技术领域
[0001] 本
发明的
实施例关于一种
太阳能电池元件的触点结构。特定而言，本发明的实施例关于铜触点结构，所述铜触点结构使用铜金属化胶及墨形成。
[0002] 先前技术描述
[0003] 常规的硅太阳能电池（诸如，晶态硅太阳能电池）主要使用
银基金属化，以用于前表面集电栅格及后表面
接触区域。藉由丝网印刷以胶的形式来涂敷银。常规的银胶可由银粒子及玻璃料粒子混合有机
树脂组成。需要有机树脂作为印刷工艺的载体。可添加其他
有机化学品以调节胶的
粘度，并帮助保持无机粒子处于悬浮状态。玻璃料粒子在加热期间
软化，诸如在「燃烧」步骤（较短时间的高温
退火）期间软化，以使银粒子基质固持在一起且固持至硅
基板，并促进低接触
电阻金属触点形成于硅太阳能电池的表面上。有机树脂通常在燃烧步骤期间烧掉。所得金属化为银、玻璃及空隙的非均相混合物。
[0004] 用于硅太阳能电池的可印刷的银基金属化具有以下优点：低成本制造的直接
图案化技术；在低成本的
氧化环境中燃烧的能
力及允许有机载体氧化的能力；以及优良的
导电性。此外，银在硅中是相当良性的金属杂质。然而，银基金属化的显著的缺点为银的成本。极为有利的是用亦具导电性的较为低廉的金属来替代银。此外，非贵金属胶的
退火气氛可能需要使用昂贵的惰性及非
反应性的化合物，且
烧结工艺可能需要较长时间及高温，这些要求亦增加制造
费用，且可能降低太阳能电池的效率。
[0005] 虽然已建议用铜来替代银，但是使用电化学工艺的当前铜沉积工艺很难整合至当前的太阳能电池制造程序中，且可能产生其他问题。举例而言，电化学工艺需要侵蚀性较强的化学品、昂贵的废料处理及图案化的额外步骤。因为基板相当脆弱，所以在电化学沉积工艺期间与通常十分薄的太阳能电池基板进行电接触是有问题的。此外，由于金属倾向沉积于各处而非沉积于期望的基板表面
位置，
薄膜沉积技术的良率较低。这些铜沉积技术常常比丝网印刷及使沉积铜图案化所需要的额外步骤更昂贵。因为这些工艺亦完全不同于当前生产实践，所以这些工艺不易整合至当前生产线中。
[0006] 因此，需要改良的铜触点结构、铜金属化材料及形成用于太阳能电池元件的铜触点结构的方法。
发明内容
[0007] 在本发明的一个实施例中，铜金属化胶包括有机基质、有机基质内的玻璃料及有机基质内的
金属粉末，所述金属粉末包含封胶含铜粒子，其中所述封胶含铜粒子各自进一步包括含铜粒子及至少一个涂层，所述至少一个涂层围绕所述含铜粒子。
[0008] 在另一实施例中，铜金属化墨包括
溶剂、添加剂及金属粉末，所述金属粉末包含封胶含铜粒子，其中所述封胶含铜粒子各自进一步包括含铜粒子及至少一个涂层，所述至少一个涂层围绕所述含铜粒子。
[0009] 在另一实施例中，太阳能电池包括基板及基板的前表面的一部分上的前触点结构，所述基板包含掺杂
半导体材料，其中所述前触点结构包括铜层，所述铜层包含烧结的封胶含铜粒子，其中所述封胶含铜粒子中的至少一些进一步包括含铜粒子及至少一个涂层，所述至少一个涂层围绕所述含铜粒子。
[0010] 在另一实施例中，一种用于在太阳能电池上形成触点结构的方法包括以下步骤：将铜金属化胶沉积于基板上，所述基板包含掺杂半导体材料；以及对所述铜金属化胶加热以形成铜层。所述铜金属化胶包括有机基质、有机基质内的玻璃料及有机基质内的金属粉末，所述金属粉末包含封胶含铜粒子，其中所述封胶含铜粒子中的至少一些进一步包括含铜粒子及至少一个涂层，所述至少一个涂层围绕所述含铜粒子。
[0011] 在另一实施例中，一种用于在太阳能电池上形成触点结构的方法包含以下步骤：将接触层沉积于基板的表面上，所述基板包含掺杂半导体材料；将金属化阻障层沉积于所述接触层上；将铜层沉积于所述金属化阻障层上，所述铜层包含封胶含铜粒子；将氧化阻障层沉积于所述铜层上；以及对所述接触层、金属化阻障层、铜层及氧化阻障层加热，以烧结所述层且与基板形成
欧姆接触，其中使用喷墨沉积工艺来执行所述沉积工艺。
[0012] 在一些实施例中，围绕所述含铜粒子的至少一个涂层可选自由以下组成的群组：镍(Ni)；锌(Zn)；镍(Ni)，及
钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、过渡金属氮化物、过渡金属硅化物
合金、上述材料的合金或上述材料的组合物中的至少一者；锌(Zn)，及镍(Ni)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、过渡金属氮化物及过渡金属硅化物合金、上述材料的合金或上述材料的组合物中的至少一者；以及银(Ag)，及镍(Ni)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、过渡金属氮化物、过渡金属硅化物合金、上述材料的合金或上述材料的组合物中的至少一者；以及介电材料。
[0013] 在本发明的另一实施例中，铜金属化胶包括有机基质、有机基质内的玻璃料及有机基质内的金属粉末，所述金属粉末包含封胶含铜粒子，其中所述封胶含铜粒子各自进一步包括含铜粒子及含不同材料的至少两个涂层，所述至少两个涂层围绕所述含铜粒子，其中每一涂层包含材料，所述材料选自由以下组成的群组：银(Ag)、镍(Ni)、锌(Zn)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、过渡金属氮化物、过渡金属硅化物合金、上述材料的合金或上述材料的组合物。
附图说明
[0014] 因此，可详细理解本发明的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述，可参照实施例进行，一些实施例在附图中示出。然而，应注意，所述附图仅图示本发明的典型实施例，且因此不欲视为本发明的范畴的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。
[0015] 图1为太阳能电池基板的前表面或光接收表面的平面图。
[0016] 图2A至图2C为用于形成铜金属化材料的封胶含铜粒子的剖面图。
[0017] 图3图示烧结之后的铜导电层基质的剖面示意图。
[0018] 图4A为太阳能电池基板的一部分的剖面示意图，所述太阳能电池基板具有铜第二层，所述铜第二层印刷于第一层上。
[0019] 图4B为太阳能电池基板的一部分的剖面示意图，所述太阳能电池基板具有铜第二层，所述铜第二层印刷于第一层上，所述第一层包括总线接线。
[0020] 图5A为太阳能电池的一部分的剖面示意图，所述太阳能电池具有印刷于所述太阳能电池基板上的铜层。
[0021] 图5B为印刷于如图5A所示的太阳能电池基板上的铜层的详图。
[0022] 图6图示用于喷墨工艺的铜金属化结构的剖面示意图。
[0023] 为了促进理解，在可能情况下，使用相同元件符号以
指定为诸图所共有的相同元件。可构想在一个实施例中所揭示的元件可用于其他实施例，而无需特定详述。
具体实施方式
[0024] 本发明总地提供用于在太阳能电池元件的表面上形成触点结构（有时称为栅格或栅格线）的方法。特定而言，本发明的实施例提供使用印刷方法（诸如，丝网印刷及喷墨印刷）形成含铜触点结构的方法、结构及材料。在一些实施例中，丝网印刷和/或喷墨印刷工艺用以在太阳能电池元件的前侧或后侧上形成触点结构。大多数具有触点结构的晶态硅太阳能电池元件可受益于本文所描述的实施例中的一个或更多实施例，所述触点结构（诸如，用于背接触太阳能电池元件或发射极环绕穿通(emitter wrap through;EWT)太阳能电池元件的触点结构）形成于太阳能电池元件的一个或更多表面上。本发明的实施例可用以在背接触型太阳能电池上形成触点结构，但仅图示了前侧触点结构来说明本发明的实施例。
[0025] 图1为太阳能电池基板150的前表面155或光接收表面的平面图。太阳能电池基板150可包含掺杂半导体材料。举例而言，太阳能电池基板150可为p型掺杂体硅基板，所述p型掺杂体硅基板具有一个或多个n型掺杂层，以在太阳能电池基板150中形成p-n结。在太阳能电池受光照时，由形成于太阳能电池中的结产生的
电流流经前触点结构156及后触点结构（未图示），前触点结构156设置于太阳能电池基板150的前表面155上，且后触点结构设置于太阳能电池基板150的后表面（未图示）上。如图1所示，前触点结构156可配置为宽间隔薄金属接线（或指状物）152，供应至总线排151的电流大于供应至指状物152的电流。通常，前表面155涂布有介电材料（诸如，氮化硅(SiNx)）的薄层，所述介电材料的薄层可作为防反射涂层(antireflection coating;ARC)，以最小化光反射，同时所述介电材料的薄层可作为
钝化层以减小重新结合损失。所述介电材料设置于前触点结构156的部分之间，使得介电材料与触点结构156两者皆处于太阳能电池基板150的前表面155上。
[0026] 丝网印刷装置可用以在太阳能电池基板150的前表面155上形成总线排151及指状物152。丝网印刷方法通常提供用于形成触点结构的特定的图案及厚度的简单工艺，且丝网印刷方法通常允许使用各种层和/或各种材料以形成触点结构。所述丝网印刷装置通常为丝网印刷室中所含的板或平板，所述板或平板中形成有多个孔、狭槽或其他特征结构，以界定太阳能电池基板150的前表面155上的丝网印刷墨或胶的图案及布置。可将多个层“印刷”于前表面155上，以形成前触点结构156。亦可藉由类似方法形成后触点结构。
[0027] 常规的前触点结构156通常藉由印刷银胶于太阳能电池基板150的前表面155上而形成。然而，在本发明的一个实施例中，铜金属化胶用以形成前触点结构156。尽管银金属化胶的成本随着银的价格
波动，但银倾向于为昂贵的贵金属，从而导致银金属化胶亦十分昂贵。对使用银作为用于触点结构的导电材料的一个替代性方法为使用铜。
[0028] 虽然铜为类似银的良导体，但铜亦具有许多缺点。当铜与硅基板接触时，铜可毒化硅，藉此使得由硅基板制得的太阳能电池元件无效。铜在光伏模
块的典型的操作
温度下，迅速扩散于硅内，其中，铜为活动重新结合中心，所述活动重新结合中心可影响太阳能电池的效率。一旦铜扩散至
聚合物材料及太阳能电池结构中，则产生问题。此外，铜容易氧化，此性质可影响铜与其他连接至太阳能电池的载流部件进行电接触的能力。由于必须防止氧化和/或必须控制氧化量，因此太阳能电池元件处理更为困难。若未排除潮湿，则铜将在所述模块中氧化，此氧化可引起可靠度及美观性问题。此外，最常见的太阳能电池元件封胶材料为乙基乙酸乙烯酯(EVA)，若EVA与铜接触，则EVA将发生光降解。
[0029] 本发明的实施例提供一种与当前的印刷技术（诸如，丝网印刷、喷墨印刷，等等）相容的铜金属化系统。本发明的实施例包括铜金属化胶及墨，所述铜金属化胶及墨克服与在太阳能电池元件中使用铜金属触点相关的一些问题，且所述铜金属化胶及墨实现丝网印刷及喷墨的铜基触点结构。可使用含铜粒子形成铜金属化胶，用一种或多种材料包覆密封所述含铜粒子，以在所述含铜粒子上形成涂层。如本文所使用的，层代表涂层，且涂层可包括单一涂层或多个涂层，单一涂层及多个涂层中的任一者可包括单一材料或多种材料。所述涂层可围绕含铜粒子形成层状结构，此粒子因此形成核心，所述核心被一个或更多个涂层或层围绕。
[0030] 视上下文而定，用语“涂层”可包括单一涂层、多个涂层及各种围绕核心的层。层或涂层围绕或涂布核心。可由材料的各种特征、性质和/或品质来选择用于所述涂层或层的材料。举例而言，可将材料选择并应用为具有所需阻障性质的各种类型的阻障层。一些阻障层可包括：氧化阻障层，以防止和/或降低核心材料的氧化；金属化阻障层，以防止和/或降低材料与核心材料的不希望有的合金化；以及扩散阻障层，以防止和/或降低铜基核心材料扩散至相邻基板及基板上的结构中。因此，涂覆不同阻障层作为涂层，且所述涂层作用如一种或多种类型的阻障层。图2A至图2C为所使用的一些不同类型的封胶含铜粒子210的剖面图，所述封胶含铜粒子210形成铜金属化胶及墨的部分，所述铜金属化胶及墨用以形成太阳能电池元件及模块中的触点结构。
[0031] 含铜粒子可包括铜、掺杂铜或
铜合金。可在铜中使用各种类型的
掺杂剂，诸如，
铝、镁或使掺杂铜相比于纯铜而氧化较慢的其他元素。取决于制造的简便、所需物理性质（例如，硬度）及降低的氧化倾向，可将各种铜合金用于含铜粒子。举例而言，一些铜合金可包括Cu:Sn、Cu:Ag、Cu:Ni、Cu:Zn，或上述铜合金的组合。含铜粒子的尺寸可在0.001微米与1,000微米之间变化，诸如，从约0.01微米至50微米或约1微米至20微米。所述含铜粒子的所需尺寸可取决于将铜金属化胶涂敷至基板的方法。
