一種電化學沉積太陽能電池金屬電極的方法

2023-07-15 19:33:36

專利名稱：一種電化學沉積太陽能電池金屬電極的方法
技術領域：
本發明涉及電化學沉積金屬的方法，特別涉及一種在太陽能電池 的陰極表面電化學沉積金屬電極的方法。
背景技術：
目前絕大多數商業化太陽能電池的導電電極生成方法是，用絲網 印刷的方法，在太陽能電池的陰極表面刷上銀漿、在陽極表面刷上鋁 漿，再經過高溫共燒後，在該太陽能電池的陰極和陽極上同時生成導 電陰極和陽極。這種太陽能電池導電電極生成方法的優點是工藝筒單 可靠，容易在大規模生產上得到應用。但是，絲網印刷和共燒生成太陽能電池導電電極的簡單工藝限制 了太陽能電池的光電轉換效率的提高。為了確保絲網印刷的漿料在共 燒後能與太陽能電池的表面有較好的歐姆接觸，降低太陽能電池的串聯電阻，不僅必須採用較粗的金屬副柵線的設計(一般大於IOO微米)， 而且還必須採用較低的發射極方塊電阻的設計(一般在50歐姆每平 方)。較粗的金屬副柵線的設計降低了太陽能電池的有效工作面積，而 較低的發射極方塊電阻的設計降低了太陽能電池的短路電流，這是目 前商業化太陽能電池的光電轉換效率偏低的主要原因。很明顯，提高太陽能電池的光電轉換效率的主要措施之一是提高 其發射極的方塊電阻。但是，太陽能電池發射極的方塊電阻提高後， 如果繼續採用絲網印刷漿料和共燒的工藝，將會增加太陽能電池的接觸電阻，從而降低太陽能電池的光電轉換效率。因此，提高太陽能電 池發射極的方塊電阻後必須解決的問題之一是降低金屬導電電極和太 陽能電池之間的"l妄觸電阻。解決上述問題的方法之一是釆用選擇性擴散工藝。所謂的選擇性 擴散工藝是指在太陽能電池的發射極的不同區域生成兩種不同值的方 塊電阻，即，在生成金屬導電電極的區域具有較低的方塊電阻，在其 它受光表面具有較高的方塊電阻。這種工藝設計既能提高太陽能電池 的短路電流，又能降低金屬導線和太陽能電池之間的接觸電阻。因此， 選擇性擴散工藝是提高太陽能電池的光電轉換效率的主要措施之一 。但是，上述絲網印刷和共燒工藝很難應用在使用了選擇性擴散工 藝的太陽能電池上。其主要原因是絲網印刷工藝很難把金屬漿料對準 在太陽能電池發射極具有較低方塊電阻的區域上。解決該對準問題的常用方法是在太陽能電池表面採用化學沉積生 成金屬導電電極的方法來替換以上所述的絲網印刷的方法。埋柵太陽 能電池就是採用化學沉積金屬銅的方法在太陽能電池的發射極上生成 金屬導電電極的。其具體方法是，用鈍化膜或減反膜覆蓋具有較大方 塊電阻的發射極表面，採用雷射在鈍化膜上開槽後，再進行深擴散， 從而降低該發射極表面開槽區域的方塊電阻，最後採用化學沉積金屬 的方法，在具有較低方塊電阻的發射極區域生成太陽能電池的金屬導 電電才及。化學沉積銅的過程是一個相當緩慢的化學過程， 一般需要近十個 小時左右的時間才能達到所需的金屬導電電極的厚度。為了防止由於沉積速度太快而引起的應力和吸附問題， 一般把化學沉積金屬導電電 極的速率控制在每小時2微米以下。用化學沉積金屬的方法製備太陽能電池電極的方法還存在另外一 個問題，即化學沉積金屬溶液的使用壽命比較短， 一般只能使用幾個 批次就不能繼續使用。因此化學沉積金屬的方法在大規模生產上使用 時會產生大量的廢水。由於排放的廢水中含有一些比較難以處理的有 機物，因此使用化學沉積金屬的工藝增加了太陽能電池的生產成本。不僅如此，化學沉積金屬的溶液相當不穩定，很容易發生自析金 屬的現象，影響正常的生產。另外，化學沉積金屬的工藝條件的控制 也非常的苛刻。例如，化學沉積銅溶液的溫度控制要求嚴格。為了減小自析銅的可能性，在化學沉積銅的時候，不僅要求空氣鼓泡，還要 求過濾。為了保持溶液濃度的穩定，還要求不斷地添加補充液。補充 液的添加必須非常嚴格地控制，太多了會造成自析銅，太少了會減小 沉積銅的速率。