專利名稱：具有空橋式接觸結構的太陽能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能裝置，尤其涉及一種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置。
背景技術：
太陽能已成為近幾年來重要的新能源之一。全世界各地皆有大量的研究能力投注于太陽能的發(fā)展。目前已有為數(shù)不少的太陽能晶胞被商業(yè)化生產(chǎn)且成為消費性產(chǎn)品。因此，為符合未來太陽能發(fā)展的需求，持續(xù)不斷的技術改善已是刻不容緩。一般太陽能裝置的結構通常包含具有pn界面的半導體層以及設置于前表面(即向光面)的接觸結構，用以傳輸并收集半導體層因吸光而產(chǎn)生的電流。接觸結構一般為柵欄狀的圖案具有多條相互平行的細長的導線，以及位于芯片結構邊緣與此等導線正交的總線。圖IA顯示已知的太陽能裝置100的向光面俯視圖，圖IB顯示圖IA的太陽能裝置100于A-A’剖面線的剖面圖。如圖 IA及IB所示，太陽能裝置100包含一基板110，連接基板110的半導體層120，連接半導體層120上方的接觸層130。接觸層130具有多條相互平行的導線131及總線132。為能有效收集電流，導線131通常分布在半導體層120的表面而且緊貼其表面，因此半導體層120 中被導線131蓋住的部分無法吸光。為增加半導體層120曝光面積，導線131的線寬需盡可能的細，且為避免電阻增加，導線131的高度需隨之增加。然而導線131的高度增加會相對地增加陰影面積。換言之，導線131的高度增加會遮蔽更多的斜向入射光線?，F(xiàn)有技術提供很多類似以上所述的結構與作法，然此等不免有各種缺點，因此需要有更新穎創(chuàng)新的方式，來彌補現(xiàn)有技術的不足。

發(fā)明內容
有鑒于現(xiàn)有技術的各種問題，本發(fā)明的一特色在于提供具有空橋結構的接觸線路。換言之，利用合適技術架高接觸線路的部分線段，使其與半導體層間產(chǎn)生空隙而形成空橋。經(jīng)由此結構，空橋下方的半導體層面積可以顯露出來，進而得以接受斜向入射的光線， 提高太陽能裝置的效能。本發(fā)明的另一特色在于使半導體層與接觸線路的連結界面形成蘑菇式結構。換言之，利用合適技術窄化連接于接觸線路的頸部結構，藉此顯露更多的半導體層面積，進而得以接受更多斜向入射的光線，提高太陽能裝置的效能。依據(jù)一實施例，本發(fā)明提供一種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，包含一半導體層，該半導體層可將光轉成電流；至少兩個導電線段位于該半導體層上，該兩個導電線段用于傳輸該半導體層產(chǎn)生的電流；及一空橋式接觸結構電連接該兩個導電線段，其中該空橋式接觸結構下方與該兩個導電線段之間具有一空間，該空間可供光線通過以進入該半導體層。依據(jù)另一實施例，本發(fā)明提供如上述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，還包含該半導體層的一頸部連結該至少兩個導電線段的其中之一，該頸部與該導電線段形成一蘑菇式結構。依據(jù)實施例，本發(fā)明還提供一種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置的制造方法， 該方法包含半導體層，該半導體層可將光轉成電流；形成至少兩個導電線段于該半導體層上，該兩個導電線段用于傳輸該半導體層產(chǎn)生的電流；及形成一空橋式接觸結構電連接該兩個導電線段，其中該空橋式接觸結構下方與該兩個導電線段之間具有一空間，該空間可供光線通過以進入該半導體層。本發(fā)明尚包含其他方面以解決其他問題并合并上述的各方面詳細揭示于以下實施方式中。


圖IA顯示已知的太陽能裝置的向光面俯視圖；圖IB顯示圖IA的太陽能裝置于A-A’剖面線的剖面圖；圖2A為依據(jù)本發(fā)明的第一實施例所示太陽能裝置的半成品俯視圖；圖2B至圖2G為圖2A的太陽能裝置制作過程的剖面圖；圖3A至圖3E為接續(xù)圖2G所示太陽能裝置制作過程的剖面圖；圖4A為依據(jù)本發(fā)明的第一實施例所示太陽能裝置的俯視圖；圖4B為沿圖4A的剖面線B-B’的剖面圖；圖5A為依據(jù)本發(fā)明的第二實施例所示太陽能裝置的俯視圖；圖5B顯示圖5A的太陽能裝置于B-B’剖面線的剖面圖；圖6為依據(jù)本發(fā)明的第三實施例所示太陽能裝置的剖面圖；圖7為依據(jù)本發(fā)明的第四實施例所示太陽能裝置的剖面圖。主要元件符號說明100，200，500，600 太陽能裝置110，210 基板120，220 半導體層130，230 接觸層131 導線132，232 總線231導電線段221 III V 族薄層222 窗口層223覆蓋層2 頸部310抗反射層320第一圖案光阻層325 接觸開口330，530共形導電種子層340第二圖案光阻層342，542 導電層330a露出的共形導電種子層402，502空橋式接觸結構403 橋柱410 空間503 橋柱
503a壁面
510空間
531a壁面
531導電線段
631導電線段
700太陽能裝置
710太陽能芯片
711半導體層
721導電線段
722總線
723空橋式接觸結構
740空間
750承載基板
751線路
760引線
770透明保護層
780玻璃蓋板
具體實施例方式
以下將參考

本發(fā)明的具體實施例。附圖中相似元件采用相同的元件符號。應注意為清楚呈現(xiàn)本發(fā)明，附圖中的各元件并非按照實物的比例繪制，而且為避免模糊本發(fā)明的內容，以下說明也省略已知的零組件、相關材料、及其相關處理技術。圖2A為依據(jù)本發(fā)明的一第一實施例所示一太陽能裝置200的半成品俯視圖。圖2B至圖2G為圖2A的太陽能裝置200制作過程的剖面圖。如圖2A所示，第一實施例的太陽能裝置200包含一半導體層220及設置于半導體層220上方的接觸層230。半導體層220可用來制作單一個或多個太陽能芯片，圖中僅顯示虛線X-X’，Y-Y’所劃出單一太陽能芯片的制造區(qū)域。單一太陽能芯片的俯視外型可有各種形狀，圖2A顯示一矩形。在本發(fā)明的其他具體實施例中， 單一太陽能芯片的俯視外型可為正方形。接觸層230包含傳輸電流的多條導電線段231， 多條導電線段231包含匯集各導線的電流的總線232。由于為半成品，圖2A所顯示的多條導電線段231大多尚未相互連接。為顯露更多的半導體層面積，以接受更多斜向入射的光線，太陽能裝置200的半導體層220與接觸層230的垂直連結界面形成蘑菇式結構，其形成過程如圖2B至圖2D及圖2E至圖2G的剖面圖所示，其中圖2B至2D為圖2A之A-A，剖面線的制作過程的剖面圖，圖2E至2G為圖2A的B-B’剖面線的制作過程的剖面圖。首先參考圖2B及圖2E，太陽能裝置200的制造方法包含提供基板210，并形成位于基板210上方的半導體層220及半導體上方的接觸層230?；?10可為半導體層220的成長基板例如GaAs基板，在其他實施例中也可為接合基板例如硅基板或其他合適的基板。半導體層 220可為多層結構，其可包含多個具p-n接面的IIIV族薄層221，并于其最頂部包含窗口層 222及覆蓋層223。于此實施例，覆蓋層223材料可為GaAs，或hGaAs，窗口層222材料可為AUnP。在其他實施例中，半導體層220的各層材料可自由選用并組合周期表IIIV族中的各種元素。又在另一實施例中，基板可為包含半導體層的結構，譬如為硅基板，經(jīng)由擴散爐處理形成N型上層及P型下層。此實施例所述的材料僅為說明所用，本發(fā)明不以此為限。 接觸層230的材料可為任何合適金屬，如金、鋁、銅、銀、鈦、鍺或上述各種合金，其較佳的厚度范圍為10 μ m至30 μ m之間。然后，參考圖2C及圖2F，利用合適技術圖案化接觸層230 以形成具有如圖2A所示的多條導電線段231，多條導電線段231包含總線232(未顯示于圖2C及圖2F)。接著，參考圖2D及圖2G，以經(jīng)過圖案化的接觸層230 (即導電線段231/總線232等結構)為遮罩，利用濕式蝕刻技術移除部分的覆蓋層223而至少保留位于導電線段231底下的覆蓋層223。此步驟在于使底下的窗口層222曝露出來。由于采用濕式蝕刻， 導電線段231底下的覆蓋層223的寬度會因為濕式蝕刻的下切而內縮短成一頸部，在圖中以標號2M表示。此即顯示前述的蘑菇式結構。藉由頸部2M可顯露更多的窗口層222面積，進而得以接受更多斜向入射的光線，提高太陽能裝置200的效能。于此實施例，頸部覆蓋層224的厚度C約在0. 6 μ m至0. 8 μ m之間，內縮寬度N大致相當于頸部覆蓋層224的厚度。應注意總線232底下也可有類似的頸部結構。圖3A至圖3E及圖4A與圖4B顯示本發(fā)明第一實施例的太陽能裝置200的后半段的制作過程。此段制作過程重點在于延B-B’ 方向的空橋的形成，因此以下的剖面圖均僅顯示B-B’方向的剖面。完成圖2G的結構后，參考圖3A，形成一抗反射層310于基板210上，使其覆蓋上述步驟的窗口層222所露出的表面?？狗瓷鋵?10的材料可為SiN或其他適合材料。然后利用選擇性蝕刻技術移除一部分的抗反射層310使導電線段231的上表面露出。接著，參考圖3B，形成第一圖案光阻層320 覆蓋基板210整體，而至少使導電線段231的上表面的部分區(qū)域露出，以定義后續(xù)將形成的空橋與導電線段231連接的接觸開口 325。接觸開口 325至少有兩個，分別位于兩個相鄰的導電線段231沿其縱長B-B’方向的相對的尾端。第一圖案光阻層320的材料可為任何合適的高分子或其他材料，其厚度可隨所需空橋的高度來調整。接著，同樣參考圖3B，沿第一圖案光阻層320的表面形成一共形導電種子層330于基板220上方以覆蓋接觸開口 325 的側壁與底部。可利用蒸鍍，濺鍍或其他合適技術完成此步驟。共形導電種子層330可選用金、鈦或其合金等，其厚度可約500埃至1，000埃，但不以此為限。接著，參考圖3C，形成一第二圖案光阻層340覆蓋基板210上，而至少使共形導電種子層330表面要形成的空橋的位置露出。譬如，如圖所示，露出沿縱長B-B’方向的兩相鄰的接觸開口 325的側壁與底部的共形導電種子層330，也露出位于此兩相鄰的接觸開口 325之間在第一圖案光阻層320 上的共形導電種子層330。第二圖案光阻層340的材料可為任何合適的材料，可與第一圖案光阻層320相同或不同，視后續(xù)的制程需求而定。然后，參考圖3D，形成一導電層342于圖 3C所示結構的共形導電種子層330露出的表面上。導電層342的材料可為鋁、銅、銀、鈦、 鍺或上述各種合金?？衫秒婂冎瞥袒蚱渌线m的制程，例如蒸鍍或濺鍍，來完成此步驟。 導電層342的材料可與共形導電種子層330相同或不同，視后續(xù)的制程需求而定。接著， 參考圖3E，利用合適的蝕刻制程移除第二圖案光阻層340?？蛇x用相對金屬對光阻材料有高選擇性的蝕刻劑來完成此步驟。然后，利用合適的蝕刻制程移除露出的共形導電種子層 330a。可選用相對導電層342對共形導電種子層330有高選擇性的蝕刻劑來完成此步驟； 或是另外施加一圖案化遮罩保護導電層342，再將露出的共形導電種子層330a移除。移除露出的共形導電種子層330a后，再更進一步利用合適的蝕刻制程將第一圖案化光阻層320 全部移除。應注意導電層342與共形導電種子層330下方的第一圖案化光阻層320也將于此步驟一并移除。完成上述的各步驟所形成的結構如圖4A及4B所示。圖4A為依據(jù)本發(fā)明的第一實施例太陽能裝置200的俯視圖；圖4B為沿圖4A的剖面線B-B’的剖面圖。如圖所示，太陽能裝置200包含半導體層220位于基板210上；至少兩個相鄰導電線段231位于半導體層220上；及由共形導電種子層330與導電層340共同形成的空橋式接觸結構402 電連接兩個導電線段231，其中空橋式接觸結構402下方與此兩個導電線段231之間具有一空間410?？臻g410可供光線通過以進入半導體層220。換言之，空橋式接觸結構402下方的半導體層220面積可以顯露出來，進而得以接受斜向入射的光線，提高太陽能裝置200 的效能。在另一實施例中，可進一步使一透光層位于空間410中，此透光層與空橋式接觸結構402接觸以支撐空橋式接觸結構402。此透光層可為任何可使光通過因此保有空橋式接觸結構402的功能的材料制成。