TW201408816A

TW201408816A - 簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法

Info

Publication number: TW201408816A
Application number: TW101130555A
Authority: TW
Inventors: Yu-Han Su; Wei-Yang Ma; Tsun-Neng Yang
Original assignee: Atomic Energy Council
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-03-01

Abstract

一種簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法，係取一矽基板，經清潔後於其p型表面上被覆一層鋁金屬薄膜，並於燒結後獲得一被鍍樣品，並於一容器中調製鍍鎳溶液，而於被鍍樣品再次進行清潔後浸入鍍鎳溶液中，且取一光源直接照射於被鍍樣品之欲鍍表面上，而進行析鍍鎳反應，待析鍍鎳後取出被鍍樣品加以沖洗、吹乾，如此，即於被鍍樣品上完成光致鍍鎳之動作，進而可獲得一太陽電池金屬歐姆接觸電極。藉此，可達到不需外加電壓、不需經過表面催化處理、析鍍鎳過程不需加溫、能於特定表面進行析鍍鎳、析鍍鎳速率高、製程簡單以及製作成本較低之功效。

Description

簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法

本發明是有關於一種簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法，尤指一種可達到不需外加電壓、不需經過表面催化處理、析鍍鎳過程不需加溫、能於特定表面進行析鍍鎳、析鍍鎳速率高、製程簡單以及製作成本較低之功效者。

按，太陽電池之電極製程中，基於成本的考量，鎳/銅電極被視為取代網印(screen pringing)銀電極之下一代電極；此技術程序包含首先鍍一層鎳金屬薄膜，經過矽化(silicidation)處理形成鎳矽化物(nickel silicide)後，再利用傳統電鍍方法，進行銅電極製程，該銅電極係作為增厚導電層。電鍍銅已屬於成熟之技術，故此套製程之關鍵技術在於鎳之被覆及形成柵狀局部區域之鎳矽化物薄層。
然，目前已發表的太陽電池鎳/銅電極研究文獻中，使用的鍍鎳方法包括有：無極電鍍及Fraunhofer ISE研發之照光析鍍(light-induced plating)等方法。然而這些方法仍各有其限制與缺點，以致於至今仍難以順利進入量產製程。
(一)無極電鍍鎳法，為發展成熟的技術。但應用在半導體之歐姆接觸上，已不適用活化鈀處理做為催化層之方法。太陽電池無極電鍍鎳製程之表面催化技術，目前為各廠商家掌握之專屬技術。但無極電鍍製程內容主要包括下列缺點：
    (1)需經過表面催化步驟
   (2)特殊的化學鍍液與高成本。
   (3)製程需另外加溫(約80~90℃)。
    (4)相較於傳統電鍍，其析鍍速率慢等缺點。
  (二) 2009年Fraunhofer ISE提出的照光析鍍技術，被視為最具有潛力的方法，其技術即利用一個形成n/p接面及網印鋁背電極之太陽電池，且於被鍍面被覆一種子層，當光照於被析鍍面，且鋁背電極有外加電壓條件下，於照光面(n-型表面)析鍍出鎳金屬薄膜，然而此技術具有需外加偏壓及需先上種子層等問題。
有鑑於此，本案之發明人特針對前述習用發明問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的開發出本發明「簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法」，藉以改善習用之種種問題。

本發明之主要目的係在於，可達到不需外加電壓、不需經過表面催化處理、析鍍鎳過程不需加溫、能於特定表面進行析鍍鎳、析鍍鎳速率高、製程簡單以及製作成本較低之功效。
為達上述之目的，本發明係一種簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法，其包含下列步驟：
   步驟一：取一矽基板，經清潔後於其p型表面上被覆一層鋁金屬薄膜，並於燒結後獲得一被鍍樣品。
   步驟二：於容器中調製一鍍鎳溶液。
   步驟三：將被鍍樣品再次進行清潔表面，並去除原生氧化層(native oxide)。
   步驟四：將被鍍樣品浸入鍍鎳溶液中。
   步驟五：取一光源直接照射於被鍍樣品之欲鍍表面上，而進行析鍍鎳反應。
   步驟六：待析鍍鎳預定時間後，將光源移除，並取出被鍍樣品加以沖洗，再進行吹乾之動作，如此，即於被鍍樣品上完成光致鍍鎳之動作，進而獲得一太陽電池金屬歐姆接觸電極。
於本發明上述實施例中，該步驟一中之矽基板係為p型半導體或n/p型半導體材料。
於本發明上述實施例中，該步驟二中所提之容器係為可透光容器。
於本發明上述實施例中，該步驟二中係以氯化鎳與硼酸之混合水溶液調製成鍍鎳溶液，且將該鍍鎳溶液置於室溫環境下，同時進行循環攪拌。
於本發明上述實施例中，該步驟五之光源係可為燈光或太陽光。
於本發明上述實施例中，該步驟六中之析鍍鎳時間約為1分鐘～2分鐘之間。

請參閱『第１圖～第７圖』所示，係分別為本發明步驟一之示意圖、本發明步驟二之示意圖、本發明步驟三之示意圖、本發明步驟四之示意圖、本發明步驟五之示意圖及本發明步驟六之示意圖。如圖所示：本發明係一種簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法，其至少包含有下列步驟：
步驟一：取一可為p型半導體或n/p型半導體材料之矽基板１１，將該矽基板１１經清潔後於其p型表面上被覆一層鋁金屬薄膜１２，並於燒結後獲得一被鍍樣品１（如：第１及第２圖所示）。
步驟二：於一可透光容器２中調製鍍鎳溶液２１（如：第３圖所示），而該鍍鎳溶液２１主要係以氯化鎳與硼酸之混合水溶液調製成，且將該鍍鎳溶液２１置於室溫環境下，同時進行循環攪拌。
步驟三：將被鍍樣品１再次進行清潔表面（如：第４圖所示），並去除原生氧化層(native oxide)。
步驟四：將被鍍樣品１浸入容器２內之鍍鎳溶液２１中（如：第５圖所示）。
步驟五：取一光源３直接照射於被鍍樣品１之欲鍍表面１３上（如：第６圖所示），而進行析鍍鎳反應，而該光源３係可為燈光或太陽光。
步驟六：待析鍍鎳1分鐘～2分鐘之預定時間後，將光源３移除，並取出被鍍樣品１加以沖洗，再進行吹乾之動作，如此，即於被鍍樣品上完成光致鍍鎳之動作，進而獲得一太陽電池金屬歐姆接觸電極４（如：第７圖所示）。
如此，可使本發明傳統電鍍(electroplating)及無極電鍍(electroless plating)等兩種方法之優點，並應用於太陽電池及其他光電元件，以作為金屬歐姆接觸電極或與半導體緩衝層之使用，而具有降低接觸電阻、及避免後續堆疊電鍍金屬電極中所含有害金屬雜質元素的擴散等功能，能進一步提升太陽電池的光電轉換效率；且使本發明至少達到下列之優點：
1.光致鍍鎳(Light-Induced Nickel-Plating, LINP)技術為一於矽基板１１(p-型或n/p接面矽基板)之p型表面，預先形成鋁金屬薄膜１２後，浸沒於鍍鎳溶液２１中，當光源直接照射於欲析鍍鎳面時，鍍鎳反應立即開始反應；而此鋁背電極之材料費米能階（fermi level, E_F）需高於一定值方可致使反應進行，包含利用電子槍鍍鋁或者改良之網版印刷鋁漿電極。而於製程中具有簡單快速之功效，且無需另外增加電壓。
2.當鋁金屬薄膜１２與鍍鎳溶液２１在平衡狀態下，鋁金屬薄膜１２表面與鍍鎳溶液２１間會形成一介面電位差，同時矽基板１１表面與鍍鎳溶液２１同樣也會有電位差產生，二者之電位差值相加總和，能達到析鍍鎳條件所需之電位值時即可析鍍鎳。因此，本發明之析鍍鎳原理為電鍍，而非化學溶液自身之還原析鍍鎳，故析鍍鎳之速率快（時間約1分鐘～2分鐘），可獲得約1μm厚度之鎳金屬薄膜。
3.本發明之欲鍍表面無需經過任何之催化處理，能簡化鍍鎳技術與製程。
4.本發明只在半導體表面產生析鍍鎳反應，不會在鋁金屬薄膜１２上產生析鍍鎳反應，故不需多一道程序來保護背表面，能更進一步簡化鍍鎳技術與製程。
5.本發明之鍍鎳溶液２１使用氯化鎳與硼酸混合鍍液，鍍液成分內容簡單。
6.本發明方法可獲得一高品質之鎳金屬薄膜。
綜上所述，本發明簡單快速的p型半導體矽與n/p型半導體材料光致鍍鎳方法可有效改善習用之種種缺點，可達到不需經過表面催化處理、析鍍鎳過程不需加溫、能於特定表面進行析鍍鎳、析鍍鎳速率高、製程簡單以及製作成本較低之功效；進而使本發明之産生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1．．．被鍍樣品

11．．．矽基板

12．．．鋁金屬薄膜

13．．．欲鍍表面

2．．．透光容器

21．．．鍍鎳溶液

3．．．光源

4．．．太陽電池金屬歐姆接觸電極

第１及第２圖，係本發明步驟一之示意圖。
第３圖，係本發明步驟二之示意圖。
第４圖，係本發明步驟三之示意圖。
第５圖，係本發明步驟四之示意圖。
第６圖，係本發明步驟五之示意圖。
第７圖，係本發明步驟六之示意圖。