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TWI550886B - 矽基板表面粗糙化方法 - Google Patents

矽基板表面粗糙化方法 Download PDF

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TWI550886B
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Description

矽基板表面粗糙化方法
本發明係關於一種矽基板表面粗糙化方法，特別是一種藉由蝕刻深度差異提高矽基板表面粗糙度的方法。
習知經由鑽石線切割而成的矽基板表面具有粗糙度不足的問題，使得多數光線產生反射現象而無法被矽基板吸收，導致太陽能電池之光電轉換率偏低，因此必須提高矽基板表面之粗糙度以增加矽基板之入光量，以因應目前太陽能電池所需。
本發明係藉由形成於一矽基板表面之複數個遮罩凸塊，使得位於該些遮罩凸塊下的矽基板表面與未被該些遮罩凸塊遮罩的矽基板表面被蝕刻的時間不同而造成蝕刻深度不同，以在該矽基板表面形成起伏結構，而提高該矽基板表面粗糙度。
本發明之一種矽基板表面粗糙化方法，其包含：提供一矽基板，該矽基板具有一待蝕刻面及一下表面，該待蝕刻面具有複數個第一區及複數二區，各該第一區相鄰各該第二區；形成複數個遮罩凸塊於各該第一區，各該遮罩凸塊與各該第一區之間具有一間隙，該間隙具有至少一開口，相鄰各該遮罩凸塊之間形成一空間，該空間顯露該第二區，該間隙之該開口連通該空間；進行一蝕刻步驟，以一非等向性蝕刻液非等向性地蝕刻該矽基板之該待蝕刻面，該非等向性蝕刻液填充於該空間並接觸各該第二區，且該非等向性蝕刻液經由該開口滲透至各該遮罩凸塊與各該第一區之間的該間隙，由於該非等向性蝕刻液接觸各該第二區後，再經由該間隙接觸各該第一區，因此造成該非等向性蝕刻液蝕刻各該第一區與各該第二區的時間差，使得各該第一區之蝕刻深度小於各該第二區之蝕刻深度，以在該待蝕刻面形成一起伏表面，該起伏表面具有複數個起伏結構，各該起伏結構具有一高峰、一低谷及一連接部，該高峰形成於該第一區，該低谷形成於該第二區，該連接部形成該高峰及該低谷之間，該高峰及該下表面之間具有一第一高度，該低谷及該下表面之間具有一第二高度，該連接部及該下表面之間具有一第三高度，該第一高度大於該第二高度，該第三高度介於該第一高度及該第二高度之間，且該第三高度由該低谷朝該高峰方向逐漸增加，其中，該起伏表面之各該低谷相互連通；移除該非等向性蝕刻液；以及移除各該遮罩凸塊。
本發明藉由各該遮罩凸塊的阻擋及該間隙的引流，使該待蝕刻面之各該第一區及各該第二區產生蝕刻深度差異，而使該待蝕刻面形成該起伏表面，該起伏表面之各該起伏結構可提高該起伏表面之表面粗糙度，使該矽基板具有低反射率及高入光量，以提昇太陽能電池之光電轉換效率。
請參閱第1圖，其為本發明之第一實施例，一矽基板表面粗糙化方法10包含「提供矽基板」之步驟11、「形成遮罩凸塊於第一區」之步驟12、「進行蝕刻步驟」之步驟13、「移除非等向性蝕刻液」之步驟14及「移除遮罩凸塊」之步驟15。
請參閱第1及2圖，於步驟11中提供一矽基板100，該矽基板100可為單晶矽基板或多晶矽基板，在本實施例中，該矽基板100為多晶矽基板，該矽基板100具有一待蝕刻面110及一下表面120，該待蝕刻面110具有複數個第一區111及複數個第二區112，各該第一區111相鄰各該第二區112。
請參閱第1及3圖，於步驟12中形成複數個遮罩凸塊200於該待蝕刻面110之各該第一區111，各該遮罩凸塊200與各該第一區111之間具有一間隙G，該間隙G具有至少一開口O，相鄰各該遮罩凸塊200之間形成一空間S，該空間S顯露該第二區112，且該間隙G之該開口O連通該空間S，在本實施例中，各該遮罩凸塊200之寬度介於5~300 μm之間。
