為5 μιη至3〇 μιη，較佳1 〇 至2〇 。在此情況下，印刷時亦可使用 包含相應金屬之低黏墨’且不會因分佈範圍過大而非期望 地增大寬度。不論厚度多少，加建層之寬度皆可介於數 μιη與數百μηι之間，較佳介於4〇 μπι與最高不超過25〇 的 數百μΐη之間。較佳介於80 μηι與150 μηι之間，尤佳約為 120 μιη。加建層之寬度應大於金屬化層之寬度，即與金屬 化層重疊。此重疊尤佳應大體對稱，即兩側大體為同等寬 度。 熔化時，加建層之材料（尤指錫）均勻收縮，從而自重疊 區退回到金屬化層上，太陽電池先前被覆蓋之表面區域重 新裸露。.其中，加建層較佳至少有80。/。至90。/〇或更多之材 料自太陽電池之裸露表面退回到金屬化層上。 為了熔化加建層中的錫或錫合金，可產生至少為25〇1 或超過加建層中錫线點的溫度，其中，低於2赃之溫 度亦足以熔化加建層中的錫或錫合金。此溫度較佳遠高於 250 C，例如為3〇〇c至360。(：，甚至達到5〇〇〇c。為此可使 用習知的加熱爐、ϋ射加熱裝置、感應加熱裝置或微波加 熱裝置。亦可採用雷射加熱，其優點在於加熱目標更明 確速度更快，對太陽電池更為柔和。應結合溫度作用時 門來選擇咖度’確保太陽電池及其上面的層不會受損或遭 156892.doc 201222861 到毀壞。僅需使加建層炫化及收縮，必要時再與下方的金 屬化層形成合金。與下方金屬形成合金之優點在於可確保 s玄金屬上方的層具有導電性與穩定性。 該加建層之熔融材料或該觸點可在離開（例如）熔爐後於 空氣中冷卻，或在有利於金屬層氧化之氣體混合物中冷 卻作為替代方案，可用（例如）冷卻空氣特別對該觸點進 行附加冷卻。 力建層溶化時，可使其材料進入金屬化層之空隙，以改 良製成觸點之導電性^亦可使加建層的材料在熔化過程中 與金屬化層之材料形成合金，此合金之導電性將優於加建 層材料之導電性。若金屬化層由銀構成，抑或更佳由銀合 金、銅合金或鎳銅合金構成且含有少量錫，便可將少量銀 原子或銅原子自金屬化層轉移到加建層中。藉此可進一步 減小加建層之電阻。此種含少量錫之合金的另一優點在 於在上述3〇〇 C至360 C之溫度下小幅熔化，以便其他原 子更好地遷移到加建層的錫中，僅需極少量的銀原子或銅 原子便可改良錫之導電性。此外，以上述方式形成的合金 十分耐寒’或者一般而言不易受溫度影響，因為太陽電池 係用於戶外’故至少會受到普通天氣影響，偶爾亦會受極 端天氣之影響。純錫（β_錫）在13 2<t至162<>c之溫度下穩 疋。溫度較低時，β-錫再結晶成錫（溫度低於13 2t時穩 定）。此過程名為“錫疫”，可藉由與其他金屬或上述金屬 形成合金來加以抑制或避免，以免在氣候條件下發生再結 晶。此點有利於太陽能模組之穩定性。 156892.doc 201222861 在加建層熔化過程中，最終將製成較佳呈長條形或線狀 之觸點，其厚度至少為其寬度之30%至50%。較佳至少為 7〇%。金屬化層在此過程中不發生變化，該觸點可呈罩狀 或拱起狀覆於金屬化層上，且近似呈半圓或部分圓形。藉 此可使觸點獲得良好之高寬比’從而在寬度合適，遮蔽程 度可接受之情況下，使觸點具有有效高度、有效厚度及有 效之導電性。 本發明藉由為動觸點及可能存在之靜觸點附加使用錫， 整體上可減少銀或銅的用量1便無法完全放棄銀或銅之 使用，亦能顯著降低銀或銅之需用量。錫的導電性不如銀 或諸如銅等替代金屬，藉由加厚錫層可對此進行補償，且 :層並不會因厚度增大而變寬。藉由使錫進入金屬化層之 工隙以及形成銀錫合金，可大幅改良錫的導電性，尤其是 。亥觸點整體之導電性。根據該方法，以期望厚度塗㈣時 =減小錫的塗覆寬度，熔化時錫會收縮，從而消除不利 除申請專利範圍外 及其他特徵之出處， 以多個特徵所組成之 他領域内得到實現， 進行保護之受保護實 分對該等段落及該等 限制。 ，發明說明及附圖說明亦為上述特徵 其中，各特徵以其自身之單個形K 次組合形式於本發明之實施方式及其 有利者係其自身即構成此處請求對其 施方式。本巾請之各段落及副標題劃 副標題下之内容的普遍適用性不構成 【實施方式】 156892.doc 201222861 下文將對附圖所示的本發明實施例進行詳細說明。 圖!用多個步驟示意了上述方法之實施過程。