银糊及其在半导体器件中的应用制造技术

公开了一种用于形成与硅太阳能电池的电接触的电极厚膜糊剂的组合物。该厚膜糊剂包括：导电金属、有机载体系统和无机添加剂系统。该导电金属为银并且应用高表面积材料以改善细线印刷。该有机系统利用高溶解性粘合剂材料以使全部树脂能够在糊剂中更高地加载，这改善细线的可印刷性和印刷物质量。改善的溶解性也扩大触变胶的范围，触变胶能够用于进一步改善印刷线性能。在有机系统中，使用高表面张力溶剂来改善线质量指标例如“纵横比”。无机玻璃和添加剂包括铅、碲和铊的化合物，这些化合物改善对硅太阳能电池的电极接触和硅太阳能电池的光转换效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】银糊及其在半导体器件中的应用相关申请的交叉引用本申请要求2015年6月19日提交的美国临时专利申请序列号62/182,058的优先权，其出于所有目的通过引用以其全文并入本文。
本专利技术涉及一种厚膜银糊及其在制造半导体器件例如光伏电池、特别是太阳能电池中的应用。该厚膜银糊表现出细线印刷中的改进并且改善器件中电接触，从而表现出改善的效率。
技术介绍
本专利技术涉及一种厚膜银糊。该银糊能够包括单质铊或含铊化合物，能够用具有高比表面积的银粉配制和/或用具有高表面张力的溶剂配制。这些配方使得能够将更高量的树脂引入银糊中。光伏(PV)工业正在快速发展并且硅太阳能电池占大约80％的PV市场。银(Ag)糊在硅晶片的正面(面对日光)上通常以网格图案丝网印刷，并与已印刷的背面铝(Al)和背接触Ag糊共烧成以形成电路。形成电极的正面银糊通过以下三个机理对硅太阳能电池的光转换效率具有重要影响，即：1)银糊通过其构成玻璃系统定义Ag网格与硅晶片之间的接触电阻，使涂覆硅表面的减反射涂层(ARC)能够蚀刻或渗透；2)银糊的组成设计影响印刷具有高纵横比的狭窄网格线的能力，因此增大太阳能电池的电流，和3)功能添加剂例如金属氧化物和玻璃改性化合物促进形成与轻掺杂硅发射器的低电阻欧姆接触。轻掺杂发射器提供较少的重组，因此改善电池的电压和电流输出，从而改善其效率。US8,969,709B2、US8,497,420B2和EP2617689均公开铅和碲氧化物在导电组合物和糊剂中的使用。US2014/0042375A1公开用于太阳能电池电极的糊剂组合物，其具有导电粉末和有机载体和玻璃料，其中该玻璃料包含铅、碲和铋氧化物。该有机载体可以包括羟丙基纤维素(HPC)和/或羟乙基纤维素(HEC)。EP2294584A1公开包含金属和金属氧化物添加剂的导电薄膜组合物，EP2566826A1公开铅-碲-锂氧化物分散在有机介质中的厚膜糊剂，并且EP2566823公开铅-碲-硼氧化物分散在有机载体中的厚膜糊剂。最后，US7767254B2和US2013/0180583A1涉及具有低表面积的银粒子在用于太阳能电池的糊剂中的应用，US2013/0340821A1将特定的有机介质应用于厚膜糊剂。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于半导体器件的组合物，包括：a)银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，d)溶剂，和e)单质铊或含铊化合物。本专利技术还提供一种用于光伏器件的组合物，包括：a)具有0.7至1.2m2/g的平均比表面积(SSA)的银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，和d)溶剂。进一步地，本专利技术提供一种用于光伏器件的组合物，包括：a)银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，和d)具有大于35dyne/cm的表面张力的溶剂。本专利技术还提供一种涂覆基板，包括根据本专利技术的组合物。此外，本专利技术还提供一种用于制备涂覆基板的方法，包括：a)将根据本专利技术的组合物施涂于基板的表面，和b)干燥该组合物。最后，本专利技术提供一种包括该涂覆基板的半导体器件。当本领域技术人员阅读如下文更加充分描述的方法和配方的细节时，本专利技术的这些以及其他目的、优点和特征将变得明显。附图说明图1为印刷后立即转印至晶片的湿糊剂的量的图。图2示出指线(fingerlines)宽度与多种糊剂的平均SSA的比较。图3示出细线纵横比与糊剂中使用的平均银粉SSA的比较。图4示出对照糊剂与用高表面张力HST溶剂系统制作的糊剂进行比较的线宽。图5示出由具有不同的松香和树脂的加载水平的糊剂制造的细线。图6示出纤维素结构的变化。具体实施方式本专利技术提供一种厚膜银(Ag)糊及其在制造半导体器件例如光伏器件、特别是太阳能电池并且尤其是硅太阳能电池中的应用。通常，厚膜银糊包括单质铊或含铊化合物、具有高比表面积的银粉和/或具有高表面张力的溶剂。已发现，当将引入单质铊(Tl)或含铊化合物的组合物用于太阳能电池的生产中时，太阳能电池的光转换效率由于银细线与硅之间的较低接触电阻而改善。在本专利技术的一个实施方式中，单质铊或含铊化合物可以作为离散添加剂引入组合物中。在本专利技术的另一个实施方式中，单质铊或含铊化合物能够被引入玻璃料中。铅(Pb)与碲(Te)的组合先前已经在玻璃料中使用，铅(Pb)与碲(Te)的添加改善性能，并且最近元素铋(Bi)、硼(B)和锂(Li)添加至Pb-Te系中。在特别优选的实施方式中，本专利技术提供一种包含Pb和Te的玻璃料，其中单质铊或含铊化合物已引入其中并且已发现包含这些Pb-Te-Tl玻璃料的糊剂显示出较低的串联电阻。有利地，Pb-Te-Tl玻璃料还可以包含铋。串联电阻的这种减小源于接触电阻的下降，其提高“填充因子”并因此增加效率。该性能改善与Tl对玻璃流动性能的影响有关，因为其使得在甚至比包含Pb-Te的玻璃料更低的温度下流动和作用。银粉先前已经在导电组合物中使用并且重点已放在减小粒径和减小这些粉末的表面积。然而，现在已发现，使用高平均比表面积(SSA)银粉为改善电极糊剂的印刷质量提供途径。特别地，当将细线丝网印刷至太阳能电池上时，高表面积粉末减小该细线的铺展，因此太阳能电池暴露于光的面积增加。进一步地，已发现，高表面张力溶剂在糊剂的有机载体中的使用为改善电极糊剂的印刷质量提供平行途径。应用这些溶剂还通过提高糊剂在与硅的界面处的表面能来减小细线的铺展。含铊化合物可以为铊氧化物或铊盐或有机铊化合物。通常，含铊化合物选自氧化铊(I)、氧化铊(III)、溴化铊(I)、碳酸铊(I)、草酸铊(I)、碘化铊(I)、氟化铊(I)、硝酸铊(I)、硫酸铊(I)、乙醇铊(I)、醋酸铊(III)、三氟醋酸铊(III)、六氟磷酸铊(I)、2-乙基己酸铊(I)、和/或六氟-2，4-乙酰丙酮铊(I)。通常地，根据本专利技术的组合物包含0.05至5wt％的单质铊或含铊化合物，优选0.1至3wt％。银粉具有0.7至1.2m2的比表面积(SSA)，通常地，具有0.1至5μm的粒度D50，有利地，具有0.5至2μm的粒度D50，其中，D50是指质量中位直径，被认为是质量平均粒度。进一步地，可以用不同的表面活性剂预涂覆Ag粉以避免粒子凝聚和附聚。有利地，表面活性剂为直链或支链脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酰胺或其混合物。通常地，当使用两种或更多种Ag粉时，实现更高的Ag粒子堆积密度，并且Ag粒子的接近度促进烧成工艺期间的Ag致密化。这产生更多连接的导电路径，其通常改善太阳能电池效率。对Ag粉在形态上无限制，可以是球形、椭圆形等，通常，在太阳能电池金属烧成步骤过程中能够热烧结Ag粉以形成导电网络。该组合物可以包含1至99wt％的银粉，通常包含5至95wt％的银粉，优选75至95wt％的银粉，并且有利地包含85至95wt％的银粉，例如85至90wt％的银粉。通常，银粉具有大于99.5％的纯度，并且通常包含优选浓度小于100ppm的杂质例如Zr、Al、Fe、Na、Cl、K、Pb。通常，将玻璃料添加到糊剂组合物以蚀透氧化物、氮化物或碳化物基的减反射涂层ARC以及硅晶片表面上的层。玻璃料可以包含Tl2O3、TeO2、PbO、Bi2O3、PbF2、Al2O3、SiO2、B2O3、Li2O、Li3PO4、TiO2、ZnO、P2O5、V2O5、SrO、CaO、Sb2O3、SO2、As2O3、Bi2O3、Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体器件的组合物，包括：a)银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，d)溶剂，和e)单质铊或含铊化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/182,0581.一种用于半导体器件的组合物，包括：a)银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，d)溶剂，和e)单质铊或含铊化合物。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述含铊化合物为铊氧化物或铊盐。3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述含铊化合物为有机铊化合物。4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述含铊化合物选自氧化铊(I)、氧化铊(III)、溴化铊(I)、碳酸铊(I)、草酸铊(I)、碘化铊(I)、氟化铊(I)、硝酸铊(I)、硫酸铊(I)、乙醇铊(I)、醋酸铊(III)、三氟醋酸铊(III)、六氟磷酸铊(I)、2-乙基己酸铊(I)、六氟-2，4-乙酰丙酮铊(I)。5.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述单质铊或含铊化合物在所述组合物中作为添加剂存在。6.根据权利要求1至4中任一项所述的组合物，其中，所述单质铊或含铊化合物在所述组合物中作为所述玻璃料的成分存在。7.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包含0.05至5wt％的所述单质铊或含铊化合物。8.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述玻璃料包含0.1至30.0wt％的所述单质铊或含铊化合物。9.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述银粉具有0.7至1.5m2/g的平均比表面积(SSA)。10.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述树脂或松香选自由丙烯酸系树脂、环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、纤维素聚合物、聚乙烯醇、松香及其混合物组成的组。11.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述树脂或松香为羟丙基纤维素(HPC)和/或羟乙基纤维素(HEC)。12.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述溶剂选自2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、丙醇、异丙醇、乙二醇和二甘醇衍生物、甲苯、二甲苯、二丁基卡必醇、松油醇及其混合物。13.根据前述权利要求中任一项所述的组合物，其中，所述溶剂具有大于35dyne/cm的表面张力。14.根据权利要求13所述的组合物，其中，所述溶剂选自乙二醇、二甲基乙醇胺(2-(二甲基氨基)乙醇、2-氨基乙醇(乙醇胺)、1,2-丙二醇(丙二醇)、1,3-丁二醇、二甘醇、二丙二醇、苯胺、水、丙三醇、1,5-戊二醇、苄醇、3-甲基苯酚(间甲酚)及其混合物。15.一种用于光伏器件的组合物，包括：a)具有0.7至1.2m2/g的平均比表面积(SSA)的银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，和d)溶剂。16.根据权利要求15所述的组合物，还包括单质铊或含铊化合物。17.根据权利要求16所述的组合物，其中，所述含铊化合物为铊氧化物或铊盐。18.根据权利要求16所述的组合物，其中，所述含铊化合物为有机铊化合物。19.根据权利要求16所述的组合物，其中，所述含铊化合物选自氧化铊(I)、氧化铊(III)、溴化铊(I)、碳酸铊(I)、草酸铊(I)、碘化铊(I)、氟化铊(I)、硝酸铊(I)、硫酸铊(I)、乙醇铊(I)、醋酸铊(III)、三氟醋酸铊(III)、六氟磷酸铊(I)、2-乙基己酸铊(I)、六氟-2，4-乙酰丙酮铊(I)。20.根据权利要求15至19中任一项所述的组合物，其中，所述单质铊或含铊化合物在所述组合物中作为添加剂存在。21.根据权利要求15至19中任一项所述的组合物，其中，所述单质铊或含铊化合物在所述组合物中作为所述玻璃料的成分存在。22.根据权利要求15至21中任一项所述的组合物，其中，所述组合物包含0.05至5wt％的所述单质铊或含铊化合物。23.根据权利要求15至22中任一项所述的组合物，其中，所述玻璃料包含0.1至30.0wt％的所述单质铊或含铊化合物。24.根据权利要求15至23中任一项所述的组合物，其中，所述树脂或松香选自由丙烯酸系树脂、环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、纤维素聚合物、聚乙烯醇、松香及其混合物组成的组。25.根据权利要求15至24中任一项所述的组合物，其中，所述树脂或松香为羟丙基纤维素(HPC)和/或羟乙基纤维素(HEC)。26.根据权利要求15至25中任一项所述的组合物，其中，所述溶剂选自2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯、丙醇、异丙醇、乙二醇和二甘醇衍生物、甲苯、二甲苯、二丁基卡必醇、松油醇及其混合物。27.根据权利要求15至25中任一项所述的组合物，其中，所述溶剂具有大于35dyne/cm的表面张力。28.根据权利要求27所述的组合物，其中，所述溶剂选自乙二醇、二甲基乙醇胺(2-(二甲基氨基)乙醇、2-氨基乙醇(乙醇胺)、1,2-丙二醇(丙二醇)、1,3-丁二醇、二甘醇、二丙二醇、苯胺、水、丙三醇、1,5-戊二醇、苄醇、3-甲基苯酚(间甲酚)及其混合物。29.一种用于光伏器件的组合物，包括：a)银粉，b)玻璃料，c)树脂或松香，和d)具有大于35dyne/cm的表面张力的溶剂。30.根据权利要求29所述的组合物，其中，所述溶剂选自乙二醇、二甲基乙醇胺(2-(二甲基氨基)...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·G·莫耶，何靳安，孙博，M·莫斯托尼加拉格尔，M·J·尤雷克，
申请(专利权)人：太阳化学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US