TWI422047B - Solar cell and solar cell manufacturing method - Google Patents

Description

太陽能電池及太陽能電池的製造方法

本發明係關於一種太陽能電池，係包含形成有PN接合之半導體基板、形成於該半導體基板的至少一面上之梳齒狀指形電極、以及在該半導體基板上連接至該指形電極之匯流條電極，特別係關於一種高效率的太陽能電池，其安裝的連接器難以剝落，且太陽光的遮蔽小。

一般的太陽能電池，係在形成有PN接合之半導體基板受光面上，形成有用以從該半導體基板上取出電力之梳齒狀指形電極、以及連接至該指形電極以取出電力之匯流條電極。

而在匯流條電極上，例如為了要連結各個太陽能電池，藉由銲料裝設有連接器。

此匯流條電極，由於太陽光入射至基板時會產生影子，因此需將電極寬度狹窄化。

然而，將匯流條電極的電極寬度變窄時，匯流條電極的表面積變小，用以安裝連接器之銲料和匯流條電極間的接觸面積減少，接著強度便會降低，因而產生所安裝的連接器有易於剝落之問題。

對此，提出一種先前技術(參考日本專利特開2000-188409號公報)，於匯流條電極的端部或是在中間部位，擴大匯流條電極的表面積，使較多的銲料附著，藉此防止安裝之連接器剝落。

然而，在此方法中，由於匯流條電極遮住太陽光之面積增加，因此降低了太陽能電池之效率。

因此，有鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種太陽能電池及太陽能電池的製造方法，銲接至匯流條電極上之連接器難以剝落，且匯流條電極所致之太陽光遮蔽小，成本低且效率高。

為了達成上述目的，本發明係提供一種太陽能電池，係包含形成有PN接合一半導體基板；於半導體基板的至少一面上形成的梳齒狀的指形電極；以及於半導體基板上，連接於指形電極的匯流條電極，其中匯流條電極的表面上形成凹凸模樣。

像這樣，藉由在匯流條電極表面上形成的凹凸模樣，增大與安裝連接器的銲料之間的接觸面積，就提高了匯流條電極與連接器間之接著強度。又，由於不需要加大匯流條電極的寬度，匯流條電極所導致的太陽光的遮蔽小，成為低成本且高效率的太陽能電池。

此時，上述凹凸模樣的凸部相對於凹部的高度以5~50μm為較佳。

像這樣，凹凸模樣的凸部相對於凹部的高度，由於為5~50μm，電極不會太高，且能以較少的電極材料來加大匯流條電極的表面積。

又，凹凸模樣的模樣形狀以條紋狀、網目狀、蜂巢狀、 點狀的任一種為較佳。

像這樣，若凹凸模樣的模樣形狀是條紋狀、網目狀、蜂巢狀、點狀的任一種，銲料將會進入凹凸之間，兩者之接觸面積增大，電極與銲料可以牢固地接著在一起。尤其是，若是網目狀或蜂巢狀，將可消除連接器剝離困難度的方向性差異，若為點狀，則可減少電極材料的使用量。

再者，凹凸模樣的凸部的間隔以50μm~1mm為較佳。

像這樣，凹凸模樣的凸部的間隔，由於是50μm~1mm，能夠增大接觸面積，且銲料可確實地流入電極表面凹凸之間，能夠確實提高接著強度。

又，上述匯流條電極的寬度為1~2mm，厚度為80μm以下為較佳。

像這樣，藉由使匯流條電極的寬度為1~2mm，厚度為80μm以下，則遮斷太陽光之電極面積將相當小，也可使電極材料的使用量較少，且可得到連接用之充分廣的電極表面積。

再者，上述匯流條電極較佳是由二層所構成，且匯流條電極的二層當中，較佳是藉由至少一層來形成上述凹凸模樣的模樣形狀。

像這樣，匯流條電極，藉由二層所構成，則能夠容易地藉由其中至少一層來形成凹凸模樣的模樣形狀。

又，上述匯流條電極較佳是由導電性漿料進行印刷且燒結而成。

像這樣，匯流條電極係藉由導電性漿料進行印刷且燒 結而成，成本低且能夠提高高效率太陽能電池的生產率。又，以導電性漿料製作匯流條電極，銲接連接器時，由於連接器之剝離問題容易發生，因而本發明對此問題特別有效。

再者，半導體基板係摻雜有鎵之p型單結晶矽基板為較佳。

像這樣，半導體基板係摻雜有鎵之p型單結晶矽基板，因此太陽能電池不會有光劣化情形產生，光電轉換效率非常高而具實用性。

又，若根據本發明，提供一種太陽能電池的製造方法，係在半導體基板上形成PN接合之後，至少在半導體基板的一面上，形成梳齒狀指形電極以及連接至指形電極之匯流條電極之形態的太陽能電池的製造方法，其中匯流條電極係藉由二次印刷與燒結導電性漿料而形成二層構造；藉由上述二次印刷與燒結中的至少一次印刷與燒結，在上述二層構造的匯流條電極的表面上，形成凹凸模樣。

像這樣，藉由二次印刷並燒結導電性漿料來形成二層構造的匯流條電極，且藉由上述二次印刷與燒結中之至少一次印刷與燒結，在上述二層構造的匯流條電極的表面上，形成凹凸模樣，便能夠以低成本且容易地製造出一種高效率太陽能電池，其銲接至匯流條電極上之連接器不會剝落。

像這樣，若是本發明的太陽能電池，不用加寬匯流條電極的寬度即可增大匯流條電極的表面積，所以能增大與 安裝連接器之銲料間的接觸面積，提高接著強度，連接器將難以剝離，且由於匯流條電極的寬度狹窄，太陽光之遮蔽小，成本低而效率高。

匯流條電極由於會成為太陽光入射至基板時之遮影，因此需將電極寬度狹窄化，但將電極寬度變细，匯流條電極與連接器間之接觸面積減少，接著強度降低，藉由銲料安裝之連接器將有易於剝落之問題。

因此，本發明人經過深入研究後，結果發現：若是一種太陽能電池，其包含形成有PN接合之半導體基板、形成於該半導體基板的至少一面上之梳齒狀指形電極、以及在上述半導體基板上連接至指形電極之匯流條電極，其中將匯流條電極作成在其表面上形成有凹凸模樣(pattern)，藉此可以得到一種銲接至匯流條電極上之連接器難以剝離，且匯流條電極所致的太陽光遮蔽小、成本低且效率高的太陽能電池。以下，參考圖式詳細說明本發明之實施態樣，但本發明並不限定於此。第1圖至第4圖係顯示本發明之太陽能電池，在匯流條電極表面上形成有凹凸模樣形狀者之例示圖。

本發明之太陽能電池，至少包含形成有PN接合之半導體基板5、形成於半導體基板5的至少一面上的梳齒狀指形電極4、以及在半導體基板5上連接至指形電極4之匯流條電極3，其中匯流條電極3的表面上形成有凹凸模 樣1。

半導體基板5以摻雜鎵之p型單結晶矽基板為較佳，藉此，所製造之太陽能電池不會產生光劣化，且光電轉換效率非常高，具實用性。首先，以蝕刻法除去半導體基板上之損壞層後，在形成防止反射之紋理構造的半導體基板5上，形成PN接面為較佳。

PN接面的形成，以於受光面一側將磷等的n型雜質藉由熱擴散來進行為較佳，但亦可以塗佈擴散或離子注入法來進行。其中，為了防止太陽光的反射以及保護表面，以電漿CVD法或PVD法，於受光面上形成氮化層為較佳。

指形電極4係於形成有PN接合之半導體基板5的受光面上，以導電性漿料藉由網版印刷成梳齒狀並燒結而形成為較佳。藉此，能夠生產出低成本、高效率的太陽能電池。

匯流條電極3是被形成可以連接至梳齒狀指形電極4的基部。再者，與指形電極4相同地，匯流條電極3係於半導體基板5的受光面上，以導電性漿料藉由網版印刷並燒結而形成為較佳，若與指形電極4一體地印刷、燒結而形成，將可抑制製造成本而更佳。

這樣的匯流條電極3，因表面上形成凹凸模樣(pattern)1，與安裝連接器用之銲料間之接觸面積增大，得到固定效果，匯流條電極3與連接器間之接著強度提高而難以剝離。

又，因不需要加寬匯流條電極3的寬度，因此匯流條 電極3所致太陽光的遮蔽變小，成為低成本、高效率的太陽能電池。

尤其是，匯流條電極3的寬度為1~2mm，厚度為80μm以下為較佳，藉此，遮斷太陽光之電極面積將相當小，可使電極材料的使用量較少，且藉由表面上形成凹凸模樣1，而可得到與連接器連接之相當廣的電極表面積。又，匯流條電極3的厚度雖然愈薄愈節約電極材料，但太薄時，匯流條電極3的電阻值將容易變高，因此其厚度例如可設成10μm以上。

凹凸模樣1的凸部2，相對於凹部的高度，以5~50μm為較佳，藉此，電極不會過高，以較少的電極材料，便能增大匯流條電極3的表面積。

像這樣的凹凸模樣1的模樣形狀，若是第2圖所示的條紋狀、或是如第1、3圖所示的網目狀、蜂巢狀、第4圖的點狀中的任一種，銲料將流入凹凸之間，增大兩者的接觸面積，電極與銲料能夠牢固地接著。

