[發明專利]一種制備銦靶材金屬薄膜的方法

有效

• 申請號: 201210497497.3
• 申請日: 2012-11-29
• 公開（公告）號: CN102925868A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 黃信二
• 申請（專利權）人: 研創應用材料（贛州）有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/06;H01L31/18
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 楊志宇

技術領域

本發明涉及一種金屬薄膜的方法，尤其是一種制備銦靶材金屬薄膜的方法。

背景技術

Ⅰ族-Ⅲ族-Ⅳ族所構成多元化合物太陽能電池為目前最受屬目的材料之一，其中，Ⅰ族為銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)，Ⅲ族為鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)，Ⅳ族為硫(S)、硒(Se)、銻(Te)，目前以真空方式制作銅銦鎵硒太陽能電池的吸收層光電轉換效率最高，吸收層真空制程制備方式共分兩大類：1.共蒸鍍；2.濺鍍前趨物與硒化制程。

濺鍍制程有產率高、均勻性佳及成分控制容易等優點，濺鍍前趨物與硒化制程中，這些金屬薄膜在尚未與硒或硫反應成吸收層前之通稱為前驅物，前驅物可來自于銅、銦、鎵等金屬所建構單元金屬、二元或三元合金靶材的不同成分配比，以濺鍍方式將不同靶材原子用單層或多層方式在基材上進行沉積，可以達到目前CIGS太陽電池良好的光轉轉換效率的成份為Cu/(In+Ga)≒0.6-0.95、Ga/(In+Ga)≒0.2-0.46。然而，濺鍍制備前驅物時，現有技術面臨的問題為In金屬(156.6℃)熔點較低，其薄膜化之后，薄膜熔點比其塊狀更低，采濺鍍方式無法形成銦薄膜，易形成非連續島狀結果，同時，較低熔點In金屬在濺鍍過程中，容易因濺鍍過程產生的熱而熔解，造成無法以較大功率去制膜，因此鍍率很慢，生產效率很低，是生產?CIGS太陽能電池的一大瓶頸。目前CIGS太陽電池為達到良好的光轉轉換效率，一般成份吸收層成分需Ⅰ族/Ⅲ族≒0.6-0.95，成份上屬于富銦相之結構，且吸收層為多元化合物半導體材料，其成分徑向與縱向的均一性都會影響到轉換效率，在整個濺鍍前驅物膜層中，以如何制作吸收層最為主要，是影響整個組件表現高效率的關鍵，藉由真空制程方式可以獲得較高質量的吸收層而獲得良好光電轉換效率的組件。在真空制程方式中，蒸鍍法與濺鍍前驅物后硒化的制程概念有些不同，蒸鍍法主要利用銅、銦、鎵、硒的熱蒸鍍源方式，分別以獨立控制個別熱蒸鍍源溫度，改變不同個別熱蒸鍍源的元素鍍率，在已加熱基材上直接將四種元素反應成CIGS吸收層；濺鍍前驅物后硒化制程的制程概念系為將銅、銦、鎵等金屬以濺鍍方式在基材上進行沉積，可由銅、銦、鎵等金屬所建構單元金屬、二元或三元合金靶材的不同成分配比，以濺鍍手法將靶材原子以單層或多層方式進行沉積，所沉積金屬薄膜在尚未與硒或硫反應成吸收層前，一般通稱為前驅物，在前趨層與硒或硫反應的方式可分為兩種，一種以二氫化硒(H₂Se)或二氫化硫(H₂S)的氣態方式進行，另一種則以硒(Se)或硫(S)的固態方式進行；相較于蒸鍍系統，濺鍍系統屬低成本、制程簡便、易于監控、穩定性高、高質量與高沉積速率的制程方式，且組件制程耗能遠小于電池總生產能量，更具有大面積化制程、24小時持續生產及較無材料浪費等優勢。

雖然濺鍍前趨物與硒化制程是可大量與大面積化的吸收層制程方式，但是制備銦前趨物金屬薄膜鍍率很慢，生產效率很低確為造成生產CIGS薄膜的問題所在。一般這些所使用包含銦前趨物金屬薄膜設計不管單一元還是合金金屬，因材料屬性在制程中容易產生團聚，且熔點低，造成前趨物表面粗糙與制程穩定性不佳，以致于后續制備吸收層時，其表面粗度非常高，且隨著粗糙前趨物金屬薄膜表面起伏而造成吸收層成分的不均一性。

發明內容

本發明目的是提供一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，添加一種或幾種熔點高于銦的金屬固溶或合金化于銦金屬，改變銦的物性而提高銦本身在物理氣象的沉積方法，大大降低了前趨物金屬薄膜的表面粗度，使其在硒化與硫化過程中可以降低吸收層的表面粗度。

一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，將銦金屬中添加原子百分比為2-10%?的銅做成濺鍍制程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.7×10^-5-0.9×10^-5?torr后，利用氬氣當作工作氣體，透過節流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為1×10^-2torr，以直流功率100瓦進行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。