TWI538043B - 單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法及具有碗狀凹槽結構之單晶矽基板 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種單晶矽基板表面粗糙化結構之製造方法及以此方法製造之單晶矽基板，特別是關於一種單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法及具有碗狀凹槽結構之單晶矽基板。
在現今各式各樣的太陽能電池基板中，單晶矽基板因其穩定及耐熱的特性獲得廣泛的應用與青睞。然而經過多年的研發及改良，現行的太陽能電池用單晶矽基板對於可見光範圍(波長約400-800奈米)的光線，其反射率(reflection ratio)仍高達十幾個百分比。
為了解決此問題，在使用反射率仍高達十幾個百分比的單晶矽基板時，通常需要先在其受光表面鍍上一層抗反射膜，以降低單晶矽基板對可見光波長之光線的反射率。但鍍抗反
射膜的步驟除了厚度的控制須以精密製程來進行之外，更需耗費更多工時及儀器與材料的額外花費。
因此期待能有兼具易製作簡便、節省開支、又可具有良好的抗反射率之單晶矽基板及其製造方法，相信不但可符合眾多製造廠商的廣泛應用需求，並被大多數的使用者所喜愛而樂見，更是節能減碳的環保能源可以進入大量推廣的一個重要發明與創新。
本發明為一種單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法及具有碗狀凹槽結構之單晶矽基板，其製造方法係結合噴砂法及化學溶液蝕刻技術，可簡單、快速且低成本的在單晶矽基板表面製造具有抗反射功效之表面粗糙化結構，以有效降低單晶矽基板對光線之反射率，達到極低反射之效果，而且還不需再鍍製抗反射膜，即可使波長為400-800奈米之可見光範圍的光線，對單晶矽基板之平均反射率降至小於2%，可應用於高效能矽基太陽能電池(silicon based solar cells)之製造。
本發明係提供一種單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法，其包括下列步驟：提供一單晶矽基板，其中單晶矽基板可分離的固設於堅硬材質所製成之一底板上；進行噴砂，其係對單晶矽基板進行噴砂，以使單晶矽基板具有佈滿複數個表面粗糙化結構之一粗糙化表面；進行第一次清洗，其係自底板取下具有粗糙化表面之單晶矽基板並對單晶矽基板進行超音波震動清洗以除去噴砂步驟所殘留之雜質；進行形成碗狀凹槽結構，其係以一蝕
刻溶液對粗糙化表面進行蝕刻，並使每一表面粗糙化結構皆形成為一碗狀凹槽結構；以及進行第二次清洗，其係對具有該些碗狀凹槽結構之單晶矽基板進行超音波震動清洗並除去表面殘留之蝕刻液。
本發明又提供一種具有碗狀凹槽結構之單晶矽基板，其係由如前段所述之製造方法所製造，並具有一粗糙化表面，且粗糙化表面係佈滿複數個碗狀凹槽結構。
藉由本發明之實施，至少可以達到下列進步功效：一、可快速、簡單又低成本的製造低反射率的單晶矽基板；二、完全不需再鍍製抗反射膜於單晶矽基板之受光表面；及三、對可見光範圍波長為400-800奈米之光線，平均反射率可大幅降至小於2%，可應用於高效能矽基太陽能電池(silicon based solar cells)之製造。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
10‧‧‧單晶矽基板
20‧‧‧底板
30‧‧‧噴砂口
40‧‧‧表面粗糙化結構
50‧‧‧粗糙化表面
60‧‧‧蝕刻溶液
70‧‧‧碗狀凹槽結構
D‧‧‧距離
第1圖係為本發明實施例之一種單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法步驟流程圖；第2圖係為本發明實施例之一種單晶矽基板固設於一底板之上視圖；
第3圖係為本發明實施例之一種對單晶矽基板進行噴砂之剖視示意圖；第4圖係為本發明實施例之一種經噴砂處理後單晶矽基板具有佈滿複數個表面粗糙化結構之一粗糙化表面之剖視示意圖；第5圖係為本發明實施例之一種以蝕刻溶液對單晶矽基板之粗糙化表面進行蝕刻示意圖；及第6圖係為本發明實施例之一種具有碗狀凹槽結構之單晶矽基板之剖視圖。
如第1圖所示，本實施例為一種單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法S100，其包括下列步驟：提供一單晶矽基板(步驟S10)、進行噴砂(步驟S20)、進行第一次清洗(步驟S30)、進行形成碗狀凹槽結構(步驟S40)及進行第二次清洗(步驟S50)。
如第1圖及第2圖所示，提供一單晶矽基板(步驟S10)係將一單晶矽基板10(single-crystalline silicon substrate)可分離的固設於諸如鋼板等堅硬材質所製成之一底板20上，底板20主要用以承載單晶矽基板10，並在進行噴砂(步驟S20)時可以擋住打在單晶矽基板10外的砂粒。
如第1圖及第3圖所示，進行噴砂(步驟S20)係使用一噴砂機對單晶矽基板10之一表面噴砂，噴砂機的噴砂速率可以選擇為固定值且噴砂機之一噴砂口30與單晶矽基板10之表面(即受光表面)間之距離D可以為一個定值，使得步驟S20具有再現性，並且噴砂機的噴砂力道可以控制在使單晶矽基板10不被打裂。
