TW202203472A - 一種用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜和太陽能電池的製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜和太陽能電池的製作方法，包括以下製作工序：工序一，在單面或雙面太陽能電池基底上，已完成可導電金屬種子層的正面及背面兩面，其上製備至少一層不導電的絕緣掩膜層；工序二，在工序一的不導電的該絕緣掩膜層的正面及背面兩面，採用鐳射將待電鍍區域上的該絕緣掩膜層去除，露出下方的該金屬種子層，完成圖形化掩膜的製作。通過該方法在單面或雙面太陽能電池上製作電鍍掩膜，不僅較現有曝光顯影工藝流程簡單，除了可縮短工時和降低生產成本外，且無顯影與光阻去除等廢液汙排放污染等環保問題。
Description
本發明屬於光伏電池加工領域，特別是關於一種用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜和太陽能電池的製作方法。
目前太陽能產業的晶體矽太陽電池，其前表面電極是利用絲網印刷銀漿並燒結的技術形成圖案化的Ag柵線。但此種方法生產的電極柵線高寬比例小，導致電池遮光面積較大；燒結後漿料中有機物質的殘留及結構缺陷導致柵線電阻較大；而銀的價格昂貴，且燒結溫度高（700-800℃），不利於轉化效能提升與降低生產製作成本。
然而隨著雙面異質接面（HIT）太陽能電池逐漸成為未來高效太陽能電池的領頭羊之後，傳統的銀漿印刷與高溫燒結不再適用並滿足於異質接面（HIT）太陽能電池的元件特性。摻錫的氧化銦（Indium Tin Oxide，ITO）薄膜作為一種用半導體材料製備而成的透明導電薄膜，具有高電導率、高可見光透過率（大於90％）、抗擦傷等眾多優良的物理性能，以及良好的化學穩定性和一些其他的半導體特性，容易製備成電極圖形，己經被廣泛地應用於雙面異質接面（HIT）太陽能電池中。現有的方法通常是先在ITO底材上濺鍍一層薄銅膜當種子層（Seed layer），接著再運用黃光微影工藝（photo Lithography）將線路圖案轉移至光阻幹膜（photo resistor），再進行銅電鍍。其後移除光阻並進行銅回蝕，將先前的薄銅膜種子層腐蝕直至金屬線路圖案顯露出來。此種圖形製作方法的圖形化線路精准度雖然高，但由於使用材料包含光阻幹膜、光罩及顯影劑等昂貴材料，且顯影及光阻去除的廢液排放量大，排放時會造成環境污染；加上所使用的設備包含幹膜層壓機、曝光機、顯影機及光阻去除機的成本及造價昂貴，工藝步驟繁瑣，不利量產及降低生產成本。
另外在現有的異質接面（HIT）太陽能電池的電鍍工藝圖形化掩膜的製作方法，很容易受到（1）ITO膜會與酸性感光材料（光阻）材料起作用及（2）光阻幹膜容易收到鹼性鍍液侵蝕的特性，導致ITO膜損傷或電鍍圖形損毀進而影響太陽能電池的最終電性表現。因此需要對異質接面太陽能電池電鍍工藝的圖形化掩膜製作方法做更進一步的革新和改進。
為克服上述缺點，本發明的目的在於提供一種工藝難度小，廢液排放減少的單面或雙面太陽能電池電鍍工藝的圖形化掩膜製作方法。
為了達到以上目的，本發明採用的技術方案是：一種用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其特徵在於：包括以下製作工序：工序一，在單面或雙面太陽能電池基底上的可導電金屬種子層的正面及背面兩面，製備至少一層不導電的絕緣掩膜層；工序二，在工序一的不導電的該絕緣掩膜層的正面及背面兩面，採用鐳射將待電鍍區域上的該絕緣掩膜層去除，露出該金屬種子層，完成圖形化掩膜的製作。
通過上述方法，採用鐳射將該絕緣掩膜層去除，露出待電鍍區域的該金屬種子層，直接形成圖形化掩膜，方便後續單面或雙面太陽能電池的電極金屬化電鍍工藝施作。此方法僅利用矽、或氮化矽或氧化矽及氧化鋁等容易取得與製備的材料當該絕緣掩膜層，採用鐳射將待電鍍區域去的該絕緣掩膜層去除，不僅材料成本低廉，設備造價便宜，而且工藝簡化，減少廢液排放，可創造縮短工時和降低生產成本的優勢。
下面結合附圖及實例照片對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護範圍做出更為清楚明確的界定。具體施例一
參照附圖1，一種用於單面或雙面太陽能電池電鍍工藝的圖形化掩膜製作方法，包括以下製作工序：
工序一，在單面或雙面太陽能電池基底的正面和背面的可導電金屬種子層上（步驟A），製備一層不導電的絕緣掩膜層（步驟B）；不導電的該絕緣掩膜層可以是矽層（Si）、氮化矽層（SiNx）、氧化鋁（AlOx）或是氧化矽層（SiO2
）。在單面或雙面太陽能電池工藝中採用不導電的該絕緣掩膜層的製備方式為現有技術，採用真空磁控濺射工藝或是化學氣相沉積工藝可實現。
上述工序一的磁控濺射工藝中，在25～70℃的溫度、1～5nm/分的低鍍率下，將矽、氮化矽、氧化鋁或氧化矽均勻覆蓋在該單面或雙面太陽能電池基底的正面、背面的銅種子形成的該金屬種子層上。
工序二，採用鐳射工藝將該待電鍍區域上的不導電的該絕緣掩膜層去除，露出該待電鍍區域的該金屬種子層，即完成圖形化掩膜的製作（步驟C）。使用鐳射工藝去除該金屬種子層上的該絕緣掩膜層為本發明權益主張，採用不同波長的皮秒、飛秒或奈秒鐳射源可實現。
在該工序一中，可形成的該絕緣掩膜層其厚度介於10nm～2000nm。
在該工序一中，在製備該絕緣掩膜層時，可將電池片的四個晶邊完整覆蓋或部份覆蓋，也可以不覆蓋（步驟B或步驟B1）。
在該工序二中，運用不同波長的鐳射光源，搭配皮秒、飛秒或奈秒脈衝鐳射，可有效去除不同材質與不同線寬與不同厚度要求的該絕緣掩膜層，且不會對底下的該金屬種子層造成損傷。
在該工序二中，採用鐳射將特定區域的該絕緣掩膜層去除時，在以該鐳射去除部分該絕緣掩膜層後露出底部的該待電鍍區域與保留的該絕緣掩膜層的交界面保留有重疊水波紋狀結構，以增加後續電鍍金屬增厚層的附著力及降低金屬電鍍時於增厚過程中所產生的內應力（步驟D）。
重疊水波紋狀結構其曲率半徑r介於1-500nm，重疊比例介於0.1%-100%。
運用本發明所完成的單面或雙面太陽能電池，使該金屬種子層上電鍍該金屬增厚層形成該單面或雙面太陽能電池的金屬電極，該金屬電極形狀為蕈狀或半橢圓狀，其中細柵電極具有電鍍前線寬（X）與電鍍後線寬（X1）與線高（Y）比之關係為：X1=X+2*（1/2Y）。
或者，運用本發明所完成的該單面或雙面太陽能電池的該金屬電極的結構為工字型，即在該金屬種子層與後續電鍍該金屬增厚層之間夾有該絕緣掩膜層，本結構不僅可有效支撐該太陽能電池的該金屬電極，且可有效增加該金屬電極的附著力（步驟E）。
由上述方法對電鍍工藝的圖形化掩膜製作方式，矽、氮化矽或氧化矽等材料，加上鐳射機、設備，即可完成電鍍掩膜製備；為真正零污染排放，材料成本低廉，設備造價便宜，且加工步驟簡單的可實現工藝，可簡化現有工藝，縮短製造工時及降低生產成本。
以上實施方式只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人瞭解本發明的內容並加以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明精神實質所做的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。
圖1為本發明工藝流程與所形成的圖形化掩膜示意圖。
Claims (8)
- 一種用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其特徵在於，包括以下製作工序： 工序一，在單面或雙面太陽能電池基底上，已完成的可導電金屬種子層的正面及背面兩面，其上製備至少一層不導電的絕緣掩膜層； 工序二，在工序一的單面或雙面的該絕緣掩膜層的正面及背面兩面，採用鐳射將待電鍍區域上的該絕緣掩膜層去除，露出下方的該金屬種子層，完成圖形化掩膜的製作。
- 如請求項1所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其中，在該工序一中，可形成該絕緣掩膜層的厚度介於10nm～2000nm。
- 如請求項1所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其中，在該工序一中，在製備該絕緣掩膜層時，可將該太陽能電池基底的四個晶邊完整覆蓋、不覆蓋或部份覆蓋。
- 如請求項1所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其中，在該工序二中，運用不同波長的鐳射光源，搭配皮秒、飛秒或奈秒脈衝鐳射，可有效去除不同材質與不同線寬與不同厚度要求的該絕緣掩膜層，且不會對底下的該金屬種子層造成損傷。
- 如請求項1所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其中，在該工序二中，採用鐳射將該待電鍍區域的該絕緣掩膜層去除時，在以該鐳射去除部分該絕緣掩膜層後露出底部的該待電鍍區域與保留的該絕緣掩膜層的交界面保留有重疊水波紋狀結構，以在增加後續金屬增厚層的附著力及降低金屬電鍍時於增厚過程中所產生的內應力。
- 如請求項5所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法，其中，該重疊水波紋狀結構其曲率半徑r介於1-500nm，重疊比例介於0.1%-100%。
- 一種單面或雙面太陽能電池的製作方法，包括有應用如請求項1所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法所完成的單面或雙面太陽能電池，其特徵在於，該金屬種子層上電鍍金屬增厚層形成該單面或雙面太陽能電池的金屬電極，該單面或雙面太陽能電池的金屬電極形狀為蕈狀或半橢圓狀，其中細柵電極具有電鍍前線寬（X）與電鍍後線寬（X1）與線高（Y）比之關係為：X1=X+2*（1/2Y）。
- 一種單面或雙面太陽能電池的製作方法，包括有應用如請求項1所述的用於單面或雙面太陽能電池圖形化掩膜的製作方法所完成的單面或雙面太陽能電池，其特徵在於，該金屬種子層上電鍍金屬增厚層形成該單面或雙面太陽能電池的金屬電極，該單面或雙面太陽能電池的金屬電極的結構為工字型，在該金屬種子層與該金屬增厚層之間夾有該絕緣掩膜層，可有效支撐該單面或雙面太陽能電池的該金屬電極，且可有效增加該金屬電極的附著力。
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