本发明专利技术目的是提供一种制备缓冲层氧化锌硫靶材的方法，由氧化锌为主、添加硫化镁锌及添加第三种氧化物等，控制缓冲层载子浓度，能做出更好PN特性，并首创使用注浆成型加中高温烧结的方式来制作此种多元氧化物的靶材，提高靶材均匀性及致密度，延长靶材寿命及增加利用率，提高溅镀薄膜质量及性能，经由成分的设计与靶材质量的提高，提升了CIGS太阳能电池的转换效率，降低生产成本，满足了量产的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种新型靶材材料的制备方法，尤其是一种制备铜铟镓硒光伏电池用新型缓冲层氧化锌硫靶材的方法。
技术介绍
全球能源需求逐年攀高，在节能及环保意识抬头下，发展再生能源为全球共同的目标；以再生能源来说，无论水力、风力、地热发电来说，均需以动能转换方式来获得转换效率，而太阳能发电则是利用太阳光转换成电能之发电系统，在太阳能发电系统中无可动部分，不像风力、水力、地热等发电系统中均须用到转动机械，因此不会有高温高压及噪音等困扰，在发电过程中不造成环境负担，为一洁净地绿色能源。另外，太阳光源取之不尽用之不竭的特性，使得太阳能发电系统能具有永续利用之一大优点；虽然现今太阳能发电之光电转换效率尚不高，但太阳能发电系统不需耗费额外的能源成本为其优势，换句话说，这些原本不被人们利用的能源现在有部分比例作为电力来源。太阳每天照射到地表的能量,超过全人类30年所需要的能源，太阳能电池已成为未来替代能源的主流。预估至2100年全球能源使用太阳能的利用率将达60%. 太阳能电池的种类众多，而CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池拥有高转换效率及发展潜力而受到瞩目，目前CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。CIGS从1995年发展至今转换效率已经提高足足有7%之多，相较于同样时间内CdTe的4%、单晶硅与多晶硅各为3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在转换效率上的发展潜力。CIGS属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族的多晶黄铜矿结构 (Chalcopyrite) 化合物，是一种由Ⅱ-Ⅵ族化合物闪锌矿结构 (Zinc-Blend Structure) 所衍生而来的半导体材料，由两个闪锌矿之单位晶胞堆栈而成，原属Ⅱ族元素之晶格位置由Ⅰ族及Ⅲ族所取代而形成，而黄铜矿内部In所处晶格位置则可为所添加之Ga元素取代。CIGS(铜铟镓硒)具有直接能隙(Direct band-gap)性质的P-type半导体特性，并且有相当高的光吸收系数α(α=104~105 cm-1)，是单晶硅的100倍，能涵盖大部分的太阳光谱，与其它太阳能电池相比，故仅需1~3μm的厚度，即可吸收99%以上的入射太阳光。目前CIGS薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。且NREL于2011年评估报告显示，CIGS(铜铟镓硒)在转换效率上会以每年0.3%往上成长。CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池发展至今其组件结构大致件由上电极(AL/Ni)、抗反射层(MgF2)、光窗层(AZO/ITO)、缓冲层( CdS)、吸收层(CIGS)、背电极(Mo)与基板(SS/GLASS/PET)所组成；在单一膜层内，各材料成份比之参数调配、薄膜晶体结构、制程方式与优化制程等各种因素为其制备上的挑战，此外，还需考虑到各膜层堆栈成组件的匹配性、各膜层制备方式与制程间的相互影响等众多因素，尤其从相关文献显示CIGS(铜铟镓硒)对于各种制程参数下对于组件影响极其敏感，更增添CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池在制备上的困难，同时也使得技术门坎相对地提高，在国际光伏界认为是技术难度比较大的一种太阳电池。靶材是具有固定形状用于溅射镀膜之母材。靶材若依材料分类可简单地分为金属与陶瓷两大类，若依制程分类通常可大略区分为熔炼制程与粉末冶金制程两大类。大多数金属靶材采熔炼制程，少数靶材鉴于使用时晶粒大小控制、合金成份熔点差距太大等诸因素才采用粉末冶金制程。针对氧化物靶材传统是用热压制程或者冷均压再烧结制程，材料混合均匀性差，且烧结过程中应力分布不均，不易生产高密度大尺寸的氧化物靶材。目前光电及半导体产业中如触控屏、集成电路、液晶屏、建筑玻璃、光学膜及薄膜太阳能电池等，为获得大面积均匀性及量产性，相关薄膜均大量使用真空磁控溅镀制程。 CIGS膜层中吸收层及缓冲层是影响电池效率及生产方式的重要膜层，传统研究显示使用水浴法的CdS膜层能够表现出较佳的电池效率。吸收层一般使用真空蒸镀及真空磁控溅镀加后硒化热处理的两种主要制程，具有大面积成膜及获得较佳均匀性的特性。缓冲层功能，防止金属与半导体接触形成并联电阻，保护吸收层及吸收层钝态表面平整化。缓冲层需求特性需高光穿透率，有效地控制薄膜厚度 (30 nm~100 nm)及薄膜均匀覆盖。但若使用水浴法的硫化镉(CdS)做为缓冲层，则有制程不连续、Cd污染问题大及大面积均匀性不佳等缺点。目前也有许多研究使用各种氧化物如ZnO、ZnS、MgO、ZnSe…等制造不同能阶的缓冲层，希望取代CdS且能获得较佳的效率。传统制造ZnO、ZnS、MgO、ZnSe等靶材使用热压法及等均压法, 设备投资费用较高，且有不易大尺寸制造及密度较低等缺点。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种制备新型缓冲层氧化锌硫靶材的方法，由氧化锌为主、添加硫化锌及添加第三种氧化物等，控制缓冲层载子浓度，能做出更好PN特性，并首创使用注浆成型加上中低温烧结的方式来制作此种多元氧化物的靶材，利用湿法混合各种粉末提高靶材坯体的均匀性及烧结后的致密度，延长溅镀靶材寿命及增加利用率，提高溅镀薄膜质量及性能，提高CIGS太阳能电池的转换效率。一种制备新型缓冲层氧化锌硫靶材的方法，将氧化锌中添加硫化锌10.0-45.0wt%,或继续添加第三种氧化物形成粉末材料，再与氧化锆球、纯水、分散剂研磨充分混合，其质量比为：粉末材料: 氧化锆球:纯水:分散剂=0.8-1.2:2.5-3.5:0.20-0.30:0.005；研磨4-24小时后形成浆料，然后将浆料灌入多孔性模具中，经过12-36小时的干燥后,脱膜形成多元氧化物与硫化物混合的理论密度为5.0-5.2 g/cm3的胚体，然后经过800-1200℃和3-24小时的烧结，即形成溅镀用高密度靶材胚体，经切割与表面研磨成真空磁控溅镀用靶材，以阿基米得法量测靶材密度；以玻璃为基材，放入真空磁控溅镀机中，首先真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3-5×10-3torr，先以DC电源溅镀第一层500-800nm厚的Mo薄膜，然后共蒸镀制造第二层1500-2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，接着镀制第三层薄膜，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3-5×10-3torr，以RF电源功率进行溅镀制程，制得薄膜厚度80-150nm左右的透明缓冲层氧化锌硫薄膜，第四层使用脉冲DC电源及AZO靶材镀制600-1000nm厚的透明导电膜，即完成CIGS太阳能电池的主要结构的薄膜制作，网印最上层银浆电极后进行转换效率测试。其中分散剂为18-22g/L的聚丙烯酸钠水溶液。其中第三种氧化物为氧化硅0.1-2.0wt%、氧化铋0.1-2.0wt%、氧化钒0.1-2.0wt%、氧化铝0.1-2.0wt%、氧化镓0.1-2.0wt%、氧化硼0.1-2.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备新型缓冲层氧化锌硫靶材的方法，其特征为：将氧化锌中添加硫化锌10.0‑45.0wt%,或继续添加第三种氧化物形成粉末材料，再与氧化锆球、纯水、分散剂研磨充分混合，其质量比为：粉末材料: 氧化锆球:纯水:分散剂=0.8‑1.2:2.5‑3.5:0.20‑0.30:0.005；研磨4‑24小时后形成浆料，然后将浆料灌入多孔性模具中，经过12‑36小时的干燥后,脱膜形成多元氧化物与硫化物混合的理论密度为5.0‑5.2 g/cm3的胚体，然后经过800‑1200℃和3‑24小时的烧结，即形成溅镀用高密度靶材胚体，经切割与表面研磨成真空磁控溅镀用靶材，以阿基米得法量测靶材密度；以玻璃为基材，放入真空磁控溅镀机中，首先真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10‑5‑0.9×10‑5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10‑3‑5×10‑3torr，先以DC电源溅镀第一层500‑800nm厚的Mo薄膜，然后共蒸镀制造第二层1500‑2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，接着镀制第三层薄膜，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10‑5‑0.9×10‑5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10‑3‑5×10‑3torr，以RF电源功率进行溅镀制程，制得薄膜厚度80‑150nm左右的透明缓冲层氧化锌硫薄膜，第四层使用脉冲DC电源及AZO靶材镀制600‑1000nm厚的透明导电膜，即完成CIGS太阳能电池的主要结构的薄膜制作，网印最上层银浆电极后进行转换效率测试。...
【技术特征摘要】
1. 一种制备新型缓冲层氧化锌硫靶材的方法，其特征为：
将氧化锌中添加硫化锌10.0-45.0wt%,或继续添加第三种氧化物形成粉末材料，再与氧化锆球、纯水、分散剂研磨充分混合，其质量比为：粉末材料: 氧化锆球:纯水:分散剂=0.8-1.2:2.5-3.5:0.20-0.30:0.005；研磨4-24小时后形成浆料，然后将浆料灌入多孔性模具中，经过12-36小时的干燥后,脱膜形成多元氧化物与硫化物混合的理论密度为5.0-5.2 g/cm3的胚体，然后经过800-1200℃和3-24小时的烧结，即形成溅镀用高密度靶材胚体，经切割与表面研磨成真空磁控溅镀用靶材，以阿基米得法量测靶材密度；以玻璃为基材，放入真空磁控溅镀机中，首先真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3-5×10-3torr，先以DC电源溅镀第一层500-800nm厚的Mo薄膜，然后共蒸镀制造第二层1500-2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，接着镀制第三层薄膜，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄信二，
申请(专利权)人：研创应用材料赣州有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。