[发明专利]导电糊料组合物和用其制成的半导体装置

说明书

本发明提供了一种厚膜糊料组合物，该组合物用于印刷具有一个或多个绝缘层的太阳能电池装置的正侧面。该厚膜糊料包含分散在有机介质中的导电金属和双‑玻璃料氧化物组合物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月16日提交的并且标题为“导电糊料组合物和用其制成的半导体装置”的美国临时专利申请序列号62/321,995的权益。所述申请出于所有目的以其全文通过引用结合于此。

发明领域

本披露涉及一种导电糊料组合物，该导电糊料组合物在多种电气和电子装置的构造中是有用的，并且更具体地涉及一种在产生导电结构(包括用于光伏装置的电极)中有用的糊料组合物、用此类糊料组合物构造的装置、以及一种用于构造这些装置的方法。

技术背景

常规的光伏电池结合具有在不同多数-载流子导电类型的半导体材料之间的结的半导体结构，如在n型半导体与p型半导体之间形成的p-n结。更具体地，结晶Si光伏电池典型地通过将受控杂质(称为掺杂剂)加入到纯化的硅(其是本征半导体)中制成。来自IUPAC第13族(例如，B)的掺杂剂被称为“受主掺杂剂”并产生p型材料，其中多数电荷载流子是正“空穴”，或电子空位。来自IUPAC第15族(例如，P)的掺杂剂被称为“施主掺杂剂”并产生n型材料，其中多数电荷载流子是负电子。掺杂剂可以通过在硅晶体生长期间直接包含在熔体中添加到本体材料中。表面的掺杂通常通过在表面处提供呈液体或气体形式的掺杂剂，并且然后热处理基础半导体以使掺杂剂向内扩散来实现。离子注入，可能有进一步热处理，也用于表面掺杂。

当电池被诸如太阳光的适当波长的电磁辐射照射时，随着电子-空穴对电荷载流子迁移到结的电场区域并变得分开，跨越p-n结产生电势(电压)差。空间上分开的电荷载流子通过在一个或两个表面处与半导体接触的电极收集。电池因此被适配成向连接到电极的电力负载供应电流，从而提供能够做有用功的从入射太阳能转换的电能。由于太阳光几乎始终是光源，光伏电池通常被称为“太阳能电池”。理想地，每个电极与相关联的装置之间存在低电阻连接，并且电极本身具有高电导率，使得在将入射光能转换为可用电能中的来源的效率最大化，具有在该装置内的最小欧姆损耗。

工业光伏电池通常以平面结构的形式提供，例如基于掺杂的晶体硅晶片的平面结构，该平面结构已被金属化，即提供有呈导电金属触点的形式的电极，所产生的电流可以通过这些电极流动。最常见地，这些电极被提供在总体平面电池结构的相反侧上。常规地，它们通过将合适的导电金属糊料施用到半导体主体的相应表面上并且此后烧制该糊料以形成薄的金属层来产生。

在常见的平面p基构型中，负电极位于电池的待暴露于光源的一侧(“前”、“光接收”或“太阳”侧，在普通太阳能电池的情况下其是暴露于阳光的一侧)；正电极位于电池的另一侧(“背”或“非照射”侧)。还已知具有平面n基构型的电池，其中p型和n型区域与p基构型互换。太阳能光伏系统被认为是环境有益的，因为它们降低了在常规发电厂中对燃烧化石燃料的需求。

光伏电池通常被制造成具有在它们的正侧面上的绝缘层以提供使入射光的利用率最大化的抗反射特性。然而，在该构型中，通常必须除去绝缘层的一部分以允许上覆的正侧面电极与下面的半导体表面接触。指定用于制造正侧面电极的导电金属糊料典型地包括用作印刷用载体的有机介质中携带的玻璃料和导电物质(例如银颗粒)。电极可以通过以下方式形成：以适当的图案(例如，通过丝网印刷)沉积糊料组合物并且此后烧制该糊料组合物和基底以溶解或以其他方式穿透绝缘的抗反射层并烧结金属粉末，使得形成与半导体结构的电连接。

该糊料组合物的具体配方对用其构造的电极的电学和机械特性二者都具有强烈但高度不可预测的影响。为了获得成品电池的良好的电学特征(例如，高光转换效率和低电阻)，该组合物必须在烧制期间完全穿透或蚀刻穿过抗反射层以便建立良好的电接触，而并不损害下面的半导体。然而，还希望的是在烧制时形成电极与基底之间的强烈粘附性结合。在许多常规的糊料组合物的情况下，尚未证明有可能可靠地烧制印刷的晶片，以便同时获得良好的粘附性和电特性。