『頂部示 出太陽電池η及其指向上方之正面12。正面12上另設有附 圖未單獨示出之抗反射鈍化層。 下方的第二步驟係例如藉由網板印刷設備15，在正面12 塗覆金屬化層14。替代方法請參閱前文。 金屬化層14由一合金構成，該合金以銀為纟含少量 錫例如95/❶的銀與5%的錫。金屬化層14的寬度約為80 μιη或略低於80 μΓη，厚度約為乃μηι。其中，金屬化層μ 之塗覆方式可使該金屬化層穿過上述各層與太陽電池此 及收層發生電接觸，為清楚起見，附圖未對此進行圖示。 下方的第三步驟係藉由相應設備17在金屬化層14之裸露 頂面塗覆一所謂的晶種層16。前文已對該晶種層16進行過 說明，此處不再贅述。此步驟可刪除。 下方的第四步驟係藉由相應設備21在包含晶種層16的金 屬化層14上塗覆加建層丨8。舉例而言，該設備同樣可為網 板印刷没備’作為替代方案’可以電鍍、化學鍍或光誘發 方式塗覆加建層18，亦可採用濺鍍、喷墨、轉印或噴敷等 方法。該加建層幾乎全部由錫構成，抑或由錫與其他金屬 之合金構成，若是後一種情況，則該合金的錫含量較佳較 南或極高。 從圖中可清楚看到，加建層18不僅存在於金屬化層14或 晶種層16之頂面，亦存在於其邊側的所謂重疊區^内。在 此等重疊區内’加建層18直接與正面12接觸，&而將其遮 156892.doc 201222861 蔽’且該正面被加建層遮蔽之區域的寬度遠大於僅被金屬 化層14遮蔽之區域的寬度。在圖示實施例中，重疊區19的 寬度可約為3 0 μηι ’必要時亦可低於3 〇 μι^。厚度約為2 〇 μηι，亦可低於20 μιη ’例如僅為1〇 μιη，一般情況下可與 塗覆厚度成比例地發生變化。若加建層丨8如此之薄，則重 疊區19相應亦會更窄’例如僅為丨〇 μπι或1 5 μηι。 在最下方所示的最後一步驟中，用輻射加熱器22將太陽 電池11或其頂面以及加建層1 8或其材料加熱至超過炫點， 例如300°C或360°C，加建層或其材料為此加熱處理之主要 對象。加熱後，加建層18的材料整體上並且主要在重疊區 19内變成液態，或曰發生熔化，且在大於附著力之内聚力 作用下發生收縮。加建層的材料附著在金屬化層14之金屬 質頂面或晶種層上，而不附著或停留於太陽電池丨丨之正面 12,反而還在内聚力之作用下自重疊區19退回至金屬化層 14之頂面。由此形成拱起結構。加建層18的材料還可進一 步進入金屬化層14之空隙内，從而進一步改良導電性。 最後，在熔化或加熱過程中，有部分銀原子自金屬化層 14遷移至加建層_材料巾，此點可從圖中向上漸次稀疏 之點狀物分佈中看出來。亦#，初始金屬化層14的上方直 接產生-個銀原子濃度向上逐漸減小之合金區24。藉由以 此方式在加建層18的錫中添加銀原子，將進—步顯著改良 製成動觸點23之導電性。藉由以前述方式為金屬化層"使 用銀含篁極高的銀錫合金，可使β錫在惡劣或寒冷之氣候 條件下保持穩定。金屬化層14與加建層18在前述之較低溫 156892.doc 201222861 度下亦能形成此種合金，因此即便是純錫金屬化層，結合 熔化過程後亦足以產生能避免β-錫再結晶之合金。 從圖1所示的最後一步中可清楚看到，加建層18之材料 收縮後拱起或呈部分球形。藉此可使製成動觸點23獲得相 對於總截面而言比較大的高度，從而減輕遮蔽效應。 圖2中的俯視圖示出製成動觸點23在正面12之分佈宽 度。其中，製成動觸點23的寬度並未超過按第二步驟所塗 覆之初始金屬化層14的寬度。 附圖另用虛線示出初始重疊區19。從該俯視圖中亦可看 出，製成動觸點23之寬度為加建層所覆蓋的整個寬度減去 重疊區19之後的值’即減小幅度明顯，幾乎減小了 —半。 加建層18在初始重疊區19内仍有少量殘餘（未圖示），此部 分殘餘加建層未退回至金屬化層丨4或晶種層16}_， 丄* 向定出 於各種原因永久性地留在了初始重疊區。此為實際可能發 生之情況。但可忽略不計，因為加建層丨8中實際與重羼區 19分離的材料至少達到75%或者更多，甚至於達到％%。 【圖式簡單說明】 ° 圖1為本發明用以在太陽電池上製造動觸點之方法之工 藝流程的側面剖視圖；及 圖2為已製成該動觸點之太陽電池的頂面。 【主要元件符號說明】 11 太陽電池 12 正面 14 金屬化層 156892.doc 201222861 15 網板印刷設備 16 晶種層 17 設備層 19 重疊區 21 設備 22 輻射加熱器 23 動觸點 24 合金區 156892.doc -13

