TW201300341A - 陶瓷含硼摻雜糊及用於其之方法 - Google Patents

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Abstract

所揭露的為一種陶瓷含硼摻雜劑糊狀物。該陶瓷含硼摻雜劑糊狀物進一步包含一組溶劑、一組分散在該組溶劑中的陶瓷粒子、一組分散在該組溶劑中的硼化合物粒子及一組溶解在該組溶劑中的黏合劑分子。其中，該陶瓷含硼摻雜劑糊狀物具有在約0.01與約1之間的剪切稀化冪律指數n。

Description

陶瓷含硼摻雜糊及用於其之方法
本揭露一般係關於p-n接面及特別關於一陶瓷含硼摻雜糊及用於其之方法。
太陽能電池將太陽能直接轉化為DC電能。一般係配置成光電二極體，其允許光穿透至金屬接點的鄰近使得所產生的帶電載子(電子或電洞(缺乏電子))可被提取為電流。且類似大部分其他二極體，光電二極體係藉由將p型與n型半導體組合形成接面而形成。
然後在電場(或內建電位)內之接面p型側的電子可被吸引至n型區(通常摻雜有磷)及從p型區(通常摻雜有硼)排斥，而在電場內之接面n型側的電洞可然後被吸引至p型區及從n型區排斥。n型區及/或p型區一般可各自分別地包含不同程度的相對摻雜劑濃度，常顯示為n-、n+、n++、p-、p+、p++等。該內建電位及因此的電場強度一般根據在二相鄰層間的摻雜程度而定。
現在參考圖1，顯示一習用太陽能電池的簡化圖解。一般來說，一適度摻雜擴散射極區108一般形成於相對輕且經反摻雜擴散區之吸收器區110之上。此外，在基板前側沉積氮化矽(SiNx)層104之前，使該組金屬接點(包含前側金屬接點102及背面電場(BSF)/背金屬接點116)形成並燒結至矽基板110。
在常見的配置中，一光n型經磷摻雜擴散區108(一般稱為射極或場)，係藉由將經硼摻雜基板暴露於POCl3 (磷醯氯)環境以在晶圓表面形成磷矽酸鹽玻璃(PSG)而形成。藉由矽將五氧化二磷還原釋出磷至基板主體中並將其摻雜。該反應典型為：4POCl 3(g)+3O 2(g) → 2P 2 O 5(l)+6Cl 2(g) [方程式1A]
2P 2 O 5(l)+5Si (s) → 5SiO 2(s)+4P (s) [方程式1B]
Si+O 2 → SiO 2 [方程式2]
POCl3環境典型包括氮氣(N2氣體)及反應性氧氣(反應性O2氣體)，該氮氣流經填充有液體POCl3之起泡器及該氧氣經配置以與汽化的POCl3反應形成沉積(加工)氣體。一般來說，將P2O5還原以游離磷係與Si原子的可得性直接成比例。
在擴散製程期間，將基板以每槽二基板載進一背對背配置或每槽單一晶圓之配置使得暴露於爐環境的所有基板表面皆經磷摻雜。
在將氮化矽(SiNx)層104沉積在基板前側之前，藉由將經摻雜的矽基板暴露於蝕刻劑(例如氫氟酸(HF))而將POCl3沉積製程期間形成於基板表面的剩餘表面玻璃(PSG)移除。然後該組金屬接點(包含前側金屬接點102及BSF(背面電場)/背金屬接點116)依序形成並接著燒結至經摻雜矽基板110。
該前側金屬接點102通常係藉由使Ag(銀)糊狀物沉積而形成，該糊狀物包含Ag粉末(約70至約80 wt%(重量百分比))、硼矽鉛玻璃(玻料)PbO-B2O3-SiO2(約1至約10 wt%)及有機組分(約15至約30 wt%)。在沉積之後，將糊狀物在低溫乾燥以移除有機溶劑並在高溫燒結以形成導電金屬層及啟用矽-金屬接點。
BSF/背金屬接點116一般由鋁形成(在p型基板的例子中)且經配置以創造排斥的電位障壁並因此將少數載子後部表面覆合的影響最小化。此外，Ag墊[未顯示]一般施用至BSF/背金屬接點116以幫助互連至模組的焊接。
然而，出於多種理由，使用鋁亦可能是有問題的。由於在矽晶圓與鋁層之間的熱膨脹錯置，鋁BSF傾向引起太陽能電池翹曲，其導致在接下來的製造製程中的困難及因為破裂增加而使產率降低。鋁對不能被晶圓吸收的紅光亦為不良的反射器，減少了太陽能電池的效率。此外，鋁一般對基板後部表面提供次優鈍化。
一個解決方案可為以更具有反射性及較佳鈍化層置換全面鋁以減少帶電載子覆合並增加長波長光的吸收。此外，亦可使後部金屬接點區域減少以進一步優化帶電載子覆合。
