(57)【要約】【課題】平均結晶粒径が１０μｍ〜５００μｍの範囲である、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットを提供すること。【解決手段】このインジウムターゲットは従来のインジウムターゲットよりも平均結晶粒径が小さいため、このインジウムターゲットを用いたスパッタリングプロセス中に誘導されるアーク数は少なく、そのため、結果として得られるスパッタリング薄膜の均一性は著しく向上する。さらに、結果として得られる、均一性が向上したスパッタリング薄膜は、二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池に対して、良好な太陽光発電性能を得るために適用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均結晶粒径が１０μｍ〜５００μｍの範囲である、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項２】
平均結晶粒径が１０μｍ〜４００μｍの範囲である、請求項１に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項３】
両端の前記平均結晶粒径の比率が０．５〜２．０の範囲である、請求項１〜２のいずれか一項に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項４】
酸素含有量が５０ｐｐｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項５】
鉄含有量が２０ｐｐｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項６】
亜鉛含有量が２０ｐｐｍ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項７】
スズ含有量が２０ｐｐｍ以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項８】
（１０１）、（１０３）、（２００）、（１１２）、（１１０）、（２１１）、（２０２）および（００２）結晶方位を含む表面を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項９】
平面ターゲットである、請求項８に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項１０】
正方晶系結晶構造を有する前記インジウムターゲットの前記表面の各結晶方位の強度百分率の、１２．５％に対する比率が０．５〜２．０の範囲である、請求項９に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項１１】
正方晶系結晶構造を有する前記インジウムターゲットの前記表面の前記結晶方位の１つの強度百分率の、１２．５％に対する比率が２より大きい、請求項９に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項１２】
非平面ターゲットである、請求項８に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【請求項１３】
正方晶系結晶構造を有する前記インジウムターゲットの前記表面の各結晶方位の強度百分率の、１２．５％に対する比率が０．５〜２．０の範囲である、請求項１２に記載の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インジウムターゲット、特に、微細結晶粒径の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウムターゲットは、二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池の製造に最も慣用される材料の１つである。インジウムターゲットの結晶粒径は、スパッタリング中のアークの形成およびプラズマの均一性に重大な影響を与える。
周知のように、スパッタリング中のアーク放電およびプラズマ不足によりスパッタリング薄膜の均一性は悪くなり、それにより、電流インジウムターゲットからスパッタリングされた該スパッタリング薄膜を備えた太陽電池の変換効率に影響が及ぶ。
【０００３】
特許文献１には、微細結晶粒径のインジウムターゲットを得るために超音波振動を利用する技術が開示されている。得られるインジウムターゲットの平均結晶粒径は１０ミリメートル（ｍｍ）以下である。しかしながら、該特許公報において開示されている、得られるインジウムターゲットの最小平均結晶粒径はミリメートルスケールである。該特許公報において開示されている技術では、ミクロンスケールに結晶粒を微細化することはできない。
従って、スパッタリングプロセス中のアーク放電回数は依然として多く、それにより、スパッタリング薄膜の表面に膨大な量の粒子が付着し、そのために、スパッタリング薄膜の品質が低下する。
【０００４】
加えて、インジウムターゲットの結晶粒径を微細化するための別の慣用技術は冷間圧延である。しかしながら、冷間圧延は、平面ターゲットに対してのみ、結晶粒微細化のために適用される。非平面ターゲット、例えば、中空円筒形ターゲットなどの場合、冷間圧延では微細結晶粒径は得られない。
従って、微細な平均結晶粒径の非平面ターゲットの不足から、低品質のスパッタリング薄膜を備えたＣＩＧＳ太陽電池となり、その結果、得られるＣＩＧＳ薄膜太陽電池の変換効率は低くなる。
