专利名称：太阳能电池电极及其制程的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池电极及其制程。
背景技术：
使用太阳能电池来获得能源，相较于其他的能源，例如石化能源、核能、水利等，是目前认为较环保的方式。尤其是在原油的价格持续飙高的时候，更显得太阳能发电的许多优点。再者，原油总有用尽的一天，而太阳能发电，相对于原油而言是取之不尽，用之不竭的能源。因此目前各国政府，研究单位与许多的私人企业都将许多的研究资源投入在太阳能产业上。太阳能电池是一种可以将能量转换的光电元件，其基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。半导体最基本的材料是「硅或锗或是两种元素以上的化合物如砷化镓等」，它是不导电的，但如果在半导体中掺入不同的杂质，就可以做成P型与N型半导体，再利用η-型和ρ-型半导体接触，形成ρ-η接面(junction)。在接面附近，电子会从浓度高的η型区扩散至浓度低的ρ型区，而相对地，空穴会从浓度高的ρ型区扩散至浓度低的η型区。如此一来，在接面附近的区域，其电中性便会被打破。η-型区在接面附近会有施体正离子裸露而产生正电荷区，而P型区在接面附近会有受体负离子裸露而产生负电荷区。η型区正电荷区和P-型区负电荷区就总称为空间电荷区(space charge region)。因为施体正离子和受体负离子都是固定于晶格中，因此η-型区正电荷区和ρ型区负电荷区就会形成一个内建(built-in)电场，这空间电荷区的内建电场其方向是从η-型区指向ρ型区。如果入射光子在空间电荷区被吸收产生电子-空穴对，电子会因为内建电场的影响而向η型区漂移(drift)，而相对地，空穴会因为内建电场的影响而向ρ-型区漂移。也就是说，入射光子在空间电荷区被吸收产生电子和空穴，因为内建电场的影响而产生从η型区向ρ型区的漂移电流，就是所谓的光电流(photocurrent)。太阳能电池中的光电流，其流向是从n_型区向P-型区，这对Ρ-η 二极体而言，这刚好是反向偏压(reverse bias)的电流方向。太阳能电池中，ρ-η接面区的空间电荷区的内建电场的功用就是使入射光子被吸收产生电子-空穴对在复合(recombination)前被分开，而产生光电流。光电流再经由p_n 二极体的金属接触(metal contact)传输至负载，这也就是太阳能电池的基本工作原理。
发明内容
鉴于上述的发明背景中，为了符合产业利益的需求，本发明提供一种太阳能电池电极及其制程，其可以避免用于电连接太阳能电池电极与导电元件的锡渗透至太阳能电池的接触电极。据此，本发明揭露一种太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件， 其包含一阻障层(barrier layer)，位于一接触电极(contact electrode)上，以避免连接结构垂直(substantially vertically)渗透至接触电极及半导体内。根据本发明的一个实施方式，更可包含位于该阻障层与该接触电极之间的一母线。根据本发明的一个实施方式，还可包含位于该连接结构与该阻障层之间的一母线。本发明亦提供一种太阳能电池，其所包含的太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件，其包含一阻障层(barrier layer)，位于一接触电极(contact electrode)上，其中该导电元件包含指插式结构或可挠式片状结构。本发明揭露另一种太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件，其包含一具有至少一孔洞(opening)的介电(dielectric)结构，位于一接触电极上，其中连接结构配置于这些孔洞内，以避免水平(substantially horizontally)渗透至接触电极。
根据本发明的一个实施方式，更包含一阻障层，位于所述孔洞内，并配置于该连接结构与该接触电极之间。根据本发明的一个实施方式，更包含位于该连接结构与该阻障层之间的一母线。根据本发明的一个实施方式，更包含位于该阻障层与该接触电极之间的一母线， 其中该母线位于所述孔洞内的该接触电极上，或是该介电结构与所述孔洞内的该阻障层皆位于该母线上。本发明亦提供一种太阳能电池，其所包含的太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件，其包含一具有至少一孔洞(opening)的介电(dielectric)结构，位于一接触电极上，其中连接结构配置于这些孔洞内，其中的该导电元件包含指插式结构或可挠式片状结构。另外，本发明揭露一种太阳能电池电极的制程，包含下列步骤形成一介电结构于一接触电极上；以及形成至少一孔洞于介电结构，其中电性连接太阳能电池电极与一导电元件的一连接结构配置于这些孔洞内。根据本发明的一个实施方式，所述孔洞形成之后，更包含下列步骤形成一阻障层于所述孔洞内的该接触电极上，其中该阻障层包含下列群组之一或其组合钛、铜、钨、钼。根据本发明的一个实施方式，于形成该介电结构之前或于形成该阻障层之前，更包含下列步骤形成一母线于该接触电极上，其中该母线包含下列群组之一或其组合金、 银。根据本发明的一个实施方式，于形成该阻障层之后，更包含下列步骤藉由所述孔洞定位该连接结构的形成位置后，形成该连接结构于该阻障层上，其中该连接结构包含下列群组之一或其组合锡、铝；以及藉由表面粘着技术回焊该导电元件与该连接结构，使该导电元件电性连接至该太阳能电池电极。根据本发明的一个实施方式，于形成该连接结构之前，更包含下列步骤形成一母线于所述孔洞内的该连接结构与该阻障层之间，其中所述孔洞内的该母线包含下列群组之一或其组合金、银，其中所述孔洞藉由微影蚀刻所形成，并于形成所述孔洞之后、形成该阻障层之后、形成该阻障层上的母线之后、或形成该连接结构之后，移除该微影制程的光阻材料。本发明亦提供一种太阳能电池，其所包含的太阳能电池电极的制程包含下列步骤形成一介电结构于一接触电极上；以及形成至少一孔洞于介电结构，其中电性连接太阳能电池电极与一导电元件的一连接结构配置于这些孔洞内。其中该介电结构包含下列群组之一或其组合二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氮化硅；该导电元件包含指插式结构或可挠式片状结构；该导电元件包含下列群组之一或其组合镍、银、铝、铜、钯；以及该接触电极包含下列群组之一或其组合镍、银、铝、铜、钯。通过上述结构，本发明的优点在于相较于传统太阳能电池电极的球格式封装 (Ball Grid Array, BGA)结构、凸块阵列(Bump)结构、指插式(clip)导电结构，本发明的太阳能电池电极中，介电结构中的孔洞可更有效定位锡膏，使锡膏更加均勻分布，并可藉由介电结构与阻障层包覆于孔洞中，避免渗透至太阳能电池的接触电极或半导体结构，进而避免降低太阳能电池的效能。
图1与图2为本发明提出的太阳能电池电极的结构示意图；图3与图4为本发明提出的太阳能电池电极的制作流程图；以及图5为本发明提出的太阳能电池电极电性连接至一导电元件的制作流程图。
具体实施例方式本发明在此所探讨的方向为一种太阳能电池电极及其制程。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于太阳能电池电极及其制程的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其他的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以专利范围为准。本发明提供一种太阳能电池电极的制程。首先，形成一介电(dielectric)结构于一接触电极(contact electrode)上。随后，形成至少一孔洞(opening)于介电结构。于这些孔洞形成之后，形成一阻障层(barrier layer)于这些孔洞内的接触电极上。于形成介电结构之前，可先形成一母线(busbar)于接触电极上，其中介电结构与这些孔洞内的阻障层皆位于母线上，或是于形成阻障层之前，先形成母线于这些孔洞内的接触电极上，其中这些孔洞内的阻障层位于母线上。于形成阻障层之后，可再形成另一母线于这些孔洞内的阻障层上，以构成太阳能电池的一种电极结构。上述的接触电极包含下列群组之一或其组合镍(Ni)、银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、 钯(Pd)，并且阻障层包含下列群组之一或其组合钛(Ti)、铜(Cu)、钨(W)、钼(Mo)。上述的母线包含下列群组之一或其组合金(Au)、银(Ag)，并且上述的二母线可为相同或不同材质所组成。上述的介电结构包含下列群组之一或其组合二氧化硅(SiO2)、二氧化钛 (TiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiNx)。于形成阻障层上的母线之后，可藉由这些孔洞定位一连接结构的形成位置，以形成连接结构于阻障层上的母线上，其中连接结构可包含下列群组之一或其组合锡(Sn)、 铝(Al)。随后，再藉由表面粘着技术(SMT, Surface Mount Technology)回焊(reflow)导电元件与连接结构，使导电元件电性连接至太阳能电池电极。导电元件包含指插式(clip) 结构或可挠式(flexible)片状结构，并且导电元件包含下列群组之一或其组合镍(Ni)、 银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、钯(Pd)。
根据上述制程，本发明提供另一种太阳能电池电极制程的实施例。首先，形成一介电结构于一接触电极上。随后，形成至少一孔洞于介电结构。于这些孔洞形成之后，形成一母线于这些孔洞内的接触电极上。接着，于孔洞内，再形成一阻障层于上述的母线上，以构成太阳能电池的另一种电极结构。形成阻障层于母线上之后，可藉由这些孔洞定位一连接结构的形成位置，以形成连接结构于阻障层上。随后，再藉由表面粘着技术回焊导电元件与连接结构，使导电元件电性连接至太阳能电池电极。根据上述制程，本发明提供又一种太阳能电池电极制程的实施例。首先，形成一母线于一接触电极上。随后，形成一介电结构于母线上，再于介电结构上形成至少一孔洞。接着，再形成一阻障层于这些孔洞内的母线上，以构成太阳能电池的又一种电极结构。形成阻障层于母线上之后，可藉由这些孔洞定位一连接结构的形成位置，以形成连接结构于阻障层上。随后，再藉由表面粘着技术回焊导电元件与连接结构，使导电元件电性连接至太阳能电池电极。根据上述制程，本发明提供再一种太阳能电池电极的制程。首先，形成一介电结构于一接触电极上。随后，形成至少一孔洞于介电结构。于这些孔洞形成的后，形成一阻障层于这些孔洞内的接触电极上。于形成阻障层之后，再形成一母线于这些孔洞内的阻障层上， 以构成太阳能电池的再一种电极结构。于形成阻障层上的母线之后，可藉由这些孔洞定位一连接结构的形成位置，以形成连接结构于阻障层上的母线上。随后，再藉由表面粘着技术回焊导电元件与连接结构，使导电元件电性连接至太阳能电池电极。上述的孔洞可藉由微影蚀刻(photolithography/etching)所形成，并于形成这些孔洞之后、形成阻障层之后、形成阻障层上的母线之后、或形成连接结构之后，移除 (strip)微影制程的光阻材料(photoresist)。上述的连接结构位于介电结构的孔洞内，以避免水平渗透至接触电极，并且藉由阻障层的阻隔，以避免垂直渗透至接触电极。据此，本发明揭露的太阳能电池电极，与包含此一电极的太阳能电池即可根据上述各种制程制作完成，并且习知相关技术者皆可轻易推知，上述的太阳能电池更可包含二或多个本发明揭露的太阳能电池电极，不仅以一个为限。根据上述制程，本发明提供一种太阳能电池电极，其藉由一连接结构电性连接至一导电元件。此一太阳能电池电极包含一阻障层，位于一接触电极上，避免连接结构垂直渗透至接触电极。上述的太阳能电池电极更包含一母线位于阻障层与接触电极之间，或是位于连接结构与阻障层之间。当然，此一太阳能电池电极亦可包含二母线分别位于阻障层与接触电极之间，以及连接结构与阻障层之间。本发明亦提供另一种太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件， 其包含一具有至少一孔洞的介电结构，位于一接触电极上，其中连接结构配置于这些孔洞内，以避免水平渗透至接触电极。上述的太阳能电池电极更包含一阻障层，位于这些孔洞内，并配置于连接结构与接触电极之间，避免连接结构垂直渗透至接触电极。同上所述，太阳能电池电极更包含一母线位于阻障层与接触电极之间，或是位于连接结构与阻障层之间。若上述的母线位于阻障层与接触电极之间，其可位于这些孔洞内的接触电极上，或是介电结构与这些孔洞内的阻障层皆位于此一母线上。上述的太阳能电池电极亦可包含二母线分别位于阻障层与接触电极之间，以及连接结构与阻障层之间。上述二种太阳能电极皆可应用于太阳能电池之中，避免连接结构渗透至接触电极与太阳能电池的半导体结构，并且上述的导电元件可包含指插式结构或可挠式片状结构。接下来，请参阅图式详细解释本发明的内容，技术特征，与各种的实施方式。图1显示本发明的一较佳实施例，其显示一种太阳能电池电极。此一太阳能电池电极配置于一光伏电池100上，并包含一接触电极110、一介电结构120、一阻障层130，以及二母线140、142，其中介电结构120具有至少一孔洞122。接触电极110位于母线140与光伏电池100之间，并且介电结构120位于母线140上。在上述的孔洞122内，阻障层130位于二母线140、142之间。再者，上述的太阳能电池电极藉由一连接结构150电性连接至一导电元件。此一导电元件可为图1所示的可挠式片状结构160，亦可为图2所示的指插式结构 162。图3与图4显示本发明的另一较佳实施例，其为一种太阳能电池电极的制作流程图。首先，如步骤210，形成一母线140于一接触电极110上，其中接触电极110位于一光伏电池100上。随后，如步骤220，形成一介电结构120于母线140上。接着，如步骤230， 形成一光阻材料170于介电结构120上之后，再藉由微影蚀刻形成至少一孔洞122于介电结构120。之后，如步骤M0，在孔洞122中形成一阻障层130于母线140上。然后，如步骤 250，在孔洞122中形成另一母线142于阻障层130上。最后，如步骤沈0，移除光阻材料170 后，即可形成上述的太阳能电池电极。请参阅图5，其为上述的太阳能电池电极电性连接至一导电元件的制作流程图。如步骤270，藉由孔洞122定位一连接结构150的形成位置，以将连接结构150形成于孔洞122 的母线142上。如步骤观0，藉由表面粘着技术回焊导电元件与连接结构150，以与外部元件构成一回路，进而发电产能，其中此一导电元件可为图5所示的可挠式片状结构160，亦可为图2所示的指插式结构162。在上述的实施例中，母线140、142为银，并且连接结构150 为锡膏(solder paste)。相较于传统太阳能电池电极的球格式封装(Ball Grid Array, BGA)结构、凸块阵列(Bump)结构、指插式(clip)导电结构，本发明提供的孔洞更可有效定位锡膏，使锡膏更加均勻分布，并可藉由介电结构与阻障层包覆于孔洞中，避免渗透至太阳能电池的接触电极或半导体结构，进而避免降低太阳能电池的效能。本发明，可以是上述的各种图示与各种实施例可能的搭配与组合，任何的搭配与组合应当视为本发明的各种实施例。在此不复赘言一一介绍各种的组合。显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其他的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。
