专利名称：一种低电阻率Mo薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种Mo薄膜的制备方法，具体来讲是一种低电阻率Mo薄膜的制备方法。
背景技术：
铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池具有抗辐照能力强、光电转换效率高、电池寿命长等特点，适合制备柔性薄膜电池、空间电池，是第三代太阳能电池的发展方向。背接触层(BC层)是CIGS太阳能电池的重要组成部分，需要具有低电阻率和与基底附着性好的特点。Mo薄膜的熔点高(2623 V )，具有热稳定性和化学稳定性好、电阻率低、易和CIGS吸收层形成 欧姆接触等特点，是CIGS薄膜太阳电池最合适的BC层材料。目前，Mo薄膜主要通过化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、电子束蒸发和磁控溅射等方法制备。磁控溅射法制备的Mo薄膜具有大面积均匀性好，工艺重复性高，薄膜结构致密，表面粗糙度小，台阶覆盖性好等特点，是当今Mo薄膜的主流制备方法。已有研究表明，采用低工作气压溅射沉积的Mo薄膜电阻率低，但在衬底上的附着性差，薄膜内应力较大，易产生裂纹，严重时会从基底上脱落，难以进行后续CIGS光吸收层薄膜的沉积。采用高工作气压溅射沉积的Mo薄膜虽然附着性好，但薄膜电阻率较高，用于CIGS太阳电池会增加内阻，降低电池的性能。因此，高质量、性能优异的CIGS电池需要Mo薄膜具有电阻率低、附着性好的特点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，该方法制备的Mo薄膜为双层结构。先在较高气压下溅射形成缓冲层，再在其上在较低气压下溅射沉积Mo薄膜。双层Mo薄膜同时具备附着性好和电阻率低的特点。采用该方法制备的双层Mo薄膜，能够减少所需的Mo薄膜厚度，减少昂贵靶材的使用量，降低制作成本。也可以在较短时间内获得所需的薄膜，节约了制备时间，提高了生产效率。本发明实现其发明目的所采用的技术方案是
一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，其特征在于
操作步骤如下
(I)溅射Mo缓冲层:
在高真空磁控溅射仪中安装金属Mo靶，纯度99. 99 %，基片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗、干燥后放入溅射室。将真空腔室的真空度抽到2. 0' 10 4 Pa，通入99. 995%的高纯氩气作为工作气体，调节溅射室压力为3. 5 Pa。起辉，预溅Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。用直流电源溅射沉积Mo薄膜，调节电源功率为4W/cm2。待辉光稳定后打开衬底挡板沉积llmin，获得Mo缓冲层薄膜。(2)派射Mo薄膜
将溅射室压力调节为0. 15Pa，调节直流电源的功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积1(T20 min，即在缓冲层上沉积了顶层薄膜，获得具有低电阻率的双层Mo薄膜。根据本发明所述的一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，其特征在于所述基片为钠钙玻璃、不锈钢或钛合金。根据本发明所述的一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，其特征在于超声清洗时间为 5 15 min。本发明的有益效果在于与现有技术相比，本发明所提供的一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，通过该方法制备的薄膜具有双层结构，使薄膜的电学性能和机械性能提升，薄膜的整体性能得到优化。该双层膜与低气压沉积的单层Mo薄膜相比，高气压沉积的缓冲层提高了薄膜与基底的附着力，使薄膜中的微裂纹大幅减少。在缓冲层薄膜的诱导下，后续溅射沉积的Mo薄膜具有更好的质量薄膜更加致密，内部缺陷减少，表面更加平整。薄膜质量的提高使电子在薄膜中的传输阻力减小，降低了薄膜的电阻率。该低电阻率Mo薄膜用作太阳能电池的背电极层，有利于减小电池的内阻，提高电池的光电转换性能。该低电阻率Mo 薄膜的使用可以减少材料的使用量，降低电池的制备成本。该薄膜所需的制备时间更少，使得电池的生产效率提高，增加了效益。
图I是本发明实施例I制备的Mo缓冲层薄膜的X射线衍射图谱。图2是本发明实施例I制备的Mo缓冲层薄膜的表面形貌。图3是本发明实施例I制备的双层Mo薄膜的X射线衍射图谱。图4是本发明实施例I制备的双层Mo薄膜的表面形貌。图5是本发明实施例2制备的双层Mo薄膜的X射线衍射图谱。图6是本发明实施例2制备的双层Mo薄膜的表面形貌。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明
实施例1，一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，具体操作如下
(I)溅射Mo缓冲层:
在真空磁控溅射仪中安装金属Mo靶(纯度99. 99%)，基片(钠钙玻璃、不锈钢或钛合金)依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗(超声清洗时间为5 15 min)、干燥后放入溅射室。沉积缓冲层薄膜前，将真空腔室的真空度抽到2. 0 X 10_4 Pa。通入99. 995%的高纯氩气作为工作气体，调节溅射室压力为3. 5 Pa。起辉，预溅Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。调节直流电源功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积lmin，获得Mo缓冲层薄膜。(2)派射Mo薄膜
将溅射室压力调节为0. 15 Pa，调节直流电源的功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积10 min,即获得低电阻率的Mo薄膜。图I是本实施例制备的Mo缓冲层薄膜的X射线衍射图谱，XRD图谱没有明显的结晶峰，说明薄膜的结晶质量差。图2为本实施例制备的Mo缓冲层薄膜的SEM图，图2显示缓冲层由纳米级的小颗粒组成，尺寸不均匀，薄膜有空洞、间隙存在。
缓冲层薄膜的厚度经台阶仪测试为45 nm，用四探针测得的方块电阻为I. 28X103 Q/□，计算得薄膜电阻率为578X10 _ 5 Q .Cm。说明缓冲层的电阻率很大，薄膜导电
性很差。图3是本实施例制备的双层Mo薄膜的X射线衍射图谱，与标准卡片(JCPDS04-0809)对比，可知衍射峰对应于体心立方Mo的(110)和(211)晶面。XRD衍射峰尖锐清晰，说明薄膜的结晶质量高。图4是本实施例制备的双层Mo薄膜的扫描电镜图谱，薄膜表面平整，结构致密，颗粒边界清晰。双层Mo薄膜的厚度经台阶仪测试为300 nm，用四探针测得的方块电阻为I. 16 Q/□,经计算得电阻率为3. 48 XlO ^ 5 Q .Cm。作为对比，采用0. 15 Pa沉积15 min得到单层Mo薄膜厚度为479 nm，其方块电阻为I. 17 Q/□，经计算电阻率为5.61 X 10_5 Q .cm。由以上结果可知，双层膜的电阻率显著减少，厚度为300 nm的双层膜即可达到480 nm厚薄膜的相同性能,能够大幅减少材料的使用量。 实施例2，一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，具体操作如下
(I)溅射Mo缓冲层:
在真空磁控溅射仪中安装金属Mo靶(纯度99. 99% )，基片(钠钙玻璃、不锈钢或钛)依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗(超声清洗时间为5 15 min)、干燥后放入溅射室。沉积缓冲层薄膜前，将真空腔室的真空度抽到2 () L0_4 Pa。通入99. 995%的高纯氩气作为工作气体，调节溅射室压力为3. 5 Pa。起辉，预溅Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。调节直流电源功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积3 min，获得Mo缓冲层薄膜。(2)派射Mo薄膜
将溅射室压力调节为0. 15 Pa，调节直流电源的功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积15 min,即获得低电阻率的Mo薄膜。图5是本实施例制备的双层Mo薄膜的X射线衍射图谱，衍射峰对应于体心立方Mo (110)和(211)晶面。与实施例I相比，衍射峰的强度增加，半高宽减少，说明膜的结晶质量更好。图6是本实施例制备的双层Mo薄膜的扫描电镜图谱，薄膜表面平整，结构致密，颗粒边界清晰，没有观察到微裂纹。本实施例制备的双层Mo薄膜的厚度为520 nm，方块电阻为0.6 Q/□，经计算得电阻率为3. 12 XlO - 5 Q .Cm。电阻率与比单层Mo薄膜的5.61X10_5 Q cm相比，减少了 44%。用作CIGS薄膜太阳能电池能够减少内阻，提高电池的性能。实施例3，一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，具体操作如下
(I)溅射Mo缓冲层:
在真空磁控溅射仪中安装金属Mo靶(纯度99. 99%)，基片(钠钙玻璃、不锈钢或钛合金)依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗(超声清洗时间为5 15 min)、干燥后放入溅射室。沉积缓冲层薄膜前，将真空腔室的真空度抽到2.0 X 10_4 Pa。通入99. 995%的高纯氩气作为工作气体，调节溅射室压力为3. 5 Pa。起辉，预溅Mo靶材10 min以去除靶表面的污染物。调节直流电源功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积2min，获得Mo缓冲层薄膜。(2)派射Mo薄膜
将溅射室压力调节为0. 15 Pa，调节直流电源的功率至4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积20 min,即获得低电阻率的Mo薄膜。经测试，双层Mo薄膜的厚度为760 nm，方块电阻为0.38 Q，经计算得电阻率为 2.90 XlO -5Q .Cm。电阻率比单层Mo薄膜的5. 61 X 1(T5 Q .cm显著减少，适合制作CIGS薄膜太阳能电池的背电极层。
权利要求
1.一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，其特征在于 操作步骤如下 (1)溅射Mo缓冲层: 在高真空磁控溅射仪中安装金属Mo靶，纯度99. 99%，基片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗、干燥后放入溅射室； 将真空腔室的真空度抽到2. O 10_4 Pa，通入99. 995%的高纯氩气作为工作气体，调节溅射室压力为3. 5 Pa ; 起辉，预派Mo祀材10 min以去除祀表面的污染物； 用直流电源溅射沉积Mo薄膜，调节电源功率为4 ff/cm2,待辉光稳定后打开衬底挡板沉积1 3 min,获得Mo缓冲层薄膜； (2)溅射Mo薄膜 将溅射室压力调节为O. 15 Pa，调节直流电源的功率仍为4 W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积1(T20 min,即在缓冲层上沉积了顶层薄膜，获得具有低电阻率的双层Mo薄膜。
2.根据权利要求I所述的一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，其特征在于所述基片为钠钙玻璃、不锈钢或钛合金。
3.根据权利要求I所述的一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，其特征在于超声清洗时间为 5 15 min。
全文摘要
本发明公开了一种低电阻率Mo薄膜的制备方法，具体操作步骤如下(1)溅射Mo缓冲层在高真空磁控溅射仪中安装金属Mo靶，纯度99．99％，基片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗、干燥后放入溅射室。将溅射室的真空度抽到2.010-4Pa，通入99.995%的高纯氩气作为工作气体，调节溅射室压力为3.5Pa。起辉，预溅Mo靶材10min以去除靶表面的污染物。用直流电源溅射沉积Mo薄膜，调节电源功率为4W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积1~3min，获得Mo缓冲层。(2)溅射Mo薄膜将溅射室压力调节为0.15Pa，直流电源的功率仍为4W/cm2，待辉光稳定后打开衬底挡板沉积10~20min，即在缓冲层上沉积了顶层薄膜，获得具有低电阻率的双层Mo薄膜。该薄膜的结晶质量好，结构致密，适合于用作太阳能电池的背电极层。
文档编号C23C14/14GK102828152SQ20121035123
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者余洲, 刘连, 李珂 申请人:成都欣源光伏科技有限公司