よって、微細結晶粒径のインジウムターゲット、特に、ミクロンスケールの結晶粒径のインジウムターゲットが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０５２１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これらの欠点を克服するために、本発明は、微細結晶粒径の正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットを提供し、上述の問題を緩和し、または回避する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した、インジウムターゲットの平均結晶粒径が大きすぎるなどの先行技術の欠点に対し、本発明は主として、平均結晶粒径が１０μｍ〜５００μｍの範囲である、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットを提供する。
【０００８】
本発明によれば、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの純度は、９９．９５％より高い（３Ｎ５）が、これに限定されない。
【０００９】
本発明によれば、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットは、平面ターゲットまたは非平面ターゲットを含む任意の種類のターゲットであるが、これに限定されない。
【００１０】
本発明によれば、平均結晶粒径は、ターゲット表面の測定領域における全結晶粒の結晶粒径の平均値を計算することにより得られる。測定領域は、１．０×１．３ｃｍ2であるが、これに限定されない。
平均結晶粒径を得るための方法には、光学顕微鏡により測定領域を倍率１００倍で拡大し、拡大した測定領域の画像を取得する工程；画像上で８点アスタリスクのような、中間点で互いに交差する４本の交線を引く工程；画像解析ソフトウェアにより４本の線上の個々の結晶粒径を測定する工程；各交線上の全ての結晶粒径の平均値を計算し、４つの平均値を得る工程；およびその４つの平均値の平均を計算することにより平均結晶粒径を得る工程が含まれるが、これに限定されない。
【００１１】
正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの平均結晶粒径は、１０μｍ〜４００μｍの範囲であることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットは、インジウムの原料を準備する工程；インジウムの原料を溶解して溶融インジウムを得る工程；溶融インジウムを鋳造して、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットを得る工程、および凝固中に溶融インジウムと反対側の金型外表面に冷却媒体を迅速に通過および接触させる工程により製造される。
入口および出口は外表面に接触してある距離を隔てて配置されることが好ましい。冷却媒体は、金型を冷却するために、入口に流れ込み、外表面を通過および接触し、出口から流れ出る。それに従って、溶融インジウムの急速冷却が成される。
【００１３】
本発明によれば、急速冷却は、凝固中に溶融インジウムと反対側の金型外表面に冷却媒体を所定の速度で通過および接触させることにより達成される。これに従って、凝固中の溶融インジウムの熱は、結果として得られる、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの温度が所定の値に下がるまで伝達され得る。
当業者であれば、凝固中に溶融インジウムが急速冷却されるように冷却速度を最適化することができる。急速冷却速度は、凝固中に溶融インジウムの温度が２０６℃から５０℃〜７０℃の間の範囲まで５分以内に低下するものであることが好ましい。
【００１４】
本発明によれば、冷却媒体は、危険性がなく、安定した、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの製造プロセスに影響を及ぼさない任意の流動材料である。好ましくは、冷却媒体としては、水、油またはガスが挙げられるが、これに限定されない。
【００１５】
本発明によれば、凝固中の溶融インジウムの熱は、溶融インジウムと反対側の金型外表面に通過および接触する冷却媒体により伝達され、そのため、金型内の凝固中の溶融インジウムは、冷却媒体付近の金型外表面に対応する部分から急速冷却される。
急速冷却は、平面ターゲットまたは非平面ターゲットを含む任意の種類のインジウムターゲットに適用することができるが、これに限定されない。正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの両端の平均結晶粒径の比率は０．５〜２．０の範囲であることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、両端はそれぞれ前端と後端である。前端の位置は入口の位置に相当し、後端の位置は出口の位置に相当する。
【００１７】
本発明によれば、両端の平均結晶粒径の比率は、後端における平均結晶粒径に対する前端における平均結晶粒径の比率であり、または前端における平均結晶粒径に対する後端における平均結晶粒径の比率である。
【００１８】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの酸素含有量は５０ｐｐｍ以下である。
【００１９】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの鉄含有量は２０ｐｐｍ以下である。
【００２０】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの亜鉛含有量は２０ｐｐｍ以下である。
