專利名稱：具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板，尤其指一種以納米球制作的具有周期 結(jié)構(gòu)的硅基板，并可適用于硅晶太陽能電池抗反射層的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板。
背景技術(shù)：
近年來，隨著人類主要仰賴的能源漸漸使用殆盡，科學(xué)家無不投入大量心力與金 錢在開發(fā)替代能源的應(yīng)用上，如太陽能、風(fēng)力等。其中，以能將太陽能直接轉(zhuǎn)變成電能的太 陽能電池，受到各界的矚目?，F(xiàn)今硅晶太陽能電池的制備工藝如圖IA至圖IF所示。首先，如圖IA所示，提供 一硅基板10，其中此硅基板10為P型硅基板；而后將硅基板10進(jìn)行圖案化制備工藝，以于 硅基板10表面形成粗糙化的結(jié)構(gòu)，如圖IB所示。接著，于硅基板10表面進(jìn)行磷擴(kuò)散，以于 硅基板10 (P型硅基板)表面形成P-N接面。而后，如圖IC所示，以蒸鍍的方式于硅基板10 表面形成抗反射層13。此外，可選擇性的再形成另一層抗反射層14，如圖ID所示。其中， 若抗反射層13、14的材料為氮化硅時(shí)，除了做為抗反射層外還可當(dāng)鈍化層使用。經(jīng)網(wǎng)印制 備工藝后，于氮化硅鈍化層14表面形成兩個(gè)前電極15，并于硅基板10下表面形成一背電極 16，如圖IE所示。最后經(jīng)熱處理后，則可制得一硅晶太陽能電池。此外，由于太陽電池的整體價(jià)格太高，且硅芯片成本占太陽電池的總成本一半以 上。因此，科學(xué)家無不竭盡所能地想提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率并尋求有效降低成本的 制備工藝，以提高太陽電池的實(shí)用性。目前，科學(xué)家提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率的方法是 提供光吸收的面積(如利用硅納米線做為與入射光子反應(yīng)的材料)或增加入射光子的數(shù)量 (如設(shè)置抗反射結(jié)構(gòu))。其中，設(shè)置抗反射結(jié)構(gòu)必須利用復(fù)雜的光罩及蝕刻制備工藝將硅基 板表面蝕刻成角錐狀，并利用蒸鍍方式于角錐狀表面涂布抗反射層，如圖IC所示。目前，是采用黃光微影制備工藝制作蝕刻屏蔽，并進(jìn)行干蝕刻或濕蝕刻，以圖案化 硅基板表面。其中，如圖2A至圖2F所示。首先，如圖2A所示，提供一硅基板10;而后于硅 基板10表面101形成一光阻層11，如圖2B所示。接著，于光阻層11上覆蓋一光罩12，并 進(jìn)行曝光以圖案化光阻層11，如圖2C所示。經(jīng)顯影并移除光罩12后，可得一圖案化的光阻 層11，如圖2D所示。而后，以圖案化的光阻層11做為一蝕刻屏蔽，利用反應(yīng)性離子氣體蝕 刻硅基板10，以形成復(fù)數(shù)微凹穴102，如圖2E所示。接著，移除圖案化的光阻層11 (蝕刻屏 蔽)后，可得一圖案化的硅基板10，如圖2F所示。其中，此圖案化的硅基板10其表面101 具有以復(fù)數(shù)微凹穴102所排列形成的周期性結(jié)構(gòu)。然而，以上述干蝕刻法雖可制造出圖形整齊且均勻的具周期性結(jié)構(gòu)的硅基板，然 此方法的缺點(diǎn)為因進(jìn)行黃光微影制備工藝，故成本高且產(chǎn)速低；若要形成納米級(jí)周期性 結(jié)構(gòu)，則所采用次微米光罩昂貴，且如要500nm以下的圖形則成本更加提高；反應(yīng)離子氣體 蝕刻機(jī)臺(tái)昂貴且制備工藝緩慢；易損傷基板；且蝕刻面非自然晶格面。為解決干蝕刻法的問題，目前發(fā)展出濕蝕刻法形成具有周期性結(jié)構(gòu)的硅基板，如 圖3A至圖3F所示。其中，以濕蝕刻法形成具有周期性結(jié)構(gòu)硅基板的方法，與干蝕刻法相似，除了以緩沖蝕刻液蝕刻基板。因此，如圖3A至3D所示，先以曝光顯影方法(微影制備 工藝)形成圖案化的光阻層11 (請參見圖3D)；而后以圖案化的光阻層11做為一蝕刻屏蔽， 以非等向性緩沖蝕刻液蝕刻硅基板10，以形成復(fù)數(shù)微凹穴102，如圖3E所示。