CN105304654A - 一种阵列基板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列基板及其制作方法，该阵列基板包括：基底；太阳能电池，设置于该基底上；绝缘层，设置于太阳能电池上；阵列电路，设置于绝缘层上，其中，太阳能电池与阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层对应且图案相同。本发明通过在阵列基板上设置太阳能电池，可以回收背光能源，提高背光源利用率，降低面板功耗。

Description

一种阵列基板及其制作方法

技术领域

本发明涉及液晶显示面板制作技术领域，具体地说，涉及一种阵列基板及其制作方法。

背景技术

在薄膜场效应晶体管液晶显示器TFT-LCD的工作过程中，背光源发出的光线的入射强度经两层偏光片及夹在其中的液晶调整形成灰阶，光线的颜色经彩色滤光片调整形成色彩，从而完成逼真的画面显示。

然而，在实际情况中，由于TFT阵列中像素的开口率、材料(如偏光片及液晶等)的透过率的影响，背光源发出的光线中最终透过面板的部分只有实际产生的10％左右，导致能源浪费很大。因此，提高背光源光线利用率成为降低显示面板能耗的一个重要研究方向。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种阵列基板及其制作方法，通过设置在阵列基板上的太阳能电池回收背光能源，提高背光源利用率，降低面板功耗。

根据本发明的一个方面，提供了一种阵列基板，包括：

基底，

太阳能电池，设置于所述基底上；

绝缘层，设置于所述太阳能电池上；

阵列电路，设置于所述绝缘层上，

其中，所述太阳能电池与所述阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层对应且图案相同。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能电池包括：

第一导电层，设置于所述基底上；

半导体层，设置于所述第一导电层上，包括上下重叠设置的P型半导体、本征半导体和N型半导体；

第二导电层，设置于所述半导体层上。

根据本发明的一个实施例，所述半导体层的P型半导体作为迎光面。

根据本发明的一个实施例，所述第一导电层的材料功函数大于所述第二导电层的材料功函数。

根据本发明的一个实施例，所述第一导电层为透明导电ITO薄膜。

根据本发明的一个实施例，所述第二导电层为金属。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于制作阵列基板的方法，包括：

在基底上形成太阳能电池材料层；

在所述太阳能电池材料层上涂覆光阻材料，并基于与阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层图案对太阳能电池材料层进行处理，来形成太阳能电池；

在所述太阳层电池及裸露的基底上沉积绝缘材料形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成阵列电路。

根据本发明的一个实施例，形成太阳能电池材料层的步骤进一步包括：

在基底上沉积第一层导电材料以形成第一导电层；

在所述第一导电层上依次沉积成膜以形成P型半导体、本征半导体和N型半导体以形成半导体层；

在所述半导体层上沉积第二层导电材料以形成第二导电层，其中，所述P型半导体作为所述半导体层的迎光面，并且所述第一导电层的材料功函数大于所述第二导电层的材料功函数。

根据本发明的一个实施例，所述第一导电层采用透明导电ITO薄膜材料制成。

根据本发明的一个实施例，所述第二导电层采用金属材料制成。

本发明的有益效果：

本发明通过在阵列基板上设置太阳能电池，可以回收背光能源，提高背光源利用率，降低面板功耗。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明的一个实施例的阵列基板结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的太阳能电池的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的制作阵列基板的工艺流程图；

图4a是对应图3中步骤S110的产品结构示意图；

图4b是对应图3中步骤S120的产品结构示意图；以及

图4c是对应图3中步骤S130的产品结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为提高液晶显示器上的背光源光线的利用率，可以利用光生伏特效应将未被利用的背光源光能转换为电能储存起来。现有技术中，通常是在阵列基板的某些位置设置太阳能电池来将背光源的光能转换为电能。

太阳能电池又称光电池，是一种利用半导体光生伏特效应将光能转换为电能的器件。在多种不同结构/不同活性层材料的太阳能电池中，硅太阳能电池又是发展最为成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳能电池又包括晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。其中，非晶硅太阳能电池采用非晶硅半导体材料制成，具有较高的光吸收系数、较低的制成难度等优势，因而获得了广泛应用，本发明以非晶硅太阳能为例进行说明。

由于对硅进行掺杂可以改变硅的特性，例如，在硅中掺入磷原子，会形成N型半导体(具有较多电子的半导体)；掺入硼原子，会形成P型半导体(具有较多空穴的半导体)。当N型半导体和P型半导体接触时，会在两者的界面形成内建电场，阻止过多的电子/空穴进一步扩散。然而，当半导体经光照射后，光子的能量被半导体吸收，会产生更多的电子与空穴，则在半导体内部形成电势差。当外电路有负载时，半导体内部会形成电流。这样，就将光能转换为电能，将该电能储存起来，就可以实现光能回收。

因此，本发明提供了一种设置有太阳能电池的阵列基板，用于实现背光源未被利用光能的回收，降低基板的功耗。如图1所示为根据本发明的一个实施例的阵列基板结构示意图，以下参考图1来对本发明进行详细说明。

该阵列基板包括基底11、太阳能电池21、绝缘层31及阵列电路41。太阳层21电池设置于基底11上，绝缘层31设置于太阳能电池21上，阵列电路41设置于绝缘层31上。其中，太阳能电池21与阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层对应且图案相同。也就是说，在位置上，太阳能电池与彩色滤光片上的黑色矩阵层对应；在形状上，太阳能电池与彩色滤光片上的黑色矩阵层的图案相同。

在阵列基板工作时，如没有太阳能电池，背光源发出的光经基底和阵列基板到达彩色滤光片，并通过彩色滤光片上的彩色层透射出去。但是，由于彩色滤光片上的黑色矩阵不透光，背光源发出的光不能透过黑色矩阵透射出去，这部分能量就浪费掉了。

本发明中的阵列基板工作时，背光源发出的光线透过基底11，一部分照射到太阳能电池21，另一部分通过太阳能电池21之间的间隙和绝缘层31到达阵列电路41。由于太阳能电池21与彩色滤光片上的黑色矩阵层对应，则原来应该照射到黑色矩阵上的光线被太阳能电池吸收，并将这些光能转换为电能储存下来，就可以减少由于黑色矩阵遮光导致的能量浪费。另外，由于太阳能电池21与-黑色矩阵图案相同，这样的太阳能电池不会降低显示面板的开口率，还可以最大限度的将黑色矩阵遮掉的光线以电能形式回收。

在本发明的一个实施例中，该太阳能电池21包括设置于基底11上的第一导电层211、设置于该第一导电层211上的半导体层和设置于该半导体层上的第二半导体层215，其中，该半导体层包括上下重叠设置的P型半导体212、本征半导体213和N型半导体214，即该太阳能电池21为PIN结构。

一般来说，半导体材料形成PN结构便形成了基本的太阳能电池。然而，在非晶硅型太阳能电池中，由于载流子的短寿命和低迁移率，使光生载流子的扩散长度低于电池的厚度。也就是说，光生载流子来不及扩散到电极便因复合而湮灭。

为了提高电池的效率，在P型与N型半导体中间引入一层本征层(未掺杂的半导体)形成PIN结构的太阳能电池，其中的I表示本征层。本征层主要完成光线的吸收以及载流子的产生。由于本征层缺陷远小于掺杂层半导体(即P型与N型半导体)，此层产生的载流子具有较长的寿命，减少了光生载流子的复合。随后，本征层产生的载流子在P型及N型半导体产生的强电场作用下迅速被正负电极收集。这样的设计中，P区与N区不在肩负载流子产生的任务，更多的是负责提供内建电场与传输通道，所以厚度可以做得较薄。

如图2所示为根据本发明的一个实施例的太阳能电池的结构示意图。太阳能电池21包括第一导电层211、第二导电层215及两者之间的半导体层，该半导体层由P型半导体212、本征半导体213和N型半导体214三层重叠设置而成。

在本发明的一个实施例中，半导体层的P型半导体212作为迎光面，即将半导体的P区作为受光面来采集背光源发出的光线。这是因为对于非晶硅半导体，电子的迁移率要比空穴迁移率大两个数量级左右。相应的，电子也具有更长的扩散距离。虽然在PIN结构中，P区与N区的主要作用为产生电场，不过如果将P区作为受光层，可以更好的收集空穴，否则空穴很容易复合，会降低光生电流。

该太阳能电池中第一导电层211和第二导电层215用作该电池的电极，用于收集产生的光生电流，因此，第一导电层211与P型半导体接触，第二导电层215与N型半导体接触。如果导电层与对应的半导体接触面能级不匹配，在接触过程中往往产生较大的能垒。导电层与半导体的功函接触对电流的传输效果有很重要的影响。对于N型半导体，其内部的自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。因此，对于N型半导体，选择功函数小的材料制成。而对于P型半导体，其内部的自由电子为少数载流子，空穴为多数载流子，因此选择功函数大的材料制成。

另外，由于半导体层中的P型半导体212为迎光面，而光线需要经过第一导电层211到达P型半导体212，所以，在本发明的一个实施例中，第一导电层211为透明导电ITO薄膜(氧化铟锡)。ITO薄膜充分透光，其功函数约为4.8-5.0左右，适宜与P型半导体接触，作为电池的正极。

在本发明的一个实施例中，第二导电层215为金属。如铝(功函4.26)，铜(功函4.65)等适宜于N型半导体接触，与ITO薄膜配合，适合作为电池负极。另外，第二导电层215采用金属，使透过活性层的光再次反射进活性层，增加吸收概率。

综上所述，本发明采用ITO/P-Si/i-Si/N-Si/低功函金属结构的太阳能电池，利用ITO与低功函金属分别于P型和N型半导体层接触，降低接触势垒。利用本征层吸光，减小了光生载流子的复合。利用P型半导体作为迎光面，减少了空穴的损失。在电极的选择上，迎光面的电极使用透明电极，充分透光，背光面的电极使用金属电极，使透过活性层的光再次反射进活性层，增加吸收概率。本发明是在充分考虑太阳能电池的工作原理基础上提出的一种能量回收方法，更有利于吸收背光能源，降低面板功耗。

如图1所示，在该太阳能电池的上还设置有绝缘层31，该绝缘层31用于将太阳能电池21与其后形成的阵列电路41进行绝缘隔离。

如图1所示，阵列电路41包括第一金属层411、金属绝缘层412、活性层413、第二金属层414和保护层415。其中，第一金属层411设置于绝缘层31上，该金属层用于形成栅极及存储电容。金属绝缘层412设置在第一金属层411上，用于将第一金属层411与其后形成的其他层进行绝缘隔离。活性层413对应第一金属层411上的栅极，设置在金属绝缘层412上，用于形成薄膜晶体管TFT的导电沟道。第二金属层414设置在活性层413及裸露的金属绝缘层412，用以形成薄膜晶体管TFT的源漏极。最后，在第二金属层414和导电沟道上设置一保护层，用以对其覆盖的其他层进行保护。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于制作以上阵列基板的方法。如图3所示为该制作方法的工艺流程图，图4a-4c为各工艺步骤对应的产品示意图。以下参考图3和图4a-4c来对该制作方法进行详细说明。

首先，在步骤S110中，在基底上形成太阳能电池材料层，如图4a所示。具体的，在该步骤中，先在玻璃基底11上沉积第一层导电材料，形成第一导电层211。接下来，在第一导电层上沉积半导体材料形成半导体层。此处，该半导体层包括上下重叠设置的P型半导体212、本征半导体213和N型半导体214，其中P型半导体作为受光面。形成时，在第一导电层上依次沉积成膜形成P型半导体、本征半导体和N型半导体。最后，在该半导体层上沉积第二层导电材料形成第二导电层。

由于，P型半导体作为受光面，则与其接触的第一导电层采用ITO薄膜材料制成，而N型半导体采用比ITO薄膜材料功函数小的金属材料，可以使得透过半导体层的光再次反射进半导体层，增加吸收概率。

接下来，在步骤S120中，在太阳能电池材料层上涂覆光阻材料，并基于与阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层图案对太阳能电池材料层进行处理，来形成太阳能电池21，如图4b所示。

具体的，首先在太阳能电池材料层上涂覆光阻材料，形成光阻材料层21’。接下来，采用与与阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层图案对应的掩膜板对太阳能电池材料层进行曝光处理，之后再经显影、蚀刻，完成太阳能电池图案化。由此形成的太阳能电池图案与黑色矩阵层的图案相同，形成的太阳能电池各层如图2所示。

接下来，在步骤S130中，在太阳层电池及裸露的基底上沉积绝缘材料形成绝缘层，用作保护层，如图4c所示。

最后，在步骤S140中，在绝缘层上形成阵列电路41，最终的阵列基板如图1所示。在该步骤中，该阵列电路采用现有的TFT制作工艺形成，此处不加详述。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种阵列基板，包括：

基底，

太阳能电池，设置于所述基底上；

绝缘层，设置于所述太阳能电池上；

阵列电路，设置于所述绝缘层上，

其中，所述太阳能电池与所述阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层对应且图案相同。

2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述太阳能电池包括：

第一导电层，设置于所述基底上；

半导体层，设置于所述第一导电层上，包括上下重叠设置的P型半导体、本征半导体和N型半导体；

第二导电层，设置于所述半导体层上。

3.根据权利要求2所述的阵列基板，其特征在于，所述半导体层的P型半导体作为迎光面。

4.根据权利要求2或3所述的阵列基板，其特征在于，所述第一导电层的材料功函数大于所述第二导电层的材料功函数。

5.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述第一导电层为透明导电ITO薄膜。

6.根据权利要求5所述的阵列基板，其特征在于，所述第二导电层为金属。

7.一种用于制作阵列基板的方法，包括：

在基底上形成太阳能电池材料层；

在所述太阳能电池材料层上涂覆光阻材料，并基于与阵列基板对应的彩色滤光片上的黑色矩阵层图案对太阳能电池材料层进行处理，来形成太阳能电池；

在所述太阳层电池及裸露的基底上沉积绝缘材料形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成阵列电路。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，形成太阳能电池材料层的步骤进一步包括：

在基底上沉积第一层导电材料以形成第一导电层；

在所述第一导电层上依次沉积成膜以形成P型半导体、本征半导体和N型半导体以形成半导体层；

在所述半导体层上沉积第二层导电材料以形成第二导电层，其中，所述P型半导体作为所述半导体层的迎光面，并且所述第一导电层的材料功函数大于所述第二导电层的材料功函数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一导电层采用透明导电ITO薄膜材料制成。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二导电层采用金属材料制成。