导电膏组合物及由其制成的半导体器件的制作方法
【专利说明】导电實组合物及由其制成的半导体器件
[0001]相关申请的香叉引用
[0002] 本申请要求2012年9月6日提交的名称为"ConductivePasteCompositionand SemiconductorDevicesMadeTherewith"的美国临时专利申请序列号61/697, 453的权 益，该临时专利申请的内容W全文引用的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及一种可用于构造多种电器件和电子器件的导电膏组合物，并且更具体 地，本发明设及一种可用于生成包括用于光伏器件的前侧面电极的导电结构的糊料组合 物。
【背景技术】
[0004] 常规光伏电池装配了具有结诸如p-n结的半导体结构，所述p-n结被成形为具有n 型半导体和P型半导体。对于典型的P基构型，负极位于电池将暴露于光源的侧面（"前" 侧面，其在太阳能电池的情形中为暴露于日光的侧面）上，并且正极位于电池的另一个侧 面（"背"侧面）上。落在p-n结上的适当波长的福射诸如日光用作外部能量源，其产生电 子-空穴对电荷载体。该些电子-空穴对电荷载体在由P-n结产生的电场中迁移，并且被 半导体的相应表面上的电极收集起来。该电池因此适于向连接到该些电极的电力负荷提供 电流，从而提供从入射太阳能转换的电能，所述电能可做有用功。太阳能光伏系统被认为是 对环境有益的，因为它们减少了对常规发电站中所用的化石燃料的需求。
[0005] 工业光伏电池通常是W结构诸如基于渗杂质的结晶娃晶片的结构的形式提供，所 述晶片已被金属化，即具有导电金属触点形式的电极，所生成的电流可通过所述电极流至 外部电路负荷。最常见的情况是，该些电极设置在大致为平面的电池结构的相对两侧上。常 规地，它们通过如下方式来产生；将合适的导电金属糊料施涂到半导体主体的相应表面上 并且然后赔烧糊料。
[0006] 光伏电池通常被制造成在它们的前侧面上具有绝缘层W提供减反射特性，所述特 性最大化对入射光的利用率。然而，在该构型中，通常必须除去绝缘层W允许铺叠的前侧面 电极与下面的半导体表面接触。前侧面导电金属糊料通常包含用作印刷用载体的有机介质 中携带的玻璃料和导电物质（例如，银粒子）。可通过W下方式形成电极，即化合适的模式 (例如，通过丝网印刷）沉积糊料组合物并然后赔烧糊料组合物和基板，W溶解或W其它方 式穿透绝缘减反射层并烧结金属粉末，使得形成与半导体结构的电连接。
[0007] 糊料组合物在赔烧时穿透或蚀穿减反射层并与基板形成强粘结的能力高度取决 于导电膏的成分及赔烧条件。光伏电池电性能的关键量度诸如效率也受到在赔烧的导电膏 与基板之间制成的电触点的品质的影响。
[0008] 虽然可用于形成器件诸如光伏电池的各种方法和组合物是已知的，但仍然需要允 许制造出图案化导电结构的组合物，所述导电结构提供改善的总体器件电性能并有利于高 效地制造此类器件。
【发明内容】
[0009] 本发明的实施例设及糊料组合物，该糊料组合物包含：
[0010] (a)导电金属源；
[0011] (b)Ti-Te-Li氧化物；和
[0012] (C)有机载体，所述导电金属源和Ti-Te-Li氧化物分散在所述有机载体中。
[0013] 在某些实施例中，糊料组合物还包含0. 01至5重量％，或0. 05至2. 5重量％，或 0.1至1重量％的离散的氧化物添加剂或者在赔烧时产生氧化物的金属或化合物。
[0014] 另一方面提供了用于在基板上形成导电结构的方法，该包括：
[0015] (a)提供具有第一主表面的基板；
[0016] 化）将糊料组合物施涂在所述第一主表面的预先选定的部分上，其中所述糊料组 合物包含W下成分的渗加物：
[0017] U导电金属源，
[0018]ii)Ti-Te-Li氧化物，和
[0019]iii)有机载体，所述导电金属源和Ti-Te-Li氧化物分散在所述有机载体中；W及
[0020] (C)赔烧所述基板和在所述基板上的糊料组合物，由此在所述基板上形成导电结 构。
[0021] 在进一步的实施方式中，基板包括在其表面上的减反射层，并且赔烧导致糊料至 少部分地蚀穿减反射层，使得在导电结构与基板之间建立起电接触。
[0022] 另外，提供了包括基板和在基板上的导电结构的制品，该制品已通过前述方法形 成。该类型的代表性制品包括半导体器件和光伏电池。在一个实施例中，基板包括娃晶片。
【附图说明】
[0023] 当参考本发明的W下优选实施例的【具体实施方式】及附图时，将更充分地理解本发 明并且其它优点将变得显而易见，其中类似的附图标号指示所有若干视图的相似元件，并 且其中：
[0024] 图1A-1F描述可制造半导体器件的方法的连续步骤。该器件继而可并入到光伏电 池中。图1A-1F中所用的附图标号包括下列：
[00幼10 ;p型基板
[002引12 ;基板10的第一主表面（前侧面）
[0027] 14 ;基板10的第二主表面（背侧面）
[002引 20 ;n型扩散层
[0029] 30 ;绝缘层
[0030] 40 ;p+ 层
[0031] 60;在背侧面上形成的侣浆
[0032] 61 ;侣背面电极（通过赔烧背侧面侣浆获得）
[0033] 70;在背侧面上形成的银浆或银/侣浆
[0034] 71 ;银或银/侣背面电极（通过赔烧背侧面糊料获得）
[003引500;根据本发明在前侧面上形成的导电膏
[0036] 501;根据本发明的导电前面电极（通过赔烧前侧面导电膏形成）
【具体实施方式】
[0037] 本发明解决了对用W制造具有高机械强度的高导电性电极的高性能半导体器件 的方法的需求。本文提供的导电膏组合物有利地用于制造光伏器件的前侧面电极。理想的 是，糊料组合物促进前侧面金属化的形成，所述前侧面金属化；(a)牢固地附着于下面的半 导体基板；并且化）提供与基板的相对低电阻的接触。合适的糊料组合物据信有助于蚀刻 常用于半导体结构诸如光伏电池中的表面绝缘层W允许在导电电极与下面的半导体之间 发生接触。
[0038] 在一个方面，本发明提供了一种糊料组合物，其包含：功能性导电组分，诸如导电 金属源；铁-蹄-裡（"Ti-Te-Li")氧化物；任选的离散无机添加剂；和有机载体。某些实 施例设及包括用本发明的糊料组合物制成的导电结构的光伏电池。此类电池可提供高光伏 转换效率、高填充因数和低串联电阻中的一种或多种的任意组合。
[0039] 在各种实施例中，本发明的糊料组合物可包含W下成分的渗加物：无机固体部分， 该部分包含（a)约85 %至约99. 5重量％，或约90至约99重量％，或约95至约99重量％ 的导电金属源；化）约1 %至约15重量％，或约1 %至约8重量％，或约2%至约8重量％， 或约1 %至约5重量％，或约1至约3重量％的Ti-Te-Li氧化物材料，其中上述的组分（a) 和化）的含量是基于除了有机介质外的组合物的无机固体部分的所有组分的总重量计的。
[0040] 如下文进一步所详述，糊料组合物还包含有机载体，其用作分散在有机载体中的 无机组分的载体。糊料组合物可包含其它附加组分诸如表面活性剂、增稠剂、触变胶、和粘 合剂。
[0041] 通常，电极和其它导电迹线通过将糊料组合物丝网印刷到基板上来提供，虽然也 可使用其它印刷形式，诸如电锻、挤出、喷墨、成型印刷或多版印刷、或带式印刷。沉积后，在 升高的温度下赔烧通常在有机载体中包含导电金属粉末（例如Ag)、玻璃料和任选的无机 添加剂的组合物。
[0042] 该组合物也可用来形成导电迹线，诸如用于要并入到电器件或电子器件中的半导 体模块中的那些。如技术人员将会认识到的那样，本文所述的糊料组合物可被称为"导电 的"，该是指该组合物可被成形为某种结构，并且然后被加工成表现出足W用于在器件或与 其连接的电路之间传导电流的导电性。
[0043]I.无化紀分
[0044] 本发明的一个实施例设及一种糊料组合物，其可包含；包含提供导电性的功能性 材料的无机固体部分、Ti-Te-Li氧化物易烙材料；和无机固体分散在其中的有机载体。糊 料组合物还可包含附加组分，诸如表面活性剂、增稠剂、触变胶、和粘合剂。
[0045]A.导由舍属
[0046] 本发明的糊料组合物包含导电金属源。示例性金属包括但不限于银、金、铜、镶、 钮、销、侣、W及它们的合金和混合物。银是优选的，因为其具有可加工性和高导电性。然而， 可使用至少包含一些非贵金属的组合物来减少成本。
[0047] 导电金属可作为金属粉末直接渗入到本发明的糊料组合物中。在另一个实施例 中，直接渗入两种或更多种此类金属的混合物。另选地，所述金属由金属氧化物或盐提供， 所述金属氧化物或盐在暴露于赔烧热时发生分解w形成所述金属。如本文所用，术语"银" 应被理解为是指元素性银金属、银的合金、W及它们的混合物，并且还可包括来源于银氧 化物（Ag2〇或Ago)或银盐诸如AgCl、AgN〇3、AgOOCCHs(己酸银）、AgOOCFs(S氣己酸银）、 Ag3P〇4(正磯酸银）、或它们的混合物的银。也可使用与糊料组合物的其它组分相容的任何 其它形式的导电金属。
[0048] 可W将本发明的糊料组合物中使用的导电金属粉末提供为具有W下形态中的任 何一种或多种的细分颗粒；粉末形式、薄片形式、球状形式、椿形式、粒状形式、结节形式、结 晶形式、其它不规则形式、或它们的混合物。导电金属或导电金属源也可被提供为胶态悬浮 液，在该种情况下，胶态载体将不被包括在对所述固体（胶态材料为它们的一部分）的重量 百分比的任何计算中。
[0049] 金属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%体积分布尺寸。该分布也可通过屯。来表征，意思是90体积％的颗粒 小于屯。。体积分布尺寸可通过本领域的技术人员所理解的多种方法来测定，包括但不限于 Microtrac粒度分析仪（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，使用可从化ribaInstrumentsInc. (Irvine,CA)商购获得的型号为 LA-910的粒度分析仪。在各种实施例中，中值粒度如使用化ribaLA-910分析仪所测量大 于0. 2jim且小于10