[发明专利]一种铜锌锡硒（CZTSe）或铜锌锡硫（CZTS）四元靶材的制备方法

说明书

本发明涉及一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法。所述方法包含以下步骤：(1)使用Cu颗粒、Sn颗粒、Zn颗粒、Se颗粒或者S粉体按比例称量放置于石英管内；(2)将石英管抽真空密封后置于热处理炉中，由室温升温至高温并保温一段时间，制成CZTSe或CZTS化合物块体；(3)将块体破碎制成粒径为80微米以下的粉体；(4)把粉体置于石墨模具中热压烧结制成CZTSe或CZTS四元靶材。本方法原料易于获取，价格低廉，制备出的靶材成分与物相均匀，致密度高，工艺简单且容易控制，适于批量化生产。

技术领域

本发明属于光电功能材料领域，具体涉及一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭，传统能源发电成本逐年上升。调整能源结构，增加清洁能源的应用，是世界各国都在面对的紧迫而重要的工作。太阳能是最有发展前景的可再生能源，取之不尽，用之不竭。CZTS为直接带隙半导体材料，与CIGS结构相似，除具备CIGS电池的理论效率高，带隙可调、吸收系数高、无衰减、无热斑效应、温度系数低、可采用柔性衬底、环境友好等优点之外，还具有原材料更为廉价，生产成本更低的优势。CZTS薄膜太阳电池是继CIGS之后的新一代太阳电池技术，极具发展潜力。目前制备CZTS类吸收层的方法主要有真空法与非真空法。非真空法主要有溶液旋涂法和电沉积法。非真空法成本低、工艺简单，但是均匀性差，仅适于小面积成膜。真空法主要有共蒸发法和溅射后退火法。共蒸发法可以精确控制薄膜成分，结晶性好，但是成本高，重复性低，大面积成膜的均匀性较差。溅射后退火法大面积均匀性好，成本较低，但是硒硫化退火过程复杂。如果将硒或硫先行混于溅射靶材之中，制成CZTS或CZTSe四元靶材然后再溅射成膜，使得薄膜在溅射态时就含有充足的硒或硫，那么将显著降低硒硫化退火过程的复杂程度，并且有利于提高CZTS类吸收层的成膜质量，将更加适合CZTS类薄膜太阳电池商业化组件制备及批量化生产，然而，该方法的主要难点为获得成分与物相均匀并且具有较高致密度的CZTS或CZTSe四元靶材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，以Cu、Sn、Zn、Se或者S单质为原料，先在密封石英管中合成CZTSe或CZTS化合物块体，然后破碎制成粉体，经热压后制成CZTSe或CZTS四元靶材。以所述方法制得的CZTSe或CZTS四元靶材成分均匀，致密性高，并且工艺简单,易于控制，适于批量化生产。为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

(1)将Cu颗粒、Sn颗粒、Zn颗粒、Se颗粒或者S粉体按比例称量放置于石英管内；

(2)将石英管抽真空密封后置于热处理炉中，由室温升温至高温并保温一段时间，制成CZTSe或CZTS化合物块体；

(3)将块体破碎制成粒径为80微米以下的粉体；

(4)把粉体置于石墨模具中热压烧结制成CZTSe或CZTS四元靶材。

上述的一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述石英管抽真空至5×10-2Pa以下，然后将其密封。

上述的一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述由室温升温至高温的升温速率为0.5～10℃/min，所述高温为800～1200℃，所述保温时间为1～8h。

上述的一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述热压烧结的温度为500～800℃，压力为20～50MPa，保温同时保压时间为1～4h。