一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材及其制備方法，所述靶材包括的物相有Cu(In0.7Ga0.3)Se2，CuInSe2及Cu2Se相,所述靶材的物相中Cu(In0.7Ga0.3)Se2物相占物相總和的95％以上，CuInSe2和Cu2Se相占總物相的1～5％。本發(fā)明專利技術(shù)的濺射靶材的制備方法包括：粉末制備，粉末混合，粉末冶金燒結(jié)等工序，所述粉末制備包括CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末的制備，所述CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在500～700℃，升溫速率不大于5℃/min。本發(fā)明專利技術(shù)的濺射靶，電阻率低，致密度高，晶粒尺寸細小均勻，能夠進行中頻或直流濺射，可大大提高銅銦鎵硒薄膜的濺射速度，同時節(jié)約設(shè)備投入成本。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材及其制備方法
本專利技術(shù)屬于粉末冶金
，具體涉及一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材及其制備方法。
技術(shù)介紹
銅銦鎵硒(簡稱CIGS)薄膜以最高轉(zhuǎn)化率20.3％位居各種薄膜太陽能電池首位，這一效率與多晶硅的最高轉(zhuǎn)化率記錄只差0.1％，并且具有高轉(zhuǎn)化率不隨時間衰減的特性，被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ谋∧ぬ柲茈姵亍R射技術(shù)是目前CIGS電池太陽光吸收層的主流制造工藝，國外采用濺射-硒化法工藝在平板顯示上的大規(guī)模應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，但嚴重的問題是需要采用H2Se通過高溫加熱實現(xiàn)硒化，且H2Se有劇毒和強腐蝕性。由于目前國內(nèi)外研制的CIGS四元靶材導(dǎo)電性太差，電阻率在幾百甚至上千歐姆厘米，只能用射頻磁控濺射鍍膜。歐美用于生產(chǎn)CIGS電池的工業(yè)化濺鍍生產(chǎn)線，少則價值數(shù)千萬，多則上億或幾億元人民幣。若CIGS靶材導(dǎo)電，則可以采用直流磁控濺射鍍膜，濺射速度將是射頻磁控濺的十倍以上，且濺射設(shè)備費用大幅降低。故導(dǎo)電CIGS靶材的研發(fā)，其應(yīng)用前景將十分看好。如果研發(fā)取得突破，CIGS靶材有望取得太陽能吸收層材料25％(即3.75億美元)、甚至超過50％的市場份額。現(xiàn)有技術(shù)中公開的CIGS四元合金靶材的制備方法主要有兩種：一種是干法[1～4]，即通過將上述四種高純單質(zhì)粉末進行機械混合，再進行冷、熱壓制成型制備合金靶材或者是通過將上述四種單質(zhì)合金粉末進行兩兩混合在真空狀態(tài)下合成中間化合物，然后再將中間化合物按CIGS合金的化學(xué)計量比混合進行冷、熱壓制成型；另外一種方法即濕法[5]，即在有機環(huán)境下將所述四種單質(zhì)進行混合，并進行合成反應(yīng)形成單一的CIGS相，然后再進行粉末造粒，冷、熱壓制成型。上述現(xiàn)有技術(shù)中均未考慮靶材的導(dǎo)電性能。本專利技術(shù)人經(jīng)過潛心研究，提出一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材及其制備方法，該靶材可用于中頻或直流濺射，該靶材的推廣使用，可大大提高濺射速度，而且也將大大降低設(shè)備投入，同時也為降低銅銦鎵硒薄膜的生產(chǎn)成本，盡快在光伏行業(yè)中推廣應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。上述內(nèi)容可從以下參考文獻得到：[1]陳慧，張佼，王俊.CuInGaSe2太陽能薄膜及其靶材制備技術(shù)發(fā)展與前景[J].功能材料，2009(40)增刊，924-928.[2]張冷，張維佳，宋登元，張輝等.銅銦鎵硒薄膜的真空制備工藝及靶材研究現(xiàn)狀[J].功能材料.2013(44),14:1990-1994.[3]莊大明，張弓，張寧等.銅銦鎵硒或銅銦鋁硒太陽能電池吸收層靶材及其制備方法[P].清華大學(xué).CN101397647B。[4]朱世會，朱世明，朱劉.一種銅銦鎵硒合金的制備方法[P].廣東先導(dǎo)稀有材料股份有限公司.CN102071329A.[5]鍾潤文.銅銦鎵硒靶材的制作方法[P].慧濠光電科技股份有限公司.CN102199751A.
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材及其制備方法，所述濺射靶，電阻率低，致密度高，晶粒尺寸細小均勻，能夠進行中頻或直流濺射，可大大提高銅銦鎵硒薄膜的濺射速度，同時節(jié)約設(shè)備投入成本。本專利技術(shù)的濺射靶材是這樣實現(xiàn)的，所述靶材包括的物相有Cu(In0.7Ga0.3)Se2，CuInSe2及Cu2Se相,所述靶材的物相中Cu(In0.7Ga0.3)Se2物相占物相總和的95％以上，CuInSe2和Cu2Se相占總物相的1～5％。所述靶材的室溫電阻率在0～100Ω·cm之間。所述靶材的室溫電阻率在0～50Ω·cm之間。所述靶材的致密度不小于97％。所述靶材的平均晶粒尺寸為10～50μm。本專利技術(shù)的濺射靶材的制備方法是這樣實現(xiàn)的，包括：粉末制備，粉末混合，粉末冶金燒結(jié)等工序，所述粉末制備包括CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末的制備，所述CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在500～700℃，升溫速率不大于5℃/min。所述粉末制備還包括In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se單相合金粉末以及In0.7Ga0.3Se2三元合金粉末的制備，所述In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se單相相合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在400～600℃，升溫速率不大于5℃/min，保溫時間為3～5h；所述In0.7Ga0.3Se2三元合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在500～700℃，升溫速率不大于1℃/min，保溫時間為5～20h。所述粉末混合包括In0.7Ga0.3Se2三元合金粉末和Cu粉末混合后再與CuIn0.7Ga0.3Se2四元單相合金粉末按化學(xué)計量比配比后進行混合，In0.7Ga0.3Se2和Cu的混合粉末重量總和不大于CuIn0.7Ga0.3Se2四元單相合金粉末的重量。所述粉末混合包括In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se三種二元單相合金粉末與CuIn0.7Ga0.3Se2四元單相合金粉末按化學(xué)計量比配比后進行混合，In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se三種二元單相合金粉末重量總和不大于CuIn0.7Ga0.3Se2四元單相合金粉末的重量。所述粉末冶金燒結(jié)為放電等離子燒結(jié)或真空熱壓燒結(jié)工藝，所述粉末冶金燒結(jié)工藝的燒結(jié)溫度為400～800℃，燒結(jié)壓力為20～40MPa，燒結(jié)時間為10mins～3h。本專利技術(shù)通過將真空反應(yīng)合成的方法分別制備出了二元、三元及四元的單相合金粉末，單純的四元單相合金粉末電阻率較高，用其直接壓制成型的靶材電阻率均在50～100Ω·cm，而In2Se、Cu2Se二元單相合金粉末及Cu粉末的電阻率較低，通過將四元合金粉末與上述二元合金粉末或三元合金粉末和Cu粉末按化學(xué)計量比混合，通過合適的成型燒結(jié)工藝，既可以獲得以CuIn0.7Ga0.3Se2相為主的合金靶材，又可以保證靶材具有足夠低的電阻率，實現(xiàn)中頻或直流濺射，提高濺射效率，降低薄膜生產(chǎn)成本。與此同時，該靶材還有較高的致密度和細小均勻的微觀組織結(jié)構(gòu)，對于薄膜的膜厚均勻性有較大提高。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實施例和比較例的XRD分析結(jié)果。具體實施例下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步的說明，但不以任何方式對本專利技術(shù)加以限制，基于本專利技術(shù)教導(dǎo)所作的任何變更或改進，均屬于本專利技術(shù)的保護范圍。本專利技術(shù)所述低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材，所述靶材包括的物相有Cu(In0.7Ga0.3)Se2，CuInSe2及Cu2Se相,所述靶材的物相中Cu(In0.7Ga0.3)Se2物相占物相總和的95％以上，In2Se3和Cu2Se相占總物相的1～5％。所述靶材的室溫電阻率在0～100Ω·cm之間。所述靶材的室溫電阻率在0～50Ω·cm之間。所述靶材的致密度不小于97％。所述靶材的平均晶粒尺寸為10～50μm。本專利技術(shù)通過下述制備方法制備了上述低電阻率的銅銦鎵硒合金靶材，制備方法包括：粉末制備，粉末混合，粉末冶金燒結(jié)等工序，所述粉末制備包括CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末的制備，所述CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在500～700℃，升溫速率不大于5℃/min。所述粉末制備還包括In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se單相合金粉末以及In0本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種低電阻率銅銦鎵硒四元合金濺射靶材，其特征在于：所述靶材包括的物相有Cu(In0.7Ga0.3)Se2，CuInSe2及Cu2Se相,所述靶材的物相中Cu(In0.7Ga0.3)Se2物相占物相總和的95％以上，CuInSe2和Cu2Se相占總物相的1～5％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種銅銦鎵硒四元合金濺射靶材的制備方法，包括：原料粉末的制備，粉末的混合，燒結(jié)成型工序，所述靶材包括的物相有Cu(In0.7Ga0.3)Se2，CuInSe2及Cu2Se相,所述靶材的物相中Cu(In0.7Ga0.3)Se2物相占物相總和的95％以上，CuInSe2和Cu2Se相占總物相的1～5％；所述靶材的室溫電阻率為7Ω·cm或25Ω·cm或65Ω·cm；所述靶材的致密度為98％或98.5％或99.5％；所述靶材的平均晶粒尺寸為15μm或38μm或40μm，其特征在于：所述原料粉末制備包括CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末的制備，所述CuIn0.7Ga0.3Se2單相合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在500～700℃，升溫速率不大于5℃/min；所述原料粉末的制備還包括In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se單相合金粉末以及In0.7Ga0.3Se2三元合金粉末的制備，所述In2Se3、Ga2Se3和Cu2Se單相相合金粉末通過真空反應(yīng)合成的方法制備，真空度≥10-1Pa，反應(yīng)溫度在400～600℃，升溫速率不大于5℃/min，保溫時間為3～5h，所述In0.7Ga0.3Se2三...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：譚志龍，王傳軍，張俊敏，管偉明，聞明，沈月，
申請(專利權(quán))人：昆明貴金屬研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：云南;53