專利名稱：用于在半導(dǎo)體器件上制造電觸點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在半導(dǎo)體器件如太陽能電池上制造條狀和/或者點(diǎn)狀導(dǎo)電 觸點(diǎn)(Kontakte)的改進(jìn)方法。本發(fā)明也涉及一種用于制造半導(dǎo)體器件復(fù)合體(如太陽能 模塊)的方法。
背景技術(shù)：
在制造電子元器件的過程中，主要通過物理和化學(xué)氣相沉積法、使用掩膜或者可 能地借助附加的激光輔助的電鍍法來施加細(xì)微的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)均能制造非常細(xì)微的 結(jié)構(gòu)，但出于經(jīng)濟(jì)方面的原因，幾乎不適合于低成本批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)太陽能電池時(shí)，要求在朝向輻射的一面施加極其細(xì)微的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)能保證良好的導(dǎo)電性以及與太陽能電池之間有良好的電接觸。這一要求的背景是 應(yīng)以盡可能小的程度遮蔽朝向輻射的表面。為了實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電性與高電流輸出，相應(yīng)的導(dǎo)體必須具有較大的橫斷面。為了滿足這些要求，現(xiàn)有技術(shù)條件下通常利用絲網(wǎng)印刷方法印上觸點(diǎn)，可以通過 電鍍工藝強(qiáng)化這些觸點(diǎn)。按照W0-A-93/24934所述，將一種導(dǎo)電糊料施加在承載體上，通過紫外光照射使 其發(fā)生聚合反應(yīng)并且穩(wěn)定下來。US-B-6, 312，864公開了在等離子顯示屏上形成一種結(jié)構(gòu)的方法施加一種含有 熱分解粘結(jié)劑的物質(zhì)，然后通過溫度作用使其硬化。US-B-6, 322，620建議通過熱處理使得承載體上的物質(zhì)硬化。JP-A-63268773公開了一種不含溶劑并且含有一種貴金屬粉末、玻璃粉、金屬氧化 物以及粘結(jié)劑的糊料?？梢允褂糜∷⒎椒ㄍ可虾隣钗镔|(zhì)形成導(dǎo)電觸點(diǎn)。但是這些物質(zhì)均有在線寬很小時(shí) 無法產(chǎn)生高層厚的缺點(diǎn)。這造成如下缺點(diǎn)必須采用較寬的跡線或者更多的跡線，以便獲得 所需的低接觸電阻值。W0-A-2005/088730公開了一種在太陽能電池上構(gòu)造線狀和/或者點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)的方 法，其中將含有一種溶劑的、有粘性的糊狀導(dǎo)電物質(zhì)施加在承載體上。為了在施加之后以及 硬化之前避免條形材料洇開，或使得條紋寬度在施加之后發(fā)生收縮，建議在施加糊狀材料 之后，將含有極性分子并且至少部分提取出溶劑的一種介質(zhì)施加在該材料上。所述含有極性分子的介質(zhì)尤其是一種液態(tài)或泡沫形式的表面活性介質(zhì)。為了避免具有扁平鋁質(zhì)背觸點(diǎn)的太陽能電池在制造過程中彎曲，按照DE-B-10 2005 026 176規(guī)定，在施加扁平背觸點(diǎn)之后，將太陽能電池加熱到567°C以上的溫度，然后 冷卻到太陽能電池的生產(chǎn)環(huán)境溫度之下。優(yōu)選溫度范圍在0°c -40°c之間。通常將相應(yīng)的太陽能電池相互連接成模塊，在其中將太陽能電池嵌入優(yōu)選由乙烯 醋酸乙烯酯(EVA)制成的塑料層之中。在模塊正面優(yōu)選覆蓋玻璃片或者其它透明片材，背 面覆蓋例如塑料復(fù)合膜。
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在使用EVA的情況下，侵入模塊中的水汽、高溫以及紫外輻射可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生醋 酸，醋酸可能會(huì)與觸點(diǎn)和玻璃中存在的金屬一起產(chǎn)生醋酸鹽，從而有可能腐蝕觸點(diǎn)。DE-A-10 2006 005 026描述了一種制造扁平透明金屬氧化物層的方法。將一種導(dǎo) 電金屬氧化物和一種分散劑以層的形式施加在襯底上，然后通過微波輻射使其燒結(jié)。在施 加與燒結(jié)之間可以執(zhí)行干燥步驟。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于，對(duì)上述方法進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，使得局部施加的觸點(diǎn)(如前觸 點(diǎn))和/或根據(jù)半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)情況而定也局部地存在于在背面的觸點(diǎn)具有更高的耐 酸性介質(zhì)的抗腐蝕性能，尤其是耐有機(jī)酸，如醋酸、蟻酸、檸檬酸、草酸，但也耐無機(jī)酸，例如 HC1、碳酸或者其它腐蝕性成分如具有有機(jī)極性溶劑的助焊劑，總而言之能耐受釋放質(zhì)子的 介質(zhì)。按照另一種實(shí)施方案所述，應(yīng)改善耐堿性介質(zhì)腐蝕性能，例如能夠耐受經(jīng)過稀釋 的無機(jī)或有機(jī)堿液及其與其它化合物形成的處于堿性范圍的、導(dǎo)致PH值> 7的混合物。按照另一項(xiàng)子任務(wù)所述，相應(yīng)的半導(dǎo)體器件尤其是太陽能電池的效率與按照現(xiàn)有 技術(shù)制造的半導(dǎo)體器件相比應(yīng)該得到改善。為了解決這些任務(wù)以及子任務(wù)，本發(fā)明提供一種在半導(dǎo)體器件(例如太陽能電 池)上制造條狀和/或者點(diǎn)狀導(dǎo)電觸點(diǎn)的方法，至少包括以下方法步驟(a)將一種用于形成觸點(diǎn)的濕的材料以所期望的條狀和/或者點(diǎn)狀布置 (Anordnung)施加在半導(dǎo)體器件的至少一個(gè)外表面上，(b)通過將半導(dǎo)體器件加熱到溫度T1并且在T1溫度下保持一段時(shí)間、來將濕料 干燥，(c)通過將半導(dǎo)體器件加熱到溫度T2并且在一段時(shí)間t2期間將該半導(dǎo)體器件保 持在T2溫度下，來將干燥后的材料燒結(jié)，(d)將半導(dǎo)體器件冷卻到溫度T3,該溫度等于或大致等于室溫，并且將半導(dǎo)體器件 在T3溫度下保持一段時(shí)間t3，(e)將半導(dǎo)體器件冷卻到溫度T4，其中T4 ( -350C，并且將半導(dǎo)體器件在T4溫度下 保持一段時(shí)間t4，然后(f)將半導(dǎo)體器件加熱到室溫。—種用于制造半導(dǎo)體器件復(fù)合體的方法，所述半導(dǎo)體器件在至少一側(cè)上具有條狀 和/或者點(diǎn)狀導(dǎo)電觸點(diǎn)，尤其可用來將太陽能電池相互連接成一個(gè)模塊，基本上包括以下 用于解決基于本發(fā)明所述任務(wù)以及子任務(wù)的方法步驟(I)通過至少在觸點(diǎn)區(qū)域?qū)雽?dǎo)體器件加熱到溫度T1，其中120°C彡TI ( 370°C, 并且保持一段時(shí)間h，使得這些半導(dǎo)體器件相互結(jié)合，(II)在T11溫度下封裝半導(dǎo)體器件，并且保持一段時(shí)間t ，(III)將封裝后的半導(dǎo)體器件調(diào)整到溫度Tm，其中20°C彡T111彡90°C，并且保持 一段時(shí)間tin，其中將封裝后的半導(dǎo)體器件置于腐蝕性環(huán)境之中，(IV)將封裝后的半導(dǎo)體器件冷卻到溫度Tiv，其中20°C彡Tiv彡-40°C，并且將封裝 后的半導(dǎo)體器件保持一段時(shí)間tIV，然后
