專利名稱：鋁厚膜組合物、電極、半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及厚膜組合物、電極和半導(dǎo)體器件。還涉及硅半導(dǎo)體器件。具體地，本發(fā)明涉及在形成太陽能電池的厚膜電極中使用的導(dǎo)電組合物。
背景技術(shù)：
發(fā)明背景本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用于多種半導(dǎo)體器件，盡管本發(fā)明是對(duì)諸如光電二極管和太陽能電池的光接受元件特別有效。下面參照作為現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)具體例子的太陽能電池描述本發(fā)明的背景。
具有p-型管腳的常規(guī)太陽能電池結(jié)構(gòu)其負(fù)電極通常在電池的正面或向陽面，而其正電極在背面。眾所周知，輻射在半導(dǎo)體主體的p-n結(jié)上的適當(dāng)波長的光線可用作外部能源，在半導(dǎo)體主體中產(chǎn)生空穴-電子對(duì)。在p-n結(jié)上存在的電勢(shì)差使空穴和電子以相反的方向遷移通過該結(jié)，從而產(chǎn)生電流，將能量傳遞到外部電路。大多數(shù)太陽能電池的形式為已經(jīng)金屬化的硅晶片，即配置有可導(dǎo)電的觸點(diǎn)。
在形成太陽能電池的過程中，Al糊料通常被絲網(wǎng)印刷在硅(Si)晶片的背面并進(jìn)行干燥。然后，該晶片在高于鋁(Al)熔點(diǎn)的溫度下焙燒，形成Al-Si熔體，隨后，在冷卻階段中形成摻雜有Al的硅外延生長層。該層通常被稱作背面場(chǎng)(backsurface field)(BSF)層，該層有助于提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
目前使用的大多數(shù)發(fā)電用太陽能電池是硅太陽能電池。大規(guī)模生產(chǎn)的工藝流程一般目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)最大程度的簡化和最大限度地降低生產(chǎn)成本。特別是電極，采用諸如絲網(wǎng)印刷的方法用金屬糊料制成。
下面結(jié)合

圖1說明這種制造方法的一個(gè)例子。圖1所示是一種p-型硅基片10。
圖1(b)中，通過磷(P)或類似物質(zhì)的熱擴(kuò)散形成反向?qū)щ娦偷膎-型擴(kuò)散層20。通常使用磷酰氯(POCl3)作為氣態(tài)磷擴(kuò)散源；其它液體源是磷酸等。在沒有任何特別變動(dòng)時(shí)，擴(kuò)散層20形成在硅基片10的整個(gè)表面上。該擴(kuò)散層的片電阻在幾十歐姆/方形(Ω/□)的量級(jí)，厚度約為0.3-0.5微米。在p-型摻雜劑濃度等于n-型摻雜劑濃度處形成p-n結(jié)，p-n結(jié)靠近太陽面的常規(guī)電池的結(jié)深度在0.05-0.5微米范圍。
形成這種擴(kuò)散層后，通過用諸如氫氟酸的酸進(jìn)行蝕刻，在表面的其余部分除去過量的表面玻璃。接下來，采用如等離子體化學(xué)蒸汽沉積(CVD)的方法，按圖1(d)所示的方式，在n-型擴(kuò)散層20上形成0.05-0.1微米厚度的氮化硅薄膜30，作為減反射涂層。
如圖1(e)所示，在氮化硅薄膜30上絲網(wǎng)印刷用于正面電極的銀糊料500，然后干燥。另外，在基片的背面絲網(wǎng)印刷(或采用其它某些施涂方法)背面銀糊料或銀/鋁糊料70以及鋁糊料60，并相繼干燥。通常，在硅上首先絲網(wǎng)印刷背面銀或銀/鋁形成兩個(gè)平行的長條或長方形，以備焊接互連線(預(yù)焊接的銅帶)，然后在裸露區(qū)域印刷鋁糊，所印刷的鋁與銀或銀/鋁略有重疊。某些情況下，在印刷了鋁之后再印刷銀或銀/鋁。然后，通常在紅外爐中，在約700-950℃溫度范圍焙燒數(shù)秒至幾十分鐘。正面電極和背面電極可順次焙燒或共焙燒。
