[发明专利]溅射靶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在形成含有Na的Cu-In-Ga-Se合金膜时所使用的溅射靶及其制造方法，该含有Na的Cu-In-Ga-Se合金膜用于形成具有高光电转换效率的太阳能电池的光吸收层。

背景技术

近年来，基于化合物半导体的薄膜太阳能电池得以实际应用，基于该化合物半导体的薄膜太阳能电池，具有如下基本结构：在钠钙玻璃基板上形成成为正电极的Mo电极层，在该Mo电极层上形成由Cu-In-Ga-Se合金膜(以下也称为CIGS膜)构成的光吸收层，在该光吸收层上形成由ZnS、CdS等构成的缓冲层、在该缓冲层上形成成为负电极的透明电极层。

作为上述光吸收层的形成方法，已知有通过蒸镀法来成膜的方法，通过该方法得到的光吸收层虽然可得到高能量转换效率，但随着基板的大型化，在基于蒸镀法的成膜中，膜厚的面内分布的均匀性尚无法称得上足够。因此，提出了通过溅射法来形成光吸收层的方法。

作为将该CIGS膜通过溅射法来成膜的方法，提出有如下方法：首先，使用In靶通过溅射来形成In膜，并在该In膜上通过使用Cu-Ga二元系合金靶进行溅射而形成Cu-Ga二元系合金膜，将所得到的由In膜及Cu-Ga二元系合金膜构成的层合膜在Se气氛中进行热处理来形成CIGS膜(所谓的硒化法)(参考专利文献1)。并且，上述以往的CIGS膜的成膜方法使用In靶及Cu-Ga二元合金靶这两个靶，另外，需要用于在Se气氛中进行热处理的热处理炉及将层合膜搬送至热处理炉的工序等需要众多装置及工序，因此难以削减成本。于是，尝试制作Cu-In-Ga-Se合金靶，并欲使用该靶通过一次溅射来进行CIGS膜的成膜(参考专利文献2)。

另一方面，为了提升由CIGS膜构成的光吸收层的发电效率，要求将Na添加到该光吸收层中。例如专利文献3或非专利文献1中，通过成为太阳能电池的成膜用基板的青板玻璃来使Na扩散至CIGS膜中。非专利文献1中提出膜中的Na含量一般为0.1％左右，在CIGS制造工艺中，在形成前体膜后，进行用于使Na由基板玻璃扩散至光吸收层的高温热处理。

专利文献1：日本专利第3249408号公报

专利文献2：日本特开2008-163367号公报

专利文献3：日本特开2011-009287号公报

非专利文献1：A.Romeo,“Development of Thin-film Cu(In,Ga)Se2and CdTe Solar Cells”,Prog.Photovolt:Res.Appl.2004；12:93-111(DOI:10.1002/pip.527

上述以往的技术中留有以下课题。使用Cu-In-Ga-Se合金靶来形成CIGS膜的另一优点是通过省略在Se气氛中的高温热处理，从而使基板切换成为熔点远低于青板玻璃的挠性有机材料等。然而，切换成挠性有机材料基板时，对于维持CIGS太阳能电池的光电转换效率非常重要的Na的供给源会消失，而要求将Na直接添加于靶。但是，在溅射法中存在将Na添加于溅射靶为非常困难等问题。即，使用Cu-In-Ga-Se合金靶时，Na不固溶于Cu-In-Ga-Se合金，并且金属Na的熔点(98℃)及沸点(883℃)非常低，另外由于金属Na非常容易氧化，因此存在使用金属Na的添加法的实施困难等不便。

发明内容

本发明是鉴于所述课题而完成的，其目的在于提供一种形成含有Na的CIGS膜时所使用的含有Na的Cu-In-Ga-Se合金溅射靶及其制造方法，所述含有Na的CIGS膜用于形成具有高光电转换效率的太阳能电池的光吸收层。

本发明人等为了制造含有Na的Cu-In-Ga-Se合金溅射靶而进行了研究。其结果查明，不是金属Na的状态，而只要是NaF、Na₂S或Na₂Se等化合物状态，就能够良好地添加Na。因此，本发明是由上述见解得到的，并为了解决所述课题而采用以下构成。

本发明的溅射靶，其中，该溅射靶具有如下的成分组成：含有Cu、In、Ga及Se，另外，以NaF化合物、Na₂S化合物或Na₂Se化合物的状态并以Na/(Cu+In+Ga+Se+Na)×100：0.05～5原子％(以下称为at％)的比例来含有Na，另外，氧浓度为200～2000重量ppm，剩余部分由不可避免的杂质构成。其中，Na/(Cu+In+Ga+Se+Na)为将Cu、In、Ga、Se及Na的总含量设定为100at％时的Na的含量。