[發明專利]一種銅銦鎵硒靶材的無壓燒結制備方法

有效

• 申請號: 201310636716.6
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103626495A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 黃富強;劉戰強;王耀明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/547
• 分類號: C04B35/547;C04B35/622
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

技術領域

本發明涉及無機化合物陶瓷靶的制備技術，主要涉及銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽電池光吸收層前驅靶材的制備方法，屬于光伏材料新能源技術領域。

背景技術

能源和環境是人類社會可持續發展的兩大戰略問題，清潔可再生能源的開發和利用顯得越來越重要和緊迫。太陽能是一種清潔、豐富、而且不受地域限制的可再生能源，太陽能的有效開發和利用具有十分重要的意義。太陽電池是人類有效利用太陽能的主要形式之一。銅銦鎵硒（Cu(In,Ga)Se₂，簡稱CIGS）薄膜太陽電池是新一代最有前途的太陽電池，它具有成本低、效率高、壽命長、弱光性能好、抗輻射能力強、可柔性且環境友好等多方面的優點。自20世紀90年代以來，CIGS在所有薄膜太陽電池中，就一直是實驗室轉換效率最高的薄膜太陽電池。2008年4月，美國可再生能源實驗室（NREL）又將其實驗室最高轉換效率刷新為19.9%（Ingrid?Repins,Miguel?A.Contreras,Brian?Egaas,Clay?DeHart,John?Scharf,Craig?L.Perkins,Bobby?To?and?Rommel?Noufi,Progress?in?Photovoltaics:Research?and?Applications,16(3),235-239,2008）；2013年1月，瑞士聯邦材料科學與技術實驗室Empa宣布，其研發的柔性襯底CIGS太陽能光伏電池已憑借20.4%的高轉換效率刷新了世界紀錄。

CIGS光吸收層的制備是CIGS薄膜太陽電池的核心工藝。目前產業界制備CIGS光吸收層的主要工藝包括蒸發法、磁控濺射Cu-In-Ga預制膜后硒化法和蒸發-濺射雜化法等。但這些方法都不可避免地在薄膜的制備過程中會出現易揮發的中間相，使薄膜最終的實際成分與名義成分差別很大；而且由于易揮發中間相的生成和揮發速度與溫度、氣壓、揮發性物質的分壓和表面氣流狀態等因素都密切相關，大面積溫場中不可控因素（分壓、氣流狀態等）的漲落，會導致大面積薄膜成分出現不可控的變化，從而導致薄膜的均勻性和重復性都難以控制，電池的生產良率無法得到保證，嚴重制約了產業化生產的大規模擴張。

近年來CIGS陶瓷靶濺射法已開始被用來制備CIGS光吸收層，可以基本解決薄膜成份可控性比較差的問題。目前CIGS陶瓷靶主要采用高溫熱壓工藝來制備（例如參見中國專利CN102199751A、CN102463349A、CN103014623A、CN101397647B等），該方法成型好，致密度高，但成本較高，同時不易于大尺寸CIGS靶材的制備。基于CIGS材料本身特性，高溫無壓燒結的CIGS陶瓷片致密度極低，無法作為濺射靶材正常應用。

因此，開發一種新型制備工藝以克服上述方法的缺陷，對銅銦鎵硒薄膜太陽電池的產業化無疑是一種巨大的推動，具有十分重要的意義。

發明內容

面對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種可以簡單、易批量生產的銅銦鎵硒（CIGS）靶的制備方法。

在此，本發明提供一種銅銦鎵硒靶材的無壓燒結制備方法，包括：

（1）硒位缺失的CIGS_1-δ粉體的制備：按CIGS_1-δ的化學計量比分別稱取銅源、銦源、鎵源和硒源，混合后真空封裝，于900～1100℃反應1～10小時制得包含第二物相(In_1-xGa_x)Se的CIGS_1-δ粉體，其中，δ為硒缺失比例，0<δ<1，0≤x≤0.5；

（2）前驅粉體的制備：將所得CIGS_1-δ粉體與Se粉體按各自的Se元素的比例為（1-δ）：δ的比例充分混勻并粉碎至規定粒度制得前驅粉體；

（3）壓制成型：將所述前驅粉體壓制成型制得前驅塊體；以及

（4）無壓燒結：將所述前驅塊體放置在密閉且負壓的保護氣氛下的燒結爐中進行無壓燒結制得銅銦鎵硒靶材。