專利名稱：糙化透明導電基板的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種糙化透明導電基板的制造方法，特別涉及一種使用雷射源雕刻一花紋結構于透明導電層上的技術，藉此，可有效增加入射光的捕捉及光的利用率。
背景技術：
由于能源危機與環(huán)保意識的抬頭，使太陽能電池受到大家的重視。此外，由于人們對于硅原料的制作及組件加工技術的經(jīng)驗累積，使硅原料成為理想的太陽能電池材料。然而，以硅晶做成的太陽能電池的轉換效率，因其僅能吸收1.1電子伏特(ev)以上的太陽光能的限制、反射光造成的損失、材料對太陽光的吸收能力不足、載子在尚未被導出之前就被材料中的缺陷捕捉而失效，或是載子受到材料表面的懸浮鍵結捕捉產(chǎn)生復合等諸多因素，皆使其效率下降。因此，現(xiàn)在市售硅晶太陽能電池的轉換效率僅約16%，即表示硅晶太陽能電池的高效率化其實還有相當大的空間。參照美國公告專利第6，380，479號，標題為:光伏單元組件及其制作方法(Photovoltaic element and method for manufacturing methodt hereof),其主要公開了一種太陽能電池的制造方法。其利用糙化的基板以增加入射光的使用率，藉以改善電流特性，進而把反射光的比率降到10%以下，并增加電池整體的光電轉換效率。此夕卜，美國公告專利第7，199，395號，標題為:光伏組件及其制作方法(Photovoltaic cell and method for fabricating the same),其主要公開了一種太陽能電池的制造方法。主要將PN接面制作于同一平面，進而使電極可制作于太陽能電池的一平面，使太陽能板的受光面不受電極的遮蔽，進而增加電池整體的光電轉換效率。上述專利的透明 導電基板其糙化制作都使用濕式蝕刻的方式，不易控制蝕刻圖形，如蝕刻深度為深V型，容易因電漿增強式化學氣相沉積(PECVD)制程表面披覆性不佳形成缺陷，導致組件特性表現(xiàn)下降。此外，濕式蝕刻制程變異性大，不容易控制相同制程與蝕刻效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的缺陷和不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種糙化透明導電基板的制造方法，藉由其糙化表面增加入射光的捕捉及光的利用率。為達上述的目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種糙化透明導電基板的制造方法，其步驟包括:提供一透明基板；沉積一透明導電層于該透明基板的一表面；以一雷射源于該透明導電層上雕刻一花紋結構；其中該花紋結構為圓形、三角形、矩型、多邊形或不規(guī)則形之一；其中該花紋結構的深度介于30至300奈米之間。根據(jù)本發(fā)明的一特征，該透明導電層為氧化銦錫(ITO)。根據(jù)本發(fā)明的一特征，沉積該透明導電層的方法為化學氣相沉積法、熱蒸鍍法、溶膠凝膠法、射頻(RF)磁控濺鍍法或直流(DC)磁控濺鍍法之一。
本發(fā)明的一種糙化透明導電基板的制造方法具有下列功效:該制造方法所使用的雷射源的制程容易控制，可精確掌握雕刻花紋結構的寬度、間距及深度。雷射雕刻的圖型花紋結構，可達到糙化的效果，增加電漿增強式化學氣相沉積(PECVD)制程表面的披覆性，且薄膜不易形成缺陷，光捕捉性強，能有效提升光電組件電性。該制造方法所使用的雷射制程簡單迅速安全，能有效將低蝕刻成本，也沒有濕式蝕刻的危險。


圖1為糙化透明導電基板剖面圖。主要組件符號說明I糙化透明導電基板2雷射頭11透明導電層12透明基板h雷射頭至透明導電層距離 Wl花紋間距 W2花紋寬度 d花紋深度
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明糙化透明導電基板I包括:一透明基板12 ;及一透明導電層11被覆于該透明基板12的一面，該透明導電層11經(jīng)雷射源2雕刻花紋以糙化其表面。該透明基板12為玻璃、樹脂或可撓性透明材質(zhì)。若透明基板12皆為玻璃，其所制造的薄膜太陽能電池，可應用 于綠能建筑窗戶。不僅可以降低室內(nèi)光照，又可產(chǎn)生電能供建筑物使用；若以樹脂或可饒性透明材料為基板，則可做為攜帶式太陽能電池，方便充電。此外，熱應力主要的原因來自不同材料對受熱或冷卻后，所進行的膨脹與縮小程度不同所致，若薄膜熱膨脹系數(shù)高于基板，則冷卻后薄膜承受在一張應力之下.反之，若薄膜熱膨脹系數(shù)低于基板，冷卻后的薄膜承受在一壓應力之下。這個因彼此熱膨脹系數(shù)不同所衍生的熱應力，其關系式如下。oTh = Er" Δ T ( a Film- a sub)其中σ Th為薄膜的熱應力，Er為薄膜的楊氏系數(shù)，AT為溫差，aFilm、a sub各為薄膜和基板的熱膨脹系數(shù)。由于熱膨脹系數(shù)的不同，將造成基板的變形與熔融，所以以下將氧化銦錫(ITO)薄膜、玻璃基板與塑料基板(PC)作比較，了解熱膨脹系數(shù)(Coefficient of Thermal Expansion.CTE)不同的重要性。已知氧化銦錫(ITO)薄膜的CTE為7.2 X IO^6Cm/0C ;玻璃基板的CTE為4.6 X 10_6Cm/°C ;塑料基板(PC)的CTE為70.2X IO-W0C ;上述可知塑料基板的熱膨脹系數(shù)與氧化銦錫(ITO)薄膜相差許多，而玻璃基板則與氧化銦錫(ITO)薄膜差不多。因此在固定的濺鍍溫度，塑料基板的oTh比玻璃基板的σ Th大，所以薄膜在玻璃基板上幾乎沒有熱應力的問題，但在塑料基板上影響就很大。玻璃基板幾乎不會有熱應力的影響而使基板彎曲或變形，但塑料基板會受到熱應力(應力型式為壓應力)的影響而驅(qū)使基板彎曲。透明基板12上被覆的透明導電層11可為氧化銦錫(ITO)薄膜、摻氟氧化錫(FTO)薄膜、氧化鋁鋅(AZO)薄膜、氧化銦鋅(IZO)薄膜、氧化鋅(ZnO)薄膜或氧化鍺鋅(GZO)薄膜，其厚度為50至350奈米。較佳，透明導電層11為氧化銦錫(ITO)薄膜。氧化銦錫(ITO)薄膜是由氧化銦(In2O3)摻雜氧化錫(SnO2)所組成，一般氧化銦錫(ITO)在In203/Sn02 = 90/10時，擁有最低的電阻比及最高的光穿透率，可見光穿透率可達到90 95%之間。此外，氧化銦鋅(IZO)為In2O3加入7-10%的ZnO所組成的材料，其優(yōu)點在于可以低溫成膜，在室溫制程下得到的IZO為非晶質(zhì)。ZnO為母材所組成的導電材料，因為Zn (鋅)金屬較I η (銦)產(chǎn)量豐富而低廉，同時較無毒性且比氧化銦錫(ITO)容易蝕刻，近年來成為備受矚目的透明導電材料。但因純ZnO的電阻過高，當環(huán)境溫度高于150°C以上，其電性的穩(wěn)定度不佳，而為了得到低電阻，可摻雜微量元素如In、Al、Ga等。目前ZnO產(chǎn)品最大的挑戰(zhàn)在于大面積制程下，ZnO薄膜的導電度均勻性比氧化銦錫(ITO)差且透射率低。透明導電層11可以化學氣相沉積法、熱蒸鍍法、溶膠凝膠法、RF磁控濺鍍法或DC磁控濺鍍法被覆于透明基板上。磁控濺鍍法為目前和IC制造技術兼容性較高的技術，而且具有可連續(xù)生產(chǎn)高質(zhì)量薄膜的特性，制造溫度也比其他技術來的低，且適合用在大面積的各種基板上。因此目前所使用的磁控濺鍍法相當普遍的薄膜制造技術。因成本較低且制程控制容易，目前量產(chǎn)的ITO膜大都采用直流(DC)放電方式，一般常看到的發(fā)光放電技術，有直流(DC)磁控濺鍍法和射頻(RF)磁控濺鍍法，另外亦有直接利用離子槍作為離子源。但ITO靶材必頇非常的致密以減少放電阻抗，使用射頻(RF)放電方式所形成的電漿密度較高，放電電壓低，可得到比直流(DC)放電制程電阻值更低的ITO薄膜，且所制成出來的薄膜厚度較為均勻。雷射源2可為二氧化碳雷射、固態(tài)晶體雷射或半導體雷射。二氧化碳雷射采用放電方式激發(fā)的高功率雷射，目前商品化的已達萬瓦。這種雷射中的氣體，以氦及氮為主，介質(zhì)氣體二氧化碳反而最少，原因是大量的氦和氮，才能幫助少量的二氧化碳進入群數(shù)反轉。二氧化碳雷射的效率，也就是輸出光功率和輸入電功率的比值可達15%,較氦氖雷射高約百倍。輸出的波長是10.6微米(I μ m = l(T6m)紅外線。固體雷射可用釹-釔鋁石榴石晶體(Nd:YAG)雷射，摻釹(Nd)釔鋁石榴石(YAG)的波長為1064nm，并具有高強度、高方向性(High oriented)、及高單色性(Mono-chromatity)等特性,故可在極短的時間內(nèi)作用到材料上,瞬間形成極高的溫度及瞬間回復到常溫。就特點而言，Nd:YAG雷射不但具高振蕩頻率(Itepetition rate) (50KHz),大輸出功率(規(guī)格100W)的特性外，而且非常穩(wěn)定，是目前技術最成熟，應用范圍最廣的一種固體激光器，經(jīng)由脈沖寬度的控制，可精準控制激光束與對象的接觸時間，以避免對象過熱，縮小熱影響區(qū)，提高操作質(zhì)量。半導體雷射或稱雷射二極管具有體積輕巧、效益高、消耗功率小、使用壽命長、以及容易由電流大小來調(diào)制其輸出功率、調(diào)制頻率可達十億赫茲等特性。這些特性使它廣泛應用于信息處理、光纖通訊、家電用品及精密測量上。而且，因制作精細、技術層次高，對于整體光電產(chǎn)業(yè)而言，具有舉足輕重的地位，也是關鍵性組件。故其雷射源2功率可由10至1000瓦，速率50至3000毫米每秒。實施時該雷射源的2 口距離透明導電層11高度h為I至20厘米，隨雷射源2的功率與速度不同而調(diào)整
高度h。雷射源2雕刻花紋為圓形、三角形、 矩型、多邊形或不規(guī)則形。可依所制造的太陽能電池尺寸、形狀而改變，盡量以花紋涵蓋面積最大化為原則。該花紋寬度10至1，000微米，花紋間距10至1，OOO微米，花紋深度30至300奈米。亦即，花紋越密集，短路電流越佳，光捕捉性也越高。以下為本發(fā)明較佳實施例，分別說明如下:實施例一首先將玻璃基板放入超音波震蕩機，使用酒精震蕩10分鐘，主要目的是將玻璃表面多余的有機及非有機物質(zhì)去除，接著放入純水震蕩10分鐘，以去除殘留于玻璃基板表面上的酒精，再使用氮氣槍將玻璃基板表面上水分吹干，將玻璃基板表面上多余的水分吹掉，最后將玻璃基板放置電漿清洗機(02-Plasma)中，腔體抽至一定的真空值，通入電流產(chǎn)生電漿(Plasma)。以中功率模式清潔5分鐘，用來去除氧化層或較厚的碳化層，并且可活化玻璃表面的氧化銦錫(ITO)，避免過多氧氣殘留，影響整個備制的過程。用射頻(RF)磁控濺鍍機，將氧化銦錫透明導電薄層11沉積于玻璃基板上，選用的靶材In2O3和SnO3成分比例為90/10的氧化銦錫(ITO)合金靶材，純度為99.9%，均質(zhì)制造，規(guī)格為2寸，厚度為6厘米。射頻(RF)磁控濺鍍機功率60瓦，濺鍍氧化銦錫(ITO)膜厚100奈米于玻璃基板上。濺鍍完成后，以鉗夾將氧化銦錫(Ι )玻璃放入二氧化碳雷射源2中，進行雷射雕刻花紋。輸入雷射源參數(shù)如下，速度150厘米每秒；功率10瓦；雷射雕刻精密度(VPPI)值為7 ;高度h為5公分。雕刻花紋以繪圖軟件制作成花紋寬度20微米；花紋間距20微米；花紋深度30奈米的矩型圖樣，放入雷射源2的操作計算機中，確定后啟動，進行雕刻。制作出的糙化透明導電基板I其透光率為94.23%,以此制造的非晶硅薄膜太陽能電池短路電流由8 .88mA/cm2提升至9.87mA/cm2，效率由4.59 %提升至5.19%，整體薄膜太陽能電池組件效率提升約13%。實施例二實施例二大致如實施例一的步驟，其主要差異系濺鍍氧化銦錫(ITO)膜厚150奈米于玻璃基板上，進行雷射雕刻。制作出的糙化透明導電基板I其透光率為93.54%，制程的非晶娃薄膜太陽能電池短路電流由8.83mA/cm2提升至9.48mA/cm2,效率由4.32%提升至4.86%，整體太陽能電池組件效率提升約7%。實施例三實施例三大致如實施例一的步驟，其主要差異為濺鍍氧化銦錫(ITO)膜厚200奈米于玻璃基板上，進行雷射雕刻。制作出的糙化透明導電基板I其透光率為92.84%，制造的非晶硅薄膜太陽能電池短路電流由8.77mA/cm2提升至9.lmA/cm2，效率由3.74%提升至
4.56%，整體太陽能電池組件效率提升約3.8%。實施例四實施例四大致如實施例一的步驟，其主要差異為濺鍍氧化銦錫(ITO)膜厚250奈米于玻璃基板上，進行雷射雕刻。制作出的糙化透明導電基板I其透光率為90.37%，制造的非晶娃薄膜太陽能電池短路電流由8.69mA/cm2提升至8.91mA/cm2,效率由3.74%提升至4.08%，整體太陽能電池組件效率提升約2%。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范 圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，包括: (a)提供一透明基板； (b)沉積一透明導電層于該透明基板的一表面；以及 (C)以一雷射源在該透明導電層上雕刻一花紋結構； 該花紋結構選自圓形、三角形、矩型、多邊形或不規(guī)則形之一； 該花紋結構的深度介于30至300奈米之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述透明導電層選自于氧化銦錫、摻氟氧化錫、氧化鋁鋅、氧化銦鋅、氧化鋅或氧化鍺鋅之一。
3.根據(jù)權利要求1所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述透明導電層為氧化銦錫(ITO)。
4.根據(jù)權利要求1所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述沉積一透明導電層于該透明基板的一表面的步驟選自化學氣相沉積法、熱蒸鍍法、溶膠凝膠法、射頻磁控濺鍍法或直流磁控濺鍍法之一。
5.根據(jù)權利要求1所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述透明導電層厚度介于50至350奈米之間。
6.根據(jù)權利要求1所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述雷射源選自二氧化碳雷射、固態(tài)晶體雷射或半導體雷射之一。
7.根據(jù)權利要 求6所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述雷射源的功率介于10至1000瓦之間。
8.根據(jù)權利要求6所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述雷射源的速率介于50至3000毫米/每秒之間。
9.根據(jù)權利要求1所述的糙化透明導電基板的制造方法，其特征在于，所述花紋結構的寬度介于10至1，000微米之間，且所雕刻花紋間距介于10至1，000微米之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種糙化透明導電基板的制造方法。該制造方法主要包括下列步驟沉積一透明導電層于一透明基板；及被覆于該透明基板的一面，該透明導電層經(jīng)雷射源雕刻花紋以糙化其表面。以此糙化透明導電基板制成的薄膜太陽能電池，能有效提升其電流與效率。
文檔編號H01L31/18GK103227232SQ20121002106
公開日2013年7月31日 申請日期2012年1月30日 優(yōu)先權日2012年1月30日
發(fā)明者李炳寰, 郭鎮(zhèn)維 申請人:亞樹科技股份有限公司