具有空桥式接触结构的太阳能装置的制作方法

专利名称：具有空桥式接触结构的太阳能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能装置，尤其涉及一种具有空桥式接触结构的太阳能装置。
背景技术：
太阳能已成为近几年来重要的新能源之一。全世界各地皆有大量的研究能力投注于太阳能的发展。目前已有为数不少的太阳能晶胞被商业化生产且成为消费性产品。因此，为符合未来太阳能发展的需求，持续不断的技术改善已是刻不容缓。一般太阳能装置的结构通常包含具有pn界面的半导体层以及设置于前表面(即向光面)的接触结构，用以传输并收集半导体层因吸光而产生的电流。接触结构一般为栅栏状的图案具有多条相互平行的细长的导线，以及位于芯片结构边缘与此等导线正交的总线。图IA显示已知的太阳能装置100的向光面俯视图，图IB显示图IA的太阳能装置100于A-A’剖面线的剖面图。如图 IA及IB所示，太阳能装置100包含一基板110，连接基板110的半导体层120，连接半导体层120上方的接触层130。接触层130具有多条相互平行的导线131及总线132。为能有效收集电流，导线131通常分布在半导体层120的表面而且紧贴其表面，因此半导体层120 中被导线131盖住的部分无法吸光。为增加半导体层120曝光面积，导线131的线宽需尽可能的细，且为避免电阻增加，导线131的高度需随之增加。然而导线131的高度增加会相对地增加阴影面积。换言之，导线131的高度增加会遮蔽更多的斜向入射光线。现有技术提供很多类似以上所述的结构与作法，然此等不免有各种缺点，因此需要有更新颖创新的方式，来弥补现有技术的不足。

发明内容
有鉴于现有技术的各种问题，本发明的一特色在于提供具有空桥结构的接触线路。换言之，利用合适技术架高接触线路的部分线段，使其与半导体层间产生空隙而形成空桥。经由此结构，空桥下方的半导体层面积可以显露出来，进而得以接受斜向入射的光线， 提高太阳能装置的效能。本发明的另一特色在于使半导体层与接触线路的连结界面形成蘑菇式结构。换言之，利用合适技术窄化连接于接触线路的颈部结构，藉此显露更多的半导体层面积，进而得以接受更多斜向入射的光线，提高太阳能装置的效能。依据一实施例，本发明提供一种具有空桥式接触结构的太阳能装置，包含一半导体层，该半导体层可将光转成电流；至少两个导电线段位于该半导体层上，该两个导电线段用于传输该半导体层产生的电流；及一空桥式接触结构电连接该两个导电线段，其中该空桥式接触结构下方与该两个导电线段之间具有一空间，该空间可供光线通过以进入该半导体层。依据另一实施例，本发明提供如上述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，还包含该半导体层的一颈部连结该至少两个导电线段的其中之一，该颈部与该导电线段形成一蘑菇式结构。依据实施例，本发明还提供一种具有空桥式接触结构的太阳能装置的制造方法， 该方法包含半导体层，该半导体层可将光转成电流；形成至少两个导电线段于该半导体层上，该两个导电线段用于传输该半导体层产生的电流；及形成一空桥式接触结构电连接该两个导电线段，其中该空桥式接触结构下方与该两个导电线段之间具有一空间，该空间可供光线通过以进入该半导体层。本发明尚包含其他方面以解决其他问题并合并上述的各方面详细揭示于以下实施方式中。


图IA显示已知的太阳能装置的向光面俯视图；图IB显示图IA的太阳能装置于A-A’剖面线的剖面图；图2A为依据本发明的第一实施例所示太阳能装置的半成品俯视图；图2B至图2G为图2A的太阳能装置制作过程的剖面图；图3A至图3E为接续图2G所示太阳能装置制作过程的剖面图；图4A为依据本发明的第一实施例所示太阳能装置的俯视图；图4B为沿图4A的剖面线B-B’的剖面图；图5A为依据本发明的第二实施例所示太阳能装置的俯视图；图5B显示图5A的太阳能装置于B-B’剖面线的剖面图；图6为依据本发明的第三实施例所示太阳能装置的剖面图；图7为依据本发明的第四实施例所示太阳能装置的剖面图。主要元件符号说明100，200，500，600 太阳能装置110，210 基板120，220 半导体层130，230 接触层131 导线132，232 总线231导电线段221 III V 族薄层222 窗口层223覆盖层2 颈部310抗反射层320第一图案光阻层325 接触开口330，530共形导电种子层340第二图案光阻层342，542 导电层330a露出的共形导电种子层402，502空桥式接触结构403 桥柱410 空间503 桥柱
503a壁面
510空间
531a壁面
531导电线段
631导电线段
700太阳能装置
710太阳能芯片
711半导体层
721导电线段
722总线
723空桥式接触结构
740空间
750承载基板
751线路
760引线
770透明保护层
780玻璃盖板
具体实施例方式
以下将参考

本发明的具体实施例。附图中相似元件采用相同的元件符号。应注意为清楚呈现本发明，附图中的各元件并非按照实物的比例绘制，而且为避免模糊本发明的内容，以下说明也省略已知的零组件、相关材料、及其相关处理技术。图2A为依据本发明的一第一实施例所示一太阳能装置200的半成品俯视图。图2B至图2G为图2A的太阳能装置200制作过程的剖面图。如图2A所示，第一实施例的太阳能装置200包含一半导体层220及设置于半导体层220上方的接触层230。半导体层220可用来制作单一个或多个太阳能芯片，图中仅显示虚线X-X’，Y-Y’所划出单一太阳能芯片的制造区域。单一太阳能芯片的俯视外型可有各种形状，图2A显示一矩形。在本发明的其他具体实施例中， 单一太阳能芯片的俯视外型可为正方形。接触层230包含传输电流的多条导电线段231， 多条导电线段231包含汇集各导线的电流的总线232。由于为半成品，图2A所显示的多条导电线段231大多尚未相互连接。为显露更多的半导体层面积，以接受更多斜向入射的光线，太阳能装置200的半导体层220与接触层230的垂直连结界面形成蘑菇式结构，其形成过程如图2B至图2D及图2E至图2G的剖面图所示，其中图2B至2D为图2A之A-A，剖面线的制作过程的剖面图，图2E至2G为图2A的B-B’剖面线的制作过程的剖面图。首先参考图2B及图2E，太阳能装置200的制造方法包含提供基板210，并形成位于基板210上方的半导体层220及半导体上方的接触层230。基板210可为半导体层220的成长基板例如GaAs基板，在其他实施例中也可为接合基板例如硅基板或其他合适的基板。半导体层 220可为多层结构，其可包含多个具p-n接面的IIIV族薄层221，并于其最顶部包含窗口层 222及覆盖层223。于此实施例，覆盖层223材料可为GaAs，或hGaAs，窗口层222材料可为AUnP。在其他实施例中，半导体层220的各层材料可自由选用并组合周期表IIIV族中的各种元素。又在另一实施例中，基板可为包含半导体层的结构，譬如为硅基板，经由扩散炉处理形成N型上层及P型下层。此实施例所述的材料仅为说明所用，本发明不以此为限。 接触层230的材料可为任何合适金属，如金、铝、铜、银、钛、锗或上述各种合金，其较佳的厚度范围为10 μ m至30 μ m之间。然后，参考图2C及图2F，利用合适技术图案化接触层230 以形成具有如图2A所示的多条导电线段231，多条导电线段231包含总线232(未显示于图2C及图2F)。接着，参考图2D及图2G，以经过图案化的接触层230 (即导电线段231/总线232等结构)为遮罩，利用湿式蚀刻技术移除部分的覆盖层223而至少保留位于导电线段231底下的覆盖层223。此步骤在于使底下的窗口层222曝露出来。由于采用湿式蚀刻， 导电线段231底下的覆盖层223的宽度会因为湿式蚀刻的下切而内缩短成一颈部，在图中以标号2M表示。此即显示前述的蘑菇式结构。藉由颈部2M可显露更多的窗口层222面积，进而得以接受更多斜向入射的光线，提高太阳能装置200的效能。于此实施例，颈部覆盖层224的厚度C约在0. 6 μ m至0. 8 μ m之间，内缩宽度N大致相当于颈部覆盖层224的厚度。应注意总线232底下也可有类似的颈部结构。图3A至图3E及图4A与图4B显示本发明第一实施例的太阳能装置200的后半段的制作过程。此段制作过程重点在于延B-B’ 方向的空桥的形成，因此以下的剖面图均仅显示B-B’方向的剖面。完成图2G的结构后，参考图3A，形成一抗反射层310于基板210上，使其覆盖上述步骤的窗口层222所露出的表面。抗反射层310的材料可为SiN或其他适合材料。然后利用选择性蚀刻技术移除一部分的抗反射层310使导电线段231的上表面露出。接着，参考图3B，形成第一图案光阻层320 覆盖基板210整体，而至少使导电线段231的上表面的部分区域露出，以定义后续将形成的空桥与导电线段231连接的接触开口 325。接触开口 325至少有两个，分别位于两个相邻的导电线段231沿其纵长B-B’方向的相对的尾端。第一图案光阻层320的材料可为任何合适的高分子或其他材料，其厚度可随所需空桥的高度来调整。接着，同样参考图3B，沿第一图案光阻层320的表面形成一共形导电种子层330于基板220上方以覆盖接触开口 325 的侧壁与底部。可利用蒸镀，溅镀或其他合适技术完成此步骤。共形导电种子层330可选用金、钛或其合金等，其厚度可约500埃至1，000埃，但不以此为限。接着，参考图3C，形成一第二图案光阻层340覆盖基板210上，而至少使共形导电种子层330表面要形成的空桥的位置露出。譬如，如图所示，露出沿纵长B-B’方向的两相邻的接触开口 325的侧壁与底部的共形导电种子层330，也露出位于此两相邻的接触开口 325之间在第一图案光阻层320 上的共形导电种子层330。第二图案光阻层340的材料可为任何合适的材料，可与第一图案光阻层320相同或不同，视后续的制程需求而定。然后，参考图3D，形成一导电层342于图 3C所示结构的共形导电种子层330露出的表面上。导电层342的材料可为铝、铜、银、钛、 锗或上述各种合金。可利用电镀制程或其他合适的制程，例如蒸镀或溅镀，来完成此步骤。 导电层342的材料可与共形导电种子层330相同或不同，视后续的制程需求而定。接着， 参考图3E，利用合适的蚀刻制程移除第二图案光阻层340。可选用相对金属对光阻材料有高选择性的蚀刻剂来完成此步骤。然后，利用合适的蚀刻制程移除露出的共形导电种子层 330a。可选用相对导电层342对共形导电种子层330有高选择性的蚀刻剂来完成此步骤； 或是另外施加一图案化遮罩保护导电层342，再将露出的共形导电种子层330a移除。移除露出的共形导电种子层330a后，再更进一步利用合适的蚀刻制程将第一图案化光阻层320 全部移除。应注意导电层342与共形导电种子层330下方的第一图案化光阻层320也将于此步骤一并移除。完成上述的各步骤所形成的结构如图4A及4B所示。图4A为依据本发明的第一实施例太阳能装置200的俯视图；图4B为沿图4A的剖面线B-B’的剖面图。如图所示，太阳能装置200包含半导体层220位于基板210上；至少两个相邻导电线段231位于半导体层220上；及由共形导电种子层330与导电层340共同形成的空桥式接触结构402 电连接两个导电线段231，其中空桥式接触结构402下方与此两个导电线段231之间具有一空间410。空间410可供光线通过以进入半导体层220。换言之，空桥式接触结构402下方的半导体层220面积可以显露出来，进而得以接受斜向入射的光线，提高太阳能装置200 的效能。在另一实施例中，可进一步使一透光层位于空间410中，此透光层与空桥式接触结构402接触以支撑空桥式接触结构402。此透光层可为任何可使光通过因此保有空桥式接触结构402的功能的材料制成。同样参考图4A及4B，空桥式接触结构402具有一桥柱403 连接至少两个导电线段231的其中之一。在此实施例中，空桥式接触结构402沿其本身的延伸方向的长度(如图中所示长度L)约为与上述延伸方向垂直的方向的宽度(如图中所示上视宽度Wl)的约7倍。在此实施例宽度Wl约为5-8 μ m，而长度L约为35-56 μ m。本发明也包含L与Wl的比例小于或等于8的各种实施例。就为增加半导体层220的曝光面积而言，太阳能装置200的空桥式接触结构402的数目可越多越好，然熟悉此项技艺者仍应同时考虑半导体层220与导电线段231应有的连接接触面积，以求得最佳的曝光面积与电流收集效率。此外，在本实施例中，空间410从半导体层220至空桥式接触结构402的最大垂直高度(如图中所示d)约5μπι至15μπι范围内。空桥式接触结构402的高度可藉由制程中光阻层的高度来加以控制。实际制作时，空桥式接触结构402会随着光阻层厚度越高愈呈现弯曲的外型，因此图中示出弯曲结构来表示。另请注意，图4Α显示本实施例导电线段231的上视宽度W2大于空桥式接触结构402的上视宽度W1，然本发明不以此为限。于其他实施例，导电线段231的上视宽度W2可与空桥式接触结构402的Wl大致相同或较小也可。空桥式接触结构402的厚度hi可在5-8 μ m之间；导电线段231的厚度也可在5_8 μ m 之间。此外，空桥式接触结构402的桥柱403沿空桥式接触结构402延伸方向具有一宽度 W3。在一实施例中，宽度W3与导电线段231的厚度h2大致相同。更在另一实施例中，厚度 hi与厚度h2大致相同。图5A及5B为依据本发明的第二实施例所示太阳能装置500，其中图5A为太阳能装置500的俯视图；图5B为沿图5A的剖面线B-B’的剖面图。第二实施例与第一实施例的不同点在于，太阳能装置500的导电线段531的俯视宽度W2与空桥式接触结构502的俯视宽度Wl大致相同为较佳。然由于制程的限制，熟悉此项技艺者可以最佳化对齐精准度来达成此目标。在本发明的各实施例钟，因为制程限制，俯视宽度W2与俯视宽度Wl大致相同是指在1 μ m的误差范围内。此外，空桥式接触结构502的桥柱503具有一壁面503a面向可供光线通过的空间510，壁面503a底下有导电线段531的一壁面531a面向可供光线通过的空间510，其中壁面503a大致与壁面531a对齐，同样地大致对齐是指在 Iym的误差范围内。宽度W3与导电线段231的厚度h2大致相同，误差范围在1 μ m内。在此实施例，桥柱503沿空桥式接触结构502延伸方向的宽度W3，与空桥式接触结构502的厚度hi及导电线段531厚度h2，此三者大致相同，误差范围在1 μ m内。图6为依据本发明的第三实施例所示太阳能装置600的剖面图。第三实施例与前述实施例的不同点在于半导体层220的最顶部与导电线段631的连结界面没有形成显著的蘑菇式结构。图7为依据本发明的第四实施例所示的太阳能装置700的剖面图。如图7所示，太阳能装置700包含一太阳能芯片710 ；承载太阳能芯片710的一承载基板750 ；—透明保护层770覆盖太阳能芯片710 ；及一玻璃盖板780覆盖上述元件。太阳能芯片710藉引线760与承载基板750上的线路751电相连。太阳能芯片710包含半导体层711及位于其上方的栅状接触层。半导体层711可为任何合适的材料制成。在此实施例中，半导体层711为硅基板，其含有掺杂扩散的的pn介面。栅状接触层包含至少两个相邻的导电线段721位于半导体层711上，导电线段721包含位在边缘的总线722。栅状接触层还包含空桥式接触结构723连接两个相邻的导电线段721。空桥式接触结构723下方形成一空间740。一部分的透明保护层770填入空间740并支撑空桥式接触结构723。透明保护层770为光可通过的材质制成，譬如硅胶。 在栅状接触层(可参考上述实施例方法)及引线760等结构(可参考已知方法)制作完成后，将硅胶及/或其他合适成分均勻混合成透明保护层770的材料并涂于太阳能芯片710 ； 然后将玻璃盖板780覆盖其上并进行抽真空使透明保护层770的材料进入空间740中；接着加热使透明保护层770硬化以完成。 以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非用以限定本发明的申请范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在上述的申请范围内。
权利要求
1.一种具有空桥式接触结构的太阳能装置，包含一半导体层，该半导体层可将光转成电流；至少两个导电线段位于该半导体层上，该两个导电线段用于传输该半导体层产生的电流；及一空桥式接触结构电连接该两个导电线段，其中该空桥式接触结构下方与该两个导电线段之间具有一空间，该空间可供光线通过以进入该半导体层。
2.根据权利要求1所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，其中该半导体层还包含一颈部连结该至少两个导电线段的其中之一，该颈部与该导电线段形成一蘑菇式结构。
3.根据权利要求1所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，其中该空桥式接触结构具有一桥柱连接该至少两个导电线段的其中之一，该空桥式接触结构沿该至少两个导电线段的排列方向的长度小于或等于该桥柱与该方向垂直的俯视宽度的8倍。
4.根据权利要求1所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，其中该空间从该半导体层至该空桥式接触结构的最大垂直高度约在5μπι至15μπι范围内。
5.根据权利要求1所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，其中该空桥式接触结构的厚度与该导电线段的厚度大致相同。
6.根据权利要求1所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，其中该空桥式接触结构垂直该至少两个导电线段的排列方向的俯视宽度与该导电线段垂直该至少两个导电线段的排列方向的俯视宽度大致相同。
7.根据权利要求1所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置，其中该空间具有可使光通过的透明材料。
8.一种具有空桥式接触结构的太阳能装置的制造方法，包含提供一半导体层，该半导体层可将光转成电流；形成至少两个导电线段于该半导体层上，该两个导电线段用于传输该半导体层产生的电流；及形成一空桥式接触结构电连接该两个导电线段，其中该空桥式接触结构下方与该两个导电线段之间具有一空间，该空间可供光线通过以进入该半导体层。
9.根据权利要求8所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置的制造方法，其中形成至少两个导电线段于该半导体层上的步骤还包含形成一接触层于该半导体层的一顶部覆盖层上；图案化该接触层以形成该至少两个导电线段于该顶部覆盖层上；以该至少两个导电线段为一遮罩，执行湿式蚀刻制程去除一部分的该顶部覆盖层，以使位在该至少两个导电线段的其中之一的下方的该顶部覆盖层与该导电线段形成一蘑菇式结构。
10.根据权利要求8所述的具有空桥式接触结构的太阳能装置的制造方法，其中还包含提供一透明材料于该空间中以支撑该该空桥式接触结构。
全文摘要
本发明涉及一种具有空桥式接触结构的太阳能装置及其制造方法。此太阳能装置包含一半导体层，此半导体层可将光转成电流；至少两个导电线段位于此半导体层上，该两个导电线段用于传输该半导体层产生的电流；一空桥式接触结构电连接该两个导电线段，其中该空桥式接触结构下方与该两个导电线段之间具有一空间，该空间可供光线通过以进入该半导体层。基于上述，此发明可提高太阳能装置的效能。
文档编号H01L31/0224GK102339884SQ201110034588
公开日2012年2月1日 申请日期2011年1月31日 优先权日2010年7月14日
发明者吴展兴 申请人:太聚能源股份有限公司