專利名稱：用于光伏電池導(dǎo)體中的玻璃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及硅半導(dǎo)體裝置，以及用于太陽(yáng)能電池裝置中的包含玻璃料的導(dǎo)電厚膜組合物。
背景技術(shù)：
具有P-型基板的常規(guī)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)具有可位于電池正面(也稱為光照面或受光面)上的負(fù)極和可位于相對(duì)面上的正極。在半 導(dǎo)體的P_n結(jié)上入射的合適波長(zhǎng)的輻射充當(dāng)在該半導(dǎo)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，因此空穴和電子以相反的方向跨過(guò)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。大部分太陽(yáng)能電池為金屬化的硅片形式，即，具有導(dǎo)電的金屬觸點(diǎn)。需要提供具有改進(jìn)的電氣性能的組合物、結(jié)構(gòu)(例如半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池或光電二極管結(jié)構(gòu))和半導(dǎo)體裝置(例如半導(dǎo)體、太陽(yáng)能電池或光電二極管裝置)，以及制備方法。發(fā)明概述實(shí)施方案涉及包含以下成分的組合物(a)導(dǎo)電材料；(b)玻璃料，其中玻璃料包含Si02、27-45重量％的2110和0. 5-3重量％的己05;以及(c)有機(jī)介質(zhì)。在一方面，玻璃料包含35-42重量％的ZnO和1_2重量％的P205。在另一方面，玻璃料包含8_25重量％的Si02。玻璃料還可包含A1203、PbO、ZrO2和PbF2。在一方面，玻璃料可包含8_25重量％的 Si02、35-42 重量％ 的 ZnO、1-2 重量％ 的 P205、0. 1-4 重量％ 的 Al203、8_40 重量 ％ 的 PbO、0. 5-4重量％的ZrO2以及8-35重量％的PbF2。導(dǎo)電材料可包含以下成分中的一種或多種(I)鋁、銅、金、銀、鈕和鉬；⑵鋁、銅、金、銀、鈀和鉬的合金;以及(3)它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電材料包括銀。在一方面，導(dǎo)電材料占組合物的70-90重量％。在一方面，玻璃料占組合物的3-7重量％。在一方面，組合物可包含一種或多種添加劑，所述添加劑選自(a)金屬，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(b) —種或多種金屬的金屬氧化物，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(c)在焙燒時(shí)可生成(b)的金屬氧化物的任何化合物；以及(d)它們的混合物?！獋€(gè)實(shí)施方案涉及制備半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括以下步驟(a)提供半導(dǎo)體基板、一個(gè)或多個(gè)絕緣膜和權(quán)利要求I的組合物；(b)將絕緣膜施加到半導(dǎo)體基板；(C)將組合物施加到半導(dǎo)體基板上的絕緣膜；以及(d)焙燒半導(dǎo)體、絕緣膜和組合物。絕緣膜可包含一種或多種組分，所述組分選自氧化鈦、氮化硅、SiNx:H、氧化硅以及氧化硅/氧化鈦。一個(gè)實(shí)施方案涉及用本文所述的方法制造的半導(dǎo)體裝置。另一個(gè)實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體裝置，其中在焙燒之前，正面電極包含本文所述的組合物。在一方面，半導(dǎo)體裝置為太陽(yáng)能電池。附圖
簡(jiǎn)述圖I為示出半導(dǎo)體裝置的制造過(guò)程的工藝流程圖。圖I所示的附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明如下。10 :p_型硅基板20 :n_型擴(kuò)散層
30 :氮化硅膜、氧化鈦膜或氧化硅膜40 p+ 層(背表面場(chǎng)，BSF)60 :形成在背面上的鋁漿61 :鋁背面電極(通過(guò)焙燒背面鋁漿獲得)70 :形成在背面上的銀漿或銀/鋁漿71 :銀或銀/鋁背面電極(通過(guò)焙燒背面銀漿獲得)500 :根據(jù)本發(fā)明在正面上形成的銀漿 501 :根據(jù)本發(fā)明的銀正面電極(通過(guò)焙燒正面銀漿獲得)發(fā)明詳述如本文所用，“厚膜組合物”是指在焙燒到基板上之后具有1-100微米厚度的組合物。該厚膜組合物包含導(dǎo)電材料、玻璃組合物和有機(jī)載體。所述厚膜組合物可包含附加組分。如本文所用，所述附加組分稱為“添加劑”。本文所述的組合物包含分散在有機(jī)介質(zhì)中的一種或多種電功能性材料和一種或多種玻璃料。這些組合物可為厚膜組合物。這些組合物也可包含一種或多種添加劑。示例性添加劑可包括金屬、金屬氧化物或任何在焙燒時(shí)可生成這些金屬氧化物的化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，電功能粉可為導(dǎo)電粉末。在一個(gè)實(shí)施方案中，組合物例如導(dǎo)電性組合物可在半導(dǎo)體裝置中使用。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置可為太陽(yáng)能電池或光電二極管。