一种CdTe溅射靶材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CdTe溅射靶材的制备方法，特别涉及一种高致密，高结晶度溅射 靶材制备方法，属于太阳能电池材料领域。
【背景技术】
[0002] 目前，CdTe溅射靶材是生产CdTe薄膜太阳能电池的重要的原材料之一，电池中 CdTe作为P型半导体，是电池的主体吸光层，它与n型窗口层CdS形成的p-n结是整个太阳 能电池最核心的部分。以CdTe溉射祀材为原料，制备CdTe太阳能电池薄膜吸收层的技术已 经较为成熟，一般是通过射频磁控溅射的方法将CdTe靶材制备成CdTe光吸收层，为了降低 成本和简化工艺，美国学者研究了在钠钙玻璃上射频磁控溅射CdTe薄膜太阳能电池吸收 层的方法（A. Fischer, D. Grecu，U. Jayamaha，et al. Radio -frequency -magnetron -sputter ed CdS/CdTe solar cells on soda - lime glass[J]. Applied Physics Letters, 1996,69 (20) :3045-3047)。
[0003] 靶材的致密度、晶粒尺寸、结晶度对CdTe薄膜的制备和性能有很大的影响。主要 表现在：1.靶材的致密度越高，靶材中的气孔率就越低，溅射膜的粒子密度就越低，减弱放 电现象，提高了薄膜性能。2.随着晶粒尺寸的增加，薄膜沉积速率趋于降低，在合适的晶 粒尺寸范围内，靶材使用时的等离子体阻抗较低，薄膜沉积速率高和薄膜厚度均匀性好； 4.靶材结晶度越高，靶材中内部质点比较规则，晶体中位错等缺陷越少，薄膜性能越好。
[0004] CdTe溅射靶材通常采用真空熔炼的方法，其方法基本是将高纯Cd块和Te块，按比 例配料放入熔炼炉内，升温熔炼反应获得高纯CdTe锭，然后通过对CdTe锭进行退火和机械 加工，从而获得CdTe靶坯，靶坯通过与背板进行焊接并经机械加工，最终成品。
[0005] 由于CdTe材料非常脆，导致真空熔炼后的铸锭，不能经过反复的塑性变形来进行 加工，熔炼制得CdTe铸锭中存在偏析等缺陷，内部孔洞多，并且晶粒尺寸过大；另外材料难 切割，加工中原料浪费严重，使得真空熔炼技术不能生产高品质的较大尺寸CdTe靶材。
[0006] 因此需要提供一种高致密的同时使晶粒细化、均匀，且结晶度高的CdTe溅射靶材 制备方法。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种高致密的同时使晶粒细化、均匀的CdTe溅射靶材制 备方法，以熔炼制得的CdTe粉体为原料，采用真空热压的方法制备CdTe溅射靶材。
[0008] 本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：
[0009] 一种CdTe溅射靶材的制备方法，包括如下步骤：
[0010] (1)将真空熔炼制备的CdTe块体，破碎研磨成粉，将得到的CdTe粉末装入模具，进 行冷压成型；
[0011] (2)冷压成型后，放置于热压炉内，进行真空热压烧结；
[0012] (3)真空热压烧结完成后，停炉冷却、脱模取料，进行机械加工。
[0013] 步骤（1)中，所述的CdTe粉体的粒度X50 (粉体累计分布50%时对应的粒径）为 3~5iim，所述的冷压成型压力20~80MPa，温度为室温，冷压时间为20~50min。
[0014] 步骤（2)中，在真空热压烧结时，热压温度为500°C~800°C，压力为20MPa~ 80MPa，保温保压时间30~120min。热压温度优选为510°C~790°C，更优选为550°C~ 750。。。
[0015] 优选的，所述热压温度的升温过程分为两个阶段：室温到450°C，加热速率为15~ 25°C ? min-1 ;450°C到热压温度，加热速率为8~12°C ? min-1。
[0016] 更进一步地，在升温过程中，当温度达到450 °C时保温5~20min。
[0017] 同时，在整个烧结过程中，热压炉均保持lOla以上的真空度。
[0018] 步骤（3)中，在停炉冷却时，降温速率不高于10°C 且降温到400°C之前，一 直进行保压。
[0019] 热压过程结束后对靶坯进行机械加工、研磨加工到成品尺寸得到靶材产品。
[0020] 根据上述CdTe溅射靶材的制备方法制备的CdTe溅射靶材，其致密度达到98 %以 上，其平均晶粒尺寸为45nm以下，其靶材结晶度达到80%以上。
[0021] 本发明的优点：
[0022] 1、在真个烧结过程中，升温过程分为两阶段，提高了晶粒度的均匀性并避免靶材 内部出现分层现象；在升温过程中，当温度达到450°C时保温一段时间，能够更好的祛除原 料中的气体杂质；升温过程第二阶段降低加热速率可降低粉体内表层和心部温度梯度，提 高粉体内部温度的均匀性。烧结完成后，降温过程中控制降温速度不高于l〇°C ?mirT1，且 降温到400°C之前，进行保压，可以防止靶材由于收缩不一致导致分层，降温速率过快导致 的靶材内有残余应力，甚至可能引起的靶材的碎裂等。
[0023] 2、本发明将石英管真空熔炼获得的高纯CdTe块材，破碎研磨成粉，再采用真空热 压技术进行CdTe溅射靶材制备。与真空熔炼铸锭制备CdTe溅射靶材相比，真空热压烧结 法制备的CdTe靶材致密度高，晶粒细小，均匀，靶材结晶度高，不存在偏析，固有织构带等 缺陷。
[0024] 3、本发明技术与传统的真空熔炼制备CdTe靶材技术相比，熔炼制备CdTe块材的 设备简单，且整个制备周期约为6个小时，大大缩短制备时间，提高了生产效率。而且，该工 艺可制备的CdTe溅射靶材利用率高，生产成本低。本发明的真空热压烧结技术，制造成本 和运行成本更低，生产效率高，设备价格低，靶材利用率高，具有"近净尺寸"生产的优点。
[0025] 下面通过附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保 护范围的限制。
【附图说明】
[0026] 图1为CdTe溅射靶材制备工艺流程图。
[0027] 图2为CdTe靶材真空热压烧结的温度-致密度-结晶度曲线。
[0028] 图3为实施例5制备靶材的扫描电镜的照片。
【具体实施方式】
[0029] 如图1所示，本发明的具体工艺流程包括粉末研磨、装模、冷压成型、真空热压烧 结、停炉冷却、脱模取料和机械加工。
[0030] 将石英管真空熔炼制备的5N高纯CdTe碎块，破碎研磨成粉，将得到的CdTe粉末 装入石墨模具，经冷压成型后，放置于热压炉内，待进行真空热压烧结。
[0031] 在整个烧结过程中，热压炉均保持K^Pa以上的真空度，为了提高晶粒度的均匀 性并避免靶材内部出现过多偏析、位错等缺陷，第一段加热速率为15~25°C ?mirT1，到 450°C后保温5~20min，在450°C保温的目的是更好的祛除原料中的气体杂质；第二阶段为 450°C~热压温度，随着温度上升开始加压，加热速率为8~12°C ?mirT1，第二阶段降低加 热速率是为了降低粉体内表层和心部温度梯度，提高粉体内部温度的均匀性。
[0032] 温度升高到目标温度后，压力即达到目标压力，然后开始保温保压，保温保压阶段 的温度为500~800°C，温度