TWI464887B - 光電池元件及顯示面板 - Google Patents

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Description

光電池元件及顯示面板
本發明是有關於一種光電元件與顯示裝置，且特別是有關於一種光電池元件與顯示面板。
一般來說，光電池元件的材料通常是以矽，或是III-V族半導體作為其製作材料。舉例來說，光電池元件是一種照光之後，其材料層會產生自由電子電洞對，並藉而電場效應使得電荷分離，而產生電位差的半導體元件。而其工作原理牽涉到半導體之能帶理論、載子在半導體材料中的傳導及PN二極體的特性等。
圖1為一種習知之光電池元件的結構示意圖。請參考圖1，習知之光電池元件100包括一第一電極110、一P型半導體層120、一N型半導體層130以及一第二電極140。P型半導體層120配置於第一電極110上，N型半導體層130配置於P型半導體層120上，而第二電極140配置於N型半導體層130上。
一般來說，P型半導體層120與N型半導體層130係以矽材料並摻雜摻質(dopant)而形成，如摻雜非晶矽層或是摻雜複晶矽層。在P型半導體層120與N型半導體層130兩膜層之間的接合處將形成所謂的P/N接面(P/N Junction)或空乏區。因此，當光線照射到P型半導體層120與N型半導體層130或空乏區處時，光線的能量會使得空乏區內的正、負電荷分離，亦即產生額外的自由電子-電洞對，其 中正電荷(Hole)、負電荷(Electron)會分別往正(P型半導體層120)、負(N型半導體層130)極方向移動並且聚集。如此一來，若在第一電極110與第二電極140接上一負載電路時，將會產生光電流，而此光電流即可對負載電路作功。
然而，上述以矽作為光電池元件的主要材料，例如是單晶矽光電池元件或多晶矽光電池元件，其光電轉換效率平均約在15%左右，因此，如何開發新的膜層材料型態以提升光電池元件的光電轉換效率一直都是眾所矚目的課題。
有鑑於此，本發明提供一種光電池元件，其具有較佳的光電轉換效率(photo-voltaic efficiency)。
本發明另提供一種顯示面板，其可整合上述之光電池元件，並可將光電池元件在感光時所得到的電能轉為其使用，進而達到節能省電的目的。
本發明提出一種光電池元件，其包括一第一電極、一N型摻雜富矽介電層、一P型摻雜富矽介電層以及一第二電極。N型摻雜富矽介電層位於第一電極上，其中N型摻雜富矽介電層中摻雜有一N型摻質(dopant)。P型摻雜富矽介電層位於N型摻雜富矽介電層上，其中P型摻雜富矽介電層中摻雜有一P型摻質。第二電極位於P型摻雜富矽介電層上。
在本發明之一實施例中，光電池元件更包括一本質層。本質層位於N型摻雜富矽介電層以及P型摻雜富矽介 電層之間。
本發明另提出一種光電池元件，包括一第一電極、一本質層、一N型摻雜富矽介電層、一P型摻雜富矽介電層以及一第二電極。N型摻雜富矽介電層位於第一電極上，其中N型摻雜富矽介電層中摻雜有一N型摻質(dopant)。 本質層位於N型摻雜富矽介電層上。P型摻雜富矽介電層位於本質層上，其中P型摻雜富矽介電層中摻雜有一P型摻質。第二電極位於P型摻雜富矽介電層上。
本發明另提出一種光電池元件，包括一第一電極、一第二電極、一N型摻雜富矽介電層以及一P型摻雜富矽介電層。N型摻雜富矽介電層位於第一電極與第二電極之間，其中N型摻雜富矽介電層中摻雜有一N型摻質。P型摻雜富矽介電層，位於N型摻雜富矽介電層與第二電極之間，其中P型摻雜富矽介電層中摻雜有一P型摻質。
在本發明之一實施例中，本質層的材質包括非晶矽、多晶矽、富矽介電層或其組合。
在本發明之一實施例中，富矽介電層包括富矽氧化矽層(Si-rich SiOx)、富矽氮化矽層(Si-rich SiNy)、富矽氮氧化矽層(Si-rich SiOxNy)、富矽碳化矽層(Si-rich SiCz)、氫化富矽氧化矽層(Si-rich SiHwOx)、氫化富矽氮化矽層(Si-rich SiHwNy)、氫化富矽氮氧化矽層(Si-rich SiHwOxNy)或其組合。
在本發明之一實施例中，N型摻雜富矽介電層與P型摻雜富矽介電層中更包含矽奈米顆粒。
在本發明之一實施例中，第一電極與第二電極至少其中之一為透明電極。
在本發明之一實施例中，N型摻質包括氮、磷、砷、銻或鉍。
在本發明之一實施例中，P型摻質包括硼、鋁、鎵、銦或鉈。
本發明再提出一種顯示面板，其具有一畫素區以及一感測區。此顯示面板包括一第一基板、一第二基板以及一顯示介質。第一基板上包括配置有一畫素陣列以及至少一光電池元件。畫素陣列位於畫素區中，且畫素陣列包括多個薄膜電晶體以及與薄膜電晶體電性連接的多個畫素電極。光電池元件位於感測區中，且光電池元件包括一第一電極、一第一富矽介電層、一第二富矽介電層以及一第二電極。第一富矽介電層位於第一電極上，其中第一富矽介電層中摻雜有第一型離子。第二富矽介電層位於第一富矽介電層上，其中第二富矽介電層中摻雜有第二型離子。第二電極位於第二富矽介電層上。第二基板設置於第一基板的對向。顯示介質位於第一基板與第二基板之間。
