TW201448258A - 用於半導體之自站立金屬物件（一） - Google Patents

Abstract

一種自站立金屬物件及其製造方法被揭露，其中該金屬物件係電鑄於一導電模蕊上。該模蕊具有具一預成型圖案之一外表面，其中該金屬物件之至少一部分形成於該預成型圖案中。將該金屬物件自該導電模蕊分離，形成可與供一光伏打電池用之一半導體材料之表面耦接的一自站立金屬物件。

Description

用於半導體之自站立金屬物件(一) 相關申請案

本申請案主張於2013年3月13日申請之美國專利申請案第13/798,123號名為「用於半導體之自站立金屬物件」之優先權，該案由本申請案之受讓者擁有，並藉參考方式併入本文。本申請案亦與下列申請案相關：1)名為「用於半導體之自站立金屬物件」且由Babayan等人於2013年3月13日申請之美國專利申請案第13/798,124號；2)名為「用於半導體之自站立金屬物件」且由Babayan等人於2013年3月13日申請之美國臨時專利申請案第61/778,443號；及3)名為「用於半導體之自站立金屬物件」且由Babayan等人於2013年3月13日申請之美國臨時專利申請案第61/778,444號；所有該等申請案均由本申請案之受讓者擁有，並以參考方式併入本文。

發明領域

本發明係有關於用於半導體之自站立金屬物件。

太陽能電池係將光子轉換為電能之裝置。由電池產生之電能透過耦合至半導體材料之電氣接點收集，並安 排路線通過與模組中之其他光伏打電池的互連。太陽能電池之「標準電池」模型具有用來吸收進入太陽能並將其轉化為電能之一半導體材料，其置設於抗反射塗料(ARC)層下方及金屬背板上方。電氣接點典型利用燒穿糊(fire-through paste)製造至半導體表面，該燒穿糊係經加熱以使糊擴散穿過ARC層並接觸電池之表面的金屬糊。該糊基本上經圖案化為一組指狀物及匯流條，其隨後利用條帶將其等焊接至其他電池以建立模組。另一類太陽能電池具有夾在透明導電氧化物層(TCO)之間的半導體材料，其隨後以亦組配成一指狀物/匯流條圖案的一最終傳導糊層塗覆。

在此兩類電池中，典型為銀之金屬糊作用來使電流在水平方向(平行於電池表面)流動，進而允許太陽能電池之間的連接被製造以建立模組。太陽能電池金屬化最常見係透過將銀糊網印至電池上、固化該糊、及隨後將條帶焊接跨過網印的匯流條來完成。然而，銀相對於太陽能電池之其他組件為昂貴，且在總成本中占有高百分比。

為降低銀成本，用於金屬化太陽能電池之替代方法在業界係為已知。例如，已嘗試透過將銅直接鍍敷至太陽能電池上以用銅代替銀。然而，銅鍍敷之缺點在於電池受銅的污染，其會影響可靠性。當直接鍍敷至電池表面時，鍍敷生產量及產率亦會由於電鍍所需之步驟繁多而成為問題，諸如沉積晶種層、施用遮罩及蝕刻或雷射刻除鍍敷區域以形成所需之圖案。用於在太陽能電池上形成電氣導管之其他方法包括採用平行線或聚合片包封導電線並將其等 鋪設至電池上之配置。然而，使用線網格帶來諸如不想要的製造成本及高串聯電阻之問題。

本案揭露一種自站立金屬物件及製造方法，其中金屬物件被電鑄在一導電模蕊上。此模蕊具有預成型圖案之外表面，其中該金屬物件之至少一部分形成於該預成型圖案中。將該金屬物件自導電模蕊分離，形成可與用於光伏打電池之半導體材料之表面耦接的自站立金屬物件。

100、160、801、930、1160‧‧‧太陽能電池

110‧‧‧抗反射塗料層/ARC層

120‧‧‧射極/摻雜區域

125、835、837‧‧‧摻雜區域

130‧‧‧基極(區域)

140‧‧‧前接觸部/電氣接觸部

145‧‧‧匯流條

150‧‧‧後接觸層/電氣接觸部

170‧‧‧非傳導層/鈍化層

175、845、2070‧‧‧孔

200、400、500、1100、1220、1700、1800‧‧‧模蕊

205‧‧‧(外)表面

210‧‧‧圖案元件/預成型圖案

212‧‧‧圖案元件/圖案

300、650、655、810、850、860、1150、1920、2220‧‧‧金屬物件

310、312、812、925、1025、 1111、1210、1212、1310‧‧‧電鑄元件

315‧‧‧鎳層

320‧‧‧相交元件

410、510、530、540‧‧‧圖案元件

420‧‧‧金屬模蕊基部

430‧‧‧介電層

505、1720‧‧‧外表面

520、1225‧‧‧釋放層

600a、600b‧‧‧金屬層

610、620、852、862‧‧‧指狀物

612、622‧‧‧底表面

630、814、854、864‧‧‧框架元件

660‧‧‧互連元件

670‧‧‧第一網格區/網格/第一區

680‧‧‧第二區/互連元件

690‧‧‧電氣導管/網格

700、1400、1600‧‧‧流程圖

710~770、1410~1490‧‧‧步驟

800、1300‧‧‧光伏打電池

820‧‧‧附接材料

830‧‧‧光伏打組件

831‧‧‧透明層

832‧‧‧光入射層

833、2210‧‧‧半導體基板

834‧‧‧作用區域

836‧‧‧後接觸層

840‧‧‧鈍化層

910‧‧‧焊料接點

920‧‧‧金屬元件/電鑄元件

927‧‧‧倒角轉角

1010‧‧‧焊料(接點)

