WO2015052848A1 - スパッタリングターゲット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、特許文献2に記載の技術では、ホットプレスにより作製を行うことで、酸素含有量が低減されていると共に異常放電が少なくなるが、太陽電池製造メーカーからは、より酸素含有量の少ないターゲットが要望されているのが現状である。また、溶解法により作製したターゲットでは、特許文献2の表1に記載されているように、酸素含有量が40~50ppmと大幅に低減できる反面、平均粒径が830~1100μmと非常に大きくなり、異常放電が増大してしまう不都合がある。
(化学式)γ相:Cu9Ga4,ζ相:Cu3Ga
(空間群)γ相:P−43m,ζ相:P63/mmcE
また、酸素含有量を大幅に低減したことにより、スパッタで得られるプリカーサ膜中の酸素量の増大を抑制することにより、CIGS薄膜型太陽電池の光吸収層中の光電変換効率の向上に寄与することができる。
なお、Gaの含有量を30at%未満とした理由は、30at%以上になるとζ相に帰属する回折ピークがほとんど消失し、γ相に対するζ相のピーク強度が10%未満になって実質的にγ相の単相になってしまうためである。
すなわち、このスパッタリングターゲットの製造方法では、純Cu粉末とCu−Ga合金粉末との混合粉末からなる成形体を、還元性雰囲気中で加熱して常圧焼結するので、焼成中にそれぞれの原料粉から相互拡散が起こることでγ相とζ相が出現し、X線回折によりCuGaのγ相に帰属する回折ピークとζ相に帰属する回折ピークとが観察される焼結体を非常に少ない酸素含有量で得ることができる。
なお、塑性変形のし易い純Cu粉末を用いることで成形体とする際に形状保持が容易になる。また、純Cu粉末は室温大気中でも酸化されてしまうが、還元性雰囲気中での加熱で容易に還元されるため、酸素含有量を増加させる原因にはならない。さらに、50at%GaのCu−Ga合金粉末を入れることで、液相焼結となり、高密度な焼結体が得られる。
すなわち、本発明に係るスパッタリングターゲット及びその製造方法によれば、ζ相に帰属する回折ピークの主ピーク強度が、γ相に帰属する回折ピークの主ピーク強度の10%以上であり、酸素含有量が100ppm以下となり、平均粒径が100μm以下であるので、低い酸素含有量かつ粒径が小さいため、異常放電を大幅に低減することができると共に、スパッタで得られるプリカーサ膜中の酸素量の増大を抑制することができる。
したがって、本発明のスパッタリングターゲットを用いてスパッタ法によりCIGS薄膜型太陽電池の光吸収層を成膜することで、光吸収層中の光電変換効率の向上に寄与することができ、発電効率の高い太陽電池を製造することが可能となる。
上記回折ピークの主ピーク強度は、特定の金属相に帰属する複数の回折ピークのうち最も強いものの強度である。
平均結晶粒径=(写真上の10本の線分の長さを実際の長さに補正した値)/(10本の線分が通過する結晶粒の数)
この製造方法の一例について詳述すると、まず平均粒径2~3μmの純Cu粉と、平均粒径20~30μmのCu−Ga合金アトマイズ粉末とを、目標組成となるように秤量し、ヘンシェルミキサーを用いてAr雰囲気下において回転数2800rpmで1分間混合して混合粉末とする。
なお、加工済みのターゲットを保管する際には、酸化、吸湿を防止するため、ターゲット全体を真空パックまたは不活性ガス置換したパックを施すことが好ましい。
また、酸素含有量を大幅に低減したことにより、スパッタで得られるプリカーサ膜中の酸素量の増大を抑制することにより、CIGS薄膜型太陽電池の光吸収層中の光電変換効率の向上に寄与することができる。
また、比較例6,7は、表1に示す組成となるように鋳造法により作製した。
なお、ターゲットの組成は、ICP法(高周波誘導結合プラズマ法)を用いて測定した。
装置:理学電気社製(RINT−Ultima/PC)
管球:Cu
管電圧:40kV
管電流:40mA
走査範囲(2θ):20°~120°
スリットサイズ:発散(DS)2/3度、散乱(SS)2/3度、受光(RS)0.8mm
測定ステップ幅:2θで0.02度
スキャンスピード:毎分2度
試料台回転スピード:30rpm
・電源:パルスDC500W
・全圧:0.4Pa
・スパッタガス:Ar=47.5sccm、O2:2.5sccm
・ターゲット−基板(TS)距離:70mm
・異常放電回数は、MKSインスツルメンツ社製DC電源(型番:RPDG−50A)のアークカウント機能により計測した。
これらの画像からわかるように、本発明の実施例では、相対的にGaが多く含有されている相(Ga−rich領域)が分散した結晶組織を有している。
また、本発明の技術範囲は上記実施形態および上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態及び上記実施例のスパッタリングターゲットは、平板状のものであるが、円筒状のスパッタリングターゲットとしても構わない。
Claims (2)
- 20at%以上30at%未満のGaを含有し、残部がCu及び不可避不純物からなる成分組成を有し、
X線回折によりCuGaのγ相に帰属する回折ピークとζ相に帰属する回折ピークとが観察される焼結体からなり、
前記ζ相に帰属する回折ピークの主ピーク強度が、前記γ相に帰属する回折ピークの主ピーク強度の10%以上であり、
酸素含有量が100ppm以下であり、
平均粒径が100μm以下であることを特徴とするスパッタリングターゲット。 - 請求項1に記載のスパッタリングターゲットを製造する方法であって、
純Cu粉末とCu−Ga合金粉末との混合粉末からなる成形体を、還元性雰囲気中で加熱して常圧焼結する工程を有していることを特徴とするスパッタリングターゲットの製造方法。
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