Neues Wissen zum Sauerstoffanteil in Kupfer-Gallium-Dünnschichten.

Der Restgasanteil während des Sputterprozesses bestimmt den Sauerstoffgehalt von Kupfer-Gallium-Precursorschichten in CIGS-Solarzellen viel mehr als das Targetmaterial. Lesen Sie mehr über dieses Ergebnis eines unserer Forschungsprojekte.

Verunreinigungen in der CIGS Schicht beeinträchtigen die Effizienz der Solarzelle. Geringe Anteile an Sauerstoff sind in jedem Sputtertarget enthalten, jedoch variiert die Menge mit der Herstellmethode. Der Sauerstoffgehalt ist bei schmelzmetallurgisch hergestellten Targets geringer als bei pulvermetallurgisch hergestellten Targets, die dafür aber eine deutlich verbesserte Mikrostruktur aufweisen.

„Unsere Untersuchungen sollten zeigen, ob sich der höhere Sauerstoffgehalt im pulvermetallurgischen Target auch in den gesputterten Schichten widerspiegelt“, so Christian Linke, R&D Projektmanager bei Plansee. Ein Sputterversuch mit einem schmelzmetallurgisch hergestellten Target zeigt: Der Sauerstoffgehalt der Schicht ist 200 Mal höher als jener im Target. Bei pulvermetallurgisch hergestellten Targets hingegen steigt die Verunreinigung nur um das 2-fache, sodass am Ende der Sauerstoffgehalt in den gesputterten Schichten mit ca. 0,4 Prozent für beide Herstellverfahren nahezu identisch ist.

Der Sauerstoffgehalt wird also größtenteils durch das Restgas in der Sputterkammer bestimmt. Ein Sauerstoffgehalt von 600 ppm in Kupfer-Gallium Sputtertargets ist somit unkritisch für die Herstellung von CuGa Precursorschichten.

Somit können pulvermetallurgische Targets ihren Vorteil gegenüber schmelzmetallurgischen Targets voll ausspielen: Eine sehr feinkörnige Mikrostruktur, die zu einer gleichmäßigeren Gallium-Verteilung in der Schicht führt. Dies erhöht die Prozessstabilität deutlich – diese bestätigte eine vergleichende Untersuchung in einer Pilotproduktion.

Sie wollen es ganz genau wissen? Die detaillierten Forschungsergebnisse sind in den Proceedings der 28. EU-PVSEC 2013 unter dem Titel “Chemical purity of copper-gallium thin films deposited from different sputtering targets” veröffentlicht.