专利名称：具有光电池的半导体结构及其制造方法
具有光电池的半导体结构及其制造方法技术领域
本发明是有关于一种半导体结构及其制造方法，且特别是有关于一种具有光电池的半导体结构及其制造方法。
背景技术：
光电池(或称太阳能电池)是一种利用光直接发电的光电半导体薄片。光电池只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。其中一种染料敏化太阳电池(Dye-sensitized solar cell, DSSC)是最近被开发出来的崭新太阳电池。染料敏化太阳电池通常以导线自染料敏化太阳电池往外连接于外部电器元件。
然而，由于导线具有一定长度，故增加了染料敏化太阳电池与外部电器元件之间的阻抗。发明内容
本发明有关于一种半导体结构，其光电池与半导体元件之间的距离短，可降低阻抗值。
根据本发明，提出一种半导体结构。半导体结构包括一光电池及一半导体元件。光电池包括相对配置的一第一载体与一第二载体、一第一导电孔、一第二导电孔及数个电池单元。第一导电孔及第二导电孔形成于第一载体与第二载体之一中。电池单元形成于第一载体与第二载体之间。半导体元件通过第一导电孔及第二导电孔电性连接于电池单元。
根据本发明，提出一种半导体结构的制造方法。半导体结构的制造方法包括以下步骤。形成数个第一电极与数个第二电极于一第一载体及一第二载体上，其中，一光敏染料形成于该些第一电极中；形成数个隔离件于第一载体与第二载体之间，其中各隔离件围绕对应的第一电极或对应的第二电极；填充一电解液于各隔离件内；对接第一载体与第二载体，其中各第一电极与对应的第二电极相对配置，且隔离件隔离第一载体与第二载体；形成一第一导电孔及一第二导电孔于第一载体与第二载体之一中；以及，设置一半导体元件电性连接于第一导电孔及第二导电孔。
为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
图IA绘示依照本发明一实施例的半导体结构的局部剖视图。
图IB绘示图IA的半导体结构的分解图。
图2绘示依照本发明另一实施例的半导体结构的局部剖视图。
图3绘示依照本发明另一实施例的半导体结构的分解图。
主要元件符号说明
100、200、300 半导体结构
110 光电池
111 第一载体
lllu、112u 第一面
lllb、112b 第二面
1111第--基板
1112第--导电膜
1112，第一子导电膜
1112”第二子导电膜
1122，第三子导电膜
1122”:第四子导电膜
1113延伸部
112 第二载体
1121A-Ap — 弟-二基板
1122A-Ap — 弟-二导电膜
113 第一导电孔
114 第二导电孔
115 电池单元
1151第--电极
1152A-Ap — 弟-二电极
1153光售欧染料
1154隔离件
1155电解液
120 半导体元件
121 电性接点
P 电性路径具体实施方式
请参照图1A，其绘示依照本发明一实施例的半导体结构的局部剖视图。半导体结构100包括光电池110及半导体元件120。
光电池110电性连接于半导体元件120，光电池110可作为半导体元件120的电源，使半导体结构100成为一自供电的半导体结构。
半导体元件120可以是各种芯片或各种型式的封装件，例如，半导体元件120可为堆迭封装(package on package)、平面相邻封装(side by side package)或堆迭芯片封装 (stacked die package)。
光电池110包括相对配置的第一载体111与第二载体112、第一导电孔113、第二导电孔114及数个电池单元115。
第一载体111包括第一基板1111及第一导电膜1112。
第一基板1111可由塑胶材料或玻璃制程。其中，塑胶材料可选自于由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、三醋酸甘油酯(TAC)、聚氯乙烯(PVC)及其组合所构成的群组。此外，第一基板1111具有相对的第一面Illu与第二面111b。
第一导电膜1112形成于第一基板1111的第一面Illu上。第一导电膜1112包括第一子导电膜1112’及第二子导电膜1112”(绘示于图1B)，其中，单个第一子导电膜1112’ 对应单个电池单元115的区域，而单个第二子导电膜1112”(绘示于图1B)连接相邻二电池单元115，以串联相邻二电池单元115。
第一导电膜1112例如是透明导电的氧化物(transparent conducting oxide, TC0)，其材质可选自于由石墨烯(grapheme)、铟锡氧化物(ΙΤ0)、氟锡氧化物(FTO)、 ZnO-Ga2O3^ ZnO-Al2O3^ SnO2-Sb2O3 及其组合所构成的群组。
第二载体112包括第二基板1121及第二导电膜1122。
第二基板1121具有相对的第一面112u与第二面112b。第二导电膜1122形成于第二基板1121的第一面112u上。此外，第二基板1121的材质可相似于第一基板1111，容此不再赘述。
第二导电膜1122包括至少一第三子导电膜1122”，第三子导电膜1122”连接相邻二电池单元115，以串联相邻二电池单元115。第二导电膜1122的材质可相似于第一导电膜1112，容此不再赘述。
第一导电孔113及第二导电孔114皆形成于第一载体111中。第一导电孔113及第二导电孔114从第一基板1111的第二面Illb贯穿至第一面lllu，使第一导电孔113及第二导电孔114电性连接于第一导电膜1112。
第一导电孔113及第二导电孔114于基板内部延伸而连接至半导体元件120。相较于传统延伸于基板外部的导线，第一导电孔113及第二导电孔114的长度较短，使电池单元115与半导体元件120之间的阻抗较小。本实施例中，第一导电孔113及第二导电孔114 的长度约等于第一基板1111的厚度，在此最短垂直长度下，可大幅减少电池单元115与半导体元件120之间的阻抗。另一实施例中，第一导电孔113及第二导电孔114可倾斜地延伸，在此设计下，第一导电孔113及第二导电孔114的长度大于第一基板1111的厚度。
第一导电孔113及第二导电孔114相邻配置，例如，第一导电孔113与第二导电孔 114的位置分别对应于相邻的二电池单元115。如此一来，半导体元件120的二电性接点 121的间距可以设计得甚短，进而减小半导体元件120的尺寸，然此非用以限制本实施例。 当第一导电孔113及第二导电孔114非相邻配置时(例如分别连接第一导电孔113与第二导电孔114的二电池单元115非相邻配置)，只要半导体元件120的二电性接点121的间距经过适当设计，则半导体元件120的电性接点121仍可连接于第一导电孔113及第二导电孔 114。
电池单元115形成于第一载体111与第二载体112之间。电池单元115通过第一导电膜1112与第二导电膜1122进行串联，以增加光电池110的输出电压。电池单元115包括相对配置的第一电极1151与第二电极1152、光敏染料1153、隔离件IlM及电解液1155。
第一电极1151可使用纳米级大小的二氧化钛(TiO2)粉末制成，二氧化钛比其它半导体氧化物效率还要高，且蕴藏量丰富成本较低，然本发明实施例的第一电极1151并不限于使用二氧化钛。
第二电极1152的材例如是惰性金属，其材质可选自由金、钼及其组合所构成的群
光敏染料1153形成于第一电极1151中。光敏染料1153中的价电层电子受光激发后，跃迁到电子激发态，电子经由第一电极1151传输至对应的第一导电膜1112或第二导电膜1122，而完成一回路或电路。
本实施例对光敏染料1153的材料并不限制，一般应用在染料敏化太阳能电池领域者皆可应用至本实施例的光敏染料1153。一实施例中，光敏染料1153的材质可以是 Ru ((COOEt) 2bpy) 2 (NCS) 2. 2CH3CN 或 Ru ((COOH) 2bpy) 2 (NCS) 2. 2CH3CN。除了 (COOEt) 2 或 (0)0!1)2之外，光敏染料1153可包含与多孔性电极(例如是二氧化钛)表面可结合的根 (radical)0
隔离件IlM—封闭环状隔离件，围绕对应的第一电极1151或第二电极1152，且隔离第一载体111与第二载体112。隔离件IlM设置于第一载体111与第二载体112之间。 本实施例中，隔离件1巧4设于第一载体111上。另一实施例中，隔离件1巧4可设于第二载体112上，且围绕对应的第一电极1151或第二电极1152。
电解液1155填充于隔离件IlM所围绕的区域内。电解液1155例如是含有碘化物的氧化还原电解质溶液，一实施例中，电解液1巧5含有0. 05M的碘、0. 5M的碘化锂，以及 0. 05M的4-异丁基吡啶的乙腈溶液。
本实施例中，电池单元115是染料敏化太阳电池结构，然其它实施例中，电池单元 115可以是其它类型的电池结构，例如是薄膜太阳电池结构、晶体硅(包括单晶硅及多晶硅)太阳电池结构或其它适合结构，只要是可设于第一载体111与第二载体112之间的电池结构皆可应用于本发明实施例的电池单元115。
请参照图1B，其绘示图IA的半导体结构的分解图。
