TW201203574A - Solar cell device having an air-bridge type contact - Google Patents

Description

201203574 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係.太陽能裝置，_是關於具料橋式 士 構的太陽能裝置。 v° 【先前技術】 太1%能已成為近幾年來重要的新能源之一。全世界各地皆 有大量的研究能力投注於太陽能的發展。目前已有為數不少= _ 太陽能晶胞被商業化生產且成為消費性產品。因此，為符合未 來太陽能發展的需求，持續不斷的技術改善已是刻不容緩。 一般太陽此裝置之結構通常包含具有pn界面的半導體層 以及設置於前表面(即向光面)的接觸結構，用以傳輸並收集半導 體層因吸光而產生的電流。接觸結構一般為柵攔狀的圖案具有 多條相互平行之細長的導線，以及位於晶片結構邊緣與此等導 線正交的匯流排。圖1A顯示習知之太陽能裝置1〇〇的向光面 上視圖，圖1B顯示圖1A之太陽能裝置1〇〇於Α·Α，剖面線的 φ 剖面圖。如圖iA及1Β所示，太陽能裝置1〇〇包含一基板110, 連接基板110之半導體層120，連接半導體層120上方的接觸 層130。接觸層130具有多條相互平行的導線131及匯流排 132。為能有效收集電流，導線131通常分佈在半導體層12〇的 表面而且緊貼其表面，因此半導體層12〇中被導線13ι蓋住的 部分無法吸光。為增加半導體層120曝光面積，導線13ι的線 寬需盡可能的細’且為避免電阻增加，導線131的高度需隨之 增加。然而導線131的高度增加會相對地增加陰影面積。換f 之，導線131的高度增加會遮蔽更多的斜向入射光線。 201203574 先前技術提做多上所述之結構 點，因此需要有更新顆創新的方式，來彌 【發明内容】 有鑑於先前技術的各種問題，本發明之 有空橋結構的接觸線路，言之，利 論供具 之部份線段’使其與半導咖產生空;接= 斜向入射的光線，提高出來，進而得以接受 純另—特色在於使半導體層與接觸線路之連π ::頸部結構，藉此顯露更多的半導體層面積，進 更多斜向入射的光線，提高太陽能裝置的效能。 又 陽發明提供—種具衫橋式接觸結構的太 少兩個導電線段位於該半導體芦上成電流；至 該半導體層產生的電丄導體康傳輸 雷娩π *士備式接觸結構電連接該兩個導 導電線段之其中之一 構。 相4與該導電線段形成-隸式結 201203574 本發明尚包含其他方面以解決其他問題並合併上述之各 方面詳細揭露於以下實施方式中。 【實施方式】 以下將參考所附圖式示範本發明之較佳實施例。所附圖式 中相似元件係採用相同的元件符號。應注意為清楚呈現本發 明’所附圖式中之各元件並非按照實物之比例繪製，而且為避 免模糊本發明之内容，以下說明亦省略習知之零組件、相關材 料、及其相關處理技術。 圖2A為依據本發明之一第一實施例例示一太陽能裝置 2〇〇之半成品上視圖。圖2B至圖2G為圖2A之太陽能裝置200 製作過程的剖面圖。 如圖2A所示’第一實施例之太陽能裝置2〇〇包含一半導 體層220及設置於半導體層220上方的接觸層230。半導體層 220可用來製作單一個或多個太陽能晶片，圖中僅顯示虛線 Χ-Χ’’Υ·Υ’所劃出單一太陽能晶片的製造區域。單一太陽能晶 片之上視外型可有各種形狀，圖2Α顯示一矩形。於本發明之 其他較佳實施例，單一太陽能晶片之上視外型可為正方形。接 觸層230包含傳輸電流的多條導電線段231’多條導電線段231 包含匯集各導線之電流的匯流排232。由於為半成品，圖2Α 所顯示的多條導電線段231大多尚未相互連接。為顯露更多的 半導體層面積’以接受更多斜向入射的光線，太陽能裝置2〇〇 之半導體層220與接觸層230之垂直連結界面形成磨菇式結 構，其形成過程如圖2Β至圖2D及圖2Ε至圖2G之剖面圖所 201203574 不，其中圖2B至2D為圖2A之A-A’剖面線的製作過程的剖 面圖’圖2E至2G為圖2A之B-B’剖面線的製作過程的剖面圖。 首先參考圖2B及圖2E，太陽能裝置2〇〇的製造方法包含 k供基板210，並形成位於基板21〇上方之半導體層220及半 導體上方之接觸層230。基板210可為半導體層22〇的成長基 板例如GaAs基板，於其他實施例也可為接合基板例如矽基板 或其他合適之基板。半導體層220可為多層結構，其可包含多 個具接面的瓜V族薄層221，並於其最頂部包含窗口層222 及覆蓋層223。於此實施例，覆蓋層223材料可為GaAs，或 InGaAs，窗口層222材料可為A1InP。於其他實施例，半導體 層220之各層材料可自由選用並組合週期表鮮族中之各種元 素。又於另-實關’基板可為包含半導體層之結構，馨如為 矽基板，經由擴散爐處理形成N型上層及p型下層。此^施例 所述之材料僅為說明所用，本發明不以此為限。接觸層之 材料可為任何合適金屬，如金、紹、銅、銀、欽、錯^上述各 種合金，其較佳的厚度範圍為1〇 _至3〇 _之間;1 、j後’參考圖2C及圖2F，利用合適技術圖案化接觸層— 以形成具有如圖2A所示之多條導電線段23卜多條 231包含匯流排與未顯示於目％及圖π)。接著、者^ 2Dff f X經過圖案化之接觸層23〇(即導電線段231/匯流 排3專結構)為遮罩，利用濕式細技術移除 蓋 223而至少保留位於導電線段231底下的覆蓋層 在^吏底下的窗口層222曝露出來。由於採用濕式 ^雷 線段231底下的覆蓋層223之寬度會因為濕式飯刻 肉 縮短成一頸部，於圖中以芦骑— 下切而内 ㈣中224表不。此即顯示前述之郝 201203574 式結構。藉由頸部224可顯露更多的窗⑽222面積，進而得 以接受更歸向人射的光線，提高太陽置·的效能。於 此實施例’頸部覆蓋層224的厚度c約在〇 至〇 8㈣ 之間，内縮寬度N大致相當於頸部覆蓋層224的厚度。應注意 匯流排232底下也可有類似之頸部結構。 圖3A至圖3E及圖4A與圖4B顯示本發明第一實施例之 太陽能裝置200之後半段的製作過程。此鄕作過程重點在於 延B-B’方向之空制形成，因此町之剖面_細示Μ， 方向的备丨而。 完成圖2G之結構後，參考圖3八，形成一抗反射層31〇 於基板210上，使其覆蓋上述步驟之窗口層222所露出的表 面。抗反射層310之材料可為SiN或其他適合材料。然後利用 選擇性侧技術移除-部分之抗反射層3丨〇使導電線段之 上表面露出。接著’參考圖3B，形成第一圖案光阻層32〇覆 蓋基板210整體，而至少使導電線段231之上表面之部分區域 露出，以定義後續將形成之空橋與導電線段231連接之接觸開 口 325。接觸開口 325至少有兩個，分別位於兩個相鄰之導電 線段231沿其縱長Β·Β，方向之相對的尾端。第一圖案光阻廣 320的材料可為任何合適的高分子或其他材料，其厚度可隨所 需空橋之高度來調整。接著，同樣參考圖3Β，沿第一圖案光 阻層32〇的表面形成-共形導電種子層於基板⑽上方以 覆蓋接觸開口 3Μ的側壁與底部。可利用蒸鑛，濺鍍或其他合 適技術完成此步驟。共料電種子層顶可翻金、鈦或其合 金等’其厚度可約500埃至！，_埃，但不以此為限。’、 201203574 接著參考圖3C，形成一第二圖案光 形導電種子層330表面要形二= ?開口 325的側壁與底部的共形導電種子層33 =二 材料，可，㈣之材料傭何合適的 求而定第職先阻層320相同或不同，視後續之製程需 然後，參考圖3D，形成一專 而定。 曰30相问或不同，視後續之製程需求 阻層34Z ^圖3£利用合適的姆丨製程移除第-圖牵光 ;子層伽。可選用相對：除露出的共形導電 有高選擇性的敍刻劑來1 曰2對共形導電種子層330 罩保護導電層342，再將的丑’或疋另外施加一圖案化遮 =出的共形導電種子層斑班移除。移 f製程將第-圖案化光阻層32〇入二進一步利用合適的蝕 ，形導電種子層33〇下方^^除。應注意導電層342 v驟一併移除。 圖案化光阻層320也將於此 201203574 完成上述之各步驟所形成之結構如圖4A及4B所示。圖 4A為依據本發明之第一實施例例示太陽能裝置2⑻之上視 圖；圖4B為沿圖4A之剖面線B-B，的剖面圖。如圖所示，太 陽能裝置200包含半導體層22〇位於基板21〇上；至少兩個相 鄰導電線段231位於半導體層220上;及由共形導電種子層33〇 與導電層340共同形成的空橋式接觸結構402電連接兩個導電 線段231 ’其中空橋式接觸結構402下方與此兩個導電線段23 j 之間具有一空間410。空間410可供光線通過以進入半導體層 220。換言之，空橋式接觸結構4〇2下方之半導體層22〇面積 可以顯露出來’進而得以接受斜向入射的光線，提高太陽能裝 置200的效能。於另一實施例，可進一步使一透光層位於空間 410中’此透光層與空橋式接觸結構402接觸以支撐空橋式接 觸結構402 »此透光層可為任何可使光通過因此保有空橋式接 觸結構402之功能的材料製成。 同樣參考圖4A及4B，空橋式接觸結構402具有一橋柱 403連接至少兩個導電線段231之其中之一。於此實施例，空 橋式接觸結構402沿其本身之延伸方向的長度(如圖中所示長 度L)係約為與上述延伸方向垂直之方向的寬度(如圖中所示上 視寬度W1)的約7倍。於此實施例寬度W1約為5_8//m，而 長度L約為35-56"m。本發明亦包含l與W1之比例小於或 等於8的各種實施例。就為增加半導體層22〇之曝光面積而 言，太陽能裝置200之空橋式接觸結構402的數目可越多越 好，然熟悉此項技藝者仍應同時考慮半導體層220與導電線段 231應有的連接接觸面積’以求得最佳的曝光面積與電流收集 效率。此外’於本實施例，空間410從半導體層220至空橋式 接觸結構402之最大垂直高度(如圖中所示d)約5 至15# 201203574 二範圍内。空橋式接觸結構4〇2之高度可藉由製程 向度來加以㈣卜實際製作時，空橋式接觸結構.^ =層二，愈呈現-曲的外型’因此圖情示彎曲結構來表 ，、另咕注思，圖4A顯不本實施例導電線段231之上視 w2大於空橋式接觸結構4〇2之上視寬度wi，然本發明不二 此為限。於其他實施例，導電線段231之上視寬度％ 橋式接觸結構402的W1大致相同或較 觸=

構4〇2之厚度hl可在♦之間，·導電線段231 在5-8//m之間。此外，空橋式接觸結構4〇2之橋柱*⑽沿六 橋式接觸結構402延伸方向具有一寬度W3。在一較佳^ 例’寬度W3係與導電線段231之厚度h2大致相同。更於另 一較佳實施例，厚度hi與厚度h2係大致相同。 圖5A及5B為依據本發明之第二實施例例示太陽能裝置 500’其中圖5A為太陽能裝置5〇〇之上視圖；圖5B為沿圖5A 之剖面線Β·Β，的剖面圖。第二實施例與第—實施例之不同點 在於’太陽能裝置500之導電線段531之上視寬度W2與空橋 式接觸結構502之上視寬度W1大致相同為較佳。然由於製程 ^限制，熟悉此項技藝者可以最佳化對齊精準度來達成此目 標。於本發明之各實施例，因為製程限制，上視寬度W2與上 視寬度W1大致相同係指在丨“爪的誤差範圍内。 此外，空橋式接觸結構502之橋柱503具有一壁面503a 係面向可供光線通過之空間51〇，壁面5〇3a底下有導電線段 531之一壁面531a面向可供光線通過之空間510,其中壁面 5〇3a係大致與壁面531a對齊，同樣地大致對齊係指在ιμιη 的误差範圍内。寬度W3係與導電線段231之厚度h2大致相 11 201203574 同，誤差範圍在1 内。在此實施例，橋柱503沿空橋式抵 觸結構502延伸方向之寬度Μ，與空橋式接觸結構5〇2之厚 度hi及導電線段S31厚度w，此三者係大致相同，誤差 在1 y m内。 圖6，依據本發明之第三實施例例示太陽能裝置6〇〇之剖 面圖。第二實施例與前述實施例之不同點在於半導體層220之 最頂部與導電線段如之連結界面沒有形成顯著的磨益式結 構。 。 圖7為依據本發明之第四實施例所繪示之太陽能裝置7〇〇 之剖面圖。如圖7所示，太陽能裝置700包含一太陽能晶片 710，承載太陽能晶片71〇的一承載基板75〇 ; 一透明保護層 770覆蓋太陽能晶片71〇 ;及一玻璃蓋板78〇覆蓋上述元件。 太陽能晶片710藉引線760與承載基板75〇上的線路751電相 連。太陽能晶片710包含半導體層711及位於其上方的栅狀接 觸層。半導體層711可為任何合適之材料製成。於此實施例， 半導體層711為矽基板，其含有掺雜擴散的的ρη介面。柵狀 接觸層包含至少兩個相鄰的導電線段721位於半導體層711 上，導電線段721包含位在邊緣的匯流排722。栅狀接觸層更 包含空橋式接觸結構723連接兩個相鄰的導電線段721。空橋 式接觸結構723下方形成一空間740。一部分之透明保護層77〇 填入空間740並支撐空橋式接觸結構723。透明保護層77〇係 為光可通過之材質製成，譬如石夕膠。在柵狀接觸層（可參考上 述實施例方法)及引線760等結構(可參考習知方法)製作完成 後’將石夕膠及/或其他合適成分均勻混合成透明保護層770之 材料並塗於太陽能晶片710;然後將玻璃蓋板780覆蓋其上並 12 201203574 進行抽真空使透明保護層770之材料進入空間74〇中. 熱使透明保護層770硬化以完成。 ’後者加 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限 ，明之ΐ請專概® ;凡其它未麟本發騎鮮之精^ 完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 φ 圖1Α顯示習知之太陽能裝置的向光面上視圖； 圖1B顯示圖ία之太陽能裝置於A_A，剖面線的剖面圖； 圖2A為依據本發明之第一實施例例示太陽能裝置之半 品上視圖； 圖2B至圖2G為圖2A之太陽能裝置製作過程的剖面圖； 圖3A至圖3E為接續圖2G例示太陽能裝置製作過程的剖 圖4A為依據本發明之第一實施例例示太陽能装置之上視 圖； • @ 圖4B為沿圖4A之剖面線B-B，的剖面圖； 圖5A為依據本發明之第二實施例例示太陽能褒置5〇〇之 上視圖； 圖5B顯示圖5A之太陽能裝置於B-B’剖面線的剖面圖； 及 圖6為依據本發明之第三實施例例示太陽能裝置6〇〇之剖 面圖。 圖7為依據本發明之第四實施例例不太1%此裝置600之剖 面圖。 13 201203574 【主要元件符號說明】 100, 200, 500, 600 太陽能裝置 110,210 基板 120,220半導體層 130, 230接觸層 131 導線 132,232匯流排 231 導電線段 • 221 mv族薄層 222 窗口層 223 覆蓋層 224 頸部 310 抗反射層 320 第一圖案光阻層325接觸開口 330,530共形導電種子層 340 第二圖案光阻層 # 342, 542導電層 330a露出的共形導電種子層 402, 502空橋式接觸結構 403 橋柱 410 空間 503 橋柱 503a壁面 510 空間 14 201203574 531a壁面 531 導電線段 631 導電線段 700 太陽能裝置 710 太陽能裝置 711 半導體層 721 導電線段 722 匯流排 723 空橋式接觸結構 740 空間 750 承載基板 751 線路 760 引線 770 透明保護層 780 玻璃蓋板

Claims (1)

1. 201203574 七、申請專利範圍： 1.種具有空橋式接_構社陽能裝置，包含： 半導體層’该半導n層可將光轉成電流； 傳於段位於該半導體層上，該兩個導電線段用於 傳輸β亥半導體層產生的電流；及 縮接觸結構電連接該兩個導電線段，其中該空橋式接 觸、.，。構下方與該兩個導電線段之間具有—空間，該空間可供光線 通過以進入該半導體層。 Φ 求項1所述之具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該 +導體層更包含-頸部連結該至少兩個導電線段之其中之一該 頸部與該導電線段形成一蘑菇式結構。 3.如叫求項1所述之具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該 空橋式接觸結構具有-橋柱連接該至少兩個導電線段之其中之 - ’該錄式接麟構沿該至少兩個導電線段之湖方向的長度 小於或等於該橋柱與該方向垂直之上視寬度的8倍。 籲4.㈣求項丨所述之具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該 空間從該半導體層至該空橋式接觸結構之最大垂直高度約在5" m至15 ym範圍内。 5. 如請求項1所述之具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該 空橋式接觸結構之厚度係與該導電線段之厚度大致相同。 6. 如請求項1所述之具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該 空橋式接觸結構之垂直、;_導魏段之洲方向的上視 16 201203574 寬度係與該導電線段之垂直該至少兩個導電線段之排列 視寬度大致相同。 、』上 7·如請求項1所述之具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其 空間具有可使光通過的透明材料。 、 8. —種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置的製造方法，包含. 提供一半導體層，該半導體層可將光轉成電流； 3 . 形成至少兩個導電線段於該半導體層上，該兩個導 # 於傳輸該半導體層產生的電流；及 又 形成一空橋式接觸結構電連接該兩個導電線段，其中兮处 式接觸結構下方與該兩個導電線段之間具有一空間，該空橋 光線通過以進入該半導體層。 μιΒ可供 9.如請求項8所述之具衫橋式接騎_太陽钱 方法，其巾形成至少兩辦電線段_半導體層上之步 ^ 形成一接觸層於該半導體層之一頂部覆蓋層上； 匕3 · 上圖案化該接觸層以形成該至少兩個導電線段於該頂部覆蓋層 以》亥至少兩個導電線段為一遮罩，執行濕式餘刻 部分之該頂部覆蓋層，以使位在該至少兩個導電線段之其示 的下方的該頂部覆蓋層與該導電線段形成_蘑菇式=構。、中之一 更包含提供-翻材料於該空間巾以域雖空 !1如請Α項8_所述ί具有空橋式接觸結構的太陽能裂置的製造 觸 17