201230068 六、發明說明： 本申請案主張美國專利申請案第12/969930號（於 2010年12月16日提出申請）之利益，並將其以引用 方式併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於鋁膏組成物以及其在太陽能電池製 造中作為背側膏之用途。 【先前技術】 目刖，大多數生產電力之太陽能電池為石夕太陽能電 池。傳統之石夕太陽能電池結構具有由一 p型石夕晶圓所製 成之大面積p-n接面、一典型位於該電池前側或向陽側 之負電極以及一位於背側之正電極。眾所皆知，落於一 半導體主體之ρ·η接面的適當波長幅射係作為一外部能 量來源，以在該主體内產生電子電洞對。存在於ρ_η接 面間之電動勢差會造成電洞與電子各朝向相反方向移 動通過該接面，從而引起電流流動而能夠將電力傳送至 一外部電路。 大量生產太陽能電池之方法流程通常企圖達到最 高的簡單性與最低的製造成本。電極通常使用諸如網版 印刷之方法以一金屬膏製成。在一矽太陽能電池形成期 間，通常將一鋁膏網版印刷並乾燥於該矽晶圓之背匈。 而後將該晶圓在高於鋁熔點之溫度下燒製以形成一叙_ 矽熔體。接著在冷卻相期間，形成一矽之磊晶生長層並 且以鋁摻雜。此層通常稱為背面電場(BSF)層或ρ+層， 4 201230068 並且有助於改善太陽能電池的能量轉換效率。然而，由 於缺乏高品質之鈍化層，現有技術發展下的電池仍有光 產生载體再結合的問題，無論是在該BSF層内或在該 電池之背面。此光產生載體的流失會導致效率下降。 因此’目前仍需要背側鋁膏組成物及使用該背侧鋁 膏組成物製造太陽能電池的方法，以改善太陽能電池之 效率。 【發明内容】 所揭示者為鋁膏組成物，其主要由下列所組成： (a)以重量計0.005—2.6%的至少一種矽氧烷； 對矽以重量計44·5—84.9%的一鋁粉末，而使鋁粉末 燒之重1比例係在約30:1至約1〇,〇〇〇:ι之範圍； 劑，其中選^生地以重量計〇.01一6·8%的一無銦添加 二氧化^選擇性無麵加劑包含餘玻璃料、非晶質 混合物；2機金屬化合物、㈣化合物、金屬鹽或其 其中L):重重4=:0%的-有機媒劑， 本文中。罝係基於該鋁膏組成物之總重量。 包含：、*路用於形成一石夕太陽能電池之方法，其 主要由下列所έ 用於一 P型矽基板之背側，該鋁膏 以重量計44 5一84❶以重量計0 005一2 6%的一矽氧烷： 之重量比例从9/〇的一鋁粉末，而使鋁粉末對矽氧烷 計0.〇1-6.8%的二3〇:1至約10,000:1之範圍；以重量 擇性無銦添加劑，其中該選擇性無 201230068 銦添加劑包含無錯朗料、非晶f二氧切、有機金屬 化合物、含硼化合物、金屬鹽或其混合物；以及以重量 計15-5G%的-有機媒劑，其中該以重量計之％量係基 於該紹膏組成物之總重量； (b) 將-金屬膏施用於該p型石夕基板之前側，該前 側係相對於該背侧； (c) 在施用該鋁膏與該金屬膏後燒製該p型矽基 板，其尖峰温度(Tmax)係在6〇〇_98〇〇c之範圍，而使該基 板係在(Tmax-100)〜Tmax之温度範圍下燒製〇 4_3〇秒鐘。 本文中亦揭露鋁膏組成物，其包含： (a) 以重量計15_68%的至少一種矽氧烷； (b) 以重量計25-84.9%的一鋁粉末； (c) 以重量計的一有機媒劑， 其中该以重量計之％量係基於該鋁膏組成物之總重量。 本文中亦揭露形成一矽太陽能電池之方法，其包 含： (a) 將一鋁膏施用於一 p型矽基板之背側，該鋁膏 包含以重量計15-68%的一矽氧烷：以重量計25-84.9% 的一鋁粉末；以及以重量計〇丨—⑺。/。的一有機媒劑，其 中該以重量計之％量係基於該鋁膏組成物之總重量； (b) 將—金屬膏施用於該p型矽基板之前側，該則 側係相對於該背側； (c) 在施用該鋁膏與該金屬膏後燒製該p贺梦基 板，其尖峰溫度(Tmax)係在600-98(TC之範圍，而使該基 板係在(Tn^-lOO)-!^之温度範圍下燒製〇.4-3〇粆鐘。 201230068 【實施方式】 所揭示者為低^夕氧烧銘膏組成物，其主要由下列所 組成：至少一種梦氧烧、一銘粉末、一選擇性無銦添加 劑以及一有機媒劑，該選擇性無銦添加劑包含無鉛玻璃 料、非晶質二氧化矽、有機金屬化合物、含硼化合物、 金屬鹽與其混合物。 再者，所揭示者為高碎氧烧銘膏組成物，其包含至 少一種矽氧烷、一鋁粉末以及一有機媒劑。 合適之矽氧烷為包含至少下列其中一者之寡聚物 或聚合物： ⑴一單官能「M」單元，其具有式RR’R’’Si01/2 R·
(ii) 一雙官能「D」單元，其具有式Ril^SiOw R1
或 (iii) 一三官能「T」單元，其具有式R3Si03/2 7 201230068 \〇
以二、=^3代表煙基基團或經取代烴基 基團，而R1可減或-烴基基團或—經取代㈣ 可選擇不同之R、R!與Rll组合以製造共聚·;土團。 該寡聚性《合_氧⑼騎性、純或環 2。線性或分㈣纽鏈之_係以單作單元m —。例如，一線性矽氧烷具有下式：m丸—， 1原子之總數；-環狀魏糾有下式：& ;而一分枝 =境係由下式代表：TkDmM2+k，其中為分枝 ，目；mwo)為雙官能單元之數目；而該分枝石夕氧燒 之矽原子總數為n=2+2k+m。該矽氧烷中之矽原子之 總數(η)為 2-300，或 2-80，或 1〇_50。 ’、 如本文所述，用語「烴基」係指一直鏈、分枝或環 狀排列之碳原子，碳原子間係以碳·碳單鍵、雙鍵或三< 鍵連接，並且相應地以氫原子取代。此類烴基基團可為 脂族與/或芳族。烴基基團之實例包括甲基、乙基、丙 基、異丙基、丁基、異丁基、三級丁基、環丙基、環丁 基、環戊基、甲環戊基、環己基、甲環己基、苄基、苯 基、鄰甲苯基、間甲苯基、對甲苯基、茬基(xylyl)、乙 烯基、烯丙基、丁烯基、環己烯基、環辛締基 (cyclooctenyl)、環辛二稀基(CyCi00Cta(jienyl)與丁块基。 如本文中所定義者，一「經取代烴基基團」為一具有至 少一個鍵結於至少一個雜原子且鍵結於至少一個氫原 8 201230068 子之碳原子的烴基基團。經取代烴基基團可包括醚鍵 :如本文中所定義者，「雜原子」為碳原子與氫原子 =外的所有原子。經取代烴基基團之實例包括甲苯甲醯 (⑻町丨）、氯节基（chlorobenzyl)、氟乙基、對 eH3'S-C6H5、2-曱氧基丙基與(CH3)3SiCH2。 俨t適矽氧烷包括聚(二，基矽氧烷）、聚（甲基氫矽氧 2) ^(一甲基矽氧烷-共-甲基笨基矽氧烷)與聚（乙基甲 土矽氧烷-共-(α·ρ基苯基乙基）甲基矽氧烷）。 存在於該低矽氧烷鋁膏組成物中之矽氧烷係在以 量计 α〇05-2.6°/〇，或 〇·〇ι_1%，或 〇 〇35_〇 51%之範 ’此係基於該鋁膏組成物之總重量。在另一實施例 曰存在於„亥向石夕氧燒鋁膏組成物中之石夕氧院係在以重 ^ 15—68%，或18—65%，或20-60%之範圍，此係基 ;4紹膏組成物之總重量。 w j本文所述’用語「低0氧偷膏組成物」係指含 ^計0.0〇5-2.6%的石夕氧院之銘膏組成物，此係基於 組成^之總重量；用語「高魏魅膏組成物」 、:3 15_68%㈣氧院之銘膏組成物；而可 低欲^之^語「料組成物」與「財」意欲包括該 低石1鍾料絲與該科钱財域物兩者。 鈕：3鋁叙末包括鋁微粒如節狀(I1〇dUlar)鋁、球狀 1片狀!S、不_形攸與任何其組合。在某些實施 :::該銘:末妹徑(岣為i微米至ι〇微米，或者2 8微；：。在某些實施例中，_粉末為不同粒徑 之銘粉末的混合物。例如，粒徑㈣们微米至3微米 201230068 範圍中之紹粉末可與粒徑(‘)在5微米至ι〇微米範圍 中之鋁粉末混合。 存在於4低石夕氧烧紹膏組成物中之紹粉末量係在 以重量计44.5-84.9%，或54.5-82%，或64-80%之範圍， 此係基於該鋁膏組成物之總重量。在另一實施例中存 在於該高錢綠ΐ*喊物巾之崎末係在以重量計 25一84.9% ’或 3()~81_9%，或 32-79.9%之麵，此係基 於该銘膏組成物之總重量。 ，=本文所述，粒徑係指基於體積之累積粒徑分布並 且假定為雜微粒。因此，純‘為中位數粒徑，而 使50%的微粒樣品總體積包含體積小於直徑為‘之球 的體積之微粒。 在一實施例中，該鋁粉末之鋁含量係在99 5_1〇() wt%之範圍。在一實施例中，該鋁粉末進一步包含其他 微粒金屬，例如銀或銀合金粉末。此類其他微粒金屬之 比例可為以重量計讀-聰，或^9%，此係基於該紹 粉末（包括微粒金屬）之總重量。 在某些實施例中，存在於該鋁膏組成物中之一選擇 性無銦添加劑係在以重量計0 01_6 8%，或〇，戈 0.2-1%之範圍，此係基於該鋁膏組成物之總重量。艺 合適之選擇性無銦添加劑包含無鉛破^料、非晶質 二氧化矽、有機金屬化合物、含硼化合物、金屬鹽與其 混合物。 孤、、 在一實施例中，該鋁膏組成物進一步包括至少一種 作為一無機黏結劑之無鉛玻璃料。在一實施例中，咳無 雜玻璃料包含以重量計至少10%，或至少2〇%，或= 201230068 。的下列其中一者：一氧化鉍'一 物。該破璃料可包含在燒製 ’料其混百 成分，並且^八舍^ 進仃再結晶或相分離之 之破軸二二 具有分離相(separated —se) (ΤΑ)測疋，並且典型在約325一8〇叱之範圍。 •㈣(d5〇)典型在ο.1-20微米或 兩或a 一實施例中，該無鉛玻璃料可為 Y種,、，、财璃料組成物之混合物。在另—實施例 或多種玻璃料組成物之混合物的各個無財 =具有不同粒徑(d5Q)。存在之該無财璃料量可在以 重或ow，或〇2_15%之範圍，此 係基於該紹膏組成物之總重量。 °適無錯玻璃料之實例包括蝴⑦酸玻璃與铭石夕酸 玻璃。無錯玻璃料亦可包含—或多種氧化物，諸如 B2o3、Bl2〇3、Si〇2、Ti〇2、Al2〇3、Cd〇、Ca〇、Mg〇、
BaOZnO、Na2〇、Li2〇、Sb2〇3、pb〇、⑽與 p2〇5。 若存在則。亥非晶質一氧化石夕為一經精細分開之形 式。該非晶質二氧化石夕粉末之粒徑㈣係在5—1〇〇〇⑽ 或10-500 nm之範圍。在某些實施例中，該非晶質二氧 化碎為‘ 5成產生之碎石，例如熱解(pyr〇genic)石夕石 或沉澱產生之矽石。 存在於該鋁膏組成物中之非晶質二氧化矽量可在 以重直计 0.01—1.0〇/〇，或 0 03_0.7〇/〇，或 〇 1〇 4%之範 圍，此係基於該銘膏組成物之總重量。 201230068 如本文所述，該有機金屬化合物包括具有金屬_碳 鍵結之化合物以及含金屬陽離子與有機陰離子之鹽。合 適有機金屬化合物包括新癸酸鋅(zinc ne〇decan〇ate)、辛 酸錫(tinoctoate)、辛酸鈣與其混合物。存在於該鋁膏組 成物中之有機金屬化合物與其混合物可在以重量計 0,01 -5%，或0.05-3%，或0.2-2%之範圍，此係基於該 紹膏組成物之總重量。 合適含硼化合物包括硼；氮化硼如非晶質氮化硼、 立方氮化硼、六方氮化硼；硼化物如六硼化鈣、二硼化 鋁，含0.5-40%硼之鋁_硼合金；硼酸鹽如硼酸鈉、硼酸 妈、硼酸鉀、硼酸鎮；硼酸酿如硼酸三乙醋、侧酸三丙 酯；硼酸如1，3-苯二硼酸；有機金屬硼化合物與其混合 物。該硼或含硼化合物較佳為在得以提供以重量計 001-3%的硼之重量範圍，並且更佳為在以重量計 0 · 〇 5 -1 %的硼之範圍，此係基於該鋁膏組成物之總重量。 金屬鹽之特定實例包括碳酸鎮妈、草酸|弓、焦填酸 ，與磷酸鉍。存在於該鋁膏組成物中之各個這些金屬鹽 "T在以重十 〇〇1__6_8%，或 〇〇3-5.0%或 〇.1 一3.0%之 範圍，此係基於該鋁膏組成物之總重量。 「如本文所述，用於該低矽氧烷鋁膏組成物之用語 非0V」包括s亥至少一種石夕氧烧、該鋁粉末與該選擇 性無銦添加劑。該低矽氧烷鋁膏組成物之總非〇v含量 係在以重f計50_85%，或7請。/。之翻，此係基於該 鋁膏組成物之總重量。此外，該低矽氧烷鋁膏組成物之 非0V含量包含存在量為以重量計89-99 99%，或 91.4-99.5%之鋁粉末；存在量為以重量計〇 〇1—3%或 201230068 0.05-0.6%之矽氧烷；以及存在量為以重量計〇1_8%之 選擇性無銦添加劑。此外，該低矽氧烷鋁膏組成物中之 鋁粉末對矽氧烷的重量比例係在30:1至約1〇,〇〇〇:1或 152.1至2000:1之範圍。 隹一貫施例中，該低矽氧烷鋁膏組成物亦包含一存 在1為以重量計15-50%，或20-30%之有機媒劑，此係 基於該鋁膏組成物之總重量。在另一實施例中，存在於 該高矽氧烷鋁膏組成物中之該有機媒劑量為以重量計 0.1-10%，或5-9%。該鋁膏組成物中之有機媒劑量係取 決於數種因素，諸如施用該鋁膏所用之方法以及所用有 機媒劑之化學成分。有機媒劑包括一或多#溶劑、黏合 劑、表面活性劑、增稠劑、流變改質劑與安定劑以提供 一或多種下列性質：不溶性固體之蚊分散；適於施用 (尤其是網版印刷）之黏度與搖變性(thix〇tr〇町”對於 該矽基板與該膏固體之適當可濕性；良好之乾燥速率: 以及良好之燒製性質。合適有機媒劑包括有機溶劑、有 機酸、蠟、油、酯與其組合。在某些實施例中，該有機 媒劑為非水性惰性液體、-有機溶劑或—有機溶^ 物’或者-或多種有機聚合物在—或多種有機溶齊j二 溶液。合適有機聚合物包括乙基纖維素、乙基羥乙基纖 維素(ethylhydroxyethyl cellulose)、木松香、酚^ 碳醇之聚(甲基)丙烯酸酯與其組合。合適有機溶齊:包‘ 酯醇與萜烯如α或β萜品醇或其與其他溶劑之混入 前述其他溶劑如煤油、鄰苯二曱酸二丁r、— /1： σ > ， " '一'乙二醉·丁 乙醚、二乙二醇丁基乙醚乙酸醋、己二醇、高诳 其混合物。