CN102725442B - 用于太阳能电池的金属电极的光镀 - Google Patents
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Abstract
提供一种使用光诱导电镀技术将金属触点光镀到光伏装置的阴极表面上的方法。该方法包括：a)将该光伏装置浸入一种金属离子溶液，其中该金属离子是一种要被电镀至该光伏装置的阴极表面上的物种；及b)使用时变强度的光源照射该光伏装置。这使得在垂直于该阴极表面的方向上比该阴极表面的平面方向上快的净余电镀。
Description
技术领域
本发明总体涉及光伏装置的制造，特别地，本发明提供用于触点形成的金属电镀方法的改进，以及它们在光伏装置制造中的使用，其将参考太阳能电池制造通过实施例来描述。
背景技术
太阳能电池一般需要两个对于半导体材料的金属触点，每种极性一个，允许光产生电荷从太阳能电池内被抽取，且被允许在外部电线中以电流流动。大部分太阳能电池在顶面上具有一个极性的触点，且在后表面上具有相反极性的金属触点。例如，一般而言，由于当接触n-型及p-型硅时的不同需求，硅太阳能电池的前触点与后触点具有不同的金属。另外，必须考虑金属的其它属性，诸如其导电性及热膨胀系数以及其成本影响，一种金属是否适于和/或优先作为一种或另一种太阳能电池表面上的金属触点。一般而言，大部分硅太阳能电池在遮蔽损失、金属导电性及对于半导体的接触电阻特别重要的受光面上使用不同金属。在可容许较高金属覆盖率及较低导电性，且极性与受光表面相反的非受光面上，其它金属通常是优选的。基于此原因，大部分网印太阳能电池尽管成本高但仍在n-型前金属栅极使用高导电性银，并用较便宜的铝来覆盖大部分的p-型后表面。
一种可用来施加金属触点至太阳能电池的选择性方式是通过无电镀、电极电镀、或光诱导电镀(LIP)。一种经由这些技术形成到太阳能电池上的金属触点的常见问题是，电镀液具有高密度的金属离子，因此使得当电镀时，该金属在半导体表面上的特定位置成核，且该位置进而成为继续迅速电镀的优选位置，其由可得自该电镀液中的高浓度金属离子提供。遗憾的是，已电镀表面提供进一步地金属离子沉积最有吸引力的位置，使得镀层难以在半导体表面的其它位置成核。这导致这些位置相当迅速地向上或向外电镀，并列区域当金属电镀穿过半导体表面时接合，而非成核进一步自表面生长。结果是电镀金属与半导体表面之间的相对较差的黏合及接触电阻。
现有的电镀技术的另一常见问题是它们通常使硅的两种极性被电镀以同一种类金属，而非容许对每一触点使用最适宜的金属。例如，在LIP工艺中，与受光照的太阳能电池阳极电接触的金属可经由导电电解液被转移至n-型阴极，该金属在n-型阴极被沉积/电镀至该曝露表面上。此工艺由Lawrence Durkee在美国专利第4,144,139号“Method of Plating by Meansof Light”中详细描述。如Durkee所描述，LIP方法的一种限制是其将太阳能电池设计限定成对于二个电极的极性使用同一金属。第二种限制是其由于接近金属被沉积在阴极上的位置，而导致阳极金属向装置的边缘腐蚀，这进而导致p-型材料的金属触点的导电性变差，特别是向金属接触材料的边缘劣化。这二种限制在制造高性能太阳能电池时是不能接受的，实际上所有目前商品太阳能电池的金属触点的二种极性需要不同的金属。
大部分LIP和无电镀工艺的另一限制是增长率倾向于被护形(conformal)至多使电镀速率在每一方向上大致有一致的速率。对于许多其它应用而言，这可能是适当的，但是对于高效太阳能电池而言，因为顶面的遮蔽大致与金属线的宽度成比例，理想的是具有增加的纵横比，由此使金属线在尽可能窄的同时尽可能高。护形电镀(conformal plating)倾向于导致金属线的宽度以高度增长速率的两倍增加，且导致诸如图1所示的金属截面的结果，其中被电镀的原始表面是10微米宽，且在10分钟的护形电镀之后在每一方向上产生大约10微米的镀层，或相等地，产生10微米的高度而大约30微米的宽度。
发明内容
根据一第一方面，提供一种方法用以将金属触点光镀到光伏装置的阴极的表面上，该方法包括：
a)将光伏装置浸入一种金属离子溶液，该金属离子是一种要被电镀至光伏装置的阴极表面上的物种；
b)使用时变强度的光源照射光伏装置，由此净余电镀在垂直于阴极表面的方向上比在阴极表面的平面的方向上快。
光强度的变化与电镀液的电容一起使用可被用以与在晶圆表面的平面方向上相比较增加垂直于晶圆表面的电镀速率。此纵横比控制可通过使用除镀(退镀)而被增强，除镀其于减少光强度期间发生在反向电流可通过光伏装置发生而使电镀工艺反向的区域。该时变强度的光源优选的是脉冲光源。
分流(shunted)及缺陷区域是这样的反向电流可能发生的实例。通过激光加热光伏装置的区域以修改穿过光伏装置的晶柱中的掺杂分布，分流器(分流，shunt)可以在其中需要除镀的区域被故意形成于光伏装置中。在紧邻被电镀区域的区域中故意使用分流(器)及缺陷可增强这些区域中的除镀，以最小化被电镀金属线增宽。光伏装置中分流(器)的总电阻，被测定为光伏装置中全部的单个分流(器)的并联组合，优选地大于光伏装置的开路电压(VOC)除以光伏装置的短路电流(ISC)的100倍。
根据第二方面，提供一种用以将触点光镀到光伏装置的阴极上的方法，该方法包括：
a)将光伏装置浸入一种金属离子溶液，该金属离子是要被电镀至光伏装置阴极上的物种；
b)照射该光伏装置，
其中对于落在光伏装置上的任何给定的照射强度而言，金属离子溶液的电阻率被选择成使光伏装置在光伏装置的I-V特性曲线上的最大功率点电压与开路电压之间的一点上操作。
金属电镀(诸如镀镍)到n-型硅上的增加的成核均匀性可通过经由金属离子及酸的浓度来控制电镀液的导电性而被达成。金属离子溶液的电阻率优选地被选择成使光伏装置在光伏装置I-V特性曲线上距离开路电压VOC比距离最大功率点电压更近的一点上操作。
减少的金属离子浓度，除了有助于控制电镀液导电性之外，还可提供较好的光传输特性，因此允许较多的光到达光伏装置，且因此提高其电流及电压，也同样改善LIP工艺。依据其它因素，减少的金属浓度也可通过使成核金属离子的第一区域匮乏且因而防止可能在其它位置妨碍电镀的迅速增长，以增加镀层成核的均匀性。
根据第三方面，提供一种用于将触点光镀到光伏装置的阴极上的方法，该方法包括：
a)将牺牲金属电极置于与光伏装置的阳极电接触，该牺牲金属电极包括要被电镀至光伏装置阴极上的一种金属物种；
b)将光伏装置及牺牲金属电极浸入一种金属离子溶液，该金属离子是要被电镀至光伏装置的阴极上的物种；
b)照射该光伏装置，
其中金属优先从牺牲金属电极，而非从光伏装置阳极的金属触点被耗损(牺牲)，以在金属离子溶液中形成金属离子，且该金属离子溶液的离子被还原以电镀光伏装置的阴极。
此LIP技术允许不同金属被用于每一极性的触点。由于多种金属与阳极接触或构成阳极(在p-型触点)，电化电位差可被用以优先决定参与LIP工艺的金属，且因此释放阳金属离子到电镀液中以在阴极被还原并由此电镀n-型触点。
在某些情况中，阳极的金属触点可由一种比牺牲金属电极的金属更具正电性的金属形成，在此情况中，阳极金属触点可涂有保护涂层以允许金属优先从牺牲金属电极耗损(牺牲)。该保护涂层可例如是该阳极金属触点的一种金属氧化物。通过氧化该更易反应的二种金属可防止其参与在LIP工艺中，因此允许较不易反应的金属成为释放金属离子到溶液中的一种以电镀n-型触点。
本发明的这三方面可被一起用于本发明的单一实施例中。
附图说明
光镀方法的具体实施方式现在将参考附图而加以描述：
图1：10微米宽的激光掺杂线的护形电镀，提供在所有方向上的10微米金属镀层，以提供大约10微米的金属线高度及大约30微米的线宽度。
图2：除分流器RSH之外的理想太阳能电池的简化电路。
图3：表示n-型触点到太阳能电池上的光诱导电镀的简化电路。
图4：表示将n-型金属触点光诱导电镀到太阳能电池的更复杂的等效电路。
图5：使用脉冲光源的光诱导电镀的增加的纵横比。
图6：图3的等效电路的修改，透过包含由Z2C表示的牺牲电极以其较大的负电性而优先腐蚀加入对于太阳能电池后部的阳极的保护。
图7(a)及图7(b)：通过最佳化光源及电镀液特性，太阳能电池的铜触点的LIP的上方(a)或截面(b)增加的纵横比。
具体实施方式
用于在太阳能电池上电镀触点的新方法在本文中依据光诱导电镀(LIP)方法被描述，这些方法改善现有方法遇到的一些或全部困难。在电镀金属与半导体表面之间可获得优良黏合，同时金属化的高纵横比也可通过在垂直于半导体表面的方向上产生可高达平行于该表面的电镀速率四倍以上的平均电镀速率以使得线增宽而被达成。这些方法也可允许不同金属被用于对于不同极性半导体的触点上，同时避免电镀工艺期间任一金属触点的腐蚀。这些方法也可避免外部电源或任一接触太阳能电池的外部电极的需求。
为了理解LIP工艺，以下实例使用浸在一种硫酸铜溶液中的铜正阳极来电镀n-型铜触点。铜电极与太阳能电池的p-型半导体材料电接触。图2示出一种太阳能电池的等效电路，包括理想二极管D、分流电阻器RSH及模拟光源的电流源，其产生电流IL，与光强度及太阳能电池面积大致成比例。在图2中，寄生串联电阻被忽略。当受光照电池被浸在导电硫酸铜电镀液中时，由太阳能电池产生的电流流过导电电镀液。在n-型半导体表面的电子与溶液中的Cu2+离子结合以使Cu原子形成在曝露的n-型表面上。涉及这种电子交换的化学反应在图3中由阻抗R1A表示，使得对于增加电镀速率需要增加通过该界面的电位降。在阳性铜电极，正电荷通过铜原子贡献电子到p-型硅中而被释出至溶液中，导致形成可溶于溶液中的Cu2+离子。该反应也可由同样示出于图3中的阻抗Z1C表示。这些铜离子接着对应于浓度梯度而扩散以自由移动，该浓度梯度是被建立在p-型材料触点附近Cu2+离子的较高浓度与铜原子形成为n-型极性太阳能电池触点的n-型材料触点附近的Cu2+离子减少的浓度之间。这种正电荷流对应于浓度梯度完成电路，允许太阳能电池产生的电流流动。这种扩散流也可由在图3中由R1B表示的电阻器表示，该电阻器因Cu离子扩散以使电荷分布不均匀性相等的挑战与长距离而具有一个相对大的值。与此电阻器并联的是比较大的电容器，其代表溶液在电池光照之后马上储存二个电极附近电荷的能力。在DC光源的情况中，除了当光源最早被打开时的初始瞬时之外，该电容不发挥作用。
光镀方法的详述
本文提供对于LIP工艺的改进，其个别地和/或共同地解决以下问题：阳极的腐蚀，不能对于二个触点使用不同的金属，由于电镀工艺的不均匀成核导致的不良黏合及接触电阻，以及不能使金属高度的增长率提高至超过金属线宽度的增长率的0.5倍。
首先，为了理解在n-型半导体表面孤立位置的镀层的不均匀成核，在图4所示的等效电路中，以具有代表在这些位置的每一个处的成核镀层的难度的独立值的独立阻抗(Z1A、Z2A、Z3A等等)表示n-型表面上的每一个单个位置。在通常使用的具有大量金属离子诸如Cu2+的电镀液中，电容(器)值C1、C2、C3等相应地大，使得当电池受光照时，大电流可能流动直到n-型半导体表面附近的金属离子被耗尽为止。在此时间点上，其等效于已经被完全充电达到足够高电压的电容器，以阻碍进一步的电流流经电容器。然而，随着阳极附近的Cu2+离子扩散至n-型触点附近的耗尽区，小电流继续流动。这些电流可由与C1、C2、C3等并联的电阻器R1B、R2B、R3B等表示，如图4所示。电阻器R1、R2、R3等反映n-型表面的一个区域附近扩散至浓度较低的相邻区域Cu2+离子的电位。然而，图4电路的问题在于在n-型表面的单个阻抗值Z1A、Z2A、Z3A等的变化可导致通过这些单个阻抗的电流的大变化，且因此在电镀速率上差异大。这种非均匀性似乎因下述实施被恶化，镀层一旦通过给定阻抗Zi成核，则在该位置的金属化表面就变为进一步电镀的优选位置，意味着Zi有效地减少该位置的阻抗，且因而可由时变阻抗表示。这种与大电容(器)值结合的时变阻抗允许一些区域快速电镀大量金属，而其它位置实际上不能成核镀层。并列的快速电镀区域因而通过水平地跨越晶圆表面的镀层接合，保留金属与硅之间相对低的接触面积及对应的不良黏合和高接触电阻。这种非均匀性可通过操纵电镀液以数种方式被克服：
铜离子从溶液中移除(或至少在浓度上大为减少)，以大幅减少C值。这使电容器快速充电以接近太阳能电池受光照时产生的电压。这进而阻止镀层首先成核位置的高电镀速率。
该溶液的导电性通过将少量酸加入到要被电镀的电池所浸在其内的水中而被控制。这允许控制电阻(器)值R1B、R2B、R3B等，使得这些值可与阻抗值Z1A、Z2A、Z3A等相结合而被选择，使得虽然后者的值变化，但更均匀的电流仍将流过后者。为了达成这点，“B”串联电阻器被选择成比其不能被控制的单个对应“A”串联电阻器具有更大的值。虽然造成远为缓慢的电镀速率，这一对策使得非常均匀的电流流过单个电阻器，且因此在半导体的各种不同对应表面相等地具有十分均匀的电镀速率，防止孤立区域的断续电镀，且因此提供低接触电阻及良好的金属黏合。R1B、R2B、R3B等这些值通过控制电镀液的导电性而被控制。虽然未示于图4中(在图4中仅示出与分流电阻器并联的理想太阳能电池)，该电池的不同区域也可在当受光照时产生电流及电压的能力上具有不同质量。例如局部分流可使局部区域的电压下降，而保留无电镀的相对大面积。在很大程度上，这种非均匀性可通过增加跨电池两极间的电压而被克服。因为无外部电源被用于该工艺中，该电池电压可通过冷却溶液、增加光源强度(至少在镀层成核的同时)、使用通过消除金属离子而更透明的电镀液、及增加溶液的电阻同时减少其电容以使得电池接近其开路电压操作、或上述任一组合而被增加。
注意到在此说明书全文中，在提到等效电路的组件被改变之处，会了解该系统的实体物理特性被改变，导致等效电路的改变；而在提到组件导电或充电等等之处，会了解该描述意欲表达以这些效电路表示的系统事实上表现各自的特性(即，导电、充电等)及材料特性，装置或系统仅是为了易于理解而参照等效电路被描述。
上述的每一个都提供对于曝露的n-型硅表面的成核镀层的改善的均匀性，但其代价是大幅减少电镀速率。这并非是一问题，因为该对策仅被用以电镀初始极薄的金属层，如Ni、Cu或Ag，以提供良好的均匀性，接着电镀液可被更改以提供改进纵横比的较快电镀。
其次，一旦镀层在曝露的n-型表面上被均匀成核，电镀的改善的纵横比可通过策略性操纵各种不同电容(器)值及改变光源而被达成。这可被实施已允许一些区域中的电容器在受光照期间完全充电，且因此限定在这些位置的电镀速率，之后有一段无光强度或低光强度期间以容许电容器放电，且同时有助于增强除镀这些区域而造成金属线宽度增加。该对策有赖于控制电镀液的浓度来控制电容器的大小、及太阳能电池上方的溶液深度、以及金属线彼此相对的几何形状/位置，以允许一些电容器具有相对其余电容器的不同值。特别地，通过设计使得引起金属线增宽的金属线边缘区域的溶液电容具有较低值，且影响垂直/高度增长率的金属线中心/顶部区域附近的电容值具有较高值，该金属纵横比进而可经由控制光强度及其脉冲频率而如上所述地被增加。金属线边缘的平均电镀速率的这种阻滞可通过诸如通过使用激光掺杂工艺以在金属线正下方大量地掺杂硅，引入受控量的局部分流而被增加。
例如，假定C1及C5表示提供使金属线宽度增加的金属离子源的被电镀的金属线两侧的溶液，且假定这些电容(器)值通过控制金属线的几何形状/位置、溶液深度及金属离子浓度而被保持在显著小于C2到C4。通过随后脉冲/改变光源而使每一脉冲具有正确时长及正确强度，C1及C5与C2至C4相比较相对快速地达到它们充电的最大状态，因此防止大量的进一步电荷流过C1及C5以电镀金属线边缘。然而在脉冲后半部期间，C2到C4继续储存电荷，同时电流继续流动，且因而在金属线的顶面以朝上、垂直于晶圆表面的方向继续电镀工艺。光强度及每一脉冲期间优选地被选择以使得不仅C1及C5快速达到完全充电状态，而且C2到C4未达到它们的完全充电状态。这意味着，当每一光脉冲结束且光强度下降时，在C1与C5两端维持比其它电容器两端为高的电压。在图4中，光脉冲的中止等效于IL降至零或某一显著更小的值。这允许电荷由跨电容器C1到C5两端的电压驱动，反向流回太阳能电池。因为理想情况中，当IL下降时，跨C1及C5两端具有较高的电压，则C1及C5最初优先放电回到太阳能电池，使一些金属从金属线边缘除镀。为了理解除镀工艺，先前当电子从n-型半导体移至溶液内时，被电镀至n-型金属触点上的Cu原子这时提供它们的电子，反向回到n-型硅中，因而释放Cu2+离子回到溶液中。这种在金属线边缘的除镀可通过在这些区域故意设置太阳能电池接点的少量分流(延伸至该接点的缺陷及复合等)而被增强，由此使分流足以增进除镀，且阻滞这些区域中的平均电镀速率，但不足以使太阳能电池在明亮光照下以最大功率点操作时显著损害其电气性能。为了确保后者，电池的总分流电阻(由全部并联的单个分流器形成)优选地大于开路电压VOC除以短路电流ISC(其中VOC及ISC在标准测试条件下测定)提供的电池电阻特性的100倍。紧邻被电镀金属线的局部分流器可诸如通过使用激光被形成。例如，在建立选择性发射极的激光掺杂工艺中，激光可被用以在金属/硅界面正下方熔化并大量掺杂硅，同时在紧邻熔化区域，硅的热度不足以熔化但能维持引起可控量的接点的少量分流的缺陷与损害之处产生缺陷及分流，其中。这些局部分流/复合的值可经由包括激光功率、其脉冲频率及脉冲期间与形状的激光参数控制。例如，在激光熔化期间以低到足以使熔化硅在下一脉冲前重新固化的脉冲频率产生硅脉冲使得与熔化区域并置区域上的应力加重，且因此增加缺陷/分流的产生。在该情况中，分流量可由发生在每一位置的这种脉冲数目直接控制。
就组合而言，边缘的优先除镀及通过脉冲光、局部分流的存在及操纵电容(器)值的组合而达成垂直于电池表面方向上的增加的电镀速率可提供与它们的宽度相比，在增加金属线高度方向上明显更快的平均电镀速率。例如图5示出通过使用该电镀对策电镀n-型半导体材料的12微米宽线而形成的金属线的聚焦离子束照片。要被电镀的大量掺杂的表面使用100kHz的Q-切换频率通过激光掺杂工艺被准备，该工艺容许使脉冲之间有足够的时间以供熔化硅重新固化。电镀液以少量酸及在电池表面1厘米的深度在溶解度限附近凝聚(浓缩)硫酸铜溶液。在以平均100mW/cm2强度在电镀液表面及30-40mW/cm2在硅电池表面的100Hz脉冲光源电镀达8分钟之后，金属线如图所示是半径12微米的几近理想的半圆。这表示垂直于表面的大约1.5微米/分钟的平均增长率，而增宽金属线的水平增长率被限制在大约0.4微米/分钟。这与典型地如图1所示的现有的护形电镀工艺比较特别有利，在现有的护形电镀工艺中，垂直与水平电镀速率两者都大约为1微米/分钟。
第三，一种已被开发的方法通过放置另一更具正电性的金属与其接触防止阳极腐蚀。例如，如果阳极是银，则该后一牺牲金属可以是任一更具正电性的金属，诸如铝，以在光镀(光诱导电镀)期间通过优先提供电子到太阳能电池中来保护银阳极金属。这可通过避免阳极释放许多阳金属离子进入溶液而避免阳极腐蚀。假设此牺牲金属与阳极良好电接触且具有比被保护的金属更负的电化电位，该牺牲金属提供电子到半导体材料中，由此释放阳金属离子到电解液中，这些离子进而能够扩散至阴极，在阴极它们能够通过从n-型材料接收电子，以用金属原子涂覆表面来完成该电路。例如为了在图3的等效电路中表示该化学反应，可以并联两个电阻器Z1C、Z2C来替换ZC，Z1C表示当阳极提供电子到半导体材料中，由此释放阳性金属离子到电解液中时所关联的化学反应。类似地，Z2C表示等效化学反应，但涉及比阳极更具正电性的牺牲金属。在此情况中，如图6所示，DC电压源VED与Z1C串联，以表示其与牺牲金属相比较的电化电位的大小。该电路分析显示电压源VED的加入可保护Z1C不因电流流过而腐蚀。然而，如果通过Z2C的电流太大或Z2C值太大(诸如可由金属表面或较不利位置的氧化、或阳极相对于牺牲金属的几何形状/形状导致)，进而一些电流将被导致流经Z1C，且因此导致阳极一定的腐蚀。
第四，所描述的方法允许不同金属被用于太阳能电池的两个电极。如果两种不同金属(具有两种不同的电化电位)形成或接触太阳能电池的阳极，那么在LIP工艺之前的预处理可协助每一金属被转移至n-型硅，由此形成阴极。如上第3点所描述的，在无预处理的情况下，较负(较不正)的电化电位的金属将腐蚀(即，氧化导致在电解液中产生金属离子)，而具有较高的电化电位(较不负)的金属将留在阳极上。然而相反地，预处理诸如氧化工艺可被用以在具有较正电性的金属上建立一个较厚的保护绝缘层，因此允许较不具有正电性的金属主要参与在LIP工艺中，且释放阳性金属离子到电镀液中，这些阳金属离子可被转移至阴极上。因为氧化期间在金属的正电性与金属在生长有厚保护性绝缘氧化层上的反应性之间具有强烈关联，因此此方法可以行得通。为了防止金属的交叉污染，需要使用一种包含金属离子的电镀液，该金属离子是与被用作保护阳极的牺牲金属相同的金属。例如，由于铝是3价元素，因此能够掺杂硅p-型，故铝通常适宜作为太阳能电池的阳(极)金属触点。然而，因为诸如银及铜等金属比铝更适于作为阴极金属，故使用这些金属作为阳性(铝)电极上的牺牲材料是有利的。所以，如果例如铜被用作阴极金属，那么铜可被设置成诸如通过将铜网印至铝上或其附近、或通过在一片铜与铝之间施加机械压力、或通过协助铜与铝之间电接触的另外的适当技术与铝电极接触。在氧化后，氧化铝层保护铝免于电解液，且当电池受光照且被浸入一种例如包含硫酸铜的电镀液中时显著地阻滞其溶解。在比较上，如果一种金属混合物欲被用于n-型触点，多种牺牲金属可被用于与阳极接触，由此金属表面的氧化程度、各种金属的相关电化电位及实体位置/形状决定各种金属电镀至负(极)触点上的相对量。另外，包含在电镀液中的金属离子也参与到电镀反应中，且包含一部分形成负(极)触点的金属。因此，如果需要，不同金属离子(或者甚至各种不同的金属离子)可被包含在电镀液中，用于与阳极接触以提供阴极的组成方面的各种变化。例如，在铜电极内的少量银似乎显著提高其对化学氧化工艺的损害的抵抗性。
一种实施电镀方法的具体实施方式的简单方式是通过诸如网印、喷墨打印、印刷、胶合、喷涂等技术，以牺牲金属，诸如镍、银或铜涂覆阳极铝触点的区域。接着以在氧气中加热或适当的化学处理来氧化以优先在较为正电性的铝表面上生成保护性绝缘层，接着该电池被浸入一种适当的电解液，诸如硫酸铜(如果牺牲金属是铜的话)，且以光源照射，则与铝接触的铜原子优先释放电子到半导体中，由此在电解液中产生Cu2+离子，且保护铝不被氧化。在此工艺中不需要单个的电极，所以不需要制作现有的电镀中所需要的太阳能电池的电触点。
光镀方法的具体实施方式的另一重要特征是利用光强度及其变化由电镀工艺达成某些在阴极上、且特别是所形成的电镀金属形状及纵横比上的期望结果。由于溶液电容而使恒定强度光源对于达成电镀金属最需要的形状不利，在该溶液中大量正电荷在正(极)触点附近被不断产生，同时实际上相当大体积的负电荷在阴极被产生(因阳性金属离子从负(极)触点接收电子且因而从溶液中消失)。需要扩散工艺以使此电荷分布相等。然而，以恒定强度光源不断产生电荷维持此离子浓度梯度可能因而使电镀工艺在扩散速率上受限(即，受阳极产生的阳性金属离子可扩散到阴极以参与电镀工艺的速率限制)，并因而在截面上与表面速率受限的不同，且提供在促进电镀液内的电荷等化的低光强度或无光强度期间除镀的机会。此恒定光强度及扩散速率受限电镀在某些环境下，诸如需要一个薄均匀成核金属层的情况下是被期望的，但是在需要较高金属纵横比的情况下则不然。
以这种方法，光强度被改变以更好地控制电解液中的离子流。例如，光强度需要被保持在某一值上，以在太阳能电池触点两端产生电镀工艺的足够电压。此电压也需要高到足以克服太阳能电池内部的任何分流效应，如果光强度不够高，则该分流效应可能试图使局部区域电压下降。由于正电荷及负电荷分别在正触点及负触点附近产生，因此进而在电解液中产生显著的离子浓度梯度。这因此需要接续有一段低光强度或甚至无光强度时期，以阻滞电极表面的反应速率，同时电解液中的电荷扩散以使电荷分布相等。这以阳性金属离子形式补充在负触点附近的正电荷浓度。因此，当光强度被恢复时，电镀工艺在负触点重新开始而不受限于金属离子在溶液中的扩散速率，直到阳性金属离子浓度被再次耗尽，此时光强度最好被再次减小。
光镀方法的具体实施方式对于光强度控制的另一可能的重要方面是其可被用以有效地防止电镀至电池的有害的分流区域，且因而最小化这些区域的影响。由于这些区域的较低的表面电压所致，在使用光镀时的任何情况中这些区域与非分流区域一样不电镀。然而除此以外，在一段高光强度及在电解液中在太阳能电池触点附近产生电荷时期之后，快速减少光强度到大约为零允许电流反向通过太阳能电池，但是首先通过接点被分流的区域。这通过分流器附近的阴极处的金属原子提供电子，流过该分流器、同时释放电子的铜原子回到电解液作为阳性铜离子而发生。流经分流区域的电子进而与在高光强度期间积累在阳极的阳性金属离子结合，因此将这些金属离子重新电镀回至阳极上。在比较上，高强度DC光源将易于因消除任何除镀可能性而更为均匀地电镀到分流及非分流区域。
金属纵横比的进一步增加可通过策略性地将小分流器及缺陷布置成紧邻或在金属线边缘而被达成，该金属线被电镀以允许在减少光强度期间在这些区域中电流反向。这有效地减少这些分流器/缺陷所布置位置附近的电镀速率，因此通过减少在分流器/缺陷所布置位置附近的晶圆表面水平方向上的电镀而减少金属线在宽度上增加的趋势。然而这些分流器必须通过良好的受控工艺，诸如通过使用激光以基于抗反射涂层(表面介电层)与硅之间的热膨胀失配而对硅加压的方式使硅热循环而被形成，因此产生不严重劣化太阳能电池的电气性能的小缺陷/分流。缺陷也可经由一系列机械方法或激光诱导技术基于此目的而被产生。例如，烧蚀一些硅表面(或仅使其熔化)接着快速冷冻已被证明能以使所述纵横比增加被达成的方式产生接点的缺陷/错位/分流。
优选实施方式
优选的方法是使用二步骤电镀工艺。在第一步骤，将一薄层金属(典型地厚度是0.1-3微米)诸如镍被首先电镀至n-型表面上。其优选通过如下描述被完成，使用DC光源以最小化电容效应及任何除镀技术，以及一种具有极低金属离子浓度的电镀液以便最大化其对光源的透明度，且增加电镀液的电阻以最小化在n-型表面上不同点处成核镀层的能力变化的影响。如果太阳能电池需要的阳极是比镍具有较正电性的金属，诸如铝，那么牺牲镍电极可使用例如网印形成在铝表面上。形成的镍不必要全部覆盖铝，且优选地被施加至接近太阳能电的周边，以确保被安置成尽可能靠近电池前表面阴极的对称阳极。进而应用预处理诸如优先氧化铝表面以保护铝的后表面不参与LIP工艺。如果Ni比阳极更具正电性，那么不需要预处理，因为Ni在LIP工艺期间将自动优先提供其阳性金属离子到电镀液中。为了进行LIP工艺，Ni源被放置成优选在太阳能电池后部与阳极接触，且少量酸诸如硫酸被加入溶液中以提供所需的导电性。虽然电镀速率慢，产生能在显微镜下用眼睛看到的连续层需要5-10分钟，但是该层的不均匀性及相应的附着是优异的。通常优选地，在第二电镀步骤之前，在N2环境中以大约400℃烧结此Ni层来产生硅化镍，但如果最初Ni层足够厚，烧结可在全部金属沉积完成时被实施以简化工艺。
在第二电镀步骤中，在与依赖铜的单个正电性的预处理的相同条件下，高度导电金属诸如铜以与上述Ni相似的方式被置放成与阳极接触。该阳极优选是铝，因而需要预处理(诸如以升高的温度氧化)以最小化其在LIP工艺中的参与。在Ni的LIP沉积之前的铝的预处理通常也适于用铜的LIP工艺，而不需要再次实施预处理。该电池进而被浸入电镀液，且被曝露至脉冲光源。优选的铜电镀液是60-250g/L，优选110g/L硫酸铜(水合物)，带有加入的45-225ml/L，且优选210ml/L浓硫酸(98％)，以增加溶液导电性。溶液在晶圆表面上的深度优选大约是0.5到1cm，且该光源是每脉冲可变频率及功率的高功率闪光灯(频闪灯)。调节每脉冲功率及脉冲频率允许纵横比的最佳化，同时确保维持对于电镀的适当均匀性。如图7所示，金属高度的增长率可以是金属宽度的三倍以上，如图所示，使12微米宽激光掺杂线可在11分钟时期内被电镀至22微米的高度，同时仅增宽宽度到26微米。这等效于垂直于电池表面的2.0微米/分钟的电镀速率，而与电池表面成水平的电镀速率小于该速率的三分之一，仅为0.63微米/分钟。
对上述的小改变是使用一组标准节能小型荧光灯泡作为光源。它们成本较低，且就避免大量吸收及因此在溶液中的加热而言，具有与铜电镀液的吸收性能非常匹配的频谱。即使达成的纵横比由于光源的脉冲频率及开：关比不够理想而不甚令人满意，但是这在商业实施上可能也是合意的。
本利域技术人员应当了解如特定实施方式中所示的本发明可进行许多变化及/或更改而不违反广义描述的本发明的范围。因此，各个具体实施方式在所有方面都被视为是说明性而非限制性的。
Claims (18)
1.一种将金属触点光镀到光伏装置的阴极表面上的方法，所述方法包括：
a)将所述光伏装置浸入一种金属离子溶液，所述金属离子是一种要被电镀至所述光伏装置的所述阴极表面上的物种；
b)使用时变强度的光源照射所述光伏装置，由此净余电镀在垂直于所述阴极表面的方向上比所述阴极表面的平面方向上快。
2.权利要求1所述的方法，其中所述时变强度的光源包括减少的光强度期间，由此通过所述金属离子溶液以及通过所述光伏装置的区域的电流在反向上流动，以除镀其中所述电流在反向上流过所述光伏装置的光伏装置的区域。
3.权利要求2所述的方法，其中所述电流在反向上流动通过的所述光伏装置的区域包括导致产生分流器的在所述光伏装置中的缺陷。
4.权利要求2所述的方法，其中分流器在其中需要除镀的区域中被形成在所述光伏装置中。
5.权利要求4所述的方法，其中所述分流器通过激光加热所述光伏装置的区域以修改在穿过所述光伏装置的晶柱中的掺杂分布。
6.权利要求5所述的方法，其中所述光伏装置中的所述分流器的总电阻，被测定为所述光伏装置中全部的单个分流器的并联组合，大于所述光伏装置的开路电压(Voc)除以所述光伏装置的短路电流(Isc)的100倍。
7.权利要求1所述的方法，其中所述时变强度的光源是脉冲光源。
8.权利要求1所述的方法，其中对于任一落在所述光伏装置上的给定强度的光照而言，所述金属离子溶液的电阻率被选择成使所述光伏装置在所述光伏装置的I-V特性曲线的最大功率点电压与开路电压之间的一点上操作。
9.一种将触点光镀到光伏装置的阴极上的方法，所述方法包括：
a)将所述光伏装置浸入一种金属离子溶液，所述金属离子是一种要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
b)照射所述光伏装置，
其中对于任何落在所述光伏装置上的给定强度的照射而言，所述金属离子溶液的电阻率被选择成使所述光伏装置在所述光伏装置的I-V特性曲线上的最大功率点电压与开路电压之问的一点上操作。
10.权利要求8所述的方法，其中所述金属离子溶液的电阻率被选择成使所述光伏装置在所述光伏装置的I-V特性曲线上与所述开路电压Voc比与所述最大功率点电压更接近的一点上操作。
11.权利要求1所述的方法，进一步包括：
a)将牺牲金属电极置于与所述光伏装置的阳极电接触，所述牺牲金属电极包括一种金属，所述金属是要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
b)将所述光伏装置与牺牲金属电极浸入一种金属离子溶液，所述金属离子是要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
c)照射所述光伏装置，
其中金属优先地从所述牺牲金属电极，而不是从所述光伏装置阳极的金属触点被耗蚀，以形成所述金属离子溶液中的金属离子，并且来自所述金属离子溶液的离子被还原以电镀所述光伏装置的阴极。
12.一种将触点光镀到光伏装置的阴极上的方法，所述方法包括：
a)将牺牲金属电极置于与所述光伏装置的阳极电接触，所述牺牲金属电极包括一种金属，所述金属是要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
b)将所述光伏装置与牺牲金属电极浸入一种金属离子溶液，所述金属离子是要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
c)照射所述光伏装置，
其中金属优先地从所述牺牲金属电极，而不是从所述光伏装置的阳极的金属触点被耗损，以形成所述金属离子溶液中的金属离子，并且所述金属离子溶液的离子被还原以电镀所述光伏装置的阴极。
13.权利要求12所述的方法，其中所述阳极的所述金属触点由一种比所述牺牲金属电极的金属更具正电性的金属形成，并且所述阳极金属触点以保护涂层涂覆，以容许来自所述牺牲金属电极的金属优先耗蚀。
14.权利要求13所述的方法，其中所述保护涂层是所述阳极金属触点的金属的一种氧化物。
15.权利要求9所述的方法，其中所述金属离子溶液的电阻率被选择成使所述光伏装置在所述光伏装置的I-V特性曲线上与所述开路电压Voc比与所述最大功率点电压更接近的一点上操作。
16.权利要求9所述的方法，进一步包括：
a)将牺牲金属电极置于与所述光伏装置的阳极电接触，所述牺牲金属电极包括一种金属，所述金属是要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
b)将所述光伏装置与牺牲金属电极浸入一种金属离子溶液，所述金属离子是要被电镀至所述光伏装置的所述阴极上的物种；
c)照射所述光伏装置，
其中金属优先地从所述牺牲金属电极，而不是从所述光伏装置阳极的金属触点被耗蚀，以形成所述金属离子溶液中的金属离子，并且来自所述金属离子溶液的离子被还原以电镀所述光伏装置的阴极。
17.权利要求12所述的方法，其中所述阳极的所述金属触点由一种比所述牺牲金属电极的金属更具正电性的金属形成，并且所述阳极金属触点以保护涂层涂覆，以容许来自所述牺牲金属电极的金属优先耗蚀。
18.权利要求17所述的方法，其中所述保护涂层是所述阳极金属触点的金属的一种氧化物。
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