TWI737478B

TWI737478B - 矽基太陽能電池的電極製作方法

Info

Publication number: TWI737478B
Application number: TW109130046A
Authority: TW
Inventors: 黃俊杰; 王睿馭; 何映融
Original assignee: 大葉大學
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2021-08-21
Also published as: TW202211489A

Abstract

本發明提供一種矽基太陽能電池的電極製作方法，其包含步驟S1：在一基板表面形成有一對應電極圖案的鏤空保留部，基板於鏤空保留部之外的區域則定義為一顯露區；步驟S2：在顯露區形成一堆積層；步驟S3：利用一移除溶劑移除鏤空保留部，以形成一電極凹槽而外露有基板表面；以及步驟S4：對電極凹槽設置一接觸基板表面之電極。藉由上述步驟，本發明避免傳統電極製作方式所導致的成本較高以及生產良率較低之問題。

Description

矽基太陽能電池的電極製作方法

本發明係關於一種太陽能電池技術領域，尤指一種矽基太陽能電池的電極製作方法。

太陽能電池為乾淨無污染的再生能源，而在世界發生石油危機後大幅的發展，目前鈍化射極背面太陽能電池(Passivated Emitter and Rear Cell，PERC)具有高光電轉換效率，且製作成本也跟一般的太陽能電池差異不大，而成為目前太陽能電池中的領導先驅。

PERC太陽能電池在正面電極的製作過程中，通常係先在基板表面成形抗反射層，再將電極網印在上，接著將電極升溫至900℃燒結進行穿隧而形成在基板表面。而進行高溫燒結的製程，僅能使用成本較高的銀漿來減少高溫氧化的問題，方才不致於影響電極的導電率，因此，太陽能電池的生產成本無法有效的降低。

除此之外，更進一步以太陽能電池的背面電極製作方式舉例說明，其通常係利用雷射蝕刻的方式對位於太陽能電池背面的保護層之預定部位進行刻槽，以使刻槽後的保護層形成預定槽口，再於預定槽口設置電極。然而，上述背面電極的保護層進行雷射刻槽的過程中，需多次沿著保護層之預定部位輪廓進行雷射燒蝕，而雷射的設備成本以及維護成本過高，直接的影響了該製程方法的生產成本。除此之外，雷射刻槽方式也會因為刻槽深度控制難度較高，導致預定開孔產生缺陷，進而影響生產的良率。

本案之主要目的，在於解決習知太陽能電池製程成本無法有效降低，且因電極製程造成生產良率不佳的問題。

為達到上述目的，本發明提供一種矽基太陽能電池的電極製作方法，其包含步驟S1、步驟S2、步驟S3以及步驟S4。步驟S1：在一基板表面形成有一對應電極圖案的鏤空保留部，基板於鏤空保留部之外的區域則定義為一顯露區；步驟S2：於顯露區形成一堆積層；步驟S3：利用一移除溶劑移除鏤空保留部，以形成一電極凹槽而外露有基板表面；以及步驟S4：對電極凹槽設置一接觸基板表面之電極。

藉此，本發明預先在基板表面上形成對應電極圖案的鏤空保留部，並運用移除溶劑移除鏤空保留部即能形成電極凹槽，藉以本發明相對於習知利用高溫燒結穿隧或雷射刻槽方式形成太陽能電極的方式來說，具有優化製程效率以有效降低加工成本之優點。

請參閱圖1至圖6所示，本發明提供一種矽基太陽能電池的電極製作方法，於本實施例中係以製作太陽能電池之正面電極作為說明，矽基太陽能電池的電極製作方法包含步驟S1、步驟S2、步驟S3以及步驟S4。

步驟S1：在一基板10表面形成有一對應電極圖案的鏤空保留部A，基板10於鏤空保留部A之外的區域則定義為一顯露區B，其中，形成該鏤空保留部A之方法係可為網版印刷法、噴塗法或光阻蝕刻法等。除此之外，本實施例基板10具有一N型半導體層11、一P型半導體層12，以及一位於N型半導體層11以及P型半導體層12之間的光電轉換層13，鏤空保留部A係形成於N型半導體層11之一側表面上。需特別說明的是，本實施例係以正面電極作為舉例說明，而於背面電極則為相同的製作方法。

請配合圖3所示，係以光阻蝕刻法方式作為舉例說明，其預先在基板10表面生成一感光層20，感光層20係為正光阻材料或負光阻材料，於本實施例中係以負光阻材料作為說明，其中，感光層20經曝光以定義出一保留區域21以及一非保留區域22，將感光層20利用有機溶劑去除非保留區域22，而形成顯露區B，且保留區域21之感光層20則形成鏤空保留部A；若改用正光阻材料亦只要改變曝光位置即可取得相同位置的鏤空保留部A。除了前述光阻蝕刻的方式之外，亦可採用網印的方式直接將一高分子材料網印於基板10之表面而形成鏤空保留部A，網印的成本較低，且速度也較快；另外也可使用直接噴塗的方式形成該鏤空保留部A，本發明並不加以限制。

步驟S2：於顯露區B沉積形成一堆積層30，而堆積層30成形在顯露區B並接觸鏤空保留部A，堆積層30係可利用液相沉積法、溶膠凝膠法或旋轉塗佈法等方式形成。堆積層30可為氧化鈦(TiO _x)、氧化矽(SiO _x)、氮化矽(SiN _x)、氮氧化矽(SiON)、氧化鋁(AlO _x)之任一種所構成。另可特別說明的是，堆積層30於製作太陽能電池之正面電極時，可做為抗反射層使用；而若於製作太陽能電池之背面電極時，則堆積層30則可作為保護層使用。

步驟S3：利用一移除溶劑移除鏤空保留部A，以形成一電極凹槽40而外露有基板10表面，在一較佳實施例中，移除溶劑係可為丙酮、甲醇、乙醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙二醇單丁醚或丙二醇乙醚等，移除溶劑不會對堆積層30產生化學變化；藉以移除溶劑在移除鏤空保留部A時，堆積層30之材質不會受到移除溶劑之破壞而產生缺陷，使得鏤空保留部A能被完全移除而露出基板10表面，即能獲得對應電極圖案的電極凹槽40。

步驟S4：對電極凹槽40設置一接觸基板10表面之電極50；在一較佳實施例中，基板10經網印之方式於電極凹槽40內形成電極50。其中，若作為正面電極50時，其材料可為銅或銀，在一較佳實施例中，若採用銅材質，其可運用銅漿材料而形成於電極凹槽40內，並透過燒結之溫度介於100～200℃之間，一方面將除去殘留在電極凹槽40中的移除溶劑，另一方面可固化電極材料，使電極50燒結在基板10表面；藉此本實施例電極50之材料能導入銅漿製程，以降低太陽能之電極50製程的成本。另一方面，若改使用於太陽能電池之背面電極製作時，亦可用相同的方法，但電極材料可改用成本較低的鋁，亦或者能維持使用銀、銅等材料來進行製作，製作方式相同則不另行贅述。

藉此，本發明具有下列功效：

1.本發明透過鏤空保留部A配合移除溶劑的方式，形成預定設計的電極凹槽40，相較於傳統正面電極需要高溫燒結穿隧形成，以及太陽能電池背面電極使用雷射刻槽之工藝，具有優化製程效率以有效降低加工成本之優點。

2.本發明能選用溫度較低的銅材質製程，而避免高溫氧化問題，藉以提高電極50之材料選擇性，而不必然使用銀漿，藉此達到降低太陽能之電極50成本之優點。

以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。

10:基板 11:N型半導體層 12:P型半導體層 13:光電轉換層 20:感光層 21:保留區域 22:非保留區域 30:堆積層 40:電極凹槽 50:電極 A:鏤空保留部 B:顯露區 S1:步驟 S2:步驟 S3:步驟 S4:步驟

圖1係為本發明實施例之步驟流程圖。圖2係為本發明實施例步驟S1的實施示意圖。圖3係為本發明實施例步驟S1的製程示意圖。圖4係為本發明實施例步驟S2的實施示意圖。圖5係為本發明實施例步驟S3的實施示意圖。圖6係為本發明實施例步驟S4的實施示意圖。

S1:步驟

S2:步驟

S3:步驟

S4:步驟

Claims

一種矽基太陽能電池的電極製作方法，其包含下列步驟：步驟S1：在一基板表面以高分子材料直接網印形成有一對應電極圖案的鏤空保留部，該基板於該鏤空保留部之外的區域則定義為一顯露區；步驟S2：於該顯露區形成一堆積層，該堆積層選自於由液相沉積法、溶膠凝膠法及旋轉塗佈法所組成之群組的方式形成；步驟S3：利用一移除溶劑移除該鏤空保留部，以形成一電極凹槽，而外露有該基板表面，該移除溶劑係選自於由丙酮、甲醇、乙醇、氫氧化鈉、氫氧化鉀、乙二醇單丁醚及丙二醇乙醚所組成之群組，其能溶解該鏤空保留部而不破壞該堆積層；以及步驟S4：對該電極凹槽設置一接觸該基板表面之電極。
如請求項1所述之矽基太陽能電池的電極製作方法，其中，於製作太陽能電池之正面電極時，該堆積層係為抗反射層，該電極之材料為銀或銅。
如請求項2所述之矽基太陽能電池的電極製作方法，其中，在該步驟S4中，係將銅漿形成於該電極凹槽內，並透過燒結的方式將銅漿固化，形成該電極，燒結之溫度介於100~200℃之間。
如請求項2所述之矽基太陽能電池的電極製作方法，其中，於製作太陽能電池之背面電極時，該堆積層係為保護層，該電極之材料為銀或鋁。