銅電鍍電極技術
由於電鍍技術在其他領域發展與應用已經很多年，為一個很成熟且常見的技術，且是一個快速、便宜、低溫、非真空與可量產的金屬成長技術。在所有金屬之中，考量成本以及導電特性等，銅為取代銀之最佳選擇。根據圖一，2014年 SEMI International Technology Roadmap for Photovoltaic ( ITRPV )預測，銅電鍍電極技術將於 2018年導入量產階段。圖二(a)為常見傳統的網印銀膠電極之 p型太陽電池，圖二(b)則為銅電鍍電極 p型太陽電池，從該示意圖可以發現，銅電鍍電極為鎳、銅與錫之堆疊層，由鎳作為種子層( Seed Layer )與擴散阻障層( Diffusion Layer )，銅則為主要導電層，而錫當作防止氧化之保護層( Capping Layer )，由於該層不須太厚，約 150 nm即可，也有研究單位用銀當作保護層。
圖一、ITRPV預測銅電極將於2018年進入量產
由於銅在常溫狀態下， 在矽基材的擴散係數很高，為 2.8•10-7 cm2/s，銅在本質的矽基材中只需1分鐘即可走 10 μm的深度，容易擴散形成深層能階缺陷，因此銅與矽基材中必須有一層擴散阻障層，而這層也可以做為後續電鍍銅之種子層。一般常見的擴散阻障層，以過渡金屬或其氮化物與矽化物為主，如鎳(Ni)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)、鉻(Cr)和鉬(Mo)等。
而電化學沉積的方式，基本上分為無電鍍( Electroless Plating )與電鍍( Electroplating )，另外，拜太陽電池特性所賜，還有改良型照光的電化學沉積方式，光誘發無電鍍( Light Induce Electroless Plating )與光誘發電鍍( Light Induce Electroplating )。
2. 光誘發電鍍
光誘發電鍍( Light Induce Plating; LIP )為電鍍的改良版，原理與光誘發無電鍍很像，皆是利用太陽電池的特性，在鍍浴槽體外加光源，當太陽電池受光會產生電子與電洞對，其光誘發之電子會跑至n型射極區域，與鍍浴中的金屬離子結合，還原沉積金屬層；而電洞則往 p型區與背電極區移動，倘若此時沒有對電池施以偏壓的話，則會使背電極被氧化( Oxidised )，造成背電極鋁膠的金屬離子會跑至鍍浴中。相對地，若在電池的背電極施以偏壓的話，如圖三示意圖，將會降低背電極被腐蝕析出，且會使電鍍之電流密度接近其電池的短路電流，能有效加快電鍍之鍍率，而電鍍之鍍率會與照光強度有關。此方式為目前銅電鍍電極之主流方式，普遍認為是未來量產最可行的方式。如圖四為 IMEC與 Besi MECO研究團隊，先利用光誘發電鍍鎳在雷射開孔處沉積鎳層，有了此種子層，接著再以電鍍銅或是光誘發電鍍銅方式來沉積銅之導電層，最後用上很薄的銀做為保護層以防止銅氧化。
銅電鍍電極之關鍵技術
銅電鍍電極技術雖然擁有低溫、低成本與高效率等優點，但仍有幾個關鍵點須克服，如下列所示：
2.表面溢鍍(Background Plating)：
又可稱為 Ghost Plating 或 Over Plating，其造成的原因可以分為很多層面，像是矽基材表面或本身的雜質( Impurity )、懸浮粒子
( Particle )與內裂( Creak )等，易造成表面的鈍化層(Passivation Layer)或抗反射層( Antireflection Layer )容易出現小孔隙(Pinhole)，使得在電鍍製程中，鍍在小孔隙上造成遮光、短路等缺點，如圖五所示……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文。
圖五、銅電鍍電極之表面溢鍍現象
作者：李立宇、陳秉群、杜政勳、林福銘/工研院綠能所；
王孟智、李育舟/太極能源科技（股）公司
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