一種新型緩沖層氧化鋅硫靶材及其制備方法
【專利摘要】本發明目的是提供一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，由氧化鋅為主、添加硫化鎂鋅及添加第三種氧化物等，控制緩沖層載子濃度，能做出更好PN特性，并首創使用注漿成型加中高溫燒結的方式來制作此種多元氧化物的靶材，提高靶材均勻性及致密度，延長靶材壽命及增加利用率，提高濺鍍薄膜質量及性能，經由成分的設計與靶材質量的提高，提升了CIGS太陽能電池的轉換效率，降低生產成本，滿足了量產的需求。
【專利說明】一種新型緩沖層氧化鋅硫靶材及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種新型靶材材料的制備方法，尤其是一種制備銅銦鎵硒光伏電池用 新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法。
【背景技術】
[0002] 全球能源需求逐年攀高，在節能及環保意識抬頭下，發展再生能源為全球共同的 目標；以再生能源來說，無論水力、風力、地熱發電來說，均需以動能轉換方式來獲得轉換效 率，而太陽能發電則是利用太陽光轉換成電能之發電系統，在太陽能發電系統中無可動部 分，不像風力、水力、地熱等發電系統中均須用到轉動機械，因此不會有高溫高壓及噪音等 困擾，在發電過程中不造成環境負擔，為一潔凈地綠色能源。另外，太陽光源取之不盡用之 不竭的特性，使得太陽能發電系統能具有永續利用之一大優點；雖然現今太陽能發電之光 電轉換效率尚不高，但太陽能發電系統不需耗費額外的能源成本為其優勢，換句話說，這些 原本不被人們利用的能源現在有部分比例作為電力來源。太陽每天照射到地表的能量，超 過全人類30年所需要的能源，太陽能電池已成為未來替代能源的主流。預估至2100年全 球能源使用太陽能的利用率將達60%.太陽能電池的種類眾多，而CIGS(銅銦鎵硒）薄膜太 陽能電池擁有高轉換效率及發展潛力而受到矚目，目前CIGS(銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池 最高轉換效率由美國再生能源實驗室（NREL)所創造，其效率已達20%。CIGS從1995年發 展至今轉換效率已經提高足足有7%之多，相較于同樣時間內CdTe的4%、單晶硅與多晶硅 各為3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在轉換效率上的發展潛力。CIGS屬于I -III-VI 族的多晶黃銅礦結構（Chalcopyrite)化合物，是一種由II -VI族化合物閃鋅礦結構 (Zinc-Blend Structure)所衍生而來的半導體材料，由兩個閃鋅礦之單位晶胞堆棧而成， 原屬II族元素之晶格位置由I族及III族所取代而形成，而黃銅礦內部In所處晶格位置則 可為所添加之Ga元素取代。CIGS(銅銦鎵硒）具有直接能隙（Direct band-gap)性質的 P-type半導體特性，并且有相當高的光吸收系數α (a =IO4IO5 cnT1)，是單晶硅的100倍， 能涵蓋大部分的太陽光譜，與其它太陽能電池相比，故僅需1~3 μ m的厚度，即可吸收99%以 上的入射太陽光。目前CIGS薄膜太陽能電池最高轉換效率由美國再生能源實驗室（NREL) 所創造，其效率已達20%。且NREL于2011年評估報告顯示，CIGS (銅銦鎵硒）在轉換效率 上會以每年〇. 3%往上成長。
[0003] CIGS(銅銦鎵硒）薄膜太陽能電池發展至今其組件結構大致件由上電極（AL/Ni)、 抗反射層（MgF2)、光窗層（ΑΖ0/ΙΤ0)、緩沖層（CdS)、吸收層（CIGS)、背電極（Mo)與基板 (SS/GLASS/PET)所組成；在單一膜層內，各材料成份比之參數調配、薄膜晶體結構、制程方 式與優化制程等各種因素為其制備上的挑戰，此外，還需考慮到各膜層堆棧成組件的匹配 性、各膜層制備方式與制程間的相互影響等眾多因素，尤其從相關文獻顯示CIGS(銅銦鎵 硒）對于各種制程參數下對于組件影響極其敏感，更增添CIGS(銅銦鎵硒）薄膜太陽能電 池在制備上的困難，同時也使得技術門坎相對地提高，在國際光伏界認為是技術難度比較 大的一種太陽電池。
[0004] 靶材是具有固定形狀用于濺射鍍膜之母材。靶材若依材料分類可簡單地分為金屬 與陶瓷兩大類，若依制程分類通常可大略區分為熔煉制程與粉末冶金制程兩大類。大多數 金屬靶材采熔煉制程，少數靶材鑒于使用時晶粒大小控制、合金成份熔點差距太大等諸因 素才采用粉末冶金制程。針對氧化物靶材傳統是用熱壓制程或者冷均壓再燒結制程，材料 混合均勻性差，且燒結過程中應力分布不均，不易生產高密度大尺寸的氧化物靶材。目前光 電及半導體產業中如觸控屏、集成電路、液晶屏、建筑玻璃、光學膜及薄膜太陽能電池等，為 獲得大面積均勻性及量產性，相關薄膜均大量使用真空磁控濺鍍制程。
[0005] CIGS膜層中吸收層及緩沖層是影響電池效率及生產方式的重要膜層，傳統研究顯 示使用水浴法的CdS膜層能夠表現出較佳的電池效率。吸收層一般使用真空蒸鍍及真空磁 控濺鍍加后硒化熱處理的兩種主要制程，具有大面積成膜及獲得較佳均勻性的特性。緩沖 層功能，防止金屬與半導體接觸形成并聯電阻，保護吸收層及吸收層鈍態表面平整化。緩沖 層需求特性需高光穿透率，有效地控制薄膜厚度（30 rniTlOO nm)及薄膜均勻覆蓋。但若使 用水浴法的硫化鎘（CdS)做為緩沖層，則有制程不連續、Cd污染問題大及大面積均勻性不 佳等缺點。目前也有許多研究使用各種氧化物如ZnO、ZnS、MgO、ZnSe…等制造不同能階的 緩沖層，希望取代CdS且能獲得較佳的效率。傳統制造 ZnO、ZnS、MgO、ZnSe等靶材使用熱 壓法及等均壓法，設備投資費用較高，且有不易大尺寸制造及密度較低等缺點。
【發明內容】
[0006] 本發明目的是提供一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，由氧化鋅為主、添 加硫化鋅及添加第三種氧化物等，控制緩沖層載子濃度，能做出更好PN特性，并首創使用 注漿成型加上中低溫燒結的方式來制作此種多元氧化物的靶材，利用濕法混合各種粉末提 高靶材坯體的均勻性及燒結后的致密度，延長濺鍍靶材壽命及增加利用率，提高濺鍍薄膜 質量及性能，提高CIGS太陽能電池的轉換效率。
[0007] -種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅 10. 0-45. Owt%，或繼續添加第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨 充分混合，其質量比為：粉末材料：氧化鋯球：純水：分散劑=〇. 8-1. 2:2. 5-3. 5:0. 20-0 .30:0. 005 ;研磨4-24小時后形成漿料，然后將漿料灌入多孔性模具中，經過12-36小時的 干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論密度為5. 0-5.2 g/cm3的胚體，然后經 過800-1200°C和3-24小時的燒結，即形成濺鍍用高密度靶材胚體，經切割與表面研磨成 真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機 中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7 X KT5-O. 9 X KT5 torr后，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2X10_3-5X10_ 3torr， 先以DC電源濺鍍第一層500-800nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層1500-2000nm 厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽 至0. 7X 10_5-0. 9X 10_5 torr后，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2X 1(Γ3-5Χ l(T3t〇rr，以RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚 度80-150nm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制 600-1000nm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最上層 銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0008] 其中分散劑為18_22g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0009] 其中第三種氧化物為氧化娃0· 1-2. Owt%、氧化秘0· 1-2. Owt%、氧化鑰； 0. 1-2. Owt%、氧化錯 0. 1-2. Owt%、氧化鎵 0. 1-2. Owt%、氧化硼 0. 1-2. Owt% 中的任意一個。 [0010] 研磨最優選時間為6-16小時。
[0011] 燒結最優選溫度900-1KKTC，最優選時間為3-8小時。
[0012] 本發明的特點是在一種新型緩沖層氧化鋅硫靶材及其制備的方法，首創使用注漿 成型的方式使各種氧化物與硫化物充分混合均勻來提高靶材的均勻性來延長靶材使用壽 命，并藉由添加第三種氧化物于氧化鋅與硫化鋅中，降低燒結溫度提高靶材制密度，開發 出適用于緩沖層用的氧化鋅硫靶材，使得CIGS光伏電池的生產制程可以完全在真空中進 行，且不使用硫化鎘（CdS)避免了 Cd污染的問題，使得CIGS薄膜太陽能電池的量產更具可 行性，能夠獲得高轉換效率的CIGS電池，滿足了生產的要求。
[0013]
【具體實施方式】： 實施例1 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%形成粉末 材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉末材料：氧化鋯球：純 水：分散劑=0. 8:2. 5:0. 20:0. 005 ;研磨4小時后形成漿料，然后將漿料灌入多孔性模具 中，經過12小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論密度為5. Og/cm3的 胚體，然后經過800°C和3小時的燒結，即形成濺鍍用高密度靶材胚體，經切割與表面研磨 成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍 機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7 X l(T5t〇rr后，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2X l(T3t〇rr，先以DC電源濺鍍第一 層500nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層1500nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第 三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7X l(T5t〇rr后，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2X l(T3t〇rr，以RF電源功率進行 濺鍍制程，制得薄膜厚度80nm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及 AZO靶材鍍制600nm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印 最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0014] 其中分散劑為18g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0015] 實施例2: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅25. Owt%形成粉末 材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉末材料：氧化鋯球：純 水：分散劑=1. 0:3. 0:0. 25:0. 005 ;研磨14小時后形成漿料，然后將漿料灌入多孔性模具 中，經過24小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論密度為5.1 g/cm3的 胚體，然后經過KKKTC和5小時的燒結，即形成濺鍍用高密度靶材胚體，經切割與表面研磨 成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機 中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 8X KT5 torr后，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4X l(T3t〇rr，先以DC電源濺鍍第一 層600nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層1800nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第 三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 8X KT5 torr后，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3X l(T3t〇rr，以RF電源功率進行 濺鍍制程，制得薄膜厚度120nm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源 及AZO靶材鍍制SOOnm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作， 網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0016] 其中分散劑為20g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0017] 實施例3: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%形成粉末 材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉末材料：氧化鋯球：純 水：分散劑=1. 2:3. 5:0. 30:0. 005 ;研磨24小時后形成漿料，然后將漿料灌入多孔性模具 中，經過36小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論密度為5.2 g/cm3的 胚體，然后經過1200°C和24小時的燒結，即形成濺鍍用高密度靶材胚體，經切割與表面研 磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍 機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0.9X KT5 torr后，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5X l(T3t〇rr，先以DC電源濺鍍第一 層800nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層2000nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第 三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 9X KT5 torr后，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5X 10_3torr，以RF電源功率進行 濺鍍制程，制得薄膜厚度150nm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源 及AZO靶材鍍制IOOOnm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作， 網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0018] 其中分散劑為22g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0019] 實施例4: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化硅〇. lwt%。
[0020] 其余同實施例1。
[0021] 實施例5: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅25. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化硅I. 〇wt%。
[0022] 其余同實施例2。
[0023] 實施例6 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化硅2. Owt%。
[0024] 其余同實施例3。
[0025] 實施例7 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鉍〇. lwt%。
[0026] 其余同實施例1。
[0027] 實施例8: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅20. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鉍I. owt%。
[0028] 其余同實施例2。
[0029] 實施例9: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%，第三種 氧化物為氧化鉍2. Owt%。
[0030] 其余同實施例3。
[0031] 實施例10: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化釩〇. lwt%。
[0032] 其余同實施例1。
[0033] 實施例11: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅25. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化釩I. 〇wt%。
[0034] 其余同實施例2。
[0035] 實施例12: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化釩2. Owt%。
[0036] 其余同實施例3。
[0037] 實施例13 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鋁〇. lwt%。
[0038] 其余同實施例1。
[0039] 實施例14 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅20. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鋁I. 〇wt%。
[0040] 其余同實施例2。
[0041] 實施例15 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鋁2. Owt%。
[0042] 其余同實施例3。
[0043] 實施例16 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鎵〇. lwt%。
[0044] 其余同實施例1。
[0045] 實施例17: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅20. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鎵I. 〇wt%。
[0046] 其余同實施例2。
[0047] 實施例18: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化鎵2. Owt%。
[0048] 其余同實施例3。
[0049] 實施例19: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅10. 〇wt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化硼〇. lwt%。
[0050] 其余同實施例1。
[0051] 實施例20: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅25. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化硼I. 〇wt%。
[0052] 其余同實施例2。
[0053] 實施例21: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅45. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，第三種氧化物為氧化硼2. Owt%中的任意一個。
[0054] 其余同實施例3。
[0055] 實施例22 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅8. Owt%形成粉末 材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉末材料：氧化鋯球：純 水：分散劑=0. 9:2. 8:0. 26:0. 005 ;研磨10小時后形成漿料，然后將漿料灌入多孔性模具 中，經過15小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論密度為5.0 g/cm3的 胚體，然后經過900°C和15小時的燒結，即形成濺鍍用高密度靶材胚體，經切割與表面研磨 成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機 中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7X KT5 torr后，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5X l(T3t〇rr，先以DC電源濺鍍第一 層600nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層1900nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第 三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 9X KT5 torr后，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3X l(T3t〇rr，以RF電源功率進行 濺鍍制程，制得薄膜厚度IOOnm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源 及AZO靶材鍍制700nm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作， 網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0056] 其中分散劑為19g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0057] 實施例23 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅15. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉 末材料：氧化鋯球：純水：分散劑=1. 1:2.9:0. 22:0.005 ;研磨18小時后形成漿料，然 后將漿料灌入多孔性模具中，經過30小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合 的理論密度為5. 2 g/cm3的胚體，然后經過1100°C和15小時的燒結，即形成濺鍍用高密度 靶材胚體，經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻 璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 8 X KT5 torr后，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 4X l(T3torr，先以DC電源溉鍍第一層700nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層2000nm 厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至 0. 9 X KT5 torr后，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3 X l(T3torr，以RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚度HOnm左右的透明緩沖層氧 化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制700nm厚的透明導電膜，即完成CIGS 太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0058] 其中分散劑為21g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0059] 其中第三種氧化物為氧化硅2. 2wt%。
[0060] 實施例24 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅35. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉 末材料：氧化鋯球：純水：分散劑=〇. 6:2. 0:0. 40:0. 005 ;研磨14小時后形成漿料，然 后將漿料灌入多孔性模具中，經過20小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合 的理論密度為5. 2 g/cm3的胚體，然后經過800°C和15小時的燒結，即形成濺鍍用高密度 靶材胚體，經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻 璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 9 X KT5 torr后，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 2X l(T3torr，先以DC電源溉鍍第一層500nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層2000nm 厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至 0. 8 X KT5 torr后，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2X l(T3torr，以RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚度130nm左右的透明緩沖層氧 化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制IOOOnm厚的透明導電膜，即完成CIGS 太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0061] 其中分散劑為22g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0062] 其中第三種氧化物為氧化鉍0· 8wt%。
[0063] 實施例25 : 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅40. Owt%，繼續 添加第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比 為：粉末材料：氧化鋯球：純水：分散劑=1. 1:3. 2:0. 26:0. 005 ;研磨10小時后形成漿 料，然后將漿料灌入多孔性模具中，經過20小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化 物混合的理論密度為5. 2 g/cm3的胚體，然后經過900°C和17小時的燒結，即形成濺鍍 用高密度靶材胚體，經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密 度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至 0.7Xl(T 5t〇rr后，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3X l(T3torr，先以DC電源溉鍍第一層600nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層 1700nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力 抽至0.9X KT5 torr后，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4X l(T3t〇rr，以RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚度IlOnm左右的透明緩沖 層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制700nm厚的透明導電膜，即完成 CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0064] 其中分散劑為16g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0065] 其中第三種氧化物為氧化釩I. 5wt%。
[0066] 實施例26: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅35. Owt%，繼續 添加第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比 為：粉末材料：氧化鋯球：純水：分散劑=〇. 8:3. 5:0. 26:0. 005 ;研磨3小時后形成漿 料，然后將漿料灌入多孔性模具中，經過10小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化 物混合的理論密度為4. 8 g/cm3的胚體，然后經過1300°C和26小時的燒結，即形成濺鍍 用高密度靶材胚體，經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密 度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至 0.7Xl(T 5t〇rr后，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2X l(T3torr，先以DC電源溉鍍第一層500nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層 1500nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力 抽至0. 7X l(T5t〇rr后，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2Xl(T 3t〇rr，以RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚度SOnm左右的透明緩沖 層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制600nm厚的透明導電膜，即完成 CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0067] 其中分散劑為20g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0068] 其中第三種氧化物為氧化鋁0· 6wt%。
[0069] 實施例27: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅25. Owt%，繼續添加 第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉末 材料：氧化鋯球：純水：分散劑=1. 〇: 3. 0:0. 25:0. 005 ;研磨14小時后形成漿料，然后將漿 料灌入多孔性模具中，經過24小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論密 度為5. I g/cm3的胚體，然后經過1000°C和5小時的燒結，即形成濺鍍用高密度靶材胚體， 經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻璃為基材，放 入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至0. 6 X KT5 torr后，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 l(T3t〇rr，先以 DC電源濺鍍第一層400nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層1300nm厚的CIGS吸收層薄 膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 6 X KT5 torr后，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 l(T3t〇rr，以 RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚度60nm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使 用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制500nm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結 構的薄膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0070] 其中分散劑為15g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0071] 其中第三種氧化物為氧化鎵0· 08wt%。
[0072] 實施例28: 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，將氧化鋅中添加硫化鋅50. Owt%，繼續添 加第三種氧化物形成粉末材料，再與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉 末材料：氧化鋯球：純水：分散劑=1. 5:4. 0:0. 35:0. 005 ;研磨26小時后形成漿料，然 后將漿料灌入多孔性模具中，經過40小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合 的理論密度為5. 5 g/cm3的胚體，然后經過1500°C和26小時的燒結，即形成濺鍍用高密度 靶材胚體，經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密度；以玻 璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至I. OX 1〇_5 torr后，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 6X l(T3torr，先以DC電源溉鍍第一層900nm厚的Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層2200nm 厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至 I. 0 X KT5 torr后，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6X l(T3torr，以RF電源功率進行濺鍍制程，制得薄膜厚度180nm左右的透明緩沖層氧 化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO靶材鍍制1200nm厚的透明導電膜，即完成CIGS 太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0073] 其中分散劑為25g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
[0074] 其中第三種氧化物為氧化硼2. 2wt%。
[0075] 對比例1 : 現有技術中制備緩沖層氧化鋅靶材的方法，將純氧化鋅，使用熱壓法制作成所需靶材。 以阿基米得法量測靶材密度。以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將 濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7 X KT5-O. 9 X KT5 torr后，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3X 10_3torr，先以DC電源濺鍍第一層500nm厚的 Mo薄膜，然后共蒸鍍制造第二層2000nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真 空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7X KT5-O. 9X KT5 torr后，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2X l(T3t〇rr，以RF電源功率進行濺 鍍制程，制得薄膜厚度IOOnm左右的透明緩沖層氧化鋅薄膜，第四層使用脈沖DC電源及AZO 靶材鍍制SOOnm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄膜制作，網印最 上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
[0076] 各實施例和對比例制得的透明導電氧化鋅薄膜的性能如下表所示：
【權利要求】
1. 一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，其特征為： 將氧化鋅中添加硫化鋅10. 0-45. Owt%，或繼續添加第三種氧化物形成粉末材料，再 與氧化鋯球、純水、分散劑研磨充分混合，其質量比為：粉末材料：氧化鋯球：純水：分 散劑=0. 8-1. 2:2. 5-3. 5:0. 20-0. 30:0. 005 ;研磨4-24小時后形成漿料，然后將漿料灌 入多孔性模具中，經過12-36小時的干燥后，脫膜形成多元氧化物與硫化物混合的理論 密度為5. 0-5. 2 g/cm3的胚體，然后經過800-1200°C和3-24小時的燒結，即形成濺鍍用 高密度靶材胚體，經切割與表面研磨成真空磁控濺鍍用靶材，以阿基米得法量測靶材密 度；以玻璃為基材，放入真空磁控濺鍍機中，首先真空抽氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至 0. 7X l(T5-0. 9X 1(T5 torr后，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2 X 10_3-5 X 10_3torr，先以DC電源濺鍍第一層500-800nm厚的Mo薄膜，然 后共蒸鍍制造第二層1500_2000nm厚的CIGS吸收層薄膜，接著鍍制第三層薄膜，以真空抽 氣系統將濺鍍腔體背景壓力抽至〇. 7X l(T5-0. 9X 1(T5 torr后，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2X 1(T3-5X l(T3t〇rr，以RF電源功率進行 濺鍍制程，制得薄膜厚度80-150nm左右的透明緩沖層氧化鋅硫薄膜，第四層使用脈沖DC電 源及AZ0靶材鍍制600-1000nm厚的透明導電膜，即完成CIGS太陽能電池的主要結構的薄 膜制作，網印最上層銀漿電極后進行轉換效率測試。
2. 如權利要求1所述的一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，其特征為：分散劑 為18-22g/L的聚丙烯酸鈉水溶液。
3. 如權利要求1所述的一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，其特征為：第三種 氧化物為氧化硅〇. 1-2. Owt%、氧化鉍0. 1-2. Owt%、氧化釩0. 1-2. Owt%、氧化鋁0. 1-2. Owt%、 氧化鎵0.卜2. Owt%、氧化硼0. 1-2. Owt%中的任意一個。
4. 如權利要求1所述的一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，其特征為：研磨優 選時間為6_16小時。
5. 如權利要求1所述的一種制備新型緩沖層氧化鋅硫靶材的方法，其特征為：燒結優 選溫度900-1100°C，優選時間為3-8小時。
【文檔編號】C23C14/08GK104404459SQ201410626628
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】黃信二 申請人:研創應用材料（贛州）有限公司