導電膏組合物及由其制成的半導體器件的制作方法
【專利說明】導電實組合物及由其制成的半導體器件
[0001]相關申請的香叉引用
[0002] 本申請要求2012年9月6日提交的名稱為"ConductivePasteCompositionand SemiconductorDevicesMadeTherewith"的美國臨時專利申請序列號61/697, 453的權 益，該臨時專利申請的內(nèi)容W全文引用的方式并入本文。
技術領域
[0003] 本發(fā)明設及一種可用于構造多種電器件和電子器件的導電膏組合物，并且更具體 地，本發(fā)明設及一種可用于生成包括用于光伏器件的前側面電極的導電結構的糊料組合 物。
【背景技術】
[0004] 常規(guī)光伏電池裝配了具有結諸如p-n結的半導體結構，所述p-n結被成形為具有n 型半導體和P型半導體。對于典型的P基構型，負極位于電池將暴露于光源的側面（"前" 側面，其在太陽能電池的情形中為暴露于日光的側面）上，并且正極位于電池的另一個側 面（"背"側面）上。落在p-n結上的適當波長的福射諸如日光用作外部能量源，其產(chǎn)生電 子-空穴對電荷載體。該些電子-空穴對電荷載體在由P-n結產(chǎn)生的電場中遷移，并且被 半導體的相應表面上的電極收集起來。該電池因此適于向連接到該些電極的電力負荷提供 電流，從而提供從入射太陽能轉換的電能，所述電能可做有用功。太陽能光伏系統(tǒng)被認為是 對環(huán)境有益的，因為它們減少了對常規(guī)發(fā)電站中所用的化石燃料的需求。
[0005] 工業(yè)光伏電池通常是W結構諸如基于滲雜質的結晶娃晶片的結構的形式提供，所 述晶片已被金屬化，即具有導電金屬觸點形式的電極，所生成的電流可通過所述電極流至 外部電路負荷。最常見的情況是，該些電極設置在大致為平面的電池結構的相對兩側上。常 規(guī)地，它們通過如下方式來產(chǎn)生；將合適的導電金屬糊料施涂到半導體主體的相應表面上 并且然后賠燒糊料。
[0006] 光伏電池通常被制造成在它們的前側面上具有絕緣層W提供減反射特性，所述特 性最大化對入射光的利用率。然而，在該構型中，通常必須除去絕緣層W允許鋪疊的前側面 電極與下面的半導體表面接觸。前側面導電金屬糊料通常包含用作印刷用載體的有機介質 中攜帶的玻璃料和導電物質（例如，銀粒子）?？赏ㄟ^W下方式形成電極，即化合適的模式 (例如，通過絲網(wǎng)印刷）沉積糊料組合物并然后賠燒糊料組合物和基板，W溶解或W其它方 式穿透絕緣減反射層并燒結金屬粉末，使得形成與半導體結構的電連接。
[0007] 糊料組合物在賠燒時穿透或蝕穿減反射層并與基板形成強粘結的能力高度取決 于導電膏的成分及賠燒條件。光伏電池電性能的關鍵量度諸如效率也受到在賠燒的導電膏 與基板之間制成的電觸點的品質的影響。
[0008] 雖然可用于形成器件諸如光伏電池的各種方法和組合物是已知的，但仍然需要允 許制造出圖案化導電結構的組合物，所述導電結構提供改善的總體器件電性能并有利于高 效地制造此類器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的實施例設及糊料組合物，該糊料組合物包含：
[0010] (a)導電金屬源；
[0011] (b)Ti-Te-Li氧化物；和
[0012] (C)有機載體，所述導電金屬源和Ti-Te-Li氧化物分散在所述有機載體中。
[0013] 在某些實施例中，糊料組合物還包含0. 01至5重量％，或0. 05至2. 5重量％，或 0.1至1重量％的離散的氧化物添加劑或者在賠燒時產(chǎn)生氧化物的金屬或化合物。
