用于形成光伏器件的组合物和方法技术

本发明专利技术提供了包括硅太阳能电池的光伏电池以及用于制造此类光伏电池的方法和组合物。在具有ｎ型硅层的硅基底上提供有氮化硅层，反应性金属与所述氮化硅层接触，并且非反应性金属与所述反应性金属接触。烧制该组合件以在所述硅基底上形成由金属氮化物和任选地金属硅化物构成的低Ｓｈｏｔｔｋｙ势垒高度触点以及与所述低Ｓｈｏｔｔｋｙ势垒高度触点接触的导电性金属电极。所述反应性金属可以为钛、锆、铪、钒、铌、钽以及它们的组合，所述非反应性金属可以为银、锡、铋、铅、锑、砷、铟、锌、锗、镍、磷、金、镉、铍以及它们的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及硅太阳能电池器件。具体地讲，本专利技术涉及用于形成太阳能电池 器件η型硅的电触点的组合物和方法。
技术介绍
虽然本专利技术对诸如光电探测器和太阳能电池等光接收元件特别有效，但本专利技术还 可应用于一系列半导体器件。下面以太阳能电池作为现有技术的具体实例对本专利技术的背景 进行描述。常规的地面太阳能电池一般由薄的硅(Si)晶片制成，其中已生成整流结或ρ-η 结，并且随后已在晶片的两侧上形成导电的电极触点。具有P型硅基极的太阳能电池结构 在基极或背面上具有正极触点，而在处于电池正面或光照面的η型硅或发射极上具有负极 触点。“发射极”是为了产生整流结或Ρ-η结而掺杂的硅层，并且与ρ型硅基极相比更薄。 众所周知，在半导体的Ρ-η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 对的外部能量源。由于Ρ-η结处存在电势差，空穴和电子以相反的方向跨过该结。电子移 向负极触点，而空穴移向正极触点，从而引起能够向外电路输出功率的电流流动。太阳能电 池的电极触点对于电池的性能较为重要。高电阻的硅/电极触点界面将阻碍电流从电池转 移到外部电极，从而会降低效率。制造的大多数工业晶体硅太阳能电池在正面都具有氮化硅减反射涂层 (ARC)以最大限度地吸收阳光。如在许多出版物中所公开的，例如美国专利申请 2006/0231801 (Carroll等人)，通常通过在减反射涂层上丝网印刷导体浆料并随后在高温 下烧制来制造正面电极触点。常规的正面电极银浆包含银粉、有机粘合剂、溶剂、玻璃料，并 可包含各种添加剂。银粉用作电极触点的主材料并提供低电阻。玻璃料可包含铅或其他低 熔点成分以得到约300°C至600°C的软化点，从而在烧制期间玻璃料熔化并且用作“烧透” 剂，其中氮化硅被穿透以使得银与η型硅接触。玻璃料还使烧结的银与硅相粘结。添加剂 可用作另外的掺杂剂以改变η型传导性。在烧制期间，导电浆料烧结并透过氮化硅薄膜， 从而能够与η型硅层发生电接触。这种方法一般被称为氮化硅的“烧透”或“蚀刻”。烧制 后的界面结构由多个相组成基底硅；银-硅岛状物；绝缘玻璃层内的银沉淀；以及大块烧 结的银。因此，接触机理为通过银-硅岛状物和银沉淀以及穿过玻璃薄层的隧道效应的欧 姆接触的混合。优化导电浆料的组合物和烧制温度分布图以使电池效率最大化。然而，金 属-硅(MS)界面处玻璃的存在必然使其接触电阻比纯金属与硅接触所产生的电阻更高。形成双极硅器件的低电阻触点存在困难。所有元素半导体触点都具有使触点整流 的势垒。Shottky(肖特基)势垒高度(SBH)对穿过MS结的电导而言是整流势垒，因此该 势垒高度对任何半导体器件的成功操作至关重要。SBH的大小反映了半导体多数载流频带 边缘的势能与穿过MS界面的金属费米能级的错配。在金属/n型半导体界面处，SBH为导 电带最小值与费米能级之间的差值。SBH越低，与硅的接触就越好。η型硅半导体器件的低 Shottky势垒高度触点是已知的。例如，美国专利3，381，182,3, 968，272和4，394，673公开 了多种硅化物。当把金属放置成与硅接触并加热时，所述硅化物形成双极硅器件的低SBH触点。此类硅化物触点还未被用作硅太阳能电池的正面电极触点。附图说明图1为以侧正视图示出的工艺流程图，其示出了使用常规方法和材料所进行的半 导体器件的制造。在图IA中，提供了 ρ型硅基底10。该基底可由单晶硅或多晶硅组成。如图IB中 所示，对于P型基底而言，形成图IB中的η型层20以制成ρ-η结。用于形成η型层的方 法通常为使用三氯氧磷(POCl3)并利用供体掺杂剂(优选磷(P))的热扩散。扩散层的深 度一般为约0.3微米至0.5微米(μπι)。掺杂磷使硅的表面电阻减至介于几十欧姆每平方 (Ω/口)至大约小于100欧姆每平方(Ω/口)之间。在不作任何特别改性的情况下，扩散 层20在硅基底10的整个表面上形成。接下来，用抗蚀剂或类似物保护该扩散层的一个表面，并且通过蚀刻从图IB的制 品的除了一个表面之外的其他所有表面移除扩散层20。移除抗蚀剂，留下图IC的制品。然后，如图ID所示，在上述η型扩散层上形成绝缘氮化硅Si3N4薄膜或氮化硅 SiNx: H薄膜以形成减反射涂层(ARC)。Si3N4或SiNx: H减反射涂层30的厚度为约700至 900埃。作为氮化硅的替代品，可将氧化硅用作减反射涂层。如图IE中所示，在氮化硅薄膜30上丝网印刷正面电极的银浆50，然后进行干燥。 此外，接下来在基底的背面上丝网印刷铝浆60和背面银浆或银/铝浆70，并相继干燥。然 后在红外加热炉中，在大约700°C至975°C的温度范围内于空气中共烧正面和背面浆料几 分钟至几十分钟。如图IF所示，在烧制期间作为掺杂剂的铝从铝浆扩散到硅基底10中，从而形成包 含高浓度铝掺杂剂的P+层40。该层一般被称为背表面场(BSF)层，它有助于改善太阳能电 池的能量转化效率。烧制还将铝浆60转化成铝背面电极61。与此同时，也在烧制背面银浆或银/铝浆 70，继而变成银或银/铝背面电极71。烧制期间，背面铝与背面银或银/铝之间的边界呈 合金状态，从而实现电连接。铝电极占据背面电极的大部分区域，这部分地是由于需要形成 P+层40。由于向铝电极的焊接不可能，因此银背面片式电极在背面的某些部分上形成为电 极，以用于借助铜带等元件互连太阳能电池。在共烧期间，形成正面电极的银浆50烧结并渗入氮化硅薄膜30，因而能够与η型 层20电接触。这种方法通常被称为氮化硅的“烧透”或“蚀刻”。这种烧透状态在图IF的 层51中是明显的。需要用于形成光伏器件的正面电极触点的新型组合物和方法，其可以使接触电阻 显著降低并且保持粘附。需要用于形成硅太阳能电池的正面电极触点的新型组合物和方 法，其可以免除玻璃界面的存在并且在保持粘附的同时提供优异的接触电阻。专利技术概述本专利技术公开了用于制造光伏器件的方法，其中提供了具有η型硅层的硅基底。在 硅基底的η型硅层上形成氮化硅层。将反应性金属设置为与所述氮化硅层接触，并将非反 应性金属设置为与反应性金属接触。烧制硅基底、氮化硅层、反应性金属和非反应性金属， 以形成η型硅层的低Shottky势垒高度触点以及与低Shottky势垒高度触点接触的导电性 金属电极。低Shottky势垒高度触点由一种或多种金属氮化物构成并且还可由一种或多种 金属硅化物构成。反应性金属优选地为选自下列的一种或多种金属钛、锆、铪、钒、铌、钽、以及它们的组合。非反应性金属优选地选自银、锡、铋、铅、锑、锌、铟、锗、镍、磷、金、镉、铍、 以及它们的组合。在一个优选的实施方案中，将反应性金属和非反应性金属相结合以形成金属组合 物，并随后将该组合物沉积在氮化硅层上。在一个实施方案中，反应性金属为平均直径在 100纳米至50微米范围内的颗粒形式，并且非反应性金属也可为平均直径在100纳米至50 微米范围内的颗粒形式。优选地，反应性金属占所述组合物中总金属的1重量％至25重量％。在一个实施方案中，在介于400°C和1000°C之间的温度下，烧制硅基底、氮化硅 层、反应性金属和非反应性金属。在一个优选的实施方案中，烧制在还原性气氛下进行。本专利技术还公开了用于制造硅太阳能电池的方法。根据此方法，提供具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于制造光伏器件的方法，所述方法包括：提供具有ｎ型硅层的硅基底，在所述硅基底的ｎ型硅层上形成氮化硅层；将反应性金属放置成与所述氮化硅层接触，将非反应性金属放置成与所述反应性金属接触，烧制所述硅基底、氮化硅层、反应性金属和非反应性金属以形成所述ｎ型硅层的低Ｓｈｏｔｔｋｙ势垒高度触点以及与所述低Ｓｈｏｔｔｋｙ势垒高度触点接触的导电性金属电极，所述低Ｓｈｏｔｔｋｙ势垒高度触点由一种或多种金属氮化物构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·博兰德，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US