DE102016217789A1 - Method for producing electrical contacts on a component - Google Patents
Method for producing electrical contacts on a component Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016217789A1 DE102016217789A1 DE102016217789.3A DE102016217789A DE102016217789A1 DE 102016217789 A1 DE102016217789 A1 DE 102016217789A1 DE 102016217789 A DE102016217789 A DE 102016217789A DE 102016217789 A1 DE102016217789 A1 DE 102016217789A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- metal
- seed layer
- component
- self
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 147
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 147
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims abstract description 44
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 69
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 46
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 43
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 41
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 36
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 32
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 32
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 29
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 22
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 22
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 19
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 18
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 13
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 10
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000007743 anodising Methods 0.000 claims description 6
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910001128 Sn alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 claims description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 3
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 371
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 19
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 11
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 7
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 210000001654 germ layer Anatomy 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 4
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 4
- OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynenickel Chemical compound [P].[Ni] OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 3
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 3
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- -1 copper inhibited Chemical class 0.000 description 2
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007772 electroless plating Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 5-[3-(trifluoromethyl)phenyl]-2h-tetrazole Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(C2=NNN=N2)=C1 KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017770 Cu—Ag Inorganic materials 0.000 description 1
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001096 P alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L chromic acid Substances O[Cr](O)(=O)=O KRVSOGSZCMJSLX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000012297 crystallization seed Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J diphosphate(4-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O XPPKVPWEQAFLFU-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 235000011180 diphosphates Nutrition 0.000 description 1
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N furo[3,4-b]pyrazine-5,7-dione Chemical compound C1=CN=C2C(=O)OC(=O)C2=N1 AWJWCTOOIBYHON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910001379 sodium hypophosphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D7/00—Electroplating characterised by the article coated
- C25D7/12—Semiconductors
- C25D7/123—Semiconductors first coated with a seed layer or a conductive layer
- C25D7/126—Semiconductors first coated with a seed layer or a conductive layer for solar cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
- C23C18/16—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
- C23C18/1601—Process or apparatus
- C23C18/1603—Process or apparatus coating on selected surface areas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/32—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
- C23C28/321—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer with at least one metal alloy layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
- C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
- C23C28/345—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/022—Anodisation on selected surface areas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/024—Anodisation under pulsed or modulated current or potential
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/18—Electroplating using modulated, pulsed or reversing current
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
- C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
- C25D5/615—Microstructure of the layers, e.g. mixed structure
- C25D5/617—Crystalline layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer oder mehrerer elektrischer Kontakte auf einem Bauteil, folgende Schritte umfassend:
– Bereitstellung eines Bauteils, das eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, wobei auf der Vorderseite und/oder der Rückseite eine Außenschicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) oder einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter vorliegt,
– Aufbringen einer strukturierten, elektrisch leitfähigen Keimschicht auf definierten Bereichen der Außenschicht, wobei das Aufbringen der Keimschicht nicht galvanisch erfolgt,
– galvanische Abscheidung zumindest eines Metalls auf der Keimschicht.The present invention relates to a method for producing one or more electrical contacts on a component, comprising the following steps:
Provision of a component which has a front and a rear side, wherein an outer layer of a transparent, electrically conductive oxide (TCO) or a self-passivating metal or semiconductor is present on the front side and / or the rear side,
Applying a structured, electrically conductive seed layer on defined regions of the outer layer, wherein the application of the seed layer is not galvanic,
- Electrodeposition of at least one metal on the seed layer.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Kontakte (beispielsweise in Form von elektrischen Leiterbahnen) auf einem Bauteil, insbesondere einem elektrischen Bauelement wie z.B. einer Solarzellen oder einer Leuchtdiode, oder auch einer Vorstufe einer Leiterplatte. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen, die über dieses Verfahren erhältlich sind.The present invention relates to a method for producing electrical contacts (for example, in the form of electrical tracks) on a component, in particular an electrical component such as. a solar cell or a light emitting diode, or even a precursor of a printed circuit board. Furthermore, the present invention relates to devices obtainable by this method.
Für die Verwendung vieler Bauteile ist es erforderlich, dass auf ihnen elektrische Kontakte, insbesondere in Form elektrischer Leiterbahnen, angebracht werden. Die elektrischen Kontakte dienen beispielsweise dazu, Strom vom Bauteil abzuführen bzw. Spannung vom Bauteil abzugreifen oder eine elektrische Verbindung zwischen elektrischen Bauelementen, die auf dem Bauteil vorliegen, herzustellen. Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um eine Solarzelle, so kann der über den photovoltaischen Effekt in diesem Halbleiterbauelement erzeugte Photostrom über die elektrischen Kontakte abgeführt werden. Alternativ kann es sich bei dem Bauteil beispielsweise um eine Vorstufe einer Leiterplatte handeln, die durch das Aufbringen von Leiterbahnen schließlich in eine Leiterplatte (englisch: „Printed Circuit Board“ PCB) überführt wird.For the use of many components, it is necessary that electrical contacts, especially in the form of electrical conductors, are mounted on them. The electrical contacts serve, for example, to dissipate current from the component or to tap voltage from the component or to establish an electrical connection between electrical components that are present on the component. If the component is, for example, a solar cell, then the photocurrent generated by the photovoltaic effect in this semiconductor component can be dissipated via the electrical contacts. Alternatively, the component may be, for example, a precursor of a printed circuit board which is finally transferred into a printed circuit board (PCB) by the application of printed conductors.
In einem bekannten und üblichen Verfahren wird eine Silberpartikel enthaltende Paste auf das Bauteil aufgebracht und anschließend bei einer ausreichend hohen Temperatur behandelt, um ein Versintern der Silberpartikel zu bewirken. Dafür können Temperaturen von mindestens 800°C erforderlich sein. Für viele Bauteile sind so hohe Temperaturen jedoch nicht akzeptabel.In a known and conventional method, a paste containing silver particles is applied to the component and then treated at a temperature sufficiently high to effect sintering of the silver particles. For this, temperatures of at least 800 ° C may be required. For many components, however, such high temperatures are unacceptable.
Eine Heterojunction-Solarzelle, z.B. eine Silizium-Heterojunction-Solarzelle (SHJ-Solarzelle), ist ein beispielhaftes elektrisches Bauelement, das für ein Anbringen von elektrischen Kontakten bei relativ hohen Temperaturen ungeeignet ist. Die SHJ-Solarzelle ist eine Wafer-basierte kristalline Silizium-Solarzelle mit einem Emitter und einem Back- bzw. Front-Surface-Field aus amorphem Silizium. Als Ausgangsmaterial wird dazu kristallines, insbesondere monokristallines Silizium eingesetzt, das n- oder p-dotiert ist (Basisdotierung). Auf dieses wird beidseitig zuerst eine sehr dünne (ca. 1 bis 10 nm) intrinsische (undotierte) amorphe Siliziumschicht aufgetragen. Danach folgt auf einer Seite die Auftragung einer ebenfalls sehr dünnen (ca. 10 bis 50 nm), dotierten, amorphen Siliziumschicht, deren Dotierungstyp (n- oder p-Typ) der Basisdotierung entgegengesetzt ist (amorphe Emitterschicht). Auf der anderen Seite wird eine dünne (10 bis 50 nm) amorphe Siliziumschicht aufgebracht, deren Dotierungstyp dem der Basisdotierung entspricht (Back- bzw. Front-Surface-Field). Abschließend wird ein leitfähiges transparentes Oxid (englisch: „Transparent Conductive Oxide“ TCO) wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) von 50–100 nm Dicke aufgetragen. Eine solche TCO-Schicht weist bei 25°C üblicherweise einen Schichtwiderstand von nicht mehr als als 300 Ω auf. Aufbau und Funktionsweise von Heterojunction-Solarzellen beschreiben z.B.
Um eine unerwünschte Kristallisation in den amorphen Silizium-Schichten der SHJ-Solarzelle zu vermeiden, sollten Temperaturen von mehr als 250°C vermieden werden.In order to avoid unwanted crystallization in the amorphous silicon layers of the SHJ solar cell, temperatures of more than 250 ° C should be avoided.
Auch für andere Solarzellentypen oder andere elektrische Bauelemente wie Leuchtdioden ist das Anbringen elektrischer Kontakte bei möglichst geringer Temperaturbelastung wünschenswert.For other types of solar cells or other electrical components such as LEDs, the attachment of electrical contacts at the lowest possible temperature load is desirable.
Durch die Verwendung von hinreichend kleinen Silbernanopartikeln kann die Sintertemperatur von Silberpasten auf unter 200°C gesenkt werden. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die Pasten nicht gelagert werden können, da der Sinterprozess auch bei Raumtemperatur langsam abläuft und dass Silbernanopartikel ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellen. Zudem sind die Kosten für Nanopartikel deutlich höher als für große Partikel oder galvanisch abgeschiedene Metalle. By using sufficiently small silver nanoparticles, the sintering temperature of silver pastes can be lowered below 200 ° C. The disadvantage here, however, that the pastes can not be stored because the sintering process is slow even at room temperature and that silver nanoparticles represent a significant health risk. In addition, the costs of nanoparticles are significantly higher than for large particles or electrodeposited metals.
Bekannt ist auch die Verwendung von Pasten, die organische Binder wie z.B. temperaturvernetzende Harze und Silberpartikel in Flockenform enthalten. Das Harz bildet eine Matrix, welche die Flocken zusammenhält und die Haftfestigkeit zu der Außenschicht des elektrischen Bauteils (beispielsweise einer Schicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) wie ITO) herstellt. Hiermit wird aber eine deutlich geringere Leitfähigkeit erreicht als mit thermisch gesinterten Pasten. Dadurch wird mehr Silber benötigt und die Abschattung der Solarzellenvorderseite durch die Leiterbahnen erhöht. Also known is the use of pastes containing organic binders, e.g. temperature-crosslinking resins and silver particles in flake form. The resin forms a matrix which holds the flakes together and produces adhesion to the outer layer of the electrical component (eg, a layer of transparent electrically conductive oxide (TCO) such as ITO). However, this achieves a significantly lower conductivity than with thermally sintered pastes. As a result, more silver is needed and increases the shading of the solar cell front side by the tracks.
Alternativ können die Leiterbahnen galvanisch aufgebracht werden. Hiermit wird eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit der Leiterbahnen erreicht. Die Oberfläche muss aber mit einer Maske aus Galvanolack als Negativ des Leiterbahnmusters bedruckt werden. Nach der galvanischen Abscheidung muss der Lack in einem chemischen Bad entfernt werden. Die Notwendigkeit dieser Lackmaske macht dieses Verfahren aber wegen des Materialverbrauchs und der nötigen Abwasseraufreinigung sehr teuer. Zudem ist die Haftfestigkeit der galvanisch aufgebrachten Metallschicht auf einer TCO-Schicht (d.h. einer Schicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid wie ITO) teilweise nicht zufriedenstellend.Alternatively, the tracks can be applied galvanically. This achieves a very good electrical conductivity of the conductor tracks. However, the surface must be printed with a mask made of Galvanolack as a negative of the conductor pattern. After the electrodeposition, the paint must be removed in a chemical bath. The necessity of this resist mask makes this process but because of the material consumption and the necessary wastewater purification very expensive. In addition, the adhesive strength of the electrodeposited metal layer on a TCO layer (i.e., a layer of a transparent, electrically conductive oxide such as ITO) is sometimes unsatisfactory.
Bei besonders hochwertigen Bauteilen wird zunächst ganzflächig eine dünne Metallschicht oder ein Metallschichtstapel auf das Werkstück aufgebracht. Hierauf wird beispielsweise ein Photolack aufgebracht und photolithographisch in Form einer Negativmaske der zu erzeugenden Leiterbahnen strukturiert. Alternativ wird die Negativmaske bereits strukturiert (bespielsweise mittels Inkjet) aufgebracht. Die nicht mit Lack beschichtete Oberfläche wird galvanisch mit Kupfer verstärkt und das Kupfer optional durch eine zusätzliche Silberschicht vor Oxidation geschützt. Anschließend wird der Lack in einem chemischen Bad entfernt und das Metall in den zuvor lackbeschichteten Bereichen geätzt. Ein entsprechender Metallisierungsprozess wird beispielsweise in
Auch bei Leiterplatten, sogenannten Printed Circuit Boards (PCB) aus Kunststoff, können mangels thermischer Beständigkeit des Trägermaterials keine Leiterbahnen aus sinterbaren Metallpartikeln gedruckt werden. Leiterbahnen aus Silberflocken in einer Harzmatrix kommen wegen der hohen Kosten, der mangelnden Leitfähigkeit und der mangelnden Eignung für Lötprozesse zur Ankopplung der elektrischen Bauteile nur in Ausnahmefällen in Frage.Even with printed circuit boards, so-called printed circuit boards (PCB) made of plastic, it is not possible to print printed conductors made of sinterable metal particles due to the lack of thermal resistance of the carrier material. Due to the high cost, the lack of conductivity and the inability to solder for the coupling of the electrical components, interconnects made of silver flakes in a resin matrix are only possible in exceptional cases.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in dem Aufbringen elektrischer Kontakte wie z.B. elektrischer Leiterbahnen auf einem Bauteil über ein Verfahren, das die thermische Belastung des Bauteils gering hält, die Verwendung von Masken (z.B. Lackmasken) vermeidet und möglichst effizient durchführbar ist.An object of the present invention is to provide electrical contacts such as e.g. electrical traces on a component via a process that minimizes thermal stress on the component, avoids the use of masks (e.g., resist masks), and is as efficient as possible.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer oder mehrerer elektrischer Kontakte auf einem Bauteil, folgende Schritte umfassend:
- – Bereitstellung eines Bauteils, das eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, wobei auf der Vorderseite und/oder der Rückseite eine Außenschicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) oder einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter vorliegt,
- – Aufbringen einer strukturierten, elektrisch leitfähigen Keimschicht auf definierten Bereichen der Außenschicht, wobei das Aufbringen der Keimschicht nicht galvanisch erfolgt,
- – galvanische Abscheidung zumindest eines Metalls auf der Keimschicht.
- Provision of a component which has a front and a rear side, wherein an outer layer of a transparent, electrically conductive oxide (TCO) or a self-passivating metal or semiconductor is present on the front side and / or the rear side,
- Applying a structured, electrically conductive seed layer on defined regions of the outer layer, wherein the application of the seed layer is not galvanic,
- - Electrodeposition of at least one metal on the seed layer.
Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, verwendet das erfindungsgemäße Verfahren ein Bauteil mit einer spezifischen Außenschicht (TCO-Schicht oder Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter), auf der eine galvanische Abscheidung üblicher Metalle wie z.B. Kupfer nicht möglich oder zumindest stark gehemmt ist. Bringt man jedoch über eine nicht-galvanische Abscheidung (z.B. über ein Druckverfahren) in definierten Bereichen auf der Außenschicht eine strukturierte Keimschicht mit guter elektrischer Leitfähigkeit auf, so lässt sich diese strukturierte Keimschicht (nicht jedoch die noch freiliegende Außenschicht) sehr gut galvanisch beschichten und außerdem ist der elektrische Kontaktwiderstand zwischen der TCO-Schicht bzw. der Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter und der darauf aufgebrachten Keimschicht noch ausreichend gering, um über die galvanisch abgeschiedene Metallschicht in effektiver Weise Strom vom Bauteil (z.B. einer Solarzelle) abzuführen.As will be described in more detail below, the method according to the invention uses a component with a specific outer layer (TCO layer or layer of self-passivating metal or semiconductor), on which a galvanic deposition of conventional metals such. Copper is not possible or at least strongly inhibited. If, however, a structured seed layer having good electrical conductivity is applied to the outer layer via a non-galvanic deposition (eg via a printing process), then this structured seed layer (but not the still exposed outer layer) can be galvanically coated very well and also the electrical contact resistance between the TCO layer or the layer of self-passivating metal or semiconductor and the seed layer applied thereon is still sufficiently low in order to effectively dissipate current from the component (eg a solar cell) via the electrodeposited metal layer.
