TWI556455B

TWI556455B - 太陽能電池、其模組及其製造方法

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Publication number: TWI556455B
Application number: TW103107211A
Authority: TW
Inventors: 賴政豪; 柳彥志; 張冠綸; 陳哲宏
Original assignee: 茂迪股份有限公司
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-11-01
Also published as: TW201535754A

Description

太陽能電池、其模組及其製造方法

本發明是有關於一種太陽能電池、其模組及其製造方法，特別是指一種矽晶太陽能電池、其模組及其製造方法。

參閱圖1，已知的矽晶太陽能電池主要包含：一用於將光能轉換成電能的電池本體91，以及用於傳導電流的一正面電極92與一背面電極(圖未示)。其中，該正面電極92包括數個呈長條形的匯流電極(Bus Bar Electrode)921，以及數個橫向連接該匯流電極921的指狀電極(Finger Electrode)922。該數個指狀電極922主要用於收集電流，而該數個匯流電極921可於模組封裝時分別與一圖未示的焊帶導線(Ribbon)焊接，以將指狀電極922收集到的電流傳送到外部，因此匯流電極921的寬度通常較寬。

該匯流電極921與該數個指狀電極922在製造上，可透過網版印刷方式將導電漿料塗布於該電池本體91的受光面，並經過高溫燒結(Firing)使導電漿料固化而成型。但隨著導電漿料(例如含銀之漿料)的價格不斷升高，並且因為匯流電極921的寬度較寬、漿料用量大，造成電池的生產成本高。為了節省材料成本，目前有一種作法是使用導電率較低、成本較低的導電漿料來製成該數個匯流電極921，但如此會造成指狀電極922與該數個匯流電極921連接處的電流收集效果變差。

此外，網版進行多次網印後容易有漿料塞網問題，造成網印形成的該數個匯流電極921兩側邊緣容易因印刷不均勻而出現孔洞，如此會影響傳導電流效果與焊接結合力。為了避免上述問題，網版使用一段時間後就必須擦拭以去除沾附在其上的漿料，而網版多次擦拭則會造成生產速度下降。

因此，本發明之目的，即在提供一種結構創新、可降低生產成本與提升生產效率，並可兼顧電流收集效能的太陽能電池、其模組及其製造方法。

於是，本發明太陽能電池的製造方法，包含：準備一基板，該基板具有相對之一第一表面與一第二表面。形成一第一電極與一第二電極並分別位於該第一表面上與該第二表面上。其中，形成該第一電極的步驟包括：以網印方式形成一第一導電層於該第一表面上，該第一導電層具有數個沿一第一方向延伸的指狀部、一沿一不同於該第一方向的第二方向延伸的第一實線圖案部，以及一沿該第二方向延伸的第一虛線圖案部；再以網印方式形成一第二導電層於該第一導電層與該第一表面上，該第二導電層的材料異於該第一導電層，且該第二導電層具有一沿該第二方向延伸的匯流部，該匯流部重疊於該第一虛線圖案部且接觸該第一實線圖案部。

本發明太陽能電池，包含：一具有相對之一第一表面與一第二表面的基板，以及分別位於該第一表面上與該第二表面上的一第一電極與一第二電極。其中，該第一電極包括一第一導電層與一第二導電層。該第一導電層具有數個沿一第一方向延伸的指狀部、一沿一不同於該第一方向的第二方向延伸的第一實線圖案部，以及一沿該第二方向延伸的第一虛線圖案部。該第二導電層位於該第一導電層上且材料異於該第一導電層，該第二導電層具有一沿該第二方向延伸的匯流部，該匯流部重疊於該第一虛線圖案部且接觸該第一實線圖案部。

本發明太陽能電池模組，包含：相對設置的一第一板材與一第二板材、數個如上述且排列於該第一板材與該第二板材之間的太陽能電池，及一封裝材。該封裝材位於該第一板材與該第二板材之間，並包覆在該數個太陽能電池的周圍。

本發明之功效：藉由網印形成的該第一導電層具有第一實線圖案部與第一虛線圖案部，使後續再以網印形成的該第二導電層的匯流部可重疊於第一虛線圖案部，並且接觸第一實線圖案部。再配合該第二導電層的材料異於該第一導電層，使本發明之電池結構創新、電流收集效能佳，並能降低生產成本與提升生產效率。

11‧‧‧第一板材

12‧‧‧第二板材

13‧‧‧封裝材

14‧‧‧焊帶導線

2‧‧‧太陽能電池

21‧‧‧基板

211‧‧‧第一表面

212‧‧‧第二表面

213‧‧‧射極層

214‧‧‧抗反射層

22‧‧‧第一電極

23‧‧‧第二電極

24‧‧‧第一導電層

25‧‧‧第二導電層

251‧‧‧匯流部

252‧‧‧側邊

26‧‧‧指狀部

27‧‧‧電極圖案組

271‧‧‧第一實線圖案部

272‧‧‧第二實線圖案部

273‧‧‧第一虛線圖案部

274‧‧‧第二虛線圖案部

275‧‧‧第一圖案單元

276‧‧‧第二圖案單元

277‧‧‧短邊

278‧‧‧短邊

31‧‧‧第一方向

32‧‧‧第二方向

41、42、43、431、432‧‧‧步驟

50‧‧‧第一網版

5‧‧‧第一阻擋層

51‧‧‧指狀開口

52‧‧‧開口圖案單元

521‧‧‧第一實線開口

522‧‧‧第二實線開口

523‧‧‧第一開口組

524‧‧‧第二開口組

525‧‧‧第一子開口

526‧‧‧第二子開口

60‧‧‧第二網版

6‧‧‧第二阻擋層

61‧‧‧匯流開口

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知太陽能電池的俯視示意圖；圖2是本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例的局部剖視示意圖；圖3是該第一較佳實施例的一太陽能電池的俯視示意圖；圖4是圖3的局部放大圖，且圖4將一匯流部以假想線示意以清楚顯示該匯流部下方的一第一導電層，圖中該匯流部以斜線區域示意，該第一導電層以點狀區域示意；圖5是沿圖3之A-A線所取的剖視圖；圖6是本發明太陽能電池的製造方法之一第一較佳實施例的步驟流程圖；圖7是該製造方法之第一較佳實施例各步驟進行時的示意圖；圖8是一第一網版的一第一阻擋層的示意圖，該第一網版用於網印形成本發明該太陽能電池的第一導電層；圖9是一第二網版的一第二阻擋層的示意圖，該第二網版用於網印形成本發明該太陽能電池的一第二導電層；圖10是本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例的一太陽能電池的局部俯視示意圖，且圖10將一匯流部以假想線示意以清楚顯示該匯流部下方的一第一導電層；及圖11是本發明太陽能電池模組之一第三較佳實施例的一太陽能電池的局部俯視示意圖，且圖11將一匯流部以假想線示意以清楚顯示該匯流部下方的一第一導電層。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，本發明太陽能電池模組之一第一較佳實施例包含：上下相對設置的一第一板材11與一第二板材12、數個陣列式排列於該第一板材11與該第二板材12間的太陽能電池2、至少一位於該第一板材11及該第二板材12間並包覆在該數個太陽能電池2周圍的封裝材13，以及數條用於串接該數個太陽能電池2的焊帶導線(Ribbon)14。

該第一板材11與該第二板材12在實施上沒有特殊限制，可以使用玻璃或塑膠板材，而且位於電池受光面的一側的板材必須為可透光；若為雙面受光電池，則該第一板材11與該第二板材12都必須可透光。該封裝材13的材質例如可透光的乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)，或其他可用於太陽能電池模組封裝的相關材料。

該數個太陽能電池2的結構都相同，以下僅以其中一個為例而進行說明。但在同一模組中的數個電池不以結構相同為必要。

參閱圖3、4、5，該太陽能電池2包含：一基板21、一第一電極22，以及一第二電極23。

該基板21具有相對之一第一表面211與一第二表面212。本實施例之第一表面211為受光面，該第二表面212為背面，若應用於雙面入光電池時，該第二表面212亦可受光。本實施例在該第一表面211處的內側設有一射極層213。該射極層213上，亦即該第一表面211上還可選擇性地設置一抗反射層214。其中，該基板21例如半導體矽基板，且該基板21與該射極層213的其中一個為n型半導體，另一個為p型半導體，進而形成p-n接面，使該基板21可吸收光能並轉換成電能。該抗反射層214的材料例如氮化矽，可用於降低光反射以提高入光量。

該第一電極22位於該基板21的第一表面211上，並包括一第一導電層24與一第二導電層25。該第一導電層24具有數個沿一第一方向31延伸的指狀部26，以及數個沿該第一方向31間隔排列的電極圖案組27。

每一電極圖案組27具有沿該第一方向31間隔排列的一第一實線圖案部271與一第二實線圖案部272，以及位於該第一實線圖案部271與第二實線圖案部272之間的一第一虛線圖案部273與一第二虛線圖案部274。該第一實線圖案部271與該第二實線圖案部272皆為長條直線狀，並且皆沿一不同於該第一方向31的第二方向32延伸。在本實施例中，該第一方向31垂直該第二方向32。該第一虛線圖案部273與該第二虛線圖案部274沿該第一方向31間隔排列，且兩者皆沿該第二方向32延伸呈長條虛線狀。

其中，該第一虛線圖案部273具有數個與該第一實線圖案部271間隔且沿該第二方向32間隔排列的第一圖案單元275。該第二虛線圖案部274的設計與該第一虛線圖案部273相同，並具有數個與該第二實線圖案部272間隔且沿該第二方向32間隔排列的第二圖案單元276。本實施例的每一第一圖案單元275與每一第二圖案單元276大致為長方形；但實施時不需限定其形狀。

該數個指狀部26彼此間沿該第二方向32平行間隔排列，每一指狀部26連接該數個電極圖案組27，也連接該第二導電層25。

該第二導電層25位於該第一導電層24上且材料異於該第一導電層24。該第二導電層25受到該抗反射層214間隔而與該第一表面211隔開。該第二導電層25具有數個沿該第一方向31間隔排列且皆沿該第二方向32延伸的匯流部251，每一匯流部251具有二個間隔且沿該第二方向32延伸的側邊252。而本實施例的每一指狀部26連接該數個匯流部251。

該數個匯流部251皆為長條狀，並分別對應該數個電極圖案組27而設置。該數個匯流部251的寬度大於該數個指狀部26的寬度，也大於第一實線圖案部271與第二實線圖案部272的寬度。在本實施例中，每一匯流部251重疊於與其對應的該電極圖案組27的該第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274，且接觸該第一實線圖案部271與該第二實線圖案部272。所述匯流部251接觸該第一實線圖案部271，可以是指匯流部251與第一實線圖案部 271重疊，或者是匯流部251僅以其側邊252與該第一實線圖案部271相接。所述重疊可以是指匯流部251將該第一實線圖案部271完全覆蓋住或僅局部覆蓋。而匯流部251接觸該第二實線圖案部272的方式，亦可如同上述各種方式，可為重疊或側邊相接。

該第二電極23位於該基板21的第二表面212上，用於與該第一電極22配合將電池的電能輸出至外部。

參閱圖4、6、7，本發明太陽能電池的製造方法之一第一較佳實施例，包含：步驟41：準備該基板21，該基板21具有相對之該第一表面211與該第二表面212。利用擴散製程或其他摻雜方式於該第一表面211形成該射極層213，以使該基板21形成半導體p-n接面。

步驟42：利用例如真空鍍膜方式，形成該抗反射層214於該第一表面211上。該真空鍍膜方式可包含物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)等方式。

步驟43：形成該第一電極22與該第二電極23並分別位於該第一表面211上與該第二表面212上。參閱圖6、7、8、9，形成該第一電極22的步驟包括：(1)步驟431：先以網印方式形成該第一導電層24於該第一表面211上，本步驟主要是搭配一第一網版50進行，將用於形成該第一導電層24的導電漿料塗布在該第一表面211上，此時該第一導電層24位於該抗反射層214表面(如圖7的第三道流程)，接著經過烘烤使該第一導電層24初步乾燥。(2) 步驟432：再以網印方式形成該第二導電層25於該第一導電層24與該第一表面211上，本步驟主要是搭配一第二網版60進行，將用於形成該第二導電層25的導電漿料塗布在該第一表面211上，並位於該第一導電層24上(如圖7的第四道流程)。接著同樣可利用網印方式形成該第二電極23於該第二表面212上(如圖7的第五道流程)。最後經過高溫燒結(Firing)使導電漿料乾燥固化，即可形成該第一導電層24、該第二導電層25與該第二電極23，且燒結過程中該第一導電層24可燒穿該抗反射層214，燒結後該第一導電層24即穿過該抗反射層214而接觸該射極層213。

需要說明的是，本發明該第一電極22與第二電極23的網印順序不須限制，因為也可以先網印該第二電極23後再網印該第一電極22，最後再一起燒結。此外，該第二電極23實際上也包括至少一個呈長條狀的匯流部，只是圖中未示意出。

接著具體說明該第一網版50與第二網版60的構造。參閱圖4、7、8，該第一網版50包括一圖未示出的第一網布，以及一結合在該第一網布上的第一阻擋層5。該第一阻擋層5包括數個沿該第一方向31延伸的指狀開口51，以及數個沿該第一方向31間隔排列的開口圖案單元52，每一開口圖案單元52包括沿該第一方向31間隔排列且皆沿該第二方向32延伸的一第一實線開口521與一第二實線開口522，以及位於該第一實線開口521與第二實線開口522之間的一第一開口組523與一第二開口組524，該第一開口組523與該第二開口組524分別鄰近但未接觸該第一實線開口521與該第二實線開口522。該第一開口組523具有數個沿該第二方向32間隔排列的第一子開口525，該第二開口組524具有數個沿該第二方向32間隔排列的第二子開口526。

該第一阻擋層5的開口圖案與預定形成的第一導電層24圖案對應，因此利用該第一網版50進行網印時，通過該數個第一實線開口521與第二實線開口522的導電漿料，即對應地於該基板21的第一表面211上形成該數個第一實線圖案部271與第二實線圖案部272；通過第一開口組523與第二開口組524的導電漿料，則分別對應地形成該第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274，且本實施例的第一虛線圖案部273與該第一實線圖案部271間隔而不相連，第二虛線圖案部274與該第二實線圖案部272間隔而不相連；通過該數個指狀開口51的導電漿料，對應地形成該數個指狀部26。

參閱圖4、7、9，該第二網版60包括一圖未示出的第二網布，以及一結合在該第二網布上的第二阻擋層6。該第二阻擋層6包括數個沿該第二方向32延伸呈直線狀的匯流開口61。該第二阻擋層6的開口圖案與預定形成的第二導電層25圖案對應，因此利用該第二網版60進行網印時，通過該數個匯流開口61的導電漿料，即對應地於該第一導電層24上形成該第二導電層25的該數個匯流部251，且該數個匯流部251會重疊於該第一虛線圖案部273 與第二虛線圖案部274上，並且接觸該第一實線圖案部271與第二實線圖案部272。

而且透過適當的網版開口圖案設計，可使網印形成的每一匯流部251之大部分位於與其對應的該第一實線圖案部271及該第二實線圖案部272之間。此定義主要是指匯流部251整體大致保持在該兩實線圖案部271、272間或重疊於上，但並不排除匯流部251可能有局部位於該兩實線圖案部271、272之外(且該局部不與實線圖案部271、272重疊)，此時該匯流部251位於該兩實線圖案部271、272之外的部位的面積總和，小於該兩實線圖案部271、272的面積總和。

參閱圖7、8、9，補充說明，本實施例可藉由選用適當的導電漿料，使該第一導電層24能在高溫燒結製程中燒穿(Firing Through)該抗反射層214而連接該第一表面211，又或者，可先於該抗反射層214之預定形成該第一導電層24的部位進行開孔製程，此時該第一導電層24的導電漿料不限於使用可燒穿該抗反射層214之漿料，即可使該第一導電層24穿過該抗反射層214而連接該第一表面211。而該抗反射層214則將該第一表面211與該第二導電層25隔開。