在該實(shí)施方案的另一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置可為多種半導(dǎo)體裝置中的一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體裝置可為太陽(yáng)能電池。在一個(gè)實(shí)施方案中，本文所述的厚膜組合物可用于太陽(yáng)能電池。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，所述太陽(yáng)能電池的效率可大于基準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的70 %。在另一個(gè)實(shí)施方案中，太陽(yáng)能電池的效率可大于基準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的80 %。太陽(yáng)能電池的效率可大于基準(zhǔn)太陽(yáng)能電池的 90%0玻璃料本發(fā)明的一個(gè)方面涉及包含玻璃料組合物的厚膜組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃料組合物(也稱為玻璃組合物)列于下表I中。本文所述的玻璃組合物，也稱為玻璃料，包括一定百分比的某些組分(也稱為元素組成)。具體地講，所述百分比是用于原料的組分的百分比，該原料隨后如本文所述進(jìn)行加工以形成玻璃組合物。此術(shù)語(yǔ)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言為常規(guī)的。換句話講，組合物包含某些組分，并且這些組分的百分比被表示為對(duì)應(yīng)的氧化物形式的百分比。玻璃化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員公認(rèn)，在制造玻璃的過(guò)程中可釋放一定部分的揮發(fā)性物質(zhì)。揮發(fā)性物質(zhì)的實(shí)例為氧氣。如果以焙燒的玻璃開(kāi)始，則本領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法計(jì)算本文所述的初始組分的百分比(元素組成)，所述方法包括但不限于電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICPES)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)等。此外，可使用以下示例性技術(shù)X射線熒光光譜(XRF)、核磁共振光譜(NMR)、電子順磁共振光譜(EPR)、穆斯堡爾光譜、電子微探針能量色散光譜(EDS)、電子微探針波長(zhǎng)色散光譜(WDS)、陰極發(fā)光(CL)。本文所述的玻璃組合物包括但不限于表I中所列的那些；預(yù)期玻璃化學(xué)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)附加成分進(jìn)行微量替換，并且基本上不會(huì)改變玻璃組合物的期望特性。例如，可單獨(dú)使用或組合使用玻璃生成體的替代品，例如0-3重量％的P205、0-3重量％的GeO2,0-3重量％的V2O5,以獲得相似的性能。例如，可使用一種或多種中間氧化物，如Ti02、Ta205、Nb205、Zr02、Ce02和Sn02，以替代存在于玻璃組合物中的其他中間氧化物(S卩，A1203、CeO2、SnO2)。一方面涉及玻璃料組合物，其包含一種或多種含氟組分，所述含氟組分包括但不限于氟鹽、氟化物、金屬氟氧化物等。此類含氟組分包括但不限于PbF2、BiF3、A1F3、NaF、LiF、KF、CsF、ZrF4, TiF4 和 / 或 ZnF2。用于制造本文所述的玻璃料的示例性方法為常規(guī)玻璃制造技術(shù)。先對(duì)各種成分進(jìn)行稱量，然后按期望比例混合，并在熔爐中加熱 以在鉬合金坩堝中形成熔體。玻璃料制造領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用氧化物、氟化物或氟氧化物鹽作為原料。作為另外一種選擇，可使用例如硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物之類的鹽作為原料，這些鹽在低于玻璃熔融溫度的溫度下分解為氧化物、氟化物或氟氧化物。如本領(lǐng)域所熟知的，加熱到峰值溫度(8000C -1400°C )并保持一定時(shí)間，使得熔體變?yōu)橥耆簯B(tài)的、均相的，并且不含任何殘余的原材料分解產(chǎn)物。隨后，使熔融的玻璃在反轉(zhuǎn)的不銹鋼輥之間驟冷，以形成10-15密耳厚的玻璃片。然后研磨所得的玻璃片，以形成其50%體積分布設(shè)置在預(yù)期目標(biāo)范圍(例如0. 8-1. 5 u m)內(nèi)的粉末。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),例如但不限于水淬火法、溶膠-凝膠法、噴霧熱解法或其他適于制備粉末形式的玻璃的合成技術(shù)。表I示出了本文所用的占總玻璃組合物的重量百分比的玻璃組合物。除非另外指出，否則如本文所用的關(guān)于玻璃料組分的重量％僅指玻璃組合物的重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本文所述的玻璃料組合物可包含以下組分中的一種或多種Si02、Al203、Pb0、Zr02、ZnO、Na20、Li20、P205或PbF2。