[發明專利]用于形成太陽能電池電極的導電膏

有效

• 申請號: 201310747212.1
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號: CN103730538B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 中村正美;新藤直人;金作整
• 申請（專利權）人: 昭榮化學工業株式會社;賀利氏貴金屬北美康舍霍肯有限責任公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 章蕾

本申請是申請日為2010年10月28日、申請號為201010529565.0、發明名稱為“用于形成太陽能電池電極的導電膏”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及含有玻璃料(frit)和含有銀作為主要組分的導電粉末的燒制型導電膏，其用于形成太陽能電池電極。

背景技術

常規地，普通太陽能裝置提供有硅半導體襯底、擴散層、減反射膜、背電極和前電極(在下文，有時稱為“光接受電極”)。特別地，在形成前電極時，使用通過將主要由銀組成的導電顆粒與玻璃料、有機載體等進行混合制成的導電膏，通過絲網印刷、模板(stencil)印刷等形成前電極。

作為一個例子，在圖1所示的結晶硅太陽能電池中，在p型結晶硅襯底4的前表面(光接受表面)區域中形成擴散層3，該襯底形成有稱為紋路化結構的凹凸表面結構。通過將雜質例如磷(P)從半導體襯底4的光接受表面擴散到該襯底中形成的擴散層3是顯示出與半導體襯底4相反導電類型的區域(在本例子中，相反導電類型解釋為n型)。例如，通過將半導體襯底4置于擴散爐中并將其在氯氧化磷(POCl₃)等中加熱來形成n型擴散層3。在該擴散層3上由氮化硅、氧化硅、氧化鈦等形成絕緣減反射膜2從而提供減反射功能，同時保護太陽能電池裝置。例如，在氮化硅(下文“SiN”)的情形中，通過等離子體CVD等，使用硅烷(SiH₄)和氨(NH₃)的混合氣體形成膜。考慮到該折射率與半導體襯底4等的折射率的區別，形成了具有約5-100nm厚度和約1.8-2.3的折射率的減反射膜2。

接著，通過絲網印刷等在減反射膜2上以網格形式印刷或涂覆前述導電膏，并在約500-900℃下燒制以形成前電極1。在燒制期間，通常在通過在導電膏中的玻璃料的作用將減反射膜2熔化并除去時，獲得了在前電極1和n型擴散層3之間的電接觸。這通常稱為“燒穿(fire-through)”。

在半導體襯底4的背側形成了背電極5，以及摻雜有鋁等的高濃度的p型BSF(背表面場)層。

為了獲得合適的燒穿，優選地將對于減反射膜2具有良好溶解性的玻璃用作導電膏中的玻璃料。其中，含有氧化鉛的玻璃常特別用于常規導電膏中的玻璃料來形成電極，因為玻璃的軟化點易于調節，且玻璃提供了對襯底的良好粘結性(例如粘結強度)，允許相對良好的燒穿，并導致優異的太陽能電池特性。

例如，將硼硅酸鉛玻璃料用于銀膏中以形成太陽能電池電極，如日本專利公開No.11-213754A，2001-093326A和10-326522A所述，同時除了硼硅酸鉛玻璃料外，日本專利公開No.2001-118425A還描述了將硼酸鉛玻璃料。

然而，關于上述燒穿，當前電極1未貫通減反射膜2時，粘結強度波動以及不能在前電極1和半導體襯底4的n型擴散層3之間獲得穩定歐姆接觸的問題會發生，這是由于在該前電極1燒制時在玻璃料等的影響下的波動。不足的歐姆接觸可在輸出期間引起損失，從而導致太陽能電池的較低轉化效率以及電流-電壓特性的下降。

同時，如日本專利公開No.10-326522A的第[0004]段、日本專利公開No.2004-207493A的第[0017]段等所述，已知曉另一問題：其中過度燒穿還可產生不良的電壓特性。由于上述減反射膜2可不大于約5-100nm厚，如果前電極1貫通減反射膜2并然后貫通n型擴散層3下方以侵入半導體襯底4，則p-n結可能損壞，且由電流-電壓特性測量獲得的填充因子(“FF”)可受到不利影響。如果未來n型擴散層3制得更薄以試圖改善效率，則這樣的貫通可能更易于發生，且難以控制。

圖2顯示了從透射電子顯微鏡(TEM)看到的商業太陽能電池襯底的前電極和半導體襯底之間的界面。在該商業太陽能電池的前電極中使用了鉛玻璃。在圖2中，含有來自導電膏的銀組分的鉛玻璃層6存在于前電極層1a和SiN層2(其為減反射膜)之間，且該玻璃層的部位7貫通SiN層2從而接觸硅襯底(或n型擴散層)4，但在部位8中具有太多的燒穿，且隨著突出體深侵入半導體襯底4內部，可以看到玻璃。

作為單獨話題，近年來提高的環境意識導致了向太陽能電池中的無鉛材料和部件的轉換的需求。因此，正在研究替代性的材料和部件，其將提供調節玻璃軟化點的容易性、對于襯底的良好粘結性(高粘結強度)以及良好燒穿，如同在常規鉛玻璃的情形中，目的是提供優異的太陽能電池特性。