TW200947728A - Method of manufacturing a silicon solar cell - Google Patents

Description

200947728 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係_製造教陽能魏之紐及料陽電池。 【先前技術】 為帝ί了也係藉光伏效應(Ph〇t〇v〇ltaic effec賴光能轉換 陽：=:命現今’由於太陽能電池具有許多應用，故對太 Φ

需求。例如’太陽能電池祕計算機等小型裝 用，#’自於太陽能1池在交通玉具及衛星的使 场能電池之需求增加。由於太電池技術係受現 =Μ吾敦猶分枝’使太陽能電池甚至具有取代過去發電 廠技術之可能。太陽能電池所產生電力係可再生「乾淨」電力 之事實可證明其受到喜愛之原因。 太陽能電池包含半導體材料，用以透過光伏效應 (Photovoltaic eff㈣吸收光子並產生電子。—般用於製造太陽 此電池之半導體材料為⑦。太陽能電池中，料使用如單晶石夕 或多晶梦。 習知矽太陽能電池通常包含一組個別矽盤，各矽盤之尺寸 約15x15公分。包含習知矽盤形態之此類太陽能電池具有許多 缺點。例如，由於個別矽盤的尺寸很大，這些個別矽盤背面係 使用匯流條(bus bar)電連接。將該匯流條施加至矽盤係由耗費 大量能源製程之高溫擴散製程所實施。製造太陽能電池所需要 之大量能源使製造太陽能電池之成本效能急遽減少。 進一步’由於匯流條係非薄層(non_laminar)背面接觸，故 200947728 太陽能電池背面之電接觸並非最佳的 一般個別矽盤之大尺寸有另—缺 常為串聯，產生相加。連接陽1=、'且中太陽能電池通 ，因係為，經由電源線之電力傳輸所產生之“3 最低。然而，假設既定太陽能雷、冰4 毛、口争至 別石夕盤，由於個別之尺寸很大 個 可^ 連接許多個別㈣。例如須以串聯 伏肖之H僅ί &«_场紗麵傳送0.6 立〜，、、、A 66伏特之太陽能電池板-般運作電壓， 勺100個個別石夕盤，即需要通常不易取得之廣大 的空間(錢用習知職之大尺核_電池賴）。' 再者自白知形恶之大尺寸太陽能電池石夕盤之-個別狀態 之個別電流係相當高的：假設標準賴之—般尺寸為 =6χ156公厘，則此類矽盤之總面積為如平方公分。一般矽 =在15%之轉換效率及對應於6安培之電流的〇 6伏特之一般 ，出電壓係傳送3·6瓦之電力。然而，由於個別匯_係用以 連接太陽能電池石夕盤之背面，匯流條需要設計為高度堅勒以承 文如此高之電流。如此則再度增加太陽能電池設計及製造成 本。 因此，需要提供改良矽太陽能電池之製造方法。 【發明内容】 提供根據本發明之製造矽太陽能電池方法，其包含提供載 板，將第一接觸圖案施加至載板，第—接觸圖案包含—組第一 200947728 薄層接觸，將錢 觸組之每-第―.心2加至弟—接觸圖.案，其中第-薄層接 最多二判之空間薄層接觸，並 將第二接觸圄安取： 其中第一接觸圖案包含一組 第1:1 至多數石夕片， 禾一/專層接觸，其中 最多二外之觸組之每-第二騎接觸係與 从地，具有〗公分χ ❹ 片可用以組裝使用根據本發明刀之^般尺寸的超薄石夕 缚石夕片具有之厚辆_ 1G ί電池。然而，超 方法具有之優勢係A ,0喊未為較佳。根據本發明之 與彼此串聯。_二般 可以簡單且便宜之方式 對於個別石夕片之#罢/ σ僅而§周正第一及第二接觸圖案相 之電流/電觀,物卩可崎_送大範圍 石夕片間幾近隨意混合之9 f—接觸圖案’可提供個別 法，其亦可接供yp及亚^互聯。藉由根據本發明之方 capability)」。八貝月面接觸能力（轉i backside contact ’第—薄層接觸組之每—第—薄層接 層接觸係與正好二二2，第二薄層接觸組之每一第二薄 簡單串聯化係為^能的Γ曰溥層接觸。藉此接觸，個別石夕片之 —第 200947728 根據本發明之實施例’此方法進一步包含純化(passivating) 及/或抗反射塗覆(anti-reflective coating)載板及/或矽片。此鈍化 具有之優勢係使電荷載子之再結合(recombination)最小化。進 一步，抗反射塗覆具有之優勢係使已製造矽太陽能電池所吸收 之光子數量最大化，因已製造矽太陽能電池表面反射而引起之 光子損失數量已最小化。 '根據本發明之實施例，此方法進一步包含自遠離(averted) 載板之面金屬化(metalize)矽片。自矽片遠離載板之面的金屬化 有之進-步優勢為’未於第—次通行⑦太陽能電池期間被吸 收之光子係反射回到矽太陽能電池中，因而增加光子吸收之可 能性。 根據本判之實關，錢進—步包含於施加列 觸雜石夕片。然而，—般而言於施加判至第-接 觸圖案刚摻雜石夕片亦為可能的。 層接=3^ 包含麟判至第—薄 具有之優勢係，可提供機械極度黏;^薄層接觸 元件為彼雜接。 切场4池，因所有 根據本發明之實關，片 將第-接觸膠施加至第—薄層=麟接觸黏者之執行係 Ζ者至弟1層接觸。進—步，，使石夕 執仃係將第二翻I獅加至第 -Ί接觸黏著之 乐—缚層接觸組或判，第二接觸 200947728 膠使砍^黏著至第二薄層接觸。 及輕觸轉讀行健雜接合技術 罩。此範例中，印刷進—步之執行可_遮 硬遮罩包含筮一、盖、苦m 更迫罩復蓋載板，第一 ❹ 鲁 [接案’第―通道於未覆雜板之區域為 罩材料：===-硬遮罩而沈積遮 ;自載板移除物料，其忍== 關於第二接觸圖案’印刷 石夕片，第二硬遮罩包含第二通道二二硬遮罩覆蓋多數 •夕片之區域為第二接觸圖案：案第弟:=於未覆蓋多 沈積傳導材料Hf包含移除第二硬遮罩，於多數石夕片上 構成第二接觸圖案。'反移除遮罩材料，其中殘餘之傳導材料 軟打^技術4·!^ 罩係11軟打印技術提供。使用 料至表面上，速之棟了印聚合材 程係大量生產過程^大優勢I為麵。此高速遮罩產生過 根據本發明之實關，錢進—步包含將填紐料施加至 200947728 :i性絕其中填充材料 此簡化組襄程序期間太陽能電=處^能電池之配置，且因 載板另第::板’太陽能電池包含 板上方，第一接觸圖案=第载

