專利名稱：一種銅銦鎵合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制造濺射靶材及蒸發(fā)料的銅銦鎵合金及其制備方法。
背景技術：
太陽能是人類取之不盡，用之不竭的可再生能源，它不產(chǎn)生任何環(huán)境污染，是清潔能源。太陽能電池就是把太陽輻照的光能量轉化為電能。太陽能電池其獨特優(yōu)勢，超過風能、水能、地熱能、核能等資源，有望成為未來電力供應主要支柱。據(jù)估算，假如把地球表面0. 1 %的太陽能轉換成電能，轉換效率僅5 %，其每年增發(fā)的電量也是目前全球耗能的40 倍。太陽光輻射能轉化電能是近些年來發(fā)展最快，人們研制和開發(fā)了不同類型的太陽能電池。迄今為止，太陽能電池主要包括硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機薄膜太陽能電池、染料敏化太陽能電池，其中多元化合物薄膜太陽能電池又分為非晶硅薄膜電池、碲化鎘薄膜電池及銅銦鎵硒薄膜電池。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池是多元化合物半導體光伏器件，具有敏感的元素配比和復雜的多層結構，對工藝和制備條件要求極為苛刻。銅銦鎵硒薄膜太陽能電池光電轉換效率居各種薄膜太陽能電池之首，接近于晶體硅太陽能電池，而成本則是晶體硅電池的三分之一，被國際上稱為下一時代非常有前途的新型薄膜太陽能電池，是近幾年研究開發(fā)的熱
點ο目前，制備銅銦鎵硒薄膜的方法主要有多元分步蒸發(fā)法和金屬預置層后硒化法， 其他方法都是在這兩類基礎上發(fā)展起來的。前者的優(yōu)點是薄膜材料晶相結構好，設備緊湊， 生產(chǎn)周期短，節(jié)省貴重金屬材料，缺點是技術難度大，元素的蒸發(fā)速率控制精度要求高，實現(xiàn)大面積薄膜均勻性技術要求高，不容易實現(xiàn)。后者的優(yōu)點是較易實現(xiàn)元素的精確配比和大面積均勻性，其技術難度要低于多元分步蒸發(fā)法，缺點是制備CIGS薄膜時間長，設備比較龐大，原料消耗和生產(chǎn)設備成本高于多元分步蒸發(fā)法。目前，采用多元分步蒸發(fā)法的主要有德國Wtlrth solar Solar公司，采用金屬預置層后硒化法的主要有美國Siell Solar公司禾口日本Showa Shell Sekiyu公司。銅銦鎵合金是金屬預置層后硒化法生產(chǎn)銅銦鎵硒薄膜電池的重要原料，主要應用于由CuhfeiSd或Cuh(iaS2 (CIGS)組成的薄膜太陽能電池的制造。目前為止，已通過共同蒸發(fā)各元素的蒸發(fā)源(獨立的Cu、IruGa)或者通過由Cu-In-fei系統(tǒng)氣相沉積二元主合金的交替層，實現(xiàn)了 Cuhfe1層的沉積，但是這些方法，經(jīng)過更長的時間段后幾乎不能獲得層組分的恒定結果，并且通過濺射來沉積全部的三種元素是不可能的，因此經(jīng)常需要幾個步驟來沉積Cuhfei層。為了克服這些不足，中國發(fā)明專利公開號CNlOl 195904A公開了一種特別用于濺射靶、管狀陰極等的制造的基于銅-銦-鎵合金的鍍膜材料，實現(xiàn)在單一步驟中， 將銅銦鎵合金濺射到基板上形成薄膜，然后通過硒化或硫化的方法生成CIGS薄膜。所述鍍膜材料包含銦基體，其含有對應于CuMnS原型相的相，在該相中鋅原子的晶格位置被鎵原子占據(jù)，即為鎵取代的CuMnS相，并且其中銦被同時引入到單位晶格或相中，其中，所述被引入到單位晶格或相中的銦在所述單位晶格或相中所占的比例最高為沈襯^。進一步地， 所述鎵取代的CuMn8相具有Cu In Ga的比例為59 63 0 25 19 沘財％的組分。該鍍膜材料具有；34 38wt%的Cu、50 的h和10 13wt%的( 的總組分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種新的用于制造濺射靶材及蒸發(fā)料的銅銦