在本發明之一實施例中，畫素陣列的畫素電極與光電池元件的第二電極是同一膜層。
在本發明之一實施例中，畫素陣列的薄膜電晶體的源極及汲極與光電池元件的第一電極是同一膜層。
在本發明之一實施例中，薄膜電晶體為非晶矽薄膜電晶體或是多晶矽薄膜電晶體。
綜上所述，由於N型摻雜富矽介電層與P型摻雜富矽介電層受光後皆可產生自由電子電洞對，且N型摻雜富矽介電層與P型摻雜富矽介電層因所摻雜的離子不同使得兩者之間存在一內電場，可吸引電子與電洞分別移動至P型摻雜富矽介電層與N型摻雜富矽介電層，進而使得光電池元件在受光後可產生自發性的光電流。換言之，本發明之光電池元件具有較佳的光電轉換效率，以及較佳的結構穩定性。另外，光電池元件的膜層厚度要求可較薄(例如是100 nm~500 nm)，因此，其較容易整合於顯示面板的製程中。如此一來，當光電池元件因感光所產生的電能便可轉為顯示面板使用，進而達到節能省電的目的。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉多個實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
 第一實施例
圖2為本發明第一實施例之光電池元件的結構示意圖。請參考圖2，本實施例之光電池元件200包括一第一電極210、一N型摻雜富矽介電層220、一P型摻雜富矽介電層230以及一第二電極240。N型摻雜富矽介電層220位於第一電極210上，其中N型摻雜富矽介電層220中摻雜有一N型摻質(dopant)。P型摻雜富矽介電層230位於N型摻雜富矽介電層220上，其中P型摻雜富矽介電層230中摻雜有一P型摻質。第二電極240位於P型摻雜富矽介電層230上。
本發明除了上述垂直式設計之外，在一變化實施例中，亦可將上述的垂直式設計改為水平式設計(未繪示)，在變化實施例之光電池元件200，包括一第一電極210與一第二電極240水平相對設置。N型摻雜富矽介電層220位於第一電極210與第二電極240之間，其中N型摻雜富矽介電層220中摻雜有一N型摻質。P型摻雜富矽介電層230位於N型摻雜富矽介電層220與第二電極240之間，其中P型摻雜富矽介電層230中摻雜有一P型摻質。
在一實施例中，N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230的製作方式是採用化學氣相沉積製程，並利用製程氣體比例控制，而達到過量的矽含量，使矽含量超過正當化學比例(化學當量，Stoichiometry)，進而形成一富矽介電層。舉例來說，富矽介電層的材質例如是矽含量超過正當化學比例的氧化矽(silicon rich oxide; SiOx )、氮化矽(silicon rich nitride; SiNy )、氮氧化矽(silicon rich oxynitride; SiOx Ny )、富矽碳化矽層(silicon rich Si-rich carbide; SiCz)、氫化富矽氧化矽層(Si-rich SiHwOx)、氫化富矽氮化矽層(Si-rich SiHwNy)、氫化富矽氮氧化矽層(Si-rich SiHwOxNy)以及其組合，或是其他矽含量超過正當化學比例的介電層，其中0<w<1、0<x<2、0<y<1.67、0<z<1，以上為舉例說明，非限於此。在本實施例中，富矽介電層可視為一光敏介電層。也就是說，當光線照射至富矽介電層時，富矽介電層適於產生自由電子電洞對。而後，分別使用離子佈植(ion implantation)製程對富矽介電層 摻雜有N型摻質與P型摻質，便可分別形成上述之N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230，其中N型摻質的元素包括氮、磷、砷、銻或鉍等IVA族元素，而P型摻質的元素包括硼、鋁、鎵、銦或鉈等IIIA族元素。
在另一實施例中，N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230的製作方式是採用化學氣相沉積製程以形成一富矽介電層，並且同時在化學氣相沉積製程的過程中通入摻質。如此一來，以上述化學氣相沉積製程所形成的介電層即富含矽且摻有N型或是P型摻質。
舉例來說，以化學氣相沉積法來製作N型摻雜富矽介電層220的製程條件，例如是將壓力控制在800mtor~1500mtor之間以及輸出功率控制在300W~800W之間的情況下，通入矽甲烷(SiH4 )、一氧化二氮(N2 O)、磷化氫(PH3 )、以及氫氣(H2 )等氣體，以沉積形成N型摻雜富矽氧化矽層(silicon rich oxide; SiOx )；另外，若將通入氣體改為矽甲烷、氨氣(NH3 )、磷化氫、以及氫氣等氣體，則可沉積N型摻雜富矽氮化矽層(silicon rich nitride; SiNy )；同樣地，若將通入氣體改為矽甲烷、一氧化二氮、氨氣、磷化氫、以及氫氣等氣體，其中氨氣與一氧化二氮的氣體體積比值例如是100~600之間，本實施例以100為例。如此一來，即可沉積N型摻雜之富含矽之氮氧化矽(silicon rich oxynitride; SiOx Ny )。上述氣體所使用的氣體流量，甲烷例如是100~1500 sccm (standard cubic centimeter per minute)，一氧化二氮例如是10~600 sccm，氨氣例如是 10~600 sccm，磷化氫例如是100~2000 sccm，氫氣例如是100~4000 sccm。以上製程條件僅為舉例說明，依使用者的需求，其通入各氣體的比例亦可適當地調整，本發明並不以此為限。
舉例來說，以化學氣相沉積法來製作P型摻雜富矽介電層230的製程條件，例如是將壓力控制在800mtor~1500mtor之間以及輸出功率控制在300W~800W之間的情況下，通入矽甲烷(SiH4 )、一氧化二氮(N2 O)、硼化氫(B2 H6 )、以及氫氣(H2 )等氣體，以沉積形成P型摻雜富矽氧化矽層(silicon rich oxide; SiOx )；另外，若將通入氣體改為矽甲烷、氨氣(NH3 )、硼化氫、以及氫氣等氣體，則可沉積P型摻雜富矽氮化矽層(silicon rich nitride; SiNy )；同樣地，若將通入氣體改為矽甲烷、一氧化二氮、氨氣、硼化氫、以及氫氣等氣體，其中氨氣與一氧化二氮的氣體體積比值例如是100~600之間，本實施例以100為例。如此一來，即可沉積P型摻雜之富含矽之氮氧化矽(silicon rich oxynitride; SiOx Ny )。上述氣體所使用的氣體流量，甲烷例如是100~1500 sccm，一氧化二氮例如是10~600 sccm，氨氣例如是10~600 sccm，硼化氫例如是100~2000 sccm，氫氣例如是100~4000 sccm。以上製程條件僅為舉例說明，依使用者的需求，其通入各氣體的比例亦可適當地調整，本發明並不以此為限。
根據本發明之另一實施例，N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230內更包含矽奈米顆粒。詳細而 言，在以上述方法形成N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230之後，更包括使用例如是準分子雷射、綠光雷射、脈衝雷射或其不同波段的雷射進行雷射退火製程，便可於富矽介電層中形成矽奈米顆粒，其中此矽奈米顆粒的粒徑例如是介於0.5至200奈米(nm)。如此一來，將可形成包含矽奈米顆粒的N型摻雜富矽介電層或P型摻雜富矽介電層230。N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230可使用較薄的厚度，例如是100至500nm，即可提供足夠的光電轉換效能。當光線照射至光電池元件200時，其將具有較佳的光電轉換效率，亦即是，在相同的光照強度下與習知光電池元件100相較，其能提供較高的光電能。需要說明的是，N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230若無包含矽奈米顆粒同樣能使光電池元件200已經可提供甚佳的光電轉換效能。若N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230包含矽奈米顆粒，將可進一步地提升光電池元件200的光電轉換效率。 另外，由於N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230具有其他氫、氧、氮、碳等元素，具有較高的光電穩定性，不會因為長期使用而產生劣化的現象。
在本實施例中，第一電極210與第二電極240至少其中之一為透明電極，例如第一電極210為導電電極，由鋁、銅、鈦、鉬、鎢、銀、金等材料所構成，第二電極240為透明電極，其材質例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、銦錫鋅氧化物、氧化鉿、氧化鋅、氧化鋁、鋁錫氧化物、鋁鋅 氧化物、鎘錫氧化物、鎘鋅氧化物、或其它合適材料、或上述之組合。詳細而言，為了使光線可照射到N型摻雜富矽介電層220或P型摻雜富矽介電層230，以使N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230產生自由電子電洞對，其中電子與電洞會分別往正極(例如是P型摻雜富矽介電層230)、負極(例如是N型摻雜富矽介電層220)方向移動並聚集，亦即是，N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230藉由離子摻雜而使二者之間形成一內電場(未繪示)，進而可吸引電子與電洞聚集。此外，由於第一電極210與N型摻雜富矽介電層220的電性連接以及第二電極240與P型摻雜富矽介電層230的電性連接，因此，若將第一電極210與第二電極240耦接至一負載，將會產生光電流而對此負載作功，其中此光電流隨著照射至光電池元件200的光強度不同而所改變。
