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薄膜太阳能电池靶材的研究进展

石家庄同人伟业有限公司马健凯

摘要：近年来，薄膜太阳能电池产业发展较快，但由于设备和靶材等价格较高，

如何制备成本更低廉的靶材是未来的改进方向，本文主要论述了薄膜太阳能电池靶
材的研究进展及一种氧化锌铝靶材的制备方法。

关键词：薄膜太阳能电池靶材研究进展

薄膜电池是将一层薄膜制备成太

阳能电池，虽然早已出现，但由于光电
转换效率低、衰减率（光致衰退率）较
高等问题，前些年未引起业界的足够关
注，市场占有率很低。近年来，随着其
技术的不断进步，薄膜太阳能电池产业
发展较快，预计其未来的产能可能会达
到整个太阳能行业的 20%。虽然目前薄
膜电池仍然与晶体硅电池相比有很大差
距，但其用料少、工艺简单、能耗低，
成本有一定优势。目前已经能进行产业
化大规模生产的薄膜电池主要有 3 种：
硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太
阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能
电池（CdTe）。本文主要探究无机非
金属氧化物在薄膜太阳能靶材（Wafer
based targets）上的应用。

一、耙材的定义
简单的说，靶材就是高速荷能粒

子轰击的目标材料，例如，磁控溅射方
法镀膜。这种膜镀能导电，广泛用于显
示器，太阳能，仪器等，用于物理镀膜
中的溅镀，主要有金属靶材和陶瓷靶材
（即无机非金属氧化物类）。金属靶材
包括：镍靶、钛靶、锌靶、镁靶锡靶、
铝靶、铟靶、铁靶、铝硅靶、硅靶等；
陶瓷靶材包括： ITO 靶、氧化镁靶、
氧化铁靶、氮化硅靶、碳化硅靶、氮化
钛靶、氧化铬靶、氧化锌靶、硫化锌靶、
二氧化硅靶等。

在靶材的发展研究中发现，靶材不

同（如铝、铜、不锈钢、钛、镍靶等），
得到的膜系（如超硬、耐磨、防腐的合
金膜等）也就不同，另外，不同的靶材
在不同温度和运行方式下，也将得到不
同的特性。如有的表面光洁度要低一些，
容易出现“麻点”现象；有的会出现高
蚀间隔带，在蚀刻时，容易出现直线放

射型的缺划或电阻偏高带；还有的则会
出现微晶沟缝。本文主要讨论薄膜太阳
能电池透明电极上无机非金属氧化物类
靶材，如：氧化铟锡（In2O3/SnO2）靶
材，铜铟镓硒靶材，碲化镉靶材，硫化
镉靶材，氧化锌锡（ZnO/SnO2）靶材，
氧化锌铝（ZnO/Al2O3）靶材等。

二、耙材的研究和进展
因为只要应用不同的无机非金属

氧化物类就可以得到不同种类和特性的
太阳能透明电极，但是太阳能电池的特
殊性，并不是所有靶材都适合，下面是
关于不同薄膜太阳能电池靶材优缺点的
总结。

1、氧化铟锡靶材
透明导电薄膜以掺锡氧化铟

（tin-doped indium oxide 简称 ITO）
和掺氟的氧化锡（FTO）为代表，研究
与应用较为广泛、成熟，在美日等国已
产业化生产。太阳能电池氧化铟锡薄膜，
在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透
过率高，氧化锡导电能力强，是一种具
有高透过率的导电靶材，目前玻璃液晶
显示器所用的 ITO 玻璃正是这种氧化铟
锡靶材镀膜的玻璃。由于 ITO 但是其吸
水性很强，会吸收空气中的水份和二氧
化碳并产生化学反应而变质，俗称“霉
变”，因此不利于太阳能电池长期放置
在室外的性质。

2、铜铟镓硒靶材
太阳能电池铜铟镓硒薄膜，所述

靶材是以铜铟镓硒元素粉为原料，在气
体保护下或真空中，采用固相合成制备
CIGS 粉，进而采用等静压成型，最后
高温烧结制备 CIGS 靶材。然后以所述
靶材为原料，经一步溅射可获得 CIGS
薄膜。这种膜由于溅射工艺可控性不是
很强 , 后期容易硒化，所以后期的 , 容

易出现裂纹，夹杂物、表面凹坑、异色
点等外观质量问题。

3、氧化锌铝（ZnO/Al2O3）靶材
是目前一项最新专利发明，所制备

的靶材用于镀膜制造成本经济且无毒，
易于太阳能电池导电物质、银浆实现掺
杂，且 ZnO 薄膜在等离子体中稳定性
好，是太阳能电池氧化铟锡薄膜的替代
产品，可广泛用于太阳能透明电极制造
领域。下面就是这种靶材的制备方法。

三、氧化锌铝靶材的制备方法
包括以下步骤：
1、以锌盐和铝盐为原料，加纯

水溶解，调ｐＨ至 7.0 ～ 10.5，然后
在水热条件下，控温 90 ～ 140℃反应
1.0 ～ 2.0 小时；

2、过滤使产物和母液分离，用纯

水洗涤、烘干，得到氧化锌铝粉体；

3、所得粉体在 400 ～ 550℃煅烧

２小时；

4、将步骤（3）所得粉体装入

真空热压炉，抽真空 1 ～ 100Pa，加
压 50 ～ 100MPa，然后慢慢升温，在
1200 ～ 1400 ℃ 内保温烧结 2 ～ 5 小
时，再缓慢降温，制得相对密度不低于
95％的氧化锌铝（ZAO）陶瓷靶材。

小结
透明导电氧化物最早出现于 20

世纪初，但直到 1950 年前后出现了氧
化基和氧化铟基薄膜后，才开始得到广
泛应用。但由于设备和靶材等价格较高，
且不利于制备大面积的导电薄膜，成本
更低廉的化学制备方法才是靶材的改进
方向，把氧化锌铝靶材用于薄膜太阳能
电池用料少、工艺简单、能耗低，是将
来推广应用的主要方向和趋势。