专利名称：太阳能电池用电极的制造方法、利用该方法制造的太阳能电池用基板及太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池用电极的制造方法、利用该方法制造的太阳能电池用基板及太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池(solar cell)是一种可以把太阳能转换成电能的半导体元件，具有 p-n结合形态，其基本结构和二极管相同。光线入射到太阳能电池后，所入射的光线被太阳能电池吸收并且与构成太阳能电池中半导体的物质相互作用。其结果，形成作为少数载流子(Minority Carrier)的电子与空穴，它们移动到所连接的电极两侧后生成电动势。一般来说，晶体硅太阳能电池(Crystalline Silicon Solar Cell)主要分为单晶 (Single Crystal)与多晶(Polycrystalline)等两种形态。单晶形态的材料是一种纯度较高而结晶缺陷密度较低的高效率材料，但价格高昂；多晶形态的材料效率稍低于单晶，但价格相对低廉而较为普及。多晶硅太阳能电池的制备方法在具有一定尺寸(例如，5"或6")与厚度(例如， 150到250 μ m)的P型多晶硅基板上利用适当的刻蚀Etching)方法清除基板表面的缺陷并且在表面上形成凹凸形状，然后以气相或液相供应含磷(P)或P0C13的物质，通过热扩散 (Thermal Diffusion)方法在P型基板的表面参杂(Doping) —定厚度(0. 1到0. 5 μ m)后制成40到100Ω/□的N型发射极(Emitter)。然后，为了消除该过程中生成的含磷玻璃质等副产物而进行基于酸或酯基的湿法刻蚀(Wet Etching)工序，为了把光线照射的正面部分以外的其余部分所参杂的P消除掉而进行基于等离子体的干法刻蚀(Dry Etching)工序。或者，有时候会进行利用激光切除边面(edge surface)的工序。然后，在考虑沉积物质的折射率的情形下，利用物理真空沉积法把晶体或非晶体氮化硅、二氧化硅、钛氧化物或其组合沉积成适当厚度(氮化硅为70到9()人左右)。然后，形成P型半导体层电极与N型半导体层电极。
发明内容
发明需要解决的技术课题针对所述电极的制备，本发明人考虑了利用光阻剂在半导体晶片(Wafer)表面形成电极图案后通过沉积工序形成金属沉积层的方案。但，使用光阻剂(photoresist)的方法需要在沉积工序后把基础电极以外的其它部位的金属沉积层加以消除，还要消除光阻剂层，由于基础金属电极层是通过沉积方式形成的，因此与半导体晶片之间的紧密附着性较弱。另外，单晶硅晶片在P型硅层形成含有N型掺杂剂(n-dopant)磷(Phosphorus，P) 的非电解镍-磷镀金膜，在N型硅层形成含有P型掺杂剂硼(Boron，B)的非电解镍-硼镀金膜，通过热处理形成镍镀金层与硅晶片层之间的合金层，从而改善单晶硅晶片的粘附性。
但，利用包含掺杂剂的镀金液形成镀金膜时，电极将在包括接触部位在内的整体范围包含掺杂剂，实际上，线电阻本身将劣于使用了现有印刷法电极用银时的线电阻，单位电池(Cell)整体的串联电阻部分反而会变大。而且，为了形成镀金用电极图案而进行镀金之前，需要另外进行照相平版印刷(Wiotolithograpy)工序。电极印刷法一般为网版印刷法(Screen Printing)、胶版印刷法(Offset Printing)及喷墨印刷法(Inkjet Printing)等，目前为止，太阳能电池用电极主要使用网版印刷法印刷出线宽较宽(ΙΟΟμπι以上)的电极。但，网版印刷法的缺点是无法获得微细线宽。目前为止，喷墨印刷法被认为无法适用于太阳能电池用电极的制造方法，也就是说还不具备产业利用性。这是因为，使用喷墨印刷法时需要开发出同时满足太阳能电池电极特性及适合喷墨印刷法的适当粘度等物性的导电性喷墨，但还没有开发成功所述太阳能电池电极用导电性喷墨。为了解决所述问题，本发明的目的是提供一种太阳能电池用电极的制造方法、利用该方法制造的太阳能电池用基板及太阳能电池，不仅利用生产性良好的胶版印刷工序形成微细线宽的电极，还能大幅改善胶版印刷方法的缺点，从而制成电气特性优异的电极。解决课题的技术方案为了达到所述目的，本发明太阳能电池用基板包括形成于基板正面的多个母线 (Busbar)电极及指状电极，其特征在于所述母线电极及指状电极利用导电膏进行胶版印刷后镀金制成。在所述结构中，只要能实现的话，就能采用并添加一切太阳能电池用基板的现有结构，而且不受限制地被本发明所包含。作为一例，所述母线(Busbar)电极与指状电极可以互相垂直地交叉接触。基板的背面可以形成背面电极。而且，基板种类不予限制，只要能作为太阳能电池用基板使用的都包含在内。而且，所述母线电极被胶版印刷成具有微细空隙的网格(Mesh)状，指状电极也可以根据需要而像母线电极一样制成网格形态。较佳地，制作所述太阳能电池用基板时，所述胶版印刷仅执行一次，同时印刷母线电极与指状电极。较佳地，在所述胶版印刷后烧成，然后进行所述镀金。而且，在所述镀金后对镀金金属进行热处理。本发明太阳能电池用基板可以制作成其指状电极的纵横比(高度/线宽)在0. 2 到0. 6范围内，而且，所述指状电极的线宽在30 μ m到100 μ m范围内，高度在5 μ m到20 μ m 范围内。而且，本发明是一种使用所述太阳能电池用基板制成的太阳能电池，其效率与使用下列太阳能电池用基板的太阳能电池相比为2倍以上，该太阳能电池用基板是在所述胶版印刷后不进行镀金的情形下形成电极而制成。而且，本发明提供一种使用所述太阳能电池用基板制成的太阳能电池。本发明提供一种太阳能电池用电极的制造方法，在基板上制作母线电极及指状电极，包括下列步骤膏(Paste)电极印刷步骤，在基板上以胶印(Offset)方法印刷导电膏；电极镀金步骤，在所述电极印刷步骤后浸渍到湿法镀金液而把附加金属充填到膏电极的微细空隙内；及热处理步骤，在所述电极镀金步骤后进行热处理而形成欧姆接触(ohmic contact)ο
本发明提供一种太阳能电池用电极的制造方法，在所述膏电极印刷步骤后另外包括电极烧成步骤。而且，本发明提供一种太阳能电池用电极的制造方法，所述母线电极通过一次胶版印刷制成存在微细空隙的网格方式。而且，本发明太阳能电池具备了使用所述太阳能电池用电极的制造方法制成的太阳能电池电极，单位电池效率(Eff)为10%以上，填充因子(FF)为50%以上，串联电阻 (Rser)为 0. 02 Ω 以下。有益效果本发明太阳能电池用电极的制造方法通过简单、生产性高、可提供微细线宽的胶版印刷工序印刷电极，较佳地，把母线(Busbar)电极印刷成网格形态，通过湿法金属镀金方式镀金形成附加金属层而在没有填充金属的领域填充镀金金属，尤其是可以减少母线电极的面电阻，通过胶版印刷工序与湿法金属镀金工序的组合而让指状电极线宽在100微米 (Micron)以内，电极的纵横比在0. 2到0. 6而减少光线遮蔽率，镀金后通过热处理让镀金金属与硅晶片层之间另外形成欧姆接触(ohmic contact)而得以提高太阳能电池的单位电池的效率。而且，凭借所述附加湿法金属镀金工序，不必为了提高太阳能电池的单位电池效率而针对导电膏进行2次以上的多层胶版印刷，可以节省该增加的印刷次数所消耗的高价
导电膏使用量。
图1到图3是按照制作步骤图示的本发明一实施例的太阳能电池用基板的概略立体图及剖视图，该太阳能电池用基板包括形成于基板正面的多个母线电极及接触该多个母线电极的指状电极；图4及图5是本发明一实施例的胶版印刷中存在微细空隙的网格状的母线电极形状及胶版印刷概略图；图6是胶版印刷后的母线电极(a)与湿法金属镀金后的母线电极(b)的刻蚀后 SEM照片；图7是按照实施例1、实施例2及比较例1的方式得到的指状电极线宽的光学照片 (X100)。<主要图形标记的说明>1 基板2 母线(Busbar)电极3 指状电极(finger electrode)4 镀金层
具体实施例方式下面结合附图与实施例详细说明本发明。下面的说明是本发明的一个具体举例， 即是使用了断定的、限定的表现方式，不能因此限制权利要求书所定义的权利范围。为了尽量减少太阳光的遮蔽并提高效率，需要减少接触母线的指状电极的线宽并提高指状电极的纵横比，作为其实现方法，本发明人研究了利用胶版印刷方式形成太阳能电池电极图案的方法。但，利用现有的一般方法进行胶版印刷时，要求ΙΟΟμπι以内微细线宽的指状电极虽然可以得到所需要的微细线宽，但是印刷母线(Busbar)电极之类的较宽线宽时却无法顺利地完成布置工序。本发明人发现，作为可以顺利地完成布置Get) 工序的一个方法，如图加所示地把母线电极制作成具有微细空隙的网格形态母线电极时可以顺利地完成布置Get)工序，与此同时，还能实现所需要的指状电极的微细线宽。通过一般方法进行胶版印刷时难以在较宽的线宽进行布置Get)工序的理由之一为，刮平刀(Doctor Blade)如图5所示以水平方向进行刮平(Doctoring)作业时会发生刮刀从母线(2)弹跳的现象。为了解决所述刮刀弹跳问题而适用网格形态时，可以改善印刷适性 (printability)。但，印刷时导电膏层以网格状层叠，电极厚度不均勻，面电阻与线电阻值增加，烧成后硅晶片层与导电膏层的欧姆接触面积范围减少而降低了太阳能电池的单位电池(Cell)效率。因此，通过所述胶版印刷方式形成太阳能电池电极时，为了增加电极的纵横比并且提高太阳能电池的单位电池效率而需要进行至少2次胶版印刷后形成多层，从而大幅增加了制造成本。而且，即使印刷2次以上，也因为正面电极用金属层内金属粒子之间的空隙而无法大幅改善电极的线电阻。为了综合性地解决所述问题，本发明利用胶版印刷工序在基板上形成线宽较窄的导电性正面电极，将该基板浸渍到湿法镀金液进行镀金而得以在构成电极的金属电极内金属粒子之间的空隙填充镀金金属。其结果，不仅可以减少指状(Finger)电极的线电阻，还能在网格形态的母线电极中没有层叠导电膏的领域填充镀金金属而扩大母线电极的欧姆接触部位，再经过额外的热处理工序进行致密化而提高太阳能电池的单位电池效率。图1到图3是按照制作步骤图示的本发明一实施例的太阳能电池用基板的概略立体图及剖视图，该太阳能电池用基板包括形成于基板正面的多个母线电极及指状电极。如图所示，利用导电膏在基板⑴上胶版印刷而形成作为膏电极的母线(Busbar)电极⑵与指状电极⑶后(图2)，通过镀金形成镀金层(4)(图3)。作为膏电极的所述母线电极(2) 与指状电极( 可以在镀金前进行烧成过程，所述镀金层(4)可以在镀金后进行热处理。形成于所述基板的电极可以通过下述一方法例制作。亦即，一种在基板上制作母线电极及指状电极的太阳能电池用电极的制造方法，包括膏电极印刷步骤，在基板上使用导电膏以胶印(Offset)方法印刷母线电极及指状电极；电极镀金步骤，在所述电极印刷步骤后浸渍到湿法镀金液而把附加金属充填到膏电极的微细空隙内；及热处理步骤，在所述电极镀金步骤后进行热处理而形成欧姆接触。在所述膏电极印刷步骤与镀金步骤之间可以另外包含膏电极烧成步骤。适用于所述电极印刷的导电膏可以是本技术领域所周知的材料，在此不予限制。 主成分为银、铜、镍或铝等的膏使用较多，主要使用含银粉的银膏。具体地说，较佳地，银粉 60到85重量％、玻璃粉末3到20重量％、高分子粘结剂2到10重量％、稀释溶剂3到20 重量％及添加剂0. 1到5重量％所构成的银膏适合胶版印刷。所述导电膏的印刷方式包括网版印刷法、胶版印刷法、喷墨印刷法等方法。喷墨印刷法的印刷厚度低于5微米而在厚度调节上受到限制，而且，印刷用材料比较适合使用粘性低于50cPs的低粘度型材料，因此不适合印刷金属粉末含量为60%以上的高粘度型导电膏。