[发明专利]用于11(IB)族-13(IIIA)族-16(VIA)族元素的金属、二元、三元、四元或五元合金沉积的电镀添加剂

说明书

发明领域

本发明涉及用于IB族金属/二元或三元IB族-IIIA族/三元、四元或五元IB族-IIIA族-VIA族合金在薄膜太阳能电池用基材上沉积的电镀添加剂。此外，本发明还涉及这些添加剂的制备方法和它们在金属电镀组合物中的用途。

发明背景

人们越来越认识到太阳能光电转换必须尽快成为未来世界能源供应的一个主要来源。

光伏产业将成为生产以平方千米为参考面积单位的太阳能电池组件的主要行业。所有成熟技术，无论是基于硅还是薄膜(a-Si、μc-Si、CIGS或CdTe)，均旨在实现这一目标。对于这一点，关键是开发低组件生产成本的大面积加工方法，同时维持或更好地提高转换效率。基于Cu(In，Ga，Al)(S，Se)₂黄铜矿吸收层的结已经显示出高的转换效率以及与以工业化之前水平进行高效组件的大面积生产的相容性(D.Lincot等，Solar Energy 77(2004)725-737)。

根据WO 00/62347，太阳能电池具有排列在柔性和带状支撑体上的吸收层。该吸收层至少部分具有铜成分，并具有选自铟和镓的至少一种元素和选自硒和硫的至少一种元素，且至少部分表现为p型。该吸收层至少部分以电镀方式沉积在支撑体上。该吸收层的成分彼此以化学计量比的关系存在。沉积在支撑体上之后，将该吸收层进行热处理。

美国专利7,026,258 B2涉及一种制造薄膜CIGS的方法，其包括：在基材上电化学沉积化学计量接近CuInSe₂的层；然后将所述层从具有足够功率脉冲的光源快速退火以使CIS重结晶。电沉积元素被预混合。因此，沉积步骤后，形成均匀基质，它可以支持快速退火过程中温度的突然升高。

所有这些方法涉及IB-IIIA-VIA族金属合金的制备，尤其是包含铜、铟和硒的合金的制备。

通过电化学方法镀金属薄层是现如今公知且经常使用的技术，尤其是用于沉积铜。这种金属的无电沉积以及电沉积已经被开发用于装饰行业、防腐蚀和用于电子行业，并已达到成熟阶段。

然而，沉积上述元素所用的现有技术方法存在沉积的铜与铟的比例在整个基材表面上不恒定的缺陷。尤其是，Cu-In原子比变化得太大，以致于不能在例如10×10cm²大的基材上制造工作的太阳能电池组件。

发明目的

因此，本发明的一个目的是提供金属电镀组合物，其可用于均匀沉积IB族金属/二元或三元IB族-IIIA族/三元、四元或五元IB族-IIIA族-VIA族合金，其中IB族金属/IIIA族金属原子比仅以小标准偏差变化。尤其是，金属电镀组合物的使用应避免由流体动力学、电镀配置的电势和电流密度条件导致的上述金属比例和总平方质量分布(overall square mass distribution)的不均匀性。

发明概述

通过将一种新的添加剂加入金属电镀组合物来实现这些目的，其中添加剂具有以下通式(A)：

式(A)

其中X₁和X₂可以相同或不同，且选自亚芳基和亚杂芳基；

FG₁和FG₂可以相同或不同，且选自-S(O)₂OH、-S(O)OH、-COOH、-P(O)₂OH和伯胺、仲胺和叔胺基团及其盐和酯；

R选自亚烷基、亚芳基或亚杂芳基；且

n和m为1-5的整数。

附图简述

图1显示了实施例2(不是根据本发明)描述的从现有技术电解液得到的金属镀层的Cu/In原子比的XRF表面扫描和图。

Cu/In原子比以接近16％的标准偏差变化。在15×15cm²的镀钼浮法玻璃材料上进行沉积(居中画出测量面积10×10cm²)。Cu/In原子比的变化太大，以致于不能在15×15cm²的基材尺寸上生产工作的太阳能电池。

图2显示了实施例2(不是根据本发明)得到的总层厚的XRF表面扫描和图。

合金沉积的总层厚以超过8％的标准偏差变化。由流体动力学、电势和电流密度下降所造成的不均匀性清晰可见。在15×15cm²的镀钼浮法玻璃材料上进行沉积(居中画出测量面积10×10cm²)。