1020‧‧‧區段

1027‧‧‧形貌體

1112‧‧‧過鍍頭

1120‧‧‧金屬基部

1130‧‧‧電鑄元件/介電層

1140‧‧‧箭頭

1170‧‧‧半導體總成

1180‧‧‧囊封劑

1190‧‧‧窗口層

1212‧‧‧(圓化)頭

1230‧‧‧聚合物片

1234‧‧‧黏性層

1315‧‧‧聚合物層

1330‧‧‧聚合物片/聚合物材料/ 聚合物

1370‧‧‧半導體組件/電池

1510‧‧‧半導體裝置

1520‧‧‧導電金屬層/導電層

1530‧‧‧網格

1540‧‧‧遮蔽區域

1545‧‧‧暴露部分

1550‧‧‧氮化層

1710‧‧‧預成型圖案

1810‧‧‧第一預成型圖案

1820‧‧‧頂表面

1850‧‧‧第二預成型圖案

1860‧‧‧底表面

1900、2000、2100‧‧‧模組

1910、1910a~1910e、2200‧‧‧電池

1930‧‧‧基板

1941~1943、2041~2043、2141~2143、2145‧‧‧摺線

1950、2050、2151‧‧‧互連部

1960‧‧‧開口

2240‧‧‧虛線/切線

本文所述之本發明的各態樣及實施例可單獨或彼此組合使用。現將參照後附圖式來描述該等態樣及實施例。

圖1A為一傳統太陽能電池之立體圖。

圖1B為一傳統背接觸太陽能電池之橫截面圖。

圖2顯示一實施例中之例示性電鑄模蕊之一立體圖。

圖3A~3C描繪在製造一自站立電鑄金屬物件中之例示性階段的橫截面圖。

圖4提供一導電模蕊之一實施例的一橫截面圖。

圖5提供一導電模蕊之另一實施例的一橫截面圖。

圖6A~6B為金屬物件之兩實施例的俯視圖。

圖6C為圖6B之截面B-B的一橫截面圖。

圖6D~6E為圖6B之橫截面之又其他實施例的部 分橫截面圖。

圖6F~6G為金屬物件之又其他實施例的俯視圖。

圖7為製造一電鑄物件及形成諸如太陽能電池之一半導體裝置之程序的例示性流程圖。

圖8A~8B為製作成具有一自站立金屬物件之例示性太陽能電池之立體圖。

圖8C為太陽能電池之另一實施例的一橫截面圖。

圖8D為用於圖8C之太陽能電池中之例示性金屬物件的一俯視圖。

圖9A~9B繪示一電鑄元件之定製形貌體的一實施例。

圖10A~10B繪示一電鑄元件之定製形貌體的另一實施例。

圖11A~11C為在一實施例中形成具有介電轉移層之金屬物件之階段的橫截面圖。

圖12描繪利用聚合物片移除金屬物件之一實施例的一橫截面圖。

圖13A~13B為將例示性聚合物層製作至背接觸太陽能電池中的一橫截面圖。

圖14顯示製造具有一電鑄物件之一聚合物層及形成諸如太陽能電池之一半導體裝置之方法的一例示性流程圖。

圖15A~15D提供將金屬物件用作遮罩以使半導 體材料上之傳導層圖案化之例示性階段之立體圖。

圖16為將金屬物件用作遮罩以使半導體材料上之傳導層圖案化之方法的一例示性流程圖。

圖17為例示性圓柱形模蕊的一橫截面圖。

圖18顯示一平整模蕊之一實施例的橫截面圖，該平整模蕊在其頂及底表面上具有圖案。

圖19顯示具有摺線的一可撓模組之一實施例的一俯視圖。

圖20顯示一可撓模組之另一實施例的一俯視圖。

圖21提供具有雙向摺疊能力之一可撓模組之又一實施例的一俯視圖。

圖22為如本文所述使用一金屬物件之一可撓太陽能電池的一俯視圖。

圖1A係為一傳統太陽能電池100之簡化示意圖，該太陽能電池包括抗反射塗料(ARC)層110、射極120、基極130、前接觸部140及後接觸層150。射極120及基極130係摻雜作為p+或n-區域之半導體材料，且可一併稱為太陽能電池之作用區域。前接觸部140典型燒穿抗反射塗料層110以在作用區域形成電氣接觸。入射光經由ARC層110進入太陽能電池100，導致在射極120與基極130之接面處產生光電流。可見由前接觸部140所導致之遮蔽將影響電池100之效率。所產生之電流經由連接至前接觸部140及後接觸層150之一電路彙集。匯流條145可連接在此處顯示為指狀物 元件的前接觸部140。匯流條145彙集來自前接觸部140之電流，且亦可用來提供其他太陽能電池之間的互連。前接觸部140及匯流條145之總成亦可稱為一金屬化層。在其他類型之太陽能電池中，可使用一透明導電氧化物(TCO)層而非一介電型ARC層來彙集電流。在一TCO型電池中，可將呈例如前接觸部140及匯流條145之形式的金屬化物件製作至TCO層上，而無需燒穿，以彙集來自TCO太陽能電池之電流。

圖1B繪示另一類型太陽能電池160之簡化示意圖，其中電氣接點形成在與光進入處相對之背側上。太陽能電池160，亦稱為指叉形背接觸電池，包括ARC層110、半導體基板製成之基極區域130、及具有彼此相反極性之摻雜區域120及125(例如，p型及n型)。摻雜區域120及125位在電池160之背側上，與ARC層110相對。非傳導層170提供摻雜區域120與125之間的分離，且亦使電池160之背表面之鈍化作用完整化。電氣接觸部140與150彼此呈指叉並經由鈍化層170中之孔175個別形成連至摻雜區域120及125之電氣連接件。雖然電氣接觸部140及150在此種背接觸型太陽能電池中不會造成遮蔽問題，但其等仍可造成其他問題，諸如在將接觸部形成至電池上時的製造產率損失、將銀用於接觸時之高材料費用或將銅用於接觸時之電池衰減。

太陽能電池之金屬化典型涉及以要連接至電池的電氣接點之所欲圖案來網印銀糊。在圖1A中，前接觸部140係組配成平行區段之線性圖案。由於銀之成本可極大地 增加太陽能電池的費用，故極需要減少或甚至消除銀之使用。銅因其之高導電性，故係引人注目之銀替代物，但銅可導致半導體受污染，且因此降低太陽能電池之性能。將銅用於太陽能電池中之已知方法涉及將銅直接積設在電池上。然而，此等方法要求太陽能電池在此等鍍敷程序期間，會遭受伴隨許多步驟而來之溫度及化學物，其等可導致對電池的損壞。在其他已知方法中，平行銅線或線之編織網格之配置係與電池分開製造，及隨後接合至電池。然而，藉由此等方法難以將線與電池對齊，或製造出小到足夠能作用又能將太陽能電池上之遮蔽最小化的線。囊封於聚合膜內之線方格亦被製造，但此等方法可能為複雜且仍存有遮蔽及對齊問題，特別是因為存在聚合片。銅糊為另一替代物，但此等糊難以施敷且仍存在擴散進入太陽能電池中之問題。

在本揭露內容中，用於諸如光伏打電池之半導體的電氣導管係製作成一電鑄自站立金屬物件。此等金屬物件係與太陽能電池分開製造，且可包括可作為單件工件穩定轉移且與半導體裝置輕易對齊之多個元件，諸如指狀物及匯流條。於電鑄程序中，金屬物件之元件相互整合地形成。此金屬物件係於一電鑄模蕊(mandrel)中製造，其產生針對一太陽能電池或其他半導體裝置予以定製之一圖案化金屬層。例如，此金屬物件可具有網格線，其等具有使太陽能電池之遮蔽最小化之高對寬縱橫比。金屬物件可替代用於電池金屬化、電池間互連及模組製造之傳統匯流條金 屬化及條帶架線。製造供光伏打電池用之金屬化層作為可在處理步驟之間穩定轉移之獨立組件的能力，於材料成本及製造上提供多種優勢。

圖2描繪在一實施例中之例示性電鑄模蕊200之一部分的立體圖。模蕊200可由諸如不鏽鋼、銅、陽極化鋁、鈦或鉬、鎳、鎳鐵合金(例如不脹鋼(Invar))、銅或此等金屬之任何組合的導電材料製成，且可設計成具有充足面積以容許高鍍敷電流及使可有高生產量。此模蕊200具有外表面205，其具有包括圖案元件210及212且可針對欲生產電氣導管元件之所欲形狀予以定製之預成型圖案。在此實施例中，圖案元件210及212為具有矩形橫截面之凹槽或溝槽，然而在其他實施例中，圖案元件210及212可具有其他橫截面形狀。圖案元件210及212被描繪為形成網格型圖案之相交區段，其中在此實施例中，平行線組彼此垂直相交。

圖案元件210具有高度「H」及寬度「W」，其中高對寬比界定一縱橫比。透過在模蕊200中使用圖案元件210及212以形成金屬物件，可針對光伏打應用來定製電鑄金屬部件。例如，縱橫比可介於約0.01與約10之間。在一些實施例中，該縱橫比可經設計為大於1，諸如介於約1與約10之間，或介於約1與約5之間。有一高度大於寬度容許金屬層承載足夠電流，但相較於例如具有為1之縱橫比的標準圓形線，或相較於水平平整且具有小於1之縱橫比的傳統網印圖案，使電池上的遮蔽減小。網印的金屬指狀物之遮蔽值可為例如超過6%。藉由具有如本文所述之定製的縱橫 比之金屬物件，可達到小於6%的遮蔽值，諸如介於4至6%。因此，製造具有大於1之縱橫比之電氣導管的能力使光伏打電池可有最小孔隙損耗，此對於使效率最大化而言甚為重要。在將電鑄電氣導管用於太陽能電池之背表面上之實施例中，可使用諸如小於1之其他值的縱橫比。

圖案元件之縱橫比，以及橫截面形狀與縱向佈局可經電鑄以符合所需規格，諸如電流容量、串聯電阻、遮蔽損耗及電池佈局。任何電鑄程序可被使用。例如，金屬物件可由電鍍程序形成。特別是，由於電鍍通常為等向性程序，故以圖案模蕊限制電鍍以定製部件之形狀係為針對使效率最大化的一重要改良。此外，雖然在將高又窄之導管線置設於半導體表面上時典型趨於不穩定，但可透過使用模蕊來製造之定製圖案容許諸如互連線的形貌體，以對這些高而窄之導管提供穩定性。在一些實施例中，例如，預成型圖案可經組配成具有相交線之連續網格。此種組態不僅對形成網格之多個電鑄元件提供機械穩定性，且亦因電流分佈於更多導管而允許有一低串聯電阻。網格型結構亦可提高電池之穩健性。例如，若網格的一些部分呈損壞或不工作，則電流可由於網格圖案的存在而於損壞區域周圍流動。

圖3A~3C係使用模蕊製造金屬層工件中之例示性階段的簡化橫截面圖。在圖3A中，具有圖案元件210之模蕊200被提供。模蕊200受一電鑄程序，其中如圖3B中所示，電鑄元件310形成於圖案元件210內。在圖3A~3C之實施例 中，已將圖案元件210設計為具有較圖2中之彼等值大的縱橫比。電鑄元件310可例如為純銅，或在其他實施例中為銅之合金。在其他實施例中，可先將鎳層鍍敷至模蕊200上，接著電鍍銅，使得鎳提供阻止加工的半導體裝置受銅污染之障壁。額外鎳層可視情況將其鍍敷於電鑄元件310之頂部上以囊封銅，如圖3B中之鎳層315所描繪。在其他實施例中，可依需要使用所欲之各種金屬將多數層體鍍敷於圖案元件210內，以達成所製造之金屬物件的所需性質。

在圖3B中，將電鑄元件310顯示為形成與模蕊200之外表面205齊平。電鑄元件312示現可過鍍之元件的另一實施例。就電鑄元件312而言，電鍍程序持續直至金屬延伸超出模蕊200之表面205之上。典型將由於電鑄之等向性屬性而形成一圓化頂部之過鍍部分，可作為一把手以便利電鑄元件312自模蕊200抽出。電鑄元件312之圓化頂部亦可在光伏打電池中提供光學優點，例如成為一折射性表面以輔助光收集。在未顯示之另一實施例中，除形成於預成型圖案210內者外，金屬物件可具有形成於表面205之頂部上之部分，諸如匯流條。

在圖3C中，將電鑄元件310自模蕊200移開成為一自站立金屬物件300。電鑄元件310可包括諸如藉由圖2之圖案元件212形成之相交元件320。相交元件320可協助將金屬物件300製成單件自站立工件，使其可輕易轉移至其他處理步驟，同時保持個別的元件310及320彼此對齊。其他處理步驟可包括用於自站立金屬物件300之塗覆步驟及將其 合併至半導體裝置中之組裝步驟。透過將半導體之金屬層製成一自站立工件，整個半導體總成之製造產率將不受金屬層之產率影響。此外，金屬層可與其他半導體層分離地承受溫度及製程。例如，金屬層可經歷將不影響半導體總成之其餘部分的高溫製程或化學浴。

在圖3C中金屬物件300自模蕊200移除後，模蕊200可再使用於製造其他部件。由於可再使用模蕊200，故相較於在太陽能電池上直接實行電鍍之現有技術提供一顯著費用減少。在直接電鍍方法中，遮罩或模蕊形成於電池本身上，且因此必須建造在每一電池上並經常破壞。相較於要求圖案化且隨後鍍敷半導體裝置的技術下，具有一可再使用模蕊能減少處理步驟且節省成本。在其他傳統方法中，將薄印刷晶種層施敷於半導體表面以開始鍍敷程序。然而，晶種層之方法會導致低生產量。相對地，如本文所述之可再使用模蕊方法可利用容許高電流容量之厚金屬模蕊，藉此導致高鍍敷電流且因而獲得高生產量。金屬模蕊厚度可為例如介於0.2至5mm之間。

圖4至5為例示性模蕊之橫截面圖，示現各種模蕊及圖案設計之實施例。在圖4中，一平坦的金屬模蕊基部420具有鋪設在其上之一介電層430。包括用於形成金屬物件之圖案元件410的圖案在此介電層430中被生成。介電層430可為例如氟聚合物(例如鐵氟龍(Teflon®))、圖案化光阻(例如Dupont Riston®厚膜光阻)、或基於環氧樹脂之光阻的一厚層(例如SU-8)。光阻視情況曝光及移除以顯露所欲之圖 案。在其他實施例中，介電層430可透過例如機械加工或精密雷射切割予以圖案化。在此類具有介電材料環繞之圖案元件的模蕊400中，電鍍將在金屬模蕊基部420處開始自底向上填充圖案元件410之溝槽。介電材料或永久光阻之使用容許模蕊400之再使用，相較於可消耗模蕊，其減小程序步驟之數量、耗材成本及提升整體製程之生產量。

圖5顯示主要由金屬製成之另一模蕊500，其包括用於形成一金屬物件之空穴。當利用金屬模蕊500進行電鑄時，圖案元件510之金屬表面容許自溝槽圖案之全部三側進行快速鍍敷。在模蕊500之一些實施例中，諸如介電材料或低黏著材料(例如氟聚合物)之一釋放層520可視情況塗覆至模蕊500之所欲的各個區域中。此釋放層520可降低電鑄部件對模蕊500之黏著性，或可將可用來自模蕊剝離電鑄物件之諸如黏性膜的基板之黏力最小化。釋放層520可與金屬模蕊同時經圖案化，或在分開步驟中經圖案化，諸如透過光阻藉由濕式或乾式蝕刻。在金屬模蕊中之圖案元件510、530及540可例如為凹槽及相交溝槽，且可透過譬如機械加工、雷射切割、微影術或電鑄形成。在其他實施例中，若暴露於鍍敷溶液之模蕊表面經選擇而對金屬物件具有不良黏性，則模蕊500可不需要釋放層520。例如，針對將具有第一鎳鍍敷層(亦即一外層)之電鑄部件而言，模蕊400可由銅製成。銅對鎳具有低黏性且因此容許所形成之鎳塗覆工件自銅模蕊輕易移除。將釋放層520施敷至模蕊500時，金屬中之溝槽圖案元件510的相對深度及介電塗層之厚度可經 選擇以使形成於圖案元件510內之金屬工件的空隙形成最小化，同時仍有高鍍敷率。

圖5顯示另一實施例，其中釋放層520已部分延伸進入圖案元件530之深度中。此種延伸進入圖案元件530之塗層可容許有圖4之介電材料圍繞的圖案元件410與圖5之金屬圍繞的圖案元件510間之電鑄率。釋放層520延伸進入圖案元件530中之數量可經選擇以達成所欲之電鑄率。在一些實施例中，釋放層520可延伸進入圖案元件530中例如大約圖案寬度量之一半。具有延伸進入溝槽中之釋放層520的圖案元件530可允許在溝槽內之一較均勻電鍍率，且因此一較一致網格可被製造出來。介電層或釋放層520延伸進入溝槽中之量可經修改以使整體鍍敷率及鍍敷均勻性最優化。

圖5顯示模蕊500之又一實施例，其中圖案元件540具有漸縮壁。漸縮壁在模蕊500之外表面505處較寬，以便利所形成之金屬元件自圖案化模蕊移除。在未圖示之其他實施例中，用於本文所描述之任何模蕊的預成型圖案之橫截面形狀可包括諸如但不限於彎曲橫截面、圖案橫截面之轉角處的斜邊緣、沿圖案之長度之彎曲路徑、及相互以各種角度彼此相交的區段。

圖6A及6B繪示可以藉由本文所述之電鑄模蕊所製造之例示性金屬層600a及600b的俯視圖。金屬層600a及600b包括此處具體化為實質平行指狀物610之電鑄元件，該等指狀物已藉由在導電模蕊中之實質平行凹槽形成。金屬層600b亦包括此處具體化為與垂直指狀物610相交之水平 指狀物620的電鑄元件，其中指狀物610及620以大約直角相交。在其他實施例中，指狀物610及620可以其他角度相交，同時仍形成一連續網格或網目圖案。金屬層600a及600b亦包括可用作匯流條以自指狀物610及620彙集電流之框架元件630。具有整合形成為金屬物件之一部分的匯流條可提供製程改良。在本高容量太陽能模組製造方法中，電池連接經常透過將金屬帶人工焊接至電池來達成。由於人工操作及焊接帶施加於電池上之應力，此種做法通常導致電池破裂或受損。此外，人工焊接方法造成高勞力相關的生產成本。因此，正如使用本文所描述之電鑄金屬物件之可行方案，事先形成並連接至金屬化層之匯流條或條帶能夠有低成本自動化製造方法。

框架元件630亦可提供機械穩定性，使得自模蕊移除時，金屬層600a及600b係為單一自站立工件。亦即，金屬層600a及600b之所以為單一組件，係因當自光伏打電池或其他半導體總成分開時，其等係為單一組件，而指狀物610及620仍保持連接。當指狀物元件被附接至一光伏打電池時，框架元件630可進一步協助維持指狀物元件610與620間之間隔及對齊。框架元件630於圖6A至圖6B中顯示為延伸跨過金屬層600a及600b之一邊緣。然而，在其他實施例中，框架元件可僅部分延伸跨過一邊緣，或可多於一邊緣為邊界，或可在邊緣上組配成一或多個耳片，或可存在於網格本身內。此外，框架元件可與指狀物610及620同時電鑄，或在其他實施例中可在已形成指狀物610及620後於 分開步驟中電鑄。

圖6C顯示在圖6B之截面B-B處取得之金屬層600b之橫截面。在此實施例中之指狀物610被顯示為具有大於1之縱橫比，諸如約1至約5，及在此圖中諸如大約2之縱橫比。較寬度大之橫截面高度能減少金屬層600b在一光伏打電池上的遮蔽影響。在各實施例中，僅一部份指狀物610及620可具有大於1之縱橫比，或多數指狀物610及620可具有大於1之縱橫比，或所有指狀物610及620可具有大於1之縱橫比。指狀物610之高度「H」可介於例如約5微米至約200微米，或約10微米至約300微米之範圍內。指狀物610之寬度「W」可介於例如約10微米至約5mm，諸如約10微米至約150微米之範圍內。平行指狀物610之間之距離具有在各指狀物之中線間測得之間距「P」。在一些實施例中，該間距可介於例如約1mm與約25mm間的範圍。在圖6B及6C中，指狀物610及620具有不同寬度及間距，但高度上大致相等。在其他實施例中，指狀物610及620可具有彼此不同之寬度、高度及間距，或可具有一些相同的特性，或可具有所有相同特性。該等數值可依據眾因素予以選擇，諸如光伏打電池之尺寸、用於所欲效率之遮蔽量、或將金屬物件耦接至電池之前部或後部。在一些實施例中，指狀物610可具有介於約1.5mm與約6mm間之間距，且指狀物620可具有介於約1.5mm與約25mm間之間距。指狀物610及620形成於具有形狀及間隔實質上相同於指狀物610及620的凹槽之模蕊中。框架元件630可具有與指狀物610及620之相同 的高度，或可為如圖6C中之虛線所指之較薄工件。在其他實施例中，框架元件630可形成於指狀物元件610及620上方。

圖6C亦顯示指狀物610及620可彼此實質上共平面，係因指狀物610及620具有多數彼此重疊之橫截面區域。相較於彼此上下編織之傳統網格，如圖6C中描繪之共平面網格可提供較相同橫截面區域之重疊圓形線低的輪廓。金屬層600b之相交共平面線亦在電鑄程序期間彼此整合形成，藉此將更大穩健性提供至金屬層600b之自站立物件。亦即，整合元件形成為一工件而非由分離組件接合在一起。圖6D及6E顯示共面相交元件之其他實施例。在圖6D中，指狀物610於高度上較指狀物620短，但置設於指狀物620之橫截面高度內。指狀物610及620分別具有底表面612及622，其等在此實施例中對齊，諸如以提供供安裝至半導體表面用的一平整表面。在圖6E之實施例中，指狀物610具有較指狀物620大之高度且延伸超出指狀物620之頂表面。指狀物610之多數橫截面區域重疊指狀物620之整個橫截面，及因此指狀物610與620如本發明所界定為共平面。

圖6F及6G顯示其他實施例，其中電鑄金屬物件使模組中之光伏打電池間有互連。一典型模組具有串聯連接之許多電池，諸如介於36~60個之間。該等連接係透過使用焊料塗覆的銅帶將一電池之前部附接至下一電池之後部來製成。以此種方式附接帶需要薄且因此呈電阻性的條帶，以使該條帶可圍繞電池彎曲而不破壞電池邊緣。此互 連件典型亦需要各自分離焊接之三個分離條帶。在圖6F之實施例中，金屬物件650具有已與第一網格區670整合電鑄之互連元件660。互連元件660具有耦接至網格670之一第一末端，且經組配以延伸超出光伏打電池之表面，以容許連接至相鄰電池。互連元件660取代在電池間焊接分離條帶之需求，藉此降低製造成本及能有可行的自動化。在所示之實施例中，互連元件660為直線區段，但可採用其他組態。並且，互連元件660之數目可依需要而變化，諸如提供多個元件660以減小電阻。互連元件660可在電鑄後呈彎曲或折角以諸如使能有電池間之前至後連接，或可於模蕊中經製作以相對網格670成折角。

互連元件660之相對末端可耦接至一第二區680，其中第二區680亦可於導電模蕊中電鑄作為金屬物件650之一部分。在圖6F中，第二區680經組配成一耳片-例如一匯流條，隨後可將其電氣連接至相鄰電池之一電氣導管690。導管690在此處經組配成一網格，但可採用其他組態。網格670可例如用作一第一電池之前表面上的電氣導管，而網格690可為一第二電池之後表面上的電氣導管。在圖6G之實施例中，金屬物件655具有網格以代替匯流條型連接。金屬物件655包括第一區670、互連元件660及第二區680，其等均已電鑄為一單一組件，使得電池間連接已藉由金屬物件655提供。因此，金屬物件650及655不僅在一光伏打電池之表面上提供電氣導管，且亦提供電池間的互連。

雖然已將圖2~5中所述之模蕊描述為平整模蕊， 但模蕊可另為圓柱形以有助於一連續程序。圖17顯示一例示性圓柱形模蕊1700之橫截面圖，該模蕊具有建立於外表面1720上之預成型圖案1710。在此種實施例中，可在電鑄浴中浸漬及轉動圓柱形模蕊1700，且可將所獲得之單件金屬物件製成一連續板條，其可隨後依需要修剪為分離單件工件。在其他實施例中，圖18之橫截面圖中所例舉之平整模蕊1800可具有在頂表面1820中之第一預成型圖案1810及在底表面1860中之第二預成型圖案1850。第一及第二預成型圖案1810及1850可彼此相同或不同。例如，在圖18中，第一預成型圖案1810具有與第二電鑄圖案1850相比具有不同寬度、高度及間距之元件。雙側模蕊1800可用於一次製造兩圖案，或在其他實施例中，可遮蔽一側，而將另一側用於製造電鑄部件。在一實施例中，第一預成型圖案可用於製造供太陽能電池之前側用的一金屬物件，且第二預成型圖案可用於形成供太陽能電池之背側用的一金屬物件。

圖7描繪用於製作諸如光伏打電池之半導體總成的自站立電鑄金屬物件之例示性流程圖700。在本揭露內容中，對形成半導體裝置或光伏打電池之半導體材料的指涉可包括非晶矽、結晶矽或適合用於光伏打電池中之任何其他半導體材料。在步驟710中，使用一導電模蕊來實施電鑄程序。此模蕊具有在其中形成金屬物件之一或多個預成型圖案。在一些實施例中，金屬物件經組配來用作光伏打電池內之電氣導管。在某些實施例中，金屬物件可包括使在太陽能模組之光伏打電池間能有連接之形貌體。預成型圖 案可具有大於1之縱橫比，且可包括彼此相交之多個平行圖案。加工的電鑄金屬物件之至少一部分被建立在預成型圖案內。金屬物件之其他部分，諸如一匯流條，形成於模蕊之預成型圖案內或頂表面上。

電鑄步驟710可包括使模蕊之外表面與包含第一金屬之鹽類之溶液接觸，其中該第一金屬可為例如銅或鎳。此第一金屬可形成整個金屬物件，或可形成其他金屬層之一金屬前驅物。例如，可將包含第二金屬之鹽類溶液鍍敷於第一金屬上。在一些實施例中，第一金屬可為鎳及第二金屬可為銅，其中鎳就銅擴散提供一障壁。可視情況將第三金屬鍍敷於第二金屬上，諸如將為鎳之第三金屬鍍敷於為銅之第二金屬上，該第二金屬已鍍敷於為鎳之第一金屬上。在此三層結構中，銅導管被鎳囊封以提供阻止銅污染進入半導體裝置中之障壁。在步驟710中之電鑄程序參數可為例如介於1至3000安培/平方英尺(ASF)之間的電流及介於例如1分鐘至200分鐘間的鍍敷時間。可施敷其他導電金屬以增進黏附性、增進可潤濕性、用作一擴散障壁、或改善電氣接觸，諸如錫、錫合金、銦、銦合金、鉍合金、鎢酸鎳或鎢酸鈷鎳。

在形成金屬物件後，金屬物件在步驟720中自導電模蕊分離成為自站立單件工件。該分離步驟可涉及使用或不使用暫時聚合片、或使用或不使用真空處理，將物件自模蕊提起或剝離。在其他實施例中，移除步驟可包括熱或機械衝擊或超音波能量以協助自模蕊釋放所製作之部 件。隨後備妥自站立金屬物件以如下文所述透過附接及電氣耦接物件形成至光伏打電池或其他半導體裝置中。將金屬物件轉移至各製造步驟可在不需要諸如塑性或聚合基板之支撐元件下實施，藉此可降低成本。

自站立金屬物件可直接安裝至太陽能電池或可在附接前經受其他處理步驟。注意針對本發明之目的，「金屬物件」用與亦可互換地稱為網格或網目，即使一些實施例可不包括相交之交叉構件。若已形成不具有障壁層之金屬物件，則分離之自站立金屬物件可在步驟730中選擇地經受額外的鍍敷操作。例如，可透過譬如無電或電鍍實施鎳鍍敷。在一些實施例中，金屬物件亦可在高溫下採鎳鈷鎢或鈷鎢磷電鍍，以建立供銅材料用之擴散障壁，同時在低於300℃下標準鎳鍍敷阻止銅在電池中遷移。

在已完成任何其他鍍敷程序後，在步驟740中，可將一附接機構應用於自站立金屬物件，以備將其安裝至電池表面。就標準太陽能電池模組而言，可將諸如燒穿銀糊之反應性金屬層施敷在將耦接至太陽能電池之金屬物件的表面。反應性糊提供金屬物件與半導體層之間之電氣連接，且可薄薄地施敷。該糊可透過例如網印施敷至電鑄金屬物件。施敷至網格之銀數量較當僅自燒穿糊形成金屬化層時所需者小得多。由於燒穿糊係施敷至網格而非太陽能電池上，故網格與太陽能電池間之電氣耦接自我對齊。亦即，無需將電氣導管之指狀物與已應用至太陽能電池上之導電糊線對齊，藉此簡化製造程序。此外，在傳統方法中， 經常施敷額外糊以確保與電氣接點對齊。相對地，本方法容許僅在必需時才施敷銀糊。利用附接機構之其他方法包括電鍍、無電鍍敷、波焊法(wave soldering)、諸如蒸發或濺射之物理氣相沉積技術；經由噴墨分散或氣動分散技術；或薄膜轉移技術，諸如將網格沖壓至熔融焊料或金屬薄膜上。

雖然一些太陽能電池類型使用介電ARC，但其他類型使用導電ARC，諸如TCO。就TCO型太陽能電池而言，諸如以銦錫氧化物(ITO)塗覆之彼等物，步驟740中之附接機構可為焊料，諸如低溫焊料。將該焊料施敷至即將與電池接觸之網格的表面。透過將焊料施敷至網格，使用焊料之量極小，藉此降低材料成本。此外，焊料與網格自我對齊。金屬物件上之焊料的類型可經選擇以達成下列特性，諸如良好歐姆接觸及導電性、強黏著性、快速熱消散、與標的表面之低熱膨脹係數(CTE)失配、穩健機械應力釋放、高機械強度、結實電遷移障壁、充分可潤濕性、及金屬電鑄網格與太陽能電池表面間之化學穩妥材料交互擴散障壁。在一實施例中，可施敷一免清洗焊料。在另一實施例中，可將無電或電鍍低熔點金屬或合金，諸如但不限於銦、銦錫、銦鉍、鉛錫銀銅、鉛錫銀及鉛銦施敷至網格。在又一實施例中，可將焊糊印刷至網格上。焊糊可能在網格與太陽能電池得以耦接一起前需要一乾燥程序。在更一實施例中，可將網格之尖端，即底表面，浸漬或浸沒於液體焊料中，該液體焊料將視情況附接至網格表面。

