Cu-Ga二元系溅射靶及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种机械加工性优异，并且为高密度且抗弯强度较高的Cu-Ga二元系溅射靶及其制造方法。该溅射靶具有含Ga：28～35原子％、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成，还具有以Ga：28原子％以上的高Ga含量Cu-Ga二元系合金相包围含Ga：26原子％以下、余量由Cu所构成的低Ga含量Cu-Ga二元系合金相的共存组织。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Cu-Ga二元系溅射靶及其制造方法
本专利技术涉及一种形成例如作为太阳能电池的光吸收层的Cu-In-Ga-Se四元系合金膜时所使用的Cu-Ga二元系溅射靶及其制造方法。本申请主张基于2012年10月17日在日本申请的专利申请2012-229469号、及2013年10月3日在日本申请的专利申请2013-208191号的优先权，将其内容援用于此。
技术介绍
以往，CuGa溅射靶是制造太阳能电池时所必须的材料，所述太阳能电池将利用所谓硒(Se)化法所得到的Cu-In-Ga-Se四元系合金膜(CIGS膜)使用于光吸收层。另外，硒化是指，例如将溅射CuGa约500nm，在其上溅射In膜约500nm厚度的叠层膜，在500℃的H2Se气体中进行加热，并使Se在CuGaIn中扩散，从而形成CuInGaSe的化合物膜的方法(例如参考专利文献1)。以往，在上述光吸收层形成中所使用的高密度且高Ga含量的CuGa溅射靶中，尤其在Ga超过28原子％的情况下，缺乏加工性且脆性的γ相的析出比例会增加，因此高密度化的溅射靶会非常硬，且缺乏延展性。尤其在通过熔解铸造得到的铸造体的情况下，在以切削进行表面加工时，会发生破裂或缺损，因此切削加工难以进行，会有不得不使用磨削加工的不良状况。因此，靶的加工速度较慢，且复杂形状的加工非常困难。因此，提出一种由高Ga含量Cu-Ga二元系合金形成的溅射靶，所述溅射靶具有含Ga：30～60质量％、余量由Cu所构成的成分组成，而且具有以由Ga：15质量％以下的低Ga含量Cu-Ga二元系合金所构成的晶界相(低Ga相)包围含Ga：30质量％以上、余量由Cu所构成的高Ga含量Cu-Ga二元系合金粒(高Ga相)的二相共存组织(例如参考专利文献2)。该提出的高Ga含量Cu-Ga二元系合金溅射靶中，具有以延展性优异的低Ga相包围脆性的γ相的上述二相共存组织，由此切削时不会发生破裂或缺损，且能够得到良好的产率。另一方面，为了提高由Cu-In-Ga-Se四元系合金膜所构成的光吸收层的发电效率，提出在该光吸收层中添加钠(Na)(例如参考专利文献2、非专利文献1)。在该提案中示出了普遍将前驱体膜(Cu-In-Ga-Se四元系合金膜)中的Na含量设定在0.1％左右。专利文献1：日本专利第3249408号公报(B)专利文献2：日本专利公开2008-138232号公报(A)非专利文献1：A.Romeo,“DevelopmentofThin-filmCu(In,Ga)Se2andCdTeSolarCells”,Prog.Photovolt:Res.Appl.2004；12:93-111(DOI:10.1002/pip.527)在上述现有技术中，残留了以下的课题。在上述专利文献2所记载的溅射靶中，即使通过切削进行表面加工也不易发生破裂或缺损，但是高Ga相与低Ga相的Ga含量的差异大，因此从高Ga相往低Ga相扩散的Ga(或从低Ga相往高Ga相扩散的Cu)呈没有充分扩散的状态，不怎么进展烧结的情形较多。因此，该烧结体会有密度较低，抗弯强度较低的不良状况。并且，已知若将低Ga含量Cu-Ga二元系合金粒的Ga含量增加至高于上述范围而实现高密度化，则抑制破裂或缺损发生的效果会降低。
技术实现思路
本专利技术鉴于所述课题而完成的，其目的在于提供一种机械加工性优异，并且为高密度且抗弯强度较高，并含有28原子％以上的Ga的Cu-Ga二元系溅射靶及其制造方法。本专利技术人等为了制造Cu-Ga二元系合金溅射靶而进行了研究，所述Cu-Ga二元系合金溅射靶在用于表面精加工的切削时，不会因发生破裂或缺损而成为不良品，同时具有高抗弯强度。结果发现，通过设计成具有与上述专利文献2所记载的溅射靶不同的特定的低Ga含量Cu-Ga二元系合金相与高Ga含量Cu-Ga二元系合金相的共存组织的溅射靶，能够兼具良好的机械加工性与高抗弯强度。因此，本专利技术是由上述见解所得到的，为了解决所述课题，采用了以下的构成。即，本专利技术所涉及的Cu-Ga二元系溅射靶，其中，具有含Ga：28～35原子％、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成，还具有以Ga：28原子％以上的高Ga含量Cu-Ga二元系合金相包围含Ga：26原子％以下、余量由Cu所构成的低Ga含量Cu-Ga二元系合金相的共存组织。在本专利技术的Cu-Ga二元系溅射靶中，具有含Ga：28～35原子％、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成，还具有以Ga：28原子％以上的高Ga含量Cu-Ga二元系合金相(以下也称为高Ga合金相)包围含Ga：26原子％以下、余量由Cu所构成的低Ga含量Cu-Ga二元系合金相(以下也称为低Ga合金相)的共存组织，因此切削时不会发生破裂或缺损，具有高密度且高抗弯强度。另外，Cu-Ga二元系溅射靶整体中将Ga的含量设为28～35原子％的理由，是因为若超过35原子％，则溅射靶中的Cu-Ga二元系合金相会成为单相，无法得到由低Ga合金相与高Ga合金相产生的共存组织，或者即使能够得到其共存组织，低Ga合金相也成为26原子％以上，此时，虽然会成为高Ga合金相包围低Ga合金相的组织，但是同时会成为缺乏加工性的合金相，因此切削加工时会发生破裂，同时抗弯强度也会降低。并且，将低Ga含量Cu-Ga二元系合金相的Ga含量设为26原子％以下的理由，是因为若超过26原子％，则低Ga含量Cu-Ga二元系合金相会成为缺乏切削加工性的γ相，切削时容易发生破裂。而且，使高Ga合金相的Ga含量为28原子％以上的理由，是因为在小于28原子％的情况下，无法得到Cu-Ga二元系溅射靶整体中Ga含量为28原子％以上的组成。并且，在本专利技术所涉及的Cu-Ga二元系溅射靶中，为了提高由Cu-In-Ga-Se四元系合金膜所构成的光吸收层的发电效率，设定成在该光吸收层中添加钠(Na)，并使光吸收层成膜时所使用的Cu-Ga二元系溅射靶中含有Na。具体而言，作为Cu-Ga二元系溅射靶中的金属元素成分，使其具有含Ga：28～35原子％、Na：0.05～15原子％、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成。而且，以氟化钠(NaF)、硫化钠(NaS)、硒化钠(Na2Se)中至少一种Na化合物的状态含有所述Na，且所述Na化合物分散在Cu-Ga二元系溅射靶基体中，同时Na化合物的平均粒径为10μm以下。在此，对Cu-Ga二元系溅射靶中的金属元素成分的计算方法进行说明。Na含量及Ga含量是相对于溅射靶的金属成分整体的含量，如下所述，可通过靶中的Cu、Ga及Na的各原子之和与之比来计算。Na(原子％)：Na/(Na+Cu+Ga)×100％Ga(原子％)：Ga/(Na+Cu+Ga)×100％在本专利技术所涉及的Cu-Ga二元系溅射靶中，含有Na：0.05～15原子％，但限定该Na含量的理由，是因为在小于0.05原子％的情况下，在形成CIGS膜时，无法得到太阳能电池中的转换效率提高的效果，若超过15原子％，则以Na化合物为起点，靶会发生破裂。并且，若Na化合物的平均粒径为10μm以下，则能够减低溅射时异常放电的发生。制造上述本专利技术所涉及的Cu-Ga二元系溅射靶的方法，具有：在含Ga：超过28原子％且75原子％以下、余量由Cu所构成的高Ga含量Cu-Ga二元系合金粉末中，掺合并混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu‑Ga二元系溅射靶，其特征在于，具有含Ga：28～35原子％、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成，还具有以Ga：28原子％以上的高Ga含量Cu‑Ga二元系合金相包围含Ga：26原子％以下、余量由Cu所构成的低Ga含量Cu‑Ga二元系合金相的共存组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.17 JP 2012-229469;2013.10.03 JP 2013-208191.一种Cu-Ga二元系烧结体溅射靶，其特征在于，具有含Ga：28～35原子％、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成，还具有以Ga：28原子％以上的高Ga含量Cu-Ga二元系合金相包围含Ga：26原子％以下、余量由Cu所构成的低Ga含量Cu-Ga二元系合金相的共存组织。2.根据权利要求1所述的Cu-Ga二元系烧结体溅射靶，其特征在于，具有含Ga：28～35原子％、Na：0.05～15原子％作为金属元素成分、余量由Cu及不可避免的杂质所构成的成分组成。3.根据权利要求2所述的Cu-Ga二元系烧结体溅射靶，其特征在于，以氟化钠、硫化钠、硒化钠中的至少一种Na化合物的状态含有所述Na。4.根据权利要求3所述的Cu-Ga二元系烧结体溅射靶，其特征在于，具有所述Na化合物分散在Cu-Ga二元系靶基体中的组织，并且Na化合物的平均粒径为10μm以下。5.一种Cu-Ga二元系烧结体溅射靶的制造方法，其特征在于，为制造权利要求1所述的Cu-Ga二元系烧结体溅射靶的方法，具有：在含Ga：超过28原...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅本启太，张守斌，
申请(专利权)人：三菱综合材料株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP