ZnO基滅射靶和具有使用该滅射靶沉积的钝化层的光伏电池的制作方法
【专利摘要】本申请公开了适用于DC滅射的氧化锌（ZnO)基滅射靶以及具有使用该滅射靶沉积的钝化层的光伏电池。该ZnO基滅射靶包括由ZnO制造的烧结体和背板，该ZnO掺杂有10?丨％至60wt%的氧化镓，该背板结合于该烧结体的后表面以支撑该烧结体。上述钝化层可防止光吸收层的组成变化降低效率。
【专利说明】ZnO基溅射靶和具有使用该溅射靶沉积的钝化层的光伏电 池
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年5月28日提交的韩国专利申请第10-2013-0060477号的优 先权,其全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
【技术领域】
[0003] 本申请涉及氧化锌（ZnO)基溅射靶以及具有使用所述溅射靶沉积的钝化层的光 伏电池，更具体地，涉及适用于直流电（DC)溅射的ZnO基溅射靶以及具有使用所述ZnO基 溅射靶沉积的钝化层的光伏电池，其中，所述钝化层可防止光吸收层的组成变化降低效率。
【背景技术】
[0004] 近来，作为能源稀缺和环境污染的对策，正在大规模地进行高效光伏电池的开发。 光伏电池是用于直接将太阳能转化成电的光伏发电的主要装置。当对光伏模块的需求快速 增加时，增加其尺寸的必要性也在提高。
[0005] 光伏电池模块可具有多层结构，包括覆盖玻璃、第一缓冲部件、电池堆、第二缓冲 部件和后片。电池堆可包含基板、共用电极、光吸收层、缓冲层、钝化层和透明电极。基板可 由玻璃或不锈钢制造。可通过在基板上沉积钥（Mo)而形成共用电极。可通过溅射、分子束 外延（MBE)或蒸发的方式在共用电极上沉积例如铜铟镓硒（CIGS)化合物而形成光吸收层。 可由化学浴沉积法（CBD)或原子层沉积法（ALD)通过在光吸收层上沉积硫化镉（CdS)或硫 化锌（ZnS)而形成缓冲层。可通过在缓冲层上沉积本征氧化锌（i-ZnO)而形成钝化层。
[0006] 用于电池堆的钝化层的i-ZnO是非导体，它的电特性与由例如ZnO基薄膜制造的 透明电极相抵触。
[0007] 此外，由CIGS化合物制造的光吸收层由于例如镓（Ga)的界面扩散而具有不稳定 的组成。当光吸收层的组成以这种方式变化时，光伏电池的效率必定会降低。因此，迫切地 需要防止光吸收层的组成变化的方案。
[0008] 发明背景部分中公开的信息仅为了更好地理解本发明的背景而提供，而不应作为 对于该信息构成本领域技术人员已知现有技术的认可或任何暗示的形式。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献1 :日本专利第4670877号（2011年1月28日）
【发明内容】
[0011] 本发明的各个方面提供了适用于直流电（DC)溅射的氧化锌（ZnO)基溅射靶以及 具有使用所述溅射靶沉积的钝化层的光伏电池，其中，所述钝化层可防止光吸收层的组成 变化降低效率。
[0012] 在本发明的一方面，提供了 ZnO基溅射靶，其包括由ZnO制造的烧结体和背板，所 述ZnO掺杂有IOwt %至60wt %的氧化镓，所述背板结合于所述烧结体的后表面以支撑所述 烧结体。
[0013] 根据本发明的实施方式，所述烧结体的电阻率可为100Ω · cm或更小。
[0014] 所述ZnO基溅射靶适用于DC溅射。
[0015] 所述烧结体的弯曲强度可为50MPa或更大。
[0016] 具有Iym直径的氧化镓聚集体可分布于所述烧结体内，并且所述氧化镓聚集体 的体积小于所述烧结体的体积的5%。
[0017] 在本发明的另一方面中，提供了光伏电池，其包括掺杂有IOwt %至60wt %的氧化 镓的ZnO基薄膜作为钝化层。
[0018] 根据本发明的实施方式，所述光伏电池可进一步包括由CIGS化合物制造的光吸 收层。
[0019] 所述钝化层的晶粒尺寸可为IOnm或更大。
[0020] 所述钝化层的厚度可小于100nm。
[0021] 所述钝化层的厚度可小于50nm。
[0022] 所述钝化层的电阻率可为10 Ω · cm或更小。
[0023] 根据本发明的实施方式，可通过由10wt%至60wt%的氧化镓掺杂ZnO可靠地进行 DC溅射。
[0024] 此外，由于使用所述ZnO基溅射靶将所述ZnO基薄膜沉积为钝化层，因此所述钝化 层中包含的Ga的高浓度可防止不稳定的光吸收层的组成变化，从而防止所述光伏电池的 效率降低。
