太阳能电池芯片的制作方法

本发明涉及一种芯片结构，尤其涉及一种具有特定表面构造的太阳能电池芯片。
背景技术：
：硅芯片是目前用于各种技术的基板的主要材料之一，例如太阳能电池硅芯片。硅芯片一般是以金刚石线(diamondwire,dw)切割而成，但经dw切割的表面太过于光亮，相较传统砂浆线(slurrywire,sw)切割有过高的反射率，意味着入射光容易从这个表面被反射出去，导致太阳能电池的光电转换效率变差。技术实现要素：本发明提供一种太阳能电池芯片，能有效降低表面的反射率，进而提升太阳能电池的光电转换效率。本发明的太阳能电池芯片，是一硅芯片。所述硅芯片的表面具有多个孔洞，其中基于所述孔洞的总数量为100％，圆形度(circularity)大于0.5的所述孔洞占60％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，上述圆形度大于0.6的所述孔洞占40％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，上述圆形度大于0.7的所述孔洞占20％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，孔径小于2.0μm的所述孔洞占70％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，孔径小于1.5μm的所述孔洞占50％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，孔径小于1.0μm的所述孔洞占25％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，长宽比小于2.5的所述孔洞占90％以上在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，长宽比小于2.0的所述孔洞占80％以上。在本发明的一实施例中，基于孔洞的总数量为100％，长宽比小于1.5的所述孔洞占60％以上。在本发明的一实施例中，上述孔洞的孔洞密度在6.5×106ea/cm2～6.5×107ea/cm2之间。在本发明的一实施例中，上述孔洞的形貌是由imagej软件分析得到的，且所述软件imagej的操作被设定为：固定sem拍摄倍率3000x得到原图图像，imagej开启所述原图图像的大小为1280×960pxl；所述大小由1280×960pxl切为1280×850pxl；分析所述原图图像的原灰阶(grayscale)分布，校正成0～255分布，新灰阶＝(原灰阶-min)×(255/(max-min))，max是指所述原灰阶的最大值、min是指所述原灰阶的最小值；设定图像灰阶门槛，定义选取孔位置，所述灰阶门槛＝0～50；以预设功能调整黑白分界，去除黑点；以及剔除图像边缘不完整孔，并限定孔尺寸下限，所述下限为0.1μm2。在本发明的一实施例中，上述孔洞的深宽比在0.1～1.5之间。在本发明的一实施例中，上述硅芯片的所述表面为受光面。在本发明的一实施例中，上述硅芯片的所述表面具有25％以下的反射率。基于上述，本发明通过具特定形貌的硅芯片表面，所以能有效降低其反射率，进而提升太阳能电池的光电转换效率。另外，本发明搭配特定操作设定的图像分析软件(imagej软件)，因而可精确地分析得到上述硅芯片表面的特定形貌。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1a是依照本发明的一实施例的一种太阳能电池芯片的俯视示意图。图1b是图1a的太阳能电池芯片截面示意图。图2a至图2f是本发明中取得孔洞的形貌的imagej软件操作示意图。图3是对照例1的imagej软件取得的图像。图4是实验例1的imagej软件取得的图像。图5是实验例2的imagej软件取得的图像。图6是对照例1的孔洞形貌的条形图。图7是实验例1的孔洞形貌的条形图。图8是实验例2的孔洞形貌的条形图。图9是对照例1的太阳能电池芯片截面的sem图像。图10是实验例1的太阳能电池芯片截面的sem图像。图11是实验例2的太阳能电池芯片截面的sem图像。图12是实验例1～2以及对照例1～2在反射率与效率方面的比较图。图13是实验例1～2以及对照例1～2在反射率方面的曲线图。附图标号说明100：硅芯片；100a：表面；110：孔洞；s：孔径；d：深度；l：长度；w1、w2：宽度。具体实施方式以下将参考附图来全面地描述本发明的例示性实施例，但本发明还可按照多种不同形式来实施，且不应解释为限于本文所述的实施例。在附图中，为了清楚起见，各区域、部位及层的大小与厚度可不按实际比例绘制。图1a是依照本发明的一实施例的一种太阳能电池芯片的俯视示意图。图1b是图1a的太阳能电池芯片截面示意图。请参照图1a与图1b，本实施例的太阳能电池芯片是一硅芯片100。所述硅芯片100的表面100a具有多个孔洞110，其中所述表面100a可为受光面。基于所述孔洞110的总数量为100％，圆形度(circularity)大于0.5的所述孔洞占60％以上。因此，硅芯片100的表面100a具有25％以下的反射率(reflectance)。在另一实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，上述圆形度大于0.6的所述孔洞占40％以上。在又一实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，上述圆形度大于0.7的所述孔洞占20％以上。所谓的“圆形度”是以公式[4π(面积)÷(周长)2]计算得到，其中“周长”是所选择的孔洞110边界的长度。圆形度的值为1则表示是完美的圆。当圆形度的值越接近零时，表示越来越细长的形状。另外，在本实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，孔径s小于2.0μm的所述孔洞占70％以上。在另一实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，孔径s小于1.5μm的所述孔洞占50％以上。在又一实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，孔径s小于1.0μm的所述孔洞占20％以上。所谓的“孔径”是指沿着所选择的孔洞110边界的任何两个点之间的最长距离。再者，在本实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，长宽比(l/w1)小于2.5的所述孔洞占90％以上。在另一实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，长宽比(l/w1)小于2.0的所述孔洞占80％以上。在又一实施例中，基于孔洞110的总数量为100％，长宽比(l/w1)小于1.5的所述孔洞占60％以上。所谓的“长宽比”是指孔洞110的拟合椭圆(fittedellipse)的长宽比(aspectratio)，即(长轴÷短轴)的数值。请继续参照图1a，本实施例的孔洞110的孔洞密度约在6.5×106ea/cm2～6.5×107ea/cm2之间。所谓的“孔洞密度”是指所选孔洞110的计数(counts)除以图像面积(imagearea)的数值。另外，请参照图1b，本实施例的孔洞110的深度d与宽度w2的比例，即深宽比(d/w2)例如在0.1～1.5之间，其可自扫描式电子显微镜(sem)照片直接观察得到。所谓的“深宽比”是指所选孔洞110的(深度÷孔开口直径)的数值。在本实施例中，上述孔洞110的形貌(如圆形度、孔径、长宽比、孔洞密度等)均可由imagej软件分析得到的，且所述软件imagej的操作如图2a至图2f所示。首先，请参照图2a，固定sem拍摄倍率3000×得到原图图像，imagej开启所述原图图像的大小为1280×960pxl。然后，将图像大小由1280×960pxl切为1280×850pxl，得到图2b。进行分析原图图像的原灰阶分布，校正成0～255分布，得到图2c的灰阶校正(grayscalecalibration)曲线图。新灰阶＝(原灰阶-min)×[255/(max-min)]，其中max是指所述原灰阶的最大值、min是指所述原灰阶的最小值。然后，设定图像灰阶门槛，定义选取孔位置，得到图2d。所述灰阶门槛＝0～50。接着，以预设功能调整黑白分界，去除黑点，得到图2e。最后，剔除图像边缘不完整孔，并限定孔尺寸下限(尺寸限定为0.1μm2～∞，故下限为0.1μm2)，以得到图2f。根据图2f的孔洞边缘即可运算得到上述孔洞110的形貌。至于本发明的太阳能电池芯片的制备，可采用以下列举的步骤进行，但本发明并不限于此。在一实施例中，上述太阳能电池芯片的制备可先将硅芯片泡入混有高还原电位金属的盐类水溶液中，其溶解出来的金属离子会附着于硅芯片表面。所述金属离子例如au+、ag+、pt2+、pd2+、cu2+等，其中以ag+、cu2+较佳。而金属离子所附着区域的硅会发生氧化，使金属离子下方形成氧化硅。然后，从前述盐类水溶液中所取出的硅芯片，浸入次道含有能解离出氟离子溶液中，氟离子会和硅芯片表面的氧化硅反应而使其溶解，形成细致的凹凸。上述能解离出氟离子溶液例如hf、nh4hf2、nh4f等，其中以hf较佳。接着，再放入第三道酸液进行蚀刻，使硅芯片表面本来的凹凸成为更大的凹凸，形成显著孔洞，并同步溶解掉表面金属离子。上述酸液例如hf/hno3/ch3cooh、hf/hno3/h2o、hf/hcl/h2o、hf/hno3/h2so4/h2o、hf/hno3/h2so4/ch3cooh等，其中以hf/hno3/ch3cooh、hf/hno3/h2o较佳。上述蚀刻方式可为整篮浸泡式或者履带传动芯片经过上述酸液。在另一实施例中，上述太阳能电池芯片的制备可在含氟离子水溶液中如添加氧化剂，以便加快硅的氧化速度，其中所述氧化剂例如h2o2、hno3、hclo4、o3等，其中以h2o2或hno3较佳。然后，待金属离子下方形成氧化硅之后，以上一实施例的方式，先将硅芯片取出再浸入次道含有能解离出氟离子溶液，并待形成细致的凹凸后，再放入第三道酸液进行蚀刻，以形成显著孔洞，并同步溶解掉表面金属离子。在又一实施例中，上述太阳能电池芯片的制备可于前述盐类水溶液中掺有上述氧化剂与上述能解离出氟离子溶液，因此可直接促使硅氧化以及同时溶解氧化硅，形成细致的凹凸。在经过以上各种制备方式之后，可选择性地经过第四道碱液，以清洁硅芯片表面酸气脏污，其中前述碱液例如koh、naoh等。在经过以上各种制备方式之后，可选择性地经过第五道酸液清洗，以去除表面残余金属，其中前述第五道酸液例如hf/hcl、hno3/h2o、h2so4/h2o等。而且，可不经过第四道碱液，而直接进行第五道酸液清洗。此外，以上各道流程之间还可穿插水洗过程。以下列举一些实验来验证本发明的功效，但本发明并不局限于以下的内容。〈实验例1〉将金刚石线(diamondwire,dw)切割表面的硅芯片泡入混有高还原电位金属的agno3水溶液中，ag+离子于溶液内含量为1ppb～10％，浸泡5sec～60min，其溶解出来的金属离子ag+会附着于硅芯片表面。而ag+离子所附着区域的硅会发生氧化，使ag+离子下方形成氧化硅。然后，从前述agno3水溶液中所取出的硅芯片，浸入次道含有h2o2与hf的溶液中，hf于该溶液总体积占比为5％～50％，h2o2于该溶液总体积占比为1％～35％，浸泡30sec～60min。解离出的氟离子会和硅芯片表面的氧化硅反应而使其溶解，形成细致的凹凸。接着，再放入第三道含有hf/hno3/h2o混酸进行履带传动芯片蚀刻，各种酸原液混合比例为1:1.70～1.80:1.6～1.65，蚀刻温度为3℃～12℃，蚀刻时间为0.5min～3min，使硅芯片表面本来的凹凸成为更大的凹凸，形成显著孔洞，并同步溶解掉表面金属离子。然后，经过koh碱液，浓度1％～5％，以清洁硅芯片表面酸气脏污，再经过hf/hcl/h2o混酸清洗，各种酸原液混合比例为1:2.5～2.7:14～15，以去除表面残余金属。〈实验例2〉采用实验例1的方式处理金刚石线(dw)切割表面的硅芯片，但将第三道蚀刻温度改为6℃～8℃，蚀刻时间为1min～2min。〈对照例1〉将传统砂浆线(slurrywire,sw)切割表面的硅芯片放入与实验例2相同的第三道混酸进行相同蚀刻，然后经与实验例1相同的最后koh浸泡和hf/hcl/h2o混酸清洗。〈对照例2〉将以金刚石线(dw)切割的硅芯片经与对照例1相同制程处理。〈分析〉(1)取样方法:表面处理过的每片硅芯片以9宫格等份画分，从任两处破裂或切割取出样本。(2)使用仪器:sem。(3)拍摄倍率:3000×～5000×。(4)拍摄类别:硅芯片样本俯视(主要用3000×拍摄)、硅芯片样本截面(主要用5000×拍摄)。(5)孔型态分析:硅芯片俯视拍摄图像，搭配公开软件imagej分析下述项目。a.孔径；b.孔洞密度；c.圆形度；d.长宽比；e.孔洞面积比例。(6)根据硅芯片样本截面图像，直接观察图像凹洞的深宽比，不需软件分析。(7)反射率量测方法：使用d8积分式反射仪，硅芯片样本在波长650nm下的反射率。设定在每片以九宫格画分的9点位置分布进行量测。(8)转换效率量测方法：将硅芯片样本投入太阳能电池制作，然后以照光功率为1000mw/cm2测量其光电转换效率。〈结果〉图3～图5分别是对照例1和实验例1～2的imagej软件取得的图像。从图3～图5可知，对照例1的孔洞图像明显不同于实验例1～2所取得的图像。然后，根据上述imagej软件的操作设定，取得对照例1和实验例1～2中的孔洞的形貌，并将结果示于下表一。表一从表一明显可见，孔洞密度于对照例1为每cm2为百万个等级；实验例1～2则为每cm2可达千万个等级。另外，对照例1的圆形度最小，实验例1～2的圆形度较大，圆形度的定义是“4π×孔洞面积/孔洞周长”，所以孔洞愈接近圆形，其圆形度愈接近1。此外，表一另可见孔洞面积比例，其定义为：以imagej软件辅助计算芯片上所有孔洞面积/芯片面积。对照例1因为孔径较大而有较高孔洞面积比例，实验例1～2的孔径较小，故孔洞面积比例低于对照例。图6～图8分别是根据imagej软件取得对照例1和实验例1～2的孔洞形貌的条形图。从图6～图8可清楚得到，实验例1的圆形度大于0.5的孔洞有65％、实验例2的圆形度大于0.5的孔洞有85％，但是对照例1的圆形度大于0.5的孔洞只有25％。按照图7～图8可进一步统计得到下表二的结果。表二从上表2可清楚得知，对照例1的孔洞形貌与实验例1～2的孔洞形貌相差很大。图9～图11分别是对照例1和实验例1～2的太阳能电池芯片截面的10000×的sem图像。经过人工估算和统计，得到表三。表三对照例1实验例1实验例2深宽比0.2～1.700.1～1.00.1～1.50(定义：每片任取2点以上(含2点)的平均深宽比)图12是实验例1～2以及对照例1～2在反射率与效率方面的比较图。从图12可知，实验例1～2与对照例1～2比较，其转换效率及反射率是有明显改善的。整体而言，在650nm波长量测反射率能改善至4％。图13是实验例1～2以及对照例1～2在反射率方面的曲线图。从图13的反射率曲线更能明显得到，本发明的实验例1～2的反射率在波长范围300nm～1100nm内都低于对照例1～2的反射率的效果。综上所述，本发明的硅芯片表面具有特定形貌，所以能有效降低其反射率，进而提升太阳能电池的光电转换效率。而且，上述硅芯片表面是搭配特定操作设定的图像分析软件(imagej软件)进行分析，因而可精确地得到能达到上述效果的特定形貌。虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属
技术领域：
中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。当前第1页12