TWI496166B - 太陽能電池網版印刷組合物、太陽能電池以及製造金屬化結構的方法 - Google Patents

太陽能電池網版印刷組合物、太陽能電池以及製造金屬化結構的方法 Download PDF

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Description

太陽能電池網版印刷組合物、太陽能電池以及製造金屬化結構的 方法
本發明的各種實施態樣係關於一種太陽能電池網版印刷組合物、一種太陽能電池、以及一種製造金屬化結構的方法。
為製造太陽能電池的背側金屬化(backside metallization)，通常透過網版印刷來將背側鋁膏(aluminum backside paste)印刷至一太陽能電池的背側上，並接著加熱上面印刷有背側鋁膏的太陽能電池。為避免由於背側膏的鋁的熱膨脹係數不同於太陽能電池的半導體材料的熱膨脹係數而使太陽能電池在加熱後的冷卻過程中彎曲，該背側鋁膏是高度多孔性的。背側鋁膏的多孔性(即使在經印刷及加熱之後)具有進一步削弱鋁在任何情形中原已較差的機械特性的效果，因此，例如鋁的低的屈服應力(yield stress)會進一步降低。
由於背側鋁膏(或由此膏組成的層)的機械特性差，因此即使電池連接件(cell connector)與多孔鋁層本身之間的連接是非常穩定的，位於已印刷有此種傳統背側鋁膏的鋁層上的典型電池連接件或導線的許多直接連接技術也會失效，這是由於所印刷的鋁層自身內部以內聚方式撕裂。
因此，當使用一傳統的背側鋁膏時，無法透過印刷程序將機械穩定的鋁層塗覆至一太陽能電池，這是由於傳統的背側鋁膏會導致太陽能電池在冷卻期間過度彎曲或破裂，或者由於其多孔性而具有差的機械特性，而機械特性對防止機械應力而言是必要的。
因此，為了在太陽能電池的背側上建立電性接觸，通常會在太陽能電池的背側上印刷含銀的母線(busbar)。然而，銀是昂貴的(而且，可預期未來銀的價格將上漲並發生短缺)，此外，在印刷有含銀母線的區域中無法形成背側電場(背面電場(back surface field；BSF))。這會導致太陽能電池的效率降低。即使所印刷者為軟焊盤而非連續的母線，也無法完全避免使用銀的需求，且無法以此種方式提供連續的背面電場。
DE 10 2009 034 594 A1公開了一種製造具有全區域合金化背側金屬化(full-area,alloyed backside metallization)之結晶矽太陽能電池的方法。根據DE 10 2009 034 594 A1，在太陽能電池的整個背側上濺射或氣相沉積一薄的鋁層。接著，使用銀或銀-鋁膏來印刷背側母線，之後，以一較厚的網版印刷鋁膏層印刷位於各含銀母線之間的區域。此種方法具有如下缺點：由於對銀的需求以及該方法對於塗覆該薄的鋁層的步驟所需的花費，其成本高昂。
在本發明的各種實施態樣中，提供一種太陽能電池網版印刷組合物，該太陽能電池網版印刷組合物包含：鋁；以及矽；其中矽的質量百分比係佔矽與鋁的質量百分比總和的約5%至約95%。
以下詳細說明將參照所附圖式，所附圖式係以例示方式顯示可用於實踐本發明的具體細節及實施態樣。
在所附圖式中，在所有不同的視圖中，相同的參考符號通常代表相同的部件。各圖式未必按比例繪製，而是通常著重於例示本 發明的原理。在以下說明中，參照以下所附圖式闡述本發明的各種實施態樣。
本說明書所用的用語「實例性」意指「用作實例、例子、或例示」。不應將本說明書中被描述成「實例性」的任何實施態樣或設計視為較佳的或優於其他實施態樣或設計。
在以下詳細說明中將參照所附圖式，所附圖式形成本說明的一部分，且所附圖式中顯示可實施本發明的具體實施態樣，以用於例示目的。就此而言，例如「上部(upper)」、「下部(lower)」、「向前(forward)」、「向後(rearward)」、「前(front)」、「後(rear)」等方向性術語是根據所述圖式的位向來使用。由於可將實施態樣的各組件定位成多種不同的位向，因此這些方向性術語是用於例示目的且決不具有限制性。不言而喻，在不背離本發明之保護範圍的條件下，可使用其他實施態樣並可作出結構上或邏輯上的改變。不言而喻，除非另外明確指明，否則本文以舉例方式闡述的各種實施態樣的特徵可相互組合。因此，不應將以下詳細說明理解為具有限制意義，且本發明的保護範圍是由隨附申請專利範圍界定。
在本說明書中，術語「連接的(connected)」及「耦合的(coupled)」是用於描述直接及間接連接以及直接及間接耦合。在所附圖式中，盡可能使相同或相似的元件具有相同的參考符號。
在各種實施態樣中，太陽能電池應理解成是指如下裝置：其透過被稱為光伏效應的技術將例如太陽光的大多數可見光(例如，約300奈米至約1150奈米的可見光波長範圍的光的至少一部分；應注意，也可另外轉變紫外光(UV)輻射及/或紅外線(IR)輻射) 的輻射能直接轉變成電能。
