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      太陽能電池封裝結構與制程的制作方法

      文檔序號:6943237閱讀:148來源:國知局
      專利名稱:太陽能電池封裝結構與制程的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及一種太陽能電池封裝結構與制程。
      背景技術
      使用太陽能電池來獲得能源,相較于其他的能源,例如石化能源、核能、水利等,是目前認為較環(huán)保的方式。尤其是在原油的價格持續(xù)飆高的時候,更顯得太陽能發(fā)電的的許多優(yōu)點。再者,原油總有用盡的一天,而太陽能發(fā)電,相對于原油而言是取之不盡,用之不竭的能源。因此目前各國政府,研究單位與許多的私人企業(yè)都將許多的研究資源投入在太陽能產(chǎn)業(yè)上。太陽能電池一般而言是指光子射到半導體p-n 二極體后,p-n 二極體的二端電極, 產(chǎn)生可輸出功率的電壓伏特值,其過程包括光子射到半導體內(nèi)產(chǎn)生電子-電洞對,電子和電洞因半導體P-n接面形成的內(nèi)建電場作用而分離,電子和電洞往相反的方向各自傳輸至二端電極來輸出。所以太陽能電池一般是跟P-n 二極體有關的。若以硅晶體為例,η-型硅是指加入V族的元素(如磷)做為施體(donor),提供導帶電子。ρ-型硅則是指加入III 族的元素(如硼)做為受體(donor),提供價帶電洞。如此半導體便可以有四種帶電荷的粒子帶負電荷的電子,帶正電荷的電洞,帶負電荷的受體離子,和帶正電荷的施體。前二者是可動的,而后二者是不可動的。尚未接觸前,η-型或是ρ-型半導體都是維持各自的電中性(charge neutrality),也就是說,n_型半導體中,施體離子所帶正電荷,約等于電子 (η-型的多數(shù)載子)所帶負電荷。P-型半導體中,受體離子所帶負電荷,約等于電洞(P-型的多數(shù)載子)所帶正電荷。η-型和ρ-型半導體接觸,形成p-n接面(junction)。在接面附近,電子會從濃度高的η-型區(qū)擴散至濃度低的ρ-型區(qū),而相對地,電洞會從濃度高的ρ-型區(qū)擴散至濃度低的η-型區(qū)。如此一來,在接面附近的區(qū)域,其電中性便會被打破。η-型區(qū)在接面附近會有施體正離子裸露而產(chǎn)生正電荷區(qū),而P-型區(qū)在接面附近會有受體負離子裸露而產(chǎn)生負電荷區(qū)。η-型區(qū)正電荷區(qū)和ρ-型區(qū)負電荷區(qū)就總稱為空間電荷區(qū)(space charge region)。因為施體正離子和受體負離子都是固定于晶格中,因此n_型區(qū)正電荷區(qū)和P-型區(qū)負電荷區(qū)就會形成一個內(nèi)建(built-in)電場,這空間電荷區(qū)的內(nèi)建電場其方向是從η-型區(qū)指向ρ-型區(qū)。如果入射光子在空間電荷區(qū)被吸收產(chǎn)生電子_電洞對,電子會因為內(nèi)建電場的影響而向η-型區(qū)漂移(drift),而相對地,電洞會因為內(nèi)建電場的影響而向P-型區(qū)漂移。也就是說,入射光子在空間電荷區(qū)被吸收產(chǎn)生電子和電洞,因為內(nèi)建電場的影響而產(chǎn)生從η-型區(qū)向ρ-型區(qū)的漂移電流,就是所謂的光電流(photocurrent)。太陽能電池中的光電流,其流向是從η-型區(qū)向ρ-型區(qū),這對p-n 二極體而言,這剛好是反向偏壓(reverse bias)的電流方向。太陽能電池中,p-n接面區(qū)的空間電荷區(qū)的內(nèi)建電場的功用就是使入射光子被吸收產(chǎn)生電子-電洞對在復合(recombination)前被分開,而產(chǎn)生光電流。光電流再經(jīng)由 P-n 二極體的金屬接觸(metal contact)傳輸至負載,這也就是太陽能電池(photovoltaic cell或PV cell)的基本工作原理。

      發(fā)明內(nèi)容
      鑒于上述的發(fā)明背景中,為了符合產(chǎn)業(yè)利益的需求,本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能電池封裝結構與制程,其主要的特征在于藉由熱壓合多個錫球以取代傳統(tǒng)焊接,從而避免傳統(tǒng)焊接的缺陷,進一步提高產(chǎn)量和良率,更能簡化制程。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明揭露了一種太陽能電池封裝結構,包含二表面電極,配置于一光伏電池上;以及二導電片,分別藉由多個錫球電性耦合于該表面電極。其中,上述的二表面電極分別位于該光伏電池的窗口層的二側(cè),并且每一導電片的一端分別電性耦合于該表面電極之一,另一端向該窗口層的外側(cè)延伸,以裸露該窗口層。其中,更包含一基板,并且該光伏電池配置于該基板上,其中該光伏電池的窗口層與該基板分別位于該光伏電池的上下面,并且每一導電片的另一端電性耦合于該基板。其中,上述的錫球與表面電極之間更包含一阻障層,以避免錫球滲透至表面電極, 其中該表面電極包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀,并且該導電片包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀。其中,其特征在于,上述的錫球的直徑為100-150μπι,并且錫球的間距約為 200 μ m0還公開了一種太陽能電池封裝制程,其特征在于包含下列步驟配置多個錫球于一光伏電池的二表面電極上,其中該光伏電池配置于一基板上; 以及熱壓合至少一導電片與該表面電極。其中,更包含下列步驟切除遮蔽該光伏電池的窗口層的導電片。其中,更包含下列步驟當熱壓合該導電片與該表面電極之后、或同時,或當切除遮蔽該窗口層的導電片之后、或同時,將導電片的二端分別連接至該基板,其中該窗口層與該基板分別位于該光伏電池的上下面。其中,更包含下列步驟 配置該些錫球于該表面電極上之前,于每一表面電極上分別形成一阻障層。其中,上述的錫球藉由球格式封裝方式配置,其中該些錫球的直徑為100-150 μ m, 并且該些錫球的間距約為200 μ m。其中,上述的表面電極包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀,并且該導電片包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀。通過上述結構,本發(fā)明的太陽能電池封裝結構與制程提出以錫接合表面電極與導電片,從而取代傳統(tǒng)焊接方式,由于錫的熔點較低,不易破壞半導體結構;且采用錫球陣列以接合表面電極與導電片,以避免產(chǎn)生應力而破壞結構;而且,球格式封裝方式配置錫球陣列,從而不需精確對位即可達到電性耦合的效果,可明顯提高效率;由于錫球數(shù)目眾多且排列密集,即使某些錫球并未接觸導電片或是錫球間彼此接觸相連,皆不會降低電流匯出的導電率;因此,本發(fā)明提出的手段可提高產(chǎn)量、良率,更可簡化制程,節(jié)省制造成本。


      圖IA和圖IB為本發(fā)明提出的太陽能電池封裝的結構示意圖;以及圖2為本發(fā)明提出的太陽能電池封裝制程的流程示意圖。
      具體實施例方式本發(fā)明在此所探討的方向為一種太陽能電池封裝結構與制程。為了能徹底地了解本發(fā)明,將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地,本發(fā)明的施行并未限定于太陽能電池封裝結構與制程的技藝者所熟習的特殊細節(jié)。另一方面,眾所周知的組成或步驟并未描述于細節(jié)中,以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明的較佳實施例會詳細描述如下,然而除了這些詳細描述之外,本發(fā)明還可以廣泛地施行在其他的實施例中,且本發(fā)明的范圍不受限定,其以之后的專利范圍為準。太陽能電池須要表面電極(bus bar)來連接外界的電路。一般而言,不照光和照光的表面,都有二條平行條狀表面電極來提供外界連線的焊接處。不照光的表面通常會全部涂上一層所謂的back surface field(BSF)金屬層,而照光的表面,會從條狀表面電極, 伸展出一列很細的金屬柵線(grid lines) 0 BSF金屬層可以增加載子的收集,還可回收沒有被吸收的光子。金屬柵線的設計,除了要能有效地收集載子,而且要盡量減少金屬線遮蔽入射光的比例,因照光面的金屬線通常會遮蔽3 5%的入射光。