第一电极1151设于第一载体111与第二载体112之一上，而第二电极1152设于第一载体111与第二载体112之另一上。举例来说，就第一载体111而言，第一导电膜1112 的单个第一子导电膜1112’设有单个第一电极1151，且单个第二子导电膜1112”则设有单个第一电极1151及单个第二电极1152 ；就第二载体112而言，单个第一电极1151及单个第二电极1152可设于同一第三子导电膜1122”上。
设于第一基板1111上的第一电极1151与第二电极1152沿一电性路径P交错排列，其排列方式例如是第一电极1151 —第二电极1152 —第一电极1151 —第二电极 1152 —...以此交错原则排列。对应地，设于第二基板1121上的第一电极1151与第二电极1152沿此电性路径P交错排列，其排列方式例如是第一电极1151 —第二电极1152 — 第一电极1151—第二电极1152 —...以此交错原则排列。当第一载体111与第二载体 112对接后，设于第一基板1111上的第一电极1151及第二电极1152分别与设于第二基板 1121上的第二电极1152及第一电极1151相对应。
上述第一导电孔113沿电性路径P电性连接于第二导电孔114。本实施例中，电性路径P呈环状，例如是矩形开放环状，然此非用以限制本实施例。在第一导电孔113与第二导电孔114相邻配置的设计下，电性路径P的二端点相对或邻近。只要电性路径P的二端点可相对或邻近，本实施例不限定电性路径P的延伸方式。此外，在第一导电孔113与第二导电孔114非相邻配置的设计下，本实施例也不限定电性路径P的延伸方式。
请参照图2，其绘示依照本发明另一实施例的半导体结构的局部剖视图。半导体结构200的第一导电孔113及第二导电孔114皆形成于第二载体112中，其中第一导电孔 113及第二导电孔114从第二基板1121的第二面112b贯穿至第一面112u，使第一导电孔 113及第二导电孔114可连接于第二导电膜1122。本实施例中，第一导电孔113及第二导电孔114的位置可对应于第二导电膜1122的单个第三子导电膜1122”，然此非用以限制本发明实施例。
请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的半导体结构的分解图。半导体结构 300包括光电池110及半导体元件120。光电池110电性连接于半导体元件120。
本实施例中，设于第一基板1111上的第一电极1151与第二电极1152沿电性路径 P交错排列，如，第一电极1151 —第二电极1152 —第一电极1151 —第二电极1152...依此交错原则排列。对应地，设于第二基板1121上的第一电极1151与第二电极1152沿此电性路径P交错排列，如，第一电极1151 —第二电极1152 —第一电极1151 —第二电极 1152...依此交错原则排列，如此丨来，使得设于第一基板1111上的第一电极1151与设于第二基板1121上的第二电极1152相对应及/或设于第一基板1111上的第二电极1152与设于第二基板1121上的第一电极1151相对应。
本实施例中，第一导电膜1112包括多个第二子导电膜1112”，此些第二子导电膜 1112 ”沿电性路径P排列，此些第二子导电膜1112 ”沿电性路径P排列。另一实施例中，虽然图未绘示，第一导电膜1112可包括至少一第一子导电膜1112’及至少一第二子导电膜 1112”，其可沿电性路径P排列，其中第一子导电膜1112’上设有单个第一电极1151或单个第二电极1152，而第二子导电膜1112”上同时设有单个第一电极1151及单个第二电极 1152。
第二导电膜1122包括至少一第三子导电膜1122’及至少一第四子导电膜1122”， 其沿电性路径P排列。当第一载体111与第二载体112对接后，此些电池单元115通过第一导电膜1112及第二导电膜1122进行串联，使光电池110的输出电压提高。
单个第一子导电膜1112’及单个第二子导电膜1112”各包括一延伸部1113，第一导电孔113及第二导电孔114分别对应此二延伸部1113配置，使第一导电孔113与第二导电孔114的间距更接近。也就是说，通过延伸部1113的设计，可拉远或拉近第一导电孔113 及第二导电孔114的间距。另一实施例中，亦可省略第一子导电膜1112’与第二子导电膜 1112”中至少一者的延伸部1113。
以下说明依照本发明一实施例的半导体结构的制造方法。
首先，形成数个第一电极1151的一些与数个第二电极1152的一些于第一载体111 上。其中，光敏染料1153形成于该些第一电极1151中。
然后，形成此些第一电极1151的另一些与此些第二电极1152的另一些于第二载体112上。
然后，形成数个隔离件IlM于第一载体111与第二载体112之一上，其中各隔离件IlM围绕对应的第一电极1151或第二电极1152。
然后，填充电解液1155于各隔离件1154内。
然后，对接第一载体111与第二载体112，其中各第一电极1151与对应的第二电极 1152相对配置，且隔离件IlM隔离第一载体111与第二载体112。
然后，形成第一导电孔113及第二导电孔114于第一载体111中。
然后，设置半导体元件120连接于第一导电孔113及第二导电孔114。
本发明上述实施例所揭露的半导体结构及其制造方法，半导体结构的光电池与半导体元件之间的距离短，可有效降低阻抗值。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种半导体结构，包括 一光电池，包括相对配置的一第一载体与一第二载体；一第一导电孔及一第二导电孔，形成于该第一载体与该第二载体之一中；及多个电池单元，形成于该第一载体与该第二载体之间；以及一半导体元件，通过该第一导电孔及该第二导电孔电性连接于该些电池单元。
2.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第一载体与该第二载体之一包括 一基板，具有相对的一第一面与一第二面；以及一导电膜，形成于该基板的该第一面上；其中，该第一导电孔及该第二导电孔从该基板的该第二面贯穿至该第一面，以电性连接于该导电膜。
3.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第一导电孔与该第二导电孔相邻配置。
4.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第一导电孔与该第二导电孔的位置分别对应于相邻的二该电池单元。
5.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第一载体及该第二载体之一包括至少二子导电膜，该第一导电孔及该第二导电孔的位置分别对应于该至少二子导电膜。
6.如权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，该至少二子导电膜中至少一者各具有一延伸部，且该第一导电孔与第二导电孔之一的位置对应于该延伸部。
7.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，该第一导电孔沿一电性路径电性连接于该第二导电孔，其中该电性路径呈环状。
8.如权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，该电性路径呈矩形。
9.如权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，各该电池单元包括相对配置的一第一电极与一第二电极，其中该第一电极形成于该第一载体与该第二载体之一上，而该第二电极形成于该第一载体与该第二载体之另一上； 一光敏染料，形成于该第一电极中；一隔离件，隔离该第一载体与该第二载体，且围绕相对应的该第一电极与该第二电极;以及一电解液，填充于该隔离件内。
10.一种半导体结构的制造方法，包括形成多个第一电极与多个第二电极于一第一载体及一第二载体上，其中，一光敏染料形成于该些第一电极中；形成多个隔离件于该第一载体与该第二载体之间，其中各该隔离件围绕对应的该第一电极或对应的该第二电极；填充一电解液于各该隔离件内；对接该第一载体与该第二载体，其中各该第一电极与对应的该第二电极相对配置，且该些隔离件隔离该第一载体与该第二载体；形成一第一导电孔及一第二导电孔于该第一载体与该第二载体之一中；以及设置一半导体元件电性连接于该第一导电孔及该第二导电孔。
全文摘要
一种具有光电池的半导体结构及其制造方法。半导体结构包括光电池及半导体元件。光电池包括相对配置的第一载体与第二载体、第一导电孔、第二导电孔及数个电池单元。第一导电孔及第二导电孔形成于第一载体与第二载体之一中。电池单元形成于第一载体与第二载体之间。半导体元件通过第一导电孔及第二导电孔电性连接于电池单元。
文档编号H01G9/26GK102544377SQ201210044048
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者杨俊洋 申请人:日月光半导体制造股份有限公司