【００２１】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットのスズ含有量は２０ｐｐｍ以下である。
【００２２】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの表面は、（１０１）、（１０３）、（２００）、（１１２）、（１１０）、（２１１）、（２０２）および（００２）結晶方位を含む。
【００２３】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットは平面ターゲットである。
【００２４】
本発明によれば、平面ターゲットとしては、円形ターゲットまたは長方形ターゲットが挙げられるが、これに限定されない。
【００２５】
好ましくは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットは非平面ターゲットである。
【００２６】
本発明によれば、非平面ターゲットとしては、中空円筒形ターゲット、またはステップ端を有するターゲットが挙げられるが、これに限定されない。
【００２７】
冷間圧延前に、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの表面の各結晶方位の強度百分率の、１２．５％に対する比率は、０．５〜２．０の範囲であることが好ましい。
ここで、１２．５％は、１００％／８ピーク＝１ピーク当たり１２．５％により計算した、ランダム方位を有するインジウムターゲットの各結晶方位の強度百分率である。
【００２８】
本発明によれば、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットが平面ターゲットである条件下では、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットが優先方位を有するように正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットはさらに冷間圧延される。
【００２９】
正方晶系結晶構造を有する冷間圧延インジウムターゲットの表面の結晶方位の１つの強度百分率の、１２．５％に対する比率は、２より大きいことが好ましく、ここで、１２．５％は、ランダム方位を有するインジウムターゲットの各結晶方位の強度百分率である。
【００３０】
本発明によれば、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの品質は、マイクロアーク発生回数およびハードアーク発生回数により決定される。ここで、該マイクロアークおよび該ハードアークはスパッタリングプロセス中に誘導され、計数される。
【００３１】
本発明によれば、スパッタリングプロセスで誘導されるアークを計数するための機器の製品タイプはＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ（登録商標）社製のＰｉｎｎａｃｌｅである。
マイクロアークは、電圧５０Ｖ未満の、４０ミリ秒までの間持続するアークとして定義される。ハードアークは、電圧５０Ｖ未満の、４０ミリ秒を超えて持続するアークとして定義される。
【００３２】
本発明は、平均結晶粒径が１０μｍ〜５００μｍの範囲である、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットを提供する。
正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの平均結晶粒径は、従来のインジウムターゲットの平均結晶粒径よりずっと小さいため、スパッタリングプロセスで誘導されるアークは著しく減少し、そのため、スパッタリング薄膜の表面に付着するインジウム粒子の量は大幅に減少する。従って、スパッタリング薄膜の品質、例えば、薄膜の厚さ均一性などがは改善される。
【００３３】
さらに、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの両端の平均結晶粒径の比率は０．５〜２．０の範囲であり、これは、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲット全体の結晶粒の結晶粒径の均一性が非常に高く、従って、インジウムターゲットの品質が改善されている事を示す。
【００３４】
正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの酸素含有量は５０ｐｐｍ以下であるため、該インジウムターゲットは酸化インジウムが少なく、それにより、薄膜の高抵抗、スパッタリングプロセスで誘導されるアークの増加、および該インジウムターゲット表面の平面度外れなどの不利益は回避される。
【００３５】
さらに、鉄含有量、亜鉛含有量およびスズ含有量の各々は２０ｐｐｍ以下であるため、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットは、薄膜太陽電池に対して、吸収体層の欠陥を減少させ、自由電子と正孔との再結合の確率を下げるために適用できる。よって、該太陽電池の変換効率は向上する。
【００３６】
別の態様では、本発明は、冷間圧延が施されていない、正方晶系結晶構造を有するインジウム平面ターゲットを提供する。未冷間圧延のインジウム平面ターゲットの表面は、（１０１）、（１０３）、（２００）、（１１２）、（１１０）、（２１１）、（２０２）および（００２）結晶方位を含んでいる。
この場合、該インジウムターゲットの表面の各結晶方位の強度百分率の、１２．５％に対する比率は、０．５〜２．０の範囲である。１２．５％という値は、ランダム方位を有するインジウムターゲットの各結晶方位の強度百分率である。従って、本発明の、正方晶系結晶構造を有する未冷間圧延のインジウム平面ターゲットはランダム方位を実質的に有し、それにより、スパッタリング薄膜の厚さ均一性はさらに高まる。
【００３７】
本発明はさらに、冷間圧延が施された、正方晶系結晶構造を有するインジウム平面ターゲットを提供する。冷間圧延インジウム平面ターゲットの表面は、（１０１）、（１０３）、（２００）、（１１２）、（１１０）、（２１１）、（２０２）および（００２）結晶方位を含んでいる。
この場合、正方晶系結晶構造を有する冷間圧延インジウム平面ターゲットの表面の結晶方位の１つについての強度百分率の、１２．５％に対する比率は、２より大きい。従って、該インジウムターゲットは優先方位を有し、追従プロセスの要件を満たす。
【００３８】
別の態様では、本発明は、正方晶系結晶構造を有するインジウム非平面ターゲットを提供する。インジウム非平面ターゲットの表面は、（１０１）、（１０３）、（２００）、（１１２）、（１１０）、（２１１）、（２０２）および（００２）結晶方位を含んでいる。
この場合、正方晶系結晶構造を有する非平面インジウムターゲットの表面の各結晶方位についての強度百分率の、１２．５％に対する比率は、０．５から２．０までに及ぶ。１２．５％という値は、ランダム方位を有するインジウムターゲットの各結晶方位についての強度百分率である。従って、正方晶系結晶構造を有するインジウム非平面ターゲットはランダム方位を実質的に有し、それにより、スパッタリング薄膜の厚さ均一性はさらに高まる。
【００３９】
本発明の他の目的、利点および新規特徴は、添付の図面と以下の詳細な説明からさらに明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】光学顕微鏡下での本発明の第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの前端の断面中心の画像である。
【図２】光学顕微鏡下での本発明の第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの中間部分の断面中心の画像である。
【図３】光学顕微鏡下での本発明の第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの後端の断面中心の画像である。
【図４】図１の交線Ｌ１上の個々の結晶粒径の測定を示す図である。
【図５】図１の交線Ｌ２上の個々の結晶粒径の測定を示す図である。
【図６】図１の交線Ｌ３上の個々の結晶粒径の測定を示す図である。
【図７】図１の交線Ｌ４上の個々の結晶粒径の測定を示す図である。
【図８】光学顕微鏡下での本発明の第３の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲットの前端の断面中心の画像である。
【図９】光学顕微鏡下での本発明の第３の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲットの中間部分の断面中心の画像である。
【図１０】光学顕微鏡下での本発明の第３の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲットの後端の断面中心の画像である。
【図１１】光学顕微鏡下での比較例の長方形インジウムターゲットの表面の画像である。
【図１２】第１の実施形態、第２の実施形態、第１の比較例のインジウムターゲットおよび基準としてのインジウム粉末の回折パターンを示す。
【図１３】スパッタリングプロセスでそれぞれスパッタリングを受けた、本発明の正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの第１の実施形態と長方形インジウムターゲットの第１の比較例についてのアーク発生回数と電力密度のグラフである。
【図１４】第１の比較試験サンプルの薄膜前駆体の表面の倍率５倍での画像である。
【図１５】第１の比較試験サンプルの薄膜前駆体の表面の倍率１０倍での画像である。
【図１６】第１の試験サンプルの薄膜前駆体の表面の倍率５倍での画像である。
【図１７】第１の試験サンプルの薄膜前駆体の表面の倍率１０倍での画像である。
【図１８】ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の第２の試験サンプルおよびＣＩＧＳ薄膜太陽電池の第２の比較試験サンプルについての電圧と短絡電流密度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の技術的特徴およびその効果についてよりよく理解するために、そして、本明細書の開示に従って実施するために、好ましい実施形態、詳細および図面を以下のとおり示す。
【００４２】
本発明の実施形態に関係する材料および機器は以下のとおりである。
ａ．インジウムの原料：その純度は４Ｎ５（９９．９９５％）である。
ｂ．光学顕微鏡：ブランド／モード：Ｏｌｙｍｐｕｓ（登録商標）／ＢＸ５１Ｍ、日本製。
ｃ．Ｘ線回折計：ブランド：Ｒｉｇａｋｕ（登録商標）ＵｌｔｉｍａＩＶ、日本製。
【００４３】
＜第１の実施形態＞
本実施形態は、溶解および鋳造プロセスにより製造された、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットを提供する。正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの製造プロセスを以下のとおり記載する。
【００４４】
インジウムの原料を準備した。インジウムの原料を２０６℃で溶融させ、溶融インジウムを得た。溶融インジウムを、長方形金型を用いて鋳造し、溶融インジウムと反対側の金型外表面に接触して冷却装置を配置した。この場合、冷却装置はある距離を隔てた入口および出口を有し、冷却媒体が入口から出口の方向に流れ、金型外表面に通過および接触し、冷却装置と金型との接触によって凝固中の溶融インジウムの熱を伝達する。これに従って、冷却媒体の近くの金型外表面に対応する部分から溶融インジウムを急速冷却することにより正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットを得た。
本実施形態において採用した冷却媒体は水であった。水の流速は１２リットル／分（ＬＰＭ）であった。冷却速度は、金型内の溶融インジウムの温度が約６０℃に５分以内に低下するように設定した。金型内の溶融インジウムが約６０℃に冷却され、インジウムターゲットが形成されたら、水の流れを止めた。正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットの温度を空冷によりさらに室温に下げ、本発明による長方形インジウムターゲットを得た。
正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの表面を圧延機にかけ、その後、イソプロピルアルコールで拭いた。正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの、前端の断面中心、中間部分の断面中心、および後端の断面中心を光学顕微鏡により観察した。この場合、前端の位置は冷却装置の入口の位置に相当しており、後端の位置は冷却装置の出口の位置に相当しており、中間部分の位置は前端と後端との間の位置に相当している。前端、中間部分および後端は、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの長辺に沿って調べた。断面中心は、インジウムターゲットの断面の１／２幅と１／２厚さの交点に位置した。
【００４５】
図１〜図３に関しては、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの個々の結晶粒径は、画像解析ソフトウェアＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ  Ｐｌｕｓにより測定し、平均結晶粒径を得た。
【００４６】
本発明の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径を得るための方法を以下のとおり記載する。
【００４７】
画像上で８点アスタリスクのような、中間点で互いに交差する４本の交線を引いた。
【００４８】
各交線上の結晶粒径の平均値を計算し、４つの平均値を得た。平均結晶粒径は、４つの平均値の平均を計算することにより得た。
【００４９】
正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの前端の断面中心の平均結晶粒径を得るための方法を以下のとおり詳述する。
【００５０】
図４〜図７に関しては、図１において、８点アスタリスクのような、中間点で互いに交差する４本の交線Ｌ１〜Ｌ４を引いた。境界と交線との交点をＡで表した。２つの隣接するＡ間の距離を結晶粒のサイズとして決定した。交線上の結晶粒の数、交線上の個々の結晶粒径および交線上の結晶粒径の平均値を表１に示す。ここで、ＮＡは不検出を示す。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１に示されるように、４本の各交線上の結晶粒径についての４つの平均値を得る。正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの前端の断面中心の平均結晶粒径は６８μｍであり、その値は４つの平均値の平均を計算することにより得られる。
【００５３】
正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの中間部分の断面中心および後端の断面中心それぞれの平均結晶粒径を得るための方法は上記と同じであるため、ここでは省略する。
【００５４】
従って、本実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの前端、中間部分および後端の断面中心の平均結晶粒径はそれぞれ６８μｍ、７３μｍおよび８３μｍであり、それらの値は全て２００μｍより小さい。後端の平均結晶粒径に対する前端の平均結晶粒径の比率は０．８２であり、前端の平均結晶粒径に対する後端の平均結晶粒径の比率は１．２２であり、それらの値はどちらも０．５〜２．０の間である。従って、本実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲット全体は良好な結晶粒径均一性を有する。
【００５５】
さらに、本実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの酸素含有量、鉄含有量および亜鉛含有量はそれぞれ９．４ｐｐｍ、３．９ｐｐｍおよび５．７ｐｐｍである。スズ含有量は検出限界より低く、従って、スズ含有量は２．５ｐｐｍ未満であると考えられる。
【００５６】
＜第２の実施形態＞
本発明の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの製造プロセスは、第１の実施形態の製造プロセスと実質的に同じであるため、ここでは省略する。
大きな違いは、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットを得た後、長方形インジウムターゲットを冷間圧延によりさらに加工し、長方形インジウムターゲットが（１０１）優先方位を有するようにするという点である。冷間圧延の減少率は４０％であった。
【００５７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態は、溶解および鋳造プロセスにより製造された、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲットを提供する。本発明の、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲットの製造プロセスは、第１の実施形態の製造プロセスと実質的に同じであるため、ここでは省略する。
中空円筒形インジウムターゲットの前端、中間部分および後端それぞれの断面中心を図８〜図１０それぞれに示す。断面中心は中空円筒形インジウムターゲットの断面の中心部である。中空円筒形インジウムターゲットの前端、中間部分および後端の断面中心それぞれの平均結晶粒径を得るための方法は上記と同じであるため、ここでは省略する。
結果として、本実施形態の中空円筒形インジウムターゲットの前端、中間部分および後端の断面中心の平均結晶粒径はそれぞれ１２７μｍ、１５１μｍおよび１４１μｍであり、それらの値は全て２００μｍより小さい。さらに、中空円筒形インジウムターゲットの前端、中間部分および後端は全て良好な結晶粒径均一性を有する。
【００５８】
後端の平均結晶粒径に対する前端の平均結晶粒径の比率は０．９であり、前端の平均結晶粒径に対する後端の平均結晶粒径の比率は１．１１であり、それらの値はどちらも０．５〜２．０の間である。
従って、本実施形態の、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲット全体は良好な結晶粒径均一性を有する。
【００５９】
加えて、本実施形態の、正方晶系結晶構造を有する中空円筒形インジウムターゲットの酸素含有量および鉄含有量はそれぞれ７．２ｐｐｍおよび９．１６ｐｐｍである。本実施形態の長方形インジウムターゲットのスズ含有量および亜鉛含有量はどちらも検出限界より低い。
従って、スズ含有量は２．５ｐｐｍ未満であると考えられ、亜鉛含有量は１ｐｐｍ未満であると考えられる。
【００６０】
＜第１の比較例＞
第１の比較例は、溶解および鋳造プロセスにより製造された長方形インジウムターゲットを提供する。長方形インジウムターゲットの製造プロセスを以下のとおり記載する。インジウムの原料を準備した。インジウムの原料を２０６℃で溶融させ、溶融インジウムを得た。溶融インジウムを鋳造および２３℃への空冷に付し、長方形インジウムターゲットを得た。
【００６１】
上述の、長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径の測定を容易にするために、長方形インジウムターゲットを光学顕微鏡で拡大した。図１１に関しては、本実施例の長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径は２０００μｍより大きい。
長方形インジウムターゲットの結晶粒を微細化するために、長方形インジウムターゲットを異なる減少率で冷間圧延した。この場合、該減少率はそれぞれ１０％、２０％、３０％、４０％および５０％であった。
各減少率で冷間圧延が施された長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径を光学顕微鏡により観察した。その結果から、減少率が３０％より高い場合には長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径が５００μｍから１０００μｍまでに及ぶことが示される。
【００６２】
＜インジウムターゲットの優先方位の解析＞
第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲット、第２の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲット、および第１の比較例の長方形インジウムターゲットについての表面の結晶方位をそれぞれＸ線回折法により記憶させた。
次いで、ＭＤＩ  Ｊａｄｅ（登録商標）ソフトウェアにより各結晶方位の強度を解析した。各ピークの強度百分率は、計算して基準の強度と比較することにより得た。詳細にわたる解析は以下のとおりである。
【００６３】
図１２は、本発明の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの第１の実施形態および第２の実施形態、長方形インジウムターゲットの第１の比較例ならびに基準としてのインジウム粉末についての回折パターンを示している。ここで、長方形インジウムターゲットの第１の比較例には減少率４０％で冷間圧延が施された。本解析では、各結晶方位の強度データをＭＤＩ  Ｊａｄｅソフトウェアにより取得し、各結晶方位の強度百分率を得、その結果、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットおよび第１の比較例の長方形インジウムターゲットそれぞれの優先方位を記憶させた。それらの結果を表２および表３に示す。
【００６４】
【表２】
2014189877.tif 000004
【００６５】
ここで、Ａｉは、各結晶方位の強度のＭＤＩ  Ｊａｄｅソフトウェアによる解析から得られた結果であり、Ｂｉは、Ａｉを正規化することにより得られた結果であり、Ｃｉは、データベースの基準の強度であり、Ｄｉは、基準の強度に対する結晶方位強度正規化値の比率である。
すなわち、ＤｉはＢｉ／Ｃｉに等しく、例えば、１４．４６８／２１＝０．６８９；Ｅｉは、各結晶方位の強度百分率であり、すなわち、Ｅｉ＝（Ｄｉ／ΣＤｉ）×１００、例えば、０．６８９／７．６７×１００＝８．９８％、Ｅｉはまた、［Ａｉ／Ａ（１０１）］／Ｃｉ／（Σ｛［Ａｉ／Ａ（１０１）］／Ｃｉ｝）×１００によっても表すことができる。
インジウムターゲットがランダム方位を有する条件下では、各結晶方位の強度百分率は１２．５％である。第１の実施形態のインジウムターゲットの表面の各結晶方位についての強度百分率の、１２．５％に対する比率は、２．０以下である。
例えば、Ｅ（１０１）／１２．５％＝１３．０３％／１２．５％＝１．０４２≦２．０。従って、冷間圧延を施していない、正方晶系結晶構造を有するインジウムターゲットはランダム方位を実質的に有する。
【００６６】
【表３】
2014189877.tif 000005
【００６７】
表３の各パラメーターの定義は上述のとおりであるため、ここでは省略する。大きな違いは、第１の比較例の長方形インジウムターゲットの表面の結晶方位の１つの強度百分率の、１２．５％に対する比率が２以上であるという点である。
例えば、Ｅ（１０１）／１２．５％＝３３．２６％／１２．５％＝２．６６≧２．０。従って、第１の比較例の長方形インジウムターゲットは冷間圧延のために（１０１）優先方位を有する。
【００６８】
図１２に関しては、本発明の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの第２の実施形態の回折パターンは、長方形インジウムターゲットの第１の比較例の回折パターンと類似している。従って、本発明の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの第２の実施形態は、（１０１）優先方位を有し、残る７つの結晶方位各々の強度は比較的弱い。
【００６９】
＜インジウムターゲットの各スパッタリングプロセスでのアーク発生回数の解析＞
スパッタリングプロセスの実施のために、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットおよび第１の比較例の長方形インジウムターゲットそれぞれを準備した。各スパッタリングプロセス中に、異なる電力密度値でアーク発生回数を測定し、アーク発生回数を採用して、各長方形インジウムターゲットの品質を決定した。
【００７０】
図１３に関しては、第１の比較例の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセス中に測定されたハードアーク発生回数、マイクロアーク発生回数はいずれも、第１の実施形態のものよりずっと多かった。
すなわち、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセス中に測定されたアーク発生回数は著しく減少しており、それは、本発明の第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径が第１の比較例の長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径より明らかに小さいためであった。
【００７１】
＜各インジウムターゲットからスパッタリングしたインジウム前駆体薄膜の品質の解析＞
スパッタリングプロセスの実施のために、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットおよび第１の比較例の長方形インジウムターゲットを準備し、第１の試験サンプルのインジウム前駆体薄膜および第１の比較試験サンプルのインジウム前駆体薄膜それぞれを形成した。
この場合、それぞれ、第１の試験サンプルのインジウム前駆体薄膜は第１の実施形態の長方形インジウムターゲットからスパッタリングし、第１の比較試験サンプルのインジウム前駆体薄膜は第１の比較例の長方形インジウムターゲットからスパッタリングした。
【００７２】
各インジウム前駆体薄膜を以下の皮膜形成パラメーターにより製造した。各インジウムターゲットの品質は、各スパッタリングプロセス中のマイクロアーク発生回数およびハードアーク発生回数により決定する。
【００７３】
皮膜形成パラメーターは以下のとおりであった。電力密度は３．５８Ｗ／ｃｍ2とし、スパッタリング圧は２．１ｍＴｏｒｒとし、アルゴン流は５０標準立方センチメートル毎分（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）（ｓｃｃｍ）とし、基板は室温とした。
第１の実施形態の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセス中のマイクロアーク発生回数は２７であったのに対し、第１の比較例の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセス中のマイクロアーク発生回数は４６２であった。
上述のとおり、第１の実施形態の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセス中に測定されたマイクロアーク発生回数は、第１の比較例の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセス中に測定されたマイクロアーク発生回数より明らかに少なく、それは、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径が第１の比較例の長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径より明らかに小さいためである。
【００７４】
図１４および図１５に関しては、第１の比較例の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセスでマイクロアークがより多く発生したため、第１の比較試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の表面に多量のインジウム粒子１０が付着し、それにより、第１の比較試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の組成および厚さが不均一になっていた。従って、第１の比較試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の品質は低下していた。
【００７５】
さらに、図１６および図１７に関しては、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセスで発生したマイクロアークが明らかにより少なかったため、第１の試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の表面に付着したインジウム粒子２０の量は著しく減少していた。
図１６および図１７と図１４および図１５とを比較すると、第１の試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の表面に付着した最も大きいインジウム粒子のサイズは第１の比較試験サンプルのものより明らかに小さい。従って、第１の試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の組成均一性および厚さ均一性は明らかに向上し、それによって、第１の試験サンプルのインジウム前駆体薄膜の品質は向上している。
【００７６】
＜ＣＩＧＳ薄膜太陽電池の太陽光発電性能の解析＞
上記と同じ皮膜形成パラメーターで、以下の製造プロセスの実施のために、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットおよび第１の比較例の長方形インジウムターゲットを準備し、第２の試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池および第２の比較試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池を得た。
この場合、第２の試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池は、第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットからスパッタリングしたインジウム前駆体薄膜を備え、第２の比較試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池は、第１の比較例の長方形インジウムターゲットからスパッタリングしたインジウム前駆体薄膜を備えるものとした。
【００７７】
製造プロセスは以下のとおりであった。ソーダ石灰ガラス基板上にＭｏ電極を付着させ、Ｍｏ電極上にＣｕＧａ前駆体層を重ね、インジウム前駆体薄膜をスパッタリングしてＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ反応層を形成し、真空度１０-2Ｔｏｒｒで、熱処理によりＣｕ−Ｉｎ−Ｇａ反応層をセレン化してＣＩＧＳ薄膜を得た。
この場合、該熱処理は３段階構成であった。すなわち、化学浴析出法によりＣＩＧＳ薄膜上にＣｄＳ  ｎ型緩衝層を作製し、ＣｄＳ  ｎ型緩衝層上にＺｎＯ窓層をスパッタリングし、ＺｎＯ窓層上にＡＺＯ表面電極をスパッタリングし、ＡＺＯ表面電極上でＡｌ電極を気化させた。
【００７８】
得られたＣＩＧＳ薄膜太陽電池の各々は、各薄膜太陽電池の半導体層として第四級化合物（二セレン化銅インジウムガリウムであった）のみ含んだ。
【００７９】
第２の比較試験サンプルおよび第２の試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池についての太陽光発電性能を表４および図１８に示す。
【００８０】
【表４】
2014189877.tif 000006
【００８１】
上述のとおり、第２の試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池は第１の実施形態の、正方晶系結晶構造を有する長方形インジウムターゲットからスパッタリングしたインジウム前駆体薄膜を備えたものである。
第１の実施形態の長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径は第１の比較例の長方形インジウムターゲットの平均結晶粒径より明らかに小さかったため、第１の実施形態の長方形インジウムターゲットのスパッタリングプロセスで発生したアークは著しく減少しており、それにより、第１の実施形態の長方形インジウムターゲットからスパッタリングしたインジウム前駆体薄膜の表面への多量のインジウム粒子の付着が回避され、そのため、インジウム前駆体薄膜の組成均一性および厚さ均一性は明らかに増加していた。
従って、表４に示されるように、第２の試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池の変換効率、短絡電流密度、並列抵抗および曲線因子は第２の比較試験サンプルのＣＩＧＳ薄膜太陽電池よりずっと優れていた。
【００８２】
上述の記載において本発明の数多くの特徴および利点を本発明の構造および特徴の詳細とともに示してきたが、本開示は例示にすぎない。細部、とりわけ、形状、サイズおよび部品の配置に関しては、本発明の原理の範囲内で、添付の特許請求の範囲を表す用語の広い一般的な意味により示される最大限の範囲まで変更することができる。
【図１】
2014189877.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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