TWM458669U

TWM458669U - 電極結構

Info

Publication number: TWM458669U
Application number: TW102206551U
Authority: TW
Inventors: Cheng-Ling Shih; Wei-Ting Chen; Kun-Chang Hsu
Original assignee: Darfon Materials Corp
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2013-08-01

Description

電極結構

本創作關於一種元件上之電極結構，尤其是光伏元件(photovoltaic device)上之正面電極結構(front electrode)。

“元件”在此指電子元件、光電元件、光伏元件等。這些”元件”的表面上皆需電極結構。以光伏元件為例，光伏元件的正表面(也就是所謂的入光面)上需形成正面電極結構，以收集電子或電洞。一般正面電極結構包含多條平行且線寬較細的指狀電極(finger electrode)以及至少一條與指狀電極垂直且線寬較粗的匯流排電極(bus bar)。匯流排電極係供光伏元件本身與其他光伏元件串聯時焊接之用。

正面電極的品質直接影響光伏元件的光電轉換效率。關於製造正面電極的先前技術有應用兩次網版印刷技術，印刷出寬度較窄、高度較高的匯流電極。但是，此先前技術利用兩次網版印刷是印刷相同圖案，會產生圖案對準誤差。另有先前技術利用兩次網印刷製造正面電極，第一次網版印刷形成該等指狀電極的底部，第二次網版印刷形成該等指狀電極的頂部及該等匯流電極。然而，在這些利用兩次網版印刷的先前技術中，金屬漿會滲入網版上纖維與纖維的交結處，導致印刷對應正面電極的金屬漿圖案會產生擴墨現象。因此，利用兩次網版印刷的先前技術製造正面電極，會製造單一電極的線寬粗細不均勻，導致正面電極的品質不良，尤其是線寬較細的指狀電極。運用這些先前技術，若要讓指狀電極保有基本的導電性，則需放寬指狀電極的線寬，如此作法則增加正面電極在光伏元件上的遮蔽率，也會降低光伏元件整體的光電轉換效率。

製造光伏元件上之正面電極的先前技術也有利用模版(stencil)，一次即印刷完成對應正面電極的圖案化金屬漿。模版上形成多條對應指狀電極以及匯流排電極的鏤空溝槽。模版上相鄰兩溝槽間的金屬條在模版印刷過程中有可能發生變形，導致印刷金屬漿形成的導電條有可能粗細不等。因此，利用模版印刷的先前技術也有在每一溝槽內保有多個懸空的橋接部。然而，此種利用一次印刷的先前技術每次印刷，會有金屬漿沒有溢流至橋接部下方的情況發生，導致印刷品質不佳。此外，此先前技術運用的模版其橋接部需額外加工，導致此模版的製造成本增加。

顯見地，目前對於細長電極的製造，尤其是對光伏元件上正面電極結構的製造仍有改善的空間，特別是對應正面電極結構的圖案化金屬漿之印刷製程仍需改善。

因此，本創作所欲解決的技術問題在於提供一種製造元件上電極結構的方法，尤其是製造光伏元件之正面電極的方法。根據本創作之方法所製造的正面電極具有優良的品質，有助於提升光伏元件整體的轉換效率。

本創作之第一較佳具體實施例之方法係於元件之表面上製造電極結構。電極結構包含多條平行的條狀電極以及垂直該等條狀電極之至少一條匯流排電極。本創作之方法首先係利用具有多列平行的鏤空溝槽之模版，印刷第一金屬漿於元件之表面上，以形成多列平行的第一導電條。模版位在同一列相鄰的鏤空溝槽間具有一橋接部。接著，本創作之方法係利用具有多列平行的橋接網孔區域以及至少一行長條狀網孔區域之網版，印刷第二金屬漿於光伏元件之表面上，以形成多列平行的橋接導電部以及至少一條第二導電條。每一橋接網孔區域係對應一個橋接導電部。每一行長條狀網孔區域係對應一條第二導電條。每一橋接導電部銜接同一列兩相鄰的第一導電條。最後，本創作之方法係燒結多列平行的第一導電條、多列平行的橋接導電部以及至少一條第二導電條，進而形成多條平行的條狀電極以及至少一條匯流排電極。每一條狀電極係由一列燒結的第一導電條以及同一列燒結的橋接導電部所構成。每一條匯流排電極係由一條燒結的第二導電條所構成。

根據本創作之第一較佳具體實施例之不同做法，多列平行的橋接導電部以及至少一條第二導電條係在多列平行的第一導電條形成之前先行形成，並且烘乾。

本創作之一較佳具體實施例之電極結構，係形成於元件之表面上。本創作之電極結構包含多條條狀電極以及至少一條匯流排電極。每一條狀電極係由一列彼此不相連的第一導電條以及同一列的橋接導電部所構成，並且每一橋接導電部銜接同一列兩相鄰第一導電條。至少一條匯流排電極係連接多條條狀電極。多列第一導電條以及該多列橋接導電部係利用模版，印刷第一金屬漿於元件之表面上所形成。每一條匯流排電極係由一條第二導電條所構成。至少一條第二導電條係利用網版，印刷第二金屬漿於元件之表面上所形成。

與先前技術相較，根據本創作之方法所製造的條狀電極具有良好的解析度以及良好的品質。根據本創作之方法所製造光伏元件之正面電極具有優良的品質，有助於提升光伏元件整體的轉換效率。

關於本創作之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧模版

12‧‧‧鏤空溝槽

14‧‧‧橋接部

2‧‧‧元件

20‧‧‧表面

22‧‧‧第一導電條

23‧‧‧橋接導電部

24‧‧‧第二導電條

26‧‧‧條狀電極

27‧‧‧電極結構

28‧‧‧匯流排電極

3‧‧‧網版

32‧‧‧橋接網孔區域

34‧‧‧長條狀網孔區域

4‧‧‧模版

42‧‧‧鏤空溝槽

44‧‧‧橋接部

5‧‧‧元件

50‧‧‧表面

52‧‧‧導電條

53‧‧‧橋接導電部

56‧‧‧長條電極

6‧‧‧網版

62‧‧‧橋接網孔區域

7‧‧‧模版

72‧‧‧第一鏤空溝槽

74‧‧‧第一橋接部

76‧‧‧第二鏤空溝槽

78‧‧‧第二橋接部

8‧‧‧網版

82‧‧‧第一橋接網孔區域

84‧‧‧第二橋接網孔區域

86‧‧‧長條狀網孔區域

9‧‧‧元件

90‧‧‧表面

91‧‧‧第一導電條

92‧‧‧第一橋接導電部

93‧‧‧第二導電條

94‧‧‧第二橋接導電部

95‧‧‧第三導電條

96‧‧‧第一條狀電極

97‧‧‧第二條狀電極

98‧‧‧匯流排電極

99‧‧‧電極結構

圖1係本創作之第一較佳具體實施例之方法所採用的模版之頂視圖。

圖2係元件經本創作之第一較佳具體實施例之方法利用模版印刷後之頂視圖。

圖4係元件經本創作之第一較佳具體實施例之方法利用模版印刷及網版印刷後之頂視圖。

圖5係圖4中元件沿A-A線之局部剖面視圖。

圖6係元件經本創作之第一較佳具體實施例之方法利用模版印刷及網版印刷後再經燒結後之頂視圖。

圖7係元件經本創作第二較佳具體實施例方法之網版印刷後之頂視圖。

圖8係元件經本創作第二較佳具體實施例方法之網版印刷和金屬板印刷後，沿如圖4中A-A線之局部剖面視圖。

圖9係本創作之第三較佳具體實施例之方法所採用的模版之頂視圖。

圖10係元件經本創作之第三較佳具體實施例之方法利用模版印刷後之頂視圖。

圖11係本創作之第三較佳具體實施例之方法所採用的網版之頂視圖。

圖12係元件經本創作之第三較佳具體實施例之方法利用模版印刷及網版印刷後之頂視圖。

圖13係元件經本創作之第三較佳具體實施例之方法利用模版印刷及網版印刷後再經燒結後之頂視圖。

圖14係元件先經本創作之第三較佳具體實施例之網版印刷後之頂視圖。

圖15係本創作之第四較佳具體實施例之方法所採用的模版之頂視圖。

圖16係本創作之第四較佳具體實施例之方法所採用的網版之頂視圖。

圖17係元件經本創作之第四較佳具體實施例之方法利用模版印刷及網版印刷後再經燒結後之頂視圖。

