CN104752556A - 太阳能电池单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池单元及其制造方法，包括：提供图案化硅片，其具有图案化区域及未图案化区域，在该未图案化区域形成电极；该硅片具有汇流条，该汇流条的一端部连接至另一硅片的汇流条的相应端部；以及透光性材料，该透光性材料覆盖该硅片上除所述端部之外的区域。

Description

太阳能电池单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池单元及其制造方法，更特别地，本发明涉及以低温处理将电极形成在硅片上的方法，另外能提升太阳能电池结构的强度。
背景技术
太阳能电池发展的历史已有超过半世纪的时间，已知的太阳能电池结构100(参见图1)与制造流程200(参见图2)，可简单分为(1)清洗硅片及表面处理(纹理化，Texturing)(步骤21)；(2)扩散处理(步骤22)；以及(3)金属化处理(步骤23)，硅片110经表面处理(步骤21)及扩散处理(步骤22)后产生掺杂杂质的微结构140，而目前已知的金属化处理所使用的材料为银胶(silver paste)，方法为将银胶120以丝网印刷(screen printing)的方式制作于微结构140上，再将硅片放入烧结炉中以700-800度之高温进行烧结，使银胶中的硅粉能与硅片紧密结合。
虽然利用银胶及丝网印刷的方式来制作电极为简单的处理步骤，然而在处理中硅片需放入高温的烧结炉中进行烧结，烧结炉的高温会让硅片中的杂质二次扩散，使得硅片中所掺杂之杂质浓度改变，造成太阳能电池的发电效率降低。
此外，太阳能电池的硅基板材料成本占太阳能电池生产成本的一大部分，因此业界多会减薄硅基板的厚度以减少生产成本，目前减薄的太阳能电池的厚度约为120μm-150μm，然而减薄的太阳能电池在运送及在模块厂中进行串焊的过程中容易造成破片，破片的太阳能电池需要以人工来焊接，会因此增加额外的成本。
发明内容
为了克服已知方法的上述缺点，本发明提出了一种新的太阳能电池单元及其制造方法，其中，在太阳能电池的制作过程中，可以以低温处理进行电极的制作过程，同时解决了目前太阳能电池厚度降低而造成容易破片的问题。
本发明的一个目的是提供一种太阳能电池的制作方法，该方法对已完成扩散处理的硅片进行图案化，再利用低温的金属化处理将电极制作在硅片上，可避免已知技术中硅片进入高温烧结炉所带来的影响。
本发明的另一个目的是提供一种太阳能电池，其以透光性材料覆盖太阳能电池除汇流条端部之外的区域，可增加太阳能电池的结构强度同时因为阳光在透过此透光材料时已经过一次折射与一次反射，因此可在模块化之前先检查色差问题，提高终端产品的良率。
本发明的一个目的是提供一种太阳能电池单元的制造方法，包括：提供图案化硅片，其具有图案化区域及未图案化区域；以及在该未图案化区域形成电极。
根据上述构想，该制造方法还包括以耐酸碱材料来进行图案化，其中该图案化硅片已完成扩散处理，该耐酸碱材料选自由硅胶(silicon)及光刻胶所组成的组中的一个。
根据上述构想，其中该图案化方法选自由丝网印刷(screenprinting)、喷墨印刷(ink-jet printing)及光刻(photolithography)所组成的组中的一个。
根据上述构想，其中该电极还包括指状电极(fingerelectrode)，该指状电极的宽度大于5μm，而该硅片的厚度为50μm-200μm，该图案化区域的厚度为30μm-200μm。
根据上述构想，其中该电极还包括汇流条(bus bar)，该汇流条的宽度为0.15mm-2mm，而该指状电极的数量大于60，该汇流条的数量小于50。
本发明的另一个目的是提供一种太阳能电池单元的制造方法，包括：提供硅片；在该硅片上形成电极区域；以及以低温处理将电极形成于该电极区域。
根据上述构想，其中该低温处理选自由电镀、涂布、化学气相沉积及物理气相沉积所组成的组中的一个。
根据上述构想，其中该硅片已完成扩散处理，该太阳能电池单元在该低温处理中的温度为0-45摄氏度。
根据上述构想，其中该电极还包括指状电极，该指状电极的宽度大于5μm，而该硅片的厚度为50μm-200μm，该图案化区域的厚度为30μm-200μm。
根据上述构想，其中该电极更包括汇流条，该汇流条的宽度为0.15mm-2mm，而该指状电极的数量大于60，该汇流条的数量小于50。