在該實(shí)施方案的各方面中SiO2可以占5-28重量％、8-25重量％、或10-22重量％，Al2O3可以占0. 1-5重量％、0. 1-4重量％、或2-3重量％，PbO可以占0.1-65重量％、8-40重量％、或10-30重量％，ZrO2可以占0.1-5重量％、0. 5-4重量％、或1-2重量％,ZnO可以占25-50重量％、27-45重量％、或35-42重量％，Na2O 可以占 0-2 重量％、 0. 1-1 重量％、或 0. 2-0. 7 重量％，Li2O 可以占 0-2 重量％、 0. 1-1 重量％、或 0. 1_0.8重量％，P2O5可以占0. 1-10重量％、() 5-3重量％、或1-2重量或PbF2可以占1-50重量％、8-45重量％、或20-35重量％以上數(shù)據(jù)基于玻璃組分的重量％。玻璃制造領(lǐng)域的技術(shù)人員可將Na2O或Li2O中的一些或全部替換為NaF、LiF、K20、KF,Cs2O, CsF,RbF或Rb2O,并形成特性類似于上文所列的組合物的玻璃，其中該實(shí)施方案的堿金屬氧化物總含量可為0-2重量％、0-1重量％、或0. 1-1重量％。作為另外一種選擇，玻璃組合物可按玻璃組合物中元素的重量％來(lái)描述。在一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃可部分地包含氟0. 1-10元素重量％、2_7元素重量％、或3-5元素重量％,或鉛35-85元素重量％、45_75元素重量％、或60-70元素重量％,或
鋅5-45元素重量％、10-30元素重量％、或15-20元素重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本文的玻璃料組合物可包含以下第三組組分中的一種或多種Ce02、SnO2> Ga203、ln203、NiO、MoO3> WO3> Y2O3> La2O3> Nd203、FeO、HfO2> Cr2O3> CdO> Nb2O5>Ag2O, Sb2O3以及金屬鹵化物(例如NaCl、KBr、NaI)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，原材料的選擇可能無(wú)意地含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在加工過(guò)程中可能會(huì)被摻入到玻璃中。例如，存在的雜質(zhì)的含量可在數(shù)百至數(shù)千ppm的范圍內(nèi)。雜質(zhì)的存在不會(huì)改變玻璃、厚膜組合物或焙燒而成的裝置的特性。例如，即使厚膜組合物含有雜質(zhì)，包含該厚膜組合物的太陽(yáng)能電池也可具有本文所述的效率。在該實(shí)施方案的另一方面，厚膜組合物可包含分 散在有機(jī)介質(zhì)中的電功能粉和玻璃陶瓷料。在一個(gè)實(shí)施方案中，這些厚膜導(dǎo)體組合物可用于半導(dǎo)體裝置。在該實(shí)施方案的一方面，半導(dǎo)體裝置可為太陽(yáng)能電池或光電二極管。總厚膜組合物中玻璃料的量在總組合物的1-8重量％范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃組合物以總厚膜組合物的3-7重量％的量存在。在另一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃組合物以總厚膜組合物的3. 5-6. 5重量％范圍內(nèi)的量存在。導(dǎo)電材料在一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜組合物可包含賦予組合物適當(dāng)?shù)碾姽δ苄再|(zhì)的功能相。在一個(gè)實(shí)施方案中，電功能粉可為導(dǎo)電粉末。在一個(gè)實(shí)施方案中，電功能相可包含導(dǎo)電材料(本文也稱之為導(dǎo)電顆粒)。例如，導(dǎo)電顆?？砂▽?dǎo)電粉末、導(dǎo)電薄片或它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電顆?？砂ㄣy。在另一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電顆?？砂ㄣy(Ag)和鋁(Al)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電顆?？衫绨ㄒ韵轮械囊环N或多種銅、金、銀、鈀、鉬、鋁、銀-鈀、鉬-金等。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電顆粒可包括以下中的一種或多種
(I)鋁、銅、金、銀、鈕和鉬；⑵鋁、銅、金、銀、鈀和鉬的合金；以及(3)它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，組合物的功能相可為涂覆的或未涂覆的導(dǎo)電銀粒子。在涂覆銀粒子的一個(gè)實(shí)施方案中，它們至少部分地涂覆有表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，表面活性劑可包括以下非限制性表面活性劑中的一種或多種硬脂酸、棕櫚酸、硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽、月桂酸、棕櫚酸、油酸、硬脂酸、癸酸、肉豆蘧酸和亞油酸以及它們的混合物。抗衡離子可為但不限于氫離子、銨離子、鈉離子、鉀離子以及它們的混合物。銀的粒度不受任何特定限制。