配置有此構造的太陽能電池通常稱為PERC(鈍化射極及後部電池)，新南威爾斯大學(University of New South Wales)在1989年首度提出該構造[A.W.Blakers,et al.,Applied Physics Letters,55(1989)1363-1365]。在 該研究中裝配的裝置使用經重度摻雜之基板以及許多昂貴的加工步驟，這不兼容於高生產量的製造。此電池構造的其他版本之後被提出為進一步增加效率的選擇。其中最值得注意的是PERL(鈍化射極後部局部擴散)[A.Wang,et al.J.Appl.phys.Lett.57,602,(1990)]、PERT(鈍化射極，後部全擴散)[J.Zhao,A.Wang,P.P.Altermatt,M.A.Green,J.P.Rakotoniaina and O.Breitenstein,29th IEEE Photovoltaic Specialist Conference,New Orleans,p.218,(2002)]及PERF(鈍化射極後部浮動接面)電池[P.P.Altermatt,et al.J.Appl.phys.80(6),September 1996,pp.3574-3586]。類似於原本的PERC電池，製造這些構造是昂貴的。由於這些電池的提出，已進行許多嚐試發展工業可行的方法以做出這些電池。
在一替代的配置中，在晶圓前側的選擇性射極太陽能電池構造可用來進一步優化太陽能電池效率。選擇性射極使用一第一輕摻雜區，其針對低覆合優化，及一第二重摻雜區(具有相同的摻雜劑類型)，其針對低電阻歐姆金屬接點優化。
現在參考圖2，顯示一太陽能電池的簡化圖，該太陽能電池在具有n+(經磷摻雜)射極區220的p-(經硼摻雜)基板210具有後部鈍化及減少的後部區域金屬接點。
此處，一組前側金屬接點222穿過前側表面SiNx層219連接至n+射極區220以形成一歐姆接點。SiNx層219一般經配置以鈍化前側表面以及使從太陽能電池頂側表面的光反射最小化。
類似地，該組背金屬接點216穿過背側表面鈍化層214(例如SiNx)與基板210連接以一形成歐姆接點。
然而，此構造的太陽能電池轉化效率亦會是個問題。舉例來說，直接接觸弱摻雜底晶圓的金屬層的存在將傾向導致高接點電阻(亦即非歐姆接點)。此外，在n+層212(POCl3擴散製程的副產物)與該組背金屬接點216之間的直接接觸亦將傾向導致分路接面，其將進一步減少裝置效率。
一種解決方案可為使用摻雜糊以在n+層212及該組背金屬接點216之間形成局部p+(重摻雜)區以使不利的分路最小化。然而使用習用的摻雜劑糊狀物也會有問題因為其一般由SiO2基質組成並添加含有化合物的摻雜劑(參見美國專利第4,104,091號及美國專利第6,695,903號)。
除了不利的自動摻雜(創造了揮發性摻雜劑物種，其摻雜了意圖的沉積區域外之非所欲的表面區域)，習用的摻雜糊一般不能遮蔽環境POCl3(缺乏此將會反摻雜局部區至一不利的n型並因此分路)。
鑑於上述情形，對於一摻雜糊有需求，該摻雜糊對高溫氧化製程(例如POCl3擴散製程)是有彈性的，能夠遮蔽環境POCl3且兼容HF系的酸清潔化學品。
在一實施例中，本發明關於一陶瓷含硼摻雜劑糊狀物。該陶瓷含硼摻雜劑糊狀物進一步包含一組溶劑、一組分散在該組溶劑中的陶瓷粒子、一組分散在該組溶劑 中的硼化合物粒子及一組溶解在該組溶劑中的黏合劑分子。其中，該陶瓷含硼摻雜劑糊狀物具有在約0.01與約1之間的剪切稀化冪律指數n。
本發明現在將參考如例示說明於隨附繪圖之其一些較佳實施例而被詳細地敘述。在以下敘述中，闡述許多具體細節以提供本發明的詳盡理解。然而對本技術領域中的技藝人士而言本發明很明顯地可在沒有該些具體細節的一些或全部下實施。在其他的例子中，熟知的製程步驟及/或結構未被詳細地描述以不要非必要地掩蓋本發明。
如先前所述，避免全面鋁BSF的太陽能電池構造可藉由對晶圓主體給予低電阻及低覆合接點而提供高效率。然而，該配置對製造也會有問題因為直接接觸弱摻雜底晶圓的金屬層之存在將傾向導致一非歐姆接點。此外，在一形成的n+層(為POCl3擴散製程的結果)及該組背金屬接點之間的直接接觸亦將傾向導致進一步減少裝置效率的分路接面。
在一個有利的方式中，藉由利用根據本發明之陶瓷含硼摻雜糊在金屬層及底晶圓之間的p+(重摻雜)區，可在後部金屬電極216及基板210之間形成合意的(非分路)歐姆接點。
相對於習用的摻雜糊，陶瓷含硼摻雜糊傾向對高溫氧化製程(常與摻雜劑擴散製程有關)是有彈性的，傾向遮蔽環境POCl3(缺乏此將會反摻雜局部區至一不利的n 型並因此分路)且可兼容以HF系的酸性清潔化學品，該化學品典型用在摻雜劑沉積之後，高溫擴散製程之前(因為一般沒有氧化矽)。沉積陶瓷含硼摻雜糊的方法包括但不限於網板印刷、滾軸塗布、槽模塗布、凹版印刷、快乾鼓印刷及噴墨印刷方法等。
現在參考圖3A及B，顯示根據本發明之不同太陽能電池配置的一組圖解，其中陶瓷含硼摻雜糊可用來在後部金屬電極與基板之間配置一合意的(非分路)歐姆接點。
圖3A顯示一根據本發明之太陽能電池配置，其中一用陶瓷含硼摻雜糊形成之p+全面BSF形成一具有該組後部金屬接點之非分路歐姆接點。如先前所述，在基板後部上p+層的存在將會實質減少對n+及p-層的直接金屬接觸之不利影響。
此處，一組前側金屬接點333穿過前側表面SiNx層319連接至n+射極區330以形成一歐姆接點。SiNx層319一般經配置以鈍化前側表面以及使自太陽能電池的頂表面的光反射最小化。在一替代配置中，將SiNx層319以介電鈍化(例如SiOx或SiOx/SiNx多層)置換。
相對於圖2，一組背金屬接點316穿過背表面鈍化層314(例如SiNx)及全面BSF 313與基板310連接以形成非分路歐姆接點。在一替代配置中，將SiNx層314以介電鈍化(例如SiOx或SiOx/SiNx多層)置換。
圖3B顯示一根據本發明之太陽能電池配置，其中一用陶瓷含硼摻雜糊形成之p+局部化BSF形成一具有該組後部金屬接點之非分路歐姆接點。
此處，一組前側金屬接點322穿過前側表面SiNx層319連接至n+射極區320以形成一歐姆接點。SiNx層319一般經配置以鈍化前側表面以及使自太陽能電池的頂表面的光反射最小化。
相對於圖2，一組背金屬接點316穿過背表面鈍化層314(例如SiNx)及局部化BSF 323與基板310連接以形成非分路歐姆接點。此外，一在POCl3擴散製程期間創造之剩餘的n+浮動接面(只要其未提供至n+射極區320之分路徑)幫助減少帶電載子覆合。[C.B.Honsberg,Solar Energy Materials and Solar Cells 34,Issues 1-4,1 September 1994,Pages 117-123]。
如上所述，有數種方法將陶瓷含硼摻雜糊沉積。網板印刷尤其合意用於將糊狀物沉積因為其常用於太陽能電池製造前側與後部金屬糊狀物的沉積。且就像金屬糊狀物，陶瓷含硼摻雜糊必須配置為非牛頓流體或剪切稀化流體。
非牛頓流體指稱一種流體，其流動性質並非藉由黏度或流動阻力的單一常數值而描述。剪切稀化指稱一種流體，其黏度隨著剪切速率增加而減少。一般而言，在膠態懸浮液中會觀察到剪切稀化行為，其中在粒子與其表面基團之間的弱靜水壓及靜電交互作用傾向增加在非動力領域的黏度。添加相對小的剪切力克服了靜水壓交互作用並因此傾向減少流體的黏度。
因此，在高剪切速率下，糊狀物的黏度必須相對低以通過網板圖案，但在沉積(在低或零剪切速率下)之前及之後必須相對高以分別不衝過網板或在基板表面。
剪切稀化一般為在流體中粒子對粒子交互作用的結果。對於相同的固體負載，具有表面基團的粒子表面官能化增加了粒子間的交互作用導致較強的剪切稀化行為。
對剪切稀化流體而言，其黏度會與剪切速率以冪律或奧士華(Ostwald)流變模型相關： 其中η=黏度；=剪切速率；K=一致性係數；及n為冪律指數(或速率指數)。
因此，方程式4可同時將二邊取自然對數而重寫
描繪黏度的對數對剪切速率的對數將導出一條直線，具有(n-1)的斜率，這對應了流體的剪切稀化。一般而言，對於剪切稀化流體0<n<1，較小的n值具有較強的剪切稀化行為。
針對接觸矽基板之熱穩定所度選擇的耐火陶瓷基質可與硼摻雜來源組合以形成陶瓷含硼摻雜糊。在高溫 擴散製程期間，硼被允許擴散至基板，而環境磷被陶瓷材料阻擋。
雖然多種陶瓷材料具有兼容於擴散製程的熔點，一較小的次集合兼容於矽基板，因為在高溫與矽接觸之氧化材料中的一些會被還原而引入雜質至晶圓中。埃林漢圖解係用來決定哪種材料將不會與下方的晶圓反應。
埃林漢圖原來發展來尋找還原重要金屬礦石的所需條件，其可顯示對於各種反應(包括不同金屬的氧化)之吉布斯自由能(△G)關於溫度的變化。吉布斯自由能一般為系統做非機械功的能力及G量測其所做之非機械功。
方程式6顯示當金屬氧化物被放置與矽基板接觸時可發生還原反應。此反應將導致注射金屬雜質至晶圓內導致不良的裝置性能：MO 2+Si → M+SiO 2 △G [方程式6]
MO 2 → M+O 2 △G 1 [方程式7A]
Si+O 2 → SiO 2 △G 2 [方程式7B]
顯示於方程式6之反應可被分成顯示於方程式7A及7B的二個半反應的總和。方程式7A可被重寫為方程式7C以符合氧化反應的典型形式： M+O 2 → MO 2 -△G 1 [方程式7C]
顯示於方程式6的總反應之吉布斯自由能然後將為△G=-△G 1+△G 2。只有導致正△G的金屬是可接受的，因為這些反應將不會發生。可從埃林漢圖解識別兼容這些要求的金屬。
參考圖4，其顯示根據本發明簡化的埃林漢圖解。對多種氧化反應，吉布斯自由能(-△G 1)的變化(kJ/mol)係延著垂直軸304顯示，同時該反應溫度(°K)係沿著水平軸302顯示。
參考該圖，相較於矽的氧化，在自由能導致較強還原的氧化物(亦即在SiO2繪線414下方)在高溫接觸矽是熱力學穩定的，因為如方程式6所述其導致正△G。因此，沒有金屬雜質(其會降解晶圓的少數載子生命週期)將被引入晶圓主體內。適當的陶瓷材料包括(TiO2)416、氧化鋁(Al2O3)418、氧化鎂(MgO)420及氧化鈣(CaO)422及其組合。
因為與矽晶圓的反應是有利的，所以具有在414上方之繪線的材料是不適當的，例如氧化鐵(406)、氧化鉻(408)及氧化錳(410)。
除了根據埃林漢圖選擇的適當陶瓷材料外，數種其他二元金屬氧化物已藉由替代的熱力學分析而識別且 包括Li2O、BeO、SrO、Sc2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Ce2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、EuO、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、ThO2、UO2、ZrO2、Ta2O5、SiO2及HfO2。(K.J.Hubbard and D.G.Schlom,Thermodynamic stability of binary metal oxides in contact with Silicon,J.Mater.Reasearch,v 11(11),1996)。
額外的陶瓷材料包括但不限於：金屬碳化物(MCx)、金屬氮化物(MNx)、金屬矽酸鹽(MSiOx)、SiO2及C。
對硼摻雜劑本身而言，適當的固體摻雜劑來源應經配置以傳送足夠的摻雜劑，同時使矽基板的汙染最小化。舉例而言，適當的摻雜劑包括氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、碳化硼(B4C)及任一種相的矽化硼(BxSi)，其中x=2、3、4、6，及其他形成矽兼容的二元氧化物之金屬的硼化物，例如TiBx、MgBx、HfBx、GdBx、LaBx、ZrBx、TaBx、CeBx、C及其混合物。額外的硼摻雜劑包括元素硼、硼粉末、經硼摻雜的Si粉末、B-C-Si組成物、MOx-B2O3及其混合物。B-C-Si組成物包括但不限於：Bx>0.9Siy<0.1Cz<0.1。
在一配置中，陶瓷材料及硼摻雜劑來源係分散在一組溶劑中，例如醇類、醛類、酮類、羧酸類、酯類、胺類、有機矽氧烷、鹵化烴類及其他烴類溶劑。此外，可將該組溶劑混合以優化物性，例如黏度、密度、極性等。
此外，為了優化用於網板印刷之糊狀物的黏彈性行為，添加一組高分子量(HMW)聚合物分子(稱做黏合 劑)。該黏合劑是聚丙烯酸酯、聚縮醛與其衍生物、聚乙烯、纖維素(包括其醚類與酯類)及其共聚物中的一種。
在一替代配置中，可將陶瓷材料的粒子表面以配位基或加蓋劑(capping agent)處理以分散在一組溶劑中並使剪切稀化行為優化。一般來說，加蓋劑或配位基為接合至在一多原子分子實體中的一「中心原子」之一組原子或原子基團。加蓋劑係針對其將連接之下表面所未擁有的某些性質或功能而選擇。
參考圖5，顯示針對根據本發明之二種含硼摻雜糊的黏度圖。
二組含硼摻雜糊皆藉由將含硼粒子及金屬氧化物粒子的混合物分散在乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)與75.5%(wt)萜品醇溶劑的溶液中而產生。
在水平軸502上顯示剪切速率(RPM)的對數，同時在垂直軸504上顯示在25℃的對應黏度(公泊(cP))(如在布氏黏度計上量測的)的對數。
繪線506由乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及81.5%(wt)萜品醇溶劑的溶液中之5%(wt.)矽化硼及12%(wt)氧化鋁粉末的混合物組成。利用方程式5將黏度曲線的形狀配適，斜率-0.687對應n為0.313。如前所述，斜率等於n-1。
繪線508由乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及75.5%(wt)萜品醇溶劑的溶液中之5%(wt.)碳化硼及18%(wt)二氧化鈦粉末的混合物組成。利用方程式5將黏度曲線的形狀配適，斜率-0.6561對應n為0.3439。
利用方程式5將黏度曲線的形狀配適顯示對二種調配物而言，當冪律指數在n=0.3及n=0.35之間時，指示在流體中高度剪切稀化如同施用了剪切力，使其與網板印刷兼容。一般來說，根據上述方程式5，n在約0.01及約1.0之間是較佳的，n在約0.2及約0.8之間是更佳的，及n在約0.325之間是最佳的。
現在參考圖6，一簡化圖顯示根據本發明在擴散區的多數載子類型及濃度之展佈電阻圖繪線。在垂直軸604上為載子濃度(cm-3)及在水平軸602上為從n型(經磷摻雜)基板表面量測的深度。
將一含硼摻雜糊(由乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及75.5%(wt)萜品醇溶劑之溶液中的5%(wt.)碳化硼及18%(wt)二氧化鈦粉末的混合物組成)沉積在n型基板(先前已在HF溶液中清潔)上。
在印刷之後，將晶圓在含有氮氣的環境，在烘箱中於70℃乾燥30分鐘以移除溶劑。
下一步，於約室溫，使n型基板暴露於HF/HCl約6：1混合物經約2分鐘以減少表面汙染。
下一步，將n型基板放置在擴散爐中並在N2環境於約900℃加熱經約60分鐘以擴散p型摻雜劑至n型基板中，其接著磨一斜面(beveled)來產生展佈電阻圖繪線。
將約5 mV的偏壓施加至二個碳化鎢探針尖端，其放在離經摻雜n型基板約20 um。在沿著斜面的各量測之間，將探針提高及指引順著斜面往下的預決定距離。
如圖6所示，由於擴散製程，硼摻雜劑已從經印刷之陶瓷含硼摻雜糊擴散至n型矽晶圓內，導致一大概0.3微米的p-n接面深度(對矽太陽能電池形成適當接點的可接受深度)。電活性硼原子在基板表面的峰濃度大概2*1020(1/cm3)，符合在擴散溫度，硼在矽中的固體溶解度。
現在參考圖7，顯示根據本發明之二種陶瓷含硼摻雜劑產生的n型基板內的硼摻雜劑擴散之簡化圖。垂直軸702顯示量測的薄片電阻(歐姆/平方)，針對在已沉積的陶瓷含硼摻雜糊下之基板區域與針對場區域(亦即無印刷含硼摻雜糊之區域)量測。
沉積在n型基板714上的第一陶瓷含硼摻雜糊706(對應於圖5中之繪線506)係由乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及81.5%(wt)萜品醇溶劑之溶液中的5%(wt.)矽化硼及12%(wt)氧化鋁粉末的混合物組成。
沉積在n型基板716上的第二陶瓷含硼摻雜糊710(對應於圖5中之繪線508)係由乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及75.5%(wt)萜品醇溶劑之溶液中的5%(wt.)碳化硼及18%(wt)二氧化鈦粉末的混合物組成。
將各陶瓷含硼摻雜糊沉積至n型矽基板(先前已在HF溶液中清潔)。在沉積之後，將基板在烘箱中於70℃乾燥30分鐘以移除溶劑。然後將基板浸入稀HF：HCl混合物水溶液以減少表面汙染。在DI水潤洗及乾燥之後，將基板在熱壁擴散管在惰性環境於900℃加熱一小時。
然後使用薄片電阻四點探針量測法量測在陶瓷含硼摻雜糊下之摻雜與未印刷場區域。
參考基板714，在陶瓷含硼摻雜糊下之區實質為p型，具有在約60歐姆/平方及約80歐姆/平方之間與平均約70歐姆/平方的電阻。對應n型晶圓的主體，場區708實質為n型，具有在約100歐姆/平方及約275歐姆/平方之間，平均約180歐姆/平方之更為較高的電阻。
參考基板716，在陶瓷含硼摻雜糊下之區實質為p型，具有在約70歐姆/平方及約90歐姆/平方之間與平均約80歐姆/平方的電阻。對應n型晶圓的主體，在場區708下之區實質為n型，具有在約125歐姆/平方及約375歐姆/平方之間，平均約225歐姆/平方之遠較高的電阻。
因此，顯示陶瓷含硼糊狀物係以硼(p型)摻雜劑反摻雜n型基板。
現在參考圖8，顯示根據本發明在一n型基板上同時硼摻雜劑擴散(以含硼摻雜糊產生)及磷摻雜劑擴散(以POCl3製程產生)之簡化圖解。
垂直軸802顯示量測的薄片電阻(歐姆/平方)，針對在已沉積的陶瓷含硼摻雜糊下基板區域與針對場區域(亦即無沉積含硼摻雜糊之區域)量測。
沉積在n型基板814上的第一含硼摻雜糊806(對應於圖5中之繪線506)係由於乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及81.5%(wt)萜品醇溶劑之溶液中的5%(wt.)矽化硼及12%(wt)氧化鋁粉末的混合物組成。
沉積在n型基板816上的第二含硼摻雜糊810(對應於圖5中之繪線508)係由於乙基纖維素黏合劑1.5%(wt)及75.5%(wt)萜品醇溶劑之溶液中的5%(wt.)碳化硼及18%(wt)二氧化鈦粉末的混合物組成。
將各含硼糊狀物網板印刷至n型矽基板(先前已在HF溶液中清潔)上。在沉積之後，將基板在烘箱中在70℃下乾燥30分鐘以移除溶劑。然後將基板浸入稀HF：HCl混合物水溶液以減少表面汙染。
在DI水潤洗及乾燥之後，將基板在熱壁擴散管在惰性環境在900℃下加熱一小時接著在配有將POCl3、N2及O2氛圍之擴散爐中，在約850℃之溫度下，將基板暴露於磷(n型)摻雜劑源約60分鐘。接著藉由5分鐘的BOE清潔步驟將在基板表面上之剩餘的PSG玻璃層移除。
然後使用薄片電阻四點探針量測法量測在含硼糊狀物印刷區下之摻雜及未針對POCl3暴露藉由糊狀物進行保護之場區域。多數載子類型使用熱探針量測法測定。
參考基板814及816，雖然基板暴露於POCl3，在含硼糊狀物下之區仍然實質為p型，具有在約70歐姆/平方及約90歐姆/平方之間，平均約80歐姆/平方的電阻。在場808下之區實質為n型，具有在約25歐姆/平方及約35歐姆/平方之間，平均約30歐姆/平方之較低的電阻(因為POCl3的擴散製程)。
因此，顯示含硼糊狀物皆正在反摻雜n型基板，並阻擋POCl3擴散製程期間產生之環境磷。
現在參考圖9，顯示用於製造根據本發明之含硼摻雜糊的簡化樣品製程。在步驟902中，使含硼粒子與一可選的分散劑與第一組溶劑組合成為第一混合物。在步驟904中，將陶瓷粒子與第二組溶劑組合成為第二混合物。在步驟906中，將黏合劑與第三組溶劑組合成為第三混合物。最後在908，將第一、第二及第三混合物組合然後混合及研磨。
例示說明敘述於本文之本發明可適當地在沒有未具體揭露在本文之元件或限制下實施。因此，舉例而言，術語「包含」、「包括」、「含有」等應被寬泛地理解而沒有限制。此外，本文採用之術語及表達係用做為敘述的術語而沒有限制，且沒有意圖在使用該術語或表達時排除所顯示與敘述之特徵的均等物或其部分，但認定各種修改都可能在本發明請求的範疇內。
因此應理解雖然本發明已藉由較佳實施例及可選的特徵被具體的揭露，但在本技術領域中的技藝人士可訴求本文揭露之發明的修改、改良及變化且該修改、改良及變化被認為在本發明之範疇內。此處提供之材料、方法及實例為較佳實施例的代表，是示例性的且不意圖限制本發明之範疇。
如本技術領域中的技藝人士所將理解的，出於任何及所有目的，尤其在提供書面敘述方面，本文揭露的所有範圍亦涵蓋任何及所有可能的次範圍及其次範圍的組合。任何所列出的範圍可容易地被辨識為充分地描述並能夠將相同的範圍分成至少相等的一半、三等分、四等分、五等分、十等分等。作為一非限制實例，本文討 論的各範圍可容易地分成較少的三分之一份、中間的三分之一份及較多的三分之一份等。如本技術領域中的技藝人士將亦所理解的，所有語言，例如「至多」、「至少」、「高於」、「低於」及類似者包括所記載的數目及適用於如上討論可被接著分成次範圍之範圍。此外，術語「摻雜劑或摻雜」及「反摻雜劑或反摻雜」指稱一組相反類型的摻雜劑。亦即，如果摻雜劑為p型，然後反摻雜劑就為n型。更進一步，除非另有情況否則摻雜劑類型可交換。此外，矽基板可為單晶型或多晶型。
在本說明書中提及的所有出版品、專利申請案、核准的專利及其他文件係以引用方式併入本文，猶如各個別出版品、專利申請案、核准的專利或其他文件係具體地及個別地表示為以其整體以引用方式併入。只要以引用方式併入的文本中所含有的定義與本揭露的定義相反，該定義將被排除。
出於本揭露的目的及除非另外指明，「一」意謂「一或多」。本文談及之所有專利、申請案、文獻及出版品係以其整體相同的程度以引用方式併入猶如其係個別地以引用方式併入。此外，詞組指稱一或多個項目或物體之集合。
本發明之優點包括一摻雜糊，其對高溫氧化製程(例如POCl3擴散製程)是有彈性的，能夠遮蔽環境POCl3且兼容HF系的酸清潔化學品。
已揭露例示性實施例及最佳模式，可對所揭露的實施例進行修改或變化同時維持在有下列申請專利範圍定義之本發明的標的及精神內。
102‧‧‧接點
104‧‧‧層
108‧‧‧區
110‧‧‧基板或區
116‧‧‧接點
210‧‧‧基板
212‧‧‧層
214‧‧‧層
216‧‧‧接點
218‧‧‧文中未提及
219‧‧‧層
220‧‧‧區
222‧‧‧接點
310‧‧‧基板
313‧‧‧BSF
314‧‧‧層
316‧‧‧接點
318‧‧‧文中未提及
319‧‧‧層
322‧‧‧接點圖中未列出
323‧‧‧BSF
330‧‧‧區
333‧‧‧接點
402‧‧‧水平軸說明書提及時為302
404‧‧‧垂直軸說明書提及時為304
406‧‧‧氧化鐵
408‧‧‧氧化鉻
410‧‧‧氧化鎂
412‧‧‧文中未提及
414‧‧‧繪線
416‧‧‧二氧化鈦
418‧‧‧氧化鋁
420‧‧‧氧化鎂
422‧‧‧氧化鈣
502‧‧‧水平軸
504‧‧‧垂直軸
506‧‧‧繪線
508‧‧‧繪線
602‧‧‧水平軸
604‧‧‧垂直軸
702‧‧‧垂直軸
706‧‧‧糊
708‧‧‧區
710‧‧‧糊
712‧‧‧文中未提及
714‧‧‧基板
716‧‧‧基板
718‧‧‧文中未提及
720‧‧‧文中未提及
722‧‧‧文中未提及
724‧‧‧文中未提及
802‧‧‧垂直軸
806‧‧‧糊
808‧‧‧場
810‧‧‧糊
814‧‧‧基板
816‧‧‧基板
818‧‧‧文中未提及
820‧‧‧文中未提及
822‧‧‧文中未提及
824‧‧‧文中未提及
902‧‧‧步驟
904‧‧‧步驟
906‧‧‧步驟
909‧‧‧步驟
本發明在隨附繪製的圖中，藉由實例的方式例示說明，而非限制的方式且其中相似的參照號指稱類似的元件，且其中：圖1顯示傳統前側接點太陽能電池的簡化圖；圖2顯示一太陽能電池的簡化圖，該太陽能電池在具有n+(經磷摻雜)射極區的p-(經硼摻雜)基板上具有後部鈍化及減少的後部區域金屬接點。
圖3A及B顯示根據本發明之不同太陽能電池配置的一組圖，其中陶瓷含硼摻雜糊可用來在後部金屬電極與基板之間配置一合意的(非分路)歐姆接點；圖4顯示根據本發明之簡化的埃林漢(Ellingham)圖；圖5顯示針對根據本發明之二種含硼摻雜糊的黏度圖；圖6顯示一簡化圖解，其顯示根據本發明在擴散區的多數載子類型及濃度之展佈電阻圖繪線；圖7顯示以根據本發明之含硼摻雜糊產生在一n型基板的硼摻雜劑擴散之簡化圖；圖8顯示根據本發明在一n型基板上硼摻雜劑擴散及磷摻雜劑之簡化圖；及圖9顯示根據本發明用於製造含硼摻雜糊的簡化製程圖。
902‧‧‧步驟
904‧‧‧步驟
906‧‧‧步驟
909‧‧‧步驟

Claims (15)

  1. 一種陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，包含：一組溶劑；一組分散在該組溶劑中的陶瓷粒子；一組分散在該組溶劑中的硼化合物粒子；一組溶解在該組溶劑中的黏合劑分子；其中該陶瓷含硼摻雜劑糊狀物具有在約0.01及約1之間的剪切稀化冪律指數n。
  2. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該剪切稀化冪律指數n係在約0.1及約0.8之間。
  3. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組陶瓷粒子係在約3及約50% wt之間。
  4. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組陶瓷粒子係在約5及約20% wt之間。
  5. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組陶瓷粒子包括下列中的至少一種：TiO2、Al2O3、MgO、CaO、Li2O、BeO、SrO、Sc2O3、Y2O3、La2O3、CeO2、Ce2O3、Pr2O3、Nd2O3、Sm2O3、EuO、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、ThO2、UO2、ZrO2、Ta2O5、SiO2、C及HfO2。
  6. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組硼化合物粒子係在約1及約20% wt之間。
  7. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組硼化合物粒子係在約3及約10% wt之間。
  8. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組硼化合物粒子包括下列中的至少一種：元素硼、硼粉末、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、碳化硼(B4C)及任一種相的矽化硼(BxSi)，其中x=2,3,4,6。
  9. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組硼化合物粒子包括下列中的至少一種：氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、碳化硼(B4C)、TiBx、MgBx、HfBx、GdBx、ZrBx、TaBx、CeBx及LaBx。
  10. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組黏合劑分子係在約0.5及約7% wt之間。
  11. 如請求項1所述之陶瓷含硼摻雜劑糊狀物，其中該組黏合劑分子包含乙基纖維素及萜品醇中之至少一者。
  12. 一種含硼摻雜劑糊狀物，包含：一組溶劑；一組分散在該組溶劑中的硼化合物粒子；一組溶解在該組溶劑中的黏合劑分子； 其中該含硼摻雜劑糊狀物具有在約0.01與約1之間的剪切稀化冪律指數n。
  13. 如請求項12所述之含硼摻雜劑糊狀物，其中該組硼化合物粒子包括下列中之至少一者：元素硼、硼粉末、氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、碳化硼(B4C)及任一種相的矽化硼(BxSi)，其中x=2,3,4,6。
  14. 如請求項12所述之含硼摻雜劑糊狀物，其中該組硼化合物粒子包括下列中之至少一者：氮化硼(BN)、氧化硼(B2O3)、碳化硼(B4C)、TiBx、MgBx、HfBx、GdBx、ZrBx、TaBx、CeBx及LaBx。
  15. 如請求項12所述之含硼摻雜劑糊狀物，其中該組黏合劑分子係在約0.5及約7% wt之間。
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