TWI474342B

TWI474342B - 鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池

Info

Publication number: TWI474342B
Application number: TW103118834A
Authority: TW
Inventors: Honsho Chung; Kunyang Wu; Chinlin Huang; Chihlun Liao
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2015-02-21
Also published as: TW201435917A

Description

鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池

本發明是有關於一種金屬膠，且特別是有關於一種適用以製作太陽能電池之背電極的鋁膠。

近幾年，受到歐美信債與全球經衰退的影響，同時太陽能之主要市場國家加速市電同價(Grid Parity)的推動，使得提高太陽能電池之光電轉換效率並降低生產成本已成主流共識，也是太陽能產業的獲利關鍵。目前，高效率之矽晶太陽能電池技術包含具本徵薄層之異質接面型(Hetero-junction with Intrinsic Thin layer，HIT)太陽能電池、背接觸電極型(Back Contact)太陽能電池、射極與背電極鈍化型太陽能電池(Passivated Emitter and Rear Cell)、擇區射極型(Selective Emitter)太陽能電池、及兩面電池(Bifacial Cell)等等。其中，背接觸電極型太陽能電池可例如包含交指式背接觸電極(Interdigitated Back Contact，IBC)太陽能電池、射極穿透式(Emitter Wrap Through，EWT)背電極太陽電池、與金屬穿透式(Metallization Wrap Through，MWT)背電極太陽電池等。射極與背電極鈍化太陽能電池(Passivated Emitter and Rear Cell，PERC)或為射極與背電極鈍化局部擴散太陽能電池(Passivated Emitter and Rear Locally Diffused，PERL)。

在習知高效率矽晶太陽能電池之製造技術中，為了避免太陽能電池於照光後所產生的電子電洞對在基板之表面累積與複合，因此通常會對基板表面進行鈍化。對於兩面電池而言，除了正面受光的表面需鈍化之外，也需對背面進行鈍化處理。

舉例而言，請參照第1圖，其係繪示一種射極與背電極鈍化之太陽能電池的剖面示意圖。射極鈍化背電極型之太陽能電池100主要包含P型矽基板102、N⁺ 射極層108、鈍化層110、正面電極114、P⁺ 型背面電場層116、鈍化層118、覆蓋層120與背面電極124。P型矽基板102具有正面104與背面106。N⁺ 射極層108設於P型矽基板102之正面104上。鈍化層110覆蓋在N⁺ 射極層108上，以鈍化P型矽基板102之正面104。鈍化層110設有數個開孔112，這些開孔112貫穿鈍化層110，而暴露出部分之N⁺ 射極層108，或以具反應性正面電極材料，在共燒過程中穿透鈍化層110形成開孔112。正面電極114分別經由這些開孔112而穿設在鈍化層110中，並與N⁺ 射極層108接觸，進而形成金/半(metal/semiconductor)連接。

另一方面，P⁺ 型背面電場層116以摻雜方式形成於P型矽基板102之背面106。鈍化層118覆蓋在P型矽基板102之背面106上，以鈍化P型矽基板102之背面106。鈍化層118同時蓋住P⁺ 型背面電場層116。覆蓋層120覆蓋在鈍化層118上，覆蓋層120可具有提高反射特性。數個開孔122依序貫穿覆蓋層120與鈍化層118，而暴露出部分之P⁺ 型背面電場層116。背面電極124分別經由這些開孔122而穿設在覆蓋層120與鈍化層118中，並與P⁺ 型背面電場層116接觸，進而形成金/半連接，或由背面電極材料，在共燒過程中與P型矽基板102反應形成P⁺ 型背面電場層116。

藉由鈍化層110與118的設置，可分別鈍化P型矽基板102之正面104與背面106之懸浮鍵(Dangling bond)外，更可利用鈍化層110具有累積正電荷而可排斥電洞能力，與鈍化層118具有累積負電荷而可排斥電子能力，來降低複合作用在P型矽基板102之正面104與背面106發生。

雖然鈍化層可以降低電子電洞於基板之表面複合的機會，而藉此達到鈍化背面表面的目的，但是鈍化層無法提供太陽能電池良好的電性接觸。因此，針對電極與射極層和背面電場層之間的良好接觸，目前有許多建構方法，例如濕式蝕刻、黃光蝕刻、研磨、雷射處理等等。然，這些習知技術各有特色，但也容易產生負作用。以下舉數例說明這些習知技術及其問題。

在美國專利公告第6147297號所公開之「具表面結構之射極的太陽能電池及其製造方法(Solar cell having an emitter provided with a surface texture and a process for the fabrication thereof)」中，其即利用黃光蝕刻製程來進行鈍化層的開孔，藉以使電極與基板之間形成良好接觸。但黃光蝕刻製程在矽晶太陽能電池的製造中，難以有效量產。

