台湾专利TW201311929A 於矽光伏打電池上之金屬的光誘鍍敷

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本發明係描述一種在光伏打太陽電池上鍍敷金屬接觸的方法及組成物。該電池被浸入一種含有可鍍金屬離子及使鋁或鋁合金離子由太陽電池背面溶出之增溶劑的水性浴液中。接著將該電池曝露在光線中，使電池兩側成為相反電性。不需要外部的電性接觸即可鍍敷該金屬離子。
公开号:TW201311929A
申请号:TW101126002
申请日:2012-07-19
公开日:2013-03-16
发明作者:David W Minsek；Lev Taytsas
申请人:Macdermid Acumen；
IPC主号:C25D7-00

专利说明:
於矽光伏打電池上之金屬的光誘鍍敷
本專利申請案為2009年8月28日申請遞件之美國12/549,547號申請案之連續案，其目前仍在申請中。
本發明係關於一種在光伏打電池上製作金屬接觸之光誘鍍敷的方法，該電池包括矽太陽電池。
太陽電池是光伏打電池或模組，可直接將太陽光轉換成電。光伏打電池是以半導體材料製成，最常見的材料是矽。當光線(紫外光、可見光或紅外光)照到電池時，一部分的光線被此半導體材料吸收，其所帶的能量就轉到半導體內而產生電流。藉著位在光伏打電池頂部與底部的金屬接觸，可引出這些電流以供外部使用，將此電流乘上電池的電壓值即為該電池所產生的瓦特數。
典型的半導體光伏打電池含有一個大面積的p-n接面，被吸收的光在此處產生許多電子-電洞對，這些電子與電洞分別朝接面的反側方向移動，也就是過多的負電荷會累積在n-摻雜側，而過多的正電荷就會累積在p-摻雜側，為了收集這些電流以產生電力，該p-n接面的兩側就必需與外部電路電氣接觸，典型的接觸係由兩個金屬圖案所構成，每一側各有一個，其係與半導體元件歐姆接觸。理想的接觸圖案應具有高的導電率以使得電阻損失降到最低，對基材要有好的電氣接觸以有效地收集電流，同時也要有高附著性以確保機械的穩定性。在電池的正面，也就是入射光能照到那面，的接觸圖案是被設計成一個低的電阻途徑以能收集電池表面所產生的所有電流，同時還能夠能把金屬對入射光線的干擾所造成電流的產生損失降到最小。
矽，特別是以其結晶狀態，是製作太陽電池常見的材料，大多數的太陽電池是由已摻雜硼與磷以形成p型/n型接面的結晶矽所製成。為降低製造成本，可用多晶矽來製作太陽電池，雖然這種電池的效率不如單晶矽電池；也可使用非結晶矽，其結構不具結晶態，則可使成本更進一步下降。其他用來製作太陽電池的材料包括砷化鎵、硒化銅銦及銻化鎘。
典型的矽太陽電池的配置方式包括如下組成：(a)背面接觸，通常包含一層鋁或鋁合金以及由銀或銀-鋁合金構成之匯流排；(b)p型矽；(c)n型矽；(d)在電池正面的抗反射塗層；(e)正面接觸，通常包含金屬柵線及匯流排；以及(f)封蓋玻璃。
因矽易於反光，一般會在電池的頂部加上抗反射塗層以降低反射損失。然後通常會在該抗反射層上覆蓋一玻璃封蓋板用來保護電池。
傳統的太陽電池可用結晶態的矽晶圓製成。起初矽晶圓因摻有硼而屬於p型半導體。為使光線的吸收更好，晶圓表面可用氫氧化合物或硝酸/氫氟酸處理後而變粗糙，如此光線會傾斜地反射進入矽中。使用氣相沈積或擴散法把n型的摻雜物，通常是磷，擴散到晶圓中來形成p-n接面。在正面加上一層介電物質，通常是氮化矽或氧化矽；這一層可同時做為表面鈍化層與抗反射塗層(ARC)。
在矽太陽電池的標準製作流程中，矽晶圓的正面會塗布抗反射鈍化層，通常是氮化矽，此氮化矽層一方面可使電池的光線吸收(不是反射)率最大化，另一方面能鈍化晶圓表面以防止電子-電洞在表面發生再結合，故可提高電池的效率。在電池背面通常係利用不同的效應來使得電子-電洞的再結合減至最低。背部表面電場(BSF)是在靠近晶圓背面的矽中做出所謂的p⁺摻雜層，其中p⁺摻雜層中含有比p型摻雜基材主體更高的p型摻雜物濃度。於是在靠近界面處形成電場，可對於少數流向晶圓背面的載子(電子)產生障壁。可以使用任何一種p型摻雜物，如鋁或硼。通常是把鋁或鋁合金沈積在背面上再施以高溫燒結，使p型摻雜物能擴散到矽內。該鋁或鋁合金可用網版印刷或氣相沈積法來沈積。一般而言，在矽太陽電池的標準製作流程中，含有銀或銀-鋁漿料之可焊接匯流排係利用網版印刷印在晶圓背面，接著在除了被匯流排覆蓋的區域之外，將鋁膏印在整個背面，然後進行燒結以移除溶劑黏結劑，使漿料層硬化，並使得鋁p型摻雜物擴散到矽中。
