[发明专利]用于改性金属粒子层的材料特性的带有金属基添加剂的印刷糊剂

说明书

本发明公开了用于半导体器件的嵌入糊剂。该糊剂含有贵金属粒子、嵌入粒子、有机载体和金属基添加剂(MBA)。MBA可用于改善金属粒子层的材料特性。已经开发出特定的配方，其可被直接丝网印刷到干燥的金属粒子层上并且进行烧制以制成烧制的多层层叠。可以对该烧制的多层层叠进行定制以产生可焊接的表面、高机械强度和低接触电阻。在一些实施方式中，该烧制的多层层叠可蚀刻穿过介电层以改善对基板的粘附。这样的糊剂可用于提高硅太阳能电池(特别是多晶硅和单晶硅背面场(BSF))以及钝化发射极和后接触(PERC)光伏电池的效率。其他应用包括集成电路以及更广泛的电子器件。

技术领域

本发明是在NSF授予的合同号IIP-1430721的政府支持下完成的。政府可在本发明中享有一定权利。

本发明涉及嵌入糊剂，其包含贵金属粒子、嵌入粒子以及有机载体。

背景技术

嵌入糊剂(intercalation pastes)可被用于改进太阳能电池的功率转换效率。银基嵌入糊剂印刷在铝层上，其在烧制和随后焊接于搭接带(tabbing ribbon)之后具有适度的剥离强度(peel strength)。这样的糊剂能够特别好地适用于使用铝背表面场(BSF)的硅基太阳能电池。典型地，商业上生产的单晶和多晶硅太阳能电池的硅晶片的85-92％的后侧表面区域由铝粒子层覆盖，其形成背表面场且与硅进行欧姆接触。剩余的5-10％的后侧硅表面由银后搭接层覆盖，其并不产生场且不与硅晶片进行欧姆接触。后搭接层主要用于焊接搭接带以将太阳能电池进行电连接。

发明内容

[技术问题]

据估计，当银层与太阳能电池的后侧上的硅基板(substrate)直接接触而不与基板上的铝粒子层接触时，太阳能电池的功率转换效率的绝对基准降低0.1％至0.2％。因此，非常需要使用铝粒子层覆盖太阳能电池的整个背部，且仍然能够使用搭接带将太阳能电池连接在一起。过去，研究人员已经尝试了将银糊剂直接印刷在铝粒子层的顶部，但在高温空气中烧制的过程中，铝和银层相互扩散，导致层表面被氧化而损失可焊性。一些研究人员已经尝试改变大气条件以减少氧化；然而，前侧的银糊剂在诸如干燥空气之类的氧化气氛中表现最佳，而在惰性气氛中处理之后整个太阳能电池效率会降低。其他研究人员已经尝试降低晶片的峰值烧制温度以降低相互扩散，但是前侧的银糊剂需要高峰值烧制温度(即，高于650℃)以烧穿氮化硅，从而与硅基板进行欧姆接触。近年来，研究人员直接在铝顶部上使用锡合金的超声波焊接，以形成可焊接的表面。该技术虽然已经实现了足够的剥离强度(即1-1.5N/mm)，但是需要额外的设备并且使用大量的锡，这增加了成本。此外，在诸如铝和硅晶片之类的易碎材料上使用超声波焊接会增加晶片破裂并降低加工产量。

需要开发出可在烧制期间改性下层金属粒子层的材料特性的可印刷的糊剂。例如，能够直接印刷在铝上且使用标准太阳能电池加工条件进行烧制的含有贵金属的糊剂，能够改进太阳能电池效率。这些糊剂可降低Ag/Al的相互扩散，从而保持可焊接至搭接带。期望糊剂是可丝网印刷的且作用为插入式替换(drop-in replacement)，其不会带来额外的设备费用且可立即整合至现有的生产线中。

[解决问题的技术方案]

本发明包括以下实施方式。

1一种糊剂，包括：

25wt％至50wt％的贵金属粒子；

大于11wt％的嵌入粒子；

0.01wt％至5wt％的金属基添加剂；和

有机载体；

其中，所述嵌入粒子含有选自由低温贱金属粒子、金属氧化物晶体粒子和玻璃料粒子所组成的组中的一种或多种；

其中，所述金属基添加剂含有选自由金属有机化合物、金属盐、金属酸和难熔金属粒子所组成的组中的一种或多种。