DE102011003715A1

DE102011003715A1 - Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden und ein darin verwendeter Aktivator

Info

Publication number: DE102011003715A1
Application number: DE102011003715A
Authority: DE
Inventors: Chia Wei Taipei County Chou; Su-Fei Taipei County Hsu; Michael Taipei County Liu
Original assignee: CHEM ENTPR CORP E; E-CHEM ENTERPRISE CORP Taipei County; E CHEM ENTERPRISE CORP
Current assignee: CHEM ENTPR CORP E; E-CHEM ENTERPRISE CORP Taipei County; E CHEM ENTERPRISE CORP
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US20110195542A1; US20120088653A1

Abstract

Ein Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden und ein darin verwendeter Aktivator werden offenbart. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ohne Silberpaste durchgeführt werden und umfasst die Schritte: (A) Bereitstellen eines Siliciumsubstrats; (B) Inkontaktbringen des Siliciumsubstrats mit einem Aktivator, wobei der Aktivator umfasst: ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung, ein Verdickungsmittel und Wasser; (C) Waschen des Siliciumsubstrats mit einem Reinigungsmittel; (D) Eintauchen des Siliciumsubstrats in eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Durchführen von stromlosem Abscheiden. Das Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium sowie ein großes Arbeitsfenster auf und ist beständig und leicht zu steuern, weshalb es zur Verwendung bei der Anfertigung der Elektroden des Solarzellensubstrats geeignet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Nutzen der am 26. Januar 2011 eingereichten US-Patentanmeldung, Seriennummer 13/013,917 mit dem Titel „Electroless Nickel Plating Solution For Solar Cell Electrode And Method Using The Same”, wobei deren Gegenstand hierin unter Bezugnahme aufgenommen ist.
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen des Einreichungsdatums der am 5. Februar 2010 unter 35 USC § 119(e) (1) eingereichten vorläufigen US-Anmeldung (US-Provisional-Anmeldung), Seriennummer 61/282,420 mit dem Titel „Electroless Nickel Plating Solution For Solar Cell Electrode And Method Using The Same”.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden von Nickel und einen darin verwendeten Aktivator und insbesondere ein Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden von Nickel, ohne eine Silberpaste zu verwenden, und einen darin verwendeten Aktivator.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Mit der Entwicklung der industriellen Technologie handelt es sich bei den ernsten Problemen, welchen die ganze Welt heutzutage gegenübersteht, um die Energiekrise und die Umweltverschmutzung. Zum Lösen der weltweiten Energiekrise und Reduzieren der Umweltverschmutzung wurde ein großer Aufwand zur grünen Energie, wie Windkraft und Sonnenenergie betrieben, um fossile Brennstoffquellen zu ersetzen. Insbesondere ist die Solarzelle eines der wirksamsten Mittel, das Sonnenenergie in Elektrizität umwandeln kann.
Mit Bezug auf die 1A bis 1C ist ein Verfahrensflussdiagramm zum Bereitstellen einer Elektrode einer herkömmlichen Solarzelle dargestellt. Zuerst wird ein Halbprodukt eines Siliciumsubstrats 1 bereitgestellt, wobei das Siliciumsubstrat 1 eine Siliciumschicht 11 vom n-Typ und eine Siliciumschicht 12 vom p-Typ umfasst und eine Siliciumnitridschicht 13 auf der Siliciumschicht 11 vom n-Typ gebildet ist. Darüber hinaus wird eine Aussparung 19 in den Oberflächen der Siliciumnitridschicht 13 und der Siliciumschicht 11 vom n-Typ gebildet, wobei die Aussparung 19 die Siliciumnitridschicht 13 durchdringt. Dann wird, wie in 1B dargestellt, durch ein Druckverfahren in der Aussparung 19 der Siliciumschicht 11 vorn n-Typ eine Silberpastenschicht 15 gebildet und auf der Siliciumschicht 12 vom p-Typ wird eine Aluminiumpastenschicht 14 gebildet. Schließlich werden, wie in 1C dargestellt, durch ein Galvanisierungsverfahren oder ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden auf der Silberpastenschicht 15 und auf der Aluminiumpastenschicht 14 Nickelschicht 17 bzw. 16 gebildet. Im Stand der Technik sind beim Bilden der positiven/negativen Elektroden gewöhnlich zwei eine Silberpastenschicht 15 und eine Aluminiumpastenschicht 14 bildende Übertragungsdruckschritte und ein Galvanisierschritt oder ein stromloser Schritt eingeschlossen.
Im Hinblick auf die Herstellung von Elektroden von Solarzellen ist in der US 5,591,565 ein Verfahren zum Anfertigen einer negativen Elektrode der Solarzelle vorgeschlagen, in welchem eine Silberpaste verwendet wird. Auch wird in der US 2008/035489 ein Verfahren zum Anfertigen einer Elektrode der Solarzelle durch Galvanisieren verwendet, in welchem auf einer Silberpastenschicht durch ein Galvanisierungsverfahren eine Silberschicht und daher eine negative Elektrode gebildet wird. In der TW 2008/18526 ist eine gemusterte positive Elektrodenstruktur der Solarzelle offenbart.
In der US 2009/239330 ( WO 2009/117007 ) ist ein Verfahren zum Anfertigen einer Solarzelle durch Beschichten der Siliciumsubstrate mit Nanoteilchen vorgeschlagen, in welchem die Elektrode aus einer Silberpaste hergestellt ist, statt dass sie durch Anwenden von stromlosem Abscheiden auf den Oberflächen des Siliciumsubstrats hergestellt wird.
Es ist weithin bekannt, dass bei der Herstellung der Solarzelle eine Silberpaste, eine Aluminiumpaste oder eine Silber-Aluminiumpaste angewandt werden kann. Beispielsweise ist die Verwendung und die Zusammensetzung der Silberpaste, der Aluminiumpaste und der Silber-Aluminiumpaste in der JP 2007/251609 ( TW 2009/26210 ), US 2009/0126797 ( TW 200937451 ) und US 2007/0215202 ( TW 200742098 ) detailliert beschrieben. Da allerdings die Kosten der Silberpaste hoch sind und auch der Widerstand des Glaspulvers und der Polymere, die in der Silberpaste enthalten sind, hoch sind (was zu einem hohen Widerstand der Elektrode der Solarzelle führen kann), verringert sich die Effizienz der Solarzelle und die wirtschaftliche Wirksamkeit ist herabgesetzt. Daher wird aufgrund des geringen Widerstands von Nickel vorgeschlagen, dass Nickel verwendet werden kann, um zum Herabsetzen des Widerstands und Erhöhen der Effizienz der Solarzelle die Silberpaste beim Bilden der Elektrode zu ersetzen.
