TWI483416B - 印刷用網版及以網版製作太陽能電池電極的方法 - Google Patents

Description

印刷用網版及以網版製作太陽能電池電極的 方法

本發明是有關於一種印刷用網版及利用該網版製作電極的方法，特別是指一種用於印刷矽晶太陽能電池的電極的網版，及利用該網版網印製作該電極的方法。

已知的矽晶太陽能電池主要包含：一用於將光能轉換成電能的基板，以及用於傳導電流的一正面電極與一背面電極。其中，該正面電極包括至少一呈長條形的匯流電極(bus bar electrode)，及數個橫向連接該匯流電極的指狀電極(finger electrode)。該匯流電極與該數個指狀電極在製造上，可透過網版印刷方式將電極漿料塗佈於該基板的受光面上，並經過燒結製程而固化成型。

參閱圖1、2、3，用於印刷成型該正面電極所使用的網版，通常包含一個由數條網線111交織構成的網布11，以及一固定在該網布11上的阻擋層12，該阻擋層12為圖案化設計，並包括左右間隔而且都具有個數個線狀開口123的一第一遮蔽部121與一第二遮蔽部122、一位於 該第一遮蔽部121與該第二遮蔽部122之間並沿一第一方向131延伸的長條形鏤空區124，以及數個沿該第一方向131間隔排列於該鏤空區124的遮蔽段125，該數個遮蔽段125皆未接觸該第一遮蔽部121與該第二遮蔽部122，每一遮蔽段125具有一鄰近該第一遮蔽部121的第一端126，以及一鄰近該第二遮蔽部122的第二端127。網印時，主要是將一刮刀14沿一網印方向132刮動，使披覆於該網版上的電極漿料可通過該鏤空區124與該數個線狀開口123而分別可形成該匯流電極與該數個指狀電極。

而電池製造完成後，必須另外以焊帶導線(ribbon)焊接於電池的匯流電極上，以將數個電池串接排列而構成電池模組。當匯流電極的表面粗糙度以及匯流電極之可用於焊接的面積愈大時，其與焊帶導線之間的焊接結合力愈好，可避免模組封裝過程或後續使用時發生焊帶導線脫落問題。又因為該網版的結構設計會影響網印形成的該匯流電極的形態與表面粗糙度，因此該網版設置該數個遮蔽段125，可對電極漿料產生遮擋作用，進而限制電極漿料的落墨區域，使網印形成的該匯流電極在對應於該數個遮蔽段125的部位的表面高度較低，該匯流電極在未對應於該數個遮蔽段125的部位的表面高度較高，因此該匯流電極整體表面為高低起伏、粗糙度較大，藉此可提升與該焊帶導線之間的焊接穩固性。

然而，由於該數個遮蔽段125與該第一遮蔽部121未接觸，因此每一遮蔽段125的第一端126與該第一遮 蔽部121之間的其中幾條網線111上沒有任何阻擋層12材料，當該刮刀14刮到此部位時，此部位的網線111因為沒有阻擋層12的支撐而容易低陷，並因此使得未設有阻擋層12處的網線111與設有阻擋層12處的網線111之間容易形成高低差，導致刮刀14對於該數個遮蔽段125的第一端126產生較大的擠壓力量，使該數個遮蔽段125容易損壞，並因此使遮蔽段125較容易自該網布11上脫落，進而降低網版的使用壽命。

參閱圖4，而另一種網版的結構，主要是使該數個遮蔽段125的第一端126與第二端127分別連接該第一遮蔽部121與該第二遮蔽部122。如此雖然可以降低遮蔽段125的第一端126所受到的擠壓力量，亦即可解決圖1網版所面臨的問題，但圖4的網版卻因為各遮蔽段125的第一端126皆連接該第一遮蔽部121，而造成過度地遮擋電極漿料，使電極漿料在對應於各個第一端126處被遮擋住而不易落墨，網印形成的匯流電極在對應於該數個第一端126的部位的電極漿料量不足，使此部位的基板無法被電極漿料覆蓋而有局部表面露出的問題，因此利用圖4的網版印製出的匯流電極易有局部鏤空的現象、品質較差，如此會影響導電性，並使匯流電極與焊帶導線之間的焊接穩固性較差。

因此，本發明之目的，即在提供一種可兼顧使用壽命及印製出的電極之焊接需求的印刷用網版，及以該 網版製作太陽能電池電極的方法。

本發明印刷用網版，包含：一網布，及一固定於該網布上的阻擋層。該阻擋層包括一遮蔽區、一鏤空區、數個第一遮蔽段，及數個第二遮蔽段。

該遮蔽區具有間隔的一第一遮蔽部與一第二遮蔽部。該鏤空區位於該第一遮蔽部與該第二遮蔽部之間。該數個第一遮蔽段沿一第一方向間隔地排列於該鏤空區，每一第一遮蔽段連接該第一遮蔽部並沿一不同於該第一方向的第二方向而朝該第二遮蔽部延伸。每一第一遮蔽段具有一連接該第一遮蔽部的第一段，以及一連接該第一段之遠離該第一遮蔽部的一端的第二段。

該數個第二遮蔽段位於該鏤空區並且與該數個第一遮蔽段沿該第一方向交錯排列，每一第二遮蔽段連接該第二遮蔽部並沿一相反於該第二方向的第三方向而朝該第一遮蔽部延伸，且不接觸該第一遮蔽部。每一第二遮蔽段具有一連接該第二遮蔽部的第三段，以及一連接該第三段之遠離該第二遮蔽部的一端的第四段。

其中，每一第一遮蔽段沿該第二方向延伸的長度小於每一第二遮蔽段沿該第三方向延伸的長度；每一第二遮蔽段的第四段位於相鄰兩第一遮蔽段的第二段之間，使該數個第一遮蔽段與該數個第二遮蔽段於該第一方向上有局部部位相對應。

本發明以網版製作太陽能電池電極的方法，包含：提供一太陽能電池的一基板。將一個如上述的印刷用 網版設置於該基板上。於該印刷用網版上披覆一電極漿料，並利用一刮刀沿該第二方向刮動而使該電極漿料通過該印刷用網版而塗布於該基板上，以形成一電極圖案。將該電極圖案熱處理後而形成一電極。

本發明之功效：藉由該數個第一遮蔽段與第二遮蔽段的搭配設計，可降低網布之網線的高低差，並且使電極漿料之落墨量適當。本發明之創新結構可提升網版的使用壽命，並使印製出的電極品質佳，該電極與焊帶導線之間能穩固地焊接結合。

2‧‧‧網布

21‧‧‧網線

3‧‧‧阻擋層

31、31’‧‧‧遮蔽區

311、311’‧‧‧第一遮蔽部

312、312’‧‧‧第二遮蔽部

313‧‧‧線狀開口

32、32’‧‧‧鏤空區

33、33’‧‧‧第一遮蔽段

330‧‧‧第一遮蔽單元

331‧‧‧第一段

332‧‧‧第二段

34、34’‧‧‧第二遮蔽段

340‧‧‧第二遮蔽單元

341‧‧‧第三段

342‧‧‧第四段

35‧‧‧鏤空區

36‧‧‧第三遮蔽段

37‧‧‧第四遮蔽段

41‧‧‧第一方向

42‧‧‧第二方向

43‧‧‧第三方向

5‧‧‧太陽能電池

51‧‧‧電極

511‧‧‧匯流電極

512‧‧‧指狀電極

52‧‧‧基板

61~64‧‧‧步驟

7‧‧‧刮刀

L1、L2、L3‧‧‧長度

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知網版的一阻擋層的正面局部示意圖；圖2是該網版的局部剖視示意圖，其剖視位置如圖1的A-A線所示；圖3為該網版的局部立體示意圖，並示意一刮刀沿一網印方向刮動；實際上該網版的一網布具有數條縱橫交錯的網線，但圖中僅示意其中兩條網線；圖4是另一種已知網版的一阻擋層的正面局部示意圖；圖5是本發明印刷用網版的一較佳實施例的一阻擋層的正面示意圖；圖6是該較佳實施例的該阻擋層的局部放大圖；圖7是該較佳實施例的局部剖視示意圖，其剖視位置如 圖6的B-B線所示；圖8是一太陽能電池的正面示意圖，該太陽能電池的一電極是利用該較佳實施例之印刷用網版印製形成；圖9是本發明以網版製作太陽能電池電極的方法之一較佳實施例的步驟流程圖；圖10為該印刷用網版之較佳實施例的局部立體示意圖，並示意一刮刀沿一第二方向(網印方向)刮動；實際上該較佳實施例的一網布具有數條縱橫交錯的網線，但圖中僅示意其中兩條網線；及圖11是另一種印刷用網版的正面局部示意圖。

參閱圖5、6、7，本發明印刷用網版之一較佳實施例，包含：一網布2，及一阻擋層3。

該網布2包括數個交織排列的網線21，任兩條網線21的交錯處可稱為網結，而該數個交錯的網線21之間所形成的孔洞可稱為網目。該網布2四周緣還設有一圖未示出的網框。

本實施例的阻擋層3固定於該網布2上，其材料例如高分子材料或金屬材料。該阻擋層3包括一遮蔽區31、一鏤空區32、數個第一遮蔽段33與數個第二遮蔽段34。

該遮蔽區31具有間隔的一第一遮蔽部311與一第二遮蔽部312。該第一遮蔽部311具有數個沿一第一方向41間隔排列的線狀開口313，該數個線狀開口313皆平行 於一不同於該第一方向41的第二方向42而延伸。該第二遮蔽部312同樣具有數個沿該第一方向41間隔排列的線狀開口313，該數個線狀開口313也平行該第二方向42而延伸。在本實施例中，該第二方向42垂直該第一方向41，且該第二方向42為利用該印刷用網版所進行的一網印製程中的一網印方向。

該鏤空區32位於該第一遮蔽部311與該第二遮蔽部312之間，並且為一個沿該第一方向41延伸的長條狀開口。

該數個第一遮蔽段33的材料為高分子材料或金屬。該數個第一遮蔽段33沿該第一方向41間隔地排列於該鏤空區32，每一第一遮蔽段33連接該第一遮蔽部311並沿該第二方向42而朝該第二遮蔽部312方向延伸，但不接觸該第二遮蔽部312。每一第一遮蔽段33具有一連接該第一遮蔽部311的第一段331，以及一連接該第一段331之遠離該第一遮蔽部311的一端的第二段332。

該數個第二遮蔽段34的材料為高分子材料或金屬。該數個第二遮蔽段34位於該鏤空區32並且與該數個第一遮蔽段33沿該第一方向41交錯排列，每一第二遮蔽段34連接該第二遮蔽部312並沿一相反於該第二方向42的第三方向43而朝該第一遮蔽部311方向延伸，但不接觸該第一遮蔽部311。每一第二遮蔽段34具有一連接該第二遮蔽部312的第三段341，以及一連接該第三段341之遠離該第二遮蔽部312的一端的第四段342。

其中，每一第一遮蔽段33沿該第二方向42延伸的長度L1(亦即朝該第二遮蔽部312方向延伸的長度)，小於每一第二遮蔽段34沿該第三方向43延伸的長度L2(亦即朝該第一遮蔽部311方向延伸的長度)；每一第二遮蔽段34的第四段342位於相鄰兩第一遮蔽段33的第二段332之間，使該數個第一遮蔽段33與該數個第二遮蔽段34於該第一方向41上有局部部位相對應。該數個第二段332與該數個第四段342沿該第一方向41間隔且交錯地排列。

