矽晶太陽能電池設計與應用
2009/12/09 14:48
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電子月刋 04/2009
晶太陽能電池為目前發展最久，
技術最為成熟的太陽能電池，既使近年來a-Si/μc-Si、CdTe、CIGS等薄膜太陽能技術逐漸成熟並開始量產，更新一代的染料敏化太陽能電池也已
開始在各大國際展會中亮相，全球太陽能電池市場絕大多數仍為矽晶太陽能電池。矽晶太陽能整個產業鏈上中下游都持續有巨額資金投入，除了快速擴充設備產能，
各項新技術、新設計也一一導入量產，使得各項矽晶太陽能產品更好、成本更低，邁向更為成熟、普及的階段。本文將簡介矽晶太陽能電池製程與設計，說明各項設
計之考量重點與應用時之特點，並列舉幾項國際展會中可看到的電池、模組新產品。
矽晶太陽能電池基本製程
由於矽晶太陽能電池已發展許久，製造技術已算是相當成熟，以下將大致說明其標準的製造流程。
1.粗糙化蝕刻(Texturing)：
通過進料檢測的矽晶片於此階段去除切片之鋸痕，並以酸液將晶片表面蝕刻成粗糙面，降低入射光之反射率，使入射之光能得以充分利用。
2.磷擴散(Diffusion, forming the PN junction)：
晶片在高溫爐中通入含磷氣體，使電洞較多的P型矽晶片表層滲入磷，形成電子較多的N型區域。此即光電轉換效應所需的P-N junction。
3.磷玻璃蝕刻(Phosphorus Glass Etching)：
磷擴散過程中會在整片晶片外層形成磷玻璃，必須以酸洗去除後才能進行後續製程。
4.電漿輔助化學汽相沉積
(PECVD process：Anti-reflective Coating)：
矽甲烷與氨氣在高溫爐中反應，於晶片表面形成氮化矽抗反射鍍層，其顏色以藍色為主，因鍍層厚度不同也可能呈藍紫色或淺藍色。
5.網印製程(Screen printing, 1 station for front
side, 2 stations for back side)：
正反面之粗細電極皆以網印之方式將含銀、含鋁之漿料印製於晶片表面，此製程分三段進行，第一站印製正面、第二段印製反面粗電極、第三段則以鋁漿印滿反面其餘面積。各站之間均需經過烘乾爐以及光學檢測系統，以確保網印內容及定位正確無誤。
6.快速燒結(Fast Firing, metallization)：
金屬漿料經過網印、烘乾之步驟，需經過燒結處理才能穿透正面氮化矽鍍層並滲入矽晶片表層，緊密結合併將電流導出。各階段熱處理之溫度設定對於產品效率以及粗電極可焊性、銲接強度皆有影響。
7.雷射晶邊絕緣(Laser edge isolation)：
以P型矽晶片製作之太陽能電池正面為負極(－)、背面為正極(＋)，為避免正負兩極之間在晶片邊緣有短路之現象，需以雷射光束沿晶片邊緣處切割出一道深度超過P-N junction之凹槽，如此電流才能正確導出。此功能也可由電漿處理或化學蝕刻製程進行。
8.效能測試分類(Testing and sorting)：
生產線上的每一片太陽能電池做好了之後，會以全自動設備檢測正反面外觀、量測光電轉換效率等電性資料，再依據各公司設定之產品分類定義進行篩選分類。用以校正電性量測機台之標準片定期送交德國Fraunhofer ISE等機構檢測，以確保產品標示效率等級之正確性。
網印電極設計
圖1所示為目前國內外常見的標準型多晶矽太陽能電池正反面的外觀。網印電極的細部設計，各家多少有些出入，但基本組成類似。各電極的基本作用與設計考量概述如下。
正面粗細電極
太陽能電池受光產生的電子會經由正面的細電極彙集到粗電極，再透過銲接在粗電極上的導線與其他電池片、模組的電路相通。正面電極會遮蔽部分的電池
受光面積，因此一般設計上會儘量減少粗細電極的線寬，但是粗電極太窄會使模組廠在銲接導線時不易操作，且銲接面積較小也可能導致電阻增加、導線與電極間附
著力不足等問題。
把細電極變窄可減少遮蔽，但必須注意電阻是否會增加到對效率產生不良影響，此外網印時是否容易斷線也是必須注意的。某些較新的正面漿料會特別強調印出的細電極可以又窄又高，加大截面積以維持足夠的導電能力。
由於正面細電極相當接近P-N接面，對於光電轉換效率的好壞有較大的影響，其線寬以及間距也須參考矽晶片導電特性或其他製程條件的改變而作修改，
以追求更高的光電轉換效率。要做出相當細的電極，當然也得和漿料、網版的操作性質配合；而正面電極的製作，也有些材料、設備供應商提出以電鍍法取代網印製
程，強調更緻密的銀或銅有機會做出比需要燒結而有多孔質的銀漿具有更好導電特性的電極。
晶太陽能電池為目前發展最久，
