TWI807907B - 電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，包含下述步驟。進行一加熱步驟，其係加熱一基板以形成一第一試片。進行一第一濺鍍步驟，其係於第一試片上濺鍍一鋁摻雜氧化鋅層，以形成一第二試片。進行一第二濺鍍步驟，其係於第二試片上濺鍍一晶種層，以形成一鋁摻雜氧化鋅電極。進行一電鍍步驟，其係將鋁摻雜氧化鋅電極浸泡於一含銅電鍍液，使鋁摻雜氧化鋅電極之表面上形成一電鍍銅層。藉此，本發明透過加熱基板可提升鋁摻雜氧化鋅層與晶種層的附著力，並可降低製造成本。

Description

電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法

本發明是有關於一種電鍍銅析鍍於電極的方法，特別是關於一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法。

目前，矽晶太陽能電池中的鈍化發射極和背面電池技術(Passivated Emitter and Rear Cell, PERC)已被快速推廣，因此N型電池開始受到太陽能產業越來越多關注和認可，而在各類N型電池中，矽異質接合太陽能電池(Silicon Heterojunction Solar Cell, SHJ Solar Cell)由於轉換效率高，故企業投入SHJ產業的意願越來越強。

然而，在矽晶太陽能電池中，金屬接觸的形成會影響元件效率和長期可靠性，因此金屬化製程對太陽能電池的效率有直接的影響，其中，SHJ的技術係利用低溫網印銀膏，其具有低電阻、操作簡易、適合大量生產等特性，已廣泛使用於商用太陽能電池的金屬接觸形式上，但網印銀膏仍有數個缺點，包含因需要較大的指狀電極(finger)寬度而造成了明顯的遮蔽損失，同時在射極上必須有合理地重摻雜(減少接觸電阻)和使用昂貴的銀漿等。

為了能確保太陽能電池發電的長期競爭力，具有優越的電性能以及較低的生產成本對於矽晶太陽能電池的發展至關重要，因此在降低製造成本的考量下，需降低銀漿的消耗量或者以更具成本效益的材料來取代銀漿。然而，銅金屬具有低成本以及電導率高的優勢，故使用電鍍銅取代銀進行金屬接觸，可以降低矽晶太陽能電池的成本。

目前，有關利用電鍍銅來進行SHJ電池金屬化的研究皆是將電鍍銅析鍍於以錫銦氧化物(Indium Tin Oxide, ITO)為基礎的透明電極上，但In ₂O ₃具有提煉和製作成本高以及銦礦相對稀少的缺點，故找到ITO的替代物將有利於SHJ太陽能電池生產成本的降低。

有鑑於此，如何製備出低成本且電效能高的矽晶太陽能電池，遂成為相關業者努力的目標。

本發明之一目的是提供一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其係透過加熱處理，有助於提高電鍍層與電極之間的附著力。

本發明之一實施方式提供一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，包含進行一加熱步驟、進行一第一濺鍍步驟、進行一第二濺鍍步驟以及進行一電鍍步驟。加熱步驟係加熱一基板以形成一第一試片，第一濺鍍步驟係於第一試片上濺鍍一鋁摻雜氧化鋅層，以形成一第二試片。第二濺鍍步驟係於第二試片上濺鍍一晶種層，以形成一鋁摻雜氧化鋅電極。電鍍步驟係將鋁摻雜氧化鋅電極浸泡於一含銅電鍍液，使鋁摻雜氧化鋅電極之表面上形成一電鍍銅層。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中基板可為矽基板。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中鋁摻雜氧化鋅層的厚度可為60 nm至65 nm。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中晶種層的厚度可為150 nm至200 nm。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中晶種層可為銅晶種層。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中加熱步驟的溫度可為100 ^oC至200 ^oC。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中電鍍銅層的厚度可為大於或等於10 μm。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中含銅電鍍液的pH值可為1.5至2.5。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中含銅電鍍液可為硫酸銅電鍍液。

依據前述實施方式之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中含銅電鍍液可更包含聚乙二醇。

藉此，本發明之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法係藉由不同的基板加熱溫度，有助於提升鋁摻雜氧化鋅層與晶種層的附著力，且使用電鍍銅以及鋁摻雜氧化鋅可降低太陽能電池的製造成本。

下述將更詳細討論本發明各實施方式。然而，此實施方式可為各種發明概念的應用，可被具體實行在各種不同的特定範圍內。特定的實施方式是僅以說明為目的，且不受限於揭露的範圍。

請參閱第1圖，其係繪示本發明之一實施方式之一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法100的步驟流程圖。第1圖中，電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法100包含步驟110、步驟120、步驟130以及步驟140。

步驟110為進行一加熱步驟，其係加熱一基板以形成一第一試片，其中基板可為矽基板，且加熱步驟的溫度可為100 ^oC至200 ^oC。

步驟120為進行一第一濺鍍步驟，其係於第一試片上濺鍍一鋁摻雜氧化鋅層，以形成一第二試片。詳細來說，鋁摻雜氧化鋅(AZO)是以氧化鋅為基底，而氧化鋅是具有能隙為3.37 eV的n型半導體，其與先前技術中常用的ITO相比具有高熱穩定性、價格低廉、礦產豐富、相對無毒性及可見光範圍高透明度等優勢，故具有作為透明導電氧化物(Transparent Conducting Oxide, TCO)材料的潛力。

另外，摻雜(doping)是提高TCO材料導電性的手段，陽離子摻雜劑如Al ³⁺、Ga ³⁺、In ³⁺、Sc ³⁺、Si ⁴⁺和Cu ²⁺，而陰離子摻雜劑如F ^-、Cl ^-等，都已成功摻入ZnO薄膜中，且由光學角度而言，AZO型太陽能電池的電流密度優於ITO型太陽能電池，故本發明利用鋁摻雜氧化鋅來代替ITO做為電極，以降低太陽能電池的製造成本。

步驟130為進行一第二濺鍍步驟，其係於第二試片上濺鍍一晶種層，以形成一鋁摻雜氧化鋅電極(Si/S-AZO/S-Cu)，其中晶種層可為銅晶種層。詳細來說，由於AZO不耐酸鹼，故加入晶種層可保護鍍有AZO的試片之後在進行電鍍製程時不會遭受腐蝕，以提高膜面的附著力，而選用銅的目的在於其相容性較高。

步驟140為進行一電鍍步驟，其係將鋁摻雜氧化鋅電極浸泡於一含銅電鍍液，使鋁摻雜氧化鋅電極之表面上形成一電鍍銅層，其中含銅電鍍液可為硫酸銅電鍍液，且pH值可為1.5至2.5。另外，含銅電鍍液可更包含聚乙二醇(PEG)，以排除電鍍時的氫氣。

具體地，在鋁摻雜氧化鋅電極中，鋁摻雜氧化鋅層的厚度可為60 nm至65 nm，銅晶種層的厚度可為150 nm至200 nm，而電鍍於鋁摻雜氧化鋅電極之電鍍銅層的厚度則可為大於或等於10 μm。

茲以下列具體實施例進一步示範說明本發明，用以有利於本發明所屬技術領域通常知識者，可在不需過度解讀的情形下完整利用並實踐本發明，而不應將這些實施例視為對本發明範圍的限制，但用於說明如何實施本發明的材料及方法。

＜濺鍍製程＞

首先，將矽基板浸泡於丙酮中以去除矽基板表面的高分子雜質，之後再浸泡於硫酸與過氧化氫1:1比例調製的食人魚洗液中以去除有機物，最後浸泡於10%氫氟酸溶液以去除矽基板表面的SiO ₂，並將矽基板乾燥後放置於高真空腔體進行濺鍍製程。

接著，以不同加熱溫度加熱矽基板，並於矽基板上濺鍍鋁摻雜氧化鋅層(S-AZO)，再於鋁摻雜氧化鋅層上濺鍍銅晶種層(S-Cu)，以形成實施例1、實施例2以及比較例1之鋁摻雜氧化鋅電極(Si/S-AZO/S-Cu)，其中濺鍍厚度設定在鋁摻雜氧化鋅層為65 nm，銅晶種層為200 nm。關於實施例1、實施例2以及比較例1的矽基板加熱溫度如下表一所示。

表一
	實施例1	實施例2	比較例1
加熱溫度	100 oC	200 oC	0 oC

＜電鍍製程＞

首先，將濺鍍完成之實施例1、實施例2以及比較例1的鋁摻雜氧化鋅電極裁切至0.5 cm×4 cm的大小後，以丙酮超聲波震盪清洗，並用風槍吹乾，其中0.5 cm×4 cm的電極是用來進行剝離力測試以觀察膜面附著力。

接著，將實施例1、實施例2以及比較例1之鋁摻雜氧化鋅電極浸泡於硫酸銅電鍍液中進行電鍍，其中電鍍液的溫度控制在25 ^oC，pH值控制在1.5，並添加200 ppm的聚乙二醇，且設定電流為0.035 A至0.065 A，電鍍銅層的厚度為10 μm，以得到實施例3、實施例4以及比較例2之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的試片(Si/S-AZO/S-Cu/E-Cu)。

＜剝離力測試＞

將實施例3、實施例4以及比較例2之試片的一端以焊錫方式連接拉伸銅箔，並使用助焊劑減少氧化層的產生，再以夾具夾至拉伸試驗機上，而另一端則固定於載台。接著，以30 mm/min的速度進行拉伸薄膜剝離測驗，拉伸前將試片焊接處後端折斷，使拉伸端與試片端僅剩薄膜連接，並經由拉伸儀器以及程式運算，得以測試電鍍後之實施例3、實施例4以及比較例2的剝離力大小。

請參閱第2A圖、第2B圖以及第2C圖，其中第2A圖繪示比較例2於剝離角為90 ^o的拉伸測試圖，第2B圖繪示比較例2於剝離角為135 ^o的拉伸測試圖，第2C圖繪示比較例2於剝離角為180 ^o的拉伸測試圖。由第2A圖、第2B圖以及第2C圖的結果可知，比較例2的剝離力測試平均約為0.477 N/mm，而拉伸試驗最末端上升的曲線為電鍍時的邊際效應，在此不列入分析。

請參閱第3A圖、第3B圖以及第3C圖，其中第3A圖繪示實施例3於剝離角為90 ^o的拉伸測試圖，第3B圖繪示實施例3於剝離角為135 ^o的拉伸測試圖，第3C圖繪示實施例3於剝離角為180 ^o的拉伸測試圖。由第3A圖、第3B圖以及第3C圖的結果可知，實施例3的剝離力測試平均約為0.928 N/mm，比起未加熱之比較例2，其剝離力有上升的趨勢。

請參閱第4A圖、第4B圖以及第4C圖，其中第4A圖繪示實施例4於剝離角為90 ^o的拉伸測試圖，第4B圖繪示實施例4於剝離角為135 ^o的拉伸測試圖，第4C圖繪示實施例4於剝離角為180 ^o的拉伸測試圖。由第4A圖、第4B圖以及第4C圖的結果可知，實施例4的剝離力測試平均約為1.763 N/mm，其相較於實施例3以及比較例2的剝離力又更強，可說明加熱基板確實有助於提升膜面附著力。

請參閱第5A圖、第5B圖以及第5C圖，其中第5A圖繪示實施例3、實施例4以及比較例2於剝離角為90 ^o的趨勢平均分析圖，第5B圖繪示實施例3、實施例4以及比較例2於剝離角為135 ^o的趨勢平均分析圖，第5C圖繪示實施例3、實施例4以及比較例2於剝離角為180 ^o的趨勢平均分析圖，而拉伸實驗值的高點與低點在圖中以棍狀長條顯示。由第5A圖、第5B圖以及第5C圖的結果可知，在相同的剝離角測試下，加熱基板對於附著力的提升是非常有效的，比較例2的剝離力峰值數據平均約落在0.5 N/mm，而實施例4的剝離力峰值約落在1.8 N/mm，相較於未加熱的比較例2提升將近4倍的剝離力。

綜上所述，本發明之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法係透過基板的加熱處理，有助於提升鋁摻雜氧化鋅層與晶種層的附著力，且鋁摻雜氧化鋅電極與電鍍銅薄膜之間的附著力亦可提升，而以鋁摻雜氧化鋅作為電鍍銅的電極，可降低太陽能電池的效率損失以及生產製造成本，以提高太陽能電池的競爭力。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法

110,120,130,140:步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖係繪示本發明之一實施方式之一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法的步驟流程圖； 第2A圖係繪示比較例2於剝離角為90 ^o的拉伸測試圖； 第2B圖係繪示比較例2於剝離角為135 ^o的拉伸測試圖； 第2C圖係繪示比較例2於剝離角為180 ^o的拉伸測試圖； 第3A圖係繪示實施例3於剝離角為90 ^o的拉伸測試圖； 第3B圖係繪示實施例3於剝離角為135 ^o的拉伸測試圖； 第3C圖係繪示實施例3於剝離角為180 ^o的拉伸測試圖； 第4A圖係繪示實施例4於剝離角為90 ^o的拉伸測試圖； 第4B圖係繪示實施例4於剝離角為135 ^o的拉伸測試圖； 第4C圖係繪示實施例4於剝離角為180 ^o的拉伸測試圖； 第5A圖係繪示實施例3、實施例4以及比較例2於剝離角為90 ^o的趨勢平均分析圖； 第5B圖係繪示實施例3、實施例4以及比較例2於剝離角為135 ^o的趨勢平均分析圖；以及 第5C圖係繪示實施例3、實施例4以及比較例2於剝離角為180 ^o的趨勢平均分析圖。

100:電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法

110,120,130,140:步驟

Claims (8)

1. 一種電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，包含：進行一加熱步驟，其係加熱一基板以形成一第一試片，且該加熱步驟的溫度為100℃至200℃；進行一第一濺鍍步驟，其係於該第一試片上濺鍍一鋁摻雜氧化鋅層，以形成一第二試片；進行一第二濺鍍步驟，其係於該第二試片上濺鍍一晶種層，以形成一鋁摻雜氧化鋅電極，且該晶種層為銅晶種層；以及進行一電鍍步驟，其係將該鋁摻雜氧化鋅電極浸泡於一含銅電鍍液，使該鋁摻雜氧化鋅電極之表面上形成一電鍍銅層。
2. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該基板為矽基板。
3. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該鋁摻雜氧化鋅層的厚度為60nm至65nm。
4. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該晶種層的厚度為150nm至200nm。
5. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該電鍍銅層的厚度為大於或等於10μm。
6. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該含銅電鍍液的pH值為1.5至2.5。
7. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該含銅電鍍液為硫酸銅電鍍液。
8. 如請求項1所述之電鍍銅析鍍於鋁摻雜氧化鋅電極的方法，其中該含銅電鍍液更包含聚乙二醇。

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