具體來說，本實施例的每一第一遮蔽段33沿該第二方向42延伸的長度L1(亦即朝該第二遮蔽部312方向延伸的長度)較佳地小於600μm，更佳地為50μm~400μm。而該數個第一遮蔽段33與該數個第二遮蔽段34於該第一方向41上相對應的部位之沿該第二方向42延伸的長度L3(亦即朝該第二遮蔽部312方向延伸的長度)小於或等於200μm。藉由適當的L1與L3之限定，可達到較佳之網印效果及提升網版壽命，其效果容後說明。

本實施例的印刷用網版的阻擋層3還包括與該遮蔽區31間隔的另一遮蔽區31’，且該遮蔽區31’同樣包括間隔的一第一遮蔽部311’與一第二遮蔽部312’，於該第一遮蔽部311’與該第二遮蔽部312’之間設有另一個鏤空區32’、數個第一遮蔽段33’與數個第二遮蔽段34’。而該遮蔽區31’的第一遮蔽部311’與該遮蔽區31的第二遮蔽部312之間也形成一鏤空區35，該鏤空區35內設有數個第三遮蔽段36與數個第四遮蔽段37。由於該兩鏤空區32’、35內 的該等遮蔽段設計(例如排列方式、長度等特色)，皆與位於該鏤空區32內的該等遮蔽段相同，因此不再說明。但於實施上，該數個鏤空區32、32’、35內的遮蔽段設計不以相同為必要。

參閱圖8，本發明印刷用網版用於印刷形成一太陽能電池5的一電極51，該太陽能電池5除了包含該電極51之外，還包含一個具有光電轉換作用的基板52，而該電極51位於該基板52的表面。該電極51包括至少一匯流電極511，以及數個彼此間隔且連接該匯流電極511的指狀電極512，以下即說明電極網印方式。

參閱圖5、8、9、10，本發明以網版製作太陽能電池電極的方法之一較佳實施例，包含：

步驟61：提供該太陽能電池5的該基板52，該基板52例如一半導體矽基板，且該半導體矽基板上形成有一射極層，與該基板52之間可形成p-n接面。

步驟62：將本發明之印刷用網版設置於該基板52上。

步驟63：於該印刷用網版上披覆一電極漿料，並利用一刮刀7沿該第二方向42刮動而使該電極漿料通過該印刷用網版而塗布於該基板52上，以形成一電極圖案(該電極圖案的形狀大致與該電極51相同)。在本步驟中，電極漿料主要是通過該印刷用網版的該三個鏤空區32、32’、35與該數個線狀開口313而披覆於該基板52上。其中，通過該三個鏤空區32、32’、35的電極漿料後續將對 應地形成該數個匯流電極511，而通過該數個線狀開口313的電極漿料，後續將對應地形成該數個指狀電極512。該刮刀7刮動的方向即為網印製程中的網印方向，因此該第二方向42即相當於該網印方向。

步驟64：將該電極圖案熱處理後即可形成該電極51。所述熱處理主要是先將該電極圖案進行初步的烘烤，接著再進行較高溫且較長時間的燒結(firing)，以使電極漿料固化後形成該電極51。

參閱圖6、8、10，由於本實施例的網版設有該數個第一遮蔽段33連接該第一遮蔽部311，而該數個第一遮蔽部311與第二遮蔽部312的局部位置對應，因此可使該部位上的網布2的各個網線21大致維持同一高度。當該刮刀7經由該第一遮蔽部311刮到該數個第一遮蔽段33的位置時，刮刀7仍可維持同一高度而可減緩高低落差問題，如此一來，該數個第二遮蔽段34之朝向該第一遮蔽部311的一端，就不會受到該刮刀7過大的擠壓力量，使該數個第二遮蔽段34較不易因為刮刀之多次刮壓而自該網布2上脫落，進而可延長網版的使用壽命。因此，本發明可以改善先前技術所述之第一種網版的缺失，在此同時，還可以藉由該數個間隔的第一遮蔽段33與第二遮蔽段34來適當地阻擋漿料，可節省漿料並使其印製出的匯流電極511具有足夠的表面粗糙度而可以與焊帶導線(ribbon)穩固地焊接結合。

此外，由於該數個第二遮蔽段34的一端伸入該 數個第一遮蔽段33之間，但不連接該第一遮蔽部311，第二遮蔽段34與該第一遮蔽部311之間的空隙可供電極漿料通過，如此可提升電極漿料之落墨量，則印製出的該數個匯流電極511就不會有局部缺少漿料而鏤空的問題，因此該數個匯流電極511的導電性，以及與焊帶導線之間的焊接穩固性皆會提升，進而改善先前技術所述之第二種網版的缺失。

參閱圖5，本發明的另外數個第一遮蔽段33’與第二遮蔽段34’、該數個第三遮蔽段36與第四遮蔽段37，也可以產生如同該等遮蔽段33、34之前述效果，在此不再說明。而且實際上太陽能電池5的電極51也可以只設置一個匯流電極，因此本發明不以設置該兩個鏤空區32’、35、該數個第一遮蔽段33’與第二遮蔽段34’、該數個第三遮蔽段36與第四遮蔽段37為必要。

參閱圖6、8，值得一提的是，本實施例的長度L1較佳地小於600μm，更佳地為50μm~400μm，其原因在於：當第一遮蔽段33的長度足夠時，可以與該網布之間形成較穩固的結合力量，使第一遮蔽段33耐刮壓，亦即能承受多次網印之刮刀刮動而不脫落，從而延長網版壽命；但第一遮蔽段33的長度也不宜過長，以避免遮擋過多的電極漿料，若電極漿料遮擋過多時，可能會有漿料披覆量不足而使原本預定形成電極51之部位產生空洞。而本實施例的長度L3較佳地小於或等於200μm，亦即該數個第一遮蔽段33與第二遮蔽段34的重疊部位的長度適當，以達到 較適當的阻擋漿料效果，而且也較能承受該刮刀的刮壓力量，使該等遮蔽段33、34不易損壞或脫落。

綜上所述，藉由該數個第一遮蔽段33與第二遮蔽段34的搭配設計，可以改善以往之兩種網版的缺失，同時又能兼顧該兩種網版的優點。本發明可提升網版的使用壽命，並使印製出的電極51品質佳，且該電極51與焊帶導線之間能穩固地焊接結合，確實達到本發明之目的。

參閱圖11，補充說明，本案發明人尚提出另一種印刷用網版，其遮蔽段的設計主要是於該鏤空區32設有數個第一遮蔽單元330與數個第二遮蔽單元340。該數個第一遮蔽單元330沿該第一方向41間隔地排列於該鏤空區32，每一第一遮蔽單元330具有數個沿該第二方向42間隔排列的第一遮蔽段33，且最靠近該第一遮蔽部311的該第一遮蔽段33連接該第一遮蔽部311，最靠近該第二遮蔽部312的該第一遮蔽段33連接該第二遮蔽部312。

該數個第二遮蔽單元340中的其中幾個與該數個第一遮蔽單元330中的其中幾個沿該第一方向41交錯排列。每一第二遮蔽單元340具有數個沿該第二方向42間隔排列的第二遮蔽段34，且該數個第二遮蔽段34皆不連接該第一遮蔽部311，也不連接該第二遮蔽部312。每一第二遮蔽單元340的該數個第二遮蔽段34分別和與其相鄰的第一遮蔽單元330的該數個第一遮蔽段33局部對應。

