TW201308616A

TW201308616A - 於基板上形成導電性圖案之方法

Info

Publication number: TW201308616A
Application number: TW100127607A
Authority: TW
Inventors: Liang-Bin Chen
Original assignee: Motech Ind Inc
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2013-02-16
Also published as: CN102916073A; TWI470811B

Abstract

本發明係有關一種於基板上形成導電性圖案之方法，其包含將具有至少一開口之塑料薄膜遮罩固定於基板上，並使導電性材料通過該開口而施予該基板上，並進一步於該開口所界定之空間固化該導電性材料而形成導電性圖案。根據本發明之方法可使導電性圖案之寬度小於約3倍之高度，而降低電阻值。當應用於太陽能電池時，於導電性圖案寬度縮小下增加基板之受光面積，進而可提昇整體效率。本發明亦提供一種於矽片上形成導線之方法及一種太陽能電池。

Description

於基板上形成導電性圖案之方法

本發明係有關一種於基板上形成導電性圖案之方法。特別是提供一種於矽片上形成導線之方法及利用此方法而製得之太陽能電池。

導線於各式電子用品中為極重要之元件，導線之電阻值決定了導線之效能。而於太陽能電池技術中，提昇光電轉換效率最快方式之一為增加電池正面之受光面積，通常採取之方式為將電池正面之導線(電極)寬度設計得愈細(窄)，以減少導線對電池正面佔據過多之受光面積時，所衍生之轉換效率不佳等問題。然而，縮小導線寬度即代表導線截面積減少，如此會使得電池於傳導時之阻值升高，將會影響到轉換效率。因此，為克服此問題，通常採取之作法為製作出具有較佳高寬比之導線，亦即使導線於寬度變窄時，其高度亦同步增加，以使其截面積維持一定，如此，其可維持在低阻值之狀態，進一步地，可使得電池正面之受光面積增加，從而提昇電池之轉換效率。。

目前習知於基板上形成導線之方法通常採網印方式，其係將包含導電性材料之漿料，施於具有對應導線圖案網孔之網版上，並藉由刮刀(squeegee)將該漿料透過網孔而施加於基板上，接著除去網版，將漿料經烘乾或視需要進一步燒結，而製得位於基板上之導線。

然而此習知之方法受限於網版之製作精密度，一般而言僅能形成大於50μm之網孔，不易縮小導線之寬度，再者，透過網版印刷之漿料因具有流動性，當印刷後網版彈回時，漿料通常會發生坍塌，不但無法得到預期之高度，反而會因向兩側流動而導致導線產生過度擴線之問題，最後製得之導線寬度往往大於70 μm，因此無法製得高寬比較佳之導線。業界為解決上述之問題，已發展出利用多次印刷之方式，而製得高寬比較佳之導線，其係於前述網印之烘乾過程後，將網版再度定位於基板上，而重複進行印刷、烘乾之程序以堆高導線，然而此方法過程繁複，涉及定位程序，不易達到高精細度，故仍無法滿足現今對於導線之要求。

因此，本領域中極需開發於基板上形成高精細度低電阻值之導電性圖案之方法，以克服習知技術之缺點。

本發明利用塑料薄膜遮罩之設計，而將導電性圖案形成於基板上，其包含將具有至少一開口之塑料薄膜遮罩固定於基板上，並使導電性材料通過該開口而施予該基板上，並進一步於該開口所界定之空間固化該導電性材料而形成導電性圖案。根據本發明之方法可令導電性圖案具有較佳之高度與寬度比，從而可降低電阻值，並當應用於太陽能電池時，減少基板上受到導電性圖案遮蔽之遮光面積。

因此，本發明關於一種於基板上形成導電性圖案之方法，其包含：

(a)　提供一基板及提供一塑料薄膜遮罩，其中該塑料薄膜遮罩包含至少一開口，其形狀對應欲形成之導電性圖案，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含熱塑型塑料，該熱塑型塑料於下述(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變；

(b)　固定該塑料薄膜遮罩於該基板上，使該塑料薄膜遮罩上之該開口與該基板欲形成導電性圖案之位置相對應；

(c)　施予導電性材料於該塑料薄膜遮罩上，該導電性材料通過該塑料薄膜遮罩之該開口；

(d)　固化該導電性材料，使其於該塑料薄膜遮罩之該開口所界定之空間內形成該導電性圖案；及

(e)　分離該塑料薄膜遮罩與該基板。

本發明亦提供一種於矽片上形成導線之方法，其包含：

(a)　提供一矽片及提供一塑料薄膜遮罩，其中該塑料薄膜遮罩包含至少一開口，其形狀對應欲形成之導線圖案，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含熱塑型塑料，該熱塑型塑料於下述(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變；

(b)　固定該塑料薄膜遮罩於該矽片上，使該塑料薄膜遮罩上之該開口與該矽片欲形成導線圖案之位置相對應；

(c)　施予導線材料於該塑料薄膜遮罩上，該導線材料通過該塑料薄膜遮罩之該開口；

(d)　固化該導線材料，使其於該塑料薄膜遮罩之該開口所界定之空間內形成該導線圖案；及

(e)　分離該塑料薄膜遮罩與該矽片。

本發明又提供一種太陽能電池，其包含：一矽片；及一導線圖案；其中該導線圖案具有一側面及一頂面，該頂面具有一寬度，該側面具有一高度，該寬度小於約3倍之該高度，且該寬度小於約60 μm及該高度大於約20 μm。

參看圖1至12，本發明關於一種於基板上形成導電性圖案之方法，其包含：

(a)　如圖1、5及9所示，提供一基板11、21、31及提供一塑料薄膜遮罩12、22、32，其中該塑料薄膜遮罩12、22、32包含至少一開口121、221、321，其形狀對應欲形成之導電性圖案，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含熱塑型塑料，該熱塑型塑料於下述(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變；

(b)　如圖2、6及10所示，固定該塑料薄膜遮罩12、22、32於該基板11、21、31上，使該塑料薄膜遮罩上之該開口121、221、321與該基板欲形成導電性圖案之位置相對應；

(c)　如圖3、7及11所示，施予導電性材料13、23、33於該塑料薄膜遮罩12、22、32上，該導電性材料13、23、33通過該塑料薄膜遮罩之該開口121、221、321；

(d)　固化該導電性材料13、23、33，使其於該塑料薄膜遮罩之該開口121、221、321所界定之空間內形成該導電性圖案13、23、33；及

(e)　如圖4、8及12所示，分離該塑料薄膜遮罩12、22、32與該基板11、21、31。

根據本發明之基板適用於欲於其上形成導電性圖案之各式電子用品基板，於本發明之較佳具體實施例中，該基板係選自由矽片、藍寶石基板、玻璃基板、砷化鎵基板、碳化矽基板、聚亞醯胺基板、陶瓷基板及聚乙烯對苯二甲酸酯基板所組成之群；更佳地，該基板係為矽片，例如供作太陽能電池之基板，以容導線形成於其上。

於本發明之一較佳具體實施例中，該基板包含一粗糙表面，當供作太陽能電池之基板時，可降低入射光線之反射。

參看圖5至8，於本發明之一較佳具體實施例中，該基板21係為一矽片，該基板21包含一選擇性射極區211，其形成於基板中對應欲形成之導電性圖案之位置，該選擇性射極區211之磷摻雜濃度高於非對應欲形成之導電性圖案之位置，以達到電子傳遞低阻抗的效果，當應用於太陽能電池時，可提高太陽能電池效能。

參看圖9至12，於本發明之一較佳具體實施例中，該基板包含一抗反射層312。例如當該基板係充作太陽能電池之基板時，該基板上係預先處理而包含一抗反射層，再容導線形成於其上，以增進太陽能電池之效能，其預先處理方法及抗反射層之材料係為本發明所屬技術領域中具通常知識者所熟知，例如將氮化矽或氧化矽等絕緣材料施於基板上以作為抗反射層。更佳地，該基板同時包含粗糙表面及抗反射層，且該粗糙表面位於該抗反射層下方。

根據本發明之塑料薄膜遮罩其材料及性質不限，惟其包含熱塑型塑料，且該熱塑型塑料於根據本發明之方法之(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變者，較佳地，該塑料薄膜遮罩具有抗酸鹼之特性。於本發明之一較佳具體實施例中，該塑料薄膜遮罩之材料包含至少一選自由下列材料所組成之群之材料：聚亞醯胺、聚碳酸酯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚乙烯、尼龍及鐵氟龍所組成之群。該等材料易於加工，且於根據本發明之方法之(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變。

根據本發明之熱塑型塑料於根據本發明之方法之(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變，較佳地，該塑料薄膜遮罩之熱變形溫度(heat deflection temperature)係自約50℃至約350℃；更佳地係自約100℃至約200℃。本文中所言之「熱變形溫度」係指該塑料薄膜遮罩可於此溫度區間內不產生變形之耐熱溫度。

根據本發明之塑料薄膜遮罩開口121、221、321，其形狀對應欲形成之導電性圖案13、23、33，以容導電性材料於該開口中形成導電性圖案13、23、33。於本發明之一較佳具體實施例中，該塑料薄膜遮罩之該開口具有一側面及一底面，該底面具有一寬度，該側面具有一高度，該寬度小於約3倍之該高度，且該寬度小於約60 μm及該高度大於約20 μm。此尺寸可製得明顯優於習知技術導線電阻值之導線，且遮光面積小而精密度高。

根據本發明之方法，其中於該塑料薄膜遮罩形成開口之方法可為本發明所屬技術領域中具通常知識者依所需可實施者，於本發明之一較佳具體實施例中，該形成開口之方法係選自由壓印、沖孔、水刀切割及雷射切割所組成之群。較佳地，該壓印係為微米壓印或奈米壓印。

於本發明之一較佳具體實施例中，該塑料薄膜遮罩係成捲帶式連續性提供，搭配滾輪之設置，可將塑料薄膜遮罩之固定、於其上之加工及除去連續動作完成，較佳地，亦可重複利用該塑料薄膜遮罩。另一方面，該塑料薄膜遮罩亦可預先進行裁切成片狀後而分段個別提供，並搭配個別基板進行加工。

根據本發明之塑料薄膜遮罩厚度與欲形成之導電性圖案高度相關，厚度越大之塑料薄膜遮罩可形成高度越高之導電性圖案，本發明所屬技術領域中具通常知識者可依所需之導電性圖案高度而決定塑料薄膜遮罩之厚度，於本發明之一較佳具體實施例中，該塑料薄膜遮罩之厚度為自約1 μm至約1000 μm。

根據本發明之步驟(b)中固定該塑料薄膜遮罩於該基板上之方法係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可選擇者，該固定方法係為實質上固定該塑料薄膜遮罩於該基板上，以使後續導電性材料之施予及固化步驟時不於該基板上移動，但在固化步驟後可輕易除去且不傷及該基板及所施予形成之導電性圖案者。較佳地，該固定方法係選自由黏著劑黏著、凡得瓦力吸附、摩擦力接觸及靜電吸附所組成之群。

於本發明之較佳具體實施例中，該黏著劑係為3M^TM便利貼之成份，如壓克力系黏著劑(小於0.5 wt%)等材質之黏著劑。較佳地，該步驟(b)之固定步驟前另包含一定位步驟，以使該塑料薄膜遮罩之開口與基板上欲形成導電性圖案之位置相對應，本發明所屬技術領域中具通常知識者可選擇合宜之定位方式。

參看圖6至8，於本發明之一較佳具體實施例中，該基板21包含該選擇性射極區211，該塑料薄膜遮罩之開口221係與該選擇性射極區211之位置相對應，以使該導電性圖案23可與該選擇性射極區211對應。

根據本發明之方法，其中步驟(c)係施予導電性材料於該塑料薄膜遮罩上，該導電性材料通過該塑料薄膜遮罩之該開口，而形成於該基板上，本發明所屬技術領域中具通常知識者可使用導電性材料之施用方法，較佳地，步驟(c)中施予導電性材料於該塑料薄膜遮罩上之方法係選自由網印、噴墨、噴塗、濺鍍、電鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、液相沉積及溶膠凝膠法所組成之群，更佳地係為網印。

根據本發明之步驟(c)，該導電性材料通過該塑料薄膜遮罩之該開口可於施予同時即與基板接觸，亦可於後續製程中再與基板接觸，較佳地，該導電性材料係於施予同時即與基板接觸。

根據本發明之導電性材料其具體成分及組成比例係為本發明所屬技術領域中具通常知識者可決定者，例如使用包含銀、鋁、銅及金屬氧化物等之導電性材料，搭配不同之施用方法而決定其組份，較佳地，該導電性材料係為漿料狀態，並搭配網印施予。當然，上述之導電性材料亦可依不同需求，而採用不同於上述材質之材料並為特定比例之調整，以供使用。

根據本發明之方法，其中步驟(d)係固化該導電性材料，使其於該塑料薄膜遮罩之該開口所界定之空間內形成該導電性圖案。該固化方法係根據所選用之導電性材料及施用方法之不同，而為本發明所屬技術領域中具通常知識者可選擇者。於本發明之一較佳具體實施例中，該固化係由加熱烘乾方式進行，例如於約100℃至約200℃之溫度下烘乾該導電性材料。根據本發明之方法，其導電性材料之固化步驟係於塑料薄膜遮罩之開口所界定之空間內進行，其中並透過該塑料薄膜遮罩之開口內之側面，有效地支撐該導電性材料而形塑出一剖面呈矩形之導電性圖案。故其可避免習知技術中因網版除去而導致導電性漿料之坍塌攤平現象，而可完全控制導電性圖案之寬度與高度，因而可製得高精密度之導電性圖案，大幅改善習知技術中電阻值不佳及當應用於太陽能電池時遮光面積過大之缺點。

根據本發明之方法，其中步驟(e)係於導電性材料固化後，分離該塑料薄膜遮罩與該基板。該分離方法為不損傷基板與所形成之導電性圖案者，本發明所屬技術領域中具通常知識者可依步驟(b)所使用之固定方法，而選擇不同之分離手段。

於本發明之一較佳具體實施例中，當採用黏著劑黏著作為該塑料薄膜遮罩與該基板間之固定方式時，該分離方法係藉由降低黏著劑之黏著力之方法，視所應用之黏著劑不同，可採用稀釋黏著劑、去除黏著劑中之部分成分、使用加熱使黏著劑變性或物理性去除之方式，於本發明之一具體較佳實施例中，該分離方法係利用烘乾進行，以使黏著劑之黏性降低，藉此即可便利地將該塑料薄膜遮罩自該基板上快速移除。更佳地，該烘乾係與導電性材料之固化同步進行。

於本發明之另一較佳具體實施例中，當採用靜電方式作為該塑料薄膜遮罩與該基板間之固定方式時，該分離方法係藉由相對應之靜電解除工具與技術，解除其靜電吸附之狀態，從而自該基板上分離該塑料薄膜遮罩。

於本發明之一較佳具體實施例中，該形成導電性圖案之方法進一步包含一燒結步驟，利用大約如800℃以上之高溫使導電性材料中之物質如銀等材質燒結，以使導電性材料中之導電材料成分與基板上之一射極層(emitter layer)產生電性連結，從而製得該導電性圖案。於本發明之一較佳具體實施例中，當該基板包含抗反射層時，該燒結係使導電性材料中之物質燒穿該抗反射層，以使導電性材料中之導電材料成分與基板上產生電性連結。本發明所屬技術領域中具通常知識者可依不同之導電性材料，選擇不同之燒結條件。

根據本發明之方法採用單一施用導電性材料及單一固化之步驟，且可藉調整塑料薄膜遮罩的厚度而達到所需之導電性圖案高度，且導電性圖案之寬度透過設計亦可比習知藉由網印所形成之寬度更小，避免一般光罩昂貴而複雜的製程，可大幅降低生產成本且大幅提供效能。

本發明亦提供一種於矽片上形成導線之方法，其包含：

(e)　分離該塑料薄膜遮罩與該矽片。

參看圖4、8、12，本發明又提供一種太陽能電池，其包含：一矽片；及一導線圖案；其中該導線圖案具有一側面及一頂面，該頂面具有一寬度w，該側面具有一高度h，該寬度w小於約3倍之該高度h，且該寬度w小於約60 μm及該高度h大於約20 μm。

根據本發明之太陽能電池，其優秀之導線高寬比為習知技術所無法達到者，藉由根據本發明之方法所製作之太陽能電池之導線係具有較佳之高寬比及尺寸，而可大幅降低導線之電阻值及遮光面積，其中導線寬度之減少，係有效地減少了電池正面之遮光面積，並且在寬度減少時進一步增加導線之高度可有效地降低電阻值，從而令所述之太陽能電池具有較佳之光電轉換效率。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。習於此技術之人士對上述實施例所做之修改及變化仍不違背本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1．．．具有導電性圖案之基板

