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    • 专利摘要:
    一種薄膜太陽能電池之製法，係於一玻璃基板之背光面上形成透光的第一電極層，且於第一電極層形成複數個第一開孔，俾由第一開孔露出部份的背光面；再於該第一電極層及露出的部份背光面上形成光電轉換層，並於光電轉換層形成複數個第二開孔，俾由第二開孔露出部份的第一電極層；以及藉由非真空鍍膜技術於光電轉換層及露出的部份第一電極層上，形成用以反光並具有複數個第三開孔的第二電極層，該第二電極層係包括由具有非繞射的填充物的高分子基材所構成之導電膠體。
    公开号:TW201314925A
    申请号:TW100134529
    申请日:2011-09-26
    公开日:2013-04-01
    发明作者:Jun-Chin Liu；Yu-Hung Chen；Chien-Liang Wu；Yu-Ru Chen；Yu-Ming Wang
    申请人:Ind Tech Res Inst；
    IPC主号:H01L31-00
    专利说明:
    薄膜太陽能電池之製法
    本發明係關於一種薄膜太陽能電池之法，尤指一種具有反光背電極層之薄膜太陽能電池之製法。
    現有的薄膜太陽能電池製程，如第1圖所示，係在玻璃基板10的背光面101上以真空濺鍍技術鍍上一層例如為TCO薄膜的第一電極層11，再利用雷射圖案化技術於第一電極層11上進行圖案化，以使部份背光面101外露於所形成之圖案化開孔中。
    於第一電極層11進行圖案化製程的步驟完成後，係於第一電極層11及外露於圖案化開孔中的部份的背光面101上以真空濺鍍技術鍍上例如為矽膜的光電轉換層12，接著，利用雷射圖案化技術於光電轉換層12上進行圖案化，以使部份第一電極層11外露於所形成之圖案化開孔中。於光電轉換層12進行圖案化的步驟完成後，即可在光電轉換層12及外露於圖案化開孔中之部份第一電極層11上再次以真空濺鍍技術鍍上具反光效果的第二電極層13。最後，再次藉由雷射圖案化技術圖案化第二電極層13及光電轉換層12，以使部份第一電極層11外露於所形成之圖案化開孔中露出部份的第一電極層11，而完成薄膜太陽能電池的製造。
    然而，真空濺鍍技術的實施，需利用非常昂貴的真空濺鍍設備方能完成，進而造成廠商的設備成本大幅提昇，也導致薄膜太陽能電池整體的成本始終無法有效的降低。另外，整體而論，薄膜太陽能電池最佳成型溫度，理應不超過攝氏150度，以免元件受到高溫的破壞，但現有的真空濺鍍設備，卻多伴隨著高達攝氏200℃的操作溫度，因此，直接影響了薄膜太陽能電池整體的產品良率。又，由於現行的第二電極層13多具備銀電極，但銀電極的設置卻無法避免影響反光效果的產生表面電漿吸收(Surface Plasmon Absorption)效應，而在反光效果受到影響的前提下，薄膜太陽能電池整體的發電效率亦始終不甚理想。
    另外，台灣第201119048A1號專利案雖然揭露了利用導電油墨填充物當成薄膜太陽能電池之背電極的技術，但因其導電油墨的填充物的尺寸係設計為介於0.5nm~300nm間，故仍具有散射損失較高及會吸收短波長的表面電漿損失無法避免等嚴重問題，從而導致反射率無法提昇。
    鑑於習知技術的種種缺失，本發明的主要目的之一係在於提供一種能減少真空濺鍍設備之使用及降低高溫造成之破壞的薄膜太陽能電池製程技術。
    為了達到上述目的及其它目的，本發明係提供一種薄膜太陽能電池之製法，係包括以下步驟：於一玻璃基板之背光面上形成透光的第一電極層，且於該第一電極層形成複數個第一開孔，俾由該第一開孔露出部份的該背光面；於該第一電極層及藉由該第一開孔露出的部份該背光面上形成光電轉換層，並於該光電轉換層形成複數個第二開孔，俾由該第二開孔露出部份的該第一電極層；以及以非真空鍍膜技術於該光電轉換層及藉由該第二開孔露出的部份該第一電極層上，形成用以反光且具有複數個第三開孔的第二電極層，其中，該第二電極層係包括具有非繞射的填充物的高分子基材所構成之導電膠體。
    於一實施例中，以非真空鍍膜技術形成該第二電極層之製程步驟，係指透過網印技術、轉印技術或噴墨技術形成該第二電極層。而透過網印技術、轉印技術或噴墨技術形成該第二電極層的製程步驟，係指於常溫或小於120℃的環境溫度中，利用網印技術、轉印技術或噴墨技術形成該第二電極層。
    相較於習知技術，由於本發明能藉由網印技術、轉印技術或噴墨技術於光電轉換層上直接形成已具有複數個第三開孔的第二電極層，所以，不但能省略一次真空濺鍍設備之使用，更能省略一次雷射圖案化之程序，進而大幅降低製程成本、提高製程效率，避免因高溫造成的破壞，更甚者，由於第二電極層其具有的導電膠體係包括非繞射的填充物的高分子基材，所以更能提高整體的反射光，增加光電轉換效率。
    以下藉由特定的具體實施形態說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。當然，本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用。
    請參閱第2A~2E圖所示的流程示意圖，以瞭解本發明提供的薄膜太陽能電池之製法，需先說明的是，本發明提供的薄膜太陽能電池之製法係以玻璃基板20為基底，從而依序形成第一電極層21、光電轉換層22及第二電極層23。
    實際實施時，首先如第2A、2B圖所示，係先提供具有背光面200的玻璃基板20，並於背光面200上形成能透光的第一電極層21，且於第一電極層21形成複數個第一開孔210(如圖式的橫切面)，進而藉由第一開孔210露出部份的背光面200。於本實施例中，於第一電極層21形成複數個第一開孔210的製程步驟，係可藉由雷射圖案化技術令第一電極層21形成複數個第一開孔210，而於背光面200形成能透光的第一電極層21的製程步驟，則可利用現有的真空濺鍍設備來予以實施，故不再贅述。
    接著如第2C、2D圖所示，於第一電極層21及從第一開孔210中露出的部份背光面200上形成光電轉換層22，並令光電轉換層22的橫切面具有複數個第二開孔220，進而藉由第二開孔220露出部份的第一電極層21。於本實施例中，於光電轉換層22形成複數個第二開孔220的製程步驟，係可藉由雷射圖案化技術令光電轉換層22形成複數個第二開孔220。再者，令光電轉換層22的形成複數個第二開孔220的製程步驟，係指令光電轉換層22形成複數個位置不同於第一開孔210的第二開孔220，亦即使第一開孔210中充填有光電轉換層22。當然，形成光電轉換層22之製程仍可選擇現有的真空濺鍍設備來予以完成，亦不贅述。
    最後則如第2E圖所示，係以非真空鍍膜技術於光電轉換層22及從第二開孔220中露出的部份第一電極層21上，形成具反光能力且具有複數個第三開孔230的第二電極層23，其中，第二電極層23係包括導電膠體，而所述的導電膠體係由具有非繞射的填充物及高分子基材所構成，該材質在申請人台灣第201115762A1號專利公開案及台灣第100128413號專利申請案中已有揭露，亦不贅述。。於本實施例中，以非真空鍍膜技術形成第二電極層23之製程步驟，係指透過網印技術、轉印技術或噴墨技術一次形成具有第三開孔230的第二電極層23，而透過所述的網印技術、轉印技術或噴墨技術形成第二電極層23的製程步驟，係可於常溫或小於120℃的環境溫度中利用網印技術、轉印技術或噴墨技術形成第二電極層23，換言之，形成第二電極層23的製程步驟，係不需藉由現有的真空濺鍍設備，從而避免高溫可能造成的破壞與降低成本，且由於網印技術、轉印技術或噴墨技術能在形成第二電極層23的同時一併形成第三開孔230，所以亦不需再藉由雷射圖案化技術於第二電極層23上進行圖案化，從而更進一步加速製程效率與降低製程成本。
    於另一實施例中，形成具有複數個第三開孔230的第二電極層23的製程步驟，可為形成具有複數個間距小於50um的第三開孔230的第二電極層23，再者，形成具有複數個第三開孔230的第二電極層23的製程步驟，還可為形成具有複數個位置重疊於第二開孔220的第三開孔230的第二電極層23，換言之，第三開孔230與第二開孔220的位置係可重疊，而透過第三開孔230亦可外露出第一電極層21。
    於又一實施例中，形成第二電極層23的製程步驟，可為形成厚度小於20μm的第二電極層23，而第二電極層23具備的導電膠體的填充物的重量，係可介於第二電極層23具備的導電膠體的重量的30%至70%間，且導電膠體的填充物至少一維度的尺寸，係可大於或等於λ/2n，其中，λ為導電膠體的反射波長，且n為填充物的折射率。較佳地，填充物可為管狀、線狀、棒狀或片狀之複合物，當然，填充物的材質也可為奈米金、銀、銅、鋁、或鈦。而所述的高分子基材之材質，係可為壓克力樹脂、乙烯-醋酸乙烯酯樹脂、環氧樹脂、氨酯樹脂、或纖維素。
    具體實施時，第二電極層23的導電膠體中的填充物，係可為片狀銀及奈米銀線，其中，片狀銀的特徵長度係大於λ/2n，例如，當光為波長600nm之紅光時，奈米材料之特徵長度僅需大於300nm，即可提升反射率。本案之反射光波長可介於400~1200nm間，因此片狀銀之特徵長度範圍可介於0.5~16um間。而奈米銀線的尺度參數之一者(如AR)可大於100nm，AR(ASPECT RATIO)=L/D,且尺度參數之另一者(如D)可接近100nm。藉此即可讓片狀銀的尺寸大於光線的繞射極限，所以可有效提昇光線的反射率，同時，因奈米銀線還可連接周圍的片狀銀來增加導電率，從而更能避免現有的導電油墨具有表面電漿損失及散射損失等缺失。需補充的是，前述的結構尺度、材質種類及光線繞射極限的原理與概念，還可一併參照台灣第201115762A1號專利公開案及台灣第100128413號專利申請案。
    相較於習知技術，由於本發明係能藉由網印技術、轉印技術或噴墨技術直接於光電轉換層上快速形成反光且已具有複數個第三開孔的第二電極層，亦即能於常溫的環境中快速形成已圖案化的第二電極層，所以不但能省略一次真空濺鍍設備之製程程序，更能省略一次雷射圖案化之製程程序，進而大幅降低製程成本、提高製程效率、避免因高溫造成的破壞，更進一步而言，藉由第二電極層具有的導電膠體包括非繞射的填充物的高分子基材的物理特性，本發明更能提高薄膜太陽能電池整體的反射光效率，避免表面電漿損失與散射損失等缺失，進一步增加整體的光電轉換效率。
    惟，上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
    10．．．玻璃基板
    101．．．背光面
    11．．．第一電極層
    12．．．光電轉換層
    13．．．第二電極層
    20．．．玻璃基板
    200．．．背光面
    21．．．第一電極層
    210．．．第一開孔
    22．．．光電轉換層
    220．．．第二開孔
    23．．．第二電極層
    230．．．第三開孔
    第1A至1G圖係為習知的薄膜太陽能電池之製法之流程示意圖；以及
    第2A至2E圖係為本發明的薄膜太陽能電池之製法之流程示意圖。
    20．．．玻璃基板
    200．．．背光面
    21．．．第一電極層
    22．．．光電轉換層
    23．．．第二電極層
    230．．．第三開孔
    权利要求:
    Claims (13)
    [1] 一種薄膜太陽能電池之製法，係包括以下步驟：於一玻璃基板之背光面上形成透光的第一電極層，且於該第一電極層形成複數個第一開孔，俾由該第一開孔露出部份的該背光面；於該第一電極層及藉由該第一開孔露出的部份該背光面上形成光電轉換層，並於該光電轉換層形成複數個第二開孔，俾由該第二開孔露出部份的該第一電極層；以及以非真空鍍膜技術於該光電轉換層及藉由該第二開孔露出的部份該第一電極層上，形成用以反光且具有複數個第三開孔的第二電極層，其中，該第二電極層係包括具有非繞射的填充物及高分子基材所構成之導電膠體。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，於該第一電極層形成複數個第一開孔的步驟，係指藉由雷射圖案化技術令該第一電極層具有複數個第一開孔。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，於該光電轉換層形成複數個第二開孔的步驟，係指藉由雷射圖案化技術令該光電轉換層具有複數個第二開孔。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，於該光電轉換層形成複數個第二開孔的步驟，係指於該光電轉換層形成複數個位置不同於該第一開孔的第二開孔。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，以非真空鍍膜技術形成該第二電極層之步驟，係指透過網印技術、轉印技術或噴墨技術形成該第二電極層。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，透過網印技術、轉印技術或噴墨技術形成該第二電極層的步驟，係指於常溫或小於120℃的環境溫度中，利用網印技術、轉印技術或噴墨技術形成該第二電極層。
    [7] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，形成具有複數個第三開孔的第二電極層的步驟，係指形成具有複數個間距小於50um的第三開孔的第二電極層。
    [8] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，形成具有複數個第三開孔的第二電極層的步驟，係指形成具有複數個位置重疊於該第二開孔的第三開孔的第二電極層。
    [9] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，形成第二電極層的步驟，係指形成厚度小於20μm的第二電極層。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，該填充物的重量係介於該導電膠體的重量30%至70%間。
    [11] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，該填充物至少一維度的尺寸係大於或等於λ/2n，而λ為該導電膠體的反射波長，且n為該填充物的折射率。
    [12] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，該填充物係為管狀、線狀、棒狀或片狀之複合物，且該填充物係為奈米金、銀、銅、鋁、或鈦。
    [13] 如申請專利範圍第1項所述之薄膜太陽能電池之製法，其中，該片狀銀之特徵長度範圍可介於0.5~16um間。
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