厚膜銀漿及其在制造半導(dǎo)體器件中的用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要設(shè)及厚膜銀漿組合物W及由所述組合物形成的厚膜銀電極，具體地插 片電極。本發(fā)明還設(shè)及娃半導(dǎo)體器件，并且具體地講，本發(fā)明設(shè)及用于形成太陽(yáng)能電池的厚 膜銀電極的導(dǎo)電組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明可應(yīng)用于范圍廣泛的半導(dǎo)體器件，盡管本發(fā)明對(duì)諸如光電二極管和太陽(yáng)能 電池的光接收元件尤其有效。下文W太陽(yáng)能電池作為現(xiàn)有技術(shù)的具體示例來(lái)描述本發(fā)明的 背景。
[0003] 具有P型基板的常規(guī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)具有通常在電池的正面或光照面上的負(fù)極 W及背面上的正極。在半導(dǎo)體主體的p-n結(jié)上入射的適當(dāng)波長(zhǎng)的福射充當(dāng)在該主體中產(chǎn)生 空穴-電子對(duì)的外部能源。由于p-n結(jié)處存在電勢(shì)差，因此空穴和電子W相反的方向橫跨 該結(jié)移動(dòng)，從而產(chǎn)生能夠向外部電路輸送電力的電流流動(dòng)。大部分太陽(yáng)能電池為已金屬化 的娃片形式，即設(shè)有導(dǎo)電的金屬電極。通常將厚膜漿料絲網(wǎng)印刷到基板上并賠燒W形成電 極。
[0004] 下面結(jié)合圖1A-1F來(lái)描述該種制備方法的示例。
[0005] 圖1A示出了單晶或多晶P型娃基板10。
[0006] 在圖1B中，反向傳導(dǎo)型的n型擴(kuò)散層20通過(guò)磯的熱擴(kuò)散形成，其中使用S氯氧化 磯作為磯源。在不存在任何具體修改的情況下，擴(kuò)散層20形成于娃P型基板10的整個(gè)表 面之上。擴(kuò)散層的深度可通過(guò)控制擴(kuò)散溫度和時(shí)間而變化，并且一般在約0. 3-0. 5微米的 厚度范圍內(nèi)形成。n型擴(kuò)散層可具有幾十歐姆/平方至最多約120歐姆/平方的薄層電阻 率。
[0007] 如圖1C中所示，在用抗蝕劑等保護(hù)該擴(kuò)散層的正面之后，通過(guò)蝕刻將擴(kuò)散層20從 剩余的表面移除，使得其僅僅保留在前表面上。然后使用有機(jī)溶劑等將抗蝕劑移除。
[000引然后，如圖1D所示，也用作減反射涂層的絕緣層30形成于n型擴(kuò)散層20上。絕 緣層通常為氮化娃，但也可為SiNy:H膜（即，絕緣膜包含在隨后的賠燒過(guò)程中用于純化的 氨）、氧化鐵膜、氧化娃膜、或氧化娃/氧化鐵膜。約700至900A厚度的氮化娃膜適用于約 1. 9至2. 0的折射率。絕緣層30的沉積可通過(guò)瓣射、化學(xué)氣相沉積、或其它方法進(jìn)行。
[0009] 接著，形成電極。如圖1E所示，將用于正面電極的銀漿500絲網(wǎng)印刷在氮化娃膜 30上，然后干燥。此外，將背面銀或銀/侶漿70和侶漿60絲網(wǎng)印刷在基板的背面上并且依 次干燥。賠燒在大約750至850°C溫度范圍內(nèi)的紅外線加熱爐中進(jìn)行幾秒鐘至幾十分鐘的 時(shí)間。
[0010] 因此，如圖1F所示，在賠燒期間，侶在背面上從侶漿60擴(kuò)散到娃基板10中，從而 形成包含高濃度侶滲雜劑的P+層40。該層一般稱為背表面場(chǎng)炬S巧層，并且有助于改善太 陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
[0011] 賠燒將干燥的侶漿60轉(zhuǎn)變?yōu)閭H背面電極61。同時(shí)，將背面銀或銀/侶漿70賠燒 成銀或銀/侶背面電極71。在賠燒期間，背面?zhèn)H與背面銀或銀/侶之間的邊界呈現(xiàn)合金狀 態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)電連接。背面電極的大部分面積被侶電極61占據(jù)，該部分歸因于需要形成P+ 層40。由于不可能對(duì)侶電極進(jìn)行焊接，因此在背面的部分之上形成了銀或銀/侶背面電極 71，作為用于借助銅帶等互連太陽(yáng)能電池的電極。此外，正面銀漿500燒結(jié)并在賠燒期間穿 透氮化娃膜30,從而實(shí)現(xiàn)與n型層20的電接觸。該類型的方法一般稱為"燒透"。圖1F的 賠燒電極501清晰地示出了燒透的結(jié)果。
[0012] 目前致力于提供厚膜漿料組合物，其具有減少量的銀，然而同時(shí)維持所得電極和 裝置的電性能和其它有關(guān)性能。本發(fā)明提供了銀漿組合物，所述銀漿組合物同時(shí)提供具有 較低量銀的體系，同時(shí)仍然維持電性能和機(jī)械性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供了厚膜漿料組合物，其包含：
[0014] (a) 35-45重量％銀，所述銀基本上由dg。。ym的球形銀顆粒組成；
[001引 化)0. 5-6重量％無(wú)鉛的基于餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料訊
[0016] (C)有機(jī)介質(zhì)；
[0017] 其中所述銀和所述玻璃料分散在所述有機(jī)介質(zhì)中，并且其中所述重量％是基于所 述漿料組合物的總重量計(jì)的，所述無(wú)鉛的基于餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料包含70-80 重量％Bi2〇3、5-ll重量％CuO、3-8重量％B203和3-8重量％化0,其中氧化物重量％是基 于所述無(wú)鉛的基于餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料的總重量計(jì)的。
[001引在一個(gè)實(shí)施例中，所述無(wú)鉛的基于餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料還包含2-6 重量％Si化和0. 1-1. 5重量％A1 203,其中所述氧化物重量％是基于所述無(wú)鉛的基于 餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料的總重量計(jì)的。
[0019] 本發(fā)明還提供了半導(dǎo)體器件，并且具體地講包括電極的太陽(yáng)能電池，所述電極由 本漿料組合物形成，其中所述漿料組合物已被賠燒W除去有機(jī)介質(zhì)并形成電極。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1A-1F示出了半導(dǎo)體器件的制造。圖1中所示的附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下。
[0021] 10 ;p型娃基板
[00巧 20 ;n型擴(kuò)散層
[002引30 ;氮化娃膜、氧化鐵膜、或氧化娃膜
[0024] 40 ;p+ 層（背表面場(chǎng)，BSF〇
[0025] 60 ;在背側(cè)面上形成的侶漿
[0026] 61 ;侶背面電極（通過(guò)賠燒背面?zhèn)H漿獲得）
[0027] 70 ;在背面上形成的銀/侶漿
[002引 71 ;銀/侶背面電極（通過(guò)賠燒背面銀/侶漿獲得）
[0029] 500 ;在正面上形成的銀漿
[0030] 501 ;銀正面電極（通過(guò)賠燒正面銀漿形成）
[0031] 圖2A-D說(shuō)明了一個(gè)實(shí)施例的制造方法，所述實(shí)施例使用本發(fā)明的導(dǎo)電漿料來(lái)制 造太陽(yáng)能電池。圖2中所示的附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下。
[0032] 102具有擴(kuò)散層和減反射涂層的娃基板
[0033] 104受光表面?zhèn)入姌O
[0034] 106用于侶電極的漿料組合物
[0035] 108用于插片電極的本發(fā)明的漿料組合物
[0036] 110侶電極
[0037] 112插片電極
【具體實(shí)施方式】
[003引本發(fā)明的導(dǎo)電性厚膜漿料組合物包含減少量的銀但提供由所述漿料形成電極的 能力，其中所述電極同時(shí)具有良好的電特性和粘附特性。
[0039] 所述導(dǎo)電性厚膜漿料組合物包含銀、無(wú)鉛的基于餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料 和有機(jī)介質(zhì)。其用于形成經(jīng)絲網(wǎng)印刷的電極，并且具體地講用于在太陽(yáng)能電池的娃基板上 的背面上形成插片電極。漿料組合物包含35-55重量％銀、0. 5-6重量％玻璃料和有機(jī)介 質(zhì)，其中銀和玻璃料分散在有機(jī)介質(zhì)中，并且其中所述重量百分比是基于所述漿料組合物 的總重量計(jì)的。
[0040] 下面詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明厚膜漿料組合物的各組分。
[0041] 籃
[004引在本發(fā)明中，漿料的導(dǎo)電相為銀（Ag)。銀基本上由dw<lym的球形銀顆粒組成，其 中中值粒徑屯。使用激光衍射來(lái)測(cè)定。dW表示按體積計(jì)測(cè)量的粒度分布的中值或第50百 分位值。目P，dg。為使得50%的粒子具有等于或小于此值的體積時(shí)的分布值。在一個(gè)實(shí)施例 中，銀基本上由ds0<0. 5ym的球形銀顆粒組成。
[0043] 所述銀顆粒不是完美的球形，而是具有大體球形并在本文中被稱為"球形"。
