TWI538237B - 提高太陽能電池之電極導電性的方法與裝置、以及太陽能電池 - Google Patents

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Description

提高太陽能電池之電極導電性的方法與裝置、以及太陽能電池
本發明是有關於一種太陽能電池的製作方法，且特別是有關於一種太陽能電池之電極的製作方法。
近幾年來，由於世界各地的原油存量逐年的減少，能源問題已成為全球注目的焦點。為了解決能源耗竭的危機，各種替代能源的發展與利用實為當務之急。隨著環保意識抬頭，加上太陽能具有零污染、以及取之不盡用之不竭的優點，太陽能已成為相關領域中最受矚目的焦點。因此，在日照充足的位置，例如建築物屋頂、廣場等等，愈來愈常見到太陽能面板的裝設。
太陽能電池之電極導電性決定於電極與基板之材料。一般而言，太陽能電池之基板為外層具有非晶矽薄膜的矽基板，電極的材料為如銀膠等金屬膠體，其具有黏著劑與分布於其中的導體微粒。由於金屬膠體中可能存在有孔隙、雜質或是氧化物等會降低導電性的成分，因此，如何提升太陽能電池之電極的導電性，便成為一個重要的課題。
本發明的目的就是在提供一種提高太陽能電池之電極導電性的方法，用以提升太陽能電池的發電效率。
本發明之一態樣提供了一種提高太陽能電池之電極導電性的方法，包含形成至少一指狀物於基板之表面，其中 指狀物包含黏著劑與摻雜於其中之導體微粒，接著，提供一電脈衝通過指狀物，電脈衝的電流持續時間約1微秒至1秒。
於一實施例中，電脈衝之電流強度約為3-20安培。基包含一非晶矽薄膜。提高太陽能電池之電極導電性的方法，更包含加熱非晶矽薄膜，其中非晶矽薄膜之加熱溫度不大於攝氏250度。
於一實施例中，指狀物為非封閉圖案，電脈衝係由一電壓源提供，其中電壓源連接至指狀物。
於一實施例中，提高太陽能電池之電極導電性的方法，更包含使用開關連接指狀物與電壓源，以及控制開關之狀態以選擇一或多個指狀物。
於一實施例中，指狀物為封閉圖案，電脈衝為感應電流。其中提供電脈衝之步驟包含使一磁場相對於指狀物移動，或者，產生一磁脈衝。
本發明之另一態樣提供一種太陽能電池。
於一實施例中，太陽能電池包含一基板以及設置於基板之表面的至少一指狀物，其中指狀物包含黏著劑與摻雜於其中之導體微粒，指狀物為非封閉圖案，指狀物具有多個接觸點。
於一實施例中，太陽能電池更包含設置於基板上的至少一焊帶，接觸點位於焊帶下方。
於一實施例中，基板包含非晶矽薄膜。
於一實施例中，太陽能電池包含基板以及設置於基板上之多個指狀物，其中每一指狀物包含黏著劑與摻雜於其 中之導體微粒，指狀物為封閉圖案。
於一實施例中，指狀物為各自獨立。
於一實施例中，指狀物彼此相連。
於一實施例中，指狀物為交錯地設置於基板，太陽能電池更包含設置於基板上之焊帶，指狀物的其中一邊位於焊帶下。
本發明之再一態樣為一種提高太陽能電池之電極導電性的裝置，包含電壓源、至少一第一導體探針與至少一第二導體探針。第一導體探針連接至電壓源之正極。第二導體探針連接至電壓源之負極。
於一實施例中，提高太陽能電池之電極導電性的裝置更包含多個開關，開關藉由第一導體探針或第二導體探針連接至多個指狀物。開關可以為一對一地或是一對多地連接指狀物。
電脈衝通過指狀物可以同時提升指狀物的溫度，藉以燒除指狀物中的雜質或是氧化物，並使指狀物中的導體微粒產生微焊接的現象，藉以提高作為太陽能電池之電極的指狀物的導電性。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
本發明所提供之提高太陽能電池之電極導電性的方法 主要是利用高溫燒掉金屬膠體中的雜質或是氧化物，並使得金屬膠體中的導體微粒更好地接觸彼此，甚至是產生微焊接(micro-welding)的現象，藉以提升太陽能電池電極的導電性。但是，因為太陽能電池的基板上具有非晶矽薄膜，因此，加熱溫度因此而受限，無法藉由整體地加熱太陽能電池提高電極的導電性。因此，本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法藉由在電極上短時間通電，以局部地提升電極的溫度，進而達到提高電極導電性之目的。
參照第1圖，其繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法一實施例的示意圖。提高太陽能電池之電極導電性的方法包含形成至少一指狀物120於基板110上，指狀物120為金屬膠體，其包含有黏著劑以及摻雜於其中之複數個導體微粒，導體微粒可為銀或銅等金屬微粒。接著，提供一電脈衝通過指狀物120，藉以提升指狀物120的溫度。其中電脈衝之電流持續時間約為1微秒至1秒，電脈衝之電流強度約為3-20安培。
本實施例中，電脈衝係由電脈衝產生裝置提供。電脈衝產生裝置包含有電壓源200、至少一第一導體探針210與至少一第二導體探針220。第一導體探針210連接至電壓源200之正極，第二導體探針220則是連接至電壓源200的負極。第一導體探針210與第二導體探針220之材料較佳地為軟性導電材料，以免接觸時破壞指狀物120。第一導體探針210與第二導體探針220之材料可包含銦(Indium)。指狀物120之圖案為非封閉圖案，電脈衝從指狀物120的一端通向另一端。
基板110可以為矽基板，基板110更包含有非晶矽薄膜。在使用具有非晶矽薄膜之基板110時，受限於非晶矽薄膜，基板110的加熱溫度，即非晶矽薄膜的加熱溫度不能高於攝氏250度，因此無法全面性地提升太陽能電池的溫度。本發明藉由施加電脈衝於指狀物120上，即令電流短時間地通過指狀物120，便可以升高指狀物120的溫度，達到燒除指狀物120中附著於導體微粒上之雜質與氧化物，以及使指狀物120內之金屬微粒產生微焊接的現象，藉以提升指狀物120的導電性。施加電脈衝於指狀物120之步驟可以在加熱基板110之前或是之後進行。
參照第2圖至第4圖，其分別繪示本發明之太陽能電池之不同實施例的上視圖。第2圖至第4圖之太陽能電池100為搭配第1圖之提高太陽能電池之電極導電性的方法使用。
第2圖中，太陽能電池100包含有基板110與形成於基板110之表面的指狀物120，指狀物120為非封閉圖案，指狀物120之圖案可以為一字形或是弓字形，或是梳子狀。指狀物120可以如本實施例所示連續性地分於基板110表面，或者，在其他實施例中，指狀物120之數量可以為多個，並且分段地分布於基板110之表面。第1圖中之第一導體探針210與第二導體探針220分別連接指狀物120的兩端。
或者，如第3圖所示，多個指狀物120分段式地形成於基板110之表面。指狀物120為非封閉圖案，每一個指狀物120b上具有兩個接觸點122，接觸點122位於指狀物 120的兩端。接觸點122之面積較指狀物120之本體的部分為大，以便於第1圖中之第一導體探針210與第二導體探針220碰觸接觸點122，使電壓源200連接至指狀物120。
又或者，如第4圖所示，一個指狀物120上可具有多於兩個的接觸點122，而為了減少面積較大之接觸點122反射光線而降低太陽能電池100的發電效率，接觸點122的位置可以設置於對應焊帶150預定位置之處，即焊帶150的下方。如此一來，當進行完施加電脈衝於指狀物120上以提高導電性的步驟，焊帶150焊接在基板110上之後，接觸點122便可以被隱藏在焊帶150的下方，而不會造成額外的光線損失。
從第2圖至第4圖可以得知，基板110上可以僅具有單一一條指狀物120，或是多個指狀物120。指狀物120可以為一字形、弓字形或是梳子狀地形成於基板110表面。每一個指狀物120可以具有兩個或是兩個以上的接觸點122。接觸點122的位置可以位於指狀物120的兩端或是對應於焊帶150的位置。通過於指狀物120之電脈衝的電壓強度與指狀物120的長度有關，一般來說，每公分的指狀物120約需要1-10伏特的電壓，總長約10公尺的指狀物120所需要的電壓值為至少1000伏特。換言之，若是單一指狀物120需要的電壓過高，則適合以多個分段式設置的指狀物120，以降低電壓需求。
參照第5圖至第7圖，其分別繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的裝置不同實施例應用時的上視圖。
第5圖中，多個指狀物120為一字形地排列於基板110 上。提高太陽能電池之電極導電性的裝置更包含有多個開關130，開關130與指狀物120之間藉由第一導體探針210與第二導體探針220連接。本實施例中，開關130為一對一地透過第一導體探針210或是第二導體探針220連接至指狀物120的兩端，即每個開關130經由第一導體探針210或是第二導體探針220連接至一個指狀物120，且每個指狀物120的兩端分別連接開關130。
每一個開關130的狀態都是可以獨立切換，換言之，可以依照需求控制個別的開關130的狀態為開路或是通路。多個第一導體探針210與第二導體探針220可以一對一地連接開關130至指狀物120兩端，電脈衝透過通路的開關130傳送至第一導體探針210與第二導體探針220，再傳送至指狀物120。藉由設定開關130的狀態，可以指定在該時間內電脈衝所通過的指狀物120。如此一來，除了可以主動地偵測個別指狀物120是否有缺陷或是監控個別指狀物120的電阻值之外，更可藉此降低第1圖中之電壓源200所需要之功率與電流或電壓強度。
開關130亦可一對多地連接指狀物120，如第6圖及第7圖所示。第6圖中，開關130為交錯地設置於指狀物120的兩側，藉此設計，藉由控制開關130的狀態可在時間內選擇性地導通單一或是多個指狀物120。第7圖中，每一組開關130連接多個指狀物120，使得在時間內藉由控制開關130的狀態選擇性地導通多個指狀物120。
第6圖與第7圖之開關130可以同時控制多個指狀物120的導通狀態，除了可以主動地偵測一或多個指狀物120 是否有缺陷或是監控一或多個指狀物120的電阻值，以及降低第1圖中之電壓源200所需要之功率與電流或電壓強之外，更可以達到降低材料成本之功效。
參照第8圖，其繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法另一實施例的示意圖。提高太陽能電池之電極導電性的方法包含形成至少一指狀物320於基板310之表面，基板310可以為具有非晶矽薄膜之矽基板。指狀物320包含黏著劑與摻雜於其中之導體微粒，導體微粒可以為如銀或銅等金屬微粒。指狀物320之圖案為封閉圖案。接著，提供電脈衝通過指狀物320，電脈衝之電流持續時間約為1微秒至1秒。
電脈衝可以為感應電流，其可透過磁場的變化產生。提供電脈衝之步驟包含使一磁場400相對於指狀物320移動，以產生感應電流通過封閉圖案的指狀物320。
參照第9圖，其繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法又一實施例的示意圖。提高太陽能電池之電極導電性的方法包含形成至少一指狀物320於基板310之表面，基板310可以為具有非晶矽薄膜之矽基板。指狀物320包含黏著劑與摻雜於其中之導體微粒，導體微粒可以為如銀或銅等金屬微粒。指狀物320之圖案為封閉圖案。接著，提供電脈衝通過指狀物320，電脈衝之電流持續時間約為1微秒至1秒。
電脈衝可以為感應電流，其可透過磁場的變化產生。提供電脈衝之步驟包含利用一磁場產生裝置410，產生磁脈衝，磁脈衝即為短暫的磁場，其持續時間約為1微秒至 1秒，藉由磁脈衝的作用，更具體地說，藉由產生或是結束磁場時的磁力線變化，同樣可以達到產生感應電流通過封閉圖案的指狀物320的目的。
第8圖與第9圖中是利用磁場的變化產生感應電流，以提供電脈衝通過封閉圖案的指狀物320，藉以提升指狀物320之溫度，燒除導體微粒上附著之雜質或是氧化物，進而提升指狀物320的導電性。由於電脈衝為感應電流，不需要如第1圖所提供的方法一般使用第一導體探針210或第二導體探針220接觸指狀物120。此種非接觸式的方式除了可以提高製程效率增加產量外，更可以避免因物理接觸而損害基板310或是指狀物320。
參照第10圖至第11圖，其分別繪示本發明之太陽能電池之不同實施例的上視圖。第10圖至第11圖之太陽能電池300為搭配第8圖或第9圖之提高太陽能電池之電極導電性的方法使用。太陽能電池300包含有基板310與指狀物320，基板310可以為包含非晶矽薄膜的矽基板。指狀物320為金屬膠體，其包含有黏著劑與摻雜於其中之導體微粒，導體微粒可以為如銀或銅等金屬微粒。指狀物320為封閉圖案。如第10圖所示，封閉圖案的指狀物320為各自獨立地形成於基板310上。指狀物320之尺寸與形狀大致上一致。或者，如第11圖所示，指狀物320之間可以彼此連接，只要形成封閉迴路以產生感應電流即可。第11圖中之指狀物320為左右交錯地分布於基板310上。同樣地，為了減少因指狀物320反光而降低太陽能電池300之發電效率的情形，部分的指狀物320可以被焊帶330所遮蓋， 換言之，太陽能電池300包含設置於基板310上之焊帶330，而指狀物320之其中一邊位於焊帶330下方。
參照第12圖與第13圖，其分別繪示本發明中之指狀物於電脈衝通過前後的局部放大示意圖。指狀物500包含有黏著劑510與摻雜於其中之多個導體微粒520，導體微粒520可以為銀或銅等金屬微粒。如第12圖所示，在未通過電脈衝前，指狀物500中難以避免地會存在有些許的雜質530或是氧化物540附著於導體微粒520的表面，而影響指狀物500的導電性。而當電脈衝通過指狀物500之後，如第13圖所示，由於電脈衝通過指狀物500時會提升指狀物500的溫度，藉以燒除第12圖中之雜質530與氧化物540，並可以使得導體微粒520之間產生微焊接(micro-welding)的現象，如此一來，便可達到提高作為太陽能電池之電極的指狀物500的導電性。
表一為指狀物經過四次通電後的電導(electrical conductance)，其中第一次電脈衝通過指狀物(電脈衝之最大電壓強度為3伏特)，接著冷卻指狀物後，量測到的電導為0.2S(Siemens)。當第二次電脈衝通過指狀物後(電脈衝之最大電壓強度為3伏特)，經冷卻後的指狀物的電導上升至 0.5S。經過第三次電脈衝通過指狀物(電脈衝之最大電壓強度為4伏特)，冷卻後的指狀物的電導上升至1.0S。經過第四次電脈衝通過指狀物(電脈衝之最大電壓強度為5伏特)，冷卻後的指狀物的電導上升至1.1S。根據實驗可以得知，藉由此方法可以有效提高指狀物之導電性。
由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明具有下列優點。電脈衝通過指狀物可以同時提升指狀物的溫度，藉以燒除指狀物中的雜質或是氧化物，並使指狀物中的導體微粒產生微焊接的現象，藉以提高作為太陽能電池之電極的指狀物的導電性。
雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。
100‧‧‧太陽能電池
110‧‧‧基板
120‧‧‧指狀物
122‧‧‧接觸點
130‧‧‧開關
150‧‧‧焊帶
200‧‧‧電壓源
210‧‧‧第一導體探針
220‧‧‧第二導體探針
300‧‧‧太陽能電池
310‧‧‧基板
320‧‧‧指狀物
330‧‧‧焊帶
400‧‧‧磁場
410‧‧‧磁場產生裝置
500‧‧‧指狀物
510‧‧‧黏著劑
520‧‧‧導體微粒
530‧‧‧雜質
540‧‧‧氧化物
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，所附圖式之詳細說明如下：
第1圖繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法一實施例的示意圖。
第2圖至第4圖分別繪示本發明之太陽能電池之不同實施例的上視圖。
第5圖至第7圖分別繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的裝置不同實施例應用時的上視圖。
第8圖繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法另一實施例的示意圖。
第9圖繪示本發明之提高太陽能電池之電極導電性的方法又一實施例的示意圖。
第10圖至第11圖分別繪示本發明之太陽能電池之不同實施例的上視圖。
第12圖與第13圖分別繪示本發明中之指狀物於電脈衝通過前後的局部放大示意圖。
110‧‧‧基板
120‧‧‧指狀物
200‧‧‧電壓源
210‧‧‧第一導體探針
220‧‧‧第二導體探針

Claims (17)

  1. 一種提高太陽能電池之電極導電性的方法，包含：形成至少一指狀物於一基板之表面，其中該指狀物包含一黏著劑與摻雜於其中之複數個導體微粒；以及提供一電脈衝通過該指狀物，該電脈衝的電流持續時間約1微秒至1秒，且該電脈衝之電流強度為3安培至20安培。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，其中該基板包含一非晶矽薄膜。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，更包含加熱該非晶矽薄膜，其中該非晶矽薄膜之一加熱溫度不大於攝氏250度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，其中該指狀物為非封閉圖案，該電脈衝係由一電壓源提供。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，其中該電壓源連接至該指狀物。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之提高太陽能電池之電 極導電性的方法，更包含：使用複數個開關與探針連接複數個該指狀物與該電壓源；以及控制該些開關之狀態以選擇一或多個該些指狀物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，其中該指狀物為封閉圖案，該電脈衝係一感應電流。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，其中提供該電脈衝之步驟包含使一磁場相對於該指狀物移動。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之提高太陽能電池之電極導電性的方法，其中提供該電脈衝之步驟包含產生一磁脈衝。
  10. 一種太陽能電池，包含：一基板；至少一指狀物，設置於該基板之表面，其中該指狀物包含一黏著劑與摻雜於其中之複數個導體微粒，該指狀物為一非封閉圖案，該指狀物具有複數個接觸點；以及至少一焊帶，設置於該基板上，該些接觸點位於該焊帶下方。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池，其中該基板包含一非晶矽薄膜。
  12. 一種太陽能電池，包含：一基板；以及複數個指狀物，設置於該基板上，其中每一該些指狀物包含一黏著劑與摻雜於其中之複數個導體微粒，該些指狀物為封閉圖案，該些指狀物為各自獨立。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之太陽能電池，其中該基板包含一非晶矽薄膜。
  14. 一種提高太陽能電池之電極導電性的裝置，包含：一電壓源；至少一第一導體探針，連接至該電壓源之一正極；以及至少一第二導體探針，連接至該電壓源之一負極。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之提高太陽能電池之電極導電性的裝置，更包含複數個開關，藉由該至少一第一導體探針或該至少一第二導體探針連接至複數個指狀物。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之提高太陽能電池之電極導電性的裝置，其中該些開關為一對一地連接該些指 狀物。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之提高太陽能電池之電極導電性的裝置，其中該些開關為一對多地連接該些指狀物。
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