专利名称：一种铜铟镓硒合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铜铟镓硒合金的制备方法，特别是指一种以单质铜、铟、镓、硒为 原料，在高真空环境中通过分段水平加热方式形成铜铟镓硒合金的方法。
背景技术：
铜铟镓硒CIGS是太阳能薄膜电池CuIr^GadySh的简写，其具有稳定性好、抗辐照 性能好、成本低、效率高等优点。小样品CIGS薄膜太阳能电池的最高转化效率2008年3月 刷新为19.9%，由美国可再生能源实验室采用三步蒸发法制备。大面积电池组件转化效率 及产量根据各公司制备工艺不同而有所不同，一般在10% 15%范围内。我国CIGS薄膜 技术还处于实验室阶段，南开大学光电子研究所在CIGS研究上处于国内领先水平，转换效 率可达到13%以上。铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等特点，光 电转换效率居各种薄膜太阳能电池之首，接近晶体硅太阳电池，而成本则是晶体硅电池的 三分之一，被国际上称为“下一时代非常有前途的新型薄膜太阳电池”。此外，该电池具有柔 和、均勻的黑色外观，是对外观有较高要求场所的理想选择，如大型建筑物的玻璃幕墙等， 在现代化高层建筑等领域有很大市场。
发明内容
本发明的目的是提供一种以单质铜、铟、镓、硒为原料，在高真空环境中通过分段 水平加热方式形成铜铟镓硒合金的方法。根据上述目的设计了一种铜铟镓硒合金的制备方法，该方法以铜、铟、镓、硒为原 料，在高真空石英管中通过分段加热形成铜铟镓硒合金，具体步骤如下(1)将单质铜、铟、镓和硒破碎后按质量比为12 28 10 50的配比配料，粉碎 后的铜、铟、镓按配比配料后混合均勻；(2)把铜、铟、镓的混合料装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟装，再将 两石英舟依次水平置于石英管内；(3)对石英管进行抽真空操作，真空度达到IXKT1 lX10_4Pa后封闭石英管；(4)将石英管水平置于具有两段加热温区的加热炉中加热升温和恒温，加热方式 为分温区加热和恒温，低温区恒温温度为500 800°C用于对装有硒的小石英舟加热，高温 区恒温温度为800 1200°C用于对装有铜、铟、镓混合料的大石英舟加热；(5)在上述温度下同时恒温10 20小时，然后停止加热；当温度降至室温后出 炉，得到铜铟镓硒合金。其中，所述的单质铜、铟、镓、硒是纯度99. 999%的5N铜、5N铟、5N镓和5N硒；所 述升温加热过程中的升温速率为80 100°C /小时。本发明为制备铜铟镓硒CIGS合金提供了一种选择。由本发明方法制备铜铟镓硒 CIGS合金，设备投资少、工艺流程简单、产品杂质含量低、性能一致性好、质量高。
附图1是本发明方法制备铜铟镓硒合金流程示意图；附图2是本发明合成铜铟镓 硒合金过程中盛装原料的炉体及原料的示意简图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。参照图1。本发明提供了一种铜铟镓硒合金的制备方法，该方法以铜、铟、镓、硒为 原料，在高真空石英管中通过分段加热形成铜铟镓硒合金，具体步骤如下(1)将单质铜、铟、镓和硒破碎后按质量比为12 28 10 50的配比配料，粉碎 后的铜、铟、镓按配比配料后混合均勻；(2)把铜、铟、镓的混合料装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟装，再将 两石英舟依次水平置于石英管内；(3)对石英管进行抽真空操作，真空度达到IXKT1 lX10_4Pa后封闭石英管；(4)将石英管水平置于具有两段加热温区的加热炉中加热升温和恒温，加热方式 为分温区加热和恒温，低温区恒温温度为500 800°C用于对装有硒的小石英舟加热，高温 区恒温温度为800 1200°C用于对装有铜、铟、镓混合料的大石英舟加热；(5)在上述温度下同时恒温10 20小时，然后停止加热；当温度降至室温后出 炉，得到铜铟镓硒合金。其中，所述的单质铜、铟、镓、硒为是纯度99. 999%的5N铜、5N铟、5N镓和5N硒； 所述升温加热过程中的升温速率为80 100°C /小时。另外，因铜的熔点1080°C、沸 点2567°C，铟的熔点156. 6°C、沸点2080°C，镓的熔点29. 78°C、沸点2403°C，而硒的熔点 217°C、沸点仅684. 9°C，故将单质硒单独放于一石英舟内，硒于低温区就已达到熔融和蒸发 状态，故在狭小的石英管空间内，硒蒸汽与铜、铟、镓的熔融或半熔融料自然结合形成合金。根据上述步骤，列举以下具体实施例为参考。实施例1一种铜铟合金制备方法，制备工序如下(1)将5N铜、5N铟、5N镓、5N硒粉碎后按质量比为12 28 10 50的配比进 行配料Wcg，粉碎后的铜、铟、镓按配比配料后混合均勻；(2)把铜、铟、镓的混合料装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟装，再将 两石英舟依次水平置于石英管内；(3)对石英管进行抽真空操作，真空度达到IX IOla后封闭石英管；(4)将石英管水平置于具有两段加热温区的加热炉中加热升温和恒温，加热方式 为分温区加热和恒温，低温区恒温温度为800°C用于对装有硒的小石英舟加热，高温区恒温 温度为1000°C用于对装有铜、铟、镓混合料的大石英舟加热；(5)在上述温区下同时恒温10小时，然后停止加热；当温度降至室温后出炉，得到 铜铟镓硒合金。实施例2一种铜铟合金制备方法，制备工序如下
4
(1)将5N铜、5N铟、5N镓、5N硒按质量比为12 28 10 50的配比进行配料 ^g，粉碎后的铜、铟、镓按配比配料后混合均勻；(2)把铜、铟、镓的混合料装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟装，再将 两石英舟依次水平置于石英管内；(3)对石英管进行抽真空操作，真空度达到1X10_2I^后封闭石英管；(4)将石英管水平置于具有两段加热温区的加热炉中加热升温和恒温，加热方式 为分温区加热和恒温，低温区恒温温度为500°C用于对装有硒的小石英舟加热，高温区恒温 温度为800°C用于对装有铜、铟、镓混合料的大石英舟加热；(5)在上述温区下同时恒温15小时，然后停止加热；当温度降至室温后出炉，得到 铜铟镓硒合金。实施例3一种铜铟合金制备方法，制备工序如下(1)将5N铜、5N铟、5N镓、5N硒按质量比为12 28 10 50的配比进行配料 i^kg，粉碎后的铜、铟、镓按配比配料后混合均勻；(2)把铜、铟、镓的混合料装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟装，再将 两石英舟依次水平置于石英管内；(3)对石英管进行抽真空操作，真空度达到IX 10-4! 后封闭石英管；(4)将石英管水平置于具有两段加热温区的加热炉中加热升温和恒温，加热方式 为分温区加热和恒温，低温区恒温温度为650°C用于对装有硒的小石英舟加热，高温区恒温 温度为1100°C用于对装有铜、铟、镓混合料的大石英舟加热；(5)在上述温区下同时恒温20小时，然后停止加热；当温度降至室温后出炉，得到 铜铟镓硒合金。图2给示了本发明方法所使用的加热炉和加热过程的基本示意。图中，1是放入炉 体中的石英管，3是高温区炉体及加热装置，4是放入石英管中的大石英舟，2是盛装在大石 英舟中的铜、铟、镓混合料，5是低温区炉体及加热装置，6是小石英舟和其盛装的硒。以上公开的实施例仅用来解释本发明的处理方法，根据本发明公开内容作的等同 变化仍属于发明保护范围。
权利要求
1.一种铜铟镓硒合金的制备方法，该方法以铜、铟、镓、硒为原料，在高真空石英管中通 过分段加热形成铜铟镓硒合金，具体步骤如下(1)将单质铜、铟、镓和硒破碎后按质量比为12 28 10 50的配比配料，粉碎后的 铜、铟、镓按配比配料后混合均勻；(2)把铜、铟、镓的混合料装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟装，再将两石 英舟依次水平置于石英管内；(3)对石英管进行抽真空操作，真空度达到IXKT1 lX10_Va后封闭石英管；(4)将石英管水平置于具有两段加热温区的加热炉中加热升温和恒温，加热方式为分 温区加热和恒温，低温区恒温温度为500 800°C用于对装有硒的小石英舟加热，高温区恒 温温度为800 1200°C用于对装有铜、铟、镓混合料的大石英舟加热；(5)在上述温度下同时恒温10 20小时，然后停止加热；当温度降至室温后出炉，得 到铜铟镓硒合金。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒合金的制备方法，其特征是所述的单质铜、铟、镓、 硒为是纯度99. 999%的5N铜、5N铟、5N镓和5N硒。
3.根据权利要求2所述的铜铟镓硒合金的制备方法，其特征是所述的升温速率为 80 100°C /小时。
全文摘要
一种铜铟镓硒合金的制备方法，将单质铜、铟、镓及硒破碎后按质量比取料，铜、铟、镓混合配料后装入洁净的大石英舟，硒单独装入另一小石英舟，再将两个石英舟依次水平置于石英管内，对石英管进行抽真空操作后封闭石英管，将石英管平置于加热炉中加热升温和恒温，加热方式为同步分段加热和恒温，低温段恒温温度为500～800℃，高温段恒温温度为800～1200℃，即加热炉分为两段温区，恒温10～20小时后降温至室温后出炉，即得铜铟镓硒合金。由本发明方法制备铜铟镓硒CIGS合金，设备投资少、工艺流程简单、产品杂质含量低、性能一致性好、质量高。
文档编号C22C1/10GK102071329SQ20101057143
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者朱世会, 朱世明, 朱刘 申请人:广东先导稀有材料股份有限公司