[发明专利]一种陶瓷靶材及其制备方法

说明书

本发明涉及溅射靶材技术领域，尤其涉及一种陶瓷靶材及其制备方法。所述制备方法包括：A)将所述铜锌锡硒粉体与氟化铷粉体进行均质混合，所述均质混合后的粉体经预压后，得到坯体；B)在真空的条件下，将所述坯体加热至200～400℃，进行保温；C)然后加热至600～700℃，保温后在25～50MPa下进行热压烧结，降温、减压后，得到靶坯；D)对所述靶坯进行机械加工，得到陶瓷靶材。采用本发明提供的制备方法制得的陶瓷靶材的纯度和密度均较高，组分均匀。为制备高性能掺杂靶材提供一定的理论参考。结果表明，本发明制备的陶瓷靶材的纯度99.99％，密度为5.53～5.58g/cm³，相对密度为94～95％。

技术领域

本发明涉及溅射靶材技术领域，尤其涉及一种陶瓷靶材及其制备方法。

背景技术

薄膜太阳能电池具有成本低且光电转换率很高的优点。目前，在薄膜太阳能电池研究中，当以黄铜矿结构形成的铜铟镓硒(CIGS)及闪锌矿结构形成的碲化镉(CdTe)等太阳能吸收层受到广泛关注。其中Cu(In,Ga)Se₂、CdTe化合物薄膜太阳能电池的最高转化率分别为21.7％和21％，具有广阔的应用与研究前景。但是，在地壳中储存的In、Ga和Te量十分有限，以及Cd的剧毒性限制了CIGS和CdTe薄膜太阳能电池的广泛应用。此外CIGS薄膜太阳能电池的主要成分包括Cu、In、Ga、Se等稀有金属和有毒物质，因此寻找新型安全、廉价、无毒的替代材料成为研究热点。

太阳能电池工作的基础就是半导体PN结和光生伏打效应。半导体是介于导体和绝缘体之间的一类材料，其依靠电子导电的称为n型半导体，依靠空位导电的称为p型半导体。当p型半导体和n型半导体这两个区域共处一体，在交界处就形成PN结。有研究表明，Na掺杂可以提高铜锌锡硒(CZTSe)材料中的载流子(空穴)浓度，增强p型电导，进而提高电池转化效率。

铜锌锡硒(CZTSe)的组成元素在地壳中储量丰富且无毒，其带隙可以实现在1.0-1.5eV之间调节，是具有优势的低成本薄膜太阳能电池材料。目前，CZTSe最高效率只有12.6％，远低于其姊妹化合物铜铟镓硒(CIGS)的21.7％。为此需要制备一种掺杂CZTSe陶瓷靶材用于提高薄膜太阳能电池的转换效率。在所公开的靶材制备中，鲜有文献关于掺杂靶材的制备方法，因此，仍需要继续开发具有纯度高、组分均匀、高密度的靶材及制备工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种陶瓷靶材及其制备方法，本发明制备的陶瓷靶材纯度和密度较高，组分均匀。

本发明提供了一种陶瓷靶材的制备方法，包括以下步骤：

A)将所述铜锌锡硒粉体与氟化铷粉体进行均质混合，所述均质混合后的粉体经预压后，得到坯体；

B)在真空的条件下，将所述坯体加热至200～400℃，进行保温；

C)然后加热至600～700℃，保温后在25～50MPa下进行热压烧结，降温、减压后，得到靶坯；

D)对所述靶坯进行机械加工，得到陶瓷靶材。

优选的，所述铜锌锡硒粉体由铜锌锡硒合金球磨制得；

所述铜锌锡硒合金的纯度不小于4N；

所述铜锌锡硒粉体的粒径为30～200μm。

优选的，所述铜锌锡硒粉体与氟化铷粉体的质量比为1000：3～5。

优选的，步骤A)中，所述预压的压力为5～10MPa。

优选的，步骤B)中，所述加热的速率为5～10℃/min；

所述保温的时间为30～120min。

优选的，步骤C)中，所述加热的速率为10～20℃/min；