[发明专利]具有周期结构的硅基板

说明书

技术领域

本发明是关于一种具有周期结构的硅基板，尤其指一种以纳米球制作的具有周期结构的硅基板，并可适用于硅晶太阳能电池抗反射层的具有周期结构的硅基板。

背景技术

近年来，随着人类主要仰赖的能源渐渐使用殆尽，科学家无不投入大量心力与金钱在开发替代能源的应用上，如太阳能、风力等。其中，以能将太阳能直接转变成电能的太阳能电池，受到各界的瞩目。

现今硅晶太阳能电池的制备工艺如图1A至图1F所示。首先，如图1A所示，提供一硅基板10，其中此硅基板10为P型硅基板；而后将硅基板10进行图案化制备工艺，以于硅基板10表面形成粗糙化的结构，如图1B所示。接着，于硅基板10表面进行磷扩散，以于硅基板10(P型硅基板)表面形成P-N接面。而后，如图1C所示，以蒸镀的方式于硅基板10表面形成抗反射层13。此外，可选择性的再形成另一层抗反射层14，如图1D所示。其中，若抗反射层13、14的材料为氮化硅时，除了做为抗反射层外还可当钝化层使用。经网印制备工艺后，于氮化硅钝化层14表面形成两个前电极15，并于硅基板10下表面形成一背电极16，如图1E所示。最后经热处理后，则可制得一硅晶太阳能电池。

此外，由于太阳电池的整体价格太高，且硅芯片成本占太阳电池的总成本一半以上。因此，科学家无不竭尽所能地想提高太阳电池的光电转换效率并寻求有效降低成本的制备工艺，以提高太阳电池的实用性。目前，科学家提高太阳电池的光电转换效率的方法是提供光吸收的面积(如利用硅纳米线做为与入射光子反应的材料)或增加入射光子的数量(如设置抗反射结构)。其中，设置抗反射结构必须利用复杂的光罩及蚀刻制备工艺将硅基板表面蚀刻成角锥状，并利用蒸镀方式于角锥状表面涂布抗反射层，如图1C所示。

目前，是采用黄光微影制备工艺制作蚀刻屏蔽，并进行干蚀刻或湿蚀刻，以图案化硅基板表面。其中，如图2A至图2F所示。首先，如图2A所示，提供一硅基板10；而后于硅基板10表面101形成一光阻层11，如图2B所示。接着，于光阻层11上覆盖一光罩12，并进行曝光以图案化光阻层11，如图2C所示。经显影并移除光罩12后，可得一图案化的光阻层11，如图2D所示。而后，以图案化的光阻层11做为一蚀刻屏蔽，利用反应性离子气体蚀刻硅基板10，以形成复数微凹穴102，如图2E所示。接着，移除图案化的光阻层11(蚀刻屏蔽)后，可得一图案化的硅基板10，如图2F所示。其中，此图案化的硅基板10其表面101具有以复数微凹穴102所排列形成的周期性结构。

然而，以上述干蚀刻法虽可制造出图形整齐且均匀的具周期性结构的硅基板，然此方法的缺点为：因进行黄光微影制备工艺，故成本高且产速低；若要形成纳米级周期性结构，则所采用次微米光罩昂贵，且如要500nm以下的图形则成本更加提高；反应离子气体蚀刻机台昂贵且制备工艺缓慢；易损伤基板；且蚀刻面非自然晶格面。

为解决干蚀刻法的问题，目前发展出湿蚀刻法形成具有周期性结构的硅基板，如图3A至图3F所示。其中，以湿蚀刻法形成具有周期性结构硅基板的方法，与干蚀刻法相似，除了以缓冲蚀刻液蚀刻基板。因此，如图3A至3D所示，先以曝光显影方法(微影制备工艺)形成图案化的光阻层11(请参见图3D)；而后以图案化的光阻层11做为一蚀刻屏蔽，以非等向性缓冲蚀刻液蚀刻硅基板10，以形成复数微凹穴102，如图3E所示。接着，移除图案化的光阻层11(蚀刻屏蔽)后，可得一图案化的硅基板10，如图3F所示。其中，此图案化的硅基板10其表面101具有以复数微凹穴102所排列形成的周期性结构。值得注意的是，以湿蚀刻图案化硅基板10所形成的微凹穴102，其形状为倒四角锥。

虽然以湿蚀刻法图案化基板可避免基板受到损伤且蚀刻面为自然晶格面；然而，进行湿蚀刻时若参数控制不当，会造成周期性结构的均匀性较差。同时因上述的制作过程中仍需进行微影制备工艺，故仍面临成本高且产速低等问题。

虽湿蚀刻成本已较干蚀刻要低，然而，黄光微影设施仍要耗费数百万元，造成太阳能电池用的硅基板成本大大增加；且每批黄光微影制备工艺的制备工艺时间约30分钟。

因此，以上述方法图案化硅基板仍面临制备工艺时间长且制作成本高的缺点。因此，目前亟需发展出一种可快速生产且成本低的硅基板，以降低太阳能电池的制作成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有周期结构的硅基板，因其制作成本低且制备工艺速度快，而能广泛应用于太阳能电池的抗反射结构上。