KR20120046312A - 광 유도 무전해 도금 - Google Patents

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Abstract

광기전 태양 전지들을 도금하기 위한 방법 및 조성물이 개시되어 있다. 전지는 도금가능한 금속 이온들 및 화학적 환원제를 포함하는 수성 욕조 내에 침지된다. 그후, 전지는 광에 노광됨으로써 전지의 두 측부가 반대로 하전되게 된다. 금속 이온들은 외부적 전기 접점을 필요로 하지 않고, 후방 측부 산화성 부식 없이, 그리고, 후방 측부 희생 재료를 필요로 하지 않고 도금된다.

Description

광 유도 무전해 도금{LIGHT INDUCED ELECTROLESS PLATING}
본 발명은 일반적으로 실리콘 태양 전지들을 포함하는 광기전 전지들 상의 금속 접점들을 무전해 도금하는 방법에 관한 것이다.
태양 전지들은 태양광을 직접적으로 전기로 변환하는 광기전 전지들 또는 모듈들이다. 광기전(PV) 전지들은 반도체 재료들, 가장 일반적으로는 실리콘으로 형성된다. 광(자외선, 가시광선 및 적외선)이 전지에 부딪힐 때, 광의 소정 부분이 반도체 재료 내에 흡수되고, 그래서, 흡수된 광의 에너지가 반도체에 전달되며, 전류가 생성된다. PV 전지의 상단 및 저단에 금속 접점들을 배치함으로써, 외부적 사용을 위해 전류가 인출될 수 있다. 전지의 전압과 함께 전류는 태양 전지가 생성할 수 있는 와트수를 규정한다.
반도체 광기전 전지는 대면적 p-n 접합부를 포함하며, 여기서, 광의 흡수가 전자-정공 쌍들의 생성을 초래한다. 전자들 및 정공들은 접합부의 반대 측부들로 이동하며, 그래서, 잉여 음 전하가 n-도핑 측부에 축적되고, 잉여 양 전하가 p-도핑 측부에 축적된다. 전력 생성을 위한 전류의 집전을 위해, 외부 회로에 대한 pn 접합부의 양 측부들의 전기 접점이 형성되어야만 한다. 이 접점들은 통상적으로 장치와 저항성 접촉하는 금속성 패턴으로 구성된다. 이상적 접촉 패턴은 저항 손실들을 최소화하기 위한 높은 전도성과, 효율적 전류 집전을 위한 기판에 대한 양호한 전기 접촉과, 기계적 안정성을 보증하기 위한 높은 접착력을 가져야 한다. 금속 패턴은 전지의 표면 상의 임의의 위치에서 생성된 전류를 집전하기 위해 저저항 경로를 제공하는 동시에 금속에 의해 가로채어지는 입사 방사선의 양을 최소화함으로써 전류 생성 목적들을 위해 손실을 최소화하도록 설계된다.
특히, 결정 형태의 실리콘은 태양 전지들의 제조에 사용되는 일반적 재료이다. 대부분의 태양 전지들은 p-형/n-형 접합부를 생성하기 위해 붕소 및 인으로 도핑되어 있는 결정 실리콘으로 형성된다. 비록, 결과적 전지들이 단결정 실리콘 전지들만큼 효율적이지는 못하지만 제조 비용의 절감을 위해 다결정 실리콘이 태양 전지 제조에 사용될 수 있다. 어떠한 결정 구조도 갖지 않는 비정질 실리콘도 역시 제조 비용들의 절약을 위한 목적에서 사용될 수 있다. 태양 전지 제조에 사용되는 다른 재료들은 갈륨 아르제나이드, 구리 인듐 디셀레나이드 및 카드뮴 텔루라이드를 포함한다.
실리콘 태양 전지의 전형적 배열은 아래와 같다:
(a) 후방 접점;
(b) P-형 Si;
(c) N-형 Si;
(d) 반사방지 코팅;
(e) 접점 그리드; 및
(f) 덮개 유리
실리콘이 극도로 반사성이기 때문에, 통상적으로 반사 손실들을 감소시키기 위해 전지의 상단에 반사방지 코팅이 적용된다. 그후, 통상적으로 유리 덮개 판이 요소들로부터 전지를 보호하기 위해 반사방지 층 위에 적용된다.
