专利名称：一种电化学沉积太阳能电池金属电极的方法
技术领域：
本发明涉及电化学沉积金属的方法，特别涉及一种在太阳能电池 的阴极表面电化学沉积金属电极的方法。
背景技术：
目前绝大多数商业化太阳能电池的导电电极生成方法是，用丝网 印刷的方法，在太阳能电池的阴极表面刷上银浆、在阳极表面刷上铝 浆，再经过高温共烧后，在该太阳能电池的阴极和阳极上同时生成导 电阴极和阳极。这种太阳能电池导电电极生成方法的优点是工艺筒单 可靠，容易在大规模生产上得到应用。但是，丝网印刷和共烧生成太阳能电池导电电极的简单工艺限制 了太阳能电池的光电转换效率的提高。为了确保丝网印刷的浆料在共 烧后能与太阳能电池的表面有较好的欧姆接触，降低太阳能电池的串联电阻，不仅必须采用较粗的金属副栅线的设计(一般大于IOO微米)， 而且还必须采用较低的发射极方块电阻的设计(一般在50欧姆每平 方)。较粗的金属副栅线的设计降低了太阳能电池的有效工作面积，而 较低的发射极方块电阻的设计降低了太阳能电池的短路电流，这是目 前商业化太阳能电池的光电转换效率偏低的主要原因。很明显，提高太阳能电池的光电转换效率的主要措施之一是提高 其发射极的方块电阻。但是，太阳能电池发射极的方块电阻提高后， 如果继续采用丝网印刷浆料和共烧的工艺，将会增加太阳能电池的接触电阻，从而降低太阳能电池的光电转换效率。因此，提高太阳能电 池发射极的方块电阻后必须解决的问题之一是降低金属导电电极和太 阳能电池之间的"l妄触电阻。解决上述问题的方法之一是釆用选择性扩散工艺。所谓的选择性 扩散工艺是指在太阳能电池的发射极的不同区域生成两种不同值的方 块电阻，即，在生成金属导电电极的区域具有较低的方块电阻，在其 它受光表面具有较高的方块电阻。这种工艺设计既能提高太阳能电池 的短路电流，又能降低金属导线和太阳能电池之间的接触电阻。因此， 选择性扩散工艺是提高太阳能电池的光电转换效率的主要措施之一 。但是，上述丝网印刷和共烧工艺很难应用在使用了选择性扩散工 艺的太阳能电池上。其主要原因是丝网印刷工艺很难把金属浆料对准 在太阳能电池发射极具有较低方块电阻的区域上。解决该对准问题的常用方法是在太阳能电池表面采用化学沉积生 成金属导电电极的方法来替换以上所述的丝网印刷的方法。埋栅太阳 能电池就是采用化学沉积金属铜的方法在太阳能电池的发射极上生成 金属导电电极的。其具体方法是，用钝化膜或减反膜覆盖具有较大方 块电阻的发射极表面，采用激光在钝化膜上开槽后，再进行深扩散， 从而降低该发射极表面开槽区域的方块电阻，最后采用化学沉积金属 的方法，在具有较低方块电阻的发射极区域生成太阳能电池的金属导 电电才及。化学沉积铜的过程是一个相当緩慢的化学过程， 一般需要近十个 小时左右的时间才能达到所需的金属导电电极的厚度。为了防止由于沉积速度太快而引起的应力和吸附问题， 一般把化学沉积金属导电电 极的速率控制在每小时2微米以下。用化学沉积金属的方法制备太阳能电池电极的方法还存在另外一 个问题，即化学沉积金属溶液的使用寿命比较短， 一般只能使用几个 批次就不能继续使用。因此化学沉积金属的方法在大规模生产上使用 时会产生大量的废水。由于排放的废水中含有一些比较难以处理的有 机物，因此使用化学沉积金属的工艺增加了太阳能电池的生产成本。不仅如此，化学沉积金属的溶液相当不稳定，很容易发生自析金 属的现象，影响正常的生产。另外，化学沉积金属的工艺条件的控制 也非常的苛刻。例如，化学沉积铜溶液的温度控制要求严格。为了减小自析铜的可能性，在化学沉积铜的时候，不仅要求空气鼓泡，还要 求过滤。为了保持溶液浓度的稳定，还要求不断地添加补充液。补充 液的添加必须非常严格地控制，太多了会造成自析铜，太少了会减小 沉积铜的速率。另外，绝大多数的化学沉积铜的操作是在高于室温下进行的，例如大于50度，这样的工艺就需要大量的能源提供，进一步加大了生产 成本。由于反应时间较长，这些能源的消耗量在生产过程中是相当可 观的。解决以上问题的方法之一是采用电镀工艺取代化学沉积金属的工 艺。相对于化学沉积金属，电镀工艺的优点是沉积金属的速度快。采 用电镀工艺后，可以把太阳能电池的导电电极的生成时间从化学沉积 金属的近十个小时的过程缩短到一个小时之内。在一般情况下，采用 电镀工艺后，制备太阳能电池的导电电极的过程可在十几分钟内完成。采用电镀工艺取代化学沉积金属的工艺的另 一个优点是，由于电 化学沉积金属比化学沉积金属的过程简单得多，因此操作范围要大得 多，特别适用于工业生产。例如，它对温度的要求不高， 一般可在室 温下操作，这样既有利于生产控制，又节约了加热所需要的成本。电 镀所用的电解液的组成也非常简单，所以在一般情况下电解液可以长 时间反复地使用。更进一步， 一般的化学沉积过程所生成的太阳能电池的导电电极 是非晶状态的，而电化学沉积的太阳能电池的金属导电电极是呈微晶 状态的，因此电化学沉积的金属导电电极具有更好的导电性能。它的 直接影响是电镀金属电极能降低太阳能电池所产生的电流在金属导电 电极上的损失，从而提高太阳能电池的转换效率。由于电镀工艺沉积金属的化学非常简单，例如，电解液的pH值和 溶液组成的变化对电镀工艺的影响不大，对溶液的管理也非常简单， 因此电镀工艺非常适用于工业化生产。更重要的是，采用电镀工艺生 成的太阳能电池的金属导电电极的生产成本非常低，对废液的处理工 序也要比化学沉积金属的废液处理简单得多。但是，要把传统的电镀工艺真正应用于大规模生产太阳能电池， 还有一定的困难。主要问题是电镀挂具和太阳能电池的接触，以及在 太阳能电池上所镀的金属的均匀性。上述电镀挂具是传统电镀操作过 程中的一个重要工具，其在电镀操作过程中的作用之一是把被电镀的 物体固定在一定的位置，或固定在一定的范围；电镀挂具的另一个作 用是把外置电源的电流传导给被电镀的物体。事实上，在金属化之前，太阳能电池的表面的电阻非常大，在通 常情况下，电镀挂具和太阳能电池表面的接触电阻很大，最终造成镀 在太阳能电池表面的金属的均匀性很差。另外，由于制备太阳能电池 的半导体材料非常脆，因此，在将太阳能电池装卸于电镀挂具的过程中，经常会发生太阳能电池的碎裂。通常解决上述由于太阳能电池与电镀挂具之间的机械接触和电接 触所造成的问题的方法是，将太阳能电池浸没在电解质内，利用太阳 能电池在光照下所产生的电能，在太阳能电池上沉积金属导电电极。 由于依靠光照后太阳能电池所产生的电能在太阳能电池的表面生成金 属导电电极，因此该方法不需要依靠传统的电镀挂具将外置电源的电 流传导给太阳能电池的需要被电镀的表面，解决了由于使用电镀挂具 所造成的各种问题。但是，这种利用太阳能电池自身产生电能的方法来实现在太阳能 电池表面沉积金属的方法也有很多缺陷。首先，为了保护太阳能电池 阳极表面上的金属，必须外加一个直流电源。该直流电源的阳极接到 位于电解质溶液内的金属上，该直流电源的阴极接到位于电解质溶液 内的太阳能电池的阳极金属上。这样的连接才能保证当在太阳能电池 的阴极上沉积金属时该太阳能电池的阳极上的金属不会被破坏。事实 上，在沉积金属时使用这样的连接方式会使得太阳能电池的阴极和阳 极同时在沉积金属，造成了生产成本的不必要的增加。这种方法的另外一个缺点是，由于太阳能电池的阴极表面所存在 的电势，是太阳能电池所产生的电势和外置电源的电势的总和，太阳 能电池阴极表面上的电势不仅取决于太阳能电池所产生的电势，还取 决于外置电源所施加在太阳能电池上的电势。因此，太阳能电池表面上所镀金属的均匀性不仅取决于光照在太阳能电池表面上的均匀性， 而且还取决于外置电源施加在太阳能电池上的电势的均匀性。例如， 只有非常良好的整个表面的接触才能够在太阳能电池阴极表面得到非 常均匀的电势。事实上，这种均匀的接触是很难在工业生产中实现的。