必須形成太陽電池的接觸面，因而在晶圓背面上製成整面的金屬接觸，包含上述p⁺摻雜之BSF與可銲接的匯流排，而在正面的金屬接觸則是由許多細小的“手指”與較粗的“匯流排”所組成，此乃透過網版印刷把漿料印成這些手指及匯流排的圖案，然後在高溫中進行燒結以去除溶劑黏結劑，使圖案硬化，並對電池形成歐姆接觸。在形成太陽電池導體之後，再用扁平電線或金屬帶將多個太陽電池串聯(及/或並聯)起來成為模組或“太陽能板”，完工後的太陽能板在其正面通常會有一片回火玻璃，並在背面用高分子密封以隔離外界環境的傷害。
矽是最常用於製作太陽能板的材料，第1圖係顯示典型的矽太陽電池，其正面10具有正面金屬匯流排12與金屬線14以及背面20有背面金屬匯流排22。在太陽電池正面的金屬匯流排12與金屬線14較佳係包含印刷的漿料，其係使用本發明所提出的鍍敷組成物與方法鍍敷上去的。背面金屬匯流排22較佳係包含與矽接觸的漿料或是鋁-銀漿料，電池背面其餘的表面較佳係被經燒結的鋁層38所覆蓋。
第2圖係顯示典型的矽太陽電池的截面圖，其具有抗反射塗層32、n摻雜矽層34及p摻雜矽層36。矽可以是單晶矽或多晶矽，其為舉例但非限制。在正面10上的金屬線14收集光誘發電流，該正面匯流排12收集來自眾多金屬線14或“手指”的電流。該電池的背面20通常具有一組類似正面的匯流排22，然而，該背面20並不需要可讓光線傳遞。該正面的匯流排12與該背面的匯流排22能允許電池的串聯以做成模組，該背面的匯流排22接觸到矽基材，背面其餘的表面則被一鋁或鋁合金層38覆蓋，該鋁或鋁合金層38一般是把鋁或鋁合金的漿料印在該太陽電池的背面，然後加以烘烤所製作成。
在設計電池正面的金屬圖案時需考慮到競爭因素，因電池的正面必須能讓光線穿透，故被金屬線覆蓋的區域面積要儘可能減少以使陰影造成的損失能降至最低，在另一方面，金屬線的覆蓋率卻要儘量放大以能有效地收集電流，因為正面的片電阻相對是較高的(大約50到100歐姆/單位面積)，若覆蓋率太低將導致過多的電阻損失。
有許多不同的方法可用來製作正面的金屬圖案，包括使用導電漿料的網版印刷法、噴墨法、晶種層電鍍法。其中常見的方法是用網版印刷把帶有玻璃介質之漿料印在電池正面，再放置在大約800℃環境中做燒結，此時漿料會燒熔穿過抗反射塗布層，若有的話，而形成格柵狀的金屬漿料的線與匯流排，以此法所製成的導電圖案具有還不錯的電氣接觸、導電性與附著性，若將額外的金屬加到該格柵表面上就可進一步改善其特性，因為燒結後的漿料其內部多含空洞與非金屬的填充物。
在另一種用來製作正面導電圖案的方法中，金屬從含有可溶解之金屬離子的溶液中沈積在抗反射塗布層表面之線與匯流排的圖案上。也許多方法可用來製作此圖案，例如照相微影技術搭配蝕刻、機械劃線法或雷射成像法。例如在國際公開No.WO 2005/083799中所揭露的方法。
在含有可溶解之金屬離子的溶液中發生金屬沈積係涉及到電化學的機制，此時發生氧化與還原反應，從廣義的定義來看，在溶液中出現金屬沈積在基材有三種不同的機制：
(1)置換，即已熟知的賈法尼(galvanic)置換，金屬沈積在惰性較低的金屬基材上，此時伴隨著電子從惰性較低的金屬移轉到惰性較高的金屬，結果是惰性較高的金屬沈積在該惰性較低的金屬基材上。此方法可能受限於厚度，因為當惰性較低的金屬基材被完全覆蓋後，正常狀況下沈積就會停止。此外，部分的基材將被消耗掉，同時因惰性較高的金屬的沈積伴隨著下方惰性較低的金屬的溶解，該沈積的金屬層可能不連續，導致不良的導電性與附著性。
(2)電鍍，藉由外部電流源來誘發氧化與還原反應，此法可快速地獲得緻密、高品質的金屬層，而且不受厚度的限制。然而，在槽中基材是作為陽極必需有電氣的連接以完成一完整的電氣迴路，而要在電池上做出良好的電氣接觸是有困難的，因為這可能造成很脆的矽基材的破碎。
(3)自催化，即熟知的無電鍍，沈積是金屬離子在含有還原劑的溶液中發生還原反應，而此現象僅出現在已被催化過具活化的表面上。這種方法不需要電氣接觸與外部的電流源，但在實用上遭遇許多缺點，首先，製程難以控制，因為該溶液從熱力學觀點來看本質上是不穩定的；除非花很大的工夫優化將此系統，否則析出的金屬會自發性地發生分解。另一個限制是沈積速率非常緩慢。特別是，無電鍍銀是廣為人知的習知技術，其溶液是相當不穩定的。
為解決這些問題，已有許多習知的技術提出不同的電鍍方法，例如在光伏打元件使用光誘發電壓來達成金屬的沈積。
在Durkee的美國專利4,144,139號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種電鍍太陽電池表面之電氣接觸的方法，這是把電池浸入含有金屬離子的電解液，並把電池表面暴露在光線中，如此金屬的電鍍就發生在該元件的陽極表面上。電池的背(陽極的)面覆蓋一層厚的犧牲銀層，當該元件被光照射時，銀就從背面的屬於陽極的表面上溶解並沈積在屬於陰極的正面上，提到電鍍液中含有氰化物的銀，雖然已知使用含氰化物的銀電解液可得到非常好的電鍍結果，但考量到環境因素並不建議使用氰化物。
在Grenon的美國專利4,251,327號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種類似美國專利No.4,144,139中所描述用於電鍍之電解液的方法。此外，該專利揭露一種配置方式，該元件的陽極背面是連接到DC電源的負電極，而該電源供應的正電極是連接至電鍍溶液中的一個銀電極，當光線照射到電池時，適當地調整電流可使背面發生沈積或腐蝕。使用含氰化物的銀電解液再次被使用到。其配置如第三圖所示。本方法的其一缺點是這個安排在電池要附貼一個電極，這可能導致脆性矽基材的破碎。
在Allardyce的美國專利公開2008/0035489號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種電鍍光伏打元件表面之電氣接觸的方法，其中該方法是把該元件浸入由含有銀離子的銀電鍍溶液解液時對其照射光線，該溶液內至少有含氮的化合物、表面活性劑、氨基的化合物三者中之一，以及胺基酸或磺酸兩者中之一。不過，此電解液用於光伏打元件之金屬化的“光誘發鍍敷法”與前述之美國專利4,251,327號中所揭露的方法相同或類似，也遇到相同的缺點，即在電池要附貼一個電極以連接電流源及陽極。
在Morrissey的美國專利公開2007/0151863號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種不含氰化物的銀電鍍化合物，該化合物係由銀與乙內醯脲或置換型的乙內醯脲形成錯合物、電解液以及2,2-聯吡啶所組成。
在Asakawa的美國專利5,601,696號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種不含氰化物的銀電鍍液，該電鍍液係由銀與乙內醯脲或置換型的乙內醯脲形成錯合物所組成。
在Hradil的美國專利4,126,524號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種不含氰化物的銀電鍍溶液，該溶液係由銀與有機二羧酸的醯胺形成錯合物，譬如琥珀醯亞胺。
在Hradil的美國專利4,246,077號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種不含氰化物的銀電鍍溶液，其含有與吡咯啶-2,5-二酮(琥珀醯亞胺)或3-二氫吡咯-2,5-二酮(順丁烯二醯亞胺)錯合的銀。
在Mandich的美國專利5,322,553號中，其主題內容係以參考文獻而完整併入本文，描述了一種用於無電鍍銀之不含氰化物的鍍敷溶液，該溶液係由銀陽離子、硫代硫酸鹽以及亞硫酸鹽所組成，該專利宣稱其鍍敷速率與溶液的穩定性優於傳統的銀鍍敷溶液。
無電鍍銀的鍍敷還有許多不完善之處，譬如已知其鍍敷溶液不穩性高易於分解、因偏析而造成銀損失、溶液壽命短，以及在不該有金屬的表面上發生沈積，同時為了得到穩定的鍍敷條件，鍍敷速率一般都相當緩慢。
使用電鍍法可獲得較快的電鍍速率，包括習知的使用外部電力供應電流到元件上的光誘發電鍍，然而，電氣的連接是個問題，這可能造成脆性的矽太陽電池的破碎。
因此，需要一種能夠提供較快速的電鍍速率且不會造成矽太陽電池因為了要做出電氣的連接而破碎的方法，同時也能把無電鍍銀的不足降到最低。
本發明使用特殊的電鍍液與方法來滿足這些不足，當使用在光伏打電池的鍍敷金屬時，本發明所提出之改良的電鍍液係由光線來活化，該電鍍液不含氰化物，不需要與該元件做電氣連接。
