一种钠掺杂钼平面靶材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠掺杂钼平面靶材的制备方法，该方法为：一、将钼粉和二水合钼酸钠的混合粉末与去离子水搅拌均匀，喷雾干燥处理后得到钠掺杂钼颗粒；二、将钠掺杂钼颗粒装入冷等静压模具后密封，然后进行冷等静压压制，压制后去除冷等静压模具，得到板坯；三、对板坯进行包套处理，然后抽真空密封；四、将板坯热压烧结，然后进行去包套处理，得到钠掺杂钼平面靶材。本发明专利技术制备成本低、材料利用率高且靶材中Na含量和组织可控、产品一致性好，能够较好的满足工业化生产用钠掺杂钼平面靶材的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钼材料加工成型
，具体涉及。
技术介绍
Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)是一种性能优良，具有高光电转化效率的多元半导体材料，以它为基础设计薄膜太阳能电池，其光电转化效率已达到20.4%，属于世界最高水平。研究发现，在CIGS中掺杂少量的碱金属Na(约5at% )能够显著提高其光电转化效率。对于工业生产的CIGS电池板而言，需要将Na掺杂到大面积的CIGS吸收层，以提高其光电转化效率。一般是直接使用石灰碳酸钠玻璃(SLG)作基板生产CIGS电池板，以SLG作为Na源材料。在使用SLG作为Na源材料制备CIGS吸收层的过程中，必须将SLG基板加热至约600°C以促进Na渗透至Mo背极层，从而掺杂到CIGS吸收层中，这种掺杂方法不易控制，导致Na分布不均匀，且SLG是硬性材料，不能做柔性太阳能电池板，因此必须开发新的Na源材料以替代SLG。目前在电池板的基板和Mo背极层间添加Mo-Na层作为Na源材料可以有效地将Na均匀掺杂到CIGS吸收层中，且容易控制。Mo-Na层由直流磁控溅射沉积而成，与制备Mo背极层的工艺相同，只需将Mo靶材换成Mo-Na靶材即可，操作简单，适合工业生产使用。而且，在不锈钢和高分子柔性基板上也可沉积Mo-Na层，从而制备柔性太阳能电池板。作为制备柔性CIGS太阳能电池板Mo-Na层必备材料的Mo-Na溅射靶材，目前只有Plansee公司出售该产品。国内对Mo-Na溅射靶材的研究及生产还处于起步阶段，目前还没有成熟的Mo-Na靶材相关产品。随着CIGS太阳能电池技术的日益成熟，市场上对不同Na含量的Mo-Na靶材的需求必然增加，因此，为了避免国外公司对国内市场的继续垄断，对不同Na含量Mo-Na溅射靶材制备技术的研究势在必行。由于Mo元素(熔点2623°C )和Na元素(熔点97.70C )的熔点相差大，不能直接形成化合物和固溶体，并且低熔点的Na在高温熔炼时极易挥发等原因，因此现有技术中制备Mo-Na溅射靶材最有效的方法是粉末冶金技术，其中Na主要以二水合钼酸钠(Na2MoO4)的形式存在于Mo-Na溅射靶材中。目前，Mo-Na溅射靶材的制备方法见诸报道的有很多，从专利技术来看，主要有热等静压法、常规烧结法和真空热压法等，从这些专利分析来看，热等静压法是国内外普遍采用的方法，该方法可以制备出合格的Mo-Na溅射靶材，但其材料利用率低且制造成本高；常规烧结法是中国专利201310033234.1中提出的，该专利中没有考虑到Na的挥发性而不具有实际的工业应用价值；热压法是中国专利201410308148.1中提出的，该方法成本相对低，但没有提出对靶材组织的控制，而且该方法中热压温度低，Mo-Na坯料致密度相对较差，且由于大量二水合钼酸钠(二水合钼酸钠熔点687°C)的挥发性污染，会造成炉腔体表面附着大量白色的二水合钼酸钠，Na的含量不易控制等弊端。因此，现有技术亟需开发一种成本低、材料利用率高且Na含量和组织可控、产品一致性好的制备钠掺杂钼平面靶材的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供，该方法制备成本低、材料利用率高且靶材中Na含量和组织可控、产品一致性好，能够较好的满足工业化生产用钠掺杂钼平面靶材的需求。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是:，其特征在于，包括以下步骤:步骤一、将钼粉和二水合钼酸钠的混合粉末与去离子水搅拌均匀，喷雾干燥处理后得到钠掺杂钼颗粒；所述混合粉末中二水合钼酸钠的质量含量为5.26%?26.3%，余量为钼粉，所述钼粉的平均粒度为2.0 μ m?3.0 μ m，所述钼粉的粒度分布为I μ m?10 μ m，所述去尚子水的用量为钼粉质量的5%?20% ；步骤二、将步骤一中所述钠掺杂钼颗粒装入冷等静压模具后密封，在压力为160MPa?200MPa的条件下进行冷等静压压制，压制后去除冷等静压模具，得到板坯；步骤三、对步骤二中所述板坯进行包套处理，然后将包套处理后的板坯抽真空密封；步骤四、在温度为1200°C?1600°C，压力为45MPa?55MPa的条件下将步骤三中经抽真空密封后的板坯热压烧结3h?5h，然后对热压烧结后的板坯进行去包套处理，得到钠掺杂钼平面靶材。上述的，其特征在于，步骤三中采用真空电子束焊机进行抽真空密封，所述真空电子束焊机的真空度不大于10 2Pa0上述的，其特征在于，步骤四中采用热压机进行热压烧结，所述热压机的升温速率为15°C /min?25°C /min。上述的，其特征在于，步骤四中所述热压烧结的温度为1200°C?1400°C。上述的，其特征在于，步骤三中所述包套处理采用的包套材料为不锈钢薄板。上述的，其特征在于，步骤三中所述包套处理采用的包套材料为纯钛薄板。上述的，其特征在于，所述纯钛薄板为TAl纯钛薄板或TA2纯钛薄板。上述的，其特征在于，所述包套材料的厚度为Imm ?2mm ο上述的，其特征在于，步骤二中所述冷等静压模具为橡胶包套。本专利技术与现有技术相比具有以下优点:1、本专利技术首先对钼粉进行选择，钼粉的平均粒度不宜太小，钼粉粒度过小，则粉末自由度越高，粉末相互之间碰撞摩擦几率越大，相应使物料体系能量较高，团聚度高，在后续的热压烧结过程中，由于大颗粒和小颗粒以及团聚颗粒所需的烧结驱动力不同，在同样热压烧结的温度下晶粒生长趋势也不一致，容易造成板坯中晶粒组织的大小不均匀，钼粉粒度也不宜过大，粒度过大则孔隙尺寸和扩散距离也大，热压烧结时形成闭孔所需能量加大，则所需热压烧结温度较高；因此，本专利技术中选择钼粉的平均粒度为2.0 μ m?3.0 μ m(马尔文粒度仪测试结果)，粒度分布范围窄，钼粉颗粒大小均匀，热压烧结所需驱动力趋于一致，因此热压烧结后板坯组织的晶粒大小也相对均匀。2、本专利技术将钼粉和二水合钼酸钠的混合粉末与水搅拌均匀后进行喷雾干燥处理，该处理能够造粒得到钠掺杂钼颗粒，其中二水合钼酸钠均匀的包覆在钼粉颗粒里面，钠的分布也较为均为，而且在热压烧结过程中，钠不会分布在晶界上，而是被包裹在晶粒内，不会影响钠的均匀性。3、对于钠掺杂钼平面靶材的生产来说，传统采用粉末装填模具后热压的制备工艺，但是该制备工艺的弊端是粉末装填不均匀，且热压收缩量大，会造成热压的板坯在厚度方向上的密度不一样；而本专利技术中预先采用冷等静压的方式成型得到板坯，对板坯进行包套处理和抽真空密封处理后再进行热压，如此很好的避免了粉末装填模具后热压的弊端，在对板坯进行包套处理后，避免了二水合钼酸钠的挥发性逸出，也不会污染炉体，而且有利于钠含量的准确控制，并提高了板坯的致密度。4、本专利技术热压烧结过程中板坯位于包套材料内，热压烧结后得到的成品材料尺寸规整，只需要少量切削就可以得到所需规格尺寸的钠掺杂钼平面靶材，相对于传统热等静压制备Mo-Na溅射靶材的方法，本专利技术制备的板坯少切削，因此材料利用率高，所用设备造价低，具有明显的成本优势。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。【附图说明】当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠掺杂钼平面靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将钼粉和二水合钼酸钠的混合粉末与去离子水搅拌均匀，喷雾干燥处理后得到钠掺杂钼颗粒；所述混合粉末中二水合钼酸钠的质量含量为5.26％～26.3％，余量为钼粉，所述钼粉的平均粒度为2.0μm～3.0μm，所述钼粉的粒度分布为1μm～10μm，所述去离子水的用量为钼粉质量的5％～20％；步骤二、将步骤一中所述钠掺杂钼颗粒装入冷等静压模具后密封，在压力为160MPa～200MPa的条件下进行冷等静压压制，压制后去除冷等静压模具，得到板坯；步骤三、对步骤二中所述板坯进行包套处理，然后将包套处理后的板坯抽真空密封；步骤四、在温度为1200℃～1600℃，压力为45MPa～55MPa的条件下将步骤三中经抽真空密封后的板坯热压烧结3h～5h，然后对热压烧结后的板坯进行去包套处理，得到钠掺杂钼平面靶材。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，王娜，王林，陈强，
申请(专利权)人：金堆城钼业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61