該有機媒劑亦可包含揮發性有機溶劑，其用 201230068 於在將該紹膏沉積於該石夕晶圓背側後促進快速硬化。可 西己製上述_與其他㈣之各合叫騎欲絲 · 度與揮發性。 該鋁膏組成物典型為黏性組成物並且可藉由以該 有機媒劑機械混合該鋁粉末、至少一種矽氧烷丄該選； 性無銦添加劑而製備。在一實施例中，係使用高剪切動 力混合之製造方法’其為-種等效於傳她磨之分散技 術。在其他實_巾，舰職錢其他高剪切混合技 術。 在各式實施例中，該鋁膏組成物係用於製造矽太陽 能電池之鋁背電極或分別用於製造矽太陽能電池。 如本文所述，詞組「矽太陽能電池」係可與「太陽 能電池」、「電池」、「矽光伏打電池」、與「光伏打電池 互換使用。 圖1-4输示依據本發明各式實施例形成一石夕太陽能 電池之方法。形成一太陽能電池之方法包含提供一 ρ型 矽晶圓100。該矽晶圓可為一單晶矽晶圓或一多晶矽晶 圓。該矽晶圓1〇〇可具有100_3〇〇微米之厚度。如圖j 中所示者，該矽晶圓100包括一内含ρ型摻雜物之ρ型 區110、一内含η型摻雜物之η型區120、一 ρ_η接面 115、一前側1〇1或向陽側與一相對於該前側ι〇1之背 側102。該前側101亦稱為向陽側，因為其為該太陽能 電池之受光面（表面）。傳統電池具有靠近該向陽側之 Ρ·η接面並且其接面深度在0 05一〇 5微米之範圍。 在一實施例中’該形成一矽太陽能電池之方法進一 步包含在該矽晶圓200之η型區220上形成一選擇性抗 14 201230068 反射塗層（ARC) 230，如圖2中所示。任何合適之方法 可用於沉積該抗反射塗層，諸如化學氣相沉積(CvD)或 電漿增強化學氣相沉積(PECVD)。抗反射塗層（ARC)材 料之合適實例包括氮化矽(SiNx)、氧化鈦(Ti〇x)與氧化石夕 (SiOx)。 ' 該形成一石夕太陽能電池之方法亦包含提供一如上 所述之鋁膏組成物。 該形成一矽太陽能電池之方法進一步包含將該紹 膏施用在一 P型矽晶圓之背側上。例如，圖3顯示一設 置在该p型區31〇上之鋁膏層360 ’該p型區係設置在 一矽晶圓300之背側3〇2。可將該鋁膏組成物施用為使 所施用鋁膏之濕重（即固體與有機媒劑之重量）係在 4-9.5mg/cm2或5.5-8mg/cm2之範圍，而該鋁膏之對應 乾重係在2-7 mg/cm2或2.5-6 mg/cm2之範圍。任何合 適方法皆可用於施祕膏，諸如妙輸印刷或網版; 刷。在各式實施例中，如上所揭示之料組成物的施用 黏^係在 20~20〇pa.s，或 3〇-i5〇Pa.s，或 50_12〇Pa.s 之範圍。在將背側鋁膏360施用至該矽晶圓300之背側 3^2後’可將其在1〇〇_175〇c之温度範圍下乾燥例如一 k 1 120分鐘，或2_9〇分鐘，或5_6〇分鐘的期間。或 者’可將該發晶圓遍在175—3贼之温度範圍下乾燥 5 600私鐘，或10-450秒鐘，或15—3〇〇秒鐘。在一實 :例：’該高矽氧烷鋁膏可藉由下列方式緩慢乾燥，即 、、曰Γ显ίΐ室温逐漸提升至在刚―2〇(rc之範圍的乾燥 二’升率係在2-5G°C/分鐘之範圍，而後使温度 穩定保持在該乾燥溫度丨_6〇分鐘。任何合適方法皆可 201230068 用於乾燥，包括如利用帶式、旋轉式或固定式乾燥器， ^其疋IR (紅外線）帶式乾燥器。實際乾燥時間與乾 燥二度取決於各式因素，諸如鋁膏組成、鋁膏層厚度與 乾，方法’如，針對相同之料組成物，其在箱式爐 中乾燥之溫度範圍可在1〇〇_2〇〇ΐ之範圍，而在帶式爐 中可在150-40(TC之範圍。 忒形成一矽太陽能電池之方法進一步包含將一前 側金屬膏施用於該抗反射塗層上而後乾燥，該塗層係設 置於抑晶圓之前側上。例如，圖3顯示一設置在該抗 反，塗層（ARC) 330上之前側金屬膏層35〇，該塗層係 在邊矽晶圓300之前側3(n。合適之前側金屬膏35〇包 括銀膏。在某些實施例中，乾燥該背側鋁膏36〇與該前 側金屬膏35G之步驟係在單—步驟中完成。在某些實施 例中，乾燥该背側鋁膏360與該前側金屬膏35〇之步驟 係接續在各個施用步驟後完成。 =形成一矽太陽能電池之方法進一步包含燒製該 二^側金屬膏與背側|g膏之發晶圓，其尖峰温度(丁臟 之、日=00-980°C之範圍，而使該基板係在(τ随_1〇〇)—τ脚' ^度範圍下燒製0.4—30秒鐘，或㈣秒鐘，或1 5一1〇 雷以形成-太陽能電池，諸如圖4所示之的太陽能 =〇g。在某些情況下，該燒好難在該背側紹膏 别側金屬膏皆施用後才進行，而使該前側金屬膏與 =!^膏係在同—個步驟中燒製。在—實施例中，該 二"驟，其中—者’即該背側財之乾燥或該前側金 膏愈’係與該燒製步驟―料行。難該背側紹 "别側金屬膏會導致一銘背電極與一金屬前電極 16 201230068 2成’諸如圖4中所示之銘背電極46i與金屬前電極 451 〇 在該燒製程序中，來自該f馳膏⑽之炼融 溶解該p型區310之一邱八沾α 邛刀矽，並且在冷卻時會形成一 Ρ+層，其蟲晶生長自該石夕晶圓300之ρ型區310，形成 一包含高濃度姉雜物之Ρ+層。此外…部分熔融之 铭-石夕熔體會形成-連續之絲組成物層（約12%心 88·)’其位於該ρ+層與剩餘之紹微粒間。因此該鋁 背電極461可包含-躲層（未顯示），其接觸該ρ+層 440與-外侧微粒紹層。例如，圖4顯示—設置於該ρ 型區410上之ρ+層440以及設置在該时層44〇表面上 之鋁背電極46卜該ρ+層44〇亦稱為背面電場層，並且 有助於改善該太陽能電池4〇〇之能量轉換效率。 燒製係例如在500~98(TC範圍之尖峰温度(Tmax)下 進行一段10秒鐘-5分鐘之期間，而使該基板係在 (Tmax-l〇〇)-Tmax之温度範圍下燒製0 4-30秒鐘，或1_2〇 秒鐘，或1.5-10秒鐘。燒製可使用單區間或多區間帶 式爐進行，尤其是IR帶式爐。燒製通常在氧存在下進 行，尤其是在空氣存在下。在燒製期間，係實質上將該 有機物質（包括非揮發性有機材料與未在選擇性乾燥步 驟期間蒸發之有機部分）去除’亦即燒除與/或碳化。 在燒製期間去除之有機物質包含有機溶劑、選擇性有機 聚合物、選擇性有機添加劑與一或多種選擇性有機金屬 化合物之有機部分(organic moieties)。若存在，則該驗 土有機金屬化合物典型在燒製後仍為一鹼土氧化物與/ 或氫氧化物。 17 201230068 在某些實施例中’將_背側銀或銀/紹膏（未顯示） 施用於該背側紹膏360並同時燒製，轉變成一銀或銀/ 紹背電極（未顯示）。錢製期間，該背獅與該背侧 銀或銀/紹間之邊界呈現—合金狀態。該铭電極佔有該 背側電極之大部分區域，部分是由於需要形成一 p+層 440。因為難以焊接至—紹電極上，故將—銀或銀/紹背 電極形成在該背侧之部分上（常成為2_6賴寬之匯流 排）而作為-電極’以透過制預焊接銅帶或類似者將 太陽能電池互相連接。 、此外，在該燒製程序期間，該前側金屬膏350可燒 結並穿透該抗反射塗層33〇，從而能夠電接觸該η型區 320。此類程序通常稱為「燒穿(firing through)」。此燒 穿狀態在圖4之金屬前電極451中係清楚可見。 圖4、、’s示例示性太陽能電池4〇〇之剖面圖，該太 陽能電池係以如上所揭示之方法形成^如圖4中所示， 該太陽能電池_包含—P财基板，其包括-夹置於 一 η型區420與- p+層44〇間之p型區41〇,其中該 =層44〇包含以銘掺雜之發。該p型梦基板為一單晶石夕 基板或一多晶石夕基板。該太陽能電池400 ,亦包括一設置 於該P+層440上之链背電極46卜在某些實施例^存 在於該銘背電極461 +之紹可在以重量計％一的， 或97-99.95%之範圍’此係基於該紹背電極46ι之總重 量。在一實施例中，該鋁背電極461包含以重=叶 〇.1 -8。/〇的無銦選擇性添加劑，例如無錯玻璃料非晶^ 二氧化碎、由於有機金職合物分解㈣紅 = 物、含合物與其分解錄、金屬鹽與其混合物。 201230068 如圖4中所示者，該太陽能電池4〇〇之前側或向陽 侧401進一步包含一金屬前電極451與一抗反射塗層 (ARC) 430，該金屬前電極係設置在該n型區420之一 部分上，而該塗層係設置在該n^!區之另一部分上，其 中該另一部分係未被該前側電極451所覆蓋之η型區部 分。 在某些實施例中，將以上所揭示之含至少一種;5夕氧 烧的銘膏組成物使用在石夕太陽能電池之紹背電極生產 中’可使矽太陽能電池展現改善之電池效率(Eff)，此係 相較於使用不含任何石夕氧院作為添加劑之紹膏所形成 之太陽能電池。 如本文所用之用語「包含」、「包括」、「具有」或其 任何其他變型意欲涵蓋非排他性的涵括。例如，含有清 單列出的複數元素的一組成物、製程、方法、物品或裝 置不一定僅限於清單上所列出的這些元素而已，而是可 以包括未明確列出或是該組成物、製程、方法、物品或 裝置所固有的其他元素。此外’除非另有明確相反陳 =「’否則「或」係指包含性的「或」，而不是指排他性 的或」。例如，以下任何一種情況均滿足條件A或B. =(或存在)且B為偽（或不存在)、A為偽（或 存^ 為真（或存在），或者(或 之涵括。例如，-或多種A、B與C “ 況:單獨A、單獨B、單獨C、A =可：列 〜、Α與C之組合或者A、^c之組合。… 19 201230068 再者，「一」係用來描述本文中之元素◊這樣做僅 僅是為了方便，並且對本發明範疇提供一般性的意義。 除非拫明顯地另指他意，這種描述應被理解為包栝一個 或至少一個，並且該單數形也同時包括複數。 啼并力，疋执，+人岍用之所有技術與科學術語均 與本發明所屬技術領域具有一般知識者所通常理解的 意義相同。雖然類似或等效於本文所述者之材料可用於 實施或測試該所揭示組成物的實施例，但合適之方法及 材料係如下如述。 在前舰明書巾，發日膽念已藉由參照狀實施例 ^。然而，朗技術領域中具有通f技術者會理 」’在不麟町f請專職_社之本 可進行各種修訂和變更。 靶可下 =已針料定實關之效益、其崎點及問 ^方案加關述，而，並未將可造成任何效益= 決方案變得更加明顯之效益、優點、問題= 何特徵，解釋為任何或所有實施例之—關鍵、 必需或基本特徵。 關鍵、 清楚說明起見，在本文中分開實施^ 今中所述的某些特徵，亦可以組合之方 例提供。相反地，為簡潔起見，在—單獨實施=施 :二的=特徵，亦可分別提供或以任何次 之各個及全部數值。 竹匕括靶圍内 20 201230068 本文中所揭示之概念將以下列實例進一步說明 之，該等實例不限制申請專利範财所描述之本發明範 此處所述之實例係涉聽纽成物m在傳統 太陽能電池中形成背側接觸。 該銘膏組成物可用於廣泛範圍之半導體裝置雖缺 它們在受光元件如光二極體與太陽能電池中尤其有 效。以下討論料如何制本文巾所騎之IS膏組成物 形成太陽此1電池，以及如何測試該太陽能電池之電性 特徵如電池效率。 除非另有指明，組成係以重量百分比給出。 實例 背側紹膏組成物之製傷 4暮先裝成至g的母料(master batch, MB) 以制=A2、B、C、〇與E ’並從母料中取出小部分 I備包含各切纽之例示性膏。 母料銘膏A2之製備 在呂於東、，藉由/見合的空氣霧化(air-atomized)節狀 而制j·、（平均粒杈為6·9微米）與20%的有機媒劑1 (0V1) 、—預馳漿體(PWAS)，以上係以重量計。〇νι =3.5/〇萜品醇溶劑、43 5%二丁卡必醇、7 油酸 乙醇％乙，纖維素(49%乙氧基含量，在8G..20甲苯： 而後之5/〇/合液為黏度0.02 Pa*s)，以上係以重量計。 預膏屁合物係藉由混合下列而形成：693.8 g 201230068 的該預濕漿體’其具有18 75 g的有機媒劑2 (〇V2); 3^5 g的環氧化樹脂酸辛酯；2 25 g的多元不飽和油 酸；以及7.5 g的蠟與氫化蓖麻油之混合物。〇V2包括 46.7%萜品醇溶劑、4〇 9%二丁卡必醇與12 4%乙基纖維 素（51%乙氧基含量，在8〇:2〇甲苯：乙醇中之5%溶液 為黏度0.2 Pa*s)，以上係以重量計。將如上製備之預膏 混合物分成三份並將各份放置於一最大容量為25〇g之 塑膠罐中，並且將各罐中之内容物使用行星式離心混合 器 THINKY ARE-310 (Thinky USA, Inc·, Laguna Hills, CA)以2000 rpm混合30秒鐘，接著冷卻一段期間以達 環境溫度。各罐重複進行總共三次的離心混合與冷卻。 而後將三份預膏混合物合併並將合併之預膏A2以18〇〇 至2200 rpm分散三分鐘，此分散係使用一高剪切混合 器 ’ Dispermat® TU-02 (VMA-Gwetzmann GMBH, Reichshof，Germany)。亦以手動方式攪拌該預膏A2以 去除側邊可能未混合之區域，並且再以Dispermat® TU-02重複混合兩次以確保均勻性。 而後藉由在氧化鋁船中秤重出少量(3一5 g)並在蒙 孚爐中在450°C下燒製30分鐘以去除有機物，並再次 秤重以獲得殘餘鋁重量’以重複測量該預膏A2之鋁含 量。發現該預膏A2具有以重量計74.4%銘。最終膏之 目標總固體含量為74.0%。為達所欲之wt%與黏度範 圍’將2.61 g的0V2與0.56g的有機媒劑3 (0V3)(萜 品醇溶劑與二丁卡必醇之50/50摻合物）加入至646.7 g 的該預膏中並使用Dispermat®再次混合，以獲得該母料 膏A2。翌日使用Brookfield HADV-I Prime黏度計（具 22 201230068 有熱控小量樣品配件）在25°C下測量該母料膏A之黏 度’並發現其在10 rpm下為83 Pa.s。發現該母料膏a 之最終固體含量為74.6 wt%。 母料鋁膏Al、B、c、D與E之製備 使用類似程序以及不同之鋁粉末（A、B、C、D與 E)來製作其他母料膏（a卜b、C、D與E)。鋁粉末 A為空氣霧化之節狀鋁粉末，其平均粒徑為69微米； 鋁粉末B為氮霧化之球狀鋁粉末，其平均粒徑為62微 米，鋁粉末C為氮霧化之球狀鋁粉末，其平均粒徑為 7.3微米；鋁粉末D為氮霧化之球狀鋁粉末，其平均粒 位為2.9微米，铭粉末£為氮霧化之球狀紹粉末，其平 均粒徑為10·4微米。並且，使用不同之OV2與OV3量 以調整為最終固體含量與黏度^表〗歸納各式母料鋁膏 (Al ' A2、B、C、D 與 E)之組成。 表1 :母料紹膏之組成 母料膏 A1 A2 B C D E 鋁粉末 A A B C D E 在A1與OV1之預濕 A1漿體中的A1 Wt% 80% 80% 80% 84% 80% 80% 預濕A1漿體(g) 693.8 693.8 234.4 228.5 240.5 249.50 額外OV1 (g) 0 0 0 6.9 0 0 OV2 (g) 18.75 18.75 3.75 6.50 6.50 6.75 環氧化樹脂醆辛酯 (g) 3.75 3.75 1.25 1.30 1.30 1.36 油酸(g) 2.25 2.25 0.75 0.80 0.80 0.84 蝶/氫化萬麻油(g) 7.5 7.5 2.375 2.60 2.60 2.71 23 201230068 該母料膏中之最終固 體wt% 73.1% 74.6% 74.9% 76.3% 75.5% 75.8% 該母料膏之最終黏度 (Pas) 92 83 34 59 41 41 母料鋁膏F之製備 將來自 Microcircuit Materials, DuPont Inc. (Wilmington, DE)之商用鋁膏PV322 (5 g)與5 g的前述 OV2在2000 rpm下混合1分鐘，此混合係使用行星式 離心混合器THINKYARE-310,接著冷卻一段時間以達 環境溫度。各罐重複進行總共三次的離心混合與冷卻。 估計該母料膏F之最終固體含量為36.6 wt%。 添加劑銘膏之製備 在鋁膏組成物的製備中使用四種矽氧烷（Si、S2、 S3與S4)。該矽氧烷S1為聚(二甲基矽氧烷_共_甲基苯 基矽氧烷）（Dow Corning® 550流體（125 cSt))而該矽 氧燒S2為聚（甲基氫石夕氧院）（d〇w Corning® 1107流體 (30 cSt))’ 兩者皆得自 d〇w Chemical Company (Midland， MI)。該矽氧烷S3為75-85%乙基甲基矽氧烷與15—25% (α-甲基苯基乙基）甲基矽氧烷之共聚物(Gdest Apt213 (1，200_1，600 cSt))，得自 GELEST Inc (Morrisville, PA)。 该石夕氧院S4為聚二曱基矽氧烷（d〇w Corning® 200流 體，其有兩種黏度，10 cSt與looo cst )，得自 Sigma-Aldrich, Inc., Milwaukee, WI 〇 存在於上述各個矽氧烷中之矽原子數係估計如下： 24 201230068 針對該矽氧烷si (聚(二曱基矽氧烷-共-甲基苯基 石夕氧燒）），發現一種來自 Clearco Products (Bensalem, PA) 之等效產品PM-125(黏度為125 cSt)的分子量為2100。 假定21〇〇為S1之分子量並且其重複單元之平均分子量 為106，則估計S1具有約20個矽原子(n=2〇)。 針對該石夕氧烧S2 (聚（甲基氫石夕氧炫）），估計η為 37 ’ 此估計係基於在 Lipowitz, J. et al. Aldrichimica Acta, 1973, 6(1)·· p_ 1-6中針對聚（曱基氫矽氧烷）（黏度為3〇 cSt)所報導的n=37。 針對該矽氧烷S3與S4，先為該寡聚性與該聚合性 二甲基矽氧烷的密度與流動黏度間建立關係，此關係之 建立係基於Dow Corning所提供之S3與S4密度，以及 下列成果：Hunter, M.J. et al.，Journal of the American Chemical Society, 1946, 68: p. 2284-2290 ;以及 Fletcher, H.J. et al.5 Journal of the American Chemical Society, 1949, 71： p. 2918-2922. Kataoka, T. et al., Journal of
Polymer Science Part A-l，1967, 5: p. 3071-3089，兩者皆 報導了一系列聚二甲基矽氧烷之動態黏度與分子量，並 且將上述關係用來估計這些聚合物之密度從而流動黏 度。而後’建立分子量與流動黏度間之關係。以製造商 所列示的S3與S4黏度，將此關係用來估計分子量與 η。估計低黏度S4之分子量為1,200而η = 16，並且估 計高黏度S4之分子量為ι〇,000而η= 135。同樣地，估 計S3之分子量係在12,000-15,000之範圍，並且每重複 單元之平均分子量為106，則估計S3之η係在113-141 之範圍。 25 201230068 含以重量計3%矽氧烷si之例示性添加劑鋁膏組 成物（基於總非OV含量，在此例子中為A1與S1 )係 藉由下列方法製成，即使用THINKY離心混合器混合 0.339 g的矽氧烷S1與15.0 g的母料膏A1三次，每次 皆以2000 i*pm速度混合30秒鐘，混合間皆冷卻至環境 溫度。此例示性膏在本文中係稱為3 wt% S1添加劑膏 並且用於製造實例1與2之太陽能電池，如表2中所示。 針對本文中所用之所有膏組成物（用於製造太陽能 電池以測量電性能），該添加劑的wt%係基於該鋁膏組 成物之非ον含量。因此’在實例J中，該膏含有2 2 wt〇/o 的石夕氧炫S1 ’並且其A1:S1比例為97:3，或3.0 wt%矽 氧烷si，此係基於鋁與矽氧烷S1之總和；該膏在表2 中係表示為3 %矽氧烷S丨❶其他添加劑（例如焦磷酸鈣 與玻璃料）亦與魏院一同使用於紹膏組成物之製備。 为一 各Μ $ 1叶0.6%石夕氧烷S1之例示性添加劑鋁 膏組成物(基於總非OV含量，在此例子中為A1與S1 ) 係藉由下列方法製成，即使用ΤΗΐΝκγ離心混合器混 合3.00g的3祕81添加劑膏（製備如上）與以^ =母料fAl 一_人’每次皆以2_卿速度混合％秒 雀里此例示ϋ膏在本文中係稱為〇化添加劑膏並 且用於製造實例2之電池。 針對用於實例5之泳加 j义/4、加綃鋁膏，使用THINKY離 〜混s器混合57 mg的石夕氧燒si cn . d η η /軋沉S1、57 mg的經研磨
