TWI630727B

TWI630727B - 太陽能電池之製造方法

Info

Publication number: TWI630727B
Application number: TW106135094A
Authority: TW
Inventors: 林峯傑; 賴光傑
Original assignee: 茂迪股份有限公司
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2018-07-21
Also published as: TW201916398A

Abstract

一種太陽能電池之製造方法包括：在一光電轉換基板之一抗反射層開口露出的一受光面形成一第一金屬層，且在該光電轉換基板之一鈍化層開口露出的一背面形成一第二金屬層，其中該第一金屬層及該第二金屬層以一第一無電鍍製程同步形成，該第一無電鍍製程為一高選擇比無電鍍製程；以及在該鈍化層上形成一第三金屬層，其中該第三金屬層以一第二無電鍍製程形成，該第二無電鍍製程為一低選擇比無電鍍製程。

Description

太陽能電池之製造方法

本發明是有關於一種太陽能電池之製造方法，且特別是有關於一種太陽能電池的電極之製造方法，以達到兩個無電鍍製程可分別針對光電轉換基板表面與抗反射層/鈍化層表面不同特性各自優化之效果。

太陽能電池是一種將光能轉換為電能的光電元件，其由於低污染、低成本加上可利用源源不絕之太陽能作為能量來源，而成為重要的替代能源之一。

請參考圖1，其顯示一種習知背鈍化太陽能電池9包括一矽基板91、一抗反射層93、一鈍化層94、一背面電極96及一正面電極97，該矽基板91具有一射極層92及一背電場層95。該太陽能電池9的正面電極97為圖案化導體層(只形成於電池基板正面的局部)，背面電極96則為整面導體層，亦即該正面電極97只形成在該抗反射層93之開口區931，而該背面電極96形成於該鈍化層94及該鈍化層94之開口區941的兩種區域上。

將該背面電極96形成於該鈍化層94上及開口區941的兩種區域上時，其所形成的該背面電極96的基層(例如鎳層)與該鈍化層94及該矽基板91兩種材質之間的附著力都必須足夠。然而，這兩種區域對應之製程條件最佳參數條件可能不盡相同，日後可能會發生貼附於部分區域之該背面電極96的基層(例如鎳層)脫落的問題。

因此，便有需要一種太陽能電池之製造方法，能克服上述問題。

本發明之一目的是提供一種太陽能電池之製造方法，以達到兩個無電鍍製程可分別針對光電轉換基板表面與抗反射層/鈍化層表面不同特性各自優化之效果。

依據上述之目的，本發明提供一種太陽能電池之製造方法，包括下列步驟：準備一電池基體，其中該電池基體包括一光電轉換基板、一抗反射層及一鈍化層，該光電轉換基板具有一受光面及一背面，該抗反射層位於該受光面上，該鈍化層位於該背面上，該抗反射層包括一抗反射層開口，且該鈍化層包括一鈍化層開口；在該抗反射層開口露出的該受光面形成一第一金屬層，且在該鈍化層開口露出的該背面形成一第二金屬層，其中該第一金屬層及該第二金屬層以一第一無電鍍製程同步形成，該第一無電鍍製程為一高選擇比無電鍍製程；以及在該鈍化層上形成一第三金屬層，其中該第三金屬層以一第二無電鍍製程形成，該第二無電鍍製程為一低選擇比無電鍍製程。

本發明以簡單的製程即完成正面電極之基層(例如第一金屬層)及背面電極之基層(例如第二及第三金屬層)，以高選擇比之無電鍍製程先形成第一及第二金屬層分別於該抗反射層開口及該鈍化層開口所露出的受光面及背面上，再以低選擇比之無電鍍製程形成背面第三金屬層覆蓋該鈍化層，以達到兩個無電鍍製程可分別針對矽基板表面與抗反射層/鈍化層表面不同特性各自優化之效果，進而該背面電極之基層對矽基板表面與抗反射層/鈍化層表面的附著力也可分別優化，對電極材料的選擇彈性亦可提高。

1‧‧‧太陽能電池

10‧‧‧電池基體

101‧‧‧受光面

101’‧‧‧正面側

102‧‧‧背面

102’‧‧‧背面側

11‧‧‧光電轉換基板

12‧‧‧射極層

13‧‧‧抗反射層

131‧‧‧抗反射層開口

14‧‧‧鈍化層

141‧‧‧鈍化層開口

15‧‧‧背電場層

16‧‧‧背面電極

161‧‧‧第二金屬層

162‧‧‧第三金屬層

163‧‧‧第二導電層

17‧‧‧正面電極

171‧‧‧第一金屬層

172‧‧‧第一導電層

2‧‧‧處理液槽組

21‧‧‧敏化/活化液槽組

22‧‧‧鍍液槽

3‧‧‧處理液槽組

31‧‧‧敏化/活化液槽組

32‧‧‧鍍液槽

9‧‧‧背鈍化太陽能電池

91‧‧‧矽基板

92‧‧‧射極層

93‧‧‧抗反射層

931‧‧‧開口區

94‧‧‧鈍化層

941‧‧‧開口區

95‧‧‧背電場層

96‧‧‧背面電極

97‧‧‧正面電極

S100~S400‧‧‧步驟

圖1為習知背鈍化太陽能電池之剖面示意圖。

圖2為本發明之一實施例之太陽能電池之製造方法之流程圖。

圖3為本發明之一實施例之太陽能電池之製造方法之剖面示意圖，其顯示準備一電池基體。

圖4為本發明之一實施例之太陽能電池之製造方法之剖面示意圖，其顯示形成第一及第二金屬層。

圖5為本發明之一實施例之第一流水線式處理液槽組剖面示意圖。

圖6本發明之一實施例之太陽能電池之製造方法之剖面示意圖，其顯示形成一第三金屬層。

圖7為本發明之一實施例之第二流水線式處理液槽組剖面示意圖。

圖8為本發明之另一實施例之第二流水線式處理液槽組剖面示意圖。

圖9為本發明之一實施例之太陽能電池之製造方法之剖面示意圖，其顯示形成第一及第二導電層。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

請參考圖2，其為本發明之一實施例之太陽能電池之製造方法之流程圖。該太陽能電池之製造方法，包括下列步驟：請參考圖3，在步驟S100中，準備一電池基體10，該電池基體10包括一光電轉換基板11、一抗反射層13及一鈍化層14，其中該光電轉換基板11具有一受光面101(亦可稱之正面)及一背面102，該抗反射層13位於該受光面101上，該鈍化層14位於該背面102上，該抗反射層13包括一抗反射層開口131，且該鈍化層14包括一鈍化層開口141。舉例，該抗反射層開口131及該鈍化層開口141可藉由雷射開槽方式或微影蝕刻方式而形成，並分別露出的該光電轉換基板11之受光面101及該背面102之局部。根據設計需求，該抗反射層開口131及鈍化層開口141之數量可為一個或多個。該抗反射層13可為具有減少入射光之反射率之層體，可能為單層或多層結構，其亦可兼具有鈍化效果。該鈍化層14亦可為單層或多層結構，並具有鈍化效果。該抗反射層13及該鈍化層14可為氮化矽材質所製。

該光電轉換基板11是指可以光伏(photovoltaic)效應將光能轉換成電能的基板，例如具有PN接面(P/N junction)或PIN接面(PIN junction)的半導體矽基板。在本實施例中，該光電轉換基板11為一矽基板，例如單晶矽或多晶矽基板，該矽基板具有一射極層12及一背電場層15。該矽基板之主要本體部及該背電場層15為第一導電型，該射極層12為第二導電型並位於該矽基板11內靠近該受光面101處，且該背電場層15位於該矽基板11內靠近該背面102處。

請參考圖4，在步驟S200中，在該抗反射層開口131露出的該受光面101形成一第一金屬層171，且在該鈍化層開口141露出的該背面102形成一第二金屬層161，其中該第一金屬層171及該第二金屬層161以一第一無電鍍製程同步形成，且該第一無電鍍製程為一高選擇比無電鍍製程，該第一及第二金屬層171、161可為鎳材質所製。就本發明而言，高選擇比無電鍍製程是指該無電鍍製程在該光電轉換基板11(例如該矽基板)之表面上的鍍率遠大於該無電鍍製程在該抗反射層13或該鈍化層14之表面上的鍍率，即使該光電轉換基板11之受光面101、背面102、抗反射層13及鈍化層14可能同時與鍍液接觸，但在該製程期間內，一鍍層(例如鎳層)實質上只形成在該光電轉換基板11所露出的之受光面101及背面102上，而抗反射層13及鈍化層14上的鍍層沈積量為零或為少到不需額外步驟去除。

步驟S200之該第一無電鍍製程可用批次式(batch)流程進行，例如以治具包覆該電池基體10之表面的非待鍍區域，再浸入無電鍍製程的相關處理液，然而其生產速度受到治具拆裝時間的限制，另外，將治具從處理液中取出時，治具本身亦會帶走部分液體而增加損耗，因此本發明又提出可以流水線式(in-line)流程進行，請參考圖5，該第一無電鍍製程包括使該電池基體10 以整片浸入液體的方式，並藉由多個滾輪(roller)的推動而通過一第一流水線式(in-line)處理液槽組2。較佳地，該電池基體10以背面側102’向下(即光電轉換基板11之背面102向下)的方式，通過該第一流水線式(in-line)處理液槽組2，本說明書所稱該電池基體10的正面側101’指的是該電池基體10較靠近該受光面101的一側，而該電池基體10的背面側102’是指較靠近該背面102的一側。該第一流水線式處理液槽組2通常包括一敏化/活化液槽組21、及鍍液槽22。視配方不同，敏化液及活化液可能以同一液槽或兩獨立液槽完成，圖5所示為以同一液槽完成。適用於本發明之高選擇比無電鍍製程之相關處理液，例如：活化液為日本上村公司(上村工業株式会社-UYEMURA)之產品(ACG-9)，且無電鍍鎳液為日本上村公司(上村工業株式会社-UYEMURA)之產品(KPD-9)」。相對於治具包覆該電池基體10的批次式(batch)流程，流水線式流程之生產速度較快，對處理液的損耗也較少。

上述第一無電鍍製程包括敏化及活化步驟，其形成複數個晶種粒子(圖未示)貼附於該受光面101及背面102。上述第一無電鍍製程為自身催化鍍法(Autocatalytic Plating)，先在工作物表面形成具有催化力的表面，或是利用工作物表面本身的催化作用，以化學還原方法，使金屬離子成金屬狀態析出。該第一及第二金屬層171、161分別透過該些晶種粒子而貼附在該受光面101及背面102。

請參考圖6，在步驟S300中，在該鈍化層14上形成一第三金屬層162，其中該第三金屬層162以一第二無電鍍製程形成，該第二無電鍍製程為一低選擇比無電鍍製程。就本發明而言，低選擇比無電鍍製程是指該無電鍍製程在該光電轉換基板11(例如該矽基板)之表面上的鍍率和該無電鍍製程在該抗反射層13或該鈍化層14之表面上的鍍率相當，使得若該光電轉換基板11之受光面101、背面102、抗反射層13及鈍化層14皆和鍍液接觸時，則於該製程期間內，該鍍液可有效地將一鍍層(例如鎳層)形成在該光電轉換基板11所露出之表面、抗反射層13及鈍化層14上。需說明的是，前述「鍍率相當」並非指鍍率相同，即該光電轉換基板11所露出之受光面101、背面102、反射層13及鈍化層14各區域之上所形成的鍍層厚度仍可能有差異。本實施例中，由於該第二金屬層161和該第三金屬層162材質相同，因此該第三金屬層162亦形成在該第二金屬層161上；另外，若該第二金屬層161及該第三金屬層162不同，則視處理液配方不同，該第三金屬層162可能形成或不形成在該第二金屬層161之上。

步驟S300之該第二無電鍍製程可用批次式流程進行，也可以流水線式流程進行步驟S300之該第二無電鍍製程，請參考圖7，在本實施例中，該第二無電鍍製程包括使該電池基體10藉由多個滾輪(roller)的推動而通過一第二流水線式(in-line)處理液槽組3。舉例，該第二流水線式處理液槽組3包括一敏化/活化液槽組31及一鍍液槽32，該電池基體10以正面側101’露出液體而背面側102’浸入液體的方式(可稱之為水上漂方式)分別通過該敏化/活化液槽組31及該鍍液槽32，進行無電鍍製程，該第三金屬層162形成該鈍化層14及第二金屬層161上。若該第三金屬層162之材質相同於該第二金屬層161之材質，則該第三金屬層162會形成於該第二金屬層161之上等同加厚該第二金屬層161。另外，以水上漂方式進行流水線式製程時，該電池基體10僅有一側(在本實施例中為背面側102’)會接觸到液體，不需治具而達到選擇性沈積之效果，且對處理液的損耗比將基板整片浸入液體之流水線式流程更少。

上述第二無電鍍製程包括敏化及活化步驟，其形成複數個晶種粒子(圖未示)貼附於該鈍化層14表面。上述第二無電鍍製程也為自身催化鍍法。該第三金屬層162透過該些晶種粒子而貼附在該鈍化層14表面。

請參考圖8，在另一實施例中，該第二無電鍍製程包括使該電池基體10通過一第二流水線式(in-line)處理液槽組，該第二流水線式處理液槽組3包括一敏化/活化液槽組31及一鍍液槽32，和圖7所示實施例的差別是，本實施例中的該電池基體10以整片浸入液體的方式通過該鍍液槽32。圖7所示方式對敏化液及活化液之消耗較少；而圖8所示以整片浸入液體的方式，其對液面高低的控制精準度要求較水上漂方式為低。另外，以整片浸入液體的方式通過該鍍液槽32的方式，若第三金屬層162之材質相同於該第一金屬層171之材質，則該第三金屬層162也會形成於該第一金屬層171上(圖未示)，相當於將該第一金屬層171也加厚。

另外，該第一流水線式處理液槽組2及該第二流水線式處理液槽組3可前後連接而形成一大流水線式處理液槽組(圖未示)，若該電池基體10是以正面側向下(即光電轉換基板11之受光面101向下)的方式通過該第一流水線式處理液槽組2，則在通過該第二流水線式處理液槽組3之前，需以一基板翻面設備(圖未示)對該電池基體10進行翻面，而採該電池基體10以背面側向下的方式通過一第一流水線式處理液槽組2時則無此需要。

在本實施例中，該第三金屬層162可與該第二金屬層161之材質相同，例如該第三金屬層162可為鎳所製。在又一實施例中，該第三金屬162可與該第二金屬層161之材質不同，例如可考量電性或反射率，其效果例如優化單面受光式太陽能電池的內部反射效率或電性。

適用於本發明之低選擇比無電鍍製程之相關處理液，例如：敏化液主要成分為SnCl₂，活化液主要成分為PdCl₂，且無電鍍鎳液主要成分為NiSO₄(硫酸鎳)/NaH₂PO₂(次磷酸鈉)/Na₂H₄C₄O₄(丁二酸鈉)/H₂O。

在本實施例中，該第三金屬層162與該第二金屬層161大致完全覆蓋該背面102，可應用於單面受光式太陽能電池的背面電極。上述「大致完全覆蓋」之意是指，包括：(1)覆蓋整個背面102，或(2)覆蓋背面102的大部分區域，但有小部分未被該第二金屬層161或該第三金屬層162覆蓋之處，例如靠近該電池基體10之邊緣處，或者因例如對位而留有的標記區。

請參考圖9，在步驟S400中，在該第一金屬層171上形成一第一導電層172，且在該第三金屬層162上形成一第二導電層163。該第一導電層172的形成步驟可為電鍍，且以該第一金屬層171為晶種層。該第二導電層163的形成步驟可為電鍍，且以該第二及第三金屬層161、162之疊層為晶種層。在本實施例中，該第一導電層172及該第二導電層163以同一電鍍製程同步形成。在另一實施例中，該第一導電層172及該第二導電層163以不同電鍍製程形成。該第一金屬層171及該第一導電層172組合成為該正面電極17，且該第二及第三金屬層161、162及該第二導電層163組合成一背面電極16。該第一導電層172及該第二導電層163之材質為例如銅。

上述第一及第二導電層172、163之電鍍方式並非用以限定本發明，本發明可用其他方式，例如可以用網印、物理氣相沉積(PVD)等方式形成該第一及第二導電層172、163。但是，目前仍以無電鍍製程金屬層和電鍍金屬層搭配是目前認定較具商用潛力者。

在步驟S400後，可先對該正面電極17及背面電極16進行退火，然後再分別形成錫層(圖未示)作為該正面電極17之保護層及該背面電極16之保護層，以完成單面(mono-facial)受光式太陽能電池1。或者，在其他實施例中，可先分別形成銀層(圖未示)作為該正面電極17之保護層及該背面電極16之保護層，然後再對該正面電極17、該背面電極16、及其保護層進行退火，以完成單面(mono-facial)受光式太陽能電池1。

就本案各流水線式實施例而言，可使該抗反射層13及該鈍化層14之其中之一或兩者共同將該光電轉換基板11之側壁蓋滿(圖未示)，再進行相關電極形成步驟，以避免背面電極與正面電極電性接觸。若該光電轉換基板11的側壁未被該抗反射層13 或該鈍化層14之任一蓋滿時，可在電極形成後以額外步驟使背電場層(和背面電極電性相連)和射極層(和正面電極電性相連)兩者之電性隔離，例如，對正面電極或背面電極之適當位置進行切割或是切除電池基體之部分。而各槽體間可能視實際需要而另設有例如清洗槽、水刀、風刀等設備。另外，本說明書中雖以射極層在受光面側而電場層在背面側為例，但本發明亦可應用於射極層在背面側，而電場層在受光面側的情形況下(此時稱前電場層)。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

Claims

一種太陽能電池之製造方法，包括下列步驟：準備一電池基體，其中該電池基體包括一光電轉換基板、一抗反射層及一鈍化層，該光電轉換基板具有一受光面及一背面，該抗反射層位於該受光面上，該鈍化層位於該背面上，該抗反射層包括一抗反射層開口，且該鈍化層包括一鈍化層開口；在該抗反射層開口露出的該受光面形成一第一金屬層，且在該鈍化層開口露出的該背面形成一第二金屬層，其中該第一金屬層及該第二金屬層以一第一無電鍍製程同步形成，該第一無電鍍製程為一高選擇比無電鍍製程；以及在該鈍化層上形成一第三金屬層，其中該第三金屬層以一第二無電鍍製程形成，該第二無電鍍製程為一低選擇比無電鍍製程。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第二金屬層及該第三金屬層共同大致完全覆蓋該背面。
如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第三金屬層與該第二金屬層之材質不同。
如申請專利範圍第1、2或3項所述之太陽能電池之製造方法，更包括：在該第一金屬層上形成一第一導電層，且在該第三金屬層上形成一第二導電層，且該第一導電層及該第二導電層以同一電鍍製程同步形成。
如申請專利範圍第1、2或3項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一無電鍍製程包括使該電池基體以整片浸入液體的方式，通過一第一流水線式處理液槽組。
如申請專利範圍第1項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第二無電鍍製程包括使該電池基體通過一第二流水線式處理液槽組。
如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第二流水線式處理液槽組包括一敏化/活化液槽組及一鍍液槽，該電池基體以背面側浸入液體而正面側露出液體的方式通過該敏化/活化液槽組。
如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池之製造方法，該電池基體以背面側浸入液體而正面側露出液體的方式通過該鍍液槽。
如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池之製造方法，該電池基體以整片浸入液體的方式通過該鍍液槽。
如申請專利範圍第6、7、8或9項所述之太陽能電池之製造方法，其中該第一無電鍍製程包括使該電池基體以背面側向下的方式通過一第一流水線式處理液槽組，再進行該第二無電鍍製程。