CN103572229B - 一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用整卷不锈钢为基材，第一层下电极薄膜的制备使用钼钠靶材，高温CIGS蒸镀成膜时藉由扩散过程钠元素会进入CIGS膜层中以提高电池的效率，缓冲层方面使用溅镀的锌镁氧膜层取代传统的水浴法的CdS膜，使得CIGS太阳能电池能够实现整卷的生产，利用卷对卷溅镀机镀下电极(MoNa)、缓冲层(ZnMgO)及透明导电膜(95ITO)层，再利用卷对卷蒸镀机制备CIGS吸收层，实现CIGS电池的生产在全真空的制程下完成，确保大面积的均匀性，大幅提高电池的生产效率及产率，大幅降低人力工时，提高了薄膜质量及性能，符合CIGS薄膜太阳能电池的生产需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，属于太阳能光伏领域。
背景技术
全球能源需求逐年攀高，在节能及环保意识抬头下，发展再生能源为全球共同的目标；以再生能源来说，无论水力、风力、地热发电来说，均需以动能转换方式来获得转换效率，而太阳能发电则是利用太阳光转换成电能之发电系统，在太阳能发电系统中无可动部分，不像风力、水力、地热等发电系统中均须用到转动机械，因此不会有高温高压及噪音等困扰，在发电过程中不造成环境负担，为一洁净地绿色能源。另外，太阳光源取之不尽用之不竭的特性，使得太阳能发电系统能具有永续利用之一大优点；虽然现今太阳能发电之光电转换效率尚不高，但太阳能发电系统不需耗费额外的能源成本为其优势，换句话说，这些原本不被人们利用的能源现在有部分比例作为电力来源。太阳每天照射到地表的能量,超过全人类30年所需要的能源，太阳能电池已成为未来替代能源的主流。预估至2100年全球能源使用太阳能的利用率将达60%。
太阳能电池的种类众多，而CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池拥有高转换效率及发展潜力而受到瞩目，目前CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。CIGS从1995年发展至今转换效率已经提高足足有7%之多，相较于同样时间内CdTe的4%、单晶硅与多晶硅各为3%以及非晶硅的1%，足以看出CIGS在转换效率上的发展潜力。CIGS属于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族的多晶黄铜矿结构 (Chalcopyrite) 化合物，是一种由Ⅱ-Ⅵ族化合物闪锌矿结构 (Zinc-Blend Structure) 所衍生而来的半导体材料，由两个闪锌矿之单位晶胞堆栈而成，原属Ⅱ族元素之晶格位置由Ⅰ族及Ⅲ族所取代而形成，而黄铜矿内部In所处晶格位置则可为所添加之Ga元素取代。CIGS(铜铟镓硒)具有直接能隙(Direct band-gap)性质的P-type半导体特性，并且有相当高的光吸收系数α(α=104~105 cm-1)，是单晶硅的100倍，能涵盖大部分的太阳光谱，与其它太阳能电池相比，故仅需1~3μm的厚度，即可吸收99%以上的入射太阳光。目前CIGS薄膜太阳能电池最高转换效率由美国再生能源实验室(NREL)所创造，其效率已达20%。且NREL于2011年评估报告显示，CIGS(铜铟镓硒)在转换效率上会以每年0.3%往上成长。
CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池发展至今其组件结构大致件由上电极(AL/Ni)、抗反射层(MgF2)、光窗层(AZO/ITO)、缓冲层( CdS)、吸收层(CIGS)、背电极(Mo)与基板(SS/GLASS/PET)所组成；在单一膜层内，各材料成份比之参数调配、薄膜晶体结构、制程方式与优化制程等各种因素为其制备上的挑战，此外，还需考虑到各膜层堆栈成组件的匹配性、各膜层制备方式与制程间的相互影响等众多因素，尤其从相关文献显示CIGS(铜铟镓硒)对于各种制程参数下对于组件影响极其敏感，更增添CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池在制备上的困难，同时也使得技术门坎相对地提高，在国际光伏界认为是技术难度比较大的一种太阳电池。
靶材是具有固定形状用于溅射镀膜之母材。靶材若依材料分类可简单地分为金属与陶瓷两大类，若依制程分类通常可大略区分为熔炼制程与粉末冶金制程两大类。大多数金属靶材采熔炼制程，少数靶材鉴于使用时晶粒大小控制、合金成份熔点差距太大等诸因素才采用粉末冶金制程。针对金属或者合金靶材一般采用真空感应熔炼来调配成分,并经过后段的锻造及热处理等机加工方式获得所需靶材。目前光电及半导体产业中如触控屏、集成电路、液晶屏、建筑玻璃、光学膜及薄膜太阳能电池等，为获得大面积均匀性及量产性，相关薄膜均大量使用真空磁控溅镀制程。
多元化合物太阳能电池为目前最受属目的材料之一，系为以Ⅰ族-Ⅲ族-Ⅳ族所构成的太阳能电池吸收层可以其成份调控进行能系改变而达到最佳光电转换效率，其中，Ⅰ族为铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)，Ⅲ族为铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)，Ⅳ族为硫(S)、硒(Se)、锑(Te)，目前以铜铟镓硒太阳能电池光电转换效率最高。
CIGS膜层中吸收层是影响电池效率及生产方式的重要膜层，吸收层一般使用真空蒸镀及真空磁控溅镀加后硒化热处理的两种主要制程，具有大面积成膜及获得较佳均匀性的特性。典型CIGS太阳能电池依基材由下往上为Mo(钼背电极层)/CIGS(铜铟镓硒吸收层)/CdS(硫化镉缓冲层)/ZnO+AZO(氧化锌与参杂铝氧化铝光窗层)/Al(铝上电极层)，一般背电极层、光窗层采真空溅镀方式，缓冲层采化学水域方式，相较于组件结构各膜层中，吸收层制备方式共分两大类：1.真空制程，包含共蒸镀及溅镀前趋物与硒化制程；2.非真空制程，包含电镀及涂布等；其中使用以化学浴方式制备缓冲层主要原因为目前阶段所制作吸收层表面非常粗大，需藉由水浴法来达到缓冲层完整批覆于吸收层上，然而，在整个生产CIGS太阳电池过程中，使用水浴法制程方式有几种限制：1.对于生产连续性不佳；2.大面积均匀性不易控制；3.水浴法制作过程中需耗大量水；4. 水浴法所使用化学溶剂后续处理成本高。若能将吸收层的表面平坦化就可以不采用水域法的CdS来做缓冲层，避免生产的不连续性来提高生产效率与良率，并降低生产成本，且避免未来对环境的污染。
为大量与大面积化的制备吸收层薄膜,目前制程方式系采用溅镀前趋物与后硒化制程，其中，早期前趋物金属薄膜设计为单一元素或双元合金金属采用多枪溅镀，制程道次多、时间长且有低熔点合金制程不稳定性等因素，但由于前趋层含低熔点的铟元素，使用传统镀膜参数将使的前驱物薄膜表面粗糙度变大(>300nm),将来高温硒化后的CIGS表面将无法达到理想的平坦化，不利于后续缓冲层及光窗层的制备，且所需形成吸收层相变化温度降低，造成后续硒化无法持续扩散至前趋物薄膜中进行反应，使得硒化不完全及转换效率无法有效提升，因上述原因而提高制造成本与降低了制程良率及产率。且本发明以前CIGS太阳能电池大都是采用单片式生产,量产率低,所需的人工较多,相对的生产成本也无法大幅下降。另外有些人采用在PI上卷对卷蒸镀成膜的方式来制作CIGS电池，可以达到轻量化的需求，但由于制程温度无法拉高(<300℃)，无法形成有效均一的CIGS相，所以电池效率一直停留在5-10%,尚无法突破。
发明内容
本发明的目的是提供一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，首创在可挠性不锈钢基材中不使用传统水浴法的硫化镉(CdS)来做缓冲层，而使用真空溅镀的锌镁氧(ZnMgO)来当作缓冲层。另外，在透明导电膜的制备方面，不使用传统AZO(98%氧化锌)靶材及ITO(90%氧化铟)靶材，而使用自制的ITO(95% 氧化铟)靶材提高透光度，使得CIGS太阳能电池能够实现整卷真空制程的生产，利用卷对卷溅镀机镀钼钠(MoNa)、锌镁氧(ZnMgO)及透明导电膜(95ITO)，利用卷对卷蒸镀机制备CIGS吸收层，大幅提高电池的生产效率及产率，大幅降低人力工时，提高了薄膜质量及性能，符合 CIGS薄膜太阳能电池的生产需求。
一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用幅宽15-150cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至300-550℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。
钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的0.1-10%。
锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:5-7,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的20-30%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的66-70%。
氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为95:5 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的20-30%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的66-70%。
本发明的特点是在使用整卷不锈钢为基材，实现使用卷对卷溅镀及卷对卷蒸镀的全真空制程来制备CIGS薄膜光电池。镀膜前先针对基板表面进行清洗处理，首先使用含不等量钠元素的钼钠(MoNa)靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，后续再高温CIGS蒸镀成膜时藉由扩散过程钠元素会进入CIGS膜层中以提高电池的效率。且本发明首创在可挠性不锈钢基材中缓冲层方面使用溅镀的锌镁氧膜层(ZnMgO)取代传统的水浴法的CdS膜，使得CIGS太阳能电池能够实现整卷的生产，利用卷对卷溅镀机制备下电极(MoNa)、缓冲层(ZnMgO)及透明导电膜(95ITO) 层，利用卷对卷蒸镀机制备CIGS吸收层，实现CIGS电池的生产在全真空的制程下完成，确保大面积的均匀性，使得平均薄膜表面粗糙度小于120nm，电池转化效率大于15%大幅提高电池的生产效率及产率，大幅降低人力工时，提高了薄膜质量及性能，符合 CIGS薄膜太阳能电池的生产需求。
具体实施方式：
实施例1：
一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用幅宽15cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至300℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。
钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的0.1%。
锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:5,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的20%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的66%。
氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为95:5 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的20%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的66%。
实施例2：
一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用幅宽80cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.8×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至420℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.8×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.8×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。
钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的5.0%。
锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:6,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的25%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的68%。
氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为95:5 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的25%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的68%。
实施例3：
一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用幅宽150cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至550℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。
钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的10%。
锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:7,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的30%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的70%。
氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为95:5 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的30%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的70%。
实施例4：
钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的3.0%。
锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:4,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的18%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的60%。
