一种硅表面镀层及其制备工艺和用途制造技术

本发明专利技术公开了一种硅表面镀层及其制备工艺和用途，该工艺包含：(1)将单晶硅试样放入SnCl2/HCl溶液中敏化；(2)将敏化试样浸泡在PdCl2/HCl/HF溶液中活化；(3)将活化试样浸泡在无电镀镍溶液中镀镍；(4)将镀镍试样在H2/Ar环境中热处理，形成镍硅化合物；(5)将试样粘在铜片上，电镀负极接试样上的铜片，在钴钌溶液中电镀，钴钌合金镀层的厚度至少为0.090μm；(6)将电镀正极接试样上的铜片，将试样放入电镀铜溶液中电镀，待电镀结束后将试样放入H2/Ar环境中在进行退火处理，退火处理根据步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度控制，完成镀层制备。本发明专利技术镀层能替代太阳能电池中导电胶，降低成本。

A Silicon Surface Coating and Its Preparation Technology and Application

The invention discloses a silicon surface coating and its preparation process and application. The process includes: (1) sensitizing the single crystal silicon sample in SnCl2/HCl solution; (2) activating the sensitized sample in PdCl2/HCl/HF solution; (3) immersing the activated sample in electroless nickel plating solution; (4) heat treating the nickel plated sample in H2/Ar environment to form nickel-silicon compound; (5) adhering the sample to copper. On the sheet, the copper sheet on the electroplated negative electrode joint sample is electroplated in Co-Ru solution, and the thickness of Co-Ru alloy coating is at least 0.090 um; (6) The copper sheet on the electroplated positive electrode joint sample is electroplated in the electroplating copper solution, and the sample is annealed in H2/Ar environment after the electroplating, and the annealing treatment is completed according to the control of the thickness of Co-Ru alloy coating in step (5). Layer preparation. The coating of the invention can replace the conductive adhesive in the solar cell and reduce the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种硅表面镀层及其制备工艺和用途
本专利技术涉及一种硅表面镀层，具体涉及一种硅表面镀层及其制备工艺和用途。
技术介绍
工业的发展带来全球气候的恶化，使人类意识到环保的重要，世界各国开始寻找替代石油能源的再生能源，诸如：风力发电、地热能、生物质、氢能及太阳能都是具有很大潜力的替代能源，而其中太阳能电池具有诸多优点，它是一种将太阳光转换成电能的装置，可说是半永久性的发电设备。目前所研发的硅基太阳能电池种类繁多，太阳能电池种类繁多，有非晶硅、单晶硅、多晶硅、CdTe和CuInxGa(1-x)Se2等半导体，或三五族、二六族的元素链结的材料等。其中，单晶硅的光电转换效率最高，为25.0％。目前，工业硅太阳能电池的正面发射极的导电胶的制作工艺通常为：(1)在硅发射极上丝网印刷银胶；(2)后期银胶上涂覆一层(～80纳米)SiNx:H抗反射涂层(ARC，Anti-ReflectionCoating)；(3)在空气气氛中在带式炉中煅烧，最高温度低于银硅共晶温度835℃。在制作中，用于发射极触点的Ag胶含有2-5wt％的玻璃料，通常是铅-硼硅酸盐玻璃。为提高导电率，也有人研究利用Ag/Al胶来替代Ag胶。