另外，絕大多數的化學沉積銅的操作是在高於室溫下進行的，例如大於50度，這樣的工藝就需要大量的能源提供，進一步加大了生產 成本。由於反應時間較長，這些能源的消耗量在生產過程中是相當可 觀的。解決以上問題的方法之一是採用電鍍工藝取代化學沉積金屬的工 藝。相對於化學沉積金屬，電鍍工藝的優點是沉積金屬的速度快。採 用電鍍工藝後，可以把太陽能電池的導電電極的生成時間從化學沉積 金屬的近十個小時的過程縮短到一個小時之內。在一般情況下，採用 電鍍工藝後，製備太陽能電池的導電電極的過程可在十幾分鐘內完成。採用電鍍工藝取代化學沉積金屬的工藝的另 一個優點是，由於電 化學沉積金屬比化學沉積金屬的過程簡單得多，因此操作範圍要大得 多，特別適用於工業生產。例如，它對溫度的要求不高， 一般可在室 溫下操作，這樣既有利於生產控制，又節約了加熱所需要的成本。電 鍍所用的電解液的組成也非常簡單，所以在一般情況下電解液可以長 時間反覆地使用。更進一步， 一般的化學沉積過程所生成的太陽能電池的導電電極 是非晶狀態的，而電化學沉積的太陽能電池的金屬導電電極是呈微晶 狀態的，因此電化學沉積的金屬導電電極具有更好的導電性能。它的 直接影響是電鍍金屬電極能降低太陽能電池所產生的電流在金屬導電 電極上的損失，從而提高太陽能電池的轉換效率。由於電鍍工藝沉積金屬的化學非常簡單，例如，電解液的pH值和 溶液組成的變化對電鍍工藝的影響不大，對溶液的管理也非常簡單， 因此電鍍工藝非常適用於工業化生產。更重要的是，採用電鍍工藝生 成的太陽能電池的金屬導電電極的生產成本非常低，對廢液的處理工 序也要比化學沉積金屬的廢液處理簡單得多。但是，要把傳統的電鍍工藝真正應用於大規模生產太陽能電池， 還有一定的困難。主要問題是電鍍掛具和太陽能電池的接觸，以及在 太陽能電池上所鍍的金屬的均勻性。上述電鍍掛具是傳統電鍍操作過 程中的一個重要工具，其在電鍍操作過程中的作用之一是把被電鍍的 物體固定在一定的位置，或固定在一定的範圍；電鍍掛具的另一個作 用是把外置電源的電流傳導給被電鍍的物體。事實上，在金屬化之前，太陽能電池的表面的電阻非常大，在通 常情況下，電鍍掛具和太陽能電池表面的接觸電阻很大，最終造成鍍 在太陽能電池表面的金屬的均勻性很差。另外，由於製備太陽能電池 的半導體材料非常脆，因此，在將太陽能電池裝卸於電鍍掛具的過程中，經常會發生太陽能電池的碎裂。通常解決上述由於太陽能電池與電鍍掛具之間的機械接觸和電接 觸所造成的問題的方法是，將太陽能電池浸沒在電解質內，利用太陽 能電池在光照下所產生的電能，在太陽能電池上沉積金屬導電電極。 由於依靠光照後太陽能電池所產生的電能在太陽能電池的表面生成金 屬導電電極，因此該方法不需要依靠傳統的電鍍掛具將外置電源的電 流傳導給太陽能電池的需要被電鍍的表面，解決了由於使用電鍍掛具 所造成的各種問題。但是，這種利用太陽能電池自身產生電能的方法來實現在太陽能 電池表面沉積金屬的方法也有很多缺陷。首先，為了保護太陽能電池 陽極表面上的金屬，必須外加一個直流電源。該直流電源的陽極接到 位於電解質溶液內的金屬上，該直流電源的陰極接到位於電解質溶液 內的太陽能電池的陽極金屬上。這樣的連接才能保證當在太陽能電池 的陰極上沉積金屬時該太陽能電池的陽極上的金屬不會被破壞。事實 上，在沉積金屬時使用這樣的連接方式會使得太陽能電池的陰極和陽 極同時在沉積金屬，造成了生產成本的不必要的增加。這種方法的另外一個缺點是，由於太陽能電池的陰極表面所存在 的電勢，是太陽能電池所產生的電勢和外置電源的電勢的總和，太陽 能電池陰極表面上的電勢不僅取決於太陽能電池所產生的電勢，還取 決於外置電源所施加在太陽能電池上的電勢。因此，太陽能電池表面上所鍍金屬的均勻性不僅取決於光照在太陽能電池表面上的均勻性， 而且還取決於外置電源施加在太陽能電池上的電勢的均勻性。例如， 只有非常良好的整個表面的接觸才能夠在太陽能電池陰極表面得到非 常均勻的電勢。