专利名称：一种用以提高破裂强度的太阳能基板的制作方法
技术领域：
本发明关于一种太阳能基板，且特别是有关于一种用以提高破裂强度(fracturestrength)的太阳能基板。
背景技术：
一般来说，习知的太阳能电池大多以硅等半导体晶圆作为基板。然而，由于硅等半导体晶圆属于硬脆性材料，因此容易受外力的冲击，尤其是太阳能电池组装过程所引发的外力冲击，而造成硅等半导体晶圆的破裂。除了太阳能电池之外，硅晶圆大量应用在许多半导体组件的制造上。另外，由于半导体组件的需求的增加而导致硅原料的吃紧，因此如何避免硅原料不当的浪费(例如因受外力的冲击而破裂)及提高制程的良率，实为亟待解决的问题。以太阳能电池为例，若太阳能电池能够制作在具有高破裂强度的基板上，则可降低太阳能电池在后续组装过程中发生基板破裂的可能性。请参阅图IA及图1B。图IA至图IB习知的硅晶圆试片于测试破裂强度的过程中拍摄的图片。硅晶圆试片由单晶硅所制成。在试片受力的过程中，应力会集中在试片局部的区域，并且当应力逐渐增加时，这些区域上(尤其是受张力的区域)会开始产生裂痕。随着荷重的增加，裂痕延伸(crack propagation)的现象趋于明显,最后则导致试片断成数块，如图IB所示。由于习知的硅晶圆试片在受力时会发生应力集中在试片局部的区域的现象，因此若能使得硅晶圆试片在受力时，应力平均地分布在整个试片上，则硅晶圆试片的破裂强度势必能获得提升。因此，本发明的主要目的在于提供一种太阳能基板，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种用以提升破裂强度的太阳能基板，于其上表面形成第一凸起结构与第一凹陷区域，以提升太阳能基板的破裂强度。根据本发明的一具体实施例，本发明提供一种具有高破裂强度的太阳能基板，其包含有一上表面、复数个第一凸起结构以及复数个第一凹陷区域。该等第一凸起结构形成于上表面。每一第一凹陷区域形成于该等第一凸起结构的周围。本发明藉由第一凸起结构与第一凹陷区域的组合，使得太阳能基板的破裂强度被提升，藉以抵抗高张力的绕曲。此夕卜，上表面为太阳能基板的受张力面。另外，太阳能基板非晶基板、单晶基板或多晶基板，详细来说，单晶基板单晶硅基板。并且，第一凸起结构可以是复数个纳米柱或复数个纳米针，其中两相邻的纳米柱或纳米针各别的顶端间的间距在数十纳米至数百纳米之间。根据本发明的另一具体实施例，本发明的具有高破裂强度的太阳能基板更具有一下表面，所述下表面具有复数个第二凸起结构与复数个第二凹陷区域，每一第二凹陷区域形成于该等第二凸起结构的周围。综上所述，本发明提供一种用以提升破裂强度的太阳能基板，该基板具有第一凸起结构与第一凹陷区域的组合，使得基板可以承受的应力强度得以提升，同时也提升了太阳能基板的破裂强度，此举可降低太阳能基板在后续制作太阳能电池过程中发生破裂的可能性。关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图IA及图IB为习知的硅晶圆试片在测试破裂强度的过程中拍摄的图片。图2A绘示根据本发明的一具体实施例的太阳能基板的剖面图。图2B绘示根据本发明的另一具体实施例的太阳能基板的剖面图。
图2C绘示根据本发明的另一具体实施例的太阳能基板的剖面图。图2D绘示根据本发明的另一具体实施例的太阳能基板的剖面图。图3根据本发明的太阳能基板的第一凸起结构的外观图片。图4A及图4B根据本发明的太阳能基板在测试破裂强度的过程中拍摄的图片。图5A及图5B根据本发明的太阳能基板在破裂强度测试中的测试数据。图6A绘示根据本发明的太阳能基板于弯曲时的剖面图。图6B说明凸起结构对于太阳能基板所能承受的最大应力的实际数据。附图标记说明
I:太阳能基板
IOa :上表面IOb :下表面
102 :第一凸起结构122 :第二凸起结构
104 :第一凹陷区域124 :第二凹陷区域
102a :纳米针102b :纳米柱
102a’ 纳米针群体102b’ 纳米柱群体。
