一種製備銦靶材金屬薄膜的方法
2023-10-05 05:09:34 1
專利名稱：一種製備銦靶材金屬薄膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬薄膜的方法，尤其是一種製備銦靶材金屬薄膜的方法。
背景技術：
I族-III族-IV族所構成多元化合物太陽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)，目前以真空方式製作銅銦鎵硒太陽能電池的吸收層光電轉換效率最高，吸收層真空製程製備方式共分兩大類1.共蒸鍍；2.濺鍍前趨物與硒化製程。濺鍍製程有產率高、均勻性佳及成分控制容易等優點，濺鍍前趨物與硒化製程中 ，這些金屬薄膜在尚未與硒或硫反應成吸收層前之通稱為前驅物，前驅物可來自於銅、銦、鎵等金屬所建構單元金屬、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行沉積，可以達到目前CIGS太陽電池良好的光轉轉換效率的成份為Cu/(In+Ga) N O. 6-0. 95、Ga/(In+Ga) N O. 2-0. 46。然而，濺鍍製備前驅物時，現有技術面臨的問題為In金屬(156. 6°C )熔點較低，其薄膜化之後，薄膜熔點比其塊狀更低，採濺鍍方式無法形成銦薄膜，易形成非連續島狀結果，同時，較低熔點In金屬在濺鍍過程中，容易因濺鍍過程產生的熱而熔解，造成無法以較大功率去制膜，因此鍍率很慢，生產效率很低，是生產CIGS太陽能電池的一大瓶頸。目前CIGS太陽電池為達到良好的光轉轉換效率，一般成份吸收層成分需I族/ III族N O. 6-0. 95，成份上屬於富銦相之結構，且吸收層為多元化合物半導體材料，其成分徑向與縱向的均一性都會影響到轉換效率，在整個濺鍍前驅物膜層中，以如何製作吸收層最為主要，是影響整個組件表現高效率的關鍵，藉由真空製程方式可以獲得較高質量的吸收層而獲得良好光電轉換效率的組件。在真空製程方式中，蒸鍍法與濺鍍前驅物後硒化的製程概念有些不同，蒸鍍法主要利用銅、銦、鎵、硒的熱蒸鍍源方式，分別以獨立控制個別熱蒸鍍源溫度，改變不同個別熱蒸鍍源的元素鍍率，在已加熱基材上直接將四種元素反應成CIGS吸收層；濺鍍前驅物後硒化製程的製程概念係為將銅、銦、鎵等金屬以濺鍍方式在基材上進行沉積，可由銅、銦、鎵等金屬所建構單元金屬、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行沉積，所沉積金屬薄膜在尚未與硒或硫反應成吸收層前，一般通稱為前驅物，在前趨層與硒或硫反應的方式可分為兩種，一種以二氫化硒(H2Se)或二氫化硫(H2S)的氣態方式進行，另一種則以硒(Se)或硫(S)的固態方式進行；相較於蒸鍍系統，濺鍍系統屬低成本、製程簡便、易於監控、穩定性高、高質量與高沉積速率的製程方式，且組件製程耗能遠小於電池總生產能量，更具有大面積化製程、24小時持續生產及較無材料浪費等優勢。雖然濺鍍前趨物與硒化製程是可大量與大面積化的吸收層製程方式，但是製備銦前趨物金屬薄膜鍍率很慢，生產效率很低確為造成生產CIGS薄膜的問題所在。一般這些所使用包含銦前趨物金屬薄膜設計不管單一元還是合金金屬，因材料屬性在製程中容易產生團聚，且熔點低，造成前趨物表面粗糙與製程穩定性不佳，以致於後續製備吸收層時，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。
發明內容
本發明目的是提供一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，添加一種或幾種熔點高於銦的金屬固溶或合金化於銦金屬，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程中可以降低吸收層的表面粗度。一種製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%的銅做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
—種製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 %的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。一種製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%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。本發明的特點是在製備銦靶材金屬薄膜的過程中，添加一種或幾種熔點高於銦的金屬固溶或合金化於銦金屬，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程中可以降低吸收層的表面粗度，使製得吸收層成分均一，滿足了生產的要求。
具體實施例方式 實施例I:
一種製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%的銅做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X IO-5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例2:
一種製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%的銅做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例3:一種製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%的銅做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.9X10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例4:
一種製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%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X10-5torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例5
一種製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%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例6:
一種製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 %的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例7:
一種製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%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X10-5torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例8:
一種製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%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。實施例9:
一種製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%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。對比例I :
現有技術中製備銦靶材金屬薄膜的方法，將銦金屬做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至
I.OX IO-5 torr以下，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，即得。各實施例和對比例製得的銦靶材金屬薄膜的表面平均粗度如下表所示
權利要求
1.一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，其特徵為將銦金屬中添加原子百分比為2-10%的銅做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
2.一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，其特徵為將銦金屬中添加原子百分比為6-10 %的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
3.一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，其特徵為將銦金屬中添加原子百分比為10-20%的銅和10-20%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
4.如權利要求I所述的一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，其特徵為將銦金屬中添加原子百分比為6%的銅做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
5.如權利要求2所述的一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，其特徵為將銦金屬中添加原子百分比為8%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
6.如權利要求3所述的一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，其特徵為將銦金屬中添加原子百分比為15%的銅和15%的鋁做成濺鍍製程用的直徑3寸的靶材，把所需鍍著玻璃基材放入濺鍍腔體中，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至O. 8X 10_5 torr後，利用氬氣當作工作氣體，透過節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瓦進行60分鐘的濺鍍製程，製得平坦化銦金屬薄膜。
全文摘要
本發明公開了一種製備銦靶材金屬薄膜的方法，添加一種或幾種熔點高於銦的金屬固溶或合金化於銦金屬，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程中可以降低吸收層的表面粗度，使製得吸收層成分均一，滿足了生產的要求。
文檔編號C23C14/06GK102925868SQ20121049749
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年11月29日
發明者黃信二 申請人:研創應用材料(贛州)有限公司