Ca^O7 (如下所述）、94 君 與25.0 mg的母料膏A2 : C (如下所製備） 叶霄A2 一 _人母次以2000 i*pm速度混 26 201230068 合30秒鐘’再使用高剪切混合器DISPERMET® TU-02 混合二-人，母次以1800 rpm至2200 rpm混合3分鐘。 用於實例15之添加劑鋁膏係藉由下列方式製造， 即使用THINKY離心混合器混合6 25 g的母料膏〇、 18.75 g的母料膏E與57 mg的矽氧烷si三次，每次以 2000 rpm速度混合30秒鐘，再以高剪切混合器 DISPERMET0 TU-02 混合三次’每次以 18〇〇 rpm 至 2200 rpm混合3分鐘。所得添加劑鋁膏而後成為25%的母料 膏D (使用鋁D)與75%母料膏E (使用鋁E)之混合 物。此例示性膏在本文中係稱為25D:75ES1添加劑膏。 同樣地，實例21之例示性膏（表2中稱為25A2:75B) 係使用25%的母料A2與75%的母料B。 使用類似程序以製造其他例示性紹膏，其包含一或 多種母料膏（A卜A2、B、C、D與E)、矽氧烷（S1、 S2或S3)與選擇性額外添加劑，如表2中所詳述者。 用於實例22中之添加劑鋁膏係藉由將5 g的PWAS 加入至1.87 g的S4 (黏度：1〇 cst)而製造，此加入係 使用高剪切混合器Dispermat® TU-02以2000 rpm混合 1分鐘以形成一預膏。而後使用THINKY離心混合器混 合該預膏與5.0 g的S4 (黏度：1〇〇〇 cst)三次，每次 以2000 速度混合6〇秒鐘，每次混合間皆冷卻一段 期間以達環境溫度。所得添加劑鋁膏包含以重量計5 8 % 矽氧烧84、8.4%〇乂1與33.7%鋁，此係基於總非0¥ 含量（在此例子中為A1與S4)。此例示性膏在本文中 係稱為58 wt% S4添加劑膏。 27 201230068 焦磷酸鈣(Ca2P207)之研磨 將得自 Sigma-Aldrich (St. Louis，MO, USA)之焦構 酸鈣（Ca2P207) (10 g)在罐磨機（US Stoneware，East Palestine, OH)上以80 rpm研磨70小時’此研磨係使用 26 g的異丙醇(IPA)與205 g的5 mm大小紀穩定化氧化 鍅（YSZ)研磨介質。將經研磨之焦磷酸鈣在離心機 (Swinging-bucket Damon IEC Model K, Thermo-Electron, Waltham，ΜA，USA)中以3000 rpm經90分鐘與異丙醇 分離。此粉末化之焦磷酸鈣係於真空烘箱中在環境溫度 下乾燥整夜。使用雷射光散射法（型號LA-910，Horiba Instruments; Irvine, CA)測量該焦構酸鈣粉末之粒徑並 且測得之（I50為0·8微米。 玻璃料製備 玻璃料(50 g)係藉由下列方式製成，即在鉑坩堝中 將氧化鉍(III) (23.1 g)、二氧化矽(8.89 g)、三氧化二硼 (7.9 g)、三氧化銻(6.20 g)與氧化鋅(3.91 g)之混合物加 熱至1400°C，此加熱係在空氣中於一箱式爐（CM Furnaces，Bloomfield，NJ)中進行。將液體由坩堝倒出至 金屬盤以使其驟冷^ XRD分析指出該玻璃料為非晶質。 使用5 mm YSZ球與罐磨機在IpA中研磨該玻璃料，將 微粒之dso降低為〇·53微米。
例不性太陽能電池1_21與比較性太陽能電池之形成a 與B 2& 201230068 例不性之太陽能電池係使用P型多晶矽晶圓起始 製造，該矽晶圓之平均厚度為150微米或165微米。該 石夕晶圓之基極電阻係數(base resistivity)為1 0hm/sq，射 極電阻係數(emitter resistivity)為65 〇hm/sq，並且該石夕 晶圓具有一含氫氮化矽(siNx:H)抗反射塗層，該塗層係 以電漿增強化學氣相沉積法(PECVD)形成。使用鑽石鋸 將152 mm X 152 mm矽晶圓切成較小的28 mm X 28 mm 晶圓，而後將其清潔。 母料鋁膏Al，A2與前述所製備之添加劑膏係使用 網版(Sefar Inc.，Depew, NY)及網版印刷機型號MSP 885 (Affiliated Manufacturers Inc.，North Branch，NJ)印刷至 該石夕晶圓之背側，該網版係具有26.99 mm x 26.99 mm 的正方形開口。用於印刷鋁膏之網版係使用8” χ 10，，框 架、在30。角之136微米直徑230網線以及13微米厚之 雙劑乳膠（聚乙酸乙烯/聚乙烯醇/重氮型(Sefar e_U))。 此沿著邊緣留下僅含矽（即不含鋁）之0.5 mm邊界。 各晶圓在鋁膏施用前與後皆進行秤重以測定矽晶圓上 所施用之鋁膏淨重。A1膏之濕重目標為55 mg，其在燒 製後產生5.6 mg Al/cm的A1負載。將該具有铭膏之衫r 晶圓在機械式對流烘箱（具有廢氣排出）中在l5(rc下 乾燥30分鐘，導致經乾燥膜厚為3〇 μιη。 而後，將銀膏 Solamet® PV159 (Ε. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington，DE)網版印刷在該 矽晶圓前表面之氮化矽層上，此印刷係使用8" χ 10"框 架（Sefar Inc.，Depew, NY)之網版與網版印刷機型號 MSP 485 (Affiliated Manufacturers Inc., North Branch, 29 201230068 Ί且在1MTC下在對流供箱中乾燥2〇分鐘以提供 微米厚銀柵極線與—匯流排。該經麻印刷之銀膏 具有十-條100微米寬度指狀電極/柵極線之圖案，註 栅極線連接至·接近該電池之—邊緣的125麵寬度匯 抓排。用於印觀銀膏之網版係使用在 30°之23微米直 徑325網線以及31微米厚之乳膠。 所有例示性與比較性太陽能電池皆以標示為 X1-X8之「系列」分成小組製造。在同一系列中，所有 的太陽戒電池皆以同—天之料與銀膏印刷（除了樣品 14之電池以外）’並且在同―天或晚—天一起燒製。 示於表2之比較例A、B與實例i_8及14的石夕晶圓 (具有印刷在其表面之與銀膏）係在汉爐pv州回 流烘箱(Radiant Technol〇gy c〇rp , Fullert〇n，CA)中燒 製’帶速為457公分/分鐘（或l8〇英忖/分鐘）。此爐具 。有八個加熱區間’並且使用的區間溫度為區間】在物 f，區間2在600Ϊ，區間3在65〇t，區間4在7〇〇 C ’區間5在80〇。(：，而最終加熱區間6設定為尖蜂溫 度fmax)在840-940Ϊ之範圍。晶圓用上33秒鐘通過二 有六個加熱區間’而在區間5與區間6各用上2.5秒鐘。 晶圓所達到之尖峰溫度係低於區間6所設定者，而在 740-840°C 之範圍。 在印刷與乾燥鋁與銀膏後，示於表2之實例9_13 與15-21的矽晶圓係在4區間爐(BTU International， N〇rth BiUerica，MA; Model PV309)中燒製，帶速為 221 公分鐘（或87英吋/分鐘），區間溫度設定為區間j 在61〇C ’區間2在610°C，區間3在585。(：，而最終 30 201230068 區間4設定為尖峰溫度(Tffiax)在86(TC至940°C之範圍。 晶圓用上5.2秒鐘通過區間4。 針對各爐，僅最後區間（IR爐為區間6而BTU爐 為區間4)之Tmax溫度有所變化並且在表2中係記述為 電池燒製溫度。矽晶圓（其具有經印刷與乾燥之鋁及銀 膏）在6區間與4區間爐中燒製後，經金屬化之晶圓轉 變為功能性之光伏打裝置。表2歸納所形成之例示性太 陽能電池(卜22)與比較性太陽能電池(A-B)，以及形成後 所測得之電性特徵。 表2 :使用含有或不含有添加劑之铭膏所^承之太陽能電池 實例編號 背側膏（wt%係基於總非0 V含量） S P 邂 母料與矽氧烷 其他添加香1丨 卜 〇 U 玻璃料 對照組A 膏A1 - - 900 1 膏A1 (具有3% S1 ) - 900 2 膏 A1 (具着 〇_6% S1 ) - 875 對照組B 膏A2 - 910 3 膏 A2 (具有：01% S1 ) - 860 4 膏 A2 (具有 0.3% S1) - - 885 5 膏 A2 (具有 0.3% S1) 0.3% 0.3% 860 6 膏 A2 (具有 0.3% S2) - 860 - 系列X4 7 膏 A2 (具有 0.3% S3) - 880 8 膏B (具有〇.l%Sl) - - 840 9 膏 A2 (具有 0.3% S1) 0.03 0.03 920 10 膏 A2 (具有 0.01% S1) 0.03 0.3 900 11 膏 A2 (具有 0.01% S1 ) 0.3 0.03 920 12 膏 A2 (具有 0.3% S1) 0.3 0.3 900 13 膏 A2 (具有 〇_〇6% S1 ) 0.1 0.1 900 14 膏 A2 (具有 0.06% S1 ) 0.1 _ 0.1 900 31 201230068 15 膏 25D:75E (具有 0 3% sn 900 16 膏 25D:75E (具有 0.3% S3、 935 17 膏 25D.75E (具有 〇 3% sn 0.3% 915 18 膏 25D:75E (具有 〇 3% 0.3% 915 19 膏A2 (具有0.3% sn 0.3% 915 20 膏 A2 (具有 0.3% S3 ) 0.3% 915 21 膏 25A2:75B (具有 0.3% S3) - 0.3% 915 例示性太陽能電池22與比較性太陽能電池c之形成 比較性太陽能電池C係藉由下列方式製造，即將該 母料鋁膏F網版印刷於一矽晶圓之背側，並且將一銀膏 Solamet® PV145 (E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington，DE)網版印刷於該矽晶圓前表面之氮化石夕 層上。此晶圓在本文中係稱為晶圓c。 同樣地，例示性太陽能電池22係藉由下列方式製 造，即使用前述程序將該58 wt°/〇 S4添加劑膏網版印刷 於一矽晶圓之背側，並將一銀膏S〇iamet® pvi45 (E. 1_ du Pont de Nemours and Company，Wilmington，DE)網版 印刷於該矽晶圓前表面之氮化矽層上。此晶圓在本文中 係稱為晶圓22。 A1膏之濕重目標為〜55 mg，其在燒製後估計產生 2.9 mg Al/cm2 的 A1 負載。 為使經印刷A1背接觸之泥裂現象(mud-cracking)最 小化’經印刷晶圓C與22係藉由將温度在60分鐘内緩 隍&升至150C而後在150°C下持温另外30分鐘而乾 燥。而後使經印刷與乾燥之晶圓C與22在快速熱處理 系統（Rapid Thermal Processing System, RTP-600S) (Modular Process Technology Corp·，San Jose，CA)中使 32 201230068 用下列溫度曲線燒製.在3〇秒鐘内由室溫(〜25。匸）加熱 至WC，在5峨下持温1〇秒鐘，在1〇秒鐘内提;^ 至74〇。(：的尖峰温度(Tmax)，在74〇ΐ下持温2秒鐘，最 後將電源關閉而冷卻至室溫以形成比較性太陽能電池 C與例示性太陽能電池2 2。在整個燒製循環中係使用環 境空氣氣氛。 以上製備之太陽能電池的電性性能評估 使用商用電流-電壓（JV)測試機sT_1000 (Telecom-STV Ltd.，Moscow, Russia)以執行多晶石夕光伏 打電池之效率量測。將兩個電性連接（—個用於電壓而 -個用於電流）形成於各個光伏打電池的頂部與底部。 使用瞬時光激發以避免加熱該矽光伏打電池，並且在標 準溫度條件(25C)下獲得jv肖線。具有一類似於太陽 光譜之光譜輸出的閃光燈從1 m之垂直距離照射該光 伏打電池。該閃光燈之功率維持恆定14微秒。在此段 期間’在樣品表面之強度（對外部太陽能電池作校正） 為1000 W/m2 (或1 Sun)。在此14微秒期間，該jV測 試機使該樣品上的人工電負載從短路變成開路。該JV 測試機記錄由光引發而通過該光伏打電池之電流以及 該光伏打電池之電壓，同時負載在所述負載範圍間變 化。藉由以電流乘上在各個電壓位準之電壓而得到之乘 積，即由此數據得到一功率對電壓之曲線。採用功率對 電壓曲線之最大值作為該太陽能電池之特徵輸出功 率，以計算太陽能電池效率。使此最大功率除以樣品面 積以得到在1 Sim強度下之最大功率密度。而後使此值 33 201230068 除以1000 W/m2的輸入強度以得到效率，而後此效率再 乘以100而用百分比效率呈現結果。其他值得注意之參 數亦由此相同的電流-電壓曲線獲得。特別值得注意的 是開路電壓（U。。，以mV表示，電流為零時之電壓）、 短路電流（Isc，以mA表示，電壓為零時之電流）以及 填充因子（FF，以％表示）。 各個鋁膏之效率典型在某一燒製溫度下會最大 化，而此燒製溫度對於不同之膏皆為不同。針對同一系 列中之各個膏，製成多個重複光伏打電池。而後將這些 光伏打電池分成3或4個小組，並且各個小組中之所有 光伏打電池（每個小組典型有3-6個晶圓）係在相同溫 度下燒製。不同小組之燒製溫度係以20-25°C之增量增 加。針對各個燒製溫度，測定小組中之光伏打電池的中 位數效率。選擇能提供給該鋁膏最高中位數效率之燒製 溫度並記述於表3。