RU2443037C1

RU2443037C1 - Technology for production of metallic nanolayers on silver electric contacts of silicon solar cells using chemical method

Info

Publication number: RU2443037C1
Application number: RU2010131845/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Лаптев (RU); Виктор Иванович Лаптев; Ольга Валентиновна Демичева (RU); Ольга Валентиновна Демичева
Original assignee: Виктор Иванович Лаптев; Ольга Валентиновна Демичева
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2010-07-29
Publication date: 2012-02-20

Abstract

FIELD: material engineering.

SUBSTANCE: method of application of metallic nanolayers in chemical method involves the technology of chemical sedimentation of metals, in particular of copper (Cu) at the speed 1 μm/min with the solution temperature 50 to 60°C. As the basic copper-containing reagent for applying metallic nanolayers on silver electric contacts of silicon solar cells the inorganic copper salts are used. Technical result of the invention is the thickening of frontal electric contact of solar cell by sedimentation of metals, in particular copper, with good electric conductivity, in order to compensate or improve its increased electric conductivity.

EFFECT: increased effectiveness of solar cell operation during transformation of high-density radiation and decreased self-cost of its manufacturing.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нанесению металлических нанослоев химическим способом, в частности на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов.The invention relates to the deposition of metal nanolayers by a chemical method, in particular on silver electrical contacts of silicon solar cells.

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).The closest analogue of the invention is the invention relating to a method for coating chemically to coat a product suitable for forming a conductive film at the ends of a metal or semiconductor (RU 2225460).

Недостатком этого изобретения является отсутствие возможности селективного осаждения металла из химического раствора на конкретное металлическое изделие.The disadvantage of this invention is the lack of the possibility of selective deposition of metal from a chemical solution on a specific metal product.

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.The proposed method for the deposition of metal nanolayers by a chemical method consists in applying the technology of chemical deposition of metals, in particular copper (Cu), at a speed of 1 μm / min at a solution temperature of 50 to 60 ° C.

В качестве исходного медьсодержащего реактива для нанесения металлических нанослоев на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов использованы неорганические соли меди.Inorganic salts of copper are used as the initial copper-containing reagent for applying metallic nanolayers to silver electrical contacts of silicon solar cells.

В качестве объекта изобретения использован солнечный элемент на основе кристаллического кремния Si<P>/SiN_x (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.As an object of the invention, a solar cell based on crystalline silicon Si <P> / SiN _x (70 nm) / Si <B> with an aluminum contact on the back of the plate and a front silver contact is used. Figure 1 shows the position of the desired silver contact on the front surface of the silicon wafer.

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.On the irradiated side of the silicon wafer there is a frontal electric contact made of silver in the form of a lattice, which is made porous due to technical and economic requirements. The width of the individual strips is 120 microns, a height of 30 microns.

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.The efficiency of the solar cell can be increased by reducing the width of the contact strip to 50 microns and increasing its electrical conductivity by filling the pores of silver and increasing the thickness due to cheap metal. Thus, there is a need to improve frontal contacts in existing industrial standard technologies for manufacturing solar cells.

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.According to existing technology, silver contact is made by applying silver paste to the surface of a silicon wafer by forcing through a metal mask. The height of the contact strip is 30 microns, a width of 120-140 microns. Next, the paste is dried with hot air for 1 min. Then, the plate enters the conveyor belt of the annealing furnace.

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.The paste is burned into the SiN ARC antireflection layer at temperatures of 840–980 ° C. At the same time, the organic components of the initial paste are burned and the porous structure of the silver strip is formed (FIGS. 2, 3). The deposition of copper on silver should occur after the annealing stage.

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.The technical result of the invention is the sealing of the front electrical contact of the solar cell by deposition of a metal, in particular copper (Cu), with good electrical conductivity, so that its increased electrical resistance is compensated or improved.

Предлагается заполнять поры серебряного электрического контакта частицами металла и наращивать на его поверхности слой плотного металла толщиной до 5 мкм.It is proposed to fill the pores of the silver electrical contact with metal particles and build up a dense metal layer up to 5 microns thick on its surface.

Способ нанесения металлических нанослоев на серебряные электрические контакты кремниевых солнечных элементов химическим путем согласно изобретению может производиться следующим образом:The method of applying metallic nanolayers to silver electrical contacts of silicon solar cells by chemical means according to the invention can be carried out as follows:

(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;(1) an industrial solar cell, consisting of a polycrystalline plate with a thickness of more than 100 μm, is immersed in a glass cuvette with a volume of 1 liter in a solution of inorganic salts of copper at a temperature of 60 ° C;

(2) в качестве химических растворов используются следующие неорганические соли меди:(2) the following inorganic salts of copper are used as chemical solutions:

- сульфат меди CuSO₄ 5H₂O марки ХЧ;- copper sulfate CuSO ₄ 5H ₂ O grade HCh;

- нитрат меди Cu(NO₃)₂ 5H₂O марки ХЧ;- copper nitrate Cu (NO ₃ ) ₂ 5H ₂ O grade ChP;

- хлорид меди CuCl₂ 5H₂O марки ХЧ;- copper chloride CuCl ₂ 5H ₂ O grade ChP;

(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.(3) a coating of silver electrical contact with copper in a solution of copper nitrate appears 1 minute after the industrial solar cell is immersed in it. The thickness of the coating depends on the concentration of the solution. The brightest color coatings are obtained with a salt concentration of 2.0 g of salt Cu / 100 ml H ₂ O.

(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).(4) deposition of metal (Cu) occurs only on silver contact strips, while excluding the deposition of metal on the surface of the antireflection layer of the silicon wafer, its reverse side and edges (figure 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.The use of this technology allows the introduction of metal (Cu) nanoparticles into the micropores of the frontal silver electric contact of silicon solar cells, which in turn makes it possible to reduce the electrical resistance of the frontal contact on serial solar cells.

Кроме того, применение данной технологии обеспечивает следующие характеристики:In addition, the use of this technology provides the following characteristics:

- высокую стабильность растворов по химическому составу, простоту их дозирования и коррекции концентраций, низкие технологические затраты на обслуживание ванн осаждения;- high stability of solutions in chemical composition, ease of dosing and correction of concentrations, low technological costs for the maintenance of precipitation baths;

- отсутствие увеличения ширины контактной полоски свыше 50%;- no increase in the width of the contact strip over 50%;

- отсутствие снижения контактного сопротивления и адгезии контакта;- lack of reduction in contact resistance and contact adhesion;

- отсутствие вредных для здоровья человека цианидных растворов и органических растворителей.- the absence of harmful to human health cyanide solutions and organic solvents.

Применение дешевых реактивов для осаждения металла, дающих возможность для снижения себестоимости выпускаемых промышленных солнечных элементов, отвечает следующим условиям:The use of cheap reagents for metal deposition, which make it possible to reduce the cost of manufactured industrial solar cells, meets the following conditions:

- температура осаждения металла не превышает 50-60°C;- the temperature of metal deposition does not exceed 50-60 ° C;

- скорость осаждения металла составляет 1 мкм/мин;- metal deposition rate is 1 μm / min;

- осаждение может производиться из водных растворов- precipitation can be carried out from aqueous solutions

Научно-технический аспект разрабатываемого метода заключается в минимальном воздействии рабочих растворов на окружающую среду и их совместимости с существующей технологией изготовления промышленных солнечных элементов.The scientific and technical aspect of the developed method is the minimal impact of working solutions on the environment and their compatibility with the existing manufacturing technology of industrial solar cells.

Claims

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.1. The method of applying metal nanolayers in a chemical way, characterized in that inorganic copper salts are used as chemical solutions to deposit metal on the silver contact surface of an industrial solar cell.

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.2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature regime of the deposition of metal (copper) from a chemical solution of inorganic salts of copper is in the range from 50 to 60 ° C.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость осаждения металла (меди) из химического раствора неорганических солей меди составляет 1 мкм/мин.3. The method according to claim 1, characterized in that the deposition rate of the metal (copper) from the chemical solution of inorganic salts of copper is 1 μm / min.

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. 4. The method according to claim 1, characterized in that the deposition of metal (copper) from a chemical solution of inorganic salts of copper occurs only on the silver contact strips of the industrial solar cell, while the deposition of metal on the surface of the antireflection layer of the silicon wafer, its reverse side and edges .