專利名稱：在半導(dǎo)體裝置的制造中用于細(xì)線條高縱橫比絲網(wǎng)印刷的導(dǎo)電漿料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于在半導(dǎo)體裝置(尤其是硅太陽能電池)上形成細(xì)線條高縱橫比電極的厚膜導(dǎo)電漿料，并涉及包括由厚膜導(dǎo)電漿料形成的電極的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
具有p型基板的常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)具有通常在電池的前側(cè)面或光照面上的負(fù)極以及背側(cè)面上的正極。在半導(dǎo)體主體的p-n結(jié)上入射的適當(dāng)波長的輻射用作在該主體中產(chǎn)生電子-空穴對的外部能源。由于p-n結(jié)處存在的電勢差，空穴和電子以相反的方向橫跨該結(jié)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生能夠向外部電路輸送電力的源源不斷的電流。大部分太陽能電池為金屬化的硅 片形式，即具有導(dǎo)電的金屬電極。通常將厚膜漿料或油墨(后文簡稱為“漿料”)絲網(wǎng)印刷到基板上并焙燒以形成電極。
常常在硅片的前側(cè)面或光照面上涂覆減反射涂層(ARC)，以防止入射太陽光的反射損耗，從而提高太陽能電池的效率。通常，二維電極網(wǎng)格圖案(“前面電極”)與硅片的n側(cè)建立連接，而相對側(cè)的鋁涂層(“背面電極”)與硅片的P側(cè)建立連接。這些接觸是從P-n結(jié)到外部載荷的電插口。
通常，絲網(wǎng)印刷以形成硅太陽能電池前面電極的漿料包含導(dǎo)電顆粒、玻璃料和有機(jī)介質(zhì)。絲網(wǎng)印刷后，在空氣中焙燒晶片和漿料，通常在約650-1000°C的爐設(shè)定值溫度中焙燒幾秒，以形成致密堅(jiān)實(shí)的導(dǎo)電跡線。有機(jī)組分在該焙燒步驟中被燒盡。同時(shí)在該焙燒步驟中，玻璃料和任何添加的助熔劑與減反射涂層反應(yīng)，并刻蝕穿過所述減反射涂層，并且有利于形成硅-電極密切接觸。玻璃料和任何添加的助熔劑也提供對基板的粘附性，并有助于隨后焊接的鉛粘附于所述電極。對基板的良好粘附性以及鉛與電極的高焊接粘附性對于太陽能電池性能以及太陽能模塊的可制造性和可靠性而言十分重要。期望具有高縱橫比的細(xì)線條電極以最小化對太陽能電池正面的遮蔽并使電阻降低。漿料穩(wěn)定性是附加要求。
盡管存在可用于形成太陽能電池電極的多種漿料，但需要提供改進(jìn)性能的漿料和具有由此漿料形成的電極的太陽能電池。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供厚膜導(dǎo)電漿料，包含:
a) 一種或多種導(dǎo)電粉末；
b) 一種或多種玻璃料丁和
c)包含溶劑和纖維素酯樹脂的有機(jī)介質(zhì),其中一種或多種導(dǎo)電粉末和一種或多種玻璃料分散在有機(jī)介質(zhì)中。
在一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂選自乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、以及它們的混合物。
本發(fā)明還提供半導(dǎo)體裝置，尤其是太陽能電池，其包括由本發(fā)明的厚膜導(dǎo)電漿料形成的電極，其中所述厚膜導(dǎo)電漿料經(jīng)過焙燒以除去有機(jī)介質(zhì)并形成電極。


圖1A-1F示出了半導(dǎo)體裝置的制造。圖1A-1F中所示的附圖標(biāo)號闡釋如下。
10:p型硅基板
20:n型擴(kuò)散層
30 =ARC (如，氮化硅膜、氧化鈦膜或氧化硅膜)
40:p+層(背表面場，BSF)
60:沉積在背側(cè)面上的鋁漿
61:鋁背側(cè)面電極(通過焙燒背側(cè)面鋁漿獲得)
70:沉積在背側(cè)面上的銀/鋁漿
71:銀/鋁背側(cè)面電極(通過焙燒背側(cè)面銀/鋁漿獲得)
500:沉積在前側(cè)面上的本發(fā)明的漿料
501:前面電極(通過焙燒前側(cè)面漿料500而形成)具體實(shí)施方式
本發(fā)明滿足了將提供具有改進(jìn)性能的半導(dǎo)體裝置的厚膜漿料的需要。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及厚膜導(dǎo)電漿料。在一個(gè)此類實(shí)施方案中，厚膜導(dǎo)電漿料包含一種或多種導(dǎo)電粉末、一種或多種玻璃料以及含有溶劑和纖維素酯樹脂的有機(jī)介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂選自乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素以及它們的混合物。
本發(fā)明含有纖維素酯樹脂的漿料具有某些所期望的特性。該漿料適于在太陽能電池的制造中進(jìn)行細(xì)線條印刷。其在干燥和焙燒步驟中表現(xiàn)出減小的線條鋪展。其還表現(xiàn)出改善的漿料穩(wěn)定性。
在一個(gè)實(shí)施方案中，衆(zhòng)料的一種或多種導(dǎo)電粉末為銀粉。在一個(gè)有關(guān)銀粉的實(shí)施方案中，漿料包含這樣的銀粉，其具有球狀顆粒，約5-6的振實(shí)密度，約0.3-0.6m2/gm表面積的Ag,以及d10為約1.0-1.5 u m, d50為約1.5-2.3 y m和d90為約2.5-3.5 u m的粒度分布。粒度分布數(shù)(d1Q, d50, d90)能使用購自Leeds and Northrup的!VlicrotTacK粒度分析儀進(jìn)行測量。d1(l、d50和d9(l分別代表按體積測量時(shí)10百分率、中值或50百分率和90百分率的粒度分布。也就是說，d50 (d 10, d9(l)是指該分布中的粒度值使得50% (10%，90%)的顆粒具有等于或小于該值的體積。在一個(gè)此類實(shí)施方案中，漿料包含銀粉、溶劑和纖維素酯樹月旨，所述銀粉具有球狀顆粒，約5-6的振實(shí)密度，約0.3-0.6m2/gm表面積的Ag，以及d1(l為約1.0-1.5um, d50為約1.5-2.3 ii m和d9(l為約2.5-3.5um的粒度分布；所述溶劑選自二乙二醇正丁醚醋酸酯、二乙二醇單丁醚、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯以及它們的混合物；所述纖維素酯樹脂選自乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素以及它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，漿料還包含分散在有機(jī)介質(zhì)中的酰胺觸變膠。在該實(shí)施方案中，焙燒指狀電極線的寬度小于IOOy ms，并且焙燒指狀電極線具有高縱橫比，S卩，高度與寬度之比為0.2或更大。此類尺寸的指狀線導(dǎo)致對太陽能電池正面的遮蔽減少。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述組合物適合以8英寸/秒(200毫米/秒)或更高的速度進(jìn)行高速絲網(wǎng)印刷。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案涉及結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)包括厚膜導(dǎo)體漿料。在一個(gè)方面，所述結(jié)構(gòu)也包括一個(gè)或多個(gè)絕緣膜。在一個(gè)方面，所述結(jié)構(gòu)不包括絕緣膜。在一個(gè)方面，所述結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體基底。在一個(gè)方面，厚膜導(dǎo)體漿料沉積在一個(gè)或多個(gè)絕緣膜上。在一個(gè)方面，厚膜導(dǎo)體組合物直接沉積在半導(dǎo)體基底上。
將在下文討論厚膜導(dǎo)電漿料的組分。
導(dǎo)電粉末
導(dǎo)電粉末選自如下粉末:銀、銅、鈀、它們的混合物以及銀、銅和鈀中的一種或多種與鎳和/或鋁的混合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，導(dǎo)電粉末為銀粉。銀粉顆?？梢詾榍驙钚螒B(tài)、薄片形態(tài)、粒狀形態(tài)、其他不規(guī)則形態(tài)或它們的混合物。當(dāng)使用不止一種銀粉時(shí)，不同粉末的顆?？删哂邢嗤螒B(tài)或不同形態(tài)。銀可為銀金屬、銀合金、或它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，涂覆導(dǎo)電粉末。銀顆?？赏扛灿兄T如磷的多種材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，銀顆?？芍辽俨糠值赝扛灿斜砻婊钚詣?。表面活性劑可選自但不限于硬脂酸、棕櫚酸、硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽以及它們的混合物?？衫闷渌砻婊钚詣?，包括月桂酸、棕櫚酸、油酸、硬脂酸、癸酸、肉豆蘧酸以及亞油酸?？购怆x子能為但不限于氫離子、銨離子、鈉離子、鉀離子以及它們的混合物。
在一個(gè)實(shí)施方案中，漿料包含這樣的銀粉，其具有球狀顆粒，約5-6的振實(shí)密度，約 0.3-0.6m2/gm 表面積的 Ag,以及 d1(l 為約 1.0-1.5 u m, d50 為約 1.5-2.3 y m 和 d9(l 為約2.5-3.5 iim的粒度分布。在相關(guān)的實(shí)施方案中，漿料還包含這樣的銀粉，其具有不規(guī)則形狀的顆粒，約0.8-1.2的振實(shí)密度，約4.0-6.0mVgm表面積的Ag，以及d1(l為約1.0-3.0um,d50為約6.0-11.0 ii m和d9。為約18.0-25.0um的粒度分布。
銀粉可以占厚膜導(dǎo)電漿料組合物的多種百分比中的任一種。在非限制性實(shí)施方案中，銀粉占厚膜導(dǎo)電漿料的約70至約93重量％，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，銀粉占厚膜導(dǎo)電漿料的約80至約93重量％，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在又一個(gè)實(shí)施方案中，銀粉占厚膜導(dǎo)電漿料的約87至約92重量％，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。
玻璃料
通常在厚膜漿料中使用 的各種玻璃料可用于形成本發(fā)明漿料。在一個(gè)實(shí)施方案中，漿料包含0.5-5重量％的玻璃料，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，漿料包含1-2重量％的玻璃料，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。
各種玻璃料可使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)通過混合待混入其中的氧化物(或加熱時(shí)分解為所期望氧化物的其他材料)來制備。此類制備技術(shù)可涉及在空氣或含氧氣氛中加熱混合物以形成熔融物，淬火熔融物，以及碾磨、銑削和/或篩選淬火的材料以提供具有所期望粒度的粉末。待混入其中的氧化物混合物的熔融通常進(jìn)行至800-1200°C的峰值溫度。熔融混合物能夠例如在不銹鋼壓板上或反轉(zhuǎn)不銹鋼滾軸之間淬火，以形成片狀物。所得的片狀物能被研磨形成粉末。通常，研磨的粉末具有0.1-3.0微米的D5(i。如本文所用，“粒度”或“D5(l”旨在表示“平均粒度”；“平均粒度”是指50%體積分布大小。玻璃料制造領(lǐng)域的技術(shù)人員可使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)。
上述過程的氧化物產(chǎn)物通?；旧蠟榉蔷B(tài)(非結(jié)晶)固體材料，即玻璃。然而，在一些實(shí)施方案中，所得的氧化物可為非晶態(tài)的、部分非晶態(tài)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。
玻璃料可為含鉛的或無鉛的?？捎糜诮M合物的典型無鉛玻璃料的實(shí)例包括硅酸鉍、硼硅酸鉍、鉍碲氧化物以及它們的混合物。
在無鉛玻璃料的一個(gè)實(shí)施方案中，基于玻璃組合物的總重量計(jì)，氧化物成分的組成范圍是:55-90重量%的Bi203、0.5-35重量%的SiO2,0-5重量%的B203、0_5重量%的Al2O3和0-15重量％的2110。在另一個(gè)實(shí)施方案中，氧化物成分的組成范圍是:28-85重量％的 Bi203、0.1-18 重量 ％ 的 Si02、1-25 重量 ％ 的 B203、0-6 重量 ％ 的 A1203、0_1 重量 ％ 的 CaO、0-42 重量 ％ 的 Zn0、0-4 重量 ％ 的 Na20、0_3.5 重量 ％ 的 Li20、0_3 重量 ％ 的 Ag20、0_4.5 重量%的CeO2,0-3.5重量%的SnO2和0-15重量%的BiF30
用于制備B1-Te-O玻璃料的起始混合物包含基于B1-Te-O的起始混合物的總重量計(jì)22-42重量%的Bi2O3和58-78重量%的TeO2。在另一個(gè)實(shí)施方案中，除Bi2O3和TeO2之外，用于制備B1-Te-O的起始混合物包含基于B1-Te-O的起始混合物的總重量計(jì)0.1-7重量％的Li2O和0.1-4重量％的TiO2。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，起始混合物包含仍然基于B1-Te-O的起始混合物的總重量計(jì)0.1-8重量％的B203、0.1-3重量％的ZnO和0.3-2重量％的 P2O5。
可用于組合物的典型含鉛玻璃料的實(shí)例包括硅酸鉛、硼硅酸鉛和鉛碲氧化物。
在含鉛玻璃料的一個(gè)實(shí)施方案中，基于玻璃組合物的總重量計(jì)，氧化物成分的組成范圍是:20-83重量%的Pb。、1-35重量%的Si02、01.5-19重量%的B203、0_35重量%的Bi203、0-7 重量 % 的 Al203、0-12 重量 % 的 ZnO,0-4 重量 % 的 CuO,0-7 重量 % 的 TiO2,0-5 重量 ％ 的 CdO 和 0-30 的 PbF2。
