一种氧化锡基靶材及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种氧化锡基靶材及其制备方法，尤其涉及一种低电阻率高致密度氧化锡基靶材及其制备方法。该制备方法为：将原料在不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球混合球磨下得到混合粉体，所述原料包括氧化锡主材；将所述混合粉体进行预烧，再经二次球磨后得到造粒粉；将所述造粒粉经过冷等静压进行压实成型，获得素坯体靶材；将所述素坯体靶材进行高温烧结处理，即得。本发明专利技术的方法有效提升了氧化锡基靶材的致密度，同时具有较低的电阻率，并解决了高致密度氧化锡基靶材容易开裂的问题。高致密度氧化锡基靶材容易开裂的问题。高致密度氧化锡基靶材容易开裂的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锡基靶材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种氧化锡基靶材及其制备方法，尤其涉及一种低电阻率高致密度氧化锡基靶材及其制备方法。

技术介绍

[0002]氧化锡材料由于其独特的物理和化学性能，被广泛应用于现代技术的许多领域。氧化锡薄膜晶体结构一般为四方金红石结构，是一种宽禁带半导体材料，其光学带隙约为3.6～4.3eV(高于可见光的光子能量3.1eV)，可见光透射率可达80％。同时，氧化锡薄膜还拥有较高的载流子浓度，导电性较好。利用氧化锡材料对可见光具有优异的透明导电性，可将其用于液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、触摸屏(Touch Panel)、电致发光显示器(LED)。此外，氧化锡材料在新型异质结和钙钛矿太阳能电池等领域可作为透明导电层(TCO)或电子传输层(ETL)。
[0003]其中，在异质结太阳能(HJT)电池器件中，传统采用氧化铟基做为TCO材料，但氧化铟基价格高，且价格波动大，而氧化锡基材料较为便宜。氧化锡薄膜迁移率可以做到20～100m2/(V
·
s)，其载流子浓度高，导致薄膜吸收边发生蓝移，光学带隙增大，当载流子浓度增高，致使费米能级进入导带，导带底部区域被载流子填满，使得电子需要更多的能量从价带跃迁至导带，本征光吸收边向高能方向移动，造成薄膜光学带隙展宽。结合其高透光率，氧化锡基材料可作为氧化铟基TCO的优良替代材料。
[0004]氧化锡还可作为优良的电池传输层材料，应用于钙钛矿太阳能(PSCs)电池中，具有较深的导带和更匹配的能级、高的载流子迁移率和导电性、较宽的光学带隙，容易在低温下制备。相比TiO2和其他电子传输层，氧化锡具有良好的化学稳定性、抗紫外光特性、较低的光催化活性，对最终的器件稳定性非常有益，因而可广泛应用于PSCs电池。
[0005]氧化锡薄膜一般由氧化锡靶材通过磁控溅射的方法获得，所以获得性能优良的氧化锡靶材是制备具有优异光电性能氧化锡薄膜的前提。目前市场上使用的氧化锡靶材的制备方法，采用粉体制备、粉体煅烧、喷雾造粒、冷等静压成型、气氛烧结、靶坯加工制备氧化锡靶材。但采用传统工艺，制备的氧化锡靶材一般致密度低、导电性能差，往往需要成本更高、生产效率更低的射频溅射镀膜，并且薄膜光电性能往往很难达到最佳效果。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种氧化锡基靶材及其制备方法，通过球磨粒度和球磨的机械化学能液相反应，以及煅烧高温固相反应获得掺杂和/或固溶的氧化锡基成分体系，对原料粉体粒径、固溶、掺杂等进行工艺控制，球磨搭配造粒、成型、烧结等工艺，获得高致密且不开裂的氧化锡基靶材，解决了传统氧化锡靶材密度低、导电性差、镀膜性能不佳等问题。
[0008]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
[0009]一种氧化锡基靶材的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1：将原料在不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球混合球磨下得到混合粉体。其中，所述原料包括氧化锡主材。
[0011]进一步地，所述原料与不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球的料球重量比为1:2～5。
[0012]优选地，所述原料中还包括掺杂原料。
[0013]更优选地，所述掺杂原料占所述原料的质量百分比不高于5％。
[0014]更优选地，所述掺杂原料包括氧化铌和/或氧化钽。当所述掺杂原料包括氧化铌和氧化钽时，氧化铌和氧化钽的重量比约为(1～5):1。
[0015]优选地，所述钇稳定氧化锆研磨球成分为3mol％氧化钇稳定的氧化锆。
[0016]优选地，所述不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球包括三种或三种以上的不同粒径的氧化锆研磨球。
