JPH023553B2 - - Google Patents

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JPH023553B2
JPH023553B2 JP57143201A JP14320182A JPH023553B2 JP H023553 B2 JPH023553 B2 JP H023553B2 JP 57143201 A JP57143201 A JP 57143201A JP 14320182 A JP14320182 A JP 14320182A JP H023553 B2 JPH023553 B2 JP H023553B2
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JP
Japan
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powder
electrode material
electrode
present
silicon
Prior art date
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Expired - Lifetime
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JP57143201A
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English (en)
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JPS5933867A (ja
Inventor
Haruhiko Matsuyama
Mitsuo Nakatani
Masaaki Okunaka
Ataru Yokono
Tokio Isogai
Tadashi Saito
Sumyuki Midorikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP57143201A priority Critical patent/JPS5933867A/ja
Publication of JPS5933867A publication Critical patent/JPS5933867A/ja
Publication of JPH023553B2 publication Critical patent/JPH023553B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/45Ohmic electrodes
    • H01L29/456Ohmic electrodes on silicon

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体装置用の電極材料に係り、特
に太陽電池などの比較的粗いパターンの電極を有
する半導体素子の製造に好適な電極材料に関す
る。 半導体素子の例として太陽電池の代表的な構成
例を図にに示す。n+/p/P+接合を形成したSi
基板の受光面および裏面に受光面電極4、裏面電
極5を形成した構造である。さらに一般には反射
防止膜等も設けられる。 この太陽電池の近年における重要課題は、製造
コストの低減にあり、受光面電極4、裏面電極5
の形成法も従来の真空蒸着法にかわつて、低コス
トなメツキ法や印刷法が検討されるようになつて
きた。このうち特に印刷法は、自動化が容易で生
産性が高いことから広く検討されている。この印
刷法は、金属粉末、ガラス粉末などを有機結合
剤、有機溶剤と混練したペースト状の物質(以下
導電ペーストという)をスクリーン印刷法などで
塗布し、焼成する方法であり、上記の金属粉末と
しては銀粉末が一般的である。このような導電ペ
ーストは、太陽電池の電極形成用、あるいは厚膜
回路基板用などとして多数のものが市販されてい
る。 一方、太陽電池等の電極形成においては、電極
の接着強度の大きいこと、シリコンに対する接触
抵抗の低いこと、拡散層に対してつきぬけのない
こと(リーク電流の小さいこと)などが要求され
る。 しかし本発明者らが市販の各種のAg系、Ag−
Pd系導電ペーストについて検討した結果による
と、いずれの導電ペーストも図に示した接合形成
シリコンウエハ上に印刷塗布し、乾燥、焼成した
場合に次の問題があつた。すなわち、厚膜回路基
板用のAg系あるいはAg−Pd系導電ペーストで
は、シリコンウエハと電極との間にバリアが生成
し、接触抵抗が高く、比較的高い温度の焼成では
接合が破壊し、リーク電流の増大が認められた。 太陽電池用のAg系導電ペーストではシリコン
ウエハと電極との間にバリアの生成しにくいもの
もあるがいずれも接触抵抗が高く、太陽電池の光
照射時の電流−電圧特性を調べると曲線因子が小
さく、高効率な太陽電池は作れなかつた。また焼
成温度を比較的高温にすると接触抵抗は低下する
傾向がみられたが、このさいにはリーク電流が増
加する問題が生じた。 このように上記従来の導電ペーストを用いて接
合破壊を起すことなく、接触抵抗の低い電極を形
成することは非常に困難であつた。 本発明の目的は、上記した従来の導電ペースト
にみられた欠点がなく、太陽電池などの半導体装
置の電極材料として非常に有用な材料を提供する
ことにある。 本発明の電極材料はAg系粉末と、希土類元素、
特にスカンジウム(Sc)、イツトリウム(Y)、
ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム
(Pr)、ネオジム(Nd)から選ばれる少くとも一
種の金属と、有機結合剤と、有機溶剤と、必要に
応じて加えるガラスやPd粉末とからなることを
特徴とする。 本発明が従来の導電ペーストと異なる点は、希
土類元素、特にSc、Y、La、Ce、Pr、Ndから
選ばれる尚くとも一種の金属を含むことにある。
これはこれらの金属を配合した導電ペーストをシ
リコンなどの基板上に印刷し、焼成すると、接合
破壊を起す恐れのない比較的低い温度(<750℃)
の焼成でも、基板に対して非常に低い接触抵抗の
電極が形成できることを見い出したことによる。 本発明の電極材料が従来の導電ペーストに比
べ、上記のように非常に良好な電極形成が可能で
あるのは次の理由によると考えている。すなわ
ち、従来の導電ペーストを例えばシリコン基板上
に印刷し、焼成した場合、焼成雰囲気中に含まれ
る酸素によつてシリコン表面に絶縁性の酸化ケイ
素膜が生成してしまう。またこの酸化ケイ素膜は
導電ペーストが酸化鉛系の低融点ガラスを使用し
ている場合には酸化鉛とシリコンとの反応によつ
ても生成してしまう。このようにシリコン表面に
酸化ケイ素膜が生成するため、焼成された電極と
シリコン間の接触抵抗が非常に高くなつてしまう
ものと予想される。 一方、本発明による電極材料では上記と同様に
酸化ケイ素膜は生成すると考えられるが、電極材
料中に含まれる金属(希土類、特にSc、Y、La、
Ce、Pr、Nd)が酸化ケイ素膜と反応し、シリコ
ンの還元やこれらの金属のシリサイド化合物の生
成が起き、それによつて電極とシリコンとの接触
抵抗が非常に低くなるものと予想される。 本発明の電極材料の成分について以下にさらに
詳述する。構成成分中のAg粉末、有機結合剤、
有機溶剤は従来の導電ペーストで用いられている
ものと同様のものを用いることができる。銀粉末
としては粒径1μm以下のものが、有機結合剤と
してはセルロース系化合物や、ポリメタクリレー
ト系化合物などが、有機溶剤としては多価アルコ
ール系のものが特に好適に用いられ得る。 希土類元素特にSc、Y、La、Ce、Pr、Ndの
金属は、粉末の状態で用いるのが好適である。た
だし、これらの金属の粉末は活性が高いため、粉
末表面に薄い酸化膜を形成する方法等で安定化処
理したものを用いるのが好適である。Sc、Y、
La、Ce、Pr、Ndは一種を用いても、二種以上を
併用してもよい。さらには二種以上のものの合金
粉末を用いることや、Ag粉末表面にこれらの金
属をコーテイングして用いることなども可能であ
る。 また本発明では、ガラスを含むことを必ずしも
必要としない。ただし、ガラスを配合すると、形
成した電極の半導体素子への接着強度が向上す
る。また電極の半田に対する耐性も向上する。こ
のため特に太陽電池の電極形成などに用いる場合
にはむしろガラスを配合するのが好ましい。ここ
で用いるガラスの種類は特に限定されるものでは
ない。また本発明の電極材料にPd粉末を配合す
ることにより形成された電極の半田に対する耐性
がさらに向上し、Pt粉末を配合することにより、
電極の接着強度が向上する。 また本発明の電極材料を特に太陽電池の電極形
成に用いる場合には、希土類元素、特にSc、Y、
La、Ce、Pr、Ndから選ばれる少くとも一種の金
属の配向比をAg粉末の100重量部に対して0.1〜
30重量部とするのが好適である。0.1重量部未満
の配合比では形成された電極のシリコンに対する
接触抵抗が高くなり、30重量部をこえる配合比で
は形成した電極の抵抗値がやや高くなり、太陽電
池の効率低下を招き易くなる。 以下本発明の実施例について説明する。 実施例 1 粒径1μm以下のAg粉末10gと、表面を安定化
処理した粒径2μm以下のCe粉末(Ag粉末100重
量部に対して0.1〜30重量部)と、PbO−B2O5
SiO2系ガラスフリツト0.5gとを秤量した。これ
にエチルセルロース10重量部をα−テルピネオー
ル90重量部に溶解した粘調液を加えながら、十分
に混練し、粘度が約200ポイズ(ずり速度100/
秒)のペースト状電極材料を調整した。太陽電池
の接合形成シリコン基板として図に示すようにP
型シリコン基板1(比抵抗1〜5Ω−cm、直径3
インチ丸型ウエハ)の方面にイオン打込み法で深
さ0.3〜0.5μmのn+層2(比抵抗約1.5×10-3Ω−
cm)と、反対面にAl拡散法で深さ1〜2μmのP+
層3の形成したものを用いた。次にこのP型シリ
コン基板1のn+層2上にはくし型パターン状に、
P+層上3にはべたパーン状に上記のペースト状
電極材料をスクリーン印刷し、150℃、10分間の
乾燥処理とし受光面電極4、裏面電極5を形成し
た。次にこの基板を酸素50ppmを含む窒素ガラス
雰囲気中で600℃、10分間焼成した。 このようにして作製した太陽電池の電流−電圧
特性(I−V特性)を調べ、電極の接触抵抗、逆
バイアス(1V)でのリーク電流、曲線因子(F.
F.)、開放電圧(Voc)短絡電流(Isc)を調べ
た。 第1表に示した如く、Ce粉末を配合した本発
明の電極材料を用いた太陽電池は比較例として示
したCe粉末を配合しないものを用いた場合に比
べ、接触抵抗が大幅に低くなり、F.F.Isc
【表】 が大きく、その結果として効率も大幅に向上し
た。また、リーク電流はいずれも10-6A/cm2のオ
ーダーであり、問題はまつたく認められなかつ
た。 このように本発明の電極材料は比較的低温の
600℃の焼成でも接触抵抗が充分低く、n+層の厚
さが0.3〜0.5μmと非常に薄いにもかかわらずリ
ーク電流の増加がなく、電極材料として従来の導
電ペーストに比べ非常に優れていることが確認さ
れた。 実施例 2 金属としてSc、Y、La、Pr、Ndを配合した本
発明の電極材料の実施例について説明する。Sc、
Y、La、Pr、Ndの金属粉末(表面に薄い酸化膜
を形成)と、粒径1μm以下のAg粉末とガラスフ
リツト(ホウケイ酸鉛系、ホウケイ酸亜鉛系、リ
ン酸系)とを各種組合せ、これにポリイソブチル
メタクリレート40重量部と分散剤0.5重量部をα
−テルピネオール60重量部に溶解した粘調液を加
えながら十分に混練し、粘度が約200ポ
【表】 イズ(ずり速度100/秒)の組成の異なる各種の
ペースト状電極材料を調整した。 この電極材料を実施例1と同様の接合形成シリ
コン基板表面にスクリーン印刷し、150℃で10分
間乾燥後、酸素5ppmを含む窒素ガス雰囲気中で
600℃、10分間焼成した。このようにして作製し
た太陽電池の特性を実施例1と同様にして調べた
結果を電極材料の無機成分とともに第2表に示し
た。Sc、Y、La、Pr、Ndの金属を配合した本発
明の電極材料は比較例1、2の組成に比べいずれ
も接触抵抗が低くなり、F.F.、Iscが大きく、そ
の結果として効率も大幅に向上した。またリーク
電流はいずれも10-6A/cm2のオーダーであり、問
題は認められなかつた。このように実施例2に示
した本発明の電極材料も従来の導電ペーストに比
べ非常に優れた効果の得られることが確認され
た。 以上のように本発明の電極材料は比較的低温の
焼成でも、浅い接合の半導体素子に対しても接合
破壊やリーク電流の増加を引き起すことなく、か
つ接触抵抗の低い電極形成を可能とする画期的な
材料である。このため太陽電池の電極形成に本発
明の電極材料を用いると従来の導電ペーストを用
いた場合に比べ非常に効率の高い太陽電池を得る
ことができる。 また、本発明の電極材料は印刷法によつて塗布
でき、安価に、高生産性に電極が形成でき工業的
にも非常に有用である。さらに本発明の電極材料
は太陽電池以外の受光素子や他の半導体装置の電
極形成にも用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
図は太陽電池の代表的な構成を示した断面図で
ある。 1……P型シリコン基板、2……n+層、3…
…P+層、4……受光面電極、5……裏面電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Ag粉末と、希土類元素から選ばれる少なく
    とも一種の金属と、有機結合剤と、有機溶剤と、
    ガラス粉末とからなることを特徴とする半導体装
    置用電極材料。 2 希土類元素から選ばれる金属とAg粉末の配
    合比が、Ag粉末100重量部に対して0.1〜30重量
    部であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置用電極材料。 3 希土類元素が、スカンジウム、イツトリウ
    ム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
    ムの何れかであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項もしくは第2項記載の半導体装置用電極
    材料。
JP57143201A 1982-08-20 1982-08-20 半導体装置用電極材料 Granted JPS5933867A (ja)

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JP57143201A JPS5933867A (ja) 1982-08-20 1982-08-20 半導体装置用電極材料

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JPS5933867A JPS5933867A (ja) 1984-02-23
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JP6068474B2 (ja) * 2011-09-09 2017-01-25 ヘレウス プレシャス メタルズ ノース アメリカ コンショホーケン エルエルシー 銀製の太陽電池接点
JP7325706B2 (ja) 2018-07-18 2023-08-15 マックス株式会社 結束用テープ、結束方法、テープ巻き付け体及びリール
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