TW201445762A

TW201445762A - 太陽能電池之製作方法

Info

Publication number: TW201445762A
Application number: TW102117578A
Authority: TW
Inventors: Yi-Tsung Chen; Sheng-Chen Yen; Chia-Hung Wu; Kuang-Hui Hung; Cheng-Yu Ko; Shyuan-Fang Chen; Nai-Tien Ou; Kuei-Wu Huang; Chih-Sheng Tung
Original assignee: Gintech Energy Corp
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2014-12-01

Abstract

本發明係提供一種太陽能電池之製作方法，其步驟包含提供一半導體基板，此半導體基板上具有一迎光面及一背光面，而迎光面上具有一抗反射層。接著，網印複數第一電極圖案於抗反射層上，並燒結第一電極圖案。然後，蝕刻部分第一電極，以減少第一電極之寬度，再電鍍與第一電極相同材料於第一電極上，以形成太陽能電池之正面電極。

Description

太陽能電池之製作方法

本發明係有關於一種太陽能電池之製作方法，特別係有關於一種太陽能電池之正面電極的製作方法。

太陽能是一種具有永不耗盡且無污染的能源，在解決目前石化能源所面臨的污染與短缺的問題時，一直是最受矚目的焦點。其中，太陽能電池(solar cell)可直接將太陽能轉換為電能，是目前相當重要的研究課題。

典型的太陽能電池最基本的結構可分為由基板與P-N二極體所組成之半導體基板，且半導體基板具有迎光面及背光面，迎光面具有抗反射層，並且半導體基板之迎光面及背光面分別具有正面電極與背面電極，以供外界連線。太陽能電池之正面電極的設計為提升太陽電池效率的重要技術之一。

目前業界常用之正面電極製作方法，其一利用太陽能電池半成品，在氮化矽上進行雷射開孔，以直接在矽上電鍍。另一種利用太陽能電池成品，在正面電極的銀膠上直接進行電鍍，請參照第1A至1C圖，其係繪示依照習知之太陽能電池之製作流程的剖面結構示意圖。如第1A圖所示，其係繪示一半導體基板110，具有一迎光面112和背光面114，其中迎光面112上具有一抗反射層120；接著，如第1B圖所示，以網印方式將銀膠印刷於抗反射層上形成第一電極圖案130a，並燒結進行固化；然後，如第1C圖所示，以電鍍補充第一電極圖案130a之導電性。然而，這種方法在銀膠印刷和燒結的過程中，會有部分銀膠132濺到電極之外，如第1B圖所示，倘若不先清除這些濺出來之銀膠132，電鍍時會使濺出來之銀膠132與第一電極圖案130a連接在一起，如第1C圖所示，而形成很大的擴線(正面電極130b)，使得太陽能電池之收光面積減少，大幅降低其光電轉換效能，也違反了原先使用電鍍製作細線寬電極的目的。

有鑑於此，目前極需要一種太陽能電池之製作方法，將上述缺失加以摒除，即為本案所欲解決之技術困難點所在，期能提供一種電鍍後保持細線之目的，以減少遮光面積之太陽能電池，符合業界之需求。

本發明之主要目的係提供一種太陽能電池之製作方法，其步驟包含提供一半導體基板，此半導體基板上具有一迎光面及一背光面，而迎光面上具有一抗反射層。接著，網印複數第一電極圖案於抗反射層上，並燒結第一電極圖案。然後，蝕刻至少部分第一電極圖案，以減少第一電極圖案之寬度，再電鍍與第一電極圖案相同之材料於此第一電極圖案上，以形成太陽能電池之正面電極。

根據本發明一實施例，形成第一電極圖案的步驟更包含形成第二電極圖案於半導體基板之背光面上，且第二電極圖案經燒結步驟後形成太陽能電池之背面電極。

根據本發明一實施例，第一電極圖案包含複數匯流電極以及複數指狀電極，且經蝕刻步驟後，指狀電極之寬度變小。

根據本發明另一實施例，第一電極圖案之材料係選自至少一由鈦金屬、鈷金屬、鎢金屬、鉑金屬、鉿金屬、鉭金屬、鉬金屬、鉻金屬、鈀金屬、金金屬、銀金屬及鋁金屬所組成之群組。

根據本發明又一實施例，蝕刻步驟係以一濕蝕刻方法，包含使用一蝕刻溶液為NH₄OH/H₂O₂、Ce(NO₃)₂、HNO₃、3HCl/H₂O₂或KI/I₂。

110‧‧‧半導體基板

112‧‧‧迎光面

114‧‧‧背光面

120‧‧‧抗反射層

130a‧‧‧第一電極圖案

130b‧‧‧正面電極

132‧‧‧銀膠

210、220、230、240、250‧‧‧步驟

310‧‧‧半導體基板

312‧‧‧迎光面

314‧‧‧背光面

320‧‧‧抗反射層

330a、330b‧‧‧第一電極圖案

330c‧‧‧正面電極

332‧‧‧銀膠

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1A至1C圖係繪示依據習知之太陽能電池之製作流程的剖面結構示意圖。

第2圖係繪示依據本發明一實施方式之太陽能電池之製作方法的流程圖。

第3A至3D圖係繪示依據本發明一實施方式之太陽能電池之製作流程的剖面結構示意圖。

第4A至4C圖係繪示依據本發明一實施方式之太陽能電池之指狀電極的電子顯微鏡圖片。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。

在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。

本發明之太陽能電池的製作方法，請參照第2圖，其係繪示依據本發明一實施方式之太陽能電池之製作方法的流程圖，用以進一步闡明本案之技術特徵；並可同時參照第3A至3D圖，其係繪示依據上述實施方式之太陽能電池製作流程的剖面結構示意圖。

步驟210為提供一半導體基板，如第3A圖所示，此半導體基板310上具有一用以面對外來光線之迎光面312，及一背對迎光面之背光面314，其中半導體基板310可包括一P型摻雜層及一N型摻雜層，P型摻雜層與N型摻雜層相堆疊，且本發明之半導體基板並不限於單晶矽晶圓(monocrystalline)或多晶矽晶圓(multicrystalline)。

此外，如第3A圖所示，迎光面上具有一抗反射層320，可藉由電漿輔助化學氣象沉積法(Plasma Enhenced Chemical Vapor Deposition；PECVD)形成；抗反射層的材料可氮化物(nitride)或氧化物(oxide)，例如為氮化矽。

步驟220為網印複數第一電極圖案330a於抗反射層320上，如第3B圖所示，此步驟係利用網印方式，依據一預定圖形印刷第一電極圖案至抗反射層上。上述之第一電極圖案包含複數指狀電極(finger electrode)及複數匯流電極(bus bar electrode)，且多條平行排列的指狀電極與匯流電極交錯。其中匯流電極的粗細程度大於指狀電極，指狀電極用以將光能轉換出的電流導出，匯流電極則進一步收集由指狀電極導出的電流並匯出至外部負載(未繪示)。

在步驟220中，第一電極圖案之材料係選自至少一由鈦金屬、鈷金屬、鎢金屬、鉑金屬、鉿金屬、鉭金屬、鉬金屬、鉻金屬、鈀金屬、金金屬、銀金屬及鋁金屬所組成之群組，然而，本發明並不限於上述之金屬種類。在一實施方式中，其係使用銀膠作為第一電極圖案之材料，下述步驟係以銀膠為例說明本發明之技術特徵。

步驟230為燒結第一電極圖案330a，此步驟係將上述未完成之太陽能電池面板通過一燒結爐進行一適當溫度之燒結程序，燒結溫度為約400度至1000度，使得銀膠穿透抗反射層與半導體基板之迎光面產生共晶結構，形成矽化銀的合金。

在另一實施方式中，步驟220更包含形成一第二電極圖案於半導體基板之背光面上，此第二電極圖案經步驟230之燒結步驟後形成太陽能電池之背面電極。上述之第二電極圖案之材料可為鋁、鈦或銅等金屬。然而，有關於第二電極圖案之形成的相關技術，在此並不受限。

步驟240為蝕刻部分第一電極圖案330a，以減少第一電極圖案之寬度，如第3C圖所示之第一電極圖案330b。此步驟係由於銀膠印刷和燒結的過程中，會有部分銀膠332(第一電極圖案之材料)濺到第一電極圖案330a之周圍部分，如第3B圖所示，倘若不清除這些濺出來的銀膠332，會造成後續電鍍步驟後形成很大的擴線。因此，在進行電鍍步驟之前，先對抗反射層上之銀膠進行蝕刻，用以去除濺出來之銀膠，同時可以縮減指狀電極之寬度，使得太陽能電池的受光面積增加。

在步驟240中，其中蝕刻步驟係以一濕蝕刻方法，其包含使用一蝕刻溶液為NH₄OH/H₂O₂、Ce(NO₃)₂、HNO₃、3HCl/H₂O₂或KI/I₂。然而，蝕刻溶液的種類並不限於此，其係因第一電極圖案之材料選擇適當之蝕刻溶液。在一實施方式中，第一電極圖案之材料為銀膠，蝕刻步驟係使用HNO₃作為蝕刻溶液。在另一實施方式中，蝕刻步驟係使用濃度為10%至30%之HNO₃作為蝕刻溶液，蝕刻時間為30秒至5分鐘。

步驟250為電鍍與第一電極圖案330b相同之材料於第一電極圖案330b上，以形成太陽能電池之正面電極330c，如第3D圖所示。相較於第1C圖，由第3D圖可明顯看出太陽能電池之第一電極圖案經過蝕刻，可得到較細的正面電極330c，以及更大之受光面積。根據本發明之一實施例，此由第一電極圖案330b形成之正面電極330c係由銀金屬構成。

以下列舉數個實施例以更詳盡闡述本發明之方法，然其僅為例示說明之用，並非用以限定本發明，本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

比較例1

首先，提供一半導體基板，其迎光面上具有一抗反射層，其材料為氮化矽。接著，網印銀膠於抗反射層，用以作為正面電極，其包含複數匯流電極以及複數指狀電極，並形成背面電極於背光面上，其中背面電極之材料為鋁膠和銀鋁膠。然後燒結電極，燒結步驟係一分階段升溫的過程，在此比較例中，燒結溫度係由475℃、580℃、585℃、590℃、595℃、675℃至970℃之階段升溫。燒結電極後進行一前值測試，結果如下列表一。接著，電鍍銀於正面電極。比較例1之不經蝕刻步驟之太陽能電池的基本參數測試結果請參考下列表一。

實施例1

首先，提供一半導體基板，其迎光面上具有一抗反射層，其材料為氮化矽。接著，網印銀膠於抗反射層，用以作為正面電極，其包含複數匯流電極以及複數指狀電極，並形成背面電極於背光面上，其中背面電極之材料為鋁膠和銀鋁膠。然後燒結電極，燒結步驟係一分階段升溫的過程，在此實施例中，燒結溫度係由475℃、580℃、585℃、590℃、595℃、675℃至970℃之階段升溫。燒結電極後進行一前值測試，前值係表示進行蝕刻前之基本參數測試，前值測試結果如下列表一。燒結步驟後，以濃度為25%之硝酸溶液(HNO₃)蝕刻銀膠，將濺在電極周圍之銀膠去除，再以銀電鍍正面電極。實施例1之經蝕刻後之太陽能電池的基本參數測試結果請參考下列表一。

經由表一可知，蝕刻前之指狀電極的平均線寬為72.7μm(請參照第4A圖)，比較例1之指狀電極的平均線寬為81.36μm，其寬度增加8.66μm；而實施例1之指狀電極在蝕刻後、電鍍前之平均線寬為50.59μm(請參照第4B圖)，經過電鍍後，指狀電極的平均線寬為62.65μm(請參照第4C圖)，其寬度比蝕刻前減少10.05μm。此外，實施例1之短路電流(Isc)為8.4978 V，比蝕刻前大了0.0641 V；且與比較例1相比，實施例1之短路電流(Isc)也比比較例1之短路電流大了0.0152 V，顯示本發明之太陽能電池經過蝕刻後之效能較佳。

綜上所述，應用本發明之優點係在網印及燒結銀膠後，利用蝕刻方式去除濺在指狀電極周圍的銀膠，並縮小指狀電極之寬度；因此，電鍍之後可得較細之電極，並同時增加太陽能電池面的受光面積，以提升太陽能電池之效能。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

210、220、230、240、250‧‧‧步驟

Claims

一種太陽能電池之製作方法，包含：(a)提供一半導體基板，其中該半導體基板上具有一迎光面及一背光面，且該迎光面上具有一抗反射層；(b)網印複數第一電極圖案於該抗反射層上；(c)燒結該些第一電極圖案；(d)蝕刻至少部分該些第一電極圖案，以減少該些第一電極圖案之寬度；以及(e)電鍍與該些第一電極圖案相同之材料於該些第一電極圖案上，以形成該太陽能電池之正面電極。
如請求項1所述之方法，其中步驟(b)更包含形成一第二電極圖案於該半導體基板之背光面上，且該第二電極圖案經步驟(c)之燒結步驟後形成該太陽能電池之背面電極。
如請求項1所述之方法，其中該第一電極圖案包含複數匯流電極以及複數指狀電極，且經步驟(d)之蝕刻步驟後，該些指狀電極之寬度變小。
如請求項1所述之方法，其中該第一電極圖案之材料係選自至少一由鈦金屬、鈷金屬、鎢金屬、鉑金屬、鉿金屬、鉭金屬、鉬金屬、鉻金屬、鈀金屬、金金屬、銀金屬及鋁金屬所組成之群組。
如請求項1所述之方法，其中該第一電極圖案之材料為銀膠。
如請求項1所述之方法，其中該抗反射層之材料為氮化矽(SiNx)。
如請求項1所述之方法，其中該蝕刻步驟係以一濕蝕刻方法。
如請求項1所述之方法，其中該蝕刻步驟包含使用一蝕刻溶液為NH₄OH/H₂O₂、Ce(NO₃)₂、HNO₃、3HCl/H₂O₂或KI/I₂。
如請求項1所述之方法，其中該第一電極圖案之材料為銀膠，係使用HNO₃作為蝕刻溶液。
如請求項1所述之方法，其中該蝕刻步驟係使用濃度10%至30%之HNO₃作為蝕刻溶液，且蝕刻時間為30秒至5分鐘。