專利名稱：在太陽能電池表面形成金屬電極的方法
技術領域：
本發明是關于一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法，特別是指在太陽能電池吸光面形成電極的方法。
背景技術：
近年來，由于環保意識的抬頭和其它能源逐漸的枯竭，使得世界各國開始重視再生能源的利用。由于太陽光是取之不盡，用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的問題之夕卜，也可以避免能源被壟斷的問題。然而，目前太陽能電池的光電轉換效率以及其制造成本，還未滿足取代目前石化能源的條件，因此，如何增加太陽能源的收集與利用，以降低對石化能源的依賴，是目前最熱門的研究課題之一。圖IAlG為現有的太陽能電池吸光面制程的剖面示意圖。首先提供半導體基材1， 經過清洗后，將晶片表面的雜質及污染物去除，如圖1A。接著，以酸液將基材1表面蝕刻成粗糙面，降低入射光的反射率，使入射光能得以充分利用，如圖1B。接著請參照圖1C，P型半導體基材1，在含氧氣氛導入含N型導電性雜質的氣體， 例如P205、PH3或PF3的退火爐管進行雜質擴散制程，以在P型半導體基材1上形成摻雜層 10，產生光電轉換效應所需的P-N接口。與此同時，在N型區域10表層也會同時形成磷的氧化層11 $20 ，因此，在下一步驟中，需再以蝕刻移除。否則后續制程形成電極后，會增加電極與摻雜層10的串聯電阻，如圖ID所示。接著，請參照圖1E，為了提高光的轉換效率，在摻雜層10上形成一層抗反射層13， 緊接著在圖IF中顯示利用刮板16以網印方式將金屬漿料14印制在預定位置。其中，太陽能電池吸光面的電極圖案包括相互垂直的總線(bus bar)及柵線(grid line)。現有技術是利用網印方式，將總線(bus bar)及柵線(grid line)圖案一次印刷在太陽能電池吸光面上，最后，以燒結方式，使金屬漿料14穿透正面抗反射層13并滲入半導體基材1表層的摻雜層10緊密結合，以形成電極來使電流導出，如圖IG所示。印刷電極所使用的金屬漿料14必頇具有以下特點，包括⑴需在燒結處理中能夠穿透抗反射層13，和半導體形成歐姆接觸；(2)除了金屬本身需具有低電阻之外，和半導體基材形成歐姆接觸后，也需要具有低電阻及良好的附著性；(3)由于柵線線寬僅有60至 120 μ m，因此，金屬漿料必需易于印刷，避免印刷時發生斷線的情況；(4)當金屬漿料被印刷于太陽能電池表面時，能夠形成厚度(h)高但線寬(L)細的柵線電極，也就是高寬比(h/ L)值較大的電極線，以降低遮光效應及金屬本身的電阻值，所以，涂布的漿料需要具有足夠的內聚力；(5)當太陽能芯片送到模塊廠焊導線時，將導線點焊于總線，因此總線要求電阻值必頇要低。目前所選用的金屬漿料至少由三部份組成，包括銀粉、硼硅酸鉛玻璃介質(lead borosilicate glass frit)及有機物。其中，硼硅酸鉛玻璃介質(lead borosilicate glass frit)就是在進行后續燒結處理時，用來穿透抗反射層，使銀可以和硅形成良好的歐
3姆接觸。然而，此種含有硼硅酸鉛玻璃介質成分的金屬漿料的價格昂貴，增加成本上的負擔。并且，由于總線的線寬大約2至3 mm，所使用的金屬漿料較多，導致在燒結過程中，金屬漿料除了穿透抗反射層之外，也容易穿透太陽能電池內部P/N接口，造成短路，嚴重損害太陽能電池的光電轉換效率。除此之外，總線本身的電阻值也會因為含有硼硅酸鉛玻璃介質而增加，影響點焊導線效果。請參照圖2A至21，在美國專利公告號第5726065號中，提供一種分兩步驟形成太陽能電池吸光面電極的制程方法，在網印柵線及總線時，均不使用含玻璃介質成分的銀膠。 圖2A至圖2C中，形成摻雜層20及二氧化硅層21后，請參照圖2D，先在預定形成柵線的位置，網印一主要由二氧化鈦及丁基卡必醇(butyl carbitol)組成的罩冪膠22。接著，形成一抗反射層23于其上，如圖2E。再將其浸泡于一有機溶劑中，使涂布罩冪膠22的部份連同抗反射層23—并被移除，在預定涂布柵線的部份形成柵線圖案開口 24，裸露出二氧化硅層 21。之后，再以抗反射層23為罩冪，移除柵線圖案開口 M中的二氧化硅層21，如圖2F。圖 21，在太陽能電池基板2背面形成另一摻雜層8及背電極9之后燒結。圖2G的制程即表示以網印方式將銀膠25涂布于柵線圖案開口 M內，以在后續制程中形成柵線電極線25，此后，圖2H顯示同樣以網印方式涂布銀膠26，以在后續燒結處理中形成總線電極線26。現有技術所采用的方式，雖然可以不使用具有玻璃介質的金屬漿料，但制程繁瑣， 包括需要先使用罩冪膠，再利用化學蝕刻液將罩冪膠及抗反射層同時移除，以創造出柵線圖案開口。另外，將銀膠涂布于柵線圖案開口中時，也牽涉到網印過程中，銀膠是否對準柵線圖案開口的問題，增加整體制程的困難及復雜度。因此，如何降低整體制程成本，并保證在燒結過程中，太陽能電池內部的P/N接口不會被金屬漿料蝕穿，又能改善導線點焊于總線電極的狀況，使導線和總線具有更好的電性接觸，同時又不致增加制程的復雜程度及困難程度，為本發明所欲解決的問題。
發明內容
本發明提供一種制程簡單、成本低的在太陽能電池表面形成金屬電極的方法。一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法，包括
提供太陽能電池基板的半成品，該半成品是指該摻雜第一型導電性雜質的太陽能電池基板已經過結構化、摻雜制程以形成摻雜層，并在該摻雜層的上面形成抗反射層；
將第一金屬漿料以網印方式印制在該抗反射層的表面上，形成若干條柵線，該第一金屬漿料的成分至少包含用來穿透該抗反射層的玻璃介質；
將第二金屬漿料以網印方式印制在該抗反射層的表面上，形成二條總線，其中該第二金屬漿料的成分排除用來穿透該抗反射層的玻璃介質；及
進行燒結處理，以使第一及第二金屬漿料印制的柵線及二條總線固定在抗反射層上， 其中僅有該第一金屬漿料穿透該抗反射層與該摻雜層形成歐姆接觸。在本發明的一個實施例中，上述的第二金屬漿料被網印于太陽能電池基板表面形成二條總線時，二條總線的厚度大約10至20 μπι。并且，第一及第二金屬漿料的成分均包括導電金屬粉末及有機物。
在本發明的一個實施例中，在太陽能電池基板吸光面形成二條總線后，在太陽能電池基板背面以網印方式形成背電極。本發明提供的另一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法，包括
提供太陽能電池基板的半成品，該半成品是指該摻雜第一型導電性雜質的太陽能電池基板已經過結構化、摻雜制程以形成摻雜層，并在該摻雜層的上面形成抗反射層；
將第二金屬漿料以網印方式印制在該抗反射層表面上，形成二條總線，其中該第二金屬漿料的成分排除用來穿透該抗反射層的玻璃介質；
將第一金屬漿料，以網印方式印制在該抗反射層表面上，形成若干條柵線，該第一金屬漿料的成分至少包含用來穿透該抗反射層的玻璃介質；及