종래의 태양 전지들은 결정 실리콘 웨이퍼들을 사용하여 제조될 수 있다. Si(+4) 웨이퍼는 붕소(+3) 도핑제를 갖는 p-형에서 시작한다. 광의 더 양호한 포획을 위해, 웨이퍼는 광이 실리콘 내로 경사지게 반사되도록 하이드록사이드 또는 질산/불화수소산으로 표면처리된다(texturize). p-n 접합부는 기상 증착을 사용한 확산에 의해 형성되며, 실리콘 니트라이드 필름을 부여하기 위해 역시 진공 장비 내에서 표면 패시베이션 층이 적용된다.
실리콘 태양 전지 제조의 한 가지 표준 공정에서, 실리콘 웨이퍼의 전방 측부가 통상적으로 실리콘 니트라이드를 포함하는 반사방지 패시베이션 층으로 코팅된다. 이 실리콘 니트라이드 층은 전지에 의해 흡수되는(반사되지 않음) 광의 비율을 최대화하고, 표면을 패시베이팅하여 표면에서의 전자 재조합을 방지하여 전지 효율을 증가시키는 이중적 목적으로 기능한다.
태양 전지 접점들은 반드시 형성되어야만 하며, 여기서, 전체 영역 금속 접점이 후방 표면 상에 형성되고 미세 "핑거들" 및 더 큰 "버스바아들"로 구성된 그리드형 금속 접점이 전방 표면 상에 형성된다. 태양 전지 전도체들이 형성된 이후, 다수의 태양 전지들이 그후 평탄한 배선들 또는 금속 리본들에 의해 직렬로(및/또는 병렬로) 상호연결되며, 모듈들 또는 "태양 패널들"로서 조립된다. 최종 태양 패널 제품은 통상적으로 환경으로부터의 보호를 위해 전방 상에 템퍼링된 유리 시트를 구비하고, 후방 상에 폴리머 봉입부를 구비한다.
실리콘은 태양 전지 패널 제조를 위한 가장 일반적으로 사용되는 재료이다. 도 1은 종래의 실리콘 태양 전지의 전방 측부 금속 버스바아들(12) 및 금속 라인들(14)을 구비하는 전방 측부(10)와, 후방 측부 금속 버스바아들(22)을 갖는 후방 측부(20)를 도시한다. 도 2는 반사방지 코팅 층(32)과, n-도핑 실리콘 층(34)과, p-도핑 실리콘 층(36)을 구비하는 종래의 실리콘 태양 전지의 단면도를 도시한다. 실리콘은 예로서, 그리고, 비제한적으로 단결정 또는 다결정 실리콘일 수 있다. 전방 측부(10) 상의 금속 라인들은 광 유도 전류를 집전한다. 전방 측부 버스바아들(12)은 다수의 금속 라인들(14) 또는 "핑거들"로부터 전류를 집전한다. 전지의 후방 측부(20)는 통상적으로 전방 측부와 유사한 버스바아들(22)의 세트를 구비하지만, 후방 측부(20)는 광의 투과를 허용할 필요가 없다. 전방 측부 버스바아들(12) 및 후방 측부 버스바아들(22)은 모듈들을 위한 전지들의 직렬 연결을 가능하게 한다.
전방 측부 금속 패턴의 설계시 상충적인 인자들이 고려되어야 한다. 장치의 전방 측부는 광의 투과를 허용하여야만 하며, 그래서, 금속 트레이스들은 음영 손실들을 최소화하기 위해 가능한 가장 작은 영역을 가려야만 한다. 다른 한편, 전방 측부의 시트 저항이 비교적 높아서(약 50 내지 100 Ω per square) 커버리지가 너무 낮으면 저항성 손실들을 초래하기 때문에 효율적 전류 집전을 위해서는 가능한 가장 큰 표면 영역의 커버리지가 선호된다.
전도성 페이스트의 스크린 인쇄, 잉크 제팅 및 시드층(seed layer) 상으로의 전해 도금을 포함하는 금속 패턴을 형성하기 위한 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 한 가지 일반적으로 사용되는 방법은 글래스 프리트(glass frit)를 포함하는 은 페이스트를 스크린 인쇄하고 후속하여 약 800℃에서의 소가공 단계(firing step)가 이어지며, 페이스트가 존재하는 경우 페이스트는 이 소가공 단계 동안 반사 방지 코팅을 통해 연소되게 된다. 이 방법이 적절히 양호한 전기 접점을 전도성 패턴들에 제공하지만, 전도성 패턴들 상으로 추가적 금속을 증착함으로써 전도성 및 접착 성능이 추가로 개선될 수 있다.
전방 측부 전도성 패턴을 형성하기 위해 사용되는 다른 방법에서, 적절한 금속 이온들의 용액으로부터 금속이 반사방지 코팅 내에 형성된 버스바아들 및 라인들의 패턴 상에 증착된다. 에칭이 후속되는 포토리소그래피, 기계적 스크라이빙 또는 레이저 이미징 같은 다양한 방법들이 패턴을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이런 방법은 국제 공보 제WO 2005/083799호에 개시되어 있다.
용융성 금속 이온들이 용액으로부터의 금속 증착은 산화 및 환원 반응들이 이루어지는 전자화학적 메커니즘에 의해 발생된다. 넓게 정의하면, 용액으로부터 기판 상으로 금속을 증착시키기 위해 세 가지 서로 다른 메커니즘들이 존재한다.
(1) 갈바닉 증착이라고도 알려져 있는 치환 증착은 산화성이 낮은 금속(more noble metal)으로부터 산화성이 높은 금속으로의 전자의 전달을 동반되는 산화성이 높은 금속 기판(less noble metal substrate) 상에서의 금속의 증착이며, 산화성이 낮은 금속의 증착과 산화성이 높은 금속 기판의 분해를 초래하는 경우이다. 그러나, 이 방법은 산화성이 높은 기판이 완전히 덮여졌을 때 정지되기 때문에 증착물은 두께에 제한이 있다는 점에서 한계가 있다. 또한, 기판의 일부가 소모되게 된다.
(2) 전해 도금은 산화 및 환원이 외부적 전류원에 의해 유도되는 경우이다. 이 방법은 두께에 한정되지 않는 신속한 증착율들을 제공한다. 그러나, 기판에 대한 전기적 연결이 이루어져야만 한다.
(3) 무전해 도금이라고도 알려진 자가촉매 증착은 용액 내의 환원제의 포함에 의해 금속 이온들의 환원이 화학적으로 달성되는 경우이며, 증착은 촉매 활성 표면들에서만 이루어진다. 이 방법은 외부적 전원에 대한 필요성을 제거한다. 그러나, 실제로 이 방법은 다수의 단점들을 갖고 있다. 먼저, 이 공정은 용액이 본질적으로 열역학적으로 불안정하기 때문에 제어가 곤란할 수 있으며, 시스템을 최적화하기 위해 많은 주의가 기울여지지 않는다면, 금속의 석출에 의한 자발적 분해가 발생할 수 있다. 이에 의해, 매우 느릴 수 있는 증착율들을 제한하게 된다. 특히, 자가촉매 은 도금 용액들은 본 기술 분야에서 매우 불안정한 것으로 잘 알려져 있다.
이들 문제점들을 해결하기 위해, 종래 기술은 예로서, 금속 증착을 실행하기 위해 광 유도 전압을 사용하는 광기전 장치들 상에서의 전해도금에 대한 다양한 방법들을 제안하고 있다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Durkee에게 허여된 미국 특허 제4,144,139호는 금속 이온들을 포함하는 전해질 용액 내에 전지를 침지하고, 태양 전지의 표면을 광에 노출시킴으로써 금속의 도금이 장치의 아노드 표면 상에 생성되게 하는 태양 전지의 표면 상에 전기 접점들을 도금하는 방법을 개시하고 있다. 후방[산화성(anodic)] 측부는 두꺼운 은제 희생층으로 덮여지며, 그래서, 장치가 조사될 때 은이 산화성 후방 측부로부터 분해되어 환원성(cathodic) 전방 측부 상에 증착된다. 시아나이드 함유 은 도금 용액이 개시되어 있다. 비록, 시아나이드 함유 은 전해질들이 우수한 도금 결과들을 산출하는 것으로 잘 알려져 있지만, 시아나이드의 사용은 안전성 및 환경적 관점들에서 바람직하지 못하다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Grenon에게 허여된 미국 특허 제4,251,327호는 미국 특허 제4,144,139호에 개시된 것과 유사한 도금 방법을 개시하고 있다. 추가적으로, 이 특허는 장치의 환원성 후방 측부가 DC 전력 공급부의 음 단자에 부착되고, 양 단자가 용액 내의 은 전극에 부착됨으로써 전류가 적절히 조절될 때 후방 측부에서 증착도 부식도 발생하지 않도록 하는 배열을 개시하고 있다. 역시, 시아나이드 함유 은 도금 용액이 사용된다. 이 배열은 도 3에 도시되어 있다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Holdermann에게 허여된 미국 특허 제5,882,435호는 구리나 은 같은 금속의 광 유도 증착에 의해 광기전 전지 상의 인쇄된 금속성 전방 측부 패턴이 보강되는 공정을 개시하고 있다. 후방(산화성) 측부는 인쇄된 희생 금속 페이스트를 포함하며, 그래서, 장치가 조사될 때 전방 측부 상에서의 증착과 동시에 후방 측부로부터의 금속의 분해에 의해 전하 중립 상태가 유지된다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Allardyce의 미국 특허 공보 제2008/0035489호는 광기전 장치들 상의 전기 접점들을 도금하는 방법을 개시하고 있으며, 여기서, 장치는 은 이온들과 적어도 하나의 니트로 함유 화합물과, 계면활성제와, 아미노 화합물과 아미노산 또는 황산 중 적어도 하나를 포함하는 은 도금 용액에 침지되어 있는 상태로 광에 노출된다. 그러나, 광기전 장치들을 금속화하기 위한 이 "광 유도 도금 방법"은 전술한 제4,144,139호 및 제4,251,327호 특허들에 개시된 방법과 동일하거나 유사하며, 동일한 단점들을 갖고 있다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Morrissey의 미국 특허 공보 제2007/0151863호는 히단토인(hydantoin) 또는 치환 히단토인과의 착체 형태의 은과, 전해질 및 2,2'-디피리딜을 포함하는 비-시아나이드 은 전해도금 조성물을 개시하고 있다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Asakawa에게 허여된 미국 특허 제5,601,696호는 히단토인 또는 치환 히단토인과의 착체 형태의 은을 함유하는 무-시아나이드 은 전해도금 욕조를 개시하고 있다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Hradil 등에게 허여된 미국 특허 제4,126,524호는 석신이미드(succinimide) 같은 유기 디카르복실 산들의 이미드들과의 착체인 은을 포함하는 무-시아나이드 은 전해도금 용액들을 개시하고 있다.
그 주제가 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있는 Hradil 등에게 허여된 미국 특허 제4,246,077호는 피롤리딘-2,5-디온(석신이미드) 또는 3-피롤린-2,5-디온(말레이미드)와의 착체인 은을 포함하는 무-시아나이드 은 전해도금 용액들을 개시하고 있다.
그 주제가 전체적으로 본 명세서에 통합되어 있는 Mandich 등에게 허여된 미국 특허 제5,322,553호는 은 카티온, 티오설페이트 및 설파이트를 포함하는 무-시아나이드 무전해 은 도금 용액을 개시하고 있다. 이 특허는 종래의 은 도금 용액들에 비해 도금율 및 용액 안정성이 우수하다고 주장하고 있다.
무전해 은 도금도 다수의 단점들을 갖고 있다. 예로서, 욕조들은 매우 불한정한 것으로 잘 알려져 있으며, 분해가 쉽게 발생하여 석출에 기인한 은 손실 및 욕조 수명 제한을 유발한다. 또한, 도금율들은 일반적으로 적절한 안정성을 위해 필요한 조건들하에서 매우 느리다.
