可优化厚度和转换效率的可弯曲的太阳能芯片的制作方法
【专利摘要】一种可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有：一太阳能芯片本体，具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及一层纳米结构，其位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体的厚度介于50μm至120μm之间，或介于120μm至140μm之间，或介于140μm至160μm之间，且该层纳米结构具有介于2μm至8μm之间的深度。
【专利说明】
可优化厚度和转换效率的可弯曲的太阳能芯片
技术领域
[0001]本发明是有关于太阳能芯片，特别是关于可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片。
【背景技术】
[0002]由于太阳能芯片一般是由脆性材料制成，太阳能芯片在制造或运输过程中乃易因外力作用而脆裂。为避免太阳能芯片受损，公知已采用一些保护措施-例如保护袋。然而，一传统太阳能芯片仍可能因局部区域受力而受损。
[0003]在一典型的制造设施中，由脆裂问题所导致的太阳能芯片损失可高达5-10%。此问题在太阳能芯片被要求尽可能薄型化以降低材料成本的情况下会更恶化。
[0004]为解决此问题，一公知作法是采用薄膜材料来制造太阳能芯片，而其相关技术方案可见于US6，887，650(是有关于薄膜装置的制造方法)、US6，682，990(是有关于薄膜单晶硅太阳能芯片的制造方法)、US 6，452，091 (是有关于薄膜单晶装置和太阳能模块的制造方法)、US 5，000，816(是有关于自一基板剥除一薄膜的技术方案)、以及US 4，855，012 (是有关于用以自一基板剥除一薄膜的拉升(pull-raising)部件及拉升(pull-raising)单元)O
[0005]然而，由于由薄膜材料制成的太阳能芯片无法提供高的能量转换效率，其仅适用于某些特定的应用中。
[0006]另一个作法是使一薄基板被夹在二可挠塑料封装层中以提供弹性，其技术方案如US 8，450，184所揭(是有关于利用由应力引发的剥离效应制造薄膜基板的方法)。然而，由于此方法须用到额外的材料层和多个黏贴步骤，其制造成本将因而增加。
[0007]另外，请参照图1，其绘示传统太阳能芯片的破裂应力(failure stress)对厚度的一分布曲线图。如图1所示，破裂应力在厚度等于200 μπι附近有一峰值，且在厚度变小后陡峭下降。又，请参照图2，其绘示传统太阳能芯片的能量转换效率对厚度的一分布曲线图。如图2所示，能量转换效率在厚度低于50 μπι以后会陡峭下降。
[0008]由上述可知，若一传统太阳能芯片的厚度降低至50 μπι附近，其将因破裂应力变得相当小而容易脆裂。因此，依公知的作法将很难获致同时具有高破裂应力和高能量转换效率的薄型太阳能芯片。
[0009]为解决上述问题，亟需一新颖的太阳能芯片结构。
【发明内容】
[0010]本发明的一目的在于提供一种可优化厚度和转换效率的可弯曲的太阳能芯片，以改进公知技术中存在的缺陷。
[0011]为实现上述目的，本发明提供的可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有:
[0012]—太阳能芯片本体，其具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及
[0013]—层纳米结构，其位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体具有介于50 μπι至120 μπι之间的厚度，且该层纳米结构具有介于2 μπι至8 μπι之间的深度。
[0014]在一实施例中，该太阳能芯片本体采用一非晶相(amorphous)基材。
[0015]在一实施例中，该太阳能芯片本体采用一单晶相(single-crystal)基材。
[0016]在一实施例中，该太阳能芯片本体采用一多晶相(polycrystalline)基材。
[0017]在一实施例中，该太阳能芯片本体采用的材料是由玻璃、硅、锗、碳、铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、氧化铝、碳化硅、氧化锌、氧化镁、氧化铝锂和氧化镓锂所组成的群组所选择的一种材料。
[0018]在一实施例中，所述的纳米结构是由一电化学蚀刻工艺形成。
[0019]在一实施例中，所述的纳米结构是由一沉积工艺形成。
[0020]本发明还提供一种可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有:
[0021]—太阳能芯片本体，其具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及
[0022]—层纳米结构，其位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体具有介于120μηι至140 μπι之间的厚度，且该层纳米结构具有介于2 μπι至8 μπι之间的深度。
[0023]本发明还提供一种可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有:
[0024]—太阳能芯片本体，其具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及
[0025]—层纳米结构，其位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体具有介于140μηι至160 μπι之间的厚度，且该层纳米结构具有介于2 μπι至8 μπι之间的深度。
[0026]本发明的太阳能芯片，可避免应力集中在一局部区域。
[0027]本发明的太阳能芯片，其具有一薄的厚度并同时具有高弯曲强度和高能量转换效率。
[0028]本发明的太阳能芯片，可提尚太阳能芯片的良率。
【附图说明】
[0029]为能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，结合附图及较佳具体实施例作详细说明。其中:
[0030]图1绘示传统太阳能芯片的破裂应力对厚度的一分布曲线图。
[0031]图2绘示传统太阳能芯片的能量转换效率对厚度的一分布曲线图。
[0032]图3绘示本发明太阳能芯片一实施例的结构图。
[0033]图4绘示具有纳米结构的太阳能芯片和不具有纳米结构的太阳能芯片的能量转换效率比较图。
[0034]图5绘示两条1-V曲线，其中一条是得自一具有纳米结构的太阳能芯片，而另一条是得自一不具有纳米结构的太阳能芯片。
[0035]图6绘示具有不同深度的纳米结构的太阳能芯片的一弯曲强度测试结果。
[0036]图7绘示本发明所提出的一设计窗口(design window)，是由介于约50 μm至约120 μπι的园片厚度和介于约2 μπι至约8 μπι的纳米结构深度所界定。
[0037]图8绘示二种不同尺寸的太阳能芯片在不同纳米结构深度下的弯曲强度测试结果O
【具体实施方式】
[0038]请参照图3，其绘示本发明太阳能芯片一实施例的结构图。如图3所示，该太阳能芯片包括一太阳能芯片本体100及一层纳米结构110。
[0039]为降低材料成本，太阳能芯片本体100的厚度较佳为介于约50 μm至约120 μπι。在此厚度范围内，太阳能芯片的能量转换效率可仍然维持在一峰值附近(如图2所示，该峰值约为30% )。
[0040]如图3所示，太阳能芯片本体100具有一顶面101、一底面102、及四个侧边103，其中顶面101是用以接收入射光及提供复数个第一电气接点，而底面102是用以提供复数个第二电气接点。
[0041]当光线照射在顶面101上，该太阳能芯片即可经由所述第一电气接点和所述第二电气接点提供电力。太阳能芯片本体100可采用一非晶相基材、一单晶相基材、或一多晶相基材。另外，太阳能芯片本体100的基材可为由玻璃(S12)、硅(Si)、锗(Ge)、碳(C)、铝(Al)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化铝(AlN)、蓝宝石、尖晶石、氧化铝(Α1203)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)、氧化铝锂(LiAlO2)、和氧化镓锂(LiGaO2)所组成的群组所选择的一种材料。
[0042]此外，太阳能芯片本体100可具有一 P型半导体层及在该P型半导体层上方的一η型半导体层以提供一 ρ-η接面以将光子转成电力。
[0043]该层纳米结构110，较佳为具有介于2 μπι至8 μπι之间的深度，系形成于所述侧边103上以增强太阳能芯片本体100的破裂应力承受值，从而使太阳能芯片本体100变得可弯曲。其原理在于，当一作用力施加在太阳能芯片本体100上，由于各所述侧边103上的纳米结构110具有吸收该作用力的能力，该作用力乃会被分散到各所述侧边103，从而大幅增强太阳能芯片本体100的弯曲强度(抵抗弯曲应力的能力)。
[0044]该层纳米结构110可由一电化学蚀刻工艺或一沉积工艺形成，且在该电化学蚀刻工艺的前，可先采用一氮化物去除程序(利用氏?04在160°C下作用30分钟)、一金字塔结构(pyramid texture)去除程序(利用HNA作用7分钟)、以及一自然氧化(native oxide)沉积程序(利用H2S04i 85°C下作用10分钟)处理太阳能芯片本体100。
[0045]该层纳米结构110的深度可由改变所述电化学蚀刻工艺或所述沉积工艺的处理时间而加以调整。一般而言，环绕太阳能芯片本体100的该层纳米结构110的深度在2 μπι至8 μπι之间时可使太阳能芯片本体100具有突出的强大弯曲强度。
[0046]另外，该层纳米结构110的形成工艺可先于或后于太阳能芯片本体100上的太阳能芯片形成工艺。亦即，该层纳米结构I1可在太阳能芯片在太阳能芯片本体100的一基材上被建构完成后再形成于所述侧边103上，或者在太阳能芯片尚未在该基材上被建构前即形成于所述侧边103上。
[0047]请参照图4，其绘示具有纳米结构的太阳能芯片和不具有纳米结构的太阳能芯片的能量转换效率比较图。由图4可看出，具有纳米结构的太阳能芯片的能量转换效率和不具有纳米结构的太阳能芯片的能量转换效率几乎相同。亦即，具有纳米结构的太阳能芯片在提供强大弯曲强度时并不会牺牲能量转换效率。
[0048]请参照图5，其绘示两条I_V(电流-电压)曲线，其中一条是得自一具有纳米结构的太阳能芯片，而另一条是得自一不具有纳米结构的太阳能芯片。由图5可看出，具有纳米结构的太阳能芯片的1-V曲线和不具有纳米结构的太阳能芯片的1-V曲线几乎相同。亦即，具有纳米结构的太阳能芯片在提供强大弯曲强度时并不会牺牲1-V特性。
[0049]请参照图6，其绘示具有不同深度的纳米结构的太阳能芯片的一弯曲强度测试结果。由图6可看出，完全不具有纳米结构的太阳能芯片(亦即，其纳米结构深度为Ομπι)的弯曲强度约为0.17GPa，而太阳能芯片在其纳米结构深度为2 μηι、4 μηι、6 μπι时的弯曲强度分别约为0.23GPa、0.29GPa、和0.32GPa，远高于完全不具有纳米结构的太阳能芯片的弯曲强度。此外，由于太阳能芯片的弯曲强度在纳米结构深度超过6 μπι时会趋于饱和，故本发明乃将较佳的深度范围设在2 μ m至8 μ m之间。
[0050]亦即，纳米结构层的深度在约2 μπι至约8 μπι之间时具有成本效益一其可使一薄太阳能芯片(其厚度在约50μπι至约120μπι之间)同时具有强大的弯曲强度及高能量转换效率。
[0051]至此，本发明已提出一设计窗口供制造者选择一园片的厚度及其侧边上的纳米结构层深度，以使一薄型太阳能芯片同时具有强大的弯曲强度及高能量转换效率。本发明的设计窗口概念在参考图7后可更加清晰。
[0052]图7绘示本发明所提出的一设计窗口，其是由介于约50 μπι至约120 μπι的园片厚度和介于约2μηι至约8μηι的纳米结构深度所界定。由图7可看出，依此设计窗口所制造的太阳能芯片同时展现强大的弯曲强度(大于0.23GPa)及高能量转换效率(约为30%)。
[0053]请再参照图8，其绘示二种不同尺寸的太阳能芯片在不同纳米结构深度下的弯曲强度测试结果。由图8可看出，两组太阳能芯片(其中一组的尺寸为15厘米乘15厘米而另一组为6厘米乘2厘米)的弯曲强度相对于纳米结构深度的变化展现相同的趋势。亦即，完全不具有纳米结构的太阳能芯片(亦即，其纳米结构深度为Ομπι)的弯曲强度约为0.17GPa，而太阳能芯片在其纳米结构深度为2 μηι、4 μηι、6 μπι时的弯曲强度分别约为0.23GPa、0.29GPa、和0.32GPa，远高于完全不具有纳米结构的太阳能芯片的弯曲强度。
[0054]依上述的设计，本发明具有以下功效:
[0055]1、本发明的太阳能芯片可避免应力集中在一局部区域。
[0056]2、本发明的太阳能芯片可具有一薄的厚度并同时具有高弯曲强度和高能量转换效率。
[0057]3、本发明的太阳能芯片可提尚其自身的良率。
[0058]本发明所揭示的乃较佳实施例，举凡局部的变更或修饰而源于本发明的技术思想而为本领域技术人员所易于推知的，例如，将太阳能芯片的厚度改为介于约120 μπι至约140 μm之间，或介于约140 μπι至约160 μm之间，倶不脱本发明的权利要求范畴。
【主权项】
1.一种可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有: 一太阳能芯片本体，其具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及 一层纳米结构，其位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体具有介于50 μ??至120 μm之间的厚度，且该层纳米结构具有介于2 μ m至8 μ m之间的深度。2.根据权利要求1所述可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其中，该太阳能芯片本体采用一非晶相基材。3.根据权利要求1所述可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其中，该太阳能芯片本体米用一单晶相基材或一多晶相基材。4.根据权利要求1所述可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其中，该太阳能芯片本体采用的材料是由玻璃、硅、锗、碳、铝、氮化镓、砷化镓、磷化镓、氮化铝、蓝宝石、尖晶石、氧化铝、碳化硅、氧化锌、氧化镁、氧化铝锂和氧化镓锂所组成的群组所选择的一种材料。5.根据权利要求1所述可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其中，所述的纳米结构是由一电化学蚀刻工艺形成。6.根据权利要求1所述可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其中，所述的纳米结构是由一沉积工艺形成。7.一种可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有: 一太阳能芯片本体，其具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及 一层纳米结构，其系位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体具有介于120 μπι至.140 μm之间的厚度，且该层纳米结构具有介于2 μπι至8 μm之间的深度。8.一种可优化厚度和能量转换效率的可弯曲的太阳能芯片，其具有: 一太阳能芯片本体，其具有一顶面、一底面、及四个侧边；以及 一层纳米结构，其系位于所述侧边上，其中该太阳能芯片本体具有介于140 μπι至.160 μπι之间的厚度，且该层纳米结构具有介于2 μπι至8 μπι之间的深度。
【文档编号】H01L31/0236GK105845757SQ201510018011
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年1月14日
【发明人】叶哲良
【申请人】叶哲良