[发明专利]溅射靶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在形成用于形成太阳能电池的光吸收层的Cu-In-Ga-Se四元系合金膜时使用的溅射靶及其制造方法。

背景技术

近年来，基于化合物半导体的薄膜太阳能电池得以实际应用，该基于化合物半导体的薄膜太阳能电池具有如下基本结构：在钠钙玻璃基板上形成成为正电极的Mo电极层，在该Mo电极层上形成包括Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的光吸收层，在包括该Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的该光吸收层上形成包括ZnS、CdS等的缓冲层，在该缓冲层上形成成为负电极的透明电极层。

作为上述包括Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的光吸收层的形成方法，已知有通过蒸镀法成膜的方法，通过该方法得到的包括Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的光吸收层虽然可得到较高的能量转换效率，但由于基于蒸镀法的成膜速度较慢，因此在大面积成膜时，膜厚的面内分布的均匀性不足。因此，提出了通过溅射法形成包括Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的光吸收层的方法。

作为通过溅射法成膜该Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的方法，提出了如下方法（所谓硒化法）：首先，通过使用Cu-Ga二元系合金溅射靶的溅射来成膜Cu-Ga二元系合金膜，并使用In溅射靶通过溅射在该Cu-Ga膜上成膜In膜，在Se及S气氛中对得到的包括Cu-Ga二元系合金膜及In膜的叠层膜进行热处理来形成Cu-In-Ga-Se四元系合金膜（参考专利文献1、2）。

另一方面，为提高包括Cu-In-Ga-Se四元系合金膜的光吸收层的发电效率，要求向该光吸收层中添加Na。例如，非专利文献1中提出前体膜（Cu-In-Ga-Se四元系合金膜）中的Na含量一般为0.1%左右。

专利文献1：日本专利第3249408号公报

专利文献2：日本专利公开2009-135299号公报

非专利文献1：A．Romeo、《Development of Thin-film Cu（In，Ga）Se2 and CdTe Solar Cells》、Prog．Photovolt：Res．Appl．2004；12：93-111（DOI：10．1002/pip．527

用于通过所述溅射向所述光吸收层添加Na的溅射靶及其制造方法中留有以下课题。即，存在以溅射法很难向溅射靶添加Na的问题。尤其在如专利文献1中记载利用上述硒化法的太阳能电池的制造中，为形成Cu-Ga膜而利用了Cu-Ga溅射靶，但由于Na不固溶于Cu，而且金属Na的熔点（98℃）及沸点（883℃）非常低，而且金属Na非常容易氧化，因此很难利用金属Na制造溅射靶。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够通过溅射法良好地形成添加有Na的Cu-Ga膜的溅射靶及其制造方法。

本发明人等为了制造良好地添加有Na的Cu-Ga溅射靶而进行了研究。其结果查明，若利用并非金属Na状态而是化合物状态的Na₂S粉末添加于溅射靶中，则能够良好地添加Na。因此，本发明是由上述见解得到的，并为解决上述课题而采用了以下结构。即，本发明的溅射靶，其中，该溅射靶具有如下成分组成：含有Ga：20～40at%，并含有Na：0.05～2at%及S：0.025～1.0at%，剩余部分包括Cu及不可避免的杂质。

该溅射靶具有如下成分组成：含有Ga：20～40at%，并含有Na：0.05～2at%及S：0.025～1.0at%，剩余部分包括Cu及不可避免的杂质，因此，能够通过溅射法良好地形成含有有效提高发电效率的Na的Cu-Ga膜。另外，该含有Na的Cu-Ga膜中的硫（S）对于太阳能电池的光吸收层的特性无特别影响。

另外，设定Na的添加量在上述范围内的原因在于，若Na添加量超过2at%，则通过溅射形成的Cu-Ga-Na-S膜向Mo电极的粘附力显著降低，在硒化工艺中产生膜剥落。另一方面，其原因在于，若Na添加量少于0.05at%，则膜中的Na量不足，无法得到提高发电效率的效果。另外，Na的优选量为0.1at%～0.5at%。另外，设定硫（S）的添加量在上述范围内的原因在于，若S添加量超过1.0at%，则存在太阳能电池中的pn结质量因硫而降低，且无法实现太阳能电池的较高的FF（填充因子）的问题。另一方面，若S添加量少于0.025at%，则S相对于Na缺损，氧气进入S位置并与Na键合。其结果，溅射靶中的氧含量异常增加，以溅射制作的前体膜中的氧气异常增加，从而导致太阳能电池的转换效率降低。