CN101531529A - CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及薄膜太阳能电池吸收层材料CuInxGa1－xSe2粉体材料的制备方法。CuInxGa1－xSe2粉体材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：1)原料的选取：按照摩尔比为Cu粉∶In粉∶Ga粉∶Se粉＝1∶0.7∶0.3∶(2.1～2.5)称取Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉，备用；2)混合；3)模压成型，得混合物坯体；4)合成：采用自蔓延高温合成方法，在0.1～0.6MPa的氩气气氛条件下，接通点火钨丝的电源，点燃混合物坯体，发生自蔓延高温合成反应，合成反应速度为2～3毫米/每秒；反应结束后随炉冷却，球磨后得到CuInxGa1－xSe2粉体材料。本发明具有制备时间短、化学计量配比稳定、产品的化学计量比可控、工艺简单、生产效率高、低成本的特点。

Description

CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池吸收层材料CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法。
背景技术
能源紧缺已上升到影响世界各国战略决策的高度，直接有效的利用太阳能，是一条非常有吸引力的途径，CIGS薄膜太阳能电池由于其高效率，性能稳定，可大面积成膜而成为各国研究的热点。由于CuInxGa1-xSe2(CIGS)在较宽的化学计量比(摩尔比例)范围内都能形成有序缺陷化合物(OVC)[1]，使薄膜物相的化学计量比控制和偏析控制较为困难，规模生产中薄膜性能差异大、重复性差、成膜面积小等问题是商业开发所面临的巨大挑战。
目前，太阳能电池的Cu(In，Ga)Se2吸收层是由共蒸发法[2]和溅射硒化法[3]制备，该法可控制精确计量配比，但成膜面积较小，且需要高真空，设备投资大。近年来，制备前驱体涂覆液，然后再成膜的非真空低成本制备工艺得到关注，在该工艺中，采用化学成分稳定的CuInxGa1-xSe2粉制备涂覆液，再通过热固化成膜，更容易获得化学比例稳定的单相的CuInxGa1-xSe2薄膜。因此，CuInxGa1-xSe2粉末的制备技术得到了极大的重视。T.Wada等利用机械化学法[4]快速合成了三元CIS粉末。
参考文献
[1]L.Dura′n，C.G.，E.Herna′ndez，J.M.Delgado，et al.Journal of Physicsand Chemistry of Solids(2003)64：1907-1910。
[2]Miguel A.Contreras，Manuel J.Romero et al.Characterization of Cu(In，Ga)Se2 materials used in record performance solar cells[J].Thin Solid Films，2006，511-512：51-54。
[3]Muller.J，Nowoczin.J，Schmitt.H.Composition structure and opticalproperties of sputtered thin films of CuInSe2[J].Thin Solid Films，2006，496：364-370。
[4]Takahira Wada，Y.Matsuo et al.Fabrication of Cu(In，Ga)Se2 thin films bya combination of mechanochemical and screen-printing/sintering processes[J].Physica status solidi，2006，203(11)：2593-2597。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，该方法制备时间短。
本发明分子式CuInxGa1-xSe2中的X＝0.7，即分子式为CuIn0.7Ga0.3Se2。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)、原料的选取：按照摩尔比为Cu粉：In粉：Ga粉：Se粉＝1：0.7：0.3：(2.1～2.5)称取Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉，备用；Cu粉、In粉、Ga粉、Se粉的纯度均≥99.9％(质量)，Cu粉、Se粉的粒径均≤5μm，In粉、Ga粉的粒径均≤2μm；
2)、混合：将Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉混合均匀(干法混合，混合时间为24～48小时)，得反应混合物；
3)、成型：采用轴向模压成型，将反应混合物在钢模中压制成形(如圆形)，成型压力5～8MPa，得混合物坯体；
4)、合成：采用自蔓延高温合成方法(在自蔓延高温合成反应炉中)，在0.1～0.6MPa的氩气气氛条件下(合成气氛)，接通点火钨丝的电源，点燃混合物坯体，发生自蔓延高温合成反应，合成反应速度为2～3毫米/每秒(即以每秒2～3毫米的速度在混合物坯体中蔓延，直至全部合成反应完，反应时间为1～2秒)；反应结束后随炉冷却，球磨后得到CuInxGa1-xSe2粉体材料。
点火钨丝的电源的点火电压为8～12伏交流电、点火电流为15～25安培。
与其它制备方法相比，本发明的有益效果是：
1、制备时间短：合成过程反应速度快，只需1～2秒(合成反应速度为2～3毫米/每秒)。
2、化学计量配比稳定，产品的化学计量比可控，CuInxGa1-xSe2材料的制备过程中，由于Se极易挥发，因此制备的CuInxGa1-xSe2总是缺Se，在本发明中，由于采用的自蔓延高温合成技术具有合成速度快的优点，可以在Se挥发前完成CuInxGa1-xSe2的合成过程，避免Se的过度挥发，同时采用控制原料配比和提高合成气氛压力等工艺控制手段，也可以很好地控制Se的挥发。因此能够获得化学计量配比稳定而可控的产品。
3、工艺简单，生产效率高，制造低成本。这主要是因为自蔓延高温合成过程不需要复杂的制造设备(主要设备仅为反应腔体)，工序少(仅包括配料、混合、压坯、自蔓延合成、球磨加工)，因此具有工艺简单、生产效率高的特点，同时反应过程特别快(仅几秒钟)，也可以大大提高合成效率。采用的粉末原料都是容易得到的工业原料，因此制造成本低。
本发明的产品可作为高效率薄膜太阳能电池的吸收层材料。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，采用自蔓延高温合成技术制备CuInxGa1-xSe2化合物，它包括如下步骤：
1)、原料的选取：按照摩尔比为Cu粉：In粉：Ga粉：Se粉＝1：0.7：0.3：2.1称取Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉，备用；Cu粉、In粉、Ga粉、Se粉的纯度均为99.9％(质量)，Cu粉、Se粉的最大粒径均为5μm，In粉、Ga粉的最大粒径均为2μm；
2)、混合：将Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉混合均匀(干法混合)，混合时间为24小时，得反应混合物；
3)、成型：采用轴向模压成型，将反应混合物在钢模中压制成圆形坯体，成型压力5MPa，得混合物坯体；
4)、合成：采用自蔓延高温合成方法(在自蔓延高温合成反应炉中)，在0.6MPa的氩气气氛条件下(合成气氛)，接通点火钨丝的电源(电压10伏，电流15安培)，点燃混合物坯体，发生自蔓延高温合成反应，合成反应速度为3毫米/每秒(反应时间为1～2秒)；反应结束后随炉冷却；
5)球磨：合成产物经玛瑙球球磨3小时后，得到平均粒度为1.5微米的粉磨材料。
合成产物经X-Ray衍射分析，合成产物(粉磨材料)矿物组成为CuInxGa1-xSe2单相黄铜矿结构。经ICP化学分析，其具体的结构式为：CuIn0.7Ga0.3Se2。
实施例2：
CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，采用自蔓延高温合成技术制备CuInxGa1-xSe2化合物，它包括如下步骤：
1)、原料的选取：按照摩尔比为Cu粉：In粉：Ga粉：Se粉＝1：0.7：0.3：2.3称取Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉，备用；Cu粉、In粉、Ga粉、Se粉的纯度均为99.99％(质量)，Cu粉、Se粉的最大粒径均为4μm，In粉、Ga粉的最大粒径均为1μm；
2)、混合：将Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉混合均匀(干法混合)，混合时间为30小时，得反应混合物；
3)、成型：采用轴向模压成型，将反应混合物在钢模中压制成圆形坯体，成型压力5MPa，得混合物坯体；
4)、合成：采用自蔓延高温合成方法(在自蔓延高温合成反应炉中)，在0.4MPa的氩气气氛条件下(合成气氛)，接通点火钨丝的电源(点火电压为8伏交流电、点火电流为15安培)，点燃混合物坯体，发生自蔓延高温合成反应，合成反应速度为2.5毫米/每秒(反应时间为1～2秒)；反应结束后随炉冷却；
5)球磨：合成产物经玛瑙球球磨3小时后，得到平均粒度为1.5微米的粉磨材料。
合成产物经X-Ray衍射分析，合成产物(粉磨材料)矿物组成为CuInxGa1-xSe2单相黄铜矿结构。经ICP化学分析，其具体的结构式为：CuIn0.7Ga0.3Se2。
实施例3：
CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，采用自蔓延高温合成技术制备CuInxGa1-xSe2化合物，它包括如下步骤：
