[发明专利]铜铟镓硒靶材及其制备方法和太阳能电池

说明书

本申请提供一种铜铟镓硒靶材及其制备方法和太阳能电池，涉及材料领域。铜铟镓硒靶材的制备方法，包括：采用气雾化法制备CuInGa三元合金粉，将所述CuInGa三元合金粉与Se粉混合，然后依次进行低温烧结和高温烧结得到铜铟镓硒粉末，将所述铜铟镓硒粉末采用热等静压法制备得到铜铟镓硒靶材。铜铟镓硒靶材，使用所述的铜铟镓硒靶材的制备方法制得。太阳能电池，其原料包括所述的铜铟镓硒靶材。该制备方法得到的CIGS靶材致密度好、能够避免大范围的偏析、成分配比精准；可以一步溅射直接得到CIGS薄膜太阳能电池吸收层，省略溅射后的硒化步骤，缩短了工艺流程、节省了成本，提升了CIGS吸收层的质量。

技术领域

本申请涉及材料领域，尤其涉及一种铜铟镓硒靶材及其制备方法和太阳能电池。

背景技术

铜铟镓硒靶材是制备薄膜太阳能电池吸收层的重要原料，其制备工艺的选择决定了靶材的质量，进而决定了薄膜太阳能电池的质量和成本。

现有技术中已经公开了多种铜铟镓硒靶材的制备方法，例如：

申请号为202111092127.7的中国专利公开如下内容：一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法。本发明提供一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法，包括以下步骤，步骤1，以Cu、In、Ga和Se为原料按比例混合，并采用真空气雾化制备出球型粉末；步骤2，对背管进行喷砂粗化；步骤3，将背管装配到喷涂设备上并选择喷涂工艺，将球型粉末喷涂在背管上形成靶材；步骤4，对靶材进行后处理加工。通过采用铜铟镓硒粉末制备、背管喷砂、喷涂、后处理的流程工艺进行铜钢硒靶材的制备加工，所得靶材≥98%，良率高，粉末利用率高，易于规模化生产。

公开号为CN 102199751A的中国专利公开如下内容：铜铟镓硒靶材的制作方法。本发明公开了一种铜铟镓硒靶材的制作方法，包含铜铟镓硒化合物制作步骤、铜铟镓硒粉末制作步骤、靶材初坯制作步骤、烧结步骤以及整型步骤，主要是依照原子比例，将铜、铟、镓的金属粉末或其合金粉末以及硒粉以有机溶剂均匀混合，再以高温反应合成为铜铟镓硒化合物，再将铜铟镓硒化合物形成粒径小于5 μm的粉末，然后制作为铜铟镓硒靶材。藉由本发明铜铟镓硒靶材制作铜铟镓硒薄膜，可以省略硒化步骤，以确保制程的安全性，同时能够缩减制程时间、减少耗能、增加材料的利用率，进一步改善薄膜的均匀度及晶相，更提升太阳能电池的转换效率。

公开号为CN 104805407 A的中国专利公开如下内容：本发明涉及一种溅射靶，由Cu_y(In_1-xGa_x)Se₂粉末及单质Se粉末混合后烧结形成，该溅射靶中含有Cu_y(In_1-xGa_x)Se_2+z。本发明还涉及一种溅射靶的制备方法，包括将Cu_y(In_1-xGa_x)Se₂粉末和单质Se粉末在液态介质中进行球磨混合，再将球磨后的混合物烘干去除该液态介质；以及采用热压烧结、常压烧结或热等静压烧结工艺，对球磨后得到的混合体在400℃~900℃进行烧结。

清华大学李晓龙博士的博士论文中，以Cu、In、Ga的硒化物，采用热压烧结的方法制备CIGS靶材，是最常规的工艺。

铜铟镓硒靶材制备过程中主要存在以下两个问题：

1.成分配比偏差不易控制；首先，铜铟镓硒四种元素的熔、沸点差异性很大，而CuInGaSe的合成温度通常在400-900℃之间，这一区间内铜难以熔化、硒可能会挥发，如申请号为202111092127.7的中国专利采用四种单质直接气雾化法制备CIGS球型粉，容易造成低熔点元素损失，原料利用率低；其次，Cu-In-Ga-Se四元体系中，存在很多种中间产物，比如在300~450℃之间，会生成易挥发的In₂Se和Ga₂Se，造成元素比例难以控制。