同樣參考圖4A及4B，空橋式接觸結構402具有一橋柱403 連接至少兩個導電線段231的其中之一。在此實施例中，空橋式接觸結構402沿其本身的延伸方向的長度(如圖中所示長度L)約為與上述延伸方向垂直的方向的寬度(如圖中所示上視寬度Wl)的約7倍。在此實施例寬度Wl約為5-8 μ m，而長度L約為35-56 μ m。本發(fā)明也包含L與Wl的比例小于或等于8的各種實施例。就為增加半導體層220的曝光面積而言，太陽能裝置200的空橋式接觸結構402的數(shù)目可越多越好，然熟悉此項技藝者仍應同時考慮半導體層220與導電線段231應有的連接接觸面積，以求得最佳的曝光面積與電流收集效率。此外，在本實施例中，空間410從半導體層220至空橋式接觸結構402的最大垂直高度(如圖中所示d)約5μπι至15μπι范圍內?？諛蚴浇佑|結構402的高度可藉由制程中光阻層的高度來加以控制。實際制作時，空橋式接觸結構402會隨著光阻層厚度越高愈呈現(xiàn)彎曲的外型，因此圖中示出彎曲結構來表示。另請注意，圖4Α顯示本實施例導電線段231的上視寬度W2大于空橋式接觸結構402的上視寬度W1，然本發(fā)明不以此為限。于其他實施例，導電線段231的上視寬度W2可與空橋式接觸結構402的Wl大致相同或較小也可?？諛蚴浇佑|結構402的厚度hi可在5-8 μ m之間；導電線段231的厚度也可在5_8 μ m 之間。此外，空橋式接觸結構402的橋柱403沿空橋式接觸結構402延伸方向具有一寬度 W3。在一實施例中，寬度W3與導電線段231的厚度h2大致相同。更在另一實施例中，厚度 hi與厚度h2大致相同。圖5A及5B為依據(jù)本發(fā)明的第二實施例所示太陽能裝置500，其中圖5A為太陽能裝置500的俯視圖；圖5B為沿圖5A的剖面線B-B’的剖面圖。第二實施例與第一實施例的不同點在于，太陽能裝置500的導電線段531的俯視寬度W2與空橋式接觸結構502的俯視寬度Wl大致相同為較佳。然由于制程的限制，熟悉此項技藝者可以最佳化對齊精準度來達成此目標。在本發(fā)明的各實施例鐘，因為制程限制，俯視寬度W2與俯視寬度Wl大致相同是指在1 μ m的誤差范圍內。此外，空橋式接觸結構502的橋柱503具有一壁面503a面向可供光線通過的空間510，壁面503a底下有導電線段531的一壁面531a面向可供光線通過的空間510，其中壁面503a大致與壁面531a對齊，同樣地大致對齊是指在 Iym的誤差范圍內。寬度W3與導電線段231的厚度h2大致相同，誤差范圍在1 μ m內。在此實施例，橋柱503沿空橋式接觸結構502延伸方向的寬度W3，與空橋式接觸結構502的厚度hi及導電線段531厚度h2，此三者大致相同，誤差范圍在1 μ m內。圖6為依據(jù)本發(fā)明的第三實施例所示太陽能裝置600的剖面圖。第三實施例與前述實施例的不同點在于半導體層220的最頂部與導電線段631的連結界面沒有形成顯著的蘑菇式結構。圖7為依據(jù)本發(fā)明的第四實施例所示的太陽能裝置700的剖面圖。如圖7所示，太陽能裝置700包含一太陽能芯片710 ；承載太陽能芯片710的一承載基板750 ；—透明保護層770覆蓋太陽能芯片710 ；及一玻璃蓋板780覆蓋上述元件。太陽能芯片710藉引線760與承載基板750上的線路751電相連。太陽能芯片710包含半導體層711及位于其上方的柵狀接觸層。半導體層711可為任何合適的材料制成。在此實施例中，半導體層711為硅基板，其含有摻雜擴散的的pn介面。柵狀接觸層包含至少兩個相鄰的導電線段721位于半導體層711上，導電線段721包含位在邊緣的總線722。柵狀接觸層還包含空橋式接觸結構723連接兩個相鄰的導電線段721?？諛蚴浇佑|結構723下方形成一空間740。一部分的透明保護層770填入空間740并支撐空橋式接觸結構723。透明保護層770為光可通過的材質制成，譬如硅膠。 在柵狀接觸層(可參考上述實施例方法)及引線760等結構(可參考已知方法)制作完成后，將硅膠及/或其他合適成分均勻混合成透明保護層770的材料并涂于太陽能芯片710 ； 然后將玻璃蓋板780覆蓋其上并進行抽真空使透明保護層770的材料進入空間740中；接著加熱使透明保護層770硬化以完成。 以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在上述的申請范圍內。
權利要求
1.一種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，包含一半導體層，該半導體層可將光轉成電流；至少兩個導電線段位于該半導體層上，該兩個導電線段用于傳輸該半導體層產(chǎn)生的電流；及一空橋式接觸結構電連接該兩個導電線段，其中該空橋式接觸結構下方與該兩個導電線段之間具有一空間，該空間可供光線通過以進入該半導體層。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該半導體層還包含一頸部連結該至少兩個導電線段的其中之一，該頸部與該導電線段形成一蘑菇式結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該空橋式接觸結構具有一橋柱連接該至少兩個導電線段的其中之一，該空橋式接觸結構沿該至少兩個導電線段的排列方向的長度小于或等于該橋柱與該方向垂直的俯視寬度的8倍。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該空間從該半導體層至該空橋式接觸結構的最大垂直高度約在5μπι至15μπι范圍內。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該空橋式接觸結構的厚度與該導電線段的厚度大致相同。
6.根據(jù)權利要求1所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該空橋式接觸結構垂直該至少兩個導電線段的排列方向的俯視寬度與該導電線段垂直該至少兩個導電線段的排列方向的俯視寬度大致相同。
7.根據(jù)權利要求1所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置，其中該空間具有可使光通過的透明材料。
8.一種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置的制造方法，包含提供一半導體層，該半導體層可將光轉成電流；形成至少兩個導電線段于該半導體層上，該兩個導電線段用于傳輸該半導體層產(chǎn)生的電流；及形成一空橋式接觸結構電連接該兩個導電線段，其中該空橋式接觸結構下方與該兩個導電線段之間具有一空間，該空間可供光線通過以進入該半導體層。
9.根據(jù)權利要求8所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置的制造方法，其中形成至少兩個導電線段于該半導體層上的步驟還包含形成一接觸層于該半導體層的一頂部覆蓋層上；圖案化該接觸層以形成該至少兩個導電線段于該頂部覆蓋層上；以該至少兩個導電線段為一遮罩，執(zhí)行濕式蝕刻制程去除一部分的該頂部覆蓋層，以使位在該至少兩個導電線段的其中之一的下方的該頂部覆蓋層與該導電線段形成一蘑菇式結構。
10.根據(jù)權利要求8所述的具有空橋式接觸結構的太陽能裝置的制造方法，其中還包含提供一透明材料于該空間中以支撐該該空橋式接觸結構。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有空橋式接觸結構的太陽能裝置及其制造方法。此太陽能裝置包含一半導體層，此半導體層可將光轉成電流；至少兩個導電線段位于此半導體層上，該兩個導電線段用于傳輸該半導體層產(chǎn)生的電流；一空橋式接觸結構電連接該兩個導電線段，其中該空橋式接觸結構下方與該兩個導電線段之間具有一空間，該空間可供光線通過以進入該半導體層。基于上述，此發(fā)明可提高太陽能裝置的效能。
文檔編號H01L31/0224GK102339884SQ201110034588
公開日2012年2月1日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權日2010年7月14日
發(fā)明者吳展興 申請人:太聚能源股份有限公司