[發明專利]一種導電硫化物靶材及其制備方法

有效

• 申請號: 201410217491.5
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN105097988B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 林俊榮;王玉曉;吳國發;馬康;陳濤;林福榮
• 申請（專利權）人: 漢能新材料科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;C23C14/34;C23C14/06
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技術領域

本發明涉及靶材領域，具體地講是涉及一種硫化物靶材及其制備方法。

背景技術

在目前的化合物半導體薄膜太陽能電池研究中，以黃銅礦晶體結構形成的銅銦鎵硒(CIGS)、銅銦鎵硒硫(CIGSS)、銅鋅錫硒硫(CZTSS)，或以閃鋅礦晶體結構形成的碲化鎘(CdTe)等太陽光吸收層都受到廣泛關注。這種薄膜太陽能電池模組的典型結構為多層膜結構，其中包含透明電極/窗口層/緩沖層/光吸收層/背電極/基板層，雖然其中的緩沖層的厚度相對于光吸收層來說要薄很多，大約只有50nm，但對于此類型的薄膜太陽能電池而言卻是非常重要的，因為緩沖層擔任了PN異質結中提供電子的角色，也是主導空乏區范圍的重要因子。以CIGS太陽能電池為例，緩沖層能夠與CIGS吸收層形成異質結從而使光生截流子分離以及保護吸收層在鍍制上層電極時不被破壞。目前的CIGS電池中的緩沖層一般采用硫化鎘(CdS)材料，CdS薄膜通常采用水浴法(CBD，chemical bath deposition)來制備，水浴法是一種常見的制備薄膜的工藝，即把襯底沉浸在陽離子和陰離子先驅溶液中，當溶液中離子濃度的乘積超過他們的濃度積時，便會在襯底上沉積制得需要的化合物薄膜。但由于CBD法屬于非真空薄膜沉積工藝技術，制程中無法保持已沉積的CIGS吸收層處于真空環境下，而非真空或大氣環境常使CIGS吸收層因接觸空氣而產生缺陷，從而降低太陽能光電轉換效率。另外，CBD法對薄膜，尤其對納米級或次微米級(10nm～100nm)薄膜的厚度與均勻度的控制困難，故通常建議使用真空磁控濺射法來沉積CdS薄膜，該法可實現大面積均勻鍍膜，適合規模化生產。

目前，一般CdS靶材為高電阻值靶材，在使用真空磁控濺射工藝鍍膜時必須采用射頻或中頻的功率產生器作為濺射設備，這種交流性質的濺射設備相對于直流濺射設備有如下特點：1、沉積速度較慢，影響產能；2、設備昂貴；3、能耗大；4、射頻濺射難以控制；5、若為了增加沉積速度，向濺射系統施加高電壓，則會導致基板溫度增加，破壞已沉積薄膜的特性。因此，需要研發一種低電阻值的硫化物靶材。

雖然目前采用CdS作為緩沖層獲得了性能較好的電池，但是由于含有中重金屬離子Cd²⁺，且這樣生產的薄膜電池在使用過程中容易因自然力及其他因素導致鎘泄露到環境中去，破壞生態環境，同時，由于鎘的存在，導致電池的回收后處理比較困難。因此，人們一直致力于無鎘緩沖層的研發，近幾年很多文獻報道了多種無毒的緩沖層，例如硫化鋅ZnS、硫化銦In₂S₃、鋅化物Zn(O/S/OH)_x、銦化物In(OH/S)_y等。其中，ZnS取代CdS作為太陽能電池組件緩沖層是所有無Cd緩沖層電池中效率最高的一種。利用CBD法沉積ZnS緩沖層同樣會遇到問題，溶液的溫度、濃度分布不均以及攪拌速率的不穩定，會導致重現性不好，在大面積制備薄膜時，則均勻性更加難以控制。另外，在利用CBD法制備ZnS薄膜時，得到的薄膜并非ZnS純相，其中還混入了Zn(OH)₂，這種含有雜質的ZnS薄膜的附著力差，易開裂。因此，行業內提出采用低電阻值ZnS靶材利用直流濺射工藝來沉積ZnS緩沖層薄膜。

公開號為CN1296924C的專利披露了一種以硫化鋅為主成分的濺射靶材，用于制備相變型光盤保護膜的光記錄介質。通過采用導電氧化物作為靶材中的添加劑組分，因氧化物可起導電作用而降低靶材的體積電阻，從而使得靶材能夠進行直流濺射且不損失作為保護膜的特征，同時還能減少在濺射過程中產生的粒子和突起物，從而改善成膜的均勻度。該專利指出，通過調整導電氧化物的含量在1～50摩爾百分數之內，可控制成膜的折射率在2.0～2.6之間，其中，導電氧化物選自氧化銦、氧化錫或氧化鋅中的一種或幾種。然而，該發明提供的靶材并不適合于薄膜太陽能電池，因為：1、導電氧化物的存在會使得靶材的電阻率增高，不利于直流濺射；2、其中含有的氧元素在熱壓燒結中易于硫化物發生反應，形成的硫氧化合物會增加濺射成膜后薄膜的電阻率；3、含有的氧、銦、錫或鋅元素容易擴散進入太陽能吸收層形成缺陷，導致太陽能電池的轉換效率下降。

因此，為了提供一種可適用于太陽能電池的直流濺射靶材，需要發明一種能濺鍍透明薄膜的導電硫化物靶材。

發明內容

本發明的目的是提供一種能通過直流濺射濺鍍透明薄膜的導電硫化物靶材及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種導電硫化物靶材，以二價陽離子硫化物為主成分，其中摻雜有重量百分比為0.1％～10％的三價陽離子硫化物。