事實上，這種均勻的接觸是很難在工業生產中實現的。發明內容針對以上現有技術中的各項缺陷，本發明的目的之一是提供一種 利用太陽能電池在接受光照後產生電勢的特點，在太陽能電池的陰極 表面上實現電化學沉積金屬的工藝。進一步，本發明的另一個目的，是提供一種能確保金屬只沉積在 太陽能電池的陰極表面的電化學沉積金屬的工藝。更進一步，本發明的另一個目的，是提供一種能夠有效控制金屬 沉積速率的在太陽能電池的陰極表面電化學沉積金屬的工藝。本發明的最後一個目的，是提供一種適用於大規模生產的在太陽 能電池的陰極表面沉積金屬的工藝。為了實現上述目的，本發明提出了一種電化學沉積太陽能電池金屬電極的方法，其包括以下步驟將太陽能電池的含有陰極的表面與電解質溶液接觸；將太陽能電池的陽極和固體金屬連接；使用光源對太陽能電池的主受光表面進行光照；所述電解質溶液中的金屬離子接受所述太陽能電池陰極表面產生 的電子後生成金屬並沉積在所述太陽能電池的陰極表面，同時所述固體金屬為所述太陽能電池的陽極提供電子後生成金屬離子並溶入電解 質溶液。所述太陽能電池除了含有陰極的表面外不與所述電解質溶液接觸。所述太陽能電池與所述電解質溶液接觸的表面只含有陰極。所述太陽能電池與所述電解質溶液接觸的表面可以同時含有陰極 和陽才及。該電解質溶液包括金屬離子、酸根、水和添加劑。 該電解質溶液含有至少一種或一種以上的金屬離子。 該電解質溶液含有至少 一種或 一種以上的酸根。 該電解質溶液還包括一種或一種以上的添加劑。所述主受光表面為該太陽能電池與所述電解質溶液相接觸的表面 或者其未與所述電解質溶液接觸的表面。在所述進行光照的步驟中，光照的光源為自然光或照明器件發出 的光。在所述進行光照的步驟中，光直接照射到太陽能電池的表面或者 透過電解質或其他介質後照射到太陽能電池的表面。所述太陽能電池的陽極和所述固體金屬通過導線電連接。所述固體金屬由至少 一種金屬或合金組成。所述固體金屬至少有一個表面接觸所述電解質溶液。該方法還包括在太陽能電池的陽極和固體金屬之間連接外置電源 的步驟。所述外置電源為直流電源，其中該直流電源的陰極連接該太陽能 電池的陽極，該直流電源的陽極連接該固體金屬。該直流電源的輸出功率不小於零。該固體金屬的成分與沉積在太陽能電池陰極表面上的金屬成分相同。所述太陽能電池固定在電解質溶液的上方。 所述太陽能電池在水平方向移動。在本發明的電化學沉積金屬的過程中，金屬離子只能沉積在太陽 能電池的陰極上，從而從根本上解決了由於金屬沉積在陽極造成短路 而引起的電池效率下降的問題，同時避免了使用任何電接觸損壞太陽 能電池片以及造成沉積金屬不均勻的可能。本發明的另一個優點是，太陽能電池的另一表面不和電解質溶液 接觸，因此不需要加一個外置電源以保護太陽能電池的另一表面的金 屬。從而太陽能電池表面的電勢可以從零開始變化，並能進行有效的 控制，從而控制太陽能電池陰極表面的電化學反應速率。本發明的另一個重要優點是，由於保證了光照強度的均勻，太陽 能電池的電勢在整個表面是非常均勻的，從而在整個太陽能電池的陰 極表面所沉積的金屬也是非常均勻的。本發明的再一個優點是能夠達到自我對準的效果。該優點特別有 利於製備具有選擇性擴散結構的太陽能電池。


圖1為使用本發明的電化學沉積金屬的方法在太陽能電池的陰極 表面進行電化學反應以沉積金屬的示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發明的具體實施例進行詳細說明。圖1為使用本發明的電化學沉積金屬的方法在太陽能電池的陰極 表面進行電化學反應以沉積金屬的示意圖。如圖所示，本發明的電化學沉積金屬的方法使用的裝置主要是電解質溶液槽10,電解質溶液20，太陽能電池30,金屬導線40，金屬 塊50和發光器件60。本發明的電解質溶液槽10的主要作用是盛放電解質溶液20。在太 陽能電池30的主受光表面是其陰極表面的情況下，本發明的電解槽10 的另一個作用是允許發光器件60所發出的光能透射到太陽能電池30 的主受光表面。這樣，本發明的電解質槽IO—般可採用透明耐腐蝕的 材料製成，如石英，玻璃，透明有機材料等。當太陽能電池的主受光面不含其陰極的情況下，即，其主受光面 與陰極表面分別為太陽能電池的兩面時，發光器件應該放置在太陽能 電池的上方，使其所發出的光直接照射在太陽能電池的上表面。本發明的電解質溶液槽10內的電解質溶液20主要是由金屬離子和酸根所組成，例如硫酸銅，氯化鎳等。根據所沉積金屬的不同要求，電解質溶液20可以僅含有一種金屬離子，也可以含有多種金屬離子。同樣，根據不同的沉積金屬的要求，電解質溶液20內可以僅含有 一種酸根，也可以含有多種酸根，如硫酸根和硝酸才艮。為了減少沉積金屬的應力和提高所沉積的金屬的平整度，根據不 同的電解質溶液和電化學沉積金屬的工藝，也可以在電解質溶液20內 加入適當的添加劑。本發明的一個重要技術特徵是，太陽能電池30隻有其含有陰極的 一個表面與電解質;容液20相4妄觸，而另一表面並不和電解質;容液20 接觸。為了工業生產的簡單性，卯％以上的商業化太陽能電池的兩個表面 分別為陰極和陽極。因此本發明的方法特別適用於在這種商業化太陽 能電池上沉積金屬。當本發明的方法用於上述商業化太陽能電池時， 由於其陽極在其陰極的反面並且不和電解質溶液接觸，因此不一定需 要連接外置電源以保護太陽能電池陽極上的金屬。如圖l所示，固體金屬50和太陽能電池30之間用導電線40電連 接。在一般情況下，固體金屬50的主要成分與要沉積在太陽能電池30 陰極表面上的金屬成分相同。固體金屬50可以是單一成分的金屬，也可以是由一種以上的金屬 所組成的合金。該固體金屬50可以被放置到電解槽10內的任何一個 位置，同時和電解質溶液20有良好的接觸。當太陽能電池30的陰極是主受光面時，固體金屬50所放置的位置不應影響到發光器件60所 發出的光投射到太陽能電池30的表面。圖1展示了使用本發明的方法在太陽能電池的陰極表面電化學沉 積金屬電極的完整的反應過程。和傳統的電鍍工藝不同，本發明的電化學反應可以不需要外界提 供電能，而是利用太陽能電池自身產生的電能來實現電化學反應。在圖1中，發光器件60位於電解槽IO的下方。該發光器件60所 處的位置取決於太陽能電池30的結構。在太陽能電池30的陰極是該 太陽能電池的主受光面的情況下，該發光器件60所發出的光，透過透 明的電解槽10後再透過電解質溶液20,照射到太陽能電池30的下表 面即陰極表面。太陽能電池是一種將光能轉換為電能的器件。當太陽能電池受到 光的照射後，在發射極，即陰極，的表面產生負電勢。因此上述光照 使太陽能電池30產生負電勢後釋放電子。電解質溶液20中的金屬離 子在負電勢的驅動下向陰極移動，在太陽能電池30的陰極表面接受電 子後，生成金屬原子並沉積在太陽能電池30的陰極表面。同時，在電 解質溶液20內的固體金屬50，通過導電線40,在太陽能電池30的陽 極正電勢的作用下，不斷地失去電子生成金屬離子後溶解入電解質溶 液20中，以保持電解質溶液20中的金屬離子濃度的穩定。最終實現 無需外部電源供電的電化學反應過程。和需要連接外置電源的電鍍過程不同，本發明的上述電化學沉積 金屬的過程不需要連接外置電源，而是靠光照後太陽能電池30自身所產生的電勢來實現整個電化學反應，因此上述過程中金屬離子只能沉積在太陽能電池30的陰極上。這個特徵在工業生產太陽能電池中有著非常重要的意義。如果連 接外置電源實現電化學反應，太陽能電池表面上沒有被保護的陰極和 陽極都會沉積上金屬，造成太陽能電池的短路，降低太陽能電池的光 電轉換效率。而本發明的方法中，即使存在暴露的陽極表面，但由於 在太陽能電池接收到光照後，在其陽極只能接受電子而不能釋放電子， 所以金屬不可能沉積在太陽能電池的陽極上，從而從根本上解決了由 於陽極短路所造成的電池效率下降的問題。