网版印刷法虽然较常使用，所形成的电极线宽为100微米以上而较宽，作为太阳能电池用正面电极使用时会在光线照射时增加正面电极遮蔽比率(遮蔽率或blading Loss)，结果反而降低太阳能电池的单位电池效率。因此，本发明在所述太阳能电池用正面电极制造方法上使用了有别于所述网版印刷及喷墨印刷的胶版印刷方式。更佳地，为了防止印刷时母线从刮刀弹跳的现象，在胶版印刷方式使用图4所示针对胶版印刷适性而优化的网格形态母线电极图案。本发明所定义的网格形态包含一切具有微细空隙的图案，该网格的形状可以是矩形、三角形、六角形、圆形或其它随机形状或点 (Dot)形状等，可以包括各种形状。较佳地，可以利用导电膏以胶印方法只印刷一次太阳能电池用电极图案(但不能因此把本发明局限于一次印刷)，也可以同时印刷母线电极与指状电极。一次印刷时，由于印刷次数减少而使得工序较为简单，还能减少高价导电膏的使用量。但，在图6所示的网格形态母线图案中没有填充导电膏的领域会使得母线图案的面电阻及线电阻增加，烧成后与硅晶片层的欧姆接触没有完全形成而降低太阳能电池的单位电池效率，但本发明准备了可以解决该问题而得到性能优异的电极的特别手段，该手段将在后面予以说明。更佳地，在所述膏电极印刷步骤后另外包括电极烧成步骤。在膏形成过程中进行烧成而消除高分子粘结剂及溶剂之类的绝缘性材料，从而得以提高电气特性。虽然没有限制烧成条件，较佳地，在600到900°C的温度烧成数秒钟到数小时。然后，通过镀金工序在导电膏电极上形成附加金属镀金层。通过镀金工序在导电膏电极上形成附加金属镀金层时，如图7所示在网格形态的母线图案的导电膏没有层叠的领域上填充镀金金属，由于金属粉末粒径为1微米以上的导电膏电极在金属粒子之间存在着很多空隙，所述空隙被致密的镀金金属所填充而显著地减少电极的面电阻与线电阻。而且，适用所述附加湿法金属镀金工序时，不必为了提高太阳能电池的单位电池效率而针对导电膏进行2次以上的多层胶版印刷，因此可以节省该增加的印刷次数所消耗的高价导电膏使用量。本发明对所述镀金工序的种类不予限制，但以湿法金属镀金较佳。湿法金属镀金工序可以粗分为非电解方式与电解方式。非电解方式主要是为了对非导体表面赋予导电性而使用的方法，在金属盐与可溶性还原剂共存的溶液中由于还原剂的氧化反应而使得电子被释放，该电子让金属离子还原而得以对金属进行镀金，一般来说，是一种在催化剂表面上通过金属离子的选择性还原反应或镀金层金属本身的催化作用而进行镀金的镀金方式。电解镀金是一种普遍使用的方法，被镀物必须是导体表面，在该导体表面利用外部电源在阴极表面上镀上金属。在本发明的较佳实施例中，需要镀金的被镀物是由导电膏构成的电极，可以使用非电解镀金方式或电解镀金方式，因此在导电膏上镀附加金属的方法可以包括非电解镀金方式、或电解镀金方式、或兼用两种镀金方式。而且，在本发明的实施例中，所述湿法金属镀金工序的镀金金属可以使用比电阻值较低的金属，虽然本发明没有予以限制，但可以在银、金、铜、镍、锡等所构成的群中选择至少一种以上。
7
较佳地，在本发明的一较佳实施例中，在所述电极镀金步骤后进行热处理而形成欧姆接触。虽然没有限制热处理条件，但在400到700度的温度范围对镀金金属进行数秒钟到数小时的热处理较佳。所述热处理与镀金金属的致密化有关。热处理温度低于400度时，空隙内金属粒子的致密化不够而依然会存在空隙；超过700 ￡时，导电膏的p-n结部分被贯穿而发生较多漏电，进而降低单位电池效率。按照所述方法制造电极时，可以使指状电极的纵横比(高度/线宽)在0.2到0.6 范围内，另外，所述指状电极的线宽可以制成30 μ m到100 μ m范围内的微细线宽，高度则在 5μπι至Ij 20 μ m范围内。而且，与胶版印刷后不进行镀金的太阳能电池电极相比，使用进行镀金的太阳能电池电极的太阳能电池在效率上可以急剧地增加到2倍以上，使用了以本发明制造方法制成的太阳能电池用电极的太阳能电池，即使适用了胶版印刷方法，单位电池效率(Eff)为 10%以上，填充因子(FF)为50%以上，串联电阻(Rser)为0.02 Ω以下，其结构表现出非常优异的电气特性。