表面電極一般使用鎳(Ni)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈀(Pd)等金屬搭配制成,為了防止遮住入射的太陽光,在形狀排列的設計上就相當重要,該電極必須要夠厚,以利傳導電流,但是又要面積小,以防止遮蔭。因此從條狀表面電極,伸展出一列金屬柵線。金屬柵線如同樹木的分枝散布到電池表面各處以增加接收電流的面積,而其細小的枝節(jié)又可防止大部份電池面積被遮住。表面電極如同樹木的主干,將各處金屬柵線傳導來的電流匯出至外部負載,設計的較粗,使得電阻較小。傳統(tǒng)上,表面電極藉由多條I/O導線(bridge)以將電流匯出至外部負載。然而, 每一條導線皆需以焊接方式連接于表面電極上,而導線通常為高熔點的金屬材質(zhì),例如銀, 因此,焊接時的高溫往往會破壞太陽能電池的結構,并且此種手工打線制程必須以人工親自對位、裁切導線,效率明顯受限。再者,如有任一導線并未焊接確實,該條導線將無法匯出電流,因此,傳統(tǒng)焊接制程猶如"手工產(chǎn)業(yè)",良率難以提升,更無法量產(chǎn)。有鑒于此,本發(fā)明提出以錫接合表面電極與導電片,藉以取代傳統(tǒng)焊接方式,其優(yōu)勢在于,錫的熔點較低,于接合金屬時,不易破壞半導體結構。然而,若將錫整層完整地覆蓋于表面電極的表面上反而會增加應力問題。故,本發(fā)明藉由錫球陣列以接合表面電極與導電片,藉此避免產(chǎn)生應力而破壞結構。再者,藉由球格式封裝(Ball Grid Array,BGA)方式配置錫球陣列,從而不需精確對位即可達到電性耦合的效果,可明顯提高效率。由于錫球數(shù)目眾多且排列密集,即使某些錫球并未接觸導電片或是錫球間彼此接觸相連,皆不會降低電流匯出的導電率。因此,本發(fā)明提出的手段可提高產(chǎn)量、良率,更可簡化制程,節(jié)省制造成本。接下來,請參閱圖式詳細解釋本發(fā)明的內(nèi)容,技術特征,與各種的實施方式。請參考圖IA所示,本發(fā)明提出一種太陽能電池封裝結構100,其包含一光伏電池110、二表面電極120、122與二導電片130、132。上述的表面電極120、122配置于光伏電池 110上,并且分別位于光伏電池窗口層(window layer) 112的二側(cè)。導電片130的一端藉由多個錫球140電性耦合于表面電極120,而另一端則朝向窗口層112的外側(cè)延伸,以避免遮蔭。同理,導電片132的一端亦藉由多個錫球140電性耦合于表面電極122,另一端亦朝向窗口層112的外側(cè)延伸,以裸露出窗口層112。上述的窗口層112包含多條金屬柵線114,以有效地收集電荷載子。又因為窗口層112即為太陽能電池接受光線的區(qū)域,故需盡量減少金屬柵線遮蔽入射光的比例。為了避免錫球140滲透至表面電極120、122,表面電極120、122與錫球140之間更可包含一阻障層(barrier layer) 150,藉由此一阻障層150的保護,表面電極120、122可避免受到錫球140的污染。請參考圖IB所示,太陽能電池封裝結構100更可包含一基板160,并且將上述的光伏電池110配置于基板160上。光伏電池110的窗口層112與基板160分別位于光伏電池110的上下面,并且導電片130、132未與表面電極120、122接合的一端電性耦合于基板 160。本發(fā)明更提出一種太陽能電池封裝制程,其主要包含下列步驟首先,步驟210, 配置多個錫球140于一光伏電池110的二表面電極120、122上,其中光伏電池110配置于一基板160上。隨后,步驟220,熱壓合一導電片134與表面電極120、122。最后,步驟230, 切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片,以形成導電片130、132。為了保護表面電極120、122不受錫球140污染,于步驟210之前更可包含步驟 202,形成一阻障層150于表面電極120、122上。因此,本發(fā)明提出的太陽能電池封裝制程亦可包含下列步驟首先,步驟202,形成阻障層150于表面電極120、122上。之后,步驟210, 配置多個錫球140于表面電極120、122上,其中阻障層150位于錫球140與表面電極120、 122之間。隨后,步驟220,熱壓合導電片134與表面電極120、122。最后,步驟230,切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片,以形成導電片130、132。再者,太陽能電池封裝制程更可包含將導電片的二端分別連接至基板160。然而, 此一步驟可與步驟220同時執(zhí)行,亦可在步驟220之后執(zhí)行?;蛘?,此一步驟亦可與步驟 230同時執(zhí)行,或是在步驟230之后執(zhí)行。據(jù)此,上述的太陽能電池封裝制程可分別如下所述。制程一首先,步驟202,形成阻障層150于表面電極120、122上。之后,步驟210, 配置多個錫球140于表面電極120、122上。隨后,步驟220,熱壓合導電片134與表面電極 120、122,并同時將導電片的二端分別連接至基板160。最后,步驟230,切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片,以形成導電片130、132。制程二 首先,步驟202,形成阻障層150于表面電極120、122上。之后,步驟210, 配置多個錫球140于表面電極120、122上。隨后,步驟220,熱壓合導電片134與表面電極 120、122,然后再將導電片的二端分別連接至基板160。最后,步驟230,切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片,以形成導電片130、132。制程三首先,步驟202,形成阻障層150于表面電極120、122上。之后,步驟210, 配置多個錫球140于表面電極120、122上。隨后,步驟220,熱壓合導電片134與表面電極 120、122。最后,步驟230,切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片,以形成導電片130、132,并同時將導電片的二端分別連接至基板160。制程四請參閱圖2,其為本發(fā)明的一較佳實施范例的流程示意圖。首先,如步驟 202所示,形成阻障層150于表面電極120、122上,其中表面電極120、122配置于光伏電池 110上,并且分別位于光伏電池窗口層112的二側(cè)。之后,如步驟210所示,配置多個錫球 140于表面電極120、122上。隨后,如步驟220所示,熱壓合導電片134與表面電極120、 122。然后,如步驟230所示,切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片,以形成導電片130、 132,其中上述的窗口層112包含多條金屬柵線114,以有效地收集電荷載子。最后,如步驟 240所示,將導電片130、132未與表面電極120、122接合的一端分別連接至基板160。再者,除了藉由切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片以裸露出窗口層112的方法外,更可直接將二導電片130、132分別熱壓合于二表面電極120、122上。因此,上述的太陽能電池封裝制程即包含下列步驟首先,形成阻障層150于表面電極120、122上。之后, 配置多個錫球140于表面電極120、122上。隨后,熱壓合至少一導電片與表面電極,亦即可同時或先后地熱壓合導電片130、132與表面電極120、122,更可如前述的制程,先熱壓合一導電片134與表面電極120、122后,再切除遮蔽光伏電池窗口層112的導電片。最后,再將導電片130、132未與表面電極120、122接合的一端分別連接至基板160。上述的錫球140可藉由球格式封裝(Ball Grid Array, BGA)方式配置,其中錫球 140的直徑可為100-150 μ m,并且錫球140的間距約為200 μ m。最理想的狀態(tài),使得每一個錫球彼此保持間隔不互相接觸,以避免錫球相連導致電阻增加。然而,本發(fā)明優(yōu)勢之一即在于,由于錫球數(shù)量眾多且體積小,因此即使某些錫球彼此接觸相連,亦不會明顯提升電阻, 故可維持電流匯出率。再者,理想中,每一個錫球的直徑皆可相同,以避免熱壓合過程中直徑較小的錫球無法接觸到導電片而降低導電率。而本發(fā)明的另一優(yōu)勢為藉由為數(shù)眾多的錫球與導電片電性耦合,以避免少數(shù)錫球因為未接觸至導電片而降低電流匯出率。另外,上述的表面電極120、122可包含下列群組之一或其組合鎳(Ni)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈀 (Pd),并且導電片130、132亦可包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀。本發(fā)明,可以是上述的各種圖示與各種實施例可能的搭配與組合,任何的搭配與組合應當視為本發(fā)明的各種實施例。在此不復贅言一一介紹各種的組合。顯然地,依照上面實施例中的描述,本發(fā)明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利要求項的范圍內(nèi)加以理解,除了上述詳細的描述外,本發(fā)明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已,并非用以限定本發(fā)明的申請專利范圍;凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾,均應包含在下述申請專利范圍內(nèi)。
      權利要求
      1.一種太陽能電池封裝結構,其特征在于,包含二表面電極,配置于一光伏電池上;以及二導電片,分別藉由多個錫球電性耦合于該表面電極。
      2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池封裝結構,其特征在于,上述的二表面電極分別位于該光伏電池的窗口層的二側(cè),并且每一導電片的一端分別電性耦合于該表面電極之一,另一端向該窗口層的外側(cè)延伸,以裸露該窗口層。
      3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池封裝結構,其特征在于,更包含一基板,并且該光伏電池配置于該基板上,其中該光伏電池的窗口層與該基板分別位于該光伏電池的上下面,并且每一導電片的另一端電性耦合于該基板。
      4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池封裝結構,其特征在于,上述的錫球與表面電極之間更包含一阻障層,以避免錫球滲透至表面電極,其中該表面電極包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀,并且該導電片包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀。
      5.根據(jù)權利要求1所述的太陽能電池封裝結構,其特征在于,上述的錫球的直徑為 100-150 μ m,并且錫球的間距約為200 μ m。
      6.一種太陽能電池封裝制程,其特征在于,包含下列步驟配置多個錫球于一光伏電池的二表面電極上,其中該光伏電池配置于一基板上;以及熱壓合至少一導電片與該表面電極。
      7.根據(jù)權利要求6所述的太陽能電池封裝制程,其特征在于,更包含下列步驟切除遮蔽該光伏電池的窗口層的導電片。
      8.根據(jù)權利要求7所述的太陽能電池封裝制程,其特征在于,更包含下列步驟當熱壓合該導電片與該表面電極之后、或同時,或當切除遮蔽該窗口層的導電片之后、 或同時,將導電片的二端分別連接至該基板,其中該窗口層與該基板分別位于該光伏電池的上下面。
      9.根據(jù)權利要求6所述的太陽能電池封裝制程,其特征在于,更包含下列步驟配置該些錫球于該表面電極上之前,于每一表面電極上分別形成一阻障層。
      10.根據(jù)權利要求6所述的太陽能電池封裝制程,其特征在于,上述的錫球藉由球格式封裝方式配置,其中該些錫球的直徑為100-150 μ m,并且該些錫球的間距約為200 μ m。
      11.根據(jù)權利要求6所述的太陽能電池封裝制程,其特征在于,上述的表面電極包含下列群組之一或其組合鎳、銀、鋁、銅、鈀,并且該導電片包含下列群組之一或其組合鎳、 銀、鋁、銅、鈀。
      全文摘要
      本發(fā)明提供一種太陽能電池封裝結構與制程,其包含二導電片與配置于一光伏電池上的二表面電極,并且藉由熱壓合每一導電片與表面電極上的多個錫球,以使導電片與表面電極間產(chǎn)生電性耦合。
      文檔編號H01L31/18GK102222710SQ201010145289
      公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權日2010年4月13日
      發(fā)明者劉臺徽 申請人:太聚能源股份有限公司
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