眾所周知鋁，雖然是一種非惰性金屬，一般狀態下可藉著鋁的氧化物而維持良好的鈍態，除了在強酸或強鹼的水溶液中，因為鋁的氧化物會被這些酸液溶解。此外，鋁在酸或鹼性溶液中會與水反應發生快速且無法控制的腐蝕。因此，出現一種兩難的局面，也就是為避免發生該無法控制的腐蝕，水溶液的pH值是中性或接近中性，但鋁在這類的水溶液中卻維持良好的鈍態。發明者已發現在一接近中性的pH值的水溶液中含有用來促使光伏打電池背面上之金屬溶解的特定試藥時，該溶解是穩定且易於控制。
本發明的其一目的在於提出一種不需接觸、光誘發之自催化或置換製程，可在光伏打元件上鍍敷金屬接觸的方法與組成物。
本發明的另一目的在於提出一種由光線活化之自催化或置換製程，可在光伏打元件上鍍敷金屬接觸的方法與組成物。
為此，在一個實施實例中，本發明係關於將金屬接觸鍍敷於光伏打太陽電池上之組成物，該組成物包括：a)可溶解的銀離子源；及b)用來促使光伏打太陽電池背面上之金屬(通常是鋁或鋁合金)溶解的溶劑在另一實施實例中，本發明係與在光伏打電池上沈積厚的金屬層的方法有關，該光伏打電池有正面與背面，其中該背面具有選自鋁與鋁合金所組成之群組的金屬，該正面之上具有金屬圖案，該方法由以下步驟組成：a)使用一種光誘發之鍍敷溶液接觸該光伏打電池，該溶液包括：i)可溶解的銀離子源；及ii)用來溶解從該背面之金屬溶解所形成的金屬離子的溶劑；以及b)以來自一光源之輻射能量照射該光伏打電池
其中，該太陽電池之該正面與該背面形成相反電性，以及自鍍敷溶液的金屬離子鍍敷到位於該太陽電池正面之該金屬的圖案之上，藉此一金屬層被沈積在其上，此時在該背面之金屬層的離子就溶解到該鍍敷溶液中。
任何一種金屬之還原電位是高於水之還原電位時，以此方法，就可從含有該種金屬離子的水性溶液中將該金屬沈積到該太陽電池的該正面上，較佳的金屬包括銅與銀，特別是銀，因為它具有高導電率。
本發明係大致關於一種藉由一製程在光伏打元件上鍍敷金屬導體之方法與組成物，該製程是藉由光線活化並不需對該元件有電氣性的接觸。在一個實施實例中，本發明所提出之該光誘發鍍敷溶液包含：a)可溶解的銀離子源；及b)一種溶劑，用來溶解包含鋁及由鋁組成的合金的金屬離子。
在任何含有銀(I)的化合物中可用在本發明的溶液，該可溶解的銀離子源可以是氧化銀、氮化銀、甲磺酸銀、醋酸銀、硫酸銀、檸檬酸銀或任何含銀的鹽類，其為舉例但非限定。其一的實施實例中，較佳的可溶解的銀離子源是硫酸銀、醋酸銀或甲磺酸銀。在本發明之其一較佳的實施實例中，該可溶解的銀離子源是出現在光誘發鍍敷的溶液，其銀的金屬濃度是1至35克/升。
不需被理論所限制，發明者相信在該太陽電池正面所發生的鍍敷反應是由金屬陽離子的還原所啟動，還原則是當光線照射到太陽電池時所形成的電位所引發的，其中負電荷累積在該電池的正(陽極)面，正電荷(電洞)累積在背(陰極)面。當鍍敷反應進行中，光子的吸收在矽本體內持續產生許多電子-電洞對，因p-n二極體所形成的電壓，使正電荷往電池的正面移動而正電荷向背面移動，該正電荷，或稱電洞，與來自位在電池背面的金屬鋁的電子中和成電中性，同時發生鋁離子的溶解，促使鍍敷反應發生。因此，為使該鍍敷反應能平順的連續進行，該鍍敷溶液中含有一溶劑可溶解來自該太陽電池背面的鋁離子(及任一種由鋁組成之合金的離子)，鋁優於在背面的其他種金屬，特別是銀，它一般會以已硬化的銀漿料所形成的匯流排的型式出現。
該鍍敷溶液應含有一種化合物，其能夠溶解(直接或經由螯合)從該太陽電池的背面所分解出來的鋁離子。該化合物對鋁的溶解應高於銀，此化合物包含乙醛酸、羥乙酸、乳酸、或任何一種α-或正-羥基羧酸、脂肪二羧酸、羥基多羧酸，如檸檬酸、酒石酸、蘋果酸或任何其他的羥基多羧酸。較佳的增溶化合物為檸檬酸、酒石酸與乙醛酸。在該鍍敷組成物中，該增溶化合物的濃度並非關鍵，但較佳的範圍是1至150克/升，更佳的範圍是10至30克/升。
或可添加在鍍敷組成物中添加還原劑，但它並非必需。不希望受限於理論，發明者相信可藉由還原劑來協助鍍敷反應，其係將電子直接由還原劑轉移至電池的正面或背面中。如果使用還原劑的話，其可包括甲醛、左旋葡萄糖、右旋葡萄糖、乙二醛、硝酸轉化糖、肼或硫酸肼、醛糖酸、醛糖酸內酯、酒石酸鹽(亦稱為羅謝爾鹽)、鈷離子、硫化物鹽類、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、次磷酸鹽、硼氫化物鹽類、二甲胺或其它烷基胺硼烷、肼硼烷、硼氫化氰，以上僅為舉例而非侷限。其他習知的還原劑也可用在本發明中。在一個實施實例中，還原劑為乙醛酸鹽、羅謝爾鹽或乙二醛。在一較佳的實施實例中，現在本發明之該光誘發鍍敷溶液中出現之還原劑的濃度是大約1至約60克/升，但更佳的是15至20克/升。