進行燒結處理，以使第一及第二金屬漿料印制的柵線及二條總線固定在抗反射層上， 其中僅有該第一金屬漿料穿透抗反射層和摻雜層形成歐姆接觸。這些柵線及二條總線分兩步驟印制在太陽能電池基板吸光面上時，需調整刮板行進的方向，使刮板行進的方向分別與這些柵線及二條總線平行。由于印制總線可選用不含有玻璃介質成分的漿料，而選用導電性較好的金屬漿料。因此，本發明所提供的方法可以使太陽能電池制程整體制程成本降低，同時，總線的導電性也能因此而提升。柵線的高寬比(h/L)也不需再因應總線而有所限制，僅需考慮其本身的光遮蔽效應及電阻損失以調整到最佳化，使太陽能電池光電轉換效率提高。并且，制程簡單，適于太陽能電池量產。為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例， 并配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖IA至IG為現有的太陽能電池制程的示意圖。圖2A至圖21為現有太陽能電池制程的示意圖。圖3A至圖31為本發明太陽能電池制程的示意圖。圖4A及4B分別為本發明圖3F及3G中所使用的網版的俯視圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的在太陽能電池表面形成金屬電極的方法的具體實施方式
、結構、特征及功效，詳細說明如后。圖3為本發明所提供的一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法的流程圖。首先，從圖3A到3E顯示了太陽能電池基板3已分別完成清潔及結構化(texturing)，并經過擴散制程，形成導電性雜質摻雜層30，移除表面的雜質氧化層31之后，在太陽能電池基板3 的表面上形成抗反射層33的制程。接著，以網印的方式在太陽能電池吸光面上形成若干條柵線(grid line)和二條總線(bus bars)。為了節省成本，并考慮到對柵線和總線的需求不同，本發明所提供的方法中，除了將柵線和總線分成兩步驟來印制之外，并選擇使用不同的金屬漿料。請參照圖3F，利用刮板36將第一金屬漿料34以網印方式印制在太陽能電池基板
53的吸光面，形成若干條柵線(grid lines) 0為了在后續的制程中，第一金屬漿料34要能夠穿透抗反射層33，并和太陽能電池基板3的摻雜層30形成良好的歐姆接觸。第一金屬漿料34至少包括導電金屬粉末、玻璃介質粉末、有機物、添加劑或溶劑混合而成，其中的玻璃介質粉末即是用來穿透抗反射膜33的主要成分。由于第一金屬漿料34會具有一定的流動性以利于網版印刷，為了避免印刷后圖案被破壞，在印刷柵線后，透過干燥爐將太陽能電池基板烘干，以將有揮發性的添加劑及溶劑蒸發掉，讓電極可凝固。本發明實施例中，第一金屬漿料34的導電金屬粉末是選自選自銀、鋁、銅、鈦、金、鎳及其任意混合所組成的群組其中的一種，玻璃介質粉末是選自硼硅酸鉛玻璃介質，而烘干溫度大約150至250°C。接著，請參照圖3G，同樣以刮板36將第二金屬漿料35以網印方式印制在該太陽能電池基板的吸光面上，形成二條總線(bus bars)。在完成總線的印刷后，同樣需要透過干燥爐，將太陽能電池基板烘干。與前述的柵線不同的是，總線電極線不要求一定要和太陽能電池基板3的摻雜層 30形成良好的歐姆接觸，而是要求電阻值越低越好，以利于模塊廠焊接導線。因此，在本發明中，用來印制總線的第二金屬漿料35不包括用來穿透抗反射層33的玻璃介質成分，可以大幅降低總線電極線的電阻值。在本發明實施例中，第二金屬漿料的成分包括導電金屬粉末、有機物、添加劑和溶劑，其中導電金屬粉末可選自銀、鋁、銅、鈦、金、鎳及其任意混合所組成的群組其中的一種。另一方面，第二金屬漿料35的成本會低于第一金屬漿料34，且總線的面積總和及柵線的面積總和，比值大約是1 :2，因此，至少有1/3的區域可以選用成本較低，但導電度較高的第二金屬漿料來印制。相較于現有技術中，采用一次印刷的制程來說，針對每一片太陽能電池的制程，本發明可以節省超過10%的成本，更有利于大量生產太陽能電池。此外，針對柵線來說，考慮到電極本身的電阻損失與光遮蔽損失的平衡，要求電極線的線寬要細，但厚度需相對提高，但針對總線而言，線寬細造成電阻增加，反而使模塊廠在焊接導線時不易操作。然而，在現有的制程中，總線與電極印刷是一次完成，用來印刷總線電極線的金屬漿料仍具有玻璃介質成份，因此無法依各自的特性要求與以優化。而在本發明中，由于柵極及總線分成兩次印刷，柵線和總線電極線的寬度(L)及厚度(h)可以各自選擇。柵線電極線的高寬比(aspect ratio)具有可以增加的空間；而總線電極可選擇金屬固含量更佳的金屬漿料，且其厚度可以縮減為10至20μπι，相較于現有的總線電極線而言，仍然具有較佳的電性。并且，總線電極線的厚度縮減后，可節省更多材料成本，連帶的也使太陽能電池的制程成本降低更多。本發明實施例中，柵線和總線是相互垂直的直線。圖4Α及圖4Β分別為圖3F及3G 中所使用的第一網版40及第二網版41的俯視圖。圖4Α的第一網版40僅具有預定形成若干條柵線的圖案400。圖4Β的第二網版41僅具有預定形成總線的圖案410。在印刷柵線及總線時，刮板36的行進方向分別如圖4Α的箭頭A及圖4Β的箭頭B所示。由于現有技術中，印刷電極線所使用的網版為耗材，在使用1至2萬次之后，就必頇更換網版。而目前在業界200MW電池生產線為例，太陽能電池的生產量是每天拾數萬片， 每日即頇更換網版近十次。長久累積下來，網版所耗費的成本也非常大。因此，在本發明實施例中，印刷柵線時，刮板36的行進方向A和柵線圖案開口 400平行，而進行總線的印刷之前，需要先調整刮板36的行進方向或是使太陽能基板轉動90度，使刮板行進方向B與總線圖案開口 410平行，可延長每一片網版的壽命，進而降低成本。當然，在另一實施例中，也可以先將第二金屬漿料35網印在太陽能電池基板3吸光面上，以形成二條總線，再將第一金屬漿料34網印在太陽能電池基板吸光面上，以形成柵極。但是此種印刷方式，會使柵線重疊在總線上方，在燒結過程中，第一金屬漿料內所含有的玻璃介質成分，可能會影響總線的導電度，所以，較佳的作法仍是先完成柵極的印刷之后，再印刷總線電極線。但上述兩種制程方法相較于現有技術而言，都可以使制程成本大幅降低，并且，使太陽能電池電極線的電性更好，提升太陽能電池光電轉換效率。請參照圖3H，太陽能電池基板3在總線印刷完成并經過干燥爐烘干后，同樣以網印方式在太陽能電池基板背面上形成背電極37及涂布鋁漿38。最后，請參照圖31，進行燒結處理，以使第一及第二金屬漿料35形成電極并固定在抗反射層33上，其中僅有第一金屬漿料34穿透抗反射層33和太陽能電池基板3的摻雜層30形成歐姆接觸。本發明所提供的在太陽能電池表面形成電極的方法具有下列優點
(1)制程方法簡單，并且，降低整體制程成本。由于總線選擇不含有玻璃介質成分的金屬漿料，總線電極線的厚度也可以降低，從而可以節省材料。此外，再配合印刷時，使刮板行進方向與網版柵線或總線電極線的開口保持一致，可以延長網版使用壽命，減少網版的消耗，連帶使制程成本降低。(2)由于印刷總線的第二金屬漿料不含有穿透抗反射層的玻璃介質，因此也降低總線區域蝕穿太陽能電池內部P/N接口的機率。(3)總線的導電度提高，有利于后續外接導線的制程。(4)柵線電極的線寬及厚度不需再和總線的線寬一起考慮，可以縮減線寬，增加厚度以使電阻損失及光遮蔽損失降至最低。以上所述，僅是本發明的實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法，包括提供太陽能電池基板的半成品，該半成品是指該摻雜第一型導電性雜質的太陽能電池基板已經過結構化、摻雜制程以形成摻雜層，并在該摻雜層的上面形成抗反射層；將第一金屬漿料以網印方式印制在該抗反射層的表面上，形成若干條柵線，該第一金屬漿料的成分至少包含用來穿透該抗反射層的玻璃介質；將第二金屬漿料以網印方式印制在該抗反射層的表面上，形成二條總線，其中該第二金屬漿料的成分排除用來穿透該抗反射層的玻璃介質；及進行燒結處理，以使該第一及該第二金屬漿料印制的該柵線及該二條總線固定在該抗反射層上，其中僅有該第一金屬漿料穿透該抗反射層與該摻雜層形成歐姆接觸。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于該第二金屬漿料被網印在該太陽能電池基板的表面上形成該二條總線時，該二條總線的厚度大約10至20 μπι。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于該第一金屬漿料及該第二金屬漿料的成分均包括導電金屬粉末及有機物。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括在該太陽能電池基板吸光面形成該二條總線后，在該太陽能電池基板的背面以網印方式形成背電極。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于將該第一金屬漿料網印在該抗反射層表面上時，進一步包括調整刮板行進的方向與這些柵線平行，將該第二金屬漿料網印在該抗反射層上時，調整該刮板行進方向與該二條總線平行。
6.一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法，包括提供太陽能電池基板的半成品，該半成品是指該摻雜第一型導電性雜質的太陽能電池基板已經過結構化、摻雜制程以形成摻雜層，并在該摻雜層的上面形成抗反射層；將第二金屬漿料以網印方式印制在該抗反射層表面上，形成二條總線，其中該第二金屬漿料的成分排除用來穿透該抗反射層的玻璃介質；將第一金屬漿料，以網印方式印制在該抗反射層表面上，形成若干條柵線，該第一金屬漿料的成分至少包含用來穿透該抗反射層的玻璃介質；及進行燒結處理，以使該第一及該第二金屬漿料印制的該柵線及該二條總線固定在該抗反射層上，其中僅有該第一金屬漿料穿透該抗反射層和該摻雜層形成歐姆接觸。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于該第二金屬漿料被網印在該太陽能電池基板表面上形成該二條總線時，該二條總線的厚度大約為10至20 μπι。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于該第一金屬漿料及該第二金屬漿料的成分均包括導電金屬粉末及有機物。
9.如權利要求6所述的方法，其特征在于將該第一金屬漿料網印在該抗反射層表面上時，進一步包括調整刮板行進的方向與這些柵線平行，將該第二金屬漿料網印在該抗反射層上時，調整該刮板行進方向與該二條總線平行。
全文摘要
本發明關于一種在太陽能電池表面形成金屬電極的方法，包括提供太陽能電池基板的半成品，半成品是指經過結構化、摻雜制程以形成含有第一型導電性雜質的摻雜層，并在摻雜層的上面形成抗反射層；將第一金屬漿料網印在抗反射層的表面上，形成若干條柵線，第一金屬漿料的成分至少包含用來穿透抗反射層的玻璃介質；將第二金屬漿料網印在抗反射層的表面上，形成二條總線，其中第二金屬漿料的成分排除用來穿透抗反射層的玻璃介質；進行燒結處理，使第一及第二金屬漿料印制的柵線及二條總線固定在抗反射層上，而僅有第一金屬漿料穿透抗反射層與摻雜層形成歐姆接觸。相較現有技術，本發明提供的方法可以使太陽能電池制程成本降低。
文檔編號H01L31/18GK102468369SQ20111023664
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月17日 優先權日2010年11月5日
發明者簡榮吾, 謝瑞海 申請人:英穩達科技股份有限公司