其余同实施例1。
实施例5：
钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的7.0%。
氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为90:10 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的32%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的72%。
其余同实施例2。
对比例1：
现有技术制备真空卷对卷镀膜可挠性基材及薄膜的方法，使用幅宽30公分的整卷PI为材，PI箔的厚度0.3mm，接着先以卷对卷真空溅镀机溅镀钼(Mo)薄膜，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源溅镀第一层500nm厚的Mo薄膜。然后使用卷对卷共蒸镀制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基板加热至150℃。接着以水浴法制备CdS膜30nm及真空溅镀法制备氧化锌(ZnO)缓冲层薄膜100nm，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得薄膜厚度100nm左右的氧化锌薄膜。最后镀制透明导电膜(TCO)，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制程，制得薄膜厚度100nm左右的透明导电氧化铟锡(95ITO)薄膜，即完成CIGS太阳能电池的主要结构的薄膜制作，丝印电极后进行转换效率测试。
各实施例和对比例制得的软性CIGS太阳能电池的性能如下表所示：
从上表结果可以看出，在本发明工艺范围下实施例1-3制得的真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的平坦度和转换效率明显优于不同于本发明的锌镁氧靶材原料配比的实施例4和不同于本发明的氧化铟锡靶材原料配比的实施例5，尤其是以实施例2的效果最佳，同时实施例1-5的效果都优于现有技术制备真空卷对卷镀膜可挠性基材及薄膜的效果，可见本发明采用了钼钠(MoNa)靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，再使用自制的锌镁氧靶材和氧化铟靶材进行溅镀，最终制得的真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜，能够降低薄膜平坦度及有效提高转换效率，降低生产成本，满足生产的需要。
Claims (8)
1.一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：使用幅宽15-150cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至300-550℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.7×10-5-0.9×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。
2.如权利要求1所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的0.1-10%。
3.如权利要求1所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:5-7,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的20-30%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的66-70%。
4.如权利要求1所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为95:5 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的20-30%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的66-70%。
5.如权利要求1所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：一种真空卷对卷镀膜用可挠性基材及薄膜的制备方法，使用幅宽80cm的整卷不锈钢为基材，不锈钢的厚度小于1.0mm，镀膜前先针对不锈钢的基材表面进行清洗处理，然后使用钼钠靶材在真空卷对卷度镀膜机中先镀制MoNa薄膜，首先把不锈钢基材置入卷对卷真空溅镀机，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.8×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为5×10-3torr，使用DC电源在不锈钢基材上溅镀第一层500nm厚的MoNa薄膜；然后再使用卷对卷共蒸镀机制造第二层2000nm厚的CIGS吸收层薄膜，共蒸镀镀膜时基材加热至420℃；接着以真空溅镀法制备第三层锌镁氧薄膜，将锌镁氧靶材放在溅镀机上，以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.8×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2.5×10-3torr，以RF电源进行溅镀制程，制得厚度100nm的锌镁氧薄膜；最后镀制第四层透明导电膜，使用氧化铟锡靶材，将氧化铟锡靶材放入真空腔中，然后以真空抽气系统将溅镀腔体背景压力抽至0.8×10-5 torr后，利用氩气当作工作气体，透过节流阀将通入氩气控制溅镀腔体的工作压力为2×10-3torr，以DC电源进行溅镀制备，制得厚度100nm的透明导电氧化铟锡薄膜，即得。
6.如权利要求5所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：钼钠靶材的制造是将钼和钠粉装在石墨模具中，使用真空热压炉在真空5×10-2 torr 状态下，每平方公分20公斤的压力下，经1500℃烧结2小时而成，其中钠粉的重量是钼重量的5.0%。
7.如权利要求5所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：锌镁氧靶材制造首先使用湿法混合氧化锌、氧化镁粉末、去离子水和氧化锆球，研磨8小时后灌入三寸模具中，等24小时干燥后经1450℃烧结6小时而成靶材坯体，再经研磨加工成所需的锌镁氧靶材；其中氧化锌和氧化镁粉末的重量比为94:6,去离子水重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的25%，氧化锆球重量为氧化锌和氧化镁粉末总重量的68%。
8.如权利要求5所述的一种在真空卷对卷镀膜用可挠性基材上制备薄膜的方法，其特征为：氧化铟锡靶材制造首先使用氧化铟粉末及氧化锡粉末混合再加上氧化锆球及去离子水湿法混合，研磨20小时，然后灌入三寸模具中，待24小时干燥后经过1550℃烧结6小时后研磨加工成所需的靶材；其中氧化铟粉末及氧化锡粉末的重量比为95:5 ,去离子水重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的25%，氧化锆球重量为氧化铟粉末及氧化锡粉末总重量的68%。
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