鎵合金。本發(fā)明同時還要提供一種高純銅銦鎵合金的制備方法，該方法簡單且獲得的銅銦鎵合金純度高、成分及組織均勻。為解決以上技術問題，本發(fā)明采取的一種技術方案是一種銅銦鎵合金，該合金由Cu 51wt%, &39 1%以及組成，且雜質元素重量含量滿足-M < 15ppm、Ni
<lOppm、C < 50ppm、0 < 600ppm、Cd < lOppm、Pb < 15ppm、Co < lOppm、Sn < 25ppm、Cr
<lOppm、Ti < 15ppm、Fe < lOppm、V < lOppm、Hg < lOppm、Zn < lOppm、Mn < lOppm、N
<50ppm，該合金的核心相為Cu3Ga和CulUn9。本發(fā)明采取的又一技術方案是一種銅銦鎵合金的制備方法，其包括如下步驟(1)、選擇材質為純度大于99. 99%的鎢的坩堝，置于1200 1600°C下烘4 12 小時，烘畢，待溫度降至100 200°C后，先用石棉布擦拭坩堝內(nèi)表面，然后用吸塵器將坩堝內(nèi)壁的粉末吸除干凈；(2)、將純度大于99. 99wt %的銅片放入坩堝內(nèi)，將純度大于99. 99wt %的銦和純度大于99. 99wt%的鎵放入盛料容器中，銅片、銦以及鎵的投料重量比為51 38. 5 39. 5 9. 5 10. 5 ；(3)、將坩堝置于真空加熱爐內(nèi)，在真空度1 20 下，在5 20分鐘內(nèi)將溫度升至1100 1600°C，待坩堝內(nèi)的金屬銅沸騰，將盛料容器中的銦和鎵緩慢倒入坩堝中，在溫度1100 1600°C下保溫30 120分鐘，降溫至900 1000°C，充0. 1 Iatm的氬氣，將金屬液澆注進預先設計好的模具中，得到銅銦鎵合金錠，經(jīng)清理表面氧化皮，即得所述銅銦鎵合金。根據(jù)本發(fā)明制備方法的一個優(yōu)選方面，銅片、銦以及鎵的投料重量比為 51 39 10。根據(jù)本發(fā)明制備方法的又一優(yōu)選方面，步驟(3)中，在溫度1500 1600下保溫 30 45分鐘。由于上述技術方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點和效果本發(fā)明的銅銦鎵合金純度高，且配方合理、新穎，可作為濺射靶材或蒸發(fā)料，一步鍍膜形成Cuhfe1層，然后再通過硒化或硫化的方法生成CIGS薄膜，并且該銅銦鎵合金可通過非常簡便的方法獲得。本發(fā)明的銅銦鎵合金的制備方法簡單，且獲得的銅銦鎵合金的成分及組織均勻。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的銅銦鎵合金的XRD圖譜。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明，但本發(fā)明不限于以下實施例。一種銅銦鎵合金的制備方法，以純度大于99. 99%的銅，純度大于99. 99%的銦和純度大于99. 99%的鎵為原料，包括如下步驟(1)、取純度大于99. 99%的鎢坩堝，置于1600°C下保溫8小時左右，去除坩堝中的水分及易揮發(fā)氣體或物質；然后降溫至100左右，將坩堝內(nèi)壁的氧化物清理干凈，首先用石棉布擦拭坩堝內(nèi)表面，然后用吸塵器將粉末吸干凈；(2)、將銅片放入經(jīng)過步驟(1)處理的鎢坩堝內(nèi)，將銦及鎵放入盛料容器中，銅片、 銦和鎵的投料重量比為51 38.8 10.2。(3)、將坩堝置于真空加熱爐內(nèi)，關閉爐門，抽真空，真空度為5.0X10_3Pa，充入 Iatm 99. 99%的高純氬氣，再抽真空至10Pa，10分鐘內(nèi)升溫至1500°C，讓金屬銅沸騰，將盛料容器中的銦和鎵緩慢倒入坩堝中，讓金屬液在坩堝中翻滾30分鐘，降溫至1000°C，充入 0. 3atm的氬氣，將金屬液澆注進預先設計好的模具中。最后將銅銦鎵合金錠從模具中取出， 清理表面氧化皮，即得本發(fā)明銅銦鎵合金，真空封裝保存。對所得銅銦鎵合金進行XRD分析，結果參見圖1，表明合金的核心相為CU3fei和 Cullln90銅銦鎵合金中，銅、銦和鎵的重量含量分別為51 %，39 %和10 %。參見表1，其中給出了銅銦鎵合金錠中所含的雜質元素的質量含量。表1銅銦鎵合金中雜質元素的含量
權利要求
1.一種銅銦鎵合金，其特征在于該合金由Cu 51wt%、In39wt%以及Ιη10%組成，且雜質元素重量含量滿足Ag<15ppm、NKlOppm、C<50ppm、0<600ppm、CcKlOppm、Pb<15ppm、Co<10ppm、Sn<25ppm、Cr<IOppm、Ti<15ppm、Fe<10ppm、VXlOppm、Hg<IOppm、Zn<IOppm、Mn<10ppm、N<50ppm，該合金的核心相為 Cu3Ga 和 CulUn9。
2.一種如權利要求1所述的銅銦鎵合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)、選擇材質為純度大于99.99%的鎢的坩堝，置于120(T160(TC下烘4 12小時，烘畢，待溫度降至10(T20(TC后，先用石棉布擦拭坩堝內(nèi)表面，然后用吸塵器將坩堝內(nèi)壁的粉末吸除干凈；(2)、將純度大于99.99wt%的銅片放入坩堝內(nèi)，將純度大于99. 99wt%的銦和純度大于99. 99wt%的鎵放入盛料容器中，銅片、銦以及鎵的投料重量比為51:38. 5 39. 5:9. 5 10. 5 ；(3)、將坩堝置于真空加熱爐內(nèi)，在真空度廣20 下，在5 20分鐘內(nèi)將溫度升至1100^16000C，待坩堝內(nèi)的金屬銅沸騰，將盛料容器中的銦和鎵緩慢倒入坩堝中，在溫度110(Tl600°C下保溫30 120分鐘，降溫至90(Tl000°C，充入0.廣Iatm的氬氣，將金屬液澆注進預先設計好的模具中，得到銅銦鎵合金錠，經(jīng)清理表面氧化皮，即得所述銅銦鎵合金。
3.根據(jù)權利要求2所述的銅銦鎵合金的制備方法，其特征在于步驟(2)中，銅片、銦以及鎵的投料重量比為51:38.8:10.2。
4.根據(jù)權利要求2所述的銅銦鎵合金的制備方法，其特征在于步驟(3)中，在溫度150(Tl600°C下保溫30 45分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種銅銦鎵合金及其制備方法，該合金由Cu51wt%、In39wt%以及In10%組成，且該合金的核心相為Cu3Ga和Cu11In9。所述方法以高純度的銅、銦和鎵為原料，通過高真空熔煉的方法，獲得了銅銦鎵合金。本發(fā)明的銅銦鎵合金純度高，且配方合理、新穎，可作為濺射靶材或蒸發(fā)料，一步鍍膜形成CuInGa層，然后再通過硒化或硫化的方法生成CIGS薄膜，并且該銅銦鎵合金可通過非常簡便的方法獲得。本發(fā)明的銅銦鎵合金的制備方法簡單，且獲得的銅銦鎵合金的成分及組織均勻。
文檔編號C22C9/00GK102560186SQ201210039988
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月21日 優(yōu)先權日2012年2月21日
發(fā)明者王廣欣, 王樹森, 鐘小亮 申請人:蘇州晶純新材料有限公司