請參閱圖1至圖6，本創作之第一較佳具體實施例之方法之各步驟以及採用工具係示意地繪示於該等圖式中。如圖6所示，元件2表面20上的電極結構27係本創作之第一較佳具體實施例方法的最後製成品。電極結構27包含多條平行的條狀電極26以及垂直該等條狀電極26之至少一條匯流排電極28。元件2可以是電子元件、光電元件或光伏元件等。當元件2為光伏元件，元件2的表面20為入光面時，電極結構27即為正面電極結構，條狀電極26即為指狀電極。

於一具體實施例中，元件2若是光伏元件，光伏元件2可以是單晶矽光伏元件、多晶矽光伏元件、非晶矽薄膜光伏元件、微晶矽薄膜光伏元件、硫化鎘(CdS)薄膜光伏元件、銻化鎘(CdTe)薄膜光伏元件、銅銦硒化物(CuInSe₂ ,CIS)薄膜光伏元件、銅銦鎵硒化物(Cu(In,Ga)Se₂ ,CIGS)薄膜光伏元件、染料敏化(DSSC)薄膜光伏元件、砷化鎵光伏元件，等各類型的光伏元件。

本創作之第一較佳具體實施例之方法包含：如圖1所示，製備具有多列平行鏤空溝槽12之模版1，且模版1具有橋接部14位在同一列相鄰的兩鏤空溝槽12之間。該多列平行鏤空溝槽12實質上均平行於如圖1中X軸方向排列，且多列橋接部14在X軸方向上的投影均對齊，也就是說，相鄰列橋接部14實質上均平行於如圖1中Y軸方向排列。模版1的材料可以選用金屬板材。

如圖2所示，利用模版1印刷第一金屬漿於元件2之表面20上，以形成多列平行的第一導電條22。每一鏤空溝槽12係對應產生一條第一導電條22。接著，烘乾多列平行的第一導電條22。

如圖3所示，製備具有多列平行的橋接網孔區域32以及至少一行長條狀網孔區域34之網版3。然後，如圖4所示，利用網版3印刷第二金屬漿於元件2之表面20上，以形成多列平行的橋接導電部23以及至少一條第二導電條24。每一橋接網孔區域32係對應產生一個橋接導電部23。每一行長條狀網孔區域34係對應產生一條第二導電條24。每一橋接導電部23銜接同一列兩相鄰的第一導電條22。接著，烘乾多列平行的橋接導電部23以及至少一條第二導電條24。

請參閱圖5，圖5為圖4中元件2沿A-A線之局部剖面視圖。圖5顯示上述：先利用模版1印刷第一金屬漿所形成的第一導電條22，再利用網版3印刷第二金屬漿所形成的橋接導電部23以及第二導電條24。橋接導電部23填滿兩相鄰第一導電條22之間的空隙，並且橋接導電部23的邊緣覆蓋第一導電條22的邊緣。第二導電條24與第一導電條22間也毫無空隙，並且第二導電條24的邊緣覆蓋第一導電條22的邊緣。

如圖6所示，本創作之第一較佳具體實施例之方法最後係燒結多列平行的第一導電條22、多列平行的橋接導電部23以及至少一條第二導電條24，進而形成多條平行的條狀電極26以及至少一條匯流排電極28。每一條狀電極26係由一列燒結的第一導電條22以及同一列燒結的橋接導電部23所構成。每一條匯流排電極28係由一條燒結的第二導電條24所構成。

如圖6所示，本創作之一較佳具體實施例之電極結構27，係形成於元件2之表面20上。本創作之電極結構27包含多條彼此平行的條狀電極26以及至少一條垂直交會連接的匯流排電極28。每一條狀電極26係由一列彼此不相連的第一導電條22以及一列彼此不相連的橋接導電部23所構成，並且每一橋接導電部23銜接同一列兩相鄰的第一導電條22。每一條匯流排電極28係由一條第二導電條24所構成，且該匯流排電極28係垂直連接多條條狀電極26。該電極結構27之製造方法係：(1)利用如圖1所示之模版1，印刷第一金屬漿於元件2之表面20上以形成多列第一導電條22。(2)利用如圖3所示之網版3，印刷第二金屬漿於元件2之表面20上以形成至少一條第二導電條24以及該多列橋接導電部23。

於一具體實施例中，多列的第一導電條22以及多列橋接導電部23係經烘乾、燒結即成多條條狀電極27。至少一條第二導電條24係經烘乾、燒結即成至少一條匯流排電極28。

本創作之第二較佳具體實施例之做法：(1)先利用如圖3所示之網版3印刷第二金屬漿，先在元件2的表面20上形成多列平行的橋接導電部23以及至少一條第二導電條24，並加以烘乾，如此先得到如圖7所示的半成品；(2)稍後再利用如圖1所示之模版1印刷第一金屬漿，在元件2的表面20形成多列平行的第一導電條22，並加以烘乾、燒結後，即成外觀類似圖6之最後成品。

請參閱圖8，圖8為第二較佳具體實施例作法中，元件2先經網版3印刷再經模版1印刷後且沿圖4中A-A線之局部剖面視圖。圖8顯示上述先利用網版3印刷第二金屬漿所形成的橋接導電部23和第二導電條24，及稍後再利用模版1印刷第一金屬漿所形成的第一導電條22。橋接導電部23妥善地銜接兩相鄰第一導電條22，並且第一導電條22的邊緣覆蓋橋接導電部23的邊緣。第二導電條24與第一導電條22間也毫無空隙，並且第一導電條22的邊緣覆蓋第二導電條24的邊緣。如此第二較佳具體實施例之方法的最後成品外觀雖然類似圖6所示第一較佳具體實施例之方法的最後成品，但圖8顯示第二較佳具體實施例的細部結構和圖5顯示第一較佳具體實施例的細部結構不同。

請參閱圖9至圖13，本創作之第三較佳具體實施例之方法的各步驟以及採用工具係示意地繪示於該等圖式中。本創作之第三較佳具體實施例之方法係於元件5的表面50上製造條狀電極56。元件5可以是電子元件、光電元件或光伏元件等。

如圖9所示，本創作之第三較佳具體實施例的方法係利用具有一列平行的鏤空溝槽42之模版4，印刷第一金屬漿於元件5的表面50上，以形成一列平行的導電條52，如圖10所示。每一鏤空溝槽42係對應一條導電條52。模版4位在相鄰的鏤空溝槽42間具有橋接部44。接著，本創作之第三較佳具體實施例的方法係烘乾該列平行的導電條52。

接著，如圖11所示，本創作之第三較佳具體實施例之方法係利用具有一列橋接網孔區域62之網版6，印刷第六金屬漿於元件5的表面50上，以形成一列橋接導電部53，如圖12所示。每一橋接網孔區域62係對應一個橋接導電部53。每一橋接導電部53銜接兩相鄰的導電條52。接著，本創作之第三較佳具體實施例之方法係烘乾該列平行的橋接導電部53。

最後，本創作之第三較佳具體實施例的方法係燒結該列平行的導電條52以及該列橋接導電部53，進而形成條狀電極56，如圖13所示。條狀電極56係由該列且燒結的導電條52以及該列且燒結的橋接導電部53所構成。

根據本創作之第三較佳具體實施例之不同做法，在該列導電條52形成之前，該列橋接導電部53係利用如圖11所示之網版6印刷第二金屬漿，先行形成在元件5的表面50上，並且烘乾，如圖14所示。該列導電條52再行利用如圖9所示之模版4印刷第一金屬漿，形成在元件5的表面50上，並且烘乾，即成如圖12所示之結構。

請參閱圖15至圖17，本創作之第四較佳具體實施例之方法的各步驟以及採用工具係示意地繪示於該等圖式中。本創作之第四較佳具體實施例之方法係於元件9的表面90上製造電極結構99。如圖17所示，元件9表面90上的電極結構99係本創作之第四較佳具體實施例方法的最後製成品。電極結構99包含多列第一條狀電極96、多列第二條狀電極97以及至少一條匯流排電極98，並且第一條狀電極96與第二條狀電極97彼此分離。每一條匯流排電極98連接第一條狀電極96與第二條狀電極97。元件9可以是電子元件、光電元件或光伏元件等。

本創作之第四較佳具體實施例之方法包含：如圖15所示，製備模版7。模版7具有多列第一鏤空溝槽72以及多列第二鏤空溝槽76。兩相鄰的第一鏤空溝槽72間具有第一橋接部74。兩相鄰的第二鏤空溝槽76間具有第二橋接部78。於此較佳具體實施例中，每一列第一鏤空溝槽72以及每一列第二鏤空溝槽76實質上均平行於如圖15中X軸方向排列，且多列第一橋接部74與多列第二橋接部78在X軸方向上的投影交錯。於另一不同做法中，多列第一橋接部74與多列第二橋接部78在X軸方向上的投影對齊，類似如圖1所示模版1之相鄰列橋接部14實質上均平行於如圖1中Y軸方向排列。模版7的材料可以選用金屬板材。

如圖16，製備網版8。網版8具有多列第一橋接網孔區域82、多列第二橋接網孔區域84以及至少一條長條狀網孔區域86。為了配合如圖15所示之模版7，多列第一橋接網孔區域82與多列第二橋接網孔區域84在X軸方向上的投影交錯。於另一不同做法中，多列第一橋接網孔區域82與多列第二橋接網孔區域84在X軸方向上的投影對齊，類似如圖3所示網版3之相鄰列橋接網孔區域32實質上均平行於如圖3中Y軸方向排列。

利用模版7印刷第一金屬漿於元件9的表面90上，以形成多列第一導電條91以及多列第二導電條93。每一第一鏤空溝槽72係對應一條第一導電條91，每一第二鏤空溝槽76係對應一條第二導電條93。利用網版8，印刷第二金屬漿於元件9的表面90上，以形成多列第一橋接導電部92、多列第二橋接導電部94以及至少一條第三導電條95。每一第一橋接網孔區域82係對應一個第一橋接導電部92，每一第二橋接網孔區域84係對應一個第二橋接導電部94。每一長條狀網孔區域86係對應一條第三導電條95。每一第一橋接導電部92銜接兩相鄰的第一導電條91，每一第二橋接導電部94銜接兩相鄰的第二導電條93。多列第一導電條91以及多列第一橋接導電部92係經烘乾、燒結即成多列第一條狀電極96。多列第二導電條93以及多列第二橋接導電部94係經烘乾、燒結即成多列第二條狀電極97。至少一條第三導電條95係經烘乾、燒結即成至少一條匯流排電極98，最後即成如圖17所示之結構。

於一具體實施例中，利用模版7之印刷製程係在利用網版8之印刷製程之前執行，致使每一條第三導電條95之邊緣部分覆蓋在其連接的第一導電條91以及其連接的第二導電條93上。每一第一橋接導電部92之邊緣部分覆蓋在其相鄰的第一導電條91上。每一的二橋接導電部94之邊緣部分覆蓋在其相鄰的第二導電條93上。

於另一具體實施例中，利用網版8之印刷製程係在利用模版7之印刷製程之前執行，致使每一第一導電條91 之邊緣部分覆蓋在其連接的第三導電條95上或其相鄰的第一橋接導電部92上。每一第二導電條93之邊緣部分覆蓋在其連接的第三導電條95上或其相鄰的第二橋接導電部94上。

根據本創作之各較佳實施例之方法所製造的條狀電極(26、56、96、97)之線寬解析度範圍為約10~45μm，並且粗細均勻，具有良好品質。

於各實施例中，每一橋接部(14、44、74、78)的厚度與模版(1、4、7)的厚度相等。也就是說，每一橋接部(14、44、74、78)不須額外加工處理打薄。因此，與先前技術相較，本創作之方法所採用的模版(1、4、7)其成本較低。

於各實施例中，第一金屬漿及第二金屬漿可以是由鋁、銀、銅、金、鉑、鈀、鋁合金、銀合金、銅合金、金合金、鉑合金、鈀合金或其混合物形成之粉末混合成的導電漿，或其他商用導電金屬漿料。於實際應用中，第一金屬漿與第二金屬漿為同一金屬漿。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本創作所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。