TWI656652B - 具有帶有圖案片段之銀圖案的半導體 - Google Patents

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Abstract

光伏打電池及形成該電池之方法包括提供具有形成獨立式單片之複數個電鑄元件之電鑄金屬物品。該金屬物品具有以間距PM間隔開之網柵線。半導體基板具有含複數個銀之頂部表面，其中該等銀圖案中之至少一者包含以間距PS間隔開之圖案片段。該等圖案片段之長度LS由以下等式限定：LS=PM-k*PS/2，k為1.0至1.4之值。該金屬物品耦合至該半導體基板，其中該複數個電鑄元件中之第一電鑄元件耦合至該複數個銀圖案中之第一銀圖案。

Description

具有帶有圖案片段之銀圖案的半導體 相關申請案之交叉引用
本申請案主張於2014年2月26日申請且標題為「Semiconductor with Silver Patterns Having Pattern Segments」之美國專利申請案第14/191,234號之優先權，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
發明背景
太陽電池為一種可將光子轉化成電能之裝置。由該電池產生之電能係經由耦合至半導體材料之電接點來收集，且經由與模組中之其他光伏打電池互連來進行傳遞。太陽電池之「標準電池」模型具有半導體材料，其用於吸收射入之太陽能且將其轉化為電能，其位於抗反射塗料(ARC)層下方及金屬背板上方。通常使用燒滲膏在半導體表面形成電接點，該燒滲膏為經加熱使得膏狀物經由ARC層擴散且接觸電池表面之金屬膏。膏狀物通常形成圖案成為一組指狀物及匯流排，其接著將用焊帶焊接至其他電池以形成模組。另一類太陽電池具有夾在透明導電氧化層(TCO)之間的半導體材料，接著在該等透明導電氧化層上塗佈最 後一層導電膏，該最後一層導電膏亦經組態呈指狀物/匯流排圖案。
在此兩類電池中，通常為銀的金屬膏發揮作用使電流能够沿水平方向(平行於電池表面)流動，從而允許在太陽電池之間形成連接以形成模組。太陽電池金屬化最通常為如下進行：將銀膏網版印刷至電池上，固化膏狀物，且接著在網版印刷之匯流排上焊接焊帶。然而，銀相對於太陽電池之其他組分為昂貴的，且會在總成本中佔據高百分比。
發明概要
光伏打電池及形成電池之方法包括提供具有形成獨立式單片之複數個電鑄元件之電鑄金屬物品。金屬物品具有以間距PM間隔開之網柵線(gridlines)。半導體基板具有含複數個銀之頂部表面，其中銀圖案中之至少一者包含以間距PS間隔開之圖案片段。圖案片段之長度LS由以下等式限定：LS=PM-k*PS/2，k為1.0至1.4之值。金屬物品耦合至半導體基板，其中複數個電鑄元件中之第一電鑄元件耦合至複數個銀圖案中之第一銀圖案。
100‧‧‧電池
110‧‧‧指狀物
120‧‧‧匯流排
200,300,450,621‧‧‧金屬物品
202‧‧‧半導體基板
210‧‧‧網柵線
212,222,312a,312b,414,622‧‧‧寬度
220‧‧‧網柵線
230,240‧‧‧互連元件
250,255‧‧‧邊緣構件
310,320‧‧‧網柵線
400‧‧‧半導體基板
401‧‧‧頂部表面
410‧‧‧銀圖案
412‧‧‧厚度
451‧‧‧截面區域
500‧‧‧半導體基板
501‧‧‧插圖
510‧‧‧片段
520,620‧‧‧匯流排
525‧‧‧支撑構件
600,700‧‧‧電池
601,701‧‧‧半導體基板
610,710‧‧‧圖案片段
625‧‧‧支撑構件
630‧‧‧邊緣焊墊
632,642‧‧‧長度
635‧‧‧拐角焊墊
640‧‧‧中心焊墊
710a-710c‧‧‧片段
740‧‧‧結合墊
750‧‧‧輔助線
750a-750b‧‧‧線
800‧‧‧流程圖
810,820,830‧‧‧步驟
本文所描述之本發明態樣及實施例各自可單獨或彼此組合使用。現將參考隨附圖式描述該等態樣及實施例。
圖1顯示太陽電池之習知銀圖案之俯視圖。
圖2為金屬物品之實施例之俯視圖。
圖3提供在一個實施例中具有適合之特徵之金屬物品的俯視圖。
圖4A-4B分別顯示在一個實施例中用於金屬物品之銀圖案之俯視圖及剖視圖。
圖5提供在另一實施例中用於金屬物品之片段式銀圖案之俯視圖，加上詳細插圖。
圖6顯示具有帶有焊墊之示例性銀圖案之光伏打電池的俯視圖。
圖7為具有輔助銀線且具有焊墊之示例性銀圖案之另一實施例的俯視圖。
圖8為用於形成具有帶有銀圖案之金屬物品及半導體基板的光伏打電池之方法的示例性流程圖。
較佳實施例之詳細說明
太陽電池之金屬化習知以電池表面上之網版印刷銀圖案及藉由利用焊料塗佈之焊帶的電池與電池之互連來達成。銀圖案在太陽電池中發揮主要的電流收集作用，其中銀圖案包括用於收集來自半導體表面之電流的指狀物及用於匯集來自指狀物之電流的匯流排。然而，為滿足電池之電流容量所需之銀的量可能在太陽電池之成本中佔據很大百分比。在本發明中，經由經定製用於獨立式金屬物品之銀圖案，使太陽電池之銀的用量大大减少，諸如减少約50%-90%。銀圖案之高度、寬度及/或長度與習知銀圖案 相比可具有較小尺寸。銀圖案亦可經設計具有保證焊點之耐久性的焊墊，同時限制用於焊墊之銀的量。
圖1為具有銀指狀物110及匯流排120之習知太陽電池100之俯視圖。銀指狀物110在電池100之整個長度上延伸，且收集來自在各指狀物110之任一側的周圍半導體區域之電流。典型電池具有60-90個收集來自局部區域之電池電流的窄指狀物110。匯流排120充當用於聚集來自指狀物110之電流的導管。習知電池具有兩個或三個匯流排120，各自為約1.5-2mm寬，以允許銅匯流排(圖中未示)焊接至電池。銅匯流排收集來自電池之總電流且使光伏打模組內之電池之間能够互連。對於習知太陽電池，用於指狀物110及匯流排120之正面網版印刷的銀需要約150-200mg銀膏。
習知電池100需要銅焊帶焊接至匯流排120，以使來自整個電池之電流能够得以收集，因為不具有銅焊帶之銀匯流排120電阻過大。在設計習知銀圖案時，將單晶矽及多晶矽之電流密度固定，且因此固定銀指狀物110之截面積。同時，需要减小由金屬接點(指狀物110及匯流排120)佔據之面積，使得光伏打電池之有效面積可增加(亦即遮擋减少)。然而，歸因於有效面積增加，金屬接點面積之任何减小均將增加電池電流。减小接點面積通常藉由减小指狀物之寬度來達成，但由於銀量係藉由必須由銀運送之總電流來固定，故减小指狀物之寬度需要增加指狀物之厚度。舉例而言，習知指狀物為80μm寬且20μm厚，但使指狀物减少至50μm寬將需要厚度增加至約30μm。在本發明中， 銀圖案之厚度應指銀相對於電池之表面的高度。
在用於製造太陽電池之另一途徑中，例如由銅製成之獨立式金屬物品替代銀指狀物用作太陽電池之主要電導管。圖2說明如Babayan等人之標題為「Adaptable Free-Standing Metallic Article For Semiconductors」且於2013年11月13日申請之美國專利申請案第14/079,540號中所揭示的示例性金屬物品200之俯視圖；該申請案由本發明之受讓人擁有且以引用之方式併入本文中。金屬物品200係與太陽電池分開製造且可包括多個元件，諸如網柵線，其可以單片形式穩定轉移且容易地對準半導體裝置。金屬物品可藉由例如在導電心軸上電鑄來製造。金屬物品200之網柵線(諸如匯流排210及指狀物220)可經設計具有使對太陽電池之遮蔽减至最少之高度與寬度縱橫比。金屬物品200可代替習知匯流排金屬化及焊帶串接用於電池金屬化、電池與電池互連及模組製造。使用獨立式金屬物品200之益處為銀之量可因金屬物品為太陽電池運送大量電流而减少。
圖2之金屬物品200顯示適合於光伏打電池之各種特徵之實施例。半導體基板202以虛線顯示，以展示金屬物品於光伏打電池上之安置，其中金屬物品200在此經組態呈電池正面之格柵形式。然而，本文所描述之特徵可適用於光伏打電池背面之電導管。在本發明中，在半導體裝置或光伏打電池之形成中提及半導體材料可包括非晶矽、晶體矽或適合用於光伏打電池之任何其他半導體材料。金屬物品可亦適用於不同於光伏打電池之半導體裝置類型。半 導體基板202以亦稱為假方形之具有圓角之單晶電池形式顯示於圖2中。在其他實施例中，半導體基板可為具有完全方形形狀之多晶體。半導體基板202在其表面上可具有諸如銀圖案(圖中未示)之電導管線，其運送由基板202產生之電流。銀指狀物可網版印刷至半導體基板202上。舉例而言，銀指狀物可為垂直於網柵線210之方向的線。接著，金屬物品200之元件充當電導管以運送來自銀指狀物之電流。在圖2之此實施例中，金屬物品200之網柵線210(圖2中之水平線)及220(圖2中之竪直線)諸如藉由焊接電耦合至半導體基板202，以收集且遞送電流至互連元件230及240。互連元件實現太陽能模組之電池與電池連接。用諸如銅之金屬製造金屬物品200與將銀用於所有電導管之電池相比降低了成本，且歸因於改良之電導率亦可改良電池效率。
圖2之網柵線210及220顯示為彼此大致垂直；然而，在其他實施例中，其可彼此成非垂直角度。雖然網柵線210與相交網柵線220能够運送電流，但網柵線210提供電阻最小之到達互連元件230及240之路徑且將充當電流之主要載體。因此，在本發明中，網柵線210將亦稱為匯流排，而相交網柵線220可稱為橫向構件或支撑構件。橫向構件220在强度方面與在維持格柵之尺寸規格方面為獨立式金屬物品200提供機械支撑。然而，橫向構件220亦可充當電導管，諸如在若匯流排210會失效則提供冗餘時。在一些實施例中，網柵線210及220分別可具有寬度212及222，其彼此不同從而最佳化機械强度或達成電池之所需填充因子。 舉例而言，網柵線210之寬度212可小於網柵線220之寬度222，使得網柵線220為金屬物品200提供充足機械穩定性，而網柵線210經定製以達成盡可能高之填充因子。在其他實施例中，匯流排210之寬度212可大於支撑構件220之寬度222，以達成為一定數目之匯流排210所需之電容。在其他實施例中，某些網柵線210可具有不同於其他網柵線210之寬度，從而滿足特定區之機械强度或電容。匯流排210之間距亦可不同於橫向構件220，或在金屬物品200內之不同區域中可彼此不同以滿足所需裝置傳導要求。在一些實施例中，較粗糙或較精細之網柵間距可基於例如以下因素來選擇：晶圓之銀指狀物設計、銀網版印刷方法之精確性或所使用之電池的類型。
網柵線210及220亦包括邊緣構件250及255，其經組態以接近太陽電池之周邊定位。舉例而言，邊緣構件250及255可距離晶圓202之邊緣1-3mm定位。由於邊緣構件250及255形成金屬物品200之周邊，故邊緣構件250及255可比金屬物品200內部之其他網柵線210及220寬，以提供額外結構支撑。邊緣構件255經組態為圖2之實施例中之拐角匯流排，其與主要邊緣構件250形成一角度。亦即，邊緣構件250之導管方向沿長度具有變化，從而在此實施例中提供假方形形狀。此方向變化可使用導電心軸藉由電鑄方法來一體地形成，且可包括定製拐角匯流排255之寬度以改良機械强度且降低電阻性損耗。金屬物品200之周邊的較寬網柵線250及255亦可在將金屬物品200附接於半導體基板202時改 良結合强度。
圖3顯示如美國專利申請案第14/079,540號中所揭示之另一金屬物品300之實施例的俯視圖。金屬物品300具有在金屬物品300之大部分上形成網柵組態之相交網柵線310及320，且在網柵之一個末端具有互連元件330及340。網柵線310具有沿長度不均勻之寬度，其中不均勻寬度被設計至製造金屬物品300之電鑄心軸中。在圖3之實施例中，寬度312a小於作為電池之電流收集末端之較較近互連元件340之寬度312b。當金屬物品在其表面上匯集電流時，此增加之寬度312b在此末端提供較高電流。因此，增加之寬度312b降低電阻性損耗。網柵線310之高度(亦即厚度)亦可如先前所描述按具有增加之寬度的區域之需要來調節。