結(jié)果，如圖1(f)所示，在焙燒過程中，來自糊料的熔融鋁將硅溶解，然后在冷卻時(shí)摻雜了從硅基片10上外延生長的硅，形成含高濃度鋁摻雜劑的p+層40。該層通常稱作背面場(chǎng)(BSF)層，該層有助于提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率。
通過焙燒，鋁糊60從干態(tài)轉(zhuǎn)化為鋁背面電極61。現(xiàn)有技術(shù)中背面鋁糊料通常使用來自霧化過程中形成的主要為球形的鋁顆粒，其粒度和形狀不加區(qū)別。背面的銀或銀/鋁糊料70同時(shí)進(jìn)行焙燒，成為銀或銀/鋁背面電極71。在焙燒期間，背面鋁和背面銀或銀/鋁之間的邊界呈現(xiàn)合金態(tài)，并且也是電連接的。該鋁電極占背面電極的大部分區(qū)域，部分是由于形成p+層40的需要。由于不可能在鋁電極上焊接，所以在背面的多個(gè)部分上形成銀或銀/鋁背面電極(經(jīng)常為2-6毫米寬的母線(bus bar))，作為用于通過預(yù)焊接的銅帶等方式互連太陽能電池的電極。此外，形成正面電極的銀糊料500在焙燒期間燒結(jié)并透過氮化硅薄膜30，因而能電接觸n-型層20。這種類過程通常稱作“燒入(fire through)”。由圖1(f)的501層可以清楚看到這種燒入的狀態(tài)。
另外，雖然常規(guī)的太陽能電池提供了一種可用設(shè)計(jì)，但仍需要提供更高效率的器件。還需要提供一種在低于現(xiàn)有技術(shù)的溫度下形成這種器件的方法。這種方法要允許在更寬的溫度范圍內(nèi)共焙燒，以提高制造廠商的靈活性，并能對(duì)較厚的和較薄的晶片源進(jìn)行熱功(thermal work)補(bǔ)償。本發(fā)明提供了這種器件及其形成的方法。
此外，一直在努力提供不含Pb的組合物，并同時(shí)保持器件的電性能以及其它相關(guān)性質(zhì)。本發(fā)明人發(fā)明了含鋁的新穎組合物以及保持電性能的同時(shí)提供這種不含Pb的體系的半導(dǎo)體器件，和具有優(yōu)良電性能的新穎組合物。本發(fā)明提供了這種組合物和器件。此外，在本發(fā)明的某些實(shí)施方式中，本發(fā)明的組合物能減少彎曲(bowing)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于形成p-型電極的厚膜導(dǎo)體組合物。還涉及形成這種組合物的方法以及該組合物在半導(dǎo)體器件中的用途以及半導(dǎo)體器件本身。
本發(fā)明涉及一種厚膜導(dǎo)體組合物，該組合物包含(a)含鋁粉；(b)一種或多種玻璃料組合物；皆分散在(c)有機(jī)介質(zhì)；其中所述玻璃料組合物中至少一種的軟化點(diǎn)低于400℃。
本發(fā)明還涉及使用具有p-型區(qū)個(gè)n-型區(qū)以及p-n結(jié)的硅基片形成太陽能電池的方法，該方法包括絲網(wǎng)印刷所述基片的背面，絲網(wǎng)印刷前文詳細(xì)說明的組合物，并在500-990℃溫度焙燒印刷的表面。
附圖簡要說明圖1是說明制造半導(dǎo)體器件的工藝流程圖。
對(duì)圖1中所示的標(biāo)號(hào)說明如下10p-型硅基片20n-型擴(kuò)散層30氮化硅薄膜、二氧化鈦薄膜或二氧化硅薄膜40p+層(背面場(chǎng)，BSF)60形成在背面上的鋁糊料61鋁背面電極(通過焙燒背面銀/鋁糊料獲得)70形成在背面的銀/鋁糊料71銀/鋁背面電極(通過焙燒背面銀/鋁糊料獲得)500形成在正面的銀糊料501銀正面電極(通過焙燒正面銀糊料獲得)圖2(a)-(d)說明采用本發(fā)明的導(dǎo)電糊料制造太陽能電池的制造流程圖。圖2中標(biāo)號(hào)說明如下。