Beschichtungen aus einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter bilden bereits bei Raumtemperatur an ihrer Oberfläche einen dünnen Oxidfilm. Durch die Anwesenheit dieses Oxidfilms ist die galvanische Abscheidung eines Metalls auf dem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter nicht möglich oder zumindest gehemmt. Auch auf transparenten, leitfähigen Oxiden (TCOs) wie z.B. Indiumzinnoxid (ITO) kann die galvanische Abscheidung gängiger Metalle wie Kupfer gehemmt sein, insbesondere bei geringer angelegter Spannung.Coatings made of a self-passivating metal or semiconductor form a thin oxide film at their surface even at room temperature. Due to the presence of this oxide film, the electrodeposition of a metal on the self-passivating metal or semiconductor is not possible or at least inhibited. Also on transparent, conductive oxides (TCOs) such as e.g. Indium tin oxide (ITO) can be the electrodeposition of common metals such as copper inhibited, especially at low applied voltage.
Beschichtungen aus TCOs oder selbstpassivierenden Metallen oder Halbleitern stellen also Oberflächen dar, auf denen eine galvanische Metallabscheidung gehemmt sein kann. Allerdings hat sich herausgestellt, dass diese schlecht galvanisch zu beschichtenden Oberflächen durchaus einen relativ geringen elektrischen Kontaktwiderstand zu darauf aufgebrachten elektrisch leitfähigen Schichten aufweisen, welche sich ihrerseits gut galvanisch beschichten lassen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dies genutzt, um Oberflächen selektiv galvanisch zu beschichten, indem auf die schlecht galvanisch zu beschichtende Oberfläche eines selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters oder eines TCO lokal in definierten Bereichen (beispielsweise mittels eines Druckverfahrens) eine gut galvanisch zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird. Diese fungiert als Keim- oder Saatschicht für den nachfolgenden Galvanisierungsschritt. Eine Maske für das Aufbringen der strukturierten, elektrisch leitfähigen Keimschicht ist nicht erforderlich. Auch kann deren Aufbringen bei relativ geringen Temperaturen erfolgen, so dass die thermische Belastung des Bauteils (beispielsweise einer amorphen Siliziumschicht in einer Silizium-Heterozelle oder des Trägermaterials einer Leiterplatte) minimiert wird. Coatings of TCOs or self-passivating metals or semiconductors thus represent surfaces on which a galvanic metal deposition may be inhibited. However, it has been found that these surfaces, which are to be galvanically coated, certainly have a relatively low electrical contact resistance to electrically conductive layers applied to them, which in turn can be readily electroplated. In the context of the present invention, this is used to selectively electroplate surfaces by applying to the poorly electroplated surface of a self-passivating metal or semiconductor or a TCO locally in defined areas (for example by a printing process) a surface to be coated well , This acts as a seed or seed layer for the subsequent galvanization step. A mask for the application of the structured, electrically conductive seed layer is not required. Also, their application can be carried out at relatively low temperatures, so that the thermal stress of the component (for example, an amorphous silicon layer in a silicon heterocell or the carrier material of a printed circuit board) is minimized.
In dem nachfolgenden Galvanisierungsschritt erfolgt die Metallabscheidung ausschließlich oder zumindest überwiegend auf der strukturierten Keimschicht. Das Aufbringen einer Maske auf dem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter oder dem TCO ist nicht erforderlich, da eine galvanische Abscheidung auf diesen Materialien nicht erfolgt oder zumindest gehemmt ist. Somit wird nach dem Galvanisierungsschritt eine Struktur, z.B. in Form einer oder mehrerer Leiterbahnen, erhalten, die eine effektive elektrische Kontaktierung des elektrischen Bauteils oder die Ausbildung einer effektiven Schaltungsstruktur einer Leiterplatte ermöglicht. In the subsequent electroplating step, the metal deposition takes place exclusively or at least predominantly on the structured seed layer. It is not necessary to apply a mask on the self-passivating metal or semiconductor or the TCO, since there is no galvanic deposition on these materials or at least inhibited. Thus, after the electroplating step, a structure, eg in the form of one or more strip conductors, is obtained, which enables effective electrical contacting of the electrical component or the formation of an effective circuit structure of a printed circuit board.
Die elektrischen Kontakte liegen beispielsweise in Form einer oder mehrerer Leiterbahnen vor. Die elektrischen Kontakte dienen beispielsweise dazu, Strom vom Bauteil abzuführen bzw. Spannung vom Bauteil abzugreifen oder eine elektrische Verbindung zwischen elektrischen Bauelementen, die auf dem Bauteil vorliegen, herzustellen. The electrical contacts are in the form of one or more tracks, for example. The electrical contacts serve, for example, to dissipate current from the component or to tap voltage from the component or to establish an electrical connection between electrical components that are present on the component.
Wie oben bereits ausgeführt, beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren zunächst die Bereitstellung eines Bauteils, das eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, wobei auf der Vorderseite und/oder der Rückseite eine Außenschicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) oder einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter vorliegt.As already explained above, the method according to the invention initially comprises the provision of a component which has a front and a rear side, wherein on the front and / or the back side an outer layer of a transparent, electrically conductive oxide (TCO) or a self-passivating metal or Semiconductor is present.
Das Bauteil ist beispielsweise ein elektrisches Bauelement (z.B. ein optoelektronisches Bauelement oder ein Halbleiterbauelement) oder eine Vorstufe davon. The device is, for example, an electrical device (e.g., an opto-electronic device or a semiconductor device) or a precursor thereof.
Bei dem Bauteil, auf dem die elektrischen Kontakte anzubringen sind, kann es sich auch um die Vorstufe einer Leiterplatte handeln. Die Vorstufe der Leiterplatte enthält bevorzugt einen Kunststoff (insbesondere einen elektrisch nicht-leitenden Kunststoff), der optional noch durch Fasern verstärkt sein kann, und auf diesem Kunststoff liegt dann bevorzugt die Außenschicht aus dem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) oder dem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter vor. Die Vorstufe der Leiterplatte kann beispielsweise eine flexible Folie oder alternativ eine starre bzw. steife Platte sein.The component to which the electrical contacts are to be attached may also be the precursor of a printed circuit board. The precursor of the printed circuit board preferably contains a plastic (in particular an electrically non-conductive plastic), which may optionally be reinforced by fibers, and on this plastic is then preferably the outer layer of the transparent, electrically conductive oxide (TCO) or the self-passivating metal or semiconductors. The precursor of the printed circuit board may for example be a flexible film or alternatively a rigid plate.
Ein bevorzugtes elektrisches Bauelement ist beispielsweise eine Solarzelle, eine Diode (z.B. eine Leuchtdiode) oder ein Bildschirm, insbesondere ein Flachbildschirm („Flat Panel Display“), z.B. ein Flüssigkristallbildschirm „LCD“.A preferred electrical device is, for example, a solar cell, a diode (e.g., a light emitting diode), or a display, in particular a flat panel display, e.g. a liquid crystal screen "LCD".
Im Fall einer Solarzelle handelt es sich bei der Vorderseite um die beleuchtete, d.h. die der Strahlungsquelle zugewandte Seite des Bauteils. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die elektrischen Kontakte beispielsweise auf der Vorderseite oder auf der Rückseite (z.B. im Fall einer ausschließlich Rückseiten-kontaktierten Solarzelle) oder auch auf beiden Seiten des Bauteils aufgebracht werden.In the case of a solar cell, the front side is the illuminated, i. the radiation source facing side of the component. With the method according to the invention, the electrical contacts can be applied, for example, on the front side or on the rear side (for example in the case of an exclusively back-contacted solar cell) or else on both sides of the component.
Das elektrische Bauelement, auf dem der elektrische Kontakt aufgebracht wird, muss noch nicht in seiner finalen Form vorliegen, enthält jedoch üblicherweise bereits diejenigen Komponenten, die für seine Funktion (wie z.B. Realisierung des photovoltaischen Effekts) wesentlich sind. Alternativ kann das Bauteil, auf dem der elektrische Kontakt aufgebracht wird, eine Vorstufe eines elektrischen Bauteils sein und die weiteren Komponenten, die für die Realisierung seiner Funktionsweise erforderlich sind, werden erst nach dem Aufbringen des elektrischen Kontakts hinzugefügt.The electrical device to which the electrical contact is applied need not yet be in its final form, but usually already contains those components that are essential to its function (such as the realization of the photovoltaic effect). Alternatively, the component on which the electrical contact is applied can be a precursor of an electrical component and the other components that are required for the realization of its function are added only after the application of the electrical contact.
Unter einer Solarzelle wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Halbleiterbauelement verstanden, das unter Einwirkung von Strahlungsenergie, in der Regel Sonnenlicht, einen photovoltaischen Effekt zeigt.In the context of the present invention, a solar cell is understood to be a semiconductor component which exhibits a photovoltaic effect when exposed to radiation energy, generally sunlight.
Bevorzugt ist die Solarzelle eine Silizium-Solarzelle.Preferably, the solar cell is a silicon solar cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bauteil eine Heterojunction-Solarzelle, insbesondere eine Silizium-Heterojunction-Solarzelle (SHJ-Solarzelle) oder eine Vorstufe davon. In a preferred embodiment, the component is a heterojunction solar cell, in particular a silicon heterojunction solar cell (SHJ solar cell) or a precursor thereof.
Bei der Solarzelle kann es sich auch um eine ausschließlich über ihre Rückseite kontaktierte Solarzelle handeln. Bei diesen Solarzellen liegen die elektrischen Kontakte beispielsweise in Form einer Interdigitalstruktur vor.The solar cell can also be a solar cell contacted exclusively via its rear side. In these solar cells, the electrical contacts are present, for example, in the form of an interdigital structure.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderem Interesse für kristalline Siliziumsolarzellentypen, welche zumindest auf einer der beiden Oberflächen eines kristallinen Siliziumsubstrats, welches als Basismaterial der Solarzelle dient, eine leitfähige Schicht aufweisen, deren Leitfähigkeit durch metallisch aufgebrachte Leiterbahnen weiter verbessert werden muss. Hierzu gehören beispielsweise Solarzellentypen, welche auf zumindest einer Seite des als Basismaterial fungierenden kristallinen Siliziums eine optisch transparente, elektrisch leitfähige Beschichtung aufweisen, welche die Rekombination von Elektron-Loch-Paaren an der entsprechend beschichteten Oberfläche der kristallinen Siliziumscheibe unterdrückt. The method according to the invention is of particular interest for crystalline silicon solar cell types which have a conductive layer on at least one of the two surfaces of a crystalline silicon substrate, which serves as the base material of the solar cell, whose conductivity must be further improved by metallically applied conductor tracks. These include, for example, solar cell types which have on at least one side of the crystalline silicon acting as the base material an optically transparent, electrically conductive coating which suppresses the recombination of electron-hole pairs on the correspondingly coated surface of the crystalline silicon wafer.
Hierzu gehören insbesondere Silizium-Heterojunction-Solarzellen (SHJ), bei welchen die passivierenden Schichten aus amorphem Silizium bestehen. Alternativ kann die Oberfläche auch aus einer durchtunnelbaren (und damit senktrecht zur Schicht ebenfalls leitfähigen) Siliziumdioxid-Schicht bestehen, auf welche nachfolgend eine leitfähige Polysiliziumschicht, eine Siliziumcarbidschicht oder ein leitfähiges Metalloxid wie z.B. Molybdänoxid, Wolframoxid, Nickeloxid oder Titanoxid aufgebracht wird. Da die Leitfähigkeit aller genannten Sichten parallel zur Oberfläche sehr gering ist, wird vorzugsweise auf das rekombinationsunterdrückende Schichtsystem zusätzlich eine hochleitfähige TCO-Schicht (z.B. eine ITO-Schicht) aufgebracht. Da jedoch selbst bei Aufbringung einer TCO-Schicht die Leitfähigkeit parallel zur Oberfläche zu gering ist, um den Strom effizient abführen zu können, müssen zusätzlich metallische Leiterbahnen auf die Oberfläche aufgebacht werden. These include in particular silicon heterojunction solar cells (SHJ), in which the passivating layers consist of amorphous silicon. Alternatively, the surface can also consist of a through-tunable (and thus also perpendicular to the layer conductive) silicon dioxide layer, on which subsequently a conductive Polysilicon layer, a silicon carbide layer or a conductive metal oxide such as molybdenum oxide, tungsten oxide, nickel oxide or titanium oxide is applied. Since the conductivity of all these views parallel to the surface is very low, preferably a highly conductive TCO layer (eg an ITO layer) is preferably applied to the recombination-suppressing layer system. However, since even when a TCO layer is applied, the conductivity parallel to the surface is too low to be able to dissipate the current efficiently, metallic conductor tracks must additionally be applied to the surface.
Für Solarzellen als Bauteil, insbesondere für die oben genannten Solarzellentypen wie z.B. eine SHJ-Solarzelle, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren hervorragend, da es ohne Hochtemperaturschritt zum Sintern der aufgebrachten Metallschichten auskommt und auf organische Masken verzichtet werden kann. SHJ-Solarzellen sind kommerziell erhältlich oder können über Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden.For solar cells as a component, in particular for the above solar cell types such. a SHJ solar cell, the inventive method is ideal because it does not require a high-temperature step for sintering the deposited metal layers and can be dispensed with organic masks. SHJ solar cells are commercially available or can be prepared by methods known to those skilled in the art.
Wie oben bereits erwähnt, enthalten bestimmte elektrische Bauelementen wie z.B. SHJ-Solarzellen, Leuchtdioden oder LCDs (Flüssigkristallbildschirme) häufig eine oder mehrere Schichten aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (TCO) als Elektrode. In diesen Fällen ist die TCO-Schicht also bereits integraler Bestandteil des elektrischen Bauelements. Die Substanzklasse der TCOs und die Verwendung von TCO-Schichten für Halbleiterbauelemente sind dem Fachmann bekannt, siehe z.B.
Beispielhafte TCOs für die TCO-Außenschicht sind Indiumzinnoxid („ITO“), Aluminium-dotiertes Zinkoxid (englisch „aluminium-doped zinc oxide“ AZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid („FTO“), Bor-dotiertes Zinkoxid oder Wasserstoff-dotiertes Indiumoxid. TCO-Beschichtungen können beispielsweise durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung erhalten werden.Exemplary TCOs for the TCO outer layer are indium tin oxide ("ITO"), aluminum-doped zinc oxide (AZO), fluorine-doped tin oxide ("FTO"), boron-doped zinc oxide or hydrogen-doped indium oxide , TCO coatings can be obtained, for example, by physical or chemical vapor deposition.
Die TCO-Schicht weist bei 25°C üblicherweise einen Flächenwiderstand, bestimmt über die Vier-Punkt-Methode, im Bereich von 10 Ω bis 1000 Ω, bevorzugter 50 Ω bis 300 Ω auf. Bevorzugt weist die TCO-Schicht über ihre ganze Fläche hinweg diesen Flächenwiderstand auf. Obwohl TCO-Schichten einen relativ geringen Flächenwiderstand aufweisen, ist die galvanische Abscheidung gängiger Metalle wie Kupfer auf solchen TCO-Schichten wie z.B. einer ITO-Schicht gegenüber der Abscheidung auf edleren Metalloberflächen gehemmt, insbesondere bei geringer angelegter Spannung.The TCO layer at 25 ° C usually has a sheet resistance determined by the four-point method in the range of 10 Ω to 1000 Ω, more preferably 50 Ω to 300 Ω. The TCO layer preferably has this sheet resistance over its entire area. Although TCO layers have a relatively low sheet resistance, the electrodeposition of common metals such as copper on such TCO layers as e.g. an ITO layer compared to the deposition inhibited on nobler metal surfaces, especially at low applied voltage.
Alternativ zu einer Außenschicht aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid (d.h. einer TCO-Schicht) kann das Bauteil eine Außenschicht aus einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter aufweisen.As an alternative to an outer layer of a transparent, electrically conductive oxide (i.e., a TCO layer), the device may comprise an outer layer of a self-passivating metal or semiconductor.
