[發明專利]制備太陽電池電極的方法及其電化學沉積裝置

有效

• 申請號: 200610076375.1
• 申請日: 2006-04-20
• 公開（公告）號: CN101060145A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 季靜佳;施正榮;覃榆森;斯圖亞特·威耐姆;葛雷漢·雅提斯
• 申請（專利權）人: 無錫尚德太陽能電力有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C25D19/00
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司
• 代理人: 黃威;張金海

技術領域

本發明涉及制備太陽電池電極的方法及其電化學沉積裝置，尤其涉及能提高光電轉換效率，降低生產成本，反應時間短，工業廢水易處理的制備太陽電池電極的方法及其電化學沉積裝置。

背景技術

太陽電池是一種將光能轉換為電能的裝置。一般地，太陽電池可分為薄膜太陽電池和半導體薄片太陽電池。而半導體薄片太陽電池中的晶體硅太陽電池又可分為單晶硅太陽電池和多晶硅太陽電池。太陽電池將太陽光的能量轉化為電能的轉化效率是衡量太陽電池質量的重要指標。由于單晶硅的純度和晶體質量高于多晶硅，因此單晶硅太陽電池的效率一般要高于多晶硅太陽電池。

大規模工業化生產晶體硅太陽電池的生產過程大致為，首先將晶體硅表面的損傷層清洗干凈，然后進行制絨過程以減少晶體硅表面的反射率，再進行擴散形成PN結，在太陽電池的發射極表面上沉積氮化硅薄膜，起到鈍化和減反作用，最后采用絲網印刷的方法印上金屬電極，正反電極進行共燒后太陽電池就形成了。目前采用絲網印刷方法生成太陽電池電極得到的太陽電池的效率在14-16％左右。

盡管采用絲網印刷的方法生成太陽電池電極具有容易生產的特點，但是為了使太陽電池的電極與晶體硅有較好的歐姆接觸，降低接觸電阻，絲網印刷電極的遮光面積比較大，一般為5％左右。同時，它的發射極的方塊電阻比較小，一般在50歐姆左右。這樣的太陽電池設計是目前商業化太陽電池的轉換效率偏低的原因之一。

為了減小太陽電池的遮光面積和提高發射極的電阻，S.Wenhem在20年前發明了一種稱為埋柵電池的太陽電池結構。這種太陽電池的結構是針對傳統的絲網印刷工藝的缺點而開發的。為了減小遮光面積，在埋柵電池的結構設計中，把平面接觸的電極改成凹槽型接觸電極。這樣的結構設計既保證了電極與太陽電池的接觸面積，又使每個電極的寬度從150微米降低到30微米，把太陽電池電極遮光面積從傳統的5％降到3％以下。

埋柵電池的結構同時也為制備選擇性擴散太陽電池提供了可能。在埋柵電池的設計中，發射極的方塊電阻一般控制在100歐姆以上，而把槽內的方塊電阻控制在10歐姆以下。在提高了發射極的方塊電阻后，太陽電池的電流就會增加很多，從而提高了太陽電池的光電轉換效率。一般大規模工業生產的埋柵電池的效率在17.5％以上。

目前大規模工業生產的埋柵電池的電極是由化學沉積銅方法制備的。化學沉積銅的過程是一個相當慢的化學過程，一般需要近十個小時左右的時間才能達到所需的銅電極的厚度。為了防止由于沉積速度太快而引起的應力和吸附問題，一般把沉積銅的速率控制在每小時2微米以下。把沉積銅的速率控制在比較低的另一個原因是避免在沉積銅時，銅在凹槽的上部造成封堵現象。

用化學沉積銅的方法制備埋柵電池電極的方法還存在另外一個問題，即化學沉積銅溶液的使用壽命比較短，一般在使用幾個批次后就不能再繼續使用。因此化學沉積銅的方法在大規模生產上使用時，會產生大量的廢水排放。由于排放的廢水中含有一些比較難處理的有機物，因此使用化學沉積銅的工藝增加了生產成本。

不僅如此，化學沉積銅的溶液相當不穩定，很容易發生自析銅的現象，影響正常的生產。另外，化學沉積銅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的控制，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于室溫的條件下進行的，例如大于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。由于反應時間較長，這些能源的消耗量是相當可觀的。

如何克服上述傳統技術的缺點又能提高光電轉換效率是亟待解決的問題。

發明內容

本發明正是針對上述問題而提出的。本發明的一個目的是提供一種制備太陽電池電極的方法及其電化學沉積裝置，其不僅能改善太陽電池電極與晶體硅之間的歐姆接觸，而且能增強太陽電池電極與晶體硅的附著力，降低太陽電池的串聯電阻，提高太陽電池的轉換效率；

本發明的另一個目的是提供一種制備太陽電池電極的方法及其電化學沉積裝置，其適合埋柵電池的電極制備，該方法能大幅度的縮短電極的生成時間，提高埋柵電池的生產效率；

本發明的另一個目的是提供一種制備太陽電池電極的方法及其電化學沉積裝置，其能大大降低制備埋柵電池電極的成本；