Die Idee einer Verwendung von Nickel zur Herstellung der Solarzelle kann schon aus der US 4321283 ersehen werden, in welcher im Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel für die Oberfläche des siliciumnitridfreien Solarzellensiliciumsubstrats zum Bilden von Elektroden 640 g/l Nickelchlorid und 40 g/l Ammoniumfluorid verwendet werden.
In der US 2004/0005468 wird ein Verfahren zum Anfertigen einer Elektrode der Solarzelle vorgeschlagen, das einen Schritt zur Aktivierung des Siliciumsubstrats und einen Schritt zum basischen stromlosen Abscheiden von Nickel umfasst.
In der WO 2009/070945 wird ein zum Galvanisieren von Nickel zum Bilden der Elektrode der Solarzelle verwendetes Belichtungsverfahren vorgeschlagen, das hinsichtlich der Lichtquelle eingeschränkt und daher verglichen mit dem Verfahren zum stromlosen Abscheiden unzweckmäßig und langsam ist.
Das Aufweisen von hoher Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium für die Lösungen zum stromlosen Abscheiden von Nickel ist während des Anfertigens der Solarzellen wichtig. Ist die Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium der Lösungen zum stromlosen Abscheiden von Nickel gering, wird Nickel auf der Siliciumnitridschicht gebildet, was zur Verringerung der aktiven Fläche und der Verringerung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz führt.
Da eine herkömmliche Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel demzufolge nicht in der Lage ist, einer ausreichenden Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium zu genügen, ist die erforderliche Struktur für eine Solarzelle, in welcher auf der Oberfläche des Siliciumnitrids kein Nickel abgeschieden wird, während Nickel auf der Oberfläche des Siliciums stromlos abgeschieden wird, durch die Verwendung einer herkömmlichen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel schwierig zu erhalten. Daher wird Silberpaste, wenngleich sie eine geringe Betriebsfähigkeit (d. h. Arbeitsfähigkeit) aufweist und teuer ist, im Stand der Technik ohne Wahlmöglichkeit zum Bilden der negativen Elektrode beim Anfertigen der Solarzellen ausgewählt.
Es ist daher erwünscht, ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode bereitzustellen, um die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Solarzellen zu erhöhen und die Produktionskosten zu senken und die Herstellungsschritte für das Anfertigen der Solarzellen zu vereinfachen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden bereit, das die Schritte umfasst: (A) Bereitstellen eines Siliciumsubstrats mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Oberfläche; (B) Inkontaktbringen des Siliciumsubstrats mit einem Aktivator, wobei der Aktivator umfasst: ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung, ein Verdickungsmittel und Wasser; (C) Waschen des Siliciumsubstrats mit einem Reinigungsmittel; (D) Eintauchen des Siliciumsubstrats in eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Durchführen von stromlosem Abscheiden und Bilden einer negativen Nickelelektrode auf der Siliciumschicht der ersten Oberfläche des Siliciumsubstrats.
Das Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Unterschiede des Absorbiervermögens zwischen dem Siliciumnitrid und dem Silicium für den Aktivator auf der Basis einer Sortiertheorie erhöhen. Damit kann die Aktivierung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eine hohe Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium bereitstellen und das Arbeitsfenster für die Verfahrensschritte des vorliegenden Verfahrens ist groß, stabil und für Oberflächen mit verschiedenartigen Zuständen abstimmbar. Daher ermöglicht das Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung das Bilden von Elektroden ohne Verwendung einer Silberpaste.
Speziell kann es sich gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung in Schritt (A), d. h. im Begriff „Bereitstellen eines Siliciumsubstrats mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei es sich bei der ersten Oberfläche um eine Silicium und Siliciumnitrid umfassende gemusterte Oberfläche handelt”, bei der gemusterten Oberfläche um eine Silicium und Siliciumnitrid umfassende ebene Oberfläche, eine Silicium und Siliciumnitrid umfassende Oberfläche mit Höhenunterschied im Mikromaßstab, oder eine Silicium und Siliciumnitrid umfassende Strukturoberfläche handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der gemusterten Oberfläche um eine, die Silicium und Siliciumnitrid umfasst, wie in 2A dargestellt. Eine Siliciumnitridschicht 3 befindet sich auf einer ersten Oberfläche 21 und eine Aluminiumschicht 6 befindet sich auf einer zweiten Oberfläche 22. Aussparungen 4 sind gebildet in der Siliciumnitridschicht 3 und in der ersten Oberfläche 21, und die Aussparungen 4 erstrecken sich durch die Siliciumnitridschicht 3, um die Siliciumoberfläche 25 der Siliciumschicht 23 freizulegen. Zudem kann es sich bei der Siliciumschicht 23 um eine Schicht handeln, die aus einem Einkristallsilicium, Polykristallsilicium, Mikrokristallsilicium, amorphen Silicium, nanogroßen Einkristallsilicium oder nanogroßen Polykristallsilicium besteht.
