CN110684947B - 薄膜蒸镀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜蒸镀方法，包括以下步骤：S1：在薄膜蒸镀装置中，将多个不同组分的靶材沿第一方向设置；S2：使衬底与所述靶材在所述第一方向上发生相对运动的同时使所述靶材蒸发，在所述衬底上沉积形成薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜制备领域，特别是涉及薄膜蒸镀方法。
背景技术
铜铟硒(CuInSe2,简称CIS)或铜铟镓硒(CuInxGa1-xSe2，简称CIGS)薄膜太阳能电池因其既具有高的光电转换效率，又具有比较低的制作成本，性能稳定，不会发生光诱导衰变，价格也低于传统的晶体硅电池，因而成为各国太阳能电池材料的研究热点之一。
CIGS薄膜太阳能电池主要由玻璃衬底、钼(Mo)背电极、CIGS吸收层、缓冲层、窗口层、减反射层和铝电极组成，其中CIGS吸收层是太阳能电池中的核心材料，制备高效CIGS电池的关键技术之一是要获得高质量的吸收层，即CIGS薄膜。CIGS薄膜的制备方法多种多样，主要的制备方法大致可以归结为真空制备技术和非真空制备技术两大类。真空制备工艺主要有多源共蒸发技术、溅射技术、分子束外延技术、化学气相沉积技术等；而非真空制备技术包括电沉积、旋涂法和丝网印刷等方法。虽然CIGS薄膜的制备方法多种多样，但仅有多源共蒸发技术和溅射后硒化法制得高效率的CIGS太阳能电池。蒸发和溅射两种制备方法在日本、美国、德国无论是实验室还是在生产线上都有采用。
实验室里制备小面积的CIGS薄膜太阳电池时，共蒸发法沉积的CIGS薄膜质量较好，电池效率较高，但蒸发法无法精确控制元素比例、重复性差、材料利用率不高、很难实现大面积均匀稳定成膜，因而限制其在大规模工业化生产中的应用。
中国专利申请200910089397.5以直流方式在硒蒸发坩埚周围产生等离子体，使硒蒸气离化，铜铟镓分别蒸发，沉积CIGS膜层。这种制备方式，通过采用多元共蒸镀的方法，实现了大面积的CIGS薄膜的制备。然而，以这种方式，铜铟镓预制层拿出真空室，面临铜铟镓被氧化的氧化的风险，特别是，衬底上沉积一个完整的CIGS吸收层必须多次被拿出真空室，面临着各个蒸镀层都被氧化的风险。而且，这个风险不易排除。因此，提供一种能有效避免CIGS薄膜在蒸镀过程中被氧化的蒸镀方法很有必要。
发明内容
基于此，有必要针对CIGS薄膜在蒸镀过程中易被氧化的问题，提供一种薄膜蒸镀方法。
一种薄膜蒸镀方法，包括以下步骤：
S1：在薄膜蒸镀装置中，将多个不同组分的靶材沿第一方向设置；
S2：使衬底与所述靶材在所述第一方向上发生相对运动的同时使所述靶材蒸发，在所述衬底上沉积形成薄膜。
在其中一个实施例中，所述多个不同组分的靶材包括沿所述第一方向依次设置的第一合金靶材、第二合金靶材和第三合金靶材，
所述第一合金靶材的成分包括Cu(0.01～1.0)In(0.01～1.0)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)；
所述第二合金靶材的成分包括Cu(0.01～2.0)In(0～1.0)Ga(0～1.0)Se(0.01～3.0)；
所述第三合金靶材的成分包括Cu(0.01～2.0)In(0.01～1.5)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)。
在其中一个实施例中，所述第一合金靶材、第二合金靶材和第三合金靶材的成分依次分别为Cu0.1In0.3Ga1.0Se0.5、Cu2.0Se0.5、Cu0.1In0.5Ga1.0Se0.5。
在其中一个实施例中，所述多个不同组分的靶材还包括缓冲层靶材，所述缓冲层靶材沿所述第一方向设置于所述多个不同组分的靶材的末端。
在其中一个是实施例中，所述缓冲层靶材为GdS靶材。
在其中一个实施例中，还包括在进行所述步骤S2的同时向所述薄膜蒸镀装置内通入H2S气体的步骤，且所述缓冲层靶材为Cd靶材。
在其中一个实施例中，所述靶材的蒸发温度为500℃-1100℃。
在其中一个实施例中，所述步骤S2包括将所述多个组分不同的靶材加热至同一温度。
在其中一个实施例中，每个靶材在所述第一方向上的长度为1m-5m，所述靶材与所述衬底的所述相对运动的速度小于或等于3m/min。
在其中一个实施例中，所述靶材与所述衬底的间距为5mm-50mm。
在其中一个实施例中，所述步骤S2包括通过衬底承载装置承接所述衬底，并带动所述衬底沿第一方向运动。
在其中一个实施例中，所述步骤S1包括将所述多个不同组分的靶材沿所述第一方向固定设置于同一靶材固定装置上，所述靶材固定装置具有用于固定所述靶材的圆柱状侧壁，所述第一方向为所述圆柱状侧壁的周向，所述衬底承载装置套设于所述靶材固定装置的外侧，并具有与所述圆柱状侧壁同轴设置的用于承载所述衬底的弧形承载面。
在其中一个实施例中，所述步骤S1包括将所述多个不同组分的靶材沿所述第一方向固定设置于同一靶材固定装置上，所述靶材固定装置为平板状，所述衬底承载装置具有用于承载所述衬底的平坦的承载面。
上述薄膜蒸镀方法，通过沿第一方向设置多个不同组分的靶材，然后使衬底与靶材在第一方向上发生相对位移，从而使多个靶材的材料依次蒸镀在衬底上直接形成多个镀层，由于多个镀层的蒸镀过程中不需要将衬底暴露于空气中，有效地避免了蒸镀层容易被氧化的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例的流程图；
图2为本发明一实施例的薄膜蒸镀装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例的加热装置设置的示意图；
图4为本发明另一实施例的薄膜蒸镀装置的结构示意图；
图5为本发明一实施例的环状的薄膜蒸镀装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明的薄膜蒸镀装置及薄膜装置方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。
参阅图1，本发明实施例还提供一种薄膜蒸镀方法，包括以下步骤：
S1：在薄膜蒸镀装置中，将多个不同组分的靶材沿第一方向设置；
S2：使衬底与所述靶材在所述第一方向上发生相对运动的同时使所述靶材蒸发，在所述衬底上沉积形成薄膜。
上述薄膜蒸镀方法，通过沿第一方向设置多个不同组分的靶材，然后使衬底与靶材在第一方向上发生相对位移，从而使多个靶材的材料依次蒸镀在衬底上直接形成多个镀层，由于多个镀层的蒸镀过程中不需要将衬底暴露于空气中，有效地避免了蒸镀层容易被氧化的问题。
参阅图2，在一个优选的实施例中，靶材300包括CIGS靶材，优选包括至少三个合金靶材，分别对应图1与图3中的标号301、302及303，所述三个合金靶材的成分优选地分别为：靶材301：Cu(0.01～1.0)In(0.01～1.0)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)；
靶材302：Cu(0.01～2.0)In(0～1.0)Ga(0～1.0)Se(0.01～3.0)；
靶材303：Cu(0.01～2.0)In(0.01～1.5)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)。
上述CIGS靶材用于制备多层结构的CIGS薄膜。与使用传统的单一CIGS膜层的太阳能电池相比，使用本发明多层结构的CIGS薄膜的太阳能电池可以具有更大的开路电压与短路电流，由此，很大程度上提高了CIGS薄膜太阳能电池的光电转化效率。
更优选地，3个所述靶材300的成分分别为：
靶材301：Cu(0.01～0.5)In(0.01～0.5)Ga(0.5～1.0)Se(0.01～3.0)；
靶材302：Cu(1.0～2.0)In(0～0.5)Ga(0～0.5)Se(0.01～3.0)；
靶材303：Cu(0.01～0.5)In(0.5～1.5)Ga(0.5～1.0)Se(0.01～3.0)。
通过对CIGS靶材中各个合金靶材的Cu元素、Ga元素及In元素的含量的调节，控制Cu、Ga元素及In元素在CIGS薄膜中的含量及分布，使得通过上述CIGS靶材蒸镀出的CIGS薄膜的第一薄膜层的能带间隙的范围为1.3eV～1.5eV，第二薄膜层的能带间隙的范围为0.9eV～1.1eV，第三薄膜层的能带间隙范围的为1.1eV～1.3eV，通过所述合金材料组制备的CIGS薄膜中层叠设置的三个薄膜层的能带间隙在薄膜的厚度方向上呈双带隙的梯度分布。有效提高了使用所述CIGS薄膜制备的太阳能电池的开路电压和短路电流以及转化效率。
在一个优选的实施例中，靶材302中不含有In元素，CIGS薄膜的第二薄膜层中的In元素可以由靶材301和/或靶材303蒸发出的In元素在薄膜制备装置内的扩散提供，或者由薄膜蒸镀装置内设置的独立的In源材料提供(优选为控制该独立In源的量使CIGS薄膜的第二薄膜层中In含量较少)。在另外一个优选的实施例中，靶材302中不含有Ga元素，CIGS薄膜中的第二薄膜层中不含有Ga元素，或者含有少量的Ga元素，当CIGS薄膜的第二薄膜层中包括有Ga元素时，Ga元素可以由靶材301和/或靶材303蒸发的的Ga元素在薄膜蒸镀装置内的扩散提供，或者由薄膜制备装置内的独立存在的Ga源材料提供(优选为控制该独立Ga源的量使CIGS薄膜的第二薄膜层中Ga含量较少)。通过使靶材302中不包括In和/或Ga元素，可以使CIGS薄膜的第二薄膜层中可以含有更多的Cu和Se元素，从而使得CIGS薄膜的第二薄膜层的表面呈富铜态。
为了使CIGS薄膜具有双带隙的梯度分布，优选的，使所述靶材301提供所述CIGS薄膜中绝大部分(例如90％以上)In、Ga元素(另外还可以提供大量Se元素)，所述靶材302提供CIGS薄膜中大部分Cu元素，所述靶材303提供所述CIGS薄膜中剩余的Cu、In、Ga元素(另外还可以提供剩余的Se元素)并对CIGS薄膜表面的元素比例进行微调，CIGS薄膜的第三薄膜层略微富In，并使CIGS薄膜中各元素总量之间达到预设比例。优选的CIGS薄膜的总成分为CuIn0.7Ga0.3Se2。
更优选的，所述靶材301的组分为Cu0.1In0.3Ga1.0Se0.5；靶材302的组分为Cu2.0Se0.5；靶材303的组分为Cu0.1In0.5Ga1.0Se0.5。相应地，所述靶材301用于提供能带间隙为1.4eV的薄膜层，所述靶材302用于提供能带间隙为1.0eV的薄膜层，所述靶材303用于提供能带间隙为1.2eV的薄膜层。
在其中一个实施例中，所述靶材301中还包括碱金属元素，优选的，靶材301中包括的碱金属元素以碱金属单质或者碱金属化合物的形式存在，例如，可以以NaF、KF等金属氯化物的形式存在。在靶材中掺杂碱金属元素可以有效地优化CIGS薄膜中的晶体结构，使薄膜具有(112)方向的择优取向。另外，使用掺杂有碱金属元素的CIGS薄膜制备的电池具有更高的开路电压，进而具有更高的光电转化效率。
在另外一个实施例中，所述靶材303中还包括碱金属元素，优选的，靶材303中包括的碱金属元素以碱金属单质或者碱金属化合物的形式存在，例如，可以以NaF、KF等形式存在，效果与该碱金属元素在上述靶材301中的作用基本相同。
