技术领域
[0001] 本
发明涉及用于形成太阳电池的导电电极图案而不会因电极图案的线宽减小导致导电电极图案的
电阻增加的问题的方法。
背景技术
[0002] 一般而言，太阳电池使用取决于太阳电池类型的不同结构而制成。这些不同类型的太阳电池(例如，
硅太阳电池、
半导体太阳电池、OPV、DSC等)通常包括使用所生成的
电极形成导电电极的步骤。导电电极广泛利用使用
银(Ag)浆(paste)的丝网印刷方法形成。
[0003] 然而，这种丝网印刷方法采用作为相对昂贵的
金属离子的Ag，这导致太阳电池的生产成本增加。具体地，由于太阳电池的导电电极以实质上细的线宽形成，所以应增加导电电极图案的厚度以确保导电电极图案的电导率。因此，通过在硅衬底或玻璃衬底的相同区域反复印刷Ag浆，导电电极图案的厚度目前已经增加。因此，用于形成太阳电池的导电电极图案的常规方法要求重复使用Ag，从而使太阳电池的生产成本增加。
[0004] 另外，由于此种丝网印刷方法将物理压
力施加到硅衬底或玻璃衬底上，所以衬底可能发生损坏。具体地，因为太阳电池的集成和成本减少的需求逐渐增加，所以致力于基于太阳电池的生产成本减少硅衬底的单位成本。为减少硅衬底的单位成本，其厚度应减小。
[0005] 另外，对于使用玻璃衬底的染料敏化太阳电池而言，具有大约1t或小于1t的厚度的实质上的薄板衬底应该用来与曲线表面匹配。然而，当玻璃衬底的厚度减小时，由于在上述的丝网印刷过程期间的物理压力，剥离衬底破损的
风险增加，从而限制了用于形成导电电极的玻璃衬底的厚度减少。目前，当使用丝网印刷方法形成导电电极图案时，用于防止玻璃衬底由于物理压力受损的所需最小厚度已知为大约100至180μm。
[0006] 此外，另一种用于形成
异质结太阳电池的电极的已知方法包括：在形成电极之前进行太阳电池的
制造过程之后，在透明导电
氧化物(TCO：Transparent conducting oxide)层的前部和后部形成籽晶(seed)层，随后将籽晶层
图案化(patterning)。另一种已知的方法公开了
薄膜型的太阳电池及其制造方法，其特征在于，在晶体硅晶片上形成光传输薄膜来增加光
透射比并且降低
电阻率。
[0007] 另一种方法包括用于太阳电池的透明电极及其制造方法，该电极包括透明衬底、在透明衬底上形成的由光催化剂化合物构成的光催化剂层、在光催化剂层上形成的金属网格层(metal mesh layer)，和通过涂敷导电材料而形成在金属网格层上的导电层。其他已知的方法公开了对于太阳电池的制作而言用更大的横截面(例如，更厚的Ag层)印刷Ag栅(grid)可减小
串联电阻。然而，此途径要求多个印刷步骤，从而不仅使生产复杂性增加，而且也需要消耗更多的Ag。
[0008] 已经作出了减少的生产成本提高硅太阳电池效率的许多尝试，并且此类技术趋势通常应用于化合物太阳电池、有机光伏(OPV：organic photovoltaic)电池、染料敏化太阳电池(DSC：dye sensitized solar cells)等的制作。在作为太阳电池的核心构件的导电电极图案的形成中，减小导电电极图案的线宽是提高太阳电池的
能量转换效率的重要问题(issue)。然而，当导电电极图案的线宽减小时，其电阻增加，导致电极性能降低。因此，太阳电池的导电电极图案应满足细线宽和高导电率的要求。
[0009] 目前，丝网印刷方法已经广泛用来形成太阳电池的导电电极图案，其将Ag浆印刷在硅衬底上的电极区域。然而，此类使用Ag浆的丝网印刷方法要求使用昂贵的金属离子Ag，从而增加了太阳电池的生产成本。另外，对于染料敏化太阳电池而言，Ag电极可受到其中使用的
电解质的污染，这可导致太阳电池的性能降低。
[0010] 在本章节中公开的以上信息只是用于增进对本发明的背景的理解，因此它可能包含不构成已为本领域技术人员所知的
现有技术的信息。
发明内容
[0011] 本发明提供太阳电池的制造技术，其可减小Ag浆的用量，降低用于导电电极图案的形成的生产成本，提高太阳电池中的导电率，并且防止由于Ag电极污染的性能劣化。
[0012] 在一方面，本发明提供用于制造太阳电池的方法，该太阳电池可包括作为导电电极的银电极上的不同金属层，该用于制造太阳电池的方法可包括以下步骤：a)准备玻璃衬底；b)在玻璃衬底上形成
透明导电氧化物膜(TCO)；c)在玻璃衬底上形成二氧化
钛层(TiO2)层；d)在玻璃衬底上形成银(Ag)电极；e)在Ag电极上形成镍(Ni)层；f)在Ag电极上形成的Ni层上形成
铜(Cu)层；g)在Ag电极上形成的Ni层上形成的Cu层上形成
锡(Sn)层，其中在Ag电极上形成Ni的步骤可包括使用Ag作为籽晶形成不同金属的涂层。在示例性