可添加一個選用的錯合劑來溶解銀陽離子並使其安定，同時隔離可能出現的金屬雜質。銀的錯合物包括氰化物、琥珀醯亞胺或是經取代的琥珀醯亞胺、乙內醯脲或被取代的乙內醯脲、尿嘧啶、硫代硫酸鹽、氨或其他胺類，僅為舉例而非侷限。如前所提到的，因安全與環境上的考慮，氰化物的使用不受到歡迎。氨的使用同樣令人不期望，因它的揮發性以及它所形成的銀鹽在乾燥時具爆炸的危險。較佳的實施例中，該錯合劑是乙內醯脲或5,5-二甲基乙內醯脲或其他經取代的乙內醯脲。若要使用，該錯合劑的在該光誘發鍍敷溶液中的濃度大約為20~150克/升，較佳的濃度為40~80克/升。
最後，本發明提出的鍍敷溶液也可含有不同的表面活性劑、粉粒細化劑、增亮劑或界面活性劑。例如，聚乙烯亞胺、聚乙二醇、2,2-聯吡啶、組胺酸、半胱胺酸、咪唑或其衍生物，可加入本發明之鍍敷溶液，僅為舉例而非侷限。較佳的增亮劑是組胺酸，發明者發現它有利於產生白色的銀沈積層。
該溶液較佳的pH值是到介於7.0到12.0，更佳的是使用適當的酸鹼調整劑將其調整到介於8.8到9.5。氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸或醋酸，僅為舉例而非侷限，可被用來調整該溶液的pH值。
如同第4圖所顯示，本發明係關於一種在光伏打太陽電池上沈積一層金屬之金屬化方法，該光伏打太陽電池有一個正面與一個背面，其中該背面包含一層金屬，該金屬係選自由鋁及鋁合金所構成之群組，並且該正面上包含一個由金屬構成的圖案，該方法包括步驟為：a)將光伏打太陽電池與光誘發的鍍敷組成物接觸，該組成物包含：i)可溶解的銀離子源，以及ii)一種試劑，其可使溶自背面上之金屬層的鋁金屬離子增溶；以及之後b)從光源對該光伏打電池照射輻射能量，其中，太陽電池的正面及背面變為帶有相反的電性，並且光誘發鍍敷溶液中的金屬離子被鍍敷在太陽電池正面的金屬圖案上，因而在其上沈積一層金屬，並且其中背面上之金屬層的離子被溶入光誘發鍍敷組成物中。
如上所討論的，在太陽電池正面的金屬的圖案通常由複數個電流收集線及匯流排所構成。
本發明之光源係以輻射能量照射該光伏打電池。本發明可使用各種不同的光源，包括，例如鹵素燈、螢光燈、發光二極體或水銀燈。可提供波長等於或小於1150奈米，這是同等於矽的能隙大小，的任一種強度或波長的光線都可被使用。
用該光誘發鍍敷溶液來接觸該光伏打電池的方式通常是將該光伏打電池浸泡在該鍍敷溶液中，在本發明的實施實例中，不需要有電氣的連接以接到外部的電源。
不需受限於理論，發明者相信有兩個可能的機制來解釋因位於陰極之金屬離子的還原發生光誘發鍍敷，首先，電子可能直接從陰極被貢獻到金屬陽離子，造成金屬原子的沈積；因為正電荷是累積在相反的陽極面，電子必須被供應到它相反的面，這可藉著在鍍敷溶液內的還原劑的氧化，或是從陽極上的金屬溶解與氧化中獲得電子。另一種機制是，該陰極可能催化從還原劑到金屬之電子的捐獻，造成金屬離子在該陰極上的沈積。也可能此兩種機制同時發生，不論是哪一種機制，其結果是相同的，換言之，金屬之光誘發沈積是選擇性地發生在陰極，而不需要附件使外部的電氣接觸連接到該電池。 [實施例] 實施例1依下述組成製成一種鍍敷溶液：
72.6克/升 5,5-二甲基乙內醯脲
20.2克/升醋酸銀
14.0克/升甲磺酸鉀
30.0克/升酒石酸鈉鉀(“羅謝爾鹽(Rochelle salt)”)加入氫氧化鉀將pH值調整為9.1 實施例2依下述組成製成一種鍍敷溶液：
72.6克/升 5,5-二甲基乙內醯脲
20.2克/升醋酸銀
18.2克/升乙醛酸水合物
72.7克/升甲磺酸鉀加入氫氧化鈉將pH值調整為9.2 實施例3依下述組成製成一種鍍敷溶液：
48.0克/升乙內醯脲
10.3克/升甲基磺酸
32.0克/升硼酸
28.7克/升甲磺酸銀
54.0克/升乙醛酸水合物加入氫氧化鉀將pH值調整為8.8 比較實施例1為了用於比較，依下述組成製成一種不含增溶劑或還原劑之鍍敷溶液：
72.6克/升 5,5-二甲基乙內醯脲
20.2克/升醋酸銀加入氫氧化鈉將pH值調整為9.1
以這些溶液來鍍敷如第1圖與第2圖所示之太陽電池。在正面上的線路是由印刷漿料所構成，其平均線寬大約為82微米，這是用從上到下的光學顯微鏡所測量的。在背面上的匯流排是由印刷漿料所構成，其厚度約為4.5微米，這是用X-光螢光分析儀(XRF)測量的。
