[发明专利]靶材以及该靶材所制造的薄膜

说明书

技术领域

本发明主要是关于一种靶材，尤其是指一种具有IB-IIIA-VIA元素组成的靶材，其可应用于溅镀制造太阳能电池的薄膜。 

背景技术

在石化燃料逐渐缺乏的时代，加上全球气候变迁以及空气污染等问题日益严重，替代性能源的应用愈来愈受到人们重视，而其中太阳能电池(solarcell)因具有可提供低廉且源源不绝电力的潜力而受到注目。目前的产品中，太阳能电池粗略可分为： 

(1)芯片型(wafer type)太阳能电池：包含单晶(single crystal)硅及多晶(polycrystalline)硅；以及 

(2)薄膜型(thin film type)太阳能电池。 

虽然硅芯片型太阳能电池为目前市场主流，但因其为间接能隙(indirectenergy gap)，因此需要较厚的硅材料做为吸收层(absorber)；而薄膜型太阳能电池中具有IB-IIIA-VIA元素组成(如CuInGaSe₂，CIGS)的材料为直接能隙(direct energy gap)，且光的吸收效率很高，加上可藉由In/Ga成分的比例来调整能隙的大小，因此仅需很薄一层材料即可产生高光电转换效率，故可大幅节省材料，降低太阳能电池制作成本。因此具有IB-IIIA-VIA元素组成的太阳能电池为未来前展性极佳的产品。 

CIGS薄膜的制作方式有化学气相沉积法(CVD，chemical vapordeposition，如美国专利第5474939号专利所揭示)、物理气相沉积法(PVD，physical vapor deposition，如美国专利第5141564号专利所揭示)及液相沉积 法(LPE、liquid phase deposition)等；其中属于物理气相沉积法的溅镀法(sputter)为可提供工艺低廉且薄膜特性佳的方法，但目前并没有具完整元素组成的CIGS溅镀靶材(target)，因此CIGS薄膜并无法直接以溅镀法制造。 

目前CIGS薄膜的制造方法是先于基板上沉积先驱物(precursor)，再经由硒化(selenization)工艺的热化学反应形成CIGS薄膜(如日本第10-135495号专利所揭示)，然而此工艺相当繁琐。 

此外，于日本第2000-73163号专利中，获原淳一郎等人利用铸造(casting)方法来制作Cu-Ga(铜-镓)合金靶材，藉由控制降温速率使得具脆性(brittle)的Cu-Ga合金在冷却过程中不会裂开；另外，于中国第1719626号专利中，庄大明等人也使用铸造方式来制作Cu-Ga合金靶材。虽然铸造可获得高密度及低氧含量的靶材，但该铜镓二元合金应用于制作太阳能电池的吸收层时，需使用较繁杂的共溅镀(Co-sputtering)或多道溅镀(multi-sputtering)程序，甚至还需加上硒化(selenization)方法，这样才能制作出CIGS系列的合金薄膜，因此工艺上也相当复杂；另外，熔炼(melting)Cu-Ga二元合金时，因Ga的蒸汽压很高，使得铸件(ingot)的成分不易控制；再者，铸造会衍生缩孔(shrinkage)及成分偏析(segregation)等问题。 

综上所述，如何制作具有完整元素成分的IB-IIIA-VIA靶材为使用溅镀工艺制造CIGS太阳能电池的关键瓶颈，若能提供一含完整成分的CIGS靶材，则可大幅降低工艺复杂度，也可降低太阳能电池的制造成本。 

发明内容

有鉴于现有CIGS薄膜的制作工艺相当繁琐，本发明的目的在于提供一种靶材，其可应用于制造具有IB-IIIA-VIA元素组成的薄膜。 

本发明的另一目的在于提供一种以该靶材所制作的薄膜，其可应用于太阳能电池上，而可以较低廉的制造成本制造太阳能电池。 

为达到所述的目的，本发明的靶材的元素组成为IB_x-IIIA_y-VIA_z；其中， 

IB选自于以下群组中的至少一种：Cu及Ag； 

IIIA选自于以下群组中的至少一种：In及Ga； 

VIA选自于以下群组中的至少一种：S、Se及Te； 

x为IB含量的原子百分比、y为IIIA含量的原子百分比、z为VIA含量的原子百分比，且满足0＜x＜1、0＜y＜1、0＜z＜1，x+y+z＝1。 

本发明的靶材的制作方法包含以下步骤： 

形成预合金：将一靶材元素与靶材元素组成中一种以上的其它元素合成预合金；