[发明专利]银厚膜浆料组合物及其在光伏电池导体中的用途

说明书

发明领域

本发明涉及包含具有独特形态的银粒子的银厚膜浆料组合物。这些组合物尤其用于形成太阳能电池的电极。

发明背景

银粉在电子器件行业中用于导体厚膜浆料的制造。厚膜浆料被丝网印刷到基板上，从而形成导电元件。这些元件随后被干燥并焙烧以使液体有机介质挥发并烧结银粒子。

本发明的银厚膜浆料组合物能够被涂覆到大量的半导体装置上，然而其在诸如光电二极管和太阳能电池的光接收元件中尤其有效。下文以太阳能电池作为现有技术的具体实例对本发明背景进行描述。

具有p-型基板的常规太阳能电池结构具有通常位于电池的正面即光照面上的负极和位于背面上的正极。在半导体装置的p-n结上入射的合适波长的辐射充当在该装置中产生空穴-电子对的外部能源。由于p-n结处存在电势差，因此空穴和电子以相反的方向跨过该结移动，从而产生能够向外部电路输送电力的电流。大部分太阳能电池为已金属化的硅片形式，即，具有导电的金属触点。

目前所用的太阳能发电电池大多为硅太阳能电池。在大规模的生产中，工艺流程一般要求实现最大程度的简化和尽量降低制造成本。具体地讲，通过诸如丝网印刷金属浆料并随后焙烧的方法制造电极。

这种制造方法的实例结合图1描述如下。图1A示出了p-型硅基板10。

在图1B中，反向导电型的n-型扩散层20通过磷(P)等的热扩散而形成。通常将三氯氧化磷(POCl₃)用作磷扩散源。在没有任何具体变型的情况下，扩散层20在硅基板10的整个表面之上形成。该扩散层具有大约几十欧姆/平方(Ω/μ)的薄膜电阻率以及约0.3-0.5μm的厚度。

如图1C所示，在用抗蚀剂等保护该扩散层的一个表面之后，通过蚀刻将扩散层20从大多数表面移除以便其仅仅保留在一个主表面上，在该情况下保留在正面上。然后使用有机溶剂等将抗蚀剂移除。

接下来，使用诸如等离子体化学气相沉积(CVD)的方法，以图1D所示的方式在n型扩散层20上形成作为减反射涂层(ARC)的约700-900厚度的氮化硅膜30。

如图1E所示，将用于前电极的银浆500丝网印刷在氮化硅膜30之上，然后将其干燥。此外，随后将背面银浆或银/铝浆70和铝浆60丝网印刷在基板的背面上并依次进行干燥。然后通常在大约700-975℃温度范围内的红外线加热炉中焙烧几分钟至几十分钟。

因此，如图1F所示，焙烧期间作为掺杂剂的铝从铝浆扩散到硅基板10中，从而形成包含高浓度铝掺杂剂的p+层40。该层一般被称为背表面场(BSF)层，并且有助于改善太阳能电池的能量转化效率。

铝浆通过焙烧从干燥状态60转化为铝背面电极61。同时，将背面银浆或银/铝浆70焙烧成银或银/铝背面电极71。在焙烧期间，背面铝与背面银或银/铝之间的边界呈现合金状态，并且也实现电连接。铝电极占背面电极的大部分区域，这部分归因于需要形成p+层40。由于不可能对铝电极进行焊接，因此在背面的部分上形成了银背面电极，作为用于通过铜带或类似物互连太阳能电池的电极。此外，在焙烧期间，形成前电极的银浆500烧结并透过氮化硅膜30，从而能够与n型层20发生电接触。此类方法一般称为“烧透”。在图1F的层501中清楚地示出了该烧透状态。

需要适于用作用于半导体装置的电极尤其适于用作太阳能电池正面上的正面电极的厚膜浆料组合物，所述组合物导致在较宽的焙烧温度范围内具有较高效率的太阳能电池。

发明概述

本发明提供银厚膜浆料组合物，所述组合物包含：

(a)银粉，所述银粉包括银粒子，每个所述银粒子包含长100-2000nm、宽20-100nm和厚20-100nm的银组分，所述银组分被聚集以形成球状的、开放式结构的微粒，其中d₅₀粒度为约2.5μm至约6μm；

(b)玻璃料；和

(c)有机介质，其中所述银粉和所述玻璃料分散在所述有机介质中。

此外，所提供的银厚膜浆料组合物还包含：

(d)金属氧化物、在焙烧时形成金属氧化物的金属或金属化合物、或它们的混合物，其中所述金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜、铬以及它们的混合物。

在一个实施方案中，金属氧化物为ZnO。

此外本发明还提供了制造半导体装置(具体地讲太阳能电池)的方法，所述方法包括以下步骤：