(V)將封裝后的半導(dǎo)體器件加熱到室溫或者在室溫下保持按照本發(fā)明所述，使半導(dǎo)體器件(在第一種實(shí)施例中可以是晶體硅太陽能電池) 經(jīng)歷包括至少四個(gè)溫度保持點(diǎn)的溫度順序或序列，包括在溫度為T1的時(shí)間、之內(nèi)進(jìn)行干 燥，在溫度為T2的時(shí)間t2范圍內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，冷卻到室溫，然后冷卻到溫度T4 ^ -35°c，時(shí)間 為t4，只要從室溫加熱到可在其中執(zhí)行干燥過程的溫度，并且不考慮從溫度T4加熱到室溫。此外按照本發(fā)明所述，將半導(dǎo)體器件或者按照上述方法制成的半導(dǎo)體器件相互 連接成為復(fù)合體(如復(fù)合太陽能電池復(fù)合體)和/或者太陽能模塊，其中，視其功能而定 所述半導(dǎo)體器件可以是成品和/或處在不同加工步驟的中間產(chǎn)品，使半導(dǎo)體器件在所期 望的時(shí)間之內(nèi)經(jīng)歷一種溫度順序或序列，包括加熱到溫度T1并且優(yōu)選保持一段時(shí)間0. 1 秒彡、(15秒；冷卻到室溫( 200C )；然后在溫度為T11且130°C彡T11 ( 160°C情況 下、在1000秒< tn < 1800秒的時(shí)間t 上對(duì)互聯(lián)的半導(dǎo)體器件(例如太陽能電池)進(jìn) 行層壓或封裝；冷卻到室溫( 200C )；然后將相互連接的半導(dǎo)體器件加熱到溫度Tm且 200C彡T111彡90°C，在T111溫度下保持一段時(shí)間tm且1秒彡T111彡600秒；冷卻到溫度Tiv 并且保持一段時(shí)間tIV且1秒< tIV < 600秒。按照本發(fā)明所述，也可以重復(fù)相應(yīng)的溫度-時(shí)間順序或序列，可以將半導(dǎo)體器件 置于人工氣候箱之中，以便對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體器件的電觸點(diǎn)或功能實(shí)現(xiàn)驚人的積極作用。在此， 尤其應(yīng)根據(jù)材料常數(shù)K或K*選擇各個(gè)方法步驟的溫度和時(shí)間，方法步驟(a) (f)情況下 材料常數(shù)在0.02J/cm2°C和0.06J/cm2°C之間，方法步驟(III)和(IV)情況下材料常數(shù)在 0. 5J/cm2°C和 1. 5J/cm2°C之間。本發(fā)明所述方法或者半導(dǎo)體器件或半導(dǎo)體器件復(fù)合體的熱處理特點(diǎn)在于，調(diào)整 作用于半導(dǎo)體器件或半導(dǎo)體器件復(fù)合體的持續(xù)時(shí)間與溫度。在時(shí)間At上將半導(dǎo)體器件 或半導(dǎo)體器件復(fù)合體置于ΔΤ溫度之下，以便獲得相當(dāng)于乘積P = Κ· ΔΤ· At或P* = K*· ΔΤ- At的熱函或能量含量。因此，溫度_時(shí)間預(yù)算以及從而處理強(qiáng)度對(duì)于本發(fā)明來說是重要的。Δ T是相應(yīng)方法步驟中相對(duì)于0°C的溫差。根據(jù)以下公式可得出相應(yīng)的材料常數(shù)K = Axdx P xCpxB其中A =半導(dǎo)體器件的面積[cm2]，d =半導(dǎo)體器件的厚度[cm]，ρ =半導(dǎo)體器件的密度[g/cm3]，Cp =半導(dǎo)體器件的熱容[J/gK]，B =相應(yīng)的待處理半導(dǎo)體器件的[1/cm2]的參比量(Bezugsgroesse)。材料常數(shù)K*由下式得到K* = A*xd*x P *xCp*x B*其中A* =相互連接的半導(dǎo)體器件的面積[cm2]，d* =相互連接的半導(dǎo)體器件的厚度[cm]，ρ * =相互連接的半導(dǎo)體器件的密度[g/cm3]，
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Cp* =相互連接的半導(dǎo)體器件的熱容[J/gK]，B* =相互連接的半導(dǎo)體器件例如太陽能模塊的[1/cm2]的參比量。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過熱處理步驟并且遵守一定的溫度-時(shí)間-材料常數(shù)，就能使用 于構(gòu)成導(dǎo)電觸點(diǎn)的材料可靠附著在半導(dǎo)體器件上，即使在腐蝕性環(huán)境中也不會(huì)剝離。如果在觸點(diǎn)穩(wěn)定后將其置于腐蝕性氛圍的話，甚至可以令人驚奇地提高效率，例 如在太陽能模塊中就可能有這種情況，從其中所使用的材料來看，會(huì)引起對(duì)所用太陽能電 池或太陽能電池復(fù)合體有腐蝕性作用的環(huán)境。無論是不同生產(chǎn)階段的太陽能電池或太陽能模塊，在根據(jù)本發(fā)明在考慮熱函P或 P *情況下進(jìn)行溫度處理或溫度_時(shí)間_材料常數(shù)處理時(shí)，均能觀察到這兩種有利于太陽能 電池或太陽能模塊功能和使用壽命的作用效果。因此在本發(fā)明的改進(jìn)方案中規(guī)定，在制造過程期間產(chǎn)生作用于半導(dǎo)體器件的腐蝕 性氛圍，例如表面活性、潮濕、氧化、堿性氛圍。如果例如已將半導(dǎo)體器件例如太陽能電池相 互連接成模塊，并且將其封裝在能提供腐蝕性氛圍的材料之中，則可以不必產(chǎn)生腐蝕性氛 圍。本發(fā)明所述方法例如尤其可從如下溫度_時(shí)間_材料常數(shù)以及據(jù)此算出的乘積得 到
m時(shí)間材料常數(shù)剩只[°q[s][J/cm2oq(Ρ = Κ·ΔΤ·ΔΙ 以及 P= Κ*·ΔΤ·Δ )[Js/cm2]步驟(b)T H、= IOO0CtlM =1 秒K最小=0.02P =2干燥Tg*= 300°C1ι^=600 秒K ^=0.06Ρ** = 10800步驟(i)T最小= 350°Ct i、= l 秒K =0.02P*小=7搬結(jié)T Sck= 480°Ct揪=120秒K =0.06=3456步驟(C)τ 、= 720°Ctw、= l 秒K最小=0.02P*小=14.4mT歉= 920°Ct = 120 秒K c=0.06P揪=6624步驟(d>T最小= 20°Ct 、= l 秒K φ =0.02P最小=04存放T Sck= 40°CtM =24小時(shí)K , =0.06Piy； =207360步驟(e)T s小= -35°Ct最小=1秒K , =0.02P*小=>0.7細(xì)T揪= -200°Ctskk=4小時(shí)K 揪=0.06P 揪=-172800步驟(I)Τ*卜=120°Ct -=0.1 秒K . =0.02P β小=0.24mτ**；= 370。Ct * = 15 秒K** =0.06P 揪=333步驟(D)=130°Ct 、= 1000 秒K**小=0.9P*s小=117000封裝T Sck=160°Ct揪=1800秒K* ； = 1.6P* 揪=460800步驟(m)T= 20°Ctm =\ 秒KilW =0.5P* 針=10mpTg*；= 90°Ctsyc=600 秒K* 駄=1.5P* 默=81000步驟(IV)T最小= -40°Ct =1 秒K* 剿、=0.5P*最小=-20辦PTa*= 20°Ct =600 秒K、= 1.5P*馱=18000 可根據(jù)之前所述的公式計(jì)算材料常數(shù)。
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，其中0. 02 < K < 0. 06，其中 K = Axdx P xCpxB 其中A=半導(dǎo)體器件的面積[cm2]，d=半導(dǎo)體器件的厚度[cm]， P =半導(dǎo)體器件的密度[g/cm3]， Cp =半導(dǎo)體器件的熱容[J/gK]， B =相應(yīng)地待處理半導(dǎo)體器件的[1/cm2]的參比量，為了達(dá)到熱函P且P = K · Δ T · Δ t，在各個(gè)方法步驟中在一段時(shí)間Δ t上將半導(dǎo)體器 件置于Δ T溫度下，其中Δ T表示與0°C之間的溫度差，和/或所使用的相互連接的半導(dǎo)體器件具有材料常數(shù)K*[J/cm2°C ]，其中0. 9 < K* < 1. 6，其中K* = A*x d*x P *x Cp*xB* 其中A* =相互連接的半導(dǎo)體器件的面積[cm2]， cf =相互連接的半導(dǎo)體器件的厚度[cm]， P * =相互連接的半導(dǎo)體器件的密度[g/cm3]， Cp* =相互連接的半導(dǎo)體器件的熱容[J/gK]， B*=相互連接的半導(dǎo)體器件例如太陽能模塊的[1/cm2]的參比量。 為了達(dá)到熱函P*且P* = K* · Δ T · Δ t，在各個(gè)方法步驟中在一段時(shí)間Δ t上將相互連 接的半導(dǎo)體器件置于Δ T溫度下，Δ T表示與0°C之間的溫度差。
15.根據(jù)至少權(quán)利要求14所述的方法， 其特征在于，在方法步驟(a)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中0. 4Js/cm2 ^P^ 720Js/cm2，和/或 在方法步驟(b)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中2J s/cm2<P< 10800Js/cm2，和/或 在方法步驟(c)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中288招/0112< <4416招/0112，和/或 在方法步驟(d)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中0.4Js/cm2<P< 1440Js/cm2，和/或 在方法步驟(e)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中-1.2JS/cm2彡P(guān)彡86400Js/cm2，和/或 在方法步驟(i)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中7仏/(^2< < 3456払/(^2，和/或 在方法步驟(1)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中0. 24JS/Cm2<P< 333JS/Cm2，和/或 在方法步驟(m)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中117000J s/cm2 ^P^ 460800Js/ cm2,禾口 /或在方法步驟(η)中，使半導(dǎo)體器件得到熱函P，其中117000JS/Cm2<P<460800JS/Cm2， 和/或在方法步驟(I)中，使半導(dǎo)體器件復(fù)合體得到熱函產(chǎn)，其中0. 24Js/cm2 ^ P* ^ 333Js/ cm2,禾口 /或在方法步驟(II)中，使半導(dǎo)體器件復(fù)合體得到熱函廣其中117000Js/ cm2 ^ P* ^ 460800Js/cm2，和 / 或在方法步驟(III)中，使半導(dǎo)體器件復(fù)合體得到熱函廣其中IOJs/ cm2 ^ P* ^ 81000Js/cm2, ^P / 或在方法步驟(IV)中，使半導(dǎo)體器件復(fù)合體得到熱函廣其中-20Js/ cm2 ^ P* ^ 18000Js/cm2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在半導(dǎo)體器件上制造電觸點(diǎn)的方法，至少包括以下方法步驟將用于形成觸點(diǎn)的濕料以所期望的條狀和/或者點(diǎn)狀布置施加在該半導(dǎo)體器件的外表面上；通過將半導(dǎo)體器件加熱到溫度T1并且在T1溫度下保持時(shí)間t1來將所述濕料干燥；通過將半導(dǎo)體器件加熱到溫度T2并且在一段時(shí)間t2期間將該半導(dǎo)體器件保持在T2溫度下，來將干燥后的材料燒結(jié)；將半導(dǎo)體器件冷卻到溫度T3，該溫度T3等于或大致等于室溫，并且將半導(dǎo)體器件在T3溫度下保持一段時(shí)間t3；將半導(dǎo)體器件冷卻到溫度T4且T4≤-35℃，并將半導(dǎo)體器件在T4溫度下保持時(shí)間t4；然后將半導(dǎo)體器件加熱到室溫。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101958370SQ20101025342
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者D·弗蘭克, H·納格爾, I·施沃特利克, W·施米特 申請(qǐng)人:肖特太陽能股份公司