同時，由於太陽能電池片的厚度一般在200微米左右，任何局部 的物理接觸都很容易造成碎裂，而本發明的電化學沉積金屬過程可以 不需要連接外置電源，因此本發明的電化學過程可以不使用任何電接 觸，從而避免了損壞太陽能電池片的可能。更進一步，由於太陽能電池的陰極表面的電阻一般比較大，如果 依靠外部電接觸就會造成在太陽能電池的陰極表面的電勢不均勻，最 終導致在太陽能電池的表面沉積的金屬不均勻。而在本發明的電化學 反應中，只要光照強度在太陽能電池的表面是均勻的，太陽能電池所 產生的電勢在其整個表面也是均勻的，即，在其表面沉積的金屬是均 勻的。另一方面，在本發明的電化學反應過程中，含有太陽能電池陰極 的表面和電解質溶液接觸，太陽能電池的另一表面不和電解質溶液接 觸，因此不必使用外置電源保護太陽能電池的另一表面的金屬。這樣， 太陽能電池表面的電勢可以從零開始變化，能很好地控制在太陽能電池陰極表面的電化學反應速率，電化學沉積金屬的速率也可以通過改 變光照強度進行任意的變化。本發明的方法製成的太陽能電池的陰極表面所沉積的金屬是非常 均勻的。這是因為太陽能電池產生的電勢正比於它所接收到的光照強 度，只要在保證光照強度均勻的條件下，太陽能電池的電勢在整個表 面是非常均勻的，不受陽極金屬塊所處的位置、形狀和尺寸的影響。 均勻的電勢產生了均勻的電化學反應速率，因此也就能得到均勻的金 屬沉積層。池。為了減少太陽能電池的反射率，在其具有高方塊電阻的表面上一 般會鍍上一層降低反射率的減反膜。這層減反膜在本發明電化學沉積 金屬的過程中作為掩膜，阻止太陽能電池的陰極所產生的電子與電解 質溶液中的金屬離子接觸。而在進行過選擇性擴散的低方塊電阻表面 沒有該掩膜的保護，太陽能電池所產生的電子和電解質溶液內的金屬 離子接觸，發生電化學反應，在其表面生成金屬導電電極。本發明的電化學沉積金屬的過程可以是間隙的，也可以是連續的。在間隙電化學沉積金屬的過程中，本發明的太陽能電池3 0被固定 在電解質溶液20的上方，其含有陰極的表面與電解質溶液20接觸。 當太陽能電池30接收到發光器件60所發出的光後，電解質溶液20中 的金屬離子就會在太陽能電池的陰極表面接收到電子，生成金屬並沉 積在太陽能電池的陰極表面。在連續電化學沉積金屬的過程中，本發明的太陽能電池3 0在水平 方向移動。移動太陽能電池30的方式可以是滾輪，或者是移動支架。例如，太陽能電池30可以被放置在一組滾輪上，其含有陰極的表面和 在其下面的電解質溶液20接觸，當這組滾^^向某一方向轉動時，太陽 能電池30就在這組滾輪上沿著該方向移動，實現連續電化學沉積金屬 的過程。以下為使用本發明的方法的幾個具體實施例。 一、第一實施例 第一步為製作傳統太陽能電池P型矽片在經過制絨，擴散，邊緣刻蝕，N型表面氮化矽鍍膜，P 型表面絲網印刷鋁漿，N型表面絲網印刷銀漿，經燒結後測得該太陽 能電池的光電轉換效率為16.57%，其中它的開路電壓，電流密度，串 聯電阻，並聯電阻和填充因子分別為625mV; 35.3mA/cm2; 0.0075Q; 13.11Q; 75.1%。第二步為配製電解質溶液銅電解質溶液的配製把200克硫酸銅，120克闢u酸，4.5毫升光 亮劑VF100,均勻地溶入l升的水中。錫電解質溶液的配製將50克硫酸亞錫，60克硫酸，48克酚磺 酸，2.4克甲酚均勻地溶入1升的水中。第三步為電化學沉積金屬把太陽能電池的陰極表面和上述銅電解質溶液接觸，太陽能電池 的陽極和在銅電解質溶液內的固體銅連接。發光器件》文置在透明的電解質溶液槽的下部。在太陽能電池受到光照十五分鐘後，測得沉積在 太陽能電池的陰極導電電極上的銅層厚度約為10微米。然後再把經上述步驟得到的太陽能電池的陰極和上述錫電解質溶 液接觸，太陽能電池的陽極和在錫電解質溶液內的固體錫連接。發光 器件放置在透明的電解質溶液槽的下部。在太陽能電池受到光照 一分 鍾後，測得沉積在太陽能電池的陰極導電電極上的錫層厚度約為0.01微米。