一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉬材料加工成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)是一種性能優(yōu)良，具有高光電轉(zhuǎn)化效率的多元半導(dǎo)體材料，以它為基礎(chǔ)設(shè)計薄膜太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率已達到20.4%，屬于世界最高水平。研究發(fā)現(xiàn)，在CIGS中摻雜少量的堿金屬Na(約5at% )能夠顯著提高其光電轉(zhuǎn)化效率。對于工業(yè)生產(chǎn)的CIGS電池板而言，需要將Na摻雜到大面積的CIGS吸收層，以提高其光電轉(zhuǎn)化效率。一般是直接使用石灰碳酸鈉玻璃(SLG)作基板生產(chǎn)CIGS電池板，以SLG作為Na源材料。在使用SLG作為Na源材料制備CIGS吸收層的過程中，必須將SLG基板加熱至約600°C以促進Na滲透至Mo背極層，從而摻雜到CIGS吸收層中，這種摻雜方法不易控制，導(dǎo)致Na分布不均勻，且SLG是硬性材料，不能做柔性太陽能電池板，因此必須開發(fā)新的Na源材料以替代SLG。目前在電池板的基板和Mo背極層間添加Mo-Na層作為Na源材料可以有效地將Na均勻摻雜到CIGS吸收層中，且容易控制。Mo-Na層由直流磁控濺射沉積而成，與制備Mo背極層的工藝相同，只需將Mo靶材換成Mo-Na靶材即可，操作簡單，適合工業(yè)生產(chǎn)使用。而且，在不銹鋼和高分子柔性基板上也可沉積Mo-Na層，從而制備柔性太陽能電池板。
[0003]作為制備柔性CIGS太陽能電池板Mo-Na層必備材料的Mo-Na濺射靶材，目前只有Plansee公司出售該產(chǎn)品。國內(nèi)對Mo-Na濺射靶材的研究及生產(chǎn)還處于起步階段，目前還沒有成熟的Mo-Na靶材相關(guān)產(chǎn)品。隨著CIGS太陽能電池技術(shù)的日益成熟，市場上對不同Na含量的Mo-Na靶材的需求必然增加，因此，為了避免國外公司對國內(nèi)市場的繼續(xù)壟斷，對不同Na含量Mo-Na濺射靶材制備技術(shù)的研究勢在必行。由于Mo元素(熔點2623°C )和Na元素(熔點97.70C )的熔點相差大，不能直接形成化合物和固溶體，并且低熔點的Na在高溫熔煉時極易揮發(fā)等原因，因此現(xiàn)有技術(shù)中制備Mo-Na濺射靶材最有效的方法是粉末冶金技術(shù)，其中Na主要以二水合鉬酸鈉(Na2MoO4)的形式存在于Mo-Na濺射靶材中。
[0004]目前，Mo-Na濺射靶材的制備方法見諸報道的有很多，從專利技術(shù)來看，主要有熱等靜壓法、常規(guī)燒結(jié)法和真空熱壓法等，從這些專利分析來看，熱等靜壓法是國內(nèi)外普遍采用的方法，該方法可以制備出合格的Mo-Na濺射靶材，但其材料利用率低且制造成本高；常規(guī)燒結(jié)法是中國專利201310033234.1中提出的，該專利中沒有考慮到Na的揮發(fā)性而不具有實際的工業(yè)應(yīng)用價值；熱壓法是中國專利201410308148.1中提出的，該方法成本相對低，但沒有提出對靶材組織的控制，而且該方法中熱壓溫度低，Mo-Na坯料致密度相對較差，且由于大量二水合鉬酸鈉(二水合鉬酸鈉熔點687°C)的揮發(fā)性污染，會造成爐腔體表面附著大量白色的二水合鉬酸鈉，Na的含量不易控制等弊端。因此，現(xiàn)有技術(shù)亟需開發(fā)一種成本低、材料利用率高且Na含量和組織可控、產(chǎn)品一致性好的制備鈉摻雜鉬平面靶材的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，該方法制備成本低、材料利用率高且靶材中Na含量和組織可控、產(chǎn)品一致性好，能夠較好的滿足工業(yè)化生產(chǎn)用鈉摻雜鉬平面靶材的需求。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一、將鉬粉和二水合鉬酸鈉的混合粉末與去離子水?dāng)嚢杈鶆颍瑖婌F干燥處理后得到鈉摻雜鉬顆粒；所述混合粉末中二水合鉬酸鈉的質(zhì)量含量為5.26%?26.3%，余量為鉬粉，所述鉬粉的平均粒度為2.0 μ m?3.0 μ m，所述鉬粉的粒度分布為I μ m?10 μ m，所述去尚子水的用量為鉬粉質(zhì)量的5%?20% ；
[0008]步驟二、將步驟一中所述鈉摻雜鉬顆粒裝入冷等靜壓模具后密封，在壓力為160MPa?200MPa的條件下進行冷等靜壓壓制，壓制后去除冷等靜壓模具，得到板坯；
[0009]步驟三、對步驟二中所述板坯進行包套處理，然后將包套處理后的板坯抽真空密封；
[0010]步驟四、在溫度為1200°C?1600°C，壓力為45MPa?55MPa的條件下將步驟三中經(jīng)抽真空密封后的板坯熱壓燒結(jié)3h?5h，然后對熱壓燒結(jié)后的板坯進行去包套處理，得到鈉摻雜鉬平面靶材。
[0011]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，步驟三中采用真空電子束焊機進行抽真空密封，所述真空電子束焊機的真空度不大于10 2Pa0
[0012]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，步驟四中采用熱壓機進行熱壓燒結(jié)，所述熱壓機的升溫速率為15°C /min?25°C /min。
[0013]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，步驟四中所述熱壓燒結(jié)的溫度為1200°C?1400°C。
[0014]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，步驟三中所述包套處理采用的包套材料為不銹鋼薄板。
[0015]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，步驟三中所述包套處理采用的包套材料為純鈦薄板。
[0016]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，所述純鈦薄板為TAl純鈦薄板或TA2純鈦薄板。
[0017]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，所述包套材料的厚度為Imm ?2mm ο
[0018]上述的一種鈉摻雜鉬平面靶材的制備方法，其特征在于，步驟二中所述冷等靜壓模具為橡膠包套。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0020]1、本發(fā)明首先對鉬粉進行選擇，鉬粉的平均粒度不宜太小，鉬粉粒度過小，則粉末自由度越高，粉末相互之間碰撞摩擦幾率越大，相應(yīng)使物料體系能量較高，團聚度高，在后續(xù)的熱壓燒結(jié)過程中，由于大顆粒和小顆粒以及團聚顆粒所需的燒結(jié)驅(qū)動力不同，在同樣熱壓燒結(jié)的溫度下晶粒生長趨勢也不一致，容易造成板坯中晶粒組織的大小不均勻，鉬粉粒度也不宜過大，粒度過大則孔隙尺寸和擴散距離也大，熱壓燒結(jié)時形成閉孔所需能量加大，則所需熱壓燒結(jié)溫度較高；因此，本發(fā)明中選擇鉬粉的平均粒度為2.0 μ m?3.0 μ m(馬爾文粒度儀測試結(jié)果)，粒度分布范圍窄，鉬粉顆粒大小均勻，熱壓燒結(jié)所需驅(qū)動力趨于一致，因此熱壓燒結(jié)后板坯組織的晶粒大小也相對均勻。
[0021]2、本發(fā)明將鉬粉和二水合鉬酸鈉的混合粉末與水?dāng)嚢杈鶆蚝筮M行噴霧干燥處理，該處理能夠造粒得到鈉摻雜鉬顆粒，其中二水合鉬酸鈉均勻的包覆在鉬粉顆粒里面，鈉的分布也較為均為，而且在熱壓燒結(jié)過程中，鈉不會分布在晶界上，而是被包裹在晶粒內(nèi)，不會影響鈉的均勻性。
[0022]3、對于鈉摻雜鉬平面靶材的生產(chǎn)來說，傳統(tǒng)采用粉末裝填模具后熱壓的制備工藝，但是該制備工藝的弊端是粉末裝填不均勻，且熱壓收縮量大，會造成熱壓的板坯在厚度方向上的密度不一樣；而本發(fā)明中預(yù)先采用冷等靜壓的方式成型得到板坯，對板坯進行包套處理和抽真空密封處理后再進行熱壓，如此很好的避免了粉末裝填模具后熱壓的弊端，在對板坯進行包套處理后，避免了二水合鉬酸鈉的揮發(fā)性逸出，也不會污染爐體，而且有利于鈉含量的準確控制，并提高了板坯的致密度。
[0023]4、本發(fā)明熱壓燒結(jié)過程中板坯位于包套材料內(nèi)，熱壓燒結(jié)后得到的成品材料尺寸規(guī)整，只需要少量切削就可以得到所需規(guī)格尺寸的鈉摻雜鉬平面靶材，相對于傳統(tǒng)熱等靜壓制備Mo-Na濺射靶材的方法，本發(fā)明制備的板坯少切削，因此材料利用率高，所用設(shè)備造價低，具有明顯的成本優(yōu)勢。
[0024]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】