<实施例>下面结合实施例详细说明本发明。但，下述实施例仅为本发明之举例，下述实施例不能限定本发明的内容。实施例1首先，使用胶印(Offset)用膏组成物(银粉末68%、玻璃料17%、粘结剂10%、 稀释溶剂3%、分散剂及其它2%)进行凹版(gravure)胶版印刷。利用初始凹版辊的刮刀压力与角度检查刮平(Doctoring)状态，通过转引滚筒(Blanket Roll)的离夹(Off nip) 与置夹(Setnip)调节而把脱离(off)压力与布置(set)压力调整到最佳状态。在所述凹版辊与刮刀之间填入20g的膏后，以7rpm左右的转速进行刮平(Doctoring)。刮平3次以上后，在转引滚筒的橡胶上以7rpm的速度让膏off，然后驱使转引滚筒旋转一圈。在转引滚筒旋转一圈的过程中，被橡胶充分吸收的膏以7rpm的速度进行set。按照所述方式把真空固定在印刷板上的5"晶片上印刷了一次导电膏。让印刷的基板干燥后，在红外线炉以 190rpm的速度在800°C左右的温度下进行烧成20秒钟。然后，在作为背面电极的铝电极层上连接用于电解镀金用途的通电流部，为了防止镀金液浸入而把通电部以外的背面电极整体予以遮蔽(Masking)后进行湿法金属镀金。作为湿法金属镀金工序而进行了电解镀银， 银金属盐方面，在氰化银钾25g/l、金属络盐用氰化钾75g/l、为了电解镀金时的导电度与电积(Electro Deposition)均勻性而使用的碳酸钾30g/l、为了镀金膜的致密度及光泽而使用的添加剂Argalux64 (Atotec Korea制)4g/l所构成的电解银镀浴中浸渍，阳极使用银板，通电流后在镀浴温度25度、电流密度1. 0A/dm2、镀金时间10分钟的条件下进行银镀层成膜作业。然后在摄氏550度的温度对所述镀金的晶片进行热处理10分钟后制成太阳能电池用电极。然后，放进I-V试验机(PASAN制，CT801)里测量单位电池(Cell)效率、填充因子、Voc、I sc、串联电阻及分流电阻后列在表1。为了评估太阳能电池的单位电池(Cell)而使用I-V试验机进行测量，主要的测量因子是开放电压(Voc)、短路电流(Isc)、填充因子(FF)、单位电池效率(％)、串联电阻 (Rser)、并联电阻(Rsh)。此时，Voc表示在一定温度与日照强度下没有连接负荷的开放状态下施加在单位电池两端的电压，Isc表示在一定温度与日照强度下以短路状态从单位电池输出的电流。FF与单位电池效率有关，单位电池效率是一种尺度因子，可以判断单位电池以从太阳入射的太阳能[Watt]为基准所能转换的能量[Watt]。填充因子为100%时，在I-V 弯曲部分(Curve)形成完全矩形形态，仅仅Isc与Voc的值相乘而得到理想电力(Pmax)， 但，实际上却因为所述单位电池内部的串联电阻与并联电阻而降低填充因子，从而难以得到足够的Pmax。在降低填充因子的因素中以所述串联电阻部分最为重要，串联电阻通常对 Isc造成较大影响。串联电阻由基板电阻、硅与正面电极的接触电阻、发射极电阻、电极金属本身的电阻之和所构成。一般来说，单位电池效率在串联电阻值低、填充因子高的情形下具有较高值。实施例2除了在所述实施例1的湿法金属镀金工序中进行了电解镀铜与非电解镀银以外， 其它步骤与实施例1相同。此时，电解镀铜在金属盐方面，在硫酸铜220g/l、硫酸60ml/l所构成的电解铜镀浴中浸渍，阳极使用铜板，通电流后在镀浴温度25度、电流密度0. 5A/dm2、 镀金时间10分钟的条件下进行电解镀铜层成膜作业。然后，在所述实施例1中使用的银镀浴中浸渍，在不通电流的情形下通过铜镀金层与银镀浴的金属离子化倾向差异而进行置换镀金方式的原理浸渍5分钟而最终完成了非电解银镀金层的成膜作业。比较例1按照和所述实施例1相同的方式对导电膏进行一次胶版印刷并烧成后，在不进行湿法金属镀金工序的情形下置于I-V试验机(PASAN制，CT801)后测量单位电池效率、填充因子、V0C、IsC、串联电阻及分流电阻。表1
权利要求
1.一种太阳能电池用基板，包括形成于基板正面的多个母线电极及指状电极，其特征在于所述母线电极及指状电极利用导电膏进行胶版印刷后镀金制成。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用基板，其特征在于 所述母线电极被胶版印刷成具有微细空隙的网格状。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池用基板，其特征在于 所述胶版印刷仅执行一次，同时印刷母线电极与指状电极。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池用基板，其特征在于 在所述胶版印刷后烧成，然后进行所述镀金。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池用基板，其特征在于 在所述镀金后对镀金金属进行热处理。
6.根据权利要求1到权利要求5之任何一项所述的太阳能电池用基板，其特征在于 所述指状电极的纵横比(高度/线宽)在0.2到0.6范围内。
7.根据权利要求1到权利要求5之任何一项所述的太阳能电池用基板，其特征在于 所述指状电极的线宽在30 μ m到100 μ m范围内，高度在5 μ m至Ij 20 μ m范围内。
8.一种太阳能电池，使用权利要求1到权利要求5之任何一项所述的太阳能电池用基板制成，其特征在于其效率与使用下列太阳能电池用基板的太阳能电池相比为2倍以上，该太阳能电池用基板是在所述胶版印刷后不进行镀金的情形下形成电极而制成。
9.一种太阳能电池用电极的制造方法，在基板上制作母线电极及指状电极，包括 膏电极印刷步骤，在基板上使用导电膏以胶印(Offset)方法印刷母线电极及指状电极；电极镀金步骤，在所述电极印刷步骤后浸渍到湿法镀金液而把附加金属充填到膏电极的微细空隙内；及热处理步骤，在所述电极镀金步骤后进行热处理而形成欧姆接触。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池用电极的制造方法，其特征在于 在所述膏电极印刷步骤后，另外包括电极烧成步骤。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池用电极的制造方法，其特征在于 所述母线电极被胶版印刷成具有微细空隙的网格状。
12.—种太阳能电池，具备了太阳能电池电极，该太阳能电池电极使用权利要求9到权利要求11之任何一项所述的太阳能电池用电极的制造方法制成，其特征在于单位电池效率(Eff)为10%以上，填充因子(FF)为50%以上，串联电阻(Rser)为 0.02 Ω以下。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池用电极的制造方法、利用该方法制造的太阳能电池用基板及太阳能电池，利用胶版印刷方式形成特定图案的电极，通过镀金工序镀金，在母线(Busbar)电极的没有填充金属的领域填充镀金金属而减少母线(Busbar)的面电阻，通过胶版印刷工序与湿法金属镀金工序的组合而让指状电极线宽在100微米(Micron)以内，电极的纵横比在0.2到0.6而减少光线遮蔽率并提高太阳能电池的单位电池效率，不必进行多层胶版印刷，因此可以节省该增加的印刷次数所消耗的高价导电膏使用量。
文档编号H01L31/042GK102217088SQ200980146120
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者康基伦, 李受珍, 李大成, 郑贤珉 申请人:Sscp株式会社