在美國專利公告第5011565號所公開之「點接觸之太陽能電池及其製造方法(Dotted contact solar cell and method of making same)」中，其係先利用雷射處理手法來燒穿鈍化層，藉以在鈍化層中形成微細孔洞。並以鎳電鍍來形成鎳層，藉此與基板間構成良好的電極接觸。再以銅電鍍方式覆蓋於鎳層之上方，來完成電極之製作。然，由於雷射製程設備及加工費用偏高，再加上電鍍電極的方式會導致製程複雜度提高，因此這樣的技術在矽晶太陽能電池製造中，不易放大量產。

在美國專利公告第4395583號所公開之「太陽能電池之優化背接觸(Optimized Back Contact for Solar Cells)」中，揭露先利用濕式蝕刻鈍化層，以在鈍化層中形成小孔。再以真空濺鍍方式進行金屬化處理，以形成電極來與基板之間形成良好接觸。另外，在美國專利公告第6333457號所公開之「邊角鈍化之太陽能/光感電池及其製造方法(Edge Passivation Solar/Photo Cell and Method of Manufacture)」中，則係以精密研磨方式將基板之表面的金字塔結構頂端的鈍化層磨除，再進行金屬化處理，藉以形成電極來與基板之間形成良好接觸。然而，此二技術均屬製程複雜及難度偏高之技術，不易在矽晶太陽能電池製造中量產。

而為了避開複雜製程，工業技術研究院在已公告的中華民國專利第I371111號所揭露之「矽太陽能電池與矽太陽能電池之背面電極的製作方法(Silicon Solar Cell and Method for Forming Back Electrode of Silicon Solar Cell)」中，提出利用玻璃系統與鋁金屬膠，在700℃至1000℃的高溫及300℃至500℃的退火(annealing)熱處理下，使玻璃系統與矽晶基板形成隨機的鈍化層，並使其中的鋁形成鋁電極而自然與基板之間形成良好接觸。此技術可以簡單製作，但是10分鐘至30分鐘的高溫退火熱處理，很難應用在矽晶太陽能電池的生產製程中。而且，在此技術中，隨機所形成的鈍化層會使得電極面積很難控制。此外，依據德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(Fraunhofer ISE)的Christoph Mader等人於2013年在《太陽能材料與太陽能電池(Solar Energy Material & Solar Cells)》期刊中所發表「利用鋁的線上高速蒸鍍所形成之矽太陽能電池的局部背面接觸(Local rear contacts to silicon solar cells by in-line high-rate evaporation of Aluminum)」的文章，其明確指出金屬化比例(metallization fraction)在2%至6%左右的太陽能電池晶片有較佳的效率。由此可知，此專利技術雖然具有製程方便性，但很難在矽晶太陽能電池製造中真正落實量產。

請參照第2圖，其係繪示一種具兩面結構之太陽能電池的剖面示意圖。具兩面結構之太陽能電池200主要包含N型矽基板202、P⁺ 射極層208、鈍化層210、抗反射層212、正面電極216、N⁺ 型背面擴散摻雜(Doping)層218、鈍化層220與背面電極224。N型矽基板202具有正面204與背面206。P⁺ 射極層208設於N型矽基板202之正面204上。鈍化層210覆蓋在P⁺ 射極層208上，以鈍化N型矽基板202之正面204。抗反射層212覆蓋在鈍化層210上，以提升入光量。數個開孔214依序貫穿抗反射層212與鈍化層210，而暴露出部分之P⁺ 射極層208。正面電極216分別經由這些開孔214而穿設在抗反射層212與鈍化層210中，並與P⁺ 射極層208接觸，進而形成金/半連接。或以具反應性正面電極材料，在共燒過程中穿透抗反射層212與鈍化層210形成開孔214，並與P⁺ 射極層208接觸，進而形成金/半連接。

一般，為了提高正面204的受光面積，正面電極216通常選擇指狀(Finger)的電極結構。此外，採用銀膠(Ag-paste)來作為正面電極216的材料，其中銀膠的成份中可摻雜有與P⁺ 型具較佳匹配性的鋁(Al)與硼(B)等第三族元素，以形成兼具穿透鈍化層210，並與P⁺ 射極層208有良好接觸及匹配性的正面電極216。

另一方面，N⁺ 型擴散摻雜層218以摻雜方式形成於N型矽基板202之背面206。鈍化層220覆蓋在N型矽基板202之背面206上，以鈍化N型矽基板202之背面206。鈍化層220同時蓋住N⁺ 型背面擴散摻雜(Doping)層218。鈍化層220設有數個開孔222，這些開孔222貫穿鈍化層220，而暴露出部分之N⁺ 型背面擴散摻雜層218。背面電極224分別經由這些開孔222而穿設在鈍化層220中，並與N⁺ 型背面擴散摻雜層218接觸，進而形成金/半連接。或以具反應性背面電極材料，在共燒過程中穿鈍化層220形成開孔222，並與N⁺ 型背面擴散摻雜層218接觸，進而形成金/半連接。

同樣地，背面電極224也選擇指狀結構，以提高背面206的受光面積(透過反射及漫射)，使太陽能電池200及其所應用之模組的光電轉換效率增加。在此技術中，背面電極224也須兼具可穿透鈍化層220，以及與N⁺ 型背面擴散摻雜層218形成良好接觸的特性，因此背面電極224多半選用傳統適合P型太陽能電池之正面電極的純銀電極材料。