該鍍敷溶液在透明的燒杯中加熱到45℃。將太陽電池片浸入鍍敷溶液中8分鐘，期間在距離5英吋的位置處以250W的鹵素燈照射其正面。之後以去離子水清洗並乾燥之。加工處理後的線寬是用從上到下的光學顯微鏡所測量，並且以XRF來測量背面匯流排的厚度。
表1顯示分別用光學顯微鏡及XRF所測得之正面線寬及背面匯流排厚度。
可觀察到實施例1~3中的正面線寬大幅增加，然而比較實施例1則沒有增加。此外，實施例1~3中背面匯流排的厚度呈現淨增加，而比較實施例1則是有淨減少，這表示匯流排發生了陽極的腐蝕。實施例4
以商用不含氰化物的銀電鍍溶液(EPI E-Brite 50/50)之鍍銀電池與本發明做比較。本發明溶液係依下述組成製成：
17.5克/升醋酸銀
52.5克/升乙內醯脲
22.8克/升硼酸
8.7克/升甲基磺酸
39.5克/升羅謝爾鹽
52.0克/升乙醛酸水合物加入氫氧化鉀將pH值調整為8.8
以這些溶液來鍍敷太陽電池片。在正面上的線路是由印刷漿料所構成，其平均線寬大約為82微米，這是用從上到下的光學顯微鏡所測量的。將電池片浸於實施例4的溶液中8分鐘，該溶液溫度45℃且係置於透明玻璃燒杯中，在此同時，於距離5英吋的位置處以250W的燈泡照射其正面。為了比較，在商用的電鍍溶液槽中電鍍電池片，用銀線夾住在該電池正面上的銀漿料所製成的格柵，用惰性的陽極將該格柵連接到電源供應器以完成電氣迴路，並且通過等電流至0.4安培/平方公寸，持續180秒。之後用去離子水沖洗電池片並乾燥之，加工處理後的線寬是用從上到下的光學顯微鏡所測量。
由從上到下的光學顯微鏡可觀測到，未經處理之對照組的平均線寬大約是120微米。不論是電鍍或是光誘發鍍敷的線，其平均線寬大約是130微米。以本發明所揭露方法得到的金屬線之表面形貌較為平滑且均一，並且本發明所沈積的銀層較厚。實施例5
以含有及不含羅謝爾鹽(Rochelle salt)之光誘發鍍敷液所製成之背面銀漿料匯流排來進行比較。溶液5A依下述組成而製成：
13.5克/升硫酸銀
89.6克/升 5,5-二甲基乙內醯脲
36.3克/升醋酸鈉
加入氫氧化鉀將pH值調整為9.3除了含有10.75克/升的羅謝爾鹽之外，溶液5B的成份與溶液5A相同。
以這些溶液來鍍敷太陽電池片。將電池片浸於溶液5A及5B中7分鐘，溶液溫度為50℃且係置於透明玻璃燒杯中，在此同時，於距離5英吋的位置處以250W的燈泡照射其正面。之後用去離子水沖洗電池片並乾燥之。
在沒有羅謝爾鹽的溶液5A中，很容易看到含有銀漿料之背面匯流排有嚴重的腐蝕，然而在含有羅謝爾鹽的溶液5B的鍍敷中，則未見到肉眼可看到的腐蝕。以X-光螢光分析儀測量在匯流排上的銀層厚度。在溶液5A中進行鍍敷的電池片的厚度不均勻，大約在0.1至2.7微米之間，而在溶液5B中進行鍍敷的電池片，則可測量到3.5微米的均勻厚度。實施例6
以含有及不含檸檬酸或羅謝爾鹽之鍍敷液進行光誘發鍍敷之後，將所製成之正面銀漿料金屬線及背面銀漿料匯流排同時進行比較。溶液6A依下述組成來製成：
8.6克/升硫酸銀
54.0克/升 5,5-二甲基乙內醯脲
19.0克/升醋酸
加入氫氧化鉀將pH值調整為9.2除了含有如表2所顯示的增溶劑之外，溶液6B~6H的成份與溶液6A相同。
以這些溶液來鍍敷太陽電池片。將大約5x5平方公分的電池片浸入溶液6A~6H中6與16分鐘，溶液溫度為50℃且係置於透明玻璃燒杯中，在此同時，於距離5英吋的位置處以250W的燈泡照射其正面。之後用去離子水沖洗電池片並乾燥之。電池在鍍敷之前與之後都秤重以取得重量的增加量。加工處理後的線寬是用從上到下的光學顯微鏡所測量，並且以XRF來測量背面匯流排的厚度。該未經處理(對照)的電池其正面的金屬線寬約為94微米，背面的銀匯流排厚度約為7.7微米。
可見在分別含有羅謝爾鹽與檸檬酸的光誘發鍍敷溶液6B與6C中鍍敷後，其重量增加量及金屬線寬可得到最大值。
10‧‧‧正面
12‧‧‧匯流排
14‧‧‧金屬線
20‧‧‧背面
22‧‧‧金屬匯流排
32‧‧‧抗反射塗布層
34‧‧‧n摻雜矽層
36‧‧‧p摻雜矽層
38‧‧‧鋁或鋁合金層
第1圖顯示矽太陽電池之正面與背面。
第2圖顯示矽太陽電池之剖面圖。
第3圖顯示先前技術之光誘電解鍍敷方法。
第4圖顯示依據本發明之光誘鍍敷方法的具體實施例。

权利要求:
Claims (18)
[1] 一種在光伏打太陽電池上沈積一層金屬之金屬化方法，該光伏打太陽電池具有一個正面與一個背面，其中該背面包含一層金屬，該金屬係選自由鋁及鋁合金所構成之群組，以及該正面上包含一個含有金屬的圖案，該方法包括步驟為：a)將光伏打太陽電池與光誘發的鍍敷組成物接觸，該組成物包含：i)可溶解的銀離子源，以及ii)一種試劑，其可使溶自背面上之金屬層的鋁金屬離子增溶；以及之後b)從光源對該光伏打電池照射輻射能量，其中，光誘發鍍敷溶液中的金屬離子被鍍敷在太陽電池正面的金屬圖案上，並且在鍍敷期間，太陽電池未與外部電源電氣連接，以及其中背面上之金屬層的離子被溶入至光誘發鍍敷組成物中。
[2] 如申請專利範圍第1項之方法，其中光誘發鍍敷組成物包括一種用於銀離子之錯合劑。
[3] 如申請專利範圍第1項之方法，其中可溶解銀離子源係選自由氧化銀、硝酸銀、甲磺酸銀、醋酸銀、檸檬酸銀、硫酸銀及一或多種前述物質之組合所構成之群組。
[4] 如申請專利範圍第3項之方法，其中可溶解銀離子源是醋酸銀。
[5] 如申請專利範圍第3項之方法，其中可溶解銀離子源是甲磺酸銀。
[6] 如申請專利範圍第3項之方法，其中可溶解銀離子源是硫酸銀。
[7] 如申請專利範圍第1項之方法，其中可溶解銀離子的濃度係介於約1和約35克/升之間。
[8] 如申請專利範圍第1項之方法，其中增溶劑係選自由乙醛酸、羥乙酸、乳酸、或任何一種α-或正-羥基羧酸、脂肪二羧酸、羥基-多羧酸或前述物質之任何組合所構成之群組。
[9] 如申請專利範圍第8項之方法，其中增溶劑包含酒石酸或其鹽類。
[10] 如申請專利範圍第8項之方法，其中增溶劑包含檸檬酸或其鹽類。
[11] 如申請專利範圍第1項之方法，其中增溶劑的濃度係介於約1至150克/升之間，但是最佳為10至30克/升。
[12] 如申請專利範圍第2項之方法，其中錯合劑係選自由氰化物、琥珀醯亞胺或經取代之琥珀醯亞胺、乙內醯脲或經取代之乙內醯脲、脲嘧啶、硫代硫酸鈉、胺類及一或多種前述物質之組合所構成之群組。
[13] 如申請專利範圍第12項之方法，其中錯合劑是乙內醯脲或經取代之乙內醯脲。
[14] 如申請專利範圍第2項之方法，其中錯合劑的濃度係介於約20至約150克/升之間。
[15] 如申請專利範圍第1項之方法，其中在太陽電池正面含金屬之圖案包括電流收集線及印刷於其上的匯流排。
[16] 如申請專利範圍第15項之方法，其中含有金屬之圖案包含印刷銀漿料。
[17] 如申請專利範圍第1項之方法，其中該光源係選自由鹵素燈、白熾燈、螢光燈、發光二極體或水銀燈所構成之群組。
[18] 如申請專利範圍第1項之方法，其中以光誘發鍍敷組成物來接觸光伏打電池之步驟包括將光伏打電池浸入光誘發鍍敷組成物中。

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同族专利:

公开号 | 公开日

US8337942B2|2012-12-25|

CN103703574B9|2016-08-24|

JP2014523653A|2014-09-11|

US20130078754A1|2013-03-28|

US20110275175A1|2011-11-10|

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TWI481743B|2015-04-21|

CN103703574A|2014-04-02|

US8956687B2|2015-02-17|

EP2735033A1|2014-05-28|

EP2735033A4|2015-03-18|

KR20140041878A|2014-04-04|

WO2013016067A1|2013-01-31|

KR101732955B1|2017-05-08|

ES2861123T3|2021-10-05|

EP2735033B1|2021-02-24|

JP6047568B2|2016-12-21|

引用文献:

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

US4126524A|1975-03-12|1978-11-21|Technic, Inc.|Silver complex, method of making said complex and method and electrolyte containing said complex for electroplating silver and silver alloys|

US4246077A|1975-03-12|1981-01-20|Technic, Inc.|Non-cyanide bright silver electroplating bath therefor, silver compounds and method of making silver compounds|

US4144139A|1977-11-30|1979-03-13|Solarex Corporation|Method of plating by means of light|

US4251327A|1980-01-14|1981-02-17|Motorola, Inc.|Electroplating method|

US5322553A|1993-02-22|1994-06-21|Applied Electroless Concepts|Electroless silver plating composition|

DE4333426C1|1993-09-30|1994-12-15|Siemens Solar Gmbh|Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen aus kristallinem Silizium|

US5882435A|1993-09-30|1999-03-16|Siemens Solar Gmbh|Process for the metal coating of solar cells made of crystalline silicon|

US6251249B1|1996-09-20|2001-06-26|Atofina Chemicals, Inc.|Precious metal deposition composition and process|

JP3816241B2|1998-07-14|2006-08-30|株式会社大和化成研究所|金属を還元析出させるための水溶液|

US6361824B1|2000-07-31|2002-03-26|Nanocrystal Imaging Corp.|Process for providing a highly reflective coating to the interior walls of microchannels|

JP4660806B2|2001-05-30|2011-03-30|石原薬品株式会社|無電解銀メッキ浴|

US7109056B2|2001-09-20|2006-09-19|Micron Technology, Inc.|Electro-and electroless plating of metal in the manufacture of PCRAM devices|

US6926922B2|2002-04-09|2005-08-09|Shipley Company, L.L.C.|PWB manufacture|

US7611639B2|2002-10-23|2009-11-03|Hoya Corporation|Glass substrate for information recording medium and method for manufacturing same|

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US13/188,615|US8337942B2|2009-08-28|2011-07-22|Light induced plating of metals on silicon photovoltaic cells|

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