在一個(gè)實(shí)施方案中，平均粒度可小于10微米；在另一個(gè)實(shí)施方案中不超過(guò)5微米。在一方面，例如，平均粒度可為0. 1-5微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，銀可占漿料組合物的60-93重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，銀可占漿料組合物的70-90重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，銀可占漿料組合物的75-86重量％。在一個(gè)實(shí)施方案中，銀可占組合物中固體(即不包括有機(jī)載體)的90-99重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，銀可占組合物中固體的92-97重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，銀可占組合物中固體的93-95重量％。如本文所用，“粒度”旨在表示“平均粒度”；“平均粒度”是指50%體積分布粒度。體積分布粒度可通過(guò)本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的許多方法來(lái)確定，包括但不限于使用Microtrac粒度分析儀的激光衍射和分散方法。添加劑
在一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜組合物可包含添加劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，添加劑可選自以下中的一種或多種(a)金屬，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(b) —種或多種金屬的金屬氧化物，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(C)在焙燒時(shí)可生成(b)的金屬氧化物的任何化合物；以及(d)它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，添加劑可包括含鋅添加劑。含鋅添加劑可包括以下中的一種或多種(a)鋅，(b)鋅的金屬氧化物，(C)在焙燒時(shí)可生成鋅的金屬氧化物的任何化合物，以及(d)它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，含鋅添加劑可包括樹脂酸鋅。在一個(gè)實(shí)施方案中，含鋅添加劑可包括ZnO。ZnO可具有在I納米至10微米范圍內(nèi)的平均粒度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，ZnO可具有40納米至5微米的平均粒度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，ZnO可具有60納米至3微米的平均粒度。在 另一個(gè)實(shí)施方案中，ZnO可具有例如小于100納米、小于90納米、小于80納米、I納米至小于100納米、I納米至95納米、I納米至90納米、I納米至80納米、7納米至30納米、I納米至7納米、35納米至90納米、35納米至80納米、65納米至90納米、60納米至80納米以及介于這些范圍之間的平均粒度。在一個(gè)實(shí)施方案中，ZnO可按總厚膜組合物的0-7重量％的范圍存在于組合物中。在一個(gè)實(shí)施方案中，ZnO可按總厚膜組合物的0-3重量％的范圍存在。在另一個(gè)實(shí)施方案中，ZnO可按總厚膜組合物的4-6. 5重量％的范圍存在。在另一個(gè)實(shí)施方案中，含鋅添加劑(例如，鋅、樹脂酸鋅等)可按2-16重量％的范圍存在于總厚膜組合物中。在另一個(gè)實(shí)施方案中，含鋅添加劑可按總厚膜組合物的3-14重量％的范圍存在。在另一個(gè)實(shí)施方案中，含鋅添加劑可按總厚膜組合物的4-12重量％的范圍存在。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬/金屬氧化物添加劑(例如鋅)的粒度可在7納米(nm)至125納米的范圍內(nèi)；在另一個(gè)實(shí)施方案中，該粒度可小于例如100納米、90納米、85納米、80納米、75納米、70納米、65納米或60納米。有機(jī)介質(zhì)在一個(gè)實(shí)施方案中，本文所述的厚膜組合物可包含有機(jī)介質(zhì)。無(wú)機(jī)組分可通過(guò)例如機(jī)械攪拌來(lái)與有機(jī)介質(zhì)混合，以形成漿料。能夠?qū)⒍喾N惰性粘稠材料用作有機(jī)介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)介質(zhì)可使得無(wú)機(jī)組分能夠以適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定度在其中分散。在一個(gè)實(shí)施方案中，介質(zhì)的流變學(xué)特性可賦予組合物某些應(yīng)用特性，其包括固體的穩(wěn)定分散性、用于絲網(wǎng)印刷的適當(dāng)粘度和觸變性、基板和漿料固體的適當(dāng)可潤(rùn)濕性、良好的干燥速率以及良好的焙燒特性。在一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜組合物中所用的有機(jī)載體可為非水性惰性液體。