TWI520369B - 光敏裝置的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種裝備有集光系統(light concentration system)之光敏裝置之領域。
採用例如光偵測器、發光二極體或者光伏裝置等光電子裝置的技術利用集光系統，可受益於使用較少的材料以實現光活化部(photoactive portions)。
與沒有這種系統的裝置相比，採用集光系統的裝置需要較少的半導體材料以產生既定的電力或者照明一既定區域。光伏電池的例子中，集光系統的使用允許使用具有高轉換效率的低成本吸光材料。
難以實現光敏裝置上的集光的光學系統的對準。一般而言，這種對準涉及到影像方法，例如照相機控制等高價的方法。
通常，逐個單元地實現光敏單元(photosensitive cell)上光學系統的對準。這種順序對準方法涉及準確的機器人，這種機器人通常還用於在主基板上定位單元。這種技術的缺點在於價格昂貴，以及隨著單元與透鏡的個數增加而實施時間過長。
一些製造商提出一種預先光刻步驟，以便於對準這些「二級」光學系統，以接觸這些單元上上的光敏單元。二級光學系統一般為透
鏡，被放置於光敏單元上方以及用於與較大的「一級」透鏡組合。一級透鏡位於單元上方，處於實質上與其焦距對應的距離。這種方法的缺點在於考慮到光敏單元的幾何性需要本質對齊，從而在合適的位置定義光刻圖案。
因此，業界需要發展一種方法，可簡化光敏裝置上集光系統的對準步驟。
為此，本發明提出一種方法，提供了光敏電池上方的集光系統的自對準方法。
本發明特別提出一種光敏裝置的製造方法，包含：第一步驟為在基板上準備光敏的至少第一部分。光敏的第一部分在特定的波長範圍內活化。第二非活化部分圍繞第一光敏部分。
然後，透過電化學製程，覆蓋與基板相對的第一部分的上表面的材料被選擇性地排列於第一活化部分直接上方的親水層中，而第二部分在基板相對的上表面上包含疏水材料。
此方法更包含以下步驟：在第一與第二部分的整個上表面上方噴塗液體溶液，此液體溶液包含的材料在第一部分活化的波長範圍內透明，以及在第一部分上方形成包含透明材料的會聚透鏡。
因此，這種方法包含第一步驟，用親水材料覆蓋光敏部分的上表面，而圍繞的非活化部分具有疏水的上表面。這種第一活化部分與第二非活化部分間選擇性劃分的親水表面與疏水表面之間的對比，允許第二步驟中沈積的液體溶液形成滴狀物，形成於親水表面上方較佳以及因此
位於光敏部分上方。術語「噴塗」可被廣義理解，可包含施加液體溶液的複數個方法，例如浸漬、霧化或旋轉塗佈。因此，形成的滴狀物形成集光系統尤其為會聚透鏡。因此，光敏部分上方的光學系統的對準為直接的。因此，這種方法消除了對昂貴的對準裝置以及每次一個的透鏡定位裝置的需求。
本發明的另一優點在於，表面的疏水與親水體制不需要任何的對準或蝕刻步驟。第一部分的上表面可選擇性地呈現或多或少的親水性。術語「選擇性地」呈現或多或少的親水性意味著在實施電化學製程時不使用遮罩，允許獲得位於第一活化部分直接上方的親水層。由於第一活化部分的導電特性相比第二電本質部分，製造這種親水層的選擇本質成為可能。
電化學製程的變種可考慮到將覆蓋第一部分的材料排列到親水層內。例如，由於這些第一部分的導電本質，這種親水層可透過選擇地在第一活化部分上完成電沈積被獲得。作為另一種方法，還可沈積一種初始為疏水性的材料以覆蓋第一與第二部分，以及透過對於第一活化部分施加電壓(electrical tension)實施處理。這種處理使得僅僅第一活化部分直接上方的材料選擇性地親水。
優勢在於，親水材料選擇性地沈積於第一活化部分與基板相對的上表面上。沈積的優點在於允許在第一或第二部分上方選擇性地定位。例如，當第一活化部分為導電時，親水材料可選擇性地電沈積於第一活化部分與基板相對的上表面上。
第一部分與基板相對的上表面還可在處理後呈現親水性。
確實，優點在於能夠調整第一活化部分上沈積的材料的親水特性，從而將其親水性與第二非活化部分的親水性區別開來。或者，對於其中第一與第二部分的上表面被覆蓋相同材料以及經過例如電處理的實施例中，這種修正沈積材料的親水特性的可能性允許選擇性地令僅僅第一活化部分直接上方的區域呈現親水性。
本文中術語親水指在表面上形成液體膜的能力，其中接觸角例如小於90°。這種特性並非限制於特定類型的液體。類似地，本文中術語疏水指表面上形成液體膜的能力，其中接觸角例如大於90°。
這種方法包含在第一部分中與基板相對的上表面上沈積具有親水特性的材料較佳。
沈積的材料的親水特性依照其廣義範圍被解釋，即沈積的材料可為固有的親水或者可透過處理而呈現親水。類似地，可調整沈積材料的親水性。
另一實施例中，第一部分與基板相對的上表面可在處理後呈現親水性。
例如，可在第一與第二部分的上表面上沈積相同的材料，然後施加電化學處理，僅僅第一活化部分直接上方的材料選擇性地呈現親水性。
實際上，多種材料可用於覆蓋第一光敏部分的上表面。
使用寬間隙氧化物比如氧化鋅、摻雜的氧化鋅或氧化鈦尤其較佳。這些材料特別適合本發明的方法，對於光敏區域上這些氧化物的選擇性沈積，存在快速且廉價的製程。例如，專利FR 2934611揭露了一種
在光伏電池的吸收劑的上表面上選擇性電沈積氧化鋅的方法，這些吸收劑在照明時導電。然後，優點在於第二非活化部分的上表面為電絕緣體。
寬間隙氧化物的優點在於，在其上表面上噴塗液體溶液以前，透過暴露給紫外線輻射而經歷處理步驟。被塗佈寬間隙氧化物的第一活化部分的上表面的暴露增加了寬間隙氧化物的上表面的親水性。這個步驟準備上表面以接收液體溶液，從而在親水材料上形成滴狀物。注意到暴露給紫外線輻射的這種處理也不需要使用遮罩。圍繞親水材料的疏水區域的親水性不受暴露給紫外線輻射的影響。
在噴塗液體溶液的步驟之前，還可透過施加電位，因此藉由通過的電流完成第一活化部分的上表面的處理步驟。這種處理包含施加電位，選擇性地增加了第一活化部分直接上方的材料的親水性。這種處理利用了覆蓋第一活化部分的材料的至少局部導電的特性。
因此，這兩種電磁處理允許選擇性地增加第一活化部分直接上方的材料的親水性。
或者，可使用第一活化部分的上表面上的至少一個抗反射層的沈積。抗反射層可由氧化物的多層堆疊組成。一個抗反射層或多個抗反射層的使用降低了被反射到集光系統上的入射光線的比例，由此增加了第一活化部分所接收的光線量。排列這層或者這些層從而選擇性地被沈積於第一活化部分的上表面上，以及具有親水的暴露的上表面。
第一部分與第二部分直接上方的暴露上表面上沈積的液體溶液可選自複數個液體溶液。
液體溶液包含硬化材料例如單體較佳。
例如，可包含光敏樹脂，光敏樹脂在可見光譜透明且具有高折射率。這種光敏樹脂的例子為光阻SU8或光阻AZ®40XT。可具有將液體溶液硬化的步驟，以在第一部分上方形成會聚透鏡。這涉及將第一部分的上表面進行熱處理或者暴露給紫外線輻射而加以硬化，其中第一部分包含液體溶液的滴狀物。在第一與第二部分的暴露上表面上噴塗液體溶液的步驟後出現此硬化步驟。這種硬化將第一部分上方的透鏡的形狀固化，以及確保第一活化部分上方的透鏡與親水上表面之間的永久接觸。因為特定固化製程的本質影響形狀，硬化步驟還可為定義透鏡的形狀提供額外的自由度。例如，這就是熱退化的情況。
第一光敏部分需要出現電接觸。例如，這些接觸可被沈積於在基板上形成第一與第二部分的第一步驟與噴塗步驟之間。通常這些接觸為與第一部分接觸的親水金屬層的形式。或者，在形成第一與第二部分的第一步驟期間完成金屬接觸的沈積。
出現這些親水電接觸的額外優點在於它們在第一光敏部分的噴塗步驟以後形成的滴狀物的表面延伸。實際上可使用電接觸以增加第一部分上方形成的透鏡的大小。然後，這種方法製造的集光裝置所收集的光線數量足以用於作為一級光學系統形成的透鏡。這簡化了包含這種光敏電池的面板的製造方法。
本發明的方法可具有多種應用。
特別可應用到光伏電池的情況，其中第一活化部分為光敏電池的光吸收劑。
第二非活化部分為電絕緣體較佳。聚合物膜的電絕緣體具
有疏水表面的優點。其他材料比如稀土陶瓷或者稀土氧化物也考慮為疏水的電絕緣體。
一旦於光敏電池上方形成透鏡，則透過將一種材料沈積一個塗層而將其加厚，此材料在光敏電池為活化的波長範圍內為透明。
此塗層用作間隔物，從而增加光線收集表面。間隔物還增加了透鏡的上表面與依照透鏡直接排列的光敏電池之間的距離。這允許將光敏電池上透鏡的焦點的位置最佳化。
這種方法還可用於工業規模上，以製造包含複數個活化部分的集光裝置。然後，第一步驟包含在基板上準備第一部分的陣列，第一部分在一個波長範圍內活化，且透過第二非活化部分彼此分離。
活化部分的陣列的建立係利用使用較少的原料的製程被完成。特別地，在第一步驟期間，於包含第二部分的基板上完成第一部分的選擇性沈積較佳。或者，首先在基板上沈積第一活化部分，然後沈積第二部分。
本發明的方法允許生產集光的光電裝置，其中透鏡排列於光敏區域上方，比本領域技術人員的已知技術所獲得裝置具有更好的準確度。
因此，本發明還提供一種光敏裝置，包含位於基板上的：至少第一光敏部分，在一個波長範圍內活化，第二非活化部分，圍繞第一部分。
光敏裝置具有區別特徵，此特徵在於第一部分包含一種材料，此材料透過電化學製程在與基板相對的上表面上選擇性地排列到第一
活化部分直接上方的親水層內，而第二部分與基板相對的上表面包含疏水材料。
此外，在親水材料的上表面上形成會聚透鏡，會聚透鏡的光軸與基板垂直，與第一部分的幾何中心對準。光軸與第一部分的幾何中心的偏差可小於1奈米。
透鏡的光軸於第一光敏部分的幾何中心間的微小偏差可小於涉及照相機與準確機器人的對準技術所保證的偏差。準確機器人可準確地以大約100奈米的間隔定位透鏡。本發明的方法允許對準透鏡與光敏部分，其中透鏡的光軸與光敏部分的幾何中心間的偏差小於1奈米。因此，當透鏡的尺寸較小例如測微級別時，這種方法製造的裝置尤其有效。
上述方法製造的裝置為直徑小於100微米的實質圓形透鏡提供了特別具有優勢的光學品質。對於這種透鏡尺寸，透鏡的光軸相對光敏部分的幾何中心的偏差可導致光行差，降低光敏部分上集光的品質。
1‧‧‧第一部分
2‧‧‧第二部分
3‧‧‧基板
4‧‧‧透鏡
5‧‧‧金屬接觸
6‧‧‧間隔物
7‧‧‧後接觸
8‧‧‧親水材料
14‧‧‧透鏡
104‧‧‧一級光學系統
第1圖為本發明之方法可獲得的裝置的例子。
第2a圖、第2b圖以及第2c圖為本發明第一實施例之裝備有透鏡且被非活化部分圍繞的活化光敏部分的製造方法的步驟。
第3圖為本發明第二實施例的方法所獲得的裝置。
第4a圖、第4b圖以及第4c圖為本發明第三實施例之裝備有透鏡且被非活化部分圍繞的活化光敏部分的製造方法的步驟。
第5a圖以及第5b圖為本發明第四實施例之裝備有透鏡且被非活化部分
圍繞的活化光敏部分的製造方法的步驟。
第6a圖以及第6b圖為本發明第五實施例之裝備有透鏡且被非活化部分圍繞的活化光敏部分的製造方法的步驟。
第7圖為本發明第六實施例之裝備有透鏡且被非活化部分圍繞的活化光敏部分的製造方法的步驟。
如第1圖所示，本發明的目的主要關於具有集光作用的光敏系統的製造。舉例來說，這種系統為例如藉由金屬接觸5電連接的光伏電池的裝置的陣列。光伏電池被設計為小型，可降低生產成本且允許使用提供高能量效率的材料。這些光敏電池被裝備於具有透鏡4的上表面上，形成「二級」光學系統。這些透鏡上方，一級光學系統104在透鏡4上聚集光線。這些一級光學系統用於搜集由於其較寬的表面區域所導致的大量光線，以及將這些光線聚集在光伏電池上。二級光學系統位於一級光學系統104的下方，允許增加雙層透鏡系統的接受角，意味著光伏電池可收集以非常態入射角到達一級光學系統104的更多光線。因此，一級光學系統104的透鏡收集更多的光線，此系統還透過二級光學系統收集與第一透鏡平面不垂直的更多光線。本發明的方法極大地有助於在光敏電池上方對準二級光學系統，即透鏡4。
首先，請參考第2a圖、第2b圖與第2c圖，圖中表示光電裝置尤其是光敏裝置的製造方法的步驟。如第2a圖所示，這種方法包含首先在基板3上製造由第二部分2所圍繞的第一部分1。第一部分1在既定波長範圍內活化。術語「活化(active)」被理解為第一部分1表現出可辨的光
敏性或發射光譜(emission spectrum)。例如，這種可辨的光敏性或者發射光譜處於吸收峰或發射峰的形式。用於產生這些第一部分1與第二部分2的技術係為本領域之技術人員眾所周知的由下而上的方法，比如透過遮罩而進行的電沈積法(electro-deposition)、列印法或者共蒸發法(co-evaporation)。與基板接觸的第一部分1與第二部分2的表面被稱為下表面。與此表面相對的表面被稱為上表面。
如第2b圖所示，第一部分1的上表面裝備有親水材料8的層。這種層選擇性地被沈積於第一部分1的上表面上，而未接觸第二部分2。
本文使用的術語「親水」係指形成具有高濕潤性的表面的能力。更特別地，在以下描述中，當在上表面上沈積液體，且伴隨有形成接觸角例如小於90°的一滴液體時，則這種材料被認為是親水的。接觸角被定義為表面與空氣/液體/固定介面處的這滴液體的切線之間的角度。術語「親水的」並非限制於可濕表面與特定類型液體的相關特性，並且還可用於描繪意圖接受水溶液、油或任意其他黏性液體之材料。
本文使用的術語「疏水的」用於描述比本文稱為親水的(hydrophilic)材料能夠形成較低可濕性表面的材料。特別地，如果一種材料的上表面上沈積的液體膜的接觸角例如大於90°，則這種材料被認為疏水。
親水材料8的層可被補充為若干層的堆疊，暴露的上表面具有親水特性。例如，這種特定實施例涉及抗反射塗層的情況，其中抗反射塗層包含複數個層具有不同折射率的材料。在包含製造光伏電池或光偵測器的方法的特定情況下，應該在沈積這種堆疊層之前建立第一活化部分的電連接。確實，抗反射層經常形成於電絕緣材料的薄膜的表面上。無須
沈積一個或多個額外的層，親水材料的層也可具有抗反射特性。
還應該注意到第一部分1的形狀並非必須為圓形。例如，可製造具有拉長或矩形形狀的第一部分1。第一部分1的表面上沈積的親水層的優點在於遵循第一部分1的幾何特性。
由寬能隙氧化物中選擇的材料製造親水層較佳。這些材料已知其親水性為處於紫外線照明下。特別地，氧化鋅(ZnO)、可能摻雜的氧化鋅或氧化鈦(TiO2)與氧化銦錫(ITO)均為可能的材料，因為這些材料具有容易沈積的優點。法國專利2934611中揭露了在Cu(In,Ga)Se2單元上沈積氧化鋅的電沈積方法。利用此專利的教示，在光伏電池形式的第一部分1上然後完成例如氧化鋅的寬能隙氧化物的沈積特別具有優勢。緣於被照明時光伏電池的吸收劑(absorber)的導電本質，第一部分1上氧化鋅的電沈積為選擇性且自對準。本領域技術人員眾所周知的用於改變這些氧化物的粗糙度的許多方法，可調整其親水性。例如，用例如鹽酸的水溶液的酸性溶液蝕刻，可增加這些表面氧化物的粗糙度。
透過應用法國專利2,934,611的教示，在第一活化部分上選擇性地沈積寬能隙氧化物例如氧化鋅，為了受益，使用電絕緣體的第二非活化部分特別具有優勢。
當構成親水層的材料選擇使用寬能隙的氧化物例如氧化鋅時，將親水層的上表面暴露給紫外線輻射，提供這個步驟較佳。這個步驟增加了親水層的上表面的親水性。本文中親水性的增加對應於親水層的上表面上沈積的一滴液體的接觸角的降低。
選擇用於形成親水層的材料則需要考慮層的光學特性較
佳。在第一部分1為活化的波長範圍相同的波長範圍內，親水層為透明較佳。
上述步驟產生的裝置的全部上表面具有以下特徵：在波長範圍內為活化的第一部分1的直接上方的暴露表面為親水的，而第二非活化部分的直接上方的暴露表面為疏水的。
第二非活化部分直接上方的暴露表面的疏水性為用於製造第二非活化部分的材料的本質特性。例如，在第一部分1為光伏電池的特定應用中，第二非活化部分為自然擁有疏水特性的電絕緣體較佳。例如，可從耐熱材料或聚合物中加以選擇。
從光敏樹脂(光阻)例如SU8或者四氟乙烯(tetrafluoroethylene)衍生的化合物中選擇絕緣的疏水聚合物膜。當製造第一部分1時，材料適合在退火(annealing)期間可達到的高溫尤其有利。從稀土陶瓷或者用於密封應用的材料例如Therma Pur®中選擇這些電絕緣且耐熱的疏水材料。這些稀土陶瓷中，一些材料例如氧化鈰(CeO2)或氧化鉺(Er2O3)可透過薄膜製程被沈積。
此外，在製造第一活化部分之前可進行額外的步驟，在第二非活化部分的上表面上沈積具有疏水特性的材料層。在採用稀土陶瓷的實施例中較佳。還可使用例如傳統的無機絕緣層與稀土陶瓷的薄層的疏水層的堆疊，從而沈積較少的陶瓷。在沈積光敏部分及其退火以後以及沈積氧化鋅層以前，透過接枝(grafting)分子第二部分2的表面可呈現疏水性。矽土可用作電絕緣體以形成第二部分2，因此，聚合物例如十八烷基三氯矽烷(octadecyltrichlorosilane；OTS)或者全氟癸基三氯矽烷
(perfluorodecyltrichlorosilane；PFTS)被接枝在矽土(silica)上較佳，不會被接枝於金屬接觸5或氧化鋅上。
如第2c圖所示，這種方法包含在先前步驟中生產的裝置的全部上表面上施加液體溶液的步驟。例如，這種液體溶液可為水、包含單體的溶液、或者包含聚合物的溶液。透過噴塗或者透過霧化、浸漬(dipping)或旋塗完成這種液體溶液的沈積較佳。
親水層的上表面與第二非活化部分的上表面之間的親水性的對比加強了先前步驟中產生的裝置的全部暴露上表面上方的液體溶液的特定分佈。液體溶液不會附著到疏水表面，並且趨於流下而不會形成滴狀物，然而在親水層的上表面上保持滴狀物形式。根據親水層的上表面的特性、液體溶液及其周邊環境的特性，親水層的上表面上的滴狀物的接觸較角可變化。因此，可選擇液體溶液與沈積條件，以及依照特定方式構建層親水的上表面，從而獲得期望形狀的滴狀物。因此，形成的透鏡的曲率半徑為這種方法的可調參數，尤其允許調節透鏡的焦距。例如，根據施加液體溶液期間提供的材料數量，滴狀物可採用圓頂(dome)或者部分球面的形式。
一些應用中，透過施加電場，可為親水層的上表面上形成的滴狀物設定特定的形狀。
選擇液體溶液的優點在於，這樣可擁有與第一部分1活化的波長範圍相容的光學特性。此波長範圍內為透明較佳。
液體溶液可包含的物質中，可包含光敏樹脂例如光阻SU8，光阻SU8在紫外線輻射的條件下聚合且在可見光譜下透明。
為了固化親水層的上表面上滴狀物的形狀，可進行熱處理步驟例如加熱或者比如將光阻暴露給固化樹脂的輻射。在光阻SU8的實例中，則為紫外線輻射。
或者，在一個特定的實施例中，不要將第一部分1上沈積的滴狀物進行液固轉變(liquid-solid transition)。
可採用技術人員已知的技術，以控制這種方式形成的透鏡4的形狀與光學特性。因此，可調節液體溶液中包含的單體或聚合物的組成，從而修正其黏度。還可將透鏡4連續地浸漬若干次，從而使其變得更厚。
為了將第一活化部分上的光線集中進一步優化，如第3圖所示，結合上述裝備有光電裝置上的自對準透鏡的裝置，可使用直接位於此透鏡4上方的形成一級光學系統104的第二聚光系統。第二聚光系統例如為更大焦距的透鏡，這種第二聚光系統的對準採用技術人員已知的對準技術。這種第二聚光系統允許收集更多數量的入射光線。用於形成第一活化部分的原材料的節約伴隨有暴露給入射輻射的第一部分1的上表面的減少。因此，提供第二聚光系統從而有利於補償此缺陷。
還有在第一活化部分的直接上方構造親水表面的其他方法。這種方法包含在第一部分1與第二部分2上沈積寬帶隙的氧化物例如氧化鋅。透過濺射或者化學氣相沈積或者透過一些其他方法可實現這種沈積。在沈積氧化鋅以後或期間，例如基板被浸沒於脂肪酸(fatty acid)溶液中，以呈現整個表面疏水性。這種脂肪酸的例子為硬脂酸。然後，透過利用第一部分1的電導電本質與第二部分2的電絕緣本質，可實現親水區域的產生。透過將其放置於電解液(electrolyte)例如硫酸鉀(K2SO4)的稀溶
液(dilute solution)中，以及將陽極電流通過第一部分1，然後，第一部分1可直接被極化，直接位於第一部分1上方的氧化鋅的表面可被修正，表面上存在的脂肪酸可被通過的氧化電流破壞。在第一部分1的直接上方產生自對準的親水區域，直接位於的第二部分2上方的氧化鋅保持疏水性。
因此，所述方法可被施加到不同類型的光電裝置。例如，第一部分1可為發光半導體例如發光二極體，具有供應電流到第一部分1的電連接。這種方法特別適合寬能隙氧化物組成的表面的發光二極體，例如基於氮化銦鎵(InGaN-based)的二極體。使用上述方法製造透鏡不需要任何將該透鏡與發光二極體對準的步驟。透鏡將來自發光二極體的光線以立體角(solid angle)傳播，立體角取決於透鏡的光學特性。
另一特別有益的應用係關於光敏裝置，例如光感測器或光伏電池。使用上述方法可降低第一部分1的表面區域，由此降低生產成本，以及從第一部分1上方直接排列的聚光系統提供的能量效率的增加中受益。本發明消除了將第一活化部分上集光系統對準的昂貴步驟。
在第一部分1為光伏電池(photovoltaic cell)的特定實施例中，第一部分1為光吸收劑較佳。例如，由薄膜微電池(microcell)中使用的Cu(In,Ga)Se2合金製造第一部分1。其他材料，形成能夠在其表面上接受氧化物的局部沈積的光吸收劑的材料較佳，例如碲化鎘(CdTe)、CZTS、非晶矽或單晶矽(monocrystalline silicon)可與此方法相容。
第一部分1為光伏電池的光吸收劑的實施例可提供額外的優點。對於與薄膜微電池相關的應用來說，這種實施例允許消除在光吸收劑的頂部上沈積硫化鎘(CdS)與硫化鋅(ZnS)「緩衝」層的步驟。通常，
透過化學浴沈積(chemical bath deposition)製造這些緩衝層，化學浴沈積係為在整個基板上涉及CdS層的沈積的非選擇製程。還可保持ZnS或CdS的緩衝層以及透過電沈積(electrodepositio)選擇性地將其沈積，從而保持光伏電池外部區域的疏水特性。
透過避免沈積這些緩衝層或者透過局部沈積，使用者可節約生產成本並且保持光伏電池即第二非活化部分的外部區域的自然疏水化學本質。
此外，關於光伏應用中形成光吸收劑的第一部分1，第一部分1的周邊包含位於第二部分2的上表面的部分上的金屬電接觸，如第4a所示。這些周邊的電接觸共同用於集光光伏系統中，以最小化電阻損失。這些金屬接觸5優勢在於連接電流收集裝置。然後，在將液體溶液噴塗到親水層與第二部分2的上表面上的步驟期間，可利用這些金屬接觸的自然親水特性擴展其上分佈有液體溶液的滴狀物的表面。第4a圖、第4b圖以及第4c圖中表示了這些製程的相關步驟。
可選擇性地處理金屬接觸5以調整例如與聚合物的親水性。金屬的這種處理或功能化可透過在選擇的化學溶液例如硫醇(thiol)中浸漬而實現。這種浸漬可增加金屬的親水性或者反過來令其呈現疏水性。然後，親水層與金屬可透過它們的電化學行為的差異加以區分。因此，金屬接觸提供用於定義親水區域的自由度。
金屬接觸5的沈積可出現於製程的不同階段中。依照較佳實施例，在第二部分2中形成用於罩設第一活化部分的凹部以前，可透過在第二部分2上沈積而出現。或者，在形成第一部分1以後以及在沈積親
水材料的層以後，沈積金屬接觸5。這個實施例中，在沈積氧化鋅的層時，在金屬部分與第一活化部分之間產生有效的電接觸。
在第一部分1的生產期間，為了保護在500℃與600℃溫度之間的熱退火期間的金屬接觸5，例如用氧化物或碳化物的薄層覆蓋金屬接觸5。
如第4c圖所示，可使用周邊的金屬接觸5實質調整光伏電池吸收劑上方形成的透鏡的大小。
第4c圖所示的配置不包含間隔層，其中間隔層位於光伏電池吸收劑上方形成的透鏡的下方。透鏡收集的光線被透鏡14的光學能量集中，透鏡14的表面區域大於第一活化部分的表面區域。這種方法的優點在於允許透鏡14收集更多數量的光線，大多數光線聚焦於第一活化部分上。此外，周邊的金屬區域可用作鏡子以反射輻射，然後輻射部分地在透鏡中被反射以及聚焦於吸收劑中。這限制了不包含吸收劑的區域中的光學損失。
如第5a圖與第5b圖所示，在集光系統的形成步驟以後，可增加構造間隔物6的額外步驟。術語「間隔物」用於在集光系統與第一活化部分之間指定一個與基板垂直的距離。透過沈積塗佈層製造此間隔物6較佳，塗佈層具有恆定厚度，且均勻地覆蓋透鏡14與第二非活化部分。此間隔物6係由實質上與透鏡14具有相同折射率的材料組成較佳。間隔物6具有兩個優點：一方面，增厚了集光系統，擴大了暴露給入射輻射的區域，以及另一方面，將透鏡14將第一活化部分隔開。因此，可在第一活化部分上集中相當大量的光線，增加了系統的光效率。然而，因為微透鏡的輪廓不會保持大厚度，所以限制此間隔物6的厚度較佳。
使用薄膜光伏電池的製造方法的另一優點在於，在製造第一部分1與第二部分2期間允許額外的步驟。首先可構造基板，如第6a圖與第6b圖所示，僅僅出現非活化的第二部分2。第二部分2一般由電絕緣體形成。藉由電沈積或墨水沈積透過選擇性沈積可產生第一部分1。這種實施例使用的原材料比製造光吸收劑較少。
透過在第一部分1前沈積第二部分2，可提高第一部分1的沈積品質。實際上，在意圖接受第一部分1的空間中，然後在第二部分2的外部區域中自然出現第一部分1的電沈積。在基於墨水的沈積法中，第二部分2的疏水特性以及此部分的高度差有助於意圖接受第一部分1的空間中墨水的選擇性沈積。
自然地，當光伏電池為薄膜電池時，在基板的上表面上產生用於形成後接觸7的導電層較佳。通常，在基於銅、銦、鎵與硒(selenium)的單元即稱為銅銦鎵硒(CIGS)電池的情況下，此層為鉬層。當後接觸7連續時，光伏電池並行連接。後接觸7可為不連續，則允許電池串行連接。
雖然上述方法係關於第二非活化部分所圍繞的至少一個第一活化部分，優點在於關於第一活化部分的陣列，例如光偵測器、發光二極體或光伏電池的陣列，每一第一活化部分被第二非活化部分圍繞。
上述方法製造的裝置提供的在光敏電池上方對準集光系統的品質優於使用照相機與準確機器人的對準技術所獲得的品質。透過使用上述方法，當在光伏電池上排列透鏡時，不會出現定位錯誤。
如第7圖的10個步驟所示，本發明首先計劃製造一塊基板
3，包含形成後接觸7的層。追隨第一步驟S70在步驟S71中在基板3上沈積絕緣層。在裝備有絕緣材料例如SU8樹脂的層的基板3上，在步驟72中沈積金屬接觸5。步驟S73中，然後金屬接觸5中的位置被蝕刻，延伸到形成後接觸7的層。
接下來的步驟S74包含選擇性地沈積光伏電池吸收劑，採用電沈積或墨水印刷，舉個例子，比如使用Cu(In,Ga)Se2的合金。沈積後在500℃與600℃間的溫度進行退火，以將材料結晶。標記為S75的步驟中，先前步驟所獲得的裝置上沈積例如氧化鋅的寬帶隙氧化物。氧化鋅選擇性地被沈積於光伏電池吸收劑上，與圍繞其的電絕緣體不同，光伏電池吸收劑可導電。期望氧化鋅層接觸圍繞光伏電池吸收劑的金屬接觸5的金屬，此接觸係根據氧化鋅層的沈積條件而判定。為了導電，對氧化鋅加以摻雜較佳。
接下來為步驟S76，將氧化鋅的上表面暴露以進行紫外線輻射。暴露給紫外線輻射增加了氧化鋅的親水性。
在步驟S77中，接下來沈積SU8樹脂，SU8樹脂被噴塗在氧化鋅與電絕緣體的表面上。這導致在氧化鋅的上表面上形成滴狀物，還被分配為與周邊的金屬接觸5交叉，也為親水的，而SU8樹脂分散於電絕緣體的上表面上。
接下來，在標記為S78的步驟中，將氧化鋅層與金屬接觸5形成的組合上放置的滴狀物硬化，從而在光伏電池形成上方形成固體透鏡14。
最後，完成與透鏡14具有完全相同折射率的樹脂的沈積。
步驟S79還包含將此樹脂硬化，從而形成間隔物6，實現加厚透鏡與層以建立透鏡的外表面與光伏電池之間的距離的雙重功能。
首先製造基板3，基板3包含用於形成後接觸7的層。第一步驟後續為在基板3上沈積絕緣層。基板3裝備有例如聚合物、氧化鋁(alumina)或矽土(silica)的絕緣材料的層，然後在基板3上蝕刻凹部，凹部一直延伸到形成後接觸7的層。
接下來的步驟包含透過電沈積或者墨水印刷例如合金比如Cu(In,Ga)Se，選擇性地沈積光伏電池吸收劑。這種沈積緊接著是退火。接下來的步驟中，在先前步驟獲得的裝置上沈積例如氧化鋅的寬帶隙氧化物。這種沈積並非必然選擇，可透過噴塗或者化學氣相沈積完成。然後，進行表面處理，以確保寬帶隙氧化物的層的疏水性。例如，在表面上沈積硬脂酸(stearic acid)或鐵氟龍(teflon)。
緊接著這個步驟為電化學步驟，其中基板3被浸沒於電解質中，電位被施加到導電區域即第一光敏部分與電解質之間。然後，電流流經這些第一部分1，改變氧化鋅的表面狀態。因此，直接位於第一部分1上方的氧化鋅需要親水特性，或者透過疏水表面沈積的脫附或著透過此沈積的氧化，或者如果未沈積疏水材料則透過改變氧化鋅的表面狀態。由於第一部分1的導電本質與第二部分2的隔離本質，這種疏水性/親水性的改變係在裝置上自行對準。
緊接著沈積SU8樹脂，在氧化鋅與電絕緣體的上表面上噴塗SU8樹脂。這導致在氧化鋅的上表面上形成滴狀物，而SU8樹脂分散在
電絕緣體的上表面上方。
接下來，將樹脂暴露給紫外線輻射，以硬化氧化鋅與金屬接觸形成的組合上放置的滴狀物，從而在光伏電池上形成固體透鏡。
最後，在第二部分2直接上方的氧化鋅上沈積金屬接觸。由於聚合物透鏡與氧化鋅之間的化學對比，所以這種沈積可為自催化。還可用電化學的方式實現。
本發明並非限制於上述實施例，並且包含等效的實施例。
例如，可想像不同形狀與不同光特性的光敏電池的陣列，係由多種不同材料所製造的非活化部分圍繞。
透鏡還可用作濾波器，用於在到達活化部分的入射輻射的光譜內選擇特定波長。