102硅基片104光接收表面?zhèn)入姌O106用于第一電極的糊料組合物108用于第二電極的導(dǎo)電糊料110第一電極112第二電極圖3詳細(xì)表示α(ppm/K)對(duì)彎曲的影響。
圖4詳細(xì)表示軟化點(diǎn)對(duì)彎曲的影響。
圖5所示為對(duì)玻璃D膨脹特性的膨脹計(jì)測(cè)定結(jié)果。
圖6詳細(xì)示出在270微米晶片中玻璃料的百分含量對(duì)彎曲的影響。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的厚膜導(dǎo)體組合物的主要組分是含鋁粉、玻璃料和有機(jī)介質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施方式中，組合物中的玻璃料是一種無鉛玻璃組合物。與現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域相比本發(fā)明的組合物能夠達(dá)到優(yōu)良的電性能。所述組合物還提供了小于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的彎曲。
含鋁粉本發(fā)明的金屬粉是含鋁粉。在一個(gè)實(shí)施方式中，含鋁粉包括細(xì)鋁粉。細(xì)鋁粉可以在空氣或惰性氣氛中粉化。細(xì)鋁粉的平均粒徑分布在3-50微米范圍。在一個(gè)實(shí)施方式中，含鋁粉的平均粒徑分布在3-20微米范圍。
本發(fā)明的含鋁粉還伴有其它金屬粉如含銀粉。
無機(jī)粘結(jié)劑-玻璃料上面所述的含鋁粉細(xì)分散在有機(jī)介質(zhì)中并伴有一種或多種無機(jī)粘結(jié)劑。具體而言，適用于本發(fā)明的無機(jī)粘結(jié)劑是玻璃料。本發(fā)明必須包含至少一種軟化點(diǎn)低于約400℃的玻璃料組合物。在一個(gè)實(shí)施方式中，至少一種玻璃料組合物的軟化點(diǎn)在300℃至低于400℃的范圍。
厚膜組合物還包含一種在焙燒時(shí)經(jīng)歷重結(jié)晶或相分離，并析出有獨(dú)立相的玻璃料的玻璃料組合物，該獨(dú)立相玻璃料的軟化點(diǎn)低于原始軟化點(diǎn)。因此，包含這種玻璃料的厚膜導(dǎo)體組合物在加工時(shí)呈現(xiàn)較小彎曲性質(zhì)。玻璃料組合物的原始軟化點(diǎn)通常在325-600℃范圍。
一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的玻璃料是一種軟化點(diǎn)低于約400℃的無鉛玻璃料?？捎糜诒景l(fā)明的另一種玻璃料是在焙燒時(shí)經(jīng)歷重結(jié)晶或相分離，并析出軟化點(diǎn)低于原始軟化點(diǎn)的獨(dú)立相的玻璃料的玻璃料組合物。
無機(jī)粘結(jié)劑在鋁組合物中的主要功能是提供一種提高在焙燒過程中熔融鋁接觸硅的效率的手段。除了這一功能外，無機(jī)粘結(jié)劑還使基片額外增加一定的粘結(jié)性和粘合性。在本例中對(duì)無機(jī)粘結(jié)劑的需求對(duì)于具有作為晶片加工的殘余物的二氧化硅或含硅玻璃層的硅基片而言很重要。無機(jī)粘結(jié)劑的另一個(gè)功能是對(duì)影響成品電池彎曲程度的鋁層施加影響。粘結(jié)劑還增加鋁摻雜到硅中的深度，因此提高或增加共晶生長的硅層中的鋁摻雜劑濃度。
本發(fā)明玻璃料具備的化學(xué)性質(zhì)很重要。在沒有損害其它考慮事項(xiàng)如環(huán)境立法或公眾對(duì)排除有潛在的環(huán)境問題的重金屬的要求的情況下，根據(jù)對(duì)鋁厚膜糊料的電性能方面的改進(jìn)效果選擇玻璃料。
玻璃料作為無機(jī)粘結(jié)劑，其含量很重要，因?yàn)椴ＡЯ蠒?huì)影響制成的電池的電性能。該含量由玻璃或無機(jī)物含量決定，以厚膜組合物的總重量為基準(zhǔn)，為0.015重量％到5重量％，考慮到電性能和彎曲，根據(jù)玻璃料的化學(xué)性質(zhì)，優(yōu)選范圍為0.01-2重量％。
對(duì)該組合物有用的某些玻璃粘結(jié)劑為本領(lǐng)域已知。某些例子包括硅硼酸鹽和硅鋁酸鹽玻璃。例子還包括氧化物的組合，如B2O3、SiO2、Al2O3、CdO、CaO、BaO、ZnO、SiO2、Na2O、Li2O、PbO和ZrO，它們可以單獨(dú)使用或組合使用形成玻璃粘結(jié)劑。已知對(duì)厚膜組合物有用的典型金屬氧化物為本領(lǐng)域易得，可以是例如，ZnO、MgO、CoO、NiO、FeO、MnO以及它們的混合物。影響彎曲性能的玻璃粘結(jié)劑組合物中是特異性的。
優(yōu)選使用的常規(guī)玻璃料是硅硼酸鹽玻璃料，如硅硼酸鉛玻璃料，鉍、鎘、鋇、鈣或其它堿土元素的硅硼酸鹽玻璃料。這種玻璃料的制備方法為公知的，包括例如將氧化物形式的玻璃組分一起熔融，將這種熔融的組合物倒入水中形成玻璃料。當(dāng)然，批料組分可以是在制備玻璃料的常規(guī)條件下能產(chǎn)生所需氧化物的任何化合物。例如，氧化硼可以由硼酸獲得，二氧化硅可以由燧石制得，氧化鋇可以由碳酸鋇制得，等等。
玻璃宜在球磨機(jī)中與水或惰性低粘度、低沸點(diǎn)的有機(jī)液體一起研磨，減小玻璃料的粒徑，制得基本均勻粒徑的玻璃料。然后在水或所述有機(jī)液體中沉降，分離出細(xì)粉，并除去含細(xì)粉的上清液。也可以采用其它的分類方法。
采用常規(guī)的玻璃制造方法，通過按所需比例混合所需的組分，并加熱該混合物形成熔體來制備玻璃。如本領(lǐng)域皆知的，加熱進(jìn)行到峰值溫度保持一定的時(shí)間，使熔體完全成為均質(zhì)的液體。要求玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)溫度在325-600℃范圍。
優(yōu)選至少85％的無機(jī)粘結(jié)劑顆粒的粒徑為0.1-10微米。其原因是更小的顆粒具有高表面積的會(huì)吸附有機(jī)物，因此妨礙純凈分解(clean decomposition)。另一方面，更大粒徑的顆粒往往燒結(jié)特性較差。無機(jī)粘結(jié)劑與總糊料含量的重量比值優(yōu)選在0.1-2.0范圍，更優(yōu)選在0.2-1.25范圍。
有機(jī)介質(zhì)通常采用機(jī)械混合方式把無機(jī)組分與一有機(jī)介質(zhì)相混合，形成具有適合于印刷的稠度和流變性、稱作“糊料”的粘性組合物?？梢允褂脤挿秶母鞣N惰性的粘性物質(zhì)作為有機(jī)介質(zhì)。有機(jī)介質(zhì)必須是能以足夠穩(wěn)定性分散無機(jī)組分的物質(zhì)。介質(zhì)的流變屬性必須能提供組合物良好的施涂性能，這些屬性包括固體的穩(wěn)定分散，適合絲網(wǎng)印刷的粘度和觸變性，基片和糊料固體的適當(dāng)可潤濕性，良好的干燥速率以及良好的焙燒性能。本發(fā)明厚膜組合物中使用的有機(jī)賦形劑較好是非水的惰性液體。可以使用任何的有機(jī)賦形劑，它們可以含有或不含有增稠劑、穩(wěn)定劑和/或其它常用的添加劑。有機(jī)介質(zhì)通常是聚合物在溶劑中的溶液。此外，少量添加劑如表面活性劑可以是有機(jī)介質(zhì)的一部分。為此目的，最常用的聚合物是乙基纖維素?？梢允褂玫木酆衔锏钠渌影ㄒ一u乙基纖維素、木松香、乙基纖維素和酚醛樹脂的混合物、低級(jí)醇的聚甲基丙烯酸酯以及乙二醇單乙酸酯的單丁基醚。厚膜組合物中最廣泛使用的溶劑是酯醇和萜烯，如α-或β-萜品醇或它們與其它溶劑的混合物，所述其它溶劑例如是煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯、己二醇以及高沸點(diǎn)醇和醇酯。此外，賦形劑中可以包含能促進(jìn)在基片上施涂后快速固化的揮發(fā)性液體?？梢耘渲瞥鲞@些溶劑與其它溶劑的各種組合，以達(dá)到要求的粘度和揮發(fā)度。
