TW201409487A

TW201409487A - 含有Ｌｉ２ＲｕＯ３及經離子交換之的Ｌｉ２ＲｕＯ３之導電組成物及其於製造半導體裝置之使用

Info

Publication number: TW201409487A
Application number: TW101130780A
Authority: TW
Inventors: Paul Douglas Vernooy; Chieko Kikuchi; Kazutaka Ozawa
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2014-03-01

Abstract

本發明係關於一種導電組成物，包含全部分散於一有機介質中的(i)一導電金屬，(ii)一選自由Li2RuO3、經離子交換的Li2RuO3及其混合物所組成之群組之成分以及(iii)一玻璃熔塊。本發明係進一步關於一由該組成物形成之電極及一半導體裝置，特別是一包含這一類電極的太陽能電池。該電極提供良好的黏著性與良好的電性能。

Description

含有Li 2 RuO 3 與經離子交換的Li 2 RuO 3 之導電組成物及其於製造半導體裝置之使用

本發明主要係關於一種導電組成物(例如厚膜膏或墨)以及由該導電組成物形成之電極。其進一步關於一種矽半導體裝置，尤其，其屬於將該導電組成物使用於形成太陽能電池之電極。

具有p型基極之習知的太陽電池結構具有典型位於電池前側或太陽側的負電極及位於背側的正電極。落在半導體主體的p-n接面上且具有適當波長的輻射係作為一外部能量來源，以便於該主體中產生電子-電洞對。由於存在p-n接面上的電位差之緣故，電洞和電子以相反方向橫跨該接面移動，從而引發能夠輸送電力至一外部電路的電流流動。大多數的太陽能電池為經過金屬化，亦即，設有導電的金屬電極之矽晶圓的形式。典型地，將厚膜膏或墨(以下有時簡稱為「膏」)網版印刷於基材上並燒製形成電極。

矽晶圓的前側或太陽側常塗覆有抗反射塗層(ARC)，以避免入射陽光的反射逸失，從而增加太陽能電池之效率。典型地，將二維之電極柵格圖形(亦即「前電極」)連接至矽之n側，並且將在對側(背電極)上之鋁塗層連接至矽之p側。這些接點為由該p-n接面至外側負載的電出口。

矽太陽能電池的前電極通常是藉由網版印刷一種膏而形成。典型地，該膏含有導電微粒、玻璃熔塊以及有機介質。在網版印刷後，使該晶圓與膏在空氣中燒製，典型為在爐設定溫度約650至1000℃燒製幾秒，以形成緻密固體的導電跡線。有機成分亦在此燒製步驟中被燒除。也是在此燒製步驟期間，該玻璃熔塊和任何添加的焊劑與該抗反射塗層反應並蝕刻穿透該抗反射塗層，以便形成緊密的矽至電極接觸。該玻璃熔塊與任何添加的焊劑亦提供對基材的黏著性以及有助於後續焊接引線對電極的黏著性。對基材有良好的黏著性以及引線對電極有高的焊接黏著性對於太陽能電池的性能以及太陽能模組的可製造性與可靠性是重要的。

有持續的努力來提供產生改善黏著性同時保持電性能之膏組合物。

本發明提供一種導電組成物，該導電組成物包含：(a)一導電金屬；(b)一選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分；(c)一玻璃熔塊；以及(d)一有機介質；其中該導電金屬、該選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分以及該玻璃熔塊係分散於該有機介質中。

本發明亦提供一種半導體裝置，特別是一種太陽能電池，其包含一由本組成物形成之電極，其中該組成物已經過燒製，以移除該有機介質並形成該電極。

本發明之導電組成物同時提供形成電極的能力，其中該電極具有良好的電性質以及改善的黏著性質。典型地，該組成物將為厚膜膏或墨的形式，該厚膜膏或墨可被印刷或塗覆成需要的圖形，如藉由網版印刷、模板印刷、電鍍、噴墨印刷、射出、成型或多重印刷或帶狀物。

該導電組成物包含導電金屬、選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分、玻璃熔塊以及有機介質。在一實施例中，該組成物包含75至90重量百分比的導電金屬、0.03至5重量百分比的選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分、0.5至5重量百分比的玻璃熔塊以及5至25重量百分比的有機介質，其中該導電金屬、該選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分以及該玻璃熔塊係分散於該有機介質中，以及其中該重量百分比係基於該組成物之總重量。

