金属在导电氧化物衬底上的电镀制造技术

本发明专利技术描述了一种将金属电镀在透明导电氧化物层上的方法。该方法包括如下步骤：a)将锌或氧化锌的种子层直接电镀在透明导电氧化物层上，此后，b)在锌层上电镀一层或多层附加金属层。该一层或多层附加金属层可包括电镀在锌或氧化锌的种子层上的钴触击层以及电镀在该钴触击层上的另一金属层，例如铜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体而言涉及用于将金属触点直接电镀在透明导电氧化物上的方法和组合物。
技术介绍
透明导电氧化物(TCO)是金属(或金属的混合物)氧化物，其具有通常相互排斥的高透明性和导电性的性质。TCO材料由于高的光学带隙而对光谱的可见光区中的电磁辐射是透明的。与此同时，由于高的电子迁移率而导电性好。TCO材料包括例如掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌(BZO)和掺氟氧化锡(FTO)，其为举例而非限制。光电器件的内在性质是光与电活性成分的相互作用。这样的器件包括光伏(PV)电池、光电二极管、平板显示器、触摸屏、发光二极管、光电晶体管、半导体激光器等等。通常，这种器件必须包含至少一个透光的导电电极。透明非导电性玻璃衬底上的TCO涂层可为这类应用提供主要的涂层材料。透明衬底上的TCO涂层也可用于透明加热元件、抗静电涂层或电磁屏蔽。目前，大部分所制造的光伏太阳能电池都基于晶体硅衬底，其中p掺杂和n掺杂的硅层形成PN结，这样，对于紫外线、可见光和红外光的吸收引起整个电池上的电压。电池的至少一面必须是透光的以起作用，通常非导电性氧化物或氮化物的薄涂层形成电池的最外层。通过适当设计，该层既钝化了硅表面上的缺陷，又降低了会导致发电损失的光反射。TCO涂层可用作光伏太阳能电池的正面和/或背面。TCO涂层提供的优点在于，电池的整个正面和/或背面的表面是导电的，从而允许电流的有效集取，同时仍作为抗反射涂层起作用。使用这种TCO涂层的一种这样的太阳能光伏电池是所谓的硅异质结(SHJ)电池，其中电池的基衬底包括晶体硅晶片，无定形的本征(i型)硅薄膜层沉积在晶体硅上，而掺杂的无定形硅层沉积在本征层上，提供了PN结。这种电池技术描述于例如Yu等人的美国专利8283557号、Sinha的美国专利7960644号、Fu等人的美国专利公开2012/0305060号以及Adachi等人的美国专利公开2012/0097244号，其每一篇的主题都通过引用整体并入本文。为了集取电流用于发电，必须制造电池两面与外部电路连接的电触点。触点通常包括与器件进行欧姆接触的金属图案。理想的接触图案应具有：(1)高导电性，以使电阻损耗减至最小；(2)与衬底之间的低接触电阻；(3)低表面积，以使阴影损耗减至最小；和(4)与衬底之间的高粘附性，以确保机械稳定性。为了获得最大效率，光伏电池的整个表面最好由高导电性材料所覆盖。然而，纯金属具有非常高的光反射率和吸收性，使其不适合作为整体涂层。而TCO涂层同时提供透明性和导电性，TCO的体积电阻率(对于ITO为大约100μΩ-厘米)仍然比纯金属高得多，由于TCO薄膜的薄层电阻而导致高的电阻损耗和效率损失。此外，在器件面积变得更大时，这些损耗变得更加严重。为了减少电阻损失并改善电流集取，可将包括指状物和母线的金属栅格固定而与TCO接触，以在栅格与TCO之间形成欧姆接触。该栅格导致来自器件的光的部分遮蔽，从而造成功率损失。因此，栅格的面积一般保持在最低限度。银膏是用于从电池集取电流的常用导体材料。该膏料可以按指状物和母线的想要的栅格图案来丝网印刷、干燥，并在高温下烧结。虽然这提供了高通量和低接触电阻的优点，但它也受到与纯金属相比具有较高体积电阻率的缺点。可以加入玻璃粉材料以改善机械性能(包括粘附性)，但是这会导致降低的导电性。因此，致密而坚实的金属导体栅格材料将是有利的。然而，金属至TCO涂层的附着是成问题的，因为金属通常形成显现出非常低粘附性的与TCO的接触。Nath等人的美国专利4586988号(其主题通过引用整体并入本文)描述了一种将镍、铜和其他金属沉积在ITO衬底上的方法和组合物。然而，当这些金属镀敷到ITO衬底上时得到非粘附性的层。Schlipf等人的美国专利4824693号(其主题通过引用整体并入本文)描述了通过无电解金属化将金属导体沉积在玻璃衬底上的ITO上的方法。ITO通过用胶体钯溶液处理而得以活化，接着无电镀敷以镍。然而，这种方法有几个缺点。用胶体钯处理容易非选择性地将导电和不导电的衬底二者活化，造成在某些区域出现不需要的金属沉积。另外，通过无电镀敷沉积的金属层通常具有较差的粘附性。De Bakker等人的美国专利5384154号(其主题通过引用整体并入本文)也描述了一种将金属沉积在玻璃衬底上的ITO上的方法，其中，ITO通过用胶体钯溶液处理而活化，随后进行无电镀镍。这种方法也产生通常具有较差粘附性的金属层。Zaban等人的美国专利公开2010/0065101号和美国专利公开2012/0181573号(其每一篇的主题都通过引用整体并入本文)描述了将金属电镀在TCO涂层上的方法，其中金属电镀之前是“电解还原”步骤，其中在不存在可镀金属离子的条件下将阴极电流供给到衬底，导致TCO中的金属阳离子部分还原为金属，并且随后电镀镍、钴或铜，据其报告可改善粘附性。然而，发现这样的步骤很容易破坏TCO，导致电和机械性能的劣化。Lukyanov等人的Proc.27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition,1680(2012)报告说将铜直接电镀在涂ITO的光伏电池上时，如果铜层的厚度大于500nm，会导致较差的粘附性。因此，本领域仍然需要一种克服了现有技术缺陷的将金属电镀在TCO衬底上的改进的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种将金属电镀在透明导电氧化物表面上的改进的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种将金属电镀在透明导电氧化物表面上的改进的方法，其提供了金属至透明导电氧化物表面的良好的粘附性。本专利技术的另一个目的是提供一种将金属电镀在透明导电氧化物表面上以提供良好的导电性和耐腐蚀性的改进的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种将金属电镀在透明导电氧化物表面上的改进的方法，其使用种子层以直接将锌沉积在透明导电氧化物表面上。为此目的，在一个实施方案中，本专利技术总体而言涉及一种将金属电镀在透明导电氧化物层上的方法，该方法包括如下步骤：a)将锌、锌合金或氧化锌的种子层直接电镀在透明导电氧化物层上，以及之后b)在含锌种子层上电镀一层或多层附加金属层。具体实施方式本专利技术的本质特征之一是使用TCO层上的含锌种子层，其中从含锌(II)离子的浴通过电镀直接将锌种子层沉积在TCO层上。因此，在一个实施方案中，本专利技术总体而言涉及一种将金属电镀在透明导电氧化物(TCO)层或表面上的方法。该TCO可选自掺锡氧化铟(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺硼氧化锌(BZO)和掺氟氧化锡(FTO)等。另外，该TCO层可例如被施加到玻璃或硅衬底上。该方法通常包括如下步骤：a)将锌、锌合金或氧化锌的种子层直接电镀在透明导电氧化物层上，以及之后b)在含锌种子层上电镀一层或多层附加金属层。据认为，由于锌是一种比较有活性的金属，即，具有高度负平衡氧化还原电势，与TCO接触的金属Zn(0)在金属/TCO界面处或附近可被氧化为Zn(II)，形成氧化锌，从而提供了与TCO之间的强粘附性。除了锌、锌合金和氧化锌外，Fe、Cr以及它们的氧化物也将实现相同的结果。然而Zn是首选。本专利技术的一个重要方面是将锌或锌合金的种子层直接电镀在导电氧化物上的第一步。随后本文档来自技高网...

【技术保护点】
将金属电镀在透明导电氧化物层上的方法，该方法包括如下步骤：a)将锌或氧化锌的种子层直接电镀在透明导电氧化物层上，以及b)在该锌或氧化锌的种子层上电镀一层或多层附加金属层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 US 14/204,2411.将金属电镀在透明导电氧化物层上的方法，该方法包括如下步骤：a)将锌或氧化锌的种子层直接电镀在透明导电氧化物层上，以及b)在该锌或氧化锌的种子层上电镀一层或多层附加金属层。2.根据权利要求1的方法，其中该透明导电氧化物层是从掺锡氧化铟、掺铝氧化锌、掺硼氧化锌和掺氟氧化锡组成的群组中选出的。3.根据权利要求1的方法，其中将锌或氧化锌的种子层电镀在透明导电氧化物层上的步骤包括使该透明导电氧化物层与锌电镀液接触，该锌电镀液包含：a.可溶性锌盐；b.缓冲剂；和c.第二金属离子源。4.根据权利要求3的方法，其中该可溶性锌盐是从硫酸锌、甲磺酸锌、硝酸锌和卤化锌组成的群组中选出的。5.根据权利要求3的方法，其中该缓冲剂是硼酸。6.根据权利要求3的方法，其中该锌电镀液的pH维持在约5.0至约6.0。7.根据权利要求3的方法，其中该第二金属离子源包括钴离子源或镍离子源。8.根据权利要求3的方法，其中该锌电镀液包含添加剂，并且其中该添加剂为聚亚烷基嵌段共聚物。9.根据权利要求1的方法，其中沉积在锌层上的一层或多层附加层包括触击层。10.根据权利要求9的方法，其中该触击层包含从钴触击镀浴中沉积出的钴。11.根据权利要求10的方法，其中该钴触击镀浴包...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·W·明赛克，
申请(专利权)人：麦克德米德尖端有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US