但是，导电Ag胶或导电Ag/Al胶作为电极材料，价格昂贵，约占太阳能电池成本的15％，且容易随着贵金属价格变化而波动。而且，传统工艺中适合用作导电胶的金属有限，限制了太阳能电池技术的进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种硅表面镀层及其制备工艺和用途，该镀层及其制备工艺解决了现有太阳能电池中导电胶受到限制的问题，能够替代太阳能电池中导电胶，降低成本。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种硅表面镀层的制备工艺，该工艺包含：(1)将单晶硅试样放入SnCl2/HCl溶液中进行敏化反应，使硅表面吸附锡离子；(2)将步骤(1)得到的敏化试样浸泡在PdCl2/HCl/HF溶液中进行活化反应，使试样表面形成Pd金属；(3)将步骤(2)处理得到的活化试样浸泡在无电镀镍溶液中进行镀镍；(4)将镀镍后试样在H2/Ar环境中热处理，形成镍硅化合物，若存在未反应的镍，则将其去除；(5)将试样粘在铜片上，电镀负极接试样上的铜片，放入钴钌溶液中，将钴钌合金电镀在试样上，钴钌合金镀层的厚度至少为0.090μm，钴钌合金层有利于隔离硅与铜，有效地防止扩散系数大的铜与硅结合形成硅化铜，从而防止破坏p/n节导致电池效率下降，厚度过小隔离效果不好；其中，所述钴钌溶液包含：CoSO4、RuCl3、H3NSO3和H2SO4，该溶液在60℃下pH值为1.7，该镀液能够保持较低的pH值，目前尚没有可替代的溶液，pH值1.7有利于防止钝化，提高电镀效率；(6)将电镀正极接试样上的铜片，将试样放入电镀铜溶液中电镀，该电镀铜溶液的pH值为8.5，pH值过小镀铜效率低，pH值过大容易生成Cu(OH)2沉淀，待电镀结束后将试样放入H2/Ar环境中在进行退火处理，退火处理根据步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度控制，以防止铜与硅生成化合物，完成镀层制备。优选地，当步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度为0.090～0.186μm时，退火处理温度小于或等于500℃，成功隔离铜与硅，防止二者生成化合物；当步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度为0.187～0.224μm时，退火处理温度小于或等于600℃，成功隔离铜与硅，防止二者生成化合物，当步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度为0.225～0.250μm时，退火处理温度小于或等于700℃，成功隔离铜与硅，防止二者生成化合物。优选地，在进行所述敏化反应前，去除单晶硅试样表面的有机物和氧化层。优选地，在步骤(1)中，所述SnCl2/HCl溶液中SnCl2的质量和HCl的体积比为0.5～2g：1mL；在步骤(2)中，所述PdCl2/HCl/HF溶液中PdCl2的质量、HCl的体积和HF的体积比为(0.01～0.02g)：3mL：100mL。优选地，在步骤(3)中，所述无电镀镍溶液包含：NiSO4、Na2C4H4O4、NaH2PO2和Pb(NO3)2，该溶液在70℃下的pH值为5，呈弱酸性，能够防止镀层不均匀和粗糙，其采用质量比为(15～25)：16：27：0.001的NiSO4·6H2O、Na2C4H4O4·6H2O、NaH2PO2·H2O和Pb(NO3)2制备。优选地，在步骤(4)和(6)中，所述H2/Ar环境中H2的体积分数为5％，H2含量低了还原作用差，含量高了会有爆炸危险，所述热处理的温度为500℃。优选地，在步骤(5)中，所述电镀的温度为60℃，电压设定10V，电流设定0.09A；在步骤(6)中，所述电镀的温度为25℃，电压设定10V、电流为0.04A。优选地，在步骤(5)中，所述钴钌溶液采用质量比为421：16.6：38.84：34.3的CoSO4·7H2O、RuCl3、H3NSO3和H2SO4。本专利技术还提供了一种硅表面镀层，该镀层包含：依次镀在硅表面的Pd层、镍硅层、钴钌合金镀层和镀铜层，其中，镀铜层具有2θ值为43.2°的Cu(111)、2θ值为50.4°的Cu(200)和2θ值为74.1°的Cu(220)晶面。优选地，该镀层采用如权利要求1-7中任意一项所述的硅表面镀层的制备工艺获得。本专利技术还提供了一种硅表面镀层的用途，该硅表面镀层用于替代太阳能电池板中的导电胶。本专利技术的硅表面镀层及其制备工艺和用途，解决了现有太阳能电池中导电胶受到限制的问题，具有以下优点：(1)本专利技术的硅表面镀铜工艺中没有用到贵金属，成本较低，经济性好，可将太阳能电池成本降低7％左右，还能进一步缩小电极线宽与增加照光面积；(2)本专利技术的硅表面镀铜工艺，在镀铜前镀了一层钴钌合金，有利于隔离硅与铜，有效地防止扩散系数大的铜与硅结合形成硅化铜，从而防止破坏p/n节，避免电池效率下降；(3)本专利技术的硅表面镀铜工艺，通过根据钴钌合金厚度控制退火温度，以防止Cu3Si生成，避免铜镀层的导电性能降低。