以下詳細說明本發明的組成物之每個組分。

導電金屬

導電金屬係選自由銀、銅、鎳、鋁及鈀所組成之群組。導電金屬之來源可為片狀形態、球狀形態、粒狀形態、結晶形態、粉末或其他不規則形態及其混合物。該導電金屬可提供於一膠體懸浮液中。在一實施例中該組成物含有75至90重量百分比的導電金屬，其中該重量百分比係基於該組成物之總重量。

在一實施例中，該導電金屬為銀(Ag)。該銀可為銀金屬、銀合金或其混合物之形式。典型地，在銀粉末中，銀粒子為片狀形態、球狀形態、粒狀形態、結晶形態、其他不規則形態及其混合物。可在一膠態懸浮液中提供銀。銀亦可為下列形式：氧化銀(Ag₂O)、銀鹽(例如，AgCl、AgNO₃、AgOOCCH₃(乙酸銀)、AgOOCF₃(三氟乙酸銀)、正磷酸銀(Ag₃PO₄)或其混合物)。也可以使用與其他組分相容的其他形式的銀。

在一實施例中，該導電組成物包含經塗覆的導電銀粒子。合適之塗覆包括表面活性劑與含磷化合物。合適之表面活性劑包括聚乙烯氧化物(polyethyleneoxide)、聚乙二醇、苯并***、聚(乙二醇)乙酸、月桂酸、油酸、癸酸、肉豆蔻酸、亞麻油酸、硬脂酸、棕櫚酸、硬脂酸鹽、棕櫚酸鹽與其混合物。鹽類反離子可為銨、鈉、鉀及其混合物。

銀的粒度並未受到任何特別限制。在一實施例中，平均粒度小於10微米；在另一實施例中，平均粒度在1至6微米的範圍。

在一實施例中，該導電金屬進一步包含一選自由鎳、鋁及其混合物所組成之群組之金屬。

基於該組成物的總重量，本組成物包含50至90重量百分比的導電金屬。

Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物

該導電組成物含有選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分。該成分產生由本組成物製成的電極之改善黏著性。在一實施例中，該組成物含有0.03至5重量百分比的該成分，其中該重量百分比係基於該組成物的總重量。在另一實施例中，該組成物含有0.06至3重量百分比的該成分。在又另一實施例中，該組成物含有0.1至1重量百分比的該成分。

在一實施例中，該成分含有Li₂RuO₃。Li₂RuO₃的結構，如James與Goodenough在Journal of Solid State Chemistry 74第287至294頁(1988年)中所討論的，一般係由二個相鄰的交替層所組成，一層僅含有Li離子，而另一層含有Ru與Li離子(忽略氧原子)兩者。

在另一實施例中，該成分含有經離子交換的Li₂RuO₃。本文中「經離子交換的Li₂RuO₃」係用於描述Li₂RuO₃微粒，其中Li原子已經至少部分與Al、Ga、K、Ca、Mn、Fe、Mg、H、Na、Cr、Co、Ni、V、Cu、Zn、Ti或Zr原子或其組合交換。該經離子交換的Li₂RuO₃係以式M⁺¹ _xM⁺² _yM⁺³ _zLi_2-x-2y-3zRuO₃描述，其中(x+2y+3z)1.5，以及其中M係選自由Al、Ga、K、Ca、Mn、Fe、Mg、Na、H、Cr、Co、Ni、V、Cu、Zn、Ti及Zr所組成之群組之一或多個組員。據信該Li₂RuO₃結構之唯Li層於該結構中含有約75莫耳%的鋁，而且可以經由離子交換立即移除該等鋰離子。雖然鋰離子可於Li₂RuO₃的唯Li層中移動，然而具有比Li更高價的陽離子(如Mg⁺²或Al⁺³)，由於其較高的電荷與附隨的較強鍵結，所以是較不易移動的。因此據信，交換的離子(如鎂)首先於微粒表面上或附近以及於該唯鋰層中取代鋰離子，並且實質上仍位於該位置。然而，可與鋰離子交換的鎂離子愈多，則鎂離子移動進入微粒的深度就愈深，而且會直到所有可交換的鋰已被移除或是溶液中的鎂離子被耗盡。當以數量不明顯多於該唯Li層中的Li離子之交換離子取代該唯Li層中的Li離子時，會傾向於製造具有表面殼層的微粒，該微粒含有在原始唯Li層中之經交換的離子以及內芯的剩餘鋰離子。

