利用印刷技術製作改良矽晶太陽電池之金屬電極的技術發展

 

刊登日期:2015/5/5
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金字塔表面織紋網版印刷之接觸電極
將矽單晶以氫氧化鉀(KOH)、異丙醇( Isopropanol; IPA )、矽酸鉀( K2SiO3 )等三種溶液蝕刻,蝕刻出三種高度的金字塔結構:A < 5 μm、B < 6 μm、C < 8 μm,控制表面金字塔高度參數是溫度和氫氧化鉀濃度,製程時間約 20分鐘,並確保所有的溶液皆覆蓋於矽表面上,而內部的磷會隨著化學邊緣隔離和回蝕刻去擴散。經過表面粗糙後可分為三個組別,每組都有相似的平均開路電壓(Voc)以及短路電流密度(Jsc),且具有較高的填充因子(FF)( <79.4% )。平均接觸電阻( ρc )主要由 Ag網版印刷傳輸長度量測和端點量測所獲得,表一為平均接觸電阻的變化,其為主要影響填充因子的因素。圖一為 A、B、C組表面結構的 SEM圖,表面金字塔粗糙的平均高度約為 ±0.2 μm。

低溫噴塗法製作銅電極
使用低溫噴塗法將所需的粒子注入到超音速發射氣體的噴嘴中,再提供足夠的能量讓所填充的粒子能鍵結在基板上,為了順利鍵結,粒子尺寸的大小相對重要,而粒子越大,鍵結時間也越短。低溫噴塗法的作用氣體也相對簡單,可以直接使用空氣或是較輕的氮氣或氦氣,因為不需要高溫去融化粒子,因此這種方法只適合與氧敏感的材料,如銅或是鈦。低溫噴塗法的另一種特性就是孔洞相對較少,可減少接觸電阻的產生,也可以製作出很薄的導線。


圖二、經過 HNO3 蝕刻後之金字塔有較明顯的高度差


圖五、銅線寬度 150 μm的電阻率量測圖

電液動噴流法製作雙峰分散式銀電極
傳統的銀膏印刷法呈現為非接觸式矽晶太陽電池,這會造成比較低的電池效率,因為它有高的體積收縮力及較低的堆積密度,因此這裡開發出雙峰分散式銀電極的矽晶太陽電池來改善。用此方式的太陽電池電極厚度可從 350 μm縮減到目前的 51~60 μm,然後由銀的粒徑大小來控制空隙比來改善效率。若銀粒子大,在銀電極與射極面會有比較差的接觸面,而用這種非接觸的網印主要是因製作簡單且不需要背電極,因此效率可達 16.7%。而電液動噴流法可以直接印出電極且可擁有比較低的單位線電阻,因此有很大的發展潛力。

電液動噴流法可以直接印出導電線電極,還可以擁有比較低的單位線電阻,使用這種方式所製作出來的銀奈米電極,發現使用極小的銀奈米粒子會有一個效應,是在銀電極與太陽電池的射極層會有大的空隙比,高達 107.87 vol%,這在加熱時有很大的應力與收縮壓力的不同,因此會讓兩者間無法接合,相較之下用小的極大的銀粒子(微米等級)就不會有較大的空隙比。圖七 SEM 圖顯示以 20 wt% 所做出之銀奈米電極的接合效果最好。其電極做接觸電阻與線電阻的量測,這是構成串聯電阻的兩大重要因素。由圖八得知在20 wt%所得到的電阻是最好的,我們也對玻璃粉末做一樣的量測,測出在重量比為 11 wt% 時有最低的接觸電阻……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:陳隆建、林文瑋、李冠霖 / 國立臺北科技大學
★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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