[0032] 在太阳能电池元件和/或太阳能电池模块制造工艺期间，通常将太阳能电池元件及模块中的触点结构及其他类型的金属连接暴露于加热工艺，诸如烧结和燃烧工艺。封胶含铜粒子210的最外层可包含氧化阻障层202，使得铜金属化胶可在氧化环境中燃烧。因此，在燃烧所述铜金属化胶时，不需要惰性环境（诸如，氮气或氩气），所述惰性环境倾向于比氧化环境更昂贵。举例而言，如图2A中所示氧化阻障层202包覆密封含铜粒子200。氧化阻障层202可为任何能形成稳定氧化物薄层的金属，所述氧化物溶于玻璃料。氧化阻障层202可包括银(Ag)、镍(Ni)及锌(Zn)、上述材料的合金，或上述材料的组合。氧化阻障层202的厚度可介于0.01微米与10微米之间，诸如，0.1微米至2微米之间，例如，大于1.0微米。
[0033] 所述氧化阻障层便于太阳能电池元件处理，且所述氧化阻障层防止太阳能电池及太阳能模块的成品降级。在使用银作为氧化阻障层的实施例中，在使用单一阻障层时，薄的银层可用以在用于形成触点结构的铜金属化胶中形成封胶含铜粒子210。因此，使用涂布银的含铜粒子的胶可在化学及
冶金上类似于当前所使用的银金属化胶，藉此在胶与硅表面之间提供与常规金属化结构类似的金属触点，但是藉由使用具有少量银的铜使成本更低。
[0034] 图2B图示本发明的另一实施例，其中用金属化阻障层204包覆密封含铜粒子200。金属化阻障层204提供可在燃烧温度下保持稳定的层，以防止含铜粒子200中的任何铜与氧化阻障层202发生合金化。举例而言，若氧化阻障层202为银，而Ag-Cu合金的共熔点温度约790℃，此情况意味着当燃烧温度升高至Ag-Cu的共熔点以上时，部份银层及来自含铜粒子的铜将成为熔融状态，且所述铜材料将与所述银材料形成合金。金属化阻障层204因此提供介于银基氧化阻障层202与含铜粒子200中的铜之间的稳定层，以防止铜与银沿着所述两种材料之间的介面发生部分合金化。
[0035] 金属化阻障层204包括金属及合金，所述金属及合金具有比铜更高的液相点，以维持含铜粒子200与氧化阻障层202之间的分隔。所述金属化阻障层可包括镍(Ni)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)、铬(Cr)、钼(Mo)、钽(Ta)、上述材料的合金或上述材料的组合物。在一些实施例中，介电材料（诸如，玻璃）可用作金属化阻障层。金属化阻障层204的厚度可介于0.01微米与10微米之间，诸如0.1微米至2微米之间，例如，大于1.0微米。
[0036] 图2C图示本发明的另一实施例，其中用氧化阻障层202、金属化阻障层204及扩散阻障层206包覆密封含铜粒子200。虽然量可能相对较低，但微量铜仍可藉由固态扩散穿过各种阻障层且进入邻近硅基板中。扩散阻障层206提供额外的保护层，以防止（或至少大大地限制）任何铜扩散穿过阻障层202、204且进入太阳能电池元件及太阳能电池模块封装的余下部分。如图2C中所示，扩散阻障层206可直接围绕含铜粒子200，且金属化阻障层204可直接围绕扩散阻障层206。或者，金属化阻障层204可直接围绕含铜粒子200，且扩散阻障层206可直接围绕金属化阻障层204。所述扩散阻障层可包括镍(Ni)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、过渡金属氮化物、过渡金属硅化物合金、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)、钼(Mo)、钽(Ta)及铬(Cr)、上述材料的合金或上述材料的组合物。扩散阻障层206的厚度可介于0.01微米与10微米之间，诸如，0.1微米至2微米之间，例如，大于1.0微米。
[0037] 在一些实施例中，金属化阻障层204及扩散阻障层206可组合成单一层，所述单一层显示两个层的性质。举例而言，镍基金属化阻障层204亦可显示充分的扩散阻障性质，以使得所述金属化阻障层亦作为扩散阻障层。在一些配置中，视所需类型的铜封胶粒子而定，用多个阻障层个别地涂布所述含铜粒子。因此，可用第一阻障层、第二阻障层、第三阻障层或更多阻障层按需要来涂布所述含铜粒子。在一些实施例中，含铜粒子200可被至少一个阻障层（例如，氧化阻障层202）围绕。在其他实施例中，含铜粒子200可被至少两个阻障层（例如，氧化阻障层202及金属化阻障层204或扩散阻障层206）围绕。可藉由使用无电电
镀、
电镀、
化学气相沉积、化学溶液沉积或所述技术的组合来形成氧化阻障层202、金属化阻障层204及扩散阻障层206。
[0038] 铜金属化胶配方可类似标准的可丝网印刷胶，且所述铜金属化胶配方可包括各种组成成分，以调配所述铜金属化胶的期望的性质。所述组成成分可包括金属粉末、玻璃料及有机包材或基质。可由合金成分、粒径分布及形状（例如，球形、片状，等等）的类型来选择金属粉末，所述金属粉末将包括本文所描述的封胶含铜粒子。
[0039] 所述铜金属化胶可包括除铜金属粉末材料之外的其他金属粉末。相比于封胶铜粒子，这些金属可提供更好的流动和接合性质，以促进加热（诸如，燃烧或烧结）期间金属粒子的熔合。举例而言，铜胶可包括Ag粒子，所述Ag粒子具有已知与硅太阳能电池制造相容的燃烧特征。
[0040] 亦可向所述铜金属化胶添加玻璃料。玻璃料在燃烧期间
液化且流动，以促进含铜粒子的烧结及与基板的粘接，藉此有助于促进降低接触电阻且增强金属粒子的内聚力。玻璃料亦能使胶燃烧或穿越位于铜金属化胶之下及基板表面上的
钝化层，诸如，氮化硅(SiNx)钝化层。因此，玻璃料使铜金属化胶能在燃烧工艺期间将所述钝化层图案化，从而省去使所述钝化层图案化的单独步骤，且随后将铜金属化胶印刷至钝化层内的空隙中，所述空隙为图案化工艺所造成。玻璃料的玻璃转化温度可介于300℃与900℃之间，使铜金属化胶的烧
结温度得以调节。具有不同金属氧化物成分的各种类型的玻璃料可用于铜金属化胶，诸如，氧化铅(PbOx)、氧化硅(SiO2)、三氧化二
硼(B2O3)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铋(Bi2O3)、氧化锶(SrO)、氧化钛(TiO2)及氧化镧(La2O3)，或上述金属氧化物的组合物。
[0041] 金属粉末可分散于有机基质中，以形成可丝网印刷胶。所述有机基质包括聚合树脂（诸如，乙基
纤维素）、各种化学品（诸如，调节粘度特征的溶剂（稀释剂）），及
表面活性剂、分散剂及帮助玻璃料及金属粉末在溶液中保持悬浮状态的其他添加剂。所述添加剂亦改良印刷特征，且添加剂的类型将取决于最终的铜金属化胶的其他所需性质。所述聚合树脂可作为
粘合剂，以帮助实现封胶含铜粒子210的印刷。通常，在印刷之后及在燃烧工艺期间，藉由氧化作用从金属化胶移除聚合树脂及其他有机物。对于前侧金属胶而言，金属负载通常为65重量%至95重量%，且氧化物料通常介于约0.5重量%与10重量%之间。所述金属化胶的其余部份可为有机包材。
[0042] 尽管不希望受限于理论，但主要参与烧结工艺的将是最外层（诸如，氧化阻障层202）。因此，最外层最好具有足够可动性，以在燃烧和/或烧结期间帮助使粒子基质致密，以产生高度导电层。图3图示烧结期间或烧结之后（某些情况下）含铜导电层基质的剖面示意图。在一些情况下，倾向消除空隙或孔隙315以改良金属触点结构的导电性，空隙或孔隙
315形成于烧结含铜粒子200之间。燃烧工艺可包括第一工艺，所述第一工艺烧掉有机物且（在某些情况下）使金属化胶中的玻璃料开始流动，所述第一工艺之后是第二温度峰值工艺。燃烧工艺中的每一部分皆可在氧化环境（诸如，空气）中进行。第一工艺温度可处于从
400℃至600℃长达约30秒，且第二工艺温度峰值可处于约800℃达较短时段，诸如，介于约
8秒至12秒之间，例如10秒。
[0043] 在太阳能电池形成工艺的一些实施例中，触点“燃烧”步骤亦可包括烧结所述金属化胶，以形成触点结构156。燃烧工艺通常为使金属触点与太阳能电池基板的硅及（在某些情况下）掺杂部分进行电接触，以形成理想的接合。所述燃烧工艺通常产生金属触点结构与太阳能电池元件的硅基板之间的欧姆接触。烧结为可用以使金属化粉末致密的工艺，所述工艺的实例为与粒子基或粉末基冶金术相关联的液相增强烧结。烧结有时可作为与燃烧分离的工艺来执行，但是在形成太阳能电池元件时，亦可在燃烧步骤期间执行烧结。
[0044] 液相增强烧结涉及多成分系统，所述系统中两个相中的一个相液化或处于所述相的玻璃转化温度以上，因此使
原子具有足够可动性，以使粉末结构致密。最外层（例如，氧化阻障层202）可在相邻粒子间互相传递，以形成基质302，基质302包括含铜粒子200及桥接物310。基质302亦可具有孔隙315。一旦发生液相增强烧结，则基质302具有很强的毛细管力，所述毛细管力将粒子吸引在一起。类液体材料允许增强
金属离子的移动性，以在金属粒子（诸如，含铜粒子200）之间形成桥接物310，藉此增强所述烧结工艺。孔隙体积可几乎为零，且可向铜金属化胶添加额外的粒子（诸如，纯银粒子），以在烧结工艺期间促进回流来进一步减小所述孔隙体积。含铜粒子200充分地接合在一起，使烧结触点结构具有优良的导电性。用于各种阻障层的其他类型的金属（诸如，具有比银更高熔点的耐火金属（例如，钴基金属））在烧结工艺期间无法大幅移动。因此，大部分产生于含铜粒子之间的“桥接物”将归因于外部氧化阻障层202的移动。通常，所述阻障层应在整个燃烧工艺期间保持稳定，但是仍允许在烧结期间致密化。
[0045] 本发明的实施例实现各种使用铜金属化胶及墨而形成触点结构的方法。一种方法可包括在双印刷工艺中使用铜金属化胶。另一种方法可包括将铜金属化胶用作银金属化胶的偶入(drop-in)替代物。另一种方法可使用喷墨导电堆迭，所述喷墨导电堆迭将具有封胶含铜粒子的铜墨用作导电层。将从如图4A至图4B中所示的双印刷工艺开始解释各种工艺、方法及结构。
[0046] 图4A为太阳能电池基板的一部分的剖面示意图，所述太阳能电池基板具有包含含铜材料的第二层152B，第二层152B印刷于第一层152A上。第一层152A提供接触层，所述接触层用以形成与太阳能电池基板150理想的接触。在一个实例中，可使用银胶形成第一层152A。银金属化胶可用于第一印刷层，所述第一印刷层邻近所述太阳能电池，以形成接触层。第二印刷层或第二层152B可包含铜金属化胶，以形成具有高导电性的载流层。所述铜金属化胶可包含本文所描述的封胶含铜粒子210中的任一者。
[0047] 为了在不降低完工的太阳能电池的效率的前提下增加前触点结构156的载流容量，可藉由将总线排151及指状物152的图案丝网印刷于两个或两个以上连续层中，来增加总线151及指状物152的高度，而不会增加总线排151及指状物152的宽度。增加高度而不增加宽度的举措降低所述触点结构的电阻，而不会增加光损耗。然而，由于总线排151将在后处理阶段期间与铜互连带接触，故增加总线排151的高度是可选的。图4B为太阳能电池基板150的一部分的剖面侧视示意图，太阳能电池基板150具有总线排151的第二层151B及指状物152的第二层152B，总线151的第二层151B印刷于总线151的第一层151A上，指状物152的第二层152B印刷于指状物152的第一层152A上。
[0048] 用于前触点结构156的双印刷工艺包括：在用于形成如图1中所示的前侧触点结构156的图案中沉积两个层，例如，两个印刷层。所述双印刷工艺实现了使用较窄栅格线宽度，同时藉由使用垂直触点结构的较高的深宽比来
维持期望的剖面，以维持和/或改良太阳能电池的效率。第一印刷工艺步骤及第二印刷工艺步骤可使用不同的胶及丝网（图案）。在一个实例中，用以形成第一层152A的第一印刷工艺的胶因所述胶的优良的电接触性质而被选择，且用以形成第二层152B的胶因所述胶的较高电导率及随后与其他外部装置（例如，其他太阳能电池、外部负载，等等）连接的能力而被选择。
[0049] 第一层152A可含有银，且第一层152A可形成与下层太阳能电池基板150接触的接触层，第一层152A通常亦提供第二层152B（诸如，含铜层）与太阳能电池基板150之间的另一保护层，以防止铜迁移、扩散及随后毒化太阳能电池基板150，太阳能电池基板150可为硅基太阳能电池基板。第一层152A可具有介于约5-15微米之间的高度或厚度，而第二层152B可具有介于约10-30微米之间的高度或厚度。可建立第二层152B，以提供所需的导电性，诸如，0.05ohms/cm至0.3ohms/cm。第一层152A亦提供与硅基板的欧姆接触，所述欧姆接触亦在硅基板与第一层152A之间形成理想的接合。因此，可达到与基于银金属化胶的触点结构相同的导电性，同时减少所使用银的总量。可将其他金属与铜金属化胶组合用于栅格线上，以降低电阻，而不增加成本。类似的方法可用以形成总线接线151的第一层151A及第二层151B。
[0050] 在一些配置中，第一层152A可包含含铜胶。在另一配置中，第一层152A可包含含铜胶，所述含铜胶具有与第二层152B的阻障层厚度不同的阻障层厚度，和/或所述含铜胶包含与第二层152B的阻障层材料不同的阻障层材料。在此配置中，第一层152A中的含铜胶可提供优于常规银胶的与基板的良好的电接触，同时亦降低第一层152A的成本；且相对于在两个层中皆使用与第二层152B相同的材料成分，第一层152A中的含铜胶亦可最小化铜扩散进入硅基板的机会。因此，第一层151A、152A及第二层151B、152B可包含铜金属化胶，所述铜金属化胶在每一层中使用不同类型的含铜粒子。举例而言，第一层可使用被第一及第二阻障层围绕的含铜粒子，且第二层可使用被第一、第二及第三阻障层（诸如，先前所描述的那些类型）围绕的含铜粒子。
[0051] 图5A至图5B图示结构及方法，所述结构及方法可包括作为银金属化胶的偶入替代物的铜金属化胶。图5A为太阳能电池的一部分的剖面示意图，所述太阳能电池具有印刷于硅基板上的铜层。所用的铜金属化胶具有与银金属化胶类似的能力。以单一印刷工艺使用本文所描述的任何铜金属化胶来图案化并形成铜触点结构。封胶含铜粒子210具有金属化阻障涂层及氧化阻障涂层，以承受高温燃烧工艺。在燃烧工艺期间，铜层552与硅表面形成欧姆接触。铜金属化胶可使用玻璃料，以燃烧穿越太阳能电池基板150的表面上的钝化/ARC层（诸如，氮化硅层510）。在一些实施例中，银粒子可被包括于铜金属化胶中，以帮助抑制氧化阻障层（诸如，含铜粒子上的银涂层）的溶解、促进金属粒子的烧结、且为硅电池提供更优良的接触层。本文所描述的任何实施例的典型的印刷层（作为个别层或层的堆迭）厚度可从约1微米至约50微米，诸如，从约10微米至约30微米。
[0052] 图5B为印刷于如图5A所示的太阳能电池基板150上的铜层的详图。所图示的铜封胶粒子与图2B中所示的铜封胶粒子相同，其中，封胶层包括氧化阻障层202及金属化阻障层204，金属化阻障层204围绕含铜粒子200。将封胶含铜粒子210烧结在一起，并为前侧触点结构提供导电层。可堆迭并烧结铜层552至某一厚度，诸如，10-40微米，以提供1μohm-cm至200μohm-cm的所需体
电阻率，诸如，从约2μohm-cm至5μohm-cm。体电阻率为金属粒子烧结的程度的指标，即，当粒子达到更高程度的烧结及更高
密度时，燃烧后金属化的电阻率会接近体金属的电阻率。栅格线可具有从50微米至150微米的宽度。
[0053] 封胶含铜粒子210与基板150形成欧姆接触。因为含铜粒子200如此接近于硅表面，所以可如本文所描述，将金属化阻障层204与扩散阻障层的性质组合使用。举例而言，氧化阻障层202可为银，且金属化阻障层204可为镍，而镍亦提供所需的扩散阻障层性质。可调整层的厚度，以使铜金属化胶达成所需性质及功能。举例而言，在此特定的实施例中，铜十分接近于基板表面，因此通往硅的扩散路径较短。可增加金属化阻障层204的厚度以提供进一步保护，且防止铜向外扩散进入硅基板150。
[0054] 图6图示用于喷墨工艺的铜金属化结构的剖面示意图。可将具有不同涂层的
纳米级极小含铜粒子用于喷墨印刷。所述小尺寸喷墨含铜粒子上可包括金属化阻障层及氧化阻障层。或者，阻障层可为单独的薄介电材料，而非金属材料。举例而言，可用介电材料（诸如，
硅酸盐玻璃）涂布含铜粒子，作为阻障层。
[0055] 铜金属化墨配方可类似标准的墨，且所述铜金属化墨配方可包括各种组成成分，以调配所述铜金属化墨至所需性质。所述组成成分可包括金属粉末、玻璃料（诸如，本文所描述的那些类型）、改性添加剂、及
有机溶剂、无机溶剂或
水溶剂。示例性有机溶剂包括α-萜品醇、
甲苯、
乙醇，等等。溶剂可使用具有所需性质的多种化学品；例如，二甘醇及水、乙二醇及乙醇，等等。示例性添加剂包括聚乙烯吡咯啶
酮(PVP)，以防止
纳米粒子的凝集。金属粉末可包括本文所描述的封胶含铜粒子，诸如使用介电材料阻障层密封包覆的含铜粒子。
[0056] 喷墨印刷可使用多个具有不同材料的印刷头，以顺序堆迭方式沉积具有不同功能的多层。因此，喷墨印刷可将具有不同性质的金属以堆迭方式印刷，亦即，金属堆迭可按其个别功能依序沉积并最佳化。因此，喷墨印刷工艺可包括使接触层610、金属化阻障层612、用于导电的含铜层614及氧化阻障层616全部形成于基板150上。
[0057] 或者，喷墨印刷结构可包含所沉积的层与含铜层614的各种组合。举例而言，仅接触层610与含铜层614、接触层610及氧化阻障层616与含铜层614，或接触层610及金属化阻障层612与含铜层614。层的精确组合可视封胶含铜粒子210的类型而定，封胶含铜粒子210用于含铜墨，以形成含铜层614。喷墨触点结构形成工艺可包括形成所需图案的栅格线，所述栅格线可包括彼此之上的堆迭层。在一些实施例中，可在金属触点结构形成之后沉积单独的图案化层及钝化层。
[0058] 用于印刷工艺的铜金属化胶的含铜粒子与用于喷墨工艺的铜墨的含铜粒子之间的一些差异可为粒径及用以形成触点结构的处理温度。用于铜金属化胶的含铜粒子可具有微米尺寸的含铜粒子，而用于铜墨的含铜粒子具有纳米尺寸的含铜粒子。用于喷墨工艺的铜基墨的含铜粒子的尺寸可在1nm与100nm之间变化。因此，可能有必要使用各种涂层使铜纳米粒子稳定于铜基墨中。
[0059] 铜墨中的含铜粒子将在烧结工艺期间致密
化成致密金属。因此，可在所述堆迭中的他处提供铜的阻障层，诸如，金属化阻障层612及氧化阻障层616。介电质可用以密封包覆纳米尺寸的含铜粒子，以将所述纳米粒子稳定于墨配方中。换言之，所述介电涂层可为铜纳米粒子提供保护层，使铜纳米粒子得以在墨配方中保全，所述墨调配用以在喷墨印刷工艺期间分配铜。在烧结工艺期间所述介电层将较佳地分解。
[0060] 归因于喷墨工艺中的含铜粒子的小得多的粒径，烧结温度可低得多。相比于本文所描述的铜金属化胶的烧结温度（例如，800℃），硅基板的烧结温度可低至150℃且可高达400℃（诸如，300℃）。因此，使用具有封胶含铜粒子的铜墨的喷墨工艺可使烧结温度实质上降低50%以上。
[0061] 可使用Ag、Ni、Ti、W、Al或其他金属的墨来形成接触层610，所述其他金属具有已知的对硅的接触电阻值。其他接触层610的材料可包括过渡金属硅化物。玻璃料可包括于接触层610的墨中，以图案化先前沉积的钝化层。金属化阻障层612可包括镍(Ni)、钛(Ti)、钨(W)、钛钨(TiW)、掺钨钴(Co:W)、钴(Co)及铬(Cr)、上述材料的合金或上述材料的组合物。金属化阻障层612亦可充当粘接层，以提供含铜层614与接触层610之间的良好粘接。多层触点结构中的各层所选用的金属经常具有差距很大的氧化电位，因此在湿热环境中，界面处可能发生电流
腐蚀而造成分层。因此，亦充当粘接层的金属化阻障层612可提供在湿热环境中得以保全的方式。或者，单独的粘接层亦可包括于金属层610-616的堆迭中，从而从所述单独的粘接层产生至少五个可能的层，以形成触点结构。氧化阻障层616可包括银(Ag)及
锡(Sn)。可能锡较佳，因锡提供优良的可焊连接点。各层的深度可为从0.01微米至10微米，诸如，0.1微米。使用铜金属化胶及墨的触点结构将需要通过太阳能电池元件所经历的热测试和耐湿热测试以用于
质量控制测试及改善太阳能电池分级的目的。
[0062] 虽然已主要使用硅太阳能电池的负极性金属（N型）前触点描述了本发明的实施例，所述硅太阳能电池使用p型基板，所述p型基板具有n+掺杂的前表面，但是对于本领域普通技术人员将显而易见的是：在后侧传统式太阳能电池、后侧接触式太阳能电池及EWT电池的后侧触点结构中任何银的使用皆可藉由使用以上方法、工艺及材料用铜来替代。替代银触点的后侧上的铜触点可能需要是可焊的，因此用于后总线排的下层Ag接触底层不是必需的。类似地，对于本领域普通技术人员亦将显而易见的是：本发明的实施例可用于硅太阳能电池中的正极性金属前触点，所述硅太阳能电池使用n型基板，所述n型基板具有p+掺杂前表面。所有类型的铜触点结构将需要通
过热循环测试、耐湿热测试及随时间降解测试等一般鉴定测试。根据本发明的实施例以调配铜金属化胶及墨并形成触点结构可降低制造成本，同时可维持相同程度（若无改良时）的太阳能电池元件寿命。
[0063] 虽然上文针对本发明的实施例，但可在不脱离本发明的基本范畴的情况下，设计本发明的其他及更多实施例。