[0014] 另一方面提供了用于在基板上形成導電結構的方法，該包括：
[0015] (a)提供具有第一主表面的基板；
[0016] 化）將糊料組合物施涂在所述第一主表面的預先選定的部分上，其中所述糊料組 合物包含W下成分的滲加物：
[0017] U導電金屬源，
[0018]ii)Ti-Te-Li氧化物，和
[0019]iii)有機載體，所述導電金屬源和Ti-Te-Li氧化物分散在所述有機載體中；W及
[0020] (C)賠燒所述基板和在所述基板上的糊料組合物，由此在所述基板上形成導電結 構。
[0021] 在進一步的實施方式中，基板包括在其表面上的減反射層，并且賠燒導致糊料至 少部分地蝕穿減反射層，使得在導電結構與基板之間建立起電接觸。
[0022] 另外，提供了包括基板和在基板上的導電結構的制品，該制品已通過前述方法形 成。該類型的代表性制品包括半導體器件和光伏電池。在一個實施例中，基板包括娃晶片。
【附圖說明】
[0023] 當參考本發(fā)明的W下優(yōu)選實施例的【具體實施方式】及附圖時，將更充分地理解本發(fā) 明并且其它優(yōu)點將變得顯而易見，其中類似的附圖標號指示所有若干視圖的相似元件，并 且其中：
[0024] 圖1A-1F描述可制造半導體器件的方法的連續(xù)步驟。該器件繼而可并入到光伏電 池中。圖1A-1F中所用的附圖標號包括下列：
[00幼10 ;p型基板
[002引12 ;基板10的第一主表面（前側面）
[0027] 14 ;基板10的第二主表面（背側面）
[002引 20 ;n型擴散層
[0029] 30 ;絕緣層
[0030] 40 ;p+ 層
[0031] 60;在背側面上形成的侶漿
[0032] 61 ;侶背面電極（通過賠燒背側面?zhèn)H漿獲得）
[0033] 70;在背側面上形成的銀漿或銀/侶漿
[0034] 71 ;銀或銀/侶背面電極（通過賠燒背側面糊料獲得）
[003引500;根據(jù)本發(fā)明在前側面上形成的導電膏
[0036] 501;根據(jù)本發(fā)明的導電前面電極（通過賠燒前側面導電膏形成）
【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明解決了對用W制造具有高機械強度的高導電性電極的高性能半導體器件 的方法的需求。本文提供的導電膏組合物有利地用于制造光伏器件的前側面電極。理想的 是，糊料組合物促進前側面金屬化的形成，所述前側面金屬化；(a)牢固地附著于下面的半 導體基板；并且化）提供與基板的相對低電阻的接觸。合適的糊料組合物據(jù)信有助于蝕刻 常用于半導體結構諸如光伏電池中的表面絕緣層W允許在導電電極與下面的半導體之間 發(fā)生接觸。
[0038] 在一個方面，本發(fā)明提供了一種糊料組合物，其包含：功能性導電組分，諸如導電 金屬源；鐵-蹄-裡（"Ti-Te-Li")氧化物；任選的離散無機添加劑；和有機載體。某些實 施例設及包括用本發(fā)明的糊料組合物制成的導電結構的光伏電池。此類電池可提供高光伏 轉換效率、高填充因數(shù)和低串聯(lián)電阻中的一種或多種的任意組合。
[0039] 在各種實施例中，本發(fā)明的糊料組合物可包含W下成分的滲加物：無機固體部分， 該部分包含（a)約85 %至約99. 5重量％，或約90至約99重量％，或約95至約99重量％ 的導電金屬源；化）約1 %至約15重量％，或約1 %至約8重量％，或約2%至約8重量％， 或約1 %至約5重量％，或約1至約3重量％的Ti-Te-Li氧化物材料，其中上述的組分（a) 和化）的含量是基于除了有機介質外的組合物的無機固體部分的所有組分的總重量計的。
