TW201237944A - High fidelity doping paste and methods thereof - Google Patents
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.201237944 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 特別是一高保真度摻 本發明基本上關於半導體領域; 雜糊及其方法。 【先前技術】 半導體是現代電子產業的根本。半導體具有可在 狀態與絕緣狀態之間選擇性地變更和調控的物理特性,2 在最先進的電子裝置(如,電腦、手機、光伏電池等)中非常 重要。 15 傳統太陽能電池係藉由在矽基板上塗附一第一摻雜物 (作為吸極區(absorber region)),再藉由一氣相或液相^序使 —對應之第二摻雜物擴散於其上(作為射極區(emitter =g1〇n))以完成p_n接面而製成。金屬接點(metal c〇mact;係 指於射極區上的指狀電極和匯流條,以及吸極區背面上的 焊塾)可在增設保護層(passivation)及抗反射塗層 (antireflection coating)之後增設,以取得產生的電荷載體。 特別是’必須將射極區的摻雜物濃度最佳化,以用於匯集 載體並與金屬電極接觸。 在電場(或内建電位)中,傾向將接面之p型側的電子吸 弓丨進入η型區域(通常經磷摻雜),並由p型區域(通常經· 推雜)排斥;反之,在電場中,傾向將接面之η螌側的電洞 吸弓丨進入ρ型區域並由η型區域所排斥般而言’該η 型區域及/或該ρ型區域可分別包含不同程度的相對摻雜物 20 201237944 濃度(如,磷、砷、銻、硼、鋁、鎵等),而通常表示為η·、 π+ ' η++、ρ-、ρ+、p+十等。該内建電位及其產生的電場強 度基本上係取決於相鄰層之間的摻雜程度。 在許多太陽能電池構造中,依據基材的位置改變摻雜 5物的種類和濃度可能是有利的。舉例來說,就一選擇性射 極太陽能電池(selective emitter solar cell)而言,射極區中低 濃度的(置換型)摻雜物原子將造成低復合率 (recombination ;因此具有較高的太陽能電池效率)及與金屬 電極之間貧弱的電性接觸》相反地,高濃度的(置換型)摻雜 物原子會導致高復合率(因此降低太陽能電池的效率)及與 金屬電極之間的低電阻歐姆接觸(resistance 〇hmie contact)。有一種傳統上稱作雙摻雜(dual_d〇ped)射極區或選 擇性射極區(selective emitter)的解決方法,通常以在位於前 金屬電極組下的射極區設有相對高的摻雜物濃度,而在非 is位於前金屬電極組下的射極區設有相對低的摻雜物濃度的 方式,來組設該太陽能基材。差異化的摻雜方式對於需要 將摻雜物局部化(localized)的太陽能電池結構也是有利的, 例如背側接觸式太陽能電池(backside contact solar eell)。 請參第一圖,其顯示一傳統太陽能電池的簡易圖。一 般而言,一中度掺雜之擴散射極區1〇8通常係設置在一相 對輕度並經反摻雜(counter-doped)之擴散吸極區u〇之 土。此外,在沈積一氮化矽(SiNx)層體104於該基材前側之 前,將該金屬接點組形成於該矽基材110上並燒製於其中, 該金屬接點組包含前金屬接點102和背表面電場(back surface field,BSF) /背金屬接點 116。 25 .201237944 在二:見結構中’藉由將該經㈣雜之基材曝露於 氣化磷)環境中來形成一輕度n型擴散區域108(通 市稱為射極或場),以在晶圓的表面上形成磷矽玻璃 (phosphos山cate glass,PSG)。五氧化二磷(ph〇sph_ p entoxuie) ” _時會將_放至該基材並雜於 典型的化學反應係: [Equation 1A] [Equation IB] [Equation 2] 4削3⑷ + 302⑷-2桃(〇 + 6a2(ff) 2P2〇5(i)+SSi{s) 5Si'02(s)+4P(s)
Si + 02^ Si〇2 口口 :亥roci3環境通常包括:流經充滿液態p〇cl3之一擴散 1的氮氣’以及-經組設以與汽化之咖丨3反應形成沉積氣 (製程氣)的活性氧(職tive 〇2 gas)。一般而言,P2〇5變為游 離磷之還原作用係直接與可反應之矽原子成比例。 15 參第二圖,其顯示一選擇性射極區的簡化圖。通常來 說,一相對重度n型擴散區域(高摻雜濃度)214係形成於該 前金屬接點組202之下的射極區區域,而一相對輕度n型 擴散區域(低摻雜濃度)2〇8則通常形成於非位於該前金屬接 點組202之下的射極區區域。此外,在於該基材前侧上沈 2〇積氮化矽(SiNx)層204之前,將該金屬接點組形成於該矽基 材210上並燒製於其中’該金屬接點組係包含前金屬接點 202和背表面電場(BSF) /背金屬接點216。在一常見組態 中,輕度η型擴散區域2〇8(通常稱作射極區或場)係經由如 前所述般將該經硼摻雜之基材曝露於P〇Cl3而形成。 201237944 在於第一圖和第二圖之一替代結構中,係使用一摻雜 糊直接沈積於基材的表面上來形成(或部分形成)該擴散,而 不是透過一周圍氣體源(ambient gas source)來達成。通常來 說’一 η型或p型摻雜物來源係與某些種類的介質材料結 5合。該介質材料較佳地是可印刷的材料,其可使該摻雜物 來源在擴散過程中形成一沉積圖案,並可在擴散程序結束 之後輕易地移除。 η型摻雜糊可包括摻雜物前驅物,如η型液體(即,磷 酸[HsPO4]、有機磷酸鹽[〇=p(〇R)x(〇H)3 χ]等)、^型固體 ίο (即’ Ρ205、無機磷酸鹽[]^31>〇4、Α1ρ〇4等]、及磷化物[Α丨ρ、 Na〗P等])、及η型聚合物(即,聚填酸酯(p〇iyph〇Sph〇nate)、 聚磷睛(polyphosphazene)等)。 P型摻雜糊可包括摻雜物前驅物,如P型液體(即,硼 酸酯[B(0R)3])、p型固體(即,硼酸[B(〇H)3]、硼酸鹽 15 [NaB02、Na2B407、B2〇3])、p 型二元化合物(即,氮化硼 (boronitride)、碳化硼(b〇r〇n carbide)、矽化硼(boron silicide)、及元素)、及p型聚合物(即,聚硼嗪 (polyborazole)、有機蝴秒聚合物(〇rgan〇b〇r〇n siiic〇n polymers)等)〇 2〇 常見的介質材料的一個例子是二氧化矽溶膠凝膠 (silica sol-gel)。溶膠,通常係指於一液體中處於穩定懸浮狀 態的膠粒(2- 200 nm);而凝膠係指一多孔隙三維交聯固態 網絡,其穩定延伸於一液體介質中並受容器本身的體積所 侷限。 25 原則上’溶勝凝膠所衍生之玻璃形成製程(the sol-gel 201237944 derived glass formation process)首先涉及烴氧化物的水解作 用(形成溶膠),再來涉及氫氧基團的聚縮合反應(成膠作 用)。就一具有通式8丨(011)4且R代表烷基鏈的矽烴氧化物 而言,該些反應可表示如下: 5 [水解作用]
Si(0R)4 + H20 (H0)Si(0R)3 + R-OH
[Equation 3] [縮合反應]
(HO)Si(OR)3 + Si(0R)4 ^ (R0)3Si-0-Si(0R)3 + R-OH 10 [Equation 4] (OR)3Si(OH) + (HO)Si(OR)3 — (R0)3Si-0_Si(0R)3 + H20 [Equation 5] 舉例來說,一溶膠凝膠懸浮液(含矽烷氧化物)可與一五 15氧化二構(P2〇5)的n型前驅物結合,例如磷酸(h3P〇4)、有 機攝酸鹽(0=P(0R)x(0H)3_x)等。同樣地,在p型摻雜的狀況 中,該溶膠凝膠懸浮液可與一三氧化二硼(B2〇3)的p型前驅 物結合,例如硼酸(B(〇H)3)、硼烷氧化物出(〇尺)3)等。於高 溫烘烤(200C < Tbake < 500C)下經縮合反應形成的經摻雜 2〇之矽玻璃(磷矽酸鹽玻璃(PSG)及硼矽酸鹽玻璃(BSG)分別用 於η型及p型摻雜)可用於後續的摻雜物擴散程序。 然而,由於經摻雜之矽玻璃具有相對低的玻璃轉換溫 度,使用溶膠凝膠摻雜糊對於選擇性摻雜而言可能會有問 201237944 題。此外,隨著摻雜物濃度的增加而伴隨著二氧化矽層中 原子無序性(atomic disorder)的增加,該玻璃轉換溫度又傾 向更加顯著地降低。參見 j.w· Morris,Jr,Chapter 5: Giasses,
Engineering 45 Notes, Fall 1995, UC Berkele。 5 以傳統摻雜糊所製得的經摻雜矽玻璃的玻璃轉換溫 度,基本上是低於將該摻雜物驅入矽基材所需的溫度。因 此,在高溫處理的過程中,該經摻雜之矽玻璃容易產生回 流,而造成摻雜物來源在其表面上散開。對於在大基材表 面上進行覆蓋摻雜(blanket doping)的情況而言,這樣的情況 未必有害(或許甚至是有利),但對於形成高保真度摻雜區域 的狀況,例如,需要在前金屬指狀電極的下方形成一歐姆 接觸’使用製成矽玻璃的摻雜製程卻是有害的。 此外,許多傳統的溶膠凝膠摻雜糊具有未達最佳狀態 的,版印刷特性。本質上而言,為了使具有高印刷解析^ 之高量(high-volume)太陽能電池的生產得以商業化,使 用於網版印刷機具的摻雜糊必須是—非牛頓系統之剪切稀 化流體(non-Newtonian shear-thinning fluid)。非牛頓系統节 體係指其黏度非以單一常數定義的流體。剪切稀化流^係 指其黏度會隨著剪力之增加而減少的流體。 ' 20 因此’ 5玄換雜糊在南剪切率時必須具有相對低的黏 度’以使其通過印刷模具,同時在沈積之前及之後(低剪切 率或零剪切率)則必須具有相對高的黏度,以分別使其不會 溢出該網版或該基材的表面。然而,許多典型的凝膠溶膠 摻雜糊展現類牛頓流體的特性,意即它們不是黏度過高而 25不能有效地通過印刷模具,就是點度不足以避免溢出,這 8 201237944 樣的狀況就是所謂低保真度的;冗_胃#。 綜上所述,亟需一種其破螭轉溫 雜溫度(doping temperature)的摻雜糊、。 ;其摻
L發明内答J 本發明的-個實施態樣係關於—種高 糊(High Fidelity Doping Paste ;抑摻雜糊)。該高保 雜物糊包括-溶劑、-分散於該溶劑中的非玻璃基質= 組(non-glass matrix particle)、及一摻雜物。 丁 10 【實施方式】 本發明將藉由參考數個配合其圖式的較佳實施 描述其細節。在以下描述中,將敘述許多特定細節;^供 對於本發明透徹地了解。然而,熟習此領域者顯然可以理 I5解,本發明當可在不採用某些或全部該等特定細節的狀況 下實行。此外’為了不與本發明產生混淆,將不會於此詳 細地描述已習知的製程步驟及/或結構。 、 在較佳的情況中,可在該基材上形成一高保真度的摻 雜圖案,該高保真度摻雜糊包括一掺雜糊來源(前驅物)以及 2〇 一具有高熔點(即,實質上較擴散溫度來得高)的基質粒子 組。在一結構中,該基質粒子組包含非玻璃形成粒子。’ 在另一結構中,該基質粒子組係分散於一沸點高於2〇〇 &C的溶劑中。該溶劑的例子包括:具有線形或環形結構的 溶劑、具有飽和或不飽和烴結構的溶劑、烴基溶劑(即二烧、 201237944 烯、炔)、醇、硫醇、醚、酯、醛、鲷或其組合之溶劑。 在另一結構中’該基質粒子組的平均直徑係小於25微 米。在另一結構中,另將一黏著劑添加入該溶劑中。在另 一結構中,該黏著劑係為聚丙稀酸酯(poly aery late)、聚縮酸 5 (polyacetal)、聚乙烯(poly vinyl)、纖維素、及其共聚物之其 中一種。 一般而言,典型摻雜物的驅入溫度(drive in temperature,即,驅使對應之摻雜物進入基材中以於結晶矽 中形成置換式鍵結的溫度)係界於800°C與1050°C之間。據 ίο此,該非玻璃基質材料的熔點應高於1050°C,以使擴散程 序中沉積圖案的形狀和解析度變化降到最低。非玻璃基質 粒子的例子包括陶瓷(即,Al2〇3、MgO、Ce02、Ti02、Y2〇3、 ZnO、Zr02、Zr02_3、Y2〇3)、鎢及碳化鎢、元素化合物如碳 15 如前所述,添加一摻雜物前驅物對於非玻璃基質粒子 之熔點的影響極微。舉例來說,結晶矽具有約1440°C的高 熔點,添加硼直至其固體溶解度上限僅會使熔點降低約 50~80°C(R W. Olesinski and G.J. Abbaschian, The B-Si System, Bull. Alloy. Phase Diagrams^ 5 (no. 5), 1984, 2〇 p478-484; A,I. Zaitsev and A.A. Koentsov, Thermodynamic Properties and Phase Equilibria in the Si-B System J. Phase 22(no. 2),2001,pl26-135)。同樣地,將磷原子併入 於矽基材基質中(再次達到固體溶解度的極限)傾向使熔 點降低至 1180°C (R.W. Olesinski,N. Kanani,G.J. Abbaschian, 25 The P-Si System, Bull. Alloy Phase Diagrams 6 (no. 3), 201237944 1985)。
.二/’二A〜三D圖顯示的一組簡單示意圖,其係比 較一組經摻雜之破璃粒子(如習用掺雜糊中所採用者)與本 發明之含石夕油墨的高保真度摻雜糊在一石夕基材上的回流現 ίο象。通常來說’-碎油墨即係一非牛頓系統之石夕奈米粒子 膠態懸浮液。申請於20〇9年6月29日,發明名稱為 Sub Critical Shear Thinning Group IV Based Nanoparticle Fluid的美國專利申請號第12/493 946號載有更多細節,其 揭示之所有内容係併入於本發明說明書中做為參考資料。 15 第三A圖比較一組經摻雜之玻璃的回流角對回流溫 度的變化。回流溫度是以。C表示並顯示於水平軸302,而回 流角則顯示於垂直軸。在沉積的時候,回流角係形成於 液體之空氣-玻璃交界及玻璃·基材交界。依照定義,當液體 散開時’相對之回流角P便會減小。 2〇 經摻雜之矽玻璃經沉積之後,接著由約810°C至約890 。(:加熱。第一矽玻璃3〇8含有5%的磷及3%的硼。第二矽 玻璃310含有5%的磷及4%的硼。第三矽玻璃312含有5% 的磷及5%的硼。如圖中可見,在810°C至約890°C的回流 範圍間的任何溫度下’高摻雜物濃度對應於較小的回流角 11 201237944 φ。意即該基材上的浸潤及圖形保真度(pattern fidelity)的劣 化都較為顯著。 第三B圖係比較依據本發明精神之同一組經摻雜石夕油 墨之玻璃的標準化線寬(normalized line width)。藉由回流角 5導出標準化線寬的内容係描述於後續的第三C圖。 第一矽玻璃328含有5%的磷及3%的硼。第二石夕玻璃 330含有5%的磷及4%的硼。第三矽玻璃332含有5%的碟 及5%的硼。此外,矽油墨326含有10%的磷之摻雜物濃度。 如第三A圖中所示,在8HTC至約890Ϊ的回流範圍内 1〇的任何溫度下,該組玻璃中具有較高摻雜物濃度者相對在 標準化線寬中具有較高的差異。然而,採用此一有利的方 式時’在相同溫度範圍下,該矽油墨326的標準化線寬未 顯示有實質的變化。
第三C-D圖推導自回流角換算標準化線寬。請參酌J E 15 T〇ng 等.,Solid State Tech.,Jan 1984, pl61。一般而 t,一,,冗 積液滴344,如一沉積糊或矽油墨,可模型化為一^柱體的 側切面342。下述推導過程顯示自第三A圖之回流角少換算 出第三Β圖之標準化線寬314的過程。 將沉積液的形狀模型化為一圓柱體的切面,便可計算 20出半經R。 12 .201237944 A = jiR2 · = aR4 (R-k) x ^ R sin a
/1 = fR'Jlwg (w-ftK _ g2 sm g-c〇s a ~~ 2 )二 * 2 ^ = R2 sin 〇c cos <x 5 A
R 5= R « /?2 - R2sin 〇c cos 〇c▽2 n〇ccos〇t) sm〇ccos( sin a =(— iinoccos* *2 · sin a [Equation 6A ] [Equation 6B) [Equation 6C] [Equation 6D] (Equation 6E] [Equation 6F] [Equation 6G] 流變性比較(RHEOLOGY COMPARISON) 實驗1 組比較習用摻雜糊與本發明之高保 參第4A-B圖,係一 真度摻雜糊的簡化圖表。 15 20 明之η ^圖顯示一㈣Fem)捧雜糊4〇6(玻璃質)及一本發 剪切油墨類高保真度摻雜糊綱(非玻璃f)的黏度與 示於水平鉦比。以1/SeC為單位之剪切率的L〇g值402係顯 404則顯示於2 Γ =位、於25°c量得之黏度的Log值 質奈米粒#軸。黏度係量測為剪切率的函數以顯示石夕 習用摻雜糊If摻雜糊之流動行為的影響。如圖中所見, 出典型的近牛因為溶膠粒子較少的表面交互作用而表示 該液體的季頓系:統行為(near-Newtonian behavior)。因此, 油墨類高二度隨著剪切率的變化而輕微地改變。然而,矽 阿’、真度摻雜糊基於其顯著的粒子之間的交互作 13 201237944 強的剪。增 ,刷特徵在目標表面上散r此較二 5 15 、、由黑^5,示使用相_版沉積f用FenO摻雜糊及石夕 换呆真度摻_後的線寬4G3。兩個P型基材在進行 積之前’.取缝酸/氫⑽混合物清潔。兩 =雜糊係以-開口為i 7 5 μ m的網版遮罩來進行沉積,再 ' 〇C下烘烤3分鐘以除去溶劑並使沉積之摻雜糊緻密化 (densify)。如圖中可見,該高保真度換雜糊因為較強的剪切 稀化行為而可相較於習用摻雜糊沉積為一較小且乾淨的線 寬。習用摻雜糊的中央線寬約為365 μιη,相對於高保真度 摻雜糊的中央線寬則為224 μπι。與Ι75μιη的焊指開口 (finger opening)相比,高保真度摻雜糊會散開約5〇μιη, 而習用摻雜糊則散開達190 μπι。 實驗2 第5圖比較在不同製程階段中,一習用摻雜糊(請參 Matthew Edwards,y, Jonathan Booking, Jeffrey E. Cotter and 20 Neil Bennett; Prog. Photovolt: Res. Appl. 16 (1) pp 31.45, 2008)以及一本發明之n型尚保真度摻雜糊在ISO粗縫化基 材(ISO textured substrate)上的平均線寬。 習用摻雜物糊係以400 μπι的網版開口(504a)來印刷, 產生約為520 μπι (506a)的線寬,接著於300°C下烘烤1〜2 201237944 分鐘的時間週期以去除溶劑並使沉積之糊體緻密化,產生 之線寬為約570 μπι (508a),其較所使用之網版遮罩的開口 增加了約40%。該習用摻雜物糊並於95〇。匸下加熱9〇分鐘 已使該摻雜物擴散進入基材,此階段處理之後產生約87〇 5 μιη (510a)的摻雜物線寬,是原始網版開口的217 5%。 在使用尚保真度摻雜糊的測試中,使用一開口為175 μηι (504b)的網版遮罩來沉積該糊體,其產生的沉積線寬為 約=20μιη (506b),約增加20%。該高保真度摻雜糊接著於 200 C下供烤3分鐘以去除溶劑並使沉積之糊體緻密化。然 10而產生之線寬仍維持在較該網版之開口大約2〇%(5〇8b)e 然後將該高保真度摻雜物糊於95(rc下加熱9〇分鐘以使該 換雜物擴散進入基材。比較先前的結果,與習用推雜糊不 同的是,產生的線寬維持在約為該網版遮罩之開口的12〇% 15 摻雜比較 保真度摻雜糊用於背對背摻雜物擴散 第六圖顯示以高 結構之簡單示意圖。 20 矽基材604係以-背對背結構垂直放置,以使 =境下摻雜糊揮發產生之摻_氣_造成的影響降到= =该p型矽基材604係垂直且背對背地放置於一水 =的,管中二於乂環境中藉著—對應基材 = 盍该沉積之Ferro摻雜糊及高保真度摻雜糊6〇6。 覆 15 201237944 實驗3 請參第七圖係比較在一組(2 ohm-cm/180 μηι /經損傷層 姓刻)p型矽基材上,根據本發明之高保真度摻雜糊和一 Ferro η型摻雜糊的片電阻(sheet resistance)之一簡單示意 5圖。本發明之發明人相信Ferro摻雜糊的摻雜型態與絕大多 數摻雜糊的型態實質上是相似的。 β亥南保真度推雜糊的製備係:在一松香醇溶劑 (terpineol sol vent)中含有1.5 wt%乙基纖維素黏著劑及8wt〇/0 矽奈米粒子的矽奈米粒子糊中添加10%的磷酸,並接著使 ίο其於一行星式授摔機(planetary mixer)徹底混合。該習用摻 雜糊(Ferro)在使用上並未進行任何成分上的調整。該組p 型基材在進行摻雜糊沉積之前,係經氫氟酸/氫氣酸混合物 清潔。 該Ferro摻雜糊及該高保真度摻雜糊係分別沉積於三個 is獨立的基材小組上。沉積有該高保真度摻雜糊的基材小組 接著在N2環境中、200°c下烘烤3分鐘,以使該薄膜硬化並 使該磷酸脫水。所有基材小組接著在處於N2環境中的石英 管中加熱30分鐘以驅入該含磷摻雜物:一第一小組係於86〇 。(:下加熱;一第二小組係於900°C下加熱;一第三小組係於 2〇 1000°C下加熱。所有基材小組爾後以二氧化矽蝕刻液(B0E) 清潔10分鐘,且以4點探針(4-point probe)量測油墨區域的 片電陴。4點探針本質上藉由輸入一高阻抗電流源通過其外 側的兩個探針並量測其内側兩個探針之間的電壓來測定一 樣本的電阻。 201237944 在860 C之驅入溫度處理下,該具Ferro摻雜糊的基材 的片電阻為約330 ohm/sq,而具高保真度摻雜糊的基材的片 電阻為約237 ohm/sq。在900°C之驅入溫度處理下,該具 Ferro摻雜糊的基材的片電阻為約372 〇hm/sq,而具高保^ 度摻雜糊的基材的片電阻為約161 〇hm/sq。此外,在1〇〇〇 C之驅入溫度處理下,該具Ferr〇摻雜糊的基材的片電阻為 約224 ohm/sq,而具高保真度摻雜糊的基材的片電阻為約 75 ohm/sq。可見在任何所使用的溫度下,皆具有較低的片 t阻,因而驅入了較高的摻雜物濃度進入該基材。 請參第八圖,係依據本發明比較在一組(2 〇hm_cm/18〇 μηι /經損傷層餘刻)p型石夕基材上的多種β高保真度換雜 糊結構的片電阻之一簡單示意圖。 15 片電阻(ohm/sc〇8〇2係顯示於垂直轴,而曝露度8〇4、 摻雜濃度(%)806、及驅入溫度⑻咖則顯示於水平軸。 如刖所述’尚保真度摻雜糊的製備係·在一松香醇溶 齊二含有1.5 Wt%乙基纖維素黏著劑及8wt%矽奈米粒子的 =米粒子糊中添加5、1G、或18%的雜,並接著使其於 星式麟機混合。該習用摻雜在使用上 订任何成分上的調整。 氡妒材在進行摻雜糊沉積之前,係經氫敗酸/氫 土材、組接著係在處於N2環境中的石英管 20 201237944 中加熱以使該磷酸脫水,並驅入該含磷摻雜物。經覆蓋之 晶圓係以如第六圖所示之背對背結構放置於受熱的石英管 中。經曝露之晶圓則以其油墨區域直接曝露於乂環境的方 式放置於受熱的石英管中。 5 在驅入溫度為860°C且含磷摻雜濃度為5%的組別中, 基材的曝露片電阻(exposed sheet resistance)約為267 〇hm/sq ’而基材的覆蓋片電阻(covered sheet resistance)則約 為 162 ohm/sq。 在驅入溫度為860°C且含鱗摻雜濃度為10%的組別 ίο中,基材的曝露片電阻約為237 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為127 ohm/sq。 在驅入溫度為860Ϊ且含磷摻雜濃度為18%的組別 中’基材的曝露片電阻約為126 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為83 ohm/sq。 15 在驅入溫度為900°C且含破掺雜濃度為5%的組別中, 基材的曝露片電阻約為198 ohm/sq,而經基材的覆蓋片電阻 則約為 112 ohm/sq。 在驅入溫度為900°C且含_摻雜漢度為10%的組別 中,基材的曝露片電阻約為160 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 2〇 阻則約為89 ohm/sq。 在驅入溫度為900°C且含磷摻雜濃度為18%的組別 中,基材的曝露片電阻約為89 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為57 ohm/sq。 18 201237944 在驅入溫度為1000<t且含 中,基材的曝露片電_為114 ^雜濃度為5%的組別 阻則約為42 〇hm/Sq。 nm/sq,而基材的覆蓋片電 在驅入溫度為1〇〇(rc且含 中,基材的曝露片電阻約為75 ;雜濃度為10%的組別 阻則約為52 〇hm/Sq。 m/scl ’而基材的覆蓋片電 阻則約為:二電阻約為360hm/sq ’而基材的覆蓋片電 可見在任何所使用的溫度下,皆具有較低的片電阻, 因而驅入了較高的摻雜物濃度進入該基材。 實驗5 清參第九A-B圖’係依據本發明,比較在一組(2 is ohm-cm/180 μιη /經損傷層蝕刻)n型矽基材上的多種p型(棚) 高保真度摻雜糊結構的片電阻之簡單示意圖。第九A圖顯 示以對數級數表示的數據,而第九B圖顯示以線性級數表 示的數據。 片電阻(ohm/sq)902係顯示於垂直軸,而曝露度904、 2〇摻雜濃度(%)906、及驅入溫度(°C)908則顯示於水平轴。 高保真度摻雜糊的製備係:在一松香醇溶劑中含有1.5 wt %乙基纖維素黏著劑及8 w t %矽奈米粒子的矽奈米粒子糊 中添加5、10、或19%的觸酸三乙醋(Triethyl borate),並接 201237944 著使其於一行星式攪拌機混合。該習用摻雜糊$灯叩 用 上則未進行任何成分上的調整。 本實驗製備了三種不同蝴濃度的高保真度摻雜糊 (5%、10%、及19%)。該組n型基材在進行摻雜糊沉積之前, 係經氫氟酸/氫氯酸混合物清潔。該基材小組接著於2〇〇£>c 下烘烤3分鐘以使該薄膜硬化。所有基材小組接著係在處 於N2環境中的石英管中加熱30分鐘,以使驅入該含硼摻雜 物0 y 在驅入溫度為860°C且含硼摻雜濃度為5%的組別中, 1〇基材的曝露片電阻約為1588 ohm/sq’而覆蓋處理之基材的 片電阻則約為431 ohm/sq。 在驅入溫度為860°C且含硼摻雜濃度為1〇%的組別 中,基材的曝露片電阻約為889 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為268 ohm/sq。 15 在驅入溫度為860°C且含硼摻雜濃度為^❶/。的組別 中,基材的曝露片電阻約為629 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為247 ohm/sq。 在驅入溫度為900°C且含硼摻雜濃度為5%的組別中, 基材的曝露片電阻約為1232 ohm/sq,而基材的覆蓋片電阻 2〇 則約為 231 ohm/sq 〇 在驅入溫度為900°C且含硼摻雜濃度為10%的組別 中,基材的曝露片電阻約為603 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為171 ohm/sq。 .201237944 中 I驅入溫度為900¾且含硼摻雜濃度為19%的組別 =人溫度為麵。(:且含师雜濃度為5%的組別 :貝^的曝露片電阻約為653 ohm/sq,而基材的覆蓋片電 阻則約為58 ohm/sq。 在驅入溫度為1000°C且含硼摻雜濃度為1〇%的组別 中,基材的曝露片電阻約為279 ohm/sq,而基材的覆篕片雷 阻則約為43ohm/sq。 扪復盍月冤 在驅入溫度為1000X:且含硼摻雜濃度為19%的組別 中’基材的曝露片電阻約為105 〇hm/Sq,而基材的霜荖 阻則約為43ohm/sq。 ㈣復盍片電 可見在任何所使用的溫度下,皆具有較低的片電阻, 因而驅入了較高的摻雜物濃度進入該基材。 15 20 於此次示範性地描述的發明内容可在缺乏未明確於此 揭示的任一或某些特徵、任一限制條件或某些限制條件的 狀況下照常實行。因此,舉例來說,「包含」、「包括」、「人 有」等詞彙應做廣泛性且不加限制地解讀。此外,於此3 採用的詞彙及表達方式係用於描述而非進行限制,且並非 意圖以該些詞彙及表達方式來排除於此所顯示之特徵 描述之部件的均等範圍,反而是應當理解在所請發明 圍内仍可能存在有多種變化。 、& 因此,可理解的是,雖然本發明已藉由較佳實施雜 及選擇性特徵於此詳細地描述,所屬領域具有通常知&者 21
I 201237944 =針對於此㈣之發明進行調整、 调整、改良及變化仍認為係屬於本路良^變化,而該等 書所提供的材料、方法及例子係作明的範疇内。此說明 表物’其係屬示範性質, 而非意圖=實施態樣中的代 制。 成為本發明範圍上的限 所屬領域具有通常知識者應可 有可能的目的,尤其是為了提供書解為因應任一或所 所揭露的所有範圍,也應當包^任面描述,於本說明書中 及其次範圍的組合。同時應可輕易二及所有可能的次範圍 能充分描述,並可將該相^範 f認所有列出的範圍係 分、三等份、四等分、五等分笼ϋ至少相等之二等 :係為:限制性之例示,可輕易將各分== 下、二分之一左右及三分之一 刀驭一刀之以 識者也可理解所有例如「至f、「:丨所屬領域具有通常知 15 20 25 及其類似的詞彙包括所記載的」數2、大:」、「小於」、 述地書I丨合兔苴Ann ll , 且代表之範圍可如前所 述地劃刀為其錢圍。❹卜,「摻雜物或 雜物或經反摻雜」之詞囊係代矣 &祕^」 夕 &。1 係代表一組摻雜物及其反摻雜 0创"〜雜物是P型,則該對應摻雜物便 疋二二更步除非特別敘明,摻雜物的型態也可 。「此外’該矽基材可以是單晶質或多晶質之任 -種。並J·,纽摻雜」係指—缺乏摻雜物的材料。如本 文所述_子及咖分子可以是環形、線職分支型。 更甚之’本發明可以運用於其他太陽能電池結構,如 於西元2008年2月π日申請之美國專利申請號第 12/029,838 號’發明名稱「Methods and Apparatus for Creating 22 .201237944 =〇ns〇naSub_」所揭示者,其所有揭露内容係併入 本發明做為參考資料。如同個別公開資料、 =利或其他文件係明確且個別地載明係併入於此做 ί考資料,所有於本說明書中提到的公開資料、專利申^ =、核准專利或其他文件皆視為併人於此做為參考資料: ϊ =為參考⑽社章巾的定Α如果與本㈣所記裁者 有所違背,則其應被排除。 戰考 在本發明的揭露内容中,除非特別限定,否則「一 代表「一個或多個」。所有於此引用的專利、申請案、丄 10貝料及公開資料皆以其完整内容倂入本說明書中,其你 同其個別地被併入作為參考資料般。此外,字囊「級' 表一或多個項目或物體的集合。 、、且」代 本發明的優點包括一高保真度摻雜糊,其係最佳 、 供經由網版印刷而應用於太陽能電池的高產能製程。 乂 15 本發明的示範性及最佳實施態樣皆已揭示,所屬> 、 具有通常知識者自可據此進行調整與變化而仍屬,於=領, 求項所載之本發明的標的與精神中。 列請 20 23 201237944 【圖式簡單說明】 本發明係示範性地、非限制性地描述於此圖式及其所 附之圖表,並且於其中相似的標號代表相似的元件,其中: 第一圖顯示一習用太陽能電池的簡單示意圖。 5 第二圖顯示一選擇性射極太陽能電池的簡單示意圖。 第三A-D圖顯示比較一組經摻雜之玻璃與一矽油墨在 一石夕基材上的回流現象之簡單示意圖,其。 第四A-B圖係比較使用相同網版沉積後,一習用η型 摻雜糊及一本發明之η型高保真度摻雜糊的黏度對剪切 ίο 率、及所產生的線寬。 第五圖係比較一習用摻雜糊及一本發明之η型高保真 度摻雜糊的線寬。 第六圖係依據本發明,顯示以高保真度摻雜糊用於背 對背摻雜物擴散結構之簡單示意圖。 15 第七圖係依據本發明,比較在一組ρ型矽基材上,一 HF摻雜糊與一習用η型摻雜糊的片電阻。 第八圖係依據本發明,比較在一組ρ型矽基材上,多 種HF含磷摻雜糊結構的片電阻。 第九Α-Β圖係依據本發明,比較在一組η型矽基材上, 2〇多種HF含硼摻雜糊結構的片電阻。 24 201237944 【主要元件符號說明】 102— ---刖金屬接點 104— …氮化矽(SiNx)層 108— …擴散射極區 5 110— ·--擴散吸極區 116— …背表面電場/背金屬接點 202— _*··則金屬接點組 204— …氮化矽(SiNx)層 208— …輕度η型擴散區域 10 210— 夕基材 214— …重度η型擴散區域 216— …背表面電場/背金屬接點 302— ---水平轴 308-- …第一矽玻璃 15 310— …第二矽玻璃 312— …第三矽玻璃 314— …標準化線寬 326— ---碎油墨 328— ---第一矽玻璃 20 330— ---第二矽玻璃 332— …第三矽玻璃 342— ---圓柱體的側切面 344— …沉積液滴 402— …剪切率的Log值 25 403 — •—線寬 25 201237944 404.....黏度的Log值 406.....η型Ferro摻雜糊 408-----η型矽油墨類高保真度摻雜糊 502……線寬 5 504a.....開口 504b……開口 506a.....線寬 506b……線寬 508a……線寬 ίο 508b.....線寬 510a……線寬 510b線寬 604.....碎基材 606-----高保真度摻雜糊 15 702……片電阻 708……驅入溫度 802……片電阻 804……曝露度 806…摻雜濃度 2〇 808……驅入溫度 902……片電阻 904……曝露度 906…摻雜濃度 908……驅入溫度 26 25
Claims (1)
- 201237944 七、申請專利範圍: 1. 一種高保真度摻雜物糊,其包含: 一溶劑; 摻雜物 2.如申請專利範圍第1項所述之高减度摻雜物糊, 前述溶劑是一沸點高K20(rc的有機溶劑。 /、 3·=申請專職圍第1項所述之高保真度摻雜物糊 前述溶劑包括:具線形或環形結構之溶劑卞 =基,溶劑、烴基溶劑(即,烧、稀'块d 醇醚、酉曰、酿、酮、或其組合之溶劑之其中一種 I 項所述之高保真度捧雜物糊,其進 15 20 6' 及其共聚物之其中_^ 聚縮聚乙歸、纖維素、 7. ===1 子r:之高保真度摻雜物物,其中 素化合物,子組包括至少-陶究化合物及4 前心im#摻雜物蝴,其中 疋 Al2〇3、MgO、Ce02、ή〇2、 27 201237944 ZnO 、Zr02、Ζγ02·3、γ2〇3 之其中一 種 9. = = = =度摻雜物糊,Μ 10· ^申請專利第!項所述之高保真度摻雜 物是η型摻雜物前驅物及p型摻雜物前驅物之 11·=請專利範圍第1G項所述之高保真度摻雜物糊, 中别述η型摻雜物前驅物是n型液體、n 型聚合物之其中一種。 口體、及 ίο 12·如:請專利範圍帛u項所述之高保真度摻雜物糊 中前述η型液體是HJO4及0=P(0R)x(0H)3 χ之 二 錄。 六Τ — 13. 如:請專利範圍第u項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述 η 型固體是 p2〇5、Na3p〇4、A1P04、A1P 及 Na p 15 之其中一種。 3 14. 如:請專利範圍第u項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述n型聚合物是聚磷酸酯及聚磷睛之其中一種。 15·如:請專利範圍第10項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述P型摻雜物前驅物是p型液體、p型固體、P型 2〇 二元化合物、及P型聚合物之其中一種。 16. 如申請專利範圍第15項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述P型液體是B(OR)3。 17. 如申請專利範圍第15項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述 p 型固體是 B(0H)3,NaB02、Na2B407、及 b2〇3 28 201237944 之其中一種。 18.如申請專利範圍第15項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述P型二元化合物是氮化硼、碳化硼、矽化硼及硼 元素之其中一種。 5 19,如申請專利範圍第15項所述之高保真度摻雜物糊,其 中前述P型聚合物是聚硼嗪及有機硼矽化物之其中一 種。 29
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