請參閱第4至6圖，在本實施例中，形成該些遮罩凸塊200的方法首先提供一網版300，該網版300係選自於抗腐蝕材料，請參閱第4圖，將該網版300設置於該矽基板100之該待蝕刻面110，該網版300具有複數個網孔310，各該網孔310顯露該待蝕刻面110之各該第一區111，請參閱第5及6圖，利用一刮刀K將一遮罩層400填充於各該網孔310中，使該遮罩層400覆蓋各該第一區111，在本實施例中，該遮罩層400為環氧樹脂，接著，進行一固化步驟，固化該遮罩層400以形成各該遮罩凸塊200，較佳地，該固化步驟係以攝氏80～300度固化該遮罩層400，在本實施例中，該固化步驟係以攝氏180度固化該遮罩層400，固化步驟完成後，移除該網版300以顯露各該第二區112(請參閱第3圖)。
請參閱第1、3及7圖，於步驟13中進行一蝕刻步驟，以一非等向性蝕刻液非等向性地蝕刻該矽基板100之該待蝕刻面110，較佳地，該非等向性蝕刻液為10~40 %氫氧化鉀(KOH)，在本實施例中，該蝕刻步驟係以30 %氫氧化鉀(KOH)以超音波隔水震盪方式進行蝕刻，該蝕刻步驟係使該非等向性蝕刻液填充於相鄰各該遮罩凸塊200之間的該空間S，並接觸各該第二區112以進行非等向性蝕刻，且該非等向性蝕刻液經由與該空間S連通之該開口O緩慢滲透至各該遮罩凸塊200與各該第一區111之間的該間隙G中，以接觸各該第一區111並進行非等向性蝕刻，由於該非等向性蝕刻液接觸各該第二區112後，再經由該間隙G接觸各該第一區111，因此造成該非等向性蝕刻液蝕刻該各該第一區111與各該第二區112的時間差，使得各該第一區111之蝕刻深度小於各該第二區112之蝕刻深度，以在該待蝕刻面110形成一起伏表面130。
請參閱第7圖，該起伏表面130具有複數個起伏結構131，各該起伏結構131具有一高峰131a、一低谷131b及一連接部131c，該高峰131a形成於被各該遮罩凸塊200覆蓋之各該第一區111，該低谷131b形成於與該非等向性蝕刻液直接接觸之各該第二區112，該連接部131c形成於該高峰131a及該低谷131b之間，該高峰131a與該矽基板100之該下表面120之間具有一第一高度H1，該低谷131b與該矽基板100之該下表面120之間具有一第二高度H2，該連接部131c與該矽基板100之該下表面120之間具有一第三高度H3，由於各該第一區111之蝕刻深度小於各該第二區112之蝕刻深度，因此該第一高度H1大於該第二高度H2，且該第三高度H3介於該第一高度H1及該第二高度H2之間，此外，由於該非等向性蝕刻液係藉由該間隙G由各該第一區111之外側逐漸朝各該第一區111之中心滲透，使得該非等向性蝕刻液與各該第一區111之接觸時間由外往內逐漸減少，因此該第三高度H3由該低谷131b朝該高峰131a方向逐漸增加。
請參閱第1圖，於步驟14中移除該非等向性蝕刻液以中止該蝕刻步驟，並於步驟15中移除各該遮罩凸塊200，其中，各該遮罩凸塊200係以燃燒方式或蝕刻方式進行移除，燃燒方式係以攝氏400~1000度燃燒移除各該遮罩凸塊200，較佳地，燃燒方式以攝氏800度高溫燃燒移除各該遮罩凸塊200，而蝕刻方式係以一蝕刻液蝕刻移除各該遮罩凸塊200，其中，該蝕刻液無法腐蝕該矽基板100，較佳地，該蝕刻液選自於酸性蝕刻液或鹼性蝕刻液。
請參閱第8及9圖，其為本發明之第二實施例的各該遮罩凸塊200形成方法，請參閱第8圖，塗佈該遮罩層400於該矽基板100之該待蝕刻面110上，再以攝氏80～300度進行該固化步驟，以固化該遮罩層400，在本實施例中，該固化步驟係以攝氏180度固化該遮罩層400，接著，請參閱第9圖，進行一移除步驟，移除位於各該第二區112之固化後的該遮罩層400以顯露各該第二區112，並使位於各該第一區111之固化後的該遮罩層400形成各該遮罩凸塊200，在本實施例中，該移除步驟係以一雷射光移除位於各該第二區112之該遮罩層400，在本實施例中，該雷射光為紫外光雷射。