如第4圖所示，經過步驟S20後，單晶矽基板10便具有佈滿複數個表面粗糙化結構40之一粗糙化表面50，表面粗糙化結構40可以為不規則分佈且大小亦不一致之表面粗糙化結構40。
如第1圖所示，步驟S20後進行第一次清洗(步驟S30)係自底板取下具有粗糙化表面50之單晶矽基板10並對單晶矽基板10進行超音波震動清洗。
由於單晶矽基板10除了形成具有佈滿複數個表面粗糙化結構40之一粗糙化表面50外，還會殘留有或多或少的砂粒在單晶矽基板10及/或粗糙化表面50上，因此需要透過步驟S30除去砂粒。執行步驟S30時，係先將具有粗糙化表面50的單晶矽基板10自底板取下(圖未示)，並再對單晶矽基板10進行超音波震動清洗。例如，可先以丙酮進行超音波震動清洗，再以去離子水(DI water，De-Ionized water)進行超音波震動清洗，去除殘留的砂粒。
如第1圖、第5圖及第6圖所示，接著進行形成碗狀凹槽結構(步驟S40)，其係以一蝕刻溶液60對單晶矽基板10之粗糙化表面50進行蝕刻，並使每一表面粗糙化結構40皆形成為一碗狀凹槽結構70。本實施例使用之蝕刻溶液60為氫氟酸(HF)、硝酸(HNO3)及水(H2O)所混和之水溶液，且氫氟酸、硝酸及水之混和比例為5：1：5。
如第1圖、第5圖及第6圖所示，本實施例形成碗狀凹槽結構(步驟S40)中之蝕刻為濕式蝕刻(wet etching)，且蝕刻的時間可以隨噴砂處理結果的不同進行調整，直到每一表面粗糙
化結構40皆形成為一碗狀凹槽結構70，本實施例中蝕刻使用的時間為10-15分鐘。
如第1圖及第6圖所示，步驟S40形成於單晶矽基板10的碗狀凹槽結構70係可以為微米等級之碗狀凹槽結構70。
如第1圖及第6圖所示，接著進行第二次清洗(步驟S50)，由於在步驟S40後，單晶矽基板10及碗狀凹槽結構70表面上均會殘留有蝕刻溶液，因此需執行步驟S50以對具有碗狀凹槽結構70之單晶矽基板10進行超音波震動清洗，例如先以丙酮進行超音波震動清洗，再以去離子水進行超音波震動清洗，以去除殘留的蝕刻溶液60。
如第6圖所示，其為由前述之製造方法S100所製造之一種具有碗狀凹槽結構70之單晶矽基板10，並且單晶矽基板10之一表面(即作為太陽能電池之基板之受光表免)佈滿複數個碗狀凹槽結構70。此具有碗狀凹槽結構70之單晶矽基板10對波長為400-800奈米之可見光範圍的光線之反射率小於2%，可以作為良好的矽基(silicon based)太陽能電池之基板，增加矽基太陽能電池的光電轉換效率。
此種具碗狀凹槽結構基材可降低其表面反射率之機制可歸因於二：一是此碗狀凹槽結構會使入射光產生多重散射(multiple scattering)，增強其光捕捉(light trapping)效應；二是由於此碗狀凹槽結構可在空氣與矽晶基材表面提供漸變的折射率，即形成一層所謂具漸變折射率(graded-refractive index)之表面結構，可有效抑制可見光之反射。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的
在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
S100‧‧‧單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法
S10‧‧‧提供一單晶矽基板
S20‧‧‧進行噴砂
S30‧‧‧進行第一次清洗
S40‧‧‧進行形成碗狀凹槽結構
S50‧‧‧進行第二次清洗
Claims (6)
- 一種單晶矽基板碗狀凹槽結構之製造方法，其包括下列步驟：提供一單晶矽基板，其中該單晶矽基板可分離的固設於堅硬材質所製成之一底板上；進行噴砂，其係對該單晶矽基板進行噴砂，以使該單晶矽基板具有佈滿複數個表面粗糙化結構之一粗糙化表面；進行第一次清洗，其係自該底板取下具有該粗糙化表面之該單晶矽基板並對該單晶矽基板進行超音波震動清洗並除去噴砂步驟所殘留之雜質；進行形成碗狀凹槽結構，其係以一蝕刻溶液對該粗糙化表面進行蝕刻，並使每一該表面粗糙化結構皆形成為一碗狀凹槽結構；以及進行第二次清洗，其係對具有該些碗狀凹槽結構之該單晶矽基板進行超音波震動清洗並除去表面殘留之蝕刻液。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該噴砂處理係使用一噴砂機，其噴砂速率為固定值，且該噴砂機之一噴砂口與該單晶矽基板之距離為一定值。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第一次清洗係先以丙酮進行超音波震動清洗，再以去離子水進行超音波震動清洗。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該第二次清洗係先以丙酮進行超音波震動清洗，再以去離子水進行超音波震動清洗。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該蝕刻溶液為氫 氟酸、硝酸及水之水溶液，且該氫氟酸、該硝酸及該水之比例為5：1：5。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該些碗狀凹槽結構係為微米等級之碗狀凹槽結構。
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