網柵線310及320顯示金屬物品300之另一所設計特徵，因為縱向型態除在寬度上變化以外亦可在形狀上改變。在圖3中，網柵線310及320經組態具有非線性圖案，其允許網柵線縱向擴展，因此充當擴展片段。圖案可例如藉由形成金屬物品300之電鑄心軸來製造。在圖3之實施例中，網柵線310與320均具有波浪型圖案，其平行於金屬物品300之平面取向，使得金屬物品呈現平面表面以便接合至光伏打電池。波浪形圖案可經組態呈例如正弦波或其他曲線形狀或幾何形狀。波浪形圖案在焊點之間提供額外的長度以允許金屬物品300膨脹及收縮，從而提供針對金屬物品與其所接合之半導體基板之間的熱膨脹係數(CTE)之差异 的應變釋放。
可用於本發明之獨立式單式金屬物品之其他實例揭示於Babayan等人之標題為「Free-Standing Metallic Article for Semiconductors」且於2013年10月29日公布之美國專利第8,569,096號中，該專利由本發明之受讓人擁有且以引用之方式併入本文中。如標題為「Free-Standing Metallic Article With Overplating」且於2013年12月23日申請之美國專利申請案第14/139,705號中所揭示，其他金屬物品可具有上方具鍍層之部分；該申請案由本發明之受讓人擁有且以引用之方式併入本文中。如標題為「Free-Standing Metallic Article With Expansion Segment」且於2013年11月13日申請之美國專利申請案第14/079,544號中所揭示，其他金屬物品可併有擴展片段；該申請案由本發明之受讓人擁有且以引用之方式併入本文中。
現將描述與習知電池相比具有降低量之銀的銀圖案。圖4A提供可用於上文所描述之獨立式金屬物品之具有含銀圖案410之頂部表面401之半導體基板400(圖4B)的俯視圖。圖4A之實施例中之銀圖案410為在基板400之整個長度上延伸之指狀物。諸如圖2之物品200或圖3之物品300之獨立式金屬物品將諸如藉由焊接覆蓋於銀指狀物410上且與其耦合。金屬物品而非銀指狀物410充當半導體基板400之主要電流運送組件，且因此銀指狀物410之尺寸可顯著减小。另外，不需要銀匯流排，此使銀之量進一步减少。實際上，金屬物品提供匯流排。由於金屬物品可經定製具 有網版印刷銀指狀物匯流排不可達成之尺寸，且可由諸如銅之較不昂貴材料製造，故用圖4之銀指狀物設計及本文所描述之獨立式金屬物品製造之光伏打電池與習知銀金屬化電池相比具有改良之效率及成本。
圖4B顯示在圖4A之A部分所取得之銀指狀物410之示例性截面。銀指狀物410具有厚度412及寬度414，其中厚度412為垂直於半導體基板400之頂部表面401之高度。寬度414平行於半導體基板400之表面401且橫向於指狀物410之縱向路徑。金屬物品450中耦合至銀指狀物410之局部部分亦以虛線顯示，其中在此實施例中金屬物品450與指狀物410橫向相交。金屬物品450可為例如匯流排，諸如匯流排210圖2，其將使指狀物410耦合至電池互連物240。銀指狀物410收集來自半導體基板400之局部區域(諸如鄰近的銀指狀物410之間的距離的一半)的電流。銀指狀物410亦提供用於使金屬物品450結合於半導體基板400之接點區域。金屬物品450而非指狀物410為電池之主要電流運送組件，其中金屬物品450匯集來自指狀物410之局部電流且為電池全局地運送電流。因此，銀指狀物410之厚度412與寬度414均可按需要减小或减至最小，因為由銀指狀物410之厚度412及寬度414限定之截面積不需要滿足整個電池之電流密度要求。相比之下，習知電池必須維持固定量之銀截面積以滿足電流密度要求，使得若習知銀指狀物之寬度减小，則厚度必須增加。在圖4B之一些實施例中，指狀物410之厚度412可為例如50μm或小於50μm，且寬度414為125μm或小 於125μm。在其他實施例中，指狀物410之厚度412可為15μm或小於15μm，且寬度414為60μm或小於60μm。在其他實施例中，厚度412可在網版印刷技術之極限以內製造得盡可能薄。
圖4B亦顯示金屬物品450之電鑄截面區域451。片段截面區域410加上電鑄截面區域451之組合等於整個導管截面區域，總面積經設計為電池提供總電流容量。在一些實施例中，電鑄截面區域451形成整個導管截面區域之大部分，因此成為電池之主要電導管。因此，亦可見與太陽電池之指狀物與匯流排均使用銀相比銀使用得以减少。
表1顯示與習知電池相比用於經模型化用於光伏打電池之前表面的三個實施例A、B及C之銀的量的示例性减少。
如由表1可見，與習知電池中之三個銀匯流排相比，實施例A、B及C使用具有二十個匯流排之金屬物品(例如銅)。電池A、B及C中之匯流排充當用於分佈式電流收集之主要電導管，從而使收集電流以藉由匯流排匯集之銀指狀物之尺寸能够减小。如可見，與習知電池相比，實施例A、B及 C中銀指狀物之寬度與高度均减小。舉例而言，實施例A之寬度為50μm且高度為10μm，而習知電池之寬度為80μm且高度為20μm。注意，表1中所列之高度為平均高度。與習知電池為1600μm2相比，電池A、B及C之銀指狀物之截面積為300-500μm2，其銀顯著减少。將截面積轉化為電池正面所需之銀的相應重量，與習知電池相比，銀之毫克數减少(Ag减少)為實施例A 77%、實施例B 84%且實施例C 92%。銀指狀物之截面積可經組態具有不同於表1中所列之值，諸如在其他實施例中銀片段截面區域小於或等於800um2。
圖5為光伏打電池之半導體基板500之另一實施例之俯視圖，其中銀圖案為以不連續線性排列形式排列之片段510。亦即，與圖4A之連續銀指狀物相比片段510具有减小之長度，且在片段510之間具有空隙。因此，與在太陽電池之整個長度上之連續線條相比，所使用之銀的量進一步减少。插圖501提供基板500之一部分的詳細視圖，其中示例性金屬物品以虛線顯示。在太陽電池之製造中，金屬物品耦合至基板500。金屬物品具有包括與銀片段510相交之匯流排520的網柵線，且在此實施例中亦具有通常平行於銀片段510之支撑構件525。銀片段510以間距PS橫向地間隔開，而金屬匯流排520以間距PM間隔開。由於金屬物品為光伏打電池運送大部分電流，故銀片段510僅需運送電流穿過到達最鄰近之網柵線(亦即匯流排520或支撑構件525)的距離。在一些實施例中，匯流排520經組態為金屬物品之主 要電導管，同時支撑構件525提供機械支撑及一部分電連接。舉例而言，匯流排520可經組態提供直接到達電池互連(例如圖2之230及240)之路徑或可具有比支撑構件525大之截面積。
使用匯流排作為主要運送組件，銀片段510可具有如下表示之長度LS LS=PM-k*PS/2 (1)
其中PM為與片段510相交之金屬匯流排520之間距；PS為片段510之間距，且k為1.0至1.4之值。因子『k』可基於半導體基板之接合薄片電阻率。舉例而言，在一些實施例中，接合薄片電阻率為約75歐姆/平方，且k為1.2。對於較低接合薄層電阻，k可調節，其中k與薄層電阻成反比。不連續片段510沿其進行排列之線條在片段510之末端之間具有空隙『G』。空隙G可至少部分由例如間距PM確定，使得片段長度LS間隔開以與匯流排520相交。在各種實施例中，空隙可小於或等於1.5mm。表2列出空隙為1.0mm時銀片段長度Ls之樣品實施例。
表2描述三類電池，其中與電池1相比電池3具有含較高數目(亦即較小間距)且較精細之匯流排(亦即較低寬度)之金屬物品。與電池1及電池3相比，電池2具有中間尺寸。如 由表2可見，隨匯流排數目增加，銀片段長度减小，從而使得銀之量進一步减少。在一些實施例中，用於太陽電池之金屬物品可具有至少十個匯流排。電池設計之組件尺寸選擇將視特定應用而定，諸如類型1為習知電池之替代物，類型2為較低有效面積損失及背面鈍化，且類型3為高效率電池，諸如ICB及HIT設計。
圖6說明另一實施例，其中銀圖案設計可經設計以使用於使金屬物品接合至太陽電池之結合區域最佳化。圖6顯示光伏打電池600之拐角部分，其中電池600包括半導體基板601、金屬物品621及各種銀圖案。如前述實施例中所描述，金屬物品621包括匯流排620及支撑構件625。銀圖案包括如先前所描述之片段610，且亦包括邊緣焊墊630、拐角焊墊635及中心焊墊640。邊緣焊墊630安置於半導體基板601上以耦合至金屬物品621之周邊，而中心焊墊640經安置以耦合至遠離周邊之金屬物品。
邊緣焊墊630及中心焊墊640各自提供用於將金屬物品焊接至半導體基板601上之結合區域。邊緣焊墊630具有長度632，而中心焊墊640具有長度642。為在金屬物品與半導體基板601之間達成充足結合强度，在一些實施例中，長度632及642可比電鑄匯流排620之寬度622大至少200μm。在關於本發明所進行之研究中，此結合長度相對於電鑄元件之寬度的量經確定在提供充足結合强度中為重要的。具有比電鑄元件622之寬度622大至少200μm之結合長度632/642亦可在將金屬物品621安置至基板601上時提供 製造公差。圖6亦顯示定位於假方形之拐角中之拐角結合墊635。在此實施例中，拐角結合墊635耦合至金屬物品621之周邊，且因此具有與邊緣焊墊630類似之尺寸。然而，拐角結合墊635垂直於金屬物品621之周邊取向而非如邊緣焊墊630一般與周邊對準。具有如圖6中所示成角度之拐角結合墊635可幫助調節匯流排620及支撑構件625在此拐角區域中所遇到之各個方向之應力。
圖6亦說明邊緣焊墊630可經組態具有與中心墊640相比較大之結合區域。通過關於本發明所進行之理論模型化以及實際熱循環及濕度測試，發現在電池601之邊緣處金屬物品621上之焊點應力最高。將焊墊設計成與遠離周邊之中心墊相比接近電池之周邊者較大在最需要銀材料處提供銀材料，同時使電池中銀之總體使用减少。在一些實施例中，舉例而言，邊緣墊630之長度632可為至少300μm，諸如至少500μm。在一些實施例中，中心墊640之長度642可為至少100μm，諸如至少125μm。雖然在圖6中中心焊墊640全部顯示為相同尺寸，但在其他實施例中，視在特定位置處所預期之接合點應力之量而定，中心焊墊640之尺寸可彼此不同。舉例而言，半導體基板601與金屬物品621之間的接合點應力可自電池600之邊緣至中心有所减小。因此，中心結合墊640可經設計具有朝向電池600之中心逐漸减小之尺寸。該尺寸變化藉由在較不關鍵區域中使用較少銀可使銀使用能够甚至進一步减少。
圖7顯示電池700中之銀圖案之另一實施例，其中 一個焊墊用於耦合至多個銀指狀物，替代如在圖6中具有用於各片段之焊墊。電池700包括半導體基板701及金屬物品721，且半導體基板701上具有圖案片段710(包括片段710a-710c)。圖7說明包含銀之輔助線750(包括線750a-750b)用於使中心焊墊740耦合至多個圖案片段710。在此實施例中，輔助線750在上面安置結合墊740之圖案片段710c之間形成到達周圍圖案片段710之線性路徑。舉例而言，輔助線750a在片段710c之末端至水平且橫向地偏離片段710c之片段710a之末端之間形成對角線。輔助線750b在片段710c之相對末端至與片段710c縱向對準之片段710b之末端形成直線。輔助線750可具有比圖案片段710窄之寬度，以使對遮蔽之影響减至最小。若輔助線之表面積經設計小於其所替代之焊墊之面積，則與各片段具有一個焊墊相比，多個銀片段使用一個焊料結合墊可减小有效面積損失(亦即遮蔽)。注意，雖然圖7之實施例係關於不連續銀片段而顯示，但在圖4A之連續銀指狀物情况下亦可使用輔助線。减少焊墊740之數目亦使為將金屬物品721耦合至基板701所需之焊點之數目减少，此可降低製造成本。
注意，雖然本文所描述之實施例顯示匯流排與銀片段之間以垂直形式相交(例如在匯流排620與銀片段610之間)，但在其他實施例中，可以其他角度相交。舉例而言，圖3中擴展片段310之波浪形組態可使得匯流排與銀片段之間非垂直排列。在其他實例中，金屬物品之網柵線可以非垂直排列形式佈局，諸如以彼此傾斜之角度。此外，雖然 本文已顯示之實施例在整個電池中具有均勻間距，但在其他實施例中，在太陽電池之不同區域中匯流排與銀指狀物或線之間距可不同。在該等實施例中，對間距及片段長度之計算可反映整個電池之平均值，或可經計算用於電池之特定區域。
圖8為用於使用上文所描述之金屬物品及銀圖案形成光伏打電池之方法的示例性流程圖800。在步驟810中，提供電鑄金屬物品，其中金屬物品具有形成獨立式單片之複數個電鑄元件。金屬物品具有以間距PM間隔開之網柵線。在一些實施例中，網柵線包括支撑構件及匯流排，匯流排以間距PM間隔開且與支撑構件相交。匯流排使支撑構件電耦合至電池互連物，其中，在一些實施例中，電池互連物為金屬物品之電鑄元件。金屬物品可在具有一個或多個預先形成之圖案的導電心軸上形成，諸如Babayan等人，美國專利第8,569,096號中所揭示。
在步驟820中，提供半導體基板，其中半導體基板具有含複數個銀圖案之頂部表面。在一些實施例中，銀圖案在太陽電池之長度上連續延伸，其中銀圖案具有與習知電池相比减小之截面積。舉例而言，與習知電池相比，銀指狀物之寬度與厚度可减小。在其他實施例中，銀圖案中之至少一者包括形成不連續線性路徑之圖案片段。圖案片段如關於圖5所描述以間距PS間隔開且具有長度LS，且片段之間具有縱向空隙。如關於圖6所描述，銀圖案亦可包括邊緣及中心焊墊，其中邊緣焊墊可具有大於中心焊墊之結 合區域。
在步驟830中，金屬物品機械地且電學地耦合至半導體基板。步驟830可包括將正面格網耦合至半導體晶圓之正面，且將背面格柵耦合至晶圓之背面。耦合可為焊接，諸如人工或自動化焊接。焊料可施加於特定點，諸如已印刷至晶圓上之銀焊墊。在一些實施例中，焊料可已諸如藉由電鍍或浸漬預施加至所有或一些金屬物品上。可接著在步驟830之耦合製程期間使預施加之焊料迴流。在其他實施例中，焊料可為活性焊料，且可如2013年8月21日所申請之標題為「Using an Active Solder to Couple a Metallic Article to a Photovoltaic Cell」之美國臨時專利申請案61/868,436中所描述在晶片之非金屬化部分實現結合，該申請案由本申請案之受讓人擁有且以引用之方式併入本文中。
可見本文所描述之獨立式電鑄金屬物品及銀圖案適用於各種電池類型。此外，電鑄電導管及銀圖案可用於太陽電池之前表面或後表面或兩者。此外，雖然已主要關於光伏打應用描述了本文之實施例，但該等方法及裝置亦可適用於其他半導體應用，諸如再分佈層(RDL)或柔性電路。此外，流程圖步驟可以交替順序進行，且可包括未顯示之其他步驟。雖然已針對全尺寸電池進行了若干描述，其亦可適用於半尺寸或四分之一尺寸電池。舉例而言，金屬物品及銀圖案設計可具有一定佈局以使得電池僅具有一個或兩個倒角拐角，而不是如在單晶完全假方形中使全部四個角成為倒角。
雖然已關於本發明之特定實施例詳細描述了本說明書，但應瞭解，熟習此項技術者在獲得對前述內容之理解後，可容易地想到此等實施例之變更、變化及等效形式。本發明之此等及其他修改及變化形式可由一般熟習此項技術者在不背離本發明範疇之情况下進行實踐，本發明範疇更特定言之闡述於隨附申請專利範圍中。此外，一般熟習此項技術者將瞭解，前述描述僅為舉例，且不旨在限制本發明。

Claims (28)

  1. 一種形成光伏打電池之方法，該方法包括下列步驟：提供具有複數個電鑄元件(electroformed element)的電鑄金屬物品，其形成一獨立式單片，其包含以間距PM間隔開之網柵線(gridlines)；提供一半導體基板，其具有含有複數個銀圖案之含銀頂部表面，其中該等銀圖案中之至少一者包含數個圖案片段，該等圖案片段以一間距PS間隔開且具有一長度LS，該長度LS由以下等式限定：LS=PM-k*PS/2，k為1.0至1.4之值；及將該金屬物品耦合至該半導體基板，該耦合步驟包含將該複數個電鑄元件中之一第一電鑄元件耦合至該複數個銀圖案中之一第一銀圖案。
  2. 如請求項1之方法，其中該長度LS係沿著由該等網柵線中之一者貫穿之路徑。
  3. 如請求項1之方法，其中該等圖案片段經組態呈不連續線性排列。
  4. 如請求項3之方法，其中該不連續線性排列包含：其末端由小於或等於1.5mm之空隙隔開之該等圖案片段。
  5. 如請求項1之方法，其中k係基於該半導體基板之接合薄片電阻率(junction sheet resistivity)。
  6. 如請求項5之方法，其中該接合薄片電阻率為約75歐姆/平方，且k為1.2。
  7. 如請求項1之方法，其中該等網柵線包含：以該間距PM間隔開之數個匯流排；及與該等匯流排相交之支撑構件，其中該等匯流排使該支撑構件電耦合至電池互連物。
  8. 如請求項7之方法，其中該電池互連物為該複數個電鑄元件中之電鑄元件。
  9. 如請求項7之方法，其中該等網柵線包含至少十個匯流排。
  10. 如請求項7之方法，其中各匯流排具有電鑄截面區域且該等圖案片段各自具有片段截面區域；其中該電鑄截面區域加上該片段截面區域等於整個導管截面區域；且其中該電鑄截面區域佔該整個導管截面區域之大部分。
  11. 如請求項10之方法，其中該片段截面區域小於或等於800μm2。
  12. 如請求項10之方法，其中該片段截面區域包含小於或等於15μm之高度及小於或等於60μm之寬度。
  13. 如請求項10之方法，其中該電鑄截面區域經組態用於分佈式電流收集且該片段截面區域經組態用於局部電流收集。
  14. 如請求項1之方法，其中該第一銀圖案提供用於該耦合之第一結合區域，且其中該第一銀圖案耦合至該金屬物品之周邊。
  15. 如請求項14之方法，其中該第一結合區域具有第一結合長度，該第一結合長度比該第一電鑄元件之寬度大至少200μm。
  16. 如請求項14之方法，其進一步包括：將該等複數個電鑄元件中之第二電鑄元件耦合至該複數個銀圖案中之第二銀圖案，該第二銀圖案提供用於該耦合之第二結合區域，其中該第二銀圖案遠離該金屬物品之該周邊；且其中該第一結合區域大於該第二結合區域。
  17. 如請求項16之方法，其中該第二結合區域具有第二結合長度，該第二結合長度比該第二電鑄元件之寬度大至少200μm。
  18. 如請求項16之方法，其進一步包括：使該第二銀圖案耦合至該等圖案片段中之複數個圖案片段的複數條輔助線，其中該等輔助線包含銀。
  19. 一種光伏打電池，其包含：一電鑄金屬物品，其具有複數個電鑄元件且形成一獨立式單片，且包含以間距PM間隔開之網柵線；及耦合至該金屬物品之半導體基板，該半導體基板具有含有複數個銀圖案之含銀頂部表面，其中該複數個電鑄元件中之一第一電鑄元件耦合至該複數個銀圖案中之第一銀圖案；其中該等銀圖案中之至少一者包含數個圖案片段，該等圖案片段以一間距PS間隔開且具有一長度LS，該長度LS由以下等式限定：LS=PM-k*PS/2，k為1.0至 1.4之值。
  20. 如請求項19之光伏打電池，其中該等圖案片段經組態呈不連續線性排列。
  21. 如請求項20之光伏打電池，其中該不連續線性排列包含：其末端由小於或等於1.5mm之空隙隔開之該等圖案片段。
  22. 如請求項19之光伏打電池，其中k係基於該半導體基板之接合薄片電阻率，其中該接合薄片電阻率為約75歐姆/平方，且k為1.2。
  23. 如請求項19之光伏打電池，其中該等網柵線包含：以該間距PM間隔開之數個匯流排；及與該等匯流排相交之支撑構件，其中該等匯流排使該支撑構件電耦合至電池互連物；其中各匯流排具有電鑄截面區域，且該等圖案片段各自具有片段截面區域；其中該電鑄截面區域加上該片段截面區域等於整個導管截面區域；且其中該電鑄截面區域佔該整個導管截面區域之大部分。
  24. 如請求項23之光伏打電池，其中該片段截面區域包含小於15μm之高度及小於60μm之寬度。
  25. 如請求項19之光伏打電池，其中該第一銀圖案提供用於該耦合之第一結合區域，且其中該第一銀圖案耦合至該金屬物品之周邊。
  26. 如請求項25之光伏打電池，其中該第一結合區域具有第 一結合長度，該第一結合長度比該第一電鑄元件之寬度大至少200μm。
  27. 如請求項25之光伏打電池，其進一步包含將該複數個電鑄元件中之一第二電鑄元件耦合至該複數個銀圖案中之第二銀圖案，該第二銀圖案提供用於該耦合之第二結合區域，其中該第二銀圖案遠離該金屬物品之該周邊；且其中該第一結合區域大於該第二結合區域。
  28. 如請求項27之光伏打電池，其進一步包含使該第二銀圖案耦合至複數個該等圖案片段之複數條輔助線，其中該等輔助線包含銀。
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