厚膜银浆及其在制造半导体器件中的用图
【技术领域】
[0001] 本发明主要设及厚膜银浆组合物W及由所述组合物形成的厚膜银电极，具体地插 片电极。本发明还设及娃半导体器件，并且具体地讲，本发明设及用于形成太阳能电池的厚 膜银电极的导电组合物。
【背景技术】
[0002] 本发明可应用于范围广泛的半导体器件，尽管本发明对诸如光电二极管和太阳能 电池的光接收元件尤其有效。下文W太阳能电池作为现有技术的具体示例来描述本发明的 背景。
[0003] 具有P型基板的常规太阳能电池结构具有通常在电池的正面或光照面上的负极 W及背面上的正极。在半导体主体的p-n结上入射的适当波长的福射充当在该主体中产生 空穴-电子对的外部能源。由于p-n结处存在电势差，因此空穴和电子W相反的方向横跨 该结移动，从而产生能够向外部电路输送电力的电流流动。大部分太阳能电池为已金属化 的娃片形式，即设有导电的金属电极。通常将厚膜浆料丝网印刷到基板上并赔烧W形成电 极。
[0004] 下面结合图1A-1F来描述该种制备方法的示例。
[0005] 图1A示出了单晶或多晶P型娃基板10。
[0006] 在图1B中，反向传导型的n型扩散层20通过磯的热扩散形成，其中使用S氯氧化 磯作为磯源。在不存在任何具体修改的情况下，扩散层20形成于娃P型基板10的整个表 面之上。扩散层的深度可通过控制扩散温度和时间而变化，并且一般在约0. 3-0. 5微米的 厚度范围内形成。n型扩散层可具有几十欧姆/平方至最多约120欧姆/平方的薄层电阻 率。
[0007] 如图1C中所示，在用抗蚀剂等保护该扩散层的正面之后，通过蚀刻将扩散层20从 剩余的表面移除，使得其仅仅保留在前表面上。然后使用有机溶剂等将抗蚀剂移除。
[000引然后，如图1D所示，也用作减反射涂层的绝缘层30形成于n型扩散层20上。绝 缘层通常为氮化娃，但也可为SiNy:H膜（即，绝缘膜包含在随后的赔烧过程中用于纯化的 氨）、氧化铁膜、氧化娃膜、或氧化娃/氧化铁膜。约700至900A厚度的氮化娃膜适用于约 1. 9至2. 0的折射率。绝缘层30的沉积可通过瓣射、化学气相沉积、或其它方法进行。
[0009] 接着，形成电极。如图1E所示，将用于正面电极的银浆500丝网印刷在氮化娃膜 30上，然后干燥。此外，将背面银或银/侣浆70和侣浆60丝网印刷在基板的背面上并且依 次干燥。赔烧在大约750至850°C温度范围内的红外线加热炉中进行几秒钟至几十分钟的 时间。
[0010] 因此，如图1F所示，在赔烧期间，侣在背面上从侣浆60扩散到娃基板10中，从而 形成包含高浓度侣渗杂剂的P+层40。该层一般称为背表面场炬S巧层，并且有助于改善太 阳能电池的能量转化效率。
[0011] 赔烧将干燥的侣浆60转变为侣背面电极61。同时，将背面银或银/侣浆70赔烧 成银或银/侣背面电极71。在赔烧期间，背面侣与背面银或银/侣之间的边界呈现合金状 态，由此实现电连接。背面电极的大部分面积被侣电极61占据，该部分归因于需要形成P+ 层40。由于不可能对侣电极进行焊接，因此在背面的部分之上形成了银或银/侣背面电极 71，作为用于借助铜带等互连太阳能电池的电极。此外，正面银浆500烧结并在赔烧期间穿 透氮化娃膜30,从而实现与n型层20的电接触。该类型的方法一般称为"烧透"。图1F的 赔烧电极501清晰地示出了烧透的结果。
[0012] 目前致力于提供厚膜浆料组合物，其具有减少量的银，然而同时维持所得电极和 装置的电性能和其它有关性能。本发明提供了银浆组合物，所述银浆组合物同时提供具有 较低量银的体系，同时仍然维持电性能和机械性能。
【发明内容】
[0013] 本发明提供了厚膜浆料组合物，其包含：
[0014] (a) 35-45重量％银，所述银基本上由dg。。ym的球形银颗粒组成；
[001引 化)0. 5-6重量％无铅的基于饿-铜-棚-锋的氧化物玻璃料讯
[0016] (C)有机介质；
[0017] 其中所述银和所述玻璃料分散在所述有机介质中，并且其中所述重量％是基于所 述浆料组合物的总重量计的，所述无铅的基于饿-铜-棚-锋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 于所述无铅的基于饿-铜-棚-锋的氧化物玻璃料的总重量计的。
[001引在一个实施例中，所述无铅的基于饿-铜-棚-锋的氧化物玻璃料还包含2-6 重量％Si化和0. 1-1. 5重量％A1 203,其中所述氧化物重量％是基于所述无铅的基于 饿-铜-棚-锋的氧化物玻璃料的总重量计的。
[0019] 本发明还提供了半导体器件，并且具体地讲包括电极的太阳能电池，所述电极由 本浆料组合物形成，其中所述浆料组合物已被赔烧W除去有机介质并形成电极。
【附图说明】
[0020] 图1A-1F示出了半导体器件的制造。图1中所示的附图标号说明如下。
[0021] 10 ;p型娃基板
[00巧 20 ;n型扩散层
[002引30 ;氮化娃膜、氧化铁膜、或氧化娃膜
[0024] 40 ;p+ 层（背表面场，BSF〇
[0025] 60 ;在背侧面上形成的侣浆
[0026] 61 ;侣背面电极（通过赔烧背面侣浆获得）
[0027] 70 ;在背面上形成的银/侣浆
[002引 71 ;银/侣背面电极（通过赔烧背面银/侣浆获得）
[0029] 500 ;在正面上形成的银浆
[0030] 501 ;银正面电极（通过赔烧正面银浆形成）
[0031] 图2A-D说明了一个实施例的制造方法，所述实施例使用本发明的导电浆料来制 造太阳能电池。图2中所示的附图标号说明如下。
[0032] 102具有扩散层和减反射涂层的娃基板
[0033] 104受光表面侧电极
[0034] 106用于侣电极的浆料组合物
[0035] 108用于插片电极的本发明的浆料组合物
[0036] 110侣电极
[0037] 112插片电极
【具体实施方式】
[003引本发明的导电性厚膜浆料组合物包含减少量的银但提供由所述浆料形成电极的 能力，其中所述电极同时具有良好的电特性和粘附特性。
[0039] 所述导电性厚膜浆料组合物包含银、无铅的基于饿-铜-棚-锋的氧化物玻璃料 和有机介质。其用于形成经丝网印刷的电极，并且具体地讲用于在太阳能电池的娃基板上 的背面上形成插片电极。浆料组合物包含35-55重量％银、0. 5-6重量％玻璃料和有机介 质，其中银和玻璃料分散在有机介质中，并且其中所述重量百分比是基于所述浆料组合物 的总重量计的。
[0040] 下面详细说明本发明厚膜浆料组合物的各组分。
[0041] 篮
[004引在本发明中，浆料的导电相为银（Ag)。银基本上由dw<lym的球形银颗粒组成，其 中中值粒径屯。使用激光衍射来测定。dW表示按体积计测量的粒度分布的中值或第50百 分位值。目P，dg。为使得50%的粒子具有等于或小于此值的体积时的分布值。在一个实施例 中，银基本上由ds0<0. 5ym的球形银颗粒组成。
[0043] 所述银颗粒不是完美的球形，而是具有大体球形并在本文中被称为"球形"。