1)、原料的选取：按照摩尔比为Cu粉：In粉：Ga粉：Se粉＝1：0.7：0.3：2.5称取Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉，备用；Cu粉、In粉、Ga粉、Se粉的纯度均为99.99％(质量)，Cu粉、Se粉的最大粒径均为4μm，In粉、Ga粉的最大粒径均为1μm；
2)、混合：将Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉混合均匀(干法混合)，混合时间为48小时，得反应混合物；
3)、成型：采用轴向模压成型，将反应混合物在钢模中压制成圆形坯体，成型压力5MPa，得混合物坯体；
4)、合成：采用自蔓延高温合成方法(在自蔓延高温合成反应炉中)，在0.1MPa的氩气气氛条件下(合成气氛)，接通点火钨丝的电源(点火电压为12伏交流电、点火电流为15安培)，点燃混合物坯体，发生自蔓延高温合成反应，合成反应速度为2毫米/每秒(反应时间为1～2秒)；反应结束后随炉冷却；
5)球磨：合成产物经玛瑙球球磨3小时后，得到平均粒度为1.5微米的粉磨材料。
合成产物经X-Ray衍射分析，合成产物(粉磨材料)矿物组成为CuInxGa1-xSe2单相黄铜矿结构。经ICP化学分析，其具体的结构式为：CuIn0.7Ga0.3Se2.1。
说明：从上面三个实施例来看，配比从Se比例2.1、2.3、2.5，反应压力从0.1MPa到0.6Mpa，结果都得到CuInxGa1-xSe2单相黄铜矿结构和CuIn0.7Ga0.3Se2化学式，说明采用本工艺可以得到化学计量配比稳定，产品的化学计量比可控的产物。
本发明所列举的各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如时间、成型压力、点火电压、点火电流等)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (2)

1.CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
1)、原料的选取：按照摩尔比为Cu粉：In粉：Ga粉：Se粉＝1：0.7：0.3：(2.1～2.5)称取Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉，备用；Cu粉、In粉、Ga粉、Se粉的纯度均≥99.9％，Cu粉、Se粉的粒径均≤5μm，In粉、Ga粉的粒径均≤2μm；
2)、混合：将Cu粉、In粉、Ga粉和Se粉混合均匀，得反应混合物；
3)、成型：采用轴向模压成型，将反应混合物在钢模中压制成形，成型压力5～8MPa，得混合物坯体；
4)、合成：采用自蔓延高温合成方法，在0.1～0.6MPa的氩气气氛条件下，接通点火钨丝的电源，点燃混合物坯体，发生自蔓延高温合成反应，合成反应速度为2～3毫米/每秒；反应结束后随炉冷却，球磨后得到CuInxGa1-xSe2粉体材料。
2.根据权利要求1所述的CuInxGa1-xSe2粉体材料的制备方法，其特征在于：点火钨丝的电源的点火电压为8～12伏交流电、点火电流为15～25安培。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101789470A (zh) * 2010-02-12 2010-07-28 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒吸收层的方法
CN101820030A (zh) * 2010-02-11 2010-09-01 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法
CN101820032A (zh) * 2010-02-11 2010-09-01 昆山正富机械工业有限公司 一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法
CN101820029A (zh) * 2010-02-11 2010-09-01 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒和/或硫的太阳能电池
CN101840958A (zh) * 2010-02-11 2010-09-22 昆山正富机械工业有限公司 一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法
CN101840957A (zh) * 2010-02-11 2010-09-22 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒浆料的调配方法
CN101853885A (zh) * 2010-02-10 2010-10-06 昆山正富机械工业有限公司 太阳能吸收层浆料的制造方法、该浆料及吸收层
CN101901852A (zh) * 2010-02-11 2010-12-01 昆山正富机械工业有限公司 不含界面活性剂的太阳能吸收层浆料的制造方法及应用
CN102145385A (zh) * 2010-02-10 2011-08-10 昆山正富机械工业有限公司 不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法
CN102074614B (zh) * 2009-11-20 2012-07-25 正峰新能源股份有限公司 铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法
CN102652114A (zh) * 2010-12-07 2012-08-29 同和控股（集团）有限公司 硫属化合物粉、硫属化合物糊剂、硫属化合物粉的制造方法、硫属化合物糊剂的制造方法和硫属化合物薄膜的制造方法
CN103165809A (zh) * 2013-03-19 2013-06-19 武汉理工大学 自蔓延高温快速一步合成具有纳米结构Cu2Se热电材料粉体的方法
CN103909264A (zh) * 2013-06-07 2014-07-09 武汉理工大学 一种具有纳米孔结构的高性能Cu2Se块体热电材料及其快速制备方法
CN107188134A (zh) * 2017-06-16 2017-09-22 中国科学院理化技术研究所 一种铜铟镓硒材料的制备方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102074614B (zh) * 2009-11-20 2012-07-25 正峰新能源股份有限公司 铜铟镓硒太阳能电池的溶胶凝胶溶液的制造方法
CN101853885A (zh) * 2010-02-10 2010-10-06 昆山正富机械工业有限公司 太阳能吸收层浆料的制造方法、该浆料及吸收层
CN102145385A (zh) * 2010-02-10 2011-08-10 昆山正富机械工业有限公司 不含界面活性剂及溶剂的铜铟镓硒浆料的调配方法
CN101840958A (zh) * 2010-02-11 2010-09-22 昆山正富机械工业有限公司 一种非真空制作铜铟镓硒浆料的方法
CN101840957A (zh) * 2010-02-11 2010-09-22 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒浆料的调配方法
CN101820029A (zh) * 2010-02-11 2010-09-01 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒和/或硫的太阳能电池
CN101901852A (zh) * 2010-02-11 2010-12-01 昆山正富机械工业有限公司 不含界面活性剂的太阳能吸收层浆料的制造方法及应用
CN101820032A (zh) * 2010-02-11 2010-09-01 昆山正富机械工业有限公司 一种非真空环境下配置铜铟镓硒浆料制作光吸收层的方法
CN101820030A (zh) * 2010-02-11 2010-09-01 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒和/或硫光吸收层的方法
CN101789470A (zh) * 2010-02-12 2010-07-28 昆山正富机械工业有限公司 非真空制作铜铟镓硒吸收层的方法
CN102652114A (zh) * 2010-12-07 2012-08-29 同和控股（集团）有限公司 硫属化合物粉、硫属化合物糊剂、硫属化合物粉的制造方法、硫属化合物糊剂的制造方法和硫属化合物薄膜的制造方法
CN102652114B (zh) * 2010-12-07 2015-05-20 同和控股（集团）有限公司 硫属化合物粉、硫属化合物糊剂、硫属化合物粉的制造方法、硫属化合物糊剂的制造方法和硫属化合物薄膜的制造方法
CN103165809A (zh) * 2013-03-19 2013-06-19 武汉理工大学 自蔓延高温快速一步合成具有纳米结构Cu2Se热电材料粉体的方法
CN103165809B (zh) * 2013-03-19 2015-09-30 武汉理工大学 自蔓延高温快速一步合成具有纳米结构Cu2Se热电材料粉体的方法
CN103909264A (zh) * 2013-06-07 2014-07-09 武汉理工大学 一种具有纳米孔结构的高性能Cu2Se块体热电材料及其快速制备方法
CN103909264B (zh) * 2013-06-07 2016-05-11 武汉理工大学 一种具有纳米孔结构的高性能Cu2Se块体热电材料及其快速制备方法
CN107188134A (zh) * 2017-06-16 2017-09-22 中国科学院理化技术研究所 一种铜铟镓硒材料的制备方法

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