光電轉換裝置及其光電轉換元件的製作方法

2023-10-10 07:01:04

專利名稱：光電轉換裝置及其光電轉換元件的製作方法
技術領域：
本發明^及一種轉換裝置，特別是涉及一種光電轉換裝置及其光電轉 換元件。
背景技術：
隨著地球能源資源逐漸地短缺，開發新能源已成為科技業以及產業矚 目的焦點之一，替代性能源產品例如太陽電池即成為開發的標的之一。太陽電池是為一種利用光伏特效應(photovoltaic effect)將光能轉換成電能的光 電轉換裝置，即利用p-n接合半導體吸收光能量後產生自由電子與電洞，在 p-n接合半導體接面附近的內建電場驅使下，使自由電子向n型半導體移動， 而自由電洞向p型半導體移動，進而產生電流，最後經由電極將電流引出 形成可供使用或儲存的電能。請參照圖1所示，現有習知的一種太陽電池:1的基本結構主要是包含 一基板10、 一 p-n接合半導體11、 一抗反射層12以及一金屬電極對13。 其中，基板10為太陽電池1的基底， 一般即以p-n接合半導體11之一 n 型半導體層111或一p型半導體層112直接作為基板10,而;p-n接合半導 體11是為將光能轉換為電能的作用區；抗反射層12是設置於太陽電池1 的入光面，用以降低入射光的反射；金屬電極對13包含一第一電極131與 一第二電極132分別連接於n型半導體層111與p型半導體層112，並用以 與一外界電路連接，其中為使光能有效入射，設置於入光面的第一電極131 是呈指插狀(Finger)結構。為提高光電流量與光電轉換效率，現有習知在太陽電池1結構的背面 即第二電極132旁利用印刷或蒸空 方式形成一鋁(Al)金屬層14，如 圖2所示，其是為鄰近第二電極132結構的放大圖，金屬層14的鋁離子對 p型半導體層112進行內部擴散，而形成有一 p+型半導體層141,其中p+ 型半導體層141與p型半導體層112接合所產生的內建電場即稱為背面電 場(back surface field, BSF )，藉由BSF的形成而得以使往第二電極132移 動的電子往n型半導體層111移動，因此提高了光電流量；此外，對往第 二電極132移動的電洞而言，p+型半導體層141提供了一低電阻的歐姆性接 觸，因此有效助益光電轉換效率的提升。現有習知鋁(Al)金屬層14以及金屬電極對13的形成皆須經過高溫 燒結的步驟，由於燒結過程發生收縮，及由於金屬材質與矽材料的熱膨脹 係數之差，因此在燒結過程中會使太陽電池1發生翹曲的現象，且此現象 在現今薄化矽基板的趨勢下更甚顯著，甚而導致後續製程發生破片的可能性。有筌於此，如何提供一種避免發生翹曲現象進而提高光電轉換效率的 光電轉換裝置及其光電轉換元件，實為現今的重要課題之一。有鑑於上述現有的光電轉換裝置存在的缺陷，本發明人基於從事此類 產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極 加以研究創新，以期創設一種新型結構的光電轉換裝置及其光電轉換元件， 能夠改進一般現有的光電轉換裝置，使其更具有實用性。經過不斷的研究、 設計，並經過反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。發明內容本發明的目的在於，克服現有的光電轉換裝置存在的缺陷，而提供一 種新型結構的光電轉換裝置及其光電轉換元件，所要解決的技術問題是使 其避免發生翹曲現象進而提高光電轉換效率，從而更加適於實用。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據 本發明提出的光電轉換元件，其是與一第一電極與一第二電極電性連接，包含 一第一半導體層； 一第二半導體層，是與該第一半導體層相連接； 以及一金屬層，是設置於該第二半導體層的一側，該金屬層是具有至少一 第一溝槽與至少一第二溝槽，該第一溝槽是將該金屬層區分為複數個區塊， 該第二電極是設置於該第二溝槽內。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。 前述的光電轉換元件，其中所述的該等區塊是相互電性連接。 前述的光電轉換元件，其中所述的金屬層的材質是包含鋁。 前述的光電轉換元件，其中所述的金屬層是呈一網狀結構或一蜂巢狀 結構。前述的光電轉換元件，其中所述的第一溝槽的寬度範圍是約為O.lmm 至10mm。本發明的目的及解決其技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本 發明提出的光電轉換裝置，包含 一光電轉換元件，是具有一第一半導體 層、 一第二半導體層及一金屬層，該第二半導體層是與該第一半導體層相 連接，該金屬層是設置於該第二半導體層的一側，該金屬層是具有至少一 第一溝槽與至少一第二溝槽，該第一溝槽是將該金屬層區分為複數個區塊； 一第一電極，是與該第一半導體層相連結；以及一第二電極，是設置於該 第二溝槽內，並與該第二半導體層相連結。前述的光電轉換裝置，其中所述的該等區塊是相互電性連接。
前述的光電轉換裝置，其中所述的金屬層的材質是包舍紹， 前述的光電轉換裝置，其中所述的金屬層是呈一網狀結構或一蜂巢狀結構。前述的光電轉換裝置，其中所述的第一溝槽的寬度範圍是約為0.1mm 至10mm。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上可知，為了 達到上述目的，本發明提供了一種光電轉換元件，其是與一第一電極與一 第二電極電性連接，光電轉換元件包含一第一半導體層、 一第二半導體層 以及一金屬層。其中，第二半導體層是與第一半導體層相連接，金屬層是 設置於第二半導體層的一側，金屬層是具有至少一第一溝槽與至少一第二 溝槽，第一溝槽是將金屬層區分為複數個區塊，第二電極是設置於第二溝 槽內。為達上述目的，依據本發明的一種光電轉換裝置包含一光電轉換元件、 一第一電極以及一第二電極。其中，光電轉換元件是具有一第一半導體層、 一第二半導體層及一金屬層，第二半導體層是與第一半導體層相連接，金 萬層是設置於第二半導體層的一側，金屬層是具有至少一第一溝槽與至少 一第二溝槽，第一溝槽是將金屬層區分為複數個區塊；第一電極是與第一 半導體層相連結；第二電極是設置於第二溝槽內，並與第二半導體相連結。藉由上述技術方案，本發明光電轉換裝置及其光電轉換元件至少具有 下列優點承上所述，因依據本發明的一種光電轉換裝置及其光電轉換元件是利 用溝槽(即第一溝槽)將金屬層區分為複數個區塊，即金屬層可例如為一 網狀結構，於此藉由溝槽M金屬層於高溫燒結過程中所產生的應力，而 有效降低金屬層因高溫所發生的翹曲現象，因此，包含本發明的金屬層結 構的光電轉換裝置，除了具有增加光電流以及降低阻抗的效果下，更提高 了光電轉換裝置的製作良率。綜上所述，本發明具有上述諸多優點及實用價值，其不論在產品結構 或功能上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，並產生了好用及實用 的效果，且較現有的光電轉換裝置具有增進的突出功效，從而更加適於實 用，並具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的 技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和 其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附 圖，詳細說明如下。


圖1為顯示現有習知的一種本陽電池的示意圖。圖2為顯示現有習知的一種大陽電池的局部放大示意圖。圖3為一顯示依據本發明較佳實施例的一種光電轉換裝置的示意圖。 圖4為一顯示依據本發明較佳實施例的一種光電轉換裝置的仰視圖；以及圖5為一顯示依據本發明另一較佳實施例的一種光電轉換裝置的示意圖。1:太陽電池10:基板11: p-n接合半導體lll:n型半導體層112:p型半導體層12:抗反射層13:金屬電極對131:第一電極132:第二電極14:金屬層141:p+型半導體層2:光電轉換裝置21:光電轉換元件211:第一半導體層212:第二半導體層213:金屬層2131:區塊214:第一溝槽215:第二溝槽216:導電元件22:第一電極23:第二電極24:抗反射層25:抗反射結構具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的光電轉換裝置及其光 電轉換元件其具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。請參照圖3所示，依據本發明較佳實施例的一種光電轉換裝置2是包 含一光電轉換元件21、 一第一電極22以及一第二電極23。本實施例中， 光電轉換裝置2是為 一 太陽電池。光電轉換元件21是具有一第一半導體層211、 一第二半導體層212及 一金屬層213。第一半導體層211與第二半導體層212是相互連接以形成一接面，以 作為光能產生電子/電洞對的分離作用區。如圖3所示，在本實施例中，第 一半導體層211是為一 n型半導體，第二半導體層212是為一 p型半導體， 並作為太陽電池的基板。當然，第一半導體層211亦可為一 p型半導體， 而第二半導體層212為一n型半導體。其中，p型半導體是以例如硼(boron) 與鎵(gallium)等的摻質，摻雜於矽基板中而形成，而n型半導體是以例如磷 (phosphorus)與砷(arsenic)等的摻質，摻雜於p型半導體內而形成，摻雜的方 式例如可以為擴-敎法或離子植入法..金屬層213是以印刷或蒸空鍍膜方式形成於第二半導體層212的一側， 在本實施例中，金屬層213的材質是包舍鋁，如圖4所示，其是顯示本實 施例的光電轉換裝置2的仰視圖，金屬層213是具有至少一第一溝槽214 與至少一第二溝槽215,第一溝槽214是將金屬層213區分為複數個區塊 2131，該等區塊2131是相互電性連接，藉由複數第一溝槽214的圖案化而 使金屬層213形成複數區塊2131,且第一溝槽214或第二溝槽215是可穿 設或不穿設金屬層213,即分別形成彼此分離的該等區塊2131或藉由第一 溝槽214的底部相連接的該等區塊2131 ，其中彼此分離的該等區塊2131則 可藉由一導電元件216相互連接俾使該等區塊2131電性連接，本實施例的 導電元件216是可由區塊2131的一側延設形成。在本實施例中，第一溝槽 214的寬度範圍是約為O.lmm至10mm，較佳地，第一溝槽214的寬度是約 為3mm,區塊2131的面積是20mmx22.5mm。如圖4所示，在本實施例中，該等區塊2131的形狀是不限定，區塊2131 可呈圓形、橢圓形或多邊形，而使金屬層213呈一網狀結構或一蜂巢狀結 構，以緩衝金屬層213於高溫燒結過程中收縮的應力作用，避免發生翹曲 的現象。如圖3所示，第一電極22是為一表面電極，即設置於光電轉換裝置2 的入光面，且第一電極22是與第一半導體層211相連結，而為增加入射光 的入射面積，第一電極22是呈條狀、指狀或網狀；第二電極23則是為一 背面電極，設置於第二溝槽215中而與第二半導體層212相連結，藉由第 一電極22與第二電極23而得以輸出作用區所產生的電流。其中，第一電 極22或第二電極23以包含銀、鋁、鈦或鉑的導電膠利用例如網印法形成。另外，如圖3所示，本實施例的光電轉換裝置2更可包含一抗反射層 24設置於第一半導體層211的一側，即入光面的一側，本實施例中，抗反 射層24的材質是包含氮化矽、氧化鈦、氧化鉭或氧化鈦；另外，如圖5所 示，本實施例的光電轉換裝置2亦可更包含一抗反射結構25設置於第一半 導體層211的一側，抗反射結構25是具有複數凸塊，且該等凸塊的其中之 一是呈金字塔型、倒金字塔型或可降低反射的不規則型凸塊，藉由抗反射 層24及/或抗反射結構25設置於入光面，降低入射光反射的機會，進而提 高光電轉換裝置2的光電轉換效率。因依據本發明的一種光電轉換裝置及其光電轉換元件是利用溝槽(即 第一溝槽)將金屬層區分為複數個區塊，即金屬層可例如為一網狀結構， 在此藉由溝槽分散金屬層於高溫燒結過程中所產生的應力，而有效降低金 屬層因高溫所發生的翹曲現象，因此，包含本發明的金屬層結構的光電轉 換裝置，除了具有增加光電流以及降低阻抗的效果下，更提高了光電轉換
裝f的釗作良率..以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對衣發明作任何形式 上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發 明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技朱方案範圍內，當可利 用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但 凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1、一種光電轉換元件，其是與一第一電極與一第二電極電性連接，其特徵在於包含一第一半導體層；一第二半導體層，是與該第一半導體層相連接；以及一金屬層，是設置於該第二半導體層的一側，該金屬層是具有至少一第一溝槽與至少一第二溝槽，該第一溝槽是將該金屬層區分為複數個區塊，該第二電極是設置於該第二溝槽內。
2、 根據權利要求1所述的光電轉換元件，其特徵在於其中所述的該等 區塊是相互電性連接。
3、 根據權利要求1所述的光電轉換元件，其特徵在於其中所述的金屬 層的材質是包含鋁。
4、 根據權利要求1所述的光電轉換元件，其特徵在於其中所述的金屬 層是呈一網狀結構或一蜂巢狀結構。
5、 根據權利要求1所述的光電轉換元件，其特徵在於其中所述的第一 溝槽的寬度範圍是為O.lmm至10mm。
6、 一種光電轉換裝置，其特徵在於包含一光電轉換元件，是具有一第一半導體層、—'第二半導體層及一金屬 層，該第二半導體層是與該第一半導體層相連接，該金屬層是設置於該第 二半導體層的一側，該金屬層是具有至少一第一溝槽與至少一第二溝槽， 該第 一 溝槽是將該金屬層區分為複數個區塊；一第一電極，是與該第一半導體層相連結；以及一第二電極，是設置於該第二溝槽內，並與該第二半導體層相連結。
7、 根據權利要求6所述的光電轉換裝置，其特徵在於其中所述的該等 區塊是相互電性連接。
8、 根據權利要求6所述的光電轉換裝置，其特徵在於其中所述的金屬 層的材質是包含鋁。
9、 根據權利要求6所述的光電轉換裝置，其特徵在於其中所述的金屬 層是呈一網狀結構或一蜂巢狀結構。
10、 根據權利要求6所述的光電轉換裝置，其特徵在於其中所述的第 一溝槽的寬度範圍是為O.lmm至10mm。
全文摘要
本發明是有關於一種光電轉換裝置及其光電轉換元件。一種光電轉換元件是與一第一電極與一第二電極電性連接，該光電轉換元件是包含一第一半導體層、一第二半導體層以及一金屬層。其中，第二半導體層是與第一半導體層相連接，金屬層是設置於第二半導體層的一側，金屬層是具有至少一第一溝槽與至少一第二溝槽，第一溝槽是將金屬層區分為複數個區塊，第二電極是設置於第二溝槽內。
文檔編號H01L31/042GK101165924SQ20061014996
公開日2008年4月23日 申請日期2006年10月19日 優先權日2006年10月19日
發明者李慧平, 洪傳獻, 溫志中, 許國強 申請人:新日光能源科技股份有限公司