可優化厚度和轉換效率的可彎曲的太陽能芯片的制作方法
【專利摘要】一種可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有：一太陽能芯片本體，具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及一層納米結構，其位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體的厚度介于50μm至120μm之間，或介于120μm至140μm之間，或介于140μm至160μm之間，且該層納米結構具有介于2μm至8μm之間的深度。
【專利說明】
可優化厚度和轉換效率的可彎曲的太陽能芯片
技術領域
[0001]本發明是有關于太陽能芯片，特別是關于可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片。
【背景技術】
[0002]由于太陽能芯片一般是由脆性材料制成，太陽能芯片在制造或運輸過程中乃易因外力作用而脆裂。為避免太陽能芯片受損，公知已采用一些保護措施-例如保護袋。然而，一傳統太陽能芯片仍可能因局部區域受力而受損。
[0003]在一典型的制造設施中，由脆裂問題所導致的太陽能芯片損失可高達5-10%。此問題在太陽能芯片被要求盡可能薄型化以降低材料成本的情況下會更惡化。
[0004]為解決此問題，一公知作法是采用薄膜材料來制造太陽能芯片，而其相關技術方案可見于US6，887，650(是有關于薄膜裝置的制造方法)、US6，682，990(是有關于薄膜單晶硅太陽能芯片的制造方法)、US 6，452，091 (是有關于薄膜單晶裝置和太陽能模塊的制造方法)、US 5，000，816(是有關于自一基板剝除一薄膜的技術方案)、以及US 4，855，012 (是有關于用以自一基板剝除一薄膜的拉升(pull-raising)部件及拉升(pull-raising)單元)O
[0005]然而，由于由薄膜材料制成的太陽能芯片無法提供高的能量轉換效率，其僅適用于某些特定的應用中。
[0006]另一個作法是使一薄基板被夾在二可撓塑料封裝層中以提供彈性，其技術方案如US 8，450，184所揭(是有關于利用由應力引發的剝離效應制造薄膜基板的方法)。然而，由于此方法須用到額外的材料層和多個黏貼步驟，其制造成本將因而增加。
[0007]另外，請參照圖1，其繪示傳統太陽能芯片的破裂應力(failure stress)對厚度的一分布曲線圖。如圖1所示，破裂應力在厚度等于200 μπι附近有一峰值，且在厚度變小后陡峭下降。又，請參照圖2，其繪示傳統太陽能芯片的能量轉換效率對厚度的一分布曲線圖。如圖2所示，能量轉換效率在厚度低于50 μπι以后會陡峭下降。
[0008]由上述可知，若一傳統太陽能芯片的厚度降低至50 μπι附近，其將因破裂應力變得相當小而容易脆裂。因此，依公知的作法將很難獲致同時具有高破裂應力和高能量轉換效率的薄型太陽能芯片。
[0009]為解決上述問題，亟需一新穎的太陽能芯片結構。
【發明內容】
[0010]本發明的一目的在于提供一種可優化厚度和轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，以改進公知技術中存在的缺陷。
[0011]為實現上述目的，本發明提供的可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有:
[0012]—太陽能芯片本體，其具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及
[0013]—層納米結構，其位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體具有介于50 μπι至120 μπι之間的厚度，且該層納米結構具有介于2 μπι至8 μπι之間的深度。
[0014]在一實施例中，該太陽能芯片本體采用一非晶相(amorphous)基材。
[0015]在一實施例中，該太陽能芯片本體采用一單晶相(single-crystal)基材。
[0016]在一實施例中，該太陽能芯片本體采用一多晶相(polycrystalline)基材。
[0017]在一實施例中，該太陽能芯片本體采用的材料是由玻璃、硅、鍺、碳、鋁、氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵、氮化鋁、藍寶石、尖晶石、氧化鋁、碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋁鋰和氧化鎵鋰所組成的群組所選擇的一種材料。
[0018]在一實施例中，所述的納米結構是由一電化學蝕刻工藝形成。
[0019]在一實施例中，所述的納米結構是由一沉積工藝形成。
[0020]本發明還提供一種可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有:
[0021]—太陽能芯片本體，其具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及
[0022]—層納米結構，其位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體具有介于120μηι至140 μπι之間的厚度，且該層納米結構具有介于2 μπι至8 μπι之間的深度。
