CN102656703B - 两个高温和低温丝网印刷部分式的光伏电池导体 - Google Patents

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Abstract

在半导体材料（1）上实施至少一个电导体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（E1）通过丝网印刷沉积第一高温浆料；（E2）通过丝网印刷沉积第二低温浆料，所述第二低温浆料至少部分地叠置于在前一步骤时被沉积的所述第一高温浆料上。

Description

两个高温和低温丝网印刷部分式的光伏电池导体
技术领域
本发明涉及在半导体材料上实施传导通路的方法以及得到的半导体元件。本发明尤其涉及通过该方法这样获得的光伏电池。
背景技术
光伏电池是利用公知其英文名称为“wafer”的半导体材料片、一般是硅片制造的。这种制造尤其需要在该片的表面上形成电导体。为此，现有技术的一种方法是在所述片上用丝网印刷法沉积传导墨。该方法具有其简单和其低成本的优点。
第一种通过丝网印刷的镀金属技术包括参照实施方法使用一种呈所谓“高温”浆料形式的传导墨，所述方法包括一个最终步骤，该最终步骤在于在涂覆浆料后，使浆料升温到超过500℃、一般在700℃至800℃之间的高温。这种高温浆料一般含有：银，需要时还含有铝，以使高温浆料具有传导特性；玻璃微粒，其作用是穿透绝缘层，以便在半导体上进行电接触；和有机组分，如溶解在一种或多种添加溶剂中的树脂，其作用是赋予所述浆料以令人满意的流变特性。将这种浆料加热到高温的步骤允许使银的稠密度增加，允许穿透绝缘层以便最终获得电接触以及良好的附着性。有机组分在该加热期间被烧毁或蒸发。如今，  “高温”浆料被用在晶硅光伏电池(异质结光伏电池除外)上。
第二种通过丝网印刷的镀金属技术包括参照实施方法使用一种呈所谓“低温”浆料形式的传导墨，所述方法包括一个最终步骤，该最终步骤在于在涂覆浆料后，将浆料带到低于500℃、一般低于300℃的低温。这种浆料用于含有非晶硅的光伏电池，如所谓的“薄膜”光伏电池和异质结晶体光伏电池，含有非晶硅的光伏电池不耐受高温。低温浆料含有：银微粒，以使其具有传导特性；和有机组分，以具有良好的流变性。这种浆料具有高电阻率并因此具有一般的传导性能。
现有的传导墨由于其弱传导性能，因而其使用局限于有限的应用领域。
因此，这种技术例如现在并未被用于在结晶硅基底上于后表面具有触点的结型电池。由于通过去除一般在电池前表面上存在的镀金属而减少遮蔽，这种电池因此具有高效率的优点。文献US2004/0200520介绍了一种这样的解决方案。但是，该文献中描述的解决方案存在太复杂的缺点，因为电导体是通过喷镀三种金属和基于铜的电解型充电而实现的。因此，该解决方案的生产速率有限且其成本高。
发明内容
因此，本发明的总的目的是提出一种允许更大应用范围的通过丝网印刷实施电导体的实施方案。
更确切的说，本发明力求达到全部或部分的下述目的：
本发明的第一目的是提出一种在光伏电池上通过丝网印刷实施电导体的方案，该方案可使光伏电池由于较小接触接合表面而获得良好的电传导性和良好的效率。
本发明的第二目的是提出通过一种具有高生产率、性能良好以及经济的方法，在光伏电池上通过丝网印刷实施电导体的方案。
为此，本发明涉及在半导体材料上实施至少一个电导体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（E1）－通过丝网印刷沉积第一高温浆料；
（E2）－通过丝网印刷沉积第二低温浆料，所述第二低温浆料至少部分地叠置于在前一步骤时被沉积的所述第一高温浆料上。
第一步骤可包括将丝网印刷的所述第一高温浆料加热到高于500℃的温度；并且，第二步骤（E2）可包括将丝网印刷的所述第二低温浆料加热到低于500℃的温度。
根据一有利的变型，所述第一步骤可包括将丝网印刷的所述第一高温浆料加热到高于700℃的温度；并且，所述第二步骤可包括将丝网印刷的所述第二低温浆料加热到低于300℃的温度。
第一步骤可包括将高温浆料以叠置于定位在绝缘层下的掺杂区域上的方式沉积在位于半导体材料表面的绝缘层上，以致对丝网印刷的第一高温浆料的加热允许其穿透该绝缘层以得到与定位在所述绝缘层下的掺杂区域的电接触。