換言之，第一電極210與第二電極240至少其中之一若為透明電極便可使外部光線照射到N型摻雜富矽介電層220或P型摻雜富矽介電層230，進而使其可感光而產生自由電子電洞對。其中，第一電極210與第二電極240的材質例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、銦錫鋅氧化物、氧化鉿、氧化鋅、氧化鋁、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、鎘錫氧化物、鎘鋅氧化物、或其它合適材料、或上述之組合。 第一電極210與第二電極240亦可以均是透明電極。
承上述，在光電池元件200中，由於N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230受光後可直接地產生 數量較多的自由電子電洞對，且N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230之間具有內電場，而可分別吸引電洞與電子聚集，使得第一電極210與第二電極240之間具有一電位差。如此一來，當第一電極210與第二電極240外接至一負載電路時，便能產生電荷流動而形成所謂的光電流以對負載電路作功。
因此，本實施例之光電池元件200受光後可直接自發性地產生一光電能以供外接的負載電路使用，且因N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230為富矽介電材料，因此在受光時將可產生較多自由電子電洞對，如此一來，便可有效提升光電池元件200的光電轉換效率。
圖3為本發明另一種實施形態之光電池元件的結構示意圖。請參考圖3，本實施例之光電池元件300與光電池元件200結構相似，相同構件標示相同符號，惟二者不同處在於，光電池元件300更包括一本質層250，其中本質層250位於N型摻雜富矽介電層220以及P型摻雜富矽介電層230之間。
在本實施例中，本質層250的材質例如是富矽介電層非晶矽、多晶矽、或其組合，且較佳是未摻雜的非晶矽、未摻雜的多晶矽、未摻雜的富矽介電層。其中，富矽介電層可以是富矽氧化矽層、富矽氮化矽層、富矽氮氧化矽層、富矽碳化矽層或其組合。換言之，當光電池元件300受光時，除了N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230可產生自由電子電洞對外，本質層250也可產生自由 電子電洞對。相同地，這些電子電洞亦會受N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230之間的內電場效應吸引，而使得第一電極210與第二電極240之間具有一電位差。因此，本實施例之光電池元件300在受光後亦可將光能轉換成電能，而使其具有一電能提供能力。
在光電池元件300中，由於本質層250受光後亦可產生自由電子電洞對，因此，在相同的照光強度下，光電池元件300將可產生更多的自由電子電洞對，如此一來，將使得聚集於第一電極210與第二電極240的電子電洞對的數量增加，而提高第一電極210與第二電極240之間的電位差，進而提升光電池元件300的電能提供能力。也就是說，光電池元件300在受光後除了具有光電池元件200所描述之優點外，其更可提供較佳的光電轉換效率，或具有更高的光電能。此外，N型摻雜富矽介電層220與P型摻雜富矽介電層230有較高的光電穩定性與熱穩定性，比傳統的摻雜非晶矽層或摻雜複晶矽層來的穩定，在製作光電池元件時，其膜層厚度要求可較薄，更易整合於顯示面板的製程中。
第二實施例
圖4為本發明第二實施例之顯示面板的示意圖，而圖5為圖4所繪示之第一基板的剖面示意圖。請同時參考圖4與圖5，本實施例之顯示面板400具有一畫素區P1以及一感測區P2。此顯示面板400包括一第一基板410、一第二基板420以及一顯示介質430。第一基板410上包括配置 有一畫素陣列412以及至少一光電池元件414。畫素陣列412位於畫素區P1中，且畫素陣列412包括多個薄膜電晶體412a以及與薄膜電晶體412a電性連接的多個畫素電極412b。光電池元件414位於感測區P2中，且光電池元件414包括一第一電極414a、一第一富矽介電層414b、一第二富矽介電層414c以及一第二電極414d。第一富矽介電層414a位於第一電極414a上，其中第一富矽介電層414b中摻雜有第一型離子。第二富矽介電層414c位於第一富矽介電層414b上，其中第二富矽介電層414c中摻雜有第二型離子。第二電極414d位於第二富矽介電層414c上。第二基板420設置於第一基板410的對向。顯示介質430位於第一基板410與第二基板420之間。
在本實施例中，光電池元件414的膜層結構例如是採用上述之光電池元件200。具體而言，摻雜有第一型離子的第一富矽介電層414b例如是採用上述之N型摻雜富矽介電層220的材質，而摻雜有第二型離子的第二富矽介電層414c則可以是採用上述之P型摻雜富矽介電層230的材質。上述僅為舉例說明，視使用者的需求也可以是將第一富矽介電層414b的材質採用P型摻雜富矽介電層230的材質，而第二富矽介電層414c則採用N型摻雜富矽介電層220的材質。同樣地，第一電極414a與第二電極414d至少其中之一為透明電極，本實施例係以第二電極414b為透明電極作為實施範例，其中透明電極的材質可以用前實施例所描述之材料，在此不再贅述。
在一未繪示的實施例中，光電池元件414的膜層結構更可以是採用上述之光電池元件300的膜層設計。也就是說，光電池元件414更可以包括一本質層(未繪示)，其中此本質層位在第一富矽介電層414b與第二富矽介電層414c之間，且本質層的材料例如是採用上述之本質層250。
承上述，位於感測區P2的光電池元件414無論是採用類似於光電池元件200或光電池元件300的膜層設計，其皆可具有前實施例所描述之特性與優點。如此一來，當具有光電池元件414的顯示面板400受到外在光線的照射時，光電池元件414便可提供一適當的電壓源或電流源以提供顯示面板400的使用，使得顯示面板400具有節能省電之功效。
此外，在提供顯示面板驅動的電源設計上，光電池元件414若以串聯的形式電性連接，將可使每一光電池元件414感光後所提供的電壓值疊加而形成較大的電壓以供顯示面板400使用。舉例來說，若顯示面板400內部所需的驅動電壓為3V，而每一光電池元件414感光後所提供的電壓值若為0.3V，如此一來，串聯10個光電池元件414便可提供顯示面板400所需的驅動電壓。而光電池元件414串聯的電路連接方式，例如是將光電池元件414的第一電極414a電性連接至相鄰的光電池元件414的第二電極414d，其原理類似於普通電池串聯的電路形式。因此，本領域之通常知識者據此當可了解各光電池元件414以串聯方式所形成的電壓加乘的效果，相關原理便不再贅述。
此外，光電池元件414也可以是採用並聯的方式電性連接，以將每一光電池元件414感光後所提供的光電流疊加而形成較大的電流以驅動顯示面板。同樣地，舉例來說，顯示面板400內部電路若需電流3A來驅動，而每一光電池元件414感光後所提供的光電流為0.3A，如此一來，可以並聯形式將10個光電池元件414電性連接，如此一來，便可提供顯示面板400所需的電流值。其中，光電池元件414並聯的電路連接方式例如是將每一光電池元件414的第一電極414a電性連接至負載電路的一端，並將每一光電池元件414的第二電極414d電性連接至負載電路的另一端，以形成並聯連接的電路形式，其原理類似於普通電池並聯的電路形式。因此，本領域之通常知識者據此當可了解各光電池元件414以並聯方式所形成的電流加乘的效果，在此便不再贅述。
在本實施例中，畫素陣列412例如是採用眾所周知的底閘極非晶矽薄膜電晶體(bottom gate α-TFT)的設計，也就是說，薄膜電晶體412a例如是一非晶矽薄膜電晶體，且薄膜電晶體412a具有一源極412a'、一閘極412a"以及一汲極412a"'，其中薄膜電晶體412a於顯示面板400中的開關機制為本領域之通常知識者當可了解，在此不再贅述其作動原理。需要說明的是，在顯示面板400的結構上，薄膜電晶體412a的源極412a'及汲極412a"'與光電池元件414的第一電極414a可以是位於同一膜層。也就是說，在製程實務上，當製作薄膜電晶體412a的源極412a'及汲極 412a"'時，亦可同時形成光電池元件414的第一電極414a，如此一來，便可縮減製作光電池元件414的一道製程。此外，薄膜電晶體412a亦可以是多晶矽薄膜電晶體，於此不再贅述。
另外，在顯示面板400的膜層堆疊中，與薄膜電晶體412a電性連接的畫素電極412b與光電池元件414的第二電極414d可以是位於同於一膜層，如圖5所示。換言之，在製程實務上，在形成畫素電極412b的時候，亦可同時形成光電池元件414的第二電極414d，如此一來，又可縮減製作光電池元件414的一道製程。
承上述可知，光電池元件414的部份膜層可透過與薄膜電晶體412a的源極412a'、汲極412a"'以及畫素電極412b同時製作，進而達到縮短製作光電池元件的製程步驟，且因第一富矽介電層414b與一第二富矽介電層414c在受光時具有較佳的光電轉換效率，因此，在膜層厚度的要求上可以較薄，而具有易於整合於顯示面板400上的優點。
在一實施例中，第二基板420上及第一基板410上其中一者更可以包括配置一彩色濾光片(未繪示)。舉例來說，當彩色濾光片配置於上述之第一基板410時，依彩色濾光片配置於第一基板410上的膜層設計，其型態可以是彩色濾光片於畫素陣列上(color filter on array)或畫素陣列於彩色濾光片上(array on color filter)，或其他適當的配置方式。本實施例係以彩色濾光片形成於第二基板420上 使其為彩色濾光基板為舉例。當然，彩色濾光片形成於第一基板410或第二基板420上端視使用者的需求而定，非限於此。在本實施例中，位於第一基板410與第二基板420之間的顯示介質430例如是一液晶層。
第三實施例
圖6為為本發明第三實施例之顯示面板的示意圖，而圖7為圖6所繪示之第一基板的剖面示意圖。請同時參考圖6與圖7，本實施例之顯示面板500具有一畫素區P1以及一感測區P2。此顯示面板500包括一第一基板510、一第二基板520以及一顯示介質530。第一基板510上包括配置有一畫素陣列512以及至少一光電池元件514。畫素陣列512位於畫素區P1中，且畫素陣列512包括多個薄膜電晶體512a以及與薄膜電晶體512a電性連接的多個畫素電極512b。光電池元件514位於感測區P2中，且光電池元件514包括一第一電極514a、一第一富矽介電層514b、一第二富矽介電層514c以及一第二電極514d。第一富矽介電層514a位於第一電極514a上，其中第一富矽介電層514b中摻雜有第一型離子。第二富矽介電層514c位於第一富矽介電層514b上，其中第二富矽介電層514c中摻雜有第二型離子。第二電極514d位於第二富矽介電層514c上。第二基板520設置於第一基板510的對向。顯示介質530位於第一基板510與第二基板520之間。
在本實施例中，光電池元件514例如是採用上述之光電池元件414，第一基板510例如是採用上述之第一基板 410，而顯示介質530例如是採用上述之顯示介質430，因此，相關描述及優點可參考前實施例之說明，在此不再贅述。
另外，請同時參考圖4、圖5、圖6與圖7，顯示面板500係採用將光電池元件414整合於顯示面板400的概念，惟二者不同處在於，顯示面板500之畫素區P1內的畫素陣列512係採用眾所周知的低溫多晶矽薄膜電晶體的設計，也就是說，薄膜電晶體512a例如是一多晶矽薄膜電晶體，其中，薄膜電晶體512a具有一源極512a'、一閘極512a"以及一汲極512a"'，其中薄膜電晶體512a於顯示面板500中的開關機制為本領域之通常知識者當可了解，在此不再贅述其作動原理。同樣地，在顯示面板500的結構上，電性連接薄膜電晶體512a的源極512a'及汲極512a"'的接觸金屬插塞516與光電池元件514的第一電極514a可以是位於同一膜層。也就是說，在製程實務上，在形成金屬插塞516以電性連接薄膜電晶體512a的源極512a'及汲極512a"'時，可同時形成光電池元件514的第一電極514a，如此一來，便可縮減製作光電池元件514的步驟製程。
此外，與薄膜電晶體512a電性連接的畫素電極512b與光電池元件514的第二電極514d可以是位於同於一膜層，如圖7所示。換言之，在製程實務上，在形成畫素電極512b的時候，亦可同時形成光電池元件514的第二電極514d，如此一來，又可進一步縮減製作光電池元件514的 製程步驟。
因此，顯示面板500同樣具有上述之顯示面板400整合光電池元件410後所描述之優點，相關描述可參考前實施例之說明。值得一提的是，顯示面板500更包括一周邊電路區P3，其中周邊電路區P3位畫素區P1的周邊，且在周邊電路區P3內具有多個主動元件550，其中這些主動元件550例如是P型薄膜電晶體、N型薄膜電晶體或CMOS電晶體等元件以驅動顯示面板500，如圖7所繪示。
更值得一提的是，上述的顯示面板係以將光電池元件整合於非晶矽薄膜電晶體顯示面板(α-TFT display panel)或低溫多晶矽薄膜電晶體顯示面板(LTPS display panel)為例。然而，依據使用者的需求，本發明之顯示面板亦可以是將光電池元件整合於下列列舉的顯示面板上，其中其整合的概念與原理如上述之說明，在此不再贅述。因此，光電池元件可整合至穿透型顯示面板、半穿透型顯示面板、彩色濾光片於主動層上(color filter on array)之顯示面板、主動層於彩色濾光片上(array on color filter)之顯示面板、垂直配向型(VA)顯示面板、水平切換型(IPS)顯示面板、多域垂直配向型(MVA)顯示面板、扭曲向列型(TN)顯示面板、超扭曲向列型(STN)顯示面板、圖案垂直配向型(PVA)顯示面板、超級圖案垂直配向型(S-PVA)顯示面板、先進大視角型(ASV)顯示面板、邊緣電場切換型(FFS)顯示面板、連續焰火狀排列型(CPA)顯示面板、軸對稱排列微胞型(ASM)顯示面板、光學補償彎曲 排列型(OCB)顯示面板、超級水平切換型(S-IPS)顯示面板、先進超級水平切換型(AS-IPS)顯示面板、極端邊緣電場切換型(UFFS)顯示面板、高分子穩定配向型顯示面板、雙視角型(dual-view)顯示面板、三視角型(triple-view)顯示面板、或三維(three-dimensional)顯示面板上。
綜上所述，本發明之光電池元件與顯示面板至少具有下列優點。首先，因N型摻雜富矽介電層與P型摻雜富矽介電層為富矽介電材料，因此，受光後可產生較多的自由電子電洞對，且N型摻雜富矽介電層與P型摻雜富矽介電層因摻雜的摻質不同而存在一內電場，使得受光後產生電子與電洞可分別被吸引至P型摻雜富矽介電層與N型摻雜富矽介電層，進而造成光電池元件提供一光電能。因此，光電池元件在光電轉換效率上具有較佳的表現。另外，N型摻雜富矽介電層與P型摻雜富矽介電層有較高的光電穩定性與熱穩定性，在製作光電池元件時，其膜層厚度要求可較薄，而易整合於顯示面板的製程中。如此一來，具有上述之光電池元件的顯示面板可有效地使用光電池元件感光所產生的電能，而能達到節能省電的目的。
雖然本發明已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300‧‧‧光電池元件
110、210‧‧‧第一電極
120‧‧‧P型半導體
130‧‧‧N型半導體
220‧‧‧N型摻雜富矽介電層
230‧‧‧P型摻雜富矽介電層
140、240‧‧‧第二電極
250‧‧‧本質層
400、500‧‧‧顯示面板
410、510‧‧‧第一基板
412、512‧‧‧畫素陣列
412a、512a‧‧‧薄膜電晶體
412a'、512a'‧‧‧源極
412a"、512a"‧‧‧閘極
412a"'、512a"'‧‧‧汲極
412b、512b‧‧‧畫素電極
414、514‧‧‧光電池元件
414a、514a‧‧‧第一電極
414b、514b第一富矽介電層
414c、514c‧‧‧第二富矽介電層
414d、514d‧‧‧第二電極
420、520‧‧‧第二基板
430、530‧‧‧顯示介質
516‧‧‧金屬插塞
550‧‧‧主動元件
P1‧‧‧畫素區
P2‧‧‧感測區
P3‧‧‧周邊電路區
圖1為習知一種光電池元件的結構示意圖。
圖2為本發明第一實施例之光電池元件的結構示意圖。
圖3為本發明另一種實施形態之光電池元件的結構示意圖。
圖4為本發明第二實施例之顯示面板的示意圖。
圖5為圖4所繪示之第一基板的剖面示意圖。
圖6為本發明第三實施例之顯示面板的示意圖。
圖7為圖6所繪示之第一基板的剖面示意圖。
200‧‧‧光電池元件
210‧‧‧第一電極
220‧‧‧N型摻雜富矽介電層
230‧‧‧P型摻雜富矽介電層
240‧‧‧第二電極

Claims (22)

  1. 一種光電池元件，包括：一第一電極；一N型摻雜富矽介電層，位於該第一電極上，其中該N型摻雜富矽介電層包括摻雜有一N型摻質之一第一富矽介電材料；一P型摻雜富矽介電層，位於該N型摻雜富矽介電層上，其中該P型摻雜富矽介電層包括摻雜有一P型摻質之第二富矽介電材料；以及一第二電極，位於該P型摻雜富矽介電層上，其中，該第一富矽介電材料以及該第二富矽介電材料分別選自氮化矽(SiNy)、氮氧化矽(SiOxNy)、富矽碳化矽(SiCz)、氫化富矽氧化矽(SiHwOx)、氫化富矽氮化矽(SiHwNy)、氫化富矽氮氧化矽(SiHwOxNy)或其組合，其中0<w<1、0<x<2、0<y<1.67、0<z<1。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光電池元件，更包括一本質層，位於該N型摻雜富矽介電層以及該P型摻雜富矽介電層之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光電池元件，其中該本質層的材質包括非晶矽、多晶矽、富矽介電層或其組合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光電池元件，其中該富矽介電層包括富矽氧化矽層、富矽氮化矽層、富矽氮氧化矽層、富矽碳化矽層或其組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光電池元件，其中該 N型摻雜富矽介電層與該P型摻雜富矽介電層中更包含矽奈米顆粒。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光電池元件，其中該第一電極與該第二電極至少其中之一為透明電極。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光電池元件，其中該N型摻質包括氮、磷、砷、銻或鉍。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之光電池元件，其中該P型摻質包括硼、鋁、鎵、銦或鉈。