[0017]进一步地，所述三种不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球的平均粒径分别为2mm、5mm和10mm。
[0018]更进一步地，所述三种不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球中，2mm球的占比为5～15％，5mm球的占比为55～65％，10mm球的占比为25～35％。
[0019]优选地，所述球磨过程的钇稳定氧化锆研磨球的磨耗量为195～800ppm。
[0020]优选地，所述混合粉体的粒径在0.2～1.2μm之间；优选为0.3～0.6μm。
[0021]S2：将所述混合粉体进行预烧，再经二次球磨后，使粉体达到均匀细腻，经喷雾造粒得到造粒粉。
[0022]进一步地，所述预烧的温度为800℃～1100℃，优选为900℃
‑
1100℃；所述预烧的时间为5～24h，优选为12h。
[0023]优选地，所述二次球磨过程的钇稳定氧化锆研磨球的磨耗量为50～300ppm；所述二次球磨的转速为250
‑
300rpm/h，二次球磨时间为12
‑
14h。
[0024]优选地，在所述二次球磨过程中添加聚乙烯醇作为粘接剂，添加量为所述混合粉体质量的1～2％；
[0025]优选地，所述造粒粉粒径为20～100μm。
[0026]所述钇稳定氧化锆研磨球磨出的一些微量的氧化锆进入氧化锡浆料中，成为氧化锡基靶材的烧结助剂，促使其烧结；经过所述预烧作进一步固溶掺杂，可以提高靶材致密度，降低靶材电阻率。
[0027]而钇稳定氧化锆研磨球的粒径(2mm、5mm、10mm)、比例、球磨时间以及球磨转速等因素决定了球磨的能量，会影响磨耗量的产出以及球磨出来颗粒的大小及分散性，进而影响掺杂固溶性能的好坏。
[0028]S3：将所述造粒粉经过冷等静压进行压实成型，具体是在冷等静压200
‑
250MPa下进行，获得素坯体靶材。
[0029]优选地，所述素坯体靶材的相对密度为52～60％；优选为所述素坯体靶材相对密度为55～58％。
[0030]S4：将所述素坯体靶材进行高温烧结，即得。
[0031]进一步地，所述高温烧结之前还包括高温脱脂。所述高温脱脂在脱脂炉中进行，温度为500～800℃，时间为30～60h；所述高温烧结在高温烧结炉中进行，温度为1450～1600
℃，优选为1450
‑
1550℃；时间为16～48h，优选为16
‑
24h。
[0032]本专利技术还提供一种由上述制备方法所制得的氧化锡基靶材。
[0033]相比现有技术，本专利技术选择不同粒径和比例的钇稳定氧化锆研磨球，通过控制混合球磨及其磨耗量、预烧、二次球磨及其磨耗量，将微量磨出的氧化锆在掺杂氧化锡浆料中作进一步的固溶掺杂，结合氧化铌和/或氧化钽的掺杂，以及合适的烧结工艺，有效提升了氧化锡基靶材的致密度，同时具有较低的电阻率，并解决了氧化锡基靶材开裂的问题。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0035]图1为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化锡基靶材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将原料在不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球混合球磨下得到混合粉体；所述原料包括氧化锡主材；S2：将所述混合粉体进行预烧，再经二次球磨后，喷雾造粒得到造粒粉；S3：将所述造粒粉经过冷等静压进行压实成型，获得素坯体靶材；S4：将所述素坯体靶材进行高温烧结，即得。2.根据权利要求1所述的氧化锡基靶材的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述原料与不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球的料球重量比为1:2～5；优选地，所述原料中还包括掺杂原料；优选地，所述掺杂原料占所述原料的质量百分比不高于5％；优选地，所述掺杂原料包括氧化铌和/或氧化钽。3.根据权利要求1或2所述的氧化锡基靶材的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球包括三种或三种以上的不同粒径的氧化锆研磨球；优选地，所述三种不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球的粒径分别为2mm、5mm和10mm；优选地，所述三种不同粒径的钇稳定氧化锆研磨球中，2mm球的占比为5～15％，5mm球的占比为55～65％，10mm球的占比为25～35％。4.根据权利要求1所述的氧化锡基靶材的制备方法，其特征在于，所述钇稳定氧化锆研磨球成分为3mol％氧化钇...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贤界，徐红星，卢晓鹏，黄勇彪，
申请(专利权)人：深圳众诚达应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：