一种水平电化学沉积金属的方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关电化学沉积金属的方法，特别是涉及在薄片基板上实施间隙或者连续水平电化学沉积金属的方法。本发明的电化学沉积金属的方法具有应用领域广泛以及适用于大规模生产的特点。
【背景技术】
[0002]目前，应用最广泛的晶体硅太阳能电池的金属电极的生成方法是，采用丝网印刷技术，把金属浆料，例如银浆和铝浆等，分别印刷在晶体硅太阳能电池的负极和正极表面。这些金属浆料经过高温烧结后，形成晶体硅太阳能电池的金属电极。该方法的优点是工艺简单，便于大规模生产。
[0003]随着晶体硅原材料的成本和价格的大幅度降低，银浆在生产晶体硅太阳能电池中的成本比例不断地上升。特别是，由于银粉价格的上升，使得银浆在整个生产晶体硅太阳能电池的成本中高于15%。因此，采用价格低廉的金属替代部分甚至全部银浆，在降低晶体硅太阳能电池的目标中有着显著的意义。
[0004]金属铜是替换昂贵银浆的方法之一。但是在高温下，扩散到晶体硅中得金属铜会明显降低晶体硅的少子寿命。因此，金属铜只能在低温下沉积到晶体硅太阳能电池上，从而生成晶体硅太阳能电池的电极。
[0005]基于以上的温度限制，采用金属铜替代银浆的一种方法是，首先在晶体硅太阳能电池负极上丝网印刷一层少量的银浆，在高温烧结后，使银浆与晶体硅太阳能电池的负极形成欧姆接触，即生成晶体硅太阳能电池的金属电极，然后在该银浆上再电化学沉积金属铜，满足收集和传输晶体硅太阳能电池所产生的电能的要求。
[0006]另外一种采用金属铜替换银浆的方法是在晶体硅太阳能电池上直接电化学沉积各种金属，例如镍铜银叠层，最终生成晶体硅太阳能电池的金属电极。
[0007]相比于丝网印刷银浆技术，电化学沉积金属是一个工艺简单，生产成本低的生成晶体硅太阳能电池金属电极的方法。因此，利用电化学的方法在晶体硅太阳能电池上沉积金属是目前相当活跃的一个技术研发领域。
[0008]专利CN101257059A公开了利用晶体硅太阳能电池受到光照后所产生的电位差，在晶体硅太阳能电池的负极表面实施电化学沉积金属的方法，即光诱导电化学沉积金属的方法。由于该方法缺乏可靠的晶体硅太阳能电池的正极电子接触技术，该方法只能在实验室得到应用。
[0009]专利CN102083717A公开了一种在晶体硅太阳能电池的正极电子接触方法，使电化学沉积金属在大规模生产晶体硅太阳能电池过程中得到应用。但是，该方法存在二个缺点。一是晶体硅太阳能电池的负极表面，在上金属弹簧滚轮的作用下，与下滚轮不断地摩擦，不仅损伤了晶体硅太阳能电池的负极表面，而且对由电化学沉积金属的方法所沉积的金属电极也造成一定程度的破坏。另一个缺点是该方法有其应用的局限性，该方法仅限于在有丝网印刷铝背场的晶体硅太阳能电池上应用。
[0010]为了提高光电转换效率，晶体硅太阳能电池的背钝化技术将会逐渐取代传统的晶体硅太阳能电池的铝背场技术。在采用背钝化技术后，晶体硅太阳能电池的正极也可以使用电化学沉积金属的方法生成晶体硅太阳能电池的电极。但是以上所公开二种电化学沉积金属的方法只能在晶体硅太阳能电池的负极上实施电化学沉积金属。这样，如果晶体硅太阳能电池的负极和正极的电极都需要采用电化学沉积金属的方法生成电极，就必须对其负极和正极分别实施电化学沉积金属的过程，不利于大规模生产。
【发明内容】
[0011]针对以上现有技术的缺陷，本发明提供了一种对薄片基板实施水平电化学沉积金属的方法。
[0012]本发明的目的之一是寻求一种采用电化学沉积金属在晶体硅太阳能电池上生成金属电极的方法，该方法在电化学沉积金属的过程中，晶体硅太阳能电池的负极表面不接触任何固体，避免晶体硅太阳能电池的负极表面以及金属在被沉积后受到由于固体之间的摩擦而造成的损伤。
[0013]本发明的另一个目的是寻求一种采用电化学沉积金属在晶体硅太阳能电池上生成金属电极的方法，该方法可以同时对晶体硅太阳能电池的负极表面和正极表面实施电化学沉积金属的过程，简化双面晶体硅太阳能电池的金属电极生成工艺。