Wie in 3A dargestellt, kann es sich gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung in Schritt (A) bei der zweiten Oberfläche 22 um eine Siliciumoberfläche 26 ohne eine darauf gebildete Aluminiumschicht handeln. Nach Beendigung der Schritte (A) bis (D) wird wie in 3B dargestellt, in der Aussparung 4 des Siliciumsubstrats 2 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) eine Nickelschicht 51, und auf der zweiten Oberfläche 22 der Siliciumschicht 24 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 26) wird eine Nickelschicht 52 gebildet. Bei der Siliciumschicht 24 (d. h. der zweiten Oberfläche 22) kann es sich um eine Schicht handeln, die aus einem Einkristallsilicium, Polykristallsilicium, Mikrokristallsilicium, amorphen Silicium, nanogroßen Einkristallsilicium oder nanogroßen Polykristallsilicium besteht.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich in Schritt (A) bei der zweiten Oberfläche um eine gemusterte Oberfläche, die aus Silicium und Siliciumoxid, Silicium und Siliciumnitrid, Silicium und Siliciumoxynitrid, Silicium und Organopolymer, oder Silicium und Photoresistschicht besteht. Wie in 4A dargestellt, ist auf der zweiten Oberfläche 22 eine Aussparungen 5 enthaltende Schicht 31 angeordnet und die Aussparungen 5 erstrecken sich zum Freilegen der Oberfläche 26 der Siliciumschicht 24 von den Aussparungen 5 durch die Schicht 31. Bei Siliciumschicht 24 (d. h. der Siliciumoberfläche 26) kann es sich um eine Schicht handeln, die aus einem Einkristallsilicium, Polykristallsilicium, Mikrokristallsilicium, amorphen Silicium, nanogroßen Einkristallsilicium oder nanogroßen Polykristallsilicium besteht. Nach Beendigung der Schritte (A) bis (D) wird, wie in 4B dargestellt, in der Aussparung 4 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) eine Nickelschicht 51 und in der Aussparung 5 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 26) eine Nickelschicht 52 gebildet. Zudem kann es sich bei der Schicht 31 um eine Siliciumoxidschicht, eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumoxynitridschicht, eine Organopolymerschicht, eine Photoresistschicht oder eine Kombination davon handeln. Hier kann es sich beispielsweise bei der Organopolymer Schicht um eine Polyimidschicht handeln.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann sich in Schritt (A) des Weiteren eine gemusterte Oberfläche auf der zweiten Oberfläche befinden, wobei die gemusterte Oberfläche aus einer Aluminiumschicht und einer Siliciumoxidschicht, einer Aluminiumschicht und einer Siliciumnitridschicht, einer Aluminiumschicht und einer Siliciumoxynitridschicht, einer Aluminiumschicht und einer Organopolymerschicht, oder einer Aluminiumschicht und einer Photoresistschicht besteht. Wie in 5A dargestellt, befinden sich auf der zweiten Oberfläche 22 die Schicht 31 mit Aussparungen 5 und eine in den Aussparungen 5 gebildete Aluminiumschicht 7. Nach Beendigung der Schritte (A) bis (D) wird, wie in 5B dargestellt, in der Aussparung 4 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) eine Nickelschicht 51 gebildet, und auf der Aluminiumschicht 7 wird eine Nickelschicht 52 gebildet. Zudem kann es sich bei der Schicht 31 um eine Siliciumoxidschicht, eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumoxynitridschicht, eine Organopolymerschicht, eine Photoresistschicht oder eine Kombination davon handeln. Hier kann es sich bei der Organopolymerschicht beispielsweise um eine Polyimidschicht handeln.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung, ist, falls es nicht erwünscht ist, Ni auf der Aluminiumschicht 6 (wie in 2A dargestellt) oder auf der zweiten Oberfläche 22 (wie in 3A dargestellt) abzuscheiden, auf der Aluminiumschicht 6 oder auf der zweiten Oberfläche 22 eine Siliciumoxidschicht, eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumoxynitridschicht, eine Organopolymerschicht oder eine Photoresistschicht angeordnet. Wie in 6A dargestellt, wird im Falle eines Siliciumsubstrats 2 ohne einer Aluminiumschicht auf der zweiten Oberfläche 22 eine Schicht 32 angeordnet, wobei es sich bei der Schicht 32 um eine Siliciumoxidschicht, eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumoxynitridschicht, eine Organopolymerschicht, eine Photoresistschicht oder eine Kombination davon handeln kann. Nach Beendigung der Schritte (A) bis (D) wird, wie in 6B dargestellt nur in der Aussparung 4 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) eine Nickelschicht 51 gebildet. Dann wird die Schicht 32 durch ein herkömmliches Halbleiterherstellungsverfahren entfernt. Beispielsweise kann die Schicht 32, wie in 6C dargestellt, durch ein organisches Lösungsmittel, ein Abbeizmittel bzw. einen Abstreifer bzw. Stripper, eine Ätzlösung, Ionenplasma oder überkritisches Fluid entfernt werden.
Gemäß dem Verfahren zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle durch stromloses Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung kann, falls es erwünscht ist, Ni auf der zweiten Oberfläche 22 und auf der aus Silicium und Siliciumnitrid bestehenden gemusterten Oberfläche nacheinander abzuscheiden, wie in 7B dargestellt, zuerst eine Schicht 33 aus einer Organopolymerschicht oder einer Photoresistschicht auf der aus Silicium und Siliciumnitrid bestehenden gemusterten Oberfläche gebildet werden. Als nächstes wird, wie in 7C dargestellt, auf der zweiten Oberfläche 22 Nickel abgeschieden. Dann wird, wie in 7D dargestellt, die Schicht 33 der Organopolymerschicht oder der Photoresistschicht durch die Verwendung eines organischen Lösungsmittels oder eines Abbeizmittels bzw. Abstreifers bzw. Strippers entfernt und auf der zweiten Oberfläche 22 des Siliciumsubstrats 2 wird eine Nickelschicht 52 gebildet. Schließlich wird, wie in 7E dargestellt, auf der Solarzelle durch die Schritte (B) bis (D) eine negative Elektrode 51 gebildet.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Schritt (A) ein in 8A dargestelltes Siliciumsubstrat 2 verwendet werden. Wie in 8A dargestellt, wird ein Siliciumsubstrat 2 bereitgestellt, wobei Aussparungen 4 in der Siliciumnitridschicht 3 und der ersten Oberfläche 21 gebildet werden und sich die Aussparungen 4 zum Freilegen der Siliciumoberfläche 25 durch die Siliciumnitridschicht 3 erstrecken. Auch werden in der Schicht 31 aus Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid und der zweiten Oberfläche 22 Aussparungen 5 gebildet, und die Aussparungen 5 durchdringen zum Freilegen der Oberfläche 26 der Siliciumschicht 24 die Schicht 31. Dann werden durch ein Beschichtungsverfahren oder ein Tintenstrahldruckverfahren in den Aussparungen 4 Dotiersubstanzen vom n-Typ enthaltende nanogroße Siliciumteilchen und in den Aussparungen 5 Dotiersubstanzen vom p-Typ enthaltende nanogroße Siliciumteilchen gebildet. Nach einem Sinterverfahren werden, wie in 8B dargestellt, in den Aussparungen 4 bzw. in den Aussparungen 5 eine Schicht 71 aus nanogroßen Siliciumteilchen vom n-Typ und eine Schicht 72 aus nanogroßen Siliciumteilchen vom p-Typ gebildet. Schließlich werden die Schritte (B) bis (D) des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel durchgeführt und auf der Schicht 71 aus nanogroßen Siliciumteilchen vom n-Typ bzw. der Schicht 72 aus nanogroßen Siliciumteilchen vom p-Typ werden Nickelschichten 51, 52 gebildet.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst in Schritt (B) der Aktivator: ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung, ein Verdickungsmittel und Wasser, wobei das Edelmetall vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Palladium, Gold, Silber, Platin und einer Kombination davon; und die Edelmetallverbindung vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer Palladiumverbindung, einer Goldverbindung, einer Silberverbindung, einer Platinverbindung und einer Kombination davon. Stärker bevorzugt sind eine Palladiumverbindung, eine Goldverbindung, eine Silberverbindung, eine Platinverbindung und eine Kombination davon. Am meisten bevorzugt sind eine Platinverbindung, eine Goldverbindung und eine Kombination davon. Beispielsweise kann es sich bei der Edelmetallverbindung um Palladiumchlorid, Palladiumsulfat, Palladiumnitrat, Palladiumtetramminchlorid, Goldchlorid oder eine Kombination davon handeln. Der Gehalt des Edelmetalls kann vorzugsweise 1 mg/l bis 500 mg/l, stärker bevorzugt 10 mg/l bis 300 mg/l betragen.
In der vorliegenden Erfindung wird das Verdickungsmittel in Schritt (B) zum Erhöhen der Viskosität des Aktivators verwendet und ermöglicht das durch die Waschung in Schritt (C) durchgeführte Sortierverfahren. Das heißt, das Verdickungsmittel ermöglicht es dem Aktivator, auf der Siliciumoberfläche zu bleiben, und entfernt gleichzeitig den sich auf dem Siliciumnitrid befindenden Aktivator. Daher kann das Verdickungsmittel den Unterschied zwischen den Fähigkeiten des stromlosen Abscheidens auf dem Silicium und dem Siliciumnitrid erhöhen und die Selektivität des stromlosen Abscheidens zwischen Siliciumnitrid und Silicium erhöhen.
In der vorliegenden Erfindung ist das Verdickungsmittel nicht speziell beschränkt, sofern es die Viskosität erhöhen kann und in der Lage ist, sich mit Edelmetall oder Edelmetallverbindungen gleichförmig zu mischen. Das Verdickungsmittel ist vorzugsweise aufgrund der Löslichkeit der Edelmetallverbindungen in Wasser wasserlöslich. Beispielsweise kann es sich bei dem Verdickungsmittel um eines handeln, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Polyol, Saccharid, Polyethylenglycol (PEG), Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Cellulose und einer Kombination davon. Das Polyol kann vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerin (Glycerol), Mannit, Polyvinylalkohol und einer Kombination davon. Das Saccharid kann vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Glucose, Fructose, Saccharose, Maltose, Lactose, Stärke und einer Kombination davon. Die Cellulose kann vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Carboxymethylcellulose (CMC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Hydroxypropylcellulose (HPC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Ethylcellulose (EC) und einer Kombination davon. Der Gehalt des Verdickungsmittels beträgt vorzugsweise 0,05 g/l bis 15 g/l, was gemäß den Eigenschaften des Verdickungsmittels und des Sortiervermögens bezüglich des Ziels eingestellt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung wird das Wasser in Schritt (B) als Lösungsmittel für die Edelmetallverbindungen und das Verdickungsmittel verwendet. Darüber hinaus kann, falls die Löslichkeit des Verdickungsmittels in Wasser nicht ausreichend ist, zum Erhöhen der Löslichkeit ein organisches Lösungsmittel zugesetzt werden. Bei dem hier verwendeten organischen Lösungsmittel kann es sich um Ethanol, Propanol, Isopropanol, Aceton, Butanon, Alkoholether, Ethylenglycolmonomethylether (EGME), Ethylenglycolbutylether, Propylenglycolmethylether (PGME), Propandiolbutylether, Tetrahydrofuran (THF), N-Methylpyrrolidinon (NMP) oder eine Kombination davon handeln.
In der vorliegenden Erfindung kann in Schritt (B) das Siliciumsubstrat vorzugsweise in den Aktivator eingetaucht oder mit dem Aktivator besprüht werden, um mit dem Aktivator in Kontakt zu kommen. Wird das Siliciumsubstrat mit dem Aktivator besprüht, um mit dem Aktivator in Kontakt zu kommen, können die gegenüberliegenden Oberflächen des Siliciumsubstrats mit den Aktivatoren mit denselben oder unterschiedlichen Konzentrationen besprüht werden; oder die gegenüberliegenden Oberflächen des Siliciumsubstrats können mit unterschiedlichen Aktivatoren (d. h. Aktivatoren mit unterschiedlichem Gehalt) besprüht werden. Beispielsweise kann ein Aktivator mit Palladium auf eine Oberfläche des Siliciumsubstrats und ein Aktivator mit Gold auf die andere Oberfläche des Siliciumsubstrats gesprüht werden. Alternativ dazu können die gegenüberliegenden Oberflächen des Siliciumsubstrats mit dem Aktivator besprüht werden und zwar gleichzeitig oder nacheinander (d. h. eine Oberfläche des Siliciumsubstrats wird zuerst und die andere Oberfläche später besprüht).
In der vorliegenden Erfindung kann in Schritt (C) es sich bei dem zum Waschen des Siliciumsubstrats verwendeten Reinigungsmittel um Wasser oder organische Lösungsmittel handeln. Das Reinigungsmittel sollte für das Verdickungsmittel eine gewünschte Löslichkeit aufweisen, um das Sortiervermögen zu verbessern. Wenn ein wasserlösliches Lösungsmittel als Verdickungsmittel verwendet wird, kann Wasser als Reinigungsmittel verwendet werden. Wenn die Löslichkeit des Verdickungsmittels für Wasser zu gering ist, kann zum Unterstützen des Waschvorgangs ein organisches Lösungsmittel zugesetzt werden. Hier kann es sich bei dem organischen Lösungsmittel um Ethanol, Propanol, Isopropanol, Aceton, Butanon, Alkoholether, Ethylenglycolmonomethylether (EGME), Ethylenglycolbutylether, Propylenglycolmethylether (PGME), Propandiolbutylether, Tetrahydrofuran (THF), N-Methylpyrrolidinon (NMP) oder eine Kombination davon handeln.
