專利名稱:具有金屬涂料接頭的太陽電池的制作方法
本發(fā)明涉及一種太陽電池，更具體地說，涉及一種p-n結(jié)型太陽電池，在該太陽電池的半導(dǎo)體基片中形成有一個(gè)p-n結(jié)，該太陽電池還包括一電極(或接頭)，此電極是由含有元素周期表第五(V)族中的一種化學(xué)元素的金屬涂料所制成的。
在通常的p-n結(jié)型太陽電池中，要在前接頭和半導(dǎo)體基片的擴(kuò)散層之間獲得一歐姆接觸是有困難的。其理由是在前接頭和半導(dǎo)體基片的擴(kuò)散層之間形成有一層電絕緣材料制成的抗反射涂層。在上述結(jié)構(gòu)中，電流電壓(I-V)特性的填充因子(F.F.)會(huì)減小，則能量轉(zhuǎn)換效率也會(huì)降低。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一改進(jìn)了的太陽電池，這種經(jīng)過改進(jìn)的太陽電池，能在前接頭和半導(dǎo)體基片的擴(kuò)散層之間獲得一足夠好的歐姆接觸，以致能量轉(zhuǎn)換效率變高。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一包括有由金屬涂料制成的前接頭的改進(jìn)了的太陽電池，此金屬涂料包括金屬粉末、粉末玻璃、一種有機(jī)粘合劑、一種溶劑以及在元素周期表第五族某些元素中的至少一種元素。
在此后給出的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的其它目的和可用范圍是很明顯的。然而，應(yīng)該明白，當(dāng)說明本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方案時(shí)，那些特例的詳細(xì)描述只是按圖解說的方法來進(jìn)行。這是因?yàn)閺拇嗽敿?xì)描述出發(fā)，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種各樣改動(dòng)和變型，對(duì)那些所屬技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員來說，是顯而易見的。
為了達(dá)到上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的太陽電池包括一塊半導(dǎo)體基片、在該半導(dǎo)體基片內(nèi)以形成一層p-n結(jié)的擴(kuò)散層以及設(shè)置在半導(dǎo)體基片擴(kuò)散層上的前接頭。前接頭的材料是金屬涂料，它包括金屬粉末、粉末玻璃以及屬于元素周期表第五族中的一種元素。
金屬涂料可以包括一種有機(jī)粘合劑和一種溶劑。
本發(fā)明將從下文給出的詳細(xì)描述及附圖中得到更好的了解，這些附圖僅作為解說之用，因而并不是說本發(fā)明僅限于這些圖例。其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案的一種太陽電池結(jié)構(gòu)的剖視圖;
圖2示出了本發(fā)明的太陽電池與通常的太陽電池相互比較的電流電壓特性。
下面將參照?qǐng)D1來描述本發(fā)明的一種實(shí)施方案，正如前面所述，圖1是根據(jù)本發(fā)明的這種實(shí)施方案的一種太陽電池結(jié)構(gòu)的剖視圖。借助于把一種活性雜質(zhì)擴(kuò)散入半導(dǎo)體基片1，在p型硅(Si)基片內(nèi)形成了一n+型擴(kuò)散層2。在此擴(kuò)散層2上形成了抗反射涂層3，以防止光或太陽光被該太陽電池表面所反射，此抗反射涂層3可以由SiO2、TiO2或類似物制成。在半導(dǎo)體基片1上，設(shè)置有一些起著負(fù)電接頭作用的前接頭4。這些前接頭4被稱作柵狀接頭。在這些前接頭4上分別形成有釬焊層5，用以減小串聯(lián)電阻并改善太陽電池的可靠性。后接頭6，例如由鋁(Al)涂料制成的電接頭，被形成在基片1的背面，并起著正電接頭的作用。
在本發(fā)明的太陽電池中，活性雜質(zhì)被淺淺地?cái)U(kuò)散入基片中，比如說，單晶硅基片上，以致在該基片的表面附近形成一個(gè)p-n結(jié)層。為了阻止光或太陽光被太陽電池的表面所反射，在半導(dǎo)體基片的前表面上涂有由SiO2、TiO2或其類似物制成的抗反射涂層。在半導(dǎo)體基片的前表面上，利用金屬涂料，例如含有粉末玻璃的銀涂料，來形成一些前接頭。制造前接頭方法的一個(gè)實(shí)例敘述如下前接頭被直接印刷在抗反射涂層上并加以焙燒。因此，前接頭穿過抗反射涂層而生成在半導(dǎo)體基片的擴(kuò)散層上。于是，在前接頭和半導(dǎo)體基片的擴(kuò)散層之間，可獲得有效的歐姆接觸。這種制造方法稱之為燒通法。