該印刷用網版雖然也可以透過其中幾個第一遮蔽段33連接該第一遮蔽部311而減少網布之網線的高低 差，以及避免第二遮蔽段34或第一遮蔽段33之朝向該第一遮蔽部311的一端呈受該較大的刮刀刮壓力量，但由於第一遮蔽段33與第二遮蔽段34與網布之間的結合力有限，而其中有部分的第一遮蔽段33以及所有的第二遮蔽段34皆未連接該第一遮蔽部311或該第二遮蔽部312，因此這些遮蔽段與網布的結合穩固性較差，經過多次網印後，由於刮刀重複刮過多次，該等遮蔽段33、34就較容易脫落。因此，圖11之網版的使用壽命相對於圖5之較佳實施例的使用壽命短。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

3‧‧‧阻擋層

31‧‧‧遮蔽區

311‧‧‧第一遮蔽部

312‧‧‧第二遮蔽部

313‧‧‧線狀開口

32‧‧‧鏤空區

33‧‧‧第一遮蔽段

331‧‧‧第一段

332‧‧‧第二段

34‧‧‧第二遮蔽段

341‧‧‧第三段

342‧‧‧第四段

41‧‧‧第一方向

42‧‧‧第二方向

43‧‧‧第三方向

L1、L2、L3‧‧‧長度

Claims (7)

1. 一種印刷用網版，包含：一網布，及一固定於該網布上的阻擋層，該阻擋層包括：一遮蔽區，具有間隔的一第一遮蔽部與一第二遮蔽部；一鏤空區，位於該第一遮蔽部與該第二遮蔽部之間；數個第一遮蔽段，沿一第一方向間隔地排列於該鏤空區，每一第一遮蔽段連接該第一遮蔽部並朝該第二遮蔽部方向延伸；每一第一遮蔽段具有一連接該第一遮蔽部的第一段，以及一連接該第一段之遠離該第一遮蔽部的一端的第二段；數個第二遮蔽段，位於該鏤空區並且與該數個第一遮蔽段沿該第一方向交錯排列，每一第二遮蔽段連接該第二遮蔽部並朝該第一遮蔽部方向延伸，且不接觸該第一遮蔽部；每一第二遮蔽段具有一連接該第二遮蔽部的第三段，以及一連接該第三段之遠離該第二遮蔽部的一端的第四段；其中，每一第一遮蔽段沿朝該第二遮蔽部方向延伸的長度小於每一第二遮蔽段沿朝該第一遮蔽部方向延伸的長度；每一第二遮蔽段的第四段位於相鄰兩第一遮蔽段的第二段之間，使該數個第一遮蔽段與該數個第二遮蔽段於該第一方向上有局部部位相對應。
2. 如請求項1所述的印刷用網版，其中，該數個第一遮蔽 段的材料為高分子材料或金屬，該數個第二遮蔽段的材料為高分子材料或金屬。
3. 如請求項1所述的印刷用網版，其中，每一第一遮蔽段沿朝該第二遮蔽部方向延伸的長度小於600μm。
4. 如請求項3所述的印刷用網版，其中，每一第一遮蔽段沿朝該第二遮蔽部方向延伸的長度為50μm~400μm。
5. 如請求項1所述的印刷用網版，其中，該數個第一遮蔽段與該數個第二遮蔽段於該第一方向上相對應的部位之朝該第二遮蔽部方向延伸的長度小於或等於200μm。
6. 如請求項1所述的印刷用網版，其中，該第一遮蔽部與該第二遮蔽部都具有數個沿該第一方向間隔排列並不同於該第一方向而延伸的線狀開口。
7. 一種以網版製作太陽能電池電極的方法，包含：提供一太陽能電池的一基板；將一個如請求項1至6中任一項所述的印刷用網版設置於該基板上；於該印刷用網版上披覆一電極漿料，並利用一刮刀沿著與該第一方向不同的一第二方向刮動而使該電極漿料通過該印刷用網版而塗布於該基板上，以形成一電極圖案；將該電極圖案熱處理後而形成一電極。