[发明专利]包含基于铋的氧化物的厚膜浆料及其在半导体器件制造中的用途

说明书

技术领域

本发明主要涉及厚膜浆料组合物以及由所述组合物形成的厚膜电极。本发明还涉及硅半导体器件，并且具体地本发明涉及用于形成太阳能电池的厚膜电极的导电组合物。本发明还涉及用作厚膜浆料组分的基于铋的氧化物。

背景技术

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等光接收元件尤其有效。下文以太阳能电池作为现有技术的具体例子来对本发明的背景进行描述。

具有p型基板的常规太阳能电池结构具有通常在电池的正面或光照面上的负极以及背面上的正极。在半导体主体的p-n结上入射的适当波长的辐射充当在该半体中产生空穴-电子对的外部能源。由于p-n结处存在电势差，因此空穴和电子以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。大部分太阳能电池为金属化的硅片形式，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焙烧以形成电极。

下面结合图1A-1F来描述这种制备方法的例子。

图1A示出了单晶或多晶p型硅基板10。

在图1B中，反向传导型的n型扩散层20通过磷的热扩散形成，其中使用三氯氧化磷作为磷源。在没有任何具体修改的情况下，扩散层20形成于硅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，并且通常在约0.3至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。

如图1C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。

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。绝缘层通常是氮化硅，但也可为SiN_x:H膜（即，绝缘膜包含在随后的焙烧过程中用于钝化的氢）、氧化钛膜、氧化硅膜、或氧化硅/氧化钛膜。约700至的氮化硅膜的厚度适用于约1.9至2.0的折射率。绝缘层30的沉积可通过溅射、化学气相沉积、或其它方法进行。

然后，形成电极。如图1E所示，将用于正面电极的银浆500丝网印刷在氮化硅膜30上，然后进行干燥。此外，将背面银浆或银/铝浆70和铝浆60丝网印刷到基板的背面上并且依次进行干燥。在大约750至850℃温度范围内的红外线加热炉中进行焙烧并持续几秒钟至几十分钟的时间。

因此，如图1F所示，在焙烧过程中，铝在背面上从铝浆60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。

焙烧将干燥的铝浆60转变为铝背面电极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，由此实现电连接。铝电极61占背面电极的大部分面积，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，因此在背面的部分之上形成了银或银/铝背面电极71，作为用于通过铜带等互连太阳能电池的电极。此外，正面银浆500烧结并在焙烧期间穿透氮化硅膜30，从而实现与n型层20的电接触。该类型方法通常称为“烧透”。图1F的焙烧电极501清晰地示出了烧透的结果。

目前致力于提供厚膜浆料组合物，其具有减少量的银并且是无铅的，然而同时维持所得电极和装置的电性能和其它有关性能。本发明提供银浆组合物，所述银浆组合物同时提供具有较低量银的无铅体系，而仍然维持电性能和机械性能。

发明内容

本发明提供了厚膜浆料组合物，其包含：

(a)35-55重量%的银；

(b)0.5-5重量%的无铅的基于铋的氧化物；和

(c)有机介质；

其中所述银和基于铋的氧化物分散于有机介质中，并且其中所述重量%以所述浆料组合物的总重量计，所述基于铋的氧化物包含以所述基于铋的氧化物的总重量计66-78重量%的Bi₂O₃、10-18重量%的ZnO、5-14重量%的B₂O₃、0.1-5重量%的Al₂O₃、0.3-9重量%的BaO和0-3重量%的SiO₂，其中所述基于铋的氧化物是无铅的。

在一个实施例中，厚膜浆料组合物包含2-5重量%的基于铋的氧化物。

本发明还提供半导体器件，并且具体地为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经焙烧以除去有机介质并形成电极。