[发明专利]液体靶材的溅射系统

说明书

交叉引用

本申请要求2011年8月11日提交的序号为61/522,621的美国临时专利申请的优先权，所述申请通过引用全部并入本文中。

背景技术

铜铟镓（联）硒化物（CIGS）作为吸收层形成的薄膜太阳能电池在至少一些有成本竞争性的太阳能装置中成为流行的解决方案。制造这些电池的更有经济吸引力的方法之一利用组分材料、或那些材料的合金宽幅网状（wide web）溅射到薄的柔性衬底上。已经显示，当吸收层的第一部分由铟/镓硒化物层构成时，出现最高的实验室电池效率。这发生在CIGS的公知的“3-阶段”方法的第一阶段，该方法是国家再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）（NREL）在1994年开发的，并描述于1995年8月15日授权的Noufi等的美国专利No.5,441,897（Method of fabricating high-efficiency Cu(In,Ga)(SeS)₂thin films for solar cells）”中，所述专利通过引用完全并入本文中。镓对于溅射呈现出有些独特的情况，因为它具有低熔点（29.8℃）并可以在正常溅射条件下作为液体存在，除非采取冷却（例如低温）步骤将它保持在固态。这样的措施一般认为太不方便并且太昂贵而不用于生产环境。如果铟和镓结合形成合金，则形成16.5原子%铟的低共熔相并在15.7℃时熔化，使得所述合金靶材极难以任何实用的方式使用。

发明内容

本公开提供了溅射沉积材料（例如金属）来制造薄膜的系统和方法，所述薄膜的靶组分和/或合金可能在常规溅射应用中不方便以液相存在。特别地，它描述了从金属靶材沉积铟-镓合金薄膜供太阳能电池使用的方式。所述装置避免了形成在所述金属合并成单一合金靶的情况下所形成的分离液相。

本发明的一个方面提供了用于由液态金属或液态金属合金靶材制成溅射沉积涂层的装置。

本发明的另一个方面提供了从液态金属或液态金属合金靶材进行溅射沉积涂层的装置，其在靶材利用方面是高效的。

本发明的另一个方面提供了利用平面液体镓靶和可旋转的铟靶的反应性沉积合金涂层装置，其可以通过磁控溅射方便并且经济地实现。

本发明的一个方面提供了在衬底上沉积膜的溅射系统，所述系统包括磁控管组件，所述组件包含与水平磁控管相邻的可旋转磁控管，以及在所述可旋转磁控管和水平磁控管之间形成室的一个或多个护罩(shield)。所述水平磁控管可以构造成含有具有第一材料的液体靶，并提供导向所述可旋转磁控管的具有所述第一材料的材料流。所述可旋转磁控管可以被构造成使具有第二材料的固体靶相对于所述水平磁控管旋转，并基于所述可旋转磁控管而提供导向衬底的具有所述第一和第二材料的材料流。

本发明的另一个方面提供了在衬底上沉积膜的溅射系统。所述系统包括水平磁控管和可旋转磁控管，所述水平磁控管可适于包含具有第一材料的液体靶并提供具有所述第一材料的材料流，所述可旋转磁控管接近所述水平平面磁控管。所述可旋转磁控管可适于包含具有第二材料的固体靶，并基于所述可旋转磁控管而提供导向衬底的具有所述第一和第二材料的材料流。所述溅射系统还可包括在所述水平磁控管和所述可旋转磁控管之间形成室的一个或多个护罩。

本发明的另一个方面提供了在衬底上溅射合金膜的方法。所述方法包括在溅射系统的帮助下产生包含第一材料和第二材料的材料流，并将所述衬底暴露于所述材料流。所述溅射系统可以如上文或本文中其它地方所述。在一些例子中，所述溅射系统包括与水平磁控管相邻的可旋转磁控管，以及在所述可旋转磁控管和所述水平磁控管之间形成室的一个或多个护罩。所述水平磁控管含有具有第一材料的液体靶，并被构造成提供导向可旋转磁控管的第一材料流，以及所述可旋转磁控管使具有第二材料的固体靶相对于所述水平磁控管旋转，并被构造成基于所述可旋转磁控管而提供导向所述衬底的第一和第二材料流。

根据下面的详细说明，本公开的其它方面和优点对本领域技术人员将变得很容易明白，所述详细说明中只显示和描述了本公开的说明性实施方式。要认识到，本公开能够是其它和不同的实施方式，并且它的若干细节能够以各种显而易见的方式进行修改，全都不背离本公开。因此，所述图和描述将被认为本质上是说明性的，而不是限制性的。

通过引用并入

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请都通过引用并入本文，就像专门地和个别地指出将每个单独出版物、专利或专利申请通过引用并入一样。