[发明专利]在用于光伏电池的导体中使用的玻璃组合物

说明书

发明领域

本发明的实施方案涉及硅半导体装置，以及用于太阳能电池装置的包含玻璃料的导电银浆。

发明技术背景

具有p型基板的常规太阳能电池结构具有可位于电池正面或光照面上的负极和可位于相对侧上的正极。在半导体的p-n结上入射的合适波长的辐射充当在该半导体中产生空穴-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金属化的硅片形式，即具有导电的金属触点。

需要具有改善的电气性能和制备方法的组合物、结构(例如半导体、太阳能电池或光电二极管结构)以及半导体装置(例如半导体、太阳能电池或光电二极管装置)。

发明概述

本发明的实施方案涉及包含下列物质的组合物：(a)一种或多种导电材料；(b)一种或多种玻璃料，该玻璃料包含10-30重量％的SiO₂，40-70重量％的PbO，10-30重量％的总量的ZnO和CaO，0.1-1.0％的碱金属氧化物，以及有机介质。组合物还可包含一种或多种添加剂，这些添加剂选自由下列组成的组：(a)金属，其中所述金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜和铬；(b)一种或多种金属的金属氧化物，所述一种或多种金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜和铬；(c)在焙烧时能够生成(b)的金属氧化物的任何化合物；以及(d)它们的混合物。

本发明的另一方面涉及一种制造半导体装置的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供半导体基板、一个或多个绝缘膜、和厚膜组合物；(b)将绝缘膜施加到半导体基板上；(c)将厚膜组合物施加到半导体基板上的绝缘膜上，以及(d)焙烧半导体、绝缘膜和厚膜组合物。

本发明的另一方面涉及包括半导体装置的太阳能电池，该半导体装置包括半导体基板、绝缘膜和电极，其中电极的正面包括玻璃料，该玻璃料包含10-30重量％的SiO₂，40-70重量％的PbO，10-30重量％的总量的ZnO和CaO，0.1-1.0％的碱金属氧化物。

发明详述

本文所述的厚膜导体组合物包含一种或多种电功能粉和分散在有机介质中的一种或多种玻璃料。厚膜组合物还可包含一种或多种添加剂。示例性添加剂可包括金属、金属氧化物或任何在焙烧时能够生成这些金属氧化物的化合物。本发明的一个方面涉及可用于厚膜导体组合物的一种或多种玻璃料。在一个实施方案中，这些厚膜导体组合物用于半导体装置中。在该实施方案的一个方面，半导体装置可为太阳能电池或光电二极管。一个实施方案涉及各种半导体装置。一个实施方案涉及光接收元件，例如光电二极管和太阳能电池。

玻璃料

一个实施方案涉及玻璃料组合物(在本文中也称为玻璃料，或玻璃组合物)。下文的表1至4列出了示例性的玻璃料组合物。表1至4列出的玻璃组合物是非限制性的。预期玻璃化学领域的普通技术人员可使用相似物质来替代附加成分而不会显著改变本发明的玻璃组合物的所需性质。例如，可单独使用或组合使用玻璃生成体的替代品，例如0-3重量％的P₂O₅、0-3重量％的GeO₂、0-3重量％的V₂O₅，以获得相似的性能。例如，可使用一种或多种中间氧化物，例如TiO₂，Ta₂O₅，Nb₂O₅，ZrO₂，CeO₂，和SnO₂来取代存在于本发明玻璃组合物中的其他中间氧化物(即，Al₂O₃，CeO₂，SnO₂)。

本文所述的制备玻璃料的示例性方法为常规玻璃制造技术。先对各种成分进行称量，然后按所需比例进行混合，并在熔炉中加热以在铂合金坩埚中形成熔融物。如本领域的人员所熟知的，加热至峰值温度(80-140℃)，并且加热一段使熔融物完全变成液体且均匀的时间。随后，使熔融的玻璃在反转的不锈钢辊之间骤冷以形成10-15密耳厚的玻璃片。然后研磨所得的玻璃片以得到粉末，该粉末中介于目标粒度范围(例如0.8-1.5μm)内的颗粒占粉末总体积的50％。本领域的技术人员可采用可供选择的合成技术，例如但不限于水淬火法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法，或其他合适的合成技术，来使玻璃粉末成形。