舉例而言，德國太陽能系統研究所的Andreas Hübner等人於1997年在《應用物理學快報(Applied Physics Letters)》期刊中所發表的「具正面19.4%與背面18.1%效率之新款兩面矽太陽能電池(Novel cost-effective bifacial silicon solar cells with 19.4% front and 18.1% rear efficiency)」”文章中公開，該實驗室完成面積4cm² 的晶片(N⁺ /P/P⁺ 結構)的兩面電池，其為正面19.4%及背面18.1%的高效電池。根據該文獻所述，電池的電極層乃利用氫氟酸(HF)先蝕穿鈍化層，再以真空蒸鍍方式，鍍上鈦(Ti)、鈀(Pd)與銀成分的正電極層、以及鋁成分的背電極層。其中，鋁背面電極需要以850℃的溫度進行30分鐘的退火處理，藉以在基板背面形成背面電場層，來提高背面電場之P+型摻雜效果與排斥電子，並使背面電極與P型矽基板有較佳的匹配性。然而，此文獻所使用的製程方法，包括以氫氟酸蝕穿鈍化層、利用真空蒸鍍方式製作電極層、以及在850℃的溫度下進行30分鐘的退火處理等，都是屬於難度偏高製程複雜的手法，無法在太陽能電池之量產化中落實。

樂金(LG)股份有限公司於2013年之歐洲專利第2618386A8號中所公開之《兩面太陽能電池(Bifacial solar cell”)》，即典型的具P⁺ /N/N⁺ 結構之兩面矽晶太陽能電池。此太陽能電池之正面電極的材料為包含第三族元素之銀膠，背面電極的材料則為純銀膠。此專利技術所公開之太陽能電池為目前常見的具兩面結構的太陽能電池，在量產上沒問題，但是N型矽基板的取得成本偏高，且適用於N型矽基板之正面電極的銀膠材料取得不易且成本偏高，再加上背面電極之材料也使用純銀膠，這樣會使太陽能電池之整體製作成本偏高。

因此，本發明之一目的就是在提供一種鋁膠，其對鈍化層具有穿透能力，且可根據產品特性與功能需求而調整對於鈍化層之穿透比例。

本發明之另一目的是在提供一種鋁膠，其適用於P型之兩面結構的矽晶太陽能電池，由於P型晶片較一般N型晶片容易取得，因此太陽能電池之成本相對較低。

本發明之又一目的是在提供一種鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池，其中鋁膠可穿透鈍化層，因此在製作太陽能電池之背面電極時，可省下蝕刻、研磨或雷射開孔製程，進而可省下蝕刻、研磨或雷射設備，以及蝕刻、研磨或雷射開孔之製程成本。

本發明之再一目的是在提供一種鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池，其中鋁膠共燒(co-firing)過程中，可在矽晶基板中形成鋁離子摻雜效果的局部背面電場(BSF)層。由於此局部背面電場層可提升背面電場之P⁺ 型摻雜效果，因此可提升太陽能電池之光電轉換效率。

本發明之再一目的是在提供一種鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池，其鋁膠所形成之背面電極與P型基板的介面匹配性更優於銀膠，因此不僅可有效降低背面電極與P型基板之間的接觸阻抗(contact resistance，Rc)，更可降低成本。

本發明之再一目的是在提供一種鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池，其利用鋁膠製作太陽能電池之背面電極時，係為局部塗佈在基板之背面，因此可有效改善習知鋁膠於共燒製程中所產生之晶片彎曲(bowing)現象。

本發明之再一目的是在提供一種鋁膠、太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池，其可依不同開孔率需求，來調整鋁膠之穿透能力，再搭配背面電極之構圖設計，可大幅節省電極材料的用量。

本發明之再一目的是在提供一種太陽能電池之背面電極的製作方法與太陽能電池，其背面電極係採局部覆蓋的電極設計，因此可增加兩面結構之太陽能電池的背面受光面積，進而可提高太陽能電池之光電轉換效率。

根據本發明之上述目的，提出一種鋁膠，適用以製作矽晶太陽能電池之背面電極。以鋁膠之總重量為100wt%計，鋁膠包含1wt%至5wt%之玻璃粉、0.5wt%至5wt%之無機添加劑、20wt%至30wt%之有機媒劑、以及具平衡量之鋁粉。玻璃粉之玻璃轉換溫度(Tg)低於300℃。鋁粉之純度為99.8%以上。

依據本發明之一實施例，上述玻璃粉之組成包含鉛。

依據本發明之另一實施例，上述玻璃粉係由單一種玻璃粉組成。

依據本發明之又一實施例，上述玻璃粉包含至少二種玻璃粉。

依據本發明之再一實施例，上述之無機添加劑包含奈米鋅金屬(Zn)、次微米氧化釩(V₂ O₅ )、次微米硼(B)粉、次微米矽(Si)粉及/或次微米銀(Ag)粉。

依據本發明之再一實施例，上述之無機添加劑包含0.02wt%至0.12wt%之奈米鋅金屬、0.04wt%至0.20wt%之次微米氧化釩、0.02wt%至0.12wt%之次微米硼粉、0.05wt%至1.0wt%之次微米矽粉、以及0.1wt%至0.6wt%之次微米銀粉。前述次微米氧化釩之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。次微米硼粉之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。次微米矽粉之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。次微米銀粉之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。

