台湾专利TW201310683A 薄膜太陽能電池之異種金屬接合的方法

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专利摘要:
一種異種金屬接合的方法係應用於接合一薄膜太陽能電池之一鋁電極及引出其電力之一銅箔，異種金屬接合的方法包括以下步驟：設置一助焊材料於鋁電極上；設置一銲錫球於鋁電極上；以及設置銅箔於銲錫球上並進行迴焊，以接合薄膜太陽能電池與銅箔。本發明可減少製程時間，又可降低製造成本。
公开号:TW201310683A
申请号:TW100130468
申请日:2011-08-25
公开日:2013-03-01
发明作者:Weng-Sing Hwang；Chien-Hsun Wang；Hsin-Chang Tsai
申请人:Of Energy Ministry Of Economic Affairs Bureau；
IPC主号:Y02P70-00

专利说明:
薄膜太陽能電池之異種金屬接合的方法
本發明係關於一種異種金屬接合的方法，特別關於一種應用於薄膜太陽能電池之異種金屬接合的方法。
近年來，由於環保意識的擡頭和石化能源(例如石油、煤)的逐漸枯竭，讓世界各國察覺到新型能源開發的重要性。由於太陽光是取之不盡、用之不竭的天然能源，除了沒有能源耗盡的疑慮之外，也可以避免能源被壟斷的問題。因此，世界各國也積極地發展太陽能源的應用科技，期望由增加太陽能源的利用來減低對石化能源的依賴。其中之一為太陽能電池，其係直接將光能轉換成電能。
習知一種薄膜太陽能電池的電極通常為鋁金屬之鍍層結構，為了將薄膜太陽能電池所產生的電力引出，通常會使用銅箔來接合薄膜太陽能電池。然而，在薄膜太陽能電池的領域中，鋁金屬與銅金屬的接合有其一定的難度，而習知技術中，薄膜太陽能電池之鋁電極與銅箔的接合一般是使用超音波接合或銀膠接合等方式來進行。
在使用超音波的接合技術方面，主要是利用超音波產生之高頻振動所產生的能量來加熱接合面，使鋁電極與銅箔接合。另外，在使用銀膠接合技術方面，主要是於薄膜太陽能電池之鋁電極或銅箔上進行局部點膠，再將兩者接合後進行烘烤，以固化並完成兩金屬之接合。然而，上述兩種接合技術中，不僅須使用昂貴的設備及技術，且會耗費太多的製程時間，當然，也具有較高的製造成本。
因此，如何提供一種薄膜太陽能電池的異種金屬接合的方法，不僅可減少製程時間，又可降低製造成本，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可減少製程時間，又可降低製造成本之薄膜太陽能電池的異種金屬接合的方法。
為連上述目的，依據本發明之一種異種金屬接合的方法係應用於接合薄膜太陽能電池之一鋁電極及引出其電力之一銅箔，異種金屬接合的方法包括以下步驟：設置一助焊材料於鋁電極上；設置一銲錫球於鋁電極上；以及設置銅箔於銲錫球上並進行迴焊，以接合薄膜太陽能電池與銅箔。
在一實施例中，助焊材料係為免洗助焊劑、或免洗助焊劑及助焊劑的混合。
在一實施例中，免洗助焊劑的重量百分比至少佔助焊材料的20%以上。
在一實施例中，銲錫球的材料包含有鉛銲錫或無鉛銲錫。
在一實施例中，銲錫球係以高溫噴墨方式設置於鋁電極上。
承上所述，因本發明之異種金屬接合的方法係包括：設置一助焊材料於鋁電極上；設置一銲錫球於鋁電極上；以及設置銅箔於銲錫球上並進行迴焊，以接合薄膜太陽能電池與銅箔。藉此，與習知之超音波接合技術或銀膠接合技術相較，不僅製程及設備較簡單，且可有效地將銅箔與薄膜太陽能電池接合在一起，因此，本發明不僅可減少製程時間，又可降低製造成本。另外，在本發明之一實施例中，是利用高溫壓電噴頭將銲錫噴印在塗有助焊材料之鋁電極上，故有利於薄膜太陽能電池與銅箔的接合而提升製程速度，並可提高產量及其應用。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一種異種金屬接合的方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖1所示，其為本發明之一種異種金屬接合的方法之流程示意圖。本發明之異種金屬接合的方法係應用於接合一薄膜太陽能電池之一鋁電極及引出其電力之一銅箔(copper foil)，換言之，就是將接合不易的薄膜太陽能電池(鋁電極)與銅箔接合，以引出薄膜太陽能電池的電力。
其中，異種金屬接合的方法包括：設置一助焊材料於鋁電極上(P01)；設置一銲錫球於鋁電極上(P02)；以及設置銅箔於銲錫球上並進行迴焊，以接合薄膜太陽能電池與銅箔(P03)等步驟。
請參照圖2A所示，步驟P01為：設置一助焊材料F於一薄膜太陽能電池1之一鋁電極11上。其中，薄膜太陽能電池1包含一鋁電極11及一電池元件12。由於鋁電極11與焊錫接合不易，因此，本發明需先設置助焊材料F於鋁電極11上。其中，助焊材料F係為免洗助焊劑、或者是免洗助焊劑及助焊劑的混合。而免洗助焊劑為業界常用的ROHS，助焊劑為業界常用的51 flux。另外，免洗助焊劑的重量百分比可至少佔助焊材料F的20%以上時，如此，薄膜太陽能電池1與銅箔2的接合效果較佳。
請參照圖2B所示，步驟P02為：設置一銲錫球S於鋁電極11上。於此，係設置複數銲錫球S於鋁電極11上。其中，銲錫球S的材料可包含有鉛銲錫或無鉛銲錫。另外，本發明是以高溫噴墨的方式將銲錫球S噴印於鋁電極11上。其中，為了將熔點為攝氏217度的銲錫熔化，需將壓電噴墨裝置及銲錫加熱超過攝氏217度(例如加熱到230度)。另外，本發明是利用壓電噴墨裝置之高溫壓電噴頭將銲錫噴印在塗有助焊材料F之鋁電極11上，以形成銲錫球S，且銲錫球S的直徑約為77.0μm。薄膜太陽能電池1也需同時加熱，以避免高溫的銲錫球S直接接觸低溫的鋁電極11而無法附著。值得一提的是，由於壓電噴墨裝置需從常溫加熱至攝氏230度，故需藉由氮氣保護噴頭，以避免熔融的銲錫球S因氧化而無法形成液滴，進而塞住噴頭。
請同時參照圖2B及圖2C所示，步驟P03為：設置一銅箔2於銲錫球S上並進行迴焊(reflow)，以接合薄膜太陽能電池1與銅箔2。於此，係利用銅箔2接合在薄膜太陽能電池1上，以將薄膜太陽能電池1所產生的電力引出。其中，迴焊的溫度至少為攝氏240度，而迴焊時間至少為30秒。經過迴焊處理後，銲錫球S與助焊材料F熔融，以形成圖2C之一接合層C。特別說明的是，圖示中只是示意，其並未顯示實際元件之間的比例。
以下，請參照圖3A至圖3C之顯微組織照片，以說明本發明之異種金屬接合的方法應用於接合薄膜太陽能電池1與銅箔2的實際結果。其中，圖3A至圖3C分別為不同迴焊條件下之薄膜太陽能電池1的顯微組織照片。
在3A至圖3C的實施例中，由於鋁電極11的厚度很薄，經過高溫迴焊後，鋁電極11已熔融，部分熔融的鋁金屬被趕到接合層C的兩側，而部分融入接合層C內，故圖示中只顯示電池元件12及接合層C，且並未顯示銅箔2(若使用較厚的鋁電極11時，則可顯示其存在於電池元件12與接合層C之間)。另外，在圖3A至圖3C的接合過程中，所使用之銲錫球S的材料分別為無鉛銲錫，其成份分別為：Sn-3.0wt%Ag-0.5wt%Cu，而噴出的銲錫球S的直徑約為300μm。此外，圖3A至圖3C的接合過程中，助焊材料F中，免洗助焊劑與助焊劑的混合比例為3：1。換言之，免洗助焊劑的重量百分比佔助焊材料F的75%。
於圖3A之實施例中，迴焊溫度為240度，而迴焊時間是30秒。另外，於圖3B之實施例中，迴焊溫度為240度，而迴焊時間是75秒。此外，於圖3C之實施例中，迴焊溫度為240度，而迴焊時間是120秒。
由圖3A至圖3C的顯微照片可看出，接合層C與電池元件12之間的接合情況相當良好(密合度相當佳)。
另外，請參照圖4所示，其為圖3A至圖3B之實施例中，薄膜太陽能電池1之總電阻與量測距離的關係圖表。
於圖4中可發現，三個實施例中，不同距離的薄膜太陽能電池1之總電阻(total resistance)均為2.5歐姆以下，這表示，銅箔2、接合層2與薄膜太陽能電池1之間的接合相當好，使得不同距離的總電阻均可低於2.5歐姆以下。
綜上所述，因本發明之異種金屬接合的方法係包括：設置一助焊材料於鋁電極上；設置一銲錫球於鋁電極上；以及設置銅箔於銲錫球上並進行迴焊，以接合薄膜太陽能電池與銅箔。藉此，與習知之超音波接合技術或銀膠接合技術相較，不僅製程及設備較簡單，且可有效地將銅箔與薄膜太陽能電池接合在一起，因此，本發明不僅可減少製程時間，又可降低製造成本。另外，在本發明之一實施例中，是利用高溫壓電噴頭將銲錫噴印在塗有助焊材料之鋁電極上，故有利於薄膜太陽能電池與銅箔的接合而提升製程速度，並可提高產量及其應用。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1．．．薄膜太陽能電池
11．．．鋁電極
12．．．電池元件
2．．．銅箔
C．．．接合層
F．．．助焊材料
P01～P03．．．步驟
S．．．銲錫球
圖1為本發明之一種異種金屬接合的方法之流程示意圖；
圖2A至圖2C分別為本發明之異種金屬接合的示意圖；
圖3A至圖3C分別為不同迴焊條件下之薄膜太陽能電池的顯微組織照片；以及
圖4為圖3A至圖3B中，薄膜太陽能電池之總電阻與量測距離的關係圖表。
P01～P03．．．步驟

权利要求:
Claims (5)
[1] 一種異種金屬接合的方法，係應用於接合一薄膜太陽能電池之一鋁電極及引出其電力之一銅箔，該異種金屬接合的方法包括以下步驟：設置一助焊材料於該鋁電極上；設置一銲錫球於該鋁電極上；以及設置該銅箔於該銲錫球上並進行迴焊，以接合該薄膜太陽能電池與該銅箔。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之異種金屬接合的方法，其中該助焊材料係為免洗助焊劑、或免洗助焊劑及助焊劑的混合。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之異種金屬接合的方法，其中該免洗助焊劑的重量百分比至少佔該助焊材料的20%以上。
[4] 如申請專利範圍第1項所述之異種金屬接合的方法，其中該銲錫球的材料包含有鉛銲錫或無鉛銲錫。
[5] 如申請專利範圍第1項所述之異種金屬接合的方法，其中該銲錫球係以高溫噴墨方式設置於該鋁電極上。

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法律状态:

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

TW100130468A|TWI467792B|2011-08-25|2011-08-25|薄膜太陽能電池之異種金屬接合的方法|TW100130468A| TWI467792B|2011-08-25|2011-08-25|薄膜太陽能電池之異種金屬接合的方法|

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