鍍銅溶液及其制造和使用方法
【專利摘要】本發(fā)明總體上涉及鍍銅溶液及其制造和使用方法。具體而言，本發(fā)明包括含有銅離子源和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有1.7～3.5的pH。
【專利說明】鍍銅溶液及其制造和使用方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002][無可適用的]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體上涉及鍍銅溶液及其制造和使用方法。具體而言，本發(fā)明包括含有銅離子源和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有1.7~3.5的pH。本發(fā)明還涉及使用這種鍍銅溶液的方法。本發(fā)明能夠適用于制造印刷電路板和太陽倉泛石圭。

【背景技術(shù)】
[0004]本申請(qǐng)涉及銅鍍，銅鍍用于許多【技術(shù)領(lǐng)域】，例如印刷電路領(lǐng)域。銅能夠鍍到許多基板上，例如印刷電路板(PCB)，太陽能電池和集成電路(IC)基板。
[0005]印刷電路板是指由位于絕緣材料(通常是玻璃纖維強(qiáng)化的環(huán)氧樹脂)相對(duì)側(cè)面上的導(dǎo)電材料(通常是銅或鍍有焊料或金的銅)形成的固態(tài)電路。在印刷電路板具有設(shè)置于單絕緣層相對(duì)側(cè)面上的兩個(gè)導(dǎo)電表面的情況下，所得到的電路板稱為“雙面電路板”。為了在單板上容納甚至更多的電路，將數(shù)個(gè)銅層夾層于絕緣材料板之間以產(chǎn)生多層電路板。
[0006]集成電路或單片集成電路(也稱為1C，芯片或微芯片)是在半導(dǎo)體材料(通常是硅)的一個(gè)小板(“芯片”)上的一組電子電路?？梢詫⑺瞥杀扔瑟?dú)立部件制造的分立電路小得多。集成電路用于現(xiàn)今的大量電子設(shè)備。電腦、移動(dòng)電話和其他數(shù)字家電都利用集成電路。
[0007] 太陽能電池(也稱為光伏(PV)電池)是通過光伏效應(yīng)將光能量轉(zhuǎn)換成電能的電氣裝置。它具有光電電池的形式(因?yàn)楫?dāng)光入射到其上時(shí)其電特性一例如電流，電壓或電阻一會(huì)發(fā)生變化)，當(dāng)暴露于光時(shí)，它能夠生成和支持電流而無需連接任何外部電壓源。典型的硅PV電池由硼摻雜(P-型)硅的較厚層頂部上的磷摻雜(N-型)硅的超薄層構(gòu)成的薄晶片構(gòu)成。在這兩種材料接觸之處(稱為P-N結(jié))的電池頂部表面附近產(chǎn)生電場。當(dāng)太陽光穿透PV電池表面時(shí)，該電場為光激發(fā)電子提供動(dòng)量和方向，從而當(dāng)將太陽能電池連接至電負(fù)載時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電流。
[0008]制造傳統(tǒng)的單晶硅和多晶硅PV電池的方法始于非常純的半導(dǎo)體級(jí)多晶硅一由石英加工并廣泛用于整個(gè)電子工業(yè)中的材料。然后將多晶硅加熱至熔化溫度，并向熔體中加入痕量的硼以產(chǎn)生P-型半導(dǎo)體材料。接著，通常采用以下兩種方法之一來形成硅錠或硅塊:1)由從所述熔融多晶硅提取的晶種晶體生長純晶體硅錠，或2)在模塊中澆鑄所述熔融多晶硅，產(chǎn)生多晶硅材料。然后利用線鋸將硅錠切片成單個(gè)晶片，隨后進(jìn)行表面刻蝕處理。在將晶片清洗之后，將其置于磷擴(kuò)散爐中，在電池的整個(gè)外表面周圍產(chǎn)生較薄的N-型半導(dǎo)體層。接著，將抗反射涂層施加到所述電池的頂部表面上。
[0009]在每個(gè)電池的背面(正極)上沉積鍍鋁導(dǎo)電材料，通過替換所述擴(kuò)散的磷層來恢復(fù)背面的P-型特性。所述鍍鋁導(dǎo)電性材料有時(shí)通過絲網(wǎng)印刷金屬糊劑，如鋁糊劑而進(jìn)行涂施。
[0010]還將電觸點(diǎn)印在電池的頂部(負(fù)極)的表面上。由精細(xì)“手指”和較大的“總線條”構(gòu)成的網(wǎng)格狀金屬接觸點(diǎn)通常絲網(wǎng)印刷到頂表面上。這通常使用銀糊劑完成。然而，銀糊劑非常昂貴。針對(duì)降低PV電池成本的一個(gè)步驟是，印刷更細(xì)的銀網(wǎng)格并通過用各種成本更低的電鍍層如鎳、銅、錫及每種的各種組合進(jìn)行頂涂來改善其導(dǎo)電性。銀糊劑的電鍍通過將絲網(wǎng)印刷和燒制的晶片浸潰于施加直流或LIP電鍍的電鍍液中而容易地實(shí)現(xiàn)。隨后將所述金屬直接沉積于銀糊劑上，而無需任何預(yù)處理(因?yàn)楦邔?dǎo)電性和在所述銀粒子上非常薄的氧化物)。
[0011]常見的鍍銅溶液包括光亮的酸性鍍銅溶液、含螯合化合物的鍍銅溶液、堿性鍍銅溶液和含氰化物的鍍銅溶液。含有螯合化合物的鍍銅溶液并不總是令人希望的，因?yàn)轵香~溶液的廢物處理比非螯合銅溶液成本更高。堿性鍍銅溶液并不總是令人希望的，因?yàn)閴A性溶液需要螯合劑或強(qiáng)絡(luò)合劑如氰化物。氰化物有毒，并具有健康風(fēng)險(xiǎn)。
[0012]一種具體的鍍銅方法是光亮酸性鍍銅。光亮酸性鍍銅涉及大量的硫酸或其他酸。光亮酸性鍍銅還需要氯離子，以便進(jìn)行光滑沉積。
[0013] 申請(qǐng)人:確定，氯離子和含酸的電鍍液并不適合于某些電鍍應(yīng)用。例如，這種溶液并不適合于在硅太陽能電池晶片上的金屬晶種層上進(jìn)行電鍍。這種酸將會(huì)引起晶種層分層，這意味著所述硅晶片的導(dǎo)電晶種層(通常是銀糊劑或無電鍍的鎳晶種層)將對(duì)硅晶片表面失去附著力，而將會(huì)容易地剝落。所述氯離子將對(duì)太陽能電池晶片背面上的材料產(chǎn)生不利影響，如鋁糊劑，通過將鋁糊劑溶解到鍍銅溶液中。這樣，開發(fā)并不產(chǎn)生這些不良影響的新型鍍銅溶液是令人希望的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明總體上涉及鍍銅溶液及其制造和使用的方法。具體而言，本發(fā)明包括含有銅離子源和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有1.7~
3.5的pH。本發(fā)明還涉及使用這種鍍銅溶液的方法。本發(fā)明能夠用于制造印刷電路板和太陽能硅晶片。
[0015]將銅電鍍到基板上的本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方式包括提供基板和使所述基板與含有銅離子源和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液接觸，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有約1.7~約3.5的pH。
[0016]所述基板可以是硅太陽能電池晶片上的金屬晶種層。所述銅離子源可以是硫酸銅。所述導(dǎo)電鹽可以是硫酸鋰。所述pH可以為約2.3~約3.0。所述添加劑選自下組:咪唑及咪唑衍生物、噻唑及噻唑衍生物、含季氮原子的化合物如噻唑鎗化合物和聚合物季銨化合物。例如，所述添加劑可以是2-巰基咪唑、2-巰基噻唑、3-(羧甲基)苯并噻唑鎗溴化物、2-巰基-1-甲基咪唑、2-氨基噻唑或Cyastat SN。
[0017]本發(fā)明鍍銅溶液的實(shí)施方式包括銅離子源和導(dǎo)電鹽，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有約1.7~約3.5的pH。
[0018]所述基板可以是硅太陽能電池晶片上的金屬晶種層。所述銅離子源可以是硫酸銅。所述導(dǎo)電鹽可以是硫酸鋰。所述pH可以為約2.3~約3.0。所述添加劑選自下組:咪唑及咪唑衍生物、噻唑及噻唑衍生物、含季氮原子的化合物如噻唑鎗化合物和聚合物季銨化合物。例如，所述添加劑可以是2-巰基咪唑、2-巰基噻唑、3-(羧甲基)苯并噻唑鎗溴化物、2-巰基-1-甲基咪唑、2-氨基噻唑或Cyastat SN。

【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明總體上涉及鍍銅溶液及其制造和使用的方法。具體而言，本發(fā)明包括含有銅離子源和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有1.7~
3.5的pH。本發(fā)明還涉及使用這種鍍銅溶液的方法。本發(fā)明可以用于制造印刷電路板和太陽能硅晶片。本文中公開的實(shí)施方式是舉例說明性的并且應(yīng)該理解的是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員能夠作出修改而并不偏離本公開的范圍。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方式中本發(fā)明的鍍銅溶液包括銅離子源和導(dǎo)電鹽。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述鍍銅溶液具有1.7~3.5的pH。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述鍍銅溶液基本上不含氯離子。
[0021]本發(fā)明的鍍銅溶液適用于許多應(yīng)用。例如，本發(fā)明的鍍銅溶液適用于制造印刷電路板、太陽能電池和IC基板。
[0022]所述銅離子源可以是本領(lǐng)域已知可以提供銅離子的源?？赡艿你~離子源的實(shí)例包括硫酸銅、乙酸銅、碳酸銅和氧化銅。優(yōu)選的銅離子源是硫酸銅。所述銅離子源能夠按照以下10g/L~68g/L銅離子的用量加入。
[0023]所述導(dǎo)電鹽可以是本領(lǐng)域已知可以提高溶液電導(dǎo)率的導(dǎo)電鹽?？赡艿膶?dǎo)電鹽源的實(shí)例包括硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、乙酸鈉和乙酸鉀。優(yōu)選的導(dǎo)電鹽是硫酸鋰。所述導(dǎo)電鹽能夠以以下1.0g/L直至該鹽在溶液中的飽和點(diǎn)的用量加入，從而達(dá)到所述鹽的最大濃度，并且進(jìn)一步添加將會(huì)從溶液中沉淀出來。 申請(qǐng)人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的電鍍?nèi)芤和ㄟ^加入導(dǎo)電鹽，尤其是硫酸鋰而增強(qiáng)。通常地導(dǎo)電鹽和具體地硫酸鋰會(huì)增強(qiáng)電鍍分布并可以高度溶于電鍍液中。在沒有導(dǎo)電鹽的情況下，由于在本發(fā)明電鍍液中缺少強(qiáng)酸，所述電鍍分布較差。
[0024]在其他實(shí)施方式中，還可以加入不會(huì)損害鍍銅溶液的可選組分。這種可選組分的例子是選自以下的添加劑:咪唑及咪唑衍生物、噻唑及噻唑衍生物、含季氮原子的化合物如噻唑鎗化合物和聚合物季銨化合物。這類添加劑的例子包括2-巰基咪唑、2-巰基噻唑、3_(羧甲基)苯并噻唑鎗溴化物、2-巰基-1-甲基咪唑、2-氨基噻唑、CYASTAT SN、巰基咪唑衍生物和染料如詹尼斯綠B (Janis green B)。這些添加劑已經(jīng)顯示能夠增強(qiáng)沉積物亮度/平滑度/外觀，而不考慮電鍍?cè)≈胁⒉话饬了嵝糟~鍍通常所需要的氯離子的事實(shí)。
[0025]在其他實(shí)施方式中，還可以加入不會(huì)損害鍍銅溶液的可選組分。這種可選組分的例子是表面活性劑和聚合物如聚乙二醇、壬基酚乙氧基化物、非離子型、陰離子型和陽離子型表面活性劑，以及用于保持所需PH值的緩沖劑。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明方法包括提供基板和使所述基板與含銅離子和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述鍍銅溶液具有1.7~3.5的pH。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述鍍銅溶液基本上不含氯離子。
[0027]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施方式中，所述基板可以是印刷電路板、太陽能電池或IC基板。在所述基板是太陽能電池的情況下，更具體而言它可以是硅太陽能電池晶片上的金屬晶種層?？赡艿慕饘倬ХN層的實(shí)例包括銀糊劑、無電鍍的鎳、電鍍的鎳和鋁。如以上討論的，典型的酸性鍍銅溶液將通過使所述晶種層松弛地粘附至所述硅晶片基板而對(duì)金屬晶種層造成不良影響。
[0028]本發(fā)明方法適用于直接接觸電鍍太陽能電池或其他基板如電路板，其中直接地在所要電鍍的表面上制造電接觸點(diǎn)。本發(fā)明方法也適用于太陽能電池的光誘導(dǎo)電鍍，其中在太陽能電池背側(cè)面上制造電接觸點(diǎn)，并且使光照射到太陽能電池上使得電鍍可以發(fā)生于太陽能電池的正面上。
[0029]所述銅離子源可以是本領(lǐng)域已知將會(huì)提供銅離子的源。可能的銅離子源的實(shí)例包括硫酸銅、乙酸銅、碳酸銅和氧化銅。優(yōu)選的銅離子源是硫酸銅。所述銅離子源可以按照以下10~68g/L銅金屬的用量加入。
[0030]所述導(dǎo)電鹽可以是本領(lǐng)域已知將會(huì)提高所述溶液電導(dǎo)率的導(dǎo)電鹽?？赡艿膶?dǎo)電鹽源的實(shí)例包括硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、乙酸鈉和乙酸鉀。優(yōu)選的導(dǎo)電鹽是硫酸鋰。所述導(dǎo)電鹽可以按照以下1.0g/L至高達(dá)所述鹽在溶液中的飽和點(diǎn)的用量加入，從而達(dá)到所述鹽最大濃度，并且進(jìn)一步添加會(huì)從溶液中沉淀出來。
[0031]在其他實(shí)施方式中，還可以加入不會(huì)損害鍍銅溶液的可選組分。這種可選組分的實(shí)例是選自以下的添加劑:咪唑及咪唑衍生物、噻唑及噻唑衍生物、含季氮原子的化合物如噻唑鎗化合物和聚合物季銨化合物。這類添加劑的實(shí)例包括2-巰基咪唑，2-巰基噻唑，3_(羧甲基)苯并噻唑鎗溴化物、2-巰基-1-甲基咪唑、2-氨基噻唑、CYASTAT SN、巰基咪唑衍生物和染料如詹尼斯綠B。
[0032]在其他實(shí)施方式中，還可以加入不會(huì)損害鍍銅溶液的可選組分。這種可選組分的例子是表面活性劑和聚合物如聚乙二醇、壬基酚乙氧基化物、非離子型、陰離子型和陽離子型表面活性劑和用于保持所需PH值的緩沖劑。
[0033]本發(fā)明的接觸步驟可以在適合獲得光亮、平滑、均勻分布的鍍銅的pH下進(jìn)行。例如，可以在pH約1.7~約3.5，更優(yōu)選約2.3~約3.0下獲得所期望的結(jié)果。
[0034]本發(fā)明的接觸步驟可以在適合獲得光亮、平滑、均勻分布的鍍銅的溫度下進(jìn)行。例如，可以在環(huán)境溫度至高達(dá)80°C的溫度下獲得所需結(jié)果。
[0035] 本發(fā)明的接觸步驟可以持續(xù)適合于獲得光亮、平滑、均勻分布的鍍銅的一段時(shí)間。例如，可以在I~20min內(nèi)實(shí)現(xiàn)所希望的結(jié)果。
[0036]還可以添加額外的可選步驟。例如，這些步驟可以包括漂洗、中和、干燥、后續(xù)電鍍和烘烤。
[0037]熟悉本發(fā)明的人員將會(huì)理解到，上述條件能夠改變和調(diào)整以獲得所需的金屬化作用。
[0038]實(shí)施例1
[0039]在一個(gè)非限制性實(shí)施方式中，效率為18%的太陽能電池在含有80g/L硫酸銅五水合物、100g/L硫酸鋰的溶液中進(jìn)行電鍍，pH值用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)至2.3。含銀糊劑并且具有含鋁背側(cè)面的太陽能電池在50ASF下電鍍2分鐘。在銀糊劑晶種層上獲得粗糙銅沉積物。在電鍍后太陽能電池效率增加至19%，太陽能電池的鋁背襯保持不受電鍍液影響。所述銀糊劑晶種層對(duì)硅晶片的附著力并未受損。
[0040]實(shí)施例2
[0041]在一個(gè)非限制性實(shí)施方式中，效率為18%的太陽能電池在含有80g/L硫酸銅五水合物、100g/L硫酸鋰、0.2g/L巰基咪唑化合物的溶液中進(jìn)行電鍍，所述pH值用硫酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)至2.3。含銀糊劑并且具有鋁背襯的太陽能電池在50ASF下光誘導(dǎo)電鍍2分鐘。在銀糊劑晶種層上獲得明亮的銅沉積物。在電鍍之后太陽能電池的效率增至19.2%，所述太陽能電池的鋁背襯保持不受電鍍液的影響。所述銀糊劑晶種層對(duì)硅晶片的附著力并未受到損害。
[0042]盡管已經(jīng)顯示和描述了具體元件，實(shí)施方式和應(yīng)用，當(dāng)然應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于此，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員能夠作出修改而不偏離本公開的范圍，特別是在前面教導(dǎo)的啟發(fā)下。
【權(quán)利要求】
1.一種將銅電鍍至基板上的方法,包括: 提供基板；和 使所述基板與含有銅離子源和導(dǎo)電鹽的鍍銅溶液接觸，其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有約1.7~約3.5之間的pH。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基板是在硅太陽能電池晶片上的金屬晶種層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述銅離子源是硫酸銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述導(dǎo)電鹽是硫酸鋰。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述pH為約2.3~約3.0之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含選自下組的添加劑:咪唑及咪唑衍生物、噻唑及噻唑衍生物、含季氮原子的化合物如噻唑鎗化合物和聚合物季銨化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述添加劑選自下組:2_巰基咪唑、2-巰基噻唑、3_(羧甲基)苯并噻唑鎗溴化物、2-巰基-1-甲基咪唑、2-氨基噻唑和Cyastat SN。
8.一種鍍銅溶液，包含: 銅離子源；和 導(dǎo)電鹽， 其中所述鍍銅溶液由于基本上不含氯離子而具有約1.7~約3.5的pH。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溶液，其中所述銅離子源是硫酸銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溶液，其中所述導(dǎo)電鹽是硫酸鋰。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溶液，其中所述導(dǎo)電鹽是硫酸鈉。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溶液，其中所述pH為約2.3~約3.0。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溶液，進(jìn)一步包含選自下組的添加劑:咪唑及咪唑衍生物、噻唑及噻唑衍生物、含季氮原子的化合物如噻唑鎗化合物和聚合物季銨化合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的溶液，其中所述添加劑選自下組:2_巰基咪唑，2-巰基噻唑，3_(羧甲基)苯并噻唑鎗溴化物、2-巰基-1-甲基咪唑、2-氨基噻唑和Cyastat SN。
【文檔編號(hào)】C25D7/12GK104047036SQ201410097867
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】羅格·伯納茲, 理查德·貝勒馬爾 申請(qǐng)人:Omg電子化學(xué)有限責(zé)任公司