具体实施例方式请参见图2A，图2A绘示根据本发明的一具体实施例的太阳能基板的剖面图。如图所示，本发明太阳能基板I包含一上表面10a、复数个第一凸起结构102以及复数个第一凹陷区域104。每一第一凸起结构102形成于上表面10a。每一第一凹陷区域104形成于该等第一凸起结构102的周围。以下分别就上述组件作详细的说明。本发明太阳能基板I 一非晶基板、一单晶基板或一多晶基板。在实务中，太阳能基板I常以硅等半导体晶圆作为基础，也就是说，太阳能基板I可为非晶硅基板、单晶硅基板、多晶硅基板。在此，本发明并不以硅材的太阳能基板I为限，只要太阳能基板I可应用于太阳能电池的半导体制程并可进行后续的加工处理，都应属于本发明的目的。举例来说，本发明太阳能基板I可以由玻璃(SiO2)、娃(Si)、锗(Ge)、碳(C)、招(Al)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化招(AlN)、蓝宝石(sapphire)、尖晶石(spinnel)、三氧化二铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、二氧化锂铝(LiAlO2)、二氧化锂镓(LiGaO2)或四氧化镁二铝(MgAl2O4)所制成，但不以此为限。此外，本发明太阳能基板I可以是一 P型半导体层，一 N型半导体层可以形成于太阳能基板I上，藉以后续制作一太阳能电池。
此外，太阳能基板I的上表面IOa可进一步定义为太阳能基板I的受张力面。在此，当压力施加于太阳能基板I 一侧表面上时，直接承受压力的表面为受压力面，所述受压力面因压力而向内缩形变；相对的，太阳能基板I上受压力面的背面即为受张力面，所述受张力面因压力而向外伸展形变。于实务中，由于本发明藉由太阳能基板I的结构，使其搭配后续制作太阳能电池时，可提高太阳能电池的破裂强度。因此，在此本发明对上表面IOa并不特别限定，只要能够提高太阳能基板I的破裂强度，该太阳能基板I的任一适当表面皆可为上表面10a。请参见图2B，图2B绘示根据本发明的另一具体实施例的太阳能基板的剖面图。如图所示，本发明太阳能基板I另具有一下表面10b、复数个第二凸起结构122以及复数个凹陷区域124。每一第二凹陷区域124形成于该等第二凸起结构122的周围。本发明太阳能基板I的下表面IOb可进一步定义为太阳能基板I的受压力面。于实务中，第一凸起结构102与第二凸起结构122可使用相同制程，使得太阳能基板I两侧的表面上的结构厚度大致相等。
从微观的角度来看，第一凸起结构102的中更包含许多的纳米结构，而这些纳米结构搭配凹陷区域104，可提升太阳能基板I的破裂强度。请参阅图2A至图2D。图2C绘示根据本发明的另一具体实施例的太阳能基板的剖面图。图2D绘示根据本发明的另一具体实施例的太阳能基板的剖面图。如图所示，本发明太阳能基板I的上表面IOa中，第一凸起结构102可以是复数个纳米结构，而所述纳米结构外形可以形成如图2k中的纳米针(nanotip) 102a或如图2C中的纳米柱(nanorod或nanopillar) 102b。值得注意的是,本发明太阳能基板I具有一上表面IOa,而纳米针102a或纳米柱102b由太阳能基板I的上表面IOa向下蚀刻而形成。前述的蚀刻可为任何适用于太阳能电池的基板的蚀刻制程，举例来说，所述蚀刻制程可为电化学蚀刻制程。然而，太阳能基板I的上表面IOa经蚀刻并不限定只能产生纳米针102a或只能产生纳米柱102b ；相反的，纳米针102a与纳米柱102b更可同时出现在上表面10a。另外，纳米针102a与纳米柱102b除了可单独形成于太阳能基板I的上表面IOa上外，复数个纳米针102a或复数个纳米柱102b亦可以彼此相连以构成一纳米针群体102a’或者纳米柱群体102b’。其中，两个相邻的纳米针102a与纳米柱102b各别的顶端间的间距可以在数十纳米至数百纳米之间，而每一个纳米针102a与纳米柱102b可以具有一微米等级的高度。在此，可定义两个相邻的纳米针102a或纳米柱102b顶端间的间距对比于纳米针102a或纳米柱102b的高度为一深宽比Rl，所述深宽比Rl可以由蚀刻制程的蚀刻参数所决定，例如蚀刻时间及蚀刻温度等。据实验结果，深宽比Rl可大于I. 5。于一较佳具体实施例中，深宽比Rl可以介于2 4的范围内。换言之，本发明太阳能基板I本身在其上表面IOa形成复数个纳米针102a或纳米柱102b，因此纳米针102a或纳米柱102b可与太阳能基板I为同质材料。于一具体实施例中，若太阳能基板I为一单晶硅基板，则单晶硅基板的上表面IOa可以具有[100]或[111]的结晶取向。藉由纳米针102a或纳米柱102b的形成，太阳能基板I本身的破裂强度获得提升。值得一提的是，若太阳能基板I由多层不同材料组合而成，纳米针102a或纳米柱102b更可为其它适用于太阳能电池I的基板的任何适当的材料。另一方面，同样可从微观的角度来看形成于太阳能基板10两侧表面的纳米结构。请参阅图2B及图2D。如图所示，本发明太阳能基板I的下表面IOb中，第二凸起结构122可以是复数个纳米结构，而所述纳米结构外形可以形成相同于图2A中的纳米针(nanotip) 102a或如图2C中的纳米柱(nanorod或nanopillar) 102b,在此不加以赘述。在此，相较于图2A与图2C，图2B与图2D所揭露的两侧表面皆具有纳米结构的实施例能更进一步提升本发明太阳能基板I的破裂强度约百分之15。换言之，若太阳能基板I的两侧表面皆具有纳米结构，则所述基板I的表面能够承受更大的外力而不致破裂。另外，请参阅图3。图3根据本发明太阳能基板的第一凸起结构的外观图片。本发明的复数个第一凸起结构102可以是纳米针102a与纳米柱102b密集地形成于太阳能基板I的上表面IOa上。需注意的是，纳米针102a与纳米柱102b可以规则地或不规则地形成于太阳能基板I的上表面IOa上。于实际应用中，纳米针102a与纳米柱102b可经由前述的电化学蚀刻制程而形成。再者，本发明太阳能基板I可另包含有一第一微米结构层以及一第二微米结构层 (未显示于图中)，该第一微米结构层可以形成于上表面IOa与第一凸起结构102之间，而该第二微米结构层是形成于下表面IOb与第二凸起结构122之间。本发明太阳能基板I的破裂强度可以透过三点弯曲强度(three-point bendingstrength)的测试来得知。请参阅图4A及图4B。图4A及图4B根据本发明太阳能基板I于测试破裂强度的过程中拍摄的图片。于此测试过程中，试片以一单晶硅晶圆的试片为例说明，并且受测试的单晶硅晶圆的表面具有[100]或[111]的结晶取向。如图4A至图4B所示，当试片所承受的荷重超过极限时，试片会发生粉碎性的破裂。这个现象说明试片是在吸收大量的能量后才发生破裂。如同比较防弹玻璃和一般的玻璃的破裂情形可推测得知，图4A至图4B中的试片所具有的破裂强度确实大于图IA至图IB中的试片。请参阅图5A及图5B。图5A及图5B根据本发明太阳能基板于破裂强度测试中的测试数据。本发明以测试分别具有[100]及[111]的结晶取向的太阳能基板为例说明。需注意的是，由于试片在承受荷重时，通常是在受张力面产生裂痕并向其它地方延伸，故本发明针对纳米结构形成于受张力面的基板测试其破裂强度。如图5A及图5B所示，无论结晶取向为[100]或[111]的硅晶圆，所测得的破裂强度皆获得大幅地提升，证明图4A至图4B中试片的粉碎性破裂确实代表根据本发明的太阳能基板较习知的单晶硅晶圆具有较大的破裂强度。另外，两种表面类型的硅晶圆大致上具有相同的杨氏系数，说明根据本发明太阳能基板毋须改变材料的本质，仅对硅晶圆做表面处理形成纳米结构即可提升其破裂强度。本发明太阳能基板的上表面或下表面形成第一凸起结构或第二凸起结构与第一凹陷区域或第二凹陷区域，进而使本发明太阳能基板的破裂强度能够被大幅地提升的可能原因在于，当太阳能基板承受荷重时，应力可以平均地分布在所述凹陷区域之中，而不是像传统上分布在局部的区域。举例来说，传统6吋200微米厚的太阳能基板，一般都无法弯曲，然而本发明藉由第一或第二凸起结构与第一或第二凹陷区域的设计，使得本发明太阳能基板可以产生一定程度的形变。请参阅图6A。图6A绘示根据本发明的太阳能基板于弯曲时的剖面图。如图6A所示，当本发明太阳能基板受外力时，由于第一或第二凸起结构与第一或第二凹陷区域可以分散所受的应力，进而使本发明太阳能基板可弯曲变形。此外，本发明更可整合太阳能电池制程，使得太阳能电池具有更大的产业利用价值。请参阅图6B。图6B说明凸起结构对于太阳能基板所能承受的最大应力的实际数据。如图6B所示，类型一表示太阳能基板为单晶硅且不具有第一凸起结构；类型二表示太阳能基板为单晶硅且受张力面与受压力面皆具有第一及第二凸起结构；类型三表示太阳能基板为单晶硅且受压力面具有第二凸起结构；类型四表示太阳能基板为单晶硅且受张力面具有第一凸起结构。从上述图表可得知，当太阳能基板的受张力面具有第一凸起结构时，太阳能基板所能承受的应力强度可被大幅提升，而当太阳能基板的受张力面以及受压力面都具有第一及第二凸起结构时，更能减少外界应力对太阳能基板所产生的负面影响。综上所述，根据本发明的太阳能基板相较于习知的太阳能基板能够承受较大的负 载及具有优异的破裂强度。因此，相较于先前技术，根据本发明太阳能基板具有高度的破裂强度，因此较能抵抗外力的冲击而不致发生破裂。藉此，根据本发明的太阳能基板能够充分地提高制程的良率，并避免其中因为不当的撞击而造成不必要的原料浪费。藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。
权利要求
1.一种用以提高破裂强度的太阳能基板，包含有 一上表面； 复数个第一凸起结构，形成于该上表面；以及 复数个第一凹陷区域，每一第一凹陷区域形成于该等第一凸起结构的周围； 其中，该太阳能基板具有抵抗高张力的绕曲。
2.如权利要求I所述的太阳能基板，其中该上表面为该太阳能基板的一受张力面。
3.如权利要求I所述的太阳能基板，其中该太阳能基板一非晶基板、一单晶基板或一多晶基板。
4.如权利要求3所述的太阳能基板，其中该单晶基板一单晶硅基板。
5.如权利要求I所述的太阳能基板，其中该等第一凸起结构可以是复数个纳米柱或复数个纳米针。
6.如权利要求5所述的太阳能基板，其中两相邻的该纳米柱或该纳米针各别的顶端间的间距在数十纳米至数百纳米之间。
7.如权利要求5所述的太阳能基板，其中该复数个纳米柱或该复数个纳米针藉由一电化学蚀刻制程所形成。
8.如权利要求3所述的太阳能基板，其中该太阳能基板由选自由玻璃、硅、锗、碳、铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、三氧化二铝、碳化硅、氧化锌、氧化镁、二氧化锂铝、二氧化锂镓以及四氧化镁二铝所组成的一群组中的其一所制成。
9.如权利要求I所述的太阳能基板，其中该太阳能基板更具有一下表面，该下表面具有复数个第二凸起结构与复数个第二凹陷区域，每一第二凹陷区域形成于该等第二凸起结构的周围。
10.如权利要求9所述的太阳能基板，其中该下表面为该太阳能基板的一受压力面。
11.如权利要求I所述的太阳能基板，其中该太阳能基板可以是一P型半导体层，一 N型半导体层可以形成于该太阳能基板上。
12.如权利要求I所述的太阳能基板，其中该太阳能基板另包含有一第一微米结构层，该第一微米结构层形成于该上表面与该等第一凸起结构之间。
13.如权利要求9所述的太阳能基板，其中该太阳能基板另包含有一第二微米结构层，该第二微米结构层形成于该下表面与该等第二凸起结构之间。
全文摘要
本发明揭露一种用以提高破裂强度的太阳能基板，其包含有一上表面、复数个第一凸起结构以及复数个第一凹陷区域。该等第一凸起结构形成于上表面。每一第一凹陷区域形成于该等第一凸起结构的周围。本发明藉由第一凸起结构与第一凹陷区域的组合，使得本发明太阳能基板的破裂强度被提升，藉以抵抗高张力的绕曲。
文档编号H01L31/0352GK102651408SQ20111004589
公开日2012年8月29日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者叶哲良 申请人:叶哲良