  9. 一種光電池元件，包括：一第一電極；一N型摻雜富矽介電層，位於該第一電極上，其中該N型摻雜富矽介電層包括摻雜有一N型摻質之一第一富矽介電材料；一本質層，位於該N型摻雜富矽介電層上；一P型摻雜富矽介電層，位於該本質層上，其中該P型摻雜富矽介電層包括摻雜有一P型摻質之一第二富矽介電材料；以及一第二電極，位於該P型摻雜富矽介電層上，其中，該第一富矽介電材料以及該第二富矽介電材料分別選自氮化矽(SiNy)、氮氧化矽(SiOxNy)、富矽碳化矽(SiCz)、氫化富矽氧化矽(SiHwOx)、氫化富矽氮化矽(SiHwNy)、氫化富矽氮氧化矽(SiHwOxNy)或其組合，其中0<w<1、0<x<2、0<y<1.67、0<z<1。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光電池元件，其中該 本質層的材質包括非晶矽、多晶矽、富矽介電層或其組合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光電池元件，其中該富矽介電層包括富矽氧化矽層、富矽氮化矽層、富矽氮氧化矽層、富矽碳化矽層或其組合。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之光電池元件，其中該N型摻雜富矽介電層與該P型摻雜富矽介電層中更包含矽奈米顆粒。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之光電池元件，其中該第一電極與該第二電極至少其中之一為透明電極。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之光電池元件，其中該N型摻質包括氮、磷、砷、銻或鉍。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之光電池元件，其中該P型摻質包括硼、鋁、鎵、銦或鉈。
  16. 一種顯示面板，其具有一畫素區以及一感測區，包括：一第一基板，該第一基板上包括配置有一畫素陣列以及至少一光電池元件，該畫素陣列位於該畫素區中且該畫素陣列包括多個薄膜電晶體以及與該些薄膜電晶體電性連接的多個畫素電極，該光電池元件位於該感測區中且該光電池元件包括：一第一電極；一第一富矽介電層，位於該第一電極上，其中該第一富矽介電層包括摻雜有第一型離子之一第一富矽介電材料； 一第二富矽介電層，位於該第一富矽介電層上，其中該第二富矽介電層包括摻雜有第二型離子之一第二富矽介電材料；一第二電極，位於該第二富矽介電層上，其中，該第一富矽介電材料以及該第二富矽介電材料分別選自氮化矽(SiNy)、氮氧化矽(SiOxNy)、富矽碳化矽(SiCz)、氫化富矽氧化矽(SiHwOx)、氫化富矽氮化矽(SiHwNy)、氫化富矽氮氧化矽(SiHwOxNy)或其組合，其中0<w<1、0<x<2、0<y<1.67、0<z<1；一第二基板，設置於該第一基板的對向；以及一顯示介質，位於該第一基板與該第二基板之間。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之顯示面板，其中該畫素陣列的該些畫素電極與該光電池元件的該第二電極是同一膜層。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之顯示面板，其中該畫素陣列的該些薄膜電晶體的源極及汲極與該光電池元件的該第一電極是同一膜層。
  19. 如申請專利範圍第16項所述之顯示面板，其中該些薄膜電晶體為非晶矽薄膜電晶體或是多晶矽薄膜電晶體。
  20. 一種光電池元件，包括：一第一電極；一第二電極；一N型摻雜富矽介電層，位於該第一電極與該第二電 極之間，其中該N型摻雜富矽介電層包括摻雜有一N型摻質之一第一富矽介電材料；一P型摻雜富矽介電層，位於該N型摻雜富矽介電層與該第二電極之間，其中該P型摻雜富矽介電層包括摻雜有一P型摻質之一第二富矽介電材料，其中，該第一富矽介電材料以及該第二富矽介電材料分別選自氮化矽(SiNy)、氮氧化矽(SiOxNy)、富矽碳化矽(SiCz)、氫化富矽氧化矽(SiHwOx)、氫化富矽氮化矽(SiHwNy)、氫化富矽氮氧化矽(SiHwOxNy)或其組合，其中0<w<1、0<x<2、0<y<1.67、0<z<1。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之光電池元件，更包括一本質層，位於該N型摻雜富矽介電層以及該P型摻雜富矽介電層之間。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之光電池元件，其中該第一電極與該第二電極至少其中之一為透明電極。
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