接著，移除圖 案化的光阻層11 (蝕刻屏蔽)后，可得一圖案化的硅基板10，如圖3F所示。其中，此圖案化 的硅基板10其表面101具有以復(fù)數(shù)微凹穴102所排列形成的周期性結(jié)構(gòu)。值得注意的是， 以濕蝕刻圖案化硅基板10所形成的微凹穴102，其形狀為倒四角錐。雖然以濕蝕刻法圖案化基板可避免基板受到損傷且蝕刻面為自然晶格面；然而， 進(jìn)行濕蝕刻時(shí)若參數(shù)控制不當(dāng)，會(huì)造成周期性結(jié)構(gòu)的均勻性較差。同時(shí)因上述的制作過程 中仍需進(jìn)行微影制備工藝，故仍面臨成本高且產(chǎn)速低等問題。雖濕蝕刻成本已較干蝕刻要低，然而，黃光微影設(shè)施仍要耗費(fèi)數(shù)百萬元，造成太陽 能電池用的硅基板成本大大增加；且每批黃光微影制備工藝的制備工藝時(shí)間約30分鐘。因此，以上述方法圖案化硅基板仍面臨制備工藝時(shí)間長且制作成本高的缺點(diǎn)。因 此，目前亟需發(fā)展出一種可快速生產(chǎn)且成本低的硅基板，以降低太陽能電池的制作成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板，因其制作成本低且制備工藝 速度快，而能廣泛應(yīng)用于太陽能電池的抗反射結(jié)構(gòu)上。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板，包括一硅基板；以及一 周期結(jié)構(gòu)，位于硅基板的表面并具有復(fù)數(shù)個(gè)微凹穴。其中，復(fù)數(shù)微凹穴呈數(shù)組狀排列，復(fù)數(shù) 微凹穴的形狀為一倒四角錐或一倒截頭圓錐，該倒四角錐的微凹穴的底邊長度介于lOOnm 至2400nm之間，該倒截頭圓錐的為凹穴的直徑介于lOOnm至2400nm之間，而微凹穴的深度 介于lOOnm至2400nm之間。在此，所謂的倒四角錐，即四角錐的底部位于基板表面，而四角 錐的頂部由基板表面凹陷。于本發(fā)明的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板中，周期結(jié)構(gòu)是經(jīng)由下列步驟制備而成(A) 提供硅基板及復(fù)數(shù)納米球，其中復(fù)數(shù)納米球排列于硅基板的表面；(B)形成一填充層于硅 基板的部分表面及復(fù)數(shù)納米球的間隙；(C)移除復(fù)數(shù)納米球；(D)將填充層做為一蝕刻屏蔽 并蝕刻硅基板；以及(E)移除蝕刻屏蔽，以于硅基板的表面形成一周期結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板，其表面的周期結(jié)構(gòu)是利用納米球取代黃光微影 制備工藝所形成。由于納米球的「自組裝」特性，即這些納米球會(huì)自動(dòng)且有序地排列于基板 的表面，以形成蝕刻屏蔽的模板。同時(shí)，由于本發(fā)明的硅基板，是利用這些自動(dòng)排列的納米 球制作，故不需使用昂貴的次微米曝光屏蔽，使得本發(fā)明可提供一種以低成本且可快速制 作的具周期性結(jié)構(gòu)的硅基板。于本發(fā)明的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板中，還可包括一位于硅基板與微凹穴表面的抗 反射層。此抗反射層可以一般常用的蒸鍍或物理、化學(xué)氣相沉積方式鍍制在硅基板與微凹 穴表面，且抗反射層的材料可為一般常用的抗反射材料，如IT0、AZ0、Zn0、Sn0x、Ti0x、Si0x、 SiNx、及Si0xNy等。由此，可增加入射光子數(shù)量，而提升太陽能電池的效率。此外，本發(fā)明的 硅基板的材質(zhì)為P型單晶硅、N型單晶硅、P型多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅或N型非晶 娃。