本發明的方法還可用於在發光二極體上方直接形成光學系統。
1‧‧‧第一部分
2‧‧‧第二部分
4‧‧‧透鏡
5‧‧‧金屬接觸
104‧‧‧一級光學系統
Claims (18)
- 一種光敏裝置的製造方法，包含：- 在一基板(3)上準備光敏的至少一第一部分(1)的一第一步驟，該第一部分在一波長範圍內活化，該第一部分(1)被非活化的一第二部分(2)圍繞，透過一電化學製程，一材料被選擇性地排列到該第一部分直接上方的一親水層內，覆蓋與該基板(3)相對的該第一部分(1)的一上表面，而該第二部分(2)在該基板相對的一上表面上包含一疏水材料，該方法更包含以下步驟：- 在該第一部分(1)與該第二部分(2)的整個上表面上噴塗一液體溶液，該液體溶液包含在該波長範圍內透明的一材料；以及- 在該第一部分上形成包含該材料的一會聚透鏡(4,14)。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，包含在該第一部分(1)的該基板(3)的相對的該上表面上選擇性地沈積一親水材料(8)。
- 如請求項1或2所述之光敏裝置的製造方法，其中該第一部分(1)與該基板(3)相對的該上表面在處理後呈現親水性。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，其中該親水材料(8)為一寬帶隙氧化物。
- 如請求項4所述之光敏裝置的製造方法，其中從氧化鋅、摻雜的氧化鋅與氧化鈦(TiO2)組成的集合中選擇該親水材料(8)。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，包含該第一部分(1)的該上表面的一處理步驟，在噴塗該液體溶液之前，將該上表面暴露給紫外線輻射。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，包含在噴塗該液體溶液之前，透過施加一電位對該第一活化部分進行處理。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，其中該液體溶液包含一硬化材料。
- 如請求項8所述之光敏裝置的製造方法，其中該硬化材料為一單體。
- 如請求項8或9所述之光敏裝置的製造方法，包含硬化該液體溶液之步驟以在該第一部分上方形成一會聚透鏡(4,14)。
- 如請求項8所述之光敏裝置的製造方法，其中該硬化步驟包含將該第一部分(1)的上表面暴露給紫外線輻射的步驟。
- 如請求項1之光敏裝置的製造方法，包含在該第一步驟與噴塗步驟之間，在該第二部分(2)的上表面的局部上沈積與該第一部分(1)接觸的一親水金屬層(5)的步驟。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，其中該第一部分(1)為一光敏電池的一光吸收劑。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，其中該第二部分(2)為一電絕緣體。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，包含在該透鏡(14)上沈積一材料的塗佈層(6)的步驟，該材料在該波長範圍內透明。
- 如請求項1所述之光敏裝置的製造方法，其中該第一步驟包含在基板(3)上準備第一部分(1)的陣列，該第一部分(1)透過一第二部分(2)彼此分離，該第一部分在一波長範圍內活化。
- 如請求項16所述之光敏裝置的製造方法，其中該第一步驟為在包含該第二部分(2)的該基板(3)上沈積該第一部分(1)。
- 一種光敏裝置，位於一基板上，包含：- 光敏的至少一第一部分(1)，在一波長範圍內活化，- 非活化的一第二部分(2)，圍繞該第一部分(1)，其特徵在於，該第一部分(1)包含一材料，該材料透過一電化學製程在該基板相對的上表面上選擇性地排列到該第一部分直接上方的一親水材料(8)內，而該第二部分(2)的該基板相對的上表面包含一疏水材料，以及在該親水材料(8)的上表面上形成一會聚透鏡(4,14)。
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