发明内容针对以上现有技术中的各项缺陷，本发明的目的之一是提供一种 利用太阳能电池在接受光照后产生电势的特点，在太阳能电池的阴极 表面上实现电化学沉积金属的工艺。进一步，本发明的另一个目的，是提供一种能确保金属只沉积在 太阳能电池的阴极表面的电化学沉积金属的工艺。更进一步，本发明的另一个目的，是提供一种能够有效控制金属 沉积速率的在太阳能电池的阴极表面电化学沉积金属的工艺。本发明的最后一个目的，是提供一种适用于大规模生产的在太阳 能电池的阴极表面沉积金属的工艺。为了实现上述目的，本发明提出了一种电化学沉积太阳能电池金属电极的方法，其包括以下步骤将太阳能电池的含有阴极的表面与电解质溶液接触；将太阳能电池的阳极和固体金属连接；使用光源对太阳能电池的主受光表面进行光照；所述电解质溶液中的金属离子接受所述太阳能电池阴极表面产生 的电子后生成金属并沉积在所述太阳能电池的阴极表面，同时所述固体金属为所述太阳能电池的阳极提供电子后生成金属离子并溶入电解 质溶液。所述太阳能电池除了含有阴极的表面外不与所述电解质溶液接触。所述太阳能电池与所述电解质溶液接触的表面只含有阴极。所述太阳能电池与所述电解质溶液接触的表面可以同时含有阴极 和阳才及。该电解质溶液包括金属离子、酸根、水和添加剂。 该电解质溶液含有至少一种或一种以上的金属离子。 该电解质溶液含有至少 一种或 一种以上的酸根。 该电解质溶液还包括一种或一种以上的添加剂。所述主受光表面为该太阳能电池与所述电解质溶液相接触的表面 或者其未与所述电解质溶液接触的表面。在所述进行光照的步骤中，光照的光源为自然光或照明器件发出 的光。在所述进行光照的步骤中，光直接照射到太阳能电池的表面或者 透过电解质或其他介质后照射到太阳能电池的表面。所述太阳能电池的阳极和所述固体金属通过导线电连接。所述固体金属由至少 一种金属或合金组成。所述固体金属至少有一个表面接触所述电解质溶液。该方法还包括在太阳能电池的阳极和固体金属之间连接外置电源 的步骤。所述外置电源为直流电源，其中该直流电源的阴极连接该太阳能 电池的阳极，该直流电源的阳极连接该固体金属。该直流电源的输出功率不小于零。该固体金属的成分与沉积在太阳能电池阴极表面上的金属成分相同。所述太阳能电池固定在电解质溶液的上方。 所述太阳能电池在水平方向移动。在本发明的电化学沉积金属的过程中，金属离子只能沉积在太阳 能电池的阴极上，从而从根本上解决了由于金属沉积在阳极造成短路 而引起的电池效率下降的问题，同时避免了使用任何电接触损坏太阳 能电池片以及造成沉积金属不均匀的可能。本发明的另一个优点是，太阳能电池的另一表面不和电解质溶液 接触，因此不需要加一个外置电源以保护太阳能电池的另一表面的金 属。从而太阳能电池表面的电势可以从零开始变化，并能进行有效的 控制，从而控制太阳能电池阴极表面的电化学反应速率。本发明的另一个重要优点是，由于保证了光照强度的均匀，太阳 能电池的电势在整个表面是非常均匀的，从而在整个太阳能电池的阴 极表面所沉积的金属也是非常均勻的。本发明的再一个优点是能够达到自我对准的效果。该优点特别有 利于制备具有选择性扩散结构的太阳能电池。
图1为使用本发明的电化学沉积金属的方法在太阳能电池的阴极 表面进行电化学反应以沉积金属的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的具体实施例进行详细说明。图1为使用本发明的电化学沉积金属的方法在太阳能电池的阴极 表面进行电化学反应以沉积金属的示意图。如图所示，本发明的电化学沉积金属的方法使用的装置主要是电解质溶液槽10,电解质溶液20，太阳能电池30,金属导线40，金属 块50和发光器件60。本发明的电解质溶液槽10的主要作用是盛放电解质溶液20。在太 阳能电池30的主受光表面是其阴极表面的情况下，本发明的电解槽10 的另一个作用是允许发光器件60所发出的光能透射到太阳能电池30 的主受光表面。这样，本发明的电解质槽IO—般可采用透明耐腐蚀的 材料制成，如石英，玻璃，透明有机材料等。当太阳能电池的主受光面不含其阴极的情况下，即，其主受光面 与阴极表面分别为太阳能电池的两面时，发光器件应该放置在太阳能 电池的上方，使其所发出的光直接照射在太阳能电池的上表面。本发明的电解质溶液槽10内的电解质溶液20主要是由金属离子和酸根所组成，例如硫酸铜，氯化镍等。根据所沉积金属的不同要求，电解质溶液20可以仅含有一种金属离子，也可以含有多种金属离子。同样，根据不同的沉积金属的要求，电解质溶液20内可以仅含有 一种酸根，也可以含有多种酸根，如硫酸根和硝酸才艮。为了减少沉积金属的应力和提高所沉积的金属的平整度，根据不 同的电解质溶液和电化学沉积金属的工艺，也可以在电解质溶液20内 加入适当的添加剂。本发明的一个重要技术特征是，太阳能电池30只有其含有阴极的 一个表面与电解质;容液20相4妄触，而另一表面并不和电解质;容液20 接触。为了工业生产的简单性，卯％以上的商业化太阳能电池的两个表面 分别为阴极和阳极。因此本发明的方法特别适用于在这种商业化太阳 能电池上沉积金属。当本发明的方法用于上述商业化太阳能电池时， 由于其阳极在其阴极的反面并且不和电解质溶液接触，因此不一定需 要连接外置电源以保护太阳能电池阳极上的金属。如图l所示，固体金属50和太阳能电池30之间用导电线40电连 接。在一般情况下，固体金属50的主要成分与要沉积在太阳能电池30 阴极表面上的金属成分相同。固体金属50可以是单一成分的金属，也可以是由一种以上的金属 所组成的合金。该固体金属50可以被放置到电解槽10内的任何一个 位置，同时和电解质溶液20有良好的接触。当太阳能电池30的阴极是主受光面时，固体金属50所放置的位置不应影响到发光器件60所 发出的光投射到太阳能电池30的表面。图1展示了使用本发明的方法在太阳能电池的阴极表面电化学沉 积金属电极的完整的反应过程。和传统的电镀工艺不同，本发明的电化学反应可以不需要外界提 供电能，而是利用太阳能电池自身产生的电能来实现电化学反应。在图1中，发光器件60位于电解槽IO的下方。该发光器件60所 处的位置取决于太阳能电池30的结构。在太阳能电池30的阴极是该 太阳能电池的主受光面的情况下，该发光器件60所发出的光，透过透 明的电解槽10后再透过电解质溶液20,照射到太阳能电池30的下表 面即阴极表面。太阳能电池是一种将光能转换为电能的器件。当太阳能电池受到 光的照射后，在发射极，即阴极，的表面产生负电势。因此上述光照 使太阳能电池30产生负电势后释放电子。电解质溶液20中的金属离 子在负电势的驱动下向阴极移动，在太阳能电池30的阴极表面接受电 子后，生成金属原子并沉积在太阳能电池30的阴极表面。同时，在电 解质溶液20内的固体金属50，通过导电线40,在太阳能电池30的阳 极正电势的作用下，不断地失去电子生成金属离子后溶解入电解质溶 液20中，以保持电解质溶液20中的金属离子浓度的稳定。最终实现 无需外部电源供电的电化学反应过程。和需要连接外置电源的电镀过程不同，本发明的上述电化学沉积 金属的过程不需要连接外置电源，而是靠光照后太阳能电池30自身所产生的电势来实现整个电化学反应，因此上述过程中金属离子只能沉积在太阳能电池30的阴极上。这个特征在工业生产太阳能电池中有着非常重要的意义。如果连 接外置电源实现电化学反应，太阳能电池表面上没有被保护的阴极和 阳极都会沉积上金属，造成太阳能电池的短路，降低太阳能电池的光 电转换效率。而本发明的方法中，即使存在暴露的阳极表面，但由于 在太阳能电池接收到光照后，在其阳极只能接受电子而不能释放电子， 所以金属不可能沉积在太阳能电池的阳极上，从而从根本上解决了由 于阳极短路所造成的电池效率下降的问题。同时，由于太阳能电池片的厚度一般在200微米左右，任何局部 的物理接触都很容易造成碎裂，而本发明的电化学沉积金属过程可以 不需要连接外置电源，因此本发明的电化学过程可以不使用任何电接 触，从而避免了损坏太阳能电池片的可能。更进一步，由于太阳能电池的阴极表面的电阻一般比较大，如果 依靠外部电接触就会造成在太阳能电池的阴极表面的电势不均勻，最 终导致在太阳能电池的表面沉积的金属不均匀。而在本发明的电化学 反应中，只要光照强度在太阳能电池的表面是均匀的，太阳能电池所 产生的电势在其整个表面也是均匀的，即，在其表面沉积的金属是均 匀的。另一方面，在本发明的电化学反应过程中，含有太阳能电池阴极 的表面和电解质溶液接触，太阳能电池的另一表面不和电解质溶液接 触，因此不必使用外置电源保护太阳能电池的另一表面的金属。这样， 太阳能电池表面的电势可以从零开始变化，能很好地控制在太阳能电池阴极表面的电化学反应速率，电化学沉积金属的速率也可以通过改 变光照强度进行任意的变化。本发明的方法制成的太阳能电池的阴极表面所沉积的金属是非常 均匀的。这是因为太阳能电池产生的电势正比于它所接收到的光照强 度，只要在保证光照强度均匀的条件下，太阳能电池的电势在整个表 面是非常均匀的，不受阳极金属块所处的位置、形状和尺寸的影响。 均匀的电势产生了均匀的电化学反应速率，因此也就能得到均匀的金 属沉积层。池。为了减少太阳能电池的反射率，在其具有高方块电阻的表面上一 般会镀上一层降低反射率的减反膜。这层减反膜在本发明电化学沉积 金属的过程中作为掩膜，阻止太阳能电池的阴极所产生的电子与电解 质溶液中的金属离子接触。而在进行过选择性扩散的低方块电阻表面 没有该掩膜的保护，太阳能电池所产生的电子和电解质溶液内的金属 离子接触，发生电化学反应，在其表面生成金属导电电极。本发明的电化学沉积金属的过程可以是间隙的，也可以是连续的。在间隙电化学沉积金属的过程中，本发明的太阳能电池3 0被固定 在电解质溶液20的上方，其含有阴极的表面与电解质溶液20接触。 当太阳能电池30接收到发光器件60所发出的光后，电解质溶液20中 的金属离子就会在太阳能电池的阴极表面接收到电子，生成金属并沉 积在太阳能电池的阴极表面。在连续电化学沉积金属的过程中，本发明的太阳能电池3 0在水平 方向移动。移动太阳能电池30的方式可以是滚轮，或者是移动支架。例如，太阳能电池30可以被放置在一组滚轮上，其含有阴极的表面和 在其下面的电解质溶液20接触，当这组滚^^向某一方向转动时，太阳 能电池30就在这组滚轮上沿着该方向移动，实现连续电化学沉积金属 的过程。以下为使用本发明的方法的几个具体实施例。 一、第一实施例 第一步为制作传统太阳能电池P型硅片在经过制绒，扩散，边缘刻蚀，N型表面氮化硅镀膜，P 型表面丝网印刷铝浆，N型表面丝网印刷银浆，经烧结后测得该太阳 能电池的光电转换效率为16.57%，其中它的开路电压，电流密度，串 联电阻，并联电阻和填充因子分别为625mV; 35.3mA/cm2; 0.0075Q; 13.11Q; 75.1%。第二步为配制电解质溶液铜电解质溶液的配制把200克硫酸铜，120克辟u酸，4.5毫升光 亮剂VF100,均匀地溶入l升的水中。锡电解质溶液的配制将50克硫酸亚锡，60克硫酸，48克酚磺 酸，2.4克甲酚均匀地溶入1升的水中。第三步为电化学沉积金属把太阳能电池的阴极表面和上述铜电解质溶液接触，太阳能电池 的阳极和在铜电解质溶液内的固体铜连接。发光器件》文置在透明的电解质溶液槽的下部。在太阳能电池受到光照十五分钟后，测得沉积在 太阳能电池的阴极导电电极上的铜层厚度约为10微米。然后再把经上述步骤得到的太阳能电池的阴极和上述锡电解质溶 液接触，太阳能电池的阳极和在锡电解质溶液内的固体锡连接。发光 器件放置在透明的电解质溶液槽的下部。在太阳能电池受到光照 一分 钟后，测得沉积在太阳能电池的阴极导电电极上的锡层厚度约为0.01微米。同时测得该太阳能电池的光电转换效率被提高到16.94%，其中 它的开路电压为626mV,电流密度为35.2mA/cm2,串联电阻为 0.0045a并联电阻为49.41Q,填充因子为76.9%。二、第二实施例第一步为制作埋栅电池P型硅片在经过制绒，浅扩散，边缘刻蚀，氧化，在N型表面用 激光刻埋栅槽，在埋栅槽内深扩散，在P型表面溅射铝，然后铝烧结， 在埋栅槽内进行化学镀镍，再进行镍烧结后形成镍硅合金。第二步为配制电解质溶液镍电解质溶液的配制将150克硫酸镍，8克氯化钠，30克硼酸， 40克无水硫酸钠，均匀地溶入1升的水中。铜电解质溶液的配制把200克硫酸铜，120克硫酸，4.5毫升光 亮剂VF100,均匀地溶入1升的水中。铜锌合金电解质溶液的配制把75克氰化亚铜，9克氰化锌，55 克氰化钠，IO克碳酸钠，4克氟化钠，均匀地溶入l升的水中。第三步为电化学沉积埋栅电池阴极金属把该太阳能电池的阴极表面和上述镍电解质溶液接触，太阳能电 池的阳极和在镍电解质溶液内的固体镍连接。发光器件放置在透明的 电解质溶液槽的下部。在太阳能电池受到光照五分钟后，测得沉积在太阳能电池的埋栅槽内的镍层厚度约为0.1微米。再把经过上述步骤的太阳能电池的阴极表面和上述铜电解质溶液 接触，该太阳能电池的阳极和在铜电解质溶液内的固体铜连接。发光 器件放置在透明的电解质溶液槽的下部。在太阳能电池受到光照二十分钟后，测得沉积在太阳能电池的埋栅槽内的铜层厚度约为15微米。然后再把经过上述步骤的太阳能电池的阴极表面和上述铜锌合金 电解质溶液接触，该太阳能电池的阳极和在铜锌合金电解质溶液内的 固体铜锌合金连接。发光器件放置在透明的电解质溶液槽的下部。在 太阳能电池受到光照二分钟后，测得沉积在太阳能电池的埋栅槽内的 铜锌合金层厚度约为0.01微米。同时测得该太阳能电池的光电转换效 率为17.53%,其中它的开路电压为620mV,电流密度为35.7mA/cm2， 串联电阻为0.0040Q,并联电阻为〉1000,填充因子为79.2%。三、第三实施例第一步为制作全背面导电电极太阳能电池在N型硅片上制绒，N型扩散，氧化，采用光刻胶作为掩膜把P 型电极接触区打开，P型深扩，采用光刻胶作为掩膜把N型电极接触 区打开，在电极接触区进行化学镀镍，再进行镍烧结后形成镍硅合金。第二步为配制电解质溶液镍电解质溶液的配制将150克硫酸镍，8克氯化钠，30克硼酸， 40克无水石克酸钠，均匀地溶入1升的水中。铜电解质溶液的配制把200克硫酸铜，120克硫酸，4.5毫升光 亮剂VFIOO，均勾地溶入1升的水中。铜锡电解质溶液把20克氰化亚铜，30克锡酸钠，20克氰化钠， IO克氢氧化钠，均匀地溶入l升的水中。第三步为电化学沉积全背面导电电极太阳能电池电极把该太阳能电池的导电电极表面和上述镍电解质溶液接触，该太 阳能电池的阳极和一个外置电源的阴极相联接，该外置电源的阳极和 在镍电解质溶液内的固体镍连接。发光器件放置在太阳能电池的上部。 把外置电源的输出电流控制在1安培，在太阳能电池受到光照五分钟 后，测得沉积在太阳能电池的阴极表面的镍层厚度约为O.l微米，测得 沉积在太阳能电池的阳极表面的镍层厚度约为0.08微米。再把经过上述步骤的该太阳能电池的导电电极表面和上述铜电解 质溶液接触，太阳能电池的阳极和一个外置电源的阴极相联接，该外 置电源的阳极和在铜电解质溶液内的固体铜连接。发光器件放置在太 阳能电池的上部。把外置电源的输出电流控制在1.5安培，在太阳能电 池受到光照二十分钟后，测得沉积在太阳能电池的阴极表面的铜层厚 度约为15微米，测得沉积在太阳能电池的阳极表面的铜层厚度约为12 微米。然后再把经过上述步骤的该太阳能电池的导电电极表面和上述铜 锡电解质溶液接触，该太阳能电池的阳极和一个外置电源的阴极相连 接，该外置电源的阳极和在铜锡电解质溶液内的固体铜和固体锡连接。发光器件放置在太阳能电池的上部。