[发明专利]一种钠掺杂钼合金材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种钠掺杂钼合金材料的制备方法，包括以下步骤：(1)掺杂溶液的配制；(2)掺杂；(3)掺杂钼粉的制备；(4)掺杂钼粉的冷等静压制；(5)钠掺杂钼坯的预烧；(6)钠掺杂钼合金材料的制备。本发明的方法中在钠掺杂过程由钼粉掺杂改进为二氧化钼掺杂；将二氧化钼和二水钼酸钠混合干燥制取掺杂二氧化钼，在高温下还原为钠掺杂钼粉，二水钼酸钠中的结晶水从钼酸钠中分解出来，形成水蒸汽从掺杂钼粉中挥发，制取的钠掺杂钼合金粉不再含有结晶水；因而在冷等静压制取钼钠合金坯料后和在热等静压制过程中，坯料更容易致密，制成的钠掺杂钼合金材料钠含量稳定且均匀性好，密度高而均匀，晶粒组织细小、均匀，加工性能和使用性能好。

技术领域

本发明属于合金材料与太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种钠掺杂钼合金材料的制备方法。

背景技术

太阳能是一种安全、清洁、可持续利用的新能源，已受到世界各国的重视，我们国家已对太阳能的开发利用进行了长期规划。

第一代太阳能电池为晶硅电池，第二代电池为铜铟镓硒(CuInGaSe₂)薄膜太阳能电池，称为CIGS光伏电池。CIGS光伏电池的结构是在基板上依次设有钼(Mo)电极层、CIGS光吸收层、缓冲层、透明导电窗口层和表面接触层，由于其能量转换率高、性能稳定而得到光伏界的重视，成为最有前途的太阳能电池之一。CIGS电池早期使用的衬底为钠钙玻璃，研究表明，钠钙玻璃中少量的钠离子能穿透钼薄膜扩散到CuInGaSe2吸收层中，提高电池的能量转化效率，但均匀性差，Na含量不易控制。目前，CIGS电池技术已发展为在柔性基材上形成CIGS吸收层，以适应各种形状且电池更轻。虽然这种柔性衬底不含钠，但可以通过在衬底上涂覆一层钼钠合金，使Na含量得到有效控制。

CIGS电池柔性衬底上的钼钠薄膜通常通过钼钠合金靶材磁控溅射的方法而制备，性能优异的钼钠合金材料是制备钼钠靶材的前提。采用粉末冶金技术，是制取钼钠合金的有效手段。钠掺杂钼合金材料的技术性能，钠在合金材料中分布的均匀性、钼钠合金的高致密度是影响钼钠合金质量的关键因素。但从理论上看，钼和钠的熔点相差很大，钼的熔点为(2620±10)℃,钠的熔点98℃；沸点相差更大，在烧结的过程中，钠极易挥发并影响合金的致密度，成品钼钠合金中的钠含量均匀性极差且难以控制，金属密度低，给钼钠合金材料制备带来了很大的困难。

中国专利《一种钠掺杂钼平面靶材的制备方法》(申请号201510594613.7)公开了一种钠掺杂钼平面靶材的制备方法，其制备方法是将钼粉和二水钼酸钠混合后干燥制取钠掺杂钼合金粉末；随后将钠掺杂钼合金粉装入冷等静压模具后密封，在压力为160MPa～200MPa的条件下进行冷等静压制得到板坯；再将板坯进行包套处理，然后将包套处理后的板坯抽真空密封，在温度为1200℃～1600℃，压力为45MPa～55MPa的条件下，将真空密封后的板坯热压烧结3h～5h，然后对热压烧结后的板坯进行去包套处理，得到钠掺杂钼平面靶材。但是在上述的方法中存在以下的问题：1.掺杂加入的二水钼酸钠(Na₂MoO₄.2H₂O)中含有两个结晶水，在热等静压温度为1200℃～1600℃的高温下，二水钼酸钠中的结晶水会分解出来，形成水蒸汽挥发在坯料中，影响坯料的致密，为提高密度，避免在烧结后的合金材料残留过大、过多的气孔，所需的烧结时间长，但易促使晶粒长大，给后续加工和使用带来不利影响。2.热等静压制的温度高(1200℃～1600℃)，压力低(45MPa～55MPa)，烧结时间长(3h～5h)，钠掺杂钼坯中的钠在长时间的高温低压下挥发量增大，降低了热等静压制效率，制成的钠掺杂钼合金钠含量不稳定、均匀性不好，并且易促使晶粒长大，合金密度不均匀，也给后续加工和使用带来不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种致密度高、钠含量稳定的钠掺杂钼合金材料的制备方法。

本发明这种钠掺杂钼合金材料的制备方法，包括以下步骤：