专利名称：铜铟镓硒靶材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铜铟镓硒靶材，尤其涉及一种铜铟镓硒靶材的制作方法。
背景技术：
近年来，由于环保意识的抬头，各国投入大量资源全力开发太阳能电池。在众多太阳能电池中，硅太阳能电池虽具有较佳光电转换效率且制造技术成熟，但是因上游原材料的硅晶圆供应量不足，使得终端硅太阳能电池的量产规模受到相当大的限制。染料敏化太阳能电池虽然具有较低的制造成本且因不需硅晶圆而没有受到全球性硅晶圆不足的问题， 但是需要特定的光敏染料，且仅少数厂家能供应，所以染料敏化太阳能电池仍有原材料供应稳定性的问题。铜铟镓硒太阳能电池是很有潜力的太阳能电池，主要的优点是所需原材料为铜、 铟、镓以及硒，因用量不大而不会造成原材料供应不稳定的问题，且可制作在可挠性的基板上，使得终端太阳能电池产品可具有不同的形状，扩大应用领域与使用方便性。目前的实验室技术可使光电转换率高达20 %，而软性塑料基板的光电转换率也可达14 %。在铜铟镓硒太阳能电池中，关键在于制作铜铟镓硒薄膜的过程，现有铜铟镓硒薄膜的制作过程如图1所示，包含靶材制作步骤Si、铜铟镓薄膜溅镀步骤S2以及硒化步骤 S3。在靶材制作步骤Sl中，由于镓在30°C即转换为液态，通常是以粉末冶金的方式形成铜镓合金靶材、铜铟合金靶材或铜铟镓合金靶材，接着在铜铟镓薄膜溅镀步骤S2中，以溅镀铜铟镓合金靶材、共溅镀铜镓合金靶材及铟靶材、共溅镀铜镓合金靶材及铜铟合金靶材等方式，制作出铜铟镓薄膜，接着进行硒化步骤S3，将铜铟镓薄膜在高温下通入硒蒸气或氢化硒，而形成铜铟镓硒薄膜。然而，在硒化步骤S3中，硒蒸气或氢化硒均为对人体有毒的气体，在制程以及机械保养的过程中都具有潜在的危险，且硒化步骤S3生产时间耗时较久、材料利用率不高， 使得制造成本昂贵，另外，经过硒化步骤S3所制作的铜铟镓硒薄膜，其中铜、铟、镓、硒的组成及晶相并不均勻，在晶界上常有CuxSe、h2Se3等杂项产生，而造成得良率不佳，进而减低了太阳能电池的转换效率。再者，亦有所谓铜铟镓硒(CIGQ合金靶，现有技术中为采用粉末冶金，将单一元素或合金粉末，经球磨混合均勻，高温熔融成靶材，此一形态的靶材因未化合，溅镀的过程， 易产生偏析，使成分随使用时间变化，膜质再现性不佳。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，提供一种铜铟镓硒靶材的制作方法。本发明所述的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、靶材初胚制作步骤、烧结步骤以及整型步骤。本发明主要是在铜铟镓硒化合物制作步骤依照原子比例，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勻混合，再以高温反应合成为铜铟镓硒化合物，然后在铜铟镓硒粉末制作步骤中，将铜铟镓硒化合物形成粒径小于5 μ m的铜铟镓硒粉末，再以靶材初胚制作步骤、烧结步骤以及整型步骤将铜铟镓硒粉末制作为铜铟镓硒靶材，使太阳能的铜铟镓硒薄膜能够直接以铜铟镓硒靶材溅镀而成。藉由本发明铜铟镓硒靶材的制作方法，能够在铜铟镓硒薄膜的制程中省略现有的硒化步骤，不必通入氢化硒或硒蒸气，能够确保制程的安全性，以避免工人安全问题，同时能够缩减制程时间、减少耗能、增加材料的利用率。进一步地，利用本发明方法所制作的铜铟镓硒靶材，在所溅镀的薄膜上，能有效地使薄膜的均勻度及晶相一致，没有现有技术产生杂项、组成不均的问题，提升了薄膜质量以及太阳能电池的转换效率。
图1为现有技术铜铟镓硒薄膜制作方法的流程图；图2为本发明铜铟镓硒靶材制作方法的流程图；图3为本发明铜铟镓硒粉末制作步骤的细部说明流程图；图4为本发明靶材初胚制作步骤的细部说明流程图；以及图5为本发明铜铟镓硒靶材制作方法另一实施例的流程图。
具体实施例方式以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。图2为本发明铜铟镓硒靶材制作方法的流程图。参阅图2，本发明铜铟镓硒靶材制作方法包含铜铟镓硒化合物制作步骤S10、铜铟镓硒粉末制作步骤S20、靶材初胚制作步骤 S30、烧结步骤S40以及整型步骤S50。铜铟镓硒化合物制作步骤S10，主要是形成原子比例为CuxInl-yfeiySez，其中χ = 0 1. 2，y = 0 1，Z = 1. 6 2. 4的铜铟镓硒化合物，铜铟镓硒化合物制作步骤SlO是依照上述的原子比例，在一容器中置入将铜、铟、镓的金属粉末或合金粉末及硒粉，如铜铟合金粉、铟镓合金粉以及硒粉、铜镓合金、铟粉以及硒粉、铜铟合金粉、铜镓合金粉以及硒粉、 以及铜铟镓合金粉以及硒粉的其中之一，然后在容器中加入具有高于240°C的沸点及pH值 7 10的弱碱性有机溶剂，并加热高于200°C的反应温度，使铜、铟、镓等金属或合金粉末与硒粉均勻混合并进行一合成反应，以合成硒化多元金属化合物，即铜铟镓硒化合物。之后在经过降温、析出、过滤、清洗、干燥等处理，而形成粉体状的铜铟镓硒化合物。铜铟镓硒粉末制作步骤S20，是将铜铟镓硒化合物制作步骤SlO所制作的铜铟镓硒化合物，制作为粒径小于5 μ m的铜铟镓硒颗粒粉末。参阅图3，为本发明铜铟镓硒粉末制作步骤的细部说明流程图。如图3所示，铜铟镓硒粉末制作步骤S20包含球磨步骤S21以及干燥造粒步骤S23。球磨步骤S21是将粉体状的铜铟镓硒化合物放置于含有研磨球的容器中，加入至少一增添剂，增添剂至少包含助烧结剂、黏结剂以及添加剂，以湿式球磨的方式，将铜铟镓硒化合物研磨为铜铟镓硒浆料，并予以充分地分散。干燥造粒步骤S23，是将铜铟镓硒浆料置入一喷雾干燥机，以连续干燥的方式，将铜铟镓硒浆料瞬间干燥为粒径小于 5μm的铜铟镓硒粉末。靶材初胚制作步骤S30是将铜铟镓硒粉末制作步骤S20所制作出的铜铟镓硒粉末制作为靶材初胚。参阅图4，为本发明靶材初胚制作步骤的细部说明流程图。如图4所示， 靶材初胚制作步骤包含成型步骤S31、强化步骤S33以及脱腊步骤S35。成型步骤S31是将铜铟镓硒粉末以成型机压制为靶材的胚体。强化步骤S33是以冷等均压机(CIP)或热等均压机(HIP)，将成型步骤S31所形成的胚体加压，以将该胚体实密化。脱腊步骤S35是将实密化后的胚体装设真空炉中，以去除球磨步骤S21所加入的黏结剂及添加剂，而形成烧结前的初胚。烧结步骤S40，是将初胚装设于高温炉中，以真空环境或是通入惰性气体或还原气体的环境下，在450°C 900°C下烧结1 10小时，较佳为在550°C下烧结6小时，以去除黏结剂并形成一烧结胚体。整型步骤S50，是将烧结胚体表面的突起去除，并黏结导电背板，而完成铜铟镓硒靶材。参阅图5，为本发明铜铟镓硒靶材制作方法另一实施例的流程图。如图5所示，本发明铜铟镓硒靶材制作方法与图2至图4的方法相似。但省略了强化步骤S33，改以加压烧结步骤S45替代烧结步骤S40。加压烧结步骤S45将初胚装设于一高温炉，在通入惰性气体或还原气体的环境下，在900 2000千帕(KPa)的一高压下直接烧结初胚，以形成一烧结胚体，即在一步骤中同时达到实密化及烧结的目的。藉由本发明实施例所制作的铜铟镓硒靶材，可以直接地用以溅镀铜铟镓硒薄膜， 而可以省略现有的硒化步骤。以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
权利要求
1.一种铜铟镓硒靶材的制作方法，其特征在于，包含一铜铟镓硒化合物制作步骤，依照一原子比例，在一容器中加入铜、铟、镓的金属或合金粉末、硒粉以及一有机溶剂，再将该容器加热至一反应温度，而使该铜、铟、镓的金属或合金粉与该硒粉均勻混合并进行一合成反应，以合成一铜铟镓硒化合物；一铜铟镓硒粉末制作步骤，包含一球磨步骤以及一干燥造粒步骤，该球磨步骤是将该铜铟镓硒化合物放置于一含有研磨球的容器中，并加入至少一增添剂，以一湿式球磨方式， 将该铜铟镓硒化合物研磨为一铜铟镓硒浆料，该干燥造粒步骤是将该铜铟镓硒浆料置入一喷雾干燥机，将铜铟镓硒浆料瞬间干燥为粒径小于5 μ m的铜铟镓硒粉末；一靶材初胚制作步骤，包含一成型步骤、一强化步骤以及一脱腊步骤，该成型步骤是将该铜铟镓硒粉末以一成型机压制为一胚体，该强化步骤是将该胚体加压，使该胚体实密化， 该脱腊步骤是将实密化的该胚体装设一真空炉中，以去除所述增添剂的一部分，而形成烧结前的一初胚；一烧结步骤，是将该初胚装设于一高温炉中，在一真空环境或至少通入一惰性气体以及一还原气体的其中之一的环境下烧结，以形成一烧结胚体；一整型步骤，是将该烧结胚体表面的突起去除，并黏结一导电背板，而完成一铜铟镓硒靶材。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该强化步骤是一冷等均压机或一热等均压机将该胚体实密化。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该烧结步骤是在450°C 900°C下烧结 1 10小时。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该原子比例为CuxInl-yfeySez，其中χ =0 1. 2，y = 0 1，ζ = 1. 6 2. 4。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该有机溶剂具有一高于的沸点及一 pH值7 10的弱碱性，且该反应温度为高于200°C。
6.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述增添剂包含一助烧结剂、一黏结剂、一添加剂的至少其中之一。
7.一种铜铟镓硒靶材的制作方法，其特征在于，包含一铜铟镓硒化合物制作步骤，依照一原子比例，在一容器中加入铜、铟、镓的金属或合金粉末、硒粉以及一有机溶剂，再将该容器加热至一反应温度，而使该铜、铟、镓的金属或合金粉与该硒粉均勻混合并进行一合成反应，以合成一铜铟镓硒化合物；一铜铟镓硒粉末制作步骤，包含一球磨步骤以及一干燥造粒步骤，该球磨步骤是将该铜铟镓硒化合物放置于一含有研磨球的容器中，并加入至少一增添剂，以一湿式球磨方式， 将该铜铟镓硒化合物研磨为一铜铟镓硒浆料，该干燥造粒步骤是将该铜铟镓硒浆料置入一喷雾干燥机，将铜铟镓硒浆料瞬间干燥为粒径小于5 μ m的铜铟镓硒粉末；一靶材初胚制作步骤，包含一成型步骤以及一脱腊步骤，该成型步骤是将该铜铟镓硒粉末以一成型机压制为一胚体，该脱腊步骤是该胚体装设一真空炉中，以去除所述增添剂的一部分，而形成烧结前的一初胚；一加压烧结步骤，是将初胚装设于一高温炉，在至少通入一惰性气体以及一还原气体的其中之一的环境，在一高压下烧结该初胚，以形成一烧结胚体；一整型步骤，是将该烧结胚体表面的突起去除，并黏结一导电背板，而完成一铜铟镓硒靶材。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该原子比例为CuxInl-yfeySez，其中χ =0 1. 2，y = 0 1，ζ = 1. 6 2. 4。
9.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该有机溶剂具有一高于240°C的沸点及一 pH值7 10的弱碱性，且该反应温度为高于200°C。
10.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述增添剂包含一助烧结剂、一黏结剂、一添加剂的至少其中之一。
11.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该高压的范围为900 2000千帕。
12.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，该加压烧结步骤是在450°C 90(TC下烧结1 10小时。
全文摘要
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5μm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。
文档编号C23C14/34GK102199751SQ20101013208
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者锺润文 申请人:慧濠光电科技股份有限公司