專利名稱：玻璃紋理化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛地涉及一種對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化的方法、一種制造光電設(shè)備的方法、和一種有紋理的(textured)玻璃表面和一種光電設(shè)備。
背景技術(shù)：
有紋理的玻璃表面對(duì)大量應(yīng)用都很有用，這些應(yīng)用包括光電設(shè)備或需要散射光線使得透過(guò)玻璃觀察物體時(shí)不再清晰可見(jiàn)的應(yīng)用。
在光電設(shè)備中，在設(shè)備的活性區(qū)域內(nèi)使用光陷阱來(lái)捕獲光。設(shè)備中捕獲的光越多，光產(chǎn)生的光電流越大，從而設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率就越高。因此，當(dāng)試圖提高光電設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率時(shí)，光陷阱是一個(gè)重要的問(wèn)題，并且光陷阱在薄膜設(shè)備中特別重要。因?yàn)榇蠖鄶?shù)光電設(shè)備具有玻璃片(glass pane)，在這些設(shè)備中可以通過(guò)對(duì)玻璃片紋理化來(lái)獲得光陷阱。
在傳統(tǒng)工藝中，使用化學(xué)紋理化或噴砂處理來(lái)對(duì)玻璃片進(jìn)行紋理化。近來(lái)已經(jīng)揭示了一些另外的用于制造有紋理的玻璃表面的方法。那些方法中的一種將金屬晶體沉積在玻璃表面形成非常細(xì)的晶體，從而造成玻璃紋理效果。另一種方法使用含有SiO2球的液體表面涂料(“溶膠-凝膠”)，在稠化之后，產(chǎn)生有紋理的玻璃表面。
然而，這些方法對(duì)光電設(shè)備應(yīng)用有特殊的缺點(diǎn)?；瘜W(xué)紋理化和噴砂處理都會(huì)在玻璃表面引起裂紋和不均勻的特征尺寸，所述裂紋和不均勻的特征尺寸會(huì)對(duì)光電設(shè)備的制造和/或性能產(chǎn)生不利的影響(例如通過(guò)在設(shè)備中引起電分流(shunts))。另一方面，使用細(xì)金屬晶體制造有紋理的玻璃表面看來(lái)是一種非常昂貴的方法。最后，看來(lái)很難將所述溶膠-凝膠法按比例放大到光電板所要求的非常大的尺寸(～1平方米)。
因此，需要提供一種對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化的替代方法，來(lái)解決一個(gè)或多個(gè)這些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化的方法，該方法包括以下步驟用材料膜包覆玻璃表面，在玻璃和材料膜之間的界面激發(fā)反應(yīng)，從而在界面上生成反應(yīng)產(chǎn)物，然后將材料膜和反應(yīng)產(chǎn)物從玻璃表面除去。
在一個(gè)實(shí)施方式中，激發(fā)界面上的反應(yīng)的步驟包括加溫退火工序。該加溫退火工序可包括一系列不同溫度下的退火步驟。該加溫退火工序可在受控的環(huán)境氣氛下進(jìn)行。
所述材料膜可包含單一材料或復(fù)合材料。
所述玻璃表面起初可以是實(shí)質(zhì)上平整的。
在一個(gè)實(shí)施方式中，材料膜含有鋁。反應(yīng)產(chǎn)物可包含氧化鋁。
上述除去材料膜和反應(yīng)產(chǎn)物的步驟可包括一個(gè)或多個(gè)蝕刻步驟。該蝕刻步驟可包括化學(xué)蝕刻。
所述玻璃可包括石英、浮法玻璃或非浮法玻璃。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面提供了一種制造光電設(shè)備的方法，該方法包括下列步驟使用第一個(gè)方面中定義的方法對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化，然后在有紋理的玻璃表面沉積半導(dǎo)體膜，由此半導(dǎo)體膜朝向玻璃一邊的表面表現(xiàn)出基本上與玻璃表面相同程度的紋理。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體膜以一種方法進(jìn)行沉積，使得在有紋理的玻璃表面和半導(dǎo)體膜之間基本上不存在裂縫或空隙。
該方法還可以包括在玻璃表面和半導(dǎo)體之間形成介電隔離層?？稍诔练e半導(dǎo)體膜之前在有紋理的玻璃表面上形成這種介電層。這種介電隔離層可含有氧化硅或氮化硅。
所述的半導(dǎo)體膜可包括晶態(tài)和/或無(wú)定形半導(dǎo)體材料。該半導(dǎo)體材料可含有硅。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種使用第一個(gè)方面中定義的方法形成的有紋理的玻璃表面。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種使用第二個(gè)方面中定義的方法制造的光電設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面提供了一種光電設(shè)備，該光電設(shè)備包括有紋理的表面的玻璃片，在玻璃片有紋理的表面上形成半導(dǎo)體膜，而且半導(dǎo)體膜對(duì)600到1200納米波長(zhǎng)范圍的光子的內(nèi)吸收率大于大約0.5。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明下文將會(huì)參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行描述，在附圖中


圖1-4為用于說(shuō)明本發(fā)明中對(duì)玻璃片表面進(jìn)行紋理化的方法示意圖。
圖5表示本發(fā)明中被硅涂布有紋理的玻璃片頂面的FIB(聚焦離子束)顯微照片。
圖6表示圖5中樣品不同區(qū)域的聚焦離子束顯微照片。
圖7表示對(duì)圖5中樣品測(cè)得的光陷阱性質(zhì)與已有技術(shù)相比較。
詳細(xì)描述和最佳方式本實(shí)施方式描述了一種對(duì)適用于薄膜半導(dǎo)體光電設(shè)備制造的玻璃表面進(jìn)行進(jìn)行紋理化的方法。
圖1-4為用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明中對(duì)玻璃片10的表面進(jìn)行紋理化的方法的示意圖。圖1表示玻璃片10，該玻璃片10的上表面非常平滑，在一實(shí)施方式中該玻璃片為硼硅酸鹽玻璃。
在本實(shí)施方式中，如圖2所示的第一個(gè)步驟通過(guò)在大約10-5托下進(jìn)行熱真空蒸發(fā)而在玻璃片10上涂布了一層鋁膜。在本實(shí)施方式中，初始的鋁涂層11厚度為大約500納米。
接下來(lái)，在高溫下對(duì)所述涂布了鋁的玻璃片進(jìn)行加溫退火，在本實(shí)施方式中加溫退火是一個(gè)兩步的過(guò)程，首先在大約500℃處理大約120分鐘，然后在氮?dú)鈿夥障略诖蠹s620℃處理約360分鐘。
在另一個(gè)實(shí)施方式中可采用三步過(guò)程，首先在大約500℃下處理約120分鐘，然后在大約560℃下處理約180分鐘，最后在氮?dú)鈿夥障略诖蠹s630℃處理約180分鐘。
研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用Al與玻璃片進(jìn)行空間不均一的反應(yīng)，形成了氧化鋁和硅混合物形式(圖3中的12)的反應(yīng)產(chǎn)物。隨后除去Al膜11和反應(yīng)產(chǎn)物12而形成了如圖4中所示的有紋理的玻璃表面。在該實(shí)施方式中使用2步化學(xué)蝕刻來(lái)除去反應(yīng)產(chǎn)物12和鋁膜11，所述的2步化學(xué)蝕刻首先在約110℃在85％磷酸溶液中處理約10分鐘，然后在室溫下在1∶1的HF/HNO3溶液中處理約20-45秒。
在另一個(gè)實(shí)施方式中，采用的兩步化學(xué)蝕刻是首先在大約110℃的磷酸中處理約10分鐘，然后在室溫下的HF/HNO3溶液中進(jìn)行第二次蝕刻，其中HF/HNO3比例為大約1∶1-1∶20。根據(jù)所用的比例，可在第二次蝕刻處理之后使用短超聲波水浴處理來(lái)完全除去所有的反應(yīng)產(chǎn)物。
在此應(yīng)注意，根據(jù)所用的去除技術(shù)的類型(例如蝕刻溶液的類型)，如果需要，也可除去一定量的未與涂層反應(yīng)的玻璃。
通過(guò)除去Al/玻璃反應(yīng)產(chǎn)物12在玻璃片上產(chǎn)生了凹痕(圖4中的13)?？赏ㄟ^(guò)例如選擇合適的加溫退火曲線和/或合適的對(duì)Al/玻璃反應(yīng)產(chǎn)物12的去除技術(shù)來(lái)在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述凹痕的平均大小(從小于1微米到10微米)。這樣的凹痕大小很適合薄膜光電應(yīng)用，這是由于在那些設(shè)備中半導(dǎo)體膜的厚度通常為0.5-3微米。
在本實(shí)施方式中對(duì)玻璃進(jìn)行紋理化的方法要使得不存在“外伸的”區(qū)域，即當(dāng)使用平行光從上面照射圖4中的有紋理的玻璃片10時(shí)，在表面紋理的凹痕中不存在陰影區(qū)。該特性有益于設(shè)備應(yīng)用，例如如果隨后形成的半導(dǎo)體膜需要與玻璃處處緊密接觸(即在玻璃和半導(dǎo)體膜之間必須不存在裂縫或空隙)。
本發(fā)明中有紋理的玻璃樣品另一個(gè)有益的特性是，所述的紋理僅僅很少地減小了它們對(duì)光的透射。
圖5顯示了使用本發(fā)明的方法制造的涂布硅的有紋理玻璃片頂面50的聚焦離子束顯微照片。該硅膜為多晶型，厚度約為1.5微米(即與所述紋理形貌的尺寸近似)。是通過(guò)對(duì)等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積法(PECVD)沉積得到的無(wú)定形硅膜進(jìn)行加溫退火(“固相結(jié)晶化”)而制得的。硅涂布玻璃片的表面50的形貌是玻璃片的花菜狀，這是由有花紋的玻璃表面造成的[注意如果在無(wú)紋理的(即平坦的)玻璃片上制造，所得的硅膜頂面平坦而光滑]。硅膜的這種花菜狀頂面50是一個(gè)優(yōu)秀光陷阱性質(zhì)的指標(biāo)。
圖6顯示了相同樣品不同區(qū)域的聚焦離子束顯微照片，通過(guò)在樣品表面上另外磨出漕溝來(lái)顯示有紋理的玻璃表面52與隨后在有紋理的玻璃表面52上形成的多晶硅膜54的截面性質(zhì)。圖6中的橫向標(biāo)志56代表2微米?？梢园l(fā)現(xiàn)多硅膜54與有紋理的玻璃片52表面處處緊密接觸，在玻璃片52與多硅膜54之間不存在裂縫或空隙。由于半導(dǎo)體與玻璃之間的粘合、設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定性等方面的問(wèn)題，這有利于許多設(shè)備應(yīng)用。
從圖6中觀察到的另一個(gè)對(duì)薄膜光電設(shè)備中的優(yōu)秀光陷阱有利的特征是，在該樣品的大部分區(qū)域中，多硅膜54的“頂”面50和“底”面58互相之間很不平行，由于全內(nèi)反射現(xiàn)象而造成了光陷阱。然而，應(yīng)注意即使表面50和58充分平行，即所述多硅膜54面向玻璃的表面上的紋理被“直接轉(zhuǎn)印”，從而在背向玻璃52的表面50上形成相應(yīng)的紋理，也仍然可以有有用的光陷阱性質(zhì)。
在實(shí)際的設(shè)備中還可以通過(guò)結(jié)合近紅外光子的背面反射器(BSR)(圖中未顯示)來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)光陷阱。例如，該背面反射器可以是銀膜或鋁膜。該背面反射器沉積在半導(dǎo)體膜上(如果陽(yáng)光通過(guò)玻璃進(jìn)入半導(dǎo)體)或沉積在無(wú)紋理的玻璃表面(如果玻璃被半導(dǎo)體涂布的有紋理的一面朝向太陽(yáng))。
圖7顯示，在根據(jù)所述實(shí)施方式進(jìn)行紋理化的玻璃片上形成的薄(～1.5微米)多晶硅膜中獲得了優(yōu)秀的光陷阱。標(biāo)有“鋁紋理化玻璃”的曲線70是在圖5中的樣品上測(cè)量的。圖中給出的參數(shù)為內(nèi)吸收率(IAE)，內(nèi)吸收率描述了進(jìn)入硅膜的各個(gè)波長(zhǎng)的光子被硅膜吸收的分?jǐn)?shù)。內(nèi)吸收率越高，光陷阱越好。
出于對(duì)比的目的，圖中還顯示了對(duì)平滑玻璃片表面上(曲線74)和噴砂玻璃表面上(曲線72)的1.5微米厚的多硅膜測(cè)得的內(nèi)吸收率。很明顯，在此三種研究的結(jié)構(gòu)中，鋁紋理化的玻璃具有遠(yuǎn)勝于其余二者的最好的光陷阱。注意由于在進(jìn)行這些光學(xué)測(cè)量時(shí)上述樣品并沒(méi)有背面反射器(BSR)，因此可以通過(guò)添加合適的背面反射器來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)際設(shè)備(例如薄膜光電儀器)的內(nèi)吸收率。
還應(yīng)注意根據(jù)所述實(shí)施方式進(jìn)行紋理化的玻璃片能夠有效地散射通過(guò)玻璃片的光線，這使得它們除了用于光電設(shè)備之外還能用于其它用途。例如用作散射窗或屏幕的玻璃片就是一種這樣的用途。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，能夠在本發(fā)明廣泛描述的精神或范圍的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)施方式中所示的本發(fā)明進(jìn)行大量的修改和/或變化。因此，本實(shí)施方式完全是為了說(shuō)明而不是為了限制。
例如，可以理解本發(fā)明并不會(huì)僅限于實(shí)施方式描述的尺寸和/或薄膜沉積技術(shù)和/或反應(yīng)產(chǎn)物去除技術(shù)。
此外，雖然在本實(shí)施方式中所述的玻璃紋理化過(guò)程對(duì)硼硅酸鹽玻璃來(lái)說(shuō)是最優(yōu)化的，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，對(duì)經(jīng)常用作廉價(jià)窗玻璃的鈉鈣玻璃之類的不同玻璃，也可以選擇該方法并對(duì)該方法進(jìn)行最優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化的方法，所述方法包括以下步驟用材料膜包覆玻璃表面，在玻璃和材料膜之間的界面處激發(fā)反應(yīng)，導(dǎo)致在界面處形成反應(yīng)產(chǎn)物，以及從玻璃表面除去材料膜和反應(yīng)產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在界面上激發(fā)反應(yīng)的步驟包括加溫退火工序。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述加溫退火工序包括一系列不同溫度下的退火步驟。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加溫退火工序在受控的環(huán)境氣氛下進(jìn)行。
5.如前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述材料膜包含單一材料或復(fù)合材料。
6.如前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述玻璃表面起初實(shí)質(zhì)上是平整的。
7.如前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述材料膜含有鋁。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)產(chǎn)物含有氧化鋁和/或硅。
9.如前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述除去材料膜和反應(yīng)產(chǎn)物的步驟包括一個(gè)或多個(gè)蝕刻步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述蝕刻步驟包括化學(xué)蝕刻。
11.如前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述玻璃包括石英、浮法玻璃或非浮法玻璃。
12.一種制造光電設(shè)備的方法，所述方法包括以下步驟使用前面權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化，在有紋理的玻璃表面上沉積半導(dǎo)體膜，由此使得半導(dǎo)體膜面對(duì)玻璃的面具有與玻璃表面實(shí)質(zhì)相同的紋理程度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜以這樣的方式沉積使有紋理的玻璃表面與半導(dǎo)體膜之間基本上不存在裂縫或空隙。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在玻璃和半導(dǎo)體之間形成介電隔離層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述介電層是在沉積半導(dǎo)體膜之前在有紋理的玻璃表面上形成。
16.如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述隔離層含有氧化硅或氮化硅。
17.如權(quán)利要求12-16中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體膜包含結(jié)晶的和/或無(wú)定形的半導(dǎo)體材料。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體材料含有硅。
19.一種有紋理的玻璃表面，它由權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述的方法形成。
20.一種光電設(shè)備，它由權(quán)利要求12-18中的任一項(xiàng)所述的方法制成。
21.一種光電設(shè)備，它包括具有紋理表面的玻璃片；在玻璃片的有紋理表面上形成的半導(dǎo)體膜，該半導(dǎo)體膜對(duì)波長(zhǎng)約600-1200納米的光子的內(nèi)吸收率大于約0.5。
22.一種對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化的方法，基本上以附圖中所示的步驟進(jìn)行。
23.一種制造光電設(shè)備的方法，基本上以附圖中所示的步驟進(jìn)行。
24.一種有紋理的玻璃表面，基本上如附圖所示。
25.一種光電設(shè)備，基本上如附圖所示。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種對(duì)玻璃表面進(jìn)行紋理化的方法，該方法包括以下步驟用材料膜包覆玻璃表面，在玻璃和材料膜之間的界面上激發(fā)反應(yīng)，導(dǎo)致在界面上生成反應(yīng)產(chǎn)物，以及將材料膜和反應(yīng)產(chǎn)物從玻璃表面除去。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)加熱激發(fā)在玻璃上涂布了一層約500納米厚硅酸鋁鋁膜。鋁和硅在500－630℃溫度下反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物，然后通過(guò)磷酸蝕刻除去反應(yīng)產(chǎn)物與膜。還使用HF/HNO
文檔編號(hào)C03C21/00GK1756723SQ200480005880
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者A·G·阿伯利, P·I·維登伯格, N·川素瓦尼茨 申請(qǐng)人:單檢索有限公司