專利名稱：以預合金靶進行一次濺鍍方式制作半導體化合物薄膜層方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)一種薄膜層的制造方法，特別是關(guān)于一種IB-IIB-IVA形成預合金靶材，利用此預合金靶材，以一次濺鍍方式即可鍍制出具有完整IB-IIB-IVA-VIA元素組成的薄膜制造方法。
背景技術(shù)：
由于目前人類的各項活動對能源的需求是不可或缺且與日俱增的，因此如何提供一種長久且安全使用的能源便能為目前最迫切的議題，在各種替代性的能源當中，以太陽能電池研發(fā)最為受到矚目。截至目前為止，已商品化之薄膜太陽電池有碲化鎘(CdTe)、銅銦二硒(CIS)/銅銦鎵硒(CIGS)及非晶硅(a-Si)等不同材料，各有其發(fā)展之優(yōu)缺點。其中CIS/CIGS薄膜太陽能電池吸光范圍很廣，雖其制程窗口非常窄造成量產(chǎn)不易，然而其穩(wěn)定性及光電轉(zhuǎn)換效率為各類型薄膜太陽電池中最高者，且被認為是短期內(nèi)最有可能達到硅芯片型太陽電池效能之薄膜太陽電池。近期在追求量產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速下，CIGS太陽電池在標準測試條件下，最佳電池之光電轉(zhuǎn)換效率可達19. 9% (美國國家可再生能源實驗室；NREL)，并且在設(shè)備商的積極投入與開發(fā)，使傳統(tǒng)真空制程技術(shù)(例如濺鍍與蒸鍍)可望加速改善其一直無法有效突破的量產(chǎn)及大面積化問題。因此將有機會帶動此類產(chǎn)品產(chǎn)能之迅速成長，即使CIGS及CIS有接近硅芯片型太陽電池之光能轉(zhuǎn)換效率及比硅薄膜太陽電池還要低成本之優(yōu)勢，但(I)高效率太陽電池制程復雜且投資成本只比硅薄膜太陽電池便宜些許；(2)緩沖層材料CdS潛在毒害風險及處理成本；(3)關(guān)鍵原料銦元素的供應(yīng)短缺等問題；以上這些因素是銅銦二硒/銅銦鎵硒等薄膜太陽能電池發(fā)展之隱憂。因此發(fā)展I-II-IV-VI半導體化合物材料取代I-III-VI太陽電池材料，其具備材料成本低廉及可避免材料短缺問題等優(yōu)勢，例如銅鋅錫硫與銅鋅錫硒，兩者一般分別表示為CZTS與CZTSe，近幾年已成為半導體裝置被受矚目之研究議題。由于化合物的硫與硒元素可以互相取代，故此類化合物亦可表示為CZTSSe，所以CZTSSe此表示法包含硫與硒所有比例可能之組合。此外，這些裝置依其組成元素族群，亦稱為I-II-IV-VI裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，本發(fā)明目標為半導體化合物I-II-IV-VI太陽電池，既具有與銅銦二硒(CIS)可比擬的光電學特性，又因不包含地球資源匱乏的貴金屬銦且銅、鋅、錫、硫等元素存量豐富、對環(huán)境無污染且造價低廉，很有希望成為新一代低成本高效率薄膜太陽電池的理想吸收層材料
具體實施例方式本發(fā)明系提出一種I-II-IV預合金靶材，并以一次濺鍍方式制備，制造具有I-II-IV-VI元素組成之半導體化合物薄膜的制造方法，而此I-II-IV預合金靶材元素組成為 IB-IIB-IVA ;其中，IB系至少選自于一種以下之群組Cu及Ag;IIB系至少選自于一種以下之群組Zn及Cd;IVA系至少選自于一種以下之群組Si、Ge及Sn ；以下介紹二種制備此半導體化合物薄膜之實施例。實例I、二銅鋅錫四硒(硫)化合物(CZTSe⑶、Cu2ZnSnSe (S)4)薄膜制備將基板升溫至400 575°C，并以一次反應(yīng)性濺鍍方式沉積，濺鍍功率0. Ikff 2kW、lS氣分壓'2 18mTorr，當派鍍Cu2ZnSn薄膜時，同時利用眾所周知的硒化或硫化反 應(yīng)，例如通入硒化氫(H2Se)或硫化氫(H2S)氣體直接反應(yīng)形成Cu2ZnSnSe (S)4半導體化合物薄膜。實例2、二銅鋅錫四硒(硫)化合物(CZTSe⑶，Cu2ZnSnSe (S)4)薄膜制備將基板升溫至400 575°C，一次濺鍍方式沉積，濺鍍功率0. Ikff 2kW、氬氣分壓2 ISmTorr,在濺鍍Cu2ZnSn薄膜后，利用眾所周知的硒化(硫化)處理，將溫度上升至225 575°C通入硒(硫)蒸氣，經(jīng)5 60分中反應(yīng)后，形成Cu2ZnSnSe (S) 4半導體化合
物薄膜。綜上所述，本發(fā)明的靶材具有完整IB-IIB-IVA元素組成，因此利用此單一預合金靶材，只需經(jīng)一次濺鍍方式制作具完整IB-IIB-IVA-VIA元素組成的薄膜，可直接應(yīng)用于太陽電池中，如此大幅地簡化制程與降低制造成本。以上說明，對本發(fā)明而言只是說明性的，非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修正、變化或等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。


圖I系為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明主要目的是提供一種以預合金靶材進行一次濺鍍方式，制作半導體化合物薄膜層的制造方法，包含以下步驟；使用含有IB族、IIB族、IVA族等元素所組成之預合金靶材，將此預合金靶材進行濺鍍反應(yīng)并同時或稍后通入含VIA族元素之氣體，以形成具有IB-IIB-IVA-VIA元素所組成之半導體化合物薄膜。
2.本發(fā)明目標為半導體化合物I-II-IV-VI太陽電池，既具有與銅銦二硒(CIS)可比擬的光電學特性，又因不包含地球資源匱乏的貴金屬銦且銅、鋅、錫、硫等元素存量豐富、對環(huán)境無污染且造價低廉，很有希望成為新一代低成本高效率薄膜太陽電池的理想吸收層材料
3.因此，本發(fā)明系在針對上述之困擾，提出一種以IB-IIB-IVA形成預合金靶材(預合金將靶材元素選自至少一種以上之元素與靶材其他元素組合形成預合金)，利用此單一預合金靶材制作前驅(qū)膜層，避免因多步驟濺鍍時需使用較多的靶材，大幅降低靶材損耗與增加靶材使用率；并以一次濺鍍方式制作薄膜，更可以大幅簡化制程步驟及降低設(shè)備成本。
全文摘要
本發(fā)明系提出一種以IB-IIB-IVA形成預合金靶材(預合金將靶材元素選自至少一種以上之元素與靶材其他元素組合形成預合金)，利用此單一預合金靶材制作前驅(qū)膜層，避免因多步驟濺鍍時需使用較多的靶材，大幅降低靶材損耗與增加靶材使用率；并以一次濺鍍方式制作薄膜，更可以大幅簡化制程步驟及降低設(shè)備成本。本發(fā)明目標為半導體化合物I-II-IV-VI太陽電池，既具有與銅銦二硒(CIS)可比擬的光電學特性，又因不包含地球資源匱乏的貴金屬銦且銅、鋅、錫、硫等元素存量豐富、對環(huán)境無污染且造價低廉，很有希望成為新一代低成本高效率薄膜太陽電池的理想吸收層材料。
文檔編號C23C14/06GK102931274SQ201110229408
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月11日
發(fā)明者陳誼浩, 劉幼海, 劉吉人 申請人:吉富新能源科技(上海)有限公司