Технология получения металлических нанослоев химическим способом на серебряных электрических контактах кремниевых солнечных элементов
Владельцы патента RU 2443037:
Негосударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский новый университет" (НОУ ВПО "РосНОУ") (RU)
Лаптев Виктор Иванович (RU)
Демичева Ольга Валентиновна (RU)
Изобретение относится к нанесению металлических нанослоев химическим способом, в частности на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов. Сущность изобретения: способ нанесения металлических нанослоев химическим способом заключается в применении технологии химического осаждения металлов, в частности меди (Cu), со скоростью 1 мкм/мин при температуре раствора от 50 до 60°С. В качестве исходного медьсодержащего реактива для нанесения металлических нанослоев на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов использованы неорганические соли меди. Технический результат изобретения - уплотнение фронтального электрического контакта солнечного элемента осаждением металла, в частности меди, с хорошей электрической проводимостью, чтобы его повышенное электрическое сопротивление было компенсировано или улучшено. Использование изобретения позволяет повысить эффективность работы солнечного элемента при преобразовании излучения высокой плотности и уменьшить себестоимость его изготовления. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к нанесению металлических нанослоев химическим способом, в частности на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является изобретение, относящееся к способу нанесения покрытия химическим путем для нанесения покрытия на изделие, пригодному для формирования проводящей пленки на торцах металла или полупроводников (RU 2225460).
Недостатком этого изобретения является отсутствие возможности селективного осаждения металла из химического раствора на конкретное металлическое изделие.
Предлагаемый способ нанесения металлических нанослоев химическим способом заключается в применения технологии химического осаждения металлов, в частности меди (Cu), со скоростью 1 мкм/мин при температуре раствора от 50 до 60°C.
В качестве исходного медьсодержащего реактива для нанесения металлических нанослоев на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов использованы неорганические соли меди.
В качестве объекта изобретения использован солнечный элемент на основе кристаллического кремния Si<P>/SiNx (70 nm)/Si<B> с алюминиевым контактом на тыльной стороне пластины и фронтальным серебряным контактом. На фиг.1 показано положение искомого серебряного контакта на фронтальной поверхности кремниевой пластины.
На облучаемой стороне кремниевой пластины имеется фронтальный электрический контакт из серебра в виде решетки, который изготовляется пористым из-за технических и экономических требований. Ширина отдельных полосок составляет 120 мкм, высота 30 мкм.
Эффективность солнечного элемента можно повысить, если уменьшить ширину контактной полоски до 50 мкм и увеличить ее электропроводность за счет заполнения пор серебра и увеличения толщины за счет дешевого металла. Таким образом возникает потребность в улучшении фронтальных контактов в действующих промышленных стандартных технологиях изготовления солнечных элементов.
Согласно существующей технологии изготовление серебряного контакта производится путем нанесения серебряной пасты на поверхность кремниевой пластины продавливанием через металлическую маску. Высота контактной полоски составляет 30 мкм, ширина 120-140 мкм. Далее паста сушится горячим воздухом в течение 1 мин. Затем пластина поступает на ленточный конвейер печи отжига.
Вжигание пасты в антирефлексионный слой SiN ARC производится при температурах 840-980°C. В это же время происходит сжигание органических компонентов исходной пасты и формирование пористой структуры серебряной полоски (фиг.2, 3). Осаждение меди на серебро должно происходить после стадии отжига.
Технический результат изобретения - уплотнение фронтального электрического контакта солнечного элемента осаждением металла, в частности меди (Cu), с хорошей электрической проводимостью, чтобы его повышенное электрическое сопротивление было компенсировано или улучшено.
Предлагается заполнять поры серебряного электрического контакта частицами металла и наращивать на его поверхности слой плотного металла толщиной до 5 мкм.
Способ нанесения металлических нанослоев на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов химическим путем согласно изобретению может производиться следующим образом:
(1) промышленный солнечный элемент, состоящий из поликристаллической пластины толщиной более 100 мкм, погружается в стеклянную кювету объемом 1 литр в растворы неорганических солей меди при температуре 60°C;
(2) в качестве химических растворов используются следующие неорганические соли меди:
- сульфат меди CuSO4 5H2O марки ХЧ;
- нитрат меди Cu(NO3)2 5H2O марки ХЧ;
- хлорид меди CuCl2 5H2O марки ХЧ;
(3) покрытие серебряного электрического контакта медью в растворе нитрата меди появляется через 1 минуту после погружения в него промышленного солнечного элемента. Толщина покрытия зависит от концентрации раствора. Наиболее яркие по цвету покрытия получаются с концентрацией соли 2.0 г соли Cu/100 ml H2O.
(4) осаждение металла (Cu) происходит только на серебряные контактные полоски, при этом исключается осаждение металла на поверхность антиотражательного слоя кремниевой пластины, ее оборотной стороны и кантах (фиг.4).
Использование данной технологии позволяет обеспечить внедрение наночастиц металла (Cu) в микропоры фронтального электрического серебряного контакта кремниевых солнечных элементов, что в свою очередь позволяет уменьшить электрическое сопротивление фронтального контакта на серийных солнечных элементах.
Кроме того, применение данной технологии обеспечивает следующие характеристики:
- высокую стабильность растворов по химическому составу, простоту их дозирования и коррекции концентраций, низкие технологические затраты на обслуживание ванн осаждения;
- отсутствие увеличения ширины контактной полоски свыше 50%;
- отсутствие снижения контактного сопротивления и адгезии контакта;
- отсутствие вредных для здоровья человека цианидных растворов и органических растворителей.
Применение дешевых реактивов для осаждения металла, дающих возможность для снижения себестоимости выпускаемых промышленных солнечных элементов, отвечает следующим условиям:
- температура осаждения металла не превышает 50-60°C;
- скорость осаждения металла составляет 1 мкм/мин;
- осаждение может производиться из водных растворов
Научно-технический аспект разрабатываемого метода заключается в минимальном воздействии рабочих растворов на окружающую среду и их совместимости с существующей технологией изготовления промышленных солнечных элементов.
1. Способ нанесения металлических нанослоев химическим способом, отличающийся тем, что для осаждения металла на поверхность серебряного контакта промышленного солнечного элемента в качестве химических растворов используются неорганические соли меди.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температурный режим осаждения металла (меди) из химического раствора неорганических солей меди находится в пределах от 50 до 60°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость осаждения металла (меди) из химического раствора неорганических солей меди составляет 1 мкм/мин.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение металла (меди) из химического раствора неорганических солей меди происходит только на серебряные контактные полоски промышленного солнечного элемента, при этом исключается осаждение металла на поверхность антиотражательного слоя кремниевой пластины, ее оборотной стороны и кантах.