本发明的一个目的是提供一种太阳能电池单元，包括：硅片；图案层，设于该硅片上，并且定义有未经图案化的区域；以及电极层，形成于该未经图案化的区域上。
根据上述构想，该硅片的厚度为50μm-200μm，该图案层的厚度为30μm-200μm，而该电极层还包括指状电极，该指状电极的宽度大于5μm。
根据上述构想，其中该电极层还包括汇流条，该汇流条的宽度为0.15mm-2mm，而该指状电极的数量大于60，该汇流条的数量小于50。
本发明的另一个目的是提供一种太阳能电池单元，包括：硅片，具有汇流条，该汇流条的一个端部与另一硅片的另一汇流条的相应端部相连接；以及透光性材料，该透光性材料覆盖该硅片上除所述端部之外的区域。
根据上述构想，其中所述端部具有一个与另一硅片的另一焊点相连接的焊点，该透光性材料选自由乙烯/醋酸乙烯共聚物、硅胶及光刻胶所组成的组中的一个。
根据上述构想，其中该透光性材料的透光率为百分之八十五以上，且能与乙烯/醋酸乙烯共聚物接合。
附图说明
图1为已知太阳能电池结构图；
图2为已知太阳能电池制造方法的流程图；
图3(a)与图3（b）为根据本发明构想的一个优选实施例的太阳能电池单元的结构示意图；
图4为根据本发明构想的一个优选实施例的太阳能电池单元的制造方法的流程图；
图5为根据本发明构想的一个优选实施例的太阳能电池单元的俯视示意图；
图6为根据本发明构想的另一个优选实施例的太阳能电池单元的制造方法的流程图；
图7（a）与图7（b）为根据本发明构想的又一优选实施例的太阳能电池单元的结构示意图；
图8为根据本发明构想的又一优选实施例的太阳能电池单元的俯视示意图；以及
图9为根据本发明构想的再一优选实施例的太阳能电池单元的俯视示意图。
符号说明
100：已知太阳能电池结构
110、310、510、710、910：硅片
120：银胶
140、340、740：掺杂杂质的微结构
300、700、900：本发明的太阳能电池单元
320：耐酸碱材料
380：图案化区域
390：未图案化区域
510、810、960：指状电极
520、820、950：汇流条
720：图案层
950a：焊点
970：透光性材料
200、400、600：制造流程
21、22、23、41、42、43、44、61、62、63、64：步骤
具体实施方式
通过以下的实施例可以充分了解本发明，以使得本领域技术人员可据此完成本发明，然而所讨论的具体实施例仅是说明实施本发明的特定方式，并不会限制本发明的范围，本领域技术人员可依据所披露的实施例而推演出其它实施例，这些实施例皆属于本发明的范围。
请参阅图3（a）与图3（b）、图4与图5，图3（a）与图3（b）与图5为依据本发明构想的一个优选实施例的太阳能电池单元300的结构示意图(电极510、520(后述)未显示于图3（a）与图3（b）中)，其中图3（a）所示的结构示意图为沿图5中的线B-B’方向截取的剖面图，图3（b）所示的结构示意图为沿图5中的线A-A’方向截取的剖面图，值得注意的是，图中电极数量仅为示意，本领域技术人员可依据所披露的实施例而推演出其它实施例，这些实施例皆属本发明之范围，图4为依据本发明构想的一个优选实施例的太阳能电池单元的制造流程400，配合图3（a）、图3（b）与图5来说明本发明所提供的太阳能电池单元的制造方法，硅片310经表面处理(步骤41)及扩散处理(步骤42)后产生掺杂杂质的微结构340，硅片的厚度较佳地为50μm-200μm，之后在微结构340上进行图案化(步骤43)，使微结构340具有图案化区域380以及未图案化区域390，并于未图案化区域390上形成电极510、520(后述)(步骤44)，图案化区域380的厚度较佳地为30μm-200μm，步骤43的图案化步骤可将已完成扩散处理的硅片分为有图案化材料覆盖的区域（图案化区域380）以及没有图案化材料覆盖的区域（未图案化区域390），以利将电极510、520形成于没有图案化材料覆盖的区域。
请参阅图5，图5为本发明构想的一个优选实施例的太阳能电池单元300的俯视示意图(电极已示出)，电极包括指状电极510以及汇流条520，较佳的，指状电极510的宽度大于5μm，指状电极510的数量大于60，而汇流条520的宽度为0.15mm-2mm，汇流条520的数量小于50。
如上所述太阳能电池单元300，扩散处理(步骤42)可替换为化学气相沉积(CVD process)或是异质接面(HIT)。
如上所述太阳能电池单元300可不设有汇流条520，即其汇流条520的数量可为0。
如上所述制造方法，较佳地以耐酸碱材料320来进行图案化，其中该耐酸碱材料320选自由硅胶及光刻胶所组成的组中的一个，使用耐酸碱材料来进行图案化，可避免图案化后的图案在形成电极时因可能的酸碱溶液而受到侵蚀；而该图案化的方式选自由丝网印刷、喷墨印刷及光刻所组成的组中的一个。
请参阅图6，图6为依据本发明构想的又一较佳实施例的太阳能电池单元的制造流程图600，本发明提供一种太阳能电池单元的制造方法，该方法在已完成表面处理(步骤61)及扩散处理(步骤62)的硅片上，对硅片上的不导电之材料进行图案化以形成材料区域，材料区域的厚度为30μm-200μm，较佳的，硅片的厚度为50μm-200μm，而在未经图案化之处对应形成电极区域(步骤63)，再在该电极区域内以低温处理形成电极(步骤64)。
如上所述制造方法，扩散处理(步骤62)可替换为化学气相沉积（CVD process）或是异质接面（HIT）。
如上所述制造方法，较佳地，电极包括指状电极以及汇流条，指状电极的宽度大于5μm，指状电极的数量大于60，而汇流条的宽度为0.15mm-2mm，汇流条的数量小于50。
如上所述制造方法，该低温处理选自由电镀、涂布、化学气相沉积及物理气相沉积所组成的组中的一个，电极材料可根据电极的应用而从由金属如铜、银、锡、镍、铝、钛以及非金属如活性碳或导电塑料所组成的组中进行选择，且该太阳能电池单元在该低温处理中的温度为摄氏0-45度，此制造方法不采用已知技术中所使用之银胶，一方面可选择较廉价材料以降低成本，另一方面可避免由于烧结炉的高温而对太阳能电池单元所引发的问题以及其它潜在问题。
请参阅图8，图8依据本发明构想的又一较佳实施例的太阳能电池单元700的俯视示意图，较佳地，电极层包括指状电极810以及汇流条820，指状电极810的宽度大于5μm，指状电极810的数量大于60，而汇流条820的宽度为0.15mm-2mm，汇流条820的数量小于50。
请参阅图7(a)与图7(b)，图7(a)与图7(b)为依据本发明构想的又一较佳实施例的太阳能电池单元700的结构示意图，图7(a)的结构可为沿图8中的B-B’方向的剖面图，图7(b)可为沿图8中的A-A’方向的剖面图，太阳能电池单元700包括硅片710，硅片710的厚度较佳的为50μm-200μm，图案层720与包含汇流条820与指状电极810的电极层与掺杂杂质的微结构740，该图案层720厚度较佳的为30μm-200μm且设于该微结构740上，以相对定义出未经图案化的区域，该电极层形成于该未经图案化的区域上。
如上所述太阳能电池单元700可不设有汇流条820，即汇流条820的数量可为0。
较佳地，图案层720以丝网印刷、喷墨印刷或光刻的方式形成于微结构740上，而电极层通过电镀、涂布、化学气相沉积或物理气相沉积形成于未经图案化的区域上。
请参阅图9，图9为依据本发明构想的再一较佳实施例的太阳能电池单元900的俯视示意图，太阳能电池单元900包括硅片910，具有汇流条950，指状电极960以及透光性材料970，该透光性材料970包覆除汇流条950以及指状电极960外之硅片910，包覆此透光材料后可增加太阳能电池单元900的结构强度，使太阳能电池单元900在运送及模块化封装的过程中不易破裂，更进一步使太阳能电池单元基板(substrate)的厚度的降低成为可能，从而而降低生产成本，此外，因为太阳能电池单元900已包覆一层透光材料，在光学上已经过一次折射与一次反射，故操作员可在模块化之前先进行选片(sorting)，大幅降低在封装完成才出现的色差问题，进而提高终端产品的外观及价值。
较佳地，透光性材料970包覆除汇流条950之外的硅片910。
较佳地，上述太阳能电池单元900的汇流条950的一端用于与另一太阳能电池单元的另一汇流条的另一端焊接，而透光性材料970包覆除该端之外的硅片910。
较佳地，上述太阳能电池单元900的汇流条950具有焊点950a，透光性材料970可包覆除该焊点950a之外的硅片910，本领域技术人员已知的是，该焊点可用于与另一太阳能电池单元上的另一汇流条的另一焊点焊接，该焊点950a可设于汇流条上的任意位置处，且可为任意形状或大小，而不限于图9中所示。
对于如上所述太阳能电池单元900，透光性材料970选自由乙烯/醋酸乙烯共聚物、硅胶及光刻胶所组成的组中的一个，同时此透光性材料在老化测试中，不会与乙烯/醋酸乙烯共聚物相斥及产生气泡。
对于如上所述太阳能电池单元900，透光性材料970的透光率为百分之八十五以上，且能与乙烯/醋酸乙烯共聚物接合，同时可根据太阳能电池单元的吸收光谱来选择该透光性材料，使太阳能电池单元的转换效率不会因为包覆一层透光性材料而降低。
综上所述，本发明提供一种太阳能电池单元及其制造方法，突破了现有技术中太阳能电池的金属化处理使用银胶为材料同时硅片必须经过高温烧结炉的固有想法，本发明使用耐酸碱材料来进行图案化，使硅片具有图案化区域以及未图案化区域，图形化后的耐酸碱材料在全部的处理中都会保留而不需要移除，之后再以低温处理将电极形成于未图案化区域上，这避免了高温处理对硅片造成的影响以及潜在问题，可提高太阳能电池单元的转换效率，另外本发明使用透光性材料来包覆太阳能电池单元除汇流条之外的区域，可增加太阳能电池单元的强度，克服已知技术中太阳能电池单元薄化所造成的容易破片的问题也能进一步减少太阳能电池单元的厚度以降低成本，此透光性材料可承受紫外光照射超过五年的时间而不会剥落、脆化、雾化或黄化变色，同时可在模块化之前先一步检验色差之问题，提高终端产品的外观及价值，另外本发明的耐酸碱材料与透光性材料可选自彼此接合时不相斥的材料，使太阳能电池厂与后续模块厂的处理能够做更好的整合。
出于示例和说明的目的提供了本发明的示例性实施例的上述说明。其意图不在于穷举或将本发明限制为所公开的确切形式。显然，对于本领域的技术人员而言许多修改和变型是显而易见的。选择和说明实施例是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。本发明的范围由所附权利要求书及其等同形式限定。

Claims (16)

1.一种太阳能电池单元的制造方法，包括：
提供图案化硅片，其具有图案化区域及未图案化区域；以及
在该未图案化区域形成电极。
2.如权利要求1所述的制造方法，还包括以耐酸碱材料来进行图案化，其中该图案化硅片已完成扩散处理，该耐酸碱材料选自由硅胶及光刻胶所组成的组中的一个。
3.如权利要求2所述的制造方法，其中该图案化方法选自由丝网印刷、喷墨印刷及光刻所组成的组中的一个。
4.如权利要求1所述的制造方法，其中该电极还包括指状电极，该指状电极的宽度大于5μm，而该硅片的厚度为50μm-200μm，该图案化区域的厚度为30μm-200μm。
5.如权利要求4所述的制造方法，其中该电极还包括汇流条，该汇流条的宽度为0.15mm-2mm，而该指状电极的数量大于60，该汇流条的数量小于50。
6.一种太阳能电池单元的制造方法，包括：
提供硅片；
在该硅片上形成电极区域；以及
以低温处理将电极形成在该电极区域。
7.如权利要求6所述的制造方法，其中该低温处理选自由电镀、涂布、化学气相沉积及物理气相沉积所组成的组中的一个。
8.如权利要求6所述的制造方法，其中该硅片已完成扩散处理，该太阳能电池单元在该低温处理中的温度为0-45摄氏度。
9.如权利要求6所述的制造方法，其中该电极还包括指状电极，该指状电极的宽度大于5μm，而该硅片的厚度为50μm-200μm，该图案化区域的厚度为30μm-200μm。
10.如权利要求9所述的制造方法，其中该电极还包括汇流条，该汇流条的宽度为0.15mm-2mm，而该指状电极的数量大于60，该汇流条的数量小于50。
11.一种太阳能电池单元，包括：
硅片；
图案层，设于该硅片上，并且定义有未经图案化的区域；以及
电极层，形成于该未经图案化的区域上。
12.如权利要求11所述的太阳能电池单元，该硅片的厚度为50μm-200μm，该图案层的厚度为30μm-200μm，而该电极层还包括指状电极，该指状电极的宽度大于5μm。
13.如权利要求12所述的太阳能电池单元，其中该电极层还包括汇流条，该汇流条的宽度为0.15mm-2mm，而该指状电极的数量大于60，该汇流条的数量为小于50。
14.一种太阳能电池单元，包括：
硅片，具有汇流条，该汇流条的一端部与另一硅片的另一汇流条的相应端部连接；以及
透光性材料，该透光性材料覆盖硅片上除该端部以外的区域。
15.如权利要求14所述的太阳能电池单元，其中该端部具有一个与另一硅片的另一焊点相连接的焊点，而该透光性材料选自由乙烯/醋酸乙烯共聚物、硅胶及光刻胶所组成的组中的一个。
16.如权利要求14所述的太阳能电池单元，其中该透光性材料的透光率为百分之八十五以上，且能与乙烯/醋酸乙烯共聚物接合。
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