[發明專利]一種銅鋅錫硫四元靶材的制備方法

在審

• 申請號: 201410659317.6
• 申請日: 2014-11-19
• 公開（公告）號: CN104404456A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 張寧;余新平;容構華;劉鵬
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，特別涉及一種銅鋅錫硫四元靶材的制備方法。

背景技術

銅鋅錫硫具有來源豐富，價格便宜和無毒無害等特點，其禁帶寬度為1.4～1.5eV，而且其吸收系數大于10⁴cm^-1，可作為理想的太陽能電池吸收層材料。相對CIGS太陽能薄膜電池，CZTS的優勢在于它的廉價和無毒無害，其組成元素在地殼中的含量較為豐富，因此CZTS成為最具潛力的替代CIGS的新型薄膜太陽能電池吸收層材料。

近年來，各研究機構掀起了對銅鋅錫硫系薄膜太陽能電池開發熱潮。銅鋅錫硫吸收層材料的制備方法各式各樣，其中磁控濺射法和電鍍法是兩種最具有工業化應用前景的制備方法。2012年，Chawla和Clemens用共濺射法制備Cu₂ZnSnS₄薄膜太陽能電池吸收層，其電池器件轉化效率達到了9.3％。

靶材是濺射鍍膜過程中的重要原材料，靶材的成分配比和物理性能直接影響薄膜的光電性能。當前，已存在相關研究單位著力發展四元化合物靶材一步濺射法，該方法具有工藝流程簡單，制備薄膜成分均勻等特點。申請號為201110432162.9的專利公開了一種銅鋅錫硫陶瓷靶材及其真空熱壓制備方法，其特征在于采用硫化銅、硫化鋅、硫化錫粉按照摩爾比2:1:1配料，真空至10^-1～10^-2Pa，然后升溫到800～1400℃，升溫過程中不斷軸向加壓，加壓到10～30Mpa時，開始保溫、保壓，進行燒結得到銅鋅錫硫靶材。

發明內容

本發明目的在于提供一種銅鋅錫硫靶材的制備方法，實現低溫燒制銅鋅錫硫四元靶材，為大面積生產高效率器件提供原材料支持，同時簡化濺射鍍膜工藝，特別適用于高效率、低成本的CZTS薄膜太陽能電池的工業化生產。

本發明具體采用以下技術方案。

一種銅鋅錫硫四元靶材的制備方法，其特征在于：按照化學計量比將純度≥4N的高純硫化亞銅Cu₂S、硫化鋅ZnS、二硫化錫SnS₂粉末混合均勻；然后將混合粉末烘干、過篩；然后將混合均勻的粉末置于模具中通過熱壓燒結制備CZTS四元靶材。

一種銅鋅錫硫(CZTS)四元靶材的制備方法，其特征在于，所述制備方法包含以下步驟：

(1)按照化學計量比Cu_2xZn_ySnS_(x+y+2)將純度≥4N的高純硫化亞銅Cu₂S、硫化鋅ZnS、二硫化錫SnS₂粉末經球磨充分混合均勻；

(2)將混合粉末烘干、過篩；

(3)將混合均勻的粉末置于模具中，在保護性氣氛中，通過熱壓燒結工藝制成CZTS四元靶材。

本申請還進一步優選包括以下技術方案：

步驟(1)中所述化學計量比為：0.5≤2x/(1+y)≤1.2，0.7≤y≤1.8。

在步驟(1)中，所述球磨介質為無水乙醇、去離子水或者空氣中的一種，球磨時間為1～24h。

在步驟(3)中，熱壓燒結時爐內(是否指磨具中的本底真空度)的本底真空≤3×10^-2Pa，燒結溫度為300～800℃，升溫速率3-30℃/min，熱壓壓力為10～80MPa，保溫時間為0.5～12h，保溫結束后卸壓，隨爐冷卻至200℃以下取出。

在步驟(3)中，所述保護性氣氛為真空或者充入保護性氣體，當為真空時，所述真空氣壓為20Pa以下；當為保護性氣體時，所述保護性氣體為氫氣、氮氣或氬氣，保護性氣體氣壓為1atm。

本發明的功能要點有二個方面，其一是實現低溫熱壓燒制銅鋅錫硫靶材，其二是實現不同成分配比的銅鋅錫硫靶材燒制。

本發明具有以下有益技術效果：

為實現高效率、低成本和環保的薄膜太陽能電池所需靶材，為高效率器件制備所需成分的吸收層材料，本發明提出的一種銅鋅錫硫四元靶材的制備方法具有熱壓溫度低，成型性好，密度高等特點。本發明工藝簡單，制得的CZTS靶材成分均勻，相對密度達到90％以上，濺射性能良好，主要用于高效率、低成本的CZTS薄膜太陽能電池的制備與規模化生產。

具體實施方式

下面結合具體你實施例對本發明的技術方案做進一步詳細介紹。