在其中一个实施例中，可根据CIGS的实际性能需求，仅对靶材301或靶材303进行碱金属掺杂，或者对两者同时进行掺杂，并对所述靶材301和/或靶材303中碱金属元素的含量进行调节。优选地，所述碱金属元素在所述靶材301或所述靶材303中的质量分数为0.01％～0.1％，在此掺杂量使制备出的CIGS薄膜具备更优的开路电压。
在一个优选的实施例中，所述靶材301、靶材302和/或靶材303的纯度大于或等于99.99％，以保证制备出的CIGS薄膜的均匀性，以及CIGS薄膜各处成分的一致性。所述纯度是指除提到的组分外，其他组分在靶材中的质量比小于0.01％。高纯度的CIGS靶材可以保证制备出的CIGS薄膜中的杂质较少，保证CIGS薄膜中的性能的稳定性，从而提高所述CIGS薄膜制备出的薄膜太阳能电池的光电转化效率。
为使得到的CIGS薄膜中各元素的含量在CIGS薄膜的不同厚度位置上存在变化，甚至分出至少三个组分不同的薄膜层，靶材301、靶材302和靶材303的在第一方向上的长度可以为米量级，例如每个靶材的长度为1米(m)～5m。靶材301、靶材302和靶材303的宽度可以基本相同。
优选的，靶材301的长度分别大于靶材302和靶材303的长度。靶材301用于提供CIGS薄膜中绝大部分(例如90％以上)的In、Ga元素(另外还可提供大部分Se元素)，通过将靶材301的长度设置的较长，使得在不调整衬底的运动速率的条件下，可以使用靶材301提供足够的In、Ga、Se元素。相应地，制备出的CIGS薄膜的第一薄膜层的厚度大于第二薄膜层及第三薄膜层的厚度。
由于在同一温度下，Cu、In、Ga、Se元素的蒸发速率不一致，使得Cu、In、Ga、Se在蒸镀腔室内形成的蒸气的分压不一致，所以最终形成的第一薄膜层、第二薄膜层、第三薄膜层的组分与所述靶材301、所述靶材302及所述靶材303的组分并不完全对应一致。另外由于靶材在加热蒸发后，在薄膜蒸镀装置内会有一定范围的扩散，也会使得所述CIGS薄膜中第一薄膜层、第二薄膜层和第三薄膜层的成分与所对应的靶材301、靶材302和靶材303不完全对应。本发明实施例已考虑到这种既不完全对应但相互关联的特性，通过将三个合金靶材中的元素含量控制在合适的范围，使得到的三层薄膜具有理想的成分，更优选的实现双带隙的梯度分布。
参阅图4，优选地，所述靶材300还包括缓冲层靶材304，所述缓冲层靶材作为最后一个靶材，沿所述第一方向设置于所述多个不同组分的靶材的末端。当衬底上完成CIGS薄膜的蒸镀后，可以在不取出样品的情况下，继续蒸镀缓冲层，进一步地防止了衬底上的CIGS薄膜的氧化。优选地，缓冲层靶材304的成分为固态硫化物，具体地，缓冲层靶材304的成分为CdS。在另一个优选的实施例中，薄膜蒸镀装置还包括H2S气体通入装置，所述缓冲层靶材为能与H2S气体在高温下生成硫化物层的金属靶材，优选地，为Cd靶材，所述H2S气体通入装置能够在蒸镀过程中向所述薄膜蒸镀装置内通入H2S气体热蒸发形成的Cd蒸气与H2S气体反应生成CdS缓冲层。以这种形成蒸镀缓冲层，可以有效地降低腔室内部的真空度，使腔室内的气态物质形成稳定的气压，以使得沉积在衬底上的缓冲层的成分及厚度更加均匀。
在一个实施例中，所述薄膜蒸镀方法中，每个靶材的长度为1m-5m，靶材与待蒸镀的衬底的相对运动的速度小于或等于3m/min。更优选地，所述靶材与所述衬底的相对运动是匀速运动，当然，根据靶材的消耗情况或衬底蒸镀的实际需求，相对运动也可以是不匀速的，可以根据实际工艺需求做出调整。所述靶材与所述衬底的间距为5mm-50mm，优选地，为10mm-35mm；更优选地，为15mm-25mm，这样的间距设置，保证了靶材上蒸发出的成分能快速地沉积到衬底上，防止了各个靶材的蒸发成分扩散到至于其他靶材蒸发成分混合，使各个镀层的成分均匀且稳定。
在一个实施例中，所述步骤S2包括通过衬底承载装置承接所述衬底，并带动所述衬底沿第一方向运动。优选地，衬底承载装置通过磁力或真空吸附的方式对衬底进行吸附，并带动衬底沿第一方向运动。
优选的，所述步骤S1包括将所述多个不同组分的靶材沿所述第一方向固定设置于同一靶材固定装置上。
在一个优选的实施例中，所述靶材固定装置与所述衬底承载装置均为平板状，所述衬底承载装置具有用于承载所述衬底的平坦的承载面，所述靶材固定装置与所述衬底承载装置平行设置，且所述靶材固定装置与所述衬底承载装置的长度方向一致。
优选地，靶材的蒸发温度为500℃-1100℃，较优选地，为600℃-1000℃，更优选地，为700℃-900℃，在这样的温度范围内，靶材的蒸发速度更为稳定，能使蒸发气体在衬底上均匀地沉积。在一个优选的实施例中，所述多个靶材被加热至同一温度，因此，各个靶材的蒸发速率一致，可以使得靶材的成分在衬底上的沉积更加均匀。
在另一个实施例中，所述靶材固定装置具有用于固定所述靶材的圆柱状侧壁，所述第一方向为所述圆柱状侧壁的周向，所述衬底承载装置套设于所述靶材固定装置的外侧，并具有与所述圆柱状侧壁同轴设置的用于承载所述衬底的弧形承载面，所述靶材固定于所述靶材固定装置面向所述衬底承载装置的一侧。所述衬底从所述弧形板的开口的一端处向靶材方向运动，环绕一周后从所述弧形板的另一端移出。以这种方式，薄膜蒸镀的工艺过程大大地降低了生产设备的占地面积。
上述薄膜蒸镀方法，通过沿第一方向设置多个不同组分的靶材，然后使衬底与靶材在第一方向上发生相对位移，从而使多个靶材的材料依次蒸镀在衬底上直接形成多个镀层，由于多个镀层的蒸镀过程中不需要将衬底暴露于空气中，有效地避免了蒸镀层容易被氧化的问题。
在一些优选的实施例中，所述薄膜蒸镀方法通过使用下述薄膜蒸镀装置实现。
请参阅图2与图3，本发明实施例提供一种薄膜蒸镀装置，包括：
靶材固定装置100，用于沿第一方向固定设置多个组分不同的靶材300；
衬底承载装置200，用于承载待镀膜的衬底且使所述衬底与所述靶材300相对设置；以及
加热装置400，用于对所述靶材300进行加热使所述靶材300的材料蒸镀于所述衬底上形成薄膜；
所述靶材固定装置100与所述衬底承载装置200能够使所述靶材300与所述衬底沿所述第一方向相对运动。
上述薄膜蒸镀装置，通过使用一个靶材固定装置100固定多个不同组分的靶材300，然后使衬底与靶材300发生相对位移并使靶材300成分依次蒸镀在衬底上直接形成层叠的多个镀层，由于多个镀层的蒸镀过程中不需要将衬底暴露于空气中，有效地避免了蒸镀层容易被氧化的问题。
在一个实施例中，所述加热装置400设置在所述靶材固定装置100长度方向的侧面，优选地，两侧均有设置加热装置400。优选地，所述加热装置400包括加热源401，所述加热源401为光辐射热源，更优选地，所述加热源401为石英灯，且所述石英灯的形状与所述靶材固定装置100的形状相适应；所述石英灯的长度方向与所述靶材固定装置100的长度方向一致。在一个优选的实施例中，所述加热装置400还包括遮光板403，所述遮光板403设置于所述光辐射加热源401远离所述靶材固定装置100的一侧，控制所述加热源401的热辐射方向朝向所述靶材固定装置100，也就是说，使热辐射方向朝向所述靶材300。可选地，加热装置400提供的加热范围为500℃-1100℃，优选地，为600℃-1000℃，更优选地，为700℃-900℃，在这样的温度范围内，靶材的蒸发速度更为稳定，能使蒸发分在衬底上均匀地沉积。
优选地，加热装置400设置为一个，加热装置400的加热源401能对多个不同成分的靶材300同时进行加热，将多个靶材300加热至同一温度，从而使靶材300产生蒸汽，且保证多个靶材300的蒸发温度一致，保证了镀层的各个镀层的均匀性，同时也大大降低了生产过程中的加热成本。
所述靶材固定装置100和所述衬底承载装置200能够使所述靶材300和所述衬底相对的表面相互平行。
在一种优选的实施例中，所述靶材固定装置100与所述衬底承载装置200均为平板状，所述衬底承载装置200具有用于承载所述衬底的平坦的承载面，所述靶材固定装置100与所述衬底承载装置200平行设置，且所述靶材固定装置100与所述衬底承载装置200的长度方向一致。相应地，所述石英灯为直型石英灯，使各个靶材300的受热温度均匀，待蒸镀衬底可以通过衬底承载装置200提供的动力发生定向运动，优选地，沿第一方向运动，并依次地经过所述靶材固定装置100上固定设置的所述靶材300。
优选地，所述衬底为不锈钢衬底，相应地，所述衬底承载装置200包括传送带，所述传送带上设置有磁性块，所述不锈钢衬底通过所述磁性块吸附并固定于所述传送带，当所述传送带处于运动状态时，所述磁性块随之运动并带动所述不锈钢衬底与之一起运动，从而与所述靶材300产生相对运动，使所述不锈钢衬底上能依次沉积有多个层叠的不同成分的薄膜。在另一个优选的实施例中，所述传送带自身为磁性链或磁性带，所述不锈钢衬底直接吸附固定于所述传送带，并随所述传送带运动，当所述传送带处于运动状态时，所述磁性块随之运动并带动所述不锈钢衬底与之一起运动，从而与所述靶材300产生相对运动，使不锈钢衬底上能依次沉积有不同成分的薄膜。
在另一种优选的实施例中，所述衬底通过真空装置吸附并固定于所述传送带，使所述衬底随传送带定向运动。所述衬底可以为玻璃、石英或聚合物衬底。
优选地，每个靶材300的长度为1m-5m，靶材固定装置100与待蒸镀的衬底的相对运动的速度小于或等于3m/min。更优选地，所述靶材固定装置100与所述衬底的相对运动是匀速运动，当然，根据靶材300的消耗情况或衬底蒸镀的实际需求，相对运动也可以是不匀速的，可以根据实际工艺需求做出调整。
优选地，所述衬底与所述靶材300的距离为5mm-50mm；优选地，为10mm-35mm；更优选地，为15mm-25mm，这样的间距设置，保证了靶材上蒸发出的成分能快速地沉积到衬底上，防止了各个靶材的蒸发成分扩散到至于其他靶材蒸发成分混合，使各个镀层的成分均匀且稳定。
优选地，靶材固定装置100包括固定板及多个金属板，所述多个金属板固定设置于所述固定板上，所述多个金属板用于将多个靶材300固定于所述固定板。优选地，所述金属板为不锈钢板和/或者铜板，所述靶材300通过所述不锈钢板和/或所述铜板固定于靶材固定装置100上，靶材300固定于所述不锈钢板和/或所述铜板的方式选自焊接、黄铜高温熔融连接和/或高温扩散中的至少一种。
在一个优选的实施例中，所述靶材300包括CIGS靶材，优选包括至少三个合金靶材，分别对应图1与图3中的标号301、302及303，所述三个合金靶材的成分优选地分别为：靶材301：Cu(0.01～1.0)In(0.01～1.0)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)；
靶材302：Cu(0.01～2.0)In(0～1.0)Ga(0～1.0)Se(0.01～3.0)；
靶材303：Cu(0.01～2.0)In(0.01～1.5)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)。
更优选地，3个所述靶材300的成分分别为：
靶材301：Cu(0.01～0.5)In(0.01～0.5)Ga(0.5～1.0)Se(0.01～3.0)；
靶材302：Cu(1.0～2.0)In(0～0.5)Ga(0～0.5)Se(0.01～3.0)；
靶材303：Cu(0.01～0.5)In(0.5～1.5)Ga(0.5～1.0)Se(0.01～3.0)。
进一步优选地，3个所述靶材300的成分分别为：
靶材301：Cu0.1In0.3Ga1.0Se0.5；
靶材302：Cu2.0Se0.5；
靶材303：Cu0.1In0.5Ga1.0Se0.5。
在一种优选的实施例中，待蒸镀的衬底顺序地依次经过所述3个靶材300，即依次经过301、302与303，在加热装置400的作用下，待蒸镀的衬底表面沉积有3层成分不同的薄膜，以这种方式制备的CIGS薄膜，各个薄膜层之间形成梯度带隙，当薄膜用于电池时，可以有效地提高电池的转换效率。
参阅图4，优选地，所述靶材300还包括缓冲层靶材304，所述缓冲层靶材304沿所述第一方向设置在所述靶材303远离靶材302的一侧，当衬底上完成CIGS薄膜的蒸镀后，可以在不取出样品的情况下，继续蒸镀缓冲层，进一步地防止了衬底上的CIGS薄膜的氧化。优选地，缓冲层靶材304的成分为固态硫化物，具体地，缓冲层靶材304的成分为CdS。在另一个优选的实施例中，薄膜蒸镀装置还包括H2S气体通入装置，所述缓冲层靶材为能与H2S气体在高温下生成硫化物层的金属靶材，优选地，为Cd靶材，所述H2S气体通入装置能够在蒸镀过程中向所述薄膜蒸镀装置内通入H2S气体热蒸发形成的Cd蒸气与H2S气体反应生成CdS缓冲层。以这种形成蒸镀缓冲层，可以有效地降低腔室内部的真空度，使腔室内的气态物质形成稳定的气压，以使得沉积在衬底上的缓冲层的成分及厚度更加均匀。
优选地，所述薄膜蒸镀装置还包括冷却装置，所述靶材固定装置100自身可以用作冷却装置，也可以在所述靶材固定装置100上背离所述靶材的一侧固定设置所述冷却装置，所述冷却装置用于对所述靶材300的温度进行控制，冷却装置一方面可以对靶材300背部进行降温，控制靶材300的温度，使靶材300主体处于固态，另一方面，也能控制靶材300表面的温度，以控制靶材300的蒸镀速率在合适的范围内。
优选地，所述薄膜蒸镀装置还包括温度调节装置，优选地，所述温度调节装置设置于所述衬底承载装置200背离所述衬底的一侧，所述温度调节装置用于为衬底提供加热或冷却需要的能量，使蒸气能均匀地沉积在衬底上，形成稳定的薄膜，衬底在被蒸镀上多层薄膜的过程中仅需使用一个温度调节装置，大大降低了生产过程中的温控成本。
可选地，由于Se元素在蒸镀过程中挥发速度快、易于损耗，所以，所述薄膜蒸镀装置还包括Se元素的补给源，使腔室内的Se蒸气的蒸气压大于50kpa，使得Se元素能持续地均匀地在衬底上沉积。当然，也可以视情况，在所述装置被设置Cu、In、Ga元素的补给源。
参阅图5，在另一个实施例中，所述靶材固定装置100具有用于固定所述靶材的圆柱状侧壁，所述第一方向为所述圆柱状侧壁的周向，所述衬底承载装置200套设于所述靶材固定装置的外侧，并具有与所述圆柱状侧壁同轴设置的用于承载所述衬底的弧形承载面，所述靶材300固定于所述靶材固定装置100面向所述衬底承载装置200的一侧。所述衬底从所述弧形板的开口的一端处向靶材300方向运动，环绕一周后从所述弧形板的另一端移出。以这种方式，薄膜蒸镀装置大大地降低了生产设备的占地面积。
优选地，所述加热装置400可以设置于所述靶材固定装置100的轴心位置，或者设置于所述靶材固定装置100的径向的两侧中的至少一侧，当所述加热装置400设置于所述靶材固定装置100的轴心时，所述加热源401优选地为直型石英灯，所述直型石英灯的长度方向与所述靶材固定装置100的轴向一致；当所述加热装置400设置于所述靶材固定装置100的径向的侧面的至少一侧时，所述加热源401优选地为环形的石英灯，所述环形石英灯的圆心与所述靶材固定装置100的轴心重合。总而言之，所述加热源401的形式只要能保证每个靶材300能均匀受热即可。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种薄膜蒸镀方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在薄膜蒸镀装置中，将多个不同组分的靶材沿第一方向设置；S2：使衬底与所述靶材在所述第一方向上发生相对运动的同时使所述靶材蒸发，在所述衬底上沉积形成薄膜；
其中，所述多个不同组分的靶材包括沿所述第一方向依次设置的第一合金靶材、第二合金靶材和第三合金靶材，所述第一合金靶材的成分包括Cu(0.01～1.0)In(0.01～1.0)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)；所述第二合金靶材的成分包括Cu(0.01～2.0)In(0～1.0)Ga(0～1.0)Se(0.01～3.0)；所述第三合金靶材的成分包括Cu(0.01～2.0)In(0.01～1.5)Ga(0.01～1.0)Se(0.01～3.0)。
2.根据权利要求1所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述第一合金靶材、第二合金靶材和第三合金靶材的成分依次分别为Cu0.1In0.3Ga1.0Se0.5、Cu2.0Se0.5、Cu0.1In0.5Ga1.0Se0.5。
3.根据权利要求1所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述多个不同组分的靶材还包括缓冲层靶材，所述缓冲层靶材沿所述第一方向设置于所述多个不同组分的靶材的末端。
4.根据权利要求3所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述缓冲层靶材为GdS靶材。
5.根据权利要求3所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，还包括在进行所述步骤S2的同时向所述薄膜蒸镀装置内通入H2S气体的步骤，且所述缓冲层靶材为Cd靶材。
6.根据权利要求1所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述靶材的蒸发温度为500℃-1100℃。
7.根据权利要求1所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述步骤S2包括将所述多个组分不同的靶材均匀加热至同一温度。
8.根据权利要求1所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，每个靶材在所述第一方向上的长度为1m-5m，所述靶材与所述衬底的所述相对运动的速度小于或等于3m/min。
9.根据权利要求8所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述靶材与所述衬底的间距为5mm-50mm。
10.根据权利要求1所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述步骤S2包括通过衬底承载装置承接所述衬底，并带动所述衬底沿第一方向运动。
11.根据权利要求10所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述步骤S1包括将所述多个不同组分的靶材沿所述第一方向固定设置于同一靶材固定装置上，所述靶材固定装置具有用于固定所述靶材的圆柱状侧壁，所述第一方向为所述圆柱状侧壁的周向，所述衬底承载装置套设于所述靶材固定装置的外侧，并具有与所述圆柱状侧壁同轴设置的用于承载所述衬底的弧形承载面。
12.根据权利要求10所述的薄膜蒸镀方法，其特征在于，所述步骤S1包括将所述多个不同组分的靶材沿所述第一方向固定设置于同一靶材固定装置上，所述靶材固定装置为平板状，所述衬底承载装置具有用于承载所述衬底的平坦的承载面。
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