本发明涉及一种铜铟镓硒靶材的制备方法。
背景技术：
学术界和产业界普遍认为太阳能电池的发展已经进入了第三代。第三代太阳能电池就是铜铟镓硒cigs等化合物薄膜太阳能电池及薄膜si系列太阳能电池。铜铟镓硒太阳能电池是薄膜太阳能电池中转换效率最高的电池，具有很好的发展潜力。由于铜铟镓硒薄膜太阳能电池具有敏感的元素配比和复杂的多层结构，因此，其对制备方法和制备条件的要求极为苛刻，产业化进程十分缓慢。目前，制备铜铟镓硒薄膜常用的方法是“硒化”的方法。“硒化”的方法主要步骤包括：先把cu-in-ga熔炼成合金，并制备成可以用于溅射的靶材，然后通过溅射工艺，在mo层上形成cu-in-ga薄膜，再将se加热蒸发成气体，使se原子沉积在cu-in-ga层上并通过原子扩散与cu-in-ga进行反应生成guinxgax-1se2化合物。上述“硒化”方法的缺点在于：生产周期长、生产效率低；能耗高；se不仅具有剧毒，容易造成安全事故，而且气态se对其他金属具有很强的腐蚀性，容易造成泄露se蒸汽；制备的薄膜中，se的分布不均匀等。这种方法制备铜铟镓硒太阳能电池的成本很高。生产铜铟镓硒太阳能电池较为理想的方法是一步溅射法，就是将已经制备好的铜铟镓硒靶材通过一次溅射即可制备出均匀的铜铟镓硒薄膜。铜铟镓硒靶材是采用一次溅射法制备铜铟镓硒薄膜的基础，而铜铟镓硒合金又是制备铜铟镓硒靶材的基础。目前，工业合成铜铟镓硒靶材还存在不少问题，比如：生产周期长，产量低，产品不稳定，腐蚀设备等。
技术实现要素：
针对所提到的问题，本发明提供了一种铜铟镓硒靶材的制备方法，步骤包括：
1)按重量份数比为8～10：23～26：7～9选取铜、铟、镓原料，破碎成粗粉，混合均匀；
2)将破碎后的粗粉进行气流磨制，制得粉末，所述粉末粒度为4.5～5.5μm；
3)将气流磨制后的混合粉末装入反应釜中，抽真空后向反应釜内充入氩气，所述氩气的压强为0.3～0.5mpa，流量为30～40cc/min；
4)将所述反应釜升温至300～400℃，保温1～3h；
5)将所述反应釜升温至600～800℃，保温2～4h；
6)将所述反应釜升温至900～1100℃，保温3～5h；
7)冷却所述反应釜至80～100℃，得到铜铟镓合金；
8)将所述铜铟镓合金与硒粉分别装入石英管的两端，并对石英管进行抽真空操作，真空度达到1×10-1～1×10-4后封闭石英管；
9)采用管式炉对装有铜铟镓合金一端加热至1050～1100℃，并保持温度；
10)管式炉加热装有铜铟镓合金一端的同时加热装有硒粉一端，所述硒粉一端升温至400～450℃，保温20～30min，然后加热至500～550℃，保温6～9h，然后加热至800℃，并保持温度；
11)将装有铜铟镓合金一端降温至800℃，使铜铟镓与硒在800℃下反应20～30h；
12)关闭管式炉，停止加热，冷却至室温，得到铜铟镓硒合金锭；
13)将所述铜铟镓硒合金锭破碎成直径为1～3mm的合金块，置于球磨机内以300～500r/min的转速球磨0.5～1h，再过100目以上筛，获得铜铟镓硒粉末；
14)将铜铟镓硒粉末以一成型机压制为一胚体，进行胚体加压，使该胚体实密化；
15)将加压后的胚体放入脱蜡釜中，脱蜡的方法为以丙烷气体作为加热媒介，并与空气以15：1的比例充分混合、燃烧及转化后，经过喷嘴通入温度为650～700℃的快速脱蜡釜内，对胚体进行辐射加热脱蜡；
16)将脱蜡后的胚体装入真空热压炉中，热压炉缓慢升温至500～700℃，保持3～5h，再升温至700～800℃，保持2～4h，再缓慢降温至常温，制得铜铟镓硒靶材。
优选方案是：采用氢爆破碎铜、铟、镓原料。
优选方案是：单质铜、铟、镓、硒为是纯度99.999％的5n铜、5n铟、5n镓和5n硒。
优选方案是：所述升温速率为90～100℃/h。
优选方案是：所述反应釜为一体式完全封闭结构。
优选方案是：所述反应釜以角速度0.8度/秒摇摆运动。
本发明的有益效果如下：
1、在完全密闭的空间中反应，避免因泄露而造成的对设备和环境的污染；
2、反应釜随加热炉摇摆运动，使铜铟镓硒能够充分反应，得到高精度配比的铜铟镓硒合金；
3、反应釜内充入的氩气，降低了爆炸概率和强度；
4、缩短了反应时间，利于工业化生产。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
本实施例提供了一种铜铟镓硒靶材的制备方法，步骤包括：
