專利名稱：一種低電阻率Mo薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Mo薄膜的制備方法，具體來講是一種低電阻率Mo薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池具有抗輻照能力強(qiáng)、光電轉(zhuǎn)換效率高、電池壽命長等特點(diǎn)，適合制備柔性薄膜電池、空間電池，是第三代太陽能電池的發(fā)展方向。背接觸層(BC層)是CIGS太陽能電池的重要組成部分，需要具有低電阻率和與基底附著性好的特點(diǎn)。Mo薄膜的熔點(diǎn)高(2623 V )，具有熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、電阻率低、易和CIGS吸收層形成 歐姆接觸等特點(diǎn)，是CIGS薄膜太陽電池最合適的BC層材料。目前，Mo薄膜主要通過化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、電子束蒸發(fā)和磁控濺射等方法制備。磁控濺射法制備的Mo薄膜具有大面積均勻性好，工藝重復(fù)性高，薄膜結(jié)構(gòu)致密，表面粗糙度小，臺階覆蓋性好等特點(diǎn)，是當(dāng)今Mo薄膜的主流制備方法。已有研究表明，采用低工作氣壓濺射沉積的Mo薄膜電阻率低，但在襯底上的附著性差，薄膜內(nèi)應(yīng)力較大，易產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)會從基底上脫落，難以進(jìn)行后續(xù)CIGS光吸收層薄膜的沉積。采用高工作氣壓濺射沉積的Mo薄膜雖然附著性好，但薄膜電阻率較高，用于CIGS太陽電池會增加內(nèi)阻，降低電池的性能。因此，高質(zhì)量、性能優(yōu)異的CIGS電池需要Mo薄膜具有電阻率低、附著性好的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，該方法制備的Mo薄膜為雙層結(jié)構(gòu)。先在較高氣壓下濺射形成緩沖層，再在其上在較低氣壓下濺射沉積Mo薄膜。雙層Mo薄膜同時(shí)具備附著性好和電阻率低的特點(diǎn)。采用該方法制備的雙層Mo薄膜，能夠減少所需的Mo薄膜厚度，減少昂貴靶材的使用量，降低制作成本。也可以在較短時(shí)間內(nèi)獲得所需的薄膜，節(jié)約了制備時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是
一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于
操作步驟如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在高真空磁控濺射儀中安裝金屬M(fèi)o靶，純度99. 99 %，基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、干燥后放入濺射室。將真空腔室的真空度抽到2. 0' 10 4 Pa，通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調(diào)節(jié)濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預(yù)濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。用直流電源濺射沉積Mo薄膜，調(diào)節(jié)電源功率為4W/cm2。待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積llmin，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調(diào)節(jié)為0. 15Pa，調(diào)節(jié)直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積1(T20 min，即在緩沖層上沉積了頂層薄膜，獲得具有低電阻率的雙層Mo薄膜。根據(jù)本發(fā)明所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于所述基片為鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金。根據(jù)本發(fā)明所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于超聲清洗時(shí)間為 5 15 min。本發(fā)明的有益效果在于與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，通過該方法制備的薄膜具有雙層結(jié)構(gòu)，使薄膜的電學(xué)性能和機(jī)械性能提升，薄膜的整體性能得到優(yōu)化。該雙層膜與低氣壓沉積的單層Mo薄膜相比，高氣壓沉積的緩沖層提高了薄膜與基底的附著力，使薄膜中的微裂紋大幅減少。在緩沖層薄膜的誘導(dǎo)下，后續(xù)濺射沉積的Mo薄膜具有更好的質(zhì)量薄膜更加致密，內(nèi)部缺陷減少，表面更加平整。薄膜質(zhì)量的提高使電子在薄膜中的傳輸阻力減小，降低了薄膜的電阻率。該低電阻率Mo薄膜用作太陽能電池的背電極層，有利于減小電池的內(nèi)阻，提高電池的光電轉(zhuǎn)換性能。該低電阻率Mo 薄膜的使用可以減少材料的使用量，降低電池的制備成本。該薄膜所需的制備時(shí)間更少，使得電池的生產(chǎn)效率提高，增加了效益。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備的Mo緩沖層薄膜的X射線衍射圖譜。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I制備的Mo緩沖層薄膜的表面形貌。圖3是本發(fā)明實(shí)施例I制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖4是本發(fā)明實(shí)施例I制備的雙層Mo薄膜的表面形貌。圖5是本發(fā)明實(shí)施例2制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖6是本發(fā)明實(shí)施例2制備的雙層Mo薄膜的表面形貌。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明
實(shí)施例1，一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在真空磁控濺射儀中安裝金屬M(fèi)o靶(純度99. 99%)，基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗(超聲清洗時(shí)間為5 15 min)、干燥后放入濺射室。沉積緩沖層薄膜前，將真空腔室的真空度抽到2. 0 X 10_4 Pa。通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調(diào)節(jié)濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預(yù)濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。調(diào)節(jié)直流電源功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積lmin，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調(diào)節(jié)為0. 15 Pa，調(diào)節(jié)直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積10 min,即獲得低電阻率的Mo薄膜。圖I是本實(shí)施例制備的Mo緩沖層薄膜的X射線衍射圖譜，XRD圖譜沒有明顯的結(jié)晶峰，說明薄膜的結(jié)晶質(zhì)量差。圖2為本實(shí)施例制備的Mo緩沖層薄膜的SEM圖，圖2顯示緩沖層由納米級的小顆粒組成，尺寸不均勻，薄膜有空洞、間隙存在。
緩沖層薄膜的厚度經(jīng)臺階儀測試為45 nm，用四探針測得的方塊電阻為I. 28X103 Q/□，計(jì)算得薄膜電阻率為578X10 _ 5 Q .Cm。說明緩沖層的電阻率很大，薄膜導(dǎo)電
性很差。圖3是本實(shí)施例制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜，與標(biāo)準(zhǔn)卡片(JCPDS04-0809)對比，可知衍射峰對應(yīng)于體心立方Mo的(110)和(211)晶面。XRD衍射峰尖銳清晰，說明薄膜的結(jié)晶質(zhì)量高。圖4是本實(shí)施例制備的雙層Mo薄膜的掃描電鏡圖譜，薄膜表面平整，結(jié)構(gòu)致密，顆粒邊界清晰。雙層Mo薄膜的厚度經(jīng)臺階儀測試為300 nm，用四探針測得的方塊電阻為I. 16 Q/□,經(jīng)計(jì)算得電阻率為3. 48 XlO ^ 5 Q .Cm。作為對比，采用0. 15 Pa沉積15 min得到單層Mo薄膜厚度為479 nm，其方塊電阻為I. 17 Q/□，經(jīng)計(jì)算電阻率為5.61 X 10_5 Q .cm。由以上結(jié)果可知，雙層膜的電阻率顯著減少，厚度為300 nm的雙層膜即可達(dá)到480 nm厚薄膜的相同性能,能夠大幅減少材料的使用量。 實(shí)施例2，一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在真空磁控濺射儀中安裝金屬M(fèi)o靶(純度99. 99% )，基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦)依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗(超聲清洗時(shí)間為5 15 min)、干燥后放入濺射室。沉積緩沖層薄膜前，將真空腔室的真空度抽到2 () L0_4 Pa。通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調(diào)節(jié)濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預(yù)濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。調(diào)節(jié)直流電源功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積3 min，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調(diào)節(jié)為0. 15 Pa，調(diào)節(jié)直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積15 min,即獲得低電阻率的Mo薄膜。圖5是本實(shí)施例制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜，衍射峰對應(yīng)于體心立方Mo (110)和(211)晶面。與實(shí)施例I相比，衍射峰的強(qiáng)度增加，半高寬減少，說明膜的結(jié)晶質(zhì)量更好。圖6是本實(shí)施例制備的雙層Mo薄膜的掃描電鏡圖譜，薄膜表面平整，結(jié)構(gòu)致密，顆粒邊界清晰，沒有觀察到微裂紋。本實(shí)施例制備的雙層Mo薄膜的厚度為520 nm，方塊電阻為0.6 Q/□，經(jīng)計(jì)算得電阻率為3. 12 XlO - 5 Q .Cm。電阻率與比單層Mo薄膜的5.61X10_5 Q cm相比，減少了 44%。用作CIGS薄膜太陽能電池能夠減少內(nèi)阻，提高電池的性能。實(shí)施例3，一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在真空磁控濺射儀中安裝金屬M(fèi)o靶(純度99. 99%)，基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗(超聲清洗時(shí)間為5 15 min)、干燥后放入濺射室。沉積緩沖層薄膜前，將真空腔室的真空度抽到2.0 X 10_4 Pa。通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調(diào)節(jié)濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預(yù)濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。調(diào)節(jié)直流電源功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積2min，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調(diào)節(jié)為0. 15 Pa，調(diào)節(jié)直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積20 min,即獲得低電阻率的Mo薄膜。經(jīng)測試，雙層Mo薄膜的厚度為760 nm，方塊電阻為0.38 Q，經(jīng)計(jì)算得電阻率為 2.90 XlO -5Q .Cm。電阻率比單層Mo薄膜的5. 61 X 1(T5 Q .cm顯著減少，適合制作CIGS薄膜太陽能電池的背電極層。
權(quán)利要求
1.一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于 操作步驟如下 (1)濺射Mo緩沖層: 在高真空磁控濺射儀中安裝金屬M(fèi)o靶，純度99. 99%，基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、干燥后放入濺射室； 將真空腔室的真空度抽到2. O 10_4 Pa，通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調(diào)節(jié)濺射室壓力為3. 5 Pa ; 起輝，預(yù)派Mo祀材10 min以去除祀表面的污染物； 用直流電源濺射沉積Mo薄膜，調(diào)節(jié)電源功率為4 ff/cm2,待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積1 3 min,獲得Mo緩沖層薄膜； (2)濺射Mo薄膜 將濺射室壓力調(diào)節(jié)為O. 15 Pa，調(diào)節(jié)直流電源的功率仍為4 W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積1(T20 min,即在緩沖層上沉積了頂層薄膜，獲得具有低電阻率的雙層Mo薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于所述基片為鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于超聲清洗時(shí)間為 5 15 min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作步驟如下(1)濺射Mo緩沖層在高真空磁控濺射儀中安裝金屬M(fèi)o靶，純度99．99％，基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、干燥后放入濺射室。將濺射室的真空度抽到2.010-4Pa，通入99.995%的高純氬氣作為工作氣體，調(diào)節(jié)濺射室壓力為3.5Pa。起輝，預(yù)濺Mo靶材10min以去除靶表面的污染物。用直流電源濺射沉積Mo薄膜，調(diào)節(jié)電源功率為4W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積1~3min，獲得Mo緩沖層。(2)濺射Mo薄膜將濺射室壓力調(diào)節(jié)為0.15Pa，直流電源的功率仍為4W/cm2，待輝光穩(wěn)定后打開襯底擋板沉積10~20min，即在緩沖層上沉積了頂層薄膜，獲得具有低電阻率的雙層Mo薄膜。該薄膜的結(jié)晶質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)致密，適合于用作太陽能電池的背電極層。
文檔編號C23C14/14GK102828152SQ20121035123
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者余洲, 劉連, 李珂 申請人:成都欣源光伏科技有限公司