[0044] 由于其成本，有利的是減少漿料中的銀的量，同時(shí)維持漿料和由所述漿料形成的 電極的所需特性。此外，本厚膜漿料能夠形成具有減縮厚度的電極，從而進(jìn)一步節(jié)省成本。 基于所述漿料組合物的總重量計(jì)，本厚膜漿料組合物包含35-45重量％的銀。在一個(gè)實(shí)施 例中，所述厚膜漿料組合物包含38-42重量％的銀。
[0045] 巧搖料
[0046] 用于形成本組合物的玻璃料為無(wú)鉛的基于餓-銅-棚-鋒的氧化物（基于 Bi-化-B-化的氧化物）玻璃料。在一個(gè)實(shí)施例中，組合物包含0.5-6重量％玻璃料，其中重 量％是基于所述組合物的總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述組合物包含0. 2-5重量％玻 璃料，其中重量％是基于所述組合物的總重量計(jì)的。
[0047] 本文所描述的玻璃組合物，也稱為玻璃料，包含某些組分的百分比。具體地，該百 分比指的是起始材料內(nèi)所使用的組分的百分比，所述起始材料隨后如本文所述進(jìn)行加工W 形成玻璃組合物。此類命名對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員為常規(guī)的。換句話說(shuō)，組合物包含某些組 分，并且該些組分的百分比W對(duì)應(yīng)的氧化物形式的百分比來(lái)表示。如玻璃化學(xué)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員所知，在制備玻璃期間可能釋放某一部分的揮發(fā)性物質(zhì)。揮發(fā)性物質(zhì)的一個(gè)示例 是氧氣。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，雖然玻璃表現(xiàn)為無(wú)定形材料，但其很可能包含小部分的結(jié)晶材料。
[0048] 如果W賠燒的玻璃起始，那么本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已 知的方法來(lái)計(jì)算本文所述的起始組分的百分比，所述方法包括但不限于；電感禪合等離子 體-質(zhì)譜法（ICP-M巧、電感禪合等離子體-原子發(fā)射光譜法（ICP-AE巧等。此外，可使用W下示例性技術(shù)；X射線巧光光譜法狂RF)、核磁共振光譜法（醒R)、電子順磁共振波譜法 (EPR)、穆斯堡爾光譜法；電子微探針能量分散光譜法巧DS)、電子微探針波長(zhǎng)分散光譜法 (WDS)、或陰極發(fā)光法（CL)。
[0049] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，原材料的選擇可能無(wú)意地包含雜質(zhì)，所述雜質(zhì) 在加工期間可能被滲入玻璃中。例如，雜質(zhì)可在數(shù)百至數(shù)千ppm的范圍內(nèi)存在。雜質(zhì)的存 在將不改變玻璃、組合物例如厚膜組合物、或賠燒的器件的性能。例如，即使厚膜組合物包 含雜質(zhì)，包含厚膜組合物的太陽(yáng)能電池也可能具有本文所述的效率。如本文所用，"無(wú)鉛"是 指未有意添加鉛。
[0化0] 玻璃料可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)通過(guò)混合待滲入其中的氧化物 (或當(dāng)加熱時(shí)分解為所期望氧化物的其它材料，例如含氣化物）來(lái)制備。此類制備技術(shù)可設(shè) 及在空氣或含氧氣氛中加熱混合物W形成烙體，澤火所述烙體，W及礙磨、銳削和/或篩選 經(jīng)澤火的材料W提供具有期望粒度的粉末。餓、銅、棚、鋒和待滲入其中的其它氧化物的混 合物的烙融通常進(jìn)行至950至1200°C的峰值溫度。烙融混合物可例如在不誘鋼臺(tái)板上或在 反轉(zhuǎn)不誘鋼漉之間澤火，W形成片狀物。可研磨所得片狀物W形成粉末。通常，經(jīng)研磨的粉 末具有如用MicrotracS3500測(cè)量的0. 1至3.0微米的屯。。玻璃料制造領(lǐng)域的技術(shù)人員 可采用可供選擇的合成技術(shù)，例如但不限于水澤火法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法、或適用 于制備粉末形式玻璃的其它方法。
[0化1] 上述過(guò)程的氧化物產(chǎn)物通常基本上為無(wú)定形（非晶態(tài)）固體材料，即玻璃。然而， 在一些實(shí)施例中，所得的氧化物可為無(wú)定形的、部分無(wú)定形的、部分結(jié)晶的、結(jié)晶的、或它們 的組合。如本文所用，"玻璃料"包括所有此類產(chǎn)物。
[0化2] 用于制備基于Bi-化-B-Zn的氧化物的起始混合物包含70-80重量％Bi2〇3、5-ll重量％化0、3-8重量％B2O3和3-8重量％化0,其中所述氧化物重量％是基于所述無(wú)鉛的基 于餓-銅-棚-鋒的氧化物玻璃料的總