一種用以提高破裂強度的太陽能基板的制作方法

專利名稱：一種用以提高破裂強度的太陽能基板的制作方法
技術領域：
本發明關于一種太陽能基板，且特別是有關于一種用以提高破裂強度(fracturestrength)的太陽能基板。
背景技術：
一般來說，習知的太陽能電池大多以硅等半導體晶圓作為基板。然而，由于硅等半導體晶圓屬于硬脆性材料，因此容易受外力的沖擊，尤其是太陽能電池組裝過程所引發的外力沖擊，而造成硅等半導體晶圓的破裂。除了太陽能電池之外，硅晶圓大量應用在許多半導體組件的制造上。另外，由于半導體組件的需求的增加而導致硅原料的吃緊，因此如何避免硅原料不當的浪費(例如因受外力的沖擊而破裂)及提高制程的良率，實為亟待解決的問題。以太陽能電池為例，若太陽能電池能夠制作在具有高破裂強度的基板上，則可降低太陽能電池在后續組裝過程中發生基板破裂的可能性。請參閱圖IA及圖1B。圖IA至圖IB習知的硅晶圓試片于測試破裂強度的過程中拍攝的圖片。硅晶圓試片由單晶硅所制成。在試片受力的過程中，應力會集中在試片局部的區域，并且當應力逐漸增加時，這些區域上(尤其是受張力的區域)會開始產生裂痕。隨著荷重的增加，裂痕延伸(crack propagation)的現象趨于明顯,最后則導致試片斷成數塊，如圖IB所示。由于習知的硅晶圓試片在受力時會發生應力集中在試片局部的區域的現象，因此若能使得硅晶圓試片在受力時，應力平均地分布在整個試片上，則硅晶圓試片的破裂強度勢必能獲得提升。因此，本發明的主要目的在于提供一種太陽能基板，以解決上述問題。

發明內容
本發明的一目的在于提供一種用以提升破裂強度的太陽能基板，于其上表面形成第一凸起結構與第一凹陷區域，以提升太陽能基板的破裂強度。根據本發明的一具體實施例，本發明提供一種具有高破裂強度的太陽能基板，其包含有一上表面、復數個第一凸起結構以及復數個第一凹陷區域。該等第一凸起結構形成于上表面。每一第一凹陷區域形成于該等第一凸起結構的周圍。本發明藉由第一凸起結構與第一凹陷區域的組合，使得太陽能基板的破裂強度被提升，藉以抵抗高張力的繞曲。此夕卜，上表面為太陽能基板的受張力面。另外，太陽能基板非晶基板、單晶基板或多晶基板，詳細來說，單晶基板單晶硅基板。并且，第一凸起結構可以是復數個納米柱或復數個納米針，其中兩相鄰的納米柱或納米針各別的頂端間的間距在數十納米至數百納米之間。根據本發明的另一具體實施例，本發明的具有高破裂強度的太陽能基板更具有一下表面，所述下表面具有復數個第二凸起結構與復數個第二凹陷區域，每一第二凹陷區域形成于該等第二凸起結構的周圍。綜上所述，本發明提供一種用以提升破裂強度的太陽能基板，該基板具有第一凸起結構與第一凹陷區域的組合，使得基板可以承受的應力強度得以提升，同時也提升了太陽能基板的破裂強度，此舉可降低太陽能基板在后續制作太陽能電池過程中發生破裂的可能性。關于本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。


圖IA及圖IB為習知的硅晶圓試片在測試破裂強度的過程中拍攝的圖片。圖2A繪示根據本發明的一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。圖2B繪示根據本發明的另一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。
圖2C繪示根據本發明的另一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。圖2D繪示根據本發明的另一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。圖3根據本發明的太陽能基板的第一凸起結構的外觀圖片。圖4A及圖4B根據本發明的太陽能基板在測試破裂強度的過程中拍攝的圖片。圖5A及圖5B根據本發明的太陽能基板在破裂強度測試中的測試數據。圖6A繪示根據本發明的太陽能基板于彎曲時的剖面圖。圖6B說明凸起結構對于太陽能基板所能承受的最大應力的實際數據。附圖標記說明
I:太陽能基板
IOa :上表面IOb :下表面
102 :第一凸起結構122 :第二凸起結構
104 :第一凹陷區域124 :第二凹陷區域
102a :納米針102b :納米柱
102a’ 納米針群體102b’ 納米柱群體。
具體實施例方式請參見圖2A，圖2A繪示根據本發明的一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。如圖所示，本發明太陽能基板I包含一上表面10a、復數個第一凸起結構102以及復數個第一凹陷區域104。每一第一凸起結構102形成于上表面10a。每一第一凹陷區域104形成于該等第一凸起結構102的周圍。以下分別就上述組件作詳細的說明。本發明太陽能基板I 一非晶基板、一單晶基板或一多晶基板。在實務中，太陽能基板I常以硅等半導體晶圓作為基礎，也就是說，太陽能基板I可為非晶硅基板、單晶硅基板、多晶硅基板。在此，本發明并不以硅材的太陽能基板I為限，只要太陽能基板I可應用于太陽能電池的半導體制程并可進行后續的加工處理，都應屬于本發明的目的。舉例來說，本發明太陽能基板I可以由玻璃(SiO2)、娃(Si)、鍺(Ge)、碳(C)、招(Al)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化招(AlN)、藍寶石(sapphire)、尖晶石(spinnel)、三氧化二鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、二氧化鋰鋁(LiAlO2)、二氧化鋰鎵(LiGaO2)或四氧化鎂二鋁(MgAl2O4)所制成，但不以此為限。此外，本發明太陽能基板I可以是一 P型半導體層，一 N型半導體層可以形成于太陽能基板I上，藉以后續制作一太陽能電池。
此外，太陽能基板I的上表面IOa可進一步定義為太陽能基板I的受張力面。在此，當壓力施加于太陽能基板I 一側表面上時，直接承受壓力的表面為受壓力面，所述受壓力面因壓力而向內縮形變；相對的，太陽能基板I上受壓力面的背面即為受張力面，所述受張力面因壓力而向外伸展形變。于實務中，由于本發明藉由太陽能基板I的結構，使其搭配后續制作太陽能電池時，可提高太陽能電池的破裂強度。因此，在此本發明對上表面IOa并不特別限定，只要能夠提高太陽能基板I的破裂強度，該太陽能基板I的任一適當表面皆可為上表面10a。請參見圖2B，圖2B繪示根據本發明的另一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。如圖所示，本發明太陽能基板I另具有一下表面10b、復數個第二凸起結構122以及復數個凹陷區域124。每一第二凹陷區域124形成于該等第二凸起結構122的周圍。本發明太陽能基板I的下表面IOb可進一步定義為太陽能基板I的受壓力面。于實務中，第一凸起結構102與第二凸起結構122可使用相同制程，使得太陽能基板I兩側的表面上的結構厚度大致相等。
從微觀的角度來看，第一凸起結構102的中更包含許多的納米結構，而這些納米結構搭配凹陷區域104，可提升太陽能基板I的破裂強度。請參閱圖2A至圖2D。圖2C繪示根據本發明的另一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。圖2D繪示根據本發明的另一具體實施例的太陽能基板的剖面圖。如圖所示，本發明太陽能基板I的上表面IOa中，第一凸起結構102可以是復數個納米結構，而所述納米結構外形可以形成如圖2k中的納米針(nanotip) 102a或如圖2C中的納米柱(nanorod或nanopillar) 102b。值得注意的是,本發明太陽能基板I具有一上表面IOa,而納米針102a或納米柱102b由太陽能基板I的上表面IOa向下蝕刻而形成。前述的蝕刻可為任何適用于太陽能電池的基板的蝕刻制程，舉例來說，所述蝕刻制程可為電化學蝕刻制程。然而，太陽能基板I的上表面IOa經蝕刻并不限定只能產生納米針102a或只能產生納米柱102b ；相反的，納米針102a與納米柱102b更可同時出現在上表面10a。另外，納米針102a與納米柱102b除了可單獨形成于太陽能基板I的上表面IOa上外，復數個納米針102a或復數個納米柱102b亦可以彼此相連以構成一納米針群體102a’或者納米柱群體102b’。其中，兩個相鄰的納米針102a與納米柱102b各別的頂端間的間距可以在數十納米至數百納米之間，而每一個納米針102a與納米柱102b可以具有一微米等級的高度。在此，可定義兩個相鄰的納米針102a或納米柱102b頂端間的間距對比于納米針102a或納米柱102b的高度為一深寬比Rl，所述深寬比Rl可以由蝕刻制程的蝕刻參數所決定，例如蝕刻時間及蝕刻溫度等。據實驗結果，深寬比Rl可大于I. 5。于一較佳具體實施例中，深寬比Rl可以介于2 4的范圍內。換言之，本發明太陽能基板I本身在其上表面IOa形成復數個納米針102a或納米柱102b，因此納米針102a或納米柱102b可與太陽能基板I為同質材料。于一具體實施例中，若太陽能基板I為一單晶硅基板，則單晶硅基板的上表面IOa可以具有[100]或[111]的結晶取向。藉由納米針102a或納米柱102b的形成，太陽能基板I本身的破裂強度獲得提升。值得一提的是，若太陽能基板I由多層不同材料組合而成，納米針102a或納米柱102b更可為其它適用于太陽能電池I的基板的任何適當的材料。另一方面，同樣可從微觀的角度來看形成于太陽能基板10兩側表面的納米結構。請參閱圖2B及圖2D。如圖所示，本發明太陽能基板I的下表面IOb中，第二凸起結構122可以是復數個納米結構，而所述納米結構外形可以形成相同于圖2A中的納米針(nanotip) 102a或如圖2C中的納米柱(nanorod或nanopillar) 102b,在此不加以贅述。在此，相較于圖2A與圖2C，圖2B與圖2D所揭露的兩側表面皆具有納米結構的實施例能更進一步提升本發明太陽能基板I的破裂強度約百分之15。換言之，若太陽能基板I的兩側表面皆具有納米結構，則所述基板I的表面能夠承受更大的外力而不致破裂。另外，請參閱圖3。圖3根據本發明太陽能基板的第一凸起結構的外觀圖片。本發明的復數個第一凸起結構102可以是納米針102a與納米柱102b密集地形成于太陽能基板I的上表面IOa上。需注意的是，納米針102a與納米柱102b可以規則地或不規則地形成于太陽能基板I的上表面IOa上。于實際應用中，納米針102a與納米柱102b可經由前述的電化學蝕刻制程而形成。再者，本發明太陽能基板I可另包含有一第一微米結構層以及一第二微米結構層 (未顯示于圖中)，該第一微米結構層可以形成于上表面IOa與第一凸起結構102之間，而該第二微米結構層是形成于下表面IOb與第二凸起結構122之間。本發明太陽能基板I的破裂強度可以透過三點彎曲強度(three-point bendingstrength)的測試來得知。請參閱圖4A及圖4B。圖4A及圖4B根據本發明太陽能基板I于測試破裂強度的過程中拍攝的圖片。于此測試過程中，試片以一單晶硅晶圓的試片為例說明，并且受測試的單晶硅晶圓的表面具有[100]或[111]的結晶取向。如圖4A至圖4B所示，當試片所承受的荷重超過極限時，試片會發生粉碎性的破裂。這個現象說明試片是在吸收大量的能量后才發生破裂。如同比較防彈玻璃和一般的玻璃的破裂情形可推測得知，圖4A至圖4B中的試片所具有的破裂強度確實大于圖IA至圖IB中的試片。請參閱圖5A及圖5B。圖5A及圖5B根據本發明太陽能基板于破裂強度測試中的測試數據。本發明以測試分別具有[100]及[111]的結晶取向的太陽能基板為例說明。需注意的是，由于試片在承受荷重時，通常是在受張力面產生裂痕并向其它地方延伸，故本發明針對納米結構形成于受張力面的基板測試其破裂強度。如圖5A及圖5B所示，無論結晶取向為[100]或[111]的硅晶圓，所測得的破裂強度皆獲得大幅地提升，證明圖4A至圖4B中試片的粉碎性破裂確實代表根據本發明的太陽能基板較習知的單晶硅晶圓具有較大的破裂強度。另外，兩種表面類型的硅晶圓大致上具有相同的楊氏系數，說明根據本發明太陽能基板毋須改變材料的本質，僅對硅晶圓做表面處理形成納米結構即可提升其破裂強度。本發明太陽能基板的上表面或下表面形成第一凸起結構或第二凸起結構與第一凹陷區域或第二凹陷區域，進而使本發明太陽能基板的破裂強度能夠被大幅地提升的可能原因在于，當太陽能基板承受荷重時，應力可以平均地分布在所述凹陷區域之中，而不是像傳統上分布在局部的區域。舉例來說，傳統6吋200微米厚的太陽能基板，一般都無法彎曲，然而本發明藉由第一或第二凸起結構與第一或第二凹陷區域的設計，使得本發明太陽能基板可以產生一定程度的形變。請參閱圖6A。圖6A繪示根據本發明的太陽能基板于彎曲時的剖面圖。如圖6A所示，當本發明太陽能基板受外力時，由于第一或第二凸起結構與第一或第二凹陷區域可以分散所受的應力，進而使本發明太陽能基板可彎曲變形。此外，本發明更可整合太陽能電池制程，使得太陽能電池具有更大的產業利用價值。請參閱圖6B。圖6B說明凸起結構對于太陽能基板所能承受的最大應力的實際數據。如圖6B所示，類型一表示太陽能基板為單晶硅且不具有第一凸起結構；類型二表示太陽能基板為單晶硅且受張力面與受壓力面皆具有第一及第二凸起結構；類型三表示太陽能基板為單晶硅且受壓力面具有第二凸起結構；類型四表示太陽能基板為單晶硅且受張力面具有第一凸起結構。從上述圖表可得知，當太陽能基板的受張力面具有第一凸起結構時，太陽能基板所能承受的應力強度可被大幅提升，而當太陽能基板的受張力面以及受壓力面都具有第一及第二凸起結構時，更能減少外界應力對太陽能基板所產生的負面影響。綜上所述，根據本發明的太陽能基板相較于習知的太陽能基板能夠承受較大的負 載及具有優異的破裂強度。因此，相較于先前技術，根據本發明太陽能基板具有高度的破裂強度，因此較能抵抗外力的沖擊而不致發生破裂。藉此，根據本發明的太陽能基板能夠充分地提高制程的良率，并避免其中因為不當的撞擊而造成不必要的原料浪費。藉由以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本發明的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發明所欲申請的專利范圍的范疇內。因此，本發明所申請的專利范圍的范疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
權利要求
1.一種用以提高破裂強度的太陽能基板，包含有 一上表面； 復數個第一凸起結構，形成于該上表面；以及 復數個第一凹陷區域，每一第一凹陷區域形成于該等第一凸起結構的周圍； 其中，該太陽能基板具有抵抗高張力的繞曲。
2.如權利要求I所述的太陽能基板，其中該上表面為該太陽能基板的一受張力面。
3.如權利要求I所述的太陽能基板，其中該太陽能基板一非晶基板、一單晶基板或一多晶基板。
4.如權利要求3所述的太陽能基板，其中該單晶基板一單晶硅基板。
5.如權利要求I所述的太陽能基板，其中該等第一凸起結構可以是復數個納米柱或復數個納米針。
6.如權利要求5所述的太陽能基板，其中兩相鄰的該納米柱或該納米針各別的頂端間的間距在數十納米至數百納米之間。
7.如權利要求5所述的太陽能基板，其中該復數個納米柱或該復數個納米針藉由一電化學蝕刻制程所形成。
8.如權利要求3所述的太陽能基板，其中該太陽能基板由選自由玻璃、硅、鍺、碳、鋁、氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵、氮化鋁、藍寶石、尖晶石、三氧化二鋁、碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、二氧化鋰鋁、二氧化鋰鎵以及四氧化鎂二鋁所組成的一群組中的其一所制成。
9.如權利要求I所述的太陽能基板，其中該太陽能基板更具有一下表面，該下表面具有復數個第二凸起結構與復數個第二凹陷區域，每一第二凹陷區域形成于該等第二凸起結構的周圍。
10.如權利要求9所述的太陽能基板，其中該下表面為該太陽能基板的一受壓力面。
11.如權利要求I所述的太陽能基板，其中該太陽能基板可以是一P型半導體層，一 N型半導體層可以形成于該太陽能基板上。
12.如權利要求I所述的太陽能基板，其中該太陽能基板另包含有一第一微米結構層，該第一微米結構層形成于該上表面與該等第一凸起結構之間。
13.如權利要求9所述的太陽能基板，其中該太陽能基板另包含有一第二微米結構層，該第二微米結構層形成于該下表面與該等第二凸起結構之間。
全文摘要
本發明揭露一種用以提高破裂強度的太陽能基板，其包含有一上表面、復數個第一凸起結構以及復數個第一凹陷區域。該等第一凸起結構形成于上表面。每一第一凹陷區域形成于該等第一凸起結構的周圍。本發明藉由第一凸起結構與第一凹陷區域的組合，使得本發明太陽能基板的破裂強度被提升，藉以抵抗高張力的繞曲。
文檔編號H01L31/0352GK102651408SQ20111004589
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者葉哲良 申請人:葉哲良