專利名稱：一種制備銦靶材金屬薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
I族-III族-IV族所構(gòu)成多元化合物太陽(yáng)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(yáng)能電池的吸收層光電轉(zhuǎn)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(chǎn)率高、均勻性佳及成分控制容易等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)成吸收層前之通稱為前驅(qū)物，前驅(qū)物可來(lái)自于銅、銦、鎵等金屬所建構(gòu)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(jìn)行沉積，可以達(dá)到目前CIGS太陽(yáng)電池良好的光轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率的成份為Cu/(In+Ga) N O. 6-0. 95、Ga/(In+Ga) N O. 2-0. 46。然而，濺鍍制備前驅(qū)物時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)面臨的問(wèn)題為In金屬(156. 6°C )熔點(diǎn)較低，其薄膜化之后，薄膜熔點(diǎn)比其塊狀更低，采濺鍍方式無(wú)法形成銦薄膜，易形成非連續(xù)島狀結(jié)果，同時(shí)，較低熔點(diǎn)In金屬在濺鍍過(guò)程中，容易因?yàn)R鍍過(guò)程產(chǎn)生的熱而熔解，造成無(wú)法以較大功率去制膜，因此鍍率很慢，生產(chǎn)效率很低，是生產(chǎn)CIGS太陽(yáng)能電池的一大瓶頸。目前CIGS太陽(yáng)電池為達(dá)到良好的光轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率，一般成份吸收層成分需I族/ III族N O. 6-0. 95，成份上屬于富銦相之結(jié)構(gòu)，且吸收層為多元化合物半導(dǎo)體材料，其成分徑向與縱向的均一性都會(huì)影響到轉(zhuǎn)換效率，在整個(gè)濺鍍前驅(qū)物膜層中，以如何制作吸收層最為主要，是影響整個(gè)組件表現(xiàn)高效率的關(guān)鍵，藉由真空制程方式可以獲得較高質(zhì)量的吸收層而獲得良好光電轉(zhuǎn)換效率的組件。在真空制程方式中，蒸鍍法與濺鍍前驅(qū)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?cè)捶绞?，分別以獨(dú)立控制個(gè)別熱蒸鍍?cè)礈囟龋淖儾煌瑐€(gè)別熱蒸鍍?cè)吹脑劐兟?，在已加熱基材上直接將四種元素反應(yīng)成CIGS吸收層；濺鍍前驅(qū)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(jìn)行沉積，可由銅、銦、鎵等金屬所建構(gòu)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(jìn)行沉積，所沉積金屬薄膜在尚未與硒或硫反應(yīng)成吸收層前，一般通稱為前驅(qū)物，在前趨層與硒或硫反應(yīng)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(tài)方式進(jìn)行，另一種則以硒(Se)或硫(S)的固態(tài)方式進(jìn)行；相較于蒸鍍系統(tǒng)，濺鍍系統(tǒng)屬低成本、制程簡(jiǎn)便、易于監(jiān)控、穩(wěn)定性高、高質(zhì)量與高沉積速率的制程方式，且組件制程耗能遠(yuǎn)小于電池總生產(chǎn)能量，更具有大面積化制程、24小時(shí)持續(xù)生產(chǎn)及較無(wú)材料浪費(fèi)等優(yōu)勢(shì)。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(chǎn)效率很低確為造成生產(chǎn)CIGS薄膜的問(wèn)題所在。一般這些所使用包含銦前趨物金屬薄膜設(shè)計(jì)不管單一元還是合金金屬，因材料屬性在制程中容易產(chǎn)生團(tuán)聚，且熔點(diǎn)低，造成前趨物表面粗糙與制程穩(wěn)定性不佳，以致于后續(xù)制備吸收層時(shí)，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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(diǎn)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(guò)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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為IX 10_2torr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
—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6-10 %的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為IX 10_2torr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。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10-20%的銅和10-20%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為lX10_2tOrr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。本發(fā)明的特點(diǎn)是在制備銦靶材金屬薄膜的過(guò)程中，添加一種或幾種熔點(diǎn)高于銦的金屬固溶或合金化于銦金屬，改變了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(guò)程中可以降低吸收層的表面粗度，使制得吸收層成分均一，滿足了生產(chǎn)的要求。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I:
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%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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X IO-5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X IO^torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例2:
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6%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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X IO^torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例3:一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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至0.9X10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X IO^torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例4:
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6%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X10-5torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X IO^torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例5
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8%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X IO^torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例6:
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10 %的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至0.9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X IO^torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例7:
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10%的銅和10%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X10-5torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X 10-2torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例8:
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15%的銅和15%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X 10-2torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。實(shí)施例9:
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20%的銅和20%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X 10-2torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。對(duì)比例I :
現(xiàn)有技術(shù)中制備銦靶材金屬薄膜的方法，將銦金屬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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至
I.OX IO-5 torr以下，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為IX 10_2torr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，即得。各實(shí)施例和對(duì)比例制得的銦靶材金屬薄膜的表面平均粗度如下表所示
權(quán)利要求
1.一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，其特征為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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X 10^2torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
2.一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，其特征為將銦金屬中添加原子百分比為6-10 %的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為I X 10^2torr,以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
3.一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，其特征為將銦金屬中添加原子百分比為10-20%的銅和10-20%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為lX10_2tOrr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
4.如權(quán)利要求I所述的一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，其特征為將銦金屬中添加原子百分比為6%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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為lX10_2tOrr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
5.如權(quán)利要求2所述的一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，其特征為將銦金屬中添加原子百分比為8%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為lX10_2tOrr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
6.如權(quán)利要求3所述的一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，其特征為將銦金屬中添加原子百分比為15%的銅和15%的鋁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(tǒng)將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5 torr后，利用氬氣當(dāng)作工作氣體，透過(guò)節(jié)流閥將通入氬氣控制濺鍍腔體的工作壓力為lX10_2tOrr，以直流功率100瓦進(jìn)行60分鐘的濺鍍制程，制得平坦化銦金屬薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備銦靶材金屬薄膜的方法，添加一種或幾種熔點(diǎn)高于銦的金屬固溶或合金化于銦金屬，改變了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(guò)程中可以降低吸收層的表面粗度，使制得吸收層成分均一，滿足了生產(chǎn)的要求。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102925868SQ20121049749
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者黃信二 申請(qǐng)人:研創(chuàng)應(yīng)用材料(贛州)有限公司