第二步骤可包括低温浆料在位于半导体材料表面的绝缘层上的沉积，以致对丝网印刷的第二低温浆料的加热不允许其穿透绝缘层。
本发明也涉及半导体材料，其包括至少一个电导体，其特征在于，电导体包括第一部分和第二部分，第一部分包括丝网印刷高温浆料，第二部分包括丝网印刷低温浆料，其至少部分地覆盖第一部分。
丝网印刷高温浆料可包括金属部分，金属部分包括银和铝或仅包括银，丝网印刷低温浆料可包括一种或多种金属，如银、铝和/或铜。
丝网印刷高温浆料可包括玻璃微粒。
电导体的包括丝网印刷高温浆料的第一部分可与存在于半导体材料内部的掺杂井区（caisson）电接触，掺杂井区除在第一部分下以外，是被绝缘层覆盖的。
电导体的包括丝网印刷低温浆料的第二部分可比第一部分具有更大的宽度。
电导体可具有蘑菇形截面，第一部分相当于其基部，第二部分相当于其头部。电导体头部的宽度可比基部的宽度大至少一倍。
电导体的包括丝网印刷高温浆料的第一部分可在半导体材料的整个宽度上形成一条或多条连续或不连续的带。
包括至少一个电导体的半导体材料可以是光伏电池。
在这种情况下，半导体材料可包括后表面，在该后表面处布置有两个具有相反电掺杂的掺杂井区，后表面被覆有绝缘层；以及，半导体材料可包括两个电导体，每个电导体包括一个第一部分和包括一个第二部分，第一部分具有丝网印刷高温浆料，其在绝缘层的厚度内，与一个掺杂井区接触，第二部分具有丝网印刷低温浆料，其与电导体第一部分接触，并靠置在绝缘层的表面上，且形成阴极和阳极。
至少一个掺杂井区具有的宽度可等于电导体的第一部分的宽度的至少两倍。
附图说明
在下面参照附图对作为非限制性实例给出的一特别实施方式的描述中，本发明的这些目的、特征和优点将得到详细叙述，附图中：
图1示意地示出根据本发明的一实施方式在电导体形成之前的一个制造阶段中的背接触式光伏电池的侧视剖面图。
图2示意地表示根据本发明的实施方式在电导体形成的第一步骤之后的背接触式光伏电池的侧视剖面图。
图3示意地表示根据本发明的实施方式在电导体形成的第一步骤之后的背接触式光伏电池的后表面的视图。
图4示意地表示根据本发明的实施方式的第一变型在电导体形成的第一步骤之后的背接触式光伏电池的后表面的视图。
图5示意地表示根据本发明的实施方式的第二变型在电导体形成的第一步骤之后的背接触式光伏电池的后表面的视图。
图6示意地表示根据本发明的实施方式在电导体形成的第二步骤之后的背接触式光伏电池的侧视剖面图。
图7示意地表示根据本发明的实施方式在电导体形成的第二步骤之后的背接触式光伏电池的后表面的视图。
图8示意地表示根据本发明的实施方式的一变型的背接触式光伏电池的侧视剖面图。
具体实施方式
本发明基于在同一半导体器件上组合使用高温和低温两种浆料，以通过丝网印刷简单地获得一个或多个电导体，而不会损坏半导体器件的总体结构，同时完全获得具有令人满意的传导性能的电导体。
将以举例方式在背接触式光伏电池的范围内对本发明进行说明。但是，本发明仍保持适合于应用在任何类型的光伏电池上，以及更通常地适合于需要在半导体结构上形成电导体的任何电子器件的制造。
图1示出在一个制造阶段中的光伏电池。光伏电池具有前绒面2和光滑的后表面3。前绒面2经特殊处理，以通过复合（recombinaison）限制能量损耗。形成光伏电池的半导体基底的硅片1可以是P型或N型，优选是单晶的。掺杂井区4、5对称地分布在光伏电池1的后表面3处。掺杂井区4与光伏电池基底1具有相同类型的掺杂，而掺杂井区5具有与所述基底的掺杂相反类型的掺杂。最后，形成用作钝化作用的绝缘层6的一个或多个介电绝缘层被添加在后表面3上。
图1所示的光伏电池的全面完成需要实施金属导体，尤其用以将掺杂井区4和5电连接到外部。
图2和3示出根据本发明的实施方式实现金属导体的方法的第一步骤E1。该步骤在于通过丝网印刷沉积高温浆料，以通过允许穿过介电层6分别地到达掺杂井区4、5形成第一触点7、8。实际上，在对所用浆料进行高温处理、例如通过红外线炉进行高温处理之后，该浆料穿过绝缘层6深入直至达到掺杂井区4、5。有利地，用来接触硼掺杂井区（p+:掺杂浓度非常高的p型半导体）所用的高温浆料将包括银和铝（1-2%），用来接触磷掺杂井区（n+：掺杂浓度非常高的n型半导体）所用的浆料将包括银。
如图3所示，得到的丝网印刷电导体7、8由占据光伏电池的整个宽度、分别对着掺杂井区4、5的中央部分定位的带组成。这些带也可不占据整个宽度。有利地，相对于掺杂井区4、5的宽度，接触带7、8具有减小的宽度。例如，对于宽度介于0.5毫米至1.5毫米之间的掺杂井区，接触带7、8可以具有介于100微米至200微米之间的宽度，更通常地小于300微米的宽度。更通常地，有利的是，至少一个掺杂井区的宽度等于一个接触带的宽度的至少两倍。在附图上，出于表示清楚的原因，这些接触带的尺寸被刻意夸大。
图4和5示出这些第一触点的实施变型。因此，图4示出呈两条不连续的接触带7'和两条不连续的接触带8'形式的触点。图5示出第二实施变型，其中，每个触点由尺寸更小的两条连续的带7″、8″组成。这两个解决方案允许接触面积的减小。
在任何情况下，为获得接触，最佳的是将不同的触点定位在掺杂井区4、5的中央区域中，以便限制电阻损耗。
图6和7示出根据本发明的实施方式实现电导体的方法的第二个也是最后一个步骤E2。该步骤在于：通过丝网印刷沉积低温浆料，以形成光伏电池的阳极17和阴极18。这些触点17、18自然地叠置于第一触点7、8上，以获得分别从掺杂井区4、5直至触点17、18的电连接。
将低温浆料带至约为200℃的低温。因为该低温浆料不进入介电层6内，所以可利用该浆料形成大宽度的触点17、18，这对于增大由此形成的电导体的传导率是有利的。该低温浆料可包括一种或多种金属，例如银、铝和/或铜。低温浆料也可呈另一种形式。
因此，在该第二步骤中使用的低温浆料具有不会穿透介电层6的优点，这使得允许考虑进一步增大其宽度以及在需要时甚至超过其连接的掺杂井区的尺寸。因此，图8示出这样的解决方案，其中，第二触点18'具有很大的宽度，该宽度大大超过掺杂井区4的宽度。
这样，所述实施方式因此基于实现具有蘑菇形截面的电导体，所述电导体包括利用高温丝网印刷形成的第一狭窄部分或基部、以及利用低温丝网印刷形成的第二部分或头部。有利地，电导体头部的宽度可比基部宽度要大至少一倍。这两种丝网印刷的结合可获得最优效果：制造方法简单，因为其避免了绝缘层开口步骤；以及，获得的电导体具有非常令人满意的传导特性。
此外，所选用的解决方案允许在掺杂井区处获得不大的接触面，这通过避免复合现象而有利于光伏电池的性能。为此，高温电导体的宽度被选择成最小尺寸，使得在确保良好接触的同时最小化对绝缘层6的穿透，以保持很大的钝化表面积。此外，利用高温浆料实现的通路的这种小宽度（例如100微米至200微米），可减小这些通路在其高温加密后被冷却时产生的弯曲效应。此外，该浆料可沉积在小厚度（1微米至5微米）上，以进一步减小弯曲效应。但由于外表面处电导体的变宽，其仍可获得令人满意的导电性能。因此，相反地，基于低温丝网印刷的触点具有最大宽度，从而尽量减小电阻，以获得最优的传导性能。因此，该方案具有的优点是与光伏电池的掺杂井区的约1毫米宽度的常见尺寸保持兼容的。
作为补充选择，该方案与通过阴极接触所述接触区域进行的电镀充电也兼容，所述接触区域被覆以相同的材料，即聚合低温浆料。
显然，本发明的理念可用于在前述应用范围以外的其它应用范围中。
因此，本发明涉及在半导体材料上实施至少一个电导体的任何实施方法，所述实施方法包括以下基本步骤：
E1－通过丝网印刷沉积第一高温浆料；
E2－通过丝网印刷沉积第二低温浆料，第二低温浆料至少部分地叠置于在前一步骤时被沉积的所述第一高温浆料上。
最后，所述方案可获得下述优点：
－低温浆料在高温浆料上的丝网印刷，允许减小弱传导通路的电阻率，弱传导通路尤其是通过用于接触N+（掺杂浓度非常高的n型半导体）掺杂元素的高温浆料获得的传导通路；
－低温浆料在含有铝的高温浆料上的丝网印刷可获得无铝界面，其因而成为与电镀工艺中的充电方法相兼容的；
－当多种高温浆料形成不同的电导体时，低温浆料在这些不同的具有可能不同的高温的浆料上的丝网印刷，可最终获得在电池的整个表面上呈一均匀层的一些触点，这有利于可能的后期处理，如电镀工艺中的充电。

Claims (16)

1.在半导体材料(1)上实施至少一个电导体的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(E1)－通过丝网印刷沉积第一高温浆料并将所述第一高温浆料加热到高于500℃的温度；
(E2)－通过丝网印刷沉积第二低温浆料并将所述第二低温浆料加热到低于500℃的温度，其中所述第二低温浆料至少部分地叠置于在前一步骤时被沉积的所述第一高温浆料上。
2.根据权利要求1所述的在半导体材料上实施至少一个电导体的方法，其特征在于，所述第一步骤(E1)包括将丝网印刷的所述第一高温浆料加热到高于700℃的温度；并且，所述第二步骤(E2)包括将丝网印刷的所述第二低温浆料加热到低于300℃的温度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的在半导体材料上实施至少一个电导体的方法，其特征在于，第一步骤(E1)包括将第一高温浆料以叠置于定位在绝缘层(6)下的掺杂区域上的方式沉积在位于所述半导体材料的表面的所述绝缘层(6)上，使得对丝网印刷的所述第一高温浆料的加热允许穿透所述绝缘层(6)，以得到与定位在所述绝缘层(6)下的所述掺杂区域的电接触。
4.根据权利要求3所述的在半导体材料上实施至少一个电导体的方法，其特征在于，第二步骤(E2)包括将所述第二低温浆料沉积在位于所述半导体材料的表面的所述绝缘层(6)上，使得对丝网印刷的所述第二低温浆料的加热不允许穿透所述绝缘层(6)。
5.半导体材料，其包括至少一个电导体，所述半导体材料的特征在于，所述电导体包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括在高于500℃的温度进行丝网印刷的丝网印刷高温浆料(7，8)，所述第二部分包括在低于500℃的温度进行丝网印刷的丝网印刷低温浆料(17，18)，其至少部分地覆盖所述第一部分。
6.根据权利要求5所述的半导体材料，其特征在于，所述丝网印刷高温浆料(7，8)包括金属部分，所述金属部分包括银和铝或仅包括银；并且，所述丝网印刷低温浆料(17，18)包括一种或多种金属。
7.根据权利要求6所述的半导体材料，其特征在于，所述丝网印刷低温浆料(17，18)包括的金属为银、铝和/或铜。
8.根据权利要求6所述的半导体材料，其特征在于，所述丝网印刷高温浆料(7，8)包括玻璃微粒。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的半导体材料，其特征在于，所述电导体的包括所述丝网印刷高温浆料(7，8)的第一部分与存在于所述半导体材料内部的掺杂井区(4，5)电接触，所述掺杂井区除在所述第一部分下以外被绝缘层(6)覆盖。
10.根据权利要求9所述的半导体材料，其特征在于，所述电导体的包括所述丝网印刷低温浆料(17，18)的第二部分比所述第一部分具有更大的宽度。
11.根据权利要求10所述的半导体材料，其特征在于，所述电导体具有蘑菇形截面，所述第一部分相当于所述电导体的基部，以及所述第二部分相当于所述电导体的头部。
12.根据权利要求11所述的半导体材料，其特征在于，所述电导体的所述头部的宽度比所述基部的宽度大至少一倍。
13.根据权利要求6至8中任一项所述的半导体材料，其特征在于，所述电导体的包括所述丝网印刷高温浆料(7，8)的所述第一部分在所述半导体材料的整个宽度上形成一条或多条连续或不连续的带。
14.根据权利要求6至8中任一项所述的半导体材料，其特征在于，包括至少一个电导体的所述半导体材料是光伏电池。
15.根据权利要求14所述的半导体材料，其特征在于，所述半导体材料包括后表面(3)，在该后表面处布置有具有相反电掺杂的两个掺杂井区(4，5)；所述后表面被覆以绝缘层(6)；并且，所述半导体材料包括两个电导体，每个所述电导体包括一第一部分，所述第一部分具有丝网印刷高温浆料(7，8)，在所述绝缘层(6)的厚度中，与一掺杂井区(4，5)接触，每个所述电导体还包括一第二部分，所述第二部分具有丝网印刷低温浆料(17，18)，与所述电导体的第一部分(7，8)接触，并靠置在所述绝缘层(6)的表面上且形成阴极和阳极。
16.根据权利要求15所述的半导体材料，其特征在于，至少一个掺杂井区(4，5)具有的宽度等于所述电导体的所述第一部分(7，8)的宽度的至少两倍。
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