[发明专利]溅射靶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及形成用于形成CIGS薄膜型太阳能电池的光吸收层的Cu-In-Ga-Se化合物膜（以下简称为CIGS膜）时所使用的溅射靶及其制造方法。

背景技术

近年来，为了将基于黄铜矿系的化合物半导体的薄膜型太阳能电池进行实际应用，基于该化合物半导体的薄膜型太阳能电池具有以下基本构造：在钠钙玻璃基板上形成作为正极的Mo电极层，在该Mo电极层上形成包括CIGS膜的光吸收层，在该光吸收层上形成包括ZnS、CdS等的缓冲层，在该缓冲层上形成作为负极的透明电极层。

作为上述光吸收层的形成方法，已知有通过蒸镀法进行的成膜方法，虽然通过该方法得到的光吸收层能获得高的能量转换效率，但是通过蒸镀法进行成膜时，蒸镀速率慢，因此在大面积基板上进行成膜的情况下，膜厚度分布的均匀性容易降低。因此，提出通过溅射法形成光吸收层的方法。

作为基于溅射法的上述光吸收层方法，提出了以下方法（所谓的硒化法）：首先，通过使用In靶溅射来形成In膜。在该In膜上通过使用Cu-Ga二元系合金靶溅射来形成Cu-Ga二元系合金膜，将得到的包含In膜和Cu-Ga二元系合金膜的层合前体膜在Se气氛中进行热处理，形成CIGS膜。

另外，以以上技术为背景，提出了以下技术：从金属背面电极层侧以Ga含量高的Cu-Ga合金层、Ga含量低的Cu-Ga合金层、In层的顺序通过溅射法制作所述Cu-Ga合金膜和In膜的层合前体膜，将其在硒和/或硫气氛中进行热处理，由此从界面层（缓冲层）侧向金属背面电极层侧，薄膜光吸收层内部Ga的浓度梯度逐渐（阶段性地）改变，从而实现具有大开路电压的薄膜型太阳能电池，同时，防止薄膜光吸收层从其他层上剥离。在这种情况下，提出CuGa靶中的Ga含量为1-40原子%（参见专利文献1）。

另一方面，为了提高包含CIGS膜的光吸收层的发电效率，向该光吸收层中添加Na是有效的。例如，在非专利文献1中，CIGS膜中的Na含量为0.1%左右。

为了将Na添加至光吸收层，提出了以下方法：在基板上所形成的背面电极层上形成以In、Cu和Ga金属元素作为所含成分的前体膜后，对该前体膜附着含四硼酸钠、硫化钠和硫酸钠铝的水溶液，进一步，将其在H₂Se气体气氛中进行热处理、硒化（参见专利文献2）。

现有技术文献

【专利文献】

【专利文献1】特开平10-135495号公开文本

【专利文献2】国际公开第2005/109525号公开文本

【非专利文献】

【非专利文献1】A.Romeo、“Development of Thin-film Cu(In,Ga)Se2and CdTe Solar Cells”、Prog.Photovolt:Res.Appl.2004;12:93-111(DOI:10.1002/pip.527

发明内容

发明要解决的问题

上述现有技术存留以下问题。

即，在专利文献2记载的方法中，通过在前体膜上形成Na的化合物膜，可以防止背面金属电极与光吸收膜之间的界面发生剥离，但是必须使用钠盐的水溶液。因此，不但增加了制造步骤，而且在大面积基板上成膜的情况下，钠盐水溶液难以均匀附着至前体膜。

为此，作为在前体膜中直接添加Na的方法，考虑例如向用于形成前体膜的各种靶中添加Na，通过溅射法使前体膜中含有Na的方法。然而，在如专利文献1中记载的使用所述硒化法的太阳能电池的制造中，为了形成Cu-Ga膜而使用Cu-Ga合金靶，但是Na不固溶于Cu中，且金属Na的熔点（98℃）和沸点（883℃）非常低，另外金属Na非常易于氧化，因此，将金属Na添加于Cu-Ga合金靶中是非常困难的。

鉴于上述问题做出了本发明，其目的是提供溅射靶及其制造方法，该溅射靶可通过溅射法向Ga浓度为1-40at%的Cu-Ga膜中添加Na。

解决问题的手段

本发明人对可向Ga浓度为1-40at%的Cu-Ga合金靶中添加Na的方式进行了研究。其结果是发现，如果以不是金属Na状态的化合物状态的氟化钠、硫化钠、或硒化钠（以下，也将这些称为Na化合物）添加于靶中，则可添加Na。