通常，基于所述混合的粉末計(jì)，用于制備B1-Te-O的PbO和TeO2粉末的混合物包含5-95mol%的鉛氧化物和5-95mol%的碲氧化物。在一個(gè)實(shí)施方案中，基于所述混合的粉末計(jì)，PbO和TeO2粉末的混合物包含25-85mol%的鉛氧化物和15_75mol%的碲氧化物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，基于所述混合的粉末計(jì)，PbO和TeO2粉末的混合物包含25-65mol%的鉛氧化物和35-75mol%的碲氧化物。
在一些實(shí)施方案中，PbO和TeO2粉末的混合物還包含一種或多種其他金屬化合物。適宜的其他金屬化合物包括 Ti02、LiO2, B2O3> PbF2, SiO2, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, A1203、MgO,CaO、SrO> BaO> V2O5> ZrO2> MoO3> Mn2O3> Ag20、ZnO> Ga2O3> GeO2> ln203、SnO2> Sb203、Bi203、BiF3、P205、Cu0、Ni0、Cr203、Fe203、Co0、Co203 和 Ce02。在一個(gè)此類實(shí)施方案中，除 PbO 和 TeO2 之外，用于制備Pb-Te-O的起始混合物包含基于Pb-Te-O的起始混合物的總重量計(jì)0.1-5重量％的Li2O和0.1-5重量％的Ti02。該P(yáng)b-Te-O可被稱為Pb-Te-L1-T1-O。在另一個(gè)實(shí)施方案中，Pb-Te-O包含硼，即Pb-Te-O為Pb-Te-B-O。用于制備Pb-Te-B-O的起始混合物可包含(基于總起始混合物的重量計(jì))可為25-75重量％、30-60重量％、或30-50重量％的PbO ;可為10-70重量%、25-60重量％、或40-60重量%的TeO2 ;可為0.1-15重量%、0.25-5重量％、或0.4-2重量％的B2O3。在另一個(gè)實(shí)施方案中，除了上述的PbO、TeO2和B2O3之外，用于制備Pb-Te-B-O的起始混合物可包含下列中的一種或多種:PbF2、Si02、BiF3、Sn02、Li20、Bi203、ZnO、V2O5, Na2O, Ti02、A1203、CuO, ZrO2, CeO2或Ag20。在此類實(shí)施方案中，這些組分中的一種或多種可為Pb-Te-B-O組合物的0.1-20重量％、0.1-15重量％、或0.1-10重量％。
有機(jī)介質(zhì)
本發(fā)明漿料的有機(jī)介質(zhì)包含溶劑和纖維素酯樹脂。無機(jī)組分，即，一種或多種導(dǎo)電粉末和一種或多種玻璃料通過機(jī)械混合而分散在有機(jī)介質(zhì)中，以形成具有適合印刷的稠度和流變性的粘稠漿料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)介質(zhì)包含纖維素酯樹脂，所述纖維素酯樹脂選自乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、以及它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂為乙酸丁酸纖維素，如，可購自 Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN)的 Eastman 乙酸丁酸纖維素 CAB-551-0.2、可購自 Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN)的 Eastman 乙酸丁酸纖維素CAB-382-20、以及它們的混合物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂為乙酸丙酸纖維素，如，可購自Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN)的Eastman 乙酸丙酸纖維素CAP-482-20、可購自 Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN)的 Eastman 乙酸丙酸纖維素CAP-482-0.5、以及它們的混合物。在又一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂為乙酸丁酸纖維素和乙酸丙酸纖維素的混合物。
在非限制性實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂占厚膜導(dǎo)電漿料的0.025-1.5重量％，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂占厚膜導(dǎo)電漿料的0.05-0.75重量％，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在又另一個(gè)實(shí)施方案中，纖維素酯樹脂占厚膜導(dǎo)電漿料的0.1-0.3重量％，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。
