TWI517430B - 太陽能電池單元及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於一種太陽能電池單元及其製造方法，更特別地，本發明是關於以一低溫製程將電極形成於矽片之方法，另外能提升太陽能電池強度之結構。
太陽能電池發展的歷史已有超過半世紀的時間，習知太陽能電池結構100(參見第1圖)與製造流程200(參見第2圖)，可簡單分為(1)清洗矽片及表面處理(Texturing)(步驟21)(2)擴散(Diffusion)製程(步驟22)(3)金屬化製程(Metallization)(步驟23)，矽片110經表面處理(步驟21)及擴散製程(步驟22)後產生一摻雜雜質之微結構140，而目前習知的金屬化製程所使用的材料為銀膠(silver paste)，方法為將導電膠120以網印(screen printing)的方式製作於微結構140上，再將矽片放入燒結爐中以700-800度之高溫進行燒結，使導電膠中的矽粉能與矽片緊密結合。
雖然利用導電膠及網印的方式來製作電極為一簡單的製程步驟，然而在製程中矽片需放入高溫的燒結爐中進行燒結，然而，導電膠的效能有其極限，再者對某些特殊材料如非晶矽等，燒結爐的高溫會讓矽片中的雜質二次擴散，使得矽片中所摻雜之雜質濃度改變，或使材料結晶，造成太陽能電池的發電效率降低。
此外，太陽能電池的矽基板材料成本佔太陽能電池生產成本的一大部分，因此業界多會薄化矽基板的厚度以減少生產成本，目前薄化之太陽能電池之厚度約為120μm-150μm，然而薄化之太陽能電池在運送及在模組廠中進行串焊的過程中容易造成破片，破片之太陽能電池需要以人工來焊接，會因此增加額外的成本。
為了克服習知技藝的上述缺點，本案發明人乃經悉心試驗與
研究，並一本鍥而不捨之精神，終於創作出本案『太陽能電池單元及其製造方法』，以創新的概念應用於現有的太陽能電池製程中，在電極的製作過程可以以一低溫製程進行，同時解決目前太陽能電池厚度降低而造成容易破片的問題。
本案之主要目的為提供一種太陽能電池的製作方法，其方法為對已完成擴散製程之矽片進行圖案化，再利用低溫的金屬化製程將電極製作於矽片上，可避免習知技術中矽片進入燒結爐之高溫所帶來的影響。
本案之另一目的為提供一種太陽能電池，以一透光性材料包覆太陽能電池除匯流排之端點外的區域，可增加太陽能電池的結構強度同時因為陽光在透過此透光材料時已經過一次折射與一次反射，故可在模組化之前先檢查色差之問題，提高終端產品的良率。
本發明之一目的是提供一種太陽能電池單元的製造方法，包括：提供一圖案化矽片，具一圖案化區域及一未圖案化區域；以及於該未圖案化區域形成一電極。
根據上述構想，該製造方法更包括以一耐酸鹼材料來進行一圖案化，其中該圖案化矽片已完成一擴散製程，該耐酸鹼材料選自由矽膠(silicon)及光阻劑所組成之群組其中之一。
根據上述構想，其中該圖案化之方法選自由網印(screen printing)、噴墨印刷(ink-jet printing)及黃光微影(photolithography)所組成之群組其中之一。
根據上述構想，其中該電極更包括一指狀電極(finger electrode)，該指狀電極(finger electrode)的寬度大於5μm，而該矽片的厚度為50μm-200μm，該圖案化區域的厚度為30μm-200μm。
根據上述構想，其中該電極更包括一匯流排(bus bar)，該匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，而該指狀電極(finger electrode)的數量大於60，該匯流排(bus bar)的數量小於50。
本發明之一目的是提供另一種太陽能電池單元的製造方法，包括：提供一矽片；於該矽片上形成一電極區域；以及以一低溫製程
將一電極形成於該電極區域。
根據上述構想，其中該低溫製程選自由電鍍、塗佈、化學氣相沉積及物理氣相沉積所組成之群組其中之一。
根據上述構想，其中該矽片已完成一擴散製程，該太陽能電池單元在該低溫製程中的溫度為攝氏0-45度。
根據上述構想，其中該電極更包括一指狀電極(finger electrode)，該指狀電極(finger electrode)的寬度大於5μm，而該矽片的厚度為50μm-200μm，該圖案化區域的厚度為30μm-200μm。
根據上述構想，其中該電極更包括一匯流排(bus bar)，該匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，而該指狀電極(finger electrode)的數量大於60，該匯流排(bus bar)的數量小於50。
本發明之一目的是提供一種太陽能電池單元，包括：一矽片；一圖案層，設於該矽片上，而定義出一未經圖案化之區域；以及一電極層，形成於該未經圖案化之區域。
根據上述構想，該矽片的厚度為50μm-200μm，該圖案層的厚度為30μm-200μm，而該電極層更包括一指狀電極(finger electrode)，該指狀電極(finger electrode)的寬度大於5μm。
根據上述構想，其中該電極層更包括一匯流排(bus bar)，該匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，而該指狀電極(finger electrode)的數量大於60，該匯流排(bus bar)的數量小於50。
本發明之一目的是提供另一種太陽能電池單元，包括：一矽片，具有一匯流排(bus bar)，該匯流排具一端以利與另一矽片之另一匯流排之一對應端相焊接；以及一透光性材料，該透光性材料包覆除該端外之該矽片。
根據上述構想，其中該端具一焊點以利與另一矽片之另一焊點相焊接，該透光性材料選自由乙烯/醋酸乙烯共聚物、矽膠及光阻劑所組成之群組其中之一。
根據上述構想，其中該透光性材料之透光率為百分之八十五以上，且能與乙烯/醋酸乙烯共聚物接合。
100‧‧‧習知太陽能電池結構
110、310、510、710、910‧‧‧矽片
120‧‧‧導電膠
140、340、740‧‧‧摻雜雜質之微結構
300、700、900‧‧‧本發明之太陽能電池單元
320‧‧‧耐酸鹼材料
380‧‧‧圖案化區域
390‧‧‧未圖案化區域
510、810、960‧‧‧指狀電極
520、820、950‧‧‧匯流排
720‧‧‧圖案層
950a‧‧‧焊點
970‧‧‧透光性材料
200、21、22、23、400、41、42、43、44、600、61、62、63、64‧‧‧步驟
第1圖為習知太陽能電池結構圖；第2圖為習知太陽能電池製造流程圖；第3(a)圖與第3(b)圖為本發明構想之一較佳實施例之太陽能電池單元的結構示意圖；第4圖為本發明構想之一較佳實施例之太陽能電池單元的製造流程圖；第5圖為本發明構想之一較佳實施例之太陽能電池單元的俯視示意圖；第6圖為本發明構想之又一較佳實施例之太陽能電池單元的製造流程圖；第7(a)圖與第7(b)圖為本發明構想之又一較佳實施例之太陽能電池單元的結構示意圖；第8圖為本發明構想之又一較佳實施例之太陽能電池單元的俯視示意圖；以及第9圖為本發明構想之再一較佳實施例之太陽能電池單元之俯視示意圖。
本發明可由以下的實施例而得到充分瞭解，使得本領域之技術人員可據以完成之，然而所討論的具體實施例僅是說明使用本發明的特定方式，並不會限制本發明的範圍，本領域之技術人員可依據所揭露之實施例而推演出其他實施例，該等實施例皆屬本創作之範圍。
請參閱第3(a)圖與第3(b)圖、第4圖與第5圖，第3(a)圖與第3(b)圖與第5圖為依據本發明構想之一較佳實施例之太陽能電池單元300的結構示意圖(電極510、520(後述)未顯示於第3(a)圖與第3(b)圖)，其中第3(a)圖之結構可為沿第5圖B-B’方向之剖面，第3(b)圖可為沿第5圖A-A’方向之剖面，值得注意的是圖中之電極數量皆為示意，本領域之技術人員可依據所揭露之實施例而推演出其他實施例，該等實施
例皆屬本發明之範圍，第4圖為依據本發明構想之一較佳實施例之太陽能電池單元的製造流程圖400，本發明提供一種太陽能電池單元的製造方法，配合第3(a)圖與第3(b)圖與第5圖來說明，矽片310經表面處理(步驟41)及擴散製程(步驟42)後產生一摻雜雜質之微結構340，矽片的厚度較佳的為50μm-200μm，之後在微結構340上進行一圖案化(步驟43)，使微結構340具有一圖案化區域380以及一未圖案化區域390，並於未圖案化區域390形成電極510、520(後述)(步驟44)，圖案化區域380的厚度較佳為30μm-200μm，步驟43之圖案化之步驟可將已完成擴散製程之矽片分為有覆蓋圖案化材料之區域(圖案化區域380)以及無覆蓋圖案化材料之區域(未圖案化區域390)，以利將電極510、520形成於無覆蓋圖案化材料之區域。
請參閱第5圖，第5圖為本發明構想之一較佳實施例之太陽能電池單元300的俯視示意圖(電極已畫出)，電極包括指狀電極(finger electrode)510以及匯流排(bus bar)520，較佳的，指狀電極(finger electrode)510的寬度大於5μm，指狀電極(finger electrode)510的數量大於60，而匯流排(bus bar)520的寬度為0.15mm-2mm，匯流排(bus bar)520的數量小於50。
如上述之太陽能電池單元300，擴散製程(步驟42)可替換為化學氣相沉積(CVD process)或是異質接面(HIT)。
如上述之太陽能電池單元300可不設有匯流排(bus bar)520，即其匯流排(bus bar)520之數量可為0。
如上述之製造方法，較佳以一耐酸鹼材料320來進行圖案化，其中該耐酸鹼材料320選自由矽膠(silicon)及光阻劑所組成之群組其中之一，使用耐酸鹼材料來進行圖案化，可避免圖案化之圖案在形成電極時因可能的酸鹼溶液而受到侵蝕；而該圖案化之方式選自由網印(screen printing)、噴墨印刷(ink-jet printing)及黃光微影(photolithography)所組成之群組其中之一。
請參閱第6圖，第6圖為依據本發明構想之又一較佳實施例之太陽能電池單元的製造流程圖600，本發明提供一種太陽能電池單元的製造方法，其方法在一已完成表面處理(步驟61)及擴散製程(步驟62)的矽片上，將一不導電之材料於矽片上進行圖案化以形成一材料區域，材料區域
的厚度為30μm-200μm，較佳的，矽片的厚度為50μm-200μm，而未經圖案化之處對應形成一電極區域(步驟63)，再以一低溫製程將一電極形成於該電極區域(步驟64)。
如上述之製造方法，擴散製程(步驟62)可替換為化學氣相沉積(CVD process)或是異質接面HIT。
如上述之製造方法，較佳地，電極包括指狀電極(finger electrode)以及匯流排(bus bar)，指狀電極的寬度大於5μm，指狀電極(finger electrode)的數量大於60，而匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，匯流排(bus bar)的數量小於50。
如上述之製造方法，該低溫製程選自由電鍍、塗佈、化學氣相沉積及物理氣相沉積所組成之群組其中之一，電極材料可依其應用選自由金屬如銅、銀、錫、鎳、鋁、鈦以及非金屬如活性碳或導電塑膠所組成之群組，且該太陽能電池單元在該低溫製程中的溫度為攝氏0-45度，此製造方法不採用習知技術中所使用之銀膠，一方面可選擇較低價之材料以降低成本，再者可避免燒結爐之高溫對太陽能電池單元所引發之問題以及其他潛在之問題。
請參閱第8圖，第8圖依據本發明構想之又一較佳實施例之太陽能電池單元700之俯視示意圖，較佳地，電極層包括指狀電極(finger electrode)810以及匯流排(bus bar)820，指狀電極(finger electrode)810的寬度大於5μm，指狀電極(finger electrode)810的數量大於60，而匯流排(bus bar)820的寬度為0.15mm-2mm，匯流排(bus bar)820的數量小於50。
請參閱第7(a)圖與第7(b)圖，第7圖(a)圖與第7(b)圖為依據本發明構想之又一較佳實施例之太陽能電池單元700之結構示意圖，第7(a)圖之結構可為沿第8圖B-B’方向之剖面，第7(b)圖可為沿第8圖A-A’方向之剖面，太陽能電池單元700包括一矽片710，矽片710的厚度較佳為50μm-200μm，一圖案層720與一包含匯流排(bus bar)820與指狀電極(finger electrode)810之電極層與一摻雜雜質之微結構740，該圖案層720厚度較佳為30μm-200μm且設於該微結構740上，以相對定義出一未經圖案化之區域，該電極層形成於該未經圖案化之區域。
如上述之太陽能電池單元700可不設有匯流排(bus bar)820，即匯流排(bus bar)820的數量可為0。
較佳地，圖案層720以網印、噴墨印刷或黃光微影的方式形成於微結構740上，而電極層以電鍍、塗佈、化學氣相沉積或物理氣相沉積的方式形成於未經圖案化之區域。
請參閱第9圖，第9圖為依據本發明構想之再一較佳實施例之太陽能電池單元900之俯視示意圖，包括一矽片910，具有一匯流排(bus bar)950，一指狀電極(finger electrode)960以及一透光性材料970，該透光性材料970包覆除匯流排(bus bar)950以及指狀電極(finger electrode)960外之矽片910，包覆此透光材料後可增加太陽能電池單元900之結構強度，使太陽能電池單元900在運送及模組化封裝的過程中不易破裂，更進一步使太陽能電池單元基板(substrate)的厚度能有機會被降低，而減少生產成本，此外，因為太陽能電池單元900已包覆一層透光材料，在光學上已經過一次折射與一次反射，故作業員可在模組化之前先進行選片(sorting)，大幅降低在封裝完成才出現之色差問題，進而提升終端產品之外觀及價值。
較佳地，透光性材料970包覆除匯流排(bus bar)950外之矽片9l0。
較佳地，上述太陽能電池單元900的匯流排(bus bar)950具有一端用於與另一太陽能電池單元上之另一匯流排之另一端焊接，而透光性材料970包覆除該端外之矽片910。
較佳地，上述太陽能電池單元900的匯流排(bus bar)950具有一焊點950a，透光性材料970可包覆除該焊點950a外之矽片910，本領域技術人士皆知該焊點可用於與另一太陽能電池單元上之另一匯流排之另一焊點焊接，該焊點950a可設於匯流排上之任意處，且可為任意形狀或大小，而不限於第9圖中所繪。
如上述之太陽能電池單元900，透光性材料970選自由乙烯/醋酸乙烯共聚物、矽膠及光阻劑所組成之群組其中之一，同時此透光性材料在衰老測試(aging test)中，不會與乙烯/醋酸乙烯共聚物相斥及產生氣泡。
如上述之太陽能電池單元900，透光性材料970之透光率為
百分之八十五以上，且能與乙烯/醋酸乙烯共聚物接合，同時可依太陽能電池單元的吸收光譜來選擇該透光性材料，使太陽能電池單元之轉換效率不會因為包覆一層透光性材料而降低。
綜上所述，本發明提供一種太陽能電池單元及其製造方法，突破了現有技術中太陽能電池的金屬化製程使用銀膠為材料同時矽片必須經過高溫燒結爐之固有想法，本案使用一耐酸鹼材料來進行圖案化，使矽片具有一圖案化區域以及一未圖案化區域，圖形化後之耐酸鹼材料在全部的製程中都會保留不需要移除，之後再以一低溫製程將電極形成於未圖案化區域上，此做法避免了高溫製程對矽片造成之影響以及潛在問題，可提升太陽能電池單元的轉換效率，另外本案使用一透光性材料來包覆太陽能電池單元除匯流排外之區域，可增加太陽能電池單元的強度，克服習知技術中太陽能電池單元薄化所造成容易破片之問題也能進一步減少太陽能電池單元之厚度以降低成本，此透光性材料形成於其上可承受紫外光之照射超過五年的時間而不會剝落、脆化、霧化或黃化變色，同時可在模組化之前先一步檢驗色差之問題，提升終端產品的外觀及價值，另外本發明之耐酸鹼材料與透光性材料可選自彼此接合時不相斥之材料，使太陽能電池廠與後段模組廠的製程能夠做更好的整合。
以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的範圍，因此熟知此技藝的人士應能明瞭，適當而作些微的改變與調整，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫本案申請專利範圍所欲保護者。
600、61、62、63、64‧‧‧步驟
Claims (16)
- 一種太陽能電池單元的製造方法，包括：提供一圖案化矽片，具一圖案化區域及一未圖案化區域；以及於該未圖案化區域形成一電極。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，更包括以一耐酸鹼材料來進行一圖案化，其中該圖案化矽片已完成一擴散或一異質結(Hetrojunction)製程，該耐酸鹼材料選自由矽膠(silicone)及光阻劑所組成之群組其中之一。
- 如申請專利範圍第2項所述之製造方法，其中該圖案化之方法選自由網印(screen printing)、噴墨印刷(ink-jet printing)及黃光微影(photolithography)所組成之群組其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該電極更包括一指狀電極(finger electrode)，該指狀電極(finger electrode)的寬度為5μm-40μm，而該矽片的厚度為50μm-200μm，該圖案化區域的厚度為30μm-200μm。
- 如申請專利範圍第4項所述之製造方法，其中該電極更包括一匯流排(bus bar)，該匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，而該指狀電極(finger electrode)的數量為60-300，該匯流排(bus bar)的數量小於50。
- 一種太陽能電池單元的製造方法，包括：提供一矽片；於該矽片上進行圖案化以形成一電極區域與一材料區域；以及以一低溫製程將一電極形成於該電極區域。
- 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該低溫製程選自由電鍍、塗佈、化學氣相沉積及物理氣相沉積所組成之群組其中之一。
- 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該矽片已完成一擴散製程，該太陽能電池單元在該低溫製程中的溫度為攝氏0-45度。
- 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該電極更包括一指狀電極(finger electrode)，該指狀電極(finger electrode)的寬度為5μm-40μm，而該矽片的厚度為50μm-200μm，該圖案化區域的厚度為30μm-200μm。
- 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該電極更包括一匯流排(bus bar)，該匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，而該指狀電極(finger electrode)的數量為60-300，該匯流排(bus bar)的數量小於50。
- 一種太陽能電池單元，包括：一矽片；一圖案層，設於該矽片上，而定義出一未經圖案化之區域；以及一電極層，形成於該未經圖案化之區域。
- 如申請專利範圍第11項所述之太陽能電池單元，該矽片的厚度為50μm-200μm，該圖案層的厚度為30μm-200μm，而該電極層更包括一指狀電極(finger electrode)，該指狀電極(finger electrode)的寬度為5μm-40μm。
- 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池單元，其中該電極層更包括一匯流排(bus bar)，該匯流排(bus bar)的寬度為0.15mm-2mm，而該指狀電極(finger electrode)的數量為60-300，該匯流排(bus bar)的數量為小於50。
- 一種太陽能電池單元，包括：一矽片，具有一匯流排(bus bar)，該匯流排具一端以利與另一矽片之另一匯流排之一對應端相焊接；以及一透光性材料，該透光性材料包覆除該端外之該矽片。
- 如申請專利範圍第14項所述之太陽能電池單元，其中該端具一焊點以利與另一矽片之另一焊點相焊接，而該透光性材料選自由乙烯/醋酸乙烯共聚物、矽膠及光阻劑所組成之群組其中之一。
- 如申請專利範圍第14項所述之太陽能電池單元，其中該透光性材料之透光率為百分之八十五以上，且能與乙烯/醋酸乙烯共聚物、矽膠或透明接合材料接合。
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