[0025] 此外，由于使用所述ZnO基溅射靶沉积的钝化层的组成的均匀性提高了，所以能 够制造具有大面积的光伏电池。
[0026] 此外，使用所述溅射靶将掺杂有氧化镓的所述ZnO基薄膜沉积为所述钝化层。因 此，当将所述ZnO基薄膜沉积为导电性钝化层上的透明电极时，能够减小所述透明电极的 电阻，因而提高所述光伏电池的光电转化效率。
[0027] 此外，由于将加入大量的氧化镓的所述ZnO基薄膜用作所述钝化层，因此能够减 小在由所述CIGS化合物制造的光吸收层中包含的Ga的界面扩散。所述钝化层中的Ga可 扩散到所述光吸收层中，从而提高所述光伏电池的效率。
[0028] 本发明的方法和设备还具有其它特征和优点，这些特征和优点将通过并入本文的 附图和以下本发明的详细说明而更为明显或者在这些附图和详细说明中得到更详细地阐 述，附图和详细说明是一起用来解释本发明的特定原理的。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1为示意性显示根据本发明的示例性实施方式的具有使用氧化锌（ZnO)基溅射 靶沉积的钝化层的光伏电池的概念性截面剖视图。
【具体实施方式】
[0030] 现将详细地参考根据本发明的氧化锌（ZnO)基溅射靶以及具有使用该溅射靶沉 积的钝化层的光伏电池，其实施方式在附图中说明并描述如下，以使本发明相关领域的技 术人员可容易地将本发明付诸实践。
[0031] 全文中都将参考附图，其中相同的附图标记和符号用于所有不同的附图中以表示 相同或相似的部件。在本发明的以下说明中，当其会使本发明的主题不清楚时，并入本文的 已知功能和部件的详细说明将会省略。
[0032] 根据本发明的示例性实施方式的ZnO基溅射靶为用于沉积图1中显示的光伏电池 10中钝化层100的靶。如图1中显示,光伏电池10包括基板11、共用电极12、光吸收层13、 缓冲层14、钝化层100和透明电极15。钝化层100形成为ZnO基薄膜，其组成包含10wt% 至60wt%的氧化镓。在光伏电池10中，基板11可由玻璃或不锈钢制造。共用电极12可通 过沉积钥（Mo)而在基板11上形成。光吸收层13可通过溅射、分子束外延（MBE)或蒸发的 方式沉积铜铟镓硒（CIGS)化合物而在共用电极12上形成。缓冲层14可由化学浴沉积法 (CBD)或原子层沉积法（ALD)通过在光吸收层13上沉积例如硫化镉（CdS)或硫化锌（ZnS) 而在光吸收层13上形成。透明电极15可沉积在钝化层100上，其使用根据该示例性实施 方式的ZnO基溅射靶而沉积。透明电极15可如同钝化层100形成为ZnO基薄膜。
[0033] 因此，根据该示例性实施方式的ZnO基溅射靶用于光伏电池10的钝化层100的沉 积，并包括烧结体和背板。
[0034] 烧结体由掺杂有10wt%至60wt%的氧化镓的ZnO制造。当由氧化镓掺杂ZnO时， 来自氧化镓的Ga取代了 ZnO结构中的Zn,从而形成向其给予导电性的η型半导体。由于 ZnO中的Ga含量限于热力学平衡状态，控制添加的氧化镓的量，以使ZnO制造的烧结体为导 电的，转而使烧结体适用于直流电（DC)溅射。如果添加的氧化镓的量为10wt%或更大，则 有利于改善CIGS光吸收层13的效率。然而，如果添加的氧化镓的量超过60wt%，则烧结体 的电阻率显著提高，因此优选将添加的氧化镓的量控制为60wt%或更少。与此相对照，如果 添加的氧化镓的量小于IOwt %，虽然ZnO烧结体的低电阻率使放电可靠，但是氧化镓提高 CIGS光吸收层13的效率的能力却受限。然后，能够防止光吸收层13的不稳定组成变化。
[0035] 因此，使用具有由掺杂有10wt%至60wt%的氧化镓的ZnO制造的烧结体的溉射革巴 能够沉积由掺杂有IOwt %至60wt %的氧化镓的ZnO基薄膜作为光伏电池10的钝化层100。
[0036] 优选控制添加到ZnO基烧结体的氧化镓的量，以使烧结体具有50MPa或更大的弯 曲强度，使烧结体免受因溅射期间诱导的高功率引起的破裂的危险，并使具有1 μ m或更大 的直径的氧化镓聚集体分布于烧结体内且具有小于烧结体的体积的5%的体积。
[0037] 背板为用于支撑烧结体的部件，并可由具有卓越导电性和导热性的Cu(优选不含 氧的Cu)、Ti或不锈钢制造。通过由例如In制造的结合材料将背板结合于烧结体的后表 面，从而形成ZnO基溅射靶。
[0038] 包括烧结体和背板的ZnO基溅射靶具有高的沉积率。烧结体的电阻率为100 Ω ^cm 或更少，这样在溅射期间诱导高功率时，使得放电可靠地进行而没有反常的放电。因此，这 提高了所沉积的钝化层100的组成均匀性，因而可制造具有大的面积的光伏电池10。