凹凸中的凸部2的間隔以50μm~1mm為較佳。藉此，增大接觸面積，銲料確實地流入電極表面凹凸之間，因而使接著強度確實提高，並能發揮固定效果。

又，第1至第4圖係表示藉由凸部2來形成凹凸模樣1之模樣形狀的情況，但只要是可使銲料確實地流入電極表面凹凸之間，並不限定於凸部2，亦可藉由凹部來形成條紋狀、網目狀、蜂巢狀、點狀等。

尤其是，如第1、3圖所示的網目狀、或蜂巢狀等形狀， 可消除連接器的剝離難度之方向性差異，如以點狀形狀形成凸部2時，則可減少電極材料的使用量。又，作成點狀之凸部或凹部的形狀，可以呈圓形、橢圓形、多角形、星狀等。

匯流條電極3係由二層所構成者為較佳。藉此，在二層匯流條電極3之中，利用至少一層，便能夠容易地形成凹凸模樣1的模樣形狀。

尤其是，藉由二次印刷導電性漿料並燒結而形成雙層構造之匯流條電極3，且於上述二次印刷與燒結之中，藉由至少一次的印刷與燒結，於二層構造之匯流條電極3表面上，形成凹凸模樣1為較佳。藉此，即可低成本且容易地製造出一種高效率的太陽能電池，其要被銲接至匯流條電極3上之連接器不會剝落。

為了在電極表面上形成凹凸模樣，匯流條電極3之印刷分成二次來進行時，可舉例如以下三種印刷形狀之組合：

(1)第一層：平坦狀/第二層：條紋狀、網目狀、蜂巢狀、點狀。

(2)第一層：條紋狀、網目狀、蜂巢狀、點狀/第二層：平坦狀。

(3)第一層：條紋狀、網目狀、蜂巢狀、點狀/第二層：條紋狀、蜂巢狀、網目狀、點狀。

如(1)所示，以平坦狀印刷第一層時，在其上印刷第2圖所示之條紋狀的第二層，或是印刷第1、3、4圖所示之網目狀、點狀的第二層較佳。如此，以第二層之印刷形 狀形成凸部2，能夠確實地在匯流條電極3上形成凹凸模樣1。

又，如(2)所示，也可以條紋狀、網目狀、蜂巢狀、點狀之形狀等印刷第一層，於其上印刷平坦狀的第二層，而形成凹凸模樣，此時，亦可防止第二層從第一層剝離。

再者，如(3)所示，分別將第一層與第二層作成非平坦形狀者，分別疊合之結果，亦可在匯流條電極3之表面上形成凹凸模樣。

若將連接器銲接在上述之本發明的太陽能電池之匯流條電極3上來使用，連接器難以剝離，且匯流條電極3所致之太陽光遮蔽亦相當小，可低成本、高效率地取得電力。又，銲接之連接器，可為從單一太陽能電池直接取出電力的連接器，亦可為連結複數個太陽能電池來取出電力的交互連接器。

以下，以實施例與比較例具體地說明本發明。但本發明並不限定於此。

(實施例、比較例)

對於以III族元素之鎵作為不純物元素(雜質)之p型單結晶太陽能電池用矽基板(邊長100mm之四方形、面方位{100}、基板厚度300μm、電阻係數0.5Ω．cm)，以氫氧化鉀水溶液進行蝕刻，除去損壞層。再藉由混合IPA之氫氧化鉀水溶液，形成反射防止構造之紋理構造。

再於受光面側，藉由利用POCl₃ 液體源之熱擴散，將以V族元素之磷作為雜質之n區域，製作於受光面上。在 此，以電漿CVD法在受光面上形成厚度70nm的氮化層，以兼作為防止太陽光反射與保護表面之用。再者，在背面上(受光面的相反側之面)整面印刷含有鋁粒子的導電性漿料。

接著，在受光面上，以含有銀粒子之導電性漿料印刷指形電極與匯流條電極之形狀，以700℃燒結3分鐘而完成太陽能電池。

在此，匯流條電極係進行兩次重疊的印刷。第一層(指形電極亦同)係平坦形狀，第二層係第1、3圖所示之網目狀(實施例)。匯流條電極的寬度為1.5mm，第一層的電極厚度為20μm，第二層的電極厚度為30μm(此即為凹凸差)。又，第二層的網目狀的線寬為100μm，線的間隔為200μm。

進而為了比較，準備第二層與第一層相同是以平坦形狀製成之太陽能電池(比較例)。

最後，使用一太陽能模擬器(光強度：1kW/m² 、光譜：AM1.5球型(global))，來測量所製成之太陽能電池的輸出特性。

又，將交互連接器銲接在匯流條上，以2牛頓(N)的力量，將交互連接器沿著基板表面的法線方向拉引時，測量其剝落機率。

所得到的輸出特性及剝落機率顯示於表1中。

實施例中的交互連接器的剝落發生機率，與比較例相較，大幅地改善，因此可確認將連接器銲接在本發明之太陽能電池的匯流條電極上，連接器不易剝落。

又，由輸出特性之測量結果亦可確知，在不需要加寬匯流條電極的電極寬度之下，本發明所揭示之太陽能電池對於太陽光之遮蔽不會變大，因而對於效率的影響亦小。

又，本發明並不限於上述實施型態，上述實施型態僅為例示，凡是具有和本發明之申請專利範圍所記載之技術 思想實質上相同之構成，可達到同樣之作用效果者，皆包含在本發明之技術思想中。

例如，在上述說明中係以導電性漿料並藉由印刷方式來形成指形電極與匯流條電極為例來作說明，但本發明不限於此，以真空蒸鍍法形成電極等情況下，銲接在匯流條電極上之連接器易產生剝落的情形亦同，藉由應用本發明，利用固定效果而可減低剝落的發生機率。

又，上述說明係僅對於受光面側上形成匯流條電極之情形作說明，但亦可形成在兩面上，本發明不僅適用於受光面，亦可適用於背面之匯流條電極，而達成效果。

1‧‧‧凹凸模樣

2‧‧‧凸部

3‧‧‧匯流條電極

4‧‧‧指形電極

5‧‧‧半導體基板

第1圖係表示本發明之太陽能電池的一例，形成於匯流條電極表面上之凹凸模樣，其模樣形狀係網目狀的概略平面圖。

第2圖係表示本發明之太陽能電池的一例，形成於匯流條電極表面上之凹凸模樣，其模樣形狀係條紋狀的概略剖面立體圖。

第3圖係表示本發明之太陽能電池的一例，形成於匯流條電極表面上之凹凸模樣，其模樣形狀係網目狀的概略剖面立體圖。

第4圖係表示本發明之太陽能電池之一例，形成於匯流條電極表面上之凹凸模樣，其模樣形狀係點狀的概略剖面立體圖。

1‧‧‧凹凸模樣

2‧‧‧凸部

3‧‧‧匯流條電極

4‧‧‧指形電極

5‧‧‧半導體基板

Claims (16)

1. 一種太陽能電池的製造方法，係在半導體基板上形成PN接合之後，至少在該半導體基板的一面上，形成梳齒狀指形電極以及連接至該指形電極之匯流條電極之形態的太陽能電池的製造方法，其中該匯流條電極係藉由二次印刷與燒結導電性漿料而形成二層構造；藉由上述二次印刷與燒結中的至少一次印刷與燒結，在上述二層構造的匯流條電極的表面上，形成凹凸模樣。
2. 一種太陽能電池，係藉由申請專利範圍第1項之製造方法所製造，該太陽能電池包含形成有PN接合之半導體基板、形成於該半導體基板的至少一面上之梳齒狀指形電極、以及在上述半導體基板上連接至上述指形電極之匯流條電極，其中上述匯流條電極的表面上形成有凹凸模樣，上述凹凸模樣的凸部相對於凹部的高度為5~50μm，上述凹凸模樣的模樣形狀係蜂巢狀、點狀中的任一種。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中上述凹凸模樣之凸部的間隔為50μm~1mm。
4. 如申請專利範圍第2項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極的寬度為1~2mm，厚度在80μm以下。
5. 如申請專利範圍第3項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極的寬度為1~2mm，厚度在80μm以下。
6. 如申請專利範圍第2至5項中任一項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極係由二層所構成者。
7. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極的二層之中，至少以一層來形成上述凹凸模樣的模樣形狀。
8. 如申請專利範圍第2至5項中任一項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極係由導電性漿料經印刷並燒結而成者。
9. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極係由導電性漿料經印刷並燒結而成者。
10. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中上述匯流條電極係由導電性漿料經印刷並燒結而成者。
11. 如申請專利範圍第2至5項中任一項所述之太陽能電池，其中上述半導體基板係摻雜了鎵而形成的p型單結晶矽基板。
12. 如申請專利範圍第6項所述之太陽能電池，其中上述半導體基板係摻雜了鎵而形成的p型單結晶矽基板。
13. 如申請專利範圍第7項所述之太陽能電池，其中上述半導體基板係摻雜了鎵而形成的p型單結晶矽基板。
14. 如申請專利範圍第8項所述之太陽能電池，其中上述半導體基板係摻雜了鎵而形成的p型單結晶矽基板。
15. 如申請專利範圍第9項所述之太陽能電池，其中上述半導體基板係摻雜了鎵而形成的p型單結晶矽基板。
16. 如申請專利範圍第10項所述之太陽能電池，其中上述半導體基板係摻雜了鎵而形成的p型單結晶矽基板。