专利名称:具有金属涂料接头的太阳电池的制作方法
本发明涉及一种太阳电池，更具体地说，涉及一种p-n结型太阳电池，在该太阳电池的半导体基片中形成有一个p-n结，该太阳电池还包括一电极(或接头)，此电极是由含有元素周期表第五(V)族中的一种化学元素的金属涂料所制成的。
在通常的p-n结型太阳电池中，要在前接头和半导体基片的扩散层之间获得一欧姆接触是有困难的。其理由是在前接头和半导体基片的扩散层之间形成有一层电绝缘材料制成的抗反射涂层。在上述结构中，电流电压(I-V)特性的填充因子(F.F.)会减小，则能量转换效率也会降低。
因此，本发明的一个目的是要提供一改进了的太阳电池，这种经过改进的太阳电池，能在前接头和半导体基片的扩散层之间获得一足够好的欧姆接触，以致能量转换效率变高。
本发明的另一个目的是提供一包括有由金属涂料制成的前接头的改进了的太阳电池，此金属涂料包括金属粉末、粉末玻璃、一种有机粘合剂、一种溶剂以及在元素周期表第五族某些元素中的至少一种元素。
在此后给出的详细描述中，本发明的其它目的和可用范围是很明显的。然而，应该明白，当说明本发明的一些优选实施方案时，那些特例的详细描述只是按图解说的方法来进行。这是因为从此详细描述出发，在本发明的精神和范围内的各种各样改动和变型，对那些所属技术领域：
内的专业人员来说，是显而易见的。
为了达到上述目的，按照本发明的一个实施方案的太阳电池包括一块半导体基片、在该半导体基片内以形成一层p-n结的扩散层以及设置在半导体基片扩散层上的前接头。前接头的材料是金属涂料，它包括金属粉末、粉末玻璃以及属于元素周期表第五族中的一种元素。
金属涂料可以包括一种有机粘合剂和一种溶剂。
本发明将从下文给出的详细描述及附图中得到更好的了解，这些附图仅作为解说之用，因而并不是说本发明仅限于这些图例。其中图1示出了根据本发明的一种实施方案的一种太阳电池结构的剖视图;
图2示出了本发明的太阳电池与通常的太阳电池相互比较的电流电压特性。
下面将参照图1来描述本发明的一种实施方案，正如前面所述，图1是根据本发明的这种实施方案的一种太阳电池结构的剖视图。借助于把一种活性杂质扩散入半导体基片1，在p型硅(Si)基片内形成了一n+型扩散层2。在此扩散层2上形成了抗反射涂层3，以防止光或太阳光被该太阳电池表面所反射，此抗反射涂层3可以由SiO2、TiO2或类似物制成。在半导体基片1上，设置有一些起着负电接头作用的前接头4。这些前接头4被称作栅状接头。在这些前接头4上分别形成有钎焊层5，用以减小串联电阻并改善太阳电池的可靠性。后接头6，例如由铝(Al)涂料制成的电接头，被形成在基片1的背面，并起着正电接头的作用。
在本发明的太阳电池中，活性杂质被浅浅地扩散入基片中，比如说，单晶硅基片上，以致在该基片的表面附近形成一个p-n结层。为了阻止光或太阳光被太阳电池的表面所反射，在半导体基片的前表面上涂有由SiO2、TiO2或其类似物制成的抗反射涂层。在半导体基片的前表面上，利用金属涂料，例如含有粉末玻璃的银涂料，来形成一些前接头。制造前接头方法的一个实例叙述如下前接头被直接印刷在抗反射涂层上并加以焙烧。因此，前接头穿过抗反射涂层而生成在半导体基片的扩散层上。于是，在前接头和半导体基片的扩散层之间，可获得有效的欧姆接触。这种制造方法称之为烧通法。
在用烧通法制成的太阳电池中，因为设置在半导体基片扩散层上的抗反射涂层是由电绝缘材料，例如TiO2、SiO2或其类似物制成，所以在前接头和半导体基片扩散层之间很难获得一欧姆接触。
为了解决上述问题，根据本发明实施方案的那些前接头4是由含有一种属于周期表第五族元素的金属涂料制成的，例如一种加有少量属于元素周期表第五族的元素磷(P)或磷的化合物的银(Ag)涂料。可以选择所加磷或磷的化合物对银涂料的重量比在约为0.05%至0.3%的范围内。除磷或磷的化合物外，在银涂料内还加有一种有机粘合剂，一种溶剂以及一种添加剂。
因为在银涂料内加入了少量的磷或磷的化合物，所以当焙烧此银涂料时，借助于包含在银涂料内的粉末玻璃与磷或磷化合物之间的协合效应(Synergetic effect)，那些前接头4就会穿过抗反射涂层3而与扩散层2有足够好的接触。所以，在前接头和基片的扩散层之间就能获得足够好的欧姆接触。于是，填充因子得到改进，能量转换效率提高。
利用烧通法来加工前接头4的方法是，直接把银涂料印刷在抗反射涂层3上并加以焙烧，在前接头和基片的扩散层之间就得到了欧姆接触。首先，把象磷一类的n-型杂质在P型硅基片1上，在大约950摄氏度下进行扩散，以形成扩散层2。硅基片1的厚度约400微米，体电阻率在约0.5至约10.0欧姆-厘米之间，而形成的扩散层2的厚度在约0.3到约1.0微米之间。
其次，通过浸渍法、自匀胶法(Spin-on method)或化学汽相沉积(CVD)法在扩散层2的表面形成一层厚度约在700到800埃之间的TiO2层，以作为抗反射涂层3。在P型半导体硅基片1的背面，通过网板印刷法覆盖上一层铝涂料，并在800摄氏度左右焙烧，从而制成了后接头6。把银涂料用网板印刷法涂在抗反射涂层3上，并在600摄氏度到大致700摄氏度之间的温度下进行焙烧，从而制成了那些前接头4。为了改进太阳电池的可靠性并减小串联电阻，通过浸渍工序在太阳电池的一个接头上覆盖上一层钎焊料，从而制成了钎焊层5。这样就制成了图1中所示的太阳电池。
因为用于本发明实施方案中的前接头4是由含有少量周期表第五族中的磷或磷的化合物的银涂料制成的，所以通过包含在银涂料中的粉末玻璃和磷或磷的化合物之间的协合效应，在前接头4和基片的扩散层之间的欧姆接触就会变好，欧姆接触的接触电阻能减小，填充因子得到了改善，能量转换效率提高。
图2示出了本发明的和常用的太阳电池的电流电压(I-V)特性。假设水平轴是有光线照射到太阳电池上时电池的输出电压;而垂直轴是此时的输出电流。虚线代表前接头是以不含磷或磷的化合物的银涂料制成的太阳电池的特性;而实线代表根据本发明的实施方案、前接头以含有磷或磷化合物的银涂料制成的太阳电池的特性。在通常的太阳电池中，那些前接头和扩散层之间的电阻是较大的，填充因子为0.5。在本发明的太阳电池中，与通常的太阳电池相比，其前接头和扩散层之间的电阻减小了。因此，本发明的太阳电池的输出大于通常太阳电池的输出。填充因子被改进到约为0.75，从而提高了能量转换效率。
虽然在本发明的上述实施方案中，应用了属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。举例来说，也可用钒(Va)、铋(Bi)等元素。虽然前接头是用银涂料来制造的，但也可用铜(Cu)或镍(Ni)作为基本金属材料的金属涂料。
本发明不仅可用于单晶硅太阳电池，而且还可用于多晶硅太阳电池。抗反射涂层不仅可用TiO2，而且可用SiO2、Ta2O5、SnO2、Si3N4等等。
虽然此太阳电池是用烧通法来制造的，本发明还可用于以其它方法来制造的太阳电池，以提高能量转换效率。
金属涂料可以含有元素周期表第五族中的几种元素。
如上所述，以活性杂质扩散入半导体基片来形成P-n结层。前接头以金属涂料来形成，该金属涂料包括有粉末玻璃、有机粘合剂、溶剂以及属于元素周期表第五族的元素。因此，当焙烧金属涂料时，由于包含在金属涂料中的粉末玻璃和化学元素之间因焙烧而产生的协合效应，使得前接头穿过抗反射涂层。因而那些前接头和基片扩散层之间的欧姆接触会变好。太阳电池的电流电压特性得到了改善，提高了能量转换效率。
在这样地描述了本发明后，上述情况明显地可以有许多种变化。这样一些变化并不看作是偏离了本发明的实质和范围，而所有由此所得到的变型都包括在下面的权利要求
范围内。
权利要求
1.一种太阳电池，其特征是包括一块半导体基片；通过在该半导体基片内扩散入活性杂质而制成的一扩散层；由一种金属涂料在该扩散层上制成的一接头，该金属涂料包含有起主要成分作用的金属粉、粉末玻璃以及一种属于元素周期表第五(V)族中的化学元素。
2.根据权利要求
1的太阳电池，其特征在于进一步包括形成于该扩散层上、用以阻止光线被该太阳电池的表面所反射的抗反射涂层。
3.根据权利要求
2的太阳电池，其特征在于该接头的形成是利用焙烧穿通抗反射涂层，在该扩散层和该接头间形成一足够好的欧姆接触。
4.根据权利要求
2的太阳电池，其特征在于该抗反射涂层是由一种电绝缘材料制成的。
5.根据权利要求
4的太阳电池，其特征在于抗反射涂层的材料是从TiO2、SiO2、Ta2O5、SnO2以及Si3N4中挑选出来的。
6.根据权利要求
1的太阳电池，其特征在于附加的第五族元素对金属涂料的重量比在0.05%到约0.3%的范围内进行选择。
7.根据权利要求
1的太阳电池，其特征在于该金属材料是从包括银、铜和镍的金属材料中挑选出来的。
8.根据权利要求
1的太阳电池，其特征在于该金属涂料含有一种有机粘合剂和一种溶剂。
9.根据权利要求
1的太阳电池，其特征在于该金属涂料包含一些属于元素周期表第五族中的化学元素。
10.在具备下述情况，即在一半导体基片中扩散入一些活性杂质以形成一个p-n结层以及前接头是由包括有作为基本材料的金属粉、粉末玻璃、一种有机粘合剂和一种溶剂在内的金属涂料制成的太阳电池中，其特征在于该金属涂料含有一种属于元素周期表第五族的化学元素。
11.根据权利要求
9的太阳电池，其特征在于该化学元素为磷。
12.根据权利要求
10的太阳电池，其特征在于该金属涂料是一种银涂料。
专利摘要
一种太阳电池，它包括一块半导体基片、通过扩散一些活性杂质到该半导体基片内而形成的一层扩散层和一个形成在扩散层上且由金属涂料制成的接头。该金属涂料包括有作为基本材料的金属粉、粉末玻璃、一种有机粘合剂、一种溶剂以及一种属于元素周期表第五族的化学元素。
文档编号H01L31/04GK86102568SQ86102568
公开日1987年2月25日 申请日期1986年4月14日
发明者永原美行, 芝田章, 浅井正人, 中岛绅一, 高森信之 申请人:夏普公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan