KR102245585B1 - 태양 전지 내의 금속 구조물의 형성 - Google Patents

태양 전지 내의 금속 구조물의 형성 Download PDF

Info

Publication number
KR102245585B1
KR102245585B1 KR1020167001885A KR20167001885A KR102245585B1 KR 102245585 B1 KR102245585 B1 KR 102245585B1 KR 1020167001885 A KR1020167001885 A KR 1020167001885A KR 20167001885 A KR20167001885 A KR 20167001885A KR 102245585 B1 KR102245585 B1 KR 102245585B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
forming
aluminum
solar cell
electroplating
Prior art date
Application number
KR1020167001885A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160025568A (ko
Inventor
조셉 프레데릭 벤케
Original Assignee
선파워 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 선파워 코포레이션 filed Critical 선파워 코포레이션
Publication of KR20160025568A publication Critical patent/KR20160025568A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102245585B1 publication Critical patent/KR102245585B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/001—Apparatus specially adapted for electrolytic coating of wafers, e.g. semiconductors or solar cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022441—Electrode arrangements specially adapted for back-contact solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0475—PV cell arrays made by cells in a planar, e.g. repetitive, configuration on a single semiconductor substrate; PV cell microarrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells back-junction, i.e. rearside emitter, solar cells, e.g. interdigitated base-emitter regions back-junction cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
    • H01L31/077—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells the devices comprising monocrystalline or polycrystalline materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

태양 전지의 금속 접점이 유전체 층 상에 형성되는 전기도금 시드를 사용하여 구리를 전기도금함으로써 형성된다(211). 전기도금 시드는 유전체 층 내의 접점 구멍을 통해 태양 전지의 확산 영역에 접속되는 알루미늄 층을 포함한다. 니켈 층이 알루미늄 층 상에 형성되고, 이때 니켈 층-알루미늄 층 스택이 전기도금 시드를 형성한다(212). 구리는 지지 전해질로서 황산 대신에 메탄술폰산을 갖는 구리 도금조 내에서 전기도금된다(213).

Description

태양 전지 내의 금속 구조물의 형성{FORMATION OF METAL STRUCTURES IN SOLAR CELLS}
본 명세서에 기술된 발명 요지의 실시예는 일반적으로 태양 전지(solar cell)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 발명 요지의 실시예는 태양 전지 제조 공정 및 구조에 관한 것이다.
태양 전지는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환시키기 위한 잘 알려진 장치이다. 태양 전지는 태양 방사선을 수집하기 위해 정상 작동 동안 태양을 향하는 전면(front side) 및 전면 반대편의 배면(backside)을 갖는다. 태양 전지에 충돌하는 태양 방사선은 부하(load)와 같은 외부 전기 회로에 전력을 공급하도록 이용될 수 있는 전하를 생성한다. 외부 전기 회로는 금속 접점에 의해 태양 전지의 확산 영역에 전기적으로 접속될 수 있다.
일 실시예에서, 태양 전지의 금속 접점이 유전체 층(dielectric layer) 상에 형성되는 전기도금 시드(electroplating seed)를 사용하여 구리를 전기도금함으로써 형성된다. 전기도금 시드는 유전체 층 내의 접점 구멍을 통해 태양 전지의 확산 영역에 접속되는 알루미늄 층을 포함한다. 니켈 층이 알루미늄 층 상에 형성되고, 이때 니켈 층-알루미늄 층 스택(stack)이 전기도금 시드를 형성한다. 구리는 지지 전해질(supporting electrolyte)로서 황산 대신에 메탄술폰산을 갖는 구리 도금조(copper plating bath) 내에서 전기도금된다.
본 개시 내용의 이들 및 다른 특징이 첨부 도면 및 청구범위를 포함하는 본 개시 내용의 전체를 읽음으로써 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다.
유사한 도면 부호가 도면 전체에 걸쳐 유사한 요소를 지칭하는 하기 도면과 관련하여 고려될 때, 상세한 설명 및 청구범위를 참조함으로써 발명 요지의 더욱 완전한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1 내지 도 3은 알루미늄 전기도금 시드가 황산에 노출된 경우의 알루미늄 전기도금 시드의 현미경 사진.
도 4 내지 도 7은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 태양 전지의 제조를 개략적으로 예시하는 단면도.
도 8은 본 개시 내용의 일 실시예에 따라 태양 전지의 금속 구조물을 형성하는 방법의 흐름도.
도 9 내지 도 11은 알루미늄 전기도금 시드가 황산 대신에 메탄술폰산에 노출된 경우의 알루미늄 전기도금 시드의 현미경 사진.
본 개시 내용에서, 실시예에 대한 철저한 이해를 제공하도록 재료, 공정 단계 및 구조의 예와 같은 다수의 특정 상세 사항이 제공된다. 그러나, 당업자는 하나 이상의 특정 상세 사항 없이 본 개시 내용이 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에, 본 개시 내용의 태양을 모호하게 하는 것을 피하도록 잘 알려진 상세 사항은 도시되거나 기술되지 않는다.
에너지의 다른 공급원과 비교하여 상업적으로 실현가능하게 되도록, 태양 전지는 상대적으로 낮은 비용에서 그리고 높은 수율을 갖고서 제조될 필요가 있다. 태양 전지의 제조 비용을 낮추는 한 가지 방식은 구리 금속 접점을 위한 전기도금 시드로서 인쇄된 알루미늄을 사용하는 것이다. 그러나, 알루미늄은 구리 전기도금 공정에 전형적으로 채용되는 고 산성 구리 도금조(high acid copper plating bath)에 노출될 때 접착 문제를 가질 수 있다.
접착 문제는 알루미늄의 현미경 사진의 형태로 도 1 내지 도 3에 예시되어 있다. 인쇄된 알루미늄을, 일부 산업용 구리 도금조의 황산 함량인, 200 g/l 황산에 노출시켰다. 도 1은 알루미늄의 평면도이고, 도 2 및 도 3은 알루미늄의 단면이다. 도 1 내지 도 3으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 알루미늄(화살표(103) 참조)은 상당하게 침범받은(attacked) 반면, 알루미늄과 함께 전기도금 시드를 형성하는 니켈(화살표(101) 참조) 및 페이스트 결합제(paste binder)(화살표(102) 참조)는 영향을 받지 않았다. 이 결과는 하기와 같은 황산과 알루미늄의 반응에 의해 설명될 수 있다:
2Al(s) + 3H2SO4(aq) → 2Al3(aq) + 3SO4 2 -(aq) + 3H2(g)
이때, ΔG(rxn) = -971.0 kJ/mol
전기도금 시드 내의 알루미늄은 전술된 화학 반응이 발생할 수 있기 전에 침투될 필요가 있을 수 있는 산화알루미늄의 얇은 치밀한 층을 갖는다. 황산과 산화알루미늄의 반응은 다음에 의해 주어진다:
Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O
이때, ΔG(rxn) = -100.5 kJ/mol.
알루미늄 및 산화알루미늄 반응의 음의 ΔG(rxn), 즉 음의 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)는 알루미늄 및 산화알루미늄이 황산에 노출될 때 부식이 발생할 것임을 나타낸다.
도 4 내지 도 7은 일 실시예에 따른 태양 전지(200)의 제조를 개략적으로 예시하는 단면을 도시한다. 도 4 내지 도 7은 실시예의 특징을 더욱 명확하게 예시하기 위해 축적대로 도시되지는 않는다.
도 4를 참조하면, 태양 전지(200)는 태양 전지 기판(solar cell substrate)(201) 및 확산 영역(202)을 포함한다. 기판(201)은 예를 들어 N-형 규소 웨이퍼(silicon wafer)와 같이, 단결정 규소(monocrystalline silicon)를 포함할 수 있다. 예시의 명확성을 위해, 단지 하나의 유형의 확산 영역(202)이 도시되어 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 태양 전지는 전형적으로 복수의 P-형 확산 영역 및 복수의 N-형 확산 영역을 포함한다. 일 실시예에서 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 확산 영역(202)은 기판(201) 내에 형성된다. (도시되지 않은) 다른 실시예에서, 확산 영역(202)은 기판(201) 외부에 있다. 예를 들어, 확산 영역(202)은 기판(201)의 배면 표면 상에 형성되는 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 얇은 유전체 층(예컨대, 열 산화물)이 폴리실리콘과 기판(201) 사이에 형성될 수 있다.
태양 전지(200)는 태양 방사선을 수집하기 위해 정상 작동 동안 태양으로 향하는 전면(121) 및 전면(121) 반대편의 배면(122)을 갖는다. 일 실시예에서, 태양 전지(200)는 그의 확산 영역들 및 확산 영역들에 접속되는 금속 접점들 모두가 배면(122) 상에 있다는 점에서 완전 배면 접점 태양 전지(all back contact solar cell)이다. 그러나, 개시된 기술이 다른 유형의 태양 전지에 동일하게 적용될 수 있다는 것에 유의한다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 태양 전지(200)는 배면(122) 상의 하나의 극성의 확산 영역(202) 및 전면(121) 상의 다른 극성의 다른 확산 영역을 갖는다.
도 4를 계속 참조하면, 유전체 층(203)이 확산 영역(202) 상에 형성된다. 유전체 층(203)은 유전체 재료의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체 층(203)은 약 40 nm의 두께로 형성되는 질화규소 또는 산화규소를 포함할 수 있다. 복수의 접점 구멍(204)이 확산 영역(202) 및 태양 전지(200)의 다른 확산 영역을 노출시키도록 유전체 층(203)을 통해 형성된다. 접점 구멍(204)은 본 개시 내용의 장점을 손상시키지 않고서 레이저 제거(laser ablation), 리소그래피(lithography) 및 다른 접점 구멍 형성 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 5에서, 알루미늄 층(205)이 확산 영역(202)에 대한 전기 접속을 형성하도록 배면(122) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 알루미늄 층(205)은 유전체 층(203) 상에 그리고 접점 구멍(204) 내에 인쇄된다. 예를 들어, 알루미늄 층(205)은 스크린 인쇄에 의해, 약 10 μm와 같이, 1 내지 50 μm의 두께로 형성될 수 있다. 산화알루미늄 층(123)이 이어서 알루미늄 층(205)의 배면 표면 상에 직접 형성될 수 있다. 알루미늄 층(205)은 확산 영역(202) 상에 직접 형성될 수 있다.
도 6에서, 니켈 층(206)이, 니켈 층(206)의 표면이 산화알루미늄 층(123) 바로 위에 있도록 알루미늄 층(205) 상에 형성된다. 니켈 층(206)은 무전해 도금, 전해 도금, 또는 다른 침착 공정에 의해 형성될 수 있다. 니켈 층(206)은 예를 들어 약 2 μm와 같이, 0.1 내지 10 μm의 두께로 알루미늄 층(205) 상에 형성될 수 있다. 니켈 층(206) 및 알루미늄 층(205)은, 확산 영역(202)에 접속되는 금속 접점의 형성에서와 같이, 구리를 전기도금하기 위한 전기도금 시드(124)를 형성한다. 니켈 층(206)은 전기도금 시드(124)에 대한 전기도금된 구리의 접착을 용이하게 하도록 접착 층으로서의 역할을 한다.
도 7에서, 구리 층(207)이 확산 영역(202)에 전기적으로 접속되도록 태양 전지(200)의 배면(122) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 구리 층(207)은, 메탄술폰산을 포함하지만 황산을 갖지 않는 구리 도금조 내에서 전기도금함으로써 형성된다. 보다 구체적으로, 메탄술폰산은 구리 도금조의 지지 전해질로서 황산을 대체한다. 예를 들어, 구리 도금조 내의 황산은 동일한 정도의 조 산성을 유지하도록 동등한 양의 메탄술폰산으로 대체될 수 있다. 알루미늄과 메탄술폰산의 반응은 다음에 의해 주어진다:
2Al(s) + 6CH3SO3H(aq) → 2Al3 +(aq) + 6CH3SO3 -(aq) + 3H2(g)
이때, ΔG(rxn) = -1039.4 kJ/mol
산화알루미늄과 메탄술폰산의 반응은 다음에 의해 주어진다:
Al2O3 + 3CH3SO4H → Al2(SO4)3 + 3CH4
이때, ΔG(rxn) = 459.3 kJ/mol
알루미늄과 메탄술폰산의 반응이 여전히 음의 ΔG(rxn)을 제공하지만, 산화알루미늄과 메탄술폰산의 반응은 양의 ΔG(rxn)을 제공한다. 양의 ΔG(rxn)은 메탄술폰산이 산화알루미늄을 상당하게 부식시키지 않을 것임을 나타낸다. 따라서, 산화알루미늄 층(123)은 알루미늄 층(205)이 메탄술폰산에 의해 침범받는 것으로부터 보호한다.
니켈 층(206)이 알루미늄 층(205) 상에 있지만, 니켈 층(206)은 다공성이고 그에 따라 메탄술폰산(또는 다른 도금조 내의 황산)이 알루미늄 층(205)을 통해 스며들어 알루미늄 층을 부식시키는 것을 가능하게 한다는 것에 유의하여야 한다. 따라서, 메탄술폰 구리 도금조는 전기도금 시드가 접착 층으로서 니켈을 포함할 때 유리할 수 있다.
일 실시예에서, 구리 층(207)의 전기도금에 채용되는 메탄술폰산 구리 도금조는 가속제(accelerator), 억제제(suppressor), 평탄제(leveler), 광택제(brightener) 및 결정 성장 억제제(grain refiner)와 같은 표준의 상업적 도금 유기 첨가제뿐 아니라 메탄술폰산(MSA), Cu-MSA 및 염산을 포함한다. 메탄술폰산 구리 도금조의 pH는 대략 -0.6일 수 있지만, 일반적으로 1 미만의 pH를 가질 수 있다. 그러한 메탄술폰산 구리 도금조는, 예를 들어 오엠 그룹, 인크.(OM Group, Inc.)로부터 구매될 수 있다. 메탄술폰산을 갖고 황산을 갖는 않는 다른 적합한 구리 도금조가 또한 본 개시 내용의 장점을 손상시키지 않고서 채용될 수 있다.
일 실시예에서, 구리 층(207)은 약 35 μm와 같이, 10 내지 80 μm의 두께로 전기도금 시드(124)를 이용하여 전기도금된다. 예를 들어, 구리 층(207)은 25℃에서 약 40 ASF(제곱피트당 암페어)의 전류를 갖는 전기도금 공정에서 메탄술폰산 구리 도금조 내에 도 6의 샘플을 침지시킴으로써 형성될 수 있지만, 또한 예를 들어, 80℃에서 200 ASF만큼 높은 전류를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 구리 층(207)은 확산 영역(202)에 전기적으로 접속되고, 태양 전지(200)의 금속 접점으로서의 역할을 한다. 이해될 수 있는 바와 같이, 구리 층(207)은 태양 전지(200)의 상세 사항에 따라 다양한 형상을 갖도록 적절한 마스크를 이용하여 패턴화되거나 전기도금될 수 있다. 예를 들어, 확산 영역(202)이 P-형 확산 영역일 때, 구리 층(207)은 N-형 확산 영역에 전기적으로 접속되는 다른 구리 금속 접점 핑거(finger)와 상호맞물리는(interdigitated) 양의(positive) 금속 접점 핑거로서 구성될 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따라 태양 전지의 금속 구조물을 형성하는 방법의 흐름도를 도시한다. 도 8의 예에서, 알루미늄 층이 제조되고 있는 태양 전지의 배면 상에 형성된다(단계(211)). 알루미늄 층은, 예를 들어 스크린 인쇄에 의해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 알루미늄 층은 확산 영역에 전기적으로 접속되도록 유전체 층 상에 그리고 유전체 층을 통해 형성되는 접점 구멍 내에 스크린 인쇄된다. 알루미늄 층은 알루미늄 층의 표면을 향하는 배면 상의 산화알루미늄 층을 포함한다.
그 후에, 니켈 층이 알루미늄 층 상에 형성된다(단계(212)). 일 실시예에서, 니켈 층 및 알루미늄 층은 구리 층의 후속 전기도금을 위한 전기도금 시드를 형성한다.
태양 전지의 금속 접점이, 메탄술폰산을 포함하고 황산을 갖지 않는 구리 도금조 내에서 구리를 전기도금함으로써 형성된다(단계(213)). 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, "황산을 갖지 않는" 또는 "황산이 없는"은 구리 도금조가 갖는 황산의 양이 0인 것 또는 구리 도금조가 산화알루미늄과 반응하여 이를 부식시킬 만큼 상당한 양의 황산을 갖지 않는다는 것 중 어느 하나를 의미한다. 구리는 태양 전지의 확산 영역에 전기적으로 접속되도록 전기도금 시드 상에 전기도금된다.
본 명세서에 설명된 기술은 태양 전지의 층들의 접착을 개선하는 것을 용이하게 할 수 있다. 그러한 개선된 접착은 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 전기도금 시드의 감소된 부식에 의해 증명될 수 있다.
도 9 내지 도 11는, 도 9 내지 도 11의 경우에 황산이 동등한 양의 메탄술폰산으로 대체된 것을 제외하고는, 도 1 내지 도 3의 것과 유사한 알루미늄 전기도금 시드의 현미경 사진을 도시한다. 도 9는 니켈 코팅된 알루미늄의 평면도이고, 도 10 및 도 11은 알루미늄의 단면이다. 도 9 내지 도 11로부터 볼 수 있는 바와 같이, 전기도금 시드를 형성하는 알루미늄(화살표(113) 참조), 니켈(화살표(111) 참조) 및 결합제(화살표(112) 참조)는 메탄술폰산에 의해 부식되지 않았다.
태양 전지의 금속 구조물을 형성하기 위한 방법 및 구조가 개시되었다. 본 개시 내용의 특정 실시예가 제공되었지만, 이들 실시예는 제한이 아닌 예시의 목적을 위한 것임이 이해되어야만 한다. 많은 부가의 실시예가 본 개시 내용을 읽는 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 태양 전지(solar cell)를 제조하는 방법으로서,
    유전체 층(dielectric layer) 내의 접점 구멍을 통해 태양 전지의 확산 영역에 접속되도록 유전체 층 상에 알루미늄 층을 형성하는 단계;
    전기도금 시드(electroplating seed)를 형성하는 단계 - 상기 전기도금 시드를 형성하는 단계는 알루미늄 층 상에 니켈 층을 형성하는 것을 포함함 -; 및
    태양 전지의 확산 영역에 접속되는 금속 접점을 형성하는 단계 - 상기 금속 접점을 형성하는 단계는 태양 전지의 배면 상에 구리 층을 전기도금하는 것을 포함하고, 구리 층은 메탄술폰산을 포함하고 황산을 갖지 않는 구리 도금조(copper plating bath) 내에서 전기도금됨 - 를 포함하고,
    상기 구리 도금조는 아래 화학식으로 표시되는 물질을 포함하지 않는 것인, 방법.
    Figure 112020108919644-pct00012

    (여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬이고, m은 평균 중합도이고, 6 내지 14의 정수임)
  2. 태양 전지를 제조하는 방법으로서,
    태양 전지 기판 상에 유전체 층을 형성하는 단계;
    태양 전지의 확산 영역을 노출시키도록 유전체 층을 통해 접점 구멍을 형성하는 단계;
    확산 영역에 접속되도록 유전체 층 상에 그리고 접점 구멍 내에 알루미늄 층을 형성하는 단계; 및
    메탄술폰산을 포함하는 구리 전기도금조 내에서 전기도금 시드로서 알루미늄 층을 사용하여 구리 층을 전기도금하는 단계를 포함하고,
    상기 구리 전기도금조는 아래 화학식으로 표시되는 물질을 포함하지 않는 것인, 방법.
    Figure 112020108919644-pct00013

    (여기서, R은 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬이고, m은 평균 중합도이고, 6 내지 14의 정수임)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 니켈 층은 알루미늄 층 상에 도금되는, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 층을 형성하는 단계는 산화규소를 포함하는 유전체 층 상에 알루미늄 층을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 층을 형성하는 단계는 유전체 층 상에 알루미늄 층을 인쇄하는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 알루미늄 층을 형성하는 단계는 유전체 층 상에 알루미늄 층을 스크린 인쇄하는 것을 포함하는, 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체 층 상에 알루미늄 층을 형성하는 단계는 태양 전지의 기판 내에 형성되는 확산 영역에 접속되도록 유전체 층 상에 알루미늄 층을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유전체 층 상에 알루미늄 층을 형성하는 단계는 단결정 규소(monocrystalline silicon)를 포함하는 태양 전지 기판 상에 형성되는 유전체 층 상에 알루미늄 층을 형성하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구리 층을 전기도금하는 단계는 황산을 갖지 않는 전기도금조 내에서 구리 층을 전기도금하는 것을 포함하는, 방법.
  10. 제1항 또는 제2항의 방법에 따라 제조된 태양 전지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
KR1020167001885A 2013-06-28 2014-06-11 태양 전지 내의 금속 구조물의 형성 KR102245585B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/931,520 US8945978B2 (en) 2013-06-28 2013-06-28 Formation of metal structures in solar cells
US13/931,520 2013-06-28
PCT/US2014/041973 WO2014209617A1 (en) 2013-06-28 2014-06-11 Formation of metal structures in solar cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160025568A KR20160025568A (ko) 2016-03-08
KR102245585B1 true KR102245585B1 (ko) 2021-04-27

Family

ID=52115979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167001885A KR102245585B1 (ko) 2013-06-28 2014-06-11 태양 전지 내의 금속 구조물의 형성

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8945978B2 (ko)
EP (1) EP3014659A4 (ko)
JP (1) JP2016523458A (ko)
KR (1) KR102245585B1 (ko)
CN (1) CN105283963B (ko)
WO (1) WO2014209617A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60045429D1 (de) 1999-04-09 2011-02-03 Evalve Inc Vorrichtung zur Herzklappenoperation
US20180006172A1 (en) * 2016-07-01 2018-01-04 Sunpower Corporation Metallization structures for solar cells
USD822890S1 (en) 2016-09-07 2018-07-10 Felxtronics Ap, Llc Lighting apparatus
US10775030B2 (en) 2017-05-05 2020-09-15 Flex Ltd. Light fixture device including rotatable light modules
USD833061S1 (en) 2017-08-09 2018-11-06 Flex Ltd. Lighting module locking endcap
USD877964S1 (en) 2017-08-09 2020-03-10 Flex Ltd. Lighting module
USD872319S1 (en) 2017-08-09 2020-01-07 Flex Ltd. Lighting module LED light board
USD862777S1 (en) 2017-08-09 2019-10-08 Flex Ltd. Lighting module wide distribution lens
USD846793S1 (en) 2017-08-09 2019-04-23 Flex Ltd. Lighting module locking mechanism
USD832494S1 (en) 2017-08-09 2018-10-30 Flex Ltd. Lighting module heatsink
USD832495S1 (en) 2017-08-18 2018-10-30 Flex Ltd. Lighting module locking mechanism
USD862778S1 (en) 2017-08-22 2019-10-08 Flex Ltd Lighting module lens
USD888323S1 (en) 2017-09-07 2020-06-23 Flex Ltd Lighting module wire guard
US11127871B2 (en) * 2018-10-17 2021-09-21 Sunpower Corporation Structures and methods for forming electrodes of solar cells

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002540291A (ja) 1999-03-19 2002-11-26 テクニツク・インコーポレーテツド 電気めっき槽
JP2008057035A (ja) 2006-06-05 2008-03-13 Rohm & Haas Electronic Materials Llc めっき方法
JP2012172264A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Samsung Electronics Co Ltd 銅めっき溶液およびこれを用いた銅めっき方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58151465A (ja) * 1982-03-03 1983-09-08 Sanwa Bousei Kk 片面めつき方法
US7388147B2 (en) 2003-04-10 2008-06-17 Sunpower Corporation Metal contact structure for solar cell and method of manufacture
US20060260948A2 (en) * 2005-04-14 2006-11-23 Enthone Inc. Method for electrodeposition of bronzes
US7153408B1 (en) * 2006-04-13 2006-12-26 Herdman Roderick D Copper electroplating of printing cylinders
DE102006031990A1 (de) * 2006-07-11 2008-01-17 Merck Patent Gmbh Neue Materialien für organische Elektrolumineszenzvorrichtungen
US20090025786A1 (en) 2007-05-07 2009-01-29 Georgia Tech Research Corporation Solar cell having high quality back contact with screen-printed local back surface field
US9673394B2 (en) * 2007-10-18 2017-06-06 Merck Patent Gmbh Conducting formulation
JP5357442B2 (ja) * 2008-04-09 2013-12-04 東京応化工業株式会社 インクジェット用拡散剤組成物、当該組成物を用いた電極及び太陽電池の製造方法
US20100055422A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Bob Kong Electroless Deposition of Platinum on Copper
US8779280B2 (en) 2009-08-18 2014-07-15 Lg Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
KR101128838B1 (ko) * 2009-08-18 2012-03-23 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
KR101704090B1 (ko) * 2009-09-30 2017-02-07 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 적층 구조체, 중합체, 전계 발광 소자 및 광전 변환 소자
JPWO2011052465A1 (ja) * 2009-10-28 2013-03-21 日立化成株式会社 太陽電池セルの製造方法
US20110108115A1 (en) * 2009-11-11 2011-05-12 International Business Machines Corporation Forming a Photovoltaic Device
US8629431B2 (en) * 2009-11-26 2014-01-14 Dic Corporation Material for photoelectric conversion device and photoelectric conversion device
US8367555B2 (en) * 2009-12-11 2013-02-05 International Business Machines Corporation Removal of masking material
US8426241B2 (en) * 2010-09-09 2013-04-23 International Business Machines Corporation Structure and method of fabricating a CZTS photovoltaic device by electrodeposition
US8329575B2 (en) 2010-12-22 2012-12-11 Applied Materials, Inc. Fabrication of through-silicon vias on silicon wafers
WO2012161135A1 (ja) * 2011-05-26 2012-11-29 日立化成工業株式会社 半導体基板用パッシベーション膜形成用材料、半導体基板用パッシベーション膜及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法
US9284656B2 (en) * 2011-06-06 2016-03-15 International Business Machines Corporation Use of metal phosphorus in metallization of photovoltaic devices and method of fabricating same
US8685858B2 (en) * 2011-08-30 2014-04-01 International Business Machines Corporation Formation of metal nanospheres and microspheres
US8901414B2 (en) * 2011-09-14 2014-12-02 International Business Machines Corporation Photovoltaic cells with copper grid

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002540291A (ja) 1999-03-19 2002-11-26 テクニツク・インコーポレーテツド 電気めっき槽
JP2008057035A (ja) 2006-06-05 2008-03-13 Rohm & Haas Electronic Materials Llc めっき方法
JP2012172264A (ja) * 2011-02-18 2012-09-10 Samsung Electronics Co Ltd 銅めっき溶液およびこれを用いた銅めっき方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014209617A1 (en) 2014-12-31
JP2016523458A (ja) 2016-08-08
EP3014659A1 (en) 2016-05-04
CN105283963B (zh) 2018-01-16
KR20160025568A (ko) 2016-03-08
EP3014659A4 (en) 2016-06-15
CN105283963A (zh) 2016-01-27
US20150004744A1 (en) 2015-01-01
US8945978B2 (en) 2015-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102245585B1 (ko) 태양 전지 내의 금속 구조물의 형성
CN102365751B (zh) 具有金属触点的硅太阳能电池
US9773928B2 (en) Solar cell with electroplated metal grid
US20090120497A1 (en) Method of metallizing solar cell conductors by electroplating with minimal attack on underlying materials of construction
KR101329222B1 (ko) 태양전지와 그 제조 방법, 및 태양전지 모듈
US8426236B2 (en) Method and structure of photovoltaic grid stacks by solution based processes
US9153712B2 (en) Conductive contact for solar cell
WO2010125861A1 (ja) 裏面電極型太陽電池およびその製造方法
JP2009290105A (ja) 太陽電池、太陽電池の製造方法および太陽電池モジュール
WO2010001473A1 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
US20140158192A1 (en) Seed layer for solar cell conductive contact
JP2012015135A (ja) 半導体装置の製造方法およびそれに用いられる基板カセット
KR101091375B1 (ko) 태양 전지 및 이의 제조 방법
CN101814539B (zh) 太阳能电池及其制作方法
JP5964751B2 (ja) 高温印刷部分と低温印刷部分の２つの部分を有する光起電力電池導体
US8519260B2 (en) Method to evaluate effectiveness of substrate cleanness and quantity of pin holes in an antireflective coating of a solar cell
CN110731015B (zh) 太阳能电池模块、以及太阳能电池模块的制造方法
Bartsch et al. Advanced front side metallization for crystalline silicon solar cells based on a fully plated contact
Lachowicz et al. Patterning techniques for copper electoplated metallization of silicon heterojunction cells
WO2014111216A1 (en) Plated electrical contacts for solar modules
CN217606829U (zh) 一种太阳能电池
CN110392934B (zh) 光电转换元件以及光电转换元件的制造方法
Lu et al. Selective anodization
CN117790601A (zh) 太阳能电池制造工艺及太阳能电池
Nguyen et al. Feasibility of improving front metallization lines for photovoltaic devices

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant