TWI445195B - 太陽能電池及其形成方法 - Google Patents

Description

太陽能電池及其形成方法

本發明是有關於一種太陽能電池及其形成方法，且特別是有關於一種金屬穿透式(metal wrap through；MWT)背電極太陽能電池及其形成方法。

減少正面(即受光面)之電極遮蔭面積是提升太陽能電池效率最直接的方法，因此背面電極的想法油然而生。背面電極結構主要分成三大類，分別為交指式(interdigitated)、射極穿透式(emitter wrap through；EWT)及金屬穿透式(MWT)背電極太陽能電池。

在MWT背電極太陽能電池中，基板的孔洞(vias)是為了填入金屬並使受光面所收集的電子導引至太陽能電池的背面。形成正面電極的材料一般為銀膠。銀膠包括銀粉、玻璃質(glass frit)及有機載體(organic carrier)，其中銀粉為電極導電之主要材料，玻璃質為主要的黏著劑，有機載體則可幫助絲網印刷(screen printing)較順利。玻璃質會在高溫燒結的過程中軟化，並將銀、矽溶入玻璃之中，待冷卻過程中再將銀及矽析出，因此可使銀在矽上有良好的附著力，以於電極與基板之間形成良好的接觸。

若是以上述的銀膠填入孔洞形成孔洞電極(intra-via electrode)時，在與其他電極共同燒結的過程中，銀膠常會穿透孔璧之絕緣層而造成短路。為了避免短路的問題，也可以在共同燒結後再進行填孔製程，且不對填孔銀膠進行高溫處理。然而，由於填孔銀膠未經高溫處理，因此形成的孔洞電極與太陽能電池的附著力不佳，在後續進行太陽能電池串連焊接的過程中，常會造成孔洞電極脫落或斷裂的問題。

有鑑於此，本發明提供一種太陽能電池及製造方法，在形成的MWT背電極太陽能電池中，孔洞電極不會與基板形成短路，且鄰接孔洞電極的焊接電極可以有助於後續太陽能電池的串連焊接過程。

本發明提供一種太陽能電池，包括基板、摻雜層、至少一第一電極、至少一第二電極、第三電極及至少一第四電極。基板具有正面、背面及貫穿基板的至少一孔洞。摻雜層配置於基板的正面及部分背面上。第一電極配置在基板的背面的摻雜層上。第二電極配置在基板的正面的部分摻雜層上。第三電極配置在孔洞中並與第一電極及第二電極接觸。此外，第三電極與基板不接觸。第四電極配置於基板之背面上，且第四電極與第一電極不接觸。

在本發明之一實施例中，上述形成第三電極之材料包括導電膠。

在本發明之一實施例中，上述形成第一電極及第二電極的材料包括銀膠。

在本發明之一實施例中，上述形成第四電極的材料包括鋁膠。

在本發明之一實施例中，上述第一電極、第二電極及第四電極是由一次共同燒結製程所製得。

在本發明之一實施例中，上述太陽能電池更包括至少配置於孔洞的側壁與第三電極之間的絕緣層。

在本發明之一實施例中，上述絕緣層更配置於未被第一電極及第四電極覆蓋之基板的背面上。

在本發明之一實施例中，上述太陽能電池更包括配置於未被第二電極覆蓋之摻雜層上的抗反射層。

在本發明之一實施例中，上述抗反射層與絕緣層的材料相同。

在本發明之一實施例中，上述抗反射層與絕緣層的材料包括氮化矽。

在本發明之一實施例中，上述抗反射層與絕緣層的材料不同。

在本發明之一實施例中，上述基板的表面包括織化表面。

本發明另提供一種太陽能電池的形成方法。首先，於基板中形成貫穿基板的至少一孔洞，其中基板具有正面及背面。然後，於孔洞的側壁及基板的背面上形成絕緣層。接著，移除基板的背面上的部分絕緣層，以曝露基板的部分背面。之後，於基板的背面上的部分絕緣層上塗覆鋁膠。繼之，於基板的曝露的部分背面上塗覆第一銀膠。然後，於基板的部分正面上塗覆第二銀膠。接著，進行共同燒結製程，使得第一銀膠形成第一電極，第二銀膠形成第二電極，且鋁膠形成第四電極。之後，於孔洞內形成第三電極。

在本發明之一實施例中，上述移除基板的背面上的部分絕緣層的方法包括進行雷射開槽製程。

在本發明之一實施例中，於形成孔洞的步驟之後以及形成絕緣層的步驟之前，上述方法更包括對基板進行表面織化製程。

在本發明之一實施例中，上述表面織化製程包括使用氫氧化鉀溶液。

在本發明之一實施例中，於移除基板的背面上的部分絕緣層的步驟之後以及塗覆鋁膠的步驟之前，上述方法更包括於基板的正面及曝露的部分背面形成摻雜層。

在本發明之一實施例中，上述形成摻雜層的方法包括進行氣體擴散製程。

在本發明之一實施例中，於形成摻雜層的步驟之後以及塗覆鋁膠的步驟之前，上述方法更包括於基板的正面上形成抗反射層，且第二銀膠塗覆於部分抗反射層上。

在本發明之一實施例中，上述共同燒結製程的步驟包括將第二銀膠與摻雜層之間的抗反射層燒穿，以及將鋁膠與基板之間的絕緣層燒穿。

在本發明之一實施例中，上述抗反射層與絕緣層的材料相同。

在本發明之一實施例中，上述抗反射層與絕緣層的材料包括氮化矽。

在本發明之一實施例中，上述抗反射層與絕緣層的材料不同。

在本發明之一實施例中，上述共同燒結製程的溫度約高於700℃。

在本發明之一實施例中，形成上述第三電極的方法包括網印銀膠、焊錫或電鍍。

基於上述，在本發明的太陽能電池中，藉由低溫製程所形成的第三電極(即孔洞電極)可避免燒穿孔洞的側壁與第三電極之間的絕緣層而造成短路，因此並聯電阻及填充因數不會下降。此外，藉由高溫共燒製程所形成之鄰接第三電極(即孔洞電極)的第一電極可用作焊接電極，因此在後續焊線時不會發生電極脫落的情形。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A為根據本發明一實施例所繪示之太陽能電池的正面示意圖。圖1B為根據本發明一實施例所繪示之太陽能電池的背面示意圖。圖2為圖1A及圖1B沿I-I'剖面的剖面示意圖。

請參照圖1A、圖1B及圖2，太陽能電池100包括基板102、摻雜層116、至少一第一電極104、至少一第二電極106、第三電極110及至少一第四電極108。基板102的材料包括矽，例如是P型矽基板。基板102具有正面101、背面103及貫穿基板102的孔洞112。基板100的表面例如是織化(textured)表面，以提高太陽光的吸收，如圖1中的鋸齒狀表面所示。

摻雜層116配置於基板102的正面101及部分背面103上。摻雜層116的導電類型與基板102相反，例如是N型摻雜層。第一電極104配置在基板102的背面103的摻雜層116上。第二電極106配置在基板102的正面101的部分摻雜層116上。換言之，第一電極104及第二電極106與摻雜層116電性連接。第三電極110配置在孔洞112中並與第一電極104及第二電極106接觸。此外，第三電極110與基板102不接觸。形成第一電極104及第二電極106的材料例如是銀膠，而形成第三電極110的材料例如是導電膠。在一實施例中，形成第一電極104及第二電極106的材料例如是一般銀膠，而形成第三電極110的材料例如是低溫銀膠。詳而言之，一般銀膠的工作溫度例如是高於約700℃，但低溫銀膠的工作溫度例如是低於約700℃，如100~300℃。此外，一般銀膠包括銀粉、玻璃質與有機載體，但低溫銀膠除了包括銀粉及有機載體外，可選擇性地包含或不含玻璃質。另外，第四電極108配置於基板102的背面103上，且第四電極108與第一電極104不接觸。形成第四電極108的材料例如是鋁膠。

本發明之太陽能電池100更包括絕緣層114及抗反射層118。絕緣層114至少配置於孔洞112的側壁與第三電極110之間。換言之，絕緣層114配置於基板102與第三電極110之間，因此第三電極110與基板102之間經由絕緣層114而電性隔離。此外，絕緣層114的材料包括氮化矽。在一實施例中，絕緣層114更配置於未被第一電極104及第四電極108覆蓋之基板102的背面103上。

抗反射層118配置於未被第二電極106覆蓋之摻雜層116上。在一實施例中，抗反射層118與絕緣層114的材料相同，例如均為氮化矽。在另一實施例中，抗反射層118與絕緣層114的材料不同。

特別要說明的是，第三電極110(即孔洞電極)是由低於700℃(例如100~300℃)的烘乾製程所製得，而第一電極104、第二電極106(即正面電極)及第四電極108(即背面電極)是由一次共同燒結製程所製得。在一實施例中，第三電極110例如是由導電膠(例如是低溫銀膠)所形成，由於未經過高溫處理，所以將不會燒穿孔洞112的側壁與第三電極110之間的絕緣層114而造成短路，因此可防止並聯電阻(shunt resistance)及填充因數(fill factor)的降低。此外，鄰接第三電極110(即孔洞電極)的第一電極104由於是經由高溫共燒處理，其與基板102在燒結過後形成良好的附著力，因此可用作焊接電極，在後續焊線時不會發生電極脫落的情形。也就是說，本發明的太陽能電池100不但可避免填孔銀膠與基板102形成短路，也可以使太陽能電池順利地進行後續太陽能電池的串連焊接過程。

此外，在本發明的太陽能電池100中，如圖1B所示，是以在第三電極110(即孔洞電極)的一側形成帶狀的第一電極104(即焊接電極)為例來說明之，但本發明並不以此為限。本領域具有通常知識者應了解，也可以視製程需要，在部分或全部第三電極110(即孔洞電極)的兩側形成帶狀的第一電極104(即焊接電極)，如圖3及圖4所示。

以下，將說明本發明之太陽能電池的製造方法。圖5A至5G為根據本發明一實施例所繪示之太陽能電池之製造方法的剖面示意圖。

請參照圖5A，於基板102中形成貫穿基板102的至少一孔洞112。基板102的材料包括矽，例如是P型矽基板。基板102具有正面101及背面103。於基板102中形成孔洞112的方法例如是進行雷射鑽孔(laser drilling)製程。

接著，請參照圖5B，對基板102進行表面織化製程，如圖中的鋸齒狀表面所示。表面織化製程例如是使用氫氧化鉀(KOH)溶液來進行之。然後，於孔洞112的側壁及基板102的背面103形成絕緣層114。絕緣層114的材料包括氮化矽，且其形成方法例如是進行電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；PECVD)製程。

之後，請參照圖5C，移除基板102的背面103上的部分絕緣層114，以曝露基板102的部分背面103。移除基板102的背面103上的部分絕緣層114的方法例如是進行雷射開槽(laser grooving)製程。繼之，於基板102的正面101及曝露的部分背面103形成摻雜層116。摻雜層116的導電類型與基板102相反，例如是N型摻雜層。形成摻雜層116的方法例如是以N型三氯氧磷(POCl₃ )氣體進行擴散製程。然後，於基板102的正面101上形成抗反射層118。在一實施例中，抗反射層118與絕緣層114的材料相同，例如均為氮化矽。在另一實施例中，抗反射層118與絕緣層114的材料不同。形成抗反射層118的方法例如是進行電漿輔助化學氣相沉積製程。

接著，請參照圖5D，於基板102的背面103上的部分絕緣層114上塗覆鋁膠108a。之後，於基板102的曝露的部分背面103上塗覆第一銀膠104a。繼之，於基板102的部分正面101上塗覆第二銀膠106a，且第二銀膠106a塗覆於部分抗反射層118上。第一銀膠104a及第二銀膠106a例如是一般銀膠，包括銀粉、玻璃質及有機載體。銀粉佔一般銀膠的約60~80wt%，玻璃質佔一般銀膠的約5wt%，而有機載體佔一般銀膠的約15~35wt%。有機載體包括溶劑、黏結劑(binder)、聚合物(polymer)等等。塗覆鋁膠108a、第一銀膠104a及第二銀膠106a的方法例如是進行絲網印刷。特別要注意的是，塗覆鋁膠108a、第一銀膠104a及第二銀膠106a的次序可以依製程需要而隨意更動，並不以此實施例為限。

然後，請參照圖5E，進行共同燒結製程，以將第一銀膠104a燒結成第一電極104(焊接電極)，將第二銀膠106a燒結成第二電極106(即正面電極)，以及將鋁膠108a燒結成第四電極108(即背面電極)。共同燒結的製程例如是在紅外線(IR)熔爐內進行之，工作溫度約高於約700℃。特別要說明的是，在共同燒結的過程中，由於高溫反應，所以可以燒穿第二銀膠106a與摻雜層116之間的抗反射層118燒穿，使得第二電極106與摻雜層116電性連接，以及將鋁膠108a與基板102之間的絕緣層114燒穿，使得第四電極108與基板102電性連接。

接著，請參照圖5F，於孔洞112內塗覆導電膠110a。導電膠110a例如是工作溫度低於700℃的低溫銀膠。在一實施例中，低溫銀膠僅包括銀粉及有機載體，不包含玻璃質。銀粉約佔低溫銀膠的約70~90wt%，而有機載體約佔低溫銀膠的約10~30wt%。有機載體包括溶劑、黏結劑、聚合物等等。在另一實施例中，低溫銀膠也可以同時包括銀粉、有機載體及玻璃質。

之後，請參照圖5G，進行烘乾製程，烘乾導電膠110a中的溶劑，使得導電膠110a形成第三電極110(即孔洞電極)。烘乾製程例如是在乾燥爐內進行之，工作溫度低於約700℃，例如是約100℃~300℃。當然，形成第三電極110(即孔洞電極)的方法不以上述網印銀膠的方法為限，也可以使用焊錫或電鍍等。至此，完成本發明之太陽能電池100的製作。

接下來，特舉一個實驗例與一個對照例來證實本發明的功效。

【實驗例】

於P型矽基板中進行雷射鑽孔，以形成貫穿基板的至少一孔洞(如圖5A)。接著，使用氫氧化鉀(KOH)溶液來織化基板的表面(如圖5B)。然後，於孔洞的側壁及基板的背面進行電漿輔助化學氣相沉積製程，以形成氮化矽絕緣層(如圖5B)。之後，進行雷射開槽製程，移除基板的背面上的部分絕緣層，以曝露基板的部分背面(如圖5C)。繼之，以三氯氧磷(POCl₃ )氣體進行擴散製程，以於基板的正面及曝露的部分背面形成N型摻雜層(如圖5C)。接著，於基板的正面進行電漿輔助化學氣相沉積製程，以形成氮化矽抗反射層(如圖5C)。然後，於基板的背面上的部分絕緣層上塗覆鋁膠(如圖5D)。之後，於基板的曝露的部分背面上塗覆第一銀膠(如圖5D)。繼之，於基板的部分正面上塗覆第二銀膠(如圖5D)。接著，進行共同燒結製程，使得第一銀膠形成焊接電極，第二銀膠形成正面電極，且鋁膠形成背面電極(如圖5E)。然後，於孔洞內塗覆導電膠(75wt%銀粉及25wt%有機載體)(如圖5F)。之後，進行烘乾製程，使得導電膠形成孔洞電極(如圖5G)，以製備一個MWT背電極太陽能電池。

【對照例】

於P型矽基板中進行雷射鑽孔，以形成貫穿基板的孔洞。接著，使用氫氧化鉀溶液來織化基板的表面。然後，於孔洞的側壁及基板的背面進行電漿輔助化學氣相沉積製程，以形成氮化矽絕緣層。之後，以三氯氧磷氣體進行擴散製程，以於基板的正面形成N型摻雜層。繼之，於基板的正面進行電漿輔助化學氣相沉積製程，以形成氮化矽抗反射層。接著，於基板的背面進行絲網印刷以塗佈鋁膠。然後，自基板的背面塗佈銀膠(材質為一般銀膠)以填滿孔洞。之後，於填滿孔洞的銀膠上塗佈另一銀膠(材質為一般銀膠)。繼之，進行共同燒結製程，以將填滿孔洞的銀膠燒結成孔洞電極，另一銀膠銀膠燒結成正面電極，以及將鋁膠燒結成背面電極，以製備一個MWT背電極太陽能電池。

表1為依照上述實驗例與對照例之太陽能電池的特性比較。V_OC 為開路電壓(open circuit current)、J_SC 為短路電流(short circuit current)、F.F.為填充因數(fill factor)以及Eff為太陽能電池效率，可代表太陽能電池的工作性能。

如表1所示，【實驗例】的太陽能電池與【對照例】的太陽能電池相比，得知以導電膠形成孔洞電極並不會對太陽能電池的特性造成不良影響，甚至還能提高太陽能電池的光電效率。換言之，由於【實驗例】之太陽能電池的孔洞電極不經過高溫燒結，因此不會與矽基板形成短路，但【對照例】之太陽能電池的孔洞電極經過高溫燒結，因此容易與矽基板形成短路，影響太陽能電池的光電效率。

綜上所述，本發明使用導電膠形成孔洞電極及使用一般銀膠形成鄰接孔洞電極的焊接電極，因此形成之MWT背電極太陽能電池至少具有下列優點：

1.孔洞電極不經過高溫燒結，因此不會與矽基板形成短路，不會降低並聯電阻及填充因子，可以有效提升太陽能電池的光電效率。

2.鄰接孔洞電極的焊接電極與基板的黏附性佳，有利於後續之焊接製程及模組的封裝。

3.以同時加熱之一次共燒製程製備正面電極、背面電極與焊接電極，可簡化製程及降低成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100．．．太陽能電池

101．．．正面

102．．．基板

103．．．背面

104．．．第一電極

104a．．．第一銀膠

106．．．第二電極

106a．．．第二銀膠

108．．．第四電極

108a．．．鋁膠

110．．．第三電極

110a．．．導電膠

112．．．孔洞

114．．．絕緣層

116．．．摻雜層

118．．．抗反射層

圖1A為根據本發明一實施例所繪示之太陽能電池的正面示意圖。

圖1B為根據本發明一實施例所繪示之太陽能電池的背面示意圖。

圖2為圖1A及圖1B沿I-I'剖面的剖面示意圖。

圖3為根據本發明另一實施例所繪示之太陽能電池的背面示意圖。

圖4為根據本發明又一實施例所繪示之太陽能電池的背面示意圖。

圖5A至5G為根據本發明一實施例所繪示之太陽能電池之製造方法的剖面示意圖。

100．．．太陽能電池

101．．．正面

102．．．基板

103．．．背面

104．．．第一電極

106．．．第二電極

108．．．第四電極

110．．．第三電極

112．．．孔洞

114．．．絕緣層

116．．．摻雜層

118．．．抗反射層

Claims (25)

1. 一種太陽能電池，包括：一基板，具有一正面、一背面及貫穿該基板的至少一孔洞；一摻雜層，配置於該基板的該正面及部分該背面上；至少一第一電極，配置在該基板之該背面的該摻雜層上；至少一第二電極，配置在該基板之該正面的部分該摻雜層上；以及一第三電極，配置在該孔洞中並與該第一電極及該第二電極接觸，且該第三電極與該基板不接觸；以及至少一第四電極，配置於該基板的該背面上，且該第四電極與該第一電極不接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中形成該第三電極之材料包括導電膠。
3. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中形成該第一電極及該第二電極的材料包括銀膠。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中形成該第四電極的材料包括鋁膠。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該第一電極、該第二電極及該第四電極是由一次共同燒結製程所製得。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包括至少配置於該孔洞的側壁與該第三電極之間的一絕緣層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中該絕緣層更配置於未被該第一電極及該第四電極覆蓋之該基板的該背面上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，更包括配置於未被該第二電極覆蓋之該摻雜層上的一抗反射層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的形成方法，其中該抗反射層與該絕緣層的材料相同。
10. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池的形成方法，其中該抗反射層與該絕緣層的材料包括氮化矽。
11. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池的形成方法，其中該抗反射層與該絕緣層的材料不同。
12. 如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池，其中該基板的表面包括織化表面。
13. 一種太陽能電池的形成方法，包括：於一基板中形成貫穿該基板的至少一孔洞，其中該基板具有一正面及一背面；於該孔洞的側壁及該基板的該背面上形成一絕緣層；移除該基板的該背面上的部分該絕緣層，以曝露該基板的部分該背面；於該基板的該背面上的部分該絕緣層上塗覆一鋁膠；於該基板的曝露的部分該背面上塗覆一第一銀膠；於該基板的部分該正面上塗覆一第二銀膠；進行一共同燒結製程，使得該第一銀膠形成一第一電極，該第二銀膠形成一第二電極，且該鋁膠形成一第四電極；於該孔洞內形成一第三電極。
14. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池的形成方法，其中移除該基板的該背面上的部分該絕緣層的方法包括進行雷射開槽製程。
15. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池的形成方法，其中於形成該孔洞的步驟之後以及形成該絕緣層的步驟之前，更包括對該基板進行表面織化製程。
16. 如申請專利範圍第15項所述之太陽能電池的形成方法，其中該表面織化製程包括使用氫氧化鉀溶液。
17. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池的形成方法，其中於移除該基板的該背面上的部分該絕緣層的步驟之後以及塗覆該鋁膠的步驟之前，更包括於該基板的該正面及曝露的部分該背面形成一摻雜層。
18. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池的形成方法，其中形成摻雜層的方法包括進行氣體擴散製程。
19. 如申請專利範圍第17項所述之太陽能電池的形成方法，其中於形成該摻雜層的步驟之後以及塗覆該鋁膠的步驟之前，更包括於該基板的該正面上形成一抗反射層，且該第二銀膠塗覆於部分該抗反射層上。
20. 如申請專利範圍第19項所述之太陽能電池的形成方法，其中該共同燒結製程的步驟包括將該第二銀膠與該摻雜層之間的該抗反射層燒穿，以及將該鋁膠與該基板之間的該絕緣層燒穿。
21. 如申請專利範圍第19項所述之太陽能電池的形成方法，其中該抗反射層與該絕緣層的材料相同。
22. 如申請專利範圍第21項所述之太陽能電池的形成方法，其中該抗反射層與該絕緣層的材料包括氮化矽。
23. 如申請專利範圍第19項所述之太陽能電池的形成方法，其中該抗反射層與該絕緣層的材料不同。
24. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池的形成方法，其中該共同燒結製程的溫度高於700℃。
25. 如申請專利範圍第13項所述之太陽能電池的形成方法，其中形成該第三電極的方法包括網印銀膠、焊錫或電鍍。