[0044] 由于其成本，有利的是减少浆料中的银的量，同时维持浆料和由所述浆料形成的 电极的所需特性。此外，本厚膜浆料能够形成具有减缩厚度的电极，从而进一步节省成本。 基于所述浆料组合物的总重量计，本厚膜浆料组合物包含35-45重量％的银。在一个实施 例中，所述厚膜浆料组合物包含38-42重量％的银。
[0045] 巧摇料
[0046] 用于形成本组合物的玻璃料为无铅的基于饿-铜-棚-锋的氧化物（基于 Bi-化-B-化的氧化物）玻璃料。在一个实施例中，组合物包含0.5-6重量％玻璃料，其中重 量％是基于所述组合物的总重量计。在另一个实施例中，所述组合物包含0. 2-5重量％玻 璃料，其中重量％是基于所述组合物的总重量计的。
[0047] 本文所描述的玻璃组合物，也称为玻璃料，包含某些组分的百分比。具体地，该百 分比指的是起始材料内所使用的组分的百分比，所述起始材料随后如本文所述进行加工W 形成玻璃组合物。此类命名对于本领域的技术人员为常规的。换句话说，组合物包含某些组 分，并且该些组分的百分比W对应的氧化物形式的百分比来表示。如玻璃化学领域的普通 技术人员所知，在制备玻璃期间可能释放某一部分的挥发性物质。挥发性物质的一个示例 是氧气。还应当认识到，虽然玻璃表现为无定形材料，但其很可能包含小部分的结晶材料。
[0048] 如果W赔烧的玻璃起始，那么本领域的普通技术人员可使用本领域技术人员已 知的方法来计算本文所述的起始组分的百分比，所述方法包括但不限于；电感禪合等离子 体-质谱法（ICP-M巧、电感禪合等离子体-原子发射光谱法（ICP-AE巧等。此外，可使用W下示例性技术；X射线巧光光谱法狂RF)、核磁共振光谱法（醒R)、电子顺磁共振波谱法 (EPR)、穆斯堡尔光谱法；电子微探针能量分散光谱法巧DS)、电子微探针波长分散光谱法 (WDS)、或阴极发光法（CL)。
[0049] 本领域的普通技术人员应认识到，原材料的选择可能无意地包含杂质，所述杂质 在加工期间可能被渗入玻璃中。例如，杂质可在数百至数千ppm的范围内存在。杂质的存 在将不改变玻璃、组合物例如厚膜组合物、或赔烧的器件的性能。例如，即使厚膜组合物包 含杂质，包含厚膜组合物的太阳能电池也可能具有本文所述的效率。如本文所用，"无铅"是 指未有意添加铅。
[0化0] 玻璃料可使用本领域普通技术人员已知的技术通过混合待渗入其中的氧化物 (或当加热时分解为所期望氧化物的其它材料，例如含氣化物）来制备。此类制备技术可设 及在空气或含氧气氛中加热混合物W形成烙体，泽火所述烙体，W及礙磨、锐削和/或筛选 经泽火的材料W提供具有期望粒度的粉末。饿、铜、棚、锋和待渗入其中的其它氧化物的混 合物的烙融通常进行至950至1200°C的峰值温度。烙融混合物可例如在不诱钢台板上或在 反转不诱钢漉之间泽火，W形成片状物。可研磨所得片状物W形成粉末。通常，经研磨的粉 末具有如用MicrotracS3500测量的0. 1至3.0微米的屯。。玻璃料制造领域的技术人员 可采用可供选择的合成技术，例如但不限于水泽火法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法、或适用 于制备粉末形式玻璃的其它方法。
[0化1] 上述过程的氧化物产物通常基本上为无定形（非晶态）固体材料，即玻璃。然而， 在一些实施例中，所得的氧化物可为无定形的、部分无定形的、部分结晶的、结晶的、或它们 的组合。如本文所用，"玻璃料"包括所有此类产物。
[0化2] 用于制备基于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％是基于所述无铅的基 于饿-铜-棚-锋的氧化物玻璃料的总