本發明實施時，每一電極圖案組27也可以省略設置該第二實線圖案部272與第二虛線圖案部274。而本實施例的太陽能電池2的匯流部251的數量為三個，但實施時也可以為一個或其他數量。該第一網版50的第一阻擋層5與第二網版60的第二阻擋層6的開口圖案，則視欲形成的電極圖案而設計。

參閱圖4、5、8，由於本發明該第一電極22的第一導電層24與第二導電層25分成兩次網印，因此可以使用不同材料網印成型。其中因為該第一導電層24的指狀部26用於收集電流，故可以使用導電率較佳之漿料，而該第二導電層25的匯流部251則可以使用導電率較低之漿料，以降低材料成本。當然，該第一導電層24與第二導電層25的材料選用，也可以因其他考量而有數種不同搭配方式。該數個第一實線圖案部271與第二實線圖案部272分別設置於該數個匯流部251的兩側，可幫助收集電流，從而提升各匯流部251與指狀部26連接部位的電流收集效果，而且匯流部251接觸第一實線圖案部271與第二實線圖案部272，使其表面外觀上大致形成一體。另外，藉由第一網版50的第一開口組523與第二開口組524設計，可讓導電漿料通過，以形成該第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274，如此使後續形成的匯流部251可重疊於第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274上，尤其是匯流部251之兩長側邊處可與第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274重疊，從而可避免以往因網版塞網而造成網印出的匯流電極有側邊孔洞之問題。因此，本發明藉由匯流部251、第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274的整體配合，可避免匯流部251產生孔洞之問題，本發明之製法進行時，可降低擦拭網版之次數，如此可提升生產效率。

綜上所述，藉由網印形成該第一導電層24，且該第一導電層24具有第一實線圖案部271與第一虛線圖案部273，使後續再以網印形成的該第二導電層25的匯流部251可重疊於第一虛線圖案部273且接觸第一實線圖案部271，再配合該第二導電層25的材料異於該第一導電層24，使本發明之電池結構創新、電流收集效能佳，並能降低生產成本與提升生產效率。

參閱圖10，本發明太陽能電池模組之一第二較佳實施例，與該第一較佳實施例大致相同，不同的地方在於第一虛線圖案部273與第二虛線圖案部274的結構。本實施例的每一第一虛線圖案部273具有數個與該第一實線圖案部271相連的第一圖案單元275，該數個第一圖案單元275皆為沿該第一方向31延伸的長方形，所述每一第一圖案單元275以該長方形的一短邊277(圖中以虛線示意其中一第一圖案單元275的該短邊277)連接該第一實線圖案部271。類似地，本實施例的每一第二虛線圖案部274具有數個與該第二實線圖案部272相連的第二圖案單元276，該數個第二圖案單元276皆為沿該第一方向31延伸的長方形，所述每一第二圖案單元276以該長方形的一短邊277(圖中以虛線示意其中一第二圖案單元276的該短邊277)連接該第二實線圖案部272。

本實施例的製造方法與該第一較佳實施例相同，只是必須使用不同開口圖案的第一網版，以網印形成本實施例之第一導電層24圖案。

補充說明的是，實施時，第一圖案單元275也可以與該第一實線圖案部271間隔；第二圖案單元276也可以與該第二實線圖案部272間隔。

本實施例同樣可以達到與該第一較佳實施例相同之功效，在此不再說明。

參閱圖11，本發明太陽能電池模組之一第三較佳實施例，與該第二較佳實施例大致相同，不同的地方在於：本實施例的每一第一圖案單元275為三角形，所述每一第一圖案單元275以該三角形的其中一邊連接該第一實線圖案部271。類似地，本實施例的每一第二圖案單元276為三角形，所述每一第二圖案單元276以該三角形的其中一邊連接該第二實線圖案部272。

本實施例的製造方法與該第一較佳實施例相同，只是必須使用不同開口圖案的第一網版。另外，於實施時，本實施例的第一圖案單元275也可以與該第一實線圖案部271間隔；第二圖案單元276也可以與該第二實線圖案部272間隔。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。