低成本、高效率矽晶太陽電池電極技術發展

刊登日期:2015/9/5
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現今,百分之九十以上的矽晶太陽電池電極都採用網印製程,但此製程有幾項缺點:①破片率偏高,刮刀施加的壓力可能造成晶片的破損,特別是小於 180μm的薄晶片﹔②材料成本高,主要是目前正面電極都使用銀膠材料﹔③細線化不易,目前一些新的技術,包括電鑄網、複合網等,似乎不容易達到線寬30 μm以下及高寬比40%以上的目標。因此,本文將對一些有潛力的細線化技術與電極材料做一介紹。

雷射轉印技術
雷射轉印技術應用於結晶矽太陽電池,最初是由德國Schmid公司提出,目的是希望藉由非接觸式製程、易修改圖案、無網版(直接在電腦上輸入圖檔,由電腦控制掃描裝置製作圖案,不需透過張網、曝光、顯影等網版製作過程)等優點,取代傳統網印製程,其系統設計如圖一所示。導電膠經由油墨站轉印至塑膠基材,再由傳導滾輪將塑膠基材與導電膠順時針方向傳送至雷射光源下方位置,以雷射照射膠料,使之因吸收高的能量產生剝離而轉印至矽基板上,矽基板下方的承載系統會隨轉印所需厚度與圖案間距,移動基板位置而完成所需電極,利用這樣的系統可達到寬度~60 μm的金屬線。

圖二、Utilight的雷射圖案轉印示
圖二、Utilight的雷射圖案轉印示


點膠技術
點膠技術應用已相當廣泛,舉凡於IC電路、電路板、LCD液晶、繼電器、LED燈、光學鏡頭、機械部件密封等均有其應用實績,而材料的選擇也很多樣,依不同用途的各種溶劑、黏合劑、油墨、導電膠等,有黏滯性的液狀材料(膠體),都有可能適用。

最近德國的FISE基於細線化、製程速度及成本考量,提出新的技術構想,並與工業夥伴默克、賀利氏以及網印設備廠商ASYS合作,希望開發新的點膠設備用於太陽電池生產,線寬目標35 μm以下。FISE先利用CFD模型模擬分析多款點膠頭,並實際觀察膠體的流速和壓力分佈關係,進而設計出適合太陽電池應用的多噴點式點膠頭。設計時特別著眼於,在低壓力差情況下,點膠頭內膠料的流動是否均勻且可以被控制,因為唯有這樣每個噴點流出的膠量才可能保持穩定且均一。他們發表的第一個設計是4個噴點點膠裝置,實驗結果發現,只要控制得宜,在做指狀線條(Finger Line)印刷時並不會有斷線產生,且所得到的線寬偏差可控制在3%以內。有了這些經驗,FISE朝更多(10個)噴點且更密(間隔為1.5 mm)的點膠頭開發。

銅電鍍技術
以網印技術來做電極雖然製程簡單,但接觸電阻率卻是其一大弱點,無法滿足高效率太陽電池的要求,所以成本低、製程不複雜的銅電鍍技術,就成為關注的對象。目前所開發的銅電鍍技術大都含鎳/銅/錫(或銀)三層材料,第一層鎳可使用無電鍍或光誘發電鍍技術,鎳會與矽接觸,燒結後形成矽化鎳(Nickel Silicide),一方面可降低接觸電阻,另一方面又可做為銅的阻擋層;第二層鍍銅可使用電鍍或光誘發電鍍技術,銅主要是做為電流傳導用;第三層鍍錫或銀主要用電鍍技術,錫或銀可以避免銅氧化並提供良好焊接特性。

圖六、電鍍技術所得到的Finger線外觀,可看出線寬約 20 μm
圖六、電鍍技術所得到的Finger線外觀,可看出線寬約 20 μm


銅電鍍的機台大致可分為兩類,連續式與批次式,主要差異是電鍍時晶片是一片一片進入鍍槽中處理……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:黃崇傑/工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」345期,更多資料請見下方附檔。


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