[0014]本发明的进一步目的是寻求一种采用电化学沉积金属在晶体硅太阳能电池上生成金属电极的方法，该方法具有广泛的适用性和实用性，即，该方法既可以单独在太阳能电池的P电极上电镀，也能单独在太阳能电池的η型电极上电镀，或者在太阳能电池的P型电极和η型电极上同时实施电锻。
[0015]本发明的最后一个目的是除了寻求一种采用电化学沉积金属在晶体硅太阳能电池上生成金属电极的方法外，进一步寻求适用性更广泛的在其它薄片基板上的电化学沉积金属的方法，扩大本发明的应用范围。
[0016]为了实现上述目的，本发明公开了一种在薄片基板上实施电化学沉积金属的方法。本发明所公开的在薄片基板上实施电化学沉积金属的方法是把电化学沉积金属工艺中的上金属阳极置于电化学沉积金属工艺中的电解质溶液液位上方，或者其它地方，电化学沉积金属工艺中电解质溶液在通过上金属阳极后自上而下流到薄片基板的上表面。上金属阳极在正电势的作用下发生氧化反应，失去电子生成金属离子后随电解质溶液流下到薄片基板的上表面。电解质溶液中的金属离子在薄片基板上的阴极表面获得电子，生成固体金属并沉积在薄片基板的阴极表面。
[0017]本发明的优点之一是，在上金属阳极上发生氧化反应所生成的金属离子，被流过的电解质溶液及时地传输到阴极表面，提高了该电化学沉积金属过程中的氧化还原反应的有效性。同样，在本发明的电化学沉积金属方法中，阴极表面不断的被自上而下的电解质溶液冲刷，可以使金属离子的浓度在该阴极表面的任何一点始终保持均匀，从而提高了沉积金属的均匀性。进一步，阴极表面不断的被自上而下的电解质溶液冲刷的过程还能够避免任何可能生成的气体积累在阴极表面。
[0018]本发明的另一个优点是在实施本发明的电化学沉积金属的过程中，薄片基板的上表面可以不与任何固体接触。当本发明的电化学沉积金属方法应用在晶体硅太阳能电池负极(η型表面)表面沉积金属时，即薄片基板是晶体硅太阳能电池的情况下，本发明的这个优点显得更为突出。例如，目前大多数晶体硅太阳能电池的主受光面是负极，负极主受光面的质量直接关系到该晶体硅太阳能电池的光电转换效率。由于本发明的电化学沉积金属方法使晶体硅太阳能电池的负极表面不与任何固体接触，有效地避免了晶体硅太阳能电池的负极表面被受到损坏的可能。
[0019]晶体硅太阳能电池在光照下会产生电能，当本发明的电化学沉积金属方法应用在晶体硅太阳能电池表面沉积金属时，可以采用光诱导电化学沉积金属的方法。在采用光诱导电化学沉积金属的方法的时候，本发明的电化学沉积金属方法在晶体硅太阳能电池负极上方的电解质溶液的液体厚度很小，减小了电解质溶液对光的吸收，在实施本发明的电化学沉积金属方法的时候，可以最大限度的利用光照能量。
[0020]本发明的另一个优点是本发明的电化学沉积金属方法在实际应用中可以非常灵活的被使用。例如，可以使用传统的外置电源的方法实施本发明的电化学沉积金属方法。也可以使用光诱导电化学沉积金属的方法实施本发明的电化学沉积金属方法。更进一步，传统的外置电源的方法和光诱导电化学沉积金属方法可以同时被一起使用来实施本发明的电化学沉积金属方法。
[0021]本发明的电化学沉积金属方法在实际应用中可以被非常灵活的使用的另一个特征是，在保证电化学沉积金属工艺中的电路是闭路的条件下，金属阳极的位置可以有更多的选择。例如，可以使金属阳极不直接面对电化学沉积金属的负极表面。
[0022]在薄片基板是晶体硅太阳能电池的情况下，本发明的电化学沉积金属方法既可以在晶体硅太阳能电池的负极表面实施本发明的电化学沉积金属方法，也可以在晶体硅太阳能电池的正极上实施本发明的电化学沉积金属方法，更可以同时在晶体硅太阳能电池的负极和正极上实施本发明的电化学沉积金属方法。因此，本发明的其中一个重要优点是，本发明的电化学沉积金属的方法使得在太阳能电池的正极和负极上同时实施电化学沉积金属成为现实。
[0023]本发明的电化学沉积金属方法，非常适用于具有水平前进式结构的设备。水平前进式设备使得上料和下料步骤变得十分的简单，更有利于实现整个生产线的自动