2．．．具有導電性圖案之基板

3．．．具有導電性圖案之基板

11．．．基板

12．．．塑料薄膜遮罩

13．．．導電性材料

21．．．基板

22．．．塑料薄膜遮罩

23．．．導電性材料

31．．．基板

32．．．塑料薄膜遮罩

33．．．導電性材料

121．．．開口

211．．．選擇性射極區

221．．．開口

312．．．抗反射層

321．．．開口

圖1至圖4顯示根據本發明於基板上形成導電性圖案之方法之一實施例之剖面示意圖；

圖5至圖8顯示根據本發明於基板上形成導電性圖案之方法之另一實施例之剖面示意圖；及

圖9至圖12顯示根據本發明於基板上形成導電性圖案之方法之再一實施例之剖面示意圖。

11．．．基板

12．．．塑料薄膜遮罩

13．．．導電性材料

121．．．開口

Claims

一種於基板上形成導電性圖案之方法，其包含：(a)　提供一基板及提供一塑料薄膜遮罩，其中該塑料薄膜遮罩包含至少一開口，其形狀對應欲形成之導電性圖案，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含熱塑型塑料，該熱塑型塑料於下述(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變；(b)　固定該塑料薄膜遮罩於該基板上，使該塑料薄膜遮罩上之該開口與該基板欲形成導電性圖案之位置相對應；(c)　施予導電性材料於該塑料薄膜遮罩上，該導電性材料通過該塑料薄膜遮罩之該開口；(d)　固化該導電性材料，使其於該塑料薄膜遮罩之該開口所界定之空間內形成該導電性圖案；及(e)　分離該塑料薄膜遮罩與該基板。
根據請求項1之方法，其中該基板係選自由矽片、藍寶石基板、玻璃基板、砷化鎵基板、碳化矽基板、聚亞醯胺基板、陶瓷基板及聚乙烯對苯二甲酸酯基板所組成之群。
根據請求項1之方法，其中該基板包含一粗糙表面。
根據請求項1之方法，其中該基板包含一抗反射層。
根據請求項1之方法，其中該基板包含一選擇性射極區。
根據請求項1之方法，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含至少一選自由下列材料所組成之群之材料：聚亞醯胺、聚碳酸酯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚乙烯、尼龍及鐵氟龍所組成之群。
根據請求項1之方法，其中該塑料薄膜遮罩之熱變形溫度(heat deflection temperature)係自約50℃至約350℃。
根據請求項7之方法，其中該塑料薄膜遮罩之熱變形溫度係自約100℃至約200℃。
根據請求項1之方法，其中該塑料薄膜遮罩之該開口具有一側面及一底面，該底面具有一寬度，該側面具有一高度，該寬度小於約3倍之該高度，且該寬度小於約60 μm及該高度大於約20 μm。
根據請求項1之方法，其中該塑料薄膜遮罩係成捲帶式連續性提供或以片狀提供。
根據請求項1之方法，其中該塑料薄膜遮罩厚度為自約1 μm至約1000 μm。
根據請求項1之方法，其中步驟(b)中固定該塑料薄膜遮罩於該基板上之方法係選自由黏著劑黏著、凡得瓦力吸附、摩擦力接觸及靜電吸附所組成之群。
根據請求項1之方法，其中步驟(c)中施予導電性材料於該塑料薄膜遮罩上之方法係選自由網印、噴墨、噴塗、濺鍍、電鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、液相沉積及溶膠凝膠法所組成之群。
一種於矽片上形成導線之方法，其包含：(a)　提供一矽片及提供一塑料薄膜遮罩，其中該塑料薄膜遮罩包含至少一開口，其形狀對應欲形成之導線圖案，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含熱塑型塑料，該熱塑型塑料於下述(b)、(c)、(d)及(e)步驟中不產生形變；(b)　固定該塑料薄膜遮罩於該矽片上，使該塑料薄膜遮罩上之該開口與該矽片欲形成導線圖案之位置相對應；(c)　施予導線材料於該塑料薄膜遮罩上，該導線材料通過該塑料薄膜遮罩之該開口；(d)　固化該導線材料，使其於該塑料薄膜遮罩之該開口所界定之空間內形成該導線圖案；及(e)　分離該塑料薄膜遮罩與該矽片。
根據請求項14之方法，其中該基板包含一粗糙表面。
根據請求項14之方法，其中該矽片包含一抗反射層。
根據請求項14之方法，其中該基板包含一選擇性射極區。
根據請求項14之方法，其中該塑料薄膜遮罩之材料包含至少一選自由下列材料所組成之群之材料：聚亞醯胺、聚碳酸酯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚乙烯、尼龍及鐵氟龍所組成之群。
根據請求項14之方法，其中該塑料薄膜遮罩之熱變形溫度係自約50℃至約350℃。
根據請求項19之方法，其中該塑料薄膜遮罩之熱變形溫度係自約100℃至約200℃。
根據請求項14之方法，其中該塑料薄膜遮罩之該開口具有一側面及一底面，該底面具有一寬度，該側面具有一高度，該寬度小於約3倍之該高度，且該寬度小於約60 μm及該高度大於約20 μm。
根據請求項14之方法，其中該塑料薄膜遮罩係成捲帶式連續性提供或以片狀提供。
根據請求項14之方法，其中該塑料薄膜遮罩厚度為自約1 μm至約1000 μm。
根據請求項14之方法，其中步驟(b)中固定該塑料薄膜遮罩於該矽片上之方法係選自由黏著劑黏著、凡得瓦力吸附、摩擦力接觸及靜電吸附所組成之群。
根據請求項14之方法，其中步驟(c)中施予導線材料於該塑料薄膜遮罩上之方法係選自由網印、噴墨、噴塗、濺鍍、電鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積、液相沉積及溶膠凝膠法所組成之群。
一種太陽能電池，其包含一矽片；及一導線圖案；其中該導線圖案具有一側面及一頂面，該頂面具有一寬度，該側面具有一高度，該寬度小於約3倍之該高度，且該寬度小於約60 μm及該高度大於約20 μm。