Wie dem Fachmann bekannt ist, handelt es sich bei selbstpassivierenden Metallen oder Halbleitern um solche Metalle oder Halbleiter, die an Luft bei Raumtemperatur (25°C) spontan eine passivierende, sehr dünne Oxidschicht ausbilden können. Geeignete selbstpassivierende Metalle sind insbesondere Aluminium, Titan, Nickel, Chrom oder Zink oder eine Legierung eines dieser Metalle. Ein bevorzugter selbstpassivierender Halbleiter ist Silizium.As is known to the person skilled in the art, self-passivating metals or semiconductors are metals or semiconductors which can spontaneously form a passivating, very thin oxide layer in air at room temperature (25 ° C.). Suitable self-passivating metals are in particular aluminum, titanium, nickel, chromium or zinc or an alloy of one of these metals. A preferred self-passivating semiconductor is silicon.
Das Aufbringen einer Beschichtung aus einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter auf dem Bauteil kann über bekannte Verfahren erfolgen. Die Außenschicht aus dem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter kann beispielsweise über eine physikalische Gasphasenabscheidung (z.B. Sputtern, auch als Kathodenzerstäubung bezeichnet), eine chemische Gasphasenabscheidung (z.B. Plasma-unterstützte Gasphasenabscheidung PECVD) oder auch durch Anbringen einer Folie des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters erhalten werden. Diese Beschichtungsverfahren führen nur zu einer geringen thermischen Belastung des Bauteils.The application of a coating of a self-passivating metal or semiconductor on the component can be carried out by known methods. The outer layer of the self-passivating metal or semiconductor may be obtained, for example, by physical vapor deposition (e.g., sputtering, also referred to as sputtering), chemical vapor deposition (e.g., plasma assisted vapor deposition PECVD), or by attaching a film of the self-passivating metal or semiconductor. These coating methods only lead to a low thermal load of the component.
Handelt es sich bei dem Bauteil um die Vorstufe einer Leiterplatte, so kann beispielsweise ein Prepreg vorgelegt werden, auf den eine Folie des selbstpassivierenden Metalls, vorzugsweise eine Aluminiumfolie, aufgebracht (z.B. aufgeklebt) wird.If the component is the precursor of a printed circuit board, for example, a prepreg may be provided on which a film of the self-passivating metal, preferably an aluminum foil, is applied (e.g., glued).
Die Vorderseite und/oder Rückseite des Bauteils ist bevorzugt zu mindestens 50% ihrer Fläche, bevorzugter zu mindestens 80% ihrer Fläche oder sogar vollflächig mit der aus dem TCO oder dem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter gebildeten Außenschicht belegt.The front side and / or rear side of the component is preferably coated with at least 50% of its area, more preferably at least 80% of its area, or even over its entire area with the outer layer formed from the TCO or the self-passivating metal or semiconductor.
Bevorzugt weist die Außenschicht des Bauteils eine Dicke von ≤ 25 µm, bevorzugter ≤ 15 µm, noch bevorzugter ≤ 1,0 µm oder sogar weniger als 500 nm auf. Sofern das Bauteil ein elektrisches Bauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement wie z.B. eine Solarzelle oder eine Diode ist, kann es sogar bevorzugt sein, dass die Dicke der Außenschicht nicht mehr als 200 nm, bevorzugter nicht mehr als 100 nm, z.B. 5–100 nm oder 5–50 nm, beträgt. Bevorzugt weist die Außenschicht über mindestens 90% ihrer Fläche, bevorzugter über 95% ihrer Fläche hinweg die oben angegebene Schichtdicke auf. Die Schichtdicke kann über gängige Verfahren bestimmt werden, z.B. durch mikroskopische Messung im Querschnitt bzw. Querschliff.The outer layer of the component preferably has a thickness of ≦ 25 μm, more preferably ≦ 15 μm, even more preferably ≦ 1.0 μm or even less than 500 nm. If the component is an electrical It may even be preferred that the thickness of the outer layer is not more than 200 nm, more preferably not more than 100 nm, for example 5-100 nm or 5-50 nm, as a component, in particular a semiconductor component such as a solar cell or a diode , Preferably, the outer layer has over at least 90% of its area, more preferably over 95% of its area, the above-indicated layer thickness. The layer thickness can be determined by conventional methods, for example by microscopic measurement in cross section or cross section.
Eine Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter bildet auf seiner Oberfläche an Luft automatisch eine dünne Oxidschicht aus. Diese passivierende Oxidschicht verhindert eine galvanische Metallabscheidung oder hemmt diese zumindest. Gegebenenfalls kann diese spontane Oxidbildung durch geeignete Maßnahmen (z.B. in Kontakt bringen mit einem oxidierenden Medium wie z.B. Ozon) noch unterstützt werden, um eine gleichmäßigere Ausbildung der dünnen Oxidschicht zu bewirken. Auch ist es möglich, durch geeignete Behandlung die passivierende Oberflächenschicht chemisch zu modifizieren (beispielsweise Bildung einer passivierenden Nitrid- oder Oxynitrid-Oberflächenschicht). Im Hinblick auf eine möglichst einfache und effiziente Verfahrensgestaltung ist es jedoch bevorzugt, dass die Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter, abgesehen von der durch die Eigenpassivierung bedingten Oxidbildung an Luft, optional unterstützt durch Behandlung mit Ozon oder UV-Beleuchtung bei Temperaturen von unter 200°C, keiner sonstigen chemischen Modifizierung vor dem Aufbringen der Keimschicht unterzogen wird.A layer of self-passivating metal or semiconductor automatically forms a thin layer of oxide on its surface in air. This passivating oxide layer prevents or at least inhibits galvanic metal deposition. Optionally, this spontaneous oxide formation may still be assisted by appropriate means (e.g., contacting an oxidizing medium such as ozone) to effect a more uniform formation of the thin oxide layer. It is also possible to chemically modify the passivating surface layer by suitable treatment (for example, formation of a passivating nitride or oxynitride surface layer). However, in view of a simple and efficient process design, it is preferred that the layer of self-passivating metal or semiconductor, apart from the oxide formation in air due to the self-passivation, optionally supported by treatment with ozone or UV illumination at temperatures below 200 ° C, is not subjected to any other chemical modification prior to application of the seed layer.
Bevorzugt sollte der Kontaktwiderstand (bei 25°C) zwischen der TCO-Schicht oder der Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter und der darauf aufgebrachten Keimschicht kleiner 50 mΩcm2, bevorzugter kleiner 10 mΩcm2, noch bevorzugter kleiner 5 mΩcm2 oder kleiner 1 mΩcm2 sein. Der Kontaktwiderstand lässt sich über die Transfer-Line-Methode (auch als Transferlängen-Methode oder Transferlängen-Messung bezeichnet) bestimmen. In diesem Verfahren erfolgt die Messung des Kontaktwiderstands unter Verwendung eines geeigneten Testmusters.Preferably, the contact resistance (at 25 ° C) between the TCO layer or the layer of self-passivating metal or semiconductor and the seed layer applied thereon should be less than 50 mΩcm 2 , more preferably less than 10 mΩcm 2 , even more preferably less than 5 mΩcm 2 or less than 1 mΩcm 2 be. The contact resistance can be determined via the transfer line method (also referred to as transfer length method or transfer length measurement). In this method, the measurement of contact resistance is performed using a suitable test pattern.
Wie oben bereits ausgeführt, erfolgt in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens das Aufbringen einer strukturierten, elektrisch leitfähigen Keimschicht auf definierten Bereichen der Außenschicht, wobei das Aufbringen der Keimschicht nicht galvanisch erfolgt.As already explained above, in a further step of the method according to the invention, the application of a structured, electrically conductive seed layer takes place on defined regions of the outer layer, wherein the application of the seed layer is not galvanic.
Diese elektrisch leitfähige Keimschicht wird über ein nicht-galvanisches Verfahren aufgebracht, dient dann aber in einem anschließenden galvanischen Abscheidungsschritt als Substrat für eine Metallbeschichtung. Wie dem Fachmann bekannt ist, wird in der Galvanik mit dem Begriff Keimschicht (alternativ Saatschicht, englisch: seed layer) eine dünne Schicht bezeichnet, die als Kristallisationskeim und Haftungsgrundlage für die galvanische Abscheidung eines Metalls fungiert.This electrically conductive seed layer is applied via a non-galvanic process, but then serves as a substrate for a metal coating in a subsequent electrodeposition step. As is known to those skilled in the art, the term seed layer (alternatively seed layer) in electroplating refers to a thin layer which acts as a crystallization seed and adhesion basis for the electrodeposition of a metal.
Bevorzugt erfolgt das Aufbringen der strukturierten, elektrisch leitfähigen Keimschicht in Form einer oder mehrerer Leiterbahnen, d.h. die elektrisch leitfähige Keimschicht ist in ihrer Anordnung auf der Außenschicht bereits so strukturiert, dass sie der Anordnung der auszubildenden elektrischen Kontakte entspricht.Preferably, the application of the structured, electrically conductive seed layer takes place in the form of one or more tracks, i. the electrically conductive seed layer is already structured in its arrangement on the outer layer so that it corresponds to the arrangement of the electrical contacts to be formed.
Wie dem Fachmann allgemein bekannt ist, handelt es sich bei einer galvanischen Abscheidung um ein Verfahren, bei dem das zu beschichtende Substrat mit einem Galvanikbad, das üblicherweise ein Salz des abzuscheidenden Metalls enthält, kontaktiert wird und durch Anwendung einer äußeren Stromquelle das Metall auf dem Substrat abgeschieden wird. Da die galvanische Abscheidung auf einer TCO-Schicht oder einer Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter zumindest gehemmt ist, erfolgt das Aufbringen der Keimschicht über eine nicht-galvanische Abscheidung.As is well known to those skilled in the art, electrodeposition is a process in which the substrate to be coated is contacted with a plating bath, usually containing a salt of the metal to be deposited, and the metal on the substrate by application of an external power source is deposited. Since the electrodeposition is at least inhibited on a TCO layer or a layer of self-passivating metal or semiconductor, the application of the seed layer takes place via a non-galvanic deposition.
Ein Aufbringen der Keimschicht auf definierten Bereichen der Außenschicht erfolgt beispielsweise über ein Druckverfahren, insbesondere Siebdruck, Inkjet-Druck, flexographischen Druck oder Aerosoldruck, ein Lasertransfer-Verfahren (auch als „Laser Induced Forward Transfer“ (LIFT) bezeichnet) oder eine stromlose elektrochemische Abscheidung (z.B. Zink-Abscheidung durch Zinkat-Verfahren und/oder Abscheidung von Chemisch-Nickel). Diese Beschichtungsverfahren sind dem Fachmann bekannt. An application of the seed layer on defined regions of the outer layer takes place, for example, via a printing process, in particular screen printing, inkjet printing, flexographic printing or aerosol printing, a laser transfer process (also referred to as "laser induced forward transfer" (LIFT)) or electroless electrochemical deposition (eg zinc deposition by zincate method and / or deposition of chemical nickel). These coating methods are known to the person skilled in the art.
Komponenten für eine Keimschicht, die eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und eine galvanische Metallabscheidung auf der Keimschicht ermöglichen, sind dem Fachmann bekannt. Als elektrisch leitfähige Komponente enthält die Keimschicht beispielsweise ein oder mehrere Metalle (z.B. Kupfer oder eine Kupferlegierung, Nickel oder eine Nickellegierung, Indium oder eine Indiumlegierung, Zinn oder eine Zinnlegierung oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Silberlegierung), ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere (z.B. Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder ein Gemisch aus PEDOT und Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS)), ein oder mehrere elektrisch leitfähige Kohlenstoffmaterialien (z.B. Graphen, Graphenoxid, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Ruß), oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Komponenten.Components for a seed layer, which have a sufficiently high electrical conductivity and allow a galvanic metal deposition on the seed layer, are known in the art. As an electrically conductive component, the seed layer contains, for example, one or more metals (eg copper or a copper alloy, nickel or a nickel alloy, indium or an indium alloy, tin or a tin alloy or a noble metal such as silver or a silver alloy), one or more electrically conductive polymers ( for example, poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) or a mixture of PEDOT and polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS)), one or more electrically conductive carbon materials (eg graphene, graphene oxide, carbon nanotubes, graphite, carbon black), or a mixture of at least two of these components.
Die elektrisch leitfähige Komponente der Keimschicht kann beispielsweise in Form von Partikeln (z.B. Metallpartikel oder Kohlenstoffpartikel) vorliegen. Diese elektrisch leitfähigen Partikel können in ein organisches oder anorganisches Trägermaterial eingebettet sein, beispielsweise ein organisches Polymer. Bei dem organischen Polymer kann es sich um einen Thermoplasten oder alternativ auch um ein vernetztbares bzw. nach erfolgter Aushärtung um ein vernetztes Polymer handeln. Beispielsweise liegen die elektrisch leitfähigen Partikel der Keimschicht in einem Kunstharz vor, das nach dem Aufbringen der Keimschicht über das Druckverfahren aushärtet (z.B. durch thermische Behandlung und/oder UV-Behandlung). Geeignete organische oder anorganische Trägermaterialien für elektrisch leitfähige Partikel, die in einem Druckverfahren eingesetzt werden können, sind dem Fachmann bekannt.The electrically conductive component of the seed layer may be in the form of particles (eg metal particles or carbon particles), for example. available. These electrically conductive particles may be embedded in an organic or inorganic carrier material, for example an organic polymer. The organic polymer may be a thermoplastic or, alternatively, a crosslinkable or, after curing, a crosslinked polymer. For example, the electrically conductive particles of the seed layer are present in a synthetic resin which hardens after the application of the seed layer via the printing process (for example by thermal treatment and / or UV treatment). Suitable organic or inorganic support materials for electrically conductive particles which can be used in a printing process are known to the person skilled in the art.
Die Keimschicht kann auch durch ein Lasertransferverfahren („Laser Induced Forward Transfer“ LIFT) aufgebracht werden. Das LIFT-Verfahren ist dem Fachmann prinzipiell bekannt. Hierbei wird die Keimschicht, vorzugsweise aus Nickel, Silber oder Kupfer (besonders bevorzugt aus Nickel), zunächst auf ein ebenes transparentes Substrat aufgebracht, beispielsweise mittels physikalischer Gasphasenabscheidung PVD. Das Substrat wird nun mit der Keimschicht zur Außenschicht des Bauteils weisend mit der Außenschicht flächig in Kontakt gebracht oder zumindest mit einem Abstand von weniger als 1 mm gegenüber der Außenschicht des Bauteils positioniert. Nun wird mittels Laserbestrahlung die Keimschicht vom Substrat abgelöst und auf die Außenschicht des Bauteils Werkstück übertragen.The seed layer can also be applied by a laser-transferred method ("LIFT"). The LIFT method is known in principle to the person skilled in the art. Here, the seed layer, preferably made of nickel, silver or copper (particularly preferably nickel), first applied to a flat transparent substrate, for example by means of physical vapor deposition PVD. The substrate is now brought into contact with the outer layer with the seed layer facing the outer layer of the component, or at least positioned at a distance of less than 1 mm from the outer layer of the component. Now, the seed layer is detached from the substrate by means of laser irradiation and transferred to the outer layer of the component workpiece.
