TW201336942A - 抗蝕刻組成物及其應用 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種抗蝕刻組成物,其包含一聚合物及一第一有機溶劑,該聚合物係由包含苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體之聚合單元共聚合而成,其中該聚合物之重量平均分子量為至少約35000,且以該抗蝕刻組成物之總重量計,該聚合物之含量為約20.0重量%至約60.0重量%,該有機溶劑之含量為約40.0重量%至約80.0重量%。該抗蝕刻組成物可用於製作太陽能電池之選擇性射極。

Description

抗蝕刻組成物及其應用
本發明係關於一種抗蝕刻組成物;特定言之,係關於一種同時具有抗酸及抗鹼特性之抗蝕刻組成物,該抗蝕刻組成物可應用於太陽能電池之選擇性射極之製備。
由於能源短缺、溫室效應等環保問題日益嚴重,目前各國已積極研發各種可能之替代能源,其中又以太陽能電池最受矚目。第1圖為典型太陽能電池之示意圖,其係於一p型矽半導體基材1上以摻雜的方式形成一n型摻雜層2,隨後於n型摻雜層2上形成一抗反射層3(如氮化矽)與電極4。其中,矽半導體基材1與摻雜層2之導電型態可互相交換,即亦可為n型矽半導體基材與p型摻雜層之組合。
在功效上,已知高濃度摻雜容易造成太陽能電池所吸收之光以熱或是載流子再結合等形式消散,降低光電轉化效率。為減少上述情形,一般係傾向於選用深度較淺且摻雜濃度較低之摻雜層,然而,此種深度淺且濃度低之摻雜層會面臨到導電性不佳等缺點。目前業界已開發出一種「選擇性射極(selective emitter)」之技術,該技術之重點在於,於電極下方形成較高摻雜濃度之摻雜層,而於未配製電極之受光區域則形成濃度較低的摻雜層。
目前已有數種製造選擇性射極之方法,且以回蝕(etch back)法最受矚目。簡言之,回蝕法係以印刷方式在電極預定區域(或非受光區域)形成一如第2圖所示之抗蝕保護層7(遮罩),隨後進行一蝕刻步驟,以於未經遮罩保護之區域(即預定受光區域)蝕去部分摻雜層,從而在該區域實現較低摻雜濃度並在電極預定區域保留較高之摻雜濃度,藉此能在不損及導電率之情況下,減少所吸收之光以熱或是載流子再結合等形式消散之情形,從而提高光電轉化效率。其中,習知供形成抗蝕保護層之抗蝕材料,通常僅具備抗酸或抗鹼能力,並無法通用於各種蝕刻條件(如鹼蝕刻或酸蝕刻)。因此,能提供一種同時具有抗酸及抗鹼能力之抗蝕材料,以適用於各種蝕刻條件,實為業界所殷切期盼。
鑑於此,本發明提供一種抗蝕刻組成物,其具有優良之印刷特性及抗酸鹼性,且所形成之抗蝕保護層可簡單藉由有機溶劑去除或以熱處理方式去除。因此,本發明之抗蝕刻組成物可用於各種蝕刻程序(如製造太陽能電池中之選擇性射極),且便利性大為提升。
本發明之一目的在於提供一種抗蝕刻組成物,包含一聚合物及一第一有機溶劑,該聚合物係由包含苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體之聚合單元共聚合而成,其中該聚合物之重量平均分子量為至少約35000,且以該抗蝕刻組成物之總重量計,該聚合物之含量為約20.0重量%至約60.0重量%,該有機溶劑之含量為約40.0重量%至約80.0重量%。
本發明之另一目的在於提供一種選擇性射極之製造方法,包含:提供一基材;於該基材上之一預定區域印刷上述抗蝕刻組成物,形成一預定圖案;乾燥所印刷之該抗蝕刻組成物,以於該基材上形成一具該預定圖案之抗蝕刻保護層;蝕刻該基材上未受印刷之區域;以一第二有機溶劑或一熱處理去除該抗蝕刻保護層;以及形成一電極。
為讓本發明之上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂,下文係以部分具體實施態樣進行詳細說明。
以下將具體地描述根據本發明之部分具體實施態樣;惟,在不背離本發明之精神下,本發明尚可以多種不同形式之態樣來實踐,不應將本發明保護範圍解釋為限於說明書所陳述者。此外,在所附圖式中,為明確起見,可能誇示各物件及區域的尺寸,而未按照實際比例繪示。另外,除非文中有另外說明,於本說明書中(尤其是在後述專利申請範圍中)所使用之「一」、「該」及類似用語應理解為包含單數及複數形式。
本發明係提供一種抗蝕刻組成物,其具有優良之印刷特性及抗酸鹼性,且由此形成之抗蝕保護層可簡單藉由有機溶劑去除或以熱處理方式去除,因此,本發明之抗蝕刻組成物可用於各種蝕刻程序(如製造太陽能電池中之選擇性射極),可應用性高。此外,本發明抗蝕刻組成物應用於選擇性射極之製備時,易於乾燥,且由此形成之抗蝕刻保護層具有良好熱穩定性,受環境溫度的影響較低。
特定言之,本發明之抗蝕刻組成物包含聚合物及第一有機溶劑,該聚合物係由包含苯乙烯類單體(styrene-based monomer)與丙烯酸酯類單體(acrylate-based monomer)之聚合單元共聚合而成。
於本文中,所謂「苯乙烯類單體」係指苯乙烯及其衍生物。上述苯乙烯類單體之實例係選自由苯乙烯、4-氯-α-甲基苯乙烯(4-chloro-α-methylstyrene)、α-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、α-乙基苯乙烯、4-乙基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-丙基苯乙烯、4-環己基苯乙烯、二乙烯基苯、3-甲氧基-α-硝基苯乙烯(3-methoxy-α-nitrostyrene)、硝基苯乙烯、氟苯乙烯、溴苯乙烯、氯苯乙烯、氯甲基苯乙烯、氨基苯乙烯(aminostyrene)、4-甲氧基苯乙烯、4-乙氧基苯乙烯、羥基苯乙烯(hydroxystyrene)、乙醯氧基苯乙烯(acetoxystyrene)、1-乙烯基萘(1-vinylnaphthalene)、2-乙烯基萘(2-vinylnaphthalene)、4-十二烷基苯乙烯、2-乙基-4-苯甲基苯乙烯、4-(苯基丁基)苯乙烯及其組合所組成的群組。較佳係使用低極性之苯乙烯類單體,其實例包含:苯乙烯、α-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、α-乙基苯乙烯、4-乙基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-丙基苯乙烯,4-十二烷基苯乙烯、4-甲氧基苯乙烯、4-乙氧基苯乙烯或其組合。根據本發明之一實施態樣係使用苯乙烯做為苯乙烯類單體。
於本文中,所謂「丙烯酸酯類單體」係指丙烯酸酯及其衍生物。較佳係使用低極性之丙烯酸酯類單體,其實例係選自由丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸異癸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、乙氧化1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化二丙烯二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、2-甲基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化2-甲基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二-三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧化甘油三(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯及其組合。上述低極性丙烯酸酯類單體的酸價係介於0.1至2之間。市售丙烯酸酯類單體的例子包括:、及(長興化工製)。於本發明之部分實施態樣中,係使用(甲基)丙烯酸烷基酯作為丙烯酸酯類單體,如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、丙烯酸2-乙基己基酯、(甲基)丙烯酸異辛酯或前述之任意組合。
用於本發明抗蝕刻組成物之聚合物,可透過任何合宜之方式製得。例如,可透過先對丙烯酸類單體進行初步聚合以形成丙烯酸類寡聚物後,再與苯乙烯類單體共聚而得;或者可直接採用丙烯酸類寡聚物與苯乙烯類單體共聚而得。市售聚合物例子包括如長興化工之ETERAC 7109-X-、ETERAC 7106-X-0、ETERAC 7107-X-、ETERAC 7612-、ETERAC 7121-M-等。
於本發明抗蝕刻組成物中,聚合物之重量平均分子量為至少約35000,若聚合物之分子量低於35000,則無法賦予抗蝕刻組成物足夠之抗蝕性。此外,抗蝕刻組成物應用於選擇性射極之製備時,為易於乾燥抗蝕刻組成物,同時賦予由此形成之抗蝕刻保護層的熱穩定性,減少受環境溫度影響,一般而言,聚合物之玻璃轉移溫度(Tg)為約40℃至約120℃,較佳為約50℃至約110℃。
為賦予抗蝕刻組成物不同之特性,用於本發明抗蝕刻組成物之聚合物的聚合單元,除上述苯乙烯類單體及丙烯酸類單體外,可視需要包含其他樹脂單體,如環氧樹脂、聚乙烯醇樹脂、聚乙烯縮醛樹脂、聚氨脂等。
於本發明抗蝕刻組成物中,第一有機溶劑可為任何可溶解聚合物且不與之反應的惰性溶劑,較佳為具高沸點(約100℃以上)者,其實例包括酯類溶劑、醚類溶劑、醚酯類溶劑、醇類溶劑及烴類溶劑等,但不以此為限。特定言之,適用於本發明之第一有機溶劑可選自甲苯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯(Texanol)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯(TXIB)、丙二醇單甲醚醋酸酯(PGMEA)、甲基正戊基酮(MAK)、環己酮、N-甲基咯烷酮(NMP)、1,3-環己二甲胺(BAC)、聚馬來酸(PMA)、丁基卡必醇醋酸酯(BCA)、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、2,4-二甲基-3-戊酮、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、己二酸二甲酯、醋酸丁酯、松油醇(Terpineol)、乙二醇苯醚、二乙二醇單丁醚、尼龍酸二甲酯(DBE)及其組合所組成的群組,但不以此為限。根據本發明之部分較佳實施態樣,第一有機溶劑係選自由丙二醇單甲醚醋酸酯、甲苯、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、松油醇、乙二醇苯醚及其組合所組成的群組。
本發明抗蝕刻組成物的觸變指數及黏度通常取決於有機溶劑與聚合物之比例,一般而言,觸變指數宜為約1.0至約2.5,黏度宜為約2000厘泊(cps)至約100000厘泊,較佳為約3000厘泊至約80000厘泊,若觸變指數或黏度偏離上述範圍時皆會產生不利之影響。舉例言之,若觸變指數或黏度過高,將使得抗蝕刻組成物過於黏稠,造成在施用於待處理表面上形成線路時,容易發生斷線情形;另一方面,若觸變指數或黏度過低,則所形成之線路容易變形且乾燥後之線寬增幅過大(較佳的線寬改變幅度為約20%至約300%)。為得到較佳的觸變指數及黏度,本發明之抗蝕刻組成物中,以抗蝕刻組成物之總重量計,聚合物之用量較佳為約20.0重量%至約60.0重量%、尤佳為約25.0重量%至約50.0重量%,有機溶劑之用量為約40.0重量%至約80.0重量%、尤佳為約40.0重量%至約60.0重量%。
此外,亦可透過添加其他添加劑來獲得所欲之抗蝕刻組成物特性。舉例言之,可視需要添加觸變劑來調整組成物之觸變指數與黏度至所欲範圍。可用於本發明之抗蝕刻組成物之觸變劑包含無機類觸變劑(如無機矽酸鹽、二氧化矽、有機膨潤土、石綿、高嶺土、凹凸棒土(attapulgite)、碳酸鈣等)、有機類觸變劑(如乳液法聚氯乙烯、醯胺蠟、聚乙烯蠟、蓖麻油衍生物、山梨醣醇、植物油系聚合物、聚氨酯等)、金屬皂、及其組合,但不以此為限。較佳係採用有機類觸變劑,尤佳係採用選自由醯胺蠟、聚乙烯蠟、蓖麻油衍生物、聚氨酯、及其組合所組成之群組的有機類觸變劑。可用於本發明抗蝕刻組成物之市售觸變劑的具體實例包括SUPERCOLORI公司之ADITIX 、AS-、及ALBOTHIX 82-;德國畢克公司之BYK-、及BYK-;ELEMENTS公司之THIXATROL 、THIXATROL 、及M-P-A ;以及帝司巴隆公司之 6700、DISPARLON NS-、及DISPARLON NS-,但不以此為限。
一般而言,應避免過量添加觸變劑導致抗蝕刻組成物之觸變指數過大(不宜大於2.5)與黏度偏高而使印刷性不佳。故當觸變劑存在時,以抗蝕刻組成物之總重量計,觸變劑的含量較佳為約0.1重量%至約5.0重量%。
另一方面,為提高由本發明抗蝕刻組成物所製之抗蝕刻保護層與基材間之密著性,改善邊緣側蝕的問題,可視需要於抗蝕刻組成物中添加一密著促進劑。所添加之密著促進劑較佳係分子量小於約100,000且具有受熱交聯之特性者,例如矽烷偶聯劑、磷酸酯、鈦酸酯、鋯酸酯、氯化聚烯烴、具有高分子有機樹脂、或前述之任意組合。較佳為矽烷偶聯劑、磷酸酯、高分子有機樹脂或其組合。尤佳為矽烷偶聯劑、高分子有機樹脂、或其組合。其中,矽烷偶聯劑例如為胺基矽烷偶聯劑、硫醇矽烷偶聯劑、乙烯基矽烷偶聯劑、環氧矽烷偶聯劑、或丙烯酸矽烷偶聯劑,高分子有機樹脂例如為具有高羥基團且酸價>20之有機樹脂(其具體實例包含Eternal公司之ETERKYD 4908-B-、ETERKYD 、及ETERKYD 49031-X-)。一般而言,應避免過量添加密著促進劑而影響抗蝕刻組成物之其他性質,故當密著促進劑存在時,以抗蝕刻組成物之總重量計,密著促進劑的含量較佳為約1.0重量%至約5.0重量%。
依照應用用途,本發明抗蝕刻組成物可進一步包含一或多種本發明所屬技術領域中慣用的助劑,如共起始劑(synergist)、增敏劑(sensitizer)、分散劑(dispersing agent)、潤濕劑(wetting agent)、增稠劑(thickening agent)、或消泡劑(defoamer)、及其組合,前述助劑的種類係本發明所屬技術領域中具有通常知識者所習知者,本發明所屬技術領域中具有通常知識者在參酌本案揭露內容後,當可依其通常知識及通常知識視需要選擇適當種類及用量。
本發明抗蝕刻組成物適用於選擇性射極製程,尤其是太陽能矽晶電池之選擇性射極製程,其具有優良之印刷特性及抗酸鹼性,且由此所形成之抗蝕刻保護層可簡單藉由有機溶劑溶解去除或以熱處理方式(如高溫燒結)去除。
本發明另提供一種選擇性射極之製造方法,包含:
(a)提供一基材;
(b)於該基材上之一預定區域印刷如上述之抗蝕刻組成物,形成一預定圖案(pattern);
(c)乾燥所印刷之該抗蝕刻組成物,以於該基材上形成一具該預定圖案之抗蝕刻保護層;
(d)蝕刻該基材上未受印刷之區域;
(e)以一第二有機溶劑或一熱處理去除該抗蝕刻保護層;以及
(f)形成一電極。
特定言之,本發明之抗蝕刻組成物可構圖在任何待蝕刻之基材上,如半導體基材(如單晶矽晶圓、多晶矽晶圓、薄膜矽、非晶矽等)、有機基材、無機化合物半導體基材(如III-V族、II-VI族、或I-III-VI族無機化合物半導體基材)、玻璃基材金屬基材等。所述半導體基材例如含n型雜質層之p型矽半導體基材、或含p型雜質層之n型矽半導體基材。
上述步驟(c)所稱之印刷並無特殊限制,可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所習知的施工方法,如網印(screen printing)、塗佈(coating)、噴墨(spray)、含浸(dipping)等,較佳為網印或噴墨。於本發明之部份較佳實施態樣中係使用網印方法,利用網印機(所用網板約具有180網目至約400網目),將抗蝕刻組成物披覆於基材至少一表面上形成所欲之圖案(膜厚為約10微米至約40微米)。
待形成所欲之圖案後,透過乾燥方法移除組成物中之第一有機溶劑,即可使殘留之成分形成具預定圖案之抗蝕刻保護層。此處所採之乾燥方法並無特殊限制,只要能使有機溶劑揮發即可,包含例如空氣乾燥、加熱乾燥、輻射乾燥等方法。
待形成抗蝕刻保護層後,根據基材之材質選擇適當之酸性蝕刻液或鹼性蝕刻液進行蝕刻。本發明之抗蝕刻組成物同時具有絕佳抗酸蝕及抗鹼蝕之特性,因此無論是酸性蝕刻液製程或鹼性蝕刻液製程皆適用。
由於本發明之抗蝕刻組成物於形成抗蝕刻保護層時不會進行交聯(cross-link),故俟蝕刻完成後,可簡單地以一第二有機溶劑或以熱處理去除抗蝕刻保護層,即可獲得所欲之蝕刻結構。此處所指之第二有機溶劑,可與前述抗蝕刻組成物中之第一有機溶劑相同或不同。第二有機溶劑較佳為具高極性的有機溶劑,例如乙醇、丙二醇單甲醚醋酸酯(PGMEA)、異丙醇(Isopropyl alcohol,IPA)、二甲基亞碸(Dimethyl sulfoxide,DMSO)、二甲基乙醯胺(Dimethylacetamide,DMAC)、丙酮、或其混合物,但不以此為限。上述熱處理則係透過高溫直接將抗蝕刻保護層燃燒殆盡,以達去除抗蝕刻保護層、同時鈍化(passivation)基材表面之功效。至於熱處理時間及溫度並無特殊限制,只要能在不損害基材之情形下完全去除抗蝕保護層即可。一般而言,熱處理溫度為約300℃至約1000℃,熱處理時間為約10秒至約600秒,但不以此為限。在本發明之方法中,可透過電阻值量測來判定抗蝕刻保護層是否已完全去除,即,當原抗蝕刻保護層下方之區塊所測得之電阻值與原基材之電阻值相同時,則判定為抗蝕刻保護層已完全去除。於本發明之部分實施態樣中,係於約400℃至約800℃之溫度下進行熱處理並持續約15秒至約150秒。
以下配合第3圖((a)至(g)),例示說明本發明製造選擇性射極方法之一具體實施態樣,其中該實施態樣僅為例示說明之用,不應用以限制本發明之保護範圍。所述方法包含:如第3圖(a)所示,提供一基材5,其係一p型矽半導體上含n型雜質層6之矽半導體基材;如第3(b)圖所示,以印刷方式(如網印或噴墨),將本發明之抗蝕刻組成物塗覆於基材5上以形成所欲之圖案,隨後進行乾燥以形成抗蝕刻保護層7;如第3(c)圖所示,蝕刻基材5上未受印刷之區域(即未受抗蝕刻保護層7保護之區域),以形成低濃度摻雜層61及高濃度摻雜層62;如第3(d)圖所示,以高極性有機溶劑(如丙二醇單甲醚醋酸酯)去除抗蝕刻保護層7,以完成所欲之蝕刻結構;如第3(e)圖所示,待完成蝕刻結構後,於基材5的表面上形成抗反射層8;如第3(f)圖所示,以印刷方式,於抗反射層8上塗覆導電銀膠9,其中導電銀膠9之線寬度係不大於蝕刻保護層7之線寬度;以及如第3(g)圖所示,進行一燒結(sintering)步驟,以使得導電銀膠9之導電成分擴散並到達高濃度摻雜層62,完成選擇性射極之製備。
茲以下列具體實施態樣以進一步例示說明本發明,其中,所採用之量測儀器及方法分別如下:
[觸變指數及黏度測試]
以ASTM D4287-94之標準方法,利用Brookfield HB黏度計搭配CP51轉盤,在25℃下以5轉/分鐘之轉速測量抗蝕刻組成物之黏度及觸變指數。
[印刷性/抗蝕刻性測試]
以網印機連續地將抗蝕刻組成物印刷至一矽晶圓基材上,以形成厚度約40微米的線段圖案,於150℃下進行乾燥,歷時10分鐘,以形成一抗蝕刻圖案層。嗣後分別於室溫下以酸性蝕刻液(5重量%之氫氟酸水溶液)以及於50℃下以鹼性蝕刻液(5重量%之氫氟酸水溶液)對該等基材進行蝕刻,均為歷時40秒。觀察抗蝕刻組成物在印刷期間之操作性能及抗蝕刻圖案層之抗酸鹼性,並進行如下分類:
<印刷性判讀標準>
◎ 印刷時圖案完整且能進行連續印刷。
● 能進行連續印刷,但偶爾出現不完整之圖案。
╳ 無法進行連續印刷或均出現不完整圖案。
<抗蝕刻性判讀標準>
● 抗蝕刻圖案層於酸性蝕刻液/鹼性蝕刻液中係保持完整。
╳ 抗蝕刻圖案層於酸性蝕刻液/鹼性蝕刻液中係部份蝕毀或脫落。
實施例
[A. 抗蝕刻組成物之製備]
<實施例1>
以如下成分及比例混合形成抗蝕刻組成物1:約44.0重量%之聚合物(ETERAC 7612-1)、約56.0重量%之有機溶劑(比例為5:4之丁基卡必醇醋酸酯與甲苯之混合溶劑)。其中,該聚合物之分子量為約57247。
<實施例2>
以如下成分及比例混合形成抗蝕刻組成物1:約44.0重量%之聚合物(ETERAC 7612-1)、約54.5重量%之有機溶劑(比例為5:4之丁基卡必醇醋酸酯與甲苯之混合溶劑)、約1.0重量%之密著促進劑(ETERKYD 49031-X-60)及約0.5重量%之觸變劑(ADITIX R140)。其中,該聚合物之分子量為約57247。
<實施例3>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物3,惟改變聚合物與有機溶劑之用量各為約40.0重量%與約58.5重量%。
<實施例4>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物4,惟調整所用之聚合物(ETERAC 7612-1)之分子量為約37241。
<實施例5>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物5,惟改變觸變劑與有機溶劑之用量各為約3.6重量%與約51.4重量%。
<實施例6>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物6,惟改變觸變劑與有機溶劑之用量各為約5.0重量%與約50.0重量%。
<實施例7>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物7,惟使用DISPARLON 6700作為觸變劑,其用量維持在約0.5重量%。
<實施例8>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物8,惟使用DISPARLON 6700作為觸變劑,且改變觸變劑與有機溶劑之用量各為約3.6重量%與約51.4重量%。
<實施例9>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物9,惟改變第一有機溶劑之種類為乙二醇苯醚與松油醇(比例為1:1)之混合溶劑。
<實施例10>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物10,惟改變第一有機溶劑之種類為丙二醇單甲醚醋酸酯、1,3-環己二甲胺、松油醇與二乙二醇乙醚醋酸酯(比例為3:1:3:3)之混合溶劑。
<實施例11>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物11,惟改變聚合物之種類為ETERAC 7121-M-50樹脂(分子量為約37000)。
<比較例1>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物1',惟改變聚合物與有機溶劑之用量各為約19重量%與約79.5重量%。
<比較例2>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物2',惟改變聚合物與有機溶劑之用量各為約61重量%與約37.5重量%。
<比較例3>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物3',惟調整聚合物(ETERAC 7612-1)之分子量為約11932。
<比較例4>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物4',惟改變觸變劑與有機溶劑之用量各為約5.5重量%與約49.5重量%。
<比較例5>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物5',惟使用聚乙烯醇縮醛樹脂(KURARAY B75H)作為聚合物,且其用量維持在約44重量%。
<比較例6>
以與實施例2相同之方式製備抗蝕刻組成物6',惟改變有機溶劑之種類為異丙醇(IPA)。
[B. 分子量及聚合物比例分析]
分別對抗蝕刻組成物1、2、3、4、1'、2'及3'進行觸變指數測試、黏度測試、印刷性測試及抗蝕刻性測試,並將結果記錄於表1。
如表1所示,本發明之抗蝕組成物無論在添加(抗蝕刻組成物1)或無添加(抗蝕刻組成物2至4)密著促進劑及觸變劑之情況下皆能提供良好之印刷性能及抗酸/鹼之性能。抗蝕刻組成物1'係因聚合物含量太少(小於20重量%)而無法有效遮蔽欲抗蝕刻之區域以達保護之功效。相反地,抗蝕刻組成物2'則因聚合物含量過多(大於60重量%)而造成流動性不佳,導致印刷時難以下墨且無法均勻並完整地覆蓋欲抗蝕刻之區域,因此亦無法完善保護其下方之基材。至於抗蝕刻組成物3’,其係使用分子量較低(低於35000)之聚合物,雖可提供良好之印刷性,惟聚合物本身之抗酸/鹼性能不佳,故亦無法有效地保護欲抗蝕刻之區域。
此外,第4圖及第5圖所示為表面具有抗蝕刻組成物2乾燥所形成之抗蝕刻層之基材在分別經過酸性蝕刻液及鹼性蝕刻液蝕刻後之掃描式電子影像(Scanning Electron Microscope(SEM)Image),可明顯觀察到抗蝕刻層與基材間之密著良好,故無論在酸蝕刻或鹼蝕刻的條件下,皆能充分保護覆蓋於其下之基材。
[C. 觸變指數及聚合物種類分析]
分別對抗蝕刻組成物2、5、6、7、8、9、10、11、4'、5'及6'進行觸變指數測試、黏度測試、印刷性測試及抗蝕刻性測試,並將結果記錄於表2。
由表2觀之,抗蝕刻組成物2、5、6、7及8係使用不同之觸變劑種類及含量且皆可達到本發明所欲之印刷性及抗酸鹼性功效,因此本發明可用之觸變劑種類並無特殊限制。然而,抗蝕刻組成物4'因使用過量之觸變劑(大於5.0重量%)而導致觸變指數過高(高於2.5),進而使抗蝕刻組成物4'流動性不足,造成印刷時發生線型過窄、線型不完整、甚至是斷線等現象,故無法有效地保護欲抗蝕刻之區域。更甚者,過窄之線型可能因側蝕作用而造成蝕穿,進而使得後續製得之元件發生短路現象。此外,過高的觸變劑含量亦會影響抗蝕刻組成物之耐酸鹼性,相較於抗蝕刻組成物1而言,抗蝕刻組成物4'之抗鹼性係有所劣化。因此,惟觸變劑用量範圍宜介於0.1重量%至5.0重量%之間,以提供良好的印刷性與抗酸鹼性。
此外,由抗蝕刻組成物2和11之結果可知,在聚合物的聚合單元包括苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體之情況下皆能提供良好之印刷性能及抗酸蝕/鹼蝕之性能,因此,本發明抗蝕刻組成物所選用之聚合物的組成並無其他特殊限制,可根據實際需要選用合適的含苯乙烯類單體與丙烯酸類單體之聚合物。
相較於抗蝕刻組成物2,抗蝕刻組成物5'雖使用具有耐溶劑及耐磨損等特性之聚乙烯醇縮醛樹脂作為聚合物,惟其聚合物之聚合單元不包括苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體,故印刷性與抗酸鹼性不佳。
再者,比較抗蝕刻組成物2、9及10和抗蝕刻組成物6’之結果可知,當使用具有高沸點(>100℃)之第一有機溶劑時可展現良好的印刷性與抗蝕刻性,而當使用低沸點之IPA(約83℃)作為第一有機溶劑時則可觀察到於網印前即發生漏墨之現象,故印刷性不佳。
[D. 太陽能電池之選擇性射極之製備-溶劑去除法]
選擇性射極1:藉由網印機將抗蝕刻組成物1印刷於表面區域之電阻值為60歐姆/平方之一包含p型摻質層之n型半導體基材上,以形成厚度約40微米之線段圖案。接著於150℃下進行乾燥,歷時10分鐘,形成抗蝕刻圖案層。隨後於室溫下,以酸性蝕刻液(5重量%之氫氟酸水溶液)進行蝕刻,直至未覆有抗蝕刻組成物之區域的電阻值達65歐姆/平方為止。接著以丙二醇單甲醚醋酸酯去除抗蝕刻組成物。最後在未經蝕刻之區域上形成電極,完成選擇性射極1之製備。
選擇性射極2:重複上述步驟以製備選擇性射極2,惟酸性蝕刻係進行至未覆有抗蝕刻組成物之區域的電阻值達80歐姆/平方為止。
比較射極1':選用一表面區域之電阻值為60歐姆/平方之包含p型摻質層的n型半導體基材,在其上形成與選擇性電極1相同圖案之電極,完成比較射極1'之製備。
第6圖所示為分別具有比較射極1'、選擇性射極1及選擇性射極2之太陽能電池元件的內部量子效率圖。從第6圖可知,使用選擇性射極能提供良好的量子效率,且可透過提升電極處與未覆有電極處(蝕刻過程中未覆有抗蝕刻組成物之區域)之表面電阻值差異(即提高電極處及未覆有電極處之摻雜濃度差異,例如選擇性射極1,由60歐姆/平方提升至65歐姆/平方;選擇性射極2,由60歐姆/平方提升至80歐姆/平方),可進一步改善太陽能電池元件於短波長(350奈米附近)的吸收,同時也提升元件光電流密度,進而提升太陽能電池元件之量子效率。
[E. 太陽能電池之選擇性射極之製備-熱去除法]
選擇性射極3:藉由網印機將抗蝕刻組成物1印刷於表面區域之電阻值為60歐姆/平方之一包含p型摻質層之n型半導體基材上,以形成厚度約40微米之線段圖案。接著於150℃下進行乾燥,歷時10分鐘,形成抗蝕刻圖案層。隨後於室溫下,以酸性蝕刻液(5重量%之氫氟酸水溶液)進行蝕刻,直至未覆有抗蝕刻組成物之區域的電阻值達65歐姆/平方為止。接著使用熱處理機台(Despatch)於頂溫為744℃下,進行約60秒的熱處理(大於700℃之時間約為3秒)以去除抗蝕刻膠。最後在未經蝕刻之區域上形成電極,完成選擇性射極3之製備。
選擇性射極4:重複上述步驟以製備選擇性射極4,惟係進行酸性蝕刻至未覆有抗蝕刻組成物之區域的電阻值達80歐姆/平方為止。
第7圖所示為分別具有比較射極1',選擇性射極3及選擇性射極4之太陽能電池元件的內部量子效率圖。從第7圖可知,使用選擇性射極能提供良好的量子效率,且可透過提升電極處及未覆有電極處(蝕刻過程中未覆有抗蝕刻組成物之區域)之表面片電阻值差異(即提高電極處及未覆有電極處之摻雜濃度差異,例如選擇性射極3,由60歐姆/平方提升至65歐姆/平方;選擇性射極4,由60歐姆/平方提升至80歐姆/平方),可進一步改善太陽能電池元件於短波長(350奈米附近)的吸收,同時也提升元件光電流密度,進而提升太陽能電池元件之量子效率。
由上可知,本發明之抗蝕刻組成物可成功應用於選擇性射極之製備,以提供具良好量子效率之太陽能元件,且在選擇性射極之製備過程中,本發明抗蝕刻組成物於乾燥後可簡單以溶劑去除方式或熱去除方式去除,具極佳製程便利性。
上述實施例僅為例示性說明本發明之原理及其功效,並闡述本發明之技術特徵,而非用於限制本發明之保護範疇。任何熟悉本技術者在不違背本發明之技術原理及精神下,可輕易完成之改變或安排,均屬本發明所主張之範圍。因此,本發明之權利保護範圍係如後附申請專利範圍所列。
1...矽半導體基材
2...摻雜層
3,8...抗反射層
4,9...電極
5...矽半導體基材
6...摻雜層
61...低濃度摻雜層
62...高濃度摻雜層
7...抗蝕刻保護層
第1圖為習知太陽能電池元件之示意圖;
第2圖為以印刷方式所形成之抗蝕刻保護層圖案;
第3圖所示包含:(a)為覆有摻雜層之基材之示意圖;(b)為蝕刻前具抗蝕刻保護層之基材之示意圖;(c)為蝕刻後未去除抗蝕刻保護層之基材之示意圖;(d)為蝕刻後經去除抗蝕刻保護層後之基材之示意圖;(e)為去除抗蝕刻保護層後經形成抗反射層之基材之示意圖;(f)為形成電極圖案層後之基材之示意圖;以及(g)為經燒結形成選擇性射極之基材之示意圖;
第4圖為覆有本發明之抗蝕刻組成物所形成之抗蝕刻圖案的基材,經酸性蝕刻後的SEM圖;
第5圖為覆有本發明之抗蝕刻組成物所形成之抗蝕刻圖案的基材,經鹼性蝕刻後的SEM圖;
第6圖為具有選擇性射極1及2與比較射極1'之太陽能電池元件的內部量子效率圖;以及
第7圖為具有選擇性射極3及4與比較射極1'之太陽能電池元件的內部量子效率圖。
5...矽半導體基材
6...摻雜層
7...抗蝕刻保護層
8...抗反射層
9...電極
61...低濃度摻雜層
62...高濃度摻雜層

Claims (15)

  1. 一種抗蝕刻組成物,其包含一聚合物及一第一有機溶劑,該聚合物係由包含苯乙烯類單體與丙烯酸酯類單體之聚合單元共聚合而成,其中該聚合物之重量平均分子量為至少約35000,且以該抗蝕刻組成物之總重量計,該聚合物之含量為約20.0重量%至約60.0重量%,該第一有機溶劑之含量為約40.0重量%至約80.0重量%。
  2. 如請求項1之抗蝕刻組成物,其中該苯乙烯類單體係選自由苯乙烯、4-氯-α-甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、4-甲基苯乙烯、α-乙基苯乙烯、4-乙基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-丙基苯乙烯、4-環己基苯乙烯、二乙烯基苯、3-甲氧基-α-硝基苯乙烯、硝基苯乙烯、氟苯乙烯、溴苯乙烯、氯苯乙烯、氯甲基苯乙烯、氨基苯乙烯、4-甲氧基苯乙烯、4-乙氧基苯乙烯、羥基苯乙烯、乙醯氧基苯乙烯、1-乙烯基萘、2-乙烯基萘、4-十二烷基苯乙烯、2-乙基-4-苯甲基苯乙烯、4-(苯基丁基)苯乙烯及其組合所組成的群組。
  3. 如請求項1之抗蝕刻組成物,其中該丙烯酸類單體為低極性之丙烯酸酯單體。
  4. 如請求項3之抗蝕刻組成物,其中該低極性之丙烯酸酯單體係選自由丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、環三羥甲基丙烷甲縮醛丙烯酸酯、丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸異辛酯、丙烯酸異癸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、乙氧化1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化二丙烯二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、2-甲基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化2-甲基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、2-丁基-2-乙基-1,3-丙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰脲酸丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二-三羥甲基丙烷四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧化三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧化甘油三(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯及其組合所組成的群組。
  5. 如請求項1之抗蝕刻組成物,其中該第一有機溶劑係選自由甲苯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇雙異丁酸酯、丙二醇單甲醚醋酸酯、甲基乙基酮、甲基正戊基酮、環己酮、N,N-二甲基乙胺、N-甲基咯烷酮、1,3-環己二甲胺、聚馬來酸、丁基卡必醇醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯、2,4-二甲基-3-戊酮、環己烷、戊二酸二甲酯、丁二酸二甲酯、己二酸二甲酯、醋酸丁酯、松油醇、乙二醇苯醚、二乙二醇單丁醚、尼龍酸二甲酯及其組合所組成的群組。
  6. 如請求項1之抗蝕刻組成物,更包含一觸變劑。
  7. 如請求項6之抗蝕刻組成物,其中該觸變劑係選自由無機矽酸鹽、二氧化矽、有機膨潤土、石綿、高嶺土、凹凸棒土、碳酸鈣、乳液法聚氯乙烯、醯胺蠟、聚乙烯蠟、蓖麻油衍生物、山梨醣醇、植物油系聚合物、聚氨酯、金屬皂、及其組合所組成的群組。
  8. 如請求項6之抗蝕刻組成物,其中以該抗蝕刻組成物之總重量計,該觸變劑之含量係約0.1重量%至約5.0重量%。
  9. 如請求項1之抗蝕刻組成物,更包含一分子量小於約100000之密著促進劑。
  10. 如請求項9之抗蝕刻組成物,其中該密著促進劑係選自由矽烷偶聯劑、磷酸酯、鈦酸酯、鋯酸酯、氯化聚烯烴及其組合所組成的群組。
  11. 如請求項9之抗蝕刻組成物,其中以該抗蝕刻組成物之總重量計,該密著促進劑之含量係約1.0重量%至約5.0重量%。
  12. 一種選擇性射極之製造方法,包含:提供一基材;於該基材上之一預定區域印刷如請求項1至11中任一項所述之抗蝕刻組成物,形成一預定圖案;乾燥所印刷之該抗蝕刻組成物,以於該基材上形成一具該預定圖案之抗蝕刻保護層;蝕刻該基材上未受印刷之區域;以一第二有機溶劑或一熱處理去除該抗蝕刻保護層;以及形成一電極。
  13. 如請求項12之方法,其中該第二有機溶劑係與該第一有機溶劑相同或不同。
  14. 如請求項12之方法,其中該第二有機溶劑係乙醇、丙二醇單甲醚醋酸酯、異丙醇、二甲基亞碸、二甲基乙醯胺、丙酮、或前述之混合物。
  15. 如請求項12方法,其中該基材為一包含一n型摻雜層之p型矽半導體基材或一包含一p型摻雜層之n型矽半導體基材。
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