[发明专利]利用氧化铝锌靶材制备多层薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种制备薄膜的方法，尤指一种利用氧化铝锌靶材制备多层薄膜的方法。

背景技术

讲求环保节能减碳是现今国际趋势，其中太阳能电池(solar cell)于白天能透过阳光产生电能，并储存于蓄电池中，在夜晚或雨天时，也能随意使用，因此成为最受瞩目的绿色能源。太阳能电池种类相当多，例如单晶硅太阳能电池(monocrystalline silicon solar cell)、多晶硅太阳能电池(polycrystalline silicon solar cell)、薄膜太阳能电池(Thin film solar cell)、有机材料太阳能电池(organic solar cell)等。其中，单晶硅太阳能电池及多晶硅太阳能电池因硅原料高涨所以制作成本提高，对于大面积或建筑使用的太阳能发电较不适宜；有机材料太阳能电池主要是以染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell，DSSC)以及聚合物(polymers)为主，染料敏化太阳能电池需使用感旋光性材料当作吸光材质，但目前能运用的染料及电解液种类较少、光电转换效能低且寿命短，故上述的太阳能电池难以大规模地取代传统的发电方式。

此外，另有化合物半导体作为太阳能电池，包含有III-V族材料的砷化镓(GaAs)、II-VI族的碲化镉(CdTe)以及I-III-V族铜铟镓硒[Cu(In，Ga)Se₂，CIGS]等，其中铜铟镓硒太阳能电池(CIGS solar cell)和其它材料相比具有较高的光吸收系数(absorption coefficients)，因此可制作成仅1至2μm的厚度，即能有效的吸收太阳光谱，且该铜铟镓硒太阳能电池具有较高的光电转换效能、可制备于不同材质的基板上及低成本等优点，故此铜铟镓硒太阳能电池的应用可相当广泛。

该铜铟镓硒太阳能电池由下往上的分层结构，是以玻璃当作基板，接着在玻璃上沉积一层耐高温且化学稳定的钼金属(Mo)做为背面电极(接正极)，再经物理气相沉积CIGS薄膜并作为吸收层(absorber layer)，再使用化学槽沉积方式沉积硫化镉(CdS)作为缓冲层(buffer layer)，接着再以溅镀方法沉积本质氧化锌(intrinsic ZnO)作为透光层(window layer)以及溅镀法沉积氧化铝锌(AZO)作为导电层(transparent electrode layer)，之后再接上金属电极并与负极相接。

由于目前铜铟镓硒太阳能电池系利用硫化镉作为缓冲层，而镉(Cd)为有毒元素，会造成环境污染而不符合环保能源的目的，故目前有硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)或硫化铟(In₂S₃)等材料可作为替代。目前制备铜铟镓硒太阳能电池的缓冲层、透光层及导电层的过程中，需以三种不同成分的靶材(target)分别于三个反应腔体(reactor chamber)进行溅镀(sputtering)制备，不但成本高且需要较长的周期时间。

发明内容

鉴于目前制备铜铟镓硒太阳能电池的缓冲层、透光层及导电层需以三种不同成分的靶材分别于三个反应腔体内制备，不但成本高且需要较长的周期时间；是以，本发明的目的是提供一种可仅用单一靶材且于单一反应腔体内利用氧化铝锌靶材制备供应用于太阳能电池的薄膜的方法。

为了达到上述目的，本发明首先提供一种利用氧化铝锌靶材制备多层薄膜的方法，其包括下列步骤：

将氧化铝锌靶材于氩气(Ar)及硫化氢(H₂S)气体中溅镀于一基材上，以生成ZnO_1-xS_x薄膜，作为缓冲层；再将氧化铝锌靶材于氩气及氧气(O₂)中溅渡于ZnO_1-xS_x薄膜上，以生成高阻值(高阻质)的氧化铝锌(ZnO:Al₂O₃)薄膜，作为透光层；再将氧化铝锌靶材直接溅镀于高阻值的氧化铝锌薄膜后，以生成氧化铝锌(AZO)薄膜，作为电极导电层。

根据本发明的具体技术方案，优选地，所述的基材包括一基板，以及依序迭置于该基板上的背电极及铜铟镓硒薄膜，所述缓冲层、透光层以及导电层依序生成于铜铟镓硒薄膜之上。优选地，所述溅镀包含直流溅镀(direct current sputtering，DC sputtering)或射频溅镀(radio frequency sputtering，RF sputtering)等。