Die Keimschicht kann auch durch eine stromlose Redox-Reaktion bzw. stromlose elektrochemische Abscheidung aufgebracht werden. Wie dem Fachmann bekannt ist, versteht man unter einer stromlosen Abscheidung ein Beschichtungsverfahren, bei dem die Reduktion des abzuscheidenden Metalls (im Unterschied zu einer galvanischen Abscheidung) ohne Anwendung einer äußeren Stromquelle abläuft. Bevorzugt wird über die stromlose elektrochemische Abscheidung Nickel (auch als „Chemisch-Nickel“ bezeichnet) und/oder Zink (z.B. über das Zinkat-Verfahren) abgeschieden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei die Außenschicht (bevorzugt eine selbstpassivierende Aluminiumschicht) zunächst in definierten Bereichen mit einer Zinkatlösung unter Ausbildung einer Zinkschicht behandelt und auf diesen mit einer Zinkschicht versehenen Bereichen erfolgt anschließend die stromlose Abscheidung der Chemisch-Nickel-Schicht. Geeignete Elektrolytlösungen für die stromlose Abscheidung von Chemisch-Nickel sind dem Fachmann bekannt. Die zur Reduktion der Nickelionen benötigten Elektronen lassen sich direkt in der Elektrolytlösung durch eine chemische Reaktion erzeugen, beispielsweise durch das Reduktionsmittel Natriumhypophosphit. Die Elektrolytlösung enthält außerdem ein Nickelsalz wie z.B. Nickelsulfat. Die Nickelabscheidung ist autokatalytisch. Da sich auch Phosphor einlagert, erhalt man eine Nickel-Phosphor-Legierung. Das Verzinken definierter Bereiche der Aluminiumschicht kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Zinkatlösung mit einem Stempel definierter Geometrie aufgetragen wird. The seed layer can also be applied by an electroless redox reaction or electroless electrochemical deposition. As is known to those skilled in the art, electroless plating is understood to be a plating process in which the reduction of the metal to be deposited (as opposed to a plating) occurs without the use of an external power source. Preferably, electroless plating deposits nickel (also referred to as "chemical nickel") and / or zinc (e.g., via the zincate process). In a preferred embodiment, the outer layer (preferably a self-passivating aluminum layer) is first treated in defined areas with a zincate solution to form a zinc layer, and then electroless deposition of the chemical nickel layer takes place on these areas provided with a zinc layer. Suitable electrolytic solutions for the electroless deposition of chemical nickel are known in the art. The electrons required to reduce the nickel ions can be generated directly in the electrolyte solution by a chemical reaction, for example by the reducing agent sodium hypophosphite. The electrolyte solution also contains a nickel salt, e.g. Nickel sulfate. The nickel deposition is autocatalytic. Since phosphorus also stores, you get a nickel-phosphorus alloy. The galvanizing of defined regions of the aluminum layer can be effected, for example, by applying the zincate solution with a stamp of defined geometry.
In den Bereichen, in denen die Keimschicht auf der Außenschicht aufgebracht wird, kann es sein, dass als Folge dieses Aufbringens (z.B. durch ein LIFT-Verfahren oder durch stromloses Aufbringen von Zink und/oder Chemisch-Nickel) die aus der Eigenpassivierung resultierende dünne Oxidschicht entfernt wurde.In the areas in which the seed layer is applied to the outer layer, it may be that as a result of this application (eg by a LIFT process or by electroless zinc and / or chemical nickel), the resulting from the self-passivation thin oxide layer was removed.
Bevorzugt wird die strukturierte Keimschicht ohne Verwendung einer Maske erzeugt.The structured seed layer is preferably produced without using a mask.
Bevorzugt weist die Keimschicht eine Dicke von ≤ 20 µm, bevorzugter ≤ 8 µm, noch bevorzugter ≤ 2 µm auf. Bevorzugt weist die Keimschicht über mindestens 80% ihrer Fläche, bevorzugter über ihre gesamte Fläche hinweg die oben angegebene Schichtdicke auf. Die Schichtdicke kann über gängige Verfahren bestimmt werden, z.B. durch mikroskopische Messung im Querschnitt bzw. Querschliff.The seed layer preferably has a thickness of ≦ 20 μm, more preferably ≦ 8 μm, even more preferably ≦ 2 μm. The seed layer preferably has at least 80% of its area, more preferably over its entire area, the above-stated layer thickness. The layer thickness can be determined by common methods, e.g. by microscopic measurement in cross section or cross section.
Wie oben ausgeführt, erfolgt in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens die galvanische Abscheidung zumindest eines Metalls auf der Keimschicht.As stated above, the electrodeposition of at least one metal on the seed layer takes place in a further step of the method according to the invention.
Bei dem galvanisch abgeschiedenen Metall handelt es sich bevorzugt um Kupfer oder eine Kupferlegierung, Nickel oder eine Nickellegierung oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Silberlegierung. Die galvanisch abgeschiedenen Schichten haben bevorzugt eine Schichtdicke von 1–100µm, bevorzugt 1–20µm, besonders bevorzugt, 2–15µm. Die Schichtdicke kann über gängige Verfahren bestimmt werden, z.B. durch mikroskopische Messung im Querschnitt bzw. Querschliff.The electrodeposited metal is preferably copper or a copper alloy, nickel or a nickel alloy, or a noble metal such as silver or a silver alloy. The electrodeposited layers preferably have a layer thickness of 1-100 μm, preferably 1-20 μm, particularly preferably 2-15 μm. The layer thickness can be determined by common methods, e.g. by microscopic measurement in cross section or cross section.
Für die galvanische Abscheidung wird die Keimschicht mit einem Galvanikbad, das ein Salz des abzuscheidenden Metalls enthält, in Kontakt gebracht. In das Galvanikbad wird üblicherweise noch eine Hilfselektrode eingetaucht, z.B. eine Kupferanode („Opferanode“) oder eine Titanelektrode. Als Gegenelektrode fungiert die elektrisch leitfähige Keimschicht. Wird die Keimschicht mit einem geeigneten negativen (d.h. kathodischen) elektrischen Potential beaufschlagt, so werden die Metallionen reduziert und das Metall scheidet sich auf der Keimschicht ab. For the electrodeposition, the seed layer is brought into contact with a galvanic bath containing a salt of the metal to be deposited. An auxiliary electrode is usually immersed in the electroplating bath, e.g. a copper anode ("sacrificial anode") or a titanium electrode. The counterelectrode is the electrically conductive seed layer. When a suitable negative (i.e., cathodic) electrical potential is applied to the seed layer, the metal ions are reduced and the metal deposits on the seed layer.
Die galvanische Abscheidung kann mittels Gleichstrom oder mittels Pulsstrom erfolgen. Wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, kann durch die Verwendung eines Pulsstroms, der sein Vorzeichen wechselt, die selektive Abscheidung des Metalls auf der Keimschicht weiter verbessert werden. Ein Pulsstrom, der sein Vorzeichen wechselt, weist alternierend negative (kathodische) und positive (anodische) Strompulse auf. The galvanic deposition can be done by means of direct current or by means of pulse current. As will be described in more detail below, the selective deposition can be achieved by using a pulse current that changes sign of the metal on the seed layer can be further improved. A pulse current that changes sign has alternating negative (cathodic) and positive (anodic) current pulses.
Wie oben bereits erläutert, ist die galvanische Abscheidung des Metalls auf der TCO-Schicht oder der Schicht des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters zumindest stark gehemmt. Für den galvanischen Abscheidungsschritt ist es daher nicht erforderlich, diejenigen Bereiche der Außenschicht, die nicht von der strukturierten Keimschicht bedeckt sind, durch eine Maske zu schützen. Die nach dem Aufbringen der Keimschicht noch freiliegenden Bereiche der TCO-Schicht oder der Schicht des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters bleiben daher auch während der galvanischen Abscheidung unmaskiert und können mit dem Galvanikbad in Kontakt kommen.As explained above, the electrodeposition of the metal on the TCO layer or the layer of the self-passivating metal or semiconductor is at least strongly inhibited. For the electrodeposition step, therefore, it is not necessary to protect those regions of the outer layer that are not covered by the structured seed layer by a mask. The areas of the TCO layer or the layer of the self-passivating metal or semiconductor which are still exposed after the application of the seed layer therefore remain unmasked even during the electrodeposition and can come into contact with the electroplating bath.
Obwohl die galvanische Abscheidung auf der Außenschicht des Bauteil zumindest gehemmt ist, wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass beim Anlegen eines negativen elektrischen Potentials die Stromdichte an der Oberfläche dieser Außenschicht noch ausreichend hoch sein kann für die Abscheidung kleinerer Metallkristallite (z.B. aufgrund einer sehr geringen Dicke der passivierenden Oxidschicht oder aufgrund struktureller Defekte dieser passivierenden Oxidschicht).Although the galvanic deposition on the outer layer of the component is at least inhibited, it has been found in the present invention that when a negative electrical potential is applied, the current density at the surface of this outer layer can still be sufficiently high for the deposition of smaller metal crystallites (eg due to a very high degree of conductivity) small thickness of the passivating oxide layer or due to structural defects of this passivating oxide layer).
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die galvanische Abscheidung des Metalls mittels Pulsstrom. Beim Pulsstromverfahren wird ein sich zeitlich verändernder Strom verwendet, d.h. die Keimschicht wird mit einem sich zeitlich ändernden Potential beaufschlagt. In a preferred embodiment, the electrodeposition of the metal takes place by means of pulse current. The pulse current method uses a time varying current, i. the seed layer is subjected to a time-varying potential.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Pulsstrom verwendet, der sein Vorzeichen wechselt, d.h. der alternierend negative (kathodische) und positive (anodische) Strompulse aufweist. Solange die Keimschicht mit einem negativen Potential beaufschlagt ist (d.h. einem kathodischen Strompuls ausgesetzt ist), kommt es zur galvanischen Abscheidung des Metalls auf dieser Keimschicht. In geringem Umfang kann es in diesem Zeitintervall auch zu einer Metallabscheidung auf den freiliegenden (und daher mit dem Galvanikelektrolyten in Kontakt stehenden) Bereichen der TCO-Schicht bzw. der Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter kommen. Ändert das elektrische Potential sein Vorzeichen, so dass die Keimschicht nun mit einem positiven Potential beaufschlagt ist, kommt es zu einer Auflösung von bereits abgeschiedenem Metall. Diese Auflösung geht jedoch vorrangig auf Kosten der geringen Menge an Metall, die auf der freiliegenden Außenschicht des Bauteils abgeschieden wurde, während die Auflösung des auf der Keimschicht abgeschiedenen Metalls nicht signifikant ins Gewicht fällt.In a particularly preferred embodiment, a pulse current is used which changes sign, i. which has alternating negative (cathodic) and positive (anodic) current pulses. As long as the seed layer is exposed to a negative potential (i.e., exposed to a cathodic current pulse), the metal is electrodeposited on this seed layer. To a lesser extent, metal deposition on the exposed (and therefore in contact with the galvanic electrolyte) regions of the TCO layer or the layer of self-passivating metal or semiconductor can also occur in this time interval. If the electrical potential changes its sign, so that the seed layer is now subjected to a positive potential, a dissolution of already deposited metal occurs. However, this dissolution is primarily at the expense of the small amount of metal deposited on the exposed outer layer of the device, while the dissolution of the metal deposited on the seed layer is not significantly significant.
Bei geeigneter Wahl der Zeitintervalle sowie der positiven und negativen Spannungen bzw. Ströme, lösen sich die Keime in Bereichen ohne Saatschicht wieder vollständig auf, während in den Bereichen mit Saatschicht galvanisch abgeschiedenes Metall zurückbleibt, welches von einem Intervall mit negativer Spannung am Werkstück zum nächsten stetig zunimmt. Überraschenderweise ist der hierfür geeignete Parameterraum sehr groß. Die Intervalle, in denen die Keimschicht mit einem negativen Potential beaufschlagt ist (d.h. die kathodischen Strompulse), können bis zu 10 s andauern, bevorzugt beträgt deren Zeitdauer jedoch weniger als 500 ms, besonders bevorzugt weniger als 100 ms, insbesondere bevorzugt weniger als 10 ms. Die Intervalle positiven Potentials an der Keimschicht gegenüber dem Galvanikbad (d.h. die anodischen Strompulse) sind bevorzugt kürzer als die Intervalle negativen Potentials, besonders bevorzugt weniger als halb so lang, insbesondere bevorzugt weniger als ein Viertel so lang. Bevorzugt wird während der Intervalle, in denen die Keimschicht mit negativem Potential beaufschlagt wird, eine maximale Stromdichteamplitude von 1–60 A/cm2, bezogen auf die Fläche der Keimschicht, vorgegeben. Vorzugsweise ist die Maximalstromamplitude bei negativem Potential der Keimschicht gegenüber dem Galvanikbad höchstens so hoch wie bei positivem Potential zu wählen. Besonders bevorzugt wird die Stromamplitude bei negativem Potential der Keimschicht halb so hoch wie bei positivem Potential gewählt. Weiter bevorzugt wird die Stromamplitude bei positivem Potential so hoch gewählt, dass die maximale Spannungsamplitude den Strom begrenzt. With a suitable choice of the time intervals and the positive and negative voltages or currents, the seeds completely dissolve again in areas without seed layer, while in the areas with seed layer electrodeposited metal remains, which from a interval with negative voltage on the workpiece to the next steadily increases. Surprisingly, the parameter space suitable for this purpose is very large. The intervals in which the seed layer is subjected to a negative potential (ie the cathodic current pulses) can last up to 10 s, but preferably their duration is less than 500 ms, more preferably less than 100 ms, particularly preferably less than 10 ms , The intervals of positive potential at the seed layer opposite the electroplating bath (ie the anodic current pulses) are preferably shorter than the intervals of negative potential, more preferably less than half as long, most preferably less than a quarter as long. Preferably, a maximum current density amplitude of 1-60 A / cm 2 , based on the surface of the seed layer, is given during the intervals in which the seed layer is subjected to a negative potential. In the case of a negative potential of the seed layer, the maximum current amplitude with respect to the electroplating bath is preferably to be selected to be at most as high as at a positive potential. Particularly preferably, the current amplitude is selected at half the negative potential of the seed layer as high as at the positive potential. Further preferred is the Current amplitude at positive potential selected so high that the maximum voltage amplitude limits the current.
Für die maximalen Spannungsamplituden gilt bevorzugt: Anodische Spannungsamplitude (bevorzugt > 2V, bevorzugter > 5V, besonders bevorzugt > 9V) an der Keimschicht gegenüber dem Galvanikbad ist vorzugsweise höher als die kathodische Spannungsamplitude (bevorzugt < 3V, bevorzugter < 2V, noch bevorzugter < 1,7V). For the maximum voltage amplitudes, the following is preferred: Anodic voltage amplitude (preferably> 2V, more preferably> 5V, particularly preferably> 9V) at the seed layer opposite the electroplating bath is preferably higher than the cathodic voltage amplitude (preferably <3V, more preferably <2V, even more preferably <1, 7V).
