[發明專利]一種制備新型緩沖層氧化物靶材及其氧化物薄膜的方法

有效

• 申請號: 201310144981.2
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103305793A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 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: C23C14/08
• 分類號: C23C14/08;C23C14/34;H01L31/18;H01L31/04
• 代理公司: 江西省專利事務所 36100
• 代理人: 楊志宇

技術領域

本發明涉及一種制備新型緩沖層氧化物靶材及其氧化物薄膜的方法，屬于太陽能電池光伏領域。?

背景技術

全球能源需求逐年攀高，在節能及環保意識抬頭下，發展再生能源為全球共同的目標；以再生能源來說，無論水力、風力、地熱發電來說，均需以動能轉換方式來獲得轉換效率，而太陽能發電則是利用太陽光轉換成電能之發電系統，在太陽能發電系統中無可動部分，不像風力、水力、地熱等發電系統中均須用到轉動機械，因此不會有高溫高壓及噪音等困擾，在發電過程中不造成環境負擔，為一潔凈地綠色能源。另外，太陽光源取之不盡用之不竭的特性，使得太陽能發電系統能具有永續利用之一大優點；雖然現今太陽能發電之光電轉換效率尚不高，但太陽能發電系統不需耗費額外的能源成本為其優勢，換句話說，這些原本不被人們利用的能源現在有部分比例作為電力來源。太陽每天照射到地表的能量,超過全人類30年所需要的能源，太陽能電池已成為未來替代能源的主流。預估至2100年全球能源使用太陽能的利用率將達60%。?

?????太陽能電池的種類眾多，而CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池擁有高轉換效率及發展潛力而受到矚目，目前CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池最高轉換效率由美國再生能源實驗室(NREL)所創造，其效率已達20%。CIGS從1995年發展至今轉換效率已經提高足足有7%之多，相較于同樣時間內CdTe的4%、單晶硅與多晶硅各為3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在轉換效率上的發展潛力。CIGS屬于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族的多晶黃銅礦結構?(Chalcopyrite)?化合物，是一種由Ⅱ-Ⅵ族化合物閃鋅礦結構?(Zinc-Blend?Structure)?所衍生而來的半導體材料，由兩個閃鋅礦之單位晶胞堆棧而成，原屬Ⅱ族元素之晶格位置由Ⅰ族及Ⅲ族所取代而形成，而黃銅礦內部In所處晶格位置則可為所添加之Ga元素取代。CIGS(銅銦鎵硒)具有直接能隙(Direct?band-gap)性質的P-type半導體特性，并且有相當高的光吸收系數α(α=10⁴~10⁵?cm^-1)，是單晶硅的100倍，能涵蓋大部分的太陽光譜，與其它太陽能電池相比，故僅需1~3μm的厚度，即可吸收99%以上的入射太陽光。目前CIGS薄膜太陽能電池最高轉換效率由美國再生能源實驗室(NREL)所創造，其效率已達20%。且NREL于2011年評估報告顯示，CIGS(銅銦鎵硒)在轉換效率上會以每年0.3%往上成長。

CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池發展至今其組件結構大致件由上電極(AL/Ni)、抗反射層(MgF2)、光窗層(AZO/ITO)、緩沖層(?CdS)、吸收層(CIGS)、背電極(Mo)與基板(SS/GLASS/PET)所組成；在單一膜層內，各材料成份比之參數調配、薄膜晶體結構、制程方式與最佳化制程等各種因素為其制備上的挑戰，此外，還需考慮到各膜層堆棧成組件的匹配性、各膜層制備方式與制程間的相互影響等眾多因素，尤其從相關文獻顯示CIGS(銅銦鎵硒)對于各種制程參數下對于組件影響極其敏感，更增添CIGS(銅銦鎵硒)薄膜太陽能電池在制備上的困難，同時也使得技術門坎相對地提高，在國際光伏界認為是技術難度比較大的一種太陽電池。?

靶材是具有固定形狀用于濺射鍍膜之母材。靶材若依材料分類可簡單地分為金屬與陶瓷兩大類，若依制程分類通常可大略區分為熔煉制程與粉末冶金制程兩大類。大多數金屬靶材采熔煉制程，少數靶材鑒于使用時晶粒大小控制、合金成份熔點差距太大等諸因素才采用粉末冶金制程。針對氧化物靶材傳統是用熱壓制程或者冷均壓再燒結制程，材料混合均勻性差，且燒結過程中應力分布不均，不易生產高密度大尺寸的氧化物靶材。目前光電及半導體產業中如觸控屏、集成電路、液晶屏、建筑玻璃、光學膜及薄膜太陽能電池等，為獲得大面積均勻性及量產性，相關薄膜均大量使用真空磁控濺鍍制程。?

?CIGS膜層中吸收層及緩沖層是影響電池效率及生產方式的重要膜層，傳統研究顯示使用水浴法的CdS膜層能夠表現出較佳的電池效率。吸收層一般使用真空蒸鍍及真空磁控濺鍍加后硒化熱處理的兩種主要制程，具有大面積成膜及獲得較佳均勻性的特性。緩沖層功能，防止金屬與半導體接觸形成并聯電阻，保護吸收層及吸收層鈍態表面平整化。緩沖層需求特性需高光穿透率，有效地控制薄膜厚度?(30?nm~50?nm)及薄膜均勻覆蓋。但若使用水浴法的CdS做為緩沖層，則有制程不連續、Cd污染問題大及大面積均勻性不佳等缺點。?

發明內容