实施例中，步骤e)到g)的Ag电极可以为
镀钽(Ta)的Ag电极。
[0013] 在另一个示例性实施例中，玻璃衬底可具有大约1t或小于1t的厚度。另外，透明导电氧化物膜可具有大约1000A或小于1000A的厚度，并且可包括选自氧化氟锡(fluorine tin oxide)、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟钨和氧化锌(ZnO)的至少一个层，但不限于此，并且如同本领域的技术人员所已知的，按需也可以包括掺
硼氧化锌(ZnO：B)、掺
铝氧化锌(ZnO：Al)、掺氢氧化锌(ZnO：H)、掺氟氧化锡(SnO2：F)、氧化锡(SnO2)。
[0014] 另外，
透明导电膜可具有金属网格图案。TiO2层可具有大约1um至20um的厚度，并且可通过选自丝网印刷(screen printing)、点胶印刷(dispenser printing)、喷墨印刷(ink jet printing)、辊印(roll printing)、凹版印刷(gravure printing)和
旋涂法(spin coating)的涂敷方法形成。此外，TiO2层可在衬底的前部或除形成有集电极的空间以外的透明导电膜的前部形成。
[0015] 所形成的Ag电极可具有大约1um至10um的厚度，具有带凸出上部的钟形(bell shape)，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。另外，在形成Ag电极之前，透明导电膜的表面可被涂敷氟基液体材料，或利用氟基气体被实施
等离子体预处理。
[0016] 此外，形成Ni层的步骤可通过使用
电镀、无电镀(electroless plating)或LIP(光诱导镀：light induced plating)的镀法执行。形成铜层的步骤可通过使用电镀、无电镀或LIP的镀法；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法执行。形成锡层的步骤可通过使用电镀、无电镀或LIP的镀法；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法执行。
[0017] 另外，该方法可包括：在Sn层上形成钽(Ta)层(步骤(h))。形成锡层的步骤可由在Sn层上而不是在Cu层上形成Ta层的步骤g-1)取代，并且步骤h)可由在Ta层上形成Sn层的步骤h-1)取代。
[0018] 此外，由该方法制造的在作为导电电极的银电极上具有不同金属层的太阳电池可用来制造用于全景
天窗(panorama roof)的半透明太阳
电池组件。由该方法制造的在作为导电电极的银电极上具有不同金属层的太阳电池可用来制造染料敏化太阳电池。
[0019] 在另一方面，本发明提供用于制造在作为导电电极的银电极上具有不同金属层的太阳电池的方法，其可包括以下步骤：a)准备玻璃衬底；b)在玻璃衬底上形成透明导电氧化物膜(TCO)；c)在玻璃衬底上形成的透明导电氧化物膜(TCO)上形成防镀层(anti-plating layer)；d)在防镀层的区域之间形成银(Ag)电极；e)在Ag电极上形成Ni层(例如，使用Ag电极作为籽晶镀敷不同金属)；f)在Ag电极上形成的Ni层上形成铜Cu层；g)在可在Ag电极上形成的Ni层上形成的Cu层上形成锡(Sn)层；以及h)除去防镀层。在示例性实施例中，该方法还可以包括：i)在防镀层被除去的区域形成TiO2层。该方法还可以包括：g-1)在Sn层上形成Ta层。
[0020] 玻璃衬底可具有大约1t或小于1t的厚度。形成镍层的步骤可包括：使用Ag电极作为籽晶形成不同金属的涂层。形成Sn层的步骤可通过g)在Cu层上形成Ta层而不是Sn层，和g-1)在Ta层上形成Sn层来执行。在示例性实施例中，步骤e)到步骤g)的Ag电极可以为镀Ta的Ag电极。
[0021] 透明导电氧化物膜可具有大约1000A或小于1000A的厚度，并且可包括选自氧化氟锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟钨和氧化锌(ZnO)的至少一个层。在另一个实施例中，透明导电氧化物膜可包括以上材料并且可具有金属网格图案。
[0022] 此外，防镀层可使用喷墨印刷、丝网印刷、辊印或凹版印刷形成，随后通过紫外线(UV：ultraviolet)
固化或热固化而硬化。防镀层在除形成Ag电极的区域以外的区域可形成为图案。另外，防镀层可使用凹版印刷或旋涂法的涂敷方法形成。TiO2层可作为防镀层起作用。
[0023] Ag电极可具有大约1um至20um的厚度，具有带凸出上部的钟形，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。特别地，形成防镀层的步骤和形成Ag电极的步骤可以以相反的顺序形成。
[0024] 在另一个实施例中，在形成Ag电极之前，透明导电氧化物膜的表面可被涂敷氟基液体材料，或利用氟基气体被实施等离子体预处理。该方法还可以包括在Ag电极的形成期间，在底部的总线处形成多个用于镀敷的图案(例如2-5个图案)。
[0025] 此外，形成Ag电极的步骤可通过使用电镀、无电镀或LIP(光诱导镀)的镀法执行。形成Cu层的步骤可通过使用电镀、无电镀或LIP(光诱导镀)的镀法；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法执行。形成Sn层的步骤可通过使用电镀、无电镀或LIP(光诱导镀)的镀法；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法执行。另外，可使用酸性退除溶液(stripping solution)、中性退除溶液或
碱性退除溶液将防镀层除去。
[0026] 在另一个实施例中，TiO2层可具有大约1um至20um的厚度，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。TiO2层可形成在衬底的前部或除形成集电极的区域以外的透明导电氧化物膜的前部。
[0027] 于是，由该方法制造的在作为导电电极的银电极上具有不同金属层的太阳电池可用来制造用于
全景天窗的半透明太阳电池组件，并且可用来制作染料敏化太阳电池。
附图说明
[0028] 现在参考用附图说明的本发明某些示例性实施例详细描述本发明的上述和其他特征，这些附图在下文中仅作为例证而给出，因此并不限制本发明，其中：
[0029] 图1是根据本发明的示例性实施例制作的太阳电池的示例性结构截面；
[0030] 图2是本发明的示例性实施例的电极的示例性截面，该电极具有形成有掩蔽层(masking layer)，随后在Ag电极上直接形成不同金属层的电极的结构；
[0031] 图3是本发明的示例性实施例的在透明导电氧化物膜(TCO)上形成的防镀层的示例性形状；
[0032] 图4是本发明的示例性实施例的在防镀层之间形成的Ag电极的示例性形状；
[0033] 图5是本发明的示例性实施例的染料敏化太阳电池的示例性结构；
[0034] 图6示出本发明的示例性实施例的在玻璃衬底上形成的示例性透明导电氧化物膜(TCO)；
[0035] 图7示出本发明的示例性实施例的在透明导电氧化物膜上形成的示例性TiO2层；
[0036] 图8示出本发明的示例性实施例的在透明导电氧化物膜上形成的示例性Ag层；
[0037] 图9是本发明的示例性实施例的染料敏化太阳电池组件的示例性形状；以及[0038] 图10示出本发明的示例性实施例的示例性Ag-Ta
电沉积边界(boundary)。
[0039] 应理解，附图并不一定按照比例绘制，它们只是呈现了示出本发明的基本原理的在某些程度上经简化了的各种特征的表示。本文所公开的本发明的具体设计特征，包括，例如具体尺寸、
定位、
位置和形状，将部分地由特定目的的应用和使用环境来确定。这些图形中，贯穿附图的多幅图形，相同的附图标记指代本发明的相同或等同部件。
具体实施方式
[0040] 本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在
说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数(Integer，整体)、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
[0041] 如本文所使用的，除非特别
声明或从上下文中明显看出，术语“大约(about)”应理解为处于本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可理解为在标注值(stated value)的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％，或0.01％内。除非从上下文中另外明确地看出，否则本文所提供的所有数值被术语“大约”修饰(限制)。
[0042] 现在将具体参考本发明的各个实施例，这些实施例的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施例相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但
覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附
权利要求所限定的本发明精神和范围之内的各种选择形式、
修改形式、等同形式及其它实施方案。
[0043] 本发明提供用于制造在作为导电电极的银电极上具有不同金属层的太阳电池的方法，其可包括：准备玻璃衬底；在玻璃衬底上形成透明导电氧化物膜(TCO)；在玻璃衬底上形成TiO2层；在玻璃衬底上形成Ag电极；在Ag电极上形成Ni层；在Ag电极上形成的Ni层上形成Cu层；在Ag电极上形成的Ni层上形成的Cu层上形成Sn层。形成Ni层的步骤可包括：使用Ag作为籽晶形成不同金属的涂层。
[0044] 另外，本发明提供用于制造在作为导电电极的银电极上具有不同金属层的太阳电池的方法，其可包括：准备玻璃衬底；在玻璃衬底上形成透明导电氧化物膜(TCO)；在玻璃衬底上形成的透明导电氧化物膜(TCO)上形成防镀层；在防镀层的区域之间形成Ag电极；在Ag电极上形成Ni层(例如，使用Ag电极作为籽晶镀敷不同金属)；在Ag电极上形成的Ni层上形成Cu层；在Ag电极上形成的Ni层上形成的Cu层上形成锡Sn层；以及除去防镀层。形成Ni层的步骤可包括：使用Ag电极作为籽晶形成不同金属的涂层。
[0045] 在示例性实施例中，本发明可包括：在Ag电极上直接形成不同金属电极的方法而无需掩蔽层。图1是根据上述的本发明的方法制造的太阳电池结构的示例性截面。
[0046] 异质结集电极可以是Ag-Ni-Cu-Sn；Ag-Ni-Cu-Sn-Ta；Ag-Ni-Cu-Ta-Sn；或Ag-Ta的形式。该电极可以选自以上结构，并且不限于特定顺序。特别地，本发明提供形成具有如图1所示的结构的金属层的方法，其可包括：准备玻璃衬底；在玻璃衬底上形成透明导电氧化物膜(TCO)；在玻璃衬底上形成TiO2膜；在玻璃衬底上形成Ag电极；在Ag电极上形成Ni层(例如，使用Ag电极作为籽晶镀敷不同金属)；在Ag电极上形成的Ni层上形成Cu层；以及在Ag电极上形成的Ni层上形成的Cu层上形成Sn层。
[0047] 具体地，玻璃衬底可具有大于1t或小于1t的厚度。透明导电氧化物膜可具有大约1000A或小于1000A的厚度，并且可包括选自氧化氟锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟钨和ZnO的至少一个层。另外，透明导电氧化物膜可包括金属网格图案。当透明导电氧化物膜为金属网格图案时，透明导电氧化物膜的表面电阻可减少，并且在透明导电氧化物膜与电极之间的
接触电阻可减少。
[0048] 此外，所形成的TiO2层可具有大约1um至20um的厚度，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。TiO2层可在衬底的前部或除形成集电极的空间以外的透明导电氧化物膜的前部形成。Ag电极可具有大约1um至10um的厚度，可具有带凸出上部的钟形，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。
[0049] 在一个实施例中，在形成Ag电极之前，透明导电氧化物膜可被涂敷氟基液体材料，或利用氟基气体被实施等离子体预处理。通过此类等离子体处理，可期待借助于微蚀刻(micro-etching)的表面清洁效果或预处理效果，即，提高电极与透明电极之间的粘附力的效果。该过程可在形成Ag电极的步骤之前，或在形成TiO2层的步骤之后执行。
[0050] 另外，Ni层可通过使用电镀、无电镀或LIP(光诱导镀：能够仅使用光照射的镀敷过程)的镀法形成。Cu层可通过使用电镀、无电镀或LIP的镀法形成；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法形成。另外，Sn层可通过使用电镀、无电镀或LIP的镀法形成；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法形成。
[0051] 本发明的方法还可以包括：在Sn层上形成Ta层。可替代地，本发明的方法可通过在Cu层上形成Ta层而不是Sn层，并且在Ta层上形成Sn层来执行。
[0052] 在另一个示例性实施例中，本发明提供使用如图3所示的防镀层的方法，(即，形成掩蔽层之后在Ag电极上直接形成不同金属层(图2)的电极的方法)。异质结集电极可以是Ag-Ni-Cu-Sn；Ag-Ni-Cu-Sn-Ta；Ag-Ni-Cu-Ta-Sn；或Ag-Ta的形式。该电极可以选自以上结构，并且不限于特定的顺序。
[0053] 图2示出通过以上方法制造的太阳电池结构的示例性截面。具体地，本发明提供用于以如图4表示的形式在Ag电极上形成金属层的方法，其可包括：准备玻璃衬底；在玻璃衬底上形成透明导电氧化物膜(TCO)；在玻璃衬底上形成的透明导电氧化物膜(TCO)上形成防镀层；在防镀层的区域之间形成Ag电极；在Ag电极上形成Ni层(例如，使用Ag电极作为籽晶镀敷不同金属)；在Ag电极上形成的Ni层上形成铜Cu层；在Ag电极上形成的Ni层上形成的Cu层上形成锡Sn层；以及除去防镀层。
[0054] 以上方法还可以包括：在除去防镀层的区域上形成TiO2层。另外，玻璃衬底可具有大约1t或小于1t的厚度。该方法也还可以包括：在Sn层上形成Ta层。可替代地，该方法可通过在Cu层上形成Ta层而不是Sn层，并且在Ta层上形成Sn层来执行。
[0055] 此外，透明导电氧化物膜可具有大约1000A或小于1000A的厚度，并且可包括选自氧化氟锡、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化铟钨和ZnO的至少一个层。透明导电氧化物膜可包括以上成分并且可具有金属网格图案。当透明导电氧化物膜以金属网格图案形成时，透明导电氧化物膜的表面电阻可减少，并且透明导电氧化物膜与电极之间的接触电阻可减少。
[0056] 防镀层可使用喷墨印刷、丝网印刷、辊印或凹版印刷的涂敷方法形成，并且防镀层的特性在于，在形成步骤完成之后通过紫外线(UV)固化或热固化而硬化。防镀层在除形成Ag电极的区域以外的区域可形成为图案，并且可使用凹版印刷或旋涂法的涂敷方法形成。
[0057] 防镀层的功能可由TiO2层取代。即，该方法无需形成防镀层也可进行。由于属于陶瓷的TiO2层为非导体，并且不引起镀敷，所以TiO2层可作为防镀层使用。
[0058] 此外，Ag电极可具有大约1um至20um的厚度，具有带凸出上部的钟形，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。形成Ag电极的过程与形成防镀层的过程可以对调(reverse)。在形成Ag电极之前，透明导电氧化物膜可被涂敷氟基液体材料，或利用氟基气体被实施等离子体预处理。通过此类等离子体处理，可期待借助于微蚀刻的表面清洁效果或预处理效果，即，提高电极与透明电极之间的粘附力的效果。
[0059] 还可以在Ag电极的形成期间，在总线的底部形成用于镀敷的多个图案(例如，2-5个图案)。总线可作为收集在电极生成的
电子的
电流集电器的作用。一般地，对于晶体太阳电池而言，5英寸的晶片可包括2条总线，6英寸的晶片可包括3条总线。这旨在以突出的形状在通常包含在太阳电池中的总线处形成附加图案以挑选用于镀敷(例如，要通电的)的电极。即，对于有效镀敷而言，应该设有从镀液中通电并由此镀敷材料能够转移的的接触点，用于涂敷的单独的图案可沿着太阳电池的导电电极另外形成。
[0060] Ni层可通过使用电镀、无电镀或LIP(光诱导镀)的镀法形成。Cu层可通过使用电镀、无电镀或LIP的镀法形成；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法形成。Sn层可通过使用电镀、无电镀或LIP的镀法形成；或通过丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印或凹版印刷或旋涂法的涂敷方法形成。防镀层可使用酸性退除溶液、中性退除溶液或碱性退除溶液除去。另外，TiO2层可具有大约1um至20um的厚度，并且可通过选自丝网印刷、点胶印刷、喷墨印刷、辊印、凹版印刷和旋涂法的涂敷方法形成。另外，TiO2层在衬底的前部或除形成集电极的区域以外的透明导电氧化物膜的前部形成。
[0061] 以下实例说明了本发明，并不意在限制本发明。
[0062] 图5示出染料敏化太阳电池的示例性基本结构，图6示出在玻璃衬底上形成的示例性TCO，图7示出在TCO上形成的示例性TiO2层，图8示出在TCO上形成的示例性Ag层，图10示出电沉积的Ag-Ta的示例性边界，图9示出使用以上构件制作的染料敏化太阳电池组件的示例性形状。诸如Ag-Ta之类的不同金属可以以任意顺序电沉积，防镀层可视情况而形成，并且如果形成，则防镀层也可除去。
[0063] 根据本发明的示例制作的染料敏化太阳电池具有以下几个优点：通过减少衬底破损能提高产量(production yield)；由于减小了Ag的使用量能够使生产成本减少；以及由于在Ag层上形成不同金属层，能够保护Ag层。参考示例性实施例已对本发明进行了详细描述。然而本领域技术人员应认识到在不背离本发明的原理和精神的情况下能够在这些实施例中做出修改，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同形式来限定。
