DE102011003713A1

DE102011003713A1 - Lösung zum stromlosen Abscheiden zum Bereitstellen einer Solarzellenelektrode

Info

Publication number: DE102011003713A1
Application number: DE102011003713A
Authority: DE
Inventors: Chia Wei Taipei County Chou; Su-Fei Taipei County Hsu; Michael Taipei County Liu
Original assignee: E-CHEM ENTERPRISE CORP; CHEM ENTPR CORP E; E-CHEM ENTERPRISE CORP Taipei County
Current assignee: E-CHEM ENTERPRISE CORP; CHEM ENTPR CORP E; E-CHEM ENTERPRISE CORP Taipei County
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2011-08-11
Also published as: JP2011168889A; JP5374526B2; TW201129715A; CN102146557A; US20110192316A1; JP2011174180A; JP5383723B2; TW201127986A; CN102168258A

Abstract

Eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel für eine Solarzellenelektrode, die eine mit SiNx und Si gemusterte Struktur umfasst, wird offenbart. Die Lösung zum stromlosen Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: Nickelionen, ein Reduktionsmittel; einen ersten Chelatbildner; einen zweiten Chelatbildner; und Wasser. Die Lösung zum stromlosen Abscheiden gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Selektivität zwischen Si und SiNx auf und ist für eine Schicht auf Aluminiumbasis unschädlich, weshalb sie zur Verwendung bei der Anfertigung der Elektroden der Solarzelle geeignet ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen des Einreichungsdatums der am 5. Februar 2010 unter 35 USC § 119(e)(1) eingereichten vorläufigen US-Anmeldung (US-Provisonal-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 eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel und insbesondere eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel für eine Solarzellenelektrode.
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 vom 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 es 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 Beleuchtungsverfahren vorgeschlagen, das hinsichtlich der Lichtquelle eingeschränkt und daher verglichen mit dem Verfahren zum stromlosen Abscheiden unzweckmäßig und langsam ist.
Gemäß dem Stand der Technik weisen saure Lösungen zum stromlosen Abscheiden, egal welche Arten von sauren Lösungen zum stromlosen Abscheiden verwendet werden (bei hoher Temperatur betriebene saure Lösungen zum stromlosen Abscheiden oder bei niedriger Temperatur betriebene saure Lösungen zum stromlosen Abscheiden) keine Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium auf, wohingegen es für basische Lösungen zum stromlosen Abscheiden möglich ist, dass sie Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium aufweisen.
Das Aufweisen von hoher Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium ist für die Lösungen zum stromlosen Abscheiden während des Anfertigen der Solarzellen wichtig. Ist die Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium der Lösungen zum stromlosen Abscheiden gering, wird Nickel auf der Siliciumnitridschicht gebildet, was zur Verringerung der aktiven Fläche und der Verringerung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz führt.
Wird zum Bilden von Nickel auf dem Silicium der gemusterten Struktur aus Silicium und Siliciumnitrid der Solarzellen eine herkömmliche basische Lösung zum stromlosen Abscheiden verwendet, können so manche Probleme, wie die Beschädigung der Siliciumschicht und/oder das unerwünschte Bilden von Nickel auf dem Siliciumnitrid auftreten.
Darüber hinaus wird zum Bewahren der Wirksamkeit und der Lebensdauer der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden eine hohe Temperatur wie 85°C benötigt, damit eine herkömmliche basische Lösung zum stromlosen Abscheiden arbeiten kann. Allerdings ist die hohe, für eine herkömmliche basische Lösung zum stromlosen Abscheiden für das Anfertigen der Elektroden der Solarzellen angewandte Temperatur für die Oberfläche des Siliciumnitrids schädlich. Auch kann die erhöhte Reduktionskraft der Lösung zum stromlosen Abscheiden aufgrund der angewandten hohen Temperatur die Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium reduzieren, und zur Bildung von Nickel sowohl auf der Siliciumnitridschicht als auch auf der Siliciumschicht führen.
Wenn die Oberfläche des Siliciumnitrids beschädigt ist, was zum Verlust der Wasserstoffatome führt, können die Passivierungsfunktionen (bezüglich der Elektronik mit Defekten und der Elektronikoberflächen) des Siliciumnitrids gestört sein und die photoelektrische Umwandlungseffizienz der Solarzelle herabgesetzt werden. In der US 6,746,709 ( TW 561629 ) sind detailliert die Funktionen und das Verfahren zur Herstellung des Siliciumnitrids mit Wasserstoffatomen beschrieben. Wird auf einem gewissen Teil der Oberfläche des Siliciumnitrids unerwünscht Nickel abgeschieden, kann der lichtaufnehmende Bereich in der Solarzelle vermindert und somit die Umwandlungseffizienz der gesamten Solarzelle herabgesetzt werden.
Da eine herkömmliche Lösung zum stromlosen Abscheiden 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 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, eine verbesserte Lösung zum stromlosen Abscheiden zum Anfertigen der Elektroden der Solarzellen 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 eine bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel bereit, die zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit Silicium und Siliciumnitrid umfassender gemusterter Struktur verwendet wird. Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: (a) 4,5 g/l bis 10,0 g/l Nickelionen; (b) ein Reduktionsmittel; (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; (e) 0,0005 g/l, bis 0,002 g/l eines Stabilisators; und (f) Wasser, wobei der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt; wobei es sich bei dem zweiten Chelatbildner um einen handelt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin (d. h. Alkoholamin), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon.
Die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium auf. Damit kann Nickel auf der Oberfläche von Silicium und nicht auf der Oberfläche von Siliciumnitrid abgeschieden werden. Wird die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bereitstellen einer positiven Elektrode einer Solarzelle auf eine Aluminiumschicht aufgebracht, korrodiert die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nicht die Aluminiumschicht und kann Nickel auf der Oberfläche der Aluminiumschicht abgeschieden werden. Daher ist die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle sehr geeignet und können eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einer Solarzelle getrennt oder gleichzeitig gebildet werden.
Zum Erzielen des Zwecks des stromlosen Abscheidens von Nickel auf der Oberfläche von Silicium ohne Abscheiden auf der Oberfläche von Siliciumnitrid ist ein Niedertemperaturverfahren nötig. Auch müssen zum Erzielen des Zwecks des Durchführens des Niedertemperaturverfahrens die Arten und das Verhältnis der Chelatbildner geeignet eingestellt werden, um die Anforderung für den Start der Reaktion des stromlosen Abscheidens von Nickel zu erfüllen. Zudem können die Arten der Chelatbildner die Lebensdauer der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel beeinflussen.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung wird der erste Chelatbildner vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und Gemischen davon. Der zweite Chelatbildner wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin (z. B. Diethanolamin, Triethanolamin), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und Gemischen davon.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise der Gehalt des ersten Chelatbildners 30 g/l bis 60 g/l und der Gehalt des zweiten Chelatbildners 5 g/l bis 80 g/l.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Nickelionenquelle 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 der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Reduktionsmittel vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure, Hydrazin, Dimethylaminboran (DMAB), Natriumborhydrid (sodium borohydride; SBH), Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon. Handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um DMAB, SBH, Diethylaminboran oder Morpholinboran, beträgt der Gehalt des Reduktionsmittels vorzugsweise 0,5 g/l bis 20 g/l. Handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure oder Hydrazin, beträgt der Gehalt des Reduktionsmittels vorzugsweise 5 g/l bis 40 g/l, stärker bevorzugt 5 g/l bis 30 g/l.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung 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.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren 2 g/l bis 12 g/l eines Beschleunigers umfassen, der ausgewählt sein kann aus der Gruppe, bestehend aus: Flusssäure (HF), Natriumfluorid (NaF), Kaliumfluorid (KF), Ammoniumfluorid (NH₄F) und einer Kombination davon.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren 0,0005 g/l bis 0,002 g/l eines Stabilisators umfassen, der ausgewählt sein kann 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.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein oberflächenaktives Mittel umfassen.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein spannungsverminderndes Mittel umfassen, bei welchem es sich um Saccharin handeln kann.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „basisch”, dass der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 14,0, vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 10,0, stärker bevorzugt in einem Bereich von 7,0 bis 9,4 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 7,6 bis 9,0 liegt. Zudem bedeutet der Begriff „niedrige Temperatur”, dass die Temperatur zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel mit der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Bereich von 40°C bis 80°C liegt, was niedriger als die Temperatur zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel mit einer herkömmlichen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel (85°C) ist.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung kann das den pH-Wert einstellende Mittel ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniak, Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH) oder einer Kombination davon.
Selbst ohne Durchführen von jeglichem Aktivierungsverfahren kann bei Verwendung der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung zum Abscheiden von Nickel für eine Elektrode einer Solarzelle Nickel auf der Oberfläche von Silicium und nicht auf der Oberfläche von Siliciumnitrid abgeschieden werden. Damit weist die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium auf Allerdings weist eine saure Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel keine derartige Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium auf.
Wird eine basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel, die einen pH-Wert über 10,0 aufweist oder zu viel Chloridionen enthält, zum stromlosen Abscheiden einer positiven Elektrode, die eine Aluminiumschicht (z. B. eine auf der rückseitigen Oberfläche abgelegte Schicht (back surface filed layer; BSF-Schicht)) umfasst, für eine Solarzelle verwendet, kann die Aluminiumschicht der positiven Elektrode korrodiert werden. Daher liegt der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 10,0, stärker bevorzugt in einem Bereich von 7,0 bis 9,4 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 7,6 bis 9,0 und beträgt der Gehalt an Chloridionen weniger als 1000 ppm, um zu verhindern, dass die Aluminiumschicht korrodiert wird.
Damit stellt die vorliegende Erfindung des Weiteren eine bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel bereit, um eine eine Aluminiumschicht umfassende positive Elektrode zu erhalten, wobei die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit Silicium und Siliciumnitrid umfassender gemusterter Struktur verwendet wird. Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: (a) Nickelionen; (b) ein Reduktionsmittel; (c) einen ersten Chelatbildner, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und einem Gemisch davon; (d) einen zweiten Chelatbildner; (e) einen Stabilisator; und (f) Wasser, wobei der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt; wobei der Gehalt der Chloridionen weniger als 1000 ppm beträgt; wobei es sich bei dem zweiten Chelatbildner um einen handelt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin (d. h. Alkoholamin), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon.
Die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium auf. Damit kann Nickel auf der Oberfläche von Silicium und nicht auf der Oberfläche von Siliciumnitrid abgeschieden werden. Wird die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Aluminiumschicht zum Bereitstellen einer positiven Elektrode einer Solarzelle aufgebracht, korrodiert die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nicht die Aluminiumschicht und kann Nickel auf der Oberfläche der Aluminiumschicht abgeschieden werden. Daher ist die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Bilden von Elektroden auf einer Aluminiumschicht einer Solarzelle sehr geeignet und können eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einer Solarzelle getrennt oder gleichzeitig gebildet werden.
Erfindungsgemäß ist es nötig, die Abscheidetemperatur zu senken, um der Abscheidung von Nickel auf der Oberfläche von Silicium und nicht auf der Oberfläche von Siliciumnitrid zu ermöglichen. Auch müssen zum Erzielen des Zwecks des Durchführens des Niedertemperaturverfahrens die Arten und das Verhältnis der Chelatbildner geeignet eingestellt werden, um der Anforderung für den Start der Reaktion des stromlosen Abscheiden von Nickel zu genügen. Zudem können die Arten der Chelatbildner die Lebensdauer der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel beeinflussen.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Alkylolamin (d. h. Alkoholamin) vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt der Nickelionen vorzugsweise 4,5 g/l bis 10,0 g/l, der Gehalt des ersten Chelatbildners vorzugsweise 30 g/l bis 60 g/l, der Gehalt des zweiten Chelatbildners vorzugsweise 5 g/l bis 80 g/l und der Gehalt des Stabilisators vorzugsweise 0,0005 g/l bis 0,002 g/l.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Quelle der Nickelionen 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 der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Reduktionsmittel vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure, Hydrazin, Dimethylaminboran (DMAB), Natriumborhydrid (SBH), Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon. Handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um DMAB, SBH, Diethylaminboran oder Morpholinboran, beträgt der Gehalt des Reduktionsmittels vorzugsweise 0,5 g/l bis 20 g/l. Handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um Natriumhypophosphat, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure oder Hydrazin, beträgt der Gehalt des Reduktionsmittels vorzugsweise 5 g/l bis 40 g/l, stärker bevorzugt 5 g/l bis 30 g/l.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung 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.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung 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, und der Gehalt des Beschleunigers beträgt vorzugsweise 2 g/l bis 12 g/l.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel 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 und stärker bevorzugt Thioharnstoff oder Verbindungen von Pb²⁺. Darüber hinaus kann der Gehalt des Stabilisators 0,0005 g/l bis 0,002 g/l betragen.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein oberflächenaktives Mittel umfassen.
Vorzugsweise kann die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein spannungsverminderndes Mittel umfassen, bei welchem es sich um Saccharin handeln kann.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „basisch”, dass der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 14,0, vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 10,0, stärker bevorzugt in einem Bereich von 7,0 bis 9,4 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 7,6 bis 9,0 liegt.
Zudem bedeutet der Begriff „niedrige Temperatur”, dass die Temperatur zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel mit der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Bereich von 40°C bis 80°C liegt, was niedriger als die Temperatur zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel mit einer herkömmlichen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel (85°C) ist. Die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 40°C bis 80°C betrieben.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein den pH-Wert einstellendes Mittel benötigt werden, um den pH-Wert der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel einzustellen, wobei das den pH-Wert einstellende Mittel ausgewählt sein kann aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniak, Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH) oder einer Kombination davon.
Darüber hinaus kann in einer anderen Situation, wenn auf einer Siliciumoberfläche vom P-Typ stromlos zum Erhalt einer positiven Elektrode abgeschieden wird, die Verwendung der das erste und das zweite Reduktionsmittel umfassenden basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung (1) einer höhen Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium; (2) einer hohen Abscheidegleichförmigkeit der positiven Elektrode; und (3) einer gleichzeitigen Abscheidung einer positiven und negativen Elektrode genügen. Wird eine herkömmliche Lösung zum Abscheiden von Nickel verwendet, können einige Nachteile wie (a) eine geringe Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium; und (b) eine geringe Abscheidegleichförmigkeit der positiven Elektrode auftreten, und folglich könnte eine Elektrode mit ungenügender Leistungsfähigkeit bereitgestellt werden.
Die das erste und das zweite Reduktionsmittel umfassende basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung, die zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Struktur verwendet wird, kann bei niedriger Temperatur betrieben werden. Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: (a) Nickelionen; (b) ein erstes Reduktionsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Natriumhypophosphat, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure und einem Gemisch davon; (c) ein zweites Reduktionsmittel, bei welchem es sich um Boran handelt; (d) einen ersten Chelatbildner, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und einem Gemisch davon; (e) einen zweiten Chelatbildner; (f) einen Stabilisator; und (g) Wasser, wobei der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt; wobei es sich bei dem zweiten Chelatbildner um einen handelt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin (d. h. Alkoholamin), Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Alkylolamin (d. h. Alkoholamin) vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Quelle der Nickelionen 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 der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt der Gehalt der Nickelionen vorzugsweise 4,5 g/l bis 10,0 g/l, kann der Gehalt des ersten Reduktionsmittels vorzugsweise 5 g/l bis 30 g/l betragen, kann der Gehalt des zweiten Reduktionsmittels vorzugsweise 0,5 g/l bis 20 g/l betragen, beträgt der Gehalt des ersten Chelatbildners vorzugsweise 30 g/l bis 60 g/l, beträgt der Gehalt des zweiten Chelatbildners vorzugsweise 5 g/l bis 80 g/l und beträgt der Gehalt des Stabilisators vorzugsweise 0,0005 g/l bis 0,002 g/l. Darüber hinaus kann der Gehalt des zweiten Reduktionsmittels gemäß der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung starker bevorzugt 1 g/l bis 15 g/l betragen.
Gemäß der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung ist das zweite Reduktionsmittel vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumborhydrid (SBH), Dimethylaminboran (DMAB), Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon.
Vorzugsweise kann die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren einen Puffer umfassen, der ausgewählt sein kann aus der Gruppe, bestehend aus: 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.
Vorzugsweise kann die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung 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 der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel 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.
Vorzugsweise kann die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein oberflächenaktives Mittel umfassen.
Vorzugsweise kann die basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung des Weiteren ein spannungsverminderndes Mittel umfassen, bei welchem es sich um Saccharin handeln kann.
Gemäß der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „basisch”, dass der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 14,0, vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 10,0, stärker bevorzugt in einem Bereich von 7,0 bis 9,4 und am meisten bevorzugt in einem Bereich von 7,6 bis 9,0 liegt. Zudem bedeutet der Begriff „niedrige Temperatur”, dass die Temperatur zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel mit der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Bereich von 40°C bis 80°C liegt, was niedriger als die Temperatur zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel mit einer herkömmlichen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel (85°C) ist.
Gemäß der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein den pH-Wert einstellendes Mittel benötigt werden, um den pH-Wert der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel einzustellen, wobei das den pH-Wert einstellende Mittel ausgewählt sein kann aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniak, Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH) oder einer Kombination davon.
Die bei niedriger Temperatur betriebene basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Bereitstellen einer Solarzelle verwendet werden, und das Verfahren kann umfassen:
Schritt 1: Bereitstellen eines Siliciumsubstrats;
Schritt 2: Vorbehandlung des Siliciumsubstrats (ein optionaler Schiritt); und
Schritt 3: Bilden von Elektroden durch Verwendung der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im vorliegenden Verfahren wird das Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von vorzugsweise 40°C bis 80°C durchgeführt. Zudem liegt der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von vorzugsweise 7,0 bis 10,0, stärker bevorzugt 7,0 bis 9,4, am meisten bevorzugt 7,6 bis 9,0. Wird eine Aluminiumschicht auf der Solarzelle angeordnet, beträgt die Konzentration der Chloridionen vorzugsweise weniger als 1000 ppm und liegt der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorzugsweise in einem Bereich von 7,6 bis 9,0. Wenn der pH-Wert höher als 9,0 ist, kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel die Aluminiumschicht leicht korrodieren. Wenn der pH-Wert höher als 10,0 ist, kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel die Aluminiumschicht stark korrodieren. Damit liegt die im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorzugsweise in einem Bereich von 7,6 bis 9,0. In diesem Fall kann die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel ihre Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium leisten und ist für die Aluminiumschicht nicht schädlich. Damit ist es möglich, Ni auf der Aluminiumschicht abzuscheiden.
Speziell kann das Verfahren zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte 1 bis 3 umfassen, wobei es sich bei Schritt 2 um einen optionalen Schritt handelt.
(Schritt 1) Ein Siliciumsubstrat wird bereitgestellt, wobei das Siliciumsubstrat eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist und die erste Oberfläche eine Silicium und Siliciumnitrid umfassende gemusterte Oberfläche ist. Bei der gemusterten Oberfläche kann es sich 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. Aussparungen 4 sind in der Siliciumnitridschicht 3 und in einer ersten Oberfläche 21 gebildet. Die Aussparungen 4 erstrecken sich durch die Siliciumnitridschicht 3, um die Siliciumoberfläche 25 der Siliciumschicht 23 freizulegen, und eine Aluminiumschicht 6 befindet sich auf einer zweiten Oberfläche 22. Zudem kann es sich bei der Siliciumoberfläche 25 um eine Schicht handeln, die aus einem Einkristallsilicium, Polykristallsilicium, Mikrokristallsilicium, amorphen Silicium, nanogroßen Einkristallsilicium oder nanogroßen Polykristallsilicium besteht.
(Schritt 2) Das Siliciumsubstrat wird vor einem Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel vorbehandelt,
(Schritt 3) Das Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel wird durchgeführt. Das Siliciumsubstrat 2 wird zum Durchführen des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel in eine Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel getaucht, und eine negative Elektrode und eine positive Elektrode werden auf der Siliciumoberfläche 25 der Aussparung 4 bzw. auf der Aluminiumschicht 6 gebildet.
Wie in 2B dargestellt, wird nach Beendigung der Schritte 1–3 auf der Siliciumoberfläche 25 der Aussparung 4 eine Nickelschicht 51 und auf der Aluminiumschicht 6 eine Nickelschicht 52 gebildet. Damit werden die Elektroden der Solarzelle erhalten.
Gemäß dem Verfahren zum Bilden von Elektroden einer Solarzelle durch ein Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise die erste Oberfläche eine Siliciumschicht vom n-Typ und die zweite Oberfläche eine Siliciumschicht vom p-Typ aufweisen.
Im vorliegenden Verfahren kann in Schritt 1, wie in 3A dargestellt, es sich bei der zweiten Oberfläche 22 um eine Siliciumoberfläche ohne eine darauf gebildete Aluminiumschicht handeln. Nach Beendigung der Schritte 2 und 3 wird, wie in 3B dargestellt, auf der Siliciumoberfläche 25 der ersten Oberfläche 21 eine Nickelschicht 51 und auf der Siliciumschicht 26 der zweiten Oberfläche 22 eine Nickelschicht 52 gebildet. Bei 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.
Im vorliegenden Verfahren handelt es sich in Schritt 1 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 durch die Schicht 31 zum Freilegen der Oberfläche 26 von den Aussparungen 5. Bei der Oberfläche 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 1 bis 3 wird, wie in 4B dargestellt, auf der durch die Aussparung 4 freigelegten Siliciumoberfläche 25 eine Nickelschicht 51 und auf der durch die Aussparung 5 freigelegten Oberfläche 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. Beispielsweise kann es sich bei der Organopolymerschicht um eine Polyimidschicht handeln.
Weiterhin kann sich im vorliegenden Verfahren in Schritt 1 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 den Aussparungen 5 und eine in den Aussparungen 5 gebildete Aluminiumschicht 7. Nach Beendigung der Schritte 2 bis 3 wird, wie in 5B dargestellt, in der Aussparung 4 (d. h. auf der Siliciumoberfläche 25) eine Nickelschicht 51 und auf der Aluminiumschicht 7 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.
Darüber hinaus ist im vorliegenden Verfahren in Schritt 1, falls es nicht erwünscht ist, Ni auf der Aluminiumschicht 6 (wie in 2A dargestellt) oder auf der zweiten Oberfläche 22 abzuscheiden, auf der Aluminiumschicht oder auf der zweiten Oberfläche eine Siliciumoxidschicht, eine Siliciumnitridschicht, eine Siliciumoxynitridschicht, eine Organopolymerschicht oder eine Photoresistschicht angeordnet. Wie in 6A dargestellt, wird im Falle eines Siliciumsubstrats 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 2 bis 3 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.
Darüber hinaus kann im vorliegenden Verfahren, 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 durch die Verwendung der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung 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 der Solarzelle wird eine Nickelschicht 52 gebildet. Schließlich wird, wie in 7E dargestellt, auf der Solarzelle durch die Verwendung der basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel durch die Schritte 2 und 3 eine negative Elektrode 51 gebildet.
Darüber hinaus kann im vorliegenden Verfahren in Schritt 1 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 der Siliciumschicht 23 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 2 und 3 des Verfahrens zum stromlosen Abscheiden von Nickel durch die Verwendung der bei niedriger Temperatur betriebenen basischen Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung 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.
Im vorliegenden Verfahren kann es sich bei der Vorbehandlung vor dem Verfahren zum stromlosen Abscheiden von Nickel um Folgendes handeln: Entfernen von Siliciumoxid auf der Oberfläche des Siliciumsubstrats durch die Verwendung von HF; oder Aktivieren des Siliciumsubstrats mit einer PdCl₂-Lösung oder einer AuCl₂·HCl·nH₂O-Lösung.
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]
Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des vorliegenden Beispiels wird mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 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. Darüber hinaus wird der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel auf etwa 7,5 bis 8,2 eingestellt.
[Beispiel 2]
Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des vorliegenden Beispiels wird mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 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. Darüber hinaus wird der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel auf etwa 8,0 bis 9,0 eingestellt.
[Beispiel 3]
Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des vorliegenden Beispiels wird mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 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⁺. Darüber hinaus wird der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel auf etwa 8,0 bis 8,5 eingestellt.
[Beispiel 4]
Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des vorliegenden Beispiels wird mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 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⁺. Darüber hinaus wird der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel auf etwa 8,5 bis 9,3 eingestellt.
Aus den Versuchsergebnissen zeigt es sich, dass die Betriebstemperatur der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel der Beispiele 1 bis 4 50°C bis 70°C beträgt. Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium auf und ermöglicht es daher, dass Nickel auf der Oberfläche von Silicium und nicht auf der Oberfläche von Siliciumnitrid abgeschieden wird. Daher ist die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung bei der Anfertigung der Elektroden der Solarzelle geeignet.
[Vergleichsbeispiel 1]
Die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des vorliegenden Vergleichsbeispiels wird mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 30 g/l Nickelsulfat; 10 g/l Natriumhypophosphit; 65 g/l Ammoniumcitrat; 50 g/l Ammoniumchlorid; und 0,001 g/l Pb²⁺. Darüber hinaus wird der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel auf etwa 8,2 bis 8,8 eingestellt.
Bei der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des vorliegenden Vergleichsbeispiels handelt es sich um eine herkömmliche Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel, die für das Verfahren zum Abscheiden von Nickel auf der Oberfläche von Silicium unter der Temperatur von 86°C nicht gestartet werden kann.
Aus den Versuchsergebnissen zeigt es sich, dass die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Vergleichsbeispiels 1 eine geringere Selektivität zwischen Siliciumnitrid und Silicium als diejenige der Beispiele 1 bis 4 aufweist. Außerdem ist die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Vergleichsbeispiels 1 für die Aluminiumschicht schädlich. Die Oberfläche der Aluminiumschicht nach der Behandlung mit der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel des Vergleichsbeispiels 1 wird rau und zeigt einige durch die Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel verursachte Korrosionsspuren.
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
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Zitierte Patentliteratur

US 5591565 [0005]
US 2008/035489 [0005]
TW 2008/18526 [0005]
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TW 561629 [0015]

Claims

Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Struktur, umfassend: (a) 4,5 g/l bis 10,0 g/l Nickelionen; (b) ein Reduktionsmittel; (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; (e) 0,0005 g/l bis 0,002 g/l eines Stabilisators; und (f) Wasser, wobei der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt; wobei es sich bei dem zweiten Chelatbildner um einen handelt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 1, wobei das Alkylolamin ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumborhydrid, Dimethylaminboran, Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon und der Gehalt des Reduktionsmittels 0,5 bis 20 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure, Hydrazin und der Gehalt des Reduktionsmittels 5 bis 40 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Puffer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Borsäure, Essigsäure, Propansäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure, Glycolsäure, Weinsäure und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 5, wobei der Gehalt des Puffers 1 g/l bis 20 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Beschleuniger, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Flusssäure, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Ammoniumfluorid und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 7, wobei der Gehalt des Beschleunigers 2 g/l bis 12 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 1, 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.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Struktur, umfassend: (a) Nickelionen; (b) ein Reduktionsmittel; (c) einen ersten Chelatbildner, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und einem Gemisch davon; (d) einen zweiten Chelatbildner; (e) einen Stabilisator; und (f) Wasser, wobei der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt; wobei der Gehalt der Chloridionen weniger als 1000 ppm beträgt; wobei es sich bei dem zweiten Chelatbildner um einen handelt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, wobei das Alkylolamin vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, wobei der Gehalt der Nickelionen 4,5 g/l bis 10,0 g/l, der Gehalt des ersten Chelatbildners 30 g/l bis 60 g/l, der Gehalt des zweiten Chelatbildners 5 g/l bis 80 g/l und der Gehalt des Stabilisators 0,0005 g/l bis 0,002 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, wobei das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumborhydrid, Dimethylaminboran, Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon und der Gehalt des Reduktionsmittels 0,5 bis 20 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, wobei das Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumhypophosphit, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure, Hydrazin und der Gehalt des Reduktionsmittels 5 bis 40 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, des Weiteren umfassend einen Puffer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniumchlorid, Ammoniumsulfat, Borsäure, Essigsäure, Propansäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure, Glycolsäure, Weinsäure und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 15, wobei der Gehalt des Puffers 1 g/l bis 20 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, des Weiteren umfassend einen Beschleuniger, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Flusssäure, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Ammoniumfluorid und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 17, wobei der Gehalt des Beschleunigers 2 g/l bis 12 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 10, 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.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel zum Bilden einer Elektrode einer Solarzelle mit einer Silicium und Siliciumnitrid umfassenden gemusterten Struktur, umfassend: (a) Nickelionen; (b) ein erstes Reduktionsmittel, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Natriumhypophosphat, Ammoniumhypophosphit, Phosphinsäure und einem Gemisch davon; (c) ein zweites Reduktionsmittel, bei welchem es sich um Boran handelt; (d) einen ersten Chelatbildner, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Zitronensäure, Ammoniumcitrat, Natriumcitrat, Kaliumcitrat und einem Gemisch davon; (e) einen zweiten Chelatbildner; (f) einen Stabilisator; und (g) Wasser, wobei der pH-Wert der Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 liegt; wobei es sich bei dem zweiten Chelatbildner um einen handelt, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Alkylolamin, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Triethylentetramin und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 20, wobei das Alkylolamin vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Diethanolamin, Triethanolamin und Gemischen davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 20, wobei der Gehalt der Nickelionen 4,5 g/l bis 10,0 g/l, der Gehalt des ersten Reduktionsmittels 5 g/l bis 30 g/l, der Gehalt des zweiten Reduktionsmittels 0,5 g/l bis 20 g/l, der Gehalt des ersten Chelatbildners 30 g/l bis 60 g/l, der Gehalt des zweiten Chelatbildners 5 g/l bis 80 g/l und der Gehalt des Stabilisators 0,0005 g/l bis 0,002 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 20, wobei das zweite Reduktionsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Natriumborhydrid, Dimethylaminboran, Diethylaminboran, Morpholinboran und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 20, des Weiteren umfassend einen Puffer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Ammoniumsulfat, Borsäure, Essigsäure, Propansäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Milchsäure, Glycolsäure, Weinsäure und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 24, wobei der Gehalt des Puffers 1 g/l bis 20 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 20, des Weiteren umfassend einen Beschleuniger, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Flusssäure, Natriumfluorid, Kaliumfluorid, Ammoniumfluorid und einer Kombination davon.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 26, wobei der Gehalt des Beschleunigers 2 g/l bis 12 g/l beträgt.
Basische Lösung zum stromlosen Abscheiden von Nickel nach Anspruch 20, 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.