在用燒通法制成的太陽電池中，因?yàn)樵O(shè)置在半導(dǎo)體基片擴(kuò)散層上的抗反射涂層是由電絕緣材料，例如TiO2、SiO2或其類似物制成，所以在前接頭和半導(dǎo)體基片擴(kuò)散層之間很難獲得一歐姆接觸。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的那些前接頭4是由含有一種屬于周期表第五族元素的金屬涂料制成的，例如一種加有少量屬于元素周期表第五族的元素磷(P)或磷的化合物的銀(Ag)涂料?？梢赃x擇所加磷或磷的化合物對(duì)銀涂料的重量比在約為0.05%至0.3%的范圍內(nèi)。除磷或磷的化合物外，在銀涂料內(nèi)還加有一種有機(jī)粘合劑，一種溶劑以及一種添加劑。
因?yàn)樵阢y涂料內(nèi)加入了少量的磷或磷的化合物，所以當(dāng)焙燒此銀涂料時(shí)，借助于包含在銀涂料內(nèi)的粉末玻璃與磷或磷化合物之間的協(xié)合效應(yīng)(Synergetic effect)，那些前接頭4就會(huì)穿過抗反射涂層3而與擴(kuò)散層2有足夠好的接觸。所以，在前接頭和基片的擴(kuò)散層之間就能獲得足夠好的歐姆接觸。于是，填充因子得到改進(jìn)，能量轉(zhuǎn)換效率提高。
利用燒通法來加工前接頭4的方法是，直接把銀涂料印刷在抗反射涂層3上并加以焙燒，在前接頭和基片的擴(kuò)散層之間就得到了歐姆接觸。首先，把象磷一類的n-型雜質(zhì)在P型硅基片1上，在大約950攝氏度下進(jìn)行擴(kuò)散，以形成擴(kuò)散層2。硅基片1的厚度約400微米，體電阻率在約0.5至約10.0歐姆-厘米之間，而形成的擴(kuò)散層2的厚度在約0.3到約1.0微米之間。
其次，通過浸漬法、自勻膠法(Spin-on method)或化學(xué)汽相沉積(CVD)法在擴(kuò)散層2的表面形成一層厚度約在700到800埃之間的TiO2層，以作為抗反射涂層3。在P型半導(dǎo)體硅基片1的背面，通過網(wǎng)板印刷法覆蓋上一層鋁涂料，并在800攝氏度左右焙燒，從而制成了后接頭6。把銀涂料用網(wǎng)板印刷法涂在抗反射涂層3上，并在600攝氏度到大致700攝氏度之間的溫度下進(jìn)行焙燒，從而制成了那些前接頭4。為了改進(jìn)太陽電池的可靠性并減小串聯(lián)電阻，通過浸漬工序在太陽電池的一個(gè)接頭上覆蓋上一層釬焊料，從而制成了釬焊層5。這樣就制成了圖1中所示的太陽電池。
因?yàn)橛糜诒景l(fā)明實(shí)施方案中的前接頭4是由含有少量周期表第五族中的磷或磷的化合物的銀涂料制成的，所以通過包含在銀涂料中的粉末玻璃和磷或磷的化合物之間的協(xié)合效應(yīng)，在前接頭4和基片的擴(kuò)散層之間的歐姆接觸就會(huì)變好，歐姆接觸的接觸電阻能減小，填充因子得到了改善，能量轉(zhuǎn)換效率提高。
圖2示出了本發(fā)明的和常用的太陽電池的電流電壓(I-V)特性。假設(shè)水平軸是有光線照射到太陽電池上時(shí)電池的輸出電壓;而垂直軸是此時(shí)的輸出電流。虛線代表前接頭是以不含磷或磷的化合物的銀涂料制成的太陽電池的特性;而實(shí)線代表根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案、前接頭以含有磷或磷化合物的銀涂料制成的太陽電池的特性。在通常的太陽電池中，那些前接頭和擴(kuò)散層之間的電阻是較大的，填充因子為0.5。在本發(fā)明的太陽電池中，與通常的太陽電池相比，其前接頭和擴(kuò)散層之間的電阻減小了。因此，本發(fā)明的太陽電池的輸出大于通常太陽電池的輸出。填充因子被改進(jìn)到約為0.75，從而提高了能量轉(zhuǎn)換效率。
雖然在本發(fā)明的上述實(shí)施方案中，應(yīng)用了屬于周期表第五族的磷，但所用元素不必限于磷或磷的化合物。舉例來說，也可用釩(Va)、鉍(Bi)等元素。雖然前接頭是用銀涂料來制造的，但也可用銅(Cu)或鎳(Ni)作為基本金屬材料的金屬涂料。
本發(fā)明不僅可用于單晶硅太陽電池，而且還可用于多晶硅太陽電池。抗反射涂層不僅可用TiO2，而且可用SiO2、Ta2O5、SnO2、Si3N4等等。
雖然此太陽電池是用燒通法來制造的，本發(fā)明還可用于以其它方法來制造的太陽電池，以提高能量轉(zhuǎn)換效率。
金屬涂料可以含有元素周期表第五族中的幾種元素。
如上所述，以活性雜質(zhì)擴(kuò)散入半導(dǎo)體基片來形成P-n結(jié)層。前接頭以金屬涂料來形成，該金屬涂料包括有粉末玻璃、有機(jī)粘合劑、溶劑以及屬于元素周期表第五族的元素。因此，當(dāng)焙燒金屬涂料時(shí)，由于包含在金屬涂料中的粉末玻璃和化學(xué)元素之間因焙燒而產(chǎn)生的協(xié)合效應(yīng)，使得前接頭穿過抗反射涂層。因而那些前接頭和基片擴(kuò)散層之間的歐姆接觸會(huì)變好。太陽電池的電流電壓特性得到了改善，提高了能量轉(zhuǎn)換效率。
在這樣地描述了本發(fā)明后，上述情況明顯地可以有許多種變化。這樣一些變化并不看作是偏離了本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍，而所有由此所得到的變型都包括在下面的權(quán)利要求
范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽電池，其特征是包括一塊半導(dǎo)體基片；通過在該半導(dǎo)體基片內(nèi)擴(kuò)散入活性雜質(zhì)而制成的一擴(kuò)散層；由一種金屬涂料在該擴(kuò)散層上制成的一接頭，該金屬涂料包含有起主要成分作用的金屬粉、粉末玻璃以及一種屬于元素周期表第五(V)族中的化學(xué)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的太陽電池，其特征在于進(jìn)一步包括形成于該擴(kuò)散層上、用以阻止光線被該太陽電池的表面所反射的抗反射涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的太陽電池，其特征在于該接頭的形成是利用焙燒穿通抗反射涂層，在該擴(kuò)散層和該接頭間形成一足夠好的歐姆接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2的太陽電池，其特征在于該抗反射涂層是由一種電絕緣材料制成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的太陽電池，其特征在于抗反射涂層的材料是從TiO2、SiO2、Ta2O5、SnO2以及Si3N4中挑選出來的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的太陽電池，其特征在于附加的第五族元素對(duì)金屬涂料的重量比在0.05%到約0.3%的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的太陽電池，其特征在于該金屬材料是從包括銀、銅和鎳的金屬材料中挑選出來的。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的太陽電池，其特征在于該金屬涂料含有一種有機(jī)粘合劑和一種溶劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1的太陽電池，其特征在于該金屬涂料包含一些屬于元素周期表第五族中的化學(xué)元素。
10.在具備下述情況，即在一半導(dǎo)體基片中擴(kuò)散入一些活性雜質(zhì)以形成一個(gè)p-n結(jié)層以及前接頭是由包括有作為基本材料的金屬粉、粉末玻璃、一種有機(jī)粘合劑和一種溶劑在內(nèi)的金屬涂料制成的太陽電池中，其特征在于該金屬涂料含有一種屬于元素周期表第五族的化學(xué)元素。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9的太陽電池，其特征在于該化學(xué)元素為磷。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10的太陽電池，其特征在于該金屬涂料是一種銀涂料。
專利摘要
一種太陽電池，它包括一塊半導(dǎo)體基片、通過擴(kuò)散一些活性雜質(zhì)到該半導(dǎo)體基片內(nèi)而形成的一層擴(kuò)散層和一個(gè)形成在擴(kuò)散層上且由金屬涂料制成的接頭。該金屬涂料包括有作為基本材料的金屬粉、粉末玻璃、一種有機(jī)粘合劑、一種溶劑以及一種屬于元素周期表第五族的化學(xué)元素。
文檔編號(hào)H01L31/04GK86102568SQ86102568
公開日1987年2月25日 申請(qǐng)日期1986年4月14日
發(fā)明者永原美行, 芝田章, 淺井正人, 中島紳一, 高森信之 申請(qǐng)人:夏普公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan