[发明专利]电解质组合物

说明书

技术领域

本申请涉及一种用于将金属沉积到基材上的电解质组合物。所述电解质组合物至少包含将用该组合物沉积的金属的金属离子。

背景技术

由电解质溶液电沉积金属在现有技术中是已知的。为此目的，需要解决的问题是各金属以其离子的形式存在并保持其处于该状态。因此，通常使用络合剂。适当络合剂的重要标准是各自形成络合物的足够高的稳定性。现有技术中，常将氰化物用作为络合剂，其与许多金属形成极稳定的络合物。特别是银和氰化物形成优异的络合物，并于金属在表面上的沉积过程中提供良好的结果。但是，氰化物的缺点是剧毒，所以并不希望将它用作为络合剂。

因此，已经作了许多努力以用其它络合剂代替有毒的氰化物络合剂。这种络合剂的一个例子是乙内酰脲以及一些其衍生物。使用乙内酰脲作为络合剂例如在EP 1918426A2中进行了讨论。

在现有技术领域已知的另一种有机络合剂是琥珀酰亚胺及其衍生物。该络合剂例如提供在US 4,126,524中。

不含氰化物的已知的电解质组合物具有一个重大缺点，即只有0.8～1微米每分钟的、非常低的沉积速率。低沉积速率导致用于电沉积的设备的长周期设计。因此不仅设备的购置和维护成本，而且待使用的电解质组合物的成本均将大大增加。从而对于高价格的特别金属，比如银，高沉积速率越来越受到关注。

合适电解质组合物还应具有的性能是，还能够和并不希望沉积到各基材上的杂质金属离子形成络合物，从而保持电解质组合物在整个沉积过程中及之后的稳定性。还希望电解质组合物能经受在电镀过程中pH发生的波动。琥珀酰亚胺和乙内酰脲衍生物不具有这些性能。

特别希望提供这样的电解质组合物，其适于将金属，特别是银，沉积到太阳能电池上。一方面，特别希望将银电沉积到太阳能电池上，因为所施加的层具有接近理论电导率的电导率，但另一方面，它在技术上具有挑战性。太阳能电池通常具有铝的背侧。因此，弱碱性的pH非常重要，因为否则铝将会溶解，而这是不希望的。在要求特定的电解质组合物的整个沉积过程中，必须提供理想的、9到10的pH。

发明内容

本发明的目的是提供一种电解质组合物，其兼具高沉积速率和对杂质离子和pH波动的高稳定性，且同时其不显示毒性。此外，所述电解质组合物应适用于将金属、特别是银沉积到太阳能电池上。

通过本专利权利要求的主题实现了所述目的。

尤其通过用于将金属沉积到基材上、特别是沉积到太阳能电池上的电解质组合物解决了所述目的，所述电解质组合物至少包含一种金属离子，并且其特征在于存在作为络合剂的亚氨基二琥珀酸衍生物。下面，本发明中的亚氨基二琥珀酸衍生物缩写为IDSD。

本发明意义上的IDSD其特征在于如下通式：

在上面的通式中，基团R1、R2、R5和R6选自0、N、H和S；R3、R4、R7和R8选自OH、NH₂、SH、O^-和S^-，各自作为钠盐或者钾盐。

IDSD的优点是对许多金属有优异的络合性能，从而，根据本发明的组合物非常适用于很多金属的沉积。同时，降低了电解质组合物的敏感性，因为杂质离子(foreign ions)形式的杂质也能形成络合物，使得溶液中不发生沉淀。此外，IDSD没有毒性并可生物降解。本发明的IDSD优选以其碱金属盐的形式使用。这些例如钠盐或钾盐，其中，钠盐是本发明的优选实施方式。在特别优选的实施方式中，IDSD是亚氨基二琥珀酸，特别是亚氨基二琥珀酸四钠。

根据本发明，IDSD可用于电解质组合物中的比例为50到250g/L，条件是IDSD是组合物中的主要络合剂。在优选的实施方式中，IDSD是主要的络合剂，且存在于电解质组合物中的比例是150到225g/L。

本发明意义上的主要络合剂是指，电解质组合物中指定为主要络合剂的络合剂与各其他络合剂的比例至少是2∶1。优选该比例是5∶1，还优选其是10∶1，最优选指定作为主要络合剂的络合剂是电解质组合物中唯一的络合剂。

在替代性的实施方式中，IDSD与另一种络合剂组合使用。在这些实施方式中，IDSD的用量小于在IDSD是主要络合剂的情况下的比例。在其中IDSD不是主要络合剂、而是用于与另一种络合剂组合的实施方式中，本发明电解质组合物中存在的IDSD的比例是2到40g/L之间。优选的比例是5到20g/L

考虑到上述的量，IDSD可大幅度提高沉积过程的电流效率。