雖然上文已將附接機構描述為應用至電鑄物件，但在其他實施例中，步驟740可包括將燒穿糊或焊料材料施敷至太陽能電池。電鑄物件可隨後藉由糊或焊料與導電圖案形成接點。可透過視情況地將銦金屬或銦合金施敷至物件以將金屬物件準備好用於與電池接觸。可透過將網格浸漬至電解液中同時提供電流而將銦電鍍至網格之表面上。在另一實施例中，可藉由無電鍍敷方法，透過將其浸漬至銦溶液中來塗覆網格。首先可將網格浸漬於熔融助熔劑中，該助熔劑移除網格之尖端上之氧化物，且隨後將網格浸漬至銦錫焊料中，以使銦錫焊料僅潤濕網格之尖端。在另一實施例中，可將網格浸漬至銦錫糊中，接著實施一退火步驟，再次使僅網格之尖端經塗覆。以銦僅塗覆尖端而非整個網格之做法保留珍貴的銦，同時仍獲得可接觸表面。一旦銦尖端化，則可藉由例如太陽能電池之邊緣上的光學對齊標記，使指狀物或電鑄物件之元件與電池上之燒穿糊或焊料對齊。

在其他實施例中，可利用類似方法將金屬物件用於背接觸型太陽能電池，如圖1B中繪示之彼等物。在步驟740中，典型可為焊料之附接機構可應用至金屬物件或太陽能電池，且隨後使金屬物件與電池接觸。加熱附接機構以將金屬物件與電池電氣耦接。在背接觸太陽能電池之一實施例中，可將第一金屬物件之電鑄元件耦接至電池之後表面上之p型區域，同時可將第二金屬物件之電鑄元件耦接至n型區域。例如，可將金屬物件組配成具有如圖6A中之線性 指狀物，且可將第一金屬物件之指狀物與第二金屬物件之指狀物指叉。

在已將附接機構應用至金屬物件後，在步驟750中，將金屬物件耦接至電池或半導體裝置表面。使金屬物件與太陽能電池之表面接觸。若將燒穿銀糊放置於網格物件之尖端，則將總成加熱至糊之燒穿溫度，如至少400℃或至少800℃之溫度。在燒製期間可透過使用滾輪或夾板將網格固定成機械穩定。燒穿糊一旦凝固，即可互連模組中之相鄰太陽能電池。就焊料尖端化之網格而言，依類似方式將網格耦接至太陽能電池，並加熱至特定焊料所需之溫度，典型介於100℃與300℃之間。在大氣或真空中的熱及/或壓力程序可用來回流焊料及形成金屬物件與太陽能電池間之接點。

在一些實施例中，獨立網格或金屬物件在經所欲之障壁層鍍敷後，可在抗反射塗料層沉積前，附接至太陽能電池。在一標準電池中，可使網格接觸射極表面(例如摻雜矽)及加熱以生成一鎳矽化物化學鍵。諸如氮化物之ARC可在網格附接後，隨後可在視情況步驟760中沉積。網格之匯流條接著可連接至模組中之另一電池。在ARC層前附接網格之實施例排除任何使用銀燒穿糊之需要。此外，此實施例可應用於矽異質接面太陽能電池。例如，可將諸如網格之自站立金屬物件耦接至異質接面電池非晶矽層之表面。隨後可加熱以生成一鎳矽化物鍵，且可將ITO層沉積於後來之網格上。

在步驟750中已形成完整化光伏打電池後，可在步驟770中互連形成一太陽能模組之多個電池。在一些實施例中，可將已作為金屬物件之一部分電鑄之匯流條或耳片用於此等互連。

可見本文所述之自站立電鑄金屬物件適用於各種電池類型，且可在太陽能電池之製造順序內之不同點插入。此外，可將電鑄電氣導管用於太陽能電池之前表面或後表面或兩者上。當電鑄物件被使用在前及背表面兩者上時，該等電鑄物件可同時應用以避免任何可造成電池之機械彎曲的熱膨脹失配。

圖8A~8B繪示製造為具有自站立金屬物件810之例示性光伏打電池800之示意圖。在此實施例中之金屬物件810包括電鑄元件812及跨越在電鑄元件812之周界附近之邊緣之框架元件814。電鑄元件812顯示為平行線，其在此實施例中垂直相交以形成連續網格圖案，但在其他實施例中，可將該等電鑄元件組配成以其他角度相交之線，或一組平行線，或其他圖案。電鑄元件812之尖端具有經施敷之附接材料820，諸如焊料或燒穿銀糊。附接材料820將金屬物件810電氣耦接至光伏打組件830，其中光伏打組件830可包括光入射層832(例如ARC及/或TCO)、作用區域834(射極及基極)及後接觸層836。圖8B顯示光伏打電池800之另一實施例，其中層832係為ARC，其中附接材料820係為已燒穿ARC之銀糊。在圖8A~8B中，可將囊封劑(圖中未示出)施敷於金屬物件810上以密封經完整化之光伏打電池800，藉由 框架元件814形成與其他電池之互連。在其他實施例中，可依類似方式將第二金屬物件810耦接至為非光入射表面的後接觸層836，以將相反極性之電氣接點提供至光伏打電池800。

圖8C~8D顯示製造為具有自站立金屬物件之例示性背接觸太陽能電池801之簡化示意圖。在圖8C之橫截面圖中，太陽能電池801包括透明層831(例如ARC)、半導體基板833、摻雜區域835及837、及鈍化層840。兩自站立金屬物件850及860具有依交替方式置設之電鑄元件。金屬物件850及860之電鑄元件經由鈍化層840中之孔845分別提供與摻雜區域835及837之電氣接觸。圖8D顯示用於太陽能電池801中之金屬物件850及860之俯視圖。金屬物件850具有與金屬物件860之指狀物862指叉之指狀物852。金屬物件850之框架元件854及金屬物件860之框架元件864作為各金屬物件之電氣連接點，且亦提供機械穩定性。

圖9A~9B繪示又一實施例，其中可減小施敷於金屬物件與太陽能電池之間之焊料的遮蔽作用。圖9A顯示標準焊料接點910之垂直橫截面圖，該焊料接點可透過將具有直線性橫截面之金屬元件920鉛焊至太陽能電池930產生。由於焊料會自然地使藉其接合之表面間形成潤濕角，故焊料具有寬度「F1」之佔用面積。此佔用面積之寬度將阻擋光進入太陽能電池930中，且因此導致遮蔽。在圖9B中，電鑄元件925之橫截面形狀相較於電鑄元件920有所不同，原因在於電鑄元件925具有在其下表面上之倒角轉角927。倒 角化改變焊料接點910之潤濕角，使得佔用面積寬度「F2」小於「F1」。因此，該定製之電鑄元件925形狀能減小遮蔽作用。使電鑄元件925之橫截面形狀定製之能力可透過使用如上文各實施例所述之電鑄模蕊來實現。可在模蕊中形成諸如倒角化、圓角化(filleting)、微坑、細瘤部及類似者之形貌體以將此等形貌體賦予將製造之電鑄部件。

圖10A~10B顯示減小來自應用至金屬物件之焊料之遮蔽作用的另一實施例之俯視圖。圖10A顯示應用至兩斜相交線性區段1020之傳統焊料接點1010。焊料接點1010之總佔用面積具有寬度「F3」。圖10B顯示電鑄元件1025，其中已將凹面切出形貌體1027併入轉角中，其中電鑄元件1025經由已形成元件1025之模蕊之形貌體相交。凹面形貌體1027改變焊料1010之潤濕角，使得佔用面積寬度「F4」相較於「F3」減小。可採用除此處顯示之凹面形貌體以外的形狀。因此，透過將形貌體併入成型模蕊中而定製電鑄元件之形狀的能力，可減小用於將電鑄元件耦接至光伏打表面之焊料的遮蔽作用。

在圖11A~11C所示之另一實施例中，在其中形成金屬物件之模蕊部分可變為最終半導體裝置之一部分。圖11A顯示類似於上文所述之圖4之模蕊400之一模蕊1100的橫截面圖，其具有一金屬基部1120及具有用於形成電鑄元件1110之圖案的一介電層1130。電鑄元件1110已在電鑄程序期間形成於介電層1130中。此外，鍍敷厚度亦可能超過模蕊圖案之高度以形成過鍍頭1112。在其他實施例中，不 實行過鍍，如在電鑄元件1111中。將包含電鑄元件1110之金屬物件自模蕊1100移除時，可依照箭頭1140指示將介電層1130與電鑄元件1110自模蕊金屬基部1120剝離。頭1112可有助於將電鑄元件1110固定於介電層1130。

在圖11B中，可隨後將作為電鑄元件1110之組合且由介電層1130包圍之經分離的金屬物件1150耦接至半導體表面以形成例如一光伏打電池。太陽能電池1160之一實施例係描繪在圖11C之簡化示意圖中。太陽能電池1160包括一半導體總成1170。金屬物件1150係耦接至半導體總成1170，且以囊封劑1180及諸如抗反射塗層之窗口層1190覆蓋。囊封劑1180可為例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚烯烴(TPO)或聚乙烯丁醛(PVB)。圖11A~11C之介電層1130可經選擇為合適於適當半導體應用。就光伏打電池而言，可轉移介電材料之標的特性將取決於預期太陽能模組之可靠性規格。由於介電材料將併入模組中，故其應具有耐受太陽能模組之使用期限的耐久性。介電材料亦應為透明以容許光透射至太陽能電池，且亦應抵抗銅擴散進入電池中。一類型合適介電材料為例如電子封裝產業中已知之耐焊介電材料。

在其他實施例中，可將本文所述之金屬物件與一聚合物片組合以形成一聚合物層。圖12顯示此方法之一實施例，其中已藉由模蕊1220形成具有電鑄元件1210之金屬物件。電鑄元件1210可組配例如為一組平行線，或形成網格之相交線組。就此實施例而言，電鑄元件1210已經過鍍 以形成在其等頂表面處之圓化頭1212，如上文與圖3B之電鑄元件312有關之描述。將聚合物片1230放置於模蕊之表面上且用來將電鑄元件1210自模蕊1220移除。圖12顯示聚合物片1230及電鑄元件1210已自模蕊1220提起之狀態。聚合物片1230與模蕊接觸，以使電鑄元件1210之頭1212至少部分嵌入聚合物片1230中。頭1212因面積較大而使聚合物片1230可抓住電鑄元件1210，且頭1212亦可用作錨定點。注意的是，雖然頭1212以彎曲表面嵌入，但可採用其他形狀。此外，就一些金屬物件及模蕊而言，可不需要過鍍。具有電鑄元件1210之嵌入頭1212的聚合物片1230自模蕊1220提起，藉此將頭1212向上拉出，進而將金屬物件之電鑄元件1210自模蕊1220提起。電鑄元件1212之底部保持自聚合物片1230暴露，自此等錨定點懸掛，藉此容許後續依需求對其等予以塗覆或鍍敷。

聚合物片1230可由例如EVA、TPO或PVB製成。聚合物片1230可視情況組構成藉一黏性層1234覆蓋之基板層1232。黏性層1234面向模蕊以齧合電鑄元件1210。基板層1232可為例如聚乙烯、聚酯或聚酯膜(例如Mylar®)，且黏性層1234可為例如EVA或TPO。若聚合物片1230包括一黏性材料，則模蕊1220可包括一視情況釋放層1225以容許聚合物片1230自模蕊1220能輕易剝離。釋放層1225可為例如一氟聚合物或其他低黏性材料。黏性層1234係製成具有容許頭1212有至少部分嵌入在其中之一厚度。

在一些實施例中，聚合物片1230主要使用來將電 鑄元件1210自模蕊移除，諸如用作一轉移材料。聚合物片1230可隨後自電鑄元件1210分離，造成如以上實施例所述之自站立金屬物件。使用聚合物片以將金屬物件自導電模蕊移除可使處理程序變得有助於自動化，藉此能有高生產量。當物件經受其他製造步驟時，聚合物片亦可提供電鑄金屬物件用之支撐。例如，由於電鑄元件1210之底表面在自模蕊1220抽出後保持暴露，故聚合物片1230可用來固持金屬物件，同時底表面係為例如以障壁層鍍敷或以焊料或燒穿糊施敷。聚合物片1230亦可提供額外機械支撐以在操作期間維持網格之尺寸。

在其他實施例中，聚合物片可成為最終半導體裝置中金屬物件將放置之一組件。圖13A~13B顯示一例示性實施例，其中將聚合物層1315放置於半導體組件1370上以形成光伏打電池1300。在此實施例中，聚合物層1315用作供光伏打電池1300之後表面用的一電氣導管。然而，圖13A~13B所述之程序亦可用於作為一前接觸或前及後接觸之聚合物層1315。聚合物層1315包括聚合物片1330及電鑄元件1310，其等類似於圖12之聚合物片1230及電鑄元件1210。半導體組件1370可為例如具有諸如作用區域、後接觸及TCO層之層體的一太陽能電池。在一些實施例中，聚合物層1315可具有施敷至電鑄元件1310之暴露表面的一反應性金屬層(圖中未示出)，或可將反應性金屬層施敷至接收電鑄元件1310之半導體組件1370的表面。利用熱及壓力將聚合物層1315機械及電氣耦接至電池1370。所施加之熱及 壓力將網格推進聚合物材料1330中，如圖13B所示。電鑄元件1310在聚合物1330中建立機械錨定點且提供電鑄元件1310在聚合物層1315內之結實穩定化。聚合物材料1330經選擇為具有太陽能囊封劑材料之所需特性，在取決於電池類型之其他所需限制中尤其值得一提的是諸如透明度、耐久性、可潤濕性及抗腐蝕性。用於聚合物片1330之材料可為例如EVA、TPO、PVB及離子聚合物。

圖14係將聚合基板與諸如網格或網目之電鑄金屬物件組合使用之例示性流程圖1400。在步驟1410中，藉由使用具有預成型圖案之導電模蕊的電鑄程序製作金屬物件。在步驟1420中，金屬物件與聚合物片接觸，其中將金屬物件之一部分嵌入於聚合物片內。在步驟1430中，將聚合物片及電鑄元件自模蕊提起或剝離，以將聚合物層自模蕊分離，其中該聚合物層係聚合物片與部分含於其中之電鑄網格之複合材料。在視情況步驟1440中，可在電鑄元件之暴露部分上實施額外鍍敷或其他程序。例如，若在電鑄程序期間未添加鎳層，則步驟1440可包括將鎳或另一障壁材料鍍敷於網格之暴露部分上。步驟1440亦可包括清洗步驟，諸如移除氧化物以製備用於鉛焊之網格。

若主要將聚合物片用作轉移材料，則在步驟1450中可將聚合物片自金屬物件拆分。隨後在步驟1460中可將金屬物件加工至光伏打電池或其他半導體裝置中，其可包括實行圖7之步驟740至770。在將把聚合物片併入加工的裝置之其他實施例中，在步驟1470中可如圖7之步驟740中所 描述將附接機構應用於網格或半導體裝置。在步驟1480中，聚合物層隨後耦接至半導體裝置，諸如透過使用熱及壓力予以結合。此結合程序造成聚合物材料囊封電鑄網格，且亦電氣耦接網格與太陽能電池間之任何焊料或燒穿糊。結合程序可包括使電池及聚合物層經受使用真空、升高之溫度及壓力的層壓程序。在層壓條件下，焊料回流(reflow)並形成電池與聚合物支撐的金屬網格間之電氣接點，同時聚合物結合至電池表面且形成穩健機械接觸。光伏打電池可隨後在步驟1490中透過實行任何加工步驟來完成，諸如施敷抗反射層及形成與太陽能模組中之其他電池的互連部。流程圖1400之程序適用於前及背側連接兩者，以及各類太陽能電池，包括標準、非標準TCO塗覆及背接觸(例如指叉背接觸)電池。

在又一實施例中，本文揭示之金屬物件可用作半導體表面上之導電層的遮罩，其中該金屬物件隨後與導電層上所生之圖案自我對齊。圖15A顯示包括用於太陽能電池之層體的半導體裝置1510之部分的一立體圖。半導體裝置1510具有放置於其頂表面上之導電金屬層1520。導電金屬層1520，在產業中亦稱為接觸層，可實質上覆蓋半導體裝置1510之整個表面。由導電金屬層1520覆蓋之表面可為太陽能電池之光入射頂表面。導電金屬層1520可為例如在ARC層沉積前不久或經由燒穿金屬層之完整化沉積在標準太陽能電池上之金屬薄膜。導電層1520可另為TCO層。在一實施例中，導電層1520可為具有鎳沉積於其上之鈦薄 層。導電金屬層1520經選擇以與半導體裝置1510形成良好歐姆接觸，且提供對半導體裝置1510及對隨後將附接之金屬網格之優異黏著性。導電金屬層1520可為例如鈦、鎢、鉻、鉬或其等組合，且可使用任何業界已知之方法來提供於半導體裝置上，包括諸如物理氣相沉積或電鍍之沉積方法。在一些實施例中，導電金屬層1520之厚度可僅為提供可維持所需之電氣及機械性質之均勻膜所需之厚度。

圖15B中具體化為網格1530之金屬物件可機械及電氣耦接至包含半導體裝置1510及導電金屬層1520之總成。此種耦接(圖中未示出)可為透過使用焊糊、導電黏性材料或傳統焊料之黏著，使得金屬網格1530具有對導電金屬層1520之良好電氣及機械接觸。可將焊料、焊糊或黏性材料施敷至網格1530，諸如網格1530之底表面。此網格1530經設計以使其高度導電，而仍提供在電池上相對低之遮蔽量。網格1530可例如具有高的高度，以提供充足導電性，但寬度窄以儘可能使遮蔽最小化。

可將附接至導電金屬層1520之金屬物件用作遮罩以使導電金屬層1520圖案化，使得太陽能電池之大部分面積可被清潔用於光吸收。例如，如圖所示，遮蔽區域1540直接形成於網格1530下方，同時暴露部分1545包含導電金屬層1520中不存在網格1530之其餘部分。可移除暴露部分1545以使導電金屬層1520經圖案化呈網格1530之形狀。可透過例如以濕式化學蝕刻程序、諸如反應性離子蝕刻的乾式蝕刻程序、或諸如但不限於離子碾磨的物理蝕刻方法來 移除暴露部分1545，而使導電金屬層1520圖案化。蝕刻程序可移除暴露區域1545之全部或一部分。

圖15C顯示蝕刻後之總成，如此一來，在此實施例中僅遮蔽區域1540保留在半導體裝置1510之表面上。遮蔽區域1540具有與網格1530實質上類似之圖案，且與網格1530重合。因此，金屬網格1530提供在濕式或反應性離子蝕刻之情況下的一化學耐性遮罩，及在物理蝕刻之情況下之一機械遮罩，藉此容許一分離金屬物件與半導體總成耦接及對齊。在圖15D中，顯示另一實施例，其中半導體裝置1510係標準電池，且其中網格1530已耦接至矽而非TCO。蝕刻後，氮化層1550已沉積在先前由導電金屬層1520之暴露部分佔據的區域上，以形成供光伏打電池用之ARC層。雖然未顯示，但金屬網格1530亦可被塗覆。

圖16繪示使用金屬物件作為遮罩之例示性流程圖1600。在步驟1610中，將導電金屬層提供在半導體材料之表面上。在步驟1620中，將金屬物件電氣及機械耦接至導電金屬層。如上文所述及例如於圖2~7中所示，可在具有預成型圖案之導電模蕊中電鑄金屬物件。由金屬物件覆蓋之半導體材料之表面的部分係遮蔽區域，而未覆蓋部分係暴露區域。在步驟1630中，藉由例如如圖15B~15C之有關描述的各蝕刻方法中之一者，部分或完全移除暴露區域。具有經圖案化且與金屬物件自我對齊之導電金屬層之所獲得的總成，現可進一步加工以製作成諸如一太陽能電池的一加工的半導體裝置總成。透過將網格用作遮罩，程序步 驟之總數相較於需實施分開遮蔽及圖案化程序以使接觸層圖案化之傳統遮蔽技術而言顯著減少。此外，由於遮罩與所製造之圖案化導線自我對齊，故使金屬網格與導線間對齊之需要消除。金屬網格亦提供相較於傳統燒穿銀接觸一增加之穩健等級。

因此，可見使用如同本文所述之電鑄金屬物件即可容許製備多種不同的光伏打電池及太陽能電池模組。電鑄金屬物件可於製造順序內插入在不同點。此外，此等金屬物件可特別設計以有效率地製出具有非目前可輕易達到的利益及特性之額外組合的電池及模組。例如，由於金屬物件可為跨過且越過實質上電池的整個表面的一單一工件，故能得到提高的耐久性。特別是，若太陽能電池產生破裂，諸如在處理或製成模組期間，此等金屬物件將因金屬物件之似網格本質而能使破裂的電池保持完整，而對電池有最小的功能損耗。此外，越過電池表面之金屬物件的跨設，能降低焊料接合失效的影響。而且，由於電鑄金屬物件可被製成具有遍及全體一致且可預測的厚度，故電流能被平均承載越過電池。此種電流的平均分配大幅地降低在電池表面上所建立的熱點，其現為太陽能電池之劣化及損害的主要原因。

在一些實施例中，藉由把特定設計形貌體涵括到金屬物件中，可撓模組可如圖19~21中所示現而製備。此種模組可被摺疊成一緊密形式且使其易於攜帶於諸如一背包中，以隨後諸如在一更遙遠的位置展開並使用。在其他實 施例中，此可撓模組可針對儲存而摺疊，諸如屋頂或雨篷的裝設。

例如，圖19顯示沿平行線摺疊的一模組1900。在此實施例中，模組1900包括32個分開的電池1910，其各包含附接至半導體基板的金屬物件1920。電池1910置設在背襯基板1930上，其可由用於光伏打模組之習知背襯材料製成，且可具堅硬或可撓性。背襯基板1930諸如藉由摺疊或刻劃來分割，以形成折線1941、1942及1943。電池1910以串聯式電氣連接，以曲折順序從第一電池1910a至第四電池1910b，至第五電池1910c，至第八電池1910d等，至最終電池1910e。電池1910間的電氣連接可使用如上文所述之金屬物件的形貌體來達到，諸如藉由使用圖6F~6G之互連元件660及680來達成。

針對電池間越過圖19中之摺線1941、1942及1943的互連部，可摺式互連部1950被提供。例如，從電池1910d至下一組電池的連結部越過摺線1941。據此，用於電池1910d之金屬物件係設計成具有一可摺式互連部1950，同時電池1910b與1910c間的互連部未越過一摺線，故因此在其等電池之間不具互連部。此可摺式互連部可為諸如銅之片體或條體的一固體片材，其具有足以允許在沒有裂開或破裂的情況下輕易摺疊的一厚度。故而，可摺式互連部1950作為一活動鉸鏈。在一些實施例中，可摺式互連部1950可包括提供額外可撓性的開口1960。可摺式互連部1950可為例如在未摺疊電池間之互連部的一拉長版。在一些實施例 中，可摺式互連部1950可為電鑄成金屬物件之部分的整合式組件。在其他實施例中，可摺式互連部1950可為與金屬物件分離形成的元件，諸如藉由電鑄或沖壓並其後接合至所需電池的金屬物件上。如所示藉設置電池1910及可摺式互連部1950在基板1930上，伴隨互連部1950跨越摺線1941、1942及1943，所得模組1900可被摺疊。在圖19之實施例中，摺線1941及1943為凸摺，同時摺線1942為凹摺，如同彎曲箭頭所示。因而，模組1900被摺疊，使得板體A、B、C及D互相堆疊在其上。

圖20顯示類似圖19之可撓模組2000的另一實施例，但具有較多數目電池。模組2000在板體A、B、C及D間具有摺線2041、2042及2043，而可摺式互連部2050越過摺線2041、2042及2043。模組2000可類似於模組1900摺疊成手風琴型，諸如具有在凸摺與凹摺間交替的摺線2041、2042及2043。亦如圖20所示為孔2070，其等能有諸如纜線或導線的一拉繩以使模組縮合成一摺疊組態。此實施例中的孔2070係置設在模組2000的邊緣且靠近摺線2041、2042及2043，以在摺疊接合處施加拉力。孔2070可包括諸如孔眼或扣眼的補強部以提升耐久性。如就摺疊模組2000所述之纜線安裝系統可被使用在例如用於雨篷型光伏打模組的打開及收存。

雖然圖19及20之可摺式互連部顯示為大致矩形，但其他形狀亦為可能。此外，雖然圖19及20之可摺式互連部顯示為沿著電池之一邊緣定置其中心，且圍繞大約 大部分邊緣長度，但在其他實施例中，可摺式互連部可僅沿著電池之一邊緣的一部分延伸，或可沿著邊緣偏心設置，諸如在角落處。可摺式互連部之特定組態可設計為容納特定模組的摺疊幾何形體。

圖21顯示具有雙向摺疊能力之可撓模組2100的又一實施例。在此實施例中，除了垂直摺線2141、2142及2143，模組2100還具有大約穿過模組2100之中線延伸的水平摺線2145。因此，可摺式互連部2151係使用於跨越摺線2145設置的相鄰電池間。模組2100可隨後以兩個方向摺疊成一緊密的尺寸，類似一道路地圖。例如，模組2100可沿摺線2145摺疊成一半，且接著沿摺線2141、2142及2143作手風琴式摺疊，如同彎曲箭頭所指示。

圖22繪示形成可撓模組的一替代方法，此可撓模組利用藉附接至電池的金屬物件所提供之機械支撐。例如，太陽能電池2200之半導體基板2210可被刻劃，或者換成在金屬物件2220附接在其上之狀況下沿虛線2240剪切成分開的片體。只要金屬物件2220之網格保留完整，半導體基板2210之分開的片體仍將維持附接至電池2200，且因此電池2200可沿著切線2240彎曲或撓曲。形成額外的刻劃及切線可提供額外程度的可撓性。例如，在一些實施例中，半導體基板可刻劃成2至36個部段。此種方式下，具有如本文所述之一附接金屬物件的個別電池可製作成可撓，而允許電池沿彎曲或不均勻表面適配作為模組的一部分，特別是在與可摺式互連部組合的時候，如圖19~21所示。其他額 外的利益及特性對於熟於此技者，在有了本文所提供之詳細敘述後，將明顯可看出。

雖然已主要針對光伏打電池描述本案實施例，但該等方法及裝置亦可應用於其他半導體應用中，諸如再佈線層(RDL)或撓性電路。此外，流程圖步驟可依不同順序實行，且可包括未示出之額外步驟。

雖然已針對本發明之具體實施例詳細描述說明書，但將瞭解熟習本領域者在理解上述內容後可輕易構思此等實施例之替代方案、變化例及等效內容。本發明之此等及其他修改方案及變化例可由熟於此技者實施而不脫離本發明之範圍，該範圍更特定描述於後附申請專利範圍中。此外，熟於此技者將瞭解以上敘述僅採範例之方式，且並非意欲限制本發明。

800‧‧‧光伏打電池

810‧‧‧金屬物件

812‧‧‧電鑄元件

814‧‧‧框架元件

820‧‧‧附接材料

830‧‧‧光伏打組件

832‧‧‧光入射層

834‧‧‧作用區域

836‧‧‧後接觸層

Claims (53)

1. 一種用於光伏打電池之電氣組件，該電氣組件包含：包含多個電鑄元件的一金屬物件；其中各電鑄元件具有一高度及一寬度，其中該高度對該寬度之比例為一縱橫比，且其中多數的該等電鑄元件具有大於1的一縱橫比；其中該等電鑄元件係互連，使得該金屬物件為一單一自站立工件，且其中該等電鑄元件係組配來作為在一光伏打電池內的一電氣導管。
2. 如請求項1之電氣組件，其中該縱橫比係介於約1及約10之間。
3. 如請求項1之電氣組件，其中該等多個電鑄元件具有由該等電鑄元件形成於其中的一導電模蕊所決定之一圖案。
4. 如請求項3之電氣組件，其中該等電鑄元件中之至少一者包含形成於該導電模蕊之一外表面上方的一過鍍部分。
5. 如請求項4之電氣組件，其中該過鍍部分具有一圓化頂表面。
6. 如請求項1之電氣組件，其中該等多個電鑄元件包含在該等電鑄元件之至少一部分上的一導電塗層。
7. 如請求項6之電氣組件，其中該導電塗層包含鎳、銦、錫、鉍、鎢、鈷、銀、焊料、焊料糊或其等之組合。
8. 如請求項1之電氣組件，其進一步包含耦接至該金屬物件的一框架元件。
9. 如請求項8之電氣組件，其中該框架元件包含跨過該金屬物件之至少一部分的一匯流條。
10. 如請求項1之電氣組件，其中該金屬物件包含：組配來作為在該光伏打電池之一表面上之一電氣導管的一第一電鑄區域；以及具有耦接至該第一電鑄區域之一第一端的一電鑄互連元件，其中該互連元件係組配成延伸超過該光伏打電池之該表面。
11. 如請求項10之電氣組件，其中該金屬物件進一步包含耦接至該互連元件之一第二端的一第二電鑄區域，且其中該第二電鑄區域係組配來作為在一第二光伏打電池之一表面上的一電氣導管。
12. 如請求項1之電氣組件，其中該等多個電鑄元件包含多個實質上平行的第一區段，該等第一區段與多個實質上平行的第二區段相交。
13. 如請求項12之電氣組件，其中該等多個實質上平行的第一區段及該等多個實質上平行的第二區段係為線性且垂直相交。
14. 如請求項1之電氣組件，其中該等多個電鑄元件各與彼此共平面，使得一第一共平面電鑄元件具有與第二共平面電鑄元件之一第二截面的大部分重疊的一第一截面。
15. 如請求項1之電氣組件，其中該等多個電鑄元件形成一 連續網格圖案。
16. 如請求項1之電氣組件，其中該等多個電鑄元件彼此整合。
17. 一種用於光伏打電池之電氣組件，該電氣組件包含：包含多個電鑄元件之一金屬物件；其中各電鑄元件具有一高度及一寬度，其中該高度對該寬度之比例為一縱橫比，且其中多數的該等電鑄元件具有大於0.1的一縱橫比；其中該等電鑄元件係互連，使得該金屬物件為一單一自站立工件，且其中該等電鑄元件係組配來作為在一光伏打電池內的一電氣導管。
18. 如請求項17之電氣組件，其中該縱橫比介於約0.1及約1之間。
19. 如請求項17之電氣組件，其中該等多個電鑄元件具有由該等電鑄元件形成於其中的一導電模蕊所決定之一圖案。
20. 如請求項19之電氣組件，其中該等電鑄元件中之至少一者包含形成於該導電模蕊之一外表面上方的一過鍍部分。
21. 如請求項20之電氣組件，其中該過鍍部分具有一圓化頂表面。
22. 如請求項17之電氣組件，其中該金屬物件包含：組配來作為在該光伏打電池之一表面上之一電氣導管的一第一電鑄區域； 具有耦接至該第一電鑄區域之一第一端的一電鑄互連元件，其中該互連元件係組配成延伸超過該光伏打電池之該表面。
23. 如請求項22之電氣組件，其中該互連元件具有較該第一電鑄區域之一高度為小之一高度。
24. 如請求項17之電氣組件，其進一步包含耦接至該金屬物件的一框架元件。
25. 如請求項24之電氣組件，其中該框架元件包含跨過該金屬物件之至少一部份的一匯流條。
26. 如請求項17之電氣組件，其中該等多個電鑄元件包含一連續網格圖案。
27. 如請求項17之電氣組件，其中該等多個電鑄元件中之至少一者具有一漸縮橫截面形狀，該橫截面係在該電鑄元件之該高度的方向上所取得。
28. 一種形成用於光伏打電池之電氣組件的方法，該方法包含下列步驟：i)在一導電模蕊上電鑄一金屬物件，其中該導電模蕊具有包含至少一預成型圖案的一外表面，其中該金屬物件包含形成於該預成型圖案中的多個電鑄元件；及ii)將該金屬物件從該導電模蕊分開，其中該等多個電鑄元件係互連，使得該金屬物件從該導電模蕊分開時形成一單一自站立工件；其中該預成型圖案具有一高度及一寬度，其中該高度對該寬度的比例為一縱橫比，且其中該預成型圖案具 有大於1的一縱橫比；及其中該等多個電鑄元件係組配來作為在一光伏打電池內的一電氣導管。
29. 如請求項28之方法，其中該縱橫比介於約1及約10之間。
30. 如請求項28之方法，其中電鑄步驟包含過鍍該等電鑄元件，使得該等電鑄元件延伸到該導電模蕊之該外表面上方。
31. 如請求項28之方法，其中電鑄該金屬物件之步驟包含以包含一第一金屬之一鹽類的一第一溶液接觸該模蕊之該外表面，其中包含該第一金屬之一第一金屬層形成在該預成型圖案內。
32. 如請求項28之方法，其中該預成型圖案包含一連續網格圖案。
33. 如請求項28之方法，其中該等多個電鑄元件包含實質上平行的多個第一元件，該等第一元件與實質上平行的多個第二元件相交，其中該等多個第一元件及該等多個第二元件係共平面，使得該等第一元件之一者具有與該等第二元件之一者的一第二截面之大部分重疊之一第一截面。
34. 如請求項33之方法，其中該等多個第一元件各具有介於約10微米及約5000微米之間的一寬度，且該等多個第二元件各具有約10微米及5000微米之間的一寬度。
35. 如請求項33之方法，其中實質上平行的該等多個第一元件及實質上平行的該等多個第二元件為線性且垂直相 交。
36. 如請求項28之方法，其中該預成型圖案具有一漸縮橫截面形狀，其在該導電模蕊之該外表面較寬。
37. 如請求項28之方法，其中該導電模蕊具有一第一外表面及與該第一外表面相對立之一第二外表面，其中該第一外表面包含一第一預成型圖案，而該第二外表面包含一第二預成型圖案。
38. 如請求項37之方法，其中該第一預成型圖案及該第二預成型圖案彼此不同。
39. 如請求項28之方法，其中該導電模蕊為金屬性，且其中至少一預成型圖案包含作為該導電模蕊中的一空穴之至少一圖案元件。
40. 如請求項39之方法，其中該圖案元件係為具有三個金屬側邊的一相交溝槽。
41. 如請求項39之方法，其中該導電模蕊包含在該外表面上的一第一層，且其中該第一層包含一低黏性材料或一介電材料中之至少一者。
42. 如請求項41之方法，其中該第一層延伸至少部分進入該預成型圖案。
43. 一種形成用於光伏打電池之電氣組件的方法，該方法包含下列步驟：i)在一導電模蕊上電鑄一金屬物件，其中該導電模蕊具有包含至少一預成型圖案之一外表面，其中該金屬物件包含形成於該預成型圖案中的多個電鑄元件；以及 ii)將該金屬物件從該導電模蕊分開，其中該等多個電鑄元件係互連，使得該金屬物件從該導電模蕊分開時形成一單一自站立工件；其中該預成型圖案具有一高度及一寬度，其中該高度對該寬度之一比例為一縱橫比，且其中該預成型圖案具有大於0.1之一縱橫比；及其中該等多個電鑄元件係組配來作為一光伏打電池內的一電氣導管。
44. 如請求項43之方法，其中電鑄步驟包含過鍍該等電鑄元件，使得該等電鑄元件延伸到該導電模蕊的該外表面上方。
45. 如請求項44之方法，其中過鍍步驟形成一圓化頂部。
46. 如請求項44之方法，其中過鍍部分之一頂表面提供協助用於該光伏打電池之光收集的一光學表面。
47. 如請求項43之方法，其中該預成型圖案包含一連續網格圖案。
48. 如請求項43之方法，其中該預成型圖案具有一漸縮橫截面形狀，其在該導電模蕊之該外表面較寬。
49. 如請求項48之方法，其中電鑄步驟包含過鍍該等電鑄元件，使得該等電鑄元件延伸到該導電模蕊之該外表面上方。
50. 如請求項43之方法，其中該外表面包含耦接至該預成型圖案的一互連圖案。
51. 如請求項50之方法，其中該互連圖案包含一匯流條。
52. 如請求項50之方法，其中該互連圖案具有較該預成型圖案之高度為小之一高度。
53. 如請求項43之方法，其中該縱橫比介於約0.1及約1之間。