[發明專利]Cu-Ga合金濺射靶及其制造方法

有效

• 申請號: 201480060592.4
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN105705674B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 吉田勇氣;石山宏一;森曉
• 申請（專利權）人: 三菱綜合材料株式會社
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;B22F1/00;B22F3/10;C22C1/04;C22C1/05;C22C9/00;H01L31/0749
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 康泉;王珍仙

技術領域

本發明涉及一種在形成Cu-In-Ga-Se化合物膜(以下，簡記為“CIGS膜”。)時所 使用的Cu-Ga合金濺射靶及其制造方法，該Cu-In-Ga-Se化合物膜用于形成CIGS薄 膜型太陽能電池的光吸收層。

本申請主張基于2014年1月28日于日本申請的專利申請2014-013184號的優先 權，并將其內容援用于此。

背景技術

近年來，基于黃銅礦系化合物半導體的薄膜型太陽能電池提供于實際使用中?；? 于該化合物半導體的薄膜型太陽能電池具有如下基本結構：在鈉鈣玻璃基板上按照成 為正電極的Mo電極層，由CIGS膜構成的光吸收層，由ZnS、CdS等構成的緩沖層， 成為負電極的透明電極層的順序形成層。

作為上述光吸收層的形成方法，已知有例如通過多元蒸鍍法來成膜的方法。通過 該方法所得到的光吸收層可獲得較高的能量轉換效率，但由于是自點蒸鍍源的蒸鍍， 因此在大面積的基板進行成膜時，膜厚分布的均勻性容易下降。因此，提出有通過濺 射法來形成光吸收層的方法。

作為通過濺射法來形成上述光吸收層的方法，采用有如下方法(硒化法)：首先， 使用In靶并通過濺射形成In膜，并在該In膜上使用Cu-Ga二元系合金濺射靶，通過 濺射來形成Cu-Ga二元系合金膜，接著，對所得到的In膜及Cu-Ga二元系合金膜構 成的層疊前體膜在Se氣氛中實施熱處理而形成CIGS膜。

而且，以上述技術為背景，提出有如下說明的技術。該技術中，從金屬背面電極 層側以Ga含量較高的Cu-Ga合金層、Ga含量較低的Cu-Ga合金層、In層的順序通過 濺射法制作所述Cu-Ga合金膜及In膜的層疊前體膜，并將其在硒和/或硫磺氣氛中實 施熱處理，由此使從界面層(緩沖層)側朝向金屬背面電極層側的薄膜光吸收層內部 的Ga的濃度梯度逐漸(階段性)地變化。由此，實現開放電壓較大的薄膜型太陽能 電池，并且防止薄膜光吸收層從其他層剝離。此時，提出在Cu-Ga合金濺射靶中的 Ga含量為1～40原子％。

作為用于形成這種Cu-Ga合金層的Cu-Ga合金濺射靶，提出有將以水霧化裝置制 作的Cu-Ga混合細粉通過熱壓而燒結的Cu-Ga合金燒成體濺射靶(例如，參考專利文 獻1)。該Cu-Ga合金燒成體濺射靶由單一組成構成，Cu-Ga合金的以X射線衍射所得 到的圖譜中的除了主峰以外的峰強度相對于主峰為5％以下，其平均晶體粒徑成為5～ 30μm。并且，該靶中，獲得氧含量為350～400ppm。

另一方面，為提高由CIGS膜構成的光吸收層的發電效率，有效的方法是通過從 堿性玻璃基板的擴散而在光吸收層添加Na(例如，參考非專利文獻1)。然而，代替 堿性玻璃而使用聚合物薄膜等作為基材的柔性CIGS太陽能電池時，由于不具備堿性 玻璃基板，因此會有失去Na供給源的不良情況。非專利文獻1中，關于上述Na的添 加，提出有一種將鈉鈣玻璃成膜于Mo電極層與基板之間的方法，但是成膜鈉鈣玻璃 時，制造工藝增加，導致生產率下降。因此，提出有一種對Cu-In-Ga(以下稱為“CIG”) 前體膜添加鈉化合物來確保向光吸收層的Na供給的技術(例如，參考專利文獻2)。

專利文獻1：國際公開第2011/010529號公報

專利文獻2：美國專利第7935558號說明書

非專利文獻1：石塚他、「カルコパライト系薄膜太陽電池の開発の現狀と將來 展望」、JournaloftheVacuumSocietyofJapan,Vol53,2010p.25(石塚等，《黃 銅礦系薄膜太陽能電池的開發的現況暨未來展望》，JournaloftheVacuumSocietyof Japan,Vol53,2010p.25)

上述以往技術留有以下所示課題。

上述專利文獻1所述的Cu-Ga合金濺射靶為通過熱壓所制作的燒結體，該燒結體 中的Cu-Ga合金粒具有基本上為γ相或者主要相由γ相構成的組織。即，該Cu-Ga合 金濺射靶可以說是由具有較脆的性質的γ相構成的單相組織。但是，由該γ相構成時， 不僅缺乏加工性，且在濺射時容易產生顆粒，有異常放電增大的問題。