在各種實施態樣中，太陽能模組(solar module)應理解成是指可電性連接的裝置，該裝置包括多個太陽能電池(其係以串聯及/或並聯方式彼此互連)，並視需要包括氣候防護件(例如，玻璃)、埋置件(embedding)、及框架。
參照第1圖至第4圖所述，已在各種實施態樣中發現，無法透過印刷程序/印刷技術(例如，透過網版印刷或透過移印(pad printing))及傳統的印刷組合物將機械穩定的鋁層塗覆至太陽能電池。
第1圖為一電池背側的掃描式電子顯微照片(scanning electron micrograph；SEM)，該電池的背側印刷有一傳統的背側鋁膏，圖中描繪傳統的鋁印刷組合物100在加熱至800℃之溫度後的多孔結構。可看到許多顆粒，這些顆粒僅部分地相互連接。此種多孔性使得印刷組合物的機械特性差，這是由於當產生機械應力時，顆粒102、104、106、108、110可輕易地彼此失去接觸，從而導致背側鋁膏撕裂。
第2圖為圖表200，圖表200顯示用於將一太陽能電池的一電池連接件自太陽能電池拉離的拉離力202的變化。在本情況中，該太陽能電池係部分地塗覆有傳統的鋁印刷組合物100，並使該太陽能電池之一區域保持不被塗覆(第2圖中的第一區域204)。該太陽能電池還在其整個表面上塗覆有一薄的鎳層，該鎳層是透過濺射鎳而形成。因此，該太陽能電池具有：一塗覆有傳統的鋁印刷組合物以及位於該鋁印刷組合物之上的一薄的鎳層的區域；以及一僅塗覆有一薄的鎳層的區域(第2圖所示的第二區域206)。自 圖表200顯而易見的是，用於將電池連接件自太陽能電池之具有鋁印刷組合物的區域中拉離的拉離力很小，而在該僅具有薄的鎳層的區域中，該拉離力明顯增大。顯示電池連接件可與太陽能電池具有在機械上穩定的連接，但來自現有技術的鋁印刷組合物100無法承受高的機械負載。
就此而言，第3圖及第4圖為自太陽能電池之表面撕離的電池連接件302的表面的掃描式電子顯微照片(scanning electron micrograph；SEM)300、400，該太陽能電池係塗覆有一傳統的鋁印刷組合物100。第3圖顯示電池連接件302與傳統鋁印刷組合物100相接觸之側(顯然，即電池連接件302的「下側」)的視圖300。可看到鋁印刷組合物100的多孔結構，該多孔結構顯示，傳統的鋁印刷組合物100在其自身內部撕裂。
第4圖為第3圖的一詳細視圖400，其在上部區域中顯示電池連接件302的軟焊料(solder)，並在下部區域中顯示傳統的多孔鋁印刷組合物100。顯然，並非電池連接件302與傳統的鋁印刷組合物100之間的連接撕裂，而是傳統的鋁印刷組合物100由於其機械特性差而在其自身內部撕裂。
因此，本發明的各種實施態樣提供一種太陽能電池網版印刷組合物，該太陽能電池網版印刷組合物不僅內聚力(cohesion)穩定(即，其自身內部抗撕裂)，而且不對太陽能電池施加任何機械應力或僅對其施加小的機械應力。
參照第5圖，其顯示鋁-矽相的圖表500，本發明的實施態樣提供一種太陽能電池網版印刷組合物，該太陽能電池網版印刷組合物至少包含鋁及矽。根據實施態樣，該太陽能電池網版印刷組合 物中所包含的鋁及/或矽的量可依據彼此的量來選擇。根據某些實施態樣，在此情形中，矽的比例可佔太陽能電池網版印刷組合物中的矽與鋁的重量(例如，質量)總和的約5重量%至約95重量%(例如，質量%)。
在其他實施態樣中，矽的比例可佔太陽能電池網版印刷組合物中的鋁與矽的質量總和的約5質量%至約15質量%。在各種實施態樣中，矽的比例係精確地或實質上為太陽能電池網版印刷組合物中的鋁與矽的質量總和的12.6質量%。這些實施態樣實質上提供鋁-矽共晶，該鋁-矽共晶的熔點(約577℃)係低於純鋁的熔點(約660℃)。
在各種實施態樣中，矽的比例可佔太陽能電池網版印刷組合物中的鋁質量與矽質量總和的約5質量%至約30質量%。此可形成一例如在低於約800℃的溫度(此例如會在太陽能電池燒製程序中達到)下完全熔融的太陽能電池網版印刷組合物。
在其他實施態樣中，矽的比例可佔太陽能電池網版印刷組合物中的鋁質量與矽質量總和的約30質量%至約95質量%。此可形成一僅在較高溫度下(例如，僅在高於800℃的溫度下)完全熔融的太陽能電池網版印刷組合物。
各種實施態樣提供一種如下太陽能電池網版印刷組合物：其矽的比例係對應於太陽能電池網版印刷組合物之鋁與矽之質量總和的約70質量%至約95質量%。在太陽能電池製造程序(如以下所更詳細闡述)期間，此種太陽能電池網版印刷組合物的矽實質上未熔融，而是保持漿狀，此會形成第6圖中以示意性方式顯示的微結構600。根據此實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物的熱膨 脹係數與半導體(例如，矽或砷化鎵)的熱膨脹係數非常相似。此具有如下效果：即使在半導體(例如，太陽能電池基板)與根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物的連接係覆蓋了很大區域的情況下，該連接在加熱後也實質上不受熱應力。
