專利名稱：光電轉(zhuǎn)換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種光電轉(zhuǎn)換元件，且特別是有關(guān)于一種垂直式(vertical type)的光電轉(zhuǎn)換元件。
背景技術(shù)：
近年來，太陽能電池、光感測器等光電轉(zhuǎn)換元件已被大量地運用于人類的生活環(huán) 境中。伴隨著環(huán)保節(jié)能議題，太陽能電池成為最具潛力的綠色替代能源，而光感測器則已被 應(yīng)用于平面顯示器中。通過光感測器，平面顯示器能夠偵測外界光線強度以調(diào)整顯示的亮 度。此外，光感測器使得平面顯示器具備觸控功能及/或掃描功能，讓平面顯示器更為多功 能?；迳?，光電轉(zhuǎn)換元件依照其結(jié)構(gòu)可被粗略地分為兩大類型一為水平式光電轉(zhuǎn) 換元件，而另一為垂直式光電轉(zhuǎn)換元件。與垂直式光電轉(zhuǎn)換元件相較，水平式光電轉(zhuǎn)換元件 的工藝較為復(fù)雜，但由于光線較容易照射到水平式光電轉(zhuǎn)換元件的光轉(zhuǎn)換層，故水平式光 電轉(zhuǎn)換元件具有較佳的靈敏度及光電轉(zhuǎn)換效率。垂直式光電轉(zhuǎn)換元件的工藝相對簡單，但 由于光線較不容易照射到垂直式光電轉(zhuǎn)換元件的光轉(zhuǎn)換層，故垂直式光電轉(zhuǎn)換元件的靈敏 度及光電轉(zhuǎn)換效率較差。因此，如何改善垂直式光電轉(zhuǎn)換元件的靈敏度及光電轉(zhuǎn)換效率，實 為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟欲解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換元件，其光轉(zhuǎn)換層具有一傾斜的光入射側(cè)面，以有效增 進靈敏度(sensitivity)及光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換元件，適于將一光線轉(zhuǎn)換為一光電流。前述的光電轉(zhuǎn)換 元件包括一光轉(zhuǎn)換層、一頂導(dǎo)電層以及一底導(dǎo)電層。光轉(zhuǎn)換層具有一底平面、相對于底平面 的一頂平面以及連接于底平面與頂平面之間的一光入射側(cè)面，其中底平面與光入射側(cè)面的 夾角為Θ，且64°彡θ彡79°。頂導(dǎo)電層配置于光轉(zhuǎn)換層的頂平面上，而底導(dǎo)電層則配置 于光轉(zhuǎn)換層的底平面下。在本發(fā)明的一實施例中，光線入射前述的光入射側(cè)面的入射角為Qi，且θ等于
θ io在本發(fā)明的一實施例中，前述的光轉(zhuǎn)換層例如為一本征半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的一實施例中，前述的光轉(zhuǎn)換層例如為一非晶硅層、一微晶硅層、一多晶 硅層、一外延硅層、一富硅材料層、一硅鍺層、一鎵砷層或其疊層。在本發(fā)明的一實施例中，前述的光電轉(zhuǎn)換元件可進一步包括一第一型摻雜半導(dǎo)體 層以及一第二型摻雜半導(dǎo)體層，其中第一型摻雜半導(dǎo)體層配置于底導(dǎo)電層與光轉(zhuǎn)換層之 間，而第二型摻雜半導(dǎo)體層則配置于頂導(dǎo)電層與光轉(zhuǎn)換層之間。在本發(fā)明的一實施例中，當(dāng)?shù)谝恍蛽诫s半導(dǎo)體層為N型摻雜半導(dǎo)體層時，第二型 摻雜半導(dǎo)體層為P型摻雜半導(dǎo)體層。反之，當(dāng)?shù)谝恍蛽诫s半導(dǎo)體層為P型摻雜半導(dǎo)體層時，
3第二型摻雜半導(dǎo)體層為N型摻雜半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的一實施例中，前述的光電轉(zhuǎn)換元件可進一步包括一反射層，此反射層 配置于第一型摻雜半導(dǎo)體層與底導(dǎo)電層之間。在本發(fā)明的一實施例中，前述的頂導(dǎo)電層具有一粗糙面，且粗糙面未與光轉(zhuǎn)換層 的頂平面接觸。在本發(fā)明的一實施例中，75°彡θ彡79°。在本發(fā)明的一實施例中，前述的光電轉(zhuǎn)換元件可進一步包括一保護層，以覆蓋光 入射側(cè)面上。在本發(fā)明的一實施例中，前述的保護層的材質(zhì)例如是氮硅化物或氧硅化物。此外， 當(dāng)光入射側(cè)面上覆蓋有保護層時，64° < θ <69°。在本發(fā)明的一實施例中，前述的底平面與頂平面的形狀為多邊形、圓形或橢圓形。在本發(fā)明的一實施例中，前述的頂導(dǎo)電層為一透明導(dǎo)電層，而底導(dǎo)電層為一反射 導(dǎo)電層。由于本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件中的光轉(zhuǎn)換層具有一傾斜的光入射側(cè)面，因此本發(fā)明 的光電轉(zhuǎn)換元件具有良好的靈敏度及光電轉(zhuǎn)換效率。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖 作詳細(xì)說明如下。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說 明如下圖1為本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的立體示意圖；圖2Α至圖5Α以及圖2Β至圖5Β為本發(fā)明不同實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的剖面示意 圖。其中，附圖標(biāo)記IOOUOOa IOOf 光電轉(zhuǎn)換元件IlOa:底平面IlOc:光入射側(cè)面130:頂導(dǎo)電層140 第一型摻雜半導(dǎo)體層160 保護層θ i 入射角θ 夾角R:反射光
具體實施例方式圖1為本發(fā)明一實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的立體示意圖，而圖2Α至圖5Α以及圖2Β 至圖5Β為本發(fā)明不同實施例的光電轉(zhuǎn)換元件的剖面示意圖。請參照圖1與圖2Α，本實施例的光電轉(zhuǎn)換元件100適于將一光線L轉(zhuǎn)換為一光電
110 光轉(zhuǎn)換層 IlOb 頂平面 120 底導(dǎo)電層 130a 粗糙面 150 第二型摻雜半導(dǎo)體層 170 反射層 θ r 折射角 L:光線流。本實施例的光電轉(zhuǎn)換元件100包括一光轉(zhuǎn)換層110、一底導(dǎo)電層120以及一頂導(dǎo)電層 130。光轉(zhuǎn)換層110具有一底平面110a、相對于底平面IlOa的一頂平面IlOb以及連接于底 平面IlOa與頂平面IlOb之間的一光入射側(cè)面110c，其中底平面IlOa與光入射側(cè)面IlOc 的夾角為θ，且64°彡θ彡79°。底導(dǎo)電層120配置于光轉(zhuǎn)換層110的底平面IlOa上， 而頂導(dǎo)電層130則配置于光轉(zhuǎn)換層110的頂平面IlOb下。在本實施例中，底平面IlOa與頂平面IlOb的形狀矩形。當(dāng)然，在其他可行的實施 例中。底平面IlOa與頂平面IlOb可為多邊形(如三角形、五邊形、六邊形等)、圓形、橢圓 形、環(huán)形或是同心圓的多重環(huán)形。此外，本實施例的頂導(dǎo)電層130例如為一透明導(dǎo)電層以利 光線L通過而照射于光轉(zhuǎn)換層110上，而底導(dǎo)電層120例如為一反射導(dǎo)電層以將光線L反 射回光轉(zhuǎn)換層110。在本實施例中，光轉(zhuǎn)換層110例如為一本征半導(dǎo)體層，而光轉(zhuǎn)換層110例如為一非 晶硅層、一微晶硅層、一多晶硅層、一外延硅層、一富硅材料層、一硅鍺層、一鎵砷層或其疊 層。當(dāng)光轉(zhuǎn)換層110由一本征半導(dǎo)體層所構(gòu)成時，光電轉(zhuǎn)換元件100可用以作為光感測器。 當(dāng)然，本實施例不限定光轉(zhuǎn)換層110的材質(zhì)與型態(tài)，光轉(zhuǎn)換層110可以是其他材質(zhì)或具有其 他型態(tài)。在其他可行的實施例中，為了進一步增進光電轉(zhuǎn)換元件100的光電轉(zhuǎn)換效率，光 電轉(zhuǎn)換元件100可進一步包括一第一型摻雜半導(dǎo)體層140以及一第二型摻雜半導(dǎo)體層150， 其中第一型摻雜半導(dǎo)體層140配置于頂導(dǎo)電層130與光轉(zhuǎn)換層110之間，而第二型摻雜半 導(dǎo)體層150則配置于底導(dǎo)電層120與光轉(zhuǎn)換層110之間。舉例而言，當(dāng)?shù)谝恍蛽诫s半導(dǎo)體 層140為N型摻雜半導(dǎo)體層時，第二型摻雜半導(dǎo)體層150為P型摻雜半導(dǎo)體層。反之，當(dāng)?shù)?一型摻雜半導(dǎo)體層140為P型摻雜半導(dǎo)體層時，第二型摻雜半導(dǎo)體層150為N型摻雜半導(dǎo) 體層。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件100包含有第一型摻雜半導(dǎo)體層140以及第二型摻雜半導(dǎo)體層150 時，光電轉(zhuǎn)換元件100可用以作為太陽能電池。值得注意的是，第一型摻雜半導(dǎo)體層140以 及第二型摻雜半導(dǎo)體層150為光電轉(zhuǎn)換元件100中的選擇性構(gòu)件，此領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù) 產(chǎn)品設(shè)計需求而選擇性制作第一型摻雜半導(dǎo)體層140以及第二型摻雜半導(dǎo)體層150。為了使光線L能夠順利入射至光轉(zhuǎn)換層110中，本實施例令底平面IlOa與光入射 側(cè)面IlOc為夾角θ，且較佳是64°彡θ <79°。其中，夾角θ等于光線L入射光入射 側(cè)面IlOc的入射角θ”詳言之，夾角θ更佳是符合布魯斯特角(Brewster's angle)的 定義，當(dāng)光線L的入射角θ i與折射角θ r的總和為π /2 (即θ i+ θ ^ = π /2)時，反射光R 的比例接近0，且光線L從光入射側(cè)面IlOc入射至光轉(zhuǎn)換層110中的比例接近100%。假 設(shè)光線由折射率為nl的介質(zhì)入射至折射率為π2的光轉(zhuǎn)換層110，當(dāng)入射角θ i滿足布魯斯 特角的條件(即π/2)時，可由下列算式推得夾角θ等于入射角θ。nl · sin θ i = η2 · sin θ r— nl · sin θ i = η2 · sin ( π /2— θ》— nl · sin θ i = η2 · cos θ i— θ i = tan-1 (n2/nl) = θ一般而言，當(dāng)光線L由空氣直接入射光轉(zhuǎn)換層110時，夾角θ介于75°至79°之 間。由于夾角θ符合布魯斯特角的條件，因此可以有更佳的光入射比例。以下將以表1記 錄光線L的波長、光轉(zhuǎn)換層110的材質(zhì)及其折射率以及夾角θ的相對關(guān)系。
折射率夾角θ波長(nm)空氣微晶硅1微晶硅2非晶石圭微晶硅1微晶硅2非晶娃85013.673.74.0475757663013.944.576767855014.114.214.7776777845014.664.615.11787879表 1接著請參照圖2B，圖2B中的光電轉(zhuǎn)換元件IOOa與圖2A中的光電轉(zhuǎn)換元件100 類似，但二者主要差異在于光電轉(zhuǎn)換元件IOOa進一步包括一保護層160，以覆蓋光入射側(cè) 面IlOc上。在本實施例中，保護層160的材質(zhì)例如是氮硅化物或氧硅化物。當(dāng)光入射側(cè)面 IlOc上覆蓋有保護層160時，而光線L經(jīng)保護層160入射光轉(zhuǎn)換層110時，夾角θ較佳介 于64°至69°之間。以下將以表2記錄光線L的波長、保護層170的材質(zhì)(氮硅化物)及 其折射率、光轉(zhuǎn)換層110的材質(zhì)及其折射率以及夾角θ的相對關(guān)系。
折!寸率夾角θ波長(nm)保護層微晶硅1微晶硅2非晶硅微晶硅1微晶硅2非晶硅8501.83.673.74.046464666301.893.944.56465675501.94.114.214.776566684501.924.664.615.11686769表2接著請參照圖3Α，圖3Α中的光電轉(zhuǎn)換元件IOOb與圖2Α中的光電轉(zhuǎn)換元件100 類似，但二者主要差異在于光電轉(zhuǎn)換元件IOOb進一步包括一反射層170，此反射層170配 置于第一型摻雜半導(dǎo)體層150與底導(dǎo)電層120之間。當(dāng)?shù)讓?dǎo)電層120上設(shè)置有反射層170 時，底導(dǎo)電層120的材質(zhì)選擇將更有彈性，詳言之，底導(dǎo)電層120可以選擇透明導(dǎo)電材質(zhì)或 是反射導(dǎo)電材質(zhì)。接著請參照圖3Β，圖3Β中的光電轉(zhuǎn)換元件IOOc與圖3Α中的光電轉(zhuǎn)換元件IOOb 類似，但二者主要差異在于光電轉(zhuǎn)換元件IOOc進一步包括一保護層160，以覆蓋光入射側(cè) 面IlOc上。最后請參照圖4Α、圖4Β、圖5Α與圖5Β，從圖4Α、圖4Β、圖5Α與圖5Β可知，光電轉(zhuǎn) 換元件IOOcU IOOeUOOf, IOOg分別與光電轉(zhuǎn)換元件100、100a、IOObUOOc類似，但主要差異 在于光電轉(zhuǎn)換元件100d、100e、IOOfUOOg中的頂導(dǎo)電層130具有一粗糙面130a，且此粗 糙面130a未與光轉(zhuǎn)換層110的頂平面IlOb接觸。在變化實施例中，保護層亦可覆蓋頂導(dǎo)
6電層130，在其表面制作粗糙面，可減少光的反射。由于本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件中的光轉(zhuǎn)換層具有一傾斜的光入射側(cè)面，使光線入射 至光轉(zhuǎn)換層的入射角滿足布魯斯特角的條件，因此本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換元件具有良好的靈敏 度及光電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
一種光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，適于將一光線轉(zhuǎn)換為一光電流，該光電轉(zhuǎn)換元件包括一光轉(zhuǎn)換層，具有一底平面、相對于該底平面的一頂平面以及連接于該底平面與該頂平面之間的一光入射側(cè)面，其中該底平面與該光入射側(cè)面的夾角為θ，且64°≤θ≤79°；一頂導(dǎo)電層，配置于該光轉(zhuǎn)換層的該頂平面上；以及一底導(dǎo)電層，配置于該光轉(zhuǎn)換層的該底平面下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該光線入射該光入射側(cè)面的入 射角為Qi，且θ等于θ^
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換層包括一本征半導(dǎo)體層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該光轉(zhuǎn)換層包括一非晶硅層、一 微晶硅層、一多晶硅層、一外延硅層、一富硅材料層、一硅鍺層、一鎵砷層或其迭層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，更包括 一第一型摻雜半導(dǎo)體層，配置于該底導(dǎo)電層與該光轉(zhuǎn)換層之間；以及 一第二型摻雜半導(dǎo)體層，配置于該頂導(dǎo)電層與該光轉(zhuǎn)換層之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該第一型摻雜半導(dǎo)體層為N型摻 雜半導(dǎo)體層，而該第二型摻雜半導(dǎo)體層為P型摻雜半導(dǎo)體層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該第一型摻雜半導(dǎo)體層為P型摻 雜半導(dǎo)體層，而該第二型摻雜半導(dǎo)體層為N型摻雜半導(dǎo)體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，更包括一反射層，配置于該第一 型摻雜半導(dǎo)體層與該底導(dǎo)電層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，更包括一反射層，配置于該第一 型摻雜半導(dǎo)體層與該底導(dǎo)電層之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該頂導(dǎo)電層具有一粗糙面，且 該粗糙面未與該光轉(zhuǎn)換層的該頂平面接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，75°< θ <79°。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，更包括一保護層，覆蓋該光入 射側(cè)面上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該保護層的材質(zhì)包括氮硅化 物或氧硅化物。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，64°< θ <69°。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該底平面與該頂平面的形狀為 多邊形、圓形或橢圓形。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，該頂導(dǎo)電層為一透明導(dǎo)電層， 而該底導(dǎo)電層為一反射導(dǎo)電層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件，適于將一光線轉(zhuǎn)換為一光電流。前述的光電轉(zhuǎn)換元件包括一光轉(zhuǎn)換層、一頂導(dǎo)電層以及一底導(dǎo)電層。光轉(zhuǎn)換層具有一底平面、相對于底平面的一頂平面以及連接于底平面與頂平面之間的一光入射側(cè)面，其中底平面與光入射側(cè)面的夾角為θ，且64°≤θ≤79°。頂導(dǎo)電層配置于光轉(zhuǎn)換層的頂平面上，而底導(dǎo)電層則配置于光轉(zhuǎn)換層的底平面下。
文檔編號H01L31/08GK101964366SQ20101025323
公開日2011年2月2日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者侯智元, 陳建宏 申請人:友達光電股份有限公司