Claims (1)

1. 201222861 七、申請專利範圍： 1· 一種製造一太陽電池之一觸點尤其是一動觸點的方法， 其中，在一開始步驟中於該太陽電池之表面塗覆—較佳 為錫或銀之金屬化層，在下一步驟中將錫或錫合金作為 加建層塗覆於該金屬化層上，在下一步驟中先熔化再冷 卻該加建層，其中，該加建層熔化時在熔融材料中的内 聚力作用下發生收縮，且自塗覆完畢時的較寬較扁平型 轉變成較窄較厚型，而後以此形狀冷卻並形成該觸點。 2. 如請求項1之方法，其特徵在於， 將該金屬化層塗覆於該太陽電池正面，特定言之塗覆 於該正面已存在之抗反射鈍化層上。 3. 如請求項2之方法，其特徵在於， 將該金屬化層塗覆於該太陽電池正面已存在之抗反射 純化層上。 4. 如請求項丨之方法，其特徵在於， 該金屬化層具有一選自銀、銅、鎳、錫群组之金屬。 5. 如請求項4之方法’其特徵在於， 該金屬化層僅具有該金屬，抑或具有一銀合金或以銀 為主含少量錫，抑或具有一銅合金或以銅為主含少量 錫八中’該金屬或該錫不含助溶劑。 6. 如請求項4之方法，其特徵在於， 先塗覆錦，再在該鎳上塗覆銅，以形成該金屬化層。 7. 如二求項1之方法，其特徵在於， 藉由網板印刷或喷墨或濺鍍、轉印或喷敷法塗覆該金 156892.doc 201222861 屬化層。 8. 如請求項1之方法，其特徵在於， 該金屬化層之厚度為15 μιη至50 μιη。 9. 如請求項8之方法，其特徵在於， 該金屬化層之厚度為20 μπι至30 μπι » 10. 如請求項1之方法，其特徵在於， 該金屬化層之寬度為20 μιη至200 μιη。 11. 如請求項1〇之方法，其特徵在於， 該金屬化層之寬度為60 μπι至100 μηι。 1 2 ·如請求項1之方法，其特徵在於， 在塗覆該金屬化層之後以及塗覆該加建層之前，以 錄或化學鑛方式進行預金屬化處理，抑或設一晶種層 改良該觸點。 13 ·如請求項丨之方法，其特徵在於， 以5 μιη至數百μηι之厚度塗覆該加建層。 14. 如請求項13之方法，其特徵在於， 以10 μιη至20 μηι之厚度塗覆該加建層。 15. 如請求項1之方法，其特徵在於， 以40 0„!至250 μπι之寬度塗覆該加建層。 16. 如請求項15之方法，其特徵在於， 以80 μιη至15〇 μηΐ2寬度塗覆該加建層。 17. 如請求項15之方法，其特徵在於， 該加建層大體對稱地與該金屬化層重疊。 18. 如請求項1之方法，其特徵在於， 156892.doc -2- 201222861 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 產生一至少為250。(：之溫度以熔化該加建層的锡或錫 合金。 如請求項18之方法，其特徵在於， 用一加熱爐、一輻射加熱裝置、一感應加熱裝置、一 雷射器或微波進行加熱。 如請求項1之方法’其特徵在於， 在該加建層的錫或錫合金熔化後，用空氣或冷卻空氣 對該觸點進行高強度附加冷卻。 如請求項1之方法’其特徵在於， °亥加建層之材料在熔化過程中進入該金屬化層之間 隙’從而使該製成觸點之導電性得到改良。 如請求項1之方法，其特徵在於， 该加建層在熔化過程中與該金屬化層形成一合金，該 合金之導電性優於純錫之導電性。 如請求項22之方法，其特徵在於， 在該加建層熔化過程中’僅少量銀原子自該金屬化層 遷移至該加建層。 如請求項1之方法’其特徵在於， 在該加建層熔化過程中，該加建層至少有75%，較佳 90%的材料發生收縮，且自該太陽電池表面退回到該金 屬化層上。 如請求項1之方法，其特徵在於， 在該加建層熔化過程中，製成一長條形或線狀之觸 點’其厚度至少為其寬度之30%至50%。 156892.doc 201222861 26. 如請求項1之方法，其特徵在於， 在該加建層熔化過程中，製成一長條形或線狀之觸 點，其截面頂部大幅度地向上拱起。 27. —種用如請求項1之方法製成的太陽電池。 156892.doc -4-