[发明专利]Cu-Ga合金溅射靶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在形成作为薄膜太阳能电池的光吸收层的Cu-In-Ga-Se（以下记作CIGS）四元合金薄膜时使用的Cu-Ga合金溅射靶及其制造方法。

背景技术

近年来，作为薄膜型太阳能电池，高效率的CIGS型太阳能电池的量产取得进展。作为其光吸收层的制造方法，已知蒸镀法和硒化法。通过蒸镀法制造的太阳能电池，虽然具有高转换效率的优点，但是具有低成膜速度、高成本、低生产率的缺点。硒化法也适合产业上大量生产。

硒化法的概要工艺如下所述。首先，在钠钙玻璃基板上形成钼电极层，在其上将Cu-Ga层和In层溅射成膜后，通过氢化硒气体中的高温处理，形成CIGS层。通过该硒化法形成CIGS层的工艺中，在Cu-Ga层的溅射成膜时使用Cu-Ga靶。

对于CIGS型太阳能电池的转换效率而言，各种制造条件、构成材料的特性等会产生影响，CIGS膜的特性也产生大的影响。

作为Cu-Ga靶的制造方法，有熔炼法和粉末法。一般而言，通过熔炼法制造的Cu-Ga靶，杂质污染比较少，但是缺点也多。例如，不能提高冷却速度，因此组成偏析大，通过溅射法制作的膜的组成会逐渐变化。

另外，在熔融液冷却时的最终阶段容易产生缩孔，缩孔周围部分的特性差，考虑到加工为预定形状的情况等不能使用，因此成品率差。

另外，Ga浓度越高则脆性越会增加，从而容易破裂，在靶的加工中或溅射时容易产生破裂或缺口，这也会成为成品率降低从而成本上升的原因。

在与以熔炼法制造的Cu-Ga靶相关的现有文献（专利文献1）中，记载了未观察到组成偏析，但是完全没有显示分析结果等。另外，记载了没有脆性、也没有破裂，但是完全没有加工条件、溅射条件的记载，其内容不明确。

另外，实施例中仅仅是Ga浓度范围的上限为30重量%的结果，完全没有包括在其以上的Ga高浓度范围内的脆性或破裂在内的与特性相关的记载。

另一方面，通过粉末法制作的靶，一般而言存在烧结密度低，杂质浓度高等问题。与Cu-Ga靶相关的专利文献2中，记载了烧结体靶，但是其中说明了与在切削靶时容易产生破裂或缺损的脆性相关的现有技术，为了解决该问题，制造两种粉末，将其混合进行烧结。而且，两种粉末中的一种为提高Ga含量的粉末，另一种为降低Ga含量的粉末，形成为由晶界相包围的两相共存组织。

该工序是制造两种粉末的工序，因此工序复杂，并且各粉末的硬度等物性值或组织不同，因此仅仅通过混合烧结难以得到均匀的烧结体，不能期待相对密度的提高。

密度低的靶当然会有异常放电或粉粒产生，粉粒等异形物存在于溅射膜表面时，对之后的CIGS膜特性也产生不利影响，最终很有可能会导致CIGS太阳能电池的转换效率的大幅下降。

通过粉末法制作的Cu-Ga溅射靶的大问题是存在工序复杂、制作的烧结体的品质不一定良好、生产成本增加等大缺点。从这一点考虑，期望熔炼、铸造法，但是如上所述，制造上存在问题，而且不能提高靶自身的品质。

作为现有技术，例如有专利文献3。在该情况下，记载了通过将高纯度铜与所添加的微量的0.04～0.15重量%的钛或0.014～0.15重量%的锌的铜合金连续铸造，由此将其加工为靶的技术。这样的合金容易铸造和加工，但是不能应用于制造镓添加量超过29原子%的难加工性的Cu-Ga合金靶。

在专利文献4中，同样地公开了以没有铸造缺陷的方式将高纯度铜连续铸造为棒状，将其压延而加工为溅射靶的技术。该技术同样是容易铸造和加工，不能应用于制造镓添加量超过29原子%的难加工性的Cu-Ga合金靶。

在专利文献5中，记载了在铝中添加0.1～3.0重量%选自Ag、Au等24种元素的材料并连续铸造，制造单晶化的溅射靶。该技术同样是容易铸造和加工，但是，不能应用于制造镓添加量超过29原子%的难加工性的Cu-Ga合金靶。

关于上述专利文献3～5，示出了使用连续铸造法制造的例子，但是均限于容易铸造和加工的材料，因此可以说没有公开能够解决难加工性的Cu-Ga合金靶制造中存在的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-73163号公报

专利文献2：日本特开2008-138232号公报

专利文献3：日本特开平5-311424号公报

专利文献4：日本特开2005-330591号公报

专利文献5：日本特开平7-300667号公报

发明内容

发明所要解决的问题