1)按重量份数比为8：23：7选取铜、铟、镓原料，采用氢爆破碎成粗粉，混合均匀，单质铜、铟、镓、硒为是纯度99.999％的5n铜、5n铟、5n镓和5n硒；
2)将破碎后的粗粉进行气流磨制，制得粉末，所述粉末粒度为4.5μm；
3)将气流磨制后的混合粉末装入反应釜中，抽真空后向反应釜内充入氩气，所述氩气的压强为0.3mpa，流量为30cc/min，所述反应釜为一体式完全封闭结构，所述反应釜以角速度0.8度/秒摇摆运动；
4)将所述反应釜升温至300℃，保温1h；
5)将所述反应釜升温至600℃，保温2h；
6)将所述反应釜升温至900℃，保温3h；
7)冷却所述反应釜至80℃，得到铜铟镓合金；
8)将所述铜铟镓合金与硒粉分别装入石英管的两端，并对石英管进行抽真空操作，真空度达到1×10-1～1×10-4后封闭石英管；
9)采用管式炉对装有铜铟镓合金一端加热至1050℃，升温速率为90℃/h，并保持温度；
10)管式炉加热装有铜铟镓合金一端的同时加热装有硒粉一端，所述硒粉一端升温至400℃，保温20min，然后加热至500℃，保温6h，然后加热至800℃，并保持温度；
11)将装有铜铟镓合金一端降温至800℃，使铜铟镓与硒在800℃下反应20h；
12)关闭管式炉，停止加热，冷却至室温，得到铜铟镓硒合金锭；
13)将所述铜铟镓硒合金锭破碎成直径为1mm的合金块，置于球磨机内以300r/min的转速球磨0.5h，再过100目以上筛，获得铜铟镓硒粉末；
14)将铜铟镓硒粉末以一成型机压制为一胚体，进行胚体加压，使该胚体实密化；
15)将加压后的胚体放入脱蜡釜中，脱蜡的方法为以丙烷气体作为加热媒介，并与空气以15：1的比例充分混合、燃烧及转化后，经过喷嘴通入温度为650℃的快速脱蜡装釜内，对胚体进行辐射加热脱蜡；
16)将脱蜡后的胚体装入真空热压炉中，热压炉缓慢升温至500℃，保持3h，再升温至700℃，保持2h，再缓慢降温至常温，制得铜铟镓硒靶材。
本实施例制备的铜铟镓旋转靶材组织致密，成分均匀，无裂纹，相对密度为97.6％，氧含量≤200ppm。
实施例2
本实施例提供了一种铜铟镓硒靶材的制备方法，步骤包括：
1)按重量份数比为10：26：9选取铜、铟、镓原料，采用氢爆破碎成粗粉，混合均匀，单质铜、铟、镓、硒为是纯度99.999％的5n铜、5n铟、5n镓和5n硒；
2)将破碎后的粗粉进行气流磨制，制得粉末，所述粉末粒度为5.5μm；
3)将气流磨制后的混合粉末装入反应釜中，抽真空后向反应釜内充入氩气，所述氩气的压强为0.5mpa，流量为40cc/min，所述反应釜为一体式完全封闭结构，所述反应釜以角速度0.8度/秒摇摆运动；
4)将所述反应釜升温至400℃，保温3h；
5)将所述反应釜升温至800℃，保温4h；
6)将所述反应釜升温至1100℃，保温5h；
7)冷却所述反应釜至100℃，得到铜铟镓合金；
8)将所述铜铟镓合金与硒粉分别装入石英管的两端，并对石英管进行抽真空操作，真空度达到1×10-1～1×10-4后封闭石英管；
9)采用管式炉对装有铜铟镓合金一端加热至1100℃，升温速率为100℃/h，并保持温度；
10)管式炉加热装有铜铟镓合金一端的同时加热装有硒粉一端，所述硒粉一端升温至450℃，保温30min，然后加热至550℃，保温9h，然后加热至800℃，并保持温度；
11)将装有铜铟镓合金一端降温至800℃，使铜铟镓与硒在800℃下反应30h；
12)关闭管式炉，停止加热，冷却至室温，得到铜铟镓硒合金锭；
13)将所述铜铟镓硒合金锭破碎成直径为3mm的合金块，置于球磨机内以500r/min的转速球磨1h，再过100目以上筛，获得铜铟镓硒粉末；
14)将铜铟镓硒粉末以一成型机压制为一胚体，进行胚体加压，使该胚体实密化；
15)将加压后的胚体放入脱蜡釜中，脱蜡的方法为以丙烷气体作为加热媒介，并与空气以15：1的比例充分混合、燃烧及转化后，经过喷嘴通入温度为700℃的快速脱蜡装置的炉膛内，对胚体进行辐射加热脱蜡；
16)将脱蜡后的胚体装入真空热压炉中，热压炉缓慢升温至700℃，保持5h，再升温至800℃，保持4h，再缓慢降温至常温，制得铜铟镓硒靶材。
本实施例制备的铜铟镓旋转靶材组织致密，成分均匀，无裂纹，相对密度为98％，氧含量≤200ppm。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。