[发明专利]溅射靶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，特别涉及在制备薄膜太阳能电池光吸收层时使用的溅射靶及其制备方法。

背景技术

铜铟硒（CuInSe₂，简称CIS）系薄膜太阳能电池作为第三代太阳能电池的代表，具有光电转化效率高、性能稳定、抗辐射性能好和制备成本低等优势。CIS的禁带宽度为1.04 eV，铜镓硒（CuGaSe₂，简称CGS）的禁带宽度为1.68 eV。在CIS中使一定量的Ga替代In，可以形成铜铟镓硒（Cu(In_1-xGa_x)Se₂）四元半导体材料，通过调节铜铟镓硒中Ga的含量可以调节电池的禁带宽度，进一步提高薄膜太阳能电池的光电转化效率。铜铟镓硒薄膜太阳能电池的典型结构为：减反射层/透明电极层/窗口层/过渡层/光吸收层（铜铟镓硒层）/金属背电极/衬底。其中铜铟镓硒层的质量直接决定薄膜太阳能电池的转化效率。

目前高效率铜铟镓硒薄膜太阳能电池吸收层制备工艺主要有共蒸发法和铜铟镓硒四元靶材溅射后退火的方法。共蒸发法制备得到的电池转化效率最高，但该方法工艺复杂，大面积均匀性差，不适于制备大面积薄膜太阳能电池。采用四元铜铟镓硒靶材溅射后退火的方法，退火处理需要在Se单质蒸发气氛或H₂Se气氛中完成，否则导致Se元素损失，从而导致铜铟镓硒导电类型改变而不能形成太阳能电池的光吸收层。四元铜铟镓硒靶材溅射后退火的方法虽然可以获得高质量的铜铟镓硒薄膜，但Se单质对设备有强烈的腐蚀作用，而H₂Se是易燃、剧毒性气体，且造价高，对气体的保存和操作都需要进行严格限制。因此Se气氛的使用限制了该工艺的应用，也降低了生产效率。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种溅射靶及其制备方法，使应用该溅射靶溅射成膜后的退火过程无需使用Se单质蒸发气氛或H₂Se气氛。

一种溅射靶，由Cu_y(In_1-xGa_x)Se₂粉末及单质Se粉末混合后烧结形成，该溅射靶中含有Cu_y(In_1-xGa_x)Se_2+z。

一种溅射靶的制备方法，包括将Cu_y(In_1-xGa_x)Se₂粉末和单质Se粉末在液态介质中进行球磨混合，再将球磨后的混合物烘干去除该液态介质；以及采用热压烧结、常压烧结或热等静压烧结工艺，对球磨后得到的混合体在400°C ~900°C进行烧结。

与现有技术相比，本发明以高纯Cu_y(In_1-xGa_x)Se₂粉末和Se粉末作为原料，先对Cu_y(In_1-xGa_x)Se₂粉末和Se粉末进行混合球磨，再通过常压烧结、热压烧结或热等静压烧结获得具有高硒含量的四元溅射靶。使用该溅射靶进行真空磁控溅射，可以一次性获得高硒含量的四元薄膜，之后只需在真空或保护气氛中退火就可以完成薄膜的结晶和晶粒的长大，同时可以保证光吸收层中具有充足的Se含量。通过使用该溅射靶避免了薄膜后续退火过程中使用有害单质Se蒸发源或有毒H₂Se气体，极大的提高了薄膜太阳能电池制备工艺的安全性，可以有效降低薄膜太阳能电池的制备成本，加速其工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例溅射靶的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例溅射靶的XRD图谱。

图3为本发明实施例光吸收层的制备方法的流程图。

图4为本发明实施例光吸收层的XRD图谱。

图5为本发明实施例2-1光吸收层的横截面的扫描电镜照片。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的薄膜太阳能电池光吸收层的溅射靶及其制备方法作进一步的详细说明。