专利名称：在用于光伏电池的导体中使用的玻璃组合物的制作方法
在用于光伏电池的导体中使用的玻璃组合物发明领域本发明的实施方案涉及硅半导体装置，以及用于太阳能电池装置的包含玻璃料的 导电银浆。发明
背景技术：
具有ρ型基板的常规太阳能电池结构具有可位于电池正面或光照面上的负极和 可位于相对侧上的正极。在半导体的p-n结上入射的合适波长的辐射充当在该半导体中产 生空穴-电子对的外部能源。由于P-n结处存在电势差，因此空穴和电子以相反的方向跨 过该结移动，从而产生能够向外部电路输送电力的电流。大部分太阳能电池为金属化的硅 片形式，即具有导电的金属触点。需要具有改善的电气性能和制备方法的组合物、结构(例如半导体、太阳能电池 或光电二极管结构)以及半导体装置(例如半导体、太阳能电池或光电二极管装置)。发明概述本发明的实施方案涉及包含下列物质的组合物(a) —种或多种导电材料；(b) 一 种或多种玻璃料，该玻璃料包含12- 重量％&Si02，0. 1-5重量％ WAl2O3，70-90重量％ 的I^bO，0-6重量％的化03，0. 2-2重量％的&02，以及有机介质。在一个方面，玻璃料的软化 点可为400-600°C。此外，玻璃料可为总组合物的1-6重量％。导电材料可包括银。所述银 可为所述组合物中的固体的90-99重量％。本发明的实施方案涉及包含下列物质的组合物(a) —种或多种导电材料；(b) 一 种或多种玻璃料，该玻璃料包含12- 重量％&Si02，0. 1-5重量％ WAl2O3，70-90重量％ W PbO, 0-6重量％的化03，0. 2-2重量％的&02 ;(c) —种或多种添加剂；以及(d)有机介 质。组合物还可包含一种或多种添加剂，这些添加剂选自由下列组成的组(a)金属，其中 所述金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜和铬；(b) —种或多种金属的金 属氧化物，所述一种或多种金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜和铬；(C) 在焙烧时能够生成(b)的金属氧化物的任何化合物；以及(d)它们的混合物。本发明的另一方面涉及一种制造半导体装置的方法，该方法包括以下步骤(a) 提供半导体基板、一个或多个绝缘膜、和厚膜组合物；(b)将绝缘膜施加到半导体基板上； (c)将厚膜组合物施加到半导体基板上的绝缘膜上，以及(d)焙烧半导体、绝缘膜和厚膜组 合物。本发明的另一方面涉及包括半导体装置的太阳能电池，该半导体装置包括半导 体基板、绝缘膜和电极，其中电极的正面包括玻璃料，该玻璃料包含1218重量％的SiO2, 0. 1-5 重量 ％ 的 Al2O3，70-90 重量 ％ 的 PbO，0-6 重量 ％ 的 B2O3，0. 2-2 重量 ％ 的 ^O2。发明详述本文所述的厚膜导体组合物包含一种或多种电功能粉和分散在有机介质中的一 种或多种玻璃料。厚膜组合物还可包含一种或多种添加剂。示例性添加剂可包括金属、金 属氧化物或任何在焙烧时能够生成这些金属氧化物的化合物。本发明的一个方面涉及可用 于厚膜导体组合物的一种或多种玻璃料。在一个实施方案中，这些厚膜导体组合物用于半导体装置中。在该实施方案的一个方面，半导体装置可为太阳能电池或光电二极管。一个 实施方案涉及各种半导体装置。一个实施方案涉及光接收元件，例如光电二极管和太阳能 电池。玻璃料一个实施方案涉及玻璃料组合物(在本文中也称为玻璃料，或玻璃组合物)。下文 的表1至4列出了示例性的玻璃料组合物。表1至4列出的玻璃组合物是非限制性的。预 期玻璃化学领域的普通技术人员可使用相似物质来替代附加成分而不会显著改变本发明 的玻璃组合物的所需性质。例如，可单独使用或组合使用玻璃生成体的替代品，例如0-3重 量％的P205、0-3重量％的Ge02、0-3重量％的V2O5，以获得相似的性能。例如，可使用一种或 多种中间氧化物，例如Ti02、Ta2O5, Nb2O5, ZrO2, CeO2和SnA来取代存在于本发明玻璃组合 物中的其他中间氧化物(SP，A1203、CeO2和SnO2)。本文所述的制备玻璃料的示例性方法为常规玻璃制造技术。先对各种成分进行称 量，然后按所需比例进行混合，并在熔炉中加热，以在钼合金坩埚中形成熔融物。如本领域 的人员所熟知的，加热至峰值温度(80-140°C )，并且加热一段使熔融物完全变成液体且均 勻的时间。随后，使熔融的玻璃在反转的不锈钢辊之间骤冷以形成10-15密耳厚的玻璃片。 然后研磨所得的玻璃片以得到粉末，该粉末中介于目标粒度范围(例如0.8-1.5μπι)内的 颗粒占粉末总体积的50%。本领域的技术人员可采用可供选择的合成技术，例如但不限于 水淬火法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法，或其他合适的合成技术，来使玻璃粉末成形。在一个实施方案中，玻璃料包含Si02、Pb0和&10。在一个实施方案中，这三者的摩 尔比大约为1 1 1。在该实施方案的一个方面，厚膜组合物中的一部分玻璃料可在焙烧 时析晶，得到硅铅锌矿G^baiSiO4)结晶。在另一个实施方案中，玻璃料可包含其他化学组分，例如但不限于氧化铁、氧化 锰、氧化铬、稀土氧化物、氧化镁、氧化铍、氧化锶、氧化钡或氧化钙。不受理论的约束，据推 测在一个将氧化钙加入到组合物中的实施方案中，析晶时可形成矽钙铅锌矿(也称钙硅铅 锌矿，PbCa3Zn4(SiO4)4)。在另一个实施方案中，玻璃料可包含玻璃陶瓷，陶瓷化后的残余玻璃可具有特定 的化学性质。例如，在一个实施方案中，在将表I的玻璃#11陶瓷化后，残余的玻璃可具有 极低的硅含量。示例性的实施方案涉及玻璃组合物，这些组合物中的组分的重量百分比按组合物 的总重量计示于表1中。这些玻璃料组合物是根据本文所述的方法制备的。除非另行指 出，否则本文所使用的重量％均是指玻璃组合物的重量％。在一个实施方案中，玻璃料可包 含 SiO2, A1203、PbO、B203、CaO, ZnO 或 Nei2O、Tei2O5、或 Li2O 中的一种或多种。在该实施方案 的一个方面按玻璃组合物的总重量计，SW2可为10-30重量％，15-25重量％，或17-19重 fi%;Al203 可为 0-11 重量 ％，1-7 重量 ％，或 1. 5-2. 5 重量 ％ ;PbO 可为 40-70 重量 ％，45-60 重量％，或50-55重量％ ；B2O3可为0-5重量％，1-4重量％，或3_4重量％ ；CaO可为0_30 重量％，0. 1-30重量％，或0. 1-1重量％ ;ZnO可为0-30重量％，15-30重量％，或16-22重 量％ ；Na2O可为0-2重量％，0. 1-1重量％，或0. 2-0. 5重量％ ；Ta2O5可为0_5重量％，0-4 重量％，或3-4重量％ ；而Li2O可为0-2重量％，0. 1-1重量％，或0. 5-0. 75重量％。根据 上述硅铅锌矿G^baiSiO4)晶体，将玻璃料的组成还可以摩尔％的形式来表示。当采用摩尔百分比形式时，玻璃料可包含25-45摩尔％的SiO2,15-35摩尔％的I^bO，和15-35摩尔％的 ZnO0在一个实施方案中，Si02、PbO和ZnO可具有大约为1 1 1的摩尔比。玻璃制造领域的技术人员可将Na2O或Li2O中的一些或全部替换为1(20、Cs2O或 Rb2O,并制造出性质类似上方列出实施方案中的组合物的玻璃。在该实施方案中，总碱金属 氧化物含量可为0-2重量％，0. 1-1重量％，或0. 75-1重量％。同时，在该实施方案中，ZnO 和CaO的总量可为10-30重量％，15-25重量％，或19-22重量％。示例性的非限制性碱金 属氧化物包括 Na20、Li2O, K2O, Rb2O 和 C&0。在一个实施方案中，玻璃料可具有介于500-600°C之间的软化点。表1 玻璃组合物中组分的重量百分比(重量％ )
权利要求
1.一种组合物，所述基本上由下列组成(a)一种或多种导电材料；(b)一种或多种玻璃料，其中所述一种或多种玻璃料包含按所述玻璃料的重量％计 12-28 重量％的 SiO2,0. 1-5 重量 ％ WAl2O3， 70-90 重量 ％的 PbO， 0-6重量％的化03， 0. 2-2重量％的&02 ；以及(c)有机介质。
2.权利要求1的组合物，其中所述玻璃料的软化点为400-600°C。
3.权利要求1的组合物，其中所述玻璃料为所述总组合物的1-6重量％。
4.权利要求1的组合物，其中所述导电材料包括银。
5.权利要求4的组合物，其中所述银为所述组合物中的固体的90-99重量％。
6.一种组合物，所述组合物基本上由下列组成(a)一种或多种导电材料；(b)一种或多种玻璃料，其中所述一种或多种玻璃料包含按所述玻璃料的重量％计 12-28 重量％的 SiO2,0. 1-5 重量 ％ WAl2O3， 70-90 重量 ％的 PbO， 0-6重量％的化03， 0. 2-2 重量 ％的^02 ；(c)一种或多种添加剂；以及(d)有机介质。
7.权利要求6的组合物，其中所述一种或多种添加剂选自由下列组成的组(a)金属， 其中所述金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜和铬；(b) —种或多种金属 的金属氧化物，所述一种或多种金属选自锌、铅、铋、钆、铈、锆、钛、锰、锡、钌、钴、铁、铜和 铬；(c)在焙烧时能够生成(b)的金属氧化物的任何化合物；以及(d)它们的混合物。
8.权利要求7的组合物，其中至少一种所述添加剂包含&ι0、或在焙烧时形成ZnO的化 合物。
9.权利要求8的组合物，其中所述ZnO为所述总组合物的2-10重量％。
10.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供半导体基板、一个或多个绝缘膜、以及权利要求1的组合物；(b)将所述绝缘膜施加在所述半导体基板上，(c)将所述组合物施加在所述半导体基板上的绝缘膜上，以及(d)焙烧所述半导体、绝缘膜和厚膜组合物。
11.权利要求10的方法，其中所述绝缘膜包含选自下列的一种或多种组分氧化钛、氮 化硅、SiNx: H、氧化硅、以及氧化硅/氧化钛。
12.由权利要求10的方法制造的半导体装置。
13.包括电极的半导体装置，其中所述电极在焙烧前包含权利要求1的组合物。
14.包括权利要求13的半导体装置的太阳能电池。
全文摘要
本发明涉及可用于导体浆料的玻璃组合物，其中所述导体浆料用于制备硅半导体装置和光伏电池。所述厚膜导体组合物包含一种或多种电功能粉和分散在有机介质中的一种或多种玻璃料。厚膜组合物还可包含一种或多种添加剂。示例性添加剂可包括金属、金属氧化物或任何在焙烧时能够生成这些金属氧化物的化合物。
文档编号C03C3/074GK102056854SQ200980121355
公开日2011年5月11日 申请日期2009年6月8日 优先权日2008年6月26日
发明者B·J·劳克林, 今野卓哉, 松野久 申请人:E.I.内穆尔杜邦公司