于本發(fā)明的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板中，步驟(A)的復(fù)數(shù)納米球排列于硅基板表面的步驟，包括下列步驟(A1)提供硅基板、及一位于一容器中的膠體溶液，且膠體溶液包 括復(fù)數(shù)納米球及一接口活性劑；(A2)放置硅基板于容器中，且膠體溶液覆蓋于硅基板的表 面；以及(A3)加入一具揮發(fā)性的溶液于容器中，以增加溶液揮發(fā)速率，且促使復(fù)數(shù)納米球 于硅基板的表面進(jìn)行排列。其中，復(fù)數(shù)納米球形成一納米球?qū)樱逸^佳為一層的納米球?qū)?。于本發(fā)明的硅基板中，微凹穴尺寸是根據(jù)蝕刻條件及納米球尺寸所決定。較佳為 納米球的直徑介于lOOnm至2. 5m之間，更佳為納米球的直徑介于lOOnm至1. 2 y m之間，而 可形成具納米級(jí)周期結(jié)構(gòu)的硅基板。此外，納米球較佳地具有相同的直徑。此外，納米球的 材質(zhì)并無特殊限制，可為氧化硅(SiOx)、陶瓷、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氧化鈦(TiOx)或 聚苯乙烯(PS)。于本發(fā)明的硅基板中，填充層可使用一般常用的薄膜或電化學(xué)沉積設(shè)備形成于基 板的部分表面及納米球的間隙，較佳地是使用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉積法形成。此 外，填充層的材質(zhì)并無特殊限制，可為一般常用的做為蝕刻屏蔽的材料；且較佳為氧化硅、 氮化硅、氧氮化硅、鈦、銀、金、鉬、鉬、銅、鈀、鐵、鎳、錫、鎢、釩、ITO、ZnO、AZ0、或光阻(PR)。 再者，填充層的厚度是根據(jù)所欲形成的微凹穴尺寸來決定，較佳為地是充層的厚度系小于 納米球的直徑。于本發(fā)明的硅基板中，步驟(D)的蝕刻基板的方法可為干蝕刻法或濕蝕刻法；且 較佳為濕蝕刻法，以避免硅基板受到損傷。其中，濕蝕刻法系以一緩沖蝕刻液蝕刻硅基 板，而緩沖蝕刻液可為根據(jù)填充層的材質(zhì)選擇一般常用的酸性或堿性蝕刻液。其中，酸性 蝕刻液可包含一酸液、一醇類、以及水，而堿性蝕刻液則包含一堿液、一醇類、以及水。較 佳為，酸液是硝酸及氫氟酸混合液或Amine Callates，其中Amine Callates是由乙醇 月安(ethanolamine)、五倍子酸(gallic acid)、7jC、口比口秦(pyrazine)、過氧化M (hydrogen peroxide)、及界面活性劑所混合而成；堿液較佳地是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氫氧化四 甲銨、乙二胺、聯(lián)胺氫氧化鈰或氫氧化銣；而醇類可為乙醇或異丙醇。因此，本發(fā)明的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板，是使用納米球并搭配濕蝕刻所形成。由于本 發(fā)明的硅基板系使用納米球做為蝕刻屏蔽的模板，而無需使用黃光微影術(shù)形成蝕刻屏蔽， 故不需制作昂貴的次微米光罩，而可大幅減少硅基板圖案化的制作成本及制備工藝時(shí)間。 同時(shí)，使用濕蝕刻形成具微孔穴的周期結(jié)構(gòu)，可避免硅基板受到損傷。因此，本發(fā)明可提供 一種制備工藝簡便且成本低廉的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板，因其基板表面的規(guī)則性的周期結(jié) 構(gòu)，可提升太陽能電池的效能。此外，本發(fā)明還提供一種具周期結(jié)構(gòu)蝕刻屏蔽的硅基板，其包括一硅基板；以及 一蝕刻屏蔽，位于硅基板的表面。其中，蝕刻屏蔽具有一周期結(jié)構(gòu)，位于蝕刻屏蔽的表面并 具有復(fù)數(shù)個(gè)微凹穴，而此復(fù)數(shù)微凹穴是呈數(shù)組狀排列。于本發(fā)明的具周期結(jié)構(gòu)蝕刻屏蔽的硅基板中，復(fù)數(shù)微凹穴的形狀為一部分球狀， 較佳地為半球形。此外，半球形的微凹穴直徑可介于lOOnm至2400nm之間，且半球形的微 凹穴直徑較佳介于lOOnm至lOOOnm之間。再者，蝕刻屏蔽的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氧氮化 硅、鈦、銀、金、鉬、鉬、銅、鈀、鐵、鎳、錫、鎢、釩、IT0、Zn0、AZ0或光阻(PR)。通過此具周期結(jié)構(gòu)蝕刻屏蔽的硅基板，可由調(diào)整蝕刻時(shí)間及溫度，形成具有不同 形狀的微凹穴，以應(yīng)用在不同領(lǐng)域的硅晶太陽能電池上。


