TWI549305B - 光電轉換結構、應用其之太陽能電池與其之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光電轉換結構。
隨著科技的進步，人類對於能源的需求也日益增加。有鑑於有限的石油資源已漸漸無法應付人類大量的能源需求，業界與科學家們紛紛投入新能源的研究與發展，而太陽能即為大眾欲發展的新能源之一。
太陽能電池能夠吸收太陽光，並將太陽光之光能轉換為電能。為了增加太陽光的擷取量，一般而言會形成複數個微米與/或奈米結構於太陽能電池之入光面上，以破壞太陽能電池之入光面的反射。然而因形成之奈米結構的表面過於粗糙，使得太陽能電池所產生的載子具有高復合率，如此一來反而會降低太陽能電池的短路電流密度(Jsc)與開路電壓(V)。
本發明之一態樣提供一種光電轉換結構，包含基
板、第一半導體結構與第二半導體結構。基板具有兩相對之第一表面與第二表面。第一表面具有複數個微米結構以及複數個奈米結構。奈米結構分佈於微米結構表面上，且奈米結構之高度為約500奈米至900奈米。第一半導體結構置於基板之第一表面上。第二半導體結構置於基板之第二表面上。
在本發明一或多個實施方式中，每一微米結構為金字塔、凹洞或其混合。
在本發明一或多個實施方式中，每一微米結構之高度為約1微米至20微米。
在本發明一或多個實施方式中，第一半導體結構為N型半導體層，且第二半導體結構為P型半導體層。或者第一半導體結構為P型半導體層，且第二半導體結構為N型半導體層。
在本發明一或多個實施方式中，第一半導體結構包含i型半導體層與p型半導體層。i型半導體層置於基板之第一表面，且置於p型半導體層與基板之第一表面之間。第二半導體結構包含i型半導體層與n+型半導體層。i型半導體層置於基板之第二表面，且i型半導體層置於n+型半導體層與基板之第二表面之間。
本發明之另一態樣提供一種太陽能電池，包含上述之光電轉換結構、第一電極結構與第二電極結構。第一半導體結構置於第一電極結構與基板之間。第二半導體結構置於第二電極結構與基板之間。
在本發明一或多個實施方式中，第一電極結構包含透明導電層與至少一金屬電極。第一半導體結構置於透明導電層與基板之間。部份之透明導電層置於金屬電極與第一半導體結構之間。
在本發明一或多個實施方式中，第二電極結構為一金屬層。
在本發明一或多個實施方式中，第二電極結構包含透明導電層與至少一金屬電極。第二半導體結構置於透明導電層與基板之間。部份之透明導電層置於金屬電極與第二半導體結構之間。
在本發明一或多個實施方式中，光電轉換結構之基板的第二表面具有複數個微米結構，且第二電極結構包含透明導電層與至少一金屬電極。第二半導體結構置於透明導電層與基板之間。金屬電極全面覆蓋透明導電層。
本發明之又一態樣提供一種光電轉換結構的製造方法，包含下列步驟(應瞭解到，在本實施方式中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)：
(1)提供基板。
(2)形成複數個微米結構於基板之第一表面。
(3)蝕刻微米結構，使得每一微米結構表面形成複數個奈米結構。
(4)蝕刻奈米結構。
(5)形成第一半導體結構於基板之第一表面上。
(6)形成第二半導體結構於基板之第二表面上。
在本發明一或多個實施方式中，步驟(4)包含：
(4.1)將奈米結構的高度蝕刻至500奈米至900奈米。在本發明一或多個實施方式中，蝕刻奈米結構的方法為等向性濕式蝕刻。
在本發明一或多個實施方式中，蝕刻奈米結構的方法為非等向性濕式蝕刻。
在本發明一或多個實施方式中，步驟(3)包含：
(3.1)形成複數個觸媒於微米結構上。
(3.2)藉由觸媒蝕刻微米結構，以形成奈米結構於微米結構表面。
在本發明一或多個實施方式中，步驟(3)包含：
(3.3)一併將觸媒去除。
在本發明一或多個實施方式中，觸媒為金屬奈米粒子。
在本發明一或多個實施方式中，蝕刻微米結構的方法為非等向性濕式蝕刻。
在本發明一或多個實施方式中，形成微米結構的方法包含形成第一微米結構，且第一微米結構的形成方法為等向性濕式蝕刻。
在本發明一或多個實施方式中，形成微米結構的方法包含形成第二微米結構於第一微米結構上，且第二微米結構的形成方法為非等向性濕式蝕刻。
因上述之光電轉換結構先形成奈米結構於微米結
構上，因此第一表面可具有抗反射的效果。更進一步地，因在形成奈米結構後，再進一步對奈米結構進行蝕刻，因此奈米結構的表面積的粗糙度可降低，以減少載子在奈米結構的表面復合的機率。
100‧‧‧光電轉換結構
102‧‧‧第一表面
104‧‧‧第二表面
110‧‧‧基板
114、114’‧‧‧奈米結構
116、116’、119’‧‧‧微米結構
118‧‧‧第一微米結構
119‧‧‧第二微米結構
120‧‧‧第一半導體結構
122、132‧‧‧i型半導體層
124‧‧‧p型半導體層
130‧‧‧第二半導體結構
134‧‧‧n+型半導體層
200‧‧‧第一電極結構
210、310‧‧‧透明導電層
220、320‧‧‧金屬電極
300‧‧‧第二電極結構
400‧‧‧奈米粒子
T1、T2、T3‧‧‧高度
第1A至1F圖為依照本發明一實施方式之光電轉換結構的製造流程剖面圖。
第2圖繪示應用第1F圖之光電轉換結構的太陽能電池的剖面圖。
第3A圖繪示本發明另一實施方式之太陽能電池的剖面圖。
第3B圖繪示本發明又一實施方式之太陽能電池的剖面圖。
第4圖為本發明一實施例之太陽能電池以及其比較例的電壓電流圖。
第5圖為第4圖的實施例之太陽能電池以及其比較例的外部量子效率圖。
第6A至6G圖為本發明另一實施方式之光電轉換結構的製造流程剖面圖。
以下將以圖式揭露本發明的複數個實施方式，為明
確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
第1A至1F圖為依照本發明一實施方式之光電轉換結構的製造流程剖面圖。請先參照第1A圖。先提供一基板110，基板110具有相對之一第一表面102與一第二表面104。其中基板110的材質為半導體材料，例如：矽，例如為n型單晶矽基板，然而本發明不以此為限。
接著請參照第1B圖，形成複數個微米結構116於基板110之第一表面102。在本實施方式中，可以非等向性濕式蝕刻方法形成微米結構116，舉例而言，可以鹼性溶液，如氫氧化鉀(KOH)溶液與異丙醇(Isopropyl Alcohol,IPA)溶液之混合液，作為蝕刻液以形成微米結構116，所形成之微米結構116例如為金字塔形，如第1B圖所繪示。
接下來，進一步蝕刻微米結構116，使得微米結構116表面形成複數個奈米結構。舉例而言，請參照第1C圖，可先形成複數個觸媒於微米結構116表面上，其中觸媒例如可為奈米粒子400或者厚度為奈米等級之金屬層，在此以奈米粒子400作說明。接著請參照第1D圖，利用奈米粒子400作為觸媒蝕刻微米結構116，以形成複數個奈米結構114與微米結構116’，奈米結構114分佈於微米結構116’上，而在本步驟所形成的奈米結構114例如為奈米柱結構，
其高度T1為約2微米。
在一或多個實施方式中，觸媒的材質可為金屬，例如為銀。蝕刻微米結構116的方法可為非等向性濕式蝕刻。其中因蝕刻步驟為非等向性濕式蝕刻，亦即蝕刻液以奈米粒子400為觸媒向下蝕刻，以形成複數個奈米結構114。
接著請參照第1E圖，更進一步蝕刻奈米結構114，藉由將奈米結構114由高度T1蝕刻至高度T2，約500奈米至900奈米，成為奈米結構114’，使奈米結構114’的表面粗糙度降低，以減少基板110之載子復合率。另一方面，在蝕刻奈米結構114的過程中，原本位於第一表面102上的奈米粒子400(如第1D圖所繪示)也可一併去除。換言之，此道製程不但可降低因奈米結構114所造成的表面粗糙，更可一併去除奈米粒子400，有助於節省製程工序。
在本實施方式中，蝕刻奈米結構114的方法可為等向性濕式蝕刻或者非等向性濕式蝕刻。其中等向性濕式蝕刻例如可以酸性溶液，如氫氟酸(HF)溶液與硝酸(HNO3)溶液之混合液，進行蝕刻。非等向性濕式蝕刻例如可以鹹性溶液，如氫氧化鉀(KOH)與異丙醇(IPA)之混合液，進行蝕刻。然而應注意的是，上述之溶液的種類僅為例示，並非用以限制本發明。本發明所屬領域具通常知識者，應視實際需要，彈性選擇溶液的種類。
接著請參照第1F圖，形成第一半導體結構120於基板110之第一表面102之奈米結構114’與微米結構116’上，另外形成第二半導體結構130於基板110之第二表面
104上。其中第一半導體結構120與第二半導體結構130的材質可為矽，而其形成方法可為物理氣相沉積法，如濺鍍法，或是化學氣相沉積法。
如此一來，因本實施方式之光電轉換結構100之基板110表面上已先形成奈米結構114’與微米結構116’，因此第一表面102可具有抗反射的效果。更進一步地，因在形成奈米結構114後，再進一步對奈米結構114進行蝕刻，以形成高度T2約500奈米至900奈米的奈米結構114’，因此奈米結構114’的表面粗糙度可以降低，以減少載子在奈米結構114’的表面復合的機率。
在第1F圖的製程後，光電轉換結構100的製程即可完成。從結構上來看，光電轉換結構100包含基板110、第一半導體結構120與第二半導體結構130。基板110具有兩相對之第一表面102與第二表面104。第一表面102具有複數個微米結構116’以及複數個奈米結構114’。奈米結構114’分佈於微米結構116’上，且奈米結構114’之高度T2為約500奈米至900奈米。第一半導體結構120置於基板110之第一表面102上。第二半導體結構130置於基板110之第二表面104上。
在一或多個實施方式中，第一表面102可為光電轉換結構100的入光面，而第二表面104可為光電轉換結構100的背光面。然而在其他的實施方式中，第一表面102與第二表面104可皆為光電轉換結構100的入光面。也就是說，光電轉換結構100可進行雙向收光。而在此情況下，
第二表面104亦可具有微米結構116’。更進一步地，第二表面104可更具有奈米結構114’於微米結構116’表面上，本發明不以此為限。
在本實施方式中，微米結構116’為金字塔形，而微米結構116’之高度T3可為約1微米至20微米。另一方面，在本實施方式中，第一半導體結構120可為N型半導體層，且第二半導體結構130可為P型半導體層。然而在其他的實施方式中，第一半導體結構120可為P型半導體層，且第二半導體結構130可為N型半導體層，本發明不以此為限。
接著請參照第2圖，其繪示應用第1F圖之光電轉換結構100的太陽能電池的剖面圖。在本實施方式中，太陽能電池包含第1F圖之光電轉換結構100、第一電極結構200與第二電極結構300。第一電極結構200形成於第一半導體結構120表面上，使得第一半導體結構120置於第一電極結構200與基板110之間。第二電極結構300形成於第二半導體結構130表面上，使得第二半導體結構130置於第二電極結構300與基板110之間。
因此太陽光可自第一電極結構200所在的一面入射太陽能電池，之後太陽光會在光電轉換結構100中轉換為第一電荷與第二電荷，其中第一電荷例如為電子，而第二電荷例如為電洞，反之亦可。第一電荷可自第一半導體結構120傳至第一電極結構200，而第二電荷可自第二半導體結構130傳至第二電極結構300。
在本實施方式中，第一電極結構200可包含透明導電層210與至少一金屬電極220。透明導電層210形成於第一半導體結構120表面上，使得第一半導體結構120置於透明導電層210與基板110之間。金屬電極220形成於透明導電層210表面，使得部份之透明導電層210置於金屬電極220與第一半導體結構120之間。其中透明導電層210的材質可為銦錫氧化物(Tin Doped Indium Oxide,ITO)、氧化錫(Tin Oxide,SnO2)、氧化鋅(Zinc Oxide,ZnO)、氧化鋁鋅(Aluminum Doped Zinc Oxide,AZO)、氧化鎵鋅(Gallium Doped Zinc Oxide,AZO)、氧化銦鋅(Indium Doped Zinc Oxide,IZO)或上述之任意組合，而金屬電極220的材質可為鈦、銀、鋁、銅或上述之組合。另一方面，本實施方式之第二電極結構300可為金屬層，其材質例如為鈦、銀、鋁、銅或上述之組合。
接著請參照第3A圖，其繪示本發明另一實施方式之太陽能電池的剖面圖。本實施方式與第2圖之實施方式的不同處在於第一半導體結構120、第二半導體結構130與第二電極結構300的構造。在本實施方式中，第一半導體結構120可包含i型半導體層122與p型半導體層124。i型半導體層122置於基板110之第一表面102，且置於p型半導體層124與基板110之間。第二半導體結構130包含i型半導體層132與n+型半導體層134。i型半導體層132置於基板110之第二表面104，且i型半導體層132置於n+型半導體層134與基板110之間。
因此太陽光可自第一電極結構200所在的一面入射太陽能電池。之後太陽光會在光電轉換結構100中轉換為電子與電洞。電洞可依序穿過i型半導體層122與p型半導體層124而傳至第一電極結構200，電子則可依序自i型半導體層132與n+型半導體層134而傳至第二電極結構300。
另一方面，本實施方式之第二電極結構300可包含透明導電層310與至少一金屬電極320。透明導電層310形成於第二半導體結構130表面，使得第二半導體結構130置於透明導電層310與基板110之間。金屬電極320形成於透明導電層310表面，使得部份之透明導電層310置於金屬電極320與第二半導體結構130之間。至於本實施方式之其他細節因與第2圖之實施方式相同，因此便不再贅述。
接著請參照第3B圖，其繪示本發明又一實施方式之太陽能電池的剖面圖。本實施方式與第3A圖之實施方式的不同處在於基板100之第二表面104的結構，以及金屬電極320的結構。在本實施方式中，第二表面104亦具有微米結構116。也就是說，基板100的第二表面104可不限為平坦面。另一方面，在本實施方式中，金屬電極320全面覆蓋透明導電層310，例如是以濺鍍方式覆蓋於透明導電層310上。至於至於本實施方式之其他細節因與第3A圖之實施方式相同，因此便不再贅述。
接著以實驗數據來說明上述之太陽能電池的功
效。第4圖為本發明一實施例之太陽能電池以及其比較例的電壓電流圖，第5圖為第4圖的實施例之太陽能電池以及其比較例的外部量子效率圖。其中第4圖與第5圖之實施例皆以太陽能電池全方位量子效率量測儀(Enlitech Quantum Efficiency)，於1太陽常數(1 sun)、1.5空氣質量(AM 1.5)與日照度1000W/m2的條件下進行量測。在本實施例中，太陽能電池的結構如第3B圖所繪示，其光電轉換結構100的製程過程則如第1A至1F圖所示。詳細而言，基板之材質為n型結晶矽(n-type c-Si)，其厚度為160μm。先以非等向性濕式蝕刻方法蝕刻出金字塔形的微米結構，其蝕刻液為氫氧化鉀(KOH)溶液與異丙醇(IPA)溶液之混合液。接著再將30nm厚之金屬層濺鍍在微米結構上，以1.632毫升之氫氟酸(HF)溶液、0.436毫升之過氧化氫(H2O2)溶液與7.932毫升之去離子水(D.I.water)之混合液，於室溫下放置30秒以蝕刻微米結構，藉此形成奈米結構於微米結構表面上。之後再以等向性濕式蝕刻進行奈米結構的蝕刻。其蝕刻液為濃度1：50之氫氟酸(HF)溶液與硝酸(HNO3)溶液的混合液，於5℃下浸泡30至90秒蝕刻液以蝕刻奈米結構。而在此步驟後，奈米結構的高度則被蝕刻至500奈米至900奈米。之後再形成第一半導體結構、第二半導體結構、第一電極結構與第二電極結構。其中i型半導體層的材質為i型氫化非晶矽(i-a-Si：H)，p型半導體層的材質為p型氫化非晶矽(p-a-Si：H)，n+型半導體層的材質為n型氫化非晶矽(n-a-Si：H)。第一電極結構之金屬電極的材質為銀。第二電
極結構之金屬電極的材質為銀。
由第4圖可知，當基板具有微米結構與奈米結構時，其短路電流密度(Jsc)與開路電壓(V)皆降低，表示微米結構與奈米結構的粗糙表面使得載子復合率增高。然而在進行奈米結構的蝕刻後，不論蝕刻時間T為30秒(30 S)、60秒(60 S)或90秒(90 S)，其所得到的短路電流密度(Jsc)與開路電壓(V)皆有升高的趨勢，因此可證明進行奈米結構的蝕刻確實能夠將微米結構與奈米結構的表面去粗糙化。
另一方面，由第5圖可知，當基板進行奈米結構的蝕刻後，不論蝕刻時間T為30秒(30 S)、60秒(60 S)或90秒(90 S)，其所量測到的外部量子效率(External Quantum Efficiency,EQE)皆有升高的趨勢，即可表示在進行奈米結構的蝕刻後，奈米結構依然具有抗反射的功效。
接著請參照第6A至6G圖，其為本發明另一實施方式之光電轉換結構的製造流程剖面圖。請先參照第6A圖。製造者可先提供一基板110，基板110具有相對之一第一表面102與一第二表面104。其中基板110的材質為半導體材料，例如：矽，然而本發明不以此為限。
接著請參照第6B圖，於另一實施方式中，形成複數個第一微米結構118於基板110之第一表面102。在本實施方式中，可以等向性濕式蝕刻方法形成第一微米結構118。舉例而言，以酸性溶液，如氫氟酸(HF)溶液與硝酸(HNO3)溶液之混合液，作為蝕刻液以形成第一微米結構118，而形成之第一微米結構118可為凹洞形，如第6B圖
所繪示。
接著請參照第6C圖，形成複數個第二微米結構119於第一微米結構118上。在本實施方式中，可以非等向性濕式蝕刻方法形成第二微米結構119。舉例而言，製造者可以鹼性溶液，如氫氧化鉀(KOH)溶液與異丙醇(Isopropyl Alcohol,IPA)溶液之混合液，作為蝕刻液以形成第二微米結構119，而形成之第二微米結構119可為金字塔形，如第6C圖所繪示。
接下來，蝕刻第二微米結構119，使得第二微米結構119表面形成複數個奈米結構。舉例而言，請參照第6D圖，可先形成複數個觸媒於第二微米結構119上。其中觸媒例如可為奈米粒子400或者厚度為奈米等級之金屬層，在此以奈米粒子400作說明。接著請參照第6E圖，以奈米粒子400為觸媒蝕刻第二微米結構119(如第6D圖所繪示)，以形成奈米結構114與微米結構119’。奈米結構114分佈於微米結構119’上。而在本步驟所形成的奈米結構114之高度T1例如為約2微米，例如為奈米柱結構。
在一或多個實施方式中，觸媒的材質可為金屬，例如為銀。蝕刻第二微米結構119的方法可為非等向性濕式蝕刻。其中因蝕刻步驟為非等向性濕式蝕刻，亦即蝕刻液以奈米粒子400為觸媒向下蝕刻，以形成複數個奈米結構114。
接著請參照第6F圖。製造者可接著蝕刻奈米結構114，以形成奈米結構114’，具有高度T2約500奈米至900
奈米，奈米結構114’的表面的粗糙度降低，以減少基板110之表面載子復合率。另一方面，在蝕刻奈米結構114的過程中，原本位於第一表面102上的奈米粒子400(如第6E圖所繪示)也可一併去除。換言之，此道製程不但可降低因奈米結構114所造成的表面粗糙，更可一併去除奈米粒子400，有助於節省製程工序。在本實施方式中，蝕刻奈米結構114的方法可為等向性濕式蝕刻或者非等向性濕式蝕刻。
接著請參照第6G圖，形成第一半導體結構120於基板110之第一表面102之奈米結構114’與微米結構119’上，另外形成第二半導體結構130於基板110之第二表面104上。其中第一半導體結構120與第二半導體結構130的材質可為矽，而其形成方法可為物理氣相沉積法，如濺鍍法，或是化學氣相沉積法。如此一來，便完成了光電轉換結構100的製程。至於本實施方式的其他細節因與第1F圖之實施方式相同，因此便不再贅述。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧光電轉換結構
102‧‧‧第一表面
104‧‧‧第二表面
110‧‧‧基板
114’‧‧‧奈米結構
116’‧‧‧微米結構
120‧‧‧第一半導體結構
130‧‧‧第二半導體結構
T2、T3‧‧‧高度
Claims (18)
- 一種光電轉換結構，包含：一基板，具有兩相對之第一表面與第二表面，其中該第一表面具有複數個微米結構以及複數個奈米結構，該些奈米結構分佈於該些微米結構表面上，且該些奈米結構之高度為500奈米至900奈米；一第一半導體結構，置於該基板之該第一表面上，其中該第一半導體結構包含：一i型半導體層，置於該基板之該第一表面；以及一p型半導體層，該i型半導體層置於該p型半導體層與該基板之該第一表面之間；以及一第二半導體結構，置於該基板之該第二表面上，其中該第二半導體結構包含：一i型半導體層，置於該基板之該第二表面；以及一n+型半導體層，該i型半導體層置於該n+型半導體層與該基板之該第二表面之間。
- 如請求項1所述之光電轉換結構，其中每一該些微米結構的形狀為金字塔、凹洞或其混合。
- 如請求項1所述之光電轉換結構，其中每一該些微米結構之高度為1微米至20微米。
- 一種太陽能電池，包含：如請求項1所述之光電轉換結構；一第一電極結構，該第一半導體結構置於該第一電極結構與該基板之間；以及一第二電極結構，該第二半導體結構置於該第二電極結構與該基板之間。
- 如請求項4所述之太陽能電池，其中該第一電極結構包含：一透明導電層，該第一半導體結構置於該透明導電層與該基板之間；以及至少一金屬電極，部份之該透明導電層置於該金屬電極與該第一半導體結構之間。
- 如請求項4所述之太陽能電池，其中該第二電極結構為一金屬層。
- 如請求項4所述之太陽能電池，其中該第二電極結構包含：一透明導電層，該第二半導體結構置於該透明導電層與該基板之間；以及至少一金屬電極，部份之該透明導電層置於該金屬電極與該第二半導體結構之間。
- 如請求項4所述之太陽能電池，其中該光電轉換結構之該基板的該第二表面具有複數個微米結構，且該第二電極結構包含：一透明導電層，該第二半導體結構置於該透明導電層與該基板之間；以及一金屬電極，全面覆蓋該透明導電層。
- 一種光電轉換結構的製造方法，包含：提供一基板；形成複數個微米結構於該基板之一第一表面；蝕刻該些微米結構，使得每一該些微米結構表面形成複數個奈米結構；蝕刻該些奈米結構；形成一第一半導體結構於該基板之該第一表面上；以及形成一第二半導體結構於該基板之一第二表面上。
- 如請求項9所述之製造方法，其中蝕刻該些奈米結構的步驟包含：將該些奈米結構的高度蝕刻至500奈米至900奈米。
- 如請求項9所述之製造方法，其中蝕刻該些奈米結構的方法為等向性濕式蝕刻。
- 如請求項9所述之製造方法，其中蝕刻該些奈米結構的方法為非等向性濕式蝕刻。
- 如請求項9所述之製造方法，其中蝕刻該些微米結構的步驟包含：形成複數個觸媒於該些微米結構表面上；以及藉由該些觸媒蝕刻該些微米結構。
- 如請求項13所述之製造方法，其中蝕刻該些奈米結構的步驟包含：一併將該些觸媒去除。
- 如請求項13所述之製造方法，其中該觸媒為金屬奈米粒子。
- 如請求項9所述之製造方法，其中蝕刻該些微米結構的方法為非等向性濕式蝕刻。
- 如請求項9所述之製造方法，其中形成該些微米結構的方法包含形成一第一微米結構，且該第一微米結構的形成方法為等向性濕式蝕刻。
- 如請求項17所述之製造方法，其中形成該些微米 結構的方法包含形成一第二微米結構於該第一微米結構上，且該第二微米結構的形成方法為非等向性濕式蝕刻。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
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