专利名称：光电转换装置及其制作方法与电极的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转换装置及其制作方法与电极，特别是涉及一种光电 转换装置及其制作方法与电极。
背景技术：
随着地球能源资源逐渐地短缺，开发新能源已成为科技业以及产业瞩 目的焦点之一，替代性能源产品例如太阳电池即成为开发的标的之一。太阳电池是一种利用光伏特效应(photovoltaic effect)将光能转换成电能的 光电转换装置，即利用p-n 二极管(即二极体)吸收光能量后产生自由电 子与电洞，在p-n二极管接面附近的内建电场驱使下，使自由电子向n型 半导体移动，而自由电洞向p型半导体移动，进而产生电流，最后经由电 极将电流引出形成可供使用或储存的电能。请参阅图1所示，现有的一种太阳电池1的基本结构主要是包含一基 板10、 一p-n半导体ll、 一抗反射层12以及一金属电极对13。其中，基板 10为太阳电池1的基底， 一般即以p-n半导体11的一半导体层直接作为基 板IO,而p-n半导体11是为将光能转换为电能的作用区，抗反射层12是 设置于太阳电池l的入光面，用以降低入射光的反射，金属电极对13包含 一第一电极131与一第二电极132分别连接于p-n半导体11,并用以与一 外界电路连接，其中设置于入光面的第二电极132是呈指插状(Finger),用 以增加入射光的面积。一般来说，太阳电池i使用的材料可区分为硅材料、in-v族与n-vi族化合物，由于硅乃地球上蕴含量第二丰富的元素，因此目前太阳电池l以硅作为基板10的主要材料。硅基板IO是经由裁切半导体业用的硅碇而 得，再在其上经由扩散法或离子植入法形成p-n半导体11，然，由于使用高 纯度的硅材料使得太阳电池的成本居高不下，因此，业者多致力于薄化硅 基板10的研发以期降低太阳电池的制作成本。现有金属电极对13通常是以银浆或银铝浆等材料以印刷或蒸空镀膜方 式形成于p-n半导体11上，再经由高温烧结而形成，然而，由于例如银浆 与银铝浆等金属材质与硅材料的热膨胀系数差异过大，因此在烧结过程中 会使太阳电池1发生翘曲的现象，且此现象在薄化硅基板10的趋势下更甚 显著，而导致后续制程发生破片的可能性；另外，现有为增加入光面的透光 性，电极的指插状设计造成太阳电池1的串联电阻过高，而降低了光电转换 效率。由此可见，上述现有的光电转换装置及其制作方法与电极在产品结 构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改 进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道,但 长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构 能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设 一种新的光电转换装置及其制作方法与电极，便成了当前业界极需改进的 目标。有鉴于上述现有的光电转换装置及其制作方法存在的缺陷，本发明人 基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理 的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的光电转换装置及其制作方 法，能够改进一般现有的光电转换装置及其制作方法，使其更具有实用性。经 过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用 价值的本发明。发明内容本发明的主要目的在于，克服现有的光电转换装置及其制作方法存在 的缺陷，而提供一种新型的光电转换装置及其制作方法与电极，所要解决 的技术问题是使其避免发生翘曲现象，提高光电转换效率，从而更加适于 实用。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种光电转换装置，包含 一光电转换元件，包含一第一半 导体层与一第二半导体层，该第一半导体层与该第二半导体层相互连接';以 及一电极对，包含一第一电极与一第二电极，该第一电极与该第一半导体 层相连结，该第二电极与该第二半导体层相连结，其中该第一电极的热膨 胀系数介于5 x 1(T7。C至1 x 10-V。C。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的光电转换装置，其中所述的第一电极或该第二电极的材质是选 自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一。前述的光电转换装置，其中所述的第二电极是为一透明电极层，其覆盖 该第二半导体层。前述的光电转换装置，其中所述的第二电极的热膨胀系数范围是为5x 10—7。c至ixio 7°c。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种光电转换装置，包含 一光电转换元件，包含一第一半导 体层与一第二半导体层，该第一半导体层与该第二半导体层相互连接；以及
一电极对，包含一第一电极与一第二电极，该第一电极与该第一半导体层 相连结，该第二电极与该第二半导体层相连结，其中该第二电极为一透明电 极层覆盖该第二半导体层。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的光电转换装置，其中所述的第一电极或该第二电极的材质是选 自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一。前述的光^转换装置，其中所述的第一电极或该第二电极的热膨胀系数范围为5xlO-V。C至lXl(T7。C。本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种光电转换装置用的电极，该电极的热膨胀系数介于5x 1()-7/。c至i x 1(t7。c。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的光电转换装置用的电极，其中所述的光电转换装置包含一第一 半导体层与一第二半导体层，该第一半导体层与该第二半导体层相互连 接，该电极与该第一半导体层或该第二半导体层相连结。前述的光电转换装置用的电极，其中所述的电极的材质是选自氧化 锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一。前述的光电转换装置用的电极，其为一透明电极层，其覆盖该第一半 导体层或该第二半导体层。本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种光电转换装置的制作方法，其包括以下步骤在一第一半 导体层上形成一第二半导体层；以及涂布一第一电极于该第一半导体层并 涂布一第二电极于该第二半导体层，以使该第一电极与该第二电极分别连 结该第一半导体层与该第二半导体层，其中该第一电极的热膨胀系数是介 于5 x 10 7。C至1 x 10—5/°C。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的光电转换装置的制作方法，其中所述的第一电极或该第二电极 的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其 中之一。前述的光电转换装置的制作方法，其中所述的第二电极的热膨胀系数 范围是为5 x 10—V。C至1X10—7'c。本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出一种光电转换装置的制作方法，其包括以下步骤在一第一 半导体层上形成一第二半导体层；以及涂布一第一电极于该第一半导体层 并涂布一第二电极于该第二半导体层，以使该第一电极与该第二电极分别 连结该第一半导体层与该第二半导体层，其中该第二电极是为一透明电极
层覆盖该第二半导体层。.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的光电转换装置的制作方法，其中所述的第一电板或该第二电极 的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其 中之一。前述的光电转换装置的制作方法，其中所述的第一电极或该第二电极的热膨胀系数范围是为5 x 10—7/。C至1X10—7°c。借由上述技术方案，本发明光电转换装置及其制作方法与电极至少具有下列优点因依据本发明的光电转换装置及其制作方法与电极是选择热 膨胀系数与一半导体层相近的材料制作电极，在此，该等材料的热膨胀系 数范围是为5xl(T〃C至1x10—V。C,可以涂布方式形成于半导体层上，因此 可有效降低现有光电转换装置发生翘曲现象的机会。另外，由于电极材质 具有透明性的特点，因此可作为设置在光电转换装置的入光面的电极材 料，而无设置面积的限制，相较于现有技术，由于增加了入射光的面积，且 降低了串联电阻，因此达到提升光电转换效率的目的。综上所述，本发明新颖的光电转换装置及其制作方法与电极，可以避 免发生勉曲现象并提高光电转换效率。本发明具有上述诸多优点及实用价 值，其不论在产品结构、制造方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有显 著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的光电转换装置及其制 作方法具有增进的功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价 值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细i兌明如下。
图1为现有的一种太阳电池的立体示意图；图2至图4为依据本发明第一实施例的一种光电转换装置的一组立体 示意图；图5为依据本发明第二实施例的一种电极与光电转换装置的示意图； 图6为依据本发明第三实施例的一种光电转换装置的制作方法的流程图。1:太阳电池 10:基板ll:半导体 12:抗反射层 13:金属电极对 131:第一电极132:第二电才及 20:电极211:第一半导体层 22:电极对2:光电转换装置 21:光电转换元件 212:第二半导体层 221:第一电极222:第二电极 24:抗反射结构23:抗反射层 Sl、 S2:步骤具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光电转换装置及其制 作方法与电极其具体实施方式
、结构、制造方法、步骤、特征及其功效，详详细说明如后。 第一实施例请参阅图2所示，依据本发明第一实施例的光电转换装置2包含一光 电转换元件21以及一电极对22。光电转换元件21包含一第一半导体层211与一第二半导体层212,其中 第一半导体层211与第二半导体层212是相互连接以形成一接面，作为光 能产生电子/电洞对的分离作用。如图2所示，在本实施例中，第一半导体 层211是为一 p型半导体，而第二半导体层212是为一n型半导体，当 然，第一半导体层211亦可为一n型半导体，而第二半导体层212则为一p 型半导体，其中p型半导体的掺质例如可以是硼(boron)与镓(gallium) 等，而n型半导体的掺质例如可以是磷(phosphorus)、砷(arsenic)等，以扩 散法或离子植入法对硅基板进行掺杂。其中，第一半导体层211的厚度范 围是为60,至300拜。电极对22是包含一第一电极221与一第二电极222，第一电极221是 与第一半导体层211相连接，而第二电极222是与第二半导体层212相连 接，用以输出作用区所产生的电流。在本实施例中，是以第一电极221与第 二电极222形成于光电转换元件21的相对两侧为例说明(如图2所示)，但不 仅限于此，第一电极221与第二电极222亦可形成于光电转换元件21的同 一側。在本实施例中，第一电极221是为一背面电极，即设置于光电转换装 置2的背光面，在此，第一电极221的热膨胀系数是介于5xlO"〃C至lx 10—V。C之间，举例来说，第一电极221的材质是可选自氧化锡、氧化铟 锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜(Diamond-like Coat ing)至少其中之 一，借由第一电极221的材料的热膨胀系数与硅材料相当，因此可有效避免 在高温烧结的过程中，光电转换装置2发生翘曲的现象。其中，在本实施
例中，第一电极221的厚&范围是为0. ljam至50um。如图2所示，第二电极222是为一表面电极，即设置于光电转换装置2的入光面，其的材质包含金属，为增加入射光的入射面积，第二电极222 是呈条状、指状或网状。再请参阅图3与图4所示，在本实施例中，第二电极222的材质是亦 可选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一 而形成一透明电M,且其的热膨胀系数范围是为5xlO—V。C至lxlO—7。C，因 此第二电极222是不需为增加入光面的透光性而限制设置面积，而可相较 于金属材质更大面积地设置于光电转换装置2的入光面，此外，如图4所 示，第二电极222亦可以一层状结构覆盖于第二半导体层212上，且第二电 极222的厚度范围是为0. l)nm至50jura。由于第二电极222是选用透明的 材质形成，因此增加了入光面的透光性，且降低发生串联电阻的机会，而有 效提高光电转换效率。另外，如图3与图4所示，本实施例的光电转换装置2更可包含一抗 反射层23设置于第二半导体层212之上，其的材质是包含氮化硅；另外，亦 可更包含一抗反射结构24设置于第二半导体层212之上，抗反射结构24 是具有复数凸块，且该等凸块的其中之一是呈金字塔型、倒金字塔型或可 降低反射的不规则型凸块，借由抗反射层23及/或抗反射结构24设置于入 光面，降低入射光反射的机会，进而提高光电转换装置2的光电转换效率。第二实施例请参阅图5所示，依据本发明第二实施例的一种光电转换装置用的电 极20，其特征在于其的热膨胀系数是介于5 x 10—7'C至1 x 10—7。C之间。在本实施例中，光电转换装置2是包含一第一半导体层211与一第二 半导体层212，第一半导体层211是与第二半导体层212相互连接形成一接 面，而由于本实施例的光电转换装置2的材质、结构特征与功能特征是如第 一实施例所述，故不在此赘述。而本实施例的电极20是与第一半导体层211或第二半导体层212相连结，其的材质是可选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜 至少其中之一而为 一透明电极覆盖第 一半导体层211为 一背面电极，或是覆 盖第二半导体层212为一表面电极，以达到降低发生翘曲现象以及提升光 电转换效率的目的。 第三实施例请参阅图6所示，依据本发明第三实施例的一种光电转换装置的制作 方法，其是包含下列步骤在步骤Sl,是在一第一半导体层上形成一第二半 导体层，以及在步骤S2，涂布一第一电极于第一半导体层与涂布一第二电 极于第二半导体层，以使第一电极与第二电极分别连结第一半导体层与第
二半导体层，其中第一电极的热膨胀系数是介于5 x 1(T/。C至1 x io—V°C。在步骤Sl之前，第一半导体层是以扩散法或离子植入法掺杂一硅晶圆 而形成，且第一半导体层的厚度范围是为60 jam至300 Mm，在此，第一半导 体是可为一 P型半导体或一 n型半导体。其中p型半导体的掺质例如可以 是硼(boron)或镓(gal 1 ium) ， n型半导体的掺质例如可以是磷(phosphorus) 或砷(arsenic),而以下是以第一半导体为p型半导体为例。在步骤SI,中，第二半导体亦以扩散法或离子植入法在第一半导体层上 形成一n型半;体，以与第一半导体形成一p-n接面。在步骤S2中，第一电极的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧 化铟锌与类钻石膜至少其中之一，以一干式涂布法或一湿式涂布法涂布于 第一半导体层，且第一电极的厚度范围是为0. lMm至50jnm。其中干式涂 布法例如可为溅镀法、蒸镀法、离子镀法或阴极电弧离子蒸镀法，湿式涂 布法例如可为旋转涂布法或网印法。在本实施例中，第二电极的材质是可包含金属以条状、指状或网状形 成于第二半导体层上；此外，第二电极的材质亦可选自氧化锡、氧化铟 锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一，且热膨胀系数范围是 为5xl(TV。C至1x1(TV。C,以千式涂布法或湿式涂布法涂布于第二半导体 层，在此，第二电极是为一厚度范围为0. lpm至50jam的透明电极覆盖第 二半导体层。另外，本实施例的制作方法更包含在第二半导体层之上形成一抗反射 层，而依据结构的不同，可以在步骤S2前或是步骤S2后，以物理气相沉 积法(physical vapor deposition)或化学气相沉积法(physical vapor deposition)等方式堆积于第二半导体层之上形成此抗反射层。其中，抗反 射层的材质是包含氮化硅。再者，本实施例的制作方法更可包含在第二半导体层之上形成一抗反 射结构，其是具有复数凸块，且该等凸块的其中之一是呈金字塔型、倒金字 塔型或可降低反射的不规则型凸块。第四实施例依据本发明第四实施例的光电转换装置包含一光电转换元件以及一 电 极对。光电转换元件是包含一第一半导体层与一第二半导体层，第一半导 体层与第二半导体层是相互连接；电极对是包含一第一电极与一第二电 极，第一电极是与第一半导体层相连结，第二电极是与第二半导体层相连 结，其中第二电极是为 一透明电极层覆盖第二半导体层。在本实施例中，第二电极是为透明电极层，是以可以完全覆盖于第二 半导体层上，而不会有遮蔽到入射光线的问题，进而可以减少串联电阻的 产生，而可提高光电转换装置的转换效率。
另外，由于本实施4j中的元件的特征与功能皆与第 一 实施例中相同元 件所述，故在此不予赘述。 第五实施例依据本发明第五实施例的 一种光电转换装置的制作方法包含下列步骤:在一第一半导体层上形成一第二半导体层，以及涂布一第一电极于第一 半导体层与涂布一第二电极于第二半导体层，以使第一电极与第二电极分别连结第一半导体层与第二半导体层，其中第二电极是为一透明电极层覆 盖第二半导体层。本实施例中的第二电极的特征与功能是与第四实施例中的第二电极相 同，且，本实施例中的其余元件的特征与功能是与第 一 实施例中相同元件所 述，故在此不予赘述。另外，由于本实施例的各构件的制作方法是如第三实施例相同元件的 制作方法所述，故亦不在此赘述。综上所述，因依据本发明的光电转换装置及其制作方法与电极是选择 热膨胀系数与一半导体层相近的材料制作电极，在此，该等材料的热膨胀系数范围是为5xi(r7。c至lxi0—7'c，可以涂布方式形成于半导体层上，因此可有效降低现有光电转换装置发生翘曲现象的机会。另外，由于电极材 质是具有透明性的特点，因此可作为设置在光电转换装置的入光面的电极材料，而无^:置面积的限制，相较于现有由于增加了入射光的面积，且降低 了侧向电阻，因此达到提升光电转换效率的目的。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式 上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1、 一种光电转换装置，其特征在于包含:一光电转换元件，包含一第一半导体层与一第二半导体层，该第一半导体层与该第二半导体层相互连接；以及一电极对，包含一第一电极与一第二电极，该第一电极与该第一半导 体层相连结，该第二电极与该第二半导体层相连结，其中该第一电极的热膨胀系数介于'5 x 10-7'C至1 x 1(T7。C。
2、 根据权利要求1所述的光电转换装置，其特征在于其中所述的第一 电极或该第二电极的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌 与类钻石膜至少其中之一。
3、 根据权利要求1所述的光电转换装置，其特征在于其中所述的第二 电极是为一透明电极层，其覆盖该第二半导体层。
4、 根据权利要求3所述的光电转换装置，其特征在于其中所述的第二 电极的热膨胀系数范围是为5 x 1(T7。c至1x10—V。c。
5、 一种光电转换装置，其特征在于包含一光电转换元件，包含一第一半导体层与一第二半导体层，该第一半 导体层与该第二半导体层相互连接；以及一电极对，包含一第一电极与一第二电极，该第一电极与该第一半导 体层相连结，该第二电极与该第二半导体层相连结，其中该第二电极为一 透明电极层覆盖该第二半导体层。
6、 根据权利要求5所述的光电转换装置，其特征在于其中所述的第一 电极或该第二4极的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌 与类钻石膜至少其中之一。
7、 根据权利要求5所述的光电转换装置，其特征在于其中所述的第一 电极或该第二电极的热膨胀系数范围为5 x 10—V。C至1x10—7°C。
8、 一种光电转换装置用的电极，其特征在于 该电极的热膨胀系数介于5 x 10-V。C至1 x 10—7°C。
9、 根据权利要求8所述的光电转换装置用的电极，其特征在于其中所 述的光电转换装置包含一第一半导体层与一第二半导体层，该第一半导体 层与该第二半导体层相互连接，该电极与该第一半导体层或该第二半导体 层相连结。
10、 根据权利要求8所述的光电转换装置用的电极，其特征在于其中 所述的电极的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝锌、氧化铟锌与类钻 石膜至少其中之一。
11、 根据权利要求9所述的光电转换装置用的电极，其特征在于其为 一透明电极层，其覆盖凌第一半导体层或该第二半导体层。
12、 一种光电转换装置的制作方法，其特征在于其包括以下步骤 在一第一半导体层上形成一第二半导体层；以及 涂布一第一电极子该第一半导体层并涂布一第二电极于该第二半导体层，以使该第一电极与该第二电极分别连结该第一半导体层与该第二半导体 层，其中该第一电极的热膨胀系 _介于5 x 10—7。C至1 x 10—7°C。
13、 根据权利要求12所述的光电转换装置的制作方法，其特征在于其 中所述的第一电极或该第二电极的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝 锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一。
14、 根据权利要求12所述的光电转换装置的制作方法，其特征在于其 中所述的第二电极的热膨胀系数范围是为5 x l(T广C至1x10—7°C。
15、 一种光电转换装置的制作方法，其特征在于其包括以下步骤在一第一半导体层上形成一第二半导体层；以及 涂布一第一电极于该第一半导体层并涂布一第二电极于该第二半导体层，以使该第一电极与该第二电极分别连结该第一半导体层与该第二半导 体层，其中该第二电极是为一透明电极层覆盖该第二半导体层。
16、根据权利要求15所述的光电转换装置的制作方法，其特征在于其 中所述的第一电极或该第二电极的材质是选自氧化锡、氧化铟锡、氧化铝 锌、氧化铟锌与类钻石膜至少其中之一。
17、根据权利要求15所述的光电转换装置的制作方法，其特征在于其 中所述的第一电极或该第二电极的热膨胀系数范围是为5 x 1(TV。C至 1x10—7°C。
全文摘要
本发明是有关于一种光电转换装置及其制作方法与电极，一种光电转换装置，包含一光电转换元件与一电极对。光电转换元件包含一第一半导体层与一第二半导体层，第一半导体层与第二半导体层是相互连接；电极对包含一第一电极与一第二电极，第一电极与第一半导体层相连结，第二电极与第二半导体层相连结，其中第一电极的热膨胀系数介于5×10<sup>-7</sup>/℃至1×10<sup>-5</sup>/℃。
文档编号H01L31/0224GK101123279SQ200610112140
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月11日 优先权日2006年8月11日
发明者李慧平, 林坤禧, 洪传献, 溫志中, 许国强, 赖明雄, 陈楷林 申请人:新日光能源科技股份有限公司