第6圖顯示根據各種實施態樣(例如，在根據一實施態樣的太陽能電池金屬化程序後)的太陽能電池網版印刷組合物的微結構600，其中矽的質量大於鋁的質量，例如，矽的比例對應於太陽能電池網版印刷組合物之鋁與矽之質量總和的約70質量%至約95質量%。第6圖所示的微結構600實質上具有二個相602、604(即，二個固相)：第一相602，其實質上包含矽(例如，實質上矽的顆粒)；以及第二相604，其係由鋁-矽共晶結構組成(例如，由共同形成共晶結構的鋁亞相(subphase)及矽亞相組成)。由於矽的比例增大，因此太陽能電池網版印刷組合物的熱膨脹實質上相當於矽的熱膨脹，由此使太陽能電池在加熱及/或冷卻期間不出現應變，或實質上不出現應變。
如第6圖另外所示，太陽能電池網版印刷組合物實質上是非多孔性的，即，其形成沒有氣穴(air pocket)的實心體，由此可改善機械特性。
根據各種實施態樣，太陽能電池網版印刷組合物亦可包含一玻璃熔塊(glass frit)(即表面熔融且被部分地烘烤在一起的玻璃粉末)或者包含一玻璃粉末。在此種情形中，玻璃熔塊可遵循例如標準ISO 4793。玻璃粉末可包含例如SiO2 、Na2 O、B2 O3 、及/或K2 O。
太陽能電池網版印刷組合物的部分實施態樣形成一包含鋁及矽 的固-液混合物，該固-液混合物呈固體及一或多種液體溶劑(例如，二烷基乙二醇醚、松油、及/或丁氧基乙氧基乙醇)的形式。可選擇固體粒徑及/或量以及該一或多種溶劑的類型以獲得黏度為約10帕斯卡 秒(Pa s)至約500帕斯卡 秒的膏狀物。
在某些實施態樣中，太陽能電池網版印刷組合物之固體的平均粒徑為約0.5微米至約20微米。
該等太陽能電池網版印刷組合物的所有實施態樣的特徵均在於其實質上不包含任何銀。
第7圖顯示根據各種實施態樣的用於將太陽能電池(或太陽能電池基板)金屬化的方法700。根據其他實施態樣，方法700可包含其他額外的方法步驟；各方法步驟的順序可為該等方法步驟的任何可能排列，及/或可視情況省略一或多個方法步驟。
視需要的方法步驟702包含提供太陽能電池基板802(參見第8圖)。
基板802可包括至少一個光伏層或由至少一個光伏層組成。作為另一選擇，可在基板802上或上方設置至少一個光伏層。光伏層可包含以下材料或由以下材料組成：半導體材料(例如，矽)、化合物半導體材料(例如，III-V化合物半導體材料(例如，GaAs)、II-VI化合物半導體材料(例如，CdTe)、I-III-V化合物半導體材料(例如二硫化銅銦))。作為再一選擇，光伏層可包含有機材料或由有機材料組成。在各種實施態樣中，矽可包括以下材料或由以下材料組成：單晶矽、多晶矽、非晶矽、及/或微晶矽。在各種實施態樣中，光伏層可包括半導體接面結構(semiconductor junction structure)或由半導體接面結構組成，例如，pn接面結構、 pin接面結構、肖特基狀(Schottky-like)接面結構等等。基板802及/或光伏層可具有第一導電型的基本摻雜質(basic doping)。
在各種實施態樣中，太陽能電池基板802中的基本摻雜質的摻雜質濃度(例如，第一導電型的摻雜質，例如具有硼(B)的摻雜質)為約1013 /立方公分至1018 /立方公分，例如約1014 /立方公分至1017 /立方公分，例如約1015 /立方公分至2*1016 /立方公分。
太陽能電池基板802可由太陽能電池晶圓製成，並可例如具有圓的形狀(例如圓形形狀或橢圓形形狀)、或多邊形形狀(例如，正方形形狀)。然而，在各種實施態樣中，太陽能模組的太陽能電池亦可具有非正方形形狀。在這些情形中，太陽能模組的太陽能電池例如可透過以下方式形成：將一或多個太陽能電池(在其形式上也被稱為標準太陽能電池)分離(例如，切割)並由此分成多個非正方形或正方形太陽能電池。在各種實施態樣中，可在這些情形中調整標準太陽能電池中的接觸結構，例如可額外設置背側橫向結構。
在各種實施態樣中，所製造的太陽能電池可具有以下尺寸：寬度為約5公分至約50公分，長度為約5公分至約50公分，且厚度為約100微米至約300微米。
如上所述，在各種實施態樣中，可在光伏層中形成一基極區(base region)，該基極區例如摻雜有第一摻雜型(也被稱為第一導電型)的摻雜劑，例如摻雜有p摻雜型的摻雜劑，例如摻雜有元素週期表第III主族的摻雜劑(例如摻雜有硼(B))。
此外，在各種實施態樣中，可形成一發射極區域(例如，透過將摻雜劑擴散至基板中)，該發射極區域摻雜有與該第一摻雜型相 反的第二摻雜型(也被稱為第二導電型)的摻雜劑，例如摻雜有n摻雜型的摻雜劑，例如摻雜有元素週期表的第V主族的摻雜劑(例如摻雜有磷(P))。
在透過例如氣相擴散摻雜發射極區域後，可在磷擴散的情形中透過在例如2.5%至25%的HF溶液中進行PSG蝕刻而移除磷矽酸鹽玻璃。
在各種實施態樣中，可視需要對發射極區域之暴露的上表面塗覆一抗反射層(例如，包含氮化矽或由氮化矽組成)。
在各種實施態樣中，摻雜劑濃度增大的區域可摻雜有適宜的摻雜劑(例如磷)。在各種實施態樣中，第二導電型可為p導電型，且第一導電型可為n導電型。作為另一選擇，在各種實施態樣中，第二導電型可為n導電型，且第一導電型可為p導電型。
進一步參照第7圖及第8B圖至第8D圖(第8A圖顯示傳統太陽能電池800的結構以供比較)，在步驟704中，可以一太陽能電池網版印刷組合物塗覆一太陽能電池基板802。第8B圖至第8D圖顯示根據各種實施態樣的各種剖視圖820、840、860。
為了進行塗覆，在各種實施態樣中可使用印刷程序(例如，網版印刷程序)。
在各實施態樣中，可使用包含鋁及矽的太陽能電池網版印刷組合物(例如，如上述之根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物)來塗覆太陽能電池。
在部分實施態樣中，步驟704可包括在太陽能電池基板802的表面上在第一區域804中塗覆太陽能電池基板802。在此種情形中，第一區域804可位於太陽能電池基板802的發射極側(即， 通常高能量電磁輻射(例如光)所撞擊以產生能量的側；在下文中，此側也被稱為「前側」或「光入射側」)上及/或背側(即，太陽能電池基板802的與太陽能電池基板802的發射極側相對的側)上。第一區域804亦可在太陽能電池基板802的任何其他表面區域(例如，側表面)上延伸。
在各種實施態樣中，以根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物塗覆太陽能電池基板802的第一區域804，從而透過太陽能電池網版印刷組合物的鋁陽離子(例如，Al3+ )來產生背面電場806，且這些鋁陽離子可擴散至太陽能電池基板802中。在各種實施態樣中，可透過在如下所述的加熱過程中升高溫度來強化擴散。同時，根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物的矽比例(其中矽可能擴散至太陽能電池基板802中)不會對太陽能電池基板802的半導體特性產生不利影響。相較於根據第8A圖(其顯示一傳統的背面電場806)的太陽能電池，在第8B圖至第8D圖中顯示，根據各種實施態樣，背面電場806可延伸於太陽能電池基板802的整個表面區域上方，且不在形成電性接觸區域808(例如，第8A圖中的銀焊盤808)的位置處中斷。根據各種實施態樣，此可提高效率。
根據某些實施態樣，第一區域804可完全覆蓋太陽能電池基板802的任何表面或其他區域(參見第8D圖)或完全覆蓋太陽能電池基板802之與太陽能電池基板802之週邊側邊界間隔開的表面，例如間隔寬度為約1毫米至約20毫米，例如間隔寬度為約1毫米至約10毫米，例如間隔寬度為約1毫米至約5毫米。
根據各實施態樣，第一區域804可由多個子區域804組成或形 成。子區域的數目例如可為一至三個、三至八個、八至十二個、十二至十六個、或任何其他數目。
另外參照第9A圖及第9B圖(其分別顯示根據各種實施態樣的太陽能電池的平面圖900、920)，每一子區域804均可沿縱向軸線902延伸(即，每一子區域在一平面中可能具有的最大幾何長度範圍的延伸)。子區域804可實質上包括矩形形狀、正方形形狀、三角形形狀、圓形形狀(在此種情形中，縱向軸線902可為穿過圓形形狀的中心點的任何軸線)或任何其他多邊形形狀或自由形狀。一個或部分子區域804可具有一種形狀(例如，矩形形狀)，而同時一或多個其他子區域804可具有另一形狀(例如，正方形形狀)或其他形狀。所有子區域804也可具有相同的形狀或每一子區域804可分別具有不同的形狀。
參照第9A圖及第9B圖，可將子區域804的縱向軸線902相對於彼此設置成各種排列方式。如第9A圖所示，可將子區域804的縱向軸線902設置成使其分別相互平行。多個子區域804之間的橫向距離(即，與縱向軸線902相對而言在橫向上的距離)可為相同的，或在每一種情形中兩個子區域804之間的橫向距離可不相同。子區域804距太陽能電池的週邊邊界的橫向距離可為相同或不同。
也可將子區域804的縱向軸線902設置成使其不相互平行，即各縱向軸線902在其間界定一角度，例如約30°至約45°的角度及/或約45°至約90°的角度。
可將部分子區域804(或其相應的縱向軸線902)設置成相互平行，而同時太陽能電池基板802的其他子區域804可在彼此之間 界定一角度。
各子區域804的橫向軸線904(子區域804在平面中相對於其縱向軸線902而言在橫向上的最大長度範圍)可具有相同的長度或在每一情形中具有不同的長度，例如橫向軸線904的長度可為約0.2毫米至約10毫米，例如約1毫米至約2毫米，或為任何其他值。
參照第9B圖，在某些實施態樣中，可將子區域804的縱向軸線902設置成使其沿一假想的直線延伸。就此而言，可將一個、二個、三個、四個、多個、或全部子區域804設置成使其相應的縱向軸線902沿一假想的直線(在第9A圖中由虛線906表示)上延伸。也可將子區域802設置成使部分(例如，二個或例如三個或多於三個)子區域804被設置成使其縱向軸線902位於第一假想直線906上，且存在一或多條其他的假想直線906(例如，總共二條或三條或四條或更多條假想直線906)，這些假想直線906上也設置有子區域804，使得子區域804的縱向軸線902位於這些假想直線906上。假想直線906可相互平行或相對於彼此分別界定有角度。
在此種情形中，二個子區域804可與在橫向方向上最近的子區域804分別具有相同的橫向距離及/或分別具有不同的橫向距離，例如約2毫米至約50毫米的距離，例如約10毫米至約30毫米的距離，例如約20毫米至約25毫米的距離。
在各種實施態樣中，子區域804也可與在縱向方向上最近的子區域804分別具有相同的縱向距離(即，在縱向軸線904方向上的距離)或在每一情形中分別具有不同的距離。
根據各種實施態樣，可視需要塗覆太陽能電池基板802中的第 二區域810。第二區域810可位於第一區域804旁邊。第二區域810可鄰接第一區域804，使得沉積於第一區域804及第二區域810上的層以導電方式相互連接。第二區域810可為太陽能電池基板802表面(例如，發射極側及/或背側)之一未經第一區域804圍繞的區域。在某些實施態樣中，太陽能電池基板802的週邊區域(具有例如約1毫米至約20毫米的寬度，具有例如約1毫米至約10毫米的寬度，具有例如約1毫米至約5毫米的寬度)可能既不是第一區域804的一部分，也不是第二區域810的一部分，即，其可在方法步驟704期間或之後不經任何塗覆(例如，以避免在將多個太陽能電池基板802組合形成太陽能模組時產生電性短路)。
在某些實施態樣中，係以一至少包含鋁及矽的太陽能電池印刷組合物(例如，使用如上所述根據各種實施態樣的太陽能電池印刷組合物)塗覆第一區域804，並以一實質上不包含矽的印刷組合物(例如，使用印刷鋁膏)來塗覆第二區域810。
在各實施態樣中，若第一區域804實質上包含太陽能電池基板802之完全、完整的表面(例如，發射極側或背側之實質上的整個表面)(例如，如上所述與週邊區域間隔開)，則例如使用根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物來進行塗覆，該太陽能電池網版印刷組合物所包含的矽比例對應於太陽能電池網版印刷組合物中的鋁與矽的質量總和的約70質量%至約95質量%。
參照第7圖，在步驟706中，可在太陽能電池基板的發射極側上塗覆一金屬化層(metallization)812。
例如，可透過沉積銀金屬化線來塗覆發射極側金屬化層812(例 如，前側金屬化層)。
此外，參照第7圖，在步驟708中，可塗覆上述根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物。在各種實施態樣中，可將太陽能電池網版印刷組合物部分地或完全地塗覆太陽能電池的背側。
此外，在步驟710中，在塗覆後，可根據各種實施態樣來加熱(金屬化的)太陽能電池基板802。
可在約600℃至約1000℃的溫度下，例如在約700℃至約900℃的溫度下、例如在約800℃的溫度下進行加熱(例如，燒製)步驟710。在加熱期間，可將溫度保持(實質上恆定地)約2至60秒；加熱速率可為約60℃/秒，且冷卻速率可為約60℃/秒。
加熱可具有使太陽能電池網版印刷組合物及/或其他印刷組合物的溶劑蒸發(即，作為氣體進入大氣中)的效果。
在各種實施態樣中，加熱步驟710可具有如下效果：根據溫度以及根據第5圖所示相圖表500的矽比例及鋁比例，太陽能電池網版印刷組合物熔融及/或部分地熔融及/或不熔融。
在各種實施態樣中，例如，若太陽能電池網版印刷組合物的矽比例佔太陽能電池網版印刷組合物的鋁質量與矽質量總和的約30重量%至約95重量%或佔該質量總和的約70重量%至約95重量%，則在加熱期間太陽能電池網版印刷組合物的矽相可實質上不熔融，而共晶鋁-矽相會熔融變成液體，並填充矽相的顆粒之間的空隙(對照第6圖)。在各種實施態樣中，在加熱期間，太陽能電池網版印刷組合物可具有一漿狀膏結構，即未完全液化。此會形成一機械上穩定的塗層，從而不會於冷卻期間(或在冷卻至室溫或 太陽能電池的工作溫度之後)在太陽能電池基板802中引入任何機械應力，或幾乎不引入任何機械應力。
在各種實施態樣中，例如，若矽比例佔太陽能電池網版印刷組合物的鋁與矽的質量總和的約5重量%至約15重量%或佔該質量總和的約5重量%至約30重量%，則太陽能電池網版印刷組合物可在加熱期間完全熔融。此會在冷卻後形成一機械上非常穩定的塗層。
可在不含氧氣及/或氧氣減少的氣體氣氛中進行太陽能電池的加熱步驟710，例如在包含氬氣及氫氣並具有低的氧氣分壓的氣氛中進行。
在各種實施態樣中，可實現生產率及效率的提高，這是因為可獲得高純度的矽且不會因(自我)擴散而污染半導體基板。此外，在各種實施態樣中，可節省程序步驟，這是因為可將根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物(尤其是具有相對高的矽比例的太陽能電池網版印刷組合物)印刷至太陽能電池基板的整個表面(例如，背側)上，從而使與傳統的過程相比可節省方法步驟(參見第8A圖；以圖式描繪，例如可透過單一方法步驟或使用單一的太陽能電池網版印刷組合物來塗覆背側金屬化層及接觸點)。此外，如上所述的太陽能電池不再具有多孔(例如，背側)表面，由此改善太陽能電池及由太陽能電池製成的太陽能電池模組的機械強度及耐蝕性。此外，會降低由鋁膏造成的層壓缺陷(例如，起泡)的風險。
根據各種實施態樣，參照第7圖，在步驟712中，可在太陽能電池基板802之經塗覆的第一區域804上及/或在經塗覆的第二區 域810上沉積可軟焊金屬化層814。根據各實施態樣，可例如透過氣相沉積、濺射、電化學沉積(例如，電沉積)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)及/或熱噴塗程序(例如，等離子體噴塗或電弧噴塗(wire arc spraying))來沉積可軟焊金屬化層814。可軟焊金屬化層814可包含金屬，例如銅、鎳、錫；鉛、鉍、銦、鋅及/或銀及/或其他化學元素。
可軟焊金屬化層814可沉積於第一區域804之上(參見第8B圖至第8D圖)及/或第二區域810之上(參見第8B圖及第8C圖)。在各種實施態樣(參見第8B圖)中，可軟焊金屬化層814亦可沉積於太陽能電池基板802的一或多個(經塗覆的)表面區域之上，從而使其覆蓋整個表面區域(例如，太陽能電池基板802的整個背側)。
然而，也可將可軟焊金屬化層814沉積成使其在各種情形中完全或僅部分地覆蓋僅第一區域804及/或第二區域810。
以下將闡述其他實施態樣。
第10圖顯示一加熱後之在太陽能電池基板802一側上之第一區域804中之太陽能電池網版印刷組合物塗層的光學顯微剖視圖(顯微照片)1000。第10圖所示的太陽能電池網版印刷組合物所具有的矽比例為太陽能電池網版印刷組合物中的矽質量與鋁質量總和的13質量%(參見第10圖；該組合物實質上為共晶的)。第10圖顯示新形成的顆粒1002，其中同時呈現微晶矽及鋁。這顯示，在加熱期間已形成共晶(或共晶結構)。然而，由於成分的混合以及加熱時間相對短，因此未形成全區域且均勻的共晶結構，其中一個 原因在於，矽與鋁二者均形成氧化層，該氧化層非常強並難以突破。
第11A圖至第11C圖在各種示意圖1100、1120、1140(其亦顯示於第10圖中)中顯示塗層的表面。第11A圖及第11B圖顯示塗層上之共晶結構的小微滴1102，小微滴1102已與太陽能電池基板802的晶圓牢固地生長於一起，因此在其脫落時會損壞晶圓，如第11圖中所示的破裂點1104所示。此既顯示根據一實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物的內部內聚機械強度，亦顯示根據各種實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物與晶圓的在機械上穩定的連接。
然而，實質上仍保持一可由傳統的太陽能電池網版印刷組合物實現的鬆的結構。因此，在各種實施態樣中，電池連接件的抗拉離性(在使用鎳來濺射矽網版印刷組合物之塗層的表面之後)並不實質上增大，然而已形成具有高機械強度的小面積區域。該等具有高機械強度的區域會導致太陽能電池基板的晶圓在拉離測試中受損，在該拉離測試中，電池連接件係軟焊至太陽能電池網版印刷組合物的塗層的表面上。
第12圖顯示自具有根據一實施態樣的太陽能電池網版印刷組合物之塗層的第一區域804撕離電池連接件後的此種局部晶圓破裂(outbreak)1200，並說明太陽能電池網版印刷組合物的良好機械特性。
在各種實施態樣中，提供一種太陽能電池網版印刷組合物，其包含：鋁；以及矽；其中矽的質量百分比係佔矽與鋁之質量百分比總和的約5%至約95%。
在各種實施態樣中，提供一種太陽能電池網版印刷組合物，其包含：鋁；以及矽；其中矽的質量比例為矽與鋁之質量比例總和的至少0.05且至多0.95。
根據一改良形式，矽的質量比例可為矽與鋁的質量比例總和的至多0.33。
根據另一改良形式，矽的質量百分比可佔矽與鋁的質量百分比總和的約5%至約30%。
根據另一改良形式，矽的質量百分比可佔矽與鋁的質量百分比總和的約5%至約15%。
根據另一改良形式，矽的質量百分比可佔矽與鋁的質量百分比總和的約30%至約95%。
根據另一改良形式，矽的質量比例可為矽與鋁的質量比例總和的至多0.15。
根據另一改良形式，矽的質量比例可為矽與鋁的質量比例總和的至少0.33。
根據另一改良形式，矽的質量比例比可為矽與鋁的質量比例總和的至少0.7。
根據另一改良形式，太陽能電池網版印刷組合物可為膏狀物，其黏度為約10帕斯卡 秒至約500帕斯卡 秒。
根據另一改良形式，該組合物可額外包含一玻璃熔塊。
根據另一改良形式，該組合物可包含最大質量百分比為25%的蝕刻劑及溶劑。
根據另一改良形式，該組合物可實質上不含銀。
根據另一改良形式，矽及鋁可呈顆粒形狀，其平均粒徑為約0.5 微米至約20微米。
在各種實施態樣中，提供一種太陽能電池，該太陽能電池包含例如上文及下文所述的太陽能電池網版印刷組合物。
根據一改良形式，該太陽能電池可具有一n型發射極，且該太陽能電池的背側可具有該太陽能電池網版印刷組合物。
根據另一改良形式，該太陽能電池的背側可具有該太陽能電池網版印刷組合物。
根據另一改良形式，該太陽能電池網版印刷組合物可覆蓋該背側的整個表面區域。
根據另一改良形式，該太陽能電池網版印刷組合物可僅部分地覆蓋該背側。
根據另一改良形式，該太陽能電池可具有一p型發射極，且該太陽能電池的前側可具有該太陽能電池網版印刷組合物。
根據另一改良形式，該太陽能電池的背側可具有一背面電場。
在各種實施態樣中，提供一種金屬化太陽能電池的方法，該方法包括：以一太陽能電池網版印刷組合物塗覆一太陽能電池之一區域，該太陽能電池網版印刷組合物至少包含鋁及矽；以及加熱該經太陽能電池網版印刷組合物塗覆的太陽能電池。
根據一改良形式，在該太陽能電池網版印刷組合物中，矽的質量百分比可佔矽與鋁的質量百分比總和的約5%至約95%。
根據另一改良形式，在該太陽能電池網版印刷組合物中，矽的質量比例可為矽與鋁的質量比例總和的至少0.05且至多為0.95。
根據另一改良形式，可將該太陽能電池網版印刷組合物塗覆於該太陽能電池的背側。
根據另一改良形式，在加熱太陽能電池之前，可以一實質上不含矽的太陽能電池網版印刷組合物塗覆與該太陽能電池之經塗覆區域鄰接的另一區域。
根據另一改良形式，在加熱該太陽能電池之後，可於該太陽能電池網版印刷組合物上或上方塗覆一附加層，該附加層包含一可軟焊材料。
根據另一改良形式，亦可將該附加層沉積於該另一區域之上方的一部分。
根據另一改良形式，該附加層可完全覆蓋該區域。
根據另一改良形式，該附加層可完全覆蓋該另一區域。
根據另一改良形式，可透過氣相沉積、濺射、電沉積、氣相的化學沉積程序(化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition；CVD))、或熱噴塗來沉積該可軟焊材料。
根據另一改良形式，該可軟焊材料可包含Cu、Ni、Sn、Pb、Bi、In、Zn、或Ag之至少一者。
根據另一改良形式，在該加熱期間，可將太陽能電池加熱至約700℃至約900℃的溫度，例如加熱至約800℃的溫度。
根據另一改良形式，可在一還原氣體氣氛中進行加熱。
根據另一改良形式，可利用一網版印刷程序將一太陽能電池網版印刷組合物塗覆於該太陽能電池。
根據另一改良形式，該區域可包含彼此不鄰接的多個子區域。
根據另一改良形式，該等彼此不鄰接的多個子區域中的至少部分子區域可具有細長的形狀並分別沿一縱向軸線延伸，該等彼此鄰接的子區域係經設置成使其各自的縱向軸線相互平行。
根據另一改良形式，該等子區域的數目可為二個或三個或多於三個。
根據另一改良形式，該等彼此不鄰接的多個子區域可分別沿一縱向軸線延伸且各自的縱向軸線可位於一假想的直線上。
根據另一改良形式，該等子區域的數目可為少於四個或等於四個或多於四個。
根據另一改良形式，該等彼此不鄰接的多個子區域可分別沿一縱向軸線延伸，其中至少二個子區域的縱向軸線係相互平行，且其中至少二個子區域的縱向軸線係位於一假想的直線上。
根據另一改良形式，每一子區域可分別具有實質上為矩形的形狀，該矩形的短邊的長度為約0.2毫米至約10毫米，例如約1毫米至約2毫米。
根據另一改良形式，該太陽能電池可具有一p型發射極或一n型發射極。
根據另一改良形式，該太陽能電池可具有一n型發射極，並可將該太陽能電池網版印刷組合物塗覆於該太陽能電池的背側上。
根據另一改良形式，該太陽能電池可具有一p型發射極，並可將該太陽能電池網版印刷組合物塗覆於該太陽能電池的前側上。
根據另一改良形式，在該方法開始時(即在以該太陽能電池網版印刷組合物進行塗覆之前)，該太陽能電池可實質上不含磷玻璃。
根據另一改良形式，在該方法開始時(即在以該太陽能電池網版印刷組合物進行塗覆之前)，該太陽能電池可具有一抗反射塗層。
根據另一改良形式，可進行加熱以使該太陽能電池網版印刷組合物完全熔融。
根據另一改良形式，可進行加熱以使該太陽能電池網版印刷組合物之實質上包含矽的相不熔融。
根據另一改良形式，該方法亦可包括將一前側金屬化層印刷至該太陽能電池的前側上。
儘管已參照特定的實施態樣具體顯示並闡述了本發明，然而所屬領域的技術人員應理解，可在不背離由隨附申請專利範圍所界定之本發明精神及範圍的條件下對本發明作出各種形式及細節的改變。因此，本發明的範圍係如隨附申請專利範圍所示，且旨在包含屬於申請專利範圍之等效意義及範圍內的所有改變。
100‧‧‧傳統的鋁印刷組合物
102、104、106、108、110、1002‧‧‧顆粒
200‧‧‧圖表
202‧‧‧拉離力
204‧‧‧第一區域
206‧‧‧第二區域
300、400‧‧‧電子顯微照片
302‧‧‧電池連接件
500‧‧‧鋁-矽相圖表
600‧‧‧微結構
602‧‧‧第一相
604‧‧‧第二相
700‧‧‧金屬化的方法
702、704、706、708、710、712‧‧‧步驟
800‧‧‧傳統的太陽能電池
802‧‧‧太陽能電池基板
804‧‧‧第一區域/子區域
806‧‧‧背側電場/背面電場
808‧‧‧電性接觸區域/銀焊盤
810‧‧‧第二區域
812‧‧‧金屬化層
814‧‧‧可軟焊金屬化層
820、840、860‧‧‧剖視圖
900、920‧‧‧平面視圖
902‧‧‧縱向軸線
904‧‧‧橫向軸線
906‧‧‧虛線/假想直線
1000‧‧‧光學顯微剖視圖
1100、1120、1140‧‧‧示意圖
1102‧‧‧小微滴
1104‧‧‧破裂點
1200‧‧‧局部晶圓破裂
第1圖為一電池背側的掃描式電子顯微照片(scanning electron micrograph；SEM)，該電池係印刷有一傳統的背側鋁膏；第2圖為一顯示將一電池連接件拉離一太陽能電池表面之拉離力之變化的圖表，該表面係部分地印刷有一傳統的背側鋁膏，且整個表面上係濺射有鎳；第3圖為一自一太陽能電池撕離之一電池連接件的掃描式電子顯微照片，該太陽能電池係塗覆有一傳統的背側鋁膏；第4圖為一第3圖所示之電池連接件之詳細視圖的掃描式電子顯微照片；第5圖為一鋁-矽相的圖表；第6圖顯示一根據各種實施態樣之太陽能電池網版印刷組合物 的示意性微結構；第7圖顯示一根據各種實施態樣之用於塗覆太陽能電池之方法的流程圖；第8a圖顯示一示意性太陽能電池基板；第8b圖至第8d圖顯示根據各種實施態樣的示意性太陽能電池基板；第9a圖及第9b圖顯示根據各種實施態樣的示意性太陽能電池基板；第10圖為一根據各種實施態樣之具有一塗層的太陽能電池基板的光學顯微照片；第11a圖至第11c圖為根據各種實施態樣之具有一塗層的太陽能電池基板的光學顯微照片；以及第12圖為一根據各種實施態樣之具有一塗層的太陽能電池基板在拉離測試後之表面的掃描式電子顯微照片。
700‧‧‧金屬化的方法
702、704、706、708、710、712‧‧‧步驟

Claims (11)

  1. 一種將太陽能電池金屬化的方法，其係包含：以一太陽能電池網版印刷組合物塗覆一太陽能電池之一第一區域，該太陽能電池網版印刷組合物至少包含鋁及矽，矽的質量百分比係佔矽與鋁之質量百分比總和的約5%至約30%；以一實質上不含矽的太陽能電池網版印刷組合物塗覆一與該經塗覆之第一區域鄰接之太陽能電池的第二區域，其中該第一區域上的太陽能電池網版印刷組合物與該第二區域上的太陽能電池網版印刷組合物係以導電方式相互連接；以及加熱該經太陽能電池網版印刷組合物塗覆的太陽能電池；其中，形成一延伸於該第一區域與第二區域的背面電場。
  2. 如請求項1所述的方法，其中係經由一網版印刷程序將該太陽能電池網版印刷組合物塗覆於該太陽能電池之該區域。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該矽及鋁係呈顆粒形狀，其平均粒徑為約0.5微米至約20微米。
  4. 如請求項1所述的方法，其中在加熱該太陽能電池之後，於該第二區域上之太陽能電池網版印刷組合物上或上方完全地或部分地塗覆一附加層，該附加層包含一可軟焊材料。
  5. 如請求項4所述的方法，其中係經由氣相沉積、濺射、電沉 積、化學氣相沉積(CVD)或熱噴塗來施加該可軟焊材料。
  6. 如請求項1所述的方法，其中係於加熱期間加熱該太陽能電池至約700℃至約900℃之溫度。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該太陽能電池係具有一n型發射極，且該太陽能電池網版印刷組合物係施加於該太陽能電池的背側。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該太陽能電池係具有一p型發射極，且該太陽能電池網版印刷組合物係施加於該太陽能電池的前側。
  9. 如請求項1所述的方法，其中矽的質量百分比係佔矽與鋁之質量百分比總和的約5%至約15%。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該太陽能電池網版印刷組合物為一膏狀物，其黏度為約10帕斯卡 秒至約500帕斯卡 秒。
  11. 如請求項1所述的方法，其中該太陽能電池網版印刷組合物包含最大質量百分比為25%的蝕刻劑及溶劑。
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