圖1A至圖1E是公知制作硅晶太陽能電池的流程的剖面示意圖。圖2A至圖2F是公知以干蝕刻法制作具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的流程的剖面示意圖。圖3A至圖3F是公知以非等向性濕蝕刻法制作具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的流程的剖面 示意圖。圖4A至圖4F是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，納米球排列于硅基板表面的步驟示意圖。圖5A至圖5E是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，形成具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的流程的剖面 示意圖。圖6A至圖6B是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，具有周期結(jié)構(gòu)基板的掃描電子顯微鏡 (SEM)圖。圖7A至圖7B是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例中，具有周期結(jié)構(gòu)基板的SEM圖。圖8A至圖8B是本發(fā)明再一較佳實(shí)施例中，具有周期結(jié)構(gòu)基板的SEM圖。圖9是本發(fā)明再一較佳實(shí)施例的具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的示意圖。圖10是本發(fā)明再一較佳實(shí)施例的涂布有抗反射層的具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的示意 圖。圖11是本發(fā)明又一較佳實(shí)施例的具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的示意圖。圖12是本發(fā)明又一較佳實(shí)施例的具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的應(yīng)用于太陽能電池的示 意圖。附圖中主要組件符號(hào)說明
10,21,30娃基板101,201表面
102，202，242微凹穴11光阻層
12光罩13，14,28,33,34抗反射層
15,35前電極16，36背電極
22內(nèi)米球23填充層
24蝕刻屏蔽25膠體溶液
26容器27揮發(fā)性溶液
具體實(shí)施例方式如圖4A至圖4F所示，此為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，納米球排列于硅基板表面的 步驟示意圖。首先，如圖4A所示，提供一硅基板21及一位于一容器26中的膠體溶液25， 其中此膠體溶液25是由復(fù)數(shù)個(gè)納米球(圖中未示)及一界面活性劑(圖中未示)混合而 成。接著，將此硅基板21放置于容器26中并使得硅基板21完全浸入于膠體溶液25中，如 圖4B所示。在靜置數(shù)分鐘以后，納米球22便逐漸有序地排列于硅基板21表面，即形成所 謂的「納米球?qū)印?，如圖4C所示。而后，將一揮發(fā)性溶液27倒入容器26中，以將前述的膠體 溶液25揮發(fā)掉，如圖4D所示。最后，如圖4E所示，等到前述的膠體溶液25完全被揮發(fā)后， 便將硅基板21從容器26中取出并得到一具有復(fù)數(shù)個(gè)納米球22有序地排列于其表面的基 板21，如圖4F。于本實(shí)施例中，納米球22的材質(zhì)為聚苯乙烯(PS)，但是在不同的應(yīng)用場合中，這 些納米球22的材質(zhì)亦可為陶瓷、如氧化鈦(TiOx)的金屬氧化物、或如聚甲基丙烯酸甲酯