同時測得該太陽能電池的光電轉換效率被提高到16.94%，其中 它的開路電壓為626mV,電流密度為35.2mA/cm2,串聯電阻為 0.0045a並聯電阻為49.41Q,填充因子為76.9%。二、第二實施例第一步為製作埋柵電池P型矽片在經過制絨，淺擴散，邊緣刻蝕，氧化，在N型表面用 雷射刻埋柵槽，在埋柵槽內深擴散，在P型表面濺射鋁，然後鋁燒結， 在埋柵槽內進行化學鍍鎳，再進行鎳燒結後形成鎳矽合金。第二步為配製電解質溶液鎳電解質溶液的配製將150克硫酸鎳，8克氯化鈉，30克硼酸， 40克無水硫酸鈉，均勻地溶入1升的水中。銅電解質溶液的配製把200克硫酸銅，120克硫酸，4.5毫升光 亮劑VF100,均勻地溶入1升的水中。銅鋅合金電解質溶液的配製把75克氰化亞銅，9克氰化鋅，55 克氰化鈉，IO克碳酸鈉，4克氟化鈉，均勻地溶入l升的水中。第三步為電化學沉積埋柵電池陰極金屬把該太陽能電池的陰極表面和上述鎳電解質溶液接觸，太陽能電 池的陽極和在鎳電解質溶液內的固體鎳連接。發光器件放置在透明的 電解質溶液槽的下部。在太陽能電池受到光照五分鐘後，測得沉積在太陽能電池的埋柵槽內的鎳層厚度約為0.1微米。再把經過上述步驟的太陽能電池的陰極表面和上述銅電解質溶液 接觸，該太陽能電池的陽極和在銅電解質溶液內的固體銅連接。發光 器件放置在透明的電解質溶液槽的下部。在太陽能電池受到光照二十分鐘後，測得沉積在太陽能電池的埋柵槽內的銅層厚度約為15微米。然後再把經過上述步驟的太陽能電池的陰極表面和上述銅鋅合金 電解質溶液接觸，該太陽能電池的陽極和在銅鋅合金電解質溶液內的 固體銅鋅合金連接。發光器件放置在透明的電解質溶液槽的下部。在 太陽能電池受到光照二分鐘後，測得沉積在太陽能電池的埋柵槽內的 銅鋅合金層厚度約為0.01微米。同時測得該太陽能電池的光電轉換效 率為17.53%,其中它的開路電壓為620mV,電流密度為35.7mA/cm2， 串聯電阻為0.0040Q,並聯電阻為〉1000,填充因子為79.2%。三、第三實施例第一步為製作全背面導電電極太陽能電池在N型矽片上制絨，N型擴散，氧化，採用光刻膠作為掩膜把P 型電極接觸區打開，P型深擴，採用光刻膠作為掩膜把N型電極接觸 區打開，在電極接觸區進行化學鍍鎳，再進行鎳燒結後形成鎳矽合金。第二步為配製電解質溶液鎳電解質溶液的配製將150克硫酸鎳，8克氯化鈉，30克硼酸， 40克無水石克酸鈉，均勻地溶入1升的水中。銅電解質溶液的配製把200克硫酸銅，120克硫酸，4.5毫升光 亮劑VFIOO，均勾地溶入1升的水中。銅錫電解質溶液把20克氰化亞銅，30克錫酸鈉，20克氰化鈉， IO克氫氧化鈉，均勻地溶入l升的水中。第三步為電化學沉積全背面導電電極太陽能電池電極把該太陽能電池的導電電極表面和上述鎳電解質溶液接觸，該太 陽能電池的陽極和一個外置電源的陰極相聯接，該外置電源的陽極和 在鎳電解質溶液內的固體鎳連接。發光器件放置在太陽能電池的上部。 把外置電源的輸出電流控制在1安培，在太陽能電池受到光照五分鐘 後，測得沉積在太陽能電池的陰極表面的鎳層厚度約為O.l微米，測得 沉積在太陽能電池的陽極表面的鎳層厚度約為0.08微米。再把經過上述步驟的該太陽能電池的導電電極表面和上述銅電解 質溶液接觸，太陽能電池的陽極和一個外置電源的陰極相聯接，該外 置電源的陽極和在銅電解質溶液內的固體銅連接。發光器件放置在太 陽能電池的上部。把外置電源的輸出電流控制在1.5安培，在太陽能電 池受到光照二十分鐘後，測得沉積在太陽能電池的陰極表面的銅層厚 度約為15微米，測得沉積在太陽能電池的陽極表面的銅層厚度約為12 微米。然後再把經過上述步驟的該太陽能電池的導電電極表面和上述銅 錫電解質溶液接觸，該太陽能電池的陽極和一個外置電源的陰極相連 接，該外置電源的陽極和在銅錫電解質溶液內的固體銅和固體錫連接。發光器件放置在太陽能電池的上部。把外置電源的輸出電流控制在0.5 安培，在太陽能電池受到光照二分鐘後，測得沉積在太陽能電池的陰 極表面的銅錫層厚度約為0.01微米，測得沉積在太陽能電池的陽極表面的銅錫層厚度約為0.008微米。同時測得該太陽能電池的光電轉換效 率為18.02%，其中它的開路電壓為620mV，電流密度為36.9mA/cm2， 串聯電阻為0.0051Q，並聯電阻為MOOQ,填充因子為78.8%。本發明特別適用於陰極和陽極分別在二個不同表面的太陽能電池。例如，大多數商業化的太陽能電池的陰極和陽極分別在二個不同 的表面。商業化太陽能電池的主受光面是它的陰極表面，為了減小電 極的遮光面積，該太陽能電池的陰極金屬導電電極是由許多柵線所組 成。這種商業化太陽能電池的陽極在其另外一個表面。本發明在應用 於這種結構的太陽能電池時，把其陰極表面和電解質溶液接觸，把其 陽極表面連接固體金屬並且不和電解質溶液接觸。這種電化學反應的 過程，很容易實現連續生產。本發明也同時適用於陰極和陽極在同 一表面的太陽能電池。為了消除導電電極的遮光面積，提高太陽能電池的光電轉換效率， 可以把太陽能電池的陰極和陽極都放在太陽能電池的主受光表面的反 面。本發明在用於這種結構的太陽能電池時，把該太陽能電池的含有 陰極和陽極的一面和電解質溶液接觸。在該太陽能電池的陽極和固體 金屬之間連接一個外置電源，並且把發光器件放置於太陽能電池的上 方。當發光器件發出光並且外置電源進行供電時，太陽能電池的陰極 和陽極同時發生電化學沉積金屬的反應，即陰極和陽極的金屬導電電極同時生成。通過調節發光器件的發光強度和外置電源的供電強度， 可以調節在陰極和陽極的沉積金屬的速率。本發明不局限於上述特定實施例子，在不背離本發明精神及其實 質情況下，熟悉本領域技術人員可根據本發明作出各種相應改變和變 形，但這些相應改變和變形都應屬於本發明所附權利要求保護範圍之 內。
權利要求
1、一種電化學沉積太陽能電池金屬電極的方法，其特徵在於，包括以下步驟將太陽能電池(30)的含有陰極的表面與電解質溶液(20)接觸；將太陽能電池(30)的陽極和固體金屬(50)連接；使用光源(60)對太陽能電池(30)的主受光表面進行光照；所述電解質溶液(20)中的金屬離子接受所述太陽能電池(30)陰極表面產生的電子後生成金屬並沉積在所述太陽能電池(30)的陰極表面，同時所述固體金屬(50)為所述太陽能電池的陽極提供電子後生成金屬離子並溶入電解質溶液(20)。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述太陽能電池(30) 除了含有陰極的表面外不與所述電解質溶液(20)接觸。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述太陽能電池(30) 與所述電解質溶液(20)接觸的表面只含有陰極。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述太陽能電池(30) 與所述電解質溶液(20)接觸的表面同時含有陰極和陽極。
5、 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，該電解質溶液 (20)包括金屬離子、酸根、水和添加劑。
6、 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，該電解質溶液(20) 含有至少一種或一種以上的金屬離子。
7、 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，該電解質溶液(20) 含有至少一種或一種以上的酸根。
8、 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，該電解質溶液(20) 還包括一種或 一種以上的添加劑。