表3亦列出在所列示溫度下燒製之 電池Eff、U。。、Isc與FF的中位數值。 表3 :太陽能電池之電性性能 實例編號 背側膏（wt%係基於總非 OV含量） 該a 夺 中位數 Uoc (mV) 中位數 Isc (mA) 中位數 FF (%) 系列XI 對照組A 膏A1 14.20 600.0 247.0 74.5 1 膏A1 (具有3% S1) 14.29 600.0 244.0 76.4 系列X2 對照組B 膏A2 14.36 603.0 248.0 74.8 3 膏 A2 (具有 0.1% S1) 14.46 608.0 247.5 75.1 4 膏 A2 (具有 0.3%S1) 14.59 605.0 247.0 75.4 系列X3 5 膏 A2 (具有 0.3% S1、 14.97 603.0 256.0 75.7 34 201230068 0.3% Ca2P207 與 0.3%玻璃 料） 6 膏 A2 (具有 0.3% S2) 14.70 606.0 254.0 74.1 系列X4 7 膏 A2 (具有 0.3% S3) 14.75 605.0 246.0 77.3 系列X5 8 膏B (具有0.1% S1 ) 14.52 605.5 245.0 75.7 系列X6 9 膏 A2 (具有 0.3% S1、 0.03% Ca2P2〇7 與 0.03%玻 璃料） 14.86 608.0 249.0 76.1 10 膏 A2 (具有 0.01% S1、 0.03% Ca2P207 與 0.3%玻璃 料） 14.84 609.0 249.0 76.2 11 膏 A2 (具有 0.01% S1、 0.3% Ca2P207與 0.03%玻璃 料） 14.35 603.5 247.5 74.8 12 膏 A2(具有 0.3% S1、0.3% Ca2P207與0.3%玻璃料） 14.61 608.0 249.0 75.6 13 膏 A2(具有 0.06% Sl、0.1% Ca2P207與0.1%玻璃料） 14.70 610.5 249.0 75.9 14 膏 A2(具有 0.06% Sl、0.1% Ca2P207與0.1%玻璃料） 14.99 606.5 250.0 76.7 系列X7 15 膏 25D:75E(具有 0.3% S1 ) 14.05 599.0 239.0 75.5 16 膏 25D:75E(具有 0.3% S3) 14.05 600.0 242.0 74.3 系列X8 17 膏 25D:75E (具有 0.3% S1 與0.3%玻璃料） 14.49 604.0 240.5 77.7 18 膏 25D:75E (具有 0.3% S3 與0.3%玻璃料） 13.75 599.0 241.0 74.3 19 膏A2 (具有0.3% S1與 0.3%玻璃料） 14.51 605.5 243.5 77.0 20 膏A2 (具有0.3% S3與 0.3%玻璃料） 14.58 609.0 246.0 76.4 21 膏 25A2:75B(具有 0.3% S3 與0.3%玻璃料） 14.30 604.5 243.0 76.0 表3顯示在系列XI中，實例1與2之電池小組（使 用含矽氧烷S1之A1膏）會提供較比較例A (不含矽氧 35 201230068 烧）為高之效率。在這些電池中’其背側含有目視可見 之圓形A1節狀物，各節狀物皆明顯較膏中之原始州 微粒為大。_實例3叫錢域料纽並且衫 . 些例子中使用額外添加劑）並未顯示這些圓形紹節狀 物。在系列X2中，實例3與4之電池小組（使用含矽 氧燒Si之A丨膏形成）會提供具有較比較例b (不含石夕 氧炫> )為高之Eff與Uoe的電池。 使用實驗設計法以Minitab軟體分析實例9_13之中 :針對此三種添加劑⑶、泌與玻璃料) 二=紹之組合，彻S1與破璃料之主要效果為 增加效率而磷酸鹽之主要效果為降低效率。 ^出在不使用玻璃料並且使用該 25D.75E㈣，末混合物的情形下 :::::僅有微小差異或無差異。在使用= 會造成微小之效率差異，吏二同嫌僅 合物之組合則為例外，其會提供較低效率粉末混 太陽ϊΐϋ程序測量味性太陽能電池c與例示性 ㈣月匕電=22之電性性質。表4記述單電池之随、 36 201230068 實例編號 ^ 刃月匕 背側膏（wt%係基於總 非OV含量） C 膏F 22 鋁粉末A(具有58% S4) -电性伯 r~ —_, 's^ U〇c (mV) Isc (mA) ff (%) 鸯s 10.97 569.0 217.0 69.4 0 571-, 225.0 衣斗&踎禾清蹵顯示，含 形成具有類似或較佳電性性< ^’元S4之鋁膏可用: 於以商用罐成之太陽能;池，兩陽二=係♦ 鋁含量。尤其值得提出的是，存 ▲白3有頬似量， 不會帶來常造成Uoc與/或〜;低之發氧: 【圖式簡單說明】 圖1續示一梦晶圓之A|丨;# 區、一在前側之η型區 之背側。 4面圖，該矽晶圓包含_ p型 一 p-n接面與一相對於該前侧 圖2繪示一矽晶圓之剖面圖，該矽晶圓包含—在一 η型區上之抗反射塗層（ARC)。 圖3繪示一石夕晶圓之剖面圖’該石夕晶圓包含一設置 於一抗反射塗層（ARC)上之前側金屬膏層以及一設置於 一 p型區上之銘膏層。 圖4繪示一例示性太陽能電池之剖面圖。 圖1-4中所示之元件符號係說明如下： 100、200、300 :在不同太陽能電池製造階段下的 梦晶圓 37 201230068 400 :太陽能電池 101 :該矽晶圓之前側 401 :該太陽能電池之前側或向陽側 102、302 :該矽晶圓之背側 110、210、310、410 :該矽晶圓之p型區 115 : p-n 接面 120、220、320、420 :該矽晶圓之η型區 230、330、430 :抗反射塗層（ARC) 3 5 0 :前側金屬膏，例如銀膏 451 :金屬前電極（藉由燒製前側金屬膏而得） 360 :背側鋁膏 461 :鋁背電極（藉由燒製背側鋁膏而得） 440 : p+層 38 201230068 【主要元件符號說明】 100.. .矽晶圓 101.. .前側 102.. .背側 110.. .P 型區 115.. .p-n 接面 120·..η 型區 200.. .矽晶圓 210.. .Ρ 型區 220.. .η 型區 230.. .抗反射塗層 300.. .矽晶圓 301.. .前側 302.. .背側 310.. .Ρ 型區 320·..η 型區 330.. .抗反射塗層 350.. .前側金屬膏 360.. .背側鋁膏 400.. .太陽能電池 401.. .前側 410.. . ρ 型區 420.. .η 型區 430.. .抗反射塗層 440.. .ρ+層 451.. .金屬前電極 461.. .鋁背電極 39