專利名稱：用于光伏電池導(dǎo)體中的玻璃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及硅半導(dǎo)體裝置，以及用于太陽能電池裝置的包含玻璃料的導(dǎo)電厚膜組合物。
背景技術(shù)：
具有ρ型基板的常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)具有可位于電池正面(也稱為光照面和受光面)的負(fù)極和可位于相對(duì)面的正極。在半導(dǎo)體的p-n結(jié)上入射的合適波長(zhǎng)的輻射充當(dāng)在該半導(dǎo)體中產(chǎn)生空穴-電子對(duì)的外部能源。由于p-n結(jié)處存在電勢(shì)差，因此空穴和電子以相反的方向跨過該結(jié)移動(dòng)，從而產(chǎn)生能夠向外部電路輸送電力的電流。大部分太陽能電池為金屬化的硅片形式，即，具有導(dǎo)電的金屬觸點(diǎn)。需要具有改善的電氣性能和制備方法的組合物、結(jié)構(gòu)(例如半導(dǎo)體、太陽能電池或光電二極管結(jié)構(gòu))以及半導(dǎo)體裝置(例如半導(dǎo)體、太陽能電池或光電二極管裝置)。發(fā)明概述本發(fā)明的實(shí)施方案涉及組合物，所述組合物包含(a) —種或多種導(dǎo)電材料；(b) 一種或多種玻璃料，其中至少一種玻璃料包含按玻璃組合物的重量百分比計(jì)816重量％ 的Si02、0-9重量％的化03、0-17重量％的氟、47-75重量％的鉍；以及(c)有機(jī)載體。在一個(gè)方面，鉍可以選自=Bi2O3和BiF3,并且其中按玻璃組合物的重量百分比計(jì)，Bi203+BiF3* 55-85重量％。在另一個(gè)方面，氟可以選自NaF、LiF、BiF3、以及KF。該組合物可包含一種或多種添加劑，所述添加劑選自(a)金屬，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、 錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(b) —種或多種金屬的金屬氧化物，所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、 鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(c)在焙燒時(shí)能夠生成(b)的金屬氧化物的任何化合物； 以及(d)它們的混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述添加劑可包括ZnO或在焙燒時(shí)形成SiO 的化合物。ZnO可占總組合物的2至10重量％。玻璃料可占總組合物的1至6重量％。導(dǎo)電材料可包括銀。銀可占組合物中固體的90至99重量％。另一個(gè)實(shí)施方案涉及一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包括以下步驟(a) 提供半導(dǎo)體基板、一個(gè)或多個(gè)絕緣膜、和本文所述厚膜組合物；(b)將絕緣膜施加到半導(dǎo)體基板上；(c)將厚膜組合物施加到半導(dǎo)體基板的絕緣膜上，以及(d)焙燒半導(dǎo)體、絕緣膜和厚膜組合物。在一個(gè)方面，所述絕緣膜可包括選自以下的一種或多種組分氧化鈦、氮化硅、 SiNx H、SiCxNY H、氧化硅以及氧化硅/氧化鈦。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述絕緣膜可包括氮化娃。另一個(gè)實(shí)施方案涉及用本文所述方法制造的半導(dǎo)體裝置。一個(gè)方面涉及包括電極的半導(dǎo)體裝置，其中電極在焙燒之前包括本文所述組合物。一個(gè)實(shí)施方案涉及包括半導(dǎo)體裝置的太陽能電池。一個(gè)實(shí)施方案涉及包括半導(dǎo)體基板、絕緣膜和正面電極的半導(dǎo)體裝置，其中正面電極包含一種或多種組分，所述組分選自硅酸鋅、硅鋅礦、和硅酸鉍。附圖簡(jiǎn)述

圖1為示出半導(dǎo)體裝置制造過程的工藝流程圖。
圖1中所示的附圖標(biāo)號(hào)說明如下。10 :p型硅基板20 :n型擴(kuò)散層30 氮化硅膜、氧化鈦膜、或氧化硅膜40 :p+ 層(背表面場(chǎng)，BSF)60 形成在背面上的鋁漿61 鋁背面電極(通過焙燒背面鋁漿獲得)70 形成在背面上的銀漿或銀/鋁漿71 銀或銀/鋁背面電極(通過焙燒背面銀漿獲得)500 根據(jù)本發(fā)明在正面上形成的銀漿501 根據(jù)本發(fā)明的銀正面電極(通過焙燒正面銀漿獲得)發(fā)明詳述如本文所用，“厚膜組合物”是指在焙燒到基板上之后具有1至100微米厚度的組合物。該厚膜組合物包含導(dǎo)電材料、玻璃組合物、和有機(jī)載體。所述厚膜組合物可包含附加組分。如本文所用，所述附加組分稱為“添加劑”。本文所述組合物包含分散在有機(jī)介質(zhì)內(nèi)的一種或多種電功能性材料和一種或多種玻璃料。這些組合物可以為厚膜組合物。這些組合物也可以包含一種或多種添加劑。示例性添加劑可包括金屬、金屬氧化物或任何在焙燒時(shí)能夠生成這些金屬氧化物的化合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，電功能粉可以為導(dǎo)電粉末。在一個(gè)實(shí)施方案中，組合物例如導(dǎo)電性組合物可以在半導(dǎo)體裝置中使用。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置可為太陽能電池或光電二極管。在該實(shí)施方案的另一個(gè)方面，半導(dǎo)體裝置可以為多種半導(dǎo)體裝置中的一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體裝置可以為太陽能電池。在一個(gè)實(shí)施方案中，本文所述厚膜組合物可用于太陽能電池中。在該實(shí)施方案的一個(gè)方面，所述太陽能電池的效率可以比基準(zhǔn)太陽能電池的高70%。在另一個(gè)實(shí)施方案中， 所述太陽能電池的效率可以比基準(zhǔn)太陽能電池的高80%。所述太陽能電池的效率可以比基準(zhǔn)太陽能電池的高90%。玻璃料本發(fā)明的一個(gè)方面涉及玻璃料組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃料組合物(也稱為玻璃組合物)列于下表I中。本文所述的玻璃組合物，也稱為玻璃料，包括一定百分比的某些組分(也稱為元素組成)。具體地講，所述百分比為用于起始原料的組分的百分比，如本文所述，該起始原料隨后被加工以形成玻璃組合物。此類命名對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員為常規(guī)的。換句話說，組合物包含某些組分，并且這些組分的百分比以對(duì)應(yīng)的氧化物形式的百分比表示。玻璃化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員公認(rèn)，在制造玻璃的過程中可釋放出一定部分的揮發(fā)性物質(zhì)。揮發(fā)性物質(zhì)的實(shí)例為氧氣。如果以焙燒的玻璃作為原料，則本領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法計(jì)算本文所述初始組分的百分比(元素組成)，所述方法包括但不限于電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICPES)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AEQ等。此外，可使用以下示例性技術(shù)X射線熒光光譜(XRF)、核磁共振光譜(NMR)、電子順磁共振光譜(EPR)、穆斯堡爾光譜、電子微探針能量色散光譜(EDS)、電子微探針波長(zhǎng)色散光譜(WDS)、陰極發(fā)光 (CL)。本文所述的玻璃組合物包括但不限于表I中所列的那些；預(yù)期玻璃化學(xué)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)附加成分進(jìn)行微量替換，并且基本不會(huì)改變玻璃組合物的所需特性。例如， 可單獨(dú)使用或組合使用玻璃生成體的替代品，例如0-3重量％的IV)5、0-3重量％的Ge02、 0-3重量％的V2O5，以獲得相似的性能。例如，可使用一種或多種中間氧化物，如Ti02、Ta205、 Nb2O5, ZrO2, CeO2和Sn02，來替代存在于玻璃組合物中的其他中間氧化物(S卩，A1203、CeO2, SnO2) ο本發(fā)明的一個(gè)方面涉及玻璃料組合物，其包含一種或多種含氟組分，所述含氟組分包括但不限于氟鹽、氟化物、金屬氟氧化物等。此類含氟組分包括但不限于BiF3、AlF3, NaF、LiF、KF、CsF、ZrF4, TiF4 和 / 或 ZnF2。本文所述的制備玻璃料的示例性方法為常規(guī)玻璃制造技術(shù)。先對(duì)各種成分進(jìn)行稱量，然后按期望比例進(jìn)行混合，并在熔爐中加熱以在鉬合金坩堝中形成熔融物。玻璃料制造領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用氧化物、氟化物或氟氧化物鹽作為原料。作為另外一種選擇，可使用諸如硝酸鹽、亞硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物之類的鹽作為原料，這些鹽在低于玻璃熔融溫度的溫度下分解為氧化物、氟化物、或氟氧化物。如本領(lǐng)域熟知，加熱到峰值溫度(800至 14000C )并保持一定時(shí)間，使得熔融物完全變?yōu)榫嘁后w，并且不含任何殘余的原料分解產(chǎn)物。隨后，使熔融的玻璃在反轉(zhuǎn)的不銹鋼輥之間驟冷，以形成10-15密耳厚的玻璃片。然后研磨所得的玻璃片以得到粉末，該粉末中介于目標(biāo)粒度范圍(例如0.8-1.5μπι)內(nèi)的顆粒占粉末總體積的50%。玻璃料制造領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用可供選擇的合成技術(shù)，例如但不限于在非貴金屬坩堝中熔融、在陶瓷坩堝中熔融、水淬火、溶膠-凝膠、噴霧熱解，或適用于制造玻璃粉末的其他技術(shù)。表I示出了本文所用的占總玻璃組合物的重量百分比的玻璃組合物。除非另行指出，本文所使用的重量％僅指玻璃組合物的重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本文所述的玻璃料組合物可包含以下物質(zhì)中的一種或多種Si02、B2O3> P2O5, A1203、Bi203、BiF3、ZnO, ZrO2, CuO, TiO2, Na2O, NaF、Li2O, LiF、K20、和 KF。在該實(shí)施方案方面，
權(quán)利要求
1.組合物，所述組合物包含(a)一種或多種導(dǎo)電材料；(b)一種或多種玻璃料，其中所述玻璃料的至少一種包含按所述玻璃組合物的重量％計(jì)8-26 重量％的 SiO2、 0-9重量％的化03、 0-17重量％的氟、 47-75重量％的鉍；(c)有機(jī)載體。
2.權(quán)利要求1的組合物，其中所述鉍選自=Bi2O3和BiF3，并且其中按所述玻璃組合物的重量％計(jì)，所述Bi203+BiF3為55-85重量％。
3.權(quán)利要求1的組合物，其中所述氟選自NaF、LiF、BiF3jPKF。
4.權(quán)利要求1的組合物，所述組合物進(jìn)一步包含一種或多種添加劑，所述添加劑選自 (a)金屬，其中所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅、和鉻；(b) —種或多種金屬的金屬氧化物，所述金屬選自鋅、鉛、鉍、釓、鈰、鋯、鈦、錳、錫、釕、鈷、鐵、銅和鉻；(c)在焙燒時(shí)能夠生成(b)的所述金屬氧化物的任何化合物；以及(d)它們的混合物。
5.權(quán)利要求4的組合物，其中所述添加劑的至少一種包含&10、或在焙燒時(shí)形成ZnO的化合物。
6.權(quán)利要求1的組合物，其中所述玻璃料為所述總組合物的1至6重量％。
7.權(quán)利要求1的組合物，其中所述導(dǎo)電材料包括銀。
8.權(quán)利要求7的組合物，其中所述銀為所述組合物中的固體的90至99重量％。
9.權(quán)利要求5的組合物，其中所述ZnO為所述總組合物的2至10重量％。
10.制造半導(dǎo)體裝置的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供半導(dǎo)體基板、一個(gè)或多個(gè)絕緣膜，以及權(quán)利要求1的厚膜組合物；(b)將所述絕緣膜施加在所述半導(dǎo)體基板上，(c)將所述厚膜組合物施加在所述半導(dǎo)體基板上的所述絕緣膜上，以及(d)焙燒所述半導(dǎo)體、絕緣膜和厚膜組合物。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述絕緣膜包含一種或多種選自下列的組分氧化鈦、氮化硅、SiNx: H、氧化硅、以及氧化硅/氧化鈦。
12.由權(quán)利要求10的方法制造的半導(dǎo)體裝置。
13.包括電極的半導(dǎo)體裝置，其中所述電極在焙燒之前包含權(quán)利要求1的組合物。
14.包括權(quán)利要求13的半導(dǎo)體裝置的太陽能電池。
15.半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體基板、絕緣膜、和正面電極，其中所述正面電極包含一種或多種組分，所述組分選自硅酸鋅、硅鋅礦、和硅酸鉍。
全文摘要
本發(fā)明涉及可用于導(dǎo)體漿料的玻璃組合物，其中所述導(dǎo)體漿料用于制備硅半導(dǎo)體裝置和光伏電池。所述玻璃包含8-26重量％的SiO2、0-9重量％的B2O3、0-17重量％的氟、47-75重量％的鉍。
文檔編號(hào)C03C8/06GK102348656SQ201080012753
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者A·F·卡羅爾, B·J·勞克林, K·W·杭, Y·王, 今野卓哉 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司