In der vorliegenden Erfindung in Schritt (C) kann es sich bei dem Waschschritt um Folgendes handeln: Eintauchen des Siliciumsubstrats in das Reinigungsmittel; Sprühen des Reinigungsmittels auf das Siliciumsubstrat; Eintauchen des Siliciumsubstrats in ein fließendes Reinigungsmittel; oder Fließen (oder Duschen) von Wasser auf die erste Oberfläche des Siliciumsubstrats, dann gefolgt von Fließen (oder Duschen) von Wasser auf die zweite Oberfläche des Siliciumsubstrats. Das Besprühen kann gleichzeitig oder nacheinander auf den beiden Oberflächen durchgeführt werden, und die Sprühdauer für die beiden Oberflächen kann unterschiedlich sein. Die Waschzeit kann je nach der Zusammensetzung des Aktivators, der Waschverfahren, dem Muster des Siliciumsubstrats oder dem Oberflächenzustand des Siliciumsubstrats eingestellt werden.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann in Schritt (D) die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel umfassen: (a) 4,5 g/l bis 10,0 g/l Nickelionen; (b) 0,5 g/l bis 40 g/l eines Reduktionsmittels; (c) 30 g/l bis 60 g/l eines ersten Chelatbildners, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und einem Gemisch davon; (d) 5 g/l bis 80 g/l eines zweiten Chelatbildners, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon; (e) 0,0005 g/l bis 0,002 g/l eines Stabilisators; und (f) Wasser.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Nickelionenquelle in der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Nickelchlorid, Nickelsulfat, Nickelmethansulfonat, Nickelaminosulfonat und einer Kombination davon. Der Gehalt der Nickelionen beträgt vorzugsweise 4,5 g/l bis 10,0 g/l oder ist äquivalent zu 20–45 g/l in Form von Nickelsulfat-Hexahydrat, 18–40 g/l in Form von Nickelchlorid-Hexahydrat, 19–42,5 g/l in Form von Nickelmethansulfonat oder 24,5–55 g/l in Form von Nickelaminosulfonat(tetrahydrat).
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Reduktionsmittel der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure, Hydrazin, Natriumborhydrid (sodium borohydride; SBH), Dimethylaminboran (DMAB), Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem zweiten Chelatbildner der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorzugsweise um einen, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin (d. h. Alkoholamin), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon. Hier ist das Alkylolamin (d. h. Alkoholamin) vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Stabilisator vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Thioharnstoff; Derivaten von Thioharnstoff; Thiocyanat; Acet- bzw. Essigsäureverbindungen von Pb²⁺, Sb³⁺ und Bi³⁺; Stickstoff- bzw. salpetersauren Verbindungen von Pb²⁺, Sb³⁺ und Bi³⁺; und wasserlöslichem organischem Material mit -SH-Gruppe.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in Schritt (D) des Weiteren einen Puffer umfassen, der ausgewählt sein kann aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Borsäure, Essigsäure, Propansäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure, Glycolsäure, Weinsäure und einer Kombination davon. Vorzugsweise beträgt der Gehalt des Puffers 1 g/l bis 20 g/l. Der Puffer kann die Abweichung des pH-Werts während des Betriebs glätten und damit die Lösung in stabilem Zustand halten.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in Schritt (D) des Weiteren einen Beschleuniger umfassen, der ausgewählt sein kann aus der Gruppe, bestehend aus: Flusssäure (HF), Natriumfluorid (NaF), Kaliumfluorid (KF), Ammoniumfluorid (NH₄F) und einer Kombination davon. Vorzugsweise beträgt der Gehalt des Beschleunigers 2 g/l bis 12 g/l.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung, beträgt, wenn eine Aluminiumschicht auf der zweiten Oberfläche des Siliciumsubstrats angeordnet ist, in Schritt (D) die Konzentration der Chloridionen in der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel weniger als 1000 ppm, um eine Korrosion der Aluminiumschicht zu vermeiden.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in Schritt (D) des Weiteren zwei Arten von Reduktionsmitteln (d. h. ein erstes Reduktionsmittel und ein zweites Reduktionsmittel) umfassen. Das erste Reduktionsmittel ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure und einer Kombination davon; und bei dem zweiten Reduktionsmittel handelt es sich um Boran, das vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumborhydrid (SBH), Dimethylaminboran (DMAB), Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon. Beispielsweise kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Weiteren Natriumhypophosphat als erstes Reduktionsmittel und Boran als zweites Reduktionsmittel umfassen. Beispielsweise kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel 5 g/l bis 30 g/l Natriumhypophosphat als erstes Reduktionsmittel und 0,5 g/l bis 20 g/l Dimethylaminboran (DMAB) als zweites Reduktionsmittel umfassen.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in Schritt (D) vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 10,0. Der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 9,0, wenn eine Aluminiumschicht auf dem Siliciumsubstrat gebildet ist. Ist der pH-Wert zu hoch, kann die Aluminiumschicht korrodiert werden. Hier kann das den pH-Wert einstellende Mittel ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniak, Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH) oder einer Kombination davon.
In der vorliegenden Erfindung wird die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 40°C bis 80°C betrieben.
Gemäß dem Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ein Schritt zwischen den Schritten (A) und (B) eingeschlossen werden: Entfernen des Siliciumoxids auf dem Siliciumsubstrat. Beispielsweise wird das Siliciumsubstrat in eine 0,1 bis 5%ige Flusssäure getaucht, um, wie in 2A dargestellt, eine Spur Oxidschicht auf der Siliciumoberfläche 25 der Aussparungen 4 zu entfernen, und dann die Siliciumoberfläche 25 mit Wasser gewaschen, um die Flusssäure auf der Siliciumoberfläche 25 zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung stellt zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Struktur auch einen Aktivator bereit, wobei der Aktivator umfasst: (a) ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung, (b) ein Verdickungsmittel, und (c) Wasser.
Der Aktivator der vorliegenden Erfindung kann bei der Bildung einer Elektrode einer Solarzelle zum Bereitstellen einer geeigneten Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium für die Losungen zum stromlosen Abscheiden von Nickel verwendet werden.
Gemäß dem Aktivator der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt des Edelmetalls oder der Edelmetallverbindung vorzugsweise 1 mg/l bis 500 mg/l und der Gehalt des Verdickungsmittels vorzugsweise 0,05 g/l bis 15 g/l.
Gemäß dem Aktivator der vorliegenden Erfindung wird das Edelmetall vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Palladium, Gold, Silber, Platin und einer Kombination davon; und die Edelmetallverbindung wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: einer Palladiumverbindung, einer Goldverbindung, einer Silberverbindung, einer Platinverbindung und einer Kombination davon. Stärker bevorzugt wird hier eine Palladiumverbindung, eine Goldverbindung, eine Silberverbindung, eine Platinverbindung oder eine Kombination davon verwendet. Am meisten bevorzugt wird hier eine Platinverbindung, eine Goldverbindung oder eine Kombination davon verwendet.
Gemäß dem Aktivator der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem Verdickungsmittel um eines handeln, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Polyol, Saccharid, Polyethylenglycol (PEG), Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Cellulose und einer Kombination davon.
Gemäß dem Aktivator der vorliegenden Erfindung kann das Polyol vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerin (Glycerol), Mannit bzw. Mannitol, Polyvinylalkohol und einer Kombination davon.
Gemäß dem Aktivator der vorliegenden Erfindung kann das Saccharid vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Glucose, Fructose, Saccharose, Maltose, Lactose, Stärke und einer Kombination davon.
Gemäß dem Aktivator der vorliegenden Erfindung kann die Cellulose vorzugsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Carboxymethylcellulose (CMC), Hydroxyethylcellulose (HEC), Hydroxypropylcellulose (HPC), Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), Ethylcellulose (EC) und einer Kombination davon.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1C sind Querschnittansichten, die ein herkömmliches Verfahren zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle veranschaulichen; und
2A–2B, 3A–3B, 4A–4B, 5A–5B, 6A–6C, 7A–7E und 8A–8C sind Querschnittansichten, die Verfahren zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle durch die Verwendung des Verfahrens zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle durch ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Aufgrund der die Durchführbarkeit der vorliegenden Erfindung veranschaulichenden spezifischen Ausführungsformen kann ein Fachmann leicht andere Vorteile und die Effizienz der vorliegenden Erfindung durch den darin offenbarten Inhalt verstehen. Die vorliegende Erfindung kann auch durch andere verschiedenartige Ausführungsformen durchgeführt oder angewandt werden. Viele andere mögliche Modifikationen und Variationen von beliebigem Detail in der vorliegenden Beschreibung auf der Basis von unterschiedlichen Aussichten und Anwendungen können durchgeführt werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen.
[Beispiel 1-1] Herstellung des Aktivators
Die Aktivatoren A bis D werden wie die nachstehend dargestellten Zusammensetzungen und Verfahren hergestellt.
Aktivator A: 100 mg/l Palladiumchlorid und 1 g/l Ethylenglycol werden in Wasser gelöst, um 1 l Aktivator A zu erhalten.
Aktivator B: 50 mg/l Palladiumchlorid und 0,5 g/l Glycerin werden in Wasser gelöst, um 1 l Aktivator B zu erhalten.
Aktivator C: 250 mg/l Palladiumchlorid und 1 g/l Polyvinylpyrrolidon (K30) werden in Wasser gelöst, um 1 l Aktivator C zu erhalten.
Aktivator D: 10 mg/l Palladiumchlorid und 1 g/l Polyethylenglycol (PEG4000) werden in Wasser gelöst, um 1 l Aktivator D zu erhalten.
[Beispiel 1-2] Herstellung der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel
Die Lösungen A bis E zum stromlosen Abscheiden von Nickel werden wie die nachstehend dargestellten Zusammensetzungen und Verfahren hergestellt.
<Lösung A zum stromlosen Abscheiden von Nickel>
34 g/l Nickelsulfat, 18 g/l Natriumhypophosphat, 50 g/l Ammoniumcitrat, 8 g/l Ammoniumchlorid, 10 g/l Triethanolamin, 4 g/l Natriumfluorid und 0,0009 g/l Thioharnstoff werden in Wasser gelöst, um 1 l Lösung zu erhalten. Der pH-Wert der Lösung wird dann auf 7,5 bis 8,2 eingestellt, um die Lösung A zum stromlosen Abscheiden von Nickel zu erhalten.
<Lösung B zum stromlosen Abscheiden von Nickel>
34 g/l Nickelchlorid, 7 g/l DMAB (Dimethylaminboran), 50 g/l Ammoniumcitrat, 8 g/l Ammoniumchlorid, 60 g/l Triethanolamin, 8 g/l Natriumfluorid, 0,001 g/l Thioharnstoff und 1 g/l Saccharin werden in Wasser gelöst, um 1 l Lösung zu erhalten. Der pH-Wert der Lösung wird dann auf 8,0 bis 9,0 eingestellt, um die Lösung B zum stromlosen Abscheiden von Nickel zu erhalten.
<Lösung C zum stromlosen Abscheiden von Nickel>
35 g/l Nickelsulfat, 15 g/l Natriumhypophosphit, 5 g/l DMAB (Dimethylaminboran), 40 g/l Ammoniumcitrat, 5 g/l Ammoniumsulfat, 20 g/l Triethanolamin, 6 g/l Natriumfluorid und 0,001 g/l Pb²⁺ werden in Wasser gelöst, um 1 l Lösung zu erhalten. Der pH-Wert der Lösung wird dann auf 8,0 bis 8,5 eingestellt, um die Lösung C zum stromlosen Abscheiden von Nickel zu erhalten.
<Lösung D zum stromlosen Abscheiden von Nickel>
34 g/l Nickelchlorid, 18 g/l Natriumhypophosphat, 50 g/l Ammoniumcitrat, 8 g/l Ammoniumsulfat, 30 g/l Triethanolamin, 7 g/l Natriumfluorid, 0,001 g/l Thioharnstof und 1 g/l Saccharin werden in Wasser gelöst, um 1 l Lösung zu erhalten. Der pH-Wert der Lösung wird dann auf 8,0 bis 9,0 eingestellt, um die Lösung D zum stromlosen Abscheiden von Nickel zu erhalten.
<Lösung E zum stromlosen Abscheiden von Nickel>
35 g/l Nickelsulfat, 25 g/l Natriumhypophosphit, 1,25 g/l DMAB (Dimethylaminboran), 55 g/l Ammoniumcitrat, 13 g/l Ammoniumsulfat, 40 g/l Triethanolamin, 5 g/l Natriumfluorid und 0,001 g/l Pb²⁺ werden in Wasser gelöst, um 1 l Lösung zu erhalten. Der pH-Wert der Lösung wird dann auf 8,5 bis 9,3 eingestellt, um die Lösung E zum stromlosen Abscheiden von Nickel zu erhalten.
[Beispiel 1-3] Herstellung der Elektrode der Solarzelle durch stromloses Abscheiden
Zuerst wird, wie in 2A dargestellt, ein Siliciumsubstrat 2 bereitgestellt, das eine erste Oberfläche 21 und eine zweite Oberfläche 22 aufweist. Die erste Oberfläche 21 weist eine Siliciumschicht 23 vom n-Typ und die zweite Oberfläche 22 eine Siliciumschicht 24 vom p-Typ auf. Eine Siliciumnitridschicht 3 befindet sich auf der ersten Oberfläche 21 und eine Aluminiumschicht 6 auf der zweiten Oberfläche 22. Aussparungen 4 sind in der Siliciumnitridschicht 3 und in der ersten Oberfläche 21 gebildet, und die Aussparungen 4 erstrecken sich durch die Siliciumnitridschicht 3.
Dann wird das Siliciumsubstrat 2 mit der Siliciumnitridschicht 3 und einer Aluminiumschicht 6 in den durch Beispiel 1-1 bereitgestellten Aktivator A getaucht. Nach Herausnahme aus dem Aktivator A wird das Siliciumsubstrat 2 dann 4 Minuten lang durch Eintauchen in fließendes Wasser gewaschen.
Dann wird, wie in 2B dargestellt, das Siliciumsubstrat 2 in die aus Beispiel 1-2 bereitgestellte Lösung A zum stromlosen Abscheiden von Nickel (mit einer Temperatur von 50°C) getaucht, um 10 Minuten lang ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel durchzuführen, um eine negative Elektrode 51 und eine positive Elektrode 52 in der Aussparung 4 des Siliciumsubstrats 2 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) bzw. auf der Oberfläche der Aluminiumschicht 6 zu bilden. Damit werden durch ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel hergestellte Elektroden einer Solarzelle erhalten.
[Beispiel 2] Herstellung der Elektrode der Solarzelle durch stromloses Abscheiden
Zuerst wird, wie in 3A dargestellt, ein Siliciumsubstrat 2 bereitgestellt, das eine erste Oberfläche 21 und eine zweite Oberfläche 22 aufweist. Die erste Oberfläche 21 weist eine Siliciumschicht 23 vom n-Typ und die zweite Oberfläche 22 eine Siliciumschicht 24 vom p-Typ auf. Eine Siliciumnitridschicht 3 befindet sich auf der ersten Oberfläche 21. Aussparungen 4 sind in der Siliciumnitridschicht 3 und in der ersten Oberfläche 21 gebildet, und die Aussparungen 4 erstrecken sich durch die Siliciumnitridschicht 3, um die Siliciumoberfläche 25 freizulegen.
Dann wird das Siliciumsubstrat 2 mit einer Siliciumnitridschicht 3 20 Sekunden lang in 1 Gew.-%ige Flusssäure getaucht, um ein Verfahren zur Entfernung von Siliciumoxid durchzuführen, und anschließend gefolgt von einem Reinigen mit Wasser.
Als nächstes wird das Siliciumsubstrat 2 mit der Flusssäure gereinigt und dann das Siliciumsubstrat 2 in den durch Beispiel 1-1 bereitgestellten Aktivator A getaucht. Nach Herausnahme aus dem Aktivator A wird das Siliciumsubstrat 2 dann 5 Minuten lang durch Eintauchen in fließendes Wasser gewaschen.
Dann wird, wie in 3B dargestellt, das Siliciumsubstrat 2 in die in Beispiel 1-2 hergestellte Lösung C zum stromlosen Abscheiden von Nickel getaucht (die Temperatur beträgt 60°C bis 65°C), um 10 Minuten lang ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel durchzuführen, um eine negative Elektrode 51 und eine positive Elektrode 52 in der Aussparung 4 des Siliciumsubstrats 2 bzw. auf der zweiten Oberfläche 22 zu bilden. Daher werden durch ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel hergestellte Elektroden einer Solarzelle erhalten.
[Beispiel 3] Herstellung der Elektrode der Solarzelle durch stromloses Abscheiden
Zuerst wird, wie in 2A dargestellt, ein Siliciumsubstrat 2 bereitgestellt, das eine erste Oberfläche 21 und eine zweite Oberfläche 22 aufweist. Die erste Oberfläche 21 weist eine Siliciumschicht 23 vom n-Typ und die zweite Oberfläche 22 eine Siliciumschicht 24 vom p-Typ auf. Eine Siliciumnitridschicht 3 befindet sich auf der ersten Oberfläche 21 und eine Aluminiumschicht 6 auf der zweiten Oberfläche 22. Aussparungen 4 sind in der Siliciumnitridschicht 3 und in der ersten Oberfläche 21 gebildet, und die Aussparungen 4 erstrecken sich durch die Siliciumnitridschicht 3.
Dann wird das Siliciumsubstrat 2 mit einer Siliciumnitridschicht 3 in den durch Beispiel 1-1 bereitgestellten Aktivator B getaucht. Nach Herausnahme aus dem Aktivator B wird das Siliciumsubstrat 2 dann 10 Minuten lang durch Eintauchen in fließendes Wasser gewaschen.
Als nächstes wird das Siliciumsubstrat 2 in die in Beispiel 1-2 hergestellte Lösung B zum stromlosen Abscheiden von Nickel getaucht (die Temperatur beträgt 57°C), um 3 Minuten lang ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel durchzuführen, um eine negative Elektrode 51 und eine positive Elektrode 52 in der Aussparung 4 des Siliciumsubstrats 2 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) bzw. auf der Oberfläche der Aluminiumschicht 6 zu bilden, wie in 2B gezeigt. Dann wird das Siliciumsubstrat 2 mit Wasser gereinigt.
Dann wird das Siliciumsubstrat 2 in die in Beispiel 1-2 hergestellte Lösung A zum stromlosen Abscheiden von Nickel getaucht (die Temperatur beträgt 57°C), um 7 Minuten lang ein zweites Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel durchzuführen, um die negative Elektrode 51 und die positive Elektrode 52 des Siliciumsubstrats 2 zu verdicken. Daher werden durch ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel hergestellte Elektroden einer Solarzelle erhalten.
Wenngleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugte Ausführungsform erklärt worden ist, sollte es klar sein, dass viele andere mögliche Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne vom wie nachstehend beanspruchten Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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US 2008/035489 [0006]
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WO 2009/070945 [0011]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden, das die Schritte umfasst: (A) Bereitstellen eines Siliciumsubstrats mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Oberfläche; (B) Inkontaktbringen des Siliciumsubstrats mit einem Aktivator, wobei der Aktivator umfasst: ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung, ein Verdickungsmittel und Wasser; (C) Waschen des Siliciumsubstrats mit einem Reinigungsmittel; und (D) Eintauchen des Siliciumsubstrats in eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Durchführen von stromlosem Abscheiden und Bilden einer negativen Nickelelektrode auf der Siliciumschicht einer ersten Oberfläche des Siliciumsubstrats.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei das Edelmetall ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Palladium, Gold, Silber, Platin und einer Kombination davon; und die Edelmetallverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer Palladiumverbindung, einer Goldverbindung, einer Silberverbindung, einer Platinverbindung und einer Kombination davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei der Gehalt des Edelmetalls oder der Edelmetallverbindung 1 mg/l bis 500 mg/l beträgt.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Polyol, Saccharid, Polyethylenglycol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Cellulose und einer Kombination davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 4, wobei das Polyol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, Mannit bzw. Mannitol, Polyvinylalkohol und einer Kombination davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 4, wobei die Cellulose ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Ethylcellulose und einer Kombination davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 4, wobei das Saccharid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Glucose, Fructose, Saccharose, Maltose, Lactose, Stärke und einer Kombination davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei der Gehalt des Verdickungsmittels 0,05 bis 15 g/l beträgt.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei in Schritt (B) das Siliciumsubstrat in den Aktivator getaucht oder mit diesem besprüht wird, um mit dem Aktivator in Kontakt zu kommen.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei in Schritt (C) das Siliciumsubstrat durch Eintauchen in ein Reinigungsmittel, Besprühen mit diesem oder Abduschen mit diesem gewaschen wird.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel umfasst: (a) 4,5 g/l bis 10,0 g/l Nickelionen; (b) 0,5 g/l bis 40 g/l eines Reduktionsmittels; (c) 30 g/l bis 60 g/l eines ersten Chelatbildners, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und einem Gemisch davon; (d) 5 g/l bis 80 g/l eines zweiten Chelatbildners, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon; (e) 0,0005 g/l bis 0,002 g/l eines Stabilisators; und (f) Wasser.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 11, wobei das Alkylolamin ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei in Schritt (D) der Gehalt der Chloridionen in der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel weniger als 1000 ppm beträgt
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei in Schritt (D) die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Weiteren umfasst: ein erstes Reduktionsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Natriumhypophosphat, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure und einem Gemisch davon; und ein zweites Reduktionsmittel, bei dem es sich um Boran handelt.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei in Schritt (D) der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 1, wobei in Schritt (D) das stromlose Abscheiden von Nickel bei 40°C bis 80°C durchgeführt wird.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 11, wobei das Reduktionsmittel der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure, Hydrazin, Natriumborhydrid, Dimethylaminboran, Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 11, wobei die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Weiteren einen Puffer umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Borsäure, Essigsäure, Propansäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure, Glycolsäure, Weinsäure und einer Kombination davon und der Gehalt des Puffers 1 g/l bis 20 g/l beträgt
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 11, wobei die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Weiteren einen Beschleuniger umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Flusssäure, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Ammoniumfluorid und einer Kombination davon und der Gehalt des Beschleunigers 2 g/l bis 12 g/l beträgt.
Verfahren zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode durch stromloses Abscheiden nach Anspruch 11, wobei der Stabilisator ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Thioharnstoff; Derivaten von Thioharnstoff; Thiocyanat; Acet- bzw. Essigsäureverbindungen von Pb²⁺, Sb³⁺ und Bi³⁺; Stickstoff- bzw. salpetersauren Verbindungen von Pb²⁺, Sb³⁺ und Bi³⁺; und wasserlöslichem organischem Material mit -SH-Gruppe.
Aktivator zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit Silicium und Siliciumnitrid umfassender gemusterter Struktur, umfassend: (a) ein Edelmetall oder eine Edelmetallverbindung, (b) ein Verdickungsmittel und (c) Wasser.
Aktivator nach Anspruch 21, wobei der Gehalt des Edelmetalls oder der Edelmetallverbindung 1 mg/l bis 500 mg/l beträgt; und der Gehalt des Verdickungsmittels 0,05 g/l bis 15 g/l beträgt.
Aktivator nach Anspruch 21, wobei das Edelmetall ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Palladium, Gold, Silber, Platin und einer Kombination davon; und die Edelmetallverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einer Palladiumverbindung, einer Goldverbindung, einer Silberverbindung, einer Platinverbindung und einer Kombination davon.
Aktivator nach Anspruch 21, wobei das Verdickungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Polyol, Saccharid, Polyethylenglycol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylsäure, Cellulose und einer Kombination davon.
Aktivator nach Anspruch 24, wobei das Polyol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Ethylenglycol, Propylenglycol, Glycerin, Mannit bzw. Mannitol, Polyvinylalkohol und einer Kombination davon.
Aktivator nach Anspruch 24, wobei das Saccharid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Glucose, Fructose, Saccharose, Maltose, Lactose, Stärke und einer Kombination davon.
Aktivator nach Anspruch 24, wobei die Cellulose ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Ethylcellulose und einer Kombination davon.