設(shè)想使用多種有機(jī)載體，所述載體可包含或不包含增稠劑、穩(wěn)定劑和/或其他常用添加劑。有機(jī)介質(zhì)可為一種或多種聚合物在一種或多種溶劑中的溶液。在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)介質(zhì)還可包含一種或多種組分，例如表面活性劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物可為乙基纖維素。其他示例性聚合物包括乙基羥乙基纖維素、木松香、乙基纖維素和酚醛樹脂的混合物、低級(jí)醇的聚甲基丙烯酸酯以及乙二醇單乙酸酯的單丁基醚或它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，本文所述的厚膜組合物中可用的溶劑包括醇酯和萜烯，例如a-或￠-萜品醇或它們與其他溶劑例如煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、己二醇和高沸點(diǎn)醇以及醇酯的混合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)介質(zhì)可包含揮發(fā)性液體，該液體被施加到基板上之后有助于快速硬化。在一個(gè)實(shí)施方案中，聚合物可例如以總組合物的8重量％ -11重量％范圍內(nèi)的量存在于有機(jī)介質(zhì)中?？墒褂糜袡C(jī)介質(zhì)將厚膜銀組合物調(diào)整為預(yù)定的、可進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的粘度。在一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜組合物中的有機(jī)介質(zhì)與分散體中的無(wú)機(jī)組分的比率可取決于施加漿料的方法和所用有機(jī)介質(zhì)的類型，具體由本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)確定。在一個(gè)實(shí)施方案中，為了獲得良好的潤(rùn)濕，分散體可包含70-95重量％的無(wú)機(jī)組分和5-30重量％的有機(jī)介質(zhì)(載體)。焙燒的厚膜組合物 在一個(gè)實(shí)施方案中，可在干燥和焙燒半導(dǎo)體裝置的過(guò)程中去除有機(jī)介質(zhì)。在一方面，可在焙燒過(guò)程中將玻璃料、銀和添加劑燒結(jié)，以形成電極。焙燒的電極可包含在焙燒和燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的組分、組合物等。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，焙燒的電極可包含硅酸鋅，包括但不限于硅鋅礦(Zn2SiO4)和Zni.7Si04_x(在一個(gè)實(shí)施方案中，X可為0-1)。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置可為太陽(yáng)能電池或光電二極管。半導(dǎo)體裝置的制備方法一個(gè)實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體裝置的制備方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體裝置可用于太陽(yáng)能電池裝置。半導(dǎo)體裝置可包括正面電極，其中在焙燒之前，正面(受光面)電極可包含本文所述的組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，制備半導(dǎo)體裝置的方法包括以下步驟(a)提供半導(dǎo)體基板；(b)將絕緣膜施加到半導(dǎo)體基板；(C)將本文所述的組合物施加到絕緣膜；以及(d)焙燒該
>J-U裝直?？捎糜诒疚乃龇椒ê脱b置的示例性半導(dǎo)體基板是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，并且其包括但不限于單晶硅、多晶硅、帶狀硅等。半導(dǎo)體基板可為承載結(jié)點(diǎn)。半導(dǎo)體基板可摻入磷和硼，以形成p/n結(jié)。半導(dǎo)體基板的摻雜方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，半導(dǎo)體基板的尺寸(長(zhǎng)度X寬度)和厚度可以變化。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，半導(dǎo)體基板的厚度可為50-500微米、100-300微米、或140-200微米。在一個(gè)非限制性實(shí)例中，半導(dǎo)體基板的長(zhǎng)度和寬度均可為100-250mm、125-200mm、或125-156mm?？捎糜诒疚乃龇椒ê脱b置的示例性絕緣膜為是領(lǐng)域技術(shù)人員所知的，并且其包括但不限于氮化娃、氧化娃、氧化鈦、SiNx:H、氫化無(wú)定形氮化娃和氧化娃/氧化鈦膜。絕緣膜可通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)和/或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他技術(shù)來(lái)形成。在絕緣膜為氮化硅的一個(gè)實(shí)施方案中，氮化硅膜可通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、熱化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積(PVD)工藝而形成。在絕緣膜為氧化硅的一個(gè)實(shí)施方案中，氧化硅膜可通過(guò)熱氧化、熱化學(xué)氣相沉積、等離子化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積而形成。絕緣膜(或?qū)?也可被稱為減反射涂層(ARC)。本文所述的組合物可通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種方法施加到涂覆ARC的半導(dǎo)體基板，所述方法包括但不限于絲網(wǎng)印刷、噴墨、共擠出、注射器分配、直接描繪和氣溶膠噴墨?？蓪⒔M合物施加成圖案?？蓪⒔M合物在預(yù)定位置施加成預(yù)定形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，可使用組合物來(lái)形成正面電極的導(dǎo)電指狀物和母線。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電指狀物的導(dǎo)線寬度可為20-200微米、40-150微米、或60-100微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電指狀物的導(dǎo)線厚度可為5-50微米、10-35微米、或15-30微米。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可使用組合物來(lái)形成導(dǎo)電性硅接觸指狀物。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，可將涂覆ARC的半導(dǎo)體基板上所涂覆的組合物干燥例如0. 5-10分鐘，然后焙燒。在一個(gè)實(shí)施方案中，可在干燥過(guò)程中除去揮發(fā)性溶劑和有機(jī)物。焙燒條件是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的。在示例性的非限制性焙燒條件中，硅片基板被加熱到介于600°C和900°C之間的最高溫度，持續(xù)時(shí)間為I秒-2分鐘。在一個(gè)實(shí)施方案中，焙燒過(guò)程中達(dá)到的硅片最高溫度在650°C -800°C的范圍內(nèi)，持續(xù)時(shí)間為1-10秒。在另一個(gè)實(shí)施方案中，由導(dǎo)電厚膜組合物形成的電極可在由氧氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w構(gòu)成的氣氛中進(jìn)行焙燒。該焙燒方法除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)在導(dǎo)電厚膜組合物中含有銀粉的玻璃料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，由導(dǎo)電厚膜組合物形成的電極可在高于有 機(jī)介質(zhì)移除溫度的不含氧氣的惰性氣氛中進(jìn)行焙燒。該焙燒方法燒結(jié)或熔融厚膜組合物中的賤金屬導(dǎo)電材料，例如銅。在一個(gè)實(shí)施方案中，在焙燒過(guò)程中，被焙燒的電極(優(yōu)選指狀物)可與絕緣膜反應(yīng)并穿透絕緣膜，從而與硅基板形成電接觸。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在焙燒之前，將其他導(dǎo)電性及裝置增強(qiáng)材料施加到半導(dǎo)體裝置的反型區(qū)域，并與本文所述的組合物一起焙燒或依次焙燒。裝置的反型區(qū)域位于該裝置的相對(duì)面。這些材料充當(dāng)電接觸、鈍化層和可軟焊固定區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，反型區(qū)域可位于該裝置的非受光面(背面)。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，背面導(dǎo)電材料可包含招。不例性背面含招組合物和施加方法描述于例如US2006/0272700，該專利以引用方式并入本文。另在一個(gè)方面，可軟焊固定材料可包含鋁和銀。含鋁和銀的示例性固定組合物描述于例如US 2006/0231803，該專利以引用方式并入本文。在另一個(gè)實(shí)施方案中，由于p區(qū)和n區(qū)并排成形，施加到裝置的反型區(qū)域的材料鄰近本文所述的材料。此類裝置將金屬接觸材料全部放置在裝置的非受光面(背面)以最大化受光面(正面)上的入射光。半導(dǎo)體裝置可通過(guò)以下方法由結(jié)構(gòu)元件來(lái)制造，所述結(jié)構(gòu)元件由承載結(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體基板和在其主表面上形成的氮化硅絕緣膜來(lái)構(gòu)成。制造半導(dǎo)體裝置的方法包括以下步驟將能夠穿透絕緣膜的導(dǎo)電厚膜組合物以預(yù)定的形狀并在預(yù)定位置施加(例如涂覆和印刷)到絕緣膜上，然后進(jìn)行焙燒以便使導(dǎo)電厚膜組合物熔融并且穿透絕緣膜，從而形成與硅基板的電接觸。導(dǎo)電厚膜組合物為厚膜漿料組合物，如本文所述，所述組合物由分散在有機(jī)載體中的銀粉、含鋅添加劑、具有300°C _600°C軟化點(diǎn)的玻璃或玻璃粉混合物以及任選地附加的金屬/金屬氧化物添加劑來(lái)制成。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種由本文所述的方法制造的半導(dǎo)體裝置。含本文所述組合物的裝置可包含硅酸鋅，如上所述。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及一種按上述方法制造的半導(dǎo)體裝置?？膳c本文所述的厚膜組合物一起使用的其他基板、裝置、制造方法等描述于美國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)us 2006/023180UUS 2006/0231804和US2006/0231800，這些專利以引用方式全文并入本文。實(shí)施例玻璃特性測(cè)暈如本文所述，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的技術(shù)制備表I中的玻璃和表II中的比較玻璃。為了參考，表III介紹了以下文獻(xiàn)中所述的玻璃TAKAMORI，T. ,“Treatise onmaterials science and technology”第 17 卷“Glass II”，“Solder glasses” (1979),T0M0ZAMA和DOREMUS編輯，Academic Press出版。如表IV中所示，其測(cè)量了表I和II中的玻璃1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12的特性，包括密度、Tg、Ts和Tx。表III玻璃A_E (TAKAM0RI, T. , “Treatise on materials science and technology”第 17 卷 “GlassII”，“Solder glasses”(1979)，T0M0ZAMA 和 DOREMUS 編輯，Academic Press 出版)的玻璃特性。注意，玻璃A-E并不是在本專利申請(qǐng)的背景下制得的；本文提供Takamori中所介紹的玻璃及其特性以用于比較。漿料制各一般來(lái)講，采用以下程序來(lái)制備漿料制備包含有機(jī)介質(zhì)和玻璃料或銀粉的單獨(dú)漿料。稱取適量的溶劑、介質(zhì)和表面活性劑并通過(guò)THINKY行星式離心攪拌機(jī)與玻璃料或銀粉混合20秒。然后，按一定的速率共混包含玻璃的漿料和包含銀的漿料，以獲得所需的組合物。通過(guò)THINKY行星式離心攪拌機(jī)將該組合物混合20秒?；旌暇鶆蚝螅?-300psi的壓力使?jié){料反復(fù)地通過(guò)三輥研磨機(jī)。分散度通過(guò)第四刮涂研磨細(xì)度(FOG)來(lái)控制。漿料的典型FOG值在第四長(zhǎng)的連續(xù)刮涂后小于20微米，在刮涂50%的漿料后則小于10微米。表V和VI的漿料實(shí)施例是使用上述程序制得的，所述程序用于制備表中列出的符合以下細(xì)節(jié)的漿料組合物。表V中所述的玻璃料類型是指表I中的玻璃組合物，表VI中的比較玻璃料類型是指表II中的玻璃組合物。測(cè)試的漿料包含75-86%的銀粉。銀類型I為粒度分布較窄且D50 = l-3um的球形銀粉。銀類型II為兩種銀粉的50/50 (重量比)共混物；共混物中的一種銀粉具有< lm2/g的表面積和3-5g/cc的振實(shí)密度，共混物中的另一種銀粉為粒度分布較窄且D50 = 2-4iim的球體。銀類型III為兩種銀粉的84. 2% -15.8%共混物；共混物中的一種銀粉具有< lm2/g的表面積和3-5g/cc的振實(shí)密度，共混物中的另一種銀粉具有I. 8-2. 4m2/gm的表面積和I. 5-2. lg/cc的振實(shí)密度且D50 = 0. 8-3 u m。將漿料施加到I. 5英寸X I. 5英寸的切割電池，并測(cè)量每個(gè)樣本的效率和填充因數(shù)。使用在IOpsi壓力下刮板速度為100mm/s的Price MS系列印刷機(jī)通過(guò)絲網(wǎng)印刷施加漿料。所用絲網(wǎng)在具有250目和28iim線材的絲網(wǎng)中的20iim乳液上具有以下圖案18條具有80-110 ii m開(kāi)口的指狀線，I條具有2mm開(kāi)口的母線。所用基板為通過(guò)對(duì)完整的硅太陽(yáng)能電池多晶電池片進(jìn)行激光劃片切割而得的I. 5英寸方形塊，所述基板經(jīng)過(guò)酸紋理化，具有65 Q/□發(fā)射極，涂覆有PECVD SiNx:H ARC晶片。將可商購(gòu)獲得的鋁漿DuPont PV381印刷到裝置的非受光面(背面)上。然后將兩面均具有印刷圖案的裝置置于干燥箱中，于150°C的峰值溫度下干燥5分鐘。然后讓基板的光照面向上在Despatch IXD72xx 6區(qū)紅外爐中進(jìn)行焙燒，該紅外爐采用5500mm/min的帶速以及550-600-650-700-800_885°C的溫度設(shè)定點(diǎn)。在處理過(guò)程中測(cè)量部件的實(shí)際溫度。測(cè)得的每個(gè)部件的峰值溫度為715°C，并且每個(gè)部件在4秒的總時(shí)間內(nèi)均高于650°C。然后使用校準(zhǔn)過(guò)的NPC NCT-M-150AA測(cè)試儀對(duì)經(jīng)過(guò)完全加工的樣本進(jìn)行PV性能測(cè)試。對(duì)于6號(hào)玻璃樣本，與上述程序的不同之處在于未將PECVD SiNx: H ARC施用到測(cè)試部件的正面；而是將導(dǎo)體漿料直接印刷到晶片的正面。測(cè)試程序-效率測(cè)試根據(jù)本文所述的方法形成的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。下面提供一種示例性的測(cè)試效率的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，將根據(jù)本文所述的方法形成的太陽(yáng)能電池放入用于測(cè)量效率的商用I-V測(cè)試儀(NPC NCT-M-150AA)中。I-V測(cè)試儀中的氙弧燈模擬已知強(qiáng)度的日光，并照射電池的正面。測(cè)試儀利用多點(diǎn)接觸方法來(lái)測(cè)量在AM I. 5照射、25°C設(shè)置下的電流(I)和電壓(V)，以確定電池的電流-電壓曲線。填充因數(shù)(FF)和效率(Eff)均由電流-電壓曲線計(jì)算。將漿料效率和填充因數(shù)值規(guī)范化為通過(guò)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的電池而獲得的對(duì)應(yīng)值。平均效率和填充因數(shù)示于表V和VI中。上述效率測(cè)試是示例性的。用于測(cè)試效率的其他設(shè)備和程序?qū)楸绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員所了解。表I :玻璃纟目合物
權(quán)利要求
1.組合物，所述組合物包含 (a)導(dǎo)電材料； (b)玻璃料，其中，所述玻璃料包含SiO2、27-45重量％的ZnO和O.5-3重量％的P2O5 ；以及 (C)有機(jī)介質(zhì)。
2.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述玻璃料包含35-42重量％的ZnO和1_2重量％的PA。
3.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述玻璃料包含8-25重量％的Si02。
4.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述玻璃料還包含Al203、Pb0、Zr02以及PbF2。
5.權(quán)利要求3的組合物，其中，所述玻璃料包含8-25重量％的SiO2、35-42重量％的ZnOU-2重量％的己05、0. 1-4重量％的Al203、8_40重量％的？130、0. 5-4重量％的ZrO2以及8-35 重量 ％的 PbF2。
6.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述導(dǎo)電材料包含以下成分中的一種或多種(1)鋁、銅、金、銀、鈀和鉬；(2)鋁、銅、金、銀、鈀和鉬的合金；以及(3)它們的混合物。
7.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述導(dǎo)電材料包含銀。
8.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述導(dǎo)電材料占所述組合物的70-90重量％。
9.權(quán)利要求I的組合物，其中，所述玻璃料占所述組合物的3-7重量％。
10.權(quán)利要求I的組合物，所述組合物還包含一種或多種添加劑，所述添加劑選自(a)金屬，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(b) —種或多種金屬的金屬氧化物，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(c)在焙燒時(shí)可生成(b)的所述金屬氧化物的任何化合物；以及(d)它們的混合物。
11.制備半導(dǎo)體裝置的方法 所述方法包括以下步驟 (a)提供半導(dǎo)體基板、一個(gè)或多個(gè)絕緣膜以及權(quán)利要求I的組合物； (b)將所述絕緣膜施加到所述半導(dǎo)體基板； (c)將所述組合物施加到所述半導(dǎo)體基板上的絕緣膜，以及 (d)焙燒所述半導(dǎo)體、絕緣膜以及組合物。
12.權(quán)利要求10的方法，其中，所述絕緣膜包含一種或多種組分，所述組分選自氧化鈦、氮化娃、SiNx:H、氧化娃以及氧化娃/氧化鈦。
13.半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置由權(quán)利要求10的方法制成。
14.半導(dǎo)體裝置，其中在焙燒之前，正面電極包含權(quán)利要求I的組合物。
15.權(quán)利要求12的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體裝置為太陽(yáng)能電池。
16.權(quán)利要求13的半導(dǎo)體裝置，其中，所述半導(dǎo)體裝置為太陽(yáng)能電池。
全文摘要
本發(fā)明涉及可用于導(dǎo)體漿料的含鋅玻璃組合物，其中所述導(dǎo)體漿料用于制備硅半導(dǎo)體裝置和光伏電池。所述玻璃組合物包含導(dǎo)電材料，包含SiO2、27-45重量％的ZnO和0.5-3重量％的P2O5的玻璃料以及有機(jī)介質(zhì)。
文檔編號(hào)H01B1/22GK102803167SQ201080026435
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者A·F·卡羅爾, K·W·杭, B·J·勞克林, Z·R·李, 松野久, Y·王 申請(qǐng)人:E·I·內(nèi)穆?tīng)柖虐罟?br>