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3.2 光生电子型光诱导沉积技术的发展 随着微电子和光伏工业的发展,人们希望这种不用光敏胶保护就能够选择性沉积的技术可以应用在半导体工业上。于是,研究人员把光诱导沉积技术的应用转移到半导体上。1975年,德国的W. Spath'61在他的专利中首次介绍了外置光源照射到具有p-n结的半导体上,利用半导体的光伏特性,在其表面提供金属离子还原所需要的电子,并利用这些电子在半导体表面上沉积金属。这种技术需要具备以下特点:(1)基体为具有p-n结的半导体;(2)外部光源的照射。由于该技术的应用面相对狭窄,只能应用在半导体的沉积上。所以在相当长的时间内没有引起电镀研究人员的注意。 随着科技的发展和器件性能的提高,人们对器件的制备工艺要求越来越精细。由于光诱导沉积技术具有在精密图案上选择性沉积金属镀层的优点,特别适合在微电子工业领域的应用,人们又把目光投到该技术上。 A. Matte和E.Wefringhaus等人分别在2006年的文章和2007年的报告中指出,在丝网印刷技术制备前电极连线的时候由于存在极线断裂,导致电流下降、废品率增多等现象(见图2a),而采用光诱导沉积技术作为丝网印刷技术的后续工艺,则可改善单独采用印刷银电极线的厚度及连接性问题,能很好地降低电极的串联电阻,有效提高太阳能转换效率,增加成品合格率,如图2b所示。这样光诱导沉积技术又重回到半导体器件的应用上。但文献中并没有对其工艺进行具体的讨论,同时用这种光诱导沉积技术方法来解决电极连线断裂的现象还存在一个很大的局限性,就是极线在断裂的地方间距要很小,如果印刷导线断裂间距过大,那么采用这种方法仍然不能使已经断裂的极线重新连接上。因此,光诱导沉积技术只是作为制备前电极线、提高成品率的一种辅助方法。但光诱导沉积技术既可以提高太阳能的转换效率,还可以增加成品率的特点,重新引起人们的关注,随后相关的文章也多了起来。 S.W. Glunz等在2008年第33届光伏会议上介绍了光诱导沉积技术用作增加太阳能电池的电压以提高其转换效率的的方法,认为采用光诱导沉积获取金属沉积的方法(底层+光诱导沉积)比太阳能电池标准金属化(丝网印刷银浆+银浆的烧结)具有更高的效率。另外,由于丝网印刷的金属浆料中含有不可忽视的胶粘剂,在烧结过程中不可避免地会产生气泡,减少了银层与底层的接触面积,增加了导线与硅基体的串联电阻。而采用光诱导沉积获取的银层能与底层之间产生很好的接触面。可以看出,光诱导沉积尤其适用于太阳能电池,特别适用于准电极的微细极线。但是他们还是把光诱导沉积技术作为丝网印刷技术的后续工艺。 而在印刷金属Ni浆作为底层的太阳能电池的基底上,采用光诱导沉积的方法在底层上加厚镀银层,虽然可以减少昂贵的金属银浆的使用,但是还摆脱不了金属浆料带来的副作用——金属浆料底层存在有机浆料,在烧结过程中会产生气体,因此不能与硅表面产生很好的接触面积,增加了前电极与硅基体的串联电阻。 为了增加电极与基底的接触面积,进一步得到更好的太阳能转换效率,M. Aleman[10],A.Fioramonti[11】等人重点研究了硅太阳能电池的前电极制备,指出与其他方法相比,传统的丝网印刷技术因存在金属银浆而降低了电导率,使导线粗大,并占有大的阴影面积等缺点。提出采用气溶胶印刷、热溶墨水、喷涂印刷法结合光诱导沉积法等技术能提高太阳能的转换效率。后者只是通过减少电极线所占的面积来获取转换效率的提升,但它仍然摆脱不了使用价格不菲的导电墨水及气溶胶,故仍然存在丝网印刷的缺点,即金属底层与硅表面的接触面不够充分。 与此同时,台湾的陈智杨[12]研究了光诱导沉积结合化学镀镍在硅太阳能电池上的应用状况,以便改善网印太阳能电池在制造过程中网印金属电极因高温烧结所产生的缺陷,并进一步减少前电极与太阳能基体之间因串联电阻所带来的转换效率损失。但是由于把光诱导沉积技术作为丝网印刷技术的后期修补,只能改善金属导线与硅基体以及断口处导线之间的连接性,并没能克服太阳能电池在制造过程中丝网印刷银电极与底层之间产生接触面不充分的问题,而且金属镀层与基体表面的结合度还没有得到很好地解决。 |