외부 전력 공급부가 장치들에게 전류를 제공하는 종래 기술에 설명된 바와 같은 광 유도 도금을 포함하는 전해도금에서 더 신속한 도금율이 얻어질 수 있다. 그러나, 전기적 접속부의 부착은 취약한 실리콘 태양 전지들의 파괴를 초래할 수 있다는 점에서 문제가 될 수 있다.
따라서, 전기적 접속부의 부착으로부터 실리콘 태양 전지들의 파괴를 초래하지 않으면서 전해도금에 의해 실현되는 더 신속한 도금율들을 가능하게 하며, 또한, 무전해 은 도금의 상술한 단점들을 최소화하는 도금 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 화학적 환원제를 포함하는 방법 및 무전해 도금 용액을 사용하여 이들 단점들을 해결한다. 본 발명의 개선된 무전해 도금 용액은 광기전 전지들 상에 금속을 도금하기 위해 사용될 때 광에 의해 활성화된다. 장치와의 어떠한 전기적 접점도 필요하지 않다.
본 발명의 목적은 화학적 환원제를 포함하는 자가촉매 공정에 의해 광기전 장치들 상에 금속성 전도체들을 도금하기 위한 방법 및 조성물들을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광에 의해 활성화되는 자가촉매 공정에 의해 광기전 장치들 상에 금속성 전도체들을 도금하기 위한 방법 및 조성물을 제공하는 것이다.
이를 위해, 일 실시예에서, 본 발명은 일반적으로 광기전 태양 전지 상에 금속 점점들을 도금하기 위한 조성물에 관한 것이며, 이 조성물은:
a) 용해성 은 이온들의 소스; 및
b) 환원제를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 일반적으로 그 위에 금속의 두꺼운 층을 증착하기 위해 광기전 태양 전지를 금속화하는 방법에 관한 것이며, 상기 광기전 태양 전지는 전방 측부와 후방 측부를 구비하고, 상기 전방 측부는 그 위에 금속성 패턴을 구비하고, 이 방법은:
a) i) 용해성 은 이온들의 소스; 및 ii) 환원제를 포함하는 무전해 도금 조성물과 광기전 태양 전지를 접촉시키는 단계와; 그 후
b) 광원으로부터의 방사 에너지로 광기전 태양 전지를 조명하는 단계를 포함하고,
태양 전지의 전방 측부 및 후방 측부는 반대로 하전되고, 무전해 도금 용액으로부터의 금속 이온들은 태양 전지의 전방 측부 상의 금속 패턴으로 도금됨으로서 무전해 금속의 두꺼운 층이 그 위에 증착되게 된다.
이 방법을 사용하여, 금속의 환원 전위가 물의 환원 전위보다 큰 경우에 그 이온들의 수성 용액으로부터 태양 전지의 전방 측부 상으로 임의의 금속이 증착될 수 있다. 양호한 금속들은 구리 및 은을 포함하고, 특히, 그 높은 전도성으로 인해 은을 포함한다.
도 1은 실리콘 태양 전지의 전방 측부와 후방 측부를 도시한다.
도 2는 실리콘 태양 전지의 단면도를 도시한다.
도 3은 종래 기술 광 유도 전해 도금 공정의 일 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 광 유도 무전해 도금 공정의 일 실시예를 도시한다.
본 발명은 일반적으로 광에 의해 활성화되는 자가촉매 공정에 의해 광기전 장치들 상으로 금속 전도체들을 도금하기 위한 방법 및 조성물들에 관한 것이다. 본 발명은 화학적 환원제를 포함하며, 이는 금속 전도체들의 도금을 위한 희생층이나 전기 접점에 대한 필요성을 제거하고, 광기전 장치의 후방 측부로부터의 산화성 부식을 적어도 실질적으로 제거한다.
일 실시예에서, 본 발명의 도금 조성물은:
a) 용해성 은 이온들의 소스; 및
b) 환원제를 포함한다.
은(I)을 포함하는 거의 모든 화합물이 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 용해성 은의 소스는 예로서, 은 옥사이드, 은 니트레이트, 은 메탄설포네이트, 은 아세테이트, 은 설페이트 또는 임의의 다른 은 염(salt)일 수 있으며, 이들에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 용해성 은 이온들의 소스는 바람직하게는 은 아세테이트 또는 은 메탄설포네이트이다. 양호한 실시예에서, 용해성 은 이온들의 소스는 본 발명의 무전해 도금 조성물 내에서 약 15 내지 약 35 g/l의 농도로 존재한다.
적어도 하나의 환원제는 예로서, 포름알데히드, 글루코스, 덱스트로스, 글리옥살(glyoxal), 질산에 의해 반전된 당, 하이드라진 또는 하이드라진 설페이트, 알도닉 산들(aldonic acid), 알도닉 락톤들, 타르트레이트 염들["로셸(Rochelle)의 염들"이라고도 알려짐], 코발트 이온들, 설파이드 염들, 설파이트 염들, 티오설페이트 염들, 하이포포스파이트 염들, 보로하이드라이드 염들, 디메틸아민 또는 다른 알킬아민 보란(alkylamine borane), 하이드라진보란, 시아노보로하이드라이드 염들을 포함하며, 이들에 한정되지 않는다. 다른 본 기술 분야에 알려진 환원제들도 본 발명에 사용가능하다. 일 실시예에서, 환원제는 로셸 염 또는 글리옥살 또는 그 염이다. 양호한 실시예에서, 적어도 하나의 환원제가 약 15 내지 약 60 g/l의 농도로 본 발명의 무전해 도금 조성물 내에 존재한다.
은 카티온을 용해 및 안정화하고 존재할 수 있는 금속성 불순물들을 격리하기 위해 선택적 착화제가 추가될 수 있다. 공지된 은 착화제들은 예로서 시아나이드, 석신이미드 또는 치환 석신이미드들, 히단토인 또는 치환 히단토인들, 우라실, 티오설페이트들 및 아민들을 포함하며 이들에 한정되지 않는다. 일 실시예에서, 착화제는 히단토인 또는 치환 히단토인이다. 사용되는 경우에, 착화제는 약 40 내지 약 80 g/l의 농도로 무전해 도금 조성물 내에 존재할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 조성물은 또한 다양한 표면 활성 제제들, 입자 정제제들(grain refiner) 및 계면활성제들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그리고, 비제한적으로, 폴리에틸렌이민, 폴리에틸렌 글리콜, 2,2'-디피리딜 및 티오우레아가 예로서 발명의 조성물에 추가될 수 있다.
용액의 pH는 적절한 pH 조절제를 사용하여 약 7.5와 9.5 사이로 조절되는 것이 바람직하다. 예로서 그리고 비제한적으로, 포타슘 하이드록사이드 또는 나트륨 하이드록사이드가 용액의 pH를 조절하기 위해 사용될 수 있다.
도 4에 예시된 바와 같이, 본 발명은 일반적으로 그 위에 금속의 층을 증착하기 위해 광기전 태양 전지를 금속화하는 방법에 관한 것이며, 상기 광기전 태양 전지는 전방 측부와 후방 측부를 가지고, 상기 전방 측부는 그 위에 금속성 패턴을 구비하며, 이 방법은:
a) i) 용해성 은 이온들의 소스; 및 ii) 환원제를 포함하는 무전해 도금 조성물과 광기전 태양 전지를 접촉시키는 단계; 및 그 후
b) 광원으로부터의 방사 에너지로 광기전 태양 전지를 조명하는 단계를 포함하고,
태양 전지의 전방 측부 및 후방 측부는 반대로 하전되고, 무전해 도금 용액으로부터의 금속 이온들은 태양 전지의 전방 측부 상의 금속 패턴으로 도금됨으로서 무전해 금속의 층이 그 위에 증착되게 된다.
상술한 바와 같이, 태양 전지의 전방 측부 상의 금속성 패턴은 일반적으로 복수의 전류 집전 라인들 및 버스바아들을 포함한다.