有機(jī)介質(zhì)中聚合物的含量為組合物總重量的0-11重量％。本發(fā)明的厚膜組合物可以用含有機(jī)聚合物的介質(zhì)調(diào)節(jié)到預(yù)定的可絲網(wǎng)印刷的粘度。
厚膜組合物中有機(jī)介質(zhì)與分散體中無機(jī)組分的比值可根據(jù)施涂糊料的方法以及所用的有機(jī)介質(zhì)的種類變化。通常，分散體含有40-95重量％的無機(jī)組分和5-60重量％的有機(jī)介質(zhì)(賦形劑)，以達(dá)到良好的潤濕。
在權(quán)利要求書中，發(fā)現(xiàn)加入能在280-900℃之間提供放熱化學(xué)反應(yīng)的聚合物或有機(jī)物或無機(jī)物對(duì)該系統(tǒng)的總體性能有益，在該系統(tǒng)中，不認(rèn)為這些物質(zhì)是對(duì)摻雜的硅系統(tǒng)的半導(dǎo)體性質(zhì)有害的物質(zhì)。
本發(fā)明的導(dǎo)電糊料通常采用粉末混合法來制備，這是一種等價(jià)于傳統(tǒng)碾軋分散的方法，也可以采用碾軋或其它混合方法。本發(fā)明的導(dǎo)電糊料優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷鋪展在太陽能電池的所需部分上；采用這種方法進(jìn)行鋪展時(shí)，優(yōu)選使粘度處于規(guī)定范圍內(nèi)。可以采用的其它施涂方法，如有機(jī)硅墊印刷。使用Brookfield HBT粘度計(jì)和#14心軸，通過萬能杯在10rpm心軸速度和25℃測(cè)定時(shí)，本發(fā)明導(dǎo)電糊料的粘度較好為20-200PaS。
銀/鋁或銀薄膜可以和本發(fā)明的鋁糊料同時(shí)在稱作共焙燒的過程進(jìn)行共焙燒。接下來，參照附圖(圖2)說明使用本發(fā)明的導(dǎo)電糊料(鋁導(dǎo)電糊料)制備的太陽能電池的一個(gè)例子。
首先，制備Si基片102。在Si基片的光接受面(表面)上設(shè)置電極104(例如，主要由Ag組成的電極)，通常p-n結(jié)是靠近該表面的(參見圖2(a))。在該基片的背面上鋪展Ag/Al導(dǎo)電糊料(雖然對(duì)該糊料沒有特別的限制，只要能用于太陽能電池，例如可以是PV202或PV502或PV583或PV581(可從E.I.du Pont de Nemoursand Company購得))，形成母線或接片，以便能夠與設(shè)置為并聯(lián)電氣構(gòu)型的其它電池組互連。在該基片的背面，本發(fā)明的新穎鋁糊料用作太陽能電池的背面(或p-型接觸)電極106，采用絲網(wǎng)印刷，采用的圖案要使得它與上述導(dǎo)電Ag或Ag/Al糊料略有重疊，然后干燥(圖2(b))。各糊料的干燥溫度在固定式干燥器中宜為150℃或更低，在其中的時(shí)間為20分鐘或7分鐘，在帶式干燥器中溫度高于200℃，時(shí)間為3分鐘(DEK干燥器，型號(hào)1209，裝置燈裝置9和速度3)。鋁糊料的干膜厚度優(yōu)選為15-60微米，本發(fā)明的銀/鋁導(dǎo)電糊料的厚度優(yōu)選為15-30微米。鋁糊料與銀/鋁導(dǎo)電糊料的重疊部分優(yōu)選約為0.5-25毫米。
接下來，制得的基片例如在700-1000℃溫度焙燒約3秒至15分鐘，獲得要求的太陽能電池(圖2(d))。由本發(fā)明的組合物形成電極，其中所述組合物已經(jīng)焙燒除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)玻璃料。
如圖2(d)所示，采用本發(fā)明的導(dǎo)電糊料制成的太陽能電池在基片102(例如硅基片)的光接受面(表面)上有電極104，在背面有主要由Al組成的Al電極110和主要由Ag和Al組成的銀/鋁電極112。
將用給出實(shí)施例的方式對(duì)本發(fā)明加以討論。然而，本發(fā)明的范圍不受這些實(shí)施例任何方式的限制。
實(shí)施例在此列舉的實(shí)施例是基于對(duì)具有氮化硅減反射涂層并且具有正面n-型觸點(diǎn)厚膜銀糊料的常規(guī)電池設(shè)計(jì)的晶片上的所述實(shí)施例糊料進(jìn)行焙燒。糊料的性能按電性能定義，還按焙燒后電池的彎曲定義(定義為焙燒后的電池在室溫下的變形(deflection)以及為實(shí)現(xiàn)平整電池在晶片中心移動(dòng)的距離)。
(1)有玻璃料的鋁糊料在此說明鋁粉和玻璃料的混合物。玻璃對(duì)鋁粉的相對(duì)含量及其粒徑會(huì)影響較薄電池的電性能和彎曲程度。
在此實(shí)施例中，列舉了四種玻璃組合物，其中三種是硅硼酸鉛組合物，一種是無鉛玻璃。體系的差別在于，A和B是會(huì)軟化和凝固的玻璃體系，C和D會(huì)軟化，但在冷卻時(shí)會(huì)結(jié)晶，玻璃C在低于350℃溫度仍保持為液體。
表1列舉的玻璃組合物

這些玻璃按照本領(lǐng)域制備鋁糊料的方式混合后，加到Silberline(UK)Ltd的含鋁粉的產(chǎn)品L20261中。以鋁粉量為74重量％計(jì)，玻璃料A、B、C和D的添加量在0.25-2.5％之間變化，然后印刷在125毫米見方且厚為27.微米的多晶硅晶片上，該晶片已進(jìn)行過預(yù)處理，處理到只待印刷和焙燒。晶片在一個(gè)Centrotherm四區(qū)爐中進(jìn)行焙燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵?，帶?500毫米/分鐘，爐中各區(qū)溫度定為1區(qū)＝450℃，2區(qū)＝520℃，3區(qū)＝575℃，最后一區(qū)設(shè)定在925℃或950℃。測(cè)定電性能和彎曲。效率的測(cè)定值列于表2和表3，填充因子(FF)列于表4和表5，彎曲列于表6。由Young等人(PVSEC conference New Orleans)報(bào)道的研究工作，我們注意到，在電性能和沉積重量(或厚度)之間存在一種關(guān)系，其中存在一個(gè)點(diǎn)，如果重量低于該值則電性能嚴(yán)重下降，為此原因，表7列出了層的厚度，其中，糊料以大于該所謂飽和值的厚度印刷。
表2在925℃峰值溫度下的效率(％)

表3在950℃峰值溫度下的效率(％)

表4在925℃峰值溫度下的填充因子(％)

表5在950℃峰值溫度下的填充因子(％)

表6在270微米厚晶片上的彎曲

表7Al糊料焙燒后的印刷厚度(微米)

所列實(shí)施例表明只在鋁粉中加入玻璃料A、B、C和D即提供了良好的電性能。該性能隨玻璃料含量、其化學(xué)性質(zhì)和焙燒溫度而變化。
根據(jù)雙金屬帶模型，預(yù)計(jì)其膨脹溫度系數(shù)與基片的膨脹溫度系數(shù)之差越大的材料產(chǎn)生的彎曲就越大，以及冰點(diǎn)高的材料也能造成較大的彎曲。雙金屬帶模型預(yù)測(cè)在體系中增加玻璃料添加量則彎曲會(huì)變得更大。雙金屬帶的變形公式如下
δ=3(αb-αa)(Tf-T)(tb+ta)d24tb2(4+6ta/tb+4(ta/tb)2+(Ea/Eb)(ta/tb)3+(Eb/Ea)(tb/ta))]]>式中，δ是變形量(m)，ta是頂層厚度(m)，tb是底層厚度(m)，Tf是冰點(diǎn)溫度(℃)，T是測(cè)定的溫度(℃)，αa是頂部組件的TCE(10-6K-11)，αb底部組件的TCE(10-6K-11)，Ea是頂部組件的彈性模量(Pa)和d是較小組件的寬度(m)。
表8270微米厚晶片的彎曲數(shù)據(jù)(微米)，對(duì)于玻璃A、B、C和D隨玻璃含量％而變化的膨脹溫度系數(shù)數(shù)據(jù)(ppm/K)和軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)℃(SP)

因此，在此所列的實(shí)施例中，我們看到-彎曲程度一般因玻璃料增加而增大，與雙金屬帶的預(yù)測(cè)一致。
-對(duì)有較高α(與硅(2.4ppm/K)相比)的玻璃，期望彎曲程度增大。玻璃C和D因?yàn)閺澢^小而未遵守雙金屬模型預(yù)測(cè)的性能。
-當(dāng)玻璃軟化點(diǎn)升高時(shí)彎曲程度下降。玻璃C和D由于其彎曲小于較低軟化點(diǎn)體系而未遵守雙金屬模型預(yù)測(cè)的性能。
-另外添加量小于0.5％時(shí)的彎曲程度可能小于不含任何玻璃的體系，這是添加料時(shí)出現(xiàn)的一種性質(zhì)，而不是這些實(shí)施例中列舉的玻璃料的化學(xué)性質(zhì)。
-已知玻璃料C和D在冷卻期間在玻璃中重結(jié)晶(相分離)為被比最初加入到體系中的玻璃軟化點(diǎn)或冰點(diǎn)低的相所包圍的結(jié)晶沉淀物。圖4顯示彎曲隨軟化點(diǎn)(℃)而變。
獨(dú)特的是，在此列出的會(huì)結(jié)晶的體系的彎曲程度隨玻璃料含量增加而下降，如玻璃D所示。在玻璃D的情況，α在室溫和約150℃之間為負(fù)值，如圖5所示的膨脹計(jì)測(cè)定跡線顯示的。該體系使彎曲小于常規(guī)玻璃料的能力使得該體系為厚度小于225微米的硅電池提供很小的彎曲，因此，制造廠商可以在后焙燒處理期間使用該體系，模塊制造廠商由于加工困難而產(chǎn)生破裂的困難性減小。圖6演示了所確定的各玻璃料在270微米晶片(125mm×125mm)的彎曲性能。
太陽能電池的制造本發(fā)明可以應(yīng)用于寬范圍的半導(dǎo)體器件，盡管本發(fā)明對(duì)諸如光電二極管和太陽能電池的光接受元件特別有效。下面內(nèi)容描述了使用本發(fā)明組合物如何形成太陽能電池。
使用所制成的鋁導(dǎo)電糊料，按照下面順序形成太陽能電池。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能認(rèn)識(shí)到存在各種形成太陽能電池的方法，并且本發(fā)明的厚膜可用于多種方法。
(1)在其正面有銀電極(例如，PV147 Ag組合物，從E.I.du Pont de Nemoursand Company購得)的Si基片的背面進(jìn)行印刷和干燥。干燥后的厚度通常在15-25微米范圍。然后，印刷Ag或Ag/Al糊料(例如，PV202，是從E.I.du Pont de Nemoursand Company購得的Ag/Al組合物)，干燥后為5-6mm寬的母線。然后，絲網(wǎng)印刷用于太陽能電池的背面電極的鋁糊料，其干膜厚度為30-60微米，在兩個(gè)邊緣形成1mm的鋁膜與Ag/Al母線的重疊。鋁糊料干燥后進(jìn)行焙燒。
(2)然后，將印刷過的晶片放在一個(gè)爐內(nèi)焙燒，根據(jù)爐子的尺寸和溫度設(shè)置，峰值溫度設(shè)定為850-965℃，焙燒3秒至10分鐘。焙燒后形成太陽能電池。
測(cè)試方法-效率將按照上面所述方法制造的太陽能電池放在一個(gè)商購的用來測(cè)定效率的IV測(cè)試儀中(IEET Ltd)中。IV測(cè)試儀中的燈模擬已知強(qiáng)度的陽光并輻照電池的正面，印刷在該電池正面的母線與該IV測(cè)試儀的多個(gè)探針相連，通過這些探針將電信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，用來計(jì)算效率。
