导电糊料组合物及用其制成的半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术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氧化物组合物，该有机介质包括有机聚硅氧烷和含氟降解剂。

【技术实现步骤摘要】
导电糊料组合物及用其制成的半导体装置相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月21日提交的并且标题为“ConductivePasteCompositionandSemiconductorDevicesMadeTherewith[导电糊料组合物及用其制成的半导体装置]”的美国临时专利申请序列号62/410,969的权益，出于所有目的将该申请在此以其全文通过引用结合于此。专利
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。技术背景光伏(PV)装置(也称为太阳能电池)现在被广泛用于将入射阳光转化为可用的电能，这可以供给任何所希望类型的外部负载。电池具备电极，这些电极被配置为连接到电线，产生的电流通过这些电线流到负载。当然，希望尽可能高效地进行能量的产生和传输，以最大化能够被捕获并变成可用电能的入射太阳能的量。技术专家近年来已经把注意力集中于提高该效率的许多方式。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较老形式的发电，诸如燃烧化石燃料，的需求。常规的太阳能电池是基于包括在具有不同的多数-载流子导电类型的半导体材料之间的结的结构，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族的掺杂剂(例如，B)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族的掺杂剂(例如，P)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。电池结构包括p型与n型Si之间的边界或结。当电池被诸如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p-n结的电场区域中并变得分开，跨越该结产生电势(电压)差。空间上分开的电荷载流子通过与半导体的表面接触的电极收集。电池因此被适配成用于向连接的电力负载供应电流。由于阳光几乎始终是光源，光伏电池通常被称为“太阳能电池”。在常用的平面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；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。两个电极通常通过合适的金属化提供，即位于电池的一个或两个表面的一些或全部上的导电金属的薄层。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这些糊料来产生。例如，US8,497,420披露了制造太阳能电池电极的方法，该方法包括以下步骤：将导电糊料施用到半导体基底上，该导电糊料包含(i)导电粉末如Ag，(ii)基于铅-碲-氧化物的玻璃料，(iii)作为有机聚合物的乙基纤维素，(iv)合适的触变胶和表面活性剂；以及(v)主要包含2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯的溶剂；并且烧制该导电糊料以产生适用于诸如太阳能电池的装置的电极。大多数光伏电池被制作成在它们的正侧面上具有绝缘层以提供使入射光的利用率最大化的减反射特性。然而，在该构型中，通常必须除去绝缘层以允许上覆的正侧面电极金属化以与下面的半导体表面接触。指定用于制作正侧面电极的导电金属糊料典型地包括玻璃料和用作印刷用载体的有机介质中携带的导电物种(例如银颗粒)。电极可以通过以适当的图案沉积该糊料组合物(例如，通过丝网印刷)并且此后烧制该糊料组合物和基底来形成。该糊料组合物的具体配方对用其构造的电极的电气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气特征(例如，高光转化效率和低电阻)，该组合物必须在烧制期间完全穿透或蚀刻穿过减反射层以便建立良好的电接触，而并不损害下面的半导体。理想地，电极具有高导电性和与下面的装置的低电阻连接以最小化来自电池内的欧姆加热的效率损失。此外，希望电极的总面积尽可能小以避免由在光接收表面上的入射光遮蔽而导致的效率损失。通常，这些要求需要包括多根细导线的结构。这些线的导电性通过增加其在垂直于其长度的平面中的截面面积来改善。但是为了最小化遮蔽，烧制的线应该高但窄。然而，使用现有的糊料组合物，已经证明既难以通过丝网印刷形成这样的线，又难以防止在烧制期间过度的线扩展。进一步希望的是形成在烧制时电极与基底之间的强烈粘附性结合。仍进一步地，希望该载体在烧制期间被完全去除，以便不存在降级电极的导电性的残余物。在许多常规的糊料组合物的情况下，因此尚未证明有可能可靠地烧制印刷的晶片，以便组合地获得良好的粘附性和电气特性。虽然在形成诸如光伏电池的装置中有用的各种方法和组合物是已知的，然而仍然需要允许制作图案化导电结构的组合物，这些导电结构提供改善的整体装置电气性能并且有利于快速且高效地制造呈常规和新颖的架构二者的此类装置。
技术实现思路
本披露的方面提供了一种糊料组合物，该糊料组合物包含：无机固体部分，该无机固体部分包含：(a)导电金属源，和(b)基于无机氧化物的组分，以及载体，该无机固体部分的成分分散在该载体中，该载体包含：(c)有机聚硅氧烷；(d)含氟降解剂；以及(e)溶剂。在某些实施例中，该含氟降解剂包含含有一价阳离子的物质，如具有式M+X–的物质，其中M+是一价阳离子并且X–是F–或(HF2)–，或包含具有2+或更多的化合价的阳离子的物质，如具有式[Mk+][X-]k的物质，其中Mk+是具有正电荷k的阳离子并且X–是F–或(HF2)–。另一方面提供了一种方法，该方法包括：(a)提供半导体基底，该半导体基底具有相反的第一和第二主表面并且包含位于该半导体基底的第一主表面上的绝缘层；(b)将如在此所述的糊料组合物施用到该第一主表面的至少一部分上，并且(c)在足以形成与该半导体基底电接触的电极的条件下烧制该半导体基底和该糊料组合物。还披露了在前述方法的实践中使用本专利技术糊料组合物形成的制品。此类制品包括半导体装置和光伏电池。本专利技术的方法可用于形成接触硅半导体的电极，这些电极包括通过任何在此所描述的方法形成的导电结构。本披露的另一个方面提供一种光伏电池前体，该光伏电池前体包含：(a)具有相反的第一和第二主表面的半导体基底：以及(b)如在此所述的糊料组合物，该糊料组合物被施用到该第一主表面的预选部分上并且被配置为通过烧制操作形成为包含与该基底电接触的电极的导电结构。附图说明当参考本专利技术的优选实施例的以下详细描述和附图时，将更充分地理解本专利技术并且其他优点将变得显而易见，其中贯穿若干视图相似的参考号表示相似的元件并且其中：图1A至1F是用于解释太阳能电池电极制造方法的呈截面视图的图；以及图2是在两个纯的PDMS部分以及PDMS和TBAF的混合物上取的热重量数据的曲线图。具体实施方式本披露的不同方面涉及需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种糊料组合物，包含：无机固体部分，该无机固体部分包含：(a)导电金属源，和(b)基于无机氧化物的组分，以及载体，该无机固体部分的成分分散在该载体中，该载体包含：(c)有机聚硅氧烷；(d)含氟降解剂；以及(e)溶剂。

【技术特征摘要】
2016.10.21 US 62/410,9691.一种糊料组合物，包含：无机固体部分，该无机固体部分包含：(a)导电金属源，和(b)基于无机氧化物的组分，以及载体，该无机固体部分的成分分散在该载体中，该载体包含：(c)有机聚硅氧烷；(d)含氟降解剂；以及(e)溶剂。2.如权利要求1所述的糊料组合物，其中该含氟降解剂包含具有式[Mk+][X-]k的物质，其中Mk+是具有正电荷k的阳离子并且X–是F–或(HF2)–。3.如权利要求2所述的糊料组合物，其中该含氟降解剂包含具有式M+X–的物质，其中M+是一价阳离子并且X–是F–或(HF2)–。4.如权利要求3所述的糊料组合物，其中M+具有式其中N是氮并且R1至R4中的每一个独立地是H或任何具有1至15个碳的烷基或芳基基团。5.如权利要求4所述的糊料组合物，其中该含氟降解剂包含四丁基氟化铵。6.如任一前述权利要求所述的糊料组合物，其中该有机聚硅氧烷包含具有由式(II)表示的结构的聚合物，其中R1、R2和R3基团中的每一个独立地选自C1-C8烷基、C2-C8烯基、C2-C8炔基、或C6-C10芳基，其中R1、R2和R3基团中的任一个任选地包含一个或多个选自以下项的取代基：烷氧基、羟基、羰基、羧基、氨基、环氧基、甲基丙烯酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·H·李，V·V·戴夫，E·M·史密斯，K·V·C·拉坡鲁，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：美国,US