用于基板的电解处理的装置及方法与流程

本发明涉及用于基板的电解处理的系统和方法。

背景技术：

1、从us2005/0205429 a1已知用于基板电沉积的系统。本发明描述了一种电解系统，其中竖向取向的基板通过延伸在基板纵向一侧的固定架，被放置在电解液池中的电解液中。俯视图中可见，在基板的底侧，在基板的对面的池中设置了两排水平的喷射器，其中两排喷射器的排出孔在水平方向上相互指向。在使用中，电解液沿水平方向从相应的排出孔流出，但是在所述相应的排出后不久，电解液通过引导件向上偏转90度，然后电解液沿着基板向上流动。通过喷射器及其特定位置和取向，目的在于实现均匀的电沉积。

2、wo 2009/126021 a2描述了用于基板的连续电解镀锌的方法和装置。通过于在基板下方的池中用于排出的供应管，将电解液供应到池，通过该池，输送基板。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改进的装置和方法。更具体地，本发明的目的在于提供一种装置，利用所述装置可以获得较高的处理速度。本发明的目的还在于提供一种装置，通过该装置可以实现均匀的电解处理。更具体地，本发明的目的在于提供一种装置，通过该装置可以在提高的处理速度下以相当的均匀性实现电解处理。本发明的另一目的是提供一种适用于相对易碎的玻璃状基板的装置。本发明的目的还在于提供一种能够大规模生产的装置。

2、为了实现上述目的中的至少一些，本发明提供根据权利要求1所述的装置。在目前可能不清楚的情况下，要指出的是，输送路径可以被定义为在输送期间在池中由连续基板所占据的空间，每个基板在本发明的上下文中通常是板状的。当使用根据本发明的系统时，产生电解液相对于输送方向的逆流，并且因此在一方面通过电解液输送的基板与基板的直接环境中的电解液的液流之间实现相对大的速度差。这样，可以在待电解处理的基板的表面处实现电解液的高程度的更新，从而可以实现高的处理速度并且在电沉积的情况下实现高的沉积速率。随着连续电解过程中的处理速度增加，其中通过池中的电解液连续输送基板，可以选择较短的池，其输送速度保持相同以获得相同的生产率，但也可以选择相同长度的池，其输送速度较高，其中生产率可以增加。显然，输送速度决定了在电解液中的停留时间以及处理速度，此外，处理程度(即，具体地，在电沉积中)决定了沉积层的厚度。

3、在一个实施方式中，以俯视图看，在输送路径的两个相对侧上提供排出孔，用于产生沿着两个相对侧的电解液的液流。除了可以在每个基板的两个相对纵向侧上以相同程度进行电解处理之外，由于电解液的流动，作用在每个基板上的每个基板的相对纵向侧上的机械力必须相同，使得流动不会在每个基板上产生弯曲力矩，使得特别是相对易碎的基板(例如玻璃状基板)可能断裂。

4、关于设计和工艺，如果至少两个、优选至少三个数量的排出孔形成至少一排，则是有利的。如果一排包括至少三个排出孔，则这样的一排优选地是直线的和/或排出孔位于排内彼此间隔相同距离或至少以规则图案排列。

5、在其中至少一排中的至少一个排在水平方向上延伸的实施方式中，可以在池的长度的相对大的部分上产生具有与输送方向相反的流动方向的电解液的液流，其中另外，在电解池的长度的部分上的流动速度变化相对小。这有利于电解处理的均匀性。

6、在另一实施方式中，至少一排中的至少一排在竖向方向上延伸。如果待电解处理的基板的区域的高度为至少30mm，则这是特别有用的，使得促进在基板的高度上观察到的电解处理的均匀性。

7、在上述实施方式中，如果属于竖向排的排出孔连接到用于电解液的公用供应管线，则可以促进将电解液供应到高效设计的具有竖向排的排出孔。

8、在一个实施方式中，该系统包括用于电解液的至少一个槽，并且至少一个槽安装在池外部，并且流动装置经由供应管线连接到至少一个槽中的一个槽，供应管线经由池的壁或底部中的通道延伸。因此可以保证向流动装置连续供应电解液，其中槽充当缓冲。槽优选地形成再循环系统的部件，再循环系统将源自电解池的电解液输送回电解池。在该类型的再循环系统中，也可以加入供应以调节电解液，例如加热或过滤电解液至例如30至60℃之间的温度，例如35至40℃之间的温度。

9、关于设计和工艺，如果至少四个、优选至少六个数量的排出孔形成至少两排、优选至少三个排出孔中的每一个，特别是如果至少两排中的至少两排彼此平行延伸和/或如果至少两排中的至少两排在输送路径的相对侧上延伸，则是进一步有利的。

10、在一个实施方式中，每个流动装置设置至多一个排出孔。因此，可以容易地优化流动装置和相关联的排出孔以实现它们的功能。

11、如果流动装置是喷射器，则也可以获得可能的实施方式。喷射器的特征在于，流动装置利用文丘里效应来产生来自其排出孔的液体流(cm3/s)，液体流的大小大于借助于泵供应到喷射器的液体流。排出流量可以高达流入流量的五倍。

12、为了提高电解处理基板的均匀性，如果系统包括至少一个用于引导电解液的引导体，电解液在相应的流动方向上从排出孔朝向基板流动，则是有利的。

13、在关于设计和工艺的潜在有利的实施方式中，至少一个引导体是板状的，并且至少一个引导体具有引导通道，其中板状竖向地并且平行于输送路径延伸。当使用该系统时，电解液首先流过引导通道，然后在相应的引导体和基板之间流动。引导体和基板之间的合适距离的大小通常为至多30mm，并且优选地至少10mm。

14、如果在俯视图中看到的至少一个引导体设置在输送路径和至少一个排出孔之间，则可以获得液体流更均匀地分布在每个基板的表面上，因此具有更均匀的电解处理的优点。

15、在简单的设计中，如果每个引导通道具有外围边缘，则可以获得有效的引导，从输送方向看，面向基板的一侧位于远离基板的一侧的前面。

16、为了限制基板上的机械负载，优选的是，系统包括至少两个引导体，从俯视图看，引导体设置在输送路径的相对侧上。因此，还有利地可以在两个相对侧上电解处理基板。

17、如果引导体设置有引导边缘，用于在输送通过池中的电解液期间在基板底侧引导基板，则电解液的液流的方向可以特别地受控。

18、在特定实施方式中，输送器被设置用于在基板输送通过池中的电解液期间在基板的顶部附近夹持待电解处理的基板。

19、在另一实施方式中，池设置有接收空间，接收空间位于输送路径正下方，用于接收在输送基板期间从输送器松开的基板或其部件。尤其是在玻璃状基板的情况下，根据定义，基板或其部件从输送器松开的风险增加。已经松开的这些部件或基板存在在上游基板的路径中结束的风险，使得这些基板或其部件也可能从输送器松开。在实施方式中，不需要停止或至少停止该系统的输送器，并且在重新启动生产或输送器之前将已经松开的部件从池移除。这在经济和工艺方面都是不利的。接收空间可以防止已经松开的部件或基板在上游基板的路径中结束。如果部件或基板松开，则不需要急性干预。

20、在实际的实施方式中，接收空间设置有底部，底部位于排出孔的最低排出孔下方至少10cm的距离处。实际上，最低的排出孔设置在基板的底侧。

21、如果系统包括至少一个溢流空间用于接收流过池的溢流边缘的电解液，则可以很好地控制池中的电解液的液位。以及，溢流边缘原则上与向池供应电解液的速率、池中电解液的液位或至少最高可能液位一同确定。

22、在进一步的可选实施方式中，系统包括彼此对准的两个或更多个池，输送器被设置成用于根据直的输送路径连续地将基板通过每个池中的电解液输送。在所有这些池中，可以使用那些池中存在的流动装置来建立逆流。如前面段落中提到的溢流空间可以被布置成用于从每个池接收电解液。

23、根据本发明的另一方面，本发明提供了一种使用如上所述的根据本发明的系统(不论是否在其可能的实施方式中)来电解处理基板的方法。该方法包括以下步骤：

24、-通过输送器在输送方向上将悬挂于输送器的基板输送通过细长的池中的电解液，以及

25、-在池中从至少一个排出孔产生沿着悬挂于输送器的基板的至少一个纵向侧的电解液的液流，该液流具有与输送方向相反的流动方向。

26、如果速度差的大小在10米/分钟(m/min)至40米/分钟(m/min)之间，电解处理的有效性可以特别地增加。

27、在一个实施方式中，基板的速度为5米/分钟(m/min)至10米/分钟(m/min)。这种速度现在也用于现有系统中。因此，尽管为了使基板在电解液中的停留时间更长，速度没有降低或者池没有变长，归功于本发明，可以提高电解处理的有效性。例如，在基板的电沉积的情况下，可以获得更高的沉积速率。

28、在现有技术中，因为池是静态的，仅由于基板的移动速度而获得基板与电解液之间的速度差。由供应管从底部的供应的贡献是可忽略的。现有技术中的流动方向是从下(从供应管)向上(液体流过池的边缘)，因此没有影响基板的运动方向的因素。在根据本发明的装置和方法中，这是特意施加的逆流的问题，因此具有影响基板运动方向的因素。在基板位置连续更新电解液的结果是平均电流密度可以相对于平均电流密度增加，该平均电流密度例如是根据现有技术在实践中获得的。换句话说，利用根据本发明的方法，可以在该方法中使用增加的电流密度，同时保持经处理的基板的均匀性。在较高电流密度下，在较短沉积时间将获得相当的层厚度。换句话说，可以通过增加电流密度来加速该方法。

29、使用根据现有技术的方法，没有逆流问题，当电流密度增加时，获得由结节和/或枝晶组成的不规则的粗糙层。这是由于基板上的沉积速率的局部差异。发明人现已发现，这种结节和/或枝晶的形成以及不均匀的金属沉积是由于在基板表面上的低流速而导致在金属沉积期间电解质的更新不足的结果，并且这可以由本发明解决。

30、在这种情况下，在一个实施方式中，在电解处理期间存在的问题是，基板上的平均电流密度为至少30安培/平方分米(a/dm2)并且优选为至多100安培/平方分米(a/dm2)。在高于100安培/平方分米(a/dm2)的电流密度下，将需要电解液的以与输送方向相反的流动方向的这种高速流动，这会存在电解液的湍流的(过度)高风险，使得无法很好地控制相应的电解处理。

31、可以以本领域技术人员已知的方式计算沉积速率。作为一个示例，在铜沉积的情况下，沉积速率比电流密度乘以系数4.5小，这源自法拉第定律。然而，根据现有技术，在铜的电沉积中，在生产环境中可达到通常约为5微米/分钟的平均沉积速率，而在锡的电沉积中通常为10微米/分钟(μm/min)，另一个实施方案的特征在于电解处理是铜的电解沉积，并且平均沉积速率为至少10微米/分钟(μm/min)，另一个实施方案的特征在于电解处理是锡的电解沉积，并且平均沉积速率为至少20微米/分钟(μm/min)。

32、本发明采用电解液。该电解液包括金属盐，例如铜盐(例如硫酸铜(ii))或锡盐(例如甲磺酸锡(ii))和一种或多种酸，例如硫酸(h2so4)和/或甲磺酸(ch3so3h)和/或盐酸(hcl)，并且通常是本领域已知的用于使金属膜良好生长的添加剂。

33、如果当使用具有如上的接收空间的系统时，接收空间的底部位于悬挂于输送器的基板的底侧下方的一距离(该距离大于悬挂于输送器的基板的竖向尺寸)处，则可以以较高的确定性确保生产的进展。因此，对于从输送器松开的任何基板，在悬挂于输送器的基板下方总是有足够的空间，以不进入悬挂于输送器的上游基板的路径。

34、本发明特别适用于与玻璃状基板，例如硅基基板一起应用，例如可特别用于太阳能电池的大规模生产。此类基板的良好示例为硅或至少大部分硅或至少99％硅的正方形面板，其侧面的长度介于约125mm至210mm之间并且厚度在50微米至300微米之间。这种面板非常易碎并且用于生产太阳能电池。

35、这些基板在其一个或多个表面上设置有导电轨道，也称为接触指。这些导电轨道可以例如以矩阵图案存在。

36、在特定实施方式中，在第一步骤中，提供硅基基板，在基板的至少一个表面上具有真空沉积的铜层，之后，在第二步骤中，通过印刷施加绝缘材料(例如，蜡)的掩模，其中存在形成导电轨道的凹槽。在第三步骤中，即，根据本发明的电解沉积工艺，在这些凹槽中施加沉积层，以形成加厚的轨道。前两个步骤是本领域技术人员已知的。在另一个实施方式中，如本领域技术人员已知的，可以在根据本发明的方法之前通过真空沉积或印刷来施加轨道。轨迹例如是铜，其中在根据本发明的方法期间，铜轨道用铜、锡或银加厚。

37、对于操作良好的太阳能电池，轨道/接触指需要是平坦且光滑的，使得它们具有高导电性并且对于太阳能电池模块互连具有良好的可焊性。利用电解沉积材料的光滑/平坦表面或均匀表面，太阳能电池的效率将更好。

38、电解沉积材料的表面厚度的变化也称为表面粗糙度。将表面粗糙度用作质量标准。

39、用于评价这一点的常用手段是算术平均粗糙度(ra)。ra为绝对值的算术平均值，以μm为单位的平均粗糙度，本领域技术人员知道如何计算ra。ra优选为<1微米。

40、另一种通常的方法是计算凸形状的百分比偏差，其中＞-20％的百分比偏差是可接受的。在一个实施方式中，百分比偏差为＞-20％，优选＞-15％，例如＞-10％。

41、

42、其中高度中心是凸形状的中间的高度，其中高度边缘是凸形状的边缘处的高度，并且其中高度最大是最大高度(例如，结节/峰的高度，或者如果中心是最高的则是中心的高度)。