片’多數彻位於第，圖案之 間薄層接觸。進丄步，石夕―太陽一^層^觸係與最多二矽片之空 -Λ" /另夕片之串聯。為獲得串聯化太陽能電池，所需 ⑽連接係保持極度簡單，其減少製造風險並簡化性 致使根據本㈣之⑪太雜電池可便缝產。 ° 根據本發明之實補’第—及/或第二接_案對可 量轉換之光而言是可穿透的。例如，第-及/或 =戶ΙίΓ觸圖案，可配置第一及第二接觸圖案使個別石夕 方之所有表面均受到覆蓋’而與電性連接間未有任何帽或未 200947728 有任何缝隙。如此則允許最大化太陽能電池之電力密度、 根據本發明之貫施例，石夕片包含P摻雜石夕。進—步，石夕片包含 光主動p/n接面為較理想。 【實施方式】 下列相似元件係由相同參考標號繪述。 ❹ ❹ 圖la-d繪示根據本發明製造矽太陽電池之方法。如圖ia 所示，於第一步驟提供載板1〇〇。接著為圖比及化所指出之 步驟，將第-接_案施加至載板⑽。詳細而言，如圖化 所7Γ ’將遮罩102施加至載板1〇〇。如_ ^所示，遮罩係聚 合物材料之矩形網格。聚合物遮罩材料可例如#由硬遮罩而沈 積至載板100之上，其中硬遮罩包含第—通道之隨，而第一 舰覆蓋於載板之區域指定為第-接_案。另-種方式，並 打印技術(soft stamping)將聚合遮罩材料1〇2打印至載 載板上傳導材料之沈積並未顯*於圖lb及&，其中 存，遮J材料I。2，傳導材料僅沈積於未受遮罩材料啲覆蓋 k中’沈積至載板⑽之傳導材料係由參彳 才示號刚所繪述。傳導材料1〇4構成第—接觸圖案。$ 進‘上述使用硬遮罩技術之印刷方法可由任何其他標 法係il:二支Γ:替代。然而，由於製造矽太陽能電池之方 想。取彳細用於紐能生產雜，故制硬鮮技術為較理 200947728 回頭參考圖lc，其中載板100係由第一薄層接觸(laminar contact)104所覆蓋，而第一薄層接觸1〇4受到矩形遮罩1〇2電 性及空間阻隔。在未顯示於圖丨之另一步驟中，移除遮罩材料 102 ’而此材料之移除製程係本技術領域所公知之「剝離 (stripping)」製程。

最後，圖Id中載板與已附著之矽片108 一同顯示，其中 矽片108係附著至第一接觸圖案1〇4。可藉如撿取及放置技 術，將石夕片108施加至第-接觸圖案1〇4。為完成根據本發明 之石夕太陽能電池’須進-步將第二接觸圖案施加至多數砍片。 同樣地，可使用圖lb及lc之詳述步驟完成此步驟。 圖Μ亦顯示，相鄰矽片108間存在縫隙11〇。為提高太 陽能電池之穩定性’將填充材料(此處未顯示)施加対片间其 中填充材料係填充相鄰矽片108間之縫隙丨丨〇。 〃

為提供具高電墨輸出的石夕太陽能電池，須串聯個別石夕片。 ，、，、'而’必__於教陽能電池大量生產触之方 步驟。解決此問題之方法如圖2所示。 圖2=緣示第-及第二薄層接觸相對於列之配置 ^，為弟-溥層接觸顺之上視圖，其係藉縫隙彼此區隔。意 圖2a上視圖中可見載板1〇〇之空白區域刚。空白 〇6中’第-薄層接觸1〇4未覆蓋載板 二 陣格相對於彼此配置之多數—其中二== 200947728 載板li)0之總尺寸

觸=^^^片2。°。與第-薄層接 H 被縫隙206所區隔L L = 楚可見’第—接觸圖案104相對於第 ，於位移方向（由左至右，意㈣& = 平方向)位移矽片108之延。 ❹ 之二個綱位置，可更 =照圖位置綱所指 觸相對配置之目的;"包人:〇〇至第二薄層接 疊至圖™4咖2bmm， 二==:片上方之_ 對位置，可_得水平片 苐二薄層接觸2〇0之相 置Ή又付水千方向個別石夕片⑽之串聯互連。 扑出為此事實，圖3 _夕片組之線路。如圖3所 才曰出，上方水平線路對應第广所 路對應第-薄層接觸购4 綱’其中水平下方線 觸200之間插入個別石夕片1〇8弟;:缚層接觸綱及第二薄層接 石夕片刚與第—薄層接觸1〇4及在水平方向選擇性地連接相鄰 水平方向個射片之串聯互連。接觸’則可達到 第二薄層接_案施加至載板 ^ ’此處僅需將第—及 水平串聯線路中之額外線 P可達到串聯化，而不需石夕片 連而言，僅上方至/相鄰垂直串聯化矽片之串聯互 額外連接是必、^(即自第二接觸至第一接觸刚)之 200947728 然而’若不欲自第二薄層接觸2 〇 〇至 外連接，則_水平㈣連接MM 妾觸刪額 及垂直方向之第二薄層_^^: ❹

上方之认-層係第一薄層接觸1〇4。圖4剖 =邊及右邊之二個第—薄層接觸刚，其由非導電性之填充材 ^ο〇Γί區隔。第一薄層接觸104之上方為判108，而各石夕 片1〇8由另一非導電性材料4〇〇與相鄰石夕丨108區隔。 1進Γ步’圖4所繪述太陽能電池中央之二相鄰石夕片108係 =第一溥層接觸200互連’因而提供石夕片1〇8之串聯互連。注 意圖3顯示之電路圖，該電路_對照圖*之太陽能電池剖 面：圖4自左至右，電流可自最左邊之石夕片1〇8流至下一 薄層接?1〇4’自該接觸1〇4至下一個石夕片1〇8,自該石夕片刚 至第二薄層接觸2〇〇，自第二薄層接觸2〇〇至右邊下—個矽片 108 ’自該矽片108至下層第一薄層接觸1〇4，接著再次流至 下一個右邊矽片108。 圖4亦頦示如純化塗層(passivati〇n⑺站吨)之額外塗層 4〇4，用以減少降低太陽能電池效能之再結合效應 (recombination effect)。同樣地，塗層4〇4可包含提高吸收可能 性之兩度反射材料如銀或鋁，以將射入載板1〇〇且未由矽片 •13- 200947728 10.8所吸收之光線反射。 圖5係繪述根據本發明製造石夕太陽能電池方法之流程 圖。步驟500中，使用濕式工作台(wetbench)實施玻璃載板之 清潔。如此則確保製造未含任何不欲之灰塵或泥土之高品質太 陽能電池。步驟500之後係步驟5〇2 ’其係使用如印刷或微影 技術製造下方接觸之圖案。步驟502中，使用硬遮罩將聚合^ 印刷至載板為較佳’於接續之步螺5〇4則需固化已印刷聚合 ❹ 物。此固化可為熱固化或UV固化。 口

4印刷至載板之聚合物以負像印刷(negative幽)方式而讀 蓋於未被第-接觸圖案(其於步驟鄕中沈積至載板)所覆苗之 區域。例如，步驟506可藉由濺鑛第—接觸圖案材料如A&C ==1施。主接續之步驟5G8同樣為包含已沈積之第一接觸 圖案的載板之清潔步驟。圖5未顯稍離 ❹ 清潔步驟5〇8後，於步驟训將接 ==::5°6沈積之第-接觸圖案上。二 =====其使一 (Ξ bonding)將列固定至接_案亦接合(anodic 及放置技術將列放置於翻'上512糟撿取 膠，則步驟5U實施接觸膠之固化。右步‘別使用接 ❹ ❿ 中 200947728 巾由於印刷聚合物存在，僅歡區域由第— =斤復盖’且由於步驟512中石夕片係放置於該接觸之上方， ^放置之石夕片間存在缝隙。步驟爪使用 如熱或_化技術使聚合物固化。於最 一使用印刷佈線技術使奇數石夕片之上方相連。然 接觸圖^片上方之相連可使用上述用於沈積第一 Θ木同乂驟加以實施，即指步驟502、504及506。 _ Γ❹謝高達 組裝自動化。藉簡易之連接1 ％進一步允相度 用於任何隨意電壓/電流二 達220伏特/0.06安培。半自為又之0·6伏特/12安培至南 圖式簡單說明】 :本發明下驗佳之實施靖僅難«式加以詳述，其 Ξ 示輯本發明製造料陽能電池之方法； 圖及第二薄層接觸相對於矽片之配置； 口 j ‘.、，員不—組矽片之線路； 圖4係根據本發明太陽能電池之 圖5係根據本發明製造石夕太陽能電池方2流程圖。 【主要元件符號說明】 200947728 104 __ 第一薄層接觸 106 空白區域 108 矽片 110 縫隙 200 第二薄層接觸 202 位置 204 位置 206 縫隙 400 填充材料 404 塗層 參 -16-

Claims (1)

1. 200947728 七、申請專利範圍： 1. -種製造-⑭太陽能電池之方法 提供一載板(100); 3 · 施加一第一接觸圖案至該载板 包含一組第一薄層接觸(10句； V弟一接觸圖案 -二=:片，08)至該第—接觸圖案，其中該组第 相接觸(104)之母—第—薄層 空間薄層接觸；以及 L、取夕-石夕片（108) ❹

   施加-第二接觸圖案至該多數石夕片⑽）， ΪΞ(20〇ί^ 5 第二_觸係與最多二石夕片⑽)空間ί 2. ^凊專彳严圍第1項所述之方法，其中該組第_薄層 之母一第一薄層接觸係與正好二石夕片⑽)空間ίΪ :妾觸’該組第二薄層接觸⑽)之每一第二薄 】】 好二矽片（108)空間薄層接觸。 〜、 3· 第1項所述之方法’其，每-矽片係正好 ^弟一溥層接觸與一第二薄層接觸作空間薄層接觸。 4·如申二專範圍第2項所述之方法，其中每一石夕片係正好 與一第一薄層接觸與一第二薄層接觸作空間薄層接觸。 5.如申，專利範圍第i至4項之任一項所述之方法，進一步 包含該載板(100)及/或該等矽片（】〇8)之鈍化及/或抗反射塗 覆。 6.如申請專利範圍第〗至4項之任一項所述之方法，進一步 包含金屬化該等矽片（觸)於遠離該載板(1〇〇)之面。 200947728 7. 如申請專利範圍第丨至4項之任一項所述之方法，進—牛- 包含於施加該等矽片（108)至該第一接觸圖案後，n摻雜該^ 石夕片（108)。 Λ ^ 8. 如申請f利範圍第丨至4項之任一項所述之方法，進—牛 夂，黏著該等石夕片（108)至該等第一薄層接觸（104)及/或‘ 該等矽片（108)黏著至該等第二薄層接觸(2〇〇)。 ❹ 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中 ，等矽片（10 8)至該等第一薄層接觸(104)之黏著係笋 加一第一接觸膠至該組第一薄層接觸(1〇4)或該等矽片曰〇 Ϊΐηη?該第—接觸膠使該等列_黏著至該第—薄層 接觸(104)，以及/或 曰 ，等石夕片（108)至該等第二薄層接觸(2〇〇)之黏著係 ^ -弟二接觸膠至該組第三薄層接觸(2〇〇)或該等石夕片、日 貝施，而該第二接觸膠使該等矽片（1〇8)黏著至 、J 層接觸(200)。 寸乐一潯 10. 範圍第9項所述之方法，其中該等 缚層接觸(辦)之黏著係藉陽極接合技術() 綱之歸係藉 11. 如申請專利範圍第丨至4項之任— 第—或第二接觸圖案係藉印刷或微影該 12. 如申請專利範圍第n項所述 印刷⑽職幽ing)製程。^其中该印刷係一網板 •18- 200947728 13.ί:=第12項所述之錢，其中~^^ Η. ^申請專利範_ )2項輯之方法，射該_進一步包 第罩;;;載;(:)未;第-硬遮罩包含 區域為該第-接觸圖案，弟初於未覆蓋該載板⑽)之 Φ 鲁 _ί由該第—硬遮罩將—遮罩材料_沈積於該載板 移除該第一硬遮罩； 於s亥載板(1〇〇)上沈積一傳導材料· 料構該遮罩材料⑽），其中殘餘傳導材 驟進 15.==利_13彻咖’其中該印刷之步 罩包多納_，該第二硬遮 數石夕片_之區域為該第二接^^通道於未覆蓋該等多 將—遮罩材料沈積於該载板 上沈積—傳導材料； 成該第二接觸圖案s亥遮罩材料，其中殘餘傳導材料構 供或15項所述之方法，其中該硬遮罩 17.如申請專利範圍第1至4項之任-顿述之方法，其進一 -】9- 200947728 步包含綠加一填充材料(4〇〇)至 材料_填充相鄰石夕片_間之ΓιίΓΐ填充 料(400)係電性絕緣。 ]之鏠隙(削）’其中该填充材 18 19. 20. 21. ，一種矽场能電池，該謂喊 一載板(100); 3 . 方，;Ϊ—ίΪ職’該第—接_案位於該載板⑽)上 圖案包含一組第-薄層接觸 圖案上方，复(I:)二“Jf:二_係位於該第-接觸 觸繼多之每一第一薄層接 接觸圖案，該第二接觸圖案係位於該等多數石夕 (200、，其ί該5二接觸圖案包含-組第二薄層接觸 盥最多二欲ί/f第二薄層接觸(2〇〇)之每一第三薄層接觸係 ^、取夕—石夕片（108)空間薄層接觸。 延對亥第一接觸圖案’於位移方向位移一石夕片之 ^申^專概圍第18顧述之太陽能電池，其巾該第-及 二接觸圖案對光而言是可穿透的，藉由該等矽片 U08)進行能量轉換。 〇 /如、申1專利範圍第19項所述之太陽能電池’其中該第一及 第二接觸圖案對光而言是可穿透的，藉由該等矽片 (川8)進行能量轉換。 ΐ申ΐί概圍第18至21項之任1所述之太陽能電 中及弟一及/或第一接觸圖案之村料包含經捧雜之 -20- 22. 200947728

   ❿ ZnO 或銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)。 23. 如申請專利範圍第18至21項之任一項所述之太陽能電 池，其中該等矽片（108)包含ρ摻雜矽。 24. 如申請專利範圍第18至21項之任一項所述之太陽能電 池，其中該等矽片（108)包含一光主動ρ/η接面。 21