CN104005061B - 一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，聚硫有机磺酸盐的浓度为0.02~0.1g/L，复合表面活性剂的浓度为0.70~1.3g/L，氯离子的浓度为8~25mg/L，偶氮基染料的浓度为0.1~1g/L；本发明负整平剂通过聚硫有机磺酸盐细化晶粒，通过复合表面活性剂提高镀液的深镀能力，通过氯离子和偶氮基染料实现负整平能力，通过改变电镀液的组成，加入适当的负整平剂可在种子层的微峰处获得高于种子层两边缘的电流密度，使该处的镀层厚度高于种子层两侧的镀层厚度，实现镀层在不同方向的选择性生长，使太阳电池前电极种子层在垂直方向生长的速率高于水平方向生长速率，在获得良好电学性能电极的同时尽量减少受光面积的增加，减小遮光损失，提升电池整体效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制作工艺领域，具体涉及前电极电镀铜工艺。
背景技术
目前晶体硅太阳能电池的电极以银为主，如果可以使用电导率与银相当，但价格低廉的铜代替银作为太阳能电池电极的主要传导层，将大幅降低太阳能电池的制造成本。丝网印刷由于其设备简单、工艺成熟，成为目前晶体硅太阳能电池主流的电极制备技术。然而随着太阳能电池效率的不断增加，对电池电极，特别是前电极的要求也越来越苛刻，传统丝网印刷方式受到其技术原理的限制，难以达到高效晶体硅电池窄线宽、低电阻前电极的需求。丝网印刷所制备的前电极剖面形貌为多孔结构，对前电极的导电性能造成显著影响。
众所周知，电镀方法形成的金属层较为致密，导电性能好，故前电极表面改善可以通过对前电极表面进行电镀来解决。一般先制备一层前电极种子层，种子层的宽度在数十微米，高度在十五微米左右，再对该种子层进行电镀加厚，该种子层可以通过丝网印刷、喷墨打印及气溶胶喷涂、化学镀或者电镀等方式实现。然而，传统的电镀工艺会在种子层表面覆盖上厚度均匀的镀层，电极厚度增加的同时宽度也在增加，由于前电极一般位于太阳能电池的受光面，电极宽度的增加将减少电池的受光面积，从而降低短路电流和效率。在传统电镀工艺中，为了使基体表面获得均匀厚度的镀层，一般采取在镀液内添加整平剂的方法。其原理是加入整平剂后，电极表面微谷处的电流密度将大于微峰处的电流密度，此时在微谷处的镀层厚度大于微峰处的镀层厚度，达到整平效果。研究表明，只有可在电极上吸附并对电沉积过程起阻碍作用的添加剂才具有整平作用，添加剂的整平能力与其阴极极化能力具有强相关性，只有增大阴极极化的添加剂才可能起到整平作用，如果添加减小极化的物质可能起到负整平作用，也就是说电极表面微峰处的电流密度高于微谷处，微峰处的镀层厚度也较高。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，可在太阳能电池前电极的种子层上制备出在不同方向选择性生长的镀层，电极厚度增加大于宽度增加。
技术方案：一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，是含有聚硫有机磺酸盐、复合表面活性剂、氯离子及偶氮基染料的水溶液，其中，聚硫有机磺酸盐的浓度为0.02~0.1g/L，复合表面活性剂的浓度为0.70~1.3g/L，氯离子的浓度为8~25mg/L，偶氮基染料的浓度为0.1~1g/L。
进一步，所述聚硫有机磺酸盐为苯基聚二硫丙烷磺酸钠、聚二硫二丙烷磺酸钠或聚二硫丙烷磺酸钠。
进一步，所述复合表面活性剂包括聚醚类非离子型表面活性剂和阴离子性表面活性剂，所述聚醚类非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的质量比为1:1~10:1，该质量比的复合表面活性剂在镀液中起助溶、润湿和光亮作用，同时可以降低镀液表面张力，减少镀层中针孔的产生并且提高镀液的深镀能力。
进一步，所述聚醚类非离子型表面活性剂为聚乙二醇、月桂醇聚氧乙烯醚、辛醇聚氧乙烯醚或仲醇聚氧乙烯醚，所述阴离子型表面活性剂为十二烷基磺酸钠、阴离子聚酰亚胺或十二烷基苯磺酸钠。
进一步，所述偶氮基染料为联苯胺偶氮染料、苯甲酰苯胺偶氮染料、苯磺酰苯胺偶氮染料、二氨基萘型偶氮染料、杂环偶氮染料或二苯乙烯偶氮染料。
优选的，所述负整平剂在电镀液中的浓度为5~80ml/L。
有益效果：本发明负整平剂通过聚硫有机磺酸盐细化晶粒，通过复合表面活性剂提高镀液的深镀能力，通过氯离子和偶氮基染料实现负整平能力，通过改变电镀液的组成，加入适当的负整平剂可在种子层的微峰处获得高于种子层两边缘的电流密度，使该处的镀层厚度高于种子层两侧的镀层厚度，实现镀层在不同方向的选择性生长，使太阳电池前电极种子层在垂直方向生长的速率高于水平方向生长速率，在获得良好电学性能电极的同时尽量减少受光面积的增加，减小遮光损失，提升电池整体效率，且镀层性能和镀液性能不低于同类产品，此外还具有工艺简单、环境友好、成本低廉和适用范围广等特点。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，是含浓度为0.05g/L的苯基聚二硫丙烷磺酸钠，总浓度为0.8g/L的聚醚类非离子型表面活性剂月桂醇聚氧乙烯醚和阴离子型表面活性剂十二烷基磺酸钠，其中，月桂醇聚氧乙烯醚和十二烷基磺酸钠的质量比为2:1，浓度为15mg/L的氯离子，浓度为0.5g/L的杂环偶氮染料（直接红）的水溶液。
