[發(fā)明專利]一種濺射用銅銦合金靶材及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310046024.6
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103114264A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 池君洲;張云峰;張曉煜;趙飛燕;王連蒙;劉延紅;王丹妮;秦興東;王珍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國神華能源股份有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司 11012
• 代理人: 王昭林;魯云博

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽能光伏產(chǎn)業(yè)所需的金屬濺射靶材及其制備方法，尤其涉及一種濺射用銅銦合金靶材及其制備方法。

背景技術(shù)

銅銦硒(CuInSe₂，CIS)或銅銦鎵硒（CuIn_1-xGa_xSe，CIGS）薄膜太陽能電池具有成本低、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強、光譜響應范圍廣等優(yōu)點。CIS/CIGS薄膜太陽能電池是多層化合物和金屬薄膜材料。其中，CIS/CIGS吸收層是太陽能電池最關(guān)鍵的組成部分，其質(zhì)量將直接決定電池的性能。目前制備CIS/CIGS的方法很多，但主要有兩種思路：多元分步蒸發(fā)和金屬置頂層后硒化。其實現(xiàn)方法主要有蒸鍍法、磁控濺射、分子束外延技術(shù)、噴霧熱解及快速凝固技術(shù)等。其中磁控濺射方法（具體可以參考文獻《銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池的研究進展》）具有成分可控、原料利用率高、薄膜致密性好、膜厚均勻等優(yōu)點，是目前最有前景的制備CIS/CIGS薄膜的方法。

CIS/CIGS層作為光吸收層是電池的最關(guān)鍵部分，要求制備出的半導體薄膜是p型的，且具有很好的黃銅礦結(jié)構(gòu)、晶粒大、缺陷少是制備高效率電池的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)In是韌性非常好的金屬材料，化學活性強，在低功率時很難穩(wěn)定地濺射；在大功率條件下，靶表面容易氧化，同時產(chǎn)生大的顆粒，容易產(chǎn)生In的聚集現(xiàn)象，這是制備高效率電池必須避免的。采用CuIn合金靶材代替In靶材來制備CIS/CIGS吸收層，是對In靶材低成本的改性。CuIn合金靶材可以在不同功率條件下穩(wěn)定的濺射，降低了制備過程中對真空度的要求，避免了In的聚集。另外，在濺射的過程中，靶材內(nèi)部的缺陷會引起電弧放電，影響CIS/CIGS吸收層薄膜的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量。

目前的研究成果，如中國專利文獻CN101260513B和CN101333645A在制備過程中采用靜壓成型，最后高溫燒結(jié)制備CIGS靶材。此法采用靜壓成型及高溫燒結(jié)，會導致晶體內(nèi)部缺陷出現(xiàn)的幾率增大。在濺射過程中銅、銦、鎵、硒的組分與靶材的相同，成分不能及時可控。目前還未見銅銦合金靶材的相關(guān)報道。

因此，人們對于結(jié)構(gòu)均勻、穩(wěn)定性好、制備銅銦鎵硒薄膜中成分可控、靶材內(nèi)部缺陷少的低成本CuIn合金靶材仍存在需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種濺射法沉積CIS/CIGS薄膜太陽能電池的銅銦（CuIn）合金靶材及其制備方法，解決CI/CIG前驅(qū)薄膜中銦的配比問題和濺射過程中由于靶材缺陷導致的電弧放電問題。本發(fā)明的銅銦合金靶材晶粒細小均勻、內(nèi)部缺陷少，符合濺射法制備高質(zhì)量CIS/CIGS薄膜太陽能電池的要求。

本發(fā)明的目的是通過以下方式實現(xiàn)的：

一種濺射用銅銦合金靶材，其中，銅（Cu）的質(zhì)量百分比含量為37.0~45.5%，銦（In）的質(zhì)量百分比含量為54.5~63.0%。

優(yōu)選地，銅（Cu）的質(zhì)量百分比含量為39.0~42.0%，銦（In）的質(zhì)量百分比含量為58.0~61.0%。

一種所述濺射用銅銦合金靶材的制備方法，包括以下步驟：

（1）配料：將單質(zhì)金屬銅（Cu）和單質(zhì)金屬銦（In）按所需配比進行配料，得到原材料；

（2）冶煉：將原材料在真空冶煉爐中冶煉，使原材料完全熔化形成合金液體；然后降溫冷卻并重復上述冶煉過程3~5次；之后將所述合金液體澆注成所需的棒料；

（3）定向凝固：將所述棒料在真空定向凝固爐中采用高頻感應加熱區(qū)熔法進行定向凝固，得到具有一定取向的銅銦合金；

（4）切割：將上述具有一定取向的銅銦合金沿垂直于所述定向凝固的方向切割成符合濺射靶材所需尺寸的材料；

（5）熱處理：將上述材料磨削清洗后置于真空熱處理爐內(nèi)，在500~800℃熱處理1~24小時，待所述真空熱處理爐冷至300~500℃再保溫0.5~24小時，然后爐冷或在循環(huán)惰性氣體保護下冷卻至室溫，即得到所述濺射用銅銦合金靶材。

優(yōu)選地，步驟（2）中，所述在真空冶煉爐中冶煉是先將所述真空冶煉爐抽真空（例如，采用機械泵）至3.0×10^-2~5.0×10^-2Pa，充入氬氣/氮氣（高純）洗爐，再抽真空（例如，采用機械泵）至3.0×10^-2~5.0×10^-2Pa，然后充入氬氣/氮氣（高純）至常壓后加熱至800~1100℃或者繼續(xù)抽真空（例如，采用分子泵）至3×10^-3~5×10^-3Pa后通電。