[发明专利]用于形成太阳能电池电极的导电膏

说明书

技术领域

本发明涉及含有玻璃料(frit)和含有银作为主要组分的导电粉末的烧制型导电膏，其用于形成太阳能电池电极。

背景技术

常规地，普通太阳能装置提供有硅半导体衬底、扩散层、减反射膜、背电极和前电极(在下文，有时称为“光接受电极”)。特别地，在形成前电极时，使用通过将主要由银组成的导电颗粒与玻璃料、有机载体等进行混合制成的导电膏，通过丝网印刷、模板(stencil)印刷等形成前电极。

作为一个例子，在图1所示的结晶硅太阳能电池中，在p型结晶硅衬底4的前表面(光接受表面)区域中形成扩散层3，该衬底形成有称为纹路化结构的凹凸表面结构。通过将杂质例如磷(P)从半导体衬底4的光接受表面扩散到该衬底中形成的扩散层3是显示出与半导体衬底4相反导电类型的区域(在本例子中，相反导电类型解释为n型)。例如，通过将半导体衬底4置于扩散炉中并将其在氯氧化磷(POCl₃)等中加热来形成n型扩散层3。在该扩散层3上由氮化硅、氧化硅、氧化钛等形成绝缘减反射膜2从而提供减反射功能，同时保护太阳能电池装置。例如，在氮化硅(下文“SiN”)的情形中，通过等离子体CVD等，使用硅烷(SiH₄)和氨(NH₃)的混合气体形成膜。考虑到该折射率与半导体衬底4等的折射率的区别，形成了具有约5-100nm厚度和约1.8-2.3的折射率的减反射膜2。

接着，通过丝网印刷等在减反射膜2上以网格形式印刷或涂覆前述导电膏，并在约500-900℃下烧制以形成前电极1。在烧制期间，通常在通过在导电膏中的玻璃料的作用将减反射膜2熔化并除去时，获得了在前电极1和n型扩散层3之间的电接触。这通常称为“烧穿(fire-through)”。

在半导体衬底4的背侧形成了背电极5，以及掺杂有铝等的高浓度的p型BSF(背表面场)层。

为了获得合适的烧穿，优选地将对于减反射膜2具有良好溶解性的玻璃用作导电膏中的玻璃料。其中，含有氧化铅的玻璃常特别用于常规导电膏中的玻璃料来形成电极，因为玻璃的软化点易于调节，且玻璃提供了对衬底的良好粘结性(例如粘结强度)，允许相对良好的烧穿，并导致优异的太阳能电池特性。

例如，将硼硅酸铅玻璃料用于银膏中以形成太阳能电池电极，如日本专利公开No.11-213754A，2001-093326A和10-326522A所述，同时除了硼硅酸铅玻璃料外，日本专利公开No.2001-118425A还描述了将硼酸铅玻璃料。

然而，关于上述烧穿，当前电极1未贯通减反射膜2时，粘结强度波动以及不能在前电极1和半导体衬底4的n型扩散层3之间获得稳定欧姆接触的问题会发生，这是由于在该前电极1烧制时在玻璃料等的影响下的波动。不足的欧姆接触可在输出期间引起损失，从而导致太阳能电池的较低转化效率以及电流-电压特性的下降。

同时，如日本专利公开No.10-326522A的第[0004]段、日本专利公开No.2004-207493A的第[0017]段等所述，已知晓另一问题：其中过度烧穿还可产生不良的电压特性。由于上述减反射膜2可不大于约5-100nm厚，如果前电极1贯通减反射膜2并然后贯通n型扩散层3下方以侵入半导体衬底4，则p-n结可能损坏，且由电流-电压特性测量获得的填充因子(“FF”)可受到不利影响。如果未来n型扩散层3制得更薄以试图改善效率，则这样的贯通可能更易于发生，且难以控制。

图2显示了从透射电子显微镜(TEM)看到的商业太阳能电池衬底的前电极和半导体衬底之间的界面。在该商业太阳能电池的前电极中使用了铅玻璃。在图2中，含有来自导电膏的银组分的铅玻璃层6存在于前电极层1a和SiN层2(其为减反射膜)之间，且该玻璃层的部位7贯通SiN层2从而接触硅衬底(或n型扩散层)4，但在部位8中具有太多的烧穿，且随着突出体深侵入半导体衬底4内部，可以看到玻璃。

作为单独话题，近年来提高的环境意识导致了向太阳能电池中的无铅材料和部件的转换的需求。因此，正在研究替代性的材料和部件，其将提供调节玻璃软化点的容易性、对于衬底的良好粘结性(高粘结强度)以及良好烧穿，如同在常规铅玻璃的情形中，目的是提供优异的太阳能电池特性。