[0040] 如下文進一步所詳述，糊料組合物還包含有機載體，其用作分散在有機載體中的 無機組分的載體。糊料組合物可包含其它附加組分諸如表面活性劑、增稠劑、觸變膠、和粘 合劑。
[0041] 通常，電極和其它導電跡線通過將糊料組合物絲網(wǎng)印刷到基板上來提供，雖然也 可使用其它印刷形式，諸如電鍛、擠出、噴墨、成型印刷或多版印刷、或帶式印刷。沉積后，在 升高的溫度下賠燒通常在有機載體中包含導電金屬粉末（例如Ag)、玻璃料和任選的無機 添加劑的組合物。
[0042] 該組合物也可用來形成導電跡線，諸如用于要并入到電器件或電子器件中的半導 體模塊中的那些。如技術人員將會認識到的那樣，本文所述的糊料組合物可被稱為"導電 的"，該是指該組合物可被成形為某種結構，并且然后被加工成表現(xiàn)出足W用于在器件或與 其連接的電路之間傳導電流的導電性。
[0043]I.無化紀分
[0044] 本發(fā)明的一個實施例設及一種糊料組合物，其可包含；包含提供導電性的功能性 材料的無機固體部分、Ti-Te-Li氧化物易烙材料；和無機固體分散在其中的有機載體。糊 料組合物還可包含附加組分，諸如表面活性劑、增稠劑、觸變膠、和粘合劑。
[0045]A.導由舍屬
[0046] 本發(fā)明的糊料組合物包含導電金屬源。示例性金屬包括但不限于銀、金、銅、鑲、 鈕、銷、侶、W及它們的合金和混合物。銀是優(yōu)選的，因為其具有可加工性和高導電性。然而， 可使用至少包含一些非貴金屬的組合物來減少成本。
[0047] 導電金屬可作為金屬粉末直接滲入到本發(fā)明的糊料組合物中。在另一個實施例 中，直接滲入兩種或更多種此類金屬的混合物。另選地，所述金屬由金屬氧化物或鹽提供， 所述金屬氧化物或鹽在暴露于賠燒熱時發(fā)生分解w形成所述金屬。如本文所用，術語"銀" 應被理解為是指元素性銀金屬、銀的合金、W及它們的混合物，并且還可包括來源于銀氧 化物（Ag2〇或Ago)或銀鹽諸如AgCl、AgN〇3、AgOOCCHs(己酸銀）、AgOOCFs(S氣己酸銀）、 Ag3P〇4(正磯酸銀）、或它們的混合物的銀。也可使用與糊料組合物的其它組分相容的任何 其它形式的導電金屬。
[0048] 可W將本發(fā)明的糊料組合物中使用的導電金屬粉末提供為具有W下形態(tài)中的任 何一種或多種的細分顆粒；粉末形式、薄片形式、球狀形式、椿形式、粒狀形式、結節(jié)形式、結 晶形式、其它不規(guī)則形式、或它們的混合物。導電金屬或導電金屬源也可被提供為膠態(tài)懸浮 液，在該種情況下，膠態(tài)載體將不被包括在對所述固體（膠態(tài)材料為它們的一部分）的重量 百分比的任何計算中。
[0049] 金屬的粒度不受任何特定限制。如本文所用，"粒度"旨在指"中值粒度"或屯。，所 述中值粒度是指50%體積分布尺寸。該分布也可通過屯。來表征，意思是90體積％的顆粒 小于屯。。體積分布尺寸可通過本領域的技術人員所理解的多種方法來測定，包括但不限于 Microtrac粒度分析儀（Montgomeryville，PA)所利用的激光衍射方法和色散方法。也可 使用激光散射，例如，使用可從化ribaInstrumentsInc. (Irvine,CA)商購獲得的型號為 LA-910的粒度分析儀。在各種實施例中，中值粒度如使用化ribaLA-910分析儀所測量大 于0. 2jim且小于10