[0023]本發明還提供一種可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有:
[0024]—太陽能芯片本體，其具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及
[0025]—層納米結構，其位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體具有介于140μηι至160 μπι之間的厚度，且該層納米結構具有介于2 μπι至8 μπι之間的深度。
[0026]本發明的太陽能芯片，可避免應力集中在一局部區域。
[0027]本發明的太陽能芯片，其具有一薄的厚度并同時具有高彎曲強度和高能量轉換效率。
[0028]本發明的太陽能芯片，可提尚太陽能芯片的良率。
【附圖說明】
[0029]為能進一步了解本發明的結構、特征及其目的，結合附圖及較佳具體實施例作詳細說明。其中:
[0030]圖1繪示傳統太陽能芯片的破裂應力對厚度的一分布曲線圖。
[0031]圖2繪示傳統太陽能芯片的能量轉換效率對厚度的一分布曲線圖。
[0032]圖3繪示本發明太陽能芯片一實施例的結構圖。
[0033]圖4繪示具有納米結構的太陽能芯片和不具有納米結構的太陽能芯片的能量轉換效率比較圖。
[0034]圖5繪示兩條1-V曲線，其中一條是得自一具有納米結構的太陽能芯片，而另一條是得自一不具有納米結構的太陽能芯片。
[0035]圖6繪示具有不同深度的納米結構的太陽能芯片的一彎曲強度測試結果。
[0036]圖7繪示本發明所提出的一設計窗口(design window)，是由介于約50 μm至約120 μπι的園片厚度和介于約2 μπι至約8 μπι的納米結構深度所界定。
[0037]圖8繪示二種不同尺寸的太陽能芯片在不同納米結構深度下的彎曲強度測試結果O
【具體實施方式】
[0038]請參照圖3，其繪示本發明太陽能芯片一實施例的結構圖。如圖3所示，該太陽能芯片包括一太陽能芯片本體100及一層納米結構110。
[0039]為降低材料成本，太陽能芯片本體100的厚度較佳為介于約50 μm至約120 μπι。在此厚度范圍內，太陽能芯片的能量轉換效率可仍然維持在一峰值附近(如圖2所示，該峰值約為30% )。
[0040]如圖3所示，太陽能芯片本體100具有一頂面101、一底面102、及四個側邊103，其中頂面101是用以接收入射光及提供復數個第一電氣接點，而底面102是用以提供復數個第二電氣接點。
[0041]當光線照射在頂面101上，該太陽能芯片即可經由所述第一電氣接點和所述第二電氣接點提供電力。太陽能芯片本體100可采用一非晶相基材、一單晶相基材、或一多晶相基材。另外，太陽能芯片本體100的基材可為由玻璃(S12)、硅(Si)、鍺(Ge)、碳(C)、鋁(Al)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)、藍寶石、尖晶石、氧化鋁(Α1203)、碳化硅(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎂(MgO)、氧化鋁鋰(LiAlO2)、和氧化鎵鋰(LiGaO2)所組成的群組所選擇的一種材料。
[0042]此外，太陽能芯片本體100可具有一 P型半導體層及在該P型半導體層上方的一η型半導體層以提供一 ρ-η接面以將光子轉成電力。
[0043]該層納米結構110，較佳為具有介于2 μπι至8 μπι之間的深度，系形成于所述側邊103上以增強太陽能芯片本體100的破裂應力承受值，從而使太陽能芯片本體100變得可彎曲。其原理在于，當一作用力施加在太陽能芯片本體100上，由于各所述側邊103上的納米結構110具有吸收該作用力的能力，該作用力乃會被分散到各所述側邊103，從而大幅增強太陽能芯片本體100的彎曲強度(抵抗彎曲應力的能力)。
[0044]該層納米結構110可由一電化學蝕刻工藝或一沉積工藝形成，且在該電化學蝕刻工藝的前，可先采用一氮化物去除程序(利用氏?04在160°C下作用30分鐘)、一金字塔結構(pyramid texture)去除程序(利用HNA作用7分鐘)、以及一自然氧化(native oxide)沉積程序(利用H2S04i 85°C下作用10分鐘)處理太陽能芯片本體100。
[0045]該層納米結構110的深度可由改變所述電化學蝕刻工藝或所述沉積工藝的處理時間而加以調整。一般而言，環繞太陽能芯片本體100的該層納米結構110的深度在2 μπι至8 μπι之間時可使太陽能芯片本體100具有突出的強大彎曲強度。
[0046]另外，該層納米結構110的形成工藝可先于或后于太陽能芯片本體100上的太陽能芯片形成工藝。亦即，該層納米結構I1可在太陽能芯片在太陽能芯片本體100的一基材上被建構完成后再形成于所述側邊103上，或者在太陽能芯片尚未在該基材上被建構前即形成于所述側邊103上。
[0047]請參照圖4，其繪示具有納米結構的太陽能芯片和不具有納米結構的太陽能芯片的能量轉換效率比較圖。由圖4可看出，具有納米結構的太陽能芯片的能量轉換效率和不具有納米結構的太陽能芯片的能量轉換效率幾乎相同。亦即，具有納米結構的太陽能芯片在提供強大彎曲強度時并不會犧牲能量轉換效率。
[0048]請參照圖5，其繪示兩條I_V(電流-電壓)曲線，其中一條是得自一具有納米結構的太陽能芯片，而另一條是得自一不具有納米結構的太陽能芯片。由圖5可看出，具有納米結構的太陽能芯片的1-V曲線和不具有納米結構的太陽能芯片的1-V曲線幾乎相同。亦即，具有納米結構的太陽能芯片在提供強大彎曲強度時并不會犧牲1-V特性。
[0049]請參照圖6，其繪示具有不同深度的納米結構的太陽能芯片的一彎曲強度測試結果。由圖6可看出，完全不具有納米結構的太陽能芯片(亦即，其納米結構深度為Ομπι)的彎曲強度約為0.17GPa，而太陽能芯片在其納米結構深度為2 μηι、4 μηι、6 μπι時的彎曲強度分別約為0.23GPa、0.29GPa、和0.32GPa，遠高于完全不具有納米結構的太陽能芯片的彎曲強度。此外，由于太陽能芯片的彎曲強度在納米結構深度超過6 μπι時會趨于飽和，故本發明乃將較佳的深度范圍設在2 μ m至8 μ m之間。
[0050]亦即，納米結構層的深度在約2 μπι至約8 μπι之間時具有成本效益一其可使一薄太陽能芯片(其厚度在約50μπι至約120μπι之間)同時具有強大的彎曲強度及高能量轉換效率。
[0051]至此，本發明已提出一設計窗口供制造者選擇一園片的厚度及其側邊上的納米結構層深度，以使一薄型太陽能芯片同時具有強大的彎曲強度及高能量轉換效率。本發明的設計窗口概念在參考圖7后可更加清晰。
[0052]圖7繪示本發明所提出的一設計窗口，其是由介于約50 μπι至約120 μπι的園片厚度和介于約2μηι至約8μηι的納米結構深度所界定。由圖7可看出，依此設計窗口所制造的太陽能芯片同時展現強大的彎曲強度(大于0.23GPa)及高能量轉換效率(約為30%)。
[0053]請再參照圖8，其繪示二種不同尺寸的太陽能芯片在不同納米結構深度下的彎曲強度測試結果。由圖8可看出，兩組太陽能芯片(其中一組的尺寸為15厘米乘15厘米而另一組為6厘米乘2厘米)的彎曲強度相對于納米結構深度的變化展現相同的趨勢。亦即，完全不具有納米結構的太陽能芯片(亦即，其納米結構深度為Ομπι)的彎曲強度約為0.17GPa，而太陽能芯片在其納米結構深度為2 μηι、4 μηι、6 μπι時的彎曲強度分別約為0.23GPa、0.29GPa、和0.32GPa，遠高于完全不具有納米結構的太陽能芯片的彎曲強度。
[0054]依上述的設計，本發明具有以下功效:
[0055]1、本發明的太陽能芯片可避免應力集中在一局部區域。
[0056]2、本發明的太陽能芯片可具有一薄的厚度并同時具有高彎曲強度和高能量轉換效率。
[0057]3、本發明的太陽能芯片可提尚其自身的良率。
[0058]本發明所揭示的乃較佳實施例，舉凡局部的變更或修飾而源于本發明的技術思想而為本領域技術人員所易于推知的，例如，將太陽能芯片的厚度改為介于約120 μπι至約140 μm之間，或介于約140 μπι至約160 μm之間，倶不脫本發明的權利要求范疇。
【主權項】
1.一種可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有: 一太陽能芯片本體，其具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及 一層納米結構，其位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體具有介于50 μ??至120 μm之間的厚度，且該層納米結構具有介于2 μ m至8 μ m之間的深度。2.根據權利要求1所述可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其中，該太陽能芯片本體采用一非晶相基材。3.根據權利要求1所述可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其中，該太陽能芯片本體米用一單晶相基材或一多晶相基材。4.根據權利要求1所述可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其中，該太陽能芯片本體采用的材料是由玻璃、硅、鍺、碳、鋁、氮化鎵、砷化鎵、磷化鎵、氮化鋁、藍寶石、尖晶石、氧化鋁、碳化硅、氧化鋅、氧化鎂、氧化鋁鋰和氧化鎵鋰所組成的群組所選擇的一種材料。5.根據權利要求1所述可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其中，所述的納米結構是由一電化學蝕刻工藝形成。6.根據權利要求1所述可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其中，所述的納米結構是由一沉積工藝形成。7.一種可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有: 一太陽能芯片本體，其具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及 一層納米結構，其系位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體具有介于120 μπι至.140 μm之間的厚度，且該層納米結構具有介于2 μπι至8 μm之間的深度。8.一種可優化厚度和能量轉換效率的可彎曲的太陽能芯片，其具有: 一太陽能芯片本體，其具有一頂面、一底面、及四個側邊；以及 一層納米結構，其系位于所述側邊上，其中該太陽能芯片本體具有介于140 μπι至.160 μπι之間的厚度，且該層納米結構具有介于2 μπι至8 μπι之間的深度。
【文檔編號】H01L31/0236GK105845757SQ201510018011
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月14日
【發明人】葉哲良
【申請人】葉哲良