專利名稱：一種低電阻率Mo薄膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種Mo薄膜的制備方法，具體來講是一種低電阻率Mo薄膜的制備方法。
背景技術：
銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池具有抗輻照能力強、光電轉換效率高、電池壽命長等特點，適合制備柔性薄膜電池、空間電池，是第三代太陽能電池的發展方向。背接觸層(BC層)是CIGS太陽能電池的重要組成部分，需要具有低電阻率和與基底附著性好的特點。Mo薄膜的熔點高(2623 V )，具有熱穩定性和化學穩定性好、電阻率低、易和CIGS吸收層形成 歐姆接觸等特點，是CIGS薄膜太陽電池最合適的BC層材料。目前，Mo薄膜主要通過化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、電子束蒸發和磁控濺射等方法制備。磁控濺射法制備的Mo薄膜具有大面積均勻性好，工藝重復性高，薄膜結構致密，表面粗糙度小，臺階覆蓋性好等特點，是當今Mo薄膜的主流制備方法。已有研究表明，采用低工作氣壓濺射沉積的Mo薄膜電阻率低，但在襯底上的附著性差，薄膜內應力較大，易產生裂紋，嚴重時會從基底上脫落，難以進行后續CIGS光吸收層薄膜的沉積。采用高工作氣壓濺射沉積的Mo薄膜雖然附著性好，但薄膜電阻率較高，用于CIGS太陽電池會增加內阻，降低電池的性能。因此，高質量、性能優異的CIGS電池需要Mo薄膜具有電阻率低、附著性好的特點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，該方法制備的Mo薄膜為雙層結構。先在較高氣壓下濺射形成緩沖層，再在其上在較低氣壓下濺射沉積Mo薄膜。雙層Mo薄膜同時具備附著性好和電阻率低的特點。采用該方法制備的雙層Mo薄膜，能夠減少所需的Mo薄膜厚度，減少昂貴靶材的使用量，降低制作成本。也可以在較短時間內獲得所需的薄膜，節約了制備時間，提高了生產效率。本發明實現其發明目的所采用的技術方案是
一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于
操作步驟如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在高真空磁控濺射儀中安裝金屬Mo靶，純度99. 99 %，基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、干燥后放入濺射室。將真空腔室的真空度抽到2. 0' 10 4 Pa，通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調節濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。用直流電源濺射沉積Mo薄膜，調節電源功率為4W/cm2。待輝光穩定后打開襯底擋板沉積llmin，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調節為0. 15Pa，調節直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積1(T20 min，即在緩沖層上沉積了頂層薄膜，獲得具有低電阻率的雙層Mo薄膜。根據本發明所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于所述基片為鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金。根據本發明所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于超聲清洗時間為 5 15 min。本發明的有益效果在于與現有技術相比，本發明所提供的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，通過該方法制備的薄膜具有雙層結構，使薄膜的電學性能和機械性能提升，薄膜的整體性能得到優化。該雙層膜與低氣壓沉積的單層Mo薄膜相比，高氣壓沉積的緩沖層提高了薄膜與基底的附著力，使薄膜中的微裂紋大幅減少。在緩沖層薄膜的誘導下，后續濺射沉積的Mo薄膜具有更好的質量薄膜更加致密，內部缺陷減少，表面更加平整。薄膜質量的提高使電子在薄膜中的傳輸阻力減小，降低了薄膜的電阻率。該低電阻率Mo薄膜用作太陽能電池的背電極層，有利于減小電池的內阻，提高電池的光電轉換性能。該低電阻率Mo 薄膜的使用可以減少材料的使用量，降低電池的制備成本。該薄膜所需的制備時間更少，使得電池的生產效率提高，增加了效益。


圖I是本發明實施例I制備的Mo緩沖層薄膜的X射線衍射圖譜。圖2是本發明實施例I制備的Mo緩沖層薄膜的表面形貌。圖3是本發明實施例I制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖4是本發明實施例I制備的雙層Mo薄膜的表面形貌。圖5是本發明實施例2制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜。圖6是本發明實施例2制備的雙層Mo薄膜的表面形貌。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的說明
實施例1，一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在真空磁控濺射儀中安裝金屬Mo靶(純度99. 99%)，基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗(超聲清洗時間為5 15 min)、干燥后放入濺射室。沉積緩沖層薄膜前，將真空腔室的真空度抽到2. 0 X 10_4 Pa。通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調節濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。調節直流電源功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積lmin，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調節為0. 15 Pa，調節直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積10 min,即獲得低電阻率的Mo薄膜。圖I是本實施例制備的Mo緩沖層薄膜的X射線衍射圖譜，XRD圖譜沒有明顯的結晶峰，說明薄膜的結晶質量差。圖2為本實施例制備的Mo緩沖層薄膜的SEM圖，圖2顯示緩沖層由納米級的小顆粒組成，尺寸不均勻，薄膜有空洞、間隙存在。
緩沖層薄膜的厚度經臺階儀測試為45 nm，用四探針測得的方塊電阻為I. 28X103 Q/□，計算得薄膜電阻率為578X10 _ 5 Q .Cm。說明緩沖層的電阻率很大，薄膜導電
性很差。圖3是本實施例制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜，與標準卡片(JCPDS04-0809)對比，可知衍射峰對應于體心立方Mo的(110)和(211)晶面。XRD衍射峰尖銳清晰，說明薄膜的結晶質量高。圖4是本實施例制備的雙層Mo薄膜的掃描電鏡圖譜，薄膜表面平整，結構致密，顆粒邊界清晰。雙層Mo薄膜的厚度經臺階儀測試為300 nm，用四探針測得的方塊電阻為I. 16 Q/□,經計算得電阻率為3. 48 XlO ^ 5 Q .Cm。作為對比，采用0. 15 Pa沉積15 min得到單層Mo薄膜厚度為479 nm，其方塊電阻為I. 17 Q/□，經計算電阻率為5.61 X 10_5 Q .cm。由以上結果可知，雙層膜的電阻率顯著減少，厚度為300 nm的雙層膜即可達到480 nm厚薄膜的相同性能,能夠大幅減少材料的使用量。 實施例2，一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在真空磁控濺射儀中安裝金屬Mo靶(純度99. 99% )，基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦)依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗(超聲清洗時間為5 15 min)、干燥后放入濺射室。沉積緩沖層薄膜前，將真空腔室的真空度抽到2 () L0_4 Pa。通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調節濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。調節直流電源功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積3 min，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調節為0. 15 Pa，調節直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積15 min,即獲得低電阻率的Mo薄膜。圖5是本實施例制備的雙層Mo薄膜的X射線衍射圖譜，衍射峰對應于體心立方Mo (110)和(211)晶面。與實施例I相比，衍射峰的強度增加，半高寬減少，說明膜的結晶質量更好。圖6是本實施例制備的雙層Mo薄膜的掃描電鏡圖譜，薄膜表面平整，結構致密，顆粒邊界清晰，沒有觀察到微裂紋。本實施例制備的雙層Mo薄膜的厚度為520 nm，方塊電阻為0.6 Q/□，經計算得電阻率為3. 12 XlO - 5 Q .Cm。電阻率與比單層Mo薄膜的5.61X10_5 Q cm相比，減少了 44%。用作CIGS薄膜太陽能電池能夠減少內阻，提高電池的性能。實施例3，一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作如下
(I)濺射Mo緩沖層:
在真空磁控濺射儀中安裝金屬Mo靶(純度99. 99%)，基片(鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金)依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗(超聲清洗時間為5 15 min)、干燥后放入濺射室。沉積緩沖層薄膜前，將真空腔室的真空度抽到2.0 X 10_4 Pa。通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調節濺射室壓力為3. 5 Pa。起輝，預濺Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。調節直流電源功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積2min，獲得Mo緩沖層薄膜。(2)派射Mo薄膜
將濺射室壓力調節為0. 15 Pa，調節直流電源的功率至4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積20 min,即獲得低電阻率的Mo薄膜。經測試，雙層Mo薄膜的厚度為760 nm，方塊電阻為0.38 Q，經計算得電阻率為 2.90 XlO -5Q .Cm。電阻率比單層Mo薄膜的5. 61 X 1(T5 Q .cm顯著減少，適合制作CIGS薄膜太陽能電池的背電極層。
權利要求
1.一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于 操作步驟如下 (1)濺射Mo緩沖層: 在高真空磁控濺射儀中安裝金屬Mo靶，純度99. 99%，基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、干燥后放入濺射室； 將真空腔室的真空度抽到2. O 10_4 Pa，通入99. 995%的高純氬氣作為工作氣體，調節濺射室壓力為3. 5 Pa ; 起輝，預派Mo祀材10 min以去除祀表面的污染物； 用直流電源濺射沉積Mo薄膜，調節電源功率為4 ff/cm2,待輝光穩定后打開襯底擋板沉積1 3 min,獲得Mo緩沖層薄膜； (2)濺射Mo薄膜 將濺射室壓力調節為O. 15 Pa，調節直流電源的功率仍為4 W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積1(T20 min,即在緩沖層上沉積了頂層薄膜，獲得具有低電阻率的雙層Mo薄膜。
2.根據權利要求I所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于所述基片為鈉鈣玻璃、不銹鋼或鈦合金。
3.根據權利要求I所述的一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，其特征在于超聲清洗時間為 5 15 min。
全文摘要
本發明公開了一種低電阻率Mo薄膜的制備方法，具體操作步驟如下(1)濺射Mo緩沖層在高真空磁控濺射儀中安裝金屬Mo靶，純度99．99％，基片依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、干燥后放入濺射室。將濺射室的真空度抽到2.010-4Pa，通入99.995%的高純氬氣作為工作氣體，調節濺射室壓力為3.5Pa。起輝，預濺Mo靶材10min以去除靶表面的污染物。用直流電源濺射沉積Mo薄膜，調節電源功率為4W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積1~3min，獲得Mo緩沖層。(2)濺射Mo薄膜將濺射室壓力調節為0.15Pa，直流電源的功率仍為4W/cm2，待輝光穩定后打開襯底擋板沉積10~20min，即在緩沖層上沉積了頂層薄膜，獲得具有低電阻率的雙層Mo薄膜。該薄膜的結晶質量好，結構致密，適合于用作太陽能電池的背電極層。
文檔編號C23C14/14GK102828152SQ20121035123
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月20日 優先權日2012年9月20日
發明者余洲, 劉連, 李珂 申請人:成都欣源光伏科技有限公司