JPH023554B2 - - Google Patents

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JPH023554B2
JPH023554B2 JP57143202A JP14320282A JPH023554B2 JP H023554 B2 JPH023554 B2 JP H023554B2 JP 57143202 A JP57143202 A JP 57143202A JP 14320282 A JP14320282 A JP 14320282A JP H023554 B2 JPH023554 B2 JP H023554B2
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electrode
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silicon
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Haruhiko Matsuyama
Masaaki Okunaka
Ataru Yokono
Tokio Isogai
Tadashi Saito
Sumyuki Midorikawa
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Hitachi Ltd
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    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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
例を図に示す。n+層2、P+層3でn+/P/P+
合を形成したSi基板1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り、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、図の受光面電極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粉末とジルコニウム
(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニ
オブ(Nb)、タンタル(Ta)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、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、
Zr、Hf、V、Nb、Taから選ばれる少くとも一
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(Zr、Hf、V、Nb、Ta)
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。 Zr、Hf、V、Nb、Ta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。Zr、Hf、V、Nb、Ta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、Zr、Hf、V、Nb、Ta
から選ばれる少な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0.5〜30重量部とす
るのが好適である。0.5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Zr粉末(Ag粉末100重量
部に対して0.5〜30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。 太陽電池用の接合形成シリコン基板としてP型
シリコン基板(比抵抗1〜5Ω−cm、直径3イン
チ丸型ウエハ)の片面に、イオン打込み法で深さ
0.3〜0.5μmのn+層(比抵抗約1.5×10-3Ω−cm)
と、反対面にAl拡散法で深さ1〜2μmのn+層を
形成したものを用いた。次にこの接合形成シリコ
ン基板のn+層上には、クシ型パターン状に、P+
層上にはベタ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
理をした。 次にこの基板を酸素50ppm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、Zr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Zr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。
【表】
【表】 実施例 2 金属としてHf、V、Nb、Ta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。Hf、
V、Nb、Ta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。 Hf、V、Nb、Ta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曲材料
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……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粉末とジルコニウム、ハフニウム、バナ
    ジウム、ニオブ、タンタルから選ばれる少なくと
    も一種の金属と、有機結合剤と、有機溶剤とから
    なることを特徴とする半導体装置用電極材料。 2 Ag粉末とジルコニウム、ハフニウム、バナ
    ジウム、ニオブ、タンタルから選ばれる少なくと
    も一種の金属の配合比が、Ag粉末100重量部に対
    して0.5〜30重量部であることを特徴とする特許
    請求の範囲第一項記載の半導体装置用電極材料。
JP57143202A 1982-08-20 1982-08-20 半導体装置用電極材料 Granted JPS5933868A (ja)

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EP83108171A EP0102035A3 (en) 1982-08-20 1983-08-18 Electrode material for semi-conductor devices

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