根據本發明之上述目的，另提出一種太陽能電池之背面電極的製作方法，包含下列步驟。提供P型基板，其中P型基板具有正面與背面且經粗糙化(texture)，且一鈍化層覆蓋在背面上。設置鋁膠，以使鋁膠局部覆蓋在背面上。以鋁膠之總重量為100wt%計，鋁膠包含1wt%至5wt%之玻璃粉、0.5wt%至5wt%之無機添加劑、20wt%至30wt%之有機媒劑以及具平衡量之鋁粉，其中玻璃粉之玻璃轉換溫度低於300℃，鋁粉之純度為99.8%以上。進行共燒製程，以使鋁膠形成穿透鈍化層之背面電極。

依據本發明之一實施例，上述鈍化層之厚度為70nm至230nm。

依據本發明之另一實施例，上述之鈍化層包含依序堆疊在P型基板之背面的氧化矽層與氮化矽層、依序堆疊在P型基板之背面的氮氧化矽層與氮化矽層、或依序堆疊在P型基板之背面的氧化鋁層與氮化矽層。

依據本發明之又一實施例，上述玻璃粉之組成包含鉛。

依據本發明之再一實施例，上述之無機添加劑包含0.02wt%至0.12wt%之奈米鋅金屬、0.04wt%至0.20wt%之次微米氧化釩、0.02wt%至0.12wt%之次微米硼粉、0.05wt%至1.0wt%之次微米矽粉、以及0.1wt%至0.6wt%之次微米銀粉。次微米氧化釩之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。次微米硼粉之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。次微米矽粉之平均粒徑為0.05μ m至1.0μ m。次微米銀粉之平均粒徑為 0.05μ m至1.0μ m。

依據本發明之再一實施例，上述設置鋁膠之步驟係利用網印技術。

依據本發明之再一實施例，上述共燒製程之峰值溫度(peak temperature)為750℃至850℃。

依據本發明之再一實施例，進行上述之共燒製程時，更包含使鋁膠中之鋁離子植入背面，而在背面之局部區域中形成P⁺ 型背面電場層。

根據本發明之上述目的，更提出一種太陽能電池。此太陽能電池包含P型基板、N⁺ 型射極層、第一鈍化層、正面電極、第二鈍化層、背面電極以及背面電場層。P型基板具有正面與背面。N⁺ 型射極層設於正面上。第一鈍化層設於N⁺ 型射極層上。正面電極位於部分之正面上，且穿過部分之第一鈍化層，而與N⁺ 型射極層金/半連接。第二鈍化層設於背面上。背面電極位於部分之背面上，且穿過部分之第二鈍化層，其中背面電極包含鋁。P⁺ 型背面電場層設於背面之局部區域中，並與背面電極對應且接合。

依據本發明之一實施例，上述之P型基板包含P型矽基板。

依據本發明之另一實施例，上述之第二鈍化層之厚度為70nm至230nm。

依據本發明之又一實施例，上述之第二鈍化層包含依序堆疊在P型基板之背面上的氧化矽層與氮化矽層、依序堆疊在P型基板之背面上的氮氧化矽層與氮化矽層、或依序堆疊在P型基板之背面上的氧化鋁層與氮化矽層。

依據本發明之再一實施例，上述之背面電極係利用鋁膠而製成。以鋁膠之總重量為100wt%計，此鋁膠包含1wt%至5wt%之玻璃粉、0.5wt%至5wt%之無機添加劑、20wt%至30wt%之有機媒劑、以及具平衡量之鋁粉。其中，玻璃粉之玻璃轉換溫度低於300℃，鋁粉之純度為99.8%以上。

依據本發明之再一實施例，上述之P⁺ 型背面電場層包含鋁離子。

100‧‧‧太陽能電池

102‧‧‧P型矽基板

104‧‧‧正面

106‧‧‧背面

108‧‧‧N⁺ 射極層

110‧‧‧鈍化層

112‧‧‧開孔

114‧‧‧正面電極

116‧‧‧P⁺ 型背面電場層

118‧‧‧鈍化層

120‧‧‧覆蓋層

122‧‧‧開孔

124‧‧‧背面電極

200‧‧‧太陽能電池

202‧‧‧N型矽基板

204‧‧‧正面

206‧‧‧背面

208‧‧‧P⁺ 射極層

210‧‧‧鈍化層

212‧‧‧抗反射層

214‧‧‧開孔

216‧‧‧正面電極

218‧‧‧N⁺ 型背面電場層

220‧‧‧鈍化層

222‧‧‧開孔

224‧‧‧背面電極

300‧‧‧方法

302‧‧‧步驟

304‧‧‧步驟

306‧‧‧步驟

400‧‧‧太陽能電池

402‧‧‧P型基板

404‧‧‧正面

406‧‧‧背面

408‧‧‧N⁺ 射極層

410‧‧‧鈍化層

412‧‧‧孔洞

414‧‧‧正面電極

416‧‧‧P⁺ 型背面電場層

418‧‧‧第一層

420‧‧‧第二層

422‧‧‧鈍化層

424‧‧‧孔洞

426‧‧‧背面電極

500‧‧‧太陽能電池

502‧‧‧P型基板

504‧‧‧背面

506‧‧‧背面電極

508‧‧‧P⁺ 型背面電場層

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1圖係繪示一種射極與背電極鈍化之太陽能電池的剖面示意圖。