[0039] 使用根据该示例性实施方式的ZnO基溅射靶沉积的光伏电池10的钝化层100可 具有10Ω ^cm或更小的电阻率。钝化层100的卓越电阻特性还减小了覆盖其上的透明电 极15的电阻。结果，这可防止铜铟镓硒（CIGS)层的效率因透明电极的高电阻而减小，否则 透明电极的高电阻会在大面板应用于现有技术时出现。
[0040] 钝化层100可具有小于IOOnm的厚度，优选小于50nm。这是因为钝化层100与缓 冲层14 一起使光穿过，较小的厚度更利于钝化层100提高透光率。
[0041] 作为使用ZnO基溅射靶沉积的ZnO基薄膜而形成的钝化层100保持了 ZnO的六方 晶体结构而与Ga含量无关，在该晶体结构中，晶体通常沿C轴生长。在这种情况下，钝化层 100的晶粒尺寸可为IOnm或更大。
[0042] 使用根据该示例性实施方式的ZnO基溅射靶沉积的钝化层100具有基于ZnO的晶 体结构。在钝化层100上沉积的透明电极15可如同钝化层100形成为ZnO基薄膜。因此， 透明电极15从沉积过程的早期阶段就在具有晶体取向的钝化层100上沉积，因此可使透明 电极15的性能最大，从而进一步提1?光伏电池10的光电转化效率。
[0043] 此外，在使用根据该示例性实施方式的ZnO基溅射靶沉积的钝化层100中，Ga的 高浓度可防止由具有不稳定组成的CIGS化合物制造的光吸收层13的组成变化。具体地， 当用于由CIGS化合物制造的光吸收层13的钝化层100形成为添加了大量的氧化镓的ZnO 基薄膜时，能够减小光吸收层13中包含的Ga的界面扩散。此外，钝化层100中的Ga可扩 散到光吸收层13中，从而提高光伏电池10的效率。
[0044] 实施例1
[0045] 在由铜铟镓硒（CIGS)化合物制造的光吸收层上通过沉积硫化镉（CdS)形成缓冲 层。使用氧化镓掺杂的氧化锌（GZO)靶通过直流电（DC)溅射在缓冲层上形成钝化层。使 用Ga-Al-Zn-O(GAZO)靶通过DC溅射在钝化层上形成透明电极（TCO)。然后，分析所得结构 的特性。
[0046] 对比例1
[0047] 在由CIGS化合物制造的光吸收层上通过沉积CdS形成缓冲层。使用本征氧化锌 (i-ZnO)镓靶通过射频（RF)溅射在缓冲层上形成钝化层。使用Al-Zn-O (AZO)靶通过RF溅 射在钝化层上形成TC0。
[0048] 然后，分析所得结构的特性。
[0049] 对比例2
[0050] 在由CIGS化合物制造的光吸收层上通过沉积CdS形成缓冲层。使用i-ZnO镓靶 通过RF溅射在缓冲层上形成钝化层。使用GAZO靶通过RF溅射在钝化层上形成TC0。然 后，分析所得结构的特性。
[0051] 表 1
【权利要求】
1. 一种氧化锌基溅射靶，包括： 烧结体，所述烧结体包含氧化锌，所述氧化锌掺杂有基于所述烧结体重量的10wt%至 60wt%的氧化镓；和 背板，所述背板结合于所述烧结体的后表面以支撑所述烧结体。
2. 如权利要求1所述的氧化锌基溅射靶，其中，所述烧结体的电阻率为100Ω ·_或更 小。
3. 如权利要求1所述的氧化锌基溅射靶，所述氧化锌基溅射靶适用于直流电溅射。
4. 如权利要求1所述的氧化锌基溅射靶，其中，所述烧结体的弯曲强度为50MPa或更 大。
5. 如权利要求1所述的氧化锌基溅射靶，其中，具有1 μ m的直径的所述氧化镓的聚集 体分布于所述烧结体内，所述氧化镓的聚集体的体积小于所述烧结体的体积的5%。
6. -种光伏电池，包括氧化锌基薄膜作为钝化层，所述氧化锌基薄膜掺杂有基于所述 氧化锌基薄膜重量的IOwt %至60wt %的氧化镓。
7. 如权利要求6所述的光伏电池，进一步包括含有铜铟镓硒化合物的光吸收层。
8. 如权利要求6所述的光伏电池，其中，所述钝化层的晶粒尺寸为IOnm或更大。
9. 如权利要求6所述的光伏电池，其中，所述钝化层的厚度小于100nm。
10. 如权利要求9所述的光伏电池，其中，所述钝化层的厚度小于50nm。
11. 如权利要求6所述的光伏电池，其中，所述钝化层的电阻率为10Ω ^cm或更小。
【文档编号】H01L31/0352GK104213084SQ201410232028
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】李伦圭, 高榥庸, 朴柱玉, 徐寿莹 申请人:三星康宁先进玻璃有限责任公司