权利要求
1.一种太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件，其特征在于，其包含一阻障层，所述阻障层位于一接触电极上。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池电极，其特征在于，更包含一母线，位于该阻障层与该接触电极之间。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池电极，其特征在于，更包含一母线，位于该连接结构与该阻障层之间。
4.一种太阳能电池，包含如权利要求1所述的太阳能电池电极，其特征在于，该导电元件包含指插式结构或可挠式片状结构。
5.一种太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件，其包含一具有至少一孔洞的介电结构，位于一接触电极上，其中该连接结构配置于所述孔洞内。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池电极，其特征在于，更包含一阻障层，位于所述孔洞内，并配置于该连接结构与该接触电极之间。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池电极，其特征在于，更包含一母线，位于该连接结构与该阻障层之间。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池电极，其特征在于，更包含一母线，位于该阻障层与该接触电极之间，其中该母线位于所述孔洞内的该接触电极上，或是该介电结构与所述孔洞内的该阻障层皆位于该母线上。
9.一种太阳能电池，包含如权利要求5项所述的太阳能电池电极，其中该导电元件包含指插式结构或可挠式片状结构。
10.一种太阳能电池电极的制程，其特征在于，包含下列步骤形成一介电结构于一接触电极上；以及形成至少一孔洞于该介电结构，其中电性连接该太阳能电池电极与一导电元件的一连接结构配置于所述孔洞内。
11.根据权利要求10所述的太阳能电池电极的制程，其特征在于，所述孔洞形成之后， 更包含下列步骤形成一阻障层于所述孔洞内的该接触电极上，其中该阻障层包含下列群组之一或其组合钛、铜、钨、钼。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池电极的制程，其特征在于，于形成该介电结构之前或于形成该阻障层之前，更包含下列步骤形成一母线于该接触电极上，其中该母线包含下列群组之一或其组合金、银。
13.根据权利要求11所述的太阳能电池电极的制程，其特征在于，于形成该阻障层之后，更包含下列步骤藉由所述孔洞定位该连接结构的形成位置后，形成该连接结构于该阻障层上，其中该连接结构包含下列群组之一或其组合锡、铝；以及藉由表面粘着技术回焊该导电元件与该连接结构，使该导电元件电性连接至该太阳能电池电极。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池电极的制程，其特征在于，于形成该连接结构之前，更包含下列步骤形成一母线于所述孔洞内的该连接结构与该阻障层之间，其中所述孔洞内的该母线包含下列群组之一或其组合金、银，其中所述孔洞藉由微影蚀刻所形成，并于形成所述孔洞之后、形成该阻障层之后、形成该阻障层上的母线之后、或形成该连接结构之后，移除该微影制程的光阻材料。
15. 一种太阳能电池，包含如权利要求10所制作的电极，其中该介电结构包含下列群组之一或其组合二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氮化硅；该导电元件包含指插式结构或可挠式片状结构；该导电元件包含下列群组之一或其组合镍、银、铝、铜、钯；以及该接触电极包含下列群组之一或其组合镍、银、铝、铜、钯。
全文摘要
本发明提供一种太阳能电池电极，藉由一连接结构电性连接至一导电元件，其包含一具有至少一孔洞的介电结构，位于一接触电极上，其中连接结构配置于这些孔洞内，以避免水平渗透至接触电极。
文档编号H01L31/042GK102347380SQ20101024674
公开日2012年2月8日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者刘台徽 申请人:太聚能源股份有限公司