TW201428993A - 晶形光伏打電池及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明闡述晶形光伏打(PV)電池及製造電池之方法。一種製造一PV電池之實例性方法包含將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上。該等第一指狀件在一第一方向上彼此平行延伸且包括一實質上非銀導電材料。
Description
本申請案主張於2012年12月14日提出申請之美國臨時申請案第61/737,589號之優先權，該臨時申請案之全部揭示內容特此以全文引用之方式併入本文中。
本發明通常係關於光伏打(PV)電池及製造PV電池之方法，且更具體而言係關於具有電極之晶形PV電池及製造該等電池之方法。
光伏打(PV)模組係將太陽能轉換成電之裝置。一PV模組通常包含回應於入射於電池之表面上之太陽光產生電之數個PV電池(串聯及/或並聯連接)。
為了自PV電池提取能量，在一晶形矽晶圓之一個或兩個面上製造電極。用於製造PV電池電極之各種技術係已知的。在一種已知方法中，電極包含指狀件且使用銀(Ag)膏將匯流條絲網印刷至矽晶圓之一表面上。藉由自銀絲網印刷指狀件且將單獨匯流條焊接至指狀件來製造某些其他PV電池。在再一技術中，使用銀將指狀件絲網印刷於矽晶圓上。一銅(Cu)網電極定位於經絲網印刷指狀件上方。網電極包含彼此平行延伸且截接經銀絲網印刷指狀件之薄(相對於匯流條)銅指狀件。銅指狀電耦合至經絲網印刷指狀件且用於與匯流條相同之目
的。已知技術中之某些技術係電低效的(例如，展現不可接受之高歐姆損耗)、人力低效的、使用高成本材料(例如，銀)及/或係以其他方式相對高成本的。
此先前技術意欲給讀者介紹可能與下文所闡述及/或所主張之本發明之各種態樣有關之各種技術態樣。相信本論述有助於為讀者提供背景資訊以促進對本發明之各項態樣之一更好理解。因此，應理解，應以此種觀點來閱讀此等敍述，而非作為對先前技術之認可。
本發明之一項態樣係一種製造一光伏打(PV)電池之方法。該方法包含將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上。該等第一指狀件在一第一方向上彼此平行延伸且包括一實質上非銀導電材料。
本發明之另一態樣係光伏打(PV)電池。該PV電池包含一晶形矽基板及安置於晶形矽晶圓上之複數個第一指狀件。該等第一指狀件在一第一方向上彼此平行延伸且包括一實質上非銀導電材料。
存在與上文所提及之態樣相關地陳述之特徵之各種改進形式。進一步特徵亦可同樣地併入上文所提及之態樣中。此等改進形式及額外特徵可個別地或以任一組合形式存在。例如，下文與所圖解說明之實施例中之任一者相關地論述之各種特徵可單獨地或以任一組合形式併入於上文所闡述之態樣中之任一者中。
2-2‧‧‧線
100‧‧‧太陽能模組
102‧‧‧太陽能面板
104‧‧‧框架
106‧‧‧頂部表面
108‧‧‧底部表面
110‧‧‧邊緣
118‧‧‧層
130‧‧‧外表面
132‧‧‧內表面
300‧‧‧準正方形矽晶圓/正方形矽晶圓/矽晶圓/晶圓
302‧‧‧光伏打電池
400‧‧‧第一指狀件/指狀件/第二指狀件
402‧‧‧第二指狀件
600‧‧‧銅網/網
604‧‧‧端子
圖1係一實例性太陽能模組之一透視圖；圖2係沿著線2-2截取之圖1中所展示之太陽能模組之一剖面圖；圖3係包含供在圖1中所展示之太陽能模組中使用之一PV電池之一實例性矽晶圓之一俯視平面圖；圖4係一實例性PV電池之一俯視平面圖；圖5係在電池之製造期間圖4中所展示之PV電池之一俯視平面
圖；且圖6係供與圖5中所展示之PV電池一起使用之一銅網之一俯視平面圖。
在各圖式中，相同參考符號指示相同元件。
本文中所闡述之實施例通常係關於光伏打(PV)電池及製造PV電池之方法。更具體而言，本文中所闡述之實施例係關於具有非銀電極之晶形PV電池及製造該等電池之方法。
最初參考圖1及圖2，通常以100指示一項實施例之一太陽能模組。太陽能模組100之一透視圖展示於圖1中。圖2係在圖1中所展示之線2-2處截取之太陽能模組100之一剖面圖。太陽能模組100包含一太陽能面板102及外接太陽能面板102之一框架104。
太陽能面板102包含一頂部表面106及一底部表面108(展示於圖2中)。邊緣110延伸於頂部表面106與底部表面108之間。在此實施例中，太陽能面板102係矩形形狀。在其他實施例中，太陽能面板102可具有任何適合形狀。
如圖2中所展示，太陽能面板102具有包含數個層118之一層壓結構。層118可包含(舉例而言)玻璃層、非反射層、電連接層、n型矽層、p型矽層及/或背襯層。在其他實施例中，太陽能面板102可具有更多或更少(包含一個)的層118、可具有不同層118及/或可具有不同類型之層118。
如圖1中所展示，框架104外接太陽能面板102。框架104耦合至太陽能面板102，如圖2中最佳展示。框架104輔助保護太陽能面板102之邊緣110。例示性框架104包含與太陽能面板102間隔開之一外表面130及毗鄰太陽能面板102之一內表面132。外表面130與內表面132間隔開且實質上平行於內表面132。在例示性實施例中，框架104由鋁製
成。更特定而言，在某些實施例中，框架104由6000系列之陽極氧化之鋁製成。在其他實施例中，框架104可由提供充分剛性之包含(舉例而言)經輥軋或衝壓之不銹鋼、塑膠或碳纖維之任何其他適合材料製成。
太陽能面板102之至少一個層118包含光伏打(PV)電池。PV電池由晶形矽晶圓建構而成。圖3係具有部分地製造於其上之一PV電池302之一準正方形矽晶圓300之一圖解。圖4係製作於一正方形矽晶圓300上之一完成之PV電池302之一實例。PV電池302可係一前漫射發射體或一異質接面PV電池。在其他實施例中，PV電池可係任何其他適合類型之PV電池。
在PV電池302之製造期間，電極在將形成PV電池302之區域中製造於矽晶圓300上。在此實施例中，電極包含製造於晶圓300上之第一指狀件400及施加至晶圓300且耦合至第一指狀件400之第二指狀件402。圖5係在製造期間一PV電池302之一圖解。第一指狀件400已製造於晶圓300之表面上。第一指狀件400係連接至晶圓300之表面且跨越晶圓300之表面平行延伸之導電指狀件。第一指狀件400傳導由PV電池302產生之電。在例示性實施例中，第一指狀件400係銅(Cu)指狀件。在其他實施例中，第一指狀件400可由包含(舉例而言)鋁、鎳、錫及/或鈦之任何其他適合之導電金屬、合金及/或非金屬材料製成。在某些實施例中，第一指狀件400由任何導電、相對低電阻及相對廉價材料製成。指狀件400適合地由不包含銀(Ag)或係實質上無銀的一材料製成。
在此實施例中，藉由絲網印刷將第一指狀件400施加至晶圓300。絲網印刷對熟習此項技術者係眾所周知的且將不詳細闡述。一般而言，透過僅允許一銅膏在形成第一指狀件400所期望之位置中傳至晶圓之一遮罩(未展示)將該膏施加至晶圓300。接著加熱晶圓300以
移除膏中所使用之溶劑及黏結劑，從而留下銅第一指狀件400。在其他實施例中，可使用用於形成第一指狀件400之任何其他適合方法。舉例而言，在某些實施例中，第一指狀件400係使用無電極電鍍及/或電化學電鍍技術形成於PV電池302上。在又一些實施例中，可使用藉由濺鍍或蒸鍍之電漿汽相沈積(PVD)來在晶圓300上製造第一指狀件400。
代替使用兩個或三個離散匯流條來耦合至第一指狀件400，將較大數目個較小、更緊密地間隔開之第二指狀件402耦合至晶圓300以自第一指狀件400載送電流。可使用任何數目個第二指狀件400。在某些實施例中，PV電池302包含四個或四個以上第二指狀件400。
一種例示性類型之第二指狀件402展示於圖6中。圖6係包含供放置於晶圓300上之第二指狀件402之一網600。網600包含耦合至一端子604之第二指狀件402。在此實施例中，網600由銅製成。在其他實施例中，網600由任何其他適合導電材料製成。第二指狀件402係具有一合金塗層(例如，一焊料塗層)之銅指狀件核心。網600安置於PV電池302上方。施加壓力及熱以軟化合金塗層，從而允許銅指狀件核心接觸第一指狀件400且允許合金塗層接合至晶圓300之表面。施加銅網以形成一PV電池對熟習此項技術者係眾所周知的且在本文中將不進一步闡述。
在所圖解說明之實施例中，銅網600包含第二指狀件402中之九個。在其他實施例中，網600可包含更多或更少的第二指狀件402。在某些實施例中，網600包含四個以上第二指狀件402。相比而言，使用附接至第一指狀件400之離散匯流條建構之一類似PV電池通常包含僅兩個或三個離散匯流條。此等匯流條比第二指狀件402顯著更遠地間隔開且顯著寬於第二指狀件402。在某些已知156毫米(mm)PV電池中，匯流條間隔開約78mm或52mm。相比而言，第二指狀件402間隔
開儘可能接近8mm。因此，在例示性PV電池302中，第一指狀件400之有效長度與某些已知PV電池中之52mm或78mm相比減小至約8mm。
在其他實施例中，不使用網600且第二指狀件402係使用數個(例如，四個或四個以上)薄導電線形成。導線以類似於圖4中所展示之第二指狀件402之一配置之方式安置於晶圓300上。舉例而言，藉由焊接，將導線機械耦合至晶圓300且電耦合至第一指狀件400。導電線可由包含(舉例而言)銀、銅、錫等之任何適合導電材料製成。
所闡述之PV電池及方法達成優於某些已知方法之結果。可比此等已知方法更容易及高效地製造PV電池。此外，針對製作PV電池之指狀件，可藉由(舉例而言)使用銅及其他廉價金屬而非通常所使用之且更昂貴之銀來減小PV電池之材料成本。
當介紹本發明之元件或其實施例時，冠詞「一(a)」、「一(an)」、「該(the)」及「該said)」意欲意指存在元件中之一或多者。術語「包括」、「包含」及「具有」意欲係包含性的且意指除所列元件之外可存在額外元件。
由於可在不背離本發明之範疇之情形下對上文做出各種改變，因此以上說明所含有及隨附圖式中所展示之所有事物皆應闡釋為具有說明性且不具有一限制意義。
300‧‧‧準正方形矽晶圓/正方形矽晶圓/矽晶圓/晶圓
302‧‧‧光伏打電池
400‧‧‧第一指狀件/指狀件/第二指狀件
402‧‧‧第二指狀件
Claims (24)
- 一種製造一光伏打(PV)電池之方法，該方法包括：將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上，該等第一指狀件在一第一方向上彼此平行延伸，該等第一指狀件包括一實質上非銀導電材料。
- 如請求項1之方法，其中該實質上非銀導電材料包括銅。
- 如請求項1之方法，其中該實質上非銀導電材料包括鋁。
- 如請求項1之方法，其中該實質上非銀導電材料包括鎳。
- 如請求項1之方法，其中該實質上非銀導電材料包括鈦。
- 如請求項1之方法，其中該實質上非銀導電材料包括錫。
- 如請求項1之方法，其中該實質上非銀導電材料包括複數種金屬。
- 如請求項1之方法，其中將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上包括：將複數個第一指狀件無電極電鍍於一晶形矽晶圓上。
- 如請求項1之方法，其中將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上包括：將複數個第一指狀件以電化學方式電鍍於一晶形矽晶圓上。
- 如請求項1之方法，其中將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上包括：使用電漿汽相沈積將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上。
- 如請求項1之方法，其中將複數個第一指狀件沈積於一晶形矽晶圓上包括：將複數個第一指狀件絲網印刷於一晶形矽晶圓上。
- 如請求項1之方法，其進一步包括將一銅網沈積於該矽晶圓上，該銅網包含複數個第二指狀件，該銅網沈積於該矽晶圓上，其 中該等第二指狀件在截接該等第一指狀件之一第二方向上延伸。
- 如請求項12之方法，其中該複數個第二指狀件包括四個或四個以上第二指狀件。
- 一種光伏打(PV)電池，其包括：一晶形矽基板；及複數個第一指狀件，其安置於該晶形矽晶圓上，該等第一指狀件在一第一方向上彼此平行延伸，該等第一指狀件包括一實質上非銀導電材料。
- 如請求項14之PV電池，其中該實質上非銀導電材料包括鋁。
- 如請求項14之PV電池，其中該實質上非銀導電材料包括鎳。
- 如請求項14之PV電池，其中該實質上非銀導電材料包括鈦。
- 如請求項14之PV電池，其中該實質上非銀導電材料包括複數種金屬。
- 如請求項14之PV電池，其中該實質上非銀導電材料包括錫。
- 如請求項14之PV電池，其中該實質上非銀導電材料包括銅。
- 如請求項14之PV電池，其中該複數個第一指狀件電耦合至該晶形矽基板。
- 如請求項14之PV電池，其進一步包括安置於該晶形矽晶圓上之一銅網，該銅網包含複數個第二指狀件，該銅網安置於該矽晶圓上，其中該等第二指狀件在截接該第一方向之一第二方向上延伸且該等第二指狀件上覆且電耦合至該等第一指狀件。
- 如請求項22之PV電池，其中該複數個第二指狀件包括四個或四個以上第二指狀件。
- 如請求項22之PV電池，其中該銅網進一步包括電耦合至該複數個第二指狀件之一端子。
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