技術最為成熟的太陽能電池，既使近年來a-Si/μc-Si、CdTe、CIGS等薄膜太陽能技術逐漸成熟並開始量產，更新一代的染料敏化太陽能電池也已
開始在各大國際展會中亮相，全球太陽能電池市場絕大多數仍為矽晶太陽能電池。矽晶太陽能整個產業鏈上中下游都持續有巨額資金投入，除了快速擴充設備產能，
各項新技術、新設計也一一導入量產，使得各項矽晶太陽能產品更好、成本更低，邁向更為成熟、普及的階段。本文將簡介矽晶太陽能電池製程與設計，說明各項設
計之考量重點與應用時之特點，並列舉幾項國際展會中可看到的電池、模組新產品。
矽晶太陽能電池基本製程
由於矽晶太陽能電池已發展許久，製造技術已算是相當成熟，以下將大致說明其標準的製造流程。
1.粗糙化蝕刻(Texturing)：
通過進料檢測的矽晶片於此階段去除切片之鋸痕，並以酸液將晶片表面蝕刻成粗糙面，降低入射光之反射率，使入射之光能得以充分利用。
2.磷擴散(Diffusion, forming the PN junction)：
晶片在高溫爐中通入含磷氣體，使電洞較多的P型矽晶片表層滲入磷，形成電子較多的N型區域。此即光電轉換效應所需的P-N junction。
3.磷玻璃蝕刻(Phosphorus Glass Etching)：
磷擴散過程中會在整片晶片外層形成磷玻璃，必須以酸洗去除後才能進行後續製程。
4.電漿輔助化學汽相沉積
(PECVD process：Anti-reflective Coating)：
矽甲烷與氨氣在高溫爐中反應，於晶片表面形成氮化矽抗反射鍍層，其顏色以藍色為主，因鍍層厚度不同也可能呈藍紫色或淺藍色。
5.網印製程(Screen printing, 1 station for front
side, 2 stations for back side)：
正反面之粗細電極皆以網印之方式將含銀、含鋁之漿料印製於晶片表面，此製程分三段進行，第一站印製正面、第二段印製反面粗電極、第三段則以鋁漿印滿反面其餘面積。各站之間均需經過烘乾爐以及光學檢測系統，以確保網印內容及定位正確無誤。
6.快速燒結(Fast Firing, metallization)：
金屬漿料經過網印、烘乾之步驟，需經過燒結處理才能穿透正面氮化矽鍍層並滲入矽晶片表層，緊密結合併將電流導出。各階段熱處理之溫度設定對於產品效率以及粗電極可焊性、銲接強度皆有影響。
7.雷射晶邊絕緣(Laser edge isolation)：
以P型矽晶片製作之太陽能電池正面為負極(－)、背面為正極(＋)，為避免正負兩極之間在晶片邊緣有短路之現象，需以雷射光束沿晶片邊緣處切割出一道深度超過P-N junction之凹槽，如此電流才能正確導出。此功能也可由電漿處理或化學蝕刻製程進行。
8.效能測試分類(Testing and sorting)：
生產線上的每一片太陽能電池做好了之後，會以全自動設備檢測正反面外觀、量測光電轉換效率等電性資料，再依據各公司設定之產品分類定義進行篩選分類。用以校正電性量測機台之標準片定期送交德國Fraunhofer ISE等機構檢測，以確保產品標示效率等級之正確性。
網印電極設計
圖1所示為目前國內外常見的標準型多晶矽太陽能電池正反面的外觀。網印電極的細部設計，各家多少有些出入，但基本組成類似。各電極的基本作用與設計考量概述如下。
正面粗細電極
太陽能電池受光產生的電子會經由正面的細電極彙集到粗電極，再透過銲接在粗電極上的導線與其他電池片、模組的電路相通。正面電極會遮蔽部分的電池
受光面積，因此一般設計上會儘量減少粗細電極的線寬，但是粗電極太窄會使模組廠在銲接導線時不易操作，且銲接面積較小也可能導致電阻增加、導線與電極間附
著力不足等問題。
把細電極變窄可減少遮蔽，但必須注意電阻是否會增加到對效率產生不良影響，此外網印時是否容易斷線也是必須注意的。某些較新的正面漿料會特別強調印出的細電極可以又窄又高，加大截面積以維持足夠的導電能力。
由於正面細電極相當接近P-N接面，對於光電轉換效率的好壞有較大的影響，其線寬以及間距也須參考矽晶片導電特性或其他製程條件的改變而作修改，
以追求更高的光電轉換效率。要做出相當細的電極，當然也得和漿料、網版的操作性質配合；而正面電極的製作，也有些材料、設備供應商提出以電鍍法取代網印製
程，強調更緻密的銀或銅有機會做出比需要燒結而有多孔質的銀漿具有更好導電特性的電極。
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1樓.2010/08/20 17:05詢問太陽能電池設計與應用
對於你分享的文章很有興趣，不知道是否還有新的文章可以交流呢?