請參閱第10圖，其為該矽基板100之該待蝕刻面110粗糙化前之掃描式電子顯微鏡影像(Scanning Electron Microscope, SEM)，請參閱第11圖，其為粗糙化後所形成的該起伏表面130之掃描式電子顯微鏡影像，比較第10及11圖可知，本發明之矽基板表面粗糙化方法10可蝕刻該待蝕刻面110以形成該起伏表面130，以提高該矽基板110之表面粗糙度。
請參閱第12圖，其為該矽基板100粗糙化前之原子力顯微鏡影像(Atomic Force Microscope, AFM)，該矽基板100之該待蝕刻面110的高度起伏小，因此該矽基板100之該待蝕刻面110表面粗糙度不足，導致該矽基板100產生高反射率及低入光量之缺點，在本實施例中，該矽基板100之該待蝕刻面110的平均粗糙度(Ra)為0.1001 μm，均方根粗糙度 (RMS/Rq)為0.1534 μm，最大高度粗糙度(Rmax)為1.9199 μm，請參閱第13圖，其為該矽基板100粗糙化後之原子力顯微鏡影像(Atomic Force Microscope, AFM)，粗糙化後該待蝕刻面110以形成具有不同蝕刻深度之該起伏表面130，且該起伏表面130之各該低谷131b相互連通，使該起伏表面130之表面粗糙度大於粗糙化前之該矽基板100之待蝕刻表面110，以降低光線反射率並提高入光量，進而提高矽基板之光電轉換效率，在本實施例中，該矽基板100之該起伏表面130的平均粗糙度(Ra)為0.5263 μm，均方根粗糙度 (RMS/Rq)為0.6663 μm，最大高度粗糙度(Rmax)為4.0228 μm。
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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本發明之保護範圍。
10‧‧‧矽基板表面粗糙化方法
11‧‧‧提供矽基板
12‧‧‧形成遮罩凸塊於待蝕刻面
13‧‧‧進行蝕刻步驟
14‧‧‧移除非等向性蝕刻液
15‧‧‧移除遮罩凸塊
100‧‧‧矽基板
110‧‧‧待蝕刻面
111‧‧‧第一區
112‧‧‧第二區
120‧‧‧下表面
130‧‧‧起伏表面
131‧‧‧起伏結構
131a‧‧‧高峰
131b‧‧‧低谷
131c‧‧‧連接部
131c‧‧‧連接部
200‧‧‧遮罩凸塊
300‧‧‧網版
310‧‧‧網孔
400‧‧‧遮罩層
G‧‧‧間隙
H1‧‧‧第一高度
H2‧‧‧第二高度
H3‧‧‧第三高度
K‧‧‧刮刀
O‧‧‧開口
S‧‧‧空間
第1圖：依據本發明之第一實施例，一種矽基板表面粗糙化方法之流程圖。 第2至7圖：依據本發明之第一實施例，一種矽基板表面粗糙化方法之示意圖。 第8及9圖：依據本發明之第二實施例，遮罩凸塊形成方法之示意圖。 第10圖：依據本發明之一實施例，一矽基板表面粗糙化前之掃描式電子顯微鏡影像。 第11圖：依據本發明之一實施例，一矽基板表面粗糙化後之掃描式電子顯微鏡影像。 第12圖：依據本發明之一實施例，一矽基板表面粗糙化前之原子力顯微鏡影像。 第13圖：依據本發明之一實施例，一矽基板表面粗糙化後之原子力顯微鏡影像。
100‧‧‧矽基板
120‧‧‧下表面
130‧‧‧起伏表面
131‧‧‧起伏結構
131a‧‧‧高峰
131b‧‧‧低谷
131c‧‧‧連接部
H1‧‧‧第一高度
H2‧‧‧第二高度
H3‧‧‧第三高度

Claims (10)

  1. 一種矽基板表面粗糙化方法，其包含：提供一矽基板，該矽基板具有一待蝕刻面及一下表面，該待蝕刻面具有複數個第一區及複數個第二區，各該第一區相鄰各該第二區；形成複數個遮罩凸塊於各該第一區，各該遮罩凸塊與各該第一區之間具有一間隙，該間隙具有至少一開口，相鄰各該遮罩凸塊之間形成一空間，該空間顯露該第二區，該間隙之該開口連通該空間；進行一蝕刻步驟，以一非等向性蝕刻液非等向性地蝕刻該矽基板之該待蝕刻面，該非等向性蝕刻液填充於該空間並接觸各該第二區，以對各該第二區進行蝕刻，且該非等向性蝕刻液經由該開口滲透至各該遮罩凸塊與各該第一區之間的該間隙，以對各該遮罩凸塊下的各該第一區進行蝕刻，由於該非等向性蝕刻液接觸各該第二區後，再經由該間隙接觸各該第一區，造成該非等向性蝕刻液蝕刻各該第一區與各該第二區的時間具有一時間差，使得各該第一區及各該第二區分別形成不規則的凹凸表面，且各該第一區之蝕刻深度小於各該第二區之蝕刻深度，以使該待蝕刻面形成為一起伏表面，該起伏表面具有複數個不規則的起伏結構，各該起伏結構具有一高峰、一低谷及一連接部，該高峰形成於該第一區，該低谷形成於該第二區，該連接部形成該高峰及該低谷之間，該高峰及該下表面之間具有一第一高度，該低谷及該下表面之間具有一第二高度，該連接部及該下表面之間具有一第三高度，該第一高度大於該第二高度，該第三高度介於該第一高度及該第二高度之間，且該第三高度由該低谷朝該高峰方向逐漸增加，其中，該起伏表面之各該低谷相互連通；移除該非等向性蝕刻液；以及 移除各該遮罩凸塊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中形成各該遮罩凸塊的方法包含：提供一網版，將該網版設置於該矽基板之該待蝕刻面，該網版具有複數個網孔，各該網孔顯露各該第一區；填充一遮罩層於各該網孔，該遮罩層覆蓋各該第一區；進行一固化步驟，固化該遮罩層以形成各該遮罩凸塊；以及移除該網版。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中形成各該遮罩凸塊的方法包含：塗佈一遮罩層於該矽基板之該待蝕刻面；進行一固化步驟，以固化該遮罩層；以及進行一移除步驟，移除位於各該第二區之該遮罩層以顯露各該第二區，並使位於各該第一區之該遮罩層形成各該遮罩凸塊。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中該移除步驟係以一雷射光移除位於各該第二區之該遮罩層。
  5. 如申請專利範圍第2或3項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中該固化步驟係以攝氏80~300度固化該遮罩層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中該非等向性蝕刻液為10~40%氫氧化鉀(KOH)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中各該遮罩凸塊係以燃燒方式移除。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中各該遮罩凸塊係以攝氏400~1000度燃燒移除。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中各該遮罩凸塊係以蝕刻方式移除，以一蝕刻液蝕刻移除各該遮罩凸塊。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之矽基板表面粗糙化方法，其中各該遮罩凸塊之寬度介於5~300μm之間。
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