9、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述主受光表面為 該太陽能電池(30)與所述電解質溶液(20)相接觸的表面。
10、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述主受光表面 為該太陽能電池(30)未與所述電解質溶液(20)接觸的表面。
11、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述進行光照 的步驟中，光照的光源(60)為自然光或照明器件發出的光。
12、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述進行光照 的步驟中，光直接照射到太陽能電池(30)的表面。
13、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述進行光照 的步驟中，光透過電解質或其他介質後照射到太陽能電池(30)的表 面。
14、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述太陽能電池 (30)的陽極和所述固體金屬(50)通過導線(40)電連接。
15、 根據權利要求1或14所述的方法，其特徵在於，所述固體金 屬(50)由至少一種金屬組成。
16、 根據權利要求1或14所述的方法，其特徵在於，所述固體金 屬(50)至少有一個表面接觸所述電解質溶液(20)。
17、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該方法還包括在 太陽能電池(30)的陽極和固體金屬(50)之間連接外置電源的步驟。
18、 根據權利要求17所述的方法，其特徵在於，所述外置電源為 直流電源，該直流電源的陰極連接所述太陽能電池(30)的陽極，該 直流電源的陽極連接所述固體金屬(50)。
19、 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，該直流電源的輸 出功率不小於零。
20、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，該固體金屬(50) 的成分與沉積在太陽能電池(30)陰極表面上的金屬成分相同。
21、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述太陽能電池 (30)固定在電解質溶液(20)的上方。
22、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述太陽能電池 (30)在水平方向移動。
全文摘要
一種電化學沉積太陽能電池金屬電極的方法，其包括以下步驟將太陽能電池的含有陰極的表面與電解質溶液接觸；將太陽能電池的陽極和固體金屬連接；對太陽能電池的主受光表面進行光照；所述電解質溶液中的金屬離子接受所述太陽能電池陰極表面產生的電子後生成金屬並沉積在所述太陽能電池的陰極表面，同時所述固體金屬為所述太陽能電池的陽極提供電子後生成金屬離子並溶入電解質溶液。該方法解決了由於金屬沉積在陽極造成短路而引起的電池效率下降的問題，同時避免了使用任何電鍍掛具損壞太陽能電池片以及造成沉積金屬不均勻的可能，並且能有效控制電化學反應速率，保證所沉積的金屬的均勻性，特別有利於製備具有選擇性擴散結構的太陽能電池。
文檔編號H01L31/18GK101257059SQ20071018826
公開日2008年9月3日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者季靜佳, 斯圖亞特·威耐姆, 施正榮, 陳麗萍 申請人:無錫尚德太陽能電力有限公司