矽晶太陽電池極細電極印刷模板精密金屬蝕刻製作技術

刊登日期:2015/5/5
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高精細太陽能電極網印用網版
矽晶太陽電池的製造流程從矽片放置到印刷臺上開始,將非常精細的網版固定在網框上,放置在矽晶片上方,網版上網孔封閉了除柵格線以外的其他區域,以便導電漿料能夠通過。矽晶片和網版的距離(稱為印刷間隙或網距)要嚴格地控制。由於正面需要更加纖細的金屬線,因此用於正面印刷的網版其網格通常比用於背面印刷的要細小得多。把適量的漿料放置於絲網之上,用刮刀塗抹漿料,使其均勻填充於網孔之中,刮刀在移動的過程中把漿料通過網版網孔擠壓到矽晶片上。這一過程的溫度、壓力、速度和其他變數都必須嚴格控制。每次印刷完成後,矽晶片被放入烘乾爐,使導電漿料凝固。接著,矽片被送入另一個不同的印刷機,在其正面或背面印製更多的線路。所有印刷步驟完成後,將矽片放入高溫爐裡燒結。為了提高太陽電池的轉換率,儘量降低銀導線對於電池板的遮擋,絲網版上柵格線的寬度應該儘量窄,而柵格線太細可能會造成導電銀漿的厚度太薄,甚至可能斷裂。因此,絲網版上的柵格線寬一般在 80~120 μm之間。

蝕刻技術製作高精細太陽能電極網印用網版
網版印刷所應用的領域相當廣,但不論是傳統產業還是高科技,影響網印品質的變數大致相同。一般而言,在電子及工業領域等印刷精度要求較高的場合,印刷準則為①保持圖案尺寸與位置的精確度;②控制印刷的下墨量與油墨厚度;③每次印刷油墨厚度的重現精度;④圖案邊緣的銳利度與清晰度。

1. 光罩的製作和複製
光罩的準備是金屬網罩製程之前置工程。利用 CAD 處理加入了補償值的光罩繪圖數據後,以自動之雷射繪圖機把光罩繪在塗有乳膠劑之感光底片(玻璃或膠片)上,然後用顯像液處理,得到光罩母稿( Master ),或是以塗有光阻劑之氧化鐵/玻璃或鉻膜/玻璃用雷射繪圖機繪成,經顯像和蝕刻後得到光罩之母稿。利用母稿之正片,經複製成工作底板之負片,用在生產線上,目前的高解析度雷射繪圖機可以繪製尺寸及位置精度極高之光罩,使用在網罩之製程。要製造出網孔分布均勻的金屬網罩,其製程中所需要的光罩圖案( Pattern )分布也要非常均勻,因此光罩技術在金屬網罩的生產流程中也顯得格外重要。

3. 曝光
塗佈了光阻的板片,在工作底片(光罩)的真空密著下作曝光,依光阻的特性選定合適的曝光條件。液態正型光阻這一類的光阻液之塗膜要用高能量的光源曝光(例如 8 kw),時間在 2分鐘以上。曝光的機器必須用平行曝光機來進行,曝光時要注意的是上下光罩的對正( Alignment),光線要垂直板面,曝光量要適當。前兩項是機器的功能,而曝光量可由步格來測定。曝光時因為沒有對正,會引起尺寸及形狀、位置與精度之不符,而成為不良品。光的平行度偏差及偏離垂直線之角度,可以引起程度不一之“光側蝕”( Light Undercut ),會造成顯像時光阻膜之側蝕,使解析度變差,無法達到精細的地步。光側蝕量=(光阻厚度,t)× Tan (a+b)。光側蝕量之大小影響曝光時之尺寸精度,乃至於蝕刻之尺寸精度。

5. 蝕刻
蝕刻是在耐蝕膜圖型之保護下,將底材之金屬用化學藥液溶解移除,以達到預定之形狀尺寸和精度。通常蝕刻成品的形狀特性是以剖面圖之檢視來作描述,利用不同的光阻施用方式及曝光顯像程序獲得單面或雙面之保護性耐蝕膜,可以得到不同之剖面上之邊緣輪廓( Edge Profile ),而蝕刻是完成元件之邊緣輪廓的重要步驟……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


圖五、蝕刻後大小孔開孔之光學顯微鏡觀察圖


圖六、兩段式蝕刻製程示意圖

作者:林柏維、陳興華 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」341期,更多資料請見下方附檔。


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