把外置电源的输出电流控制在0.5 安培，在太阳能电池受到光照二分钟后，测得沉积在太阳能电池的阴 极表面的铜锡层厚度约为0.01微米，测得沉积在太阳能电池的阳极表面的铜锡层厚度约为0.008微米。同时测得该太阳能电池的光电转换效 率为18.02%，其中它的开路电压为620mV，电流密度为36.9mA/cm2， 串联电阻为0.0051Q，并联电阻为MOOQ,填充因子为78.8%。本发明特别适用于阴极和阳极分别在二个不同表面的太阳能电池。例如，大多数商业化的太阳能电池的阴极和阳极分别在二个不同 的表面。商业化太阳能电池的主受光面是它的阴极表面，为了减小电 极的遮光面积，该太阳能电池的阴极金属导电电极是由许多栅线所组 成。这种商业化太阳能电池的阳极在其另外一个表面。本发明在应用 于这种结构的太阳能电池时，把其阴极表面和电解质溶液接触，把其 阳极表面连接固体金属并且不和电解质溶液接触。这种电化学反应的 过程，很容易实现连续生产。本发明也同时适用于阴极和阳极在同 一表面的太阳能电池。为了消除导电电极的遮光面积，提高太阳能电池的光电转换效率， 可以把太阳能电池的阴极和阳极都放在太阳能电池的主受光表面的反 面。本发明在用于这种结构的太阳能电池时，把该太阳能电池的含有 阴极和阳极的一面和电解质溶液接触。在该太阳能电池的阳极和固体 金属之间连接一个外置电源，并且把发光器件放置于太阳能电池的上 方。当发光器件发出光并且外置电源进行供电时，太阳能电池的阴极 和阳极同时发生电化学沉积金属的反应，即阴极和阳极的金属导电电极同时生成。通过调节发光器件的发光强度和外置电源的供电强度， 可以调节在阴极和阳极的沉积金属的速率。本发明不局限于上述特定实施例子，在不背离本发明精神及其实 质情况下，熟悉本领域技术人员可根据本发明作出各种相应改变和变 形，但这些相应改变和变形都应属于本发明所附权利要求保护范围之 内。
权利要求
1、一种电化学沉积太阳能电池金属电极的方法，其特征在于，包括以下步骤将太阳能电池(30)的含有阴极的表面与电解质溶液(20)接触；将太阳能电池(30)的阳极和固体金属(50)连接；使用光源(60)对太阳能电池(30)的主受光表面进行光照；所述电解质溶液(20)中的金属离子接受所述太阳能电池(30)阴极表面产生的电子后生成金属并沉积在所述太阳能电池(30)的阴极表面，同时所述固体金属(50)为所述太阳能电池的阳极提供电子后生成金属离子并溶入电解质溶液(20)。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池(30) 除了含有阴极的表面外不与所述电解质溶液(20)接触。
3、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池(30) 与所述电解质溶液(20)接触的表面只含有阴极。
4、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池(30) 与所述电解质溶液(20)接触的表面同时含有阴极和阳极。
5、 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该电解质溶液 (20)包括金属离子、酸根、水和添加剂。
6、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该电解质溶液(20) 含有至少一种或一种以上的金属离子。
7、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该电解质溶液(20) 含有至少一种或一种以上的酸根。
8、 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该电解质溶液(20) 还包括一种或 一种以上的添加剂。
9、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主受光表面为 该太阳能电池(30)与所述电解质溶液(20)相接触的表面。
10、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主受光表面 为该太阳能电池(30)未与所述电解质溶液(20)接触的表面。
11、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述进行光照 的步骤中，光照的光源(60)为自然光或照明器件发出的光。
12、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述进行光照 的步骤中，光直接照射到太阳能电池(30)的表面。
13、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述进行光照 的步骤中，光透过电解质或其他介质后照射到太阳能电池(30)的表 面。
14、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池 (30)的阳极和所述固体金属(50)通过导线(40)电连接。
15、 根据权利要求1或14所述的方法，其特征在于，所述固体金 属(50)由至少一种金属组成。
16、 根据权利要求1或14所述的方法，其特征在于，所述固体金 属(50)至少有一个表面接触所述电解质溶液(20)。
17、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在 太阳能电池(30)的阳极和固体金属(50)之间连接外置电源的步骤。
18、 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述外置电源为 直流电源，该直流电源的阴极连接所述太阳能电池(30)的阳极，该 直流电源的阳极连接所述固体金属(50)。
19、 根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该直流电源的输 出功率不小于零。
20、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该固体金属(50) 的成分与沉积在太阳能电池(30)阴极表面上的金属成分相同。
21、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池 (30)固定在电解质溶液(20)的上方。
22、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池 (30)在水平方向移动。
全文摘要
一种电化学沉积太阳能电池金属电极的方法，其包括以下步骤将太阳能电池的含有阴极的表面与电解质溶液接触；将太阳能电池的阳极和固体金属连接；对太阳能电池的主受光表面进行光照；所述电解质溶液中的金属离子接受所述太阳能电池阴极表面产生的电子后生成金属并沉积在所述太阳能电池的阴极表面，同时所述固体金属为所述太阳能电池的阳极提供电子后生成金属离子并溶入电解质溶液。该方法解决了由于金属沉积在阳极造成短路而引起的电池效率下降的问题，同时避免了使用任何电镀挂具损坏太阳能电池片以及造成沉积金属不均匀的可能，并且能有效控制电化学反应速率，保证所沉积的金属的均匀性，特别有利于制备具有选择性扩散结构的太阳能电池。
文档编号H01L31/18GK101257059SQ20071018826
公开日2008年9月3日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者季静佳, 斯图亚特·威耐姆, 施正荣, 陈丽萍 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司