使用標(biāo)準(zhǔn)的前側(cè)接觸糊料PV147 Ag導(dǎo)體(從E.I.du Pont de Nemours andCompany購得)制造太陽能電池的晶片。
將樣品印刷在由PV電池制造廠商提供的晶片上，晶片已經(jīng)過處理，處理到只待在其上施涂厚膜糊料并干燥。測(cè)定處理后的晶片的電性能。結(jié)果表明在Al粉中加入玻璃料A、B、C和D時(shí)，相對(duì)于無玻璃料的體系，提高了電性能。
權(quán)利要求
1.一種厚膜導(dǎo)體組合物，該組合物包含(a)含鋁粉末，(b)一種或多種玻璃料組合物，皆分散在(c)有機(jī)介質(zhì)中，至少一種所述玻璃料組合物的軟化點(diǎn)低于400℃。
2.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，至少一種所述玻璃料組合物的軟化點(diǎn)在300至低于400℃范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的組合物，該組合物還包含一種含銀粉末。
4.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述玻璃料組合物是無鉛玻璃料組合物。
5.如權(quán)利要求4所述的組合物，其特征在于，所述玻璃料組合物的軟化點(diǎn)低于400℃。
6.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，以厚膜組合物總重量為基準(zhǔn)計(jì)，所述一種或多種玻璃料組合物在總厚膜組合物中的含量為0.01-5重量％。
7.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述有機(jī)介質(zhì)包含聚合物粘結(jié)劑和揮發(fā)性有機(jī)溶劑。
8.如權(quán)利要求1所述的組合物，其特征在于，所述組合物在燒制時(shí)提供在280-900℃之間的放熱化學(xué)反應(yīng)。
9.一種使用具有p-型區(qū)和n-型區(qū)以及p-n結(jié)的硅晶片形成太陽能電池的方法，該方法包括以下步驟絲網(wǎng)印刷所述晶片的背面，絲網(wǎng)印刷權(quán)利要求1所述的組合物，并在500-990℃溫度燒制印刷的表面。
10.一種電極，包含權(quán)利要求1所述的組合物，所述組合物已經(jīng)燒制除去有機(jī)介質(zhì)并燒結(jié)玻璃料。
11.一種半導(dǎo)體器件，包含權(quán)利要求10所述的電極。
12.一種半導(dǎo)體器件，采用權(quán)利要求9所述的方法形成。
13.一種半導(dǎo)體器件，使用了權(quán)利要求1所述的厚膜組合物。
14.一種半導(dǎo)體器件，使用了權(quán)利要求4所述的組合物。
15.如權(quán)利要求1所述的厚膜導(dǎo)體組合物，所述一種或多種玻璃料組合物包含一種在20-200℃溫度范圍或該溫度范圍的一部分中顯示負(fù)的膨脹溫度系數(shù)的玻璃料組合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種厚膜導(dǎo)體組合物，該組合物包含(a)含鋁粉，(b)一種或多種玻璃料組合物，皆分散在(c)有機(jī)介質(zhì)中；所述玻璃料組合物中的至少一種的軟化點(diǎn)低于400℃。
文檔編號(hào)H01L31/18GK1933183SQ200610091548
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者R·J·S·揚(yáng), M·羅斯, J·A·雷比 申請(qǐng)人:E.I.內(nèi)穆爾杜邦公司