该太阳电池前电极电镀铜负整平剂用于单晶硅太阳电池种子层进行电镀铜加厚工艺中，初始种子层的宽度为10微米，高度为5微米。将太阳电池放入实施例负整平剂20mL/L的铜电镀液中进行电镀，电镀5分钟后取出，得到外观均匀光亮的铜镀层，宽度为29微米，高度为18微米，垂直方向生长速率为2.6μm/min高于水平方向生长速率1.9μm/min，太阳电池效率从18.5%提高到19.2%。
实施例2：一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，是含聚二硫丙烷磺酸钠浓度为0.09g/L，非离子型表面活性剂辛醇聚氧乙烯醚和阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠总浓度为1.1g/L，其中，非离子型表面活性剂辛醇聚氧乙烯醚和阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的质量比为4:1，氯离子浓度为19mg/L，联苯胺偶氮染料（直接黑38）浓度为0.8g/L的水溶液。
该太阳电池前电极电镀铜负整平剂用于对多晶硅太阳电池种子层进行电镀铜加厚工艺中，初始种子层的宽度为28微米，高度为8微米。将太阳电池放入含本实施例负整平剂50mL/L的铜电镀液中进行电镀，电镀3分钟后取出，得到外观均匀光亮的铜镀层，宽度为35微米，高度为15微米，垂直方向生长速率为2.3μm/min高于水平方向生长速率1.2μm/min，太阳电池效率从16.8%提高到17.7%。
实施例3：一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，是含浓度为0.02g/L的聚二硫二丙烷磺酸钠，总浓度为1.3g/L的聚醚类非离子型表面活性剂聚乙二醇和阴离子型表面活性剂阴离子聚酰亚胺，其中，聚乙二醇和阴离子聚酰亚胺的质量比为1:1，浓度为8mg/L的氯离子，浓度为1g/L的苯磺酰苯胺偶氮染料（直接黑168）的水溶液。
该太阳电池前电极电镀铜负整平剂用于单晶硅太阳电池种子层进行电镀铜加厚工艺中，初始种子层的宽度为14微米，高度为6.5微米。将太阳电池放入含本实施例负整平剂5mL/L的铜电镀液中进行电镀，电镀8分钟后取出，得到外观均匀光亮的铜镀层，宽度为30微米，高度为17微米，垂直方向生长速率为1.3μm/min高于水平方向生长速率1μm/min，太阳电池效率从18.8%提高到19.1%。
实施例4：一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，是含浓度为0.1g/L的苯基聚二硫丙烷磺酸钠，总浓度为0.7g/L的聚醚类非离子型表面活性剂仲醇聚氧乙烯醚和阴离子型表面活性剂十二烷基磺酸钠，其中，聚乙二醇和阴离子聚酰亚胺的质量比为10:1，浓度为25mg/L的氯离子，浓度为0.1g/L的苯磺酰苯胺偶氮染料（直接绿59）的水溶液。
该太阳电池前电极电镀铜负整平剂用于多晶硅太阳电池种子层进行电镀铜加厚工艺中，初始种子层的宽度为30微米，高度为10微米。将太阳电池放入含本实施例负整平剂80mL/L的铜电镀液中进行电镀，电镀7分钟后取出，得到外观均匀光亮的铜镀层，宽度为45微米，高度为21微米，垂直方向生长速率为1.6μm/min高于水平方向生长速率1.1μm/min，太阳电池效率从16.5%提高到17.4%。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (6)
1.一种用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，其特征在于：是含有聚硫有机磺酸盐、复合表面活性剂、氯离子及偶氮基染料的水溶液，其中，所述复合表面活性剂为聚醚类非离子型表面活性剂和阴离子性表面活性剂，聚硫有机磺酸盐的浓度为0.02~0.1g/L，复合表面活性剂的浓度为0.70~1.3g/L，氯离子的浓度为8~25mg/L，偶氮基染料的浓度为0.1~1g/L。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，其特征在于：所述聚硫有机磺酸盐为苯基聚二硫丙烷磺酸钠、聚二硫二丙烷磺酸钠或聚二硫丙烷磺酸钠。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，其特征在于：所述聚醚类非离子型表面活性剂与阴离子型表面活性剂的质量比为1:1~10:1。
4.根据权利要求3所述的用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，其特征在于：所述聚醚类非离子型表面活性剂为聚乙二醇、月桂醇聚氧乙烯醚、辛醇聚氧乙烯醚或仲醇聚氧乙烯醚，所述阴离子型表面活性剂为十二烷基磺酸钠、阴离子聚酰亚胺或十二烷基苯磺酸钠。
5.根据权利要求1所述的用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，其特征在于：所述偶氮基染料为联苯胺偶氮染料、苯甲酰苯胺偶氮染料、苯磺酰苯胺偶氮染料、二氨基萘型偶氮染料、杂环偶氮染料或二苯乙烯偶氮染料。
6.根据权利要求1所述的用于太阳能电池前电极电镀铜的负整平剂，其特征在于：所述负整平剂在电镀液中的浓度为5~80ml/L。
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