[发明专利]具有均匀的Ga分布的CIGS薄膜的制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种CIGS薄膜制造方法，更具体地说，本发明涉及一种把前驱体(precursor)薄膜的结构改成共价结构以尽量减少CIGS薄膜内Ga的偏析现象而得以具有均匀的Ga分布的CIGS薄膜的制造方法。

【背景技术】

近来，由于严重的环境污染问题及化石能量枯竭而使得新一代清净能量的开发日益重要。其中，太阳能电池是一种把太阳能量直接转换到电能量的装置，太阳能电池的公害少，资源无限并且能够半永久性地使用，被人们期待为能够解决未来能量问题的能量源。

太阳能电池根据应用于吸光层的物质而分为很多种类，目前使用最多的是利用硅的硅太阳能电池。但近来硅的供应不足而使其价格飙升，人们对薄膜型太阳能电池的关注也日益强烈。薄膜型太阳能电池制成较薄的厚度而能够减少材料消耗量，而且其重量较轻而能够应用到广泛的范围。在该薄膜型太阳能电池的材料方面，对非晶质硅与CdTe、CIS或CIGS的研究非常活跃。

CIS薄膜或CIGS薄膜是Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ化合物半导体之一，在实验室制造的薄膜太阳能电池中具有最高的转换效率。尤其是可以制成10微米(Micron)以下的厚度，即使长期使用时也能发挥出稳定的特性，因此被视为能够替代硅的低廉高效型太阳能电池。

尤其是，CIS薄膜作为直接迁移型半导体而能够薄膜化，能带隙为1.04eV而比较适合光转换，是一种吸光系数较大的材料。CIGS薄膜是一种为了改善CIS薄膜的较低开路电压而以Ga替代In的一部分或者以S替代Se后开发出来的材料。

CIGS薄膜制造方法主要分为在真空沉积的方法与非真空涂层法。其中，真空沉积方法包括共蒸发法(co-evaporation)、在线蒸发法(in-line evaporation)、二步工艺(two-step process；precursor-reaction)等。其中，高效率CIGS薄膜太阳能电池通常以共蒸发法制造，但其工序复杂、比较难以大面积化而阻碍了商用化。为了解决该问题而开发了能够轻易批量生产的沉积/硒化的二步工艺。

但是把Cu、In、Ga金属或合金溅射后在H₂Se气体或Se蒸气的Se氛围下进行热处理时，由于In、Se之间的反应速度与Ga、Se之间的反应速度存在差异而使得其组成不均匀。也就是说，In朝CIGS薄膜表面发生偏析而Ga则朝CIGS与Mo界面发生偏析，从而无法期待添加Ga所带来的能带隙增加及开路电压效果，反而越添加Ga越使得太阳能电池的效率降低。

【解决的技术课题】

本发明的目的在于，鉴于具备共价结构的硒化物(selenide)内的Ga移动速度比具备金属结合结构的金属或合金内的Ga移动速度慢很多，溅射(sputtering)前驱体不使用纯粹金属或合金而改成硒化物系列化合物以抑制Ga偏析，诱导CIGS薄膜内Ga分布的均匀化，最终提高利用它的太阳能电池的效率。

【解决课题的技术方案】

根据本发明的具有均匀的Ga分布的太阳能电池用CIGS薄膜制造方法能够实现上述目的的，本发明包括下列步骤：步骤a，形成包含硒化物系列化合物的Cu-In-Ga-Se前驱体薄膜，该硒化物系列化合物具备共价结构；及步骤b，把上述步骤a所形成的前驱体薄膜予以硒化热处理。

在本发明的较佳实施例中，上述前驱体薄膜的形成可以由溅射(sputtering)法实现。

在溅射法中可以按照下列方式组合后进行，即至少包括一个含硒的靶(target)。为了充分地提供前驱体内的硒，通过1)金属(Cu、In、Ga及它们的合金)与多个硒化物化合物的组合、2)金属(Cu、In、Ga及它们的合金)与Se的组合、3)硒化物金属化合物的组合妥当地组合Cu、In、Ga、Se后使用。例如，可以如下所示地组合靶：Cu、InSe、GaSe的组合；CuGa、InSe、CuSe的组合；In、CuSe、GaSe的组合；Cu、In、CuGa、Se的组合；CuIn、CuGa、Se的组合；CuInGa、Se的组合；CuSe、InSe、GaSe的组合；CuSe、InGaSe的组合等。较佳地，靶组合可以是下列靶组合中的某一个：Cu-Se、In-Se、Ga-Se靶组合；Cu-Se、In-Se、Cu-Ga靶组合；Cu、In-Se、Ga-Se靶组合；Cu-Se、In、Cu-Ga靶组合；及Cu-In-Se、Cu-Ga靶组合。较佳地，可以使用CuSe、In、CuGa靶组合或CuSe、In₂Se₃、CuGa靶组合。