專(zhuān)利名稱(chēng)：靶材以及該靶材所制造的薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要是關(guān)于一種靶材，尤其是指一種具有IB-IIIA-VIA元素組成的靶材，其可應(yīng)用于濺鍍制造太陽(yáng)能電池的薄膜。
背景技術(shù)：
在石化燃料逐漸缺乏的時(shí)代，加上全球氣候變遷以及空氣污染等問(wèn)題日益嚴(yán)重，替代性能源的應(yīng)用愈來(lái)愈受到人們重視，而其中太陽(yáng)能電池(solar cell)因具有可提供低廉且源源不絕電力的潛力而受到注目。目前的產(chǎn)品中， 太陽(yáng)能電池粗略可分為(1) 芯片型(wafer type)太陽(yáng)能電池包含單晶(single crystal)硅及多晶 (polycrystalline)珪；以及(2) 薄膜型(thin film type)太陽(yáng)能電池。雖然硅芯片型太陽(yáng)能電池為目前市場(chǎng)主流，但因其為間接能隙(indirect energygap)，因此需要較厚的硅材料做為吸收層(absorber);而薄膜型太陽(yáng)能 電池中具有IB-IIIA-VIA元素組成(如CuInGaSe2， CIGS)的材料為直接能隙 (direct energy gap),且光的吸收效率很高，加上可藉由In/Ga成分的比例來(lái) 調(diào)整能隙的大小，因此僅需很薄一層材料即可產(chǎn)生高光電轉(zhuǎn)換效率，故可 大幅節(jié)省材料，降低太陽(yáng)能電池制作成本。因此具有IB-IIIA-VIA元素組成 的太陽(yáng)能電池為未來(lái)前展性極佳的產(chǎn)品。CIGS薄膜的制作方式有化學(xué)氣相沉積法(CVD， chemical vapor deposition,如美國(guó)專(zhuān)利第5474939號(hào)專(zhuān)利所揭示)、物理氣相沉積法(PVD， physical vapor deposition,如美國(guó)專(zhuān)利第5141564號(hào)專(zhuān)利所揭示)及液相沉積法(LPE、 liquid phase deposition)等；其中屬于物理氣相沉積法的濺鍍法 (sputter)為可提供工藝低廉且薄膜特性佳的方法，但目前并沒(méi)有具完整元素 組成的CIGS濺鍍靶材(target)，因此CIGS薄膜并無(wú)法直接以濺鍍法制造。目前CIGS薄膜的制造方法是先于基板上沉積先驅(qū)物(precursor)，再經(jīng) 由硒化(selenization)工藝的熱化學(xué)反應(yīng)形成CIGS薄膜(如日本第10-135495 號(hào)專(zhuān)利所揭示)，然而此工藝相當(dāng)繁瑣。此外，于日本第2000-73163號(hào)專(zhuān)利中，荻原淳一郎等人利用鑄造(casting) 方法來(lái)制作Cu-Ga(銅-鎵)合金靶材，藉由控制降溫速率使得具脆性(brittle) 的Cu-Ga合金在冷卻過(guò)程中不會(huì)裂開(kāi)；另外，于中國(guó)第1719626號(hào)專(zhuān)利中， 莊大明等人也使用鑄造方式來(lái)制作Cu-Ga合金靶材。雖然鑄造可獲得高密 度及低氧含量的靶材，但該銅鎵二元合金應(yīng)用于制作太陽(yáng)能電池的吸收層 時(shí)，需使用較繁雜的共濺鍍(Co-sputtering)或多道濺鍍(multi-sputtering)程序， 甚至還需加上硒化(sdenization)方法，這樣才能制作出CIGS系列的合金薄 膜，因此工藝上也相當(dāng)復(fù)雜；另外，熔煉(melting) Cu-Ga 二元合金時(shí)，因 Ga的蒸汽壓很高，使得鑄件(ingot)的成分不易控制；再者，鑄造會(huì)衍生縮 孑Li(shrinkage)及成分《扁沖斤(segregation)等問(wèn)題。綜上所述，如何制作具有完整元素成分的IB-IIIA-VIA耙材為使用賊鍍 工藝制造CIGS太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵瓶頸，若能提供一含完整成分的CIGS靶 材，則可大幅降低工藝復(fù)雜度，也可降低太陽(yáng)能電池的制造成本。發(fā)明內(nèi)容有鑒于現(xiàn)有CIGS薄膜的制作工藝相當(dāng)繁瑣，本發(fā)明的目的在于提供一 種靶材，其可應(yīng)用于制造具有IB-IIIA-VIA元素組成的薄膜。本發(fā)明的另一目的在于提供一種以該靶材所制作的薄膜，其可應(yīng)用于 太陽(yáng)能電池上，而可以較低廉的制造成本制造太陽(yáng)能電池。為達(dá)到所述的目的，本發(fā)明的第一種靶材的元素組成為IBX-IIIAV-VIAZ;其中，IB選自于以下群組中的至少一種Cu及Ag;IIIA選自子以下群組中的至少一種In及Ga;VIA選自于以下群組中的至少一種S、 Se及Te;x為IB含量的原子百分比、y為IIIA含量的原子百分比、z為VIA含 量的原子百分比，且滿(mǎn)足0《x〈1、 0<y<l、 0<z<l, x+y+z=l。本發(fā)明的第二種靶材，其元素組成為IBx-IIIAy-VIAz;其中，IB選自于以下群組中的至少一種Cu及Ag;IIIA選自于以下群組中的至少一種In及Ga;VIA選自于以下群組中的至少一種S、 Se及Te;x為IB含量的原子百分比、y為IIIA含量的原子百分比、z為VIA含 量的原子百分比，且滿(mǎn)足(Xx〈1、 0《y<l、 0<z<l， x+y+z=l。本發(fā)明的靶材的制作方法包含以下步驟形成預(yù)合金將一靶材元素與靶材元素組成中 一種以上的其它元素合 成預(yù)合金；金粉末混合；燒結(jié)混合粉末經(jīng)燒結(jié)后形成靶材。 本發(fā)明的薄膜是使用上述的靶材濺鍍而成。 上述薄膜可用于太陽(yáng)能電池。 本發(fā)明可達(dá)成的具體功效包括1.本發(fā)明的靶材具有完整IB-IIIA-VIA元素組成，因此將此靶材經(jīng)由 一次的'踐鍍工藝，即可鍍制出具有完整IB-IIIA-VIA元素組成的薄膜，此薄 膜可直接應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中，避免現(xiàn)有CIGS薄膜需經(jīng)多重賊鍍或硒化處 理方可制作的問(wèn)題，大幅降低薄膜制作工藝的復(fù)雜度與太陽(yáng)能電池的制造成本。2.本發(fā)明在靶材的制造過(guò)程中，先形成預(yù)合金，因此在之后的燒結(jié)過(guò) 程中，不會(huì)因材料熔融而產(chǎn)生材料成分變異及破壞的現(xiàn)象，確保本發(fā)明的 靶材的優(yōu)良品質(zhì)。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的第一種靶材，其元素組成為IBx-IIIAy-VIAz;其中， IB選自于以下群組中的至少一種Cu(銅)及Ag(4艮)； IIIA選自于以下群組中的至少 一種In(銦)及Ga(鎵)； VIA選自于以下群組中的至少一種S(硫)、Se(硒)及Te(碲)； x為IB含量的原子百分比、y為IIIA含量的原子百分比、z為VIA含 量的原子百分比，且滿(mǎn)足0《x〈1、 0<y<l、 0<z<l,且x+y+z-l。 本發(fā)明的第二種靶材，其元素組成為IBx-IIIAy-VIAz;其中， IB選自于以下群組中的至少一種Cu及Ag; IIIA選自于以下群組中的至少一種In及Ga; VIA選自于以下群組中的至少一種S、 Se及Te; x為IB含量的原子百分比、y為IIIA含量的原子百分比、z為VIA含 量的原子百分比，且滿(mǎn)足(Xx〈1、 0《y<l、 0<z<l, x+y+z=l。當(dāng)在制造含有IB-IIIA-VIA元素組成的靶材時(shí)，由于IIIA及VIA用于 制造靶材的元素的熔點(diǎn)都很低(IIIA例如In的熔點(diǎn)為156.6。C, Ga的'熔點(diǎn) 為29.9。C; VIA例如S的熔點(diǎn)為112.8°C， Se的熔點(diǎn)為217。C， Te的炫點(diǎn) 為449.5。C),故其蒸汽壓很高，而IB元素的熔點(diǎn)相對(duì)于IIIA及VIA而言很 高(例如Cu的熔點(diǎn)為1Q8《6。C, Ag的熔點(diǎn)為961.9°C)，因此，若單純4吏用IB-IIIA-VIA多元化合物靶材，并不容易獲得特性良好的 鑄錠。若單使用粉末冶僉(powder metallurgy)的方式制造IB-IIIA-VIA系列輩巴 材，也因IIIA及VIA的熔點(diǎn)皆很低，而IB元素的熔點(diǎn)相對(duì)于IIIA及VIA 而言很高，若IB與IIIA及VIA的元素粉末進(jìn)行燒結(jié)(sintering)時(shí)，例如使 用熱壓(HP, hotpressing)或熱均壓(HIP， hot isostaticpressing)時(shí)，則溶點(diǎn)4氐 的元素會(huì)熔融而導(dǎo)致材料破壞。由于粉末冶金方法所制作的靶材與鑄造方法相比較而言，其靶材品質(zhì) 較佳，因此本發(fā)明是使用粉末冶金來(lái)制造IB-IIIA-VIA元素組成的輩巴材。當(dāng) 將一靶材元素與靶材元素組成中 一種以上的其它元素合成化合物時(shí)， 一般 將此化合物稱(chēng)之為預(yù)合金。再將此預(yù)合金直接或再加入其它耙材元素進(jìn)行 粉末冶金的工藝，即可制造本發(fā)明的靶材。本發(fā)明靶材的制作方法如下，其步驟請(qǐng)參照?qǐng)Dl所示。形成預(yù)合金將一靶材元素與靶材元素組成中 一種以上的其它元素合 成預(yù)合金，此預(yù)合金合成的方式可為熔煉、熱化學(xué)反應(yīng)或其它方法。造粉將預(yù)合金制成粉末，粉末的制成方法可采用機(jī)械方法，如將預(yù) 合金壓碎或擊碎后，再以球磨或棒磨進(jìn)行研磨，或其它物理化學(xué)方法如霧 化法(atomization)等。預(yù)合金粉末混合；燒結(jié)混合粉末經(jīng)燒結(jié)后形成具優(yōu)良特性的靶材，混合粉末的燒結(jié)可 采熱壓法、熱均壓法或者熱壓法合并熱均壓法進(jìn)行，此靶材可再經(jīng)加工成 形為可供濺鍍機(jī)使用的靶材。本發(fā)明的第 一種靶材可包舍以下各種靶材當(dāng)x為0， 0.5<z<0.6， IIIA為In-Ga， VIA為Se，可得到In-Ga-Se乾材。 當(dāng)IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為In-Ga， VIA為Se，可得到Cu-In-Ga-Se、Ag-In-Ga誦Se或Cu-Ag-In-Ga-Se耙材。當(dāng)IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為Ga， VIA為Se，可得到Cu-Ga-Se、Ag-Ga-Se或Cu-Ag-Ga-Se靶材。當(dāng)IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為In， VIA為Se，可得到Cu-In-Se、Ag-In-Se或Cu-Ag-In-Se靶材。當(dāng)x為0, 0.428<z<0.6， IIIA為In， VIA為Se，可得到In-Se耙材。 當(dāng)x為0， 0.5<z<0.6, IIIA為In-Ga, VIA為S，可得到In-Ga-S革巴材。 當(dāng)IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為In-Ga, VIA為S，可得到Cu-In-Ga-S、Ag畫(huà)In-Ga-S或Cu-Ag-In-Ga-S革巴材。當(dāng)x為0， 0.5<z<0.6， IIIA為In-Ga， VIA為T(mén)e,可得到In-Ga-Te耙材。當(dāng)IB為Cu, IIIA為In-Ga， VIA為T(mén)e,可得到Cu-In-Ga-Te耙材。 當(dāng)IB為Cu, IIIA為In， VIA為T(mén)e，可得到Cu-In-Te乾材。 藉由上迷的制作方法，可制造出具有完整IB-IIIA-VIA元素組成的耙 材。而由于本發(fā)明的靶材具有完整IB-IIIA-VIA元素組成，因此將此耙材經(jīng) 由一次的濺鍍工藝，即可鍍制出具有完整IB-IIIA-VIA元素組成的薄膜，可 直接應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中，避免現(xiàn)有CIGS薄膜需經(jīng)多重濺鍍和/或硒化處 理方可制作的問(wèn)題，大幅降低太陽(yáng)能電池的制造成本。
權(quán)利要求
1. 一種靶材，其元素組成為IBx-IIIAy-VIAz；其中，IB選自于以下群組中的至少一種Cu及Ag；IIIA選自于以下群組中的至少一種In及Ga；VIA選自于以下群組中的至少一種S、Se及Te；x為IB含量的原子百分比、y為IIIA含量的原子百分比、z為VIA含量的原子百分比，且滿(mǎn)足0≤x＜1、0＜y＜1、0＜z＜1，x+y+z＝1。
2. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的x為0, IIIA為In-Ga, VIA為Se。
3. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為 In-Ga， VIA為Se。
4. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為 Ga， VIA為Se。
5. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為 In, VIA為Se。
6. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的x為0， IIIA為In， VIA為Se。
7. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的x為0, IIIA為In-Ga， VIA為S。
8. 如權(quán)利要求l所述的靶材，其中的IB為Cu、 Ag或Cu-Ag， IIIA為 In-Ga, VIA為S。
9. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的IB為Cu， IIIA為In-Ga， VIA 為T(mén)e。
10. 如權(quán)利要求1所述的靶材，其中的IB為Cu， IIIA為In， VIA為T(mén)e。
11. 一種靶材，其元素組成為IBx-IIIAy-VIAz;其中， IB選自于以下群組中的至少一種Cu及Ag; IIIA選自于以下群組中的至少一種In及Ga; VIA選自于以下群組中的至少一種S、 Se及Te;x為IB含量的原子百分比、y為IIIA含量的原子百分比、z為VIA含 量的原子百分比，且滿(mǎn)足0〈x〈1、 0《y<l、 0<z<l, x+y+z=l。
12. —種薄膜，其是使用如權(quán)利要求i或11所述的靶材濺鍍而成。
13. 如權(quán)利要求12所述的薄膜，其是用于太陽(yáng)能電池。
全文摘要
本發(fā)明主要提供一種靶材，其元素組成IB_x-IIIA_y-VIA_z；其中，IB選自于以下群組中的至少一種Cu及Ag；IIIA選自于以下群組中的至少一種In及Ga；VIA選自于以下群組中的至少一種S、Se及Te；x、y、z分別為IB、IIIA、VIA含量的原子百分比，且0≤x＜1、0≤y＜1、0＜z＜1，x+y+z＝1；該靶材的制作方法包含形成預(yù)合金將一靶材元素與靶材元素組成中一種以上的其它元素合成預(yù)合金；造粉將預(yù)合金制成粉末；混粉將所述粉末直接混合或再與其它元素或預(yù)合金粉末混合；燒結(jié)混合粉末經(jīng)燒結(jié)后形成靶材。本發(fā)明還提供一種用于太陽(yáng)能電池的薄膜，其是使用上述的靶材濺鍍制成。
文檔編號(hào)C23C14/34GK101245443SQ200710078740
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月17日
發(fā)明者李仲仁, 毛慶中, 趙勤孝 申請(qǐng)人:光洋應(yīng)用材料科技股份有限公司