[发明专利]光伏吸收层溅射镀膜的铜镓合金旋转靶材及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及国际分类C23C对金属材料的镀膜、用金属材料对材料的镀膜、表面扩散法，化学转化或置换法的金属材料表面处理、真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀膜等相关技术，特别是一种用于光伏吸收层溅射镀膜的铜镓合金旋转靶材及制备方法。

背景技术

目前，光伏(PV or photovoltaic)是太阳能光伏发电系统(photovoltaic power system)的简称，是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统，有独立运行和并网运行两种方式。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料，例如硅制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

例如，铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能光伏电池板即为一种重要的现有技术。其基本结构见附图1，即有增透层、透明电极、窗口层、缓冲层、吸收层、背电极层和基板构成，值得注意的是，其中对太阳能光电转换效率影响最大的结构在于吸收层薄膜的制备质量，而决定吸收层的制备的关键技术在于吸收层薄膜的成分和形成质量，其组分通常为铜铟镓硒（CIGS）4元素。

 在现有技术中对上述吸收层薄膜制备方法较多，如采用电子束蒸发单个铜、铟、镓、硒元素的方法形成铜铟镓硒吸收层薄膜，或采用电子束先蒸发单个铜、铟、镓元素，再通入气体硒化形成铜铟镓硒吸收层薄膜，这两种方法均不利于获得大面积高均匀度薄膜涂层，不适于应用于连续大规模生产，研究表明采用磁控溅射镀膜方法可以较好的改善这种状况。

溅射镀膜就是在真空中利用荷能粒子轰击靶表面，使被轰击出的粒子沉积在基片上的技术。通常，利用低压惰性气体辉光放电来产生入射离子。阴极靶由镀膜材料制成，基片作为阳极，真空室中通入0.1-10Pa的氩气或其它惰性气体，在阴极(靶)1-3KV直流负高压或13.56MHz的射频电压作用下产生辉光放电。电离出的氩离子轰击靶表面，使得靶原子溅出并沉积在基片上，形成薄膜。目前溅射方法很多，主要有二级溅射、三级或四级溅射、磁控溅射、对靶溅射、射频溅射、偏压溅射、非对称交流射频溅射、离子束溅射以及反应溅射等。

靶材是真空镀膜的重要原材料，靶材的纯度、密度直接影响膜系的成分和综合性能。目前,用于磁控溅射制取上述铜铟镓硒吸收层的靶材主要有铜镓、铜铟以及铜铟镓合金靶材。这些靶材以平面靶材为主，平面靶材的使用效率仅有30%，剩余70%无法使用，这还直接导致平面靶材在使用过程中需要频繁接续更换，不但浪费大，严重影响生产连续性，造成生产周期长成本居高。新型的适于大面面积连续生产的靶材及制造方法公开较少。

比如，镀膜玻璃用高密度Zn、Sn、Ni及其合金大尺寸旋转靶材的熔铸制备技术。从制备技术、靶材组织和溅射性能方面对两种旋转靶材做比较，喷涂制备金属靶是利用电弧将靶材材料加热到熔融或半熔融状态，借助高速气体将其雾化，形成小的熔滴，并加速喷射到衬管或衬板表面，快速冷却凝固成金属涂层靶材的过程。非金属和陶瓷靶通常是利用等离子加热粉末材料的方法喷涂制成。而另外，靶材熔铸技术可分为三种不同的浇铸形式：无衬管或衬板的整体式甩带浇铸，例如NiCr、NiV靶、有衬管或衬板的直接浇铸，例如Zn、Zn/ZnAl2/ZnSn(Sb)Sn及其合金靶、分段甩带浇铸再粘结成靶材如Ag靶等。

另外，已公开的新的相关技术方案较少，如专利申请号200310105218一种可提高靶材利用率的磁控溅射靶。由水冷靶材和可移动的磁体组成平面靶或圆柱靶结构；平面靶结构中磁体通过滚动轴承与水冷背板安装在一起，电机通过传动盘驱动金属板和固定其上的磁体一起运动；圆柱靶结构中磁体套在不锈钢管上安装在圆柱靶内，置于冷却水中，并通过连接机构与电机相连。本发明采用了移动磁体技术，通过对普通磁控溅射平面靶和圆柱靶磁体的改进，使其磁体在溅射镀膜过程中能够移动，从而使靶材表面的刻蚀区域更宽，刻蚀更均匀，靶材的利用率有明显的提高，同时保留了磁控溅射工艺的优点，而没有影响其工艺性能；