Wird die galvanische Abscheidung des Metalls mittels Pulsstrom mit wechselndem Vorzeichen durchgeführt, kann es in dem Zeitintervall, in dem die Keimschicht mit einem positiven Potential beaufschlagt ist, nicht nur zu einer Auflösung von bereits abgeschiedenem Metall, sondern auch zu einer Oxidation des Materials der Außenschicht kommen, insbesondere wenn es sich bei der Außenschicht um eine Schicht eines selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters wie Aluminium oder Silizium handelt. In den Bereichen, in denen die freiliegende Außenschicht das Galvanikbad kontaktiert, kann die selbstpassivierende Außenschicht zunehmend oxidiert werden. Die Oxidation schreitet in der selbstpassivierenden Schicht von der Oberfläche nach innen voran und schließlich können in dieser Schicht oxidische Bereiche erhalten werden, die sich über die gesamte Dicke bzw. Höhe der Außenschicht erstrecken. Wird die Außenschicht dünn genug gewählt, beispielsweise 5–100 nm oder 5–50 nm, so entstehen optisch transparente oxidische Bereiche. Die optische Transparenz ist insbesondere von Vorteil für Solarzellen wie z.B. SHJ-Solarzellen.If the galvanic deposition of the metal is carried out by means of pulse current with alternating sign, it can come in the time interval in which the seed layer is subjected to a positive potential, not only to a resolution of metal already deposited, but also to an oxidation of the material of the outer layer in particular when the outer layer is a layer of a self-passivating metal or semiconductor such as aluminum or silicon. In areas where the exposed outer layer contacts the electroplating bath, the self-passivation outer layer can be increasingly oxidized. The oxidation progresses inwardly in the self-passivation layer from the surface, and finally, in this layer oxide areas can be obtained which extend over the entire thickness or height of the outer layer. If the outer layer is chosen to be thin enough, for example 5-100 nm or 5-50 nm, optically transparent oxide regions are formed. The optical transparency is particularly advantageous for solar cells, e.g. SHJ solar cells.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher das Bauteil eine Solarzelle (insbesondere eine SHJ-Solarzelle), auf deren Vorderseite und/oder Rückseite eine Außenschicht aus einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter, bevorzugt Aluminium, Titan, Nickel, Chrom, Zink oder Silizium, vorliegt, deren Dicke 5–100 nm, bevorzugter 5–50 nm beträgt, und die galvanische Abscheidung erfolgt mittels Pulsstrom mit wechselndem Vorzeichen (d.h. mit alternierenden kathodischen und anodischen Strompulsen). Bevorzugt werden Dauer und Amplitude der kathodischen und anodischen Strompulse so gewählt, dass die selbstpassivierende Außenschicht oxidische Bereiche ausbildet, die sich über die ganze Dicke bzw. Höhe der Außenschicht erstrecken. Das Aufbringen der Schicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter erfolgt beispielsweise über chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung (z.B. CVD wie PECVD oder Sputtern). Handelt es sich bei der Solarzelle um eine SHJ-Solarzelle, liegt die Außenschicht aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter auf der TCO-Schicht auf zumindest einer der beiden Seiten der SHJ-Solarzelle vor.In a preferred embodiment, therefore, the component is a solar cell (in particular a SHJ solar cell), on the front and / or back of an outer layer of a self-passivating metal or semiconductor, preferably aluminum, titanium, nickel, chromium, zinc or silicon, is present Thickness 5-100 nm, more preferably 5-50 nm, and the electrodeposition by means of pulse current with alternating sign (ie with alternating cathodic and anodic current pulses). Preferably, the duration and amplitude of the cathodic and anodic current pulses are selected such that the self-passivating outer layer forms oxide regions which extend over the entire thickness or height of the outer layer. The layer of self-passivating metal or semiconductor is deposited, for example, by chemical or physical vapor deposition (e.g., CVD such as PECVD or sputtering). If the solar cell is an SHJ solar cell, the outer layer of self-passivating metal or semiconductor is present on the TCO layer on at least one of the two sides of the SHJ solar cell.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Keimschicht und die freiliegenden, nicht von der Keimschicht bedeckten Bereiche der Außenschicht einer zumindest zweiphasigen Behandlung mit einem Pulsstrom unterzogen, wobei
- – in der ersten Phase die aufsummierte Ladung, welche während der anodischen Pulse fließt, kleiner ist als die aufsummierte Ladung, welche während der kathodischen Pulse fließt, und
- – in der anschließenden zweiten Phase die aufsummierte Ladung, welche während der anodischen Pulse fließt, größer ist als die aufsummierte Ladung, welche während der kathodischen Pulse fließt, wobei zumindest die erste Phase dieser Pulsstrom-Behandlung während der galvanischen Abscheidung des Metalls stattfindet.
- In the first phase, the accumulated charge which flows during the anodic pulses is smaller than the accumulated charge which flows during the cathodic pulses, and
- In the subsequent second phase, the summed charge which flows during the anodic pulses is greater than the summed charge which flows during the cathodic pulses, at least the first phase of this pulse current treatment taking place during the electrodeposition of the metal.
Durch die Verwendung einer Pulsstrombehandlung, die zwei verschiedene Abschnitte aufweist (d.h. eine erste und zweite Phase, die den oben genannten Bedingungen genügen), können die selektive Abscheidung des Metalls auf der Keimschicht und die Oxidation der freiliegenden Bereiche der Außenschicht noch weiter verbessert werden.By using a pulse current treatment having two distinct sections (i.e., a first and second phase satisfying the above conditions), the selective deposition of the metal on the seed layer and the oxidation of the exposed areas of the outer layer can be further enhanced.
Optional können auch beide Phasen dieser Pulsstrombehandlung während der galvanischen Abscheidung des Metalls in dem Galvanikbad stattfinden. Alternativ ist es auch möglich, dass die erste Phase der Pulsstrom-Behandlung während der galvanischen Abscheidung des Metalls in dem Galvanikbad stattfindet, anschließend die Keimschicht und die freiliegenden Bereiche der Außenschicht von dem Galvanikbad in ein Anodisierungsbad transferiert werden und die zweite Phase der Pulsstrom-Behandlung in dem Anodisierungsbad durchgeführt wird.Optionally, both phases of this pulse current treatment can take place during the electrodeposition of the metal in the electroplating bath. Alternatively, it is also possible that the first phase of the pulse current treatment takes place during the electrodeposition of the metal in the electroplating bath, then the seed layer and the exposed areas of the outer layer are transferred from the electroplating bath into an anodizing bath and the second phase of the pulsed current treatment is carried out in the anodizing bath.
Um die möglichst vollständige Oxidation des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters in den freiliegenden (d.h. nicht durch die Keimschicht bedeckten) Bereichen der Außenschicht noch weiter zu optimieren, kann es bevorzugt sein, nach der galvanischen Abscheidung des Metalls (die bevorzugt unter Anwendung eines Pulsstroms mit kathodischen und anodischen Pulsen erfolgte) noch eine Anodisierung des selbstpassivierenden Metalls (z.B. Aluminium) oder Halbleiters in einem Anodisierungsbad durchzuführen. Wie dem Fachmann bekannt ist, handelt es sich bei der Anodisierung um ein elektrolytisches Verfahren zur Herstellung oder Verstärkung von oxidischen Schichten auf Metallen oder Halbleitern. Geeignete Anodisierungsbäder sind dem Fachmann bekannt und enthalten z.B. Schwefelsäure, Oxalsäure, Zitronensäure oder Chromsäure. In order to further optimize the as complete as possible oxidation of the self-passivating metal or semiconductor in the exposed (ie not covered by the seed layer) regions of the outer layer, it may be preferable, after the electrodeposition of the metal (preferably using a pulse current with cathodic and Anodic pulses was carried out) or anodization of the self-passivating metal (eg aluminum) or semiconductor to perform in an anodizing. As is known to those skilled in the art, the anodization is an electrolytic process for producing or reinforcing oxide layers on metals or semiconductors. Suitable anodizing baths are known to those skilled in the art and include e.g. Sulfuric acid, oxalic acid, citric acid or chromic acid.
Bevorzugt wird auch die Anodisierung unter Verwendung eines Pulsstroms mit alternierenden kathodischen und anodischen Pulsen durchgeführt. Da während der Anodisierung bei der anodischen Spannungsbeaufschlagung auch eine gewisse Auflösung des bereits galvanisch abgeschiedenen Metalls stattfindet, enthält das Anodisierungsbad zwangsläufig auch Metallionen, vorzugsweise werden dem Bad zusätzlich Metallionen durch Zugabe eines entsprechenden Metallsalzes und/oder Verwendung einer Gegenelektrode aus dem entsprechenden Metall im Bad hinzugefügt. Bei gepulster Durchführung der Anodisierung können somit die kathodischen Pulse für die Abscheidung des Metalls genutzt werden. Bevorzugt ist bei der Anodisierung in dem Anodisierungsbad die aufsummierte Ladung, welche während der anodischen Pulse fließt, größer ist als die aufsummierte Ladung, welche während der kathodischen Pulse fließt.Preferably, the anodization is carried out using a pulse current with alternating cathodic and anodic pulses. There During the anodization in the anodic voltage application, a certain dissolution of the already electrodeposited metal takes place, the anodizing inevitably also contains metal ions, preferably the bath additional metal ions by adding a corresponding metal salt and / or using a counter electrode of the corresponding metal in the bath added. When the anodization is pulsed, the cathodic pulses can thus be used for the deposition of the metal. Preferably, in the anodization in the anodization bath, the accumulated charge that flows during the anodic pulses is greater than the accumulated charge that flows during the cathodic pulses.
In dem Galvanikbad kommt es zu einem Aufwachsen der galvanischen Metallschicht auf der Keimschicht und die anodischen Pulse verhindern in dieser Phase die parasitäre Abscheidung auf der übrigen Außenschicht. In dem Anodisierungsbad kommt es in den Bereichen, in welchen die Außenschicht keine Keimschicht mit darauf abgeschiedener Galvanikschicht aufweist, zu einer verstärkten Umwandlung der Außenschicht in eine entsprechende Oxidschicht. Die während der anodischen Pulse fließende Ladung kann aus dem Integral des Stroms über die Zeit, während derer das Bauteil mit anodischem Potential beaufschlagt wird, berechnet werden. Entsprechend kann die während der kathodischen Pulse fließende Ladung aus dem Integral des Stroms über die Zeit, während derer das Bauteil mit kathodischem Potential beaufschlagt wird, berechnet werden. Bezüglich des wechselnden Vorzeichens der geflossenen Ladung von andodischer zu kathodischer Stromrichtung ist beim Vergleich der geflossenen Ladungen jeweils der Absolutwert der Ladung einzusetzen.In the electroplating bath, the galvanic metal layer grows on the seed layer and the anodic pulses prevent the parasitic deposition on the remaining outer layer in this phase. In the anodization bath, in the regions in which the outer layer does not have a seed layer with a galvanic layer deposited thereon, there is an increased conversion of the outer layer into a corresponding oxide layer. The charge flowing during the anodic pulses may be calculated from the integral of the current over time during which the device is subjected to anodic potential. Accordingly, the charge flowing during the cathodic pulses can be calculated from the integral of the current over the time the cathodic potential is applied to the device. With regard to the alternating sign of the discharged charge from the andodic to the cathodic current direction, the absolute value of the charge must be used in each case when comparing the discharged charges.
Eine bevorzugte Ausführungsform unter Verwendung der SHJ-Solarzelle wird anhand der
Auf der Keimschicht
Alternativ zu einer möglichst vollständigen Anodisierung der freiliegenden Bereiche der Außenschicht während und/oder nach der galvanischen Abscheidung ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, diese freiliegenden Bereiche der Außenschicht nach der galvanischen Abscheidung des Metalls durch eine Ätzbehandlung zu entfernen. In diesem Fall werden zwischen den metallischen oder halbleitenden Bereichen, die von der Keimschicht bedeckt sind, Aussparungen (d.h. Feststoff-freie Bereiche) erzeugt. Beispielsweise können damit elektrische Kontakte mit Interdigitalstruktur erzeugt werden, wie sie für die Rückseitenkontaktierung von Solarzellen benötigt werden.As an alternative to as complete as possible anodization of the exposed areas of the outer layer during and / or after the electrodeposition, it is also possible in the context of the present invention to remove these exposed areas of the outer layer after the electrodeposition of the metal by an etching treatment. In this case, recesses (i.e., solid-free regions) are created between the metallic or semiconductive regions covered by the seed layer. For example, it can be used to produce electrical contacts with an interdigital structure, as required for the back-side contact of solar cells.
Auch bei einer Ätzbehandlung der freiliegenden Bereiche der Außenschicht zur Entfernung des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters kann es bevorzugt sein, die zuvor stattfindende galvanische Abscheidung unter Verwendung von Pulsstrom mit wechselndem Vorzeichen durchzuführen, um parasitäre Metallabscheidungen in den freiliegenden Bereichen der Außenschicht möglichst gering zu halten. Allerdings werden dabei Dauer und Amplitude der anodischen und kathodischen Strompulse bevorzugt so gewählt, dass eine Oxidation der Außenschicht möglichst gering gehalten wird (z.B. nur an der Oberfläche der Außenschicht, nicht jedoch eine tiefergehende Oxidation). Dadurch bleiben die einzelnen Leiterbahnen elektrisch miteinander verbunden. Dies ist vorteilhaft, da so alle Leiterbahnen im Galvanikprozess gleichmäßig aufwachsen, ohne jede einzelne Bahn mit einem externen Kontakt versehen zu müssen. Even with an etching treatment of the exposed regions of the outer layer to remove the self-passivating metal or semiconductor, it may be preferable to carry out the previously occurring electrodeposition using pulsed current with alternating sign in order to minimize parasitic metal deposits in the exposed regions of the outer layer. However, the duration and amplitude of the anodic and cathodic current pulses are preferably chosen such that oxidation of the outer layer is kept as low as possible (for example, only on the surface of the outer layer, but not deeper oxidation). As a result, the individual tracks remain electrically connected. This is advantageous because all the tracks in the electroplating process grow evenly without having to provide each individual track with an external contact.
Bei der Ätzbehandlung werden nach der galvanischen Abscheidung des Metalls auf der Keimschicht die freiliegenden Bereiche der Außenschicht mit einem Ätzbad behandelt. Die Außenschicht wird dadurch in diesen Bereichen abgetragen. Nach dem Ätzschritt verbleiben auf dem Bauteil (z.B. der Solarzelle oder der Vorstufe der Leiterplatte) Bereiche aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter, auf denen eine Keimschicht mit galvanisch abgeschiedener Metallbeschichtung vorliegen und zwischen diesen Bereichen aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter Aussparungen (d.h. Feststoff-freie Bereiche) vorliegen. Auch in diesem Fall wird in der Außenschicht eine laterale Strukturierung erzeugt. In the etching treatment, after the electrodeposition of the metal on the seed layer, the exposed areas of the outer layer are treated with an etching bath. The outer layer is thereby removed in these areas. After the etching step remain on the component (eg the solar cell or the precursor of the circuit board) areas of self-passivating metal or semiconductor, on which a seed layer with electrodeposited metal coating are present and between these areas of self-passivating metal or semiconductor recesses (ie solid-free areas) available. Also in this case, a lateral structuring is produced in the outer layer.
Die Beaufschlagung eines galvanisch zu beschichtenden Werkstücks im galvanischen Bad mit einem Potential mit periodisch wechselndem Vorzeichen kann durch Maßnahmen realisiert werden, die dem Fachmann bekannt sind. Beispielsweise wird dies durch die in
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung, die über das oben beschriebene Verfahren erhältlich ist.The present invention also relates to an apparatus obtainable by the method described above.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung, enthaltend
- – ein Bauteil mit einer Vorder- und einer Rückseite, wobei auf der Vorderseite und/oder der Rückseite des Bauteils eine lateral strukturierte Beschichtung vorliegt, die in definierten Abständen metallische oder halbleitende Bereiche aus einem selbstpassivierenden Metall oder Halbleiter aufweist,
- – eine elektrisch leitfähige Keimschicht, die auf den metallischen oder halbleitenden Bereichen der lateral strukturierten Beschichtung vorliegt,
- – eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht, die die Keimschicht bedeckt, bevorzugt vollständig bedeckt.
- A component having a front side and a rear side, wherein a laterally structured coating is present on the front side and / or the rear side of the component, which has metal or semiconductive regions of a self-passivating metal or semiconductor at defined intervals,
- An electrically conductive seed layer present on the metallic or semiconductive regions of the laterally structured coating,
- - A galvanically deposited metal layer that covers the seed layer, preferably completely covered.
Die laterale Strukturierung der Beschichtung des Bauteils ergibt sich dadurch, dass die Bereiche aus selbstpassivierendem Metall oder Halbleiter in lateraler Richtung, d.h. parallel zur Oberfläche der Vorder- oder Rückseite in definierten Abständen vorliegen.The lateral structuring of the coating of the component results from the fact that the areas of self-passivating metal or semiconductor in the lateral direction, i. parallel to the surface of the front or back at defined intervals.
Hinsichtlich bevorzugter Bauteile kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Somit ist das Bauteil beispielsweise ein elektrisches Bauelement (z.B. ein optoelektronisches Bauelement oder ein Halbleiterbauelement, insbesondere eine Solarzelle) oder eine Vorstufe einer Leiterplatte. Ein bevorzugtes elektrisches Bauelement ist beispielsweise eine Solarzelle, eine Diode (z.B. eine Leuchtdiode) oder ein Bildschirm, insbesondere ein Flachbildschirm („Flat Panel Display“), z.B. ein Flüssigkristallbildschirm „LCD“. Im Fall einer Solarzelle handelt es sich bei der Vorderseite um die beleuchtete, d.h. die der Strahlungsquelle zugewandte Seite des Bauteils. Eine besonders bevorzugte Solarzelle ist eine SHJ-Solarzelle.With regard to preferred components, reference may be made to the above statements. Thus, the device is, for example, an electrical device (e.g., an opto-electronic device or a semiconductor device, particularly a solar cell) or a precursor of a circuit board. A preferred electrical device is, for example, a solar cell, a diode (e.g., a light emitting diode), or a display, in particular a flat panel display, e.g. a liquid crystal screen "LCD". In the case of a solar cell, the front side is the illuminated, i. the radiation source facing side of the component. A particularly preferred solar cell is an SHJ solar cell.
In der lateral strukturierten Beschichtung können zwischen den metallischen oder halbleitenden Bereichen jeweils oxidische Bereiche vorliegen. Bevorzugt erstrecken sich die oxidischen Bereiche jeweils über die gesamte Dicke bzw. Höhe der lateral strukturierten Beschichtung. Der oxidische Bereich wird durch ein Oxid des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters gebildet (also z.B. ein Aluminiumoxid oder ein Siliziumoxid). In diesem Fall wechseln sich also in lateraler Richtung metallische oder halbleitende Bereiche und oxidische Bereiche ab. Wie oben bereits beschrieben, können die oxidischen Bereiche während der galvanischen Metallabscheidung unter Verwendung eines Pulsstroms mit wechselndem Vorzeichen erzeugt werden. In den Bereichen der Außenschicht, auf denen die strukturierte Keimschicht angebracht wurde und die daher nicht mit dem Galvanikbad in Kontakt kommen, kommt es im Wesentlichen zu keiner Oxidation und die metallische oder halbleitende Struktur bleibt in diesen Bereichen erhalten. In the laterally structured coating, oxidic regions may be present between the metallic or semiconducting regions. The oxidic regions preferably extend over the entire thickness or height of the laterally structured coating. The oxide region is formed by an oxide of the self-passivating metal or semiconductor (e.g., an alumina or a silica). In this case, metallic or semiconductive regions and oxide regions alternate in the lateral direction. As described above, the oxide regions may be generated during metal electrodeposition using a pulse current of alternating sign. In the areas of the outer layer on which the structured seed layer has been applied and which therefore do not come into contact with the electroplating bath, substantially no oxidation occurs and the metallic or semiconductive structure is retained in these areas.
Alternativ zu den oxidischen Bereichen können in der lateral strukturierten Beschichtung zwischen benachbarten metallischen oder halbleitenden Bereichen jeweils eine Aussparung (d.h. ein Feststoff-freier Bereich) vorliegen. Wie oben bereits beschrieben, entstehen diese Aussparungen durch einen Ätzschritt, der nach der galvanischen Metallabscheidung durchgeführt wird. Bevorzugt erstreckt sich die Aussparung über die gesamte Dicke bzw. Höhe der lateral strukturierten Beschichtung. Die Aussparung weist also eine Tiefe auf, die der Dicke der Beschichtung entspricht. As an alternative to the oxide regions, a recess (i.e., a solid-free region) may be present in the laterally structured coating between adjacent metallic or semiconducting regions. As already described above, these recesses result from an etching step, which is carried out after the electrodeposition of metal. Preferably, the recess extends over the entire thickness or height of the laterally structured coating. The recess thus has a depth which corresponds to the thickness of the coating.
Handelt es sich bei dem Bauteil um ein elektrisches Bauelement wie z.B. eine Solarzelle (bevorzugt eine SHJ-Solarzelle), eine Diode (z.B. LED) oder einen Bildschirm (z.B. LCD), so weist die lateral strukturierte Beschichtung bevorzugt eine Dicke von nicht mehr als 200 nm, bevorzugter nicht mehr als 100 nm, z.B. 5–100 nm oder 5–50 nm, auf. Bevorzugt weist die lateral strukturierte Beschichtung über mindestens 90% ihrer Fläche, bevorzugter über 95% ihrer gesamten Fläche hinweg die oben angegebene Schichtdicke auf. Die Schichtdicke kann über gängige Verfahren bestimmt werden, z.B. durch mikroskopische Messung im Querschnitt bzw. Querschliff.If the component is an electrical component, such as an electronic component. a solar cell (preferably a SHJ solar cell), a diode (e.g., LED) or a screen (e.g., LCD), the laterally structured coating preferably has a thickness of not more than 200 nm, more preferably not more than 100 nm, e.g. 5-100 nm or 5-50 nm, on. The laterally structured coating preferably has the abovementioned layer thickness over at least 90% of its area, more preferably over 95% of its total area. The layer thickness can be determined by common methods, e.g. by microscopic measurement in cross section or cross section.
Die metallischen oder halbleitenden Bereiche der lateral strukturierten Beschichtung können im Fall einer Solarzelle beispielsweise eine Breite im Bereich von 10 µm bis 50 µm aufweisen und können beispielsweise in Abständen zueinander von 0,5 mm bis 2,5 mm vorliegen. In the case of a solar cell, the metallic or semiconducting regions of the laterally structured coating may, for example, have a width in the range of 10 μm to 50 μm and may be present, for example, at intervals of 0.5 mm to 2.5 mm.
Wie oben bereits erläutert, handelt es sich bei selbstpassivierenden Metallen oder Halbleitern um solche Metalle oder Halbleiter, die an Luft bei Raumtemperatur (25°C) spontan eine passivierende, sehr dünne Oxidschicht ausbilden können. Geeignete selbstpassivierende Metalle sind insbesondere Aluminium, Titan, Nickel, Chrom oder Zink oder eine Legierung eines dieser Metalle. Das selbstpassivierende Metall kann in elementarer Form oder in Form einer Legierung vorliegen. Ein bevorzugter selbstpassivierender Halbleiter ist Silizium. In den oxidischen Bereichen liegt ein Oxid des selbstpassivierenden Metalls oder Halbleiters vor.As already explained above, self-passivating metals or semiconductors are metals or semiconductors which spontaneously form a passivating, very thin oxide layer in air at room temperature (25 ° C.). Suitable self-passivating metals are in particular aluminum, titanium, nickel, chromium or zinc or an alloy of one of these metals. The self-passivating metal may be in elemental form or in the form of an alloy. A preferred self-passivating semiconductor is silicon. In the oxide regions there is an oxide of the self-passivating metal or semiconductor.
Bevorzugt liegt die Keimschicht im Wesentlichen nur auf den metallischen oder halbleitenden Bereichen, nicht jedoch auf den oxidischen Bereichen vor. Bevorzugt ist die Oberfläche der oxidischen Bereiche im Wesentlichen weder mit der elektrisch leitfähigen Keimschicht noch mit der galvanisch abgeschiedenen Metallschicht bedeckt.Preferably, the seed layer is present essentially only on the metallic or semiconducting regions, but not on the oxide regions. The surface of the oxidic regions is preferably substantially neither covered with the electrically conductive seed layer nor with the electrodeposited metal layer.
Handelt es sich bei dem Bauteil um die Vorstufe einer Leiterplatte, so weist die lateral strukturierte Beschichtung bevorzugt eine Dicke von ≤ 25 µm, bevorzugter ≤ 10 µm, noch bevorzugter ≤ 1,0 µm auf. Die Schichtdicke kann über gängige Verfahren bestimmt werden, z.B. durch mikroskopische Messung im Querschnitt bzw. Querschliff.If the component is the precursor of a printed circuit board, the laterally structured coating preferably has a thickness of ≦ 25 μm, more preferably ≦ 10 μm, even more preferably ≦ 1.0 μm. The layer thickness can be determined by common methods, e.g. by microscopic measurement in cross section or cross section.
Wie oben ausgeführt, enthält die Vorrichtung eine elektrisch leitfähige Keimschicht, die auf den metallischen oder halbleitenden Bereichen der lateral strukturierten Beschichtung vorliegt.As stated above, the device contains an electrically conductive seed layer which is present on the metallic or semiconducting regions of the laterally structured coating.
Hinsichtlich geeigneter Materialien für die elektrisch leitfähige Keimschicht kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Als elektrisch leitfähige Komponente enthält die Keimschicht beispielsweise ein oder mehrere Metalle (z.B. Kupfer oder eine Kupferlegierung, Nickel oder eine Nickellegierung, Indium oder eine Indiumlegierung, Zinn oder eine Zinnlegierung, ein Edelmetall wie Silber oder eine Silberlegierung), ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere (z.B. Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder ein Gemisch aus PEDOT und Polystyrolsulfonat (PEDOT:PSS)), ein oder mehrere elektrisch leitfähige Kohlenstoffmaterialien (z.B. Graphen, Graphenoxid, Kohlenstoffnanoröhren, Graphit, Ruß) oder ein Gemisch aus mindestens zwei dieser Komponenten. With regard to suitable materials for the electrically conductive seed layer, reference may be made to the above statements. As an electrically conductive component, the seed layer contains, for example, one or more metals (eg copper or a copper alloy, nickel or a nickel alloy, indium or an indium alloy, tin or a tin alloy, a noble metal such as silver or a silver alloy), one or more electrically conductive polymers ( for example, poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) or a mixture of PEDOT and polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS)), one or more electrically conductive carbon materials (eg graphene, graphene oxide, carbon nanotubes, graphite, carbon black) or a mixture of at least two of these components.
Die elektrisch leitfähige Komponente der Keimschicht kann beispielsweise in Form von Partikeln (z.B. Metallpartikel oder Kohlenstoffpartikel) vorliegen. Diese elektrisch leitfähigen Partikel können in ein organisches oder anorganisches Trägermaterial eingebettet sein, beispielsweise ein organisches Polymer. Bei dem organischen Polymer kann es sich um einen Thermoplasten oder alternativ auch um ein vernetztbares bzw. nach erfolgter Aushärtung um ein vernetztes Polymer handeln. Beispielsweise liegen die elektrisch leitfähigen Partikel der Keimschicht in einem Kunstharz vor, das nach dem Aufbringen der Keimschicht über das Druckverfahren aushärtet (z.B. durch thermische Behandlung und/oder UV-Behandlung). Geeignete organische oder anorganische Trägermaterialien, die in einem Druckverfahren eingesetzt werden können, sind dem Fachmann bekannt. Eine Keimschicht aus elektrisch leitfähigen Partikeln, die in ein organisches oder anorganisches Trägermaterial eingebettet sind, lässt sich besonders vorteilhaft über ein Druckverfahren aufbringen.The electrically conductive component of the seed layer may be in the form of, for example, particles (e.g., metal particles or carbon particles). These electrically conductive particles may be embedded in an organic or inorganic carrier material, for example an organic polymer. The organic polymer may be a thermoplastic or, alternatively, a crosslinkable or, after curing, a crosslinked polymer. For example, the electroconductive particles of the seed layer are in a synthetic resin which cures after application of the seed layer via the printing process (e.g., by thermal treatment and / or UV treatment). Suitable organic or inorganic carrier materials which can be used in a printing process are known to the person skilled in the art. A seed layer of electrically conductive particles which are embedded in an organic or inorganic carrier material can be applied particularly advantageously via a printing process.
Alternativ ist es in einer bevorzugten Ausführungsform auch möglich, dass die Keimschicht durch eine Zinkschicht (beispielsweise über eine lokal durchgeführte Zinkat-Behandlung) und eine auf dieser Zinkschicht aufgebrachte Schicht aus Chemisch-Nickel gebildet ist.Alternatively, in a preferred embodiment it is also possible for the seed layer to be formed by a zinc layer (for example via a zincat treatment carried out locally) and a layer of chemical nickel applied to this zinc layer.
Als Folge der Eigenpassivierung kann zwischen den metallischen oder halbleitenden Bereichen der lateral strukturierten Beschichtung und der darauf aufgebrachten Keimschicht eine dünne Oxidschicht vorliegen. Da diese dünne Oxidschicht aber prozessbedingt während des Aufbringens der Keimschicht (z.B. durch ein LIFT-Verfahren) in diesen Bereichen wieder entfernt worden sein kann, ist es auch möglich, dass die metallischen oder halbleitenden Bereiche und die darauf aufgebrachte Keimschicht unmittelbar aneinander grenzen.As a result of the self-passivation, a thin oxide layer can be present between the metallic or semiconductive regions of the laterally structured coating and the seed layer applied thereon. However, since this thin oxide layer may have been removed from the process during application of the seed layer (for example by a LIFT process) in these areas, it is also possible for the metallic or semiconducting areas and the seed layer applied thereto to directly adjoin one another.
Die elektrisch leitfähige Keimschicht liegt bevorzugt in Form einer oder mehrerer Leiterbahnen vor. The electrically conductive seed layer is preferably in the form of one or more tracks.
Bevorzugt weist die Keimschicht eine Dicke von ≤ 20 µm, bevorzugter ≤ 8 µm, noch bevorzugter ≤ 2 µm auf. Bevorzugt weist die Keimschicht über mindestens 80% ihrer Fläche, bevorzugter über ihre gesamte Fläche hinweg die oben angegebene Schichtdicke auf. Die Schichtdicke kann über gängige Verfahren bestimmt werden, z.B. durch mikroskopische Messung im Querschnitt bzw. Querschliff.The seed layer preferably has a thickness of ≦ 20 μm, more preferably ≦ 8 μm, even more preferably ≦ 2 μm. The seed layer preferably has at least 80% of its area, more preferably over its entire area, the above-stated layer thickness. The layer thickness can be determined by common methods, e.g. by microscopic measurement in cross section or cross section.
Wie oben ausgeführt, enthält die Vorrichtung außerdem eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht, die die Keimschicht bedeckt. Bevorzugt ist die Keimschicht vollständig duch die galvanisch abgeschiedene Metallschicht bedeckt, also auch die Flanken, welche die Keimschicht seitlich begrenzen.Die vollständige Bedeckung der Keimschicht mit dem galvanisch abgeschiedenen Metall ist vorteilhaft, da dadurch die Keimschicht im fertigen Produkt vor Oxidation, Feuchtigkeit oder sonstigem chemischem Angriff wirksam durch die galvanische Schicht geschützt ist.As noted above, the device also includes a metal electrodeposited layer that covers the seed layer. Preferably, the seed layer is completely covered by the electrodeposited metal layer, thus also the flanks, which laterally delimit the seed layer. The complete covering of the seed layer with the electrodeposited metal is advantageous, since thereby the seed layer in the finished product from oxidation, moisture or other chemical Attack is effectively protected by the galvanic layer.
Bei dem galvanisch abgeschiedenen Metall handelt es sich bevorzugt um Kupfer oder eine Kupferlegierung, Nickel oder eine Nickellegierung oder ein Edelmetall wie Silber oder eine Silberlegierung.The electrodeposited metal is preferably copper or a copper alloy, nickel or a nickel alloy, or a noble metal such as silver or a silver alloy.
Bevorzugt ist die Vorrichtung über das oben beschriebene Verfahren erhältlich.Preferably, the device is obtainable via the method described above.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung, enthaltend
- – ein Bauteil, das eine Vorder- und eine Rückseite aufweist, wobei die Vorderseite und/oder die Rückseite des Bauteils durch eine Beschichtung aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO-Beschichtung) gebildet ist,
- – eine elektrisch leitfähige Keimschicht, die in definierten Bereichen auf der TCO-Beschichtung aufgebracht ist,
- – eine galvanisch abgeschiedene Metallschicht, die die Keimschicht bedeckt, bevorzugt vollständig bedeckt.
- A component having a front and a back side, the front side and / or the back side of the component being formed by a coating of a transparent conductive oxide (TCO coating),
- An electrically conductive seed layer, which is applied to the TCO coating in defined regions,
- - A galvanically deposited metal layer that covers the seed layer, preferably completely covered.
Hinsichtlich der bevorzugten Eigenschaften der TCO-Beschichtung, der elektrisch leitfähigen Keimschicht und der galvanisch abgeschiedenen Metallschicht kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. With regard to the preferred properties of the TCO coating, the electrically conductive seed layer and the electrodeposited metal layer, reference may be made to the above statements.
Bevorzugt ist das Bauteil ein elektrisches Bauelement (z.B. ein optoelektronisches Bauelement oder ein Halbleiterbauelement, insbesondere eine Solarzelle). Ein bevorzugtes elektrisches Bauelement ist beispielsweise eine Solarzelle, eine Diode (z.B. eine Leuchtdiode) oder ein Bildschirm, insbesondere ein Flachbildschirm („Flat Panel Display“), z.B. ein Flüssigkristallbildschirm „LCD“. Im Fall einer Solarzelle handelt es sich bei der Vorderseite um die beleuchtete, d.h. die der Strahlungsquelle zugewandte Seite des Bauteils. Eine besonders bevorzugte Solarzelle ist eine SHJ-Solarzelle.The component is preferably an electrical component (for example an optoelectronic component or a semiconductor component, in particular a solar cell). A preferred electrical component is for example a solar cell, a diode (eg a light-emitting diode) or a screen, in particular a flat screen ("Flat Panel Display"), eg a liquid crystal screen "LCD". In the case of a solar cell, the front side is the illuminated side, ie the side of the component facing the radiation source. A particularly preferred solar cell is an SHJ solar cell.
Bevorzugt wird die Oberfläche der TCO-Beschichtung von der galvanisch abgeschiedenen Metallschicht im Wesentlichen nicht bedeckt.Preferably, the surface of the TCO coating is not substantially covered by the electrodeposited metal layer.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele eingehender erläutert.The invention will be explained in more detail by the following examples.
Beispiel 1: Aufbringen von elektrischen Kontakten auf einem Trägermaterial aus Kunststoff zur Herstellung einer LeiterplatteExample 1: Application of electrical contacts on a carrier material made of plastic for producing a printed circuit board
Als Bauteil fungiert eine Kunststoffplatte, auf die als Außenschicht eine dünne (1 µm) Aluminiumbeschichtung aufgebracht wurde. Die Aluminiumbeschichtung wurde als Folie aufgeklebt. Falls nötig, können Via-Löcher zu innenliegenden oder auf der anderen Seite liegenden Leiterbahnen gebohrt werden. Da Aluminium ein selbstpassivierendes Metall darstellt, bildet sich auf der Außenschicht zwangsläufig ein dünner, passivierender Oxidfilm.As a component acts a plastic plate on the outer layer as a thin (1 micron) aluminum coating was applied. The aluminum coating was glued as a foil. If necessary, via-holes can be drilled to inner or other conductive tracks. Since aluminum is a self-passivating metal, a thin, passivating oxide film inevitably forms on the outer layer.
Auf die Aluminiumschicht wird mittels Siebdrucks eine silberpartikelhaltige Paste mit einem flüchtigen Lösungsmittel mit dem Muster der gewünschten Leiterbahnen aufgebracht. Das Werkstück wird anschließend für 5 min auf 100°C erhitzt, um das Lösungsmittel aus der Paste auszutreiben. Somit wird eine strukturierte, elektrisch leitfähige Keimschicht auf definierten Bereichen der Außenschicht erhalten.A silver particle-containing paste with a volatile solvent with the pattern of the desired printed conductors is applied to the aluminum layer by screen printing. The workpiece is then heated at 100 ° C for 5 minutes to expel the solvent from the paste. Thus, a structured, electrically conductive seed layer is obtained on defined regions of the outer layer.
In einem schwefelsauren Kupferelektrolytbad mit einer Cu-Opferanode werden die strukturierte Keimschicht und die Aluminiumschicht mit einem periodisch wechselnden Potential beaufschlagt (d.h. Verwendung eines Pulsstroms mit kathodischen (negativen) und anodischen (positiven) Strompulsen). Unter kathodischem Potential findet eine galvanische Abscheidung des Kupfers auf der Keimschicht statt. In geringem Umfang scheiden sich Kupferkristallite auch auf der passivierten Oberfläche der Aluminium-Außenschicht ab. Unter anodischem Potential kommt es in gewissem Umfang zu einer Auflösung des bereits abgeschiedenen Kupfers. Dies betrifft jedoch vorrangig das auf der passivierten Aluminiumoberfläche abgeschiedenen Kupfer, während die Auflösung von Kupfer im Bereich der Keimschicht nicht signifikant ins Gewicht fällt. Die Amplitude der kathodischen Stromdichte beträgt 10A/dm2. Hierbei bezieht sich die Fläche für die Stromdichte auf die Fläche der Keimschicht. Die Amplitude der anodischen Stromdichte beträgt ebenfalls 10 A/dm2, jedoch bezogen auf die Gesamtfläche.In a sulfuric copper electrolytic bath with a Cu sacrificial anode, the patterned seed layer and the aluminum layer are exposed to a periodically varying potential (ie, use of a pulse current with cathodic (negative) and anodic (positive) current pulses). Under cathodic potential, a galvanic deposition of the copper takes place on the seed layer. To a lesser extent, copper crystallites also deposit on the passivated surface of the aluminum outer layer. Under anodic potential, there is to some extent a dissolution of the already deposited copper. However, this primarily concerns the copper deposited on the passivated aluminum surface, while the dissolution of copper in the area of the seed layer does not significantly affect the weight. The amplitude of the cathodic current density is 10A / dm 2 . Here, the area for the current density refers to the area of the seed layer. The amplitude of the anodic current density is also 10 A / dm 2 , but based on the total area.
Um die Leiterbahnen nach erfolgter galvanischer Kupferabscheidung elektrisch voneinander zu trennen, wird die Kunststoffplatte mit konzentrierter Salzsäure als Ätzmedium ganzflächig benetzt, so dass die freiliegenden Bereiche der Aluminiumschicht (d.h. die nicht von der Metall-überzogenen Keimschicht bedeckten Bereiche der Aluminiumschicht) durch das Ätzmedium entfernt werden. Dabei wird zwar ein Teil des galvanisch aufgebrachten Metalls ebenfalls entfernt. Durch Aufbringen einer entsprechend hohen Schichtdicke im Galvanikbad kann dies jedoch kompensiert werden und/oder das Ätzmedium HClist so gewählt, dass die galvanisch aufgebrachte Kupferschicht weit weniger stark geätzt wird als die Aluminiumoberfläche. In order to electrically separate the conductor tracks from one another after galvanic copper deposition, the plastic plate is wetted with concentrated hydrochloric acid as the etching medium over the entire area, so that the exposed areas of the aluminum layer (ie the areas of the aluminum layer not covered by the metal-coated seed layer) are removed by the etching medium , Although a part of the electrodeposited metal is also removed. By applying a correspondingly high layer thickness in the electroplating bath, however, this can be compensated and / or the etching medium HCl is chosen so that the electrodeposited copper layer is far less strongly etched than the aluminum surface.
Beispiel 2: Aufbringen elektrischer Leiterbahnen auf einer Silizium-Heterojunction-Solarzelle (SHJ-Solarzelle)Example 2 Application of Electrical Circuits on a Silicon Heterojunction Solar Cell (SHJ Solar Cell)
Als Bauteil wird eine übliche SHJ-Solarzelle mit einer Kantenlänge von 156 mm × 156 mm verwendet. Als integralen Bestandteil weist diese SHJ-Solarzelle auf ihrer Vorderseite bereits eine ITO-Schicht auf. Die ITO-Schicht fungiert als Außenschicht des Bauteils, auf der die elektrischen Leiterbahnen aufzubringen sind. Die ITO-Schicht weist über ihre gesamte Fläche hinweg einen Schichtwiderstand von 100 Ω auf.The component used is a conventional SHJ solar cell with an edge length of 156 mm × 156 mm. As an integral part, this SHJ solar cell already has an ITO layer on its front side. The ITO layer acts as the outer layer of the component on which the electrical conductors are to be applied. The ITO layer has a sheet resistance of 100 Ω over its entire area.
Eine galvanische Abscheidung von Kupfer auf ITO bei geringen angelegten Spannungen von weniger als 1V ist deutlich gehemmt. Dies lässt sich folgendermaßen erklären:
ITO ist ein hochdotierter Elektronenleiter, d.h. das Leitungsband ist teilweise mit Elektronen besetzt, während sich im Valenzband praktisch keine Löcher befinden. Das chemische Potenzial von ITO liegt bei ca. –4,3 eV. Das chemische Potenzial eines Kupferelektrolyten liegt deutlich niedriger (etwa –5 eV bis –6 eV). Dadurch kommt es beim Kontakt von ITO mit einem Kupferelektrolyten zu einem Transfer von Elektronen aus der ITO-Oberfläche in den Elektrolyten. Dies verursacht eine elektrische Potenzialdifferenz zwischen ITO und Elektrolyt. Da die Ladungsträgerdichte im Elektrolyten deutlich höher ist als im ITO, fällt nur ein geringer Teil des Potenzials im Elektrolyten auf einer Strecke von wenigen Angström ab, während der Hauptteil des Potenzials im ITO abhängig von der Dotierung auf einer Strecke von 5–100 nm abfällt. Im Bereich des Potenzialabfalls im ITO befinden sich praktisch keine Elektronen mehr im Leitungsband. Der Elektronentransfer durch die ITO-Oberfläche ist also stark gehemmt. A galvanic deposition of copper on ITO at low applied voltages of less than 1V is clearly inhibited. This can be explained as follows:
ITO is a highly doped electron conductor, ie the conduction band is partially occupied by electrons, while there are virtually no holes in the valence band. The chemical potential of ITO is about -4.3 eV. The chemical potential of a copper electrolyte is significantly lower (about -5 eV to -6 eV). This results in the transfer of electrons from the ITO surface into the electrolyte when ITO contacts a copper electrolyte. This causes an electrical potential difference between ITO and electrolyte. Since the charge carrier density in the electrolyte is significantly higher than in the ITO, only a small part of the potential in the electrolyte drops over a distance of a few angstroms, while the majority of the potential in the ITO drops over a distance of 5-100 nm, depending on the doping. In the area of the potential drop in the ITO, there are practically no more electrons in the conduction band. The electron transfer through the ITO surface is thus strongly inhibited.
Auf die ITO-Schicht wird mittels Siebdrucks eine silberpartikelhaltige Paste mit dem Muster der gewünschten Leiterbahnen aufgebracht. Somit wird eine strukturierte, elektrisch leitfähige Keimschicht auf definierten Bereichen der ITO-Außenschicht erhalten.A silver-particle-containing paste with the pattern of the desired printed conductors is applied to the ITO layer by screen printing. Thus, a structured, electrically conductive seed layer obtained on defined areas of the ITO outer layer.
Die Solarzelle wird nun vorderseitig benetzt über ein Galvanikbad mit einem Kupferelelektrolyten bewegt, während auf der Rückseite ein Metallschleifkontakt aufgesetzt wird. Da sich im gewählten Beispiel die phosphordotierte amorphe Siliziumschicht der SHJ-Solarzelle auf der Vorderseite befindet, wird die Solarzelle durch das Elektrolytbad hindurch beleuchtet, so dass der elektrische Strom bei kathodischer Spannungsbeaufschlagung auf der Rückseite zur Vorderseite der Solarzelle gelangen kann. The solar cell is now wetted on the front wetted by a galvanic bath with a Kupferelelektrolyten moves while on the back of a metal loop contact. Since, in the example chosen, the phosphorus doped amorphous silicon layer of the SHJ solar cell is located on the front side, the solar cell is illuminated through the electrolyte bath so that the electric current can reach the front side of the solar cell when cathodic voltage is applied to the rear side.
Die Solarzellen wird nun für etwa 5 min periodisch wechselnd für 4 ms kathodisch und für 1 ms anodisch mit Spannung beaufschlagt. Bei kathodischer Beaufschlagung ist der Strom auf 500 mA, die Spannung auf 2V begrenzt, bei anodischer Beaufschlagung auf 800 mA und 2V. Dies wird durch eine entsprechende Elektronik geregelt, siehe
Auf der durch die Silberpaste gebildeten strukturierten Keimschicht erfolgt die galvanische Abscheidung des Kupfers.On the structured seed layer formed by the silver paste, the electrodeposition of the copper takes place.
Beispiel 3: Aufbringen elektrischer Leiterbahnen auf einer bifacialen Silizium-Heterojunction-SolarzelleExample 3: Application of Electrical Circuits on a Bifacial Silicon Heterojunction Solar Cell
Es wird eine SHJ-Solarzelle verwendet, die sowohl auf ihrer Vorder- als auch auf ihrer Rückseite eine ITO-Schicht aufweist. Auf beiden ITO-Schichten wird durch Sputtern jeweils eine Aluminium-Außenschichtmit einer Dicke von etwa 20 nm aufgebracht.An SHJ solar cell is used which has an ITO layer on both its front and back surfaces. On both ITO layers, an aluminum outer layer with a thickness of about 20 nm is applied by sputtering.
Auf diesem Bauteil mit einer Außenschicht aus Aluminium (d.h. einem selbstpassivierenden Metall) wird durch Lasertransfer eine Keimschicht aus Nickel in Form des galvanisch aufzuwachsenden Grids aufgebracht. Somit wird eine strukturierte, elektrisch leitfähige Keimschicht auf definierten Bereichen der Aluminium-Außenschicht erhalten. Die strukturierte Nickel-Keimschicht wird sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Bauteils aufgebracht.On this component with an outer layer of aluminum (i.e., a self-passivating metal), a seed layer of nickel in the form of the electroplated grid is deposited by laser transfer. Thus, a structured, electrically conductive seed layer is obtained on defined regions of the aluminum outer layer. The structured nickel seed layer is applied to both the front and the back of the device.
Die SHJ-Solarzelle wird nun in den Bereichen der Keimschicht mittels Edelstahlklammern elektrisch kontaktiert und vollständig in ein schwefelsaures Galvanikbad, das ein Kupfersalz enthält, eingetaucht. Die Solarzelle wird nun für etwa 5 min periodisch wechselnd für 9 ms kathodisch und für 1 ms anodisch mit Spannung beaufschlagt. Bei kathodischer Beaufschlagung fließt ein Strom von 800 mA bei anodischer Beaufschlagung wird ein Maximalstrom von 1600 mA und eine Maximalspannung V+ von 10V vorgegeben. Dies wird durch die oben erläuterte und in
Auf der strukturierten Nickel-Keimschicht erfolgt zunächst die galvanische Abscheidung des Kupfers. Nun werden die Pulsparameter abschließend für die vollständige Oxidierung der Aluminiumschicht angepasst: Die Amplitude des andodischen Stroms wird auf 5 A und die der Spannung auf 10 V gesetzt. Die Dauer des Pulses beträgt 5 ms. Die Amplitude der kathodischen Spannung wird auf 0.9 V gestzt und die des Stroms auf 2 A. Die Dauer des anodischen Pulses beträgt ebenfalls 5 ms. Mit diesen Paremetern wird die Probe für 10 s im Elektrolytbad beaufschlagt.First, the galvanic deposition of the copper takes place on the structured nickel seed layer. Finally, the pulse parameters are finally adjusted for complete oxidation of the aluminum layer: The amplitude of the andodic current is set to 5 A and the voltage to 10 V. The duration of the pulse is 5 ms. The amplitude of the cathodic voltage is set to 0.9 V and that of the current to 2 A. The duration of the anodic pulse is also 5 ms. With these paremeters, the sample is applied for 10 s in the electrolyte bath.
Selektiv auf der Nickel-Keimschicht wird galvanisch Kupfer abgeschieden. In den freiliegenden, d.h. nicht durch die Nickel-Keimschicht bedeckten Bereiche, wird die Aluminium-Außenschicht oxidiert, wobei Aluminiumoxid entsteht, das aufgrund seiner geringen Dicke transparent ist.Selective on the nickel seed layer is electrodeposited copper. In the exposed, i. Not covered by the nickel seed layer areas, the aluminum outer layer is oxidized to produce alumina, which is transparent due to its small thickness.
Beispiel 4: Erzeugung galvanischer Leiterbahnen auf SiliziumsubstratenExample 4 Production of Galvanic Wires on Silicon Substrates
Es wird ein texturiertes Siliziumsubstrat der Schichtdicke 180 µm eingesetzt. Auf die Siliziumoberfläche wird eine isolierende Siliziumoxidschicht aufgebracht. Anschließend wird auf die Siliziumoxidschicht vollflächig eine Aluminium-Außenschicht der Dicke 1 µm aufgedampft. Man erhält ein Bauteil mit einer Außenschicht aus selbstpassivierendem Metall.It is used a textured silicon substrate of the layer thickness 180 microns. An insulating silicon oxide layer is applied to the silicon surface. Subsequently, an aluminum outer layer of
In definierten Bereichen wird die Aluminium-Außenschicht über einen abdichtenden Stempel mit einer Zinkatlösung kontaktiert. In diesen Bereichen kommt es zur Ausbildung einer Zinkschicht.
Das Bauteil wird mit einem Galvanikbad, das einen Kupferelelektrolyten enthält, in Kontakt gebracht. Anschließend wird periodisch kathodisch und anodisch mit Spannung beaufschlagt. Auf der Zn/Ni-Keimschicht wird galvanisch Kupfer abgeschieden.
Abschließend wird durch eine Ätzbehandlung die freiliegende Aluminium-Außenschicht entfernt und dadurch die darunterliegende Siliziumoxidschicht freigelegt. Die erzeugten Leiterbahnen sind jetzt elektrisch voneinander getrennt.
Auf der dielektrischen Siliziumoxidschicht des Bauteils liegt also eine lateral strukturierte Beschichtung vor, die in definierten Abständen metallische Bereiche (aus Aluminium) aufweist, die durch Aussparungen voneinander getrennt sind. Selektiv auf den Aluminium-Bereichen liegt die Zn/Ni-Keimschicht vor, die wiederum vollständig – also auch an den Flanken, welche die Schicht seitlich begrenzen – von galvanisch abgeschiedenem Kupfer und Silber bedeckt ist.On the dielectric silicon oxide layer of the component, therefore, there is a laterally structured coating which has metallic areas (made of aluminum) at defined intervals, which are separated from one another by recesses. The Zn / Ni seed layer is selective on the aluminum regions, which in turn is completely covered by galvanically deposited copper and silver, ie also on the flanks which bound the layer laterally.
Beispiel 5: Al-Ni-Cu-Ag Leiterbahnen auf monokristallinem SiliziumwaferExample 5: Al-Ni-Cu-Ag Printed Circuits on Monocrystalline Silicon Wafer
Auf einen planen monokristallinen Siliziumwafer wird vollflächig eine Aluminiumschicht aufgedampft. On a flat monocrystalline silicon wafer, an aluminum layer is vapor-deposited over its entire surface.
Mittels Siebdruck wird lokal eine zinkatbasierte Paste aufgedruckt, die 80 Sekunden lang einwirkt und danach mit Wasser abgespült wird. Das Substrat wird daraufhin für 180 Sekunden in einen stromlosen Nickel-Phosphor-Elektrolyten mit einem pH-Wert von 4,8 getaucht. Dabei werden nur die Bereiche mit Nickel-Phosphor beschichten, auf die vorher die zinkatbasierte Paste eingewirkt hat. Auf definierten Bereichen der Aluminium-Außenschicht wird somit eine aus Zink und Chemisch-Nickel gebildete Keimschicht erhalten.By means of screen printing, a zincate-based paste is printed locally, which is applied for 80 seconds and then rinsed off with water. The substrate is then immersed for 180 seconds in an electroless nickel-phosphorus electrolyte having a pH of 4.8. Only the areas coated with nickel-phosphorus, which were previously affected by the zincate-based paste, will be coated. On defined areas of the aluminum outer layer, a seed layer formed from zinc and chemical nickel is thus obtained.
Anschließend erfolgt die galvanische Abscheidung von Kupfer auf dieser Keimschicht aus Zink und Chemisch-Nickel. Dabei wird ein saurer Kupferelektrolyt auf Kupfersulfatbasis mit einem pH Wert von 2,8 benutzt. Für die Abscheidung wird ein Potential von 1,2 V angelegt. Auf den Nickel-Phosphor-Bereichen dagegen führt das negative Potential zu einer Kupferabscheidung. Ebenso wird bei der folgenden galvanischen Silberabscheidung aus einem alkalischen Silberelektrolyten (pH 10,5) nur der Kupferbereich beschichtet und die Aluminiumbereiche bleiben durch das angelegte Potential von 1,1 V geschützt. This is followed by the electrodeposition of copper on this seed layer of zinc and chemical nickel. In this case, an acidic copper electrolyte based on copper sulfate with a pH of 2.8 is used. For the deposition, a potential of 1.2 V is applied. On the other hand, the negative potential leads to copper deposition on the nickel-phosphorus areas. Likewise, in the following silver electrodeposition from an alkaline silver electrolyte (pH 10.5), only the copper area is coated and the aluminum areas are protected by the applied potential of 1.1V.
Darauffolgend wird ein Ätzschritt in einer verdünnten Salzsäurelösung durchgeführt. Dabei werden die Aluminiumbereiche neben den galvanisch aufgebrachten Leiterbahnen bevorzugt geätzt. Die Aluminiumätzgeschwindigkeit ist deutliche höher als bei Substraten mit vergleichbar dicken Aluminiumschichten. Der Grund dafür ist die Ausbildung eines Lokalelements zwischen Aluminium und dem galvanisch abgeschiedenen Ni/Cu/Ag-Schichtstapel, was zu einer schnelleren Auflösung (Korrosion) des Aluminiums führt. Subsequently, an etching step is carried out in a dilute hydrochloric acid solution. In this case, the aluminum areas are preferably etched in addition to the electrodeposited conductor tracks. The aluminum etching rate is significantly higher than for substrates with comparable thick aluminum layers. The reason for this is the formation of a local element between aluminum and the electrodeposited Ni / Cu / Ag layer stack, resulting in faster dissolution (corrosion) of the aluminum.
Beispiel 6: Beidseitige Leiterbahnen auf LeiterplattensubstratExample 6: Two-sided strip conductors on printed circuit board substrate
Basissubstrat für dieses Beispiel ist ein Leiterplattenvorläufer bestehend aus Prepreg-Material (Schichtdicke 500 µm) welches beidseitig mit einer Aluminiumfolie (30 µm) beschichtet ist. Auf beiden Seiten werden auf definierten Bereichen der Aluminium-Außenschicht mittels Lasertransferprozess dünne Nickelschichten aufgebracht. Diese werden in einem alkalischen Kupferbad auf Pyrophosphatbasis (pH 8,0) galvanisch verstärkt. Nachdem eine Schichtdicke von 5 µm Kupfer abgeschieden worden ist, wird das Aluminium in einer verdünnten Natriumhydroxidlösung entfernt, von der die Nickel/Kupferbereiche nicht angegriffen werden. Sobald die Aluminiumfolie über die gesamte Schichtdicke durchgeätzt ist, sind die Al/Ni/Cu Leiterbahnen elektrisch voneinander getrennt.Base substrate for this example is a printed circuit board precursor consisting of prepreg material (layer thickness 500 microns) which is coated on both sides with an aluminum foil (30 microns). On both sides, thin nickel layers are applied on defined areas of the aluminum outer layer by means of a laser transfer process. These are galvanically reinforced in an alkaline pyrophosphate-based copper bath (pH 8.0). After a layer thickness of 5 microns of copper has been deposited, the aluminum is removed in a dilute sodium hydroxide solution, which does not attack the nickel / copper regions. As soon as the aluminum foil has been etched through the entire layer thickness, the Al / Ni / Cu conductor tracks are electrically separated from one another.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 8399287 [0010] US 8399287 [0010]
- US 2014/0295614 [0011] US 2014/0295614 [0011]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- S. De Wolf et al., Green, Vol. 2 (2012), S. 7–24 [0004] De Wolf et al., Green, Vol. 2 (2012), pp. 7-24 [0004]
- Clark I. Bright, Kapitel 7 (“Review of Transparent Conductive Oxides (TCO)”) in 50 Years of Vacuum Coating Technology and the Growth of the Society of Vacuum Coaters, Hrsg.: Donald M. Mattox und Vivienne Harwood Mattox, Society of Vacuum Coaters, 2007 (ISBN 978-1-878068-27-9) [0033] Clark I. Bright, Chapter 7 ("Review of Transparent Conductive Oxides (TCO)") in 50 Years of Vacuum Coating Technology and the Growth of the Society of Vacuum Coaters, eds .: Donald M. Mattox and Vivienne Harwood Mattox, Society of Vacuum Coaters, 2007 (ISBN 978-1-878068-27-9) [0033]
- A. Stadler, Materials, 2012, 5, S. 661–683 [0033] A. Stadler, Materials, 2012, 5, pp. 661-683 [0033]
Claims (15)
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016217789.3A DE102016217789A1 (en) | 2016-09-16 | 2016-09-16 | Method for producing electrical contacts on a component |
CN201780056392.5A CN109716536A (en) | 2016-09-16 | 2017-09-12 | Method for generating the contact portion of electricity on component |
US16/332,916 US20190237599A1 (en) | 2016-09-16 | 2017-09-12 | Method for producing electrical contacts on a component |
PCT/EP2017/072874 WO2018050629A1 (en) | 2016-09-16 | 2017-09-12 | Method for producing electrical contacts on a component |
KR1020197010077A KR20190045331A (en) | 2016-09-16 | 2017-09-12 | Method for creating electrical contacts on a part |
EP17764831.8A EP3513439A1 (en) | 2016-09-16 | 2017-09-12 | Method for producing electrical contacts on a component |
US17/872,573 US20230014707A1 (en) | 2016-09-16 | 2022-07-25 | Method for producing electrical contacts on a component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016217789.3A DE102016217789A1 (en) | 2016-09-16 | 2016-09-16 | Method for producing electrical contacts on a component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016217789A1 true DE102016217789A1 (en) | 2018-03-22 |
Family
ID=61302206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016217789.3A Pending DE102016217789A1 (en) | 2016-09-16 | 2016-09-16 | Method for producing electrical contacts on a component |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016217789A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109652845A (en) * | 2019-01-18 | 2019-04-19 | 东华大学 | A kind of preparation method of graphene enhancing composite coating based on chromium |
DE102018217465A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Osram Gmbh | DEVICE WITH AT LEAST ONE LIGHT-EMITTING COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
CN114786826A (en) * | 2019-12-11 | 2022-07-22 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for producing a membrane for an ultrasonic sensor and membrane for an ultrasonic transducer |
US11735684B2 (en) | 2018-10-12 | 2023-08-22 | Osram Gmbh | Method for manufacturing a light-emitting device |
DE102023107159A1 (en) | 2023-03-22 | 2024-09-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Process for producing metallic contacts of an electronic component by photonic sintering |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8399287B1 (en) | 2003-04-10 | 2013-03-19 | Sunpower Corporation | Method of manufacturing solar cell |
US20140295614A1 (en) | 2009-08-18 | 2014-10-02 | Lg Electronics Inc. | Solar cell and method of manufacturing the same |
-
2016
- 2016-09-16 DE DE102016217789.3A patent/DE102016217789A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8399287B1 (en) | 2003-04-10 | 2013-03-19 | Sunpower Corporation | Method of manufacturing solar cell |
US20140295614A1 (en) | 2009-08-18 | 2014-10-02 | Lg Electronics Inc. | Solar cell and method of manufacturing the same |
Non-Patent Citations (8)
Title |
---|
A. Stadler, Materials, 2012, 5, S. 661–683 |
Clark I. Bright, Kapitel 7 ("Review of Transparent Conductive Oxides (TCO)") in 50 Years of Vacuum Coating Technology and the Growth of the Society of Vacuum Coaters, Hrsg.: Donald M. Mattox und Vivienne Harwood Mattox, Society of Vacuum Coaters, 2007 (ISBN 978-1-878068-27-9) |
DE WOLF, S. [u.a.]: High-efficiency silicon heterojunction solar cells: A review. In: Green. 2012, Bd. 2, H. 1, S. 7-24. ISSN 1869-876X (P); 1869-8778 (E). DOI: 10.1515/green-2011-0018. |
HERNÁNDEZ, J. L.: High Efficiency Silver-Free Heterojunction Silicon Solar Cell. In: Japanese Journal of Applied Physics, 51, 2012, S. 10NA04-1 - 10NA04-3. - ISSN 1347-4065 |
REHMAN, A.; LEE, S.H.: Review of the Potential of the Ni/Cu Plating Technique for Crystalline Silicon Solar Cells. In: Materials, 7, 2014, S. 1318-1341. - ISSN 1996-1944 |
RÖDER, T.C. [u.a.]: 30 µm wide contacts on silicon cells by laser transfer. In: Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 2010 35th IEEE, 2010, S. 3597-3599. |
S. De Wolf et al., Green, Vol. 2 (2012), S. 7–24 |
YAMAMOTO, K. [u.a.]: High-efficiency heterojunction crystalline Si solar cell and optical splitting structure fabricated by applying thin-film Si technology. In: Japanese Journal of Applied Physics, 54, 2015, S. 08KD15-1 - 08KD15-15. - ISSN 1347-4065 |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018217465A1 (en) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Osram Gmbh | DEVICE WITH AT LEAST ONE LIGHT-EMITTING COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
US11735684B2 (en) | 2018-10-12 | 2023-08-22 | Osram Gmbh | Method for manufacturing a light-emitting device |
CN109652845A (en) * | 2019-01-18 | 2019-04-19 | 东华大学 | A kind of preparation method of graphene enhancing composite coating based on chromium |
CN114786826A (en) * | 2019-12-11 | 2022-07-22 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for producing a membrane for an ultrasonic sensor and membrane for an ultrasonic transducer |
CN114786826B (en) * | 2019-12-11 | 2024-05-14 | 罗伯特·博世有限公司 | Method for producing a diaphragm for an ultrasonic sensor and diaphragm for an ultrasonic transducer |
DE102023107159A1 (en) | 2023-03-22 | 2024-09-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Process for producing metallic contacts of an electronic component by photonic sintering |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3513439A1 (en) | Method for producing electrical contacts on a component | |
DE102018202513B4 (en) | Process for metallizing a component | |
DE102016217789A1 (en) | Method for producing electrical contacts on a component | |
DE69227049T2 (en) | Manufacturing method of a defect-free photoelectric conversion device | |
EP2162922A1 (en) | Contact structure for a semiconductor component and a method for production thereof | |
DE2036139A1 (en) | Thin-film metallization process for microcircuits | |
DE102007005161B4 (en) | Process for the metallization of substrates | |
DE69232390T2 (en) | solar cell | |
DE112008002043T5 (en) | A method of providing a contact on the back of a solar cell and a solar cell with contacts provided in accordance with the method | |
DE102014222749B3 (en) | A method of making a contact structure between an edge portion of a 2D material and a metal | |
DE102008053621B4 (en) | Method for light-induced galvanic pulse deposition for amplifying metal contacts of solar cells, arrangement for carrying out the method and use | |
WO2013080072A2 (en) | Solar cell and process for producing a solar cell | |
EP0721666A1 (en) | Process for metallising solar cells made of crystalline silicon | |
DE102013203061A1 (en) | Semiconductor component, in particular solar cell and method for producing a metallic contacting structure of a semiconductor device | |
DE102004034435B4 (en) | Semiconductor device having an arranged on at least one surface electrical contact | |
DE102013219342A1 (en) | Process for structuring layers of oxidizable materials by means of oxidation and substrate with structured coating | |
DE212012000087U1 (en) | A crystalline 2D layer based on ZnO on a conductive plastic substrate | |
DE102016222175A1 (en) | Method for applying carrier-selective contacts to solar cells | |
DE102014221584B4 (en) | Electrochemical sintering of metal particle layers | |
DE102023107159A1 (en) | Process for producing metallic contacts of an electronic component by photonic sintering | |
DE10305162A1 (en) | Textile solar cell has optionally series-connected lateral structure including pn junctions | |
DE102021000956A1 (en) | Process for metallizing a component and components produced in this way | |
DE102021126402A1 (en) | Process for manufacturing electrically conductive structures | |
DE102018214496A1 (en) | Short-circuit proof electrode system for electronic components | |
DE102008015452A1 (en) | Corrosion protection layer for semiconductor devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C23C0028000000 Ipc: H01L0031021600 |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: MAIWALD GMBH, DE Representative=s name: MAIWALD PATENTANWALTS- UND RECHTSANWALTSGESELL, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication |