[发明专利]包含铅‑碲基氧化物的导电组合物在具有轻掺杂发射器的半导体装置的制造中的用途

说明书

发明领域

本发明涉及使用厚膜导电组合物在硅半导体装置上形成电极的方法。具体地讲，本发明涉及在包含轻掺杂发射器的硅半导体上形成电极。本发明还涉及包含此类电极的硅半导体装置。

技术背景

常规的光伏电池包含半导体结构，该半导体结构具有结，例如形成有n型半导体和p型半导体的p-n结。对于典型的p基构型来说，负极位于电池将暴露于光源的一侧（“前”侧，在太阳能电况中为暴露于阳光的一侧），并且正极位于电池另一侧上（“后”侧）。该电池具有正面n型发射器硅表面。落在p-n结上具有合适波长的辐射（例如阳光）充当产生电子-空穴对载流子的外部能量源。这些电子-空穴对载流子在由p-n结产生的电场中迁移，并且被半导体的相应表面上的电极所收集。电池因此适于将电流供应给连接到电极的电负载，从而提供转化自能做有用功的入射太阳能的电能。太阳能光伏系统被认为是对环境有益的，因为它们减少了对在常规发电站中使用的化石燃料的需求。

工业光伏电池常常以已被金属化的结构（例如，基于掺杂的结晶硅晶片的结构）的形式提供，即，该结构设有导电金属触点形式的电极，所产生的电流可通过这些金属触点流到外部电路负载。最常见地，这些电极设置在大体平面的电池结构的相对侧上。常规地，这些电极通过将合适的导电金属浆料或油墨施用到半导体主体的相应表面并且随后焙烧浆料来制备。

导电浆料通常用来形成导电网格或金属触点。导电浆料通常包括导电物质（例如，银粒子）、玻璃料和有机介质。为了形成金属触点，将导电浆料在基板上印刷成网格线或其他图案，然后焙烧，在焙烧期间，在网格线和半导体基板之间产生电触点。

然而，结晶硅太阳能电池通常涂覆有减反射涂层（ARC），例如氮化硅、氧化钛或氧化硅中的一种或多种，以促进光吸收，进而增加电池效率。此类减反射涂层还充当绝缘体，其减弱电子从基板到金属触点的流动。为了克服这个问题，导电性油墨应在焙烧期间穿透减反射涂层以形成具有与半导体基板的电接触的金属触点。这种过程一般称为绝缘ARC的“烧透”或“蚀刻”。在金属触点和基板之间的强结合的形成以及可软焊性也是所期望的。

穿透减反射涂层并在焙烧时形成与基板的强结合的能力高度依赖于导电性油墨的组成和焙烧条件。作为太阳能电池性能的关键量度，效率也受到在焙烧后的导电性油墨与基板之间形成的电触点的质量的影响。

作为另外一种选择，具有n型硅基板的反向太阳能电池结构也是已知的。这种电池在正面上具有带正极的正面p型硅表面（正面p型发射器），并且具有接触电池背面的负极。由于n掺杂硅中的电子重组速度降低，因此与具有p型硅基板的太阳能电池相比较，具有n型硅基板的太阳能电池（n型硅太阳能电池）理论上可产生更高的效率增益。

为了提供用于制造具有良好效率的太阳能电池的经济方法，需要一种厚膜浆料组合物，其能够在低温下焙烧以穿透减反射涂层并提供与半导体基板的良好电接触。

发明概述

本发明提供一种用于在包含轻掺杂发射器的硅半导体基板上形成电极的方法，该方法包括：

提供承载结点的硅半导体基板，其具有前侧表面和后侧表面面，并且包括设置在至少硅半导体基板的前侧表面上的一个或多个绝缘膜以及在硅半导体基板的前侧表面处的轻掺杂发射器；

将厚膜导电浆料组合物施用到一个或多个绝缘膜的至少一部分上以形成层状结构，该厚膜浆料组合物包含：

i)80-99.5重量%的导电金属；

ii)0.5-20重量%的Pb-Te基氧化物；和

iii)有机介质，

其中导电金属和Pb-Te基氧化物分散在有机介质中，并且其中上述重量%是基于导电金属和Pb-Te基氧化物的总重量计的，Pb-Te基氧化物包含30-75重量%的PbO和25-70重量%的TeO₂，其中氧化物的重量%是基于Pb-Te基氧化物的总重量计的；以及

焙烧硅半导体基板、一个或多个绝缘膜和厚膜浆料，其中厚膜浆料的有机介质挥发，从而形成与一个或多个绝缘层接触且与硅半导体基板电接触的电极。

在一个实施方案中，Pb-Te基氧化物包含36-52重量%的PbO和35-55重量%的TeO₂，其中氧化物的重量%是基于Pb-Te基氧化物的总重量计的。