第2圖係繪示一種具兩面結構之太陽能電池的剖面示意圖。

第3圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之背面電極的製作流程圖。

第4圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的剖面示意圖。

第5圖係依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之背面之局部剖面的掃描式電子顯微影像。

有鑑於目前太陽能電池在製作與效率上的種種問題，本案在此針對高效率太陽能電池，例如射極與背電極鈍化及射極與背電極鈍化局部擴散等具兩面結構之太陽能電池所需之導電材料，開發出具有穿透鈍化層功能的鋁膠。並且，將此鋁膠應用在太陽能電池之背面電極及其製作上，藉此簡化太陽能電池的製程、降低太陽能電池之製作成本、以及提高太陽能電池之光電轉換效率。

在一實施方式中，鋁膠適用以製作太陽能電池之電極，例如矽晶太陽能電池之背面電極。以鋁膠之總重量為100wt%計，鋁膠之成分可包含含量為1wt%至5wt%之玻璃粉、含量為0.5wt%至5wt%之無機添加劑、含量為20wt%至30wt%之有機媒劑、以及具平衡量之鋁粉，即這些成分的含量加起來為100wt%。

在本實施方式中，玻璃粉為高反應性玻璃粉，即玻璃粉對常見鈍化層之成分具有高反應性，例如對鈍化層之成分中的矽或鋁具有高反應性。在一示範例子中，玻璃粉之組成中包含鉛，例如氧化鉛(PbO)。在一些實施例中，玻璃粉係由單一種類的玻璃粉所組成，且此種玻璃粉之玻璃轉換溫度低於300℃。在另一些實施例中，玻璃粉係由二種或二種以上的玻璃粉所組成，其中至少一種玻璃粉之玻璃轉換溫度低於300℃。玻璃粉之平均粒徑(D50)可例如為0.5μ m至5.0μ m。

在一些實施例中，無機添加劑包含奈米鋅金屬、次微米氧化釩、次微米硼粉、次微米矽粉及/或次微米銀粉。奈米鋅金屬可例如為固態的粉體、液態含鋅有機化合物、或膠態含鋅有機化合物等型態。次微米氧化釩之平均粒徑可例如為0.05μ m至1.0μ m。次微米硼粉之平均粒徑可例如為0.05μ m至1.0μ m。次微米矽粉之平均粒徑可例如為0.05μ m至1.0μ m。次微米銀粉之平均粒徑可例如為0.05μ m至1.0μ m。這幾種無機添加劑的添加方式，可為各無機添加劑分別以固態粉體添加、或是預先溶於有機溶劑系統、或是預溶於有機溶劑系統並配製成膠狀物添加。

在這些實施例中，可依鋁膠之特性需求來調整這些無機添加劑的添加量，但無機添加劑之總和的重量百分比為0.5wt%至1.5wt%。在一示範實施例中，無機添加劑包含0.02wt%至0.12wt%之奈米鋅金屬、0.04wt%至0.20wt%之次微米氧化釩、0.02wt%至0.12wt%之次微米硼粉、0.05wt%至1.0wt%之次微米矽粉、以及0.1wt%至0.6wt%之次微米銀粉。

有機媒劑可例如包括有機溶劑、有機黏結劑及有機添加劑。鋁粉之純度可例如為99.8%以上。在一些實施例中，鋁粉的型態是球形，且鋁粉之平均粒徑為0.5μ m至15μ m。在一示範例子中，鋁粉占鋁膠膠總重的約70wt%至80wt%。

本實施方式之鋁膠可適用以製作矽晶太陽能電池晶片之背面電極。在本實施方式之鋁膠中，藉由採用低玻璃轉換溫度之高反應性玻璃粉，並添加奈米鋅金屬、次微米氧化釩、次微米硼粉、次微米銀粉、及/或次微米矽粉，而使得鋁膠具有穿透矽晶太陽能電池背面之鈍化層的蝕刻功能。因此，在矽晶太陽能電池晶片之背面電極的製作過程中，鋁膠可在極短的反應時間內穿透太陽能電池晶片背面的鈍化層，藉此可使所形成之鋁電極可與基板之間形成良好接觸。

請同時參照第3圖與第4圖，其中第3圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之背面電極的製作流程圖，第4圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池的剖面示意圖。在本實施方式中，製作太陽能電池400，例如矽晶太陽能電池之背面電極時，可先進行步驟302，以提供P型基板402，如第4圖所示。此P型基板402可為P型矽基板。P型基板402具有正面404與背面406。在一些實施例中，P型基板402之正面404可經粗糙化而為粗糙表面，以提升光的入射量。P型基板402之正面404設有N⁺ 射極層408。鈍化層410覆蓋在N⁺ 射極層408上，以鈍化P型基板402之正面404。鈍化層410更可兼具有抗反射特性，以提高正面404之入光量。正面電極414設在P型基板402之正面404上，且經由鈍化層410之孔洞412而與N⁺ 射極層408接觸，進而與N⁺ 射極層408形成金/半連接。

另一方面，P型基板402之背面406覆蓋有鈍化層422，以鈍化背面406。鈍化層422之材料可例如為氧化矽(SiO_x )、氧化鋁(Al₂ O₃ )或氮化矽(SiN_x )。在一些示範例子中，鈍化層422之厚度為70nm至230nm。在一些實施例中，鈍化層422包含依序堆疊在背面406之第一層418與第二層420，其中第一層418可提供鈍化功能，第二層420可提高長波的反射與及背面光源的抗反射功能。在一些示範例子中，第一層418為氧化矽層，第二層420為氮化矽層；或者第一層418為氮氧化矽層，第二層420為氮化矽層；或者第一層418為氧化鋁層，第二層420為氮化矽層。

接著，進行步驟304，提供鋁膠，並利用例如網印技術，將鋁膠設置在P型基板402之背面406上。在一示範例子中，鋁膠係局部覆蓋背面406。在此方法300中，用來製作背面電極426之鋁膠係為上述實施例之鋁膠，故於此不再贅述。由於本實施方式之方法300所設置在背面406上的鋁膠具有穿透背面406之鈍化層422的蝕刻功能，因此應用本方法300，可直接將鋁膠直接印刷在鈍化層422上，而省略濕式蝕刻、黃光蝕刻、研磨或雷射等開孔製程，進而可省下濕式蝕刻、黃光蝕刻、研磨或雷射設備與製程的成本。

完成鋁膠的設置後，進行步驟306之共燒製程，以至少將鋁膠中的有機物質燒除，而形成背面電極426，進而完成太陽能電池400之背面電極426的製作。至此，亦大致完成太陽能電池400的製作。由於背面電極426係鋁膠經共燒製程後所形成，因此背面電極426包含鋁。在共燒製程中，鋁膠可蝕穿鈍化層422，而在鈍化層422中形成孔洞424，進而使得所形成之背面電極426穿透鈍化層422而與P型基板402之背面406接觸。在一些實施例中，由於鋁膠係局部覆蓋在背面406之鈍化層422上，因此所形成之背面電極426係穿過部分之鈍化層422，而位於部分之背面406上。在一些示範例子中，共燒製程之峰值溫度控制為750℃至850℃。此外，共燒時，P型基板402連同其上各層的傳送速度可例如控制為215吋/分鐘。經共燒製程後所形成背面電極426的厚度可例如為15μ m至40μ m。

在一些實施例中，共燒製程進行時，鋁膠穿過鈍化層422而與背面406接觸後，鋁膠中之鋁離子會接觸區域而植入背面406中，而在背面406之局部區域中形成P⁺ 型背面電場層416。因此，在所形成之太陽能電池400中，P⁺ 型背面電場層416會與背面電極426對應且接合。故，太陽能電池400具有N⁺ /P/P⁺ 之兩面結構。由於鋁膠在共燒製程中可自然且局部形成P⁺ 型背面電場層416，而此P⁺ 型背面電場層416層可提升背面電場之P⁺ 型摻雜效果，因此可提升太陽能電池400之光電轉換效率。

下列以數個示範實施例來說明利用本案之鋁膠來製作太陽能電池之背面電極的情況、以及所製作出之背面電極的特性。在第一示範實施例中，利用一般網印方式將鋁膠塗覆於已經設有鈍化層之P型太陽能晶片(具有P型基板)的背面上。此鈍化層之厚度可約為150nm。接著，對此P型太陽能晶片進行共燒製程，其中共燒製程之峰值溫度控制在790℃至810℃，晶片傳送速度控制在215吋/分鐘。完成共燒製程後，先利用氯化氫(HCl)將晶片背面的鋁及鋁矽合金層去除，再利用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，SEM)來進行觀察，並藉此判斷鈍化層被鋁膠吃穿的情形。在此同時，可透過量測鈍化層被吃穿的面積，來計算不同配方設計之鋁膠的相對開孔率。

在本案中，可藉由調整鋁膠中玻璃粉與無機添加劑的量，來調控鋁膠對鈍化層的穿透能力。下表一為本案之二種鋁膠A與B的配方設計表。

利用掃描式電子顯微鏡觀察此二種鋁膠A及B吃穿鈍化層的情況。經觀察量測後，鋁膠A對鈍化層之穿透率約為2.86%，而鋁膠B對鈍化層之穿透率約為34.5%。由第一示範實施例可知，本案之鋁膠對鈍化層，例如氧化矽+氮化矽、氧化鋁+氮化矽等鈍化層具有穿透能力，且藉由調整鋁膠之配方設計，確實可調控對鈍化層的穿透率。

在第二示範實施例中，利用一般網印方式將鋁膠塗覆於已經設有鈍化層之P型太陽能晶片的背面上。此鈍化層之厚度可約為150nm。對此P型太陽能晶片進行共燒製程，以形成背面電極。而後利用線性傳輸方法(Transmission Line Method，TLM)的技術，進行接觸阻抗的量測，量測結果如下表二所示。

由上表二可知，一般鋁膠A與B、及適用於P型太陽能電池晶片正面之市售銀膠A，皆呈現非線性電阻，無法計算接觸阻抗值，此顯示一般鋁膠A和B、及適用於P型晶片正面之市售銀膠A均與P型太陽能電池晶片之背面的介面匹配性不佳。而適用於N型太陽能電池晶片正面且添加鋁元素之市售銀膠B，根據TLM方法的接觸阻抗量測結果可知，電阻呈線性關係，且接觸阻抗為9.141Ω。但，本案之鋁膠A及B的接觸阻抗分別為5.896Ω及0.808Ω。這樣的結果顯示，本案之鋁膠A及B與P型晶片之介面匹配性優於適用於N型晶片正面之市售正銀膠B。由第二示範實施例之量測結果可知，本案之鋁膠應用在P型之兩面結構的矽晶太陽能電池結構上，在晶片背面與P型晶片的介面匹配性更優於市售銀膠，因此可有效降低背面電極與晶片之接觸電阻。

在第三示範實施例中，利用一般網印方式將鋁膠塗覆於已經設有鈍化層之P型太陽能晶片的背面上。此鈍化層之厚度可約為150nm。接著，對此P型太陽能晶片進行共燒製程，其中共燒製程之峰值溫度控制在790℃至810℃，晶片傳送速度控制在215吋/分鐘。共燒製程完成後，先將晶片作剖面切割，再利用氫氟酸(HF)：硝酸(HNO₃ )：醋酸(CH₃ COOH)=1：3：9的蝕刻液，進行10秒的差異侵蝕。接著，利用掃描式電子顯微鏡來進行觀察。

請參照第5圖，其係依照本發明之一實施方式的一種太陽能電池之背面之局部剖面的掃描式電子顯微影像。由第5圖可看出，在太陽能電池500中，背面電極506穿過鈍化層，並從P型基板502的背面504侵入P型基板502，且在背面電極506周圍之P型基板502中局部形成P⁺ 型背面電場層508。局部形成之P⁺ 型背面電場層508代表鋁膠中的鋁離子在冷卻過程中植入矽晶介面區。鋁膠中之鋁離子所形成的P⁺ 型背面電場層508亦為提升背面電場之P⁺ 型摻雜效果的主要因素。這說明本示範實施例之鋁膠應用於P 型之兩面結構的矽晶太陽能電池中可獲得N型兩面結構之太陽能電池的正面銀膠所無法形成之局部背面電場層，也就是說無法得到P⁺ 型摻雜提升效果，並有排斥電子的作用，因此可降低電子電洞於P型基板502之背面504複合的機會。故，由第三示範實施例之觀測結果可知，本案之鋁膠應用於P型兩面之矽晶太陽能電池時，於共燒過程中可形成局部背面電場層。

在第四示範實施例中，利用一般網印方式，且以不同覆蓋率的印刷圖案，將鋁膠塗覆於已經設有鈍化層之P型太陽能晶片的背面上。此鈍化層之厚度可約為150nm。接著，對此P型太陽能晶片進行共燒製程，其中共燒製程之峰值溫度控制在790℃至810℃，晶片傳送速度控制在215吋/分鐘。共燒製程完成，再靜置一小時後，量測晶片之彎曲度，並將量測結果與傳統型鋁膠塗覆的晶片燒附結果比較，其結果如下表三所示。

本案第四示範實施例之鋁膠在共燒製程後，其晶片的彎曲程度明顯小於塗佈傳統型鋁膠的晶片。由此結果可知，本案鋁膠在太陽能電池晶片之背面電極的應用上，為局部面積塗覆，因此可有效改善一般鋁膠在共燒製程中，因鋁背面電極與矽晶基板之間的熱膨脹係數差異，所導致之晶片彎曲問題。

本案之鋁膠對鈍化層具有穿透能力，因此在兩面結構之太陽能電池晶片上可設計成局部覆蓋的電極圖案，例如指狀電極圖案，以獲得所需之晶片效率。由德國太陽能系統研究所的Cristoph Mader等人於2013年在《太陽能材料與太陽能電池》期刊中所發表「利用鋁的線上高速蒸鍍所形成之矽太陽能電池的局部背面接觸」的文章可知，金屬化比例(metallization fraction)在2%至6%左右的太陽能電池晶片有較佳的效率。因此，在本案第五示範實施例中，利用一般網印方式，且以分別20%、50%及100%的塗覆面積，將鋁膠塗覆於已經設有鈍化層之P型太陽能晶片的背面上。此鋁膠之穿透率約為30%，且鈍化層之厚度可約為150nm。接著，對此P型太陽能晶片進行共燒製程，其中共燒製程之峰值溫度控制在790℃至810℃，晶片傳送速度控制在215吋/分鐘。接著，利用氯化氫去除這些晶片的鋁電極。再利用微波光電導衰減儀(microwave photoconductivity decay，μ-PCD)對晶片背面進行壽命(life time)量測，結果列示於下表四。

由上表四可知，塗覆面積50%及100%的晶片的壽命偏低，僅15.193us及12.472us，而塗覆面積20%的晶片壽命為34.204us，在可接受的範圍內(≧30us)。由上述試驗結果推論，根據本案鋁膠的穿透率與塗覆面積所做的計算，塗覆面積50%與100%的晶片，由於鈍化層之開孔率過高，因此晶片壽命明顯偏低。而塗覆面積20%的晶片的開孔率在合理的容許範圍(約6%)，因此晶片的壽命可落在容許範圍內。

由此可知，兩面結構之太陽能電池晶片在鈍化層之開孔率的控制上相當重要。在一示範例子中，本案鋁膠在PERC或PERL之P型晶片之背面鈍化層的開孔率，可依以下公式設計：開孔率=穿透率×覆蓋率。下表五列示出根據不同開孔率目標，鋁膠穿透率與覆蓋率之間的搭配設計。

如上表五所示，若開孔率目標為4%，可採範例1的設計，以32%的穿透率，搭配12.5%的覆蓋率，藉此得到4%開孔率的鈍化層。或著，可採範例4之設計，以16%的穿透率，搭配25%的覆蓋率，藉此得到4%開孔率的鈍化層，依此可推。

另一方面，穿透率除了與導電膠的配方直接相關外，也與鈍化層的材料結構與厚度等因素有關，如下表六實驗結果所示。在使用本案相同的鋁膠下，當鈍化層厚度愈高，則穿透率相對愈低；反之，當鈍化層厚度愈低，則穿透率也相對愈高。

在第六示範實施例中，利用一般網印方式，以不同覆蓋率而分別將鋁膠塗覆於已經設有鈍化層之P型太陽能晶片的背面上。接著，對此P型太陽能晶片進行共燒製程，其中共燒製程之峰值溫度控制在790℃至810℃，晶片傳送速度控制在215吋/分鐘。共燒製程完成，以I-V測試儀量測這些太陽能電池晶片的轉換效率，結果列示於下表七[包含表七(1)與表七(2)]。不同鋁膠、覆蓋率、印刷圖案(包含間距長度、指狀圖案寬度等)之晶片，其轉換效率也不同。根據表七所列，正面的轉換效率最佳值為18.02%，背面為 12.88%。若以背面轉換效率最佳值之範例，取背面以20%及30%來計算整個晶片的轉換效率，所得結果分別為20.499%與21.787%。

由上結果證實，本案之鋁膠可用於未經濕式蝕刻、黃光蝕刻、研磨或雷射等方式開孔的兩面結構(例如PERC或PERL)P型矽晶太陽能電池。而且，利用鋁膠的穿透能力，依不同開孔率需求，來設計局部覆蓋之背面電極的圖案的技術手段，也確實可行。

由上述之實施方式可知，本發明之一優點為本發明之鋁膠對鈍化層具有穿透能力，且可根據產品特性與功能需求而調整對於鈍化層之穿透比例。

由上述之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之鋁膠適用於P型之兩面結構的矽晶太陽能電池，而由於P型晶片較一般N型晶片容易取得，且可減少正面銀膠的材料成本，因此太陽能電池之成本相對較低。

由上述之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之鋁膠可穿透鈍化層，因此在製作太陽能電池之背面電極時，可省下蝕刻、研磨或雷射開孔製程，進而可省下蝕刻、研磨或雷射設備，以及蝕刻、研磨或雷射開孔之製程成本。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明之鋁膠在共燒過程中，可在矽晶基板中形成鋁離子摻雜效果的局部背面電場層。由於此局部背面電場層可提升背面電場之P⁺ 型摻雜效果，因此可提升太陽能電池之光電轉換效率。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明之鋁膠所形成之背面電極與P型基板的介面匹配性更優於銀膠，因此不僅可有效降低背面電極與P型基板之間的接觸阻抗，更可降低成本。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為利用本發明之鋁膠製作太陽能電池之背面電極時，鋁膠係局部塗佈在基板之背面，因此可有效改善習知鋁膠於共燒製程中所產生之晶片彎曲現象。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明可依不同開孔率需求，來調整鋁膠之穿透能力，再搭配背面電極之構圖設計，可大幅節省電極材料的用量。

由上述之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明之背面電極係採局部覆蓋的電極設計，因此可增加兩面結構之太陽能電池的背面受光(包含散射光與漫射光)面積，進而可提高太陽能電池之光電轉換效率。

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，任何在此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。