為了達成Li₂RuO₃中鋰離子的交換，較佳地將Li₂RuO₃微粒碾磨成直徑在介於約0.5與約5微米之間的範圍，其為例如一般適用於後續的網版印刷形成電極的大小範圍。可以使用任何濕式或乾式碾磨技術來達成Li₂RuO₃微粒的尺寸縮小，如振動碾磨、球碾磨、鎚碾磨、介質碾磨、珠碾磨、棒碾磨、噴射碾磨或盤碾磨。可依序於進行該離子交換步驟之前或同時進行該碾磨步驟。可以在個別的容器中或是在同一個容器中進行碾磨與離子交換步驟。

在一實施例中，為了保留實質上為芯至殼的配置，微粒的碾磨應於離子交換步驟之前完成或大致上完成。假使在離子交換製程完成之後持續進行碾磨，則預期未經離子交換的芯將會曝露出由於碾磨產生之未經處理的表面。此對於微粒的後續化學作用可能是或可能不是重要的。

在離子交換步驟期間，藉由攪拌或碾磨或其他適當的方式攪動溶液中的微粒，該溶液含有Al、Ga、K、 Ca、Mn、Fe、Na、H、Cr、Co、Ni、V、Cu、Zn、Ti、Zr或其混合物之離子。該等離子係藉由將所需元素的適當鹽類溶於適當的溶劑中而獲得，該溶劑較佳為水或水及可與水混溶的溶劑之混合物，該可與水混溶的溶劑如有機液體，該有機液體如甲醇。在曝露於鹽類溶液之後，Li₂RuO₃微粒內的鋰原子會被來自溶液的陽離子取代。經離子交換的Li₂RuO₃之製作於VerNooy等人的美國專利第7,608,206號中有進一步的討論。

在又另一實施例中，該成分含有Li₂RuO₃與經離子交換的Li₂RuO₃之混合物。

玻璃熔塊

有許多玻璃熔塊適用於形成本組成物。在一實施例中，該組成物含有0.5至5重量百分比的玻璃熔塊，其中該重量百分比係基於該組成物的總重量。

在本文中所敘述的玻璃組成物(亦稱為玻璃熔塊)係包括特定的成分百分比。具體而言，該百分比為用在如本文所述的後續處理以形成一玻璃組合物之起始材料中的成分百分比。此類命名法對於熟習該項技術者來說早為已知。換言之，該組合物含有一些成分，且那些成分的百分比是表示為對應的氧化物形式之百分比。如玻璃化學這項技術中具有普通技能者所了解的，在玻璃的製造程序期間可能會釋放某一部分的揮發性物種。揮發性物種的一實例為氧。亦須了解雖然玻璃表現得像是非晶材料，其可能會含有微量的結晶材料。

若始於經燒製的玻璃，在此項技術中具有通常知識者可使用熟悉此項技術者已知的方法計算本文所述之起始成分的百分比，該些方法包括，但不限於：感應耦合電漿質譜儀(ICP-MS)、感應耦合電漿原子放射光譜儀(ICP-AES)及類似者。此外，亦可使用下列例示性技術：X射線螢光光譜法(XRF)、芯磁共振光譜法(NMR)、電子順磁共振光譜法(EPR)、梅斯堡(Mössbauer)光譜法、電子微探針能量色散光譜法(EDS)、電子微探針波長色散光譜法(WDS)及陰極發光(CL)。

在此項技術中具有普通技能者將了解原料的選擇可在非故意的情況下包括可在處理期間併入玻璃中的雜質。例如，雜質可以數百至數千ppm的範圍存在。雜質的存在將不會改變玻璃、組成物例如厚膜組成物或燒製裝置的性質。例如，即使該厚膜組成物包括雜質，含有該厚膜組成物的一太陽能電池仍可具有本文所述的效率。本文所使用的「無鉛」意指未曾有意地添加鉛。

該等各種玻璃熔塊可藉由使用一在此項技術中具有普通技藝者所了解的技術混合欲混入其中的氧化物(或其他在加熱時分解為所需氧化物的材料)來進行製備。這類製備技術可包括在空氣或含氧大氣中加熱該混合物，以形成一熔體；將該熔體淬火；及磨碎、輾磨及/或篩選該經淬火的材料，以提供一具有所需粒度的粉末。熔化鉍、碲及其他欲混入其中之氧化物的混合物典型實施達800至1200℃的峰值溫度。熔化的混合物可在例如不銹鋼壓板上或在反方向旋轉的不銹鋼輥間進行淬火，以形成一薄板。可碾磨所產生的薄板，以形成粉末。典型地，經碾磨的粉末所具有的d₅₀為0.1至3.0微米。一熟悉製造玻璃熔塊之技術者可利用替代的合成技術(例如，但不受限於，水淬火、溶膠至凝膠、噴霧熱解或其他適於製造粉末形式之玻璃的技術)。

上述程序的氧化物產物實質上典型為一非晶(無結晶)固態材料，亦即，玻璃。不過，在一些實施例中，所得的氧化物可為非晶、部分非晶、部分結晶、結晶或其組合。如本文所用，「玻璃熔塊」包括所有這類產物。

該玻璃熔塊可為含鉛或無鉛的。

典型的用於該組成物之無鉛玻璃熔塊的實例包括鉍矽酸鹽、鉍硼矽酸鹽、鉍-碲氧化物及其混合物。

在無鉛玻璃熔塊的一個實施例中，該氧化物組分之組成範圍基於該玻璃組成物的總重量為55至90重量百分比的Bi₂O₃、0.5至35重量百分比的SiO₂、0至5重量百分比的B₂O₃、0至5重量百分比的Al₂O₃以及0至15重量百分比的ZnO。在另一實施例中，該氧化物組分之組成範圍為28至85重量百分比的Bi₂O₃、0.1至18重量百分比的SiO₂、1至25重量百分比的B₂O₃、0至6重量百分比的Al₂O₃、0至1重量百分比的CaO、0至42重量百分比的ZnO、0至4重量百分比的Na₂O、0至3.5重量百分比的Li₂O、0至3重量百分比的Ag₂O、0至4.5重量百分比的CeO₂、0至3.5重量百分比的SnO₂以及0至15重量百分比的BiF₃。

以Bi-Te-O之起始混合物的總重量為基礎，用來製造Bi-Te-O玻璃熔塊的起始混合物包括22至42重量百分比的Bi₂O₃及58至78重量百分比的TeO₂。在另一實施例中，除了Bi₂O₃及TeO₂之外，以Bi-Te-O之起始混合物的總重量為基礎，用來製造Bi-Te-O的起始混合物包括0.1至7重量百分比的Li₂O及0.1至4重量百分比的TiO₂。在一更進一步的實施例中，再次以Bi-Te-O之起始混合物的總重量為基礎，起始混合物包括0.1至8重量百分比的B₂O₃、0.1至3重量百分比的ZnO及0.3至2重量百分比的P₂O₅。

典型的用於該組成物之含鉛玻璃熔塊的實例包括鉛矽酸鹽、鉛硼矽酸鹽以及鉛-碲氧化物。

在含鉛玻璃熔塊的一個實施例中，該氧化物組分之組成範圍基於該玻璃組成物的總重量為20至83重量百分比的PbO、1至35重量百分比的SiO₂、01.5至19重量百分比的B₂O₃、0至35重量百分比的Bi₂O₃、0至7重量百分比的Al₂O₃、0至12重量百分比的ZnO、0至4重量百分比的CuO、0至7重量百分比的TiO₂、0至5重量百分比的CdO以及0至30的PbF₂。

用以製作Pb-Te-O玻璃熔塊的起始混合物包括25至65重量百分比的PbO以及35至75重量百分比的TeO₂，其係基於Pb-Te-O的起始混合物之總重量。在進一步的實施例中，除了PbO及TeO₂之外，用以製作Pb-Te-O的起始混合物包括0.1至5重量百分比的Li₂O及0.1至5重量百分比的TiO₂，其係基於Pb-Te-O的起始混合物之總重量。此Pb-Te-O可被表示為Pb-Te-Li-Ti-O。在又進一步的實施例中，用以製作Pb-Te-O與Pb-Te-Li-Ti-O的起始混合物包括0.1至3重量百分比的B₂O₃以及0.5至5重量百分比的Bi₂O₃。

有機介質

將該組成物之無機成分與有機介質混合，以形成對印刷具適當稠度及流變性的黏稠厚膜膏或較不黏稠的墨。多種惰性粘稠材料可當做有機介質使用。有機介質可為無機成分在膏或墨之製造、運送及儲存期間以及在網版印刷製程期間於印刷篩網上可以適當穩定度分散在其中者。

適用的有機介質具有提供固體穩定分散、用於印刷之適當黏度及搖變性、適當的基材及膏固體之可濕性、良好的乾燥速率及良好燒製性質的流變性質。該有機介質可包括增稠劑、安定劑、表面活性劑及/或其他常見的添加劑。一種該搖變增稠劑為Thixatrol®(Elementis plc,London,UK)。該有機介質可為一種聚合物溶於溶劑中的溶液。適合的聚合物包括乙基纖維素、乙基羥乙基纖維素、木松香、乙基纖維素及苯酚樹脂之混合物、低級醇之聚甲基丙烯酸酯以及乙二醇單乙酸酯之單丁醚。適用的溶劑包括萜烯，例如，α-或β-松脂醇或其與其他溶劑(例如，煤油、鄰苯二甲酸二丁酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸鹽、己二醇及沸點高於150℃的醇)的混合物以及醇酯。其他適當的有機介質成分包括：己二酸雙(2-(2-丁氧乙氧)乙酯、雙鹼性酯(dibasic esters)如DBE、DBE-2、DBE-3、DBE-4、DBE-5、DBE-6、DBE-9以及DBE 1B、環氧化妥兒油脂肪酸辛酯(octyl epoxy tallate)、異四癸醇(isotetradecanol)以及氫化松香之新戊四醇酯(pentaerythritol ester)。有機介質亦可包含揮發性液體，以在基材上塗覆該膏組成物後促進快速硬化。

該組成物中之有機介質的最佳量取決於施加該組成物的方法及所用的特定有機介質。基於組成物的總重量，本組成物含有5至50重量百分比的有機介質。

若有機介質包含一聚合物，則該聚合物典型包含8至15 wt%的有機組成物。

組成物之製備

在一實施例中，該組成物可以藉由以任意順序混合該導電金屬、該選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分、該玻璃熔塊以及該有機介質而製備。在某些實施例中，係先混合該無機材料，而後將它們加入該有機介質中。在其他實施例中，將作為無機物之主要部分的該導電金屬緩慢加至該有機介質。需要時可藉由加入溶劑而調整其黏度。提供高切力的混合方法有益於分散介質中的微粒。

電極之形成

可以藉由例如網版印刷、模板印刷、電鍍、射出、噴墨印刷、成型或多重印刷或帶狀物沉積該組成物。

於此電極形成製程中，首先乾燥該組成物並接著加熱，以移除該有機介質並燒結該無機材料。加熱可在空氣或含氧大氣中進行。此步驟通常稱為「燒製」。燒製溫度曲線典型地經過設定，以便能夠從經乾燥的膏組成物燃毀有機黏合劑材料以及所存在的任何其他有機材料。在一實施例中，燒製溫度為700至950℃。該燒製可在一利用高輸送速率(例如100至500 cm/min)之帶式爐中進行，而所得之滯留時間為0.03至5分鐘。可使用多個溫度區(例如，3至11個區)來控制所需的熱曲線。

在一實施例中，一半導體裝置係由一物件製成，該物件包含一帶有接面之半導體基材與一形成於該基材之主要表面上的氮化矽絕緣膜。將本組成物以預訂形狀與厚度以及於預定位置施加(例如塗覆或網版印刷)於絕緣膜上。本組成物具有部分或完全穿過絕緣層的能力。之後進行燒製，並且該組成物與該絕緣膜反應並穿過該絕緣膜，藉以產生與矽基材的電接觸，因而形成電極。

以下結合圖1A至1F說明這個形成電極的方法之實例。

圖1A顯示單晶或多晶p型矽基材10。

在圖1B中，相反導電型的n型擴散層20係使用***作為磷來源並藉由磷的熱擴散形成。在不作任何特定修改之下，在矽p型基材10的整個表面上方形成擴散層20。擴散層的深度可藉由控制擴散溫度及時間來使之變化，且通常形成約0.3至0.5微米的厚度範圍。n型擴散層可具有每平方數十歐姆上至每平方約120歐姆的薄片電阻率。

如圖1C所示，在以一光阻劑或類似物保護此擴散層之正面後，藉由蝕刻從剩餘表面移除擴散層20，以致擴散層20僅殘留在正面上。而後使用一有機溶劑或類似者移除該光阻。

之後，如圖1D所示，在n型擴散層20上形成亦作用如一抗反射塗層(ARC)的絕緣層30。絕緣層通常為氮化矽，但亦可為SiN_x：H薄膜(亦即，絕緣薄膜包含用於在後續燒製處理期間鈍化的氫)、氧化鈦薄膜、氧化矽薄膜或氧化矽/氧化鈦薄膜。厚度約為700至900 Å的氮化矽薄膜適用於約1.9至2.0的折射率。絕緣層30的沈積可藉由濺射、化學氣相沈積或其他方法。

接下來，形成電極。如圖1E所示，網版印刷本發明之組成物500，以於絕緣膜30上產生前電極，然後乾燥之。此外，將背側銀或銀/鋁膏70及鋁膏60隨後網版印刷至基材背側，接著進行乾燥。在紅外線帶式爐中以接近750至950℃的溫度範圍持續進行從數秒至數十分鐘週期的燒製。

結果，如圖1F所示，在燒製期間，鋁在背側上從鋁膏60擴散進入矽基材10，從而形成含有高濃度鋁摻質的p+層40。此層通常被稱為背面電場(back surface field,BSF)層，並且有助於改善該太陽能電池之能量轉換效率。

燒製將乾燥的鋁膏60轉換為鋁背電極61。同時燒製背側銀或銀/鋁膏70，使其變為銀或銀/鋁背電極71。在燒製期間，背側鋁和背側銀或銀/鋁之間的界線呈現合金狀態，從而達成電連接。背電極的大部分面積係由鋁電極61佔據，部分是因為要形成p+層40的緣故。因為不可能焊接至一鋁電極，銀或銀/鋁背電極71遂形成在部分的背側上方，以作為用於經由銅條或其類似物互連太陽能電池的電極。此外，本發明的前側組成物500在燒製期間燒結並穿過絕緣膜30，藉以達成與n型層20的電接觸。此類型的程序通常稱為「燒穿」。圖1F之經燒製的電極501明顯呈現出燒穿的結果。

實例

太陽能電池之電量測

使用一商用電流-電壓(JV)測試機ST-1000(***莫斯科的Telecom-STV公司(Telecom-STV Ltd.,Moscow,Russia))以進行該多晶矽光伏打電池之效率及填充因子量測。兩個電性連接(一個用於電壓而一個用於電流)係連接至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(25℃)下獲得JV曲線。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 Sun強度下之最大功率密度。而後使此值除以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。其他相關參數亦由此相同的電流-電壓曲線獲得。一個該種參數為填充因子(fill factor,FF)，其可藉由計算太陽能電池的最大功率與斷路電壓和短路電流的積之比率而獲得。該FF係定義為太陽能電池的最大功率與V_oc和I_sc的積之比率再乘以100。

黏著性量測

藉由以下程序測量電極的黏著性。將塗覆有Sn/Pb焊料的銅帶(奧博銳不銹鋼及特種金屬公司(Ulbrich Stainless Steels&Special Metals,Inc.))浸泡於軟焊劑中(Kester公司的Kester-952s)，然後在空氣中乾燥五秒鐘。將一半塗覆有焊料的銅帶放置於電極上並以軟焊系統(SEMTEK公司(SEMTEK Corporation Co.,Ltd.)的SCB-160)進行軟焊。軟焊鐵設定溫度為220至240℃，而且在尖端的軟焊鐵實際溫度為195℃至215℃，如以K型電熱偶測量。

將未黏附於電極的銅帶部分水平地彎折並藉由機器(MOGRL Technology公司(MOGRL Technology Co.,Ltd.)的Peel Force 606)以120 mm/min拉動。將使銅帶脫離的力量(牛頓，N)紀錄為焊料黏著性。

Li₂RuO₃之合成與碾磨

實例1

將18.85 g的Li₂CO₃與33.33 g的RuO₂粉末充分混合並於1000℃在空氣中鍛燒12小時。所得材料的X射線粉末繞射圖形顯示僅有Li₂RuO₃，沒有雜質相。

將此材料於異丙醇中碾磨至d₉₀為0.87微米。將粉末從漿料分離、乾燥並過篩至-230篩目。

厚膜膏之製備

實例2

於Thinky混合器(美國加州拉古納希爾斯的Thinky公司(Thinky Corp.,Laguna Hills,CA))中以表I中指示的量混合顯示的成分來製作主批的厚膜膏，並以三輥碾磨產生的膏，且以漸增的壓力進行多個回合，最後以250 psi進行2個回合。

藉由將7重量百分比的N200 Aqualon乙基纖維素(肯塔基州卡溫頓的Ashland公司(Ashland,Inc.,Covington,KY))溶於成膜助劑(Texanol)中而製備介質。藉由熔化並淬火表II中顯示量的氧化物來製備玻璃熔塊，接著將玻璃碾磨成細微粉末。

使用5.4692 g的主批厚膜膏來製備本發明的組成物，並於Thinky混合器中混合本發明的組成物與0.0439 g的Li₂RuO₃(來自實例1)。也混入0.0361 g的額外Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中之量為0.8重量百分比。

在Hoover M-5自動平底研缽(維吉尼亞州希瓦瑟(Hiwassee,VA))上將混合物弄碎以完全混入Li₂RuO₃。將本發明的膏組成物網版印刷於1"×1"矽晶片上(以晶圓切割器從6"×6" 65歐姆多晶矽晶圓切割出，在前側上具有約70奈米的SiNx抗反射塗層)。其圖形由11個手指(100微米寬)與1個匯流排(1.25 mm寬)組成。每個晶片的背側印有市售鋁膏製的完全接地平面。在150℃乾燥10分鐘之後，以一系列的值峰溫度在Radiant Technology公司的PV-614 6區帶式爐中燒製晶片(每個溫度5個晶片)，且帶速為每分鐘457 cm。報告最終區設定溫度(值峰設定溫度)。值峰平均效率在865℃為13.99%，而值峰平均FF在865℃為75.14。藉由比較，沒有添加任何Li₂RuO₃的主批膏效率非常差(<4%)。

實例3

如實例2中所述製備並測試本發明的組成物，不同之處僅在於將0.0908 g的Li₂RuO₃弄碎加入5.4816 g的主批膏中，並加入0.0611 g額外的Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中的量為1.6重量百分比。值峰平均效率在890℃為14.41%，而值峰平均FF在890℃為75.90。藉由比較，沒有添加任何Li₂RuO₃的主批膏效率非常差(<4%)。

實例4

如實例2中所述製備並測試本發明的組成物，不同之處僅在於將0.1793 g的Li₂RuO₃弄碎加入5.6127 g的主批膏中，並加入0.0386 g額外的Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中的量為3.2重量百分比。值峰平均效率在890℃為14.53%，而值峰平均FF在890℃為76.68。藉由比較，沒有添加任何Li₂RuO₃的主批膏效率非常差(<4%)。

實例5

如實例2中所述製備並測試本發明的組成物，不同之處僅在於將0.2437 g的Li₂RuO₃弄碎加入5.0770 g的主批膏中，並加入0.0399 g額外的Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中的量為4.8重量百分比。值峰平均效率在940℃為13.99%，而值峰平均FF在940℃為74.44。藉由比較，沒有添加任何Li₂RuO₃的主批膏效率非常差(<4%)。

實例6

在Thinky混合器中混合0.0757 g的Li₂RuO₃(來自實例1)與28.5446 g的PV16A膏(美國德拉威州威明頓的杜邦微電路材料(DuPont Microcircuit Materials,Wilmington DE))以製備組成物。加入0.1751 g的Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中的量為0.263重量百分比。

以三輥碾磨產生之本發明膏組成物(在0 psi進行3回合以及在100 psi進行3回合)。以類似於實例2中描述的方式印刷測試晶片。於4區BTU國際IR帶式爐中燒製晶片，且帶速為每分鐘221 cm。值峰平均效率在910℃為15.41%，而值峰平均FF在910℃為79.08。

實例7

如實例6中所述製備並測試組成物，不同之處僅在於將0.1133 g的Li₂RuO₃與28.1699 g的PV16A膏混合，並加入0.1455 g的Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中的量為0.398重量百分比。值峰平均效率在920℃為15.17%，而值峰平均FF在920℃為77.86。

實例8

如實例6中所述製備並測試組成物，不同之處僅在於將0.1373 g的Li₂RuO₃與25.9434 g的PV16A膏混合，並加入0.2372 g的Texanol以調整黏度。基於該組成物的總重量，Li₂RuO₃於本發明膏組成物中的量為0.522重量百分比。值峰平均效率在910℃為15.26%，而值峰平均FF在910℃為78.42。

對照實驗A

為了與實例6至8比較，如實例6中所述印刷並燒製未添加Li₂RuO₃的PV16A膏。值峰平均效率在910℃為15.16%，而值峰平均FF在910℃為78.00。

實例9

以表III中所顯示的組成物製備玻璃熔塊：

使用此玻璃熔塊製備二種膏。膏A具有1.60重量百分比的熔塊、無釕酸鋰、88.83%的銀粉末以及由溶劑、黏合劑、搖變劑以及表面活性劑所組成之有機介質。膏B與膏A相似，兩者不同之處僅在於膏B含有 0.13重量百分比的釕酸鋰。在印刷與燒製之後，由該二種膏製成的電池具有類似的效率與填充因子。然而，膏A的中位數黏著性為1.28 N，且匯流排厚度為11.5微米。而膏B的中位數黏著性為3.16 N，且匯流排厚度為10.35微米，其黏著性增加247%。

實例10

使用實例9的玻璃熔塊製備二種膏。膏C具有1.69%的熔塊、無釕酸鋰、88.73%的銀粉末以及由溶劑、黏合劑、搖變劑以及表面活性劑所組成之有機介質。膏D具有1.69%的熔塊、0.100重量百分比的釕酸鋰、88.63%的銀粉末以及與膏C相同的有機介質。藉由摻合膏C與膏D來製備三種另外的膏，以完成分別具有0.010重量百分比、0.025重量百分比及0.050重量百分比的中間釕酸鋰量之膏。在印刷與燒製該五種膏之後，測量黏著性與匯流排厚度。這些量測的結果顯示於表IV中。

10‧‧‧p型矽基材

20‧‧‧n型擴散層

30‧‧‧ARC

40‧‧‧p+層

60‧‧‧鋁膏

61‧‧‧鋁背側電極

70‧‧‧銀/鋁膏

71‧‧‧銀/鋁背側電極

500‧‧‧本發明之膏

501‧‧‧前電極

圖1A至1F繪示一半導體裝置之製造。圖1中所示的參考數字說明如下。

10：p型矽基材

20：n型擴散層

30：ARC(例如氮化矽膜、氧化鈦膜或氧化矽膜)

40：p+層(背面場，BSF)

60：沉積在背側上的鋁膏

61：鋁背側電極(由燒製背側鋁膏所得到的)

70：沉積在背側上的銀/鋁膏

71：銀/鋁背側電極(經燒製背側銀/鋁膏而得)

500：沉積在前側上的本發明之膏

501：前電極(藉由燒製前側膏500而形成)

Claims

一種導電組成物，包含：(a)一導電金屬；(b)一選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分；(c)一玻璃熔塊；以及(d)一有機介質；其中該導電金屬、該選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分以及該玻璃熔塊係分散於該有機介質中。
如請求項1所述之組成物，該組成物包含50至90重量百分比的導電金屬、0.03至5重量百分比的選自由Li₂RuO₃、經離子交換的Li₂RuO₃及其混合物所組成之群組之成分、0.5至5重量百分比的玻璃熔塊以及5至50重量百分比的有機介質，其中該重量百分比係基於該組成物之總重量。
如請求項1所述之組成物，其中該成分為Li₂RuO₃。
如請求項1所述之組成物，其中該成分為經離子交換的Li₂RuO₃，其中Li原子已經至少部分經Al、Ga、K、Ca、Mn、Fe、Mg、H、Na、Cr、Co、Ni、V、Cu、Zn、Ti或Zr原子或其組合交換。
如請求項1所述之組成物，該導電金屬包含一選自由銀、銅、鈀及其混合物所組成之群組之金屬。
如請求項5所述之組成物，該導電金屬進一步包含一選自由鎳、鋁及其混合物所組成之群組之金屬。
如請求項1所述之組成物，該玻璃熔塊包含一選自由鉛矽酸鹽、鉛硼矽酸鹽、鉛-碲氧化物及其混合物所組成之群組之含鉛玻璃熔塊。
如請求項1所述之組成物，該玻璃熔塊包含一選自由鉍矽酸鹽、鉍硼矽酸鹽、鉍-碲氧化物及其混合物所組成之群組之無鉛玻璃熔塊。
一種半導體裝置，包含一由請求項1所述之組成物形成之電極，其中該組成物已經過燒製來移除該有機介質並形成該電極。
一種太陽能電池，包含一由請求項1至8中任一項所述之組成物形成之電極，其中該組成物已經過燒製來移除該有機介質並形成該電極。