7(PMMA)或氧化硅(Silica)等材質(zhì)。此外，納米球22的直徑可介于lOOnm至2. 5 y m之間， 而于本實(shí)施例中，納米球22的直徑約為900nm，且絕大多數(shù)納米球22具有相同的直徑，但是 在不同的應(yīng)用場合時(shí)，這些納米球22的尺寸不僅限于前述的范圍。接下來，請參閱圖5A至圖5E，此為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，形成具有周期結(jié)構(gòu)基 板的剖面示意圖。首先，如圖5A所示，提供一硅基板21及復(fù)數(shù)納米球22，并依照上述方法， 使復(fù)數(shù)納米球22排列于硅基板21的表面，而形成一納米球?qū)?。其中，納米球22可以多層 堆疊于硅基板21表面，而于本實(shí)施例中，納米球22是以一層的方式排列于硅基板21表面。 接著，如圖5B所示，利用化學(xué)氣相沉積法形成一填充層23于硅基板21的部分表面及復(fù)數(shù) 納米球22之間隙。其中，填充層23的厚度小于該復(fù)數(shù)納米球的直徑，且填充層的材質(zhì)為氮 化硅。然而，除了可以化學(xué)氣相沉積法形成填充層23外，還可以物理氣相沉積法形成，且填 充層23的材質(zhì)亦可為其它常用于做為蝕刻屏蔽的金屬或硅化物，如氧化硅、氧氮化硅、鈦、 銀、金、鉬、鉬、銅、鈀、鐵、鎳、錫、鎢、釩、IT0、Zn0、AZ0或光阻(PR)。而后，使用四氫呋喃(THF)溶液移除復(fù)數(shù)納米球22，并將填充層23做為一蝕刻屏 蔽24，如圖5C所示。如此，可制得一具有周期結(jié)構(gòu)蝕刻屏蔽的硅基板，其包括一硅基板21 ； 以及一蝕刻屏蔽24，位于硅基板21的表面。其中，蝕刻屏蔽24具有一周期結(jié)構(gòu)，周期結(jié)構(gòu) 位于蝕刻屏蔽24的表面并具有復(fù)數(shù)個(gè)微凹穴242，而復(fù)數(shù)微凹穴242呈數(shù)組狀排列。在此注意的是，不同材質(zhì)的納米球需使用不同的溶液才能將這些納米球自基板 移除。舉例來說，若使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材質(zhì)的納米球，則是使用甲酸(formic acid)或甲苯(Toluene)移除納米球；若使用氧化硅(Silica)材質(zhì)的納米球，則是所使用 含氫氟酸(HF)溶液移除納米球。接著，如圖5D所示，將填充層做為一蝕刻屏蔽24，以濕蝕刻法蝕刻硅基板21。于 本實(shí)施例中，濕蝕刻法所使用的緩沖蝕刻液包含氫氧化鈉、異丙醇以及水。然而，依照基板 與填充層的材質(zhì)，亦可選擇不同的緩沖蝕刻液，其中，酸性蝕刻液可包含一酸液、一醇類以 及水，而堿性蝕刻液則包含一堿液、一醇類以及水。較佳地，酸液是硝酸及氫氟酸混合液 或 Amine Callates,其中 Amine Callates 是由乙醇胺(ethanolamine)、五倍子酸(gallic acid)、水、吡嗪(pyrazine)、過氧化氫(hydrogen peroxide)、及界面活性劑所混合而成； 堿液較佳地為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氫氧化四甲銨、乙二胺、聯(lián)胺、氫氧化鈰或氫氧化 銣；而醇類可為乙醇或異丙醇。此外，可由調(diào)整緩沖蝕刻液的組成及濃度、蝕刻溫度以及時(shí) 間，以得到不同的蝕刻結(jié)構(gòu)。同時(shí)，隨著蝕刻溫度上升，所需的時(shí)間隨的減少。于本實(shí)施例 中，蝕刻溫度為70°C，而蝕刻時(shí)間為1分鐘。移除蝕刻屏蔽24后，可于硅基板21表面201形成復(fù)數(shù)微凹穴202，即所謂的「周 期結(jié)構(gòu)」，如圖5E所示。其中，這些微凹穴202呈數(shù)組狀排列，且形狀為倒四角錐，即四角錐 的底部位于硅基板21表面201，而四角錐的頂部是自硅基板21表面201凹陷。本實(shí)施例的具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板系如圖6A及圖6B的SEM圖所示，其中圖6B為 圖6A的放大圖。由圖6A及圖6B可知，本實(shí)施例確實(shí)可在硅基板表面形成具有周期性的微 孔穴；且經(jīng)測量后，硅基板表面上微凹穴的底邊長度約300nm，而深度約為250nm。因此，本 實(shí)施例所制得的硅基板，其表面的周期結(jié)構(gòu)為納米級(jí)周期結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例是以上述相同方法制作具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板， 除了濕式蝕刻溫度為70°C，而蝕刻時(shí)間為5分鐘。本實(shí)施例所制備的硅基板其SEM圖系如
8圖7A及圖7B所示，其中圖7B為圖7A的放大圖。由圖7A及圖7B可知，本實(shí)施例確實(shí)可 在硅基板表面形成具有周期性的微孔穴；且經(jīng)測量后，硅基板表面上微凹穴的底邊長度約 590nm，而深度約為570nm。再者，本發(fā)明的再一較佳實(shí)施例是以上述相同方法制作具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板， 除了濕蝕刻溫度為70°C，而蝕刻時(shí)間為10分鐘。本實(shí)施例所制備的硅基板其SEM圖系如圖 8A及圖8B所示，其中圖8B為圖8A的放大圖。由圖8A及圖8B可知，本實(shí)施例確實(shí)可在硅基 板表面形成具有周期性的微孔穴；且經(jīng)測量后，硅基板表面上微凹穴的底邊長度約680nm， 而深度約為620nm。同時(shí)，由圖8A及圖8B的SEM圖可知，以本實(shí)施例的濕蝕刻條件，即蝕刻 溫度為70°C且時(shí)間為10分鐘，可得最佳化的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板。為更加清楚了解本實(shí)施例所制得的基板表面上的周期結(jié)構(gòu)，請參考圖9，此為本發(fā) 明再一較佳實(shí)施例的具有周期結(jié)構(gòu)基板的示意圖。利用上述方法所形成的具有周期結(jié)構(gòu)硅 基板，于硅基板21表面201形成有以數(shù)組狀排列的復(fù)數(shù)微凹穴202，且此些微凹穴202的形 狀為倒四角錐(倒金字塔形狀)。而后，于本實(shí)施例所制備的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板21表面，涂布抗反射層28，如圖 10所示。其中，抗反射層的材料可為ITO、AZO、ZnO、SnOx、TiOx、SiOx、SiNx或SiOxNy。于本 實(shí)施例中，是使用物理氣相沉積IT0。接著，取本實(shí)施例的涂布有抗反射層的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板進(jìn)行抗反射率測試， 其中周期結(jié)構(gòu)的微凹穴的底邊長度約680nm，而深度約為620nm。于300至900nm波長下， 本實(shí)施例的涂布有抗反射層的具周期結(jié)構(gòu)硅基板，其抗反射率為10%以下，于500至700nm 波長下，抗反射率更降至為3%以下。然而，相較于公知以黃光顯影圖案化的硅基板，于300 至900nm波長下，其反射率仍約20%左右。因此，本發(fā)明的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板，其抗反射 效果遠(yuǎn)優(yōu)于公知的圖案化硅基板，故可大幅提升硅晶太陽能電池效率。圖11是本發(fā)明又一較佳實(shí)施例的具有周期結(jié)構(gòu)硅基板的示意圖。本實(shí)施例是使 用如上數(shù)實(shí)施例相同的方法圖案化硅基板表面，除了使用硝酸及氫氟酸混合蝕刻液進(jìn)行蝕 刻。因硝酸及氫氟酸混合蝕刻液屬于等向性蝕刻液，故所形成的微凹穴形狀為一倒截頭圓 錐。圖12是將本發(fā)明又一較佳實(shí)施例所制備的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板，應(yīng)用于太陽能 電池的示意圖。其中，此太陽能電池包括一硅基板30，其為一 P型硅基板，且其表面具有復(fù) 數(shù)微凹穴302 ；—抗反射層33、34，位于硅基板30及微凹穴302的表面，且此抗反射層33的 材料為氧化鈦，而抗反射層34的材料為氮化硅，且氮化硅還可作為鈍化層；兩個(gè)前電極35， 位于氮化硅鈍化層34表面；以及一背電極36，位于硅基板30下表面。綜上所述，本發(fā)明的 以納米球做為蝕刻屏蔽模板所形成的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板，以簡單且便宜的納米球形成蝕 刻屏蔽的模板，故無需經(jīng)由設(shè)備昂貴且耗時(shí)的黃光微影制備工藝，而可大幅降低制備工藝 所需的時(shí)間及花費(fèi)。此外，當(dāng)使用黃光顯影制備工藝時(shí)，圖案化尺寸越小制作光罩成本越昂 貴；反觀本發(fā)明因不同納米球尺寸的價(jià)格并無太大差異，且可依需求調(diào)整納米球尺寸，而可 輕易形成具納米尺寸微結(jié)構(gòu)的硅基板。同時(shí)，相較于機(jī)臺(tái)昂貴且高危險(xiǎn)的干蝕刻，本發(fā)明的 具周期結(jié)構(gòu)的硅基板還搭配由濕蝕刻形成微凹穴，以降低制作成本及制作過程的危險(xiǎn)性， 并同時(shí)避免基板受到損傷。因此，本發(fā)明的具周期結(jié)構(gòu)的硅基板，其制備工藝時(shí)間短且制作 成本低廉，故可更廣泛地應(yīng)用于太陽能電池上，且可提升太陽能電池效能約20 30%。
上述實(shí)施例僅為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請的 權(quán)利要求范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板，包括一硅基板；以及一周期結(jié)構(gòu)，位于該硅基板的表面并具有復(fù)數(shù)個(gè)微凹穴；其中，該復(fù)數(shù)微凹穴呈數(shù)組狀排列，該復(fù)數(shù)微凹穴的形狀為一倒四角錐或一倒截頭圓錐，該倒四角錐的底邊長度介于100nm至2400nm之間，該倒截頭圓錐的直徑介于100nm至2400nm之間，且該微凹穴的深度介于100nm至2400nm之間。
2.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該周期結(jié)構(gòu)是經(jīng)由下列步驟制備而成(A)提供該硅基板及復(fù)數(shù)納米球，其中該復(fù)數(shù)納米球排列于該硅基板的表面；(B)形成一填充層于該硅基板的部分表面及該復(fù)數(shù)納米球的間隙；(C)移除該復(fù)數(shù)納米球；(D)將該填充層做為一蝕刻屏蔽并蝕刻該硅基板；以及(E)移除該蝕刻屏蔽，以于該硅基板的表面形成該周期結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該周期結(jié)構(gòu)為納米級(jí)周期結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，包括一抗反射層，位于該硅基板及該微凹穴的表
5.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該抗反射層的材料為ITO、AZO、ZnO、SnOx、TiOx、 SiOx、SiNx 或 SiOxNy。
6.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該硅基板的材質(zhì)為P型單晶硅、N型單晶硅、P型 多晶硅、N型多晶硅、P型非晶硅或N型非晶硅。
7.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，步驟(A)的復(fù)數(shù)納米球排列于該硅基板的表面， 包括(A1)提供該硅基板、及一位于一容器中的膠體溶液，且該膠體溶液包括該復(fù)數(shù)納米球 及一接口活性劑；(A2)放置該硅基板于該容器中，且該膠體溶液覆蓋于該硅基板的表面；以及(A3)加入一具揮發(fā)性的溶液于容器中，以增加溶液揮發(fā)速率，且促使復(fù)數(shù)納米球于硅 基板的表面進(jìn)行排列。
8.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該填充層是利用化學(xué)氣相沉積法或物理氣相沉 積法形成于該硅基板的部分表面及該復(fù)數(shù)納米球的間隙。
9.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，步驟(D)是以一緩沖蝕刻液蝕刻該硅基板。
10.如權(quán)利要求9所述的硅基板，其中，該緩沖蝕刻液包含一堿液、一醇類以及水。
11.如權(quán)利要求10所述的硅基板，其中，該堿液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水、氫氧化四 甲銨、乙二胺、聯(lián)胺、氫氧化鈰或氫氧化銣。
12.如權(quán)利要求10所述的硅基板，其中，該醇類為乙醇或異丙醇。
13.如權(quán)利要求9所述的硅基板，其中，該緩沖蝕刻液包含一酸液、一醇類以及水。
14.如權(quán)利要求13所述的硅基板，其中，該酸液為硝酸及氫氟酸混合液或Amine Callates ；其中Amine Callates是由乙醇胺、五倍子酸、水、吡嗪、過氧化氫及界面活性劑 所混合而成。
15.如權(quán)利要求13所述的硅基板，其中，該醇類為乙醇或異丙醇。
16.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該填充層的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、鈦、銀、金、鉬、鉬、銅、鈀、鐵、鎳、錫、鎢、釩、IT0、Zn0、AZ0或光阻。
17.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該納米球的材質(zhì)為氧化硅、陶瓷、聚甲基丙烯酸 甲酯、氧化鈦或聚苯乙烯。
18.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該填充層的厚度小于該復(fù)數(shù)納米球的直徑。
19.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該復(fù)數(shù)納米球的直徑介于lOOnm至2.5 y m之間。
20.如權(quán)利要求1所述的硅基板，其中，該復(fù)數(shù)納米球具有相同的直徑。
21.一種具周期結(jié)構(gòu)蝕刻屏蔽的硅基板，其包括 一硅基板；以及一蝕刻屏蔽，位于硅基板的表面；其中，該蝕刻屏蔽具有一周期結(jié)構(gòu)，該周期結(jié)構(gòu)位于該蝕刻屏蔽的表面并具有復(fù)數(shù)個(gè) 微凹穴，而該復(fù)數(shù)微凹穴呈數(shù)組狀排列。
22.如權(quán)利要求21所述的硅基板，其中，該復(fù)數(shù)微凹穴的形狀為一半球形。
23.如權(quán)利要求21所述的硅基板，其中，該微凹穴直徑介于lOOnm至2400nm之間。
24.如權(quán)利要求21所述的硅基板，其中，該蝕刻屏蔽的材質(zhì)為氧化硅、氮化硅、氧氮化 硅、鈦、銀、金、鉬、鉬、銅、鈀、鐵、鎳、錫、鎢、釩、IT0、Zn0、AZ0或光阻(PR)。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有周期結(jié)構(gòu)的硅基板，包括一硅基板；以及一周期結(jié)構(gòu)，位于基板的表面并具有復(fù)數(shù)個(gè)微凹穴，其中，該復(fù)數(shù)微凹穴呈數(shù)組狀排列，且該復(fù)數(shù)微凹穴的形狀為一倒四角錐、或一倒截頭圓錐，該倒四角錐的底邊長度介于100nm至2400nm之間，該倒截頭圓錐的直徑介于100nm至2400nm之間，而微凹穴的深度介于100nm至2400nm之間。
文檔編號(hào)B81C1/00GK101877362SQ20091013790
公開日2010年11月3日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者李升儒, 李崇華 申請人:和椿科技股份有限公司