본 발명의 광원은 방사 에너지로 광기전 태양 전지를 조명하도록 위치된다. 예로서, 석영 할로겐 램프들, 백열 램프들 및 수은 램프들을 포함하는 다양한 광원들이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다.
무전해 도금 조성물과 광기전 전지를 접촉시키는 단계는 통상적으로 무전해 도금 조성물 내에 광기전 전지를 침지시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시시 외부 전원에 대한 어떠한 전기적 접점도 필요하지 않다. 또한, 장치로부터의 금속의 희생적 분해도 필요하지 않다.
이론에 얽메이지 않고, 본 발명자들은 캐소드 상에 금속 이온을 광 활성화 환원시키기 위한 두 가지 가능한 메커니즘들이 존재하는 것으로 믿고 있다. 먼저, 전자가 캐소드로부터의 직접적 금속 카티온에 제공됨으로써 캐소드 상의 금속 원자의 증착을 유발할 수 있다. 잔류 양 전하는 전지의 후방 측부인 아노드 상에 잔류하며 여기서 이는 환원제와 반응할 수 있다. 대안적으로, 캐소드는 화학적 환원제로부터 금속으로의 전자의 증여를 촉진함으로써 캐소드 상에 금속 이온의 증착을 초래한다. 이들 두 메커니즘들의 조합도 이루어질 수 있다. 각 메커니즘의 결과는 동일하며, 다시 말하면, 외부적 전기 접점들의 부착 및 후방 측부 상의 산화성 부식없이 금속의 광 유도 증착이 선택적으로 금속 캐소드 상에 발생한다.
예:
예 1:
용액은 아래와 같이 구성되었다:
72.6 g/l 5,5-디메틸히단토인(5,5-dimethylhydantoin)
20.2 g/l 은 아세테이트(silver acetate)
14.0 g/l 포타슘 메탄설포네이트(potassium methanesulfonate)
30.0 g/l 나트륨 포타슘 타르트레이트(sodium potassium tartrate)("Rochelle 염")
pH=9.1을 만들기 위해 KOH가 추가됨.
예 2:
72.6 g/l 5,5-디메틸히단토인
20.2 g/l 은 아세테이트
18.2 g/l 글리옥실 산 하이드레이트(glyoxylic acid hydrate)
72.7 g/l 포타슘 메탄 설포네이트
pH=9.2를 만들기 위해 NaOH가 추가됨.
예 3:
48.0 g/l 히단토인
10.3 g/l 메탄설포닉 산(methanesulfonic acid)
32.0 g/l 붕산(boric acid)
28.7 g/l 은 메탄설포네이트
54.0 g/l 글리옥실 산 하이드레이트
pH=8.8을 만들기 위해 KOH가 추가됨.
비교예 1:
비교를 위해, 환원제가 없는 용액이 아래와 같이 형성되었다.
72.6 g/l 5,5'-디메틸히단토인
20.2 g/l 은 아세테이트
pH=9.1을 만들기 위해 NaOH가 추가됨.
도 1 및 도 2에 예시된 바와 같은 태양 전지들은 이들 용액들로 도금되었다. 전방 측부 상의 라인들은 인쇄된 은 페이스트로 구성되었고, 탑-다운 광학 현미경에 의해 측정될 때 약 82 미크론의 평균을 가진다. 후방 측부 상의 버스바아들은 인쇄된 은 페이스트로 구성되고, X-레이 형광법(XRF)에 의해 측정될 때 약 4.5 미크론의 두께였다.
용액들은 투명 유리 비이커 내에서 45℃로 가열되었다. 태양 전지 단편들이 8분 동안 침지되었고, 약 5 in의 거리로부터 250W 램프를 사용하여 전방 측부를 조사하였다. 전지들은 그후 탈이온수로 헹궈지고 건조되었다. 처리후 라인 폭들이 탑-다운 광학 현미경에 의해 측정되었으며, 후방 측부 버스바아 두께들이 XRF에 의해 측정되었다.
예 1 및 2에서 라인 폭의 큰 증가가 발생되었으며, 비교예 1에서는 라인 폭이 증가하지 않았다는 것이 관찰되었다.
표 1은 각각 광학 현미경 및 XRF를 사용하여 측정된 전방 측부 라인 폭 및 후방 측부 버스바아 두께 측정치들에 대한 결과들을 보여준다.
전방 측부 라인 폭(미크론) 후방 측부 버스바아 두께(미크론)
컨트롤 82 4.5
예 1 117 5.1
예 2 98 5.6
예 3 92 3.8
비교예 1 81 2.8
예 1 내지 3에 대하여 전방 측부 라인 폭들에 큰 증가가 존재하지만, 비교예는 어떠한 증가도 나타내지 않는 것으로 관찰되었다. 추가적으로, 예 1 내지 3에 대하여 후방 측부 은 버스바아 두께들의 순 증가가 존재하지만, 비교예 1은 순 감소를 나타내며, 이는 용액 내에 어떠한 환원제도 존재하지 않을 때 버스바아의 산화성 부식(anodic corrosion)을 나타내고 있다.

Claims (17)

  1. 금속의 층을 증착하도록 광기전 태양 전지를 금속화하는 방법으로서,
    상기 광기전 태양 전지는 전방 측부와 후방 측부를 구비하며, 상기 전방 측부는 그 위에 금속을 포함하는 패턴을 구비하고,
    a) i) 용해가능한 은 이온들의 소스, 및 ii) 환원제를 포함하는 무전해 도금 조성물과 상기 광기전 태양 전지를 접촉시키는 단계, 및, 그 후,
    b) 광원으로부터의 방사 에너지로 상기 광기전 태양 전지를 조명하는 단계를 포함하고,
    상기 태양 전지의 상기 전방 측부 및 후방 측부는 반대로 하전되고, 사기 무전해 도금 용액으로부터의 금속 이온들이 상기 태양 전지의 전방 측부 상의 상기 금속성 패턴 상에 도금되며, 상기 태양 전지는 도금 동안 외부 전원에 전기적으로 연결되지 않는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 무전해 도금 조성물은 상기 은 이온들을 위한 착화제를 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 용해가능한 은 이온들의 소스는 은 옥사이드, 은 니트레이트, 은 메탄설포네이트, 은 아세테이트, 은 설페이트 및 이들 중 하나 이상의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 용해가능한 은 이온들의 소스는 은 아세테이트인 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 용해가능한 은 이온들의 소스는 은 메탄설포네이트인 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 용해가능한 은 이온들의 소스의 농도는 약 15와 약 35 g/l 사이인 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제는 포름알데히드, 글루코스, 덱스트로스, 글리옥살, 질산에 의해 반전된 당, 하이드라진 또는 하이드라진 설페이트, 알도닉 산들, 알도닉 락톤들, 로셸(Rochelle)의 염들, 코발트 이온들, 설파이드 염들, 설파이트 염들, 티오설페이트 염들, 하이포포스파이트 염들, 보로하이드라이드 염들, 알킬아민 보란, 하이드라진보란, 시아노보로하이드라이드 염 및 이들 중 하나 이상의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 환원제는 로셸(Rochelle) 염인 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 환원제는 글리옥살 또는 그의 염인 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제의 농도는 약 15와 약 60 g/l 사이인 방법.
  11. 제 2 항에 있어서, 상기 착화제는 시아나이드, 석신이미드 또는 치환 석신이미드들, 히단토인 또는 치환 히단토인, 우라실, 티오설페이트, 아민들 및 이들 중 하나 이상의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 착화제는 히단토인 또는 치환 히단토인인 방법.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 착화제의 농도는 약 40과 약 80 g/l 사이인 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 태양 전지의 전방 측부 상의 금속을 포함하는 상기 패턴은 그 위에 인쇄된 전류 집전 라인들 및 버스바아들을 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 금속을 포함하는 패턴은 인쇄된 은 페이스트를 포함하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 석영 할로겐 램프들, 백열 램프들 및 수은 램프들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 광기전 전지를 상기 무전해 도금 조성물과 접촉시키는 단계는 상기 무전해 도금 조성물 내에 상기 광기전 전지를 침지시키는 단계를 포함하는 방법.
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