溶劑包括會溶解纖維素酯樹脂并展現(xiàn)絲網(wǎng)印刷特性的那些溶劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜導(dǎo)電漿料包含一種或多種溶劑，所述溶劑選自二乙二醇正丁醚醋酸酯、二乙二醇單丁醚、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯以及它們的混合物。二乙二醇正丁醚醋酸酯可以商品名丁基 CARBIT0L 醋酸酯溶劑(The Dow Chemical Company (Midland, MI))獲得。二乙二醇單丁釀可以商品名丁基CARBIT0L (The Dow Chemical Company (Midland, MI))獲得。2，2，4-三甲基-1，3-戍二醇單異丁酸酯可以商品名Eastman Texanol 酯醇(EastmanChemical C0.(Kingsport , TN))獲得。二乙二醇正丁醚醋酸酯溶劑似乎在促使較窄的焙燒電極線的形成中特別有效。
在一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜導(dǎo)電漿料包含分散在有機(jī)介質(zhì)中的觸變流變改性劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，酰胺觸變膠流變改性劑分散在有機(jī)介質(zhì)中。此類酰胺觸變膠流變改性劑的實(shí)例為可購自 Elementis Specialties, Inc.(Hightstown, NJ)白勺Thixatro廣.MAX。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，有機(jī)介質(zhì)包含一種或多種附加組分，所述附加組分選自氫化松香的季戍四醇酷(可購自Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN)的Foralyn 110氧化松香酯)和表面活性劑(如，可購自 Akzo Nobel Surface Chemistry, LLC (Chicago, IL)的DuomeenTDO)。
厚膜導(dǎo)電漿料中的有機(jī)介質(zhì)與無機(jī)組分的比率取決于涂覆漿料的方法和所用的有機(jī)介質(zhì)類型，并能變化。通常，厚膜導(dǎo)電漿料將包含70-95重量％的無機(jī)組分和5-30重量％的有機(jī)介質(zhì)，以便獲得良好的潤濕，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜導(dǎo)電漿料將包含80-95重量％的無機(jī)組分和5-20重量％的有機(jī)介質(zhì)，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。在又一個(gè)實(shí)施方案中，厚膜導(dǎo)電漿料將包含87-93重量％的無機(jī)組分和7-213重量％的有機(jī)介質(zhì)，其中重量％基于漿料總重量計(jì)。
厚膜導(dǎo)電漿料的制備
在一個(gè)實(shí)施方案中，通過以任何順序混合導(dǎo)電金屬、玻璃料和有機(jī)介質(zhì)來制備厚膜導(dǎo)電漿料。在一些實(shí)施方案中，首先混合無機(jī)材料，然后將它們添加至有機(jī)介質(zhì)。在其他實(shí)施方案中，將作為無機(jī)組分中主要部分的導(dǎo)電金屬緩慢加入到有機(jī)介質(zhì)中。如有需要，粘度能通過加入溶劑來調(diào)節(jié)?？墒褂锰峁└呒羟械幕旌戏椒?。
電極的形成
能例如通過絲網(wǎng)印刷、電鍍、擠出、噴墨印刷、定型或多版印刷來沉積厚膜導(dǎo)電漿料。
在該電極形成過程中，首先干燥厚膜導(dǎo)電漿料，然后加熱以除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)無機(jī)材料。加熱能在空氣或含氧氣氛中進(jìn)行。該步驟通常稱為“焙燒”。焙燒溫度分布通常設(shè)置為使得得自干燥漿料組合物的有機(jī)粘結(jié)劑材料，以及存在的任何其他有機(jī)材料燒盡。在一個(gè)實(shí)施方案中，焙燒溫度為700-950°C。焙燒能夠使用高輸送率，例如100-500cm/min在帶式爐中進(jìn)行，最終保持時(shí)間為0.03-5分鐘。能用多個(gè)溫度區(qū)域(例如3-11個(gè)區(qū)域)來控制期望的熱分布。
在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體裝置由制品制造，所述制品包含承載結(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體基底和形成于其主要表面上的氮化硅絕緣膜。本發(fā)明厚膜導(dǎo)電漿料以預(yù)定形狀和厚度施用(如，涂覆或絲網(wǎng)印刷)到絕緣膜的預(yù)定位置。本發(fā)明厚膜導(dǎo)電漿料能夠穿透絕緣層。然后進(jìn)行焙燒，使組合物與絕緣膜反應(yīng)并穿透絕緣膜，由此實(shí)現(xiàn)與硅基板的電接觸，從而形成電極。
下面結(jié)合圖1A -1F描述該電極形成方法的實(shí)例。
圖1A示出了單晶或多晶p型硅基板10。
在圖1B中，反向傳導(dǎo)型n型擴(kuò)散層20使用三氯氧化磷作為磷源通過磷的熱擴(kuò)散形成。在沒有任何具體變型的情況下，擴(kuò)散層20在硅p型基板10的整個(gè)表面上形成。擴(kuò)散層的深度可通過控制擴(kuò)散溫度和時(shí)間而變化，并且通常在約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/平方直至約120歐姆/平方的薄層電阻率。
如圖1C所示，在用抗蝕劑等保護(hù)該擴(kuò)散層的正面之后，通過蝕刻將擴(kuò)散層20從剩余表面除去以便其僅僅保留在正面上。然后使用有機(jī)溶劑等將抗蝕劑移除。
然后，如圖1D所示，也用作減反射涂層(ARC)的絕緣層30在n型擴(kuò)散層20上形成。絕緣層通常是氮 化硅，但也可以是SiNx:H膜(S卩，絕緣膜包含在隨后的焙燒過程期間用于鈍化的氫)、氧化鈦膜、氧化硅膜、或氧化硅/氧化鈦膜。約700-900A的氮化硅膜厚度適用于約1.9-2.0的折射率。絕緣層30的沉積可通過濺射、化學(xué)氣相沉積、或其他方法進(jìn)行。
然后，形成電極。如圖1E所示，對本發(fā)明的厚膜導(dǎo)電漿料500進(jìn)行絲網(wǎng)印刷以在絕緣膜30上形成前面電極，然后干燥。然后此外，將背側(cè)面銀漿或銀/鋁漿70和鋁漿60絲網(wǎng)印刷在基板的背側(cè)面上并且依次進(jìn)行干燥。在大約750-950°C溫度范圍內(nèi)的紅外線帶式爐中焙燒幾秒鐘至幾十分鐘的時(shí)間。
因此，如圖1F所示，在焙燒過程中，鋁在背側(cè)面上從鋁漿60擴(kuò)散到硅基板10中，從而形成包含高濃度鋁摻雜劑的P+層40。該層一般被稱為背表面場(BSF)層，并且有助于改善太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
焙燒將干燥的鋁漿60轉(zhuǎn)變?yōu)殇X背面電極61。同時(shí)，將背側(cè)面銀漿或銀/鋁漿70焙燒成銀或銀/鋁背面電極71。在焙燒期間，背側(cè)面鋁與背側(cè)面銀或銀/鋁之間的邊界呈現(xiàn)合金狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)電連接。鋁電極61占背面電極的大部分面積，部分歸因于需要形成P+層40。由于不可能對鋁電極進(jìn)行焊接，因此在背側(cè)面的部分之上形成了銀或銀/鋁背面電極71，作為用于通過銅帶等互連太陽能電池的電極。此外，本發(fā)明的前側(cè)面厚膜導(dǎo)電漿料500在焙燒期間燒結(jié)并穿透絕緣膜30，從而實(shí)現(xiàn)與n型層20的電接觸。該類型方法通常稱為“燒透”。圖1F的焙燒電極501清晰地示出了燒透的結(jié)果。
實(shí)施例_9] 聚合物溶液的制備
500ml三頸圓底燒瓶配有頂置式攪拌器、氮?dú)獯祾哐b置、熱電偶和加熱套。將各類型溶劑按表I列出的量添加到燒瓶中，并加熱至60°C。然后一邊攪拌一邊將指定量的聚合樹脂緩慢添加到燒瓶中。將混合物在氮?dú)獯祾呦掠?0°C攪拌2.5小時(shí)，在該段時(shí)間中樹脂溶解而產(chǎn)生粘稠溶液。將用Foralyn 110氫化松香酯制備的聚合物溶液攪拌6小時(shí)。
使用的樹脂:
Eastman 乙酸丁酸纖維素 CAB-551-0.2 (Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN))
Eastman 乙酸丙酸纖維素 CAP-482-20 (Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN))
Eastman 乙酸丁酸纖維素 CAB-382-20 (Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN))
Eastman 乙酸丙酸纖維素 CAP-482-0.5 (Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN))
Foralyn 110 氧化松香酷(Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN))-氧化松香的季戊四醇酯
ETH0CEL Std200 乙基纖維素(The Dow Chemical Company (Midland, MI))
Aqua I on N22 乙基纖維素(Ashland (Covington, KY))
Aqua I on T200 乙基纖維素(Ashland (Covington, KY))_0]使用的溶劑:
丁基 CARBIT0L 醋酸酯溶劑(The Dow Chemical Company (Midland, MI)) - 二乙二醇正丁醚醋酸酯
丁基 CARBIT0L (The Dow Chemical Company (Midland, MI)) - 二乙二醇單丁醚
Eastman Texanol 酯醇(Eastman Chemical C0.(Kingsport, TN))-2，2，4_ 三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯
表I
權(quán)利要求
1.厚膜導(dǎo)電漿料，包含: a)一種或多種導(dǎo)電粉末； b)一種或多種玻璃料；和 c)包含溶劑和纖維素酯樹脂的有機(jī)介質(zhì)，其中所述一種或多種導(dǎo) 電粉末和所述一種或多種玻璃料分散在所述有機(jī)介質(zhì)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的厚膜導(dǎo)電漿料，所述一種或多種導(dǎo)電粉末包括銀粉，所述銀粉具有球狀顆粒，5-6的振實(shí)密度，0.3-0.6m2/gm表面積的Ag，以及d1(l為1.0-1.5 u m, d50為1.5-2.3 m和d9(l為2.5-3.5 u m的粒度分布，所述溶劑選自二乙二醇正丁醚醋酸酯、二乙二醇單丁醚、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯以及它們的混合物，并且所述纖維素酯樹脂選自乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、以及它們的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求9所述的厚膜導(dǎo)電漿料，其中所述溶劑為二乙二醇正丁醚醋酸酯，并且其中所述玻璃料為Pb- Te-O。
4.根據(jù)權(quán)利要求9所述的厚膜導(dǎo)電漿料，還包含分散在所述有機(jī)介質(zhì)中的酰胺觸變膠。
5.包括由厚膜導(dǎo)電漿料形成的電極的半導(dǎo)體裝置，所述厚膜導(dǎo)電漿料包含: a)一種或多種導(dǎo)電粉末； b)一種或多種玻璃料；和 c)包含溶劑和纖維素酯樹脂的有機(jī)介質(zhì)，其中所述一種或多種導(dǎo) 電粉末和所述一種或多種玻璃料分散在所述有機(jī)介質(zhì)中，其中所述厚膜導(dǎo)電漿料經(jīng)過焙燒以除去所述有機(jī)介質(zhì)并形成所述電極。
6.根據(jù)權(quán) 利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，所述一種或多種導(dǎo)電粉末包括銀粉，所述銀粉具有球狀顆粒，5-6的振實(shí)密度，0.3-0.6m2/gm表面積的Ag，以及d1(l為1.0-1.5iim，d50為1.5-2.3 m和d9(l為2.5-3.5 u m的粒度分布，所述溶劑選自二乙二醇正丁醚醋酸酯、二乙二醇單丁醚、2，2，4-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酸酯以及它們的混合物，并且所述纖維素酯樹脂選自乙酸丙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、以及它們的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽能電池形式的半導(dǎo)體裝置，其中所述太陽能電池具有前側(cè)面，即光照面，和背側(cè)面，并且其中所述電極為所述太陽能電池的所述前側(cè)面上的電極。
全文摘要
本發(fā)明涉及厚膜導(dǎo)電漿料，所述厚膜導(dǎo)電漿料包含一種或多種導(dǎo)電粉末、一種或多種玻璃料以及含有溶劑和纖維素酯樹脂的有機(jī)介質(zhì)。該漿料能夠?qū)崿F(xiàn)在太陽能電池制造中進(jìn)行細(xì)線條印刷，并且在干燥和焙燒步驟過程中表現(xiàn)出減小的線條鋪展。還提高了漿料穩(wěn)定性。本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置包括由所述厚膜導(dǎo)電漿料形成的電極。
文檔編號H01B1/22GK103236281SQ201310014628
公開日2013年8月7日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月17日
發(fā)明者W·J·博蘭德, J·D·薩默斯 申請人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司