附图说明图1为本专利技术实施例1中制备的镀层在300～800℃的XRD图。图2为本专利技术实施例2中制备的镀层在300～800℃的XRD图。图3为本专利技术实施例3中制备的镀层在300～800℃的XRD图。图4为本专利技术实施例4中制备的镀层在300～800℃的XRD图。图5为本专利技术实施例5中制备的镀层在300～800℃的XRD图。图6为本专利技术实施例6中制备的镀层在300～800℃的XRD图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种硅表面镀层的制备工艺，镀铜前依次镀上镍和钴钌合金，Ni离子还原沉积下来提供催化活化，为镀钴钌合金提供催化活性，钴钌合金镀层有利于隔离硅与铜，有效地防止扩散系数大的铜与硅结合形成硅化铜，从而防止破坏p/n节导致电池效率下降，厚度过小隔离效果不好，厚度过大浪费材料，具体如下：(1)去除有机物利用剪切机将单晶硅基材裁切成试样，利用丙酮超声清洗10min，再使用去离子水冲洗，然后把试样放入H2SO4/H2O2(体积比1:1)酸洗溶液超声清洗十分钟，去除表面有机物；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅表面镀层的制备工艺，其特征在于，该工艺包含：(1)将单晶硅试样放入SnCl2/HCl溶液中进行敏化反应，使硅表面吸附锡离子；(2)将步骤(1)得到的敏化试样浸泡在PdCl2/HCl/HF溶液中进行活化反应，使试样表面形成Pd金属；(3)将步骤(2)处理得到的活化试样浸泡在无电镀镍溶液中进行镀镍；(4)将镀镍后试样在H2/Ar环境中热处理，形成镍硅化合物，若存在未反应的镍，则将其去除；(5)将试样粘在铜片上，电镀负极接试样上的铜片，放入钴钌溶液中，将钴钌合金电镀在试样上，钴钌合金镀层的厚度至少为0.090μm；其中，所述钴钌溶液包含：CoSO4、RuCl3、H3NSO3和H2SO4，该溶液在60℃下pH值为1.7；(6)将电镀正极接试样上的铜片，将试样放入电镀铜溶液中电镀，该电镀铜溶液的pH值为8.5，待电镀结束后将试样放入H2/Ar环境中在进行退火处理，退火处理根据步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度控制，以防止铜与硅生成化合物，完成镀层制备。

【技术特征摘要】
1.一种硅表面镀层的制备工艺，其特征在于，该工艺包含：(1)将单晶硅试样放入SnCl2/HCl溶液中进行敏化反应，使硅表面吸附锡离子；(2)将步骤(1)得到的敏化试样浸泡在PdCl2/HCl/HF溶液中进行活化反应，使试样表面形成Pd金属；(3)将步骤(2)处理得到的活化试样浸泡在无电镀镍溶液中进行镀镍；(4)将镀镍后试样在H2/Ar环境中热处理，形成镍硅化合物，若存在未反应的镍，则将其去除；(5)将试样粘在铜片上，电镀负极接试样上的铜片，放入钴钌溶液中，将钴钌合金电镀在试样上，钴钌合金镀层的厚度至少为0.090μm；其中，所述钴钌溶液包含：CoSO4、RuCl3、H3NSO3和H2SO4，该溶液在60℃下pH值为1.7；(6)将电镀正极接试样上的铜片，将试样放入电镀铜溶液中电镀，该电镀铜溶液的pH值为8.5，待电镀结束后将试样放入H2/Ar环境中在进行退火处理，退火处理根据步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度控制，以防止铜与硅生成化合物，完成镀层制备。2.根据权利要求1所述的硅表面镀层的制备工艺，其特征在于，当步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度为0.090～0.186μm时，退火处理温度小于或等于500℃；当步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度为0.187～0.224μm时，退火处理温度小于或等于600℃，当步骤(5)中钴钌合金镀层的厚度为0.225～0.250μm时，退火处理温度小于或等于700℃。3.根据权利要求1所述的硅表面镀层的制备工艺，其特征在于，在步骤(1)中，所述SnCl2/HCl溶液中SnCl2的质量和HCl的体积比为0.5～2g：1mL；在步骤(2)中，所述PdCl2/HCl/HF溶液中PdCl2的质量、HCl的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘守法，豆素勤，赵金国，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61