用于在非正方形衬底上生成网格线的方法技术

本发明专利技术是用于在非正方形衬底上生成网格线的方法。一种太阳能电池制造方法涉及印刷较长的中央网格线以及一对或多对较短的“侧”网格线，使得所述两个网格线组的端点在八边形(伪正方形)衬底上形成台阶图案。特殊的印刷头被使用，其包括经由第一流通道从第一阀接收墨以印刷所述较长的中央网格线的一组中央喷嘴，以及经由附加的流通道从附加的阀接收墨以印刷所述较短的“侧”网格线的附加的多组侧喷嘴。所述中央喷嘴具有沿过程方向偏离所述侧喷嘴的侧排出孔的排出孔。开始信号被同时发送到所述阀，使得墨通过所述中央孔和侧孔大体上同时被挤出，由此所挤出的墨产生具有所需的台阶图案的网格线端点。

【技术实现步骤摘要】
用于在非正方形衬底上生成网格线的方法
本专利技术涉及基于晶片的电子器件的制造，并且更具体地涉及在H图案(H-pattern)太阳能电池上使用微挤出技术产生前侧金属化。
技术介绍
图15是示出通过光电效应将太阳光转换成电力的示例性常规H图案接触太阳能电池40H的简图。太阳能电池40H被形成在半导体(例如多晶硅或单晶硅)衬底41H上，所述衬底41H使用已知技术被处理以包括n型掺杂的上区域41U和p型掺杂的下区域41L，使得pn结在衬底41H的中心附近被形成。置于半导体衬底41H的前侧表面42H上的是被电连接到n型区域41U的一系列平行金属网格线(手指)44H(在端视图中示出)。大体上实心的导电层46被形成在衬底41H的背侧表面43上，并且被电连接到p型区域41L。抗反射涂层47典型地被形成在衬底41H的上表面42上方。当来自太阳光束L1的光子穿过上表面42进入衬底41H并且用大于半导体带隙的能量撞击半导体材料原子时，太阳能电池40H产生电力，所述撞击将把价带中的电子(“-”)激发到导电带，允许电子和关联的空穴(“+”)在衬底41H内流动。将n型区域41U和p型区域41L隔开的pn结被用于阻止所激发的电子与空穴的再结合，由此产生电势差，该电势差能够经由网格线44H和导电层46被施加于负载，如图15所指示的那样。图16(A)和16(B)是示出太阳能电池40P和40M的前侧接触图案的透视图，所述图案分别被形成在正方形(或矩形)多晶硅(“多硅”)衬底41P和八边形(或其他非正方形)单晶硅(单硅)衬底41M上。太阳能电池40P和40M两者都具有前侧接触图案，该前侧接触图案包括：平行的窄网格线44P/44M的阵列以及与网格线44P/44M垂直地延伸的一个或多个更宽的收集线(汇流条)45，网格线44P/44M和汇流条45两者分别被置于衬底41P和41M的上表面42上。在这两种情况下，网格线44P/44M从如在上文中所描述的衬底41P/41M收集电子(电流)，而汇流条45聚集来自网格线44P/44M的电流。在光电模块中，汇流条45变成金属带(未示出)典型地通过焊接附接到其的点，所述带被用于在太阳能板(即被布置在公共平台上的、串联或并联接线的太阳能电池40P/40M的阵列)中将一个电池电连接到另一个电池。对于这两种类型的太阳能电池40P和40M，背侧接触图案(未示出)包括大体上连续的背表面场(BSF)金属化层和多个(例如三个)间隔开的焊垫金属化结构，该焊垫金属化结构以与汇流条45相似的方式起作用，并且还被连接到用于将一个电池电连接到另一个电池的关联金属带(未示出)。本领域的技术人员会理解，制造形成在多硅衬底41P上的太阳能电池40P与制造形成在单硅衬底41M上的太阳能电池40M相比通常没有那么贵，但太阳能电池40M在将太阳光转换成电力方面比太阳能电池40P更高效，由此抵消更高的生产成本中的一些。制造多硅衬底41P与制造单晶衬底41M相比没有那么贵，这是因为用于制造多硅晶片的工艺通常更简单并且因此比制造单晶晶片便宜。典型地，使用铸造法将多晶晶片形成为正方形晶锭，其中熔融硅被灌入模具中并且进而相对快地被冷却，而然后正方形晶锭被切割成晶片。然而，多硅晶片以由于大量晶粒边界而导致的不完美表面为特征，其妨碍太阳光到电池中的透射，这减少了太阳能吸收并且导致较低的太阳能电池效率(即每单位面积较少的电力)。也就是说，为了产生相同的瓦数，多硅电池与它们的单晶等同物相比将需要更大的表面面积，这在有限阵列空间可用时是重要的。与此相反，单晶衬底(晶片)从单晶体生长，以使用相对慢(长)的冷却过程来形成圆柱形晶锭。与太阳能电池40M关联的较高制造成本也部分地归因于制造单晶晶片41M的较高成本，这涉及将圆柱形晶锭切割成圆盘形状的晶片，并且进而将圆形晶片切割成具有均匀表面的‘伪’正方形(多边形)(例如图16(B)所示的八边形)，这对于到面板上的组装而言是高效的。注意，形成这些‘伪’正方形衬底涉及切掉圆形晶片的外围部分，这产生了硅的大量浪费。然而，因为单硅衬底41M包括单晶体结构，其太阳光透射优于多硅衬底41P的太阳光透射，这有助于其更高的操作效率。用于制造H图案太阳能电池的常规方法包括丝网印刷和微挤出。丝网印刷技术首先被用在太阳能电池的大规模制造中，但是其缺点在于它需要与半导体衬底的物理接触，导致相对低的产品良率。为了满足对于低成本大面积半导体的需求，微挤出方法新近被开发，并且其包括使用微挤出印刷头将导电的“网格线”材料挤出到半导体衬底的表面上。由于市场偏向更低成本的太阳能电池，常规的大量制造微挤出系统和印刷头目前被优化，以依照图17所示的方法将导电浆料(连同导电材料一起包含烧结物)挤出到正方形/矩形多硅衬底41P上。图17是描绘用于在太阳能电池40P(其在图16(A)中以完整形式示出)的制造期间将网格线44P印刷到多硅衬底41P的前侧表面42上的目前所使用的微挤出方法的简化顶视图。多硅衬底41P被定位在常规微挤出印刷头100-PA下方并且相对于常规微挤出印刷头100-PA沿过程(Y轴)方向被移动，同时网格线材料被从沿跨过程(X轴)方向对齐的多个喷嘴排出孔69-PA挤出，使被挤出的网格线材料在衬底41P上形成平行的网格线结构44P。当喷嘴排出孔69-PA被定位在离开衬底41P的前边缘41P-F的预定距离处，使得网格线44的前沿与前边缘41P-F分开预定间隙距离S时，例如经由打开将网格线材料供给到印刷头100-PA中的阀而开始挤出(网格线印刷)过程。相似地，网格线印刷过程被终止以在网格线44P的后端与衬底41P的后边缘41P-B之间提供空间。这个间隙被设置在网格线44P的前/后端与衬底41P的前/后边缘之间，以便防止在网格线44P与形成在衬底41P的背侧表面上的导体(未示出)之间可能的短路。与丝网印刷技术相比，将掺杂材料挤出到衬底41P上提供了对导电区域的特征分辨率的优良控制，并且在不用接触衬底41P的情况下促进了沉积，由此避免晶片毁损(即提高了产品良率)。例如，在美国专利申请No.20080138456中公开了这样的制作技术，通过引用将其整体并入本文中。基于单晶的太阳能电池所面对的另一问题是，被优化用于基于多硅的太阳能电池的当前的太阳能电池挤出印刷设备不能以高效的方式被用于制作八边形(“伪正方形”)的基于单晶的太阳能电池。这个问题在图18中示出，图18描绘了使用常规印刷头100-PA在八边形单晶硅衬底41M上生成网格线44P。也就是说，常规印刷头100-PA和关联的微挤出系统通常不能单独控制穿过喷嘴排出孔69-PA的挤出材料，由此沿衬底41M的侧边缘设置的网格线44P在倒角边缘41M-C1和41M-C3上方延伸(如图18中的虚线圆所指示的那样)，由此很可能在网格线44P与形成在衬底41M的背侧表面上的导体(未示出)之间产生短路。这个问题的一种可能的解决方案将是在角区域上提供掩模，或者移除重叠的网格线部分。这个方法将允许使用目前可用的设备，但将大大增加生产成本，需要八边形单硅晶片的大量预挤出或后挤出处理将潜在地降低良率，并且还将浪费网格线材料。另一可能的方法将是修改印刷头以包括用于每个排出孔的单独的阀，并且修改系统以促进单独控制所述阀，使得每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在伪正方形衬底上印刷平行网格线使得所述网格线沿过程方向延伸的方法，所述伪正方形衬底具有沿所述过程方向对齐的相对的侧边缘、沿跨过程方向对齐的相对的前端边缘和后端边缘以及成关联的锐角从关联的侧边缘和端边缘延伸的多个倒角边缘，所述方法包括：沿所述过程方向在印刷头下面移动所述伪正方形衬底，其中所述印刷头包括：沿所述跨过程方向对齐并且被置于所述印刷头的中央区域中的多个第一排出孔；以及沿所述跨过程方向对齐并且被置于沿所述跨过程方向位于所述中央跨过程区域外侧的第一和第二侧区域中的多个第二排出孔，并且其中所述第一排出孔沿所述过程方向偏离所述第二排出孔一偏离距离；在印刷开始时间将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中，使得所述网格线材料通过所述第一排出孔被挤出以形成第一网格线结构，并且通过所述第二排出孔被挤出以形成第二网格线结构，由此所述第一网格线结构的第一端点平行于所述跨过程方向对齐，并且偏离所述第二网格线结构的第二端点大体上等于所述偏离距离的台阶距离；在第二时间终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动，使得所述第二网格线结构的第三端点被置于所述衬底上并且平行于所述跨过程方向对齐；以及在第三时间终止网格线材料向所述第一孔的流动，使得所述第一网格线结构的第四端点平行于所述跨过程方向对齐，并且使得所述第一网格线结构比所述第二网格线结构长。...

【技术特征摘要】
2012.02.10 US 13/371,3581.一种用于在伪正方形衬底上印刷平行网格线使得所述网格线沿过程方向延伸的方法，所述伪正方形衬底具有沿所述过程方向对齐的相对的侧边缘、沿跨过程方向对齐的相对的前端边缘和后端边缘以及成关联的锐角从关联的侧边缘和端边缘延伸的多个倒角边缘，所述方法包括：沿所述过程方向在印刷头下面移动所述伪正方形衬底，其中所述印刷头包括：沿所述跨过程方向对齐并且被置于所述印刷头的中央区域中的多个第一排出孔；以及沿所述跨过程方向对齐并且被置于沿所述跨过程方向位于所述中央跨过程区域外侧的第一和第二侧区域中的多个第二排出孔，并且其中所述第一排出孔沿所述过程方向偏离所述第二排出孔一偏离距离；在印刷开始时间将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中，使得所述网格线材料通过所述第一排出孔被挤出以形成第一网格线结构，并且通过所述第二排出孔被挤出以形成第二网格线结构，由此所述第一网格线结构的第一端点平行于所述跨过程方向对齐，并且偏离所述第二网格线结构的第二端点大体上等于所述偏离距离的台阶距离；在第二时间终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动，使得所述第二网格线结构的第三端点被置于所述衬底上并且平行于所述跨过程方向对齐；以及在第三时间终止网格线材料向所述第一孔的流动，使得所述第一网格线结构的第四端点平行于所述跨过程方向对齐，并且使得所述第一网格线结构比所述第二网格线结构长。2.一种H图案太阳能电池，其包括：伪正方形衬底，其具有包括沿跨过程方向延伸的相对的平行的前边缘和后边缘、沿过程方向延伸的相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：CL科布，SE索尔伯格，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：