CN102328917A - 硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法 - Google Patents

硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法 Download PDF

Info

Publication number
CN102328917A
CN102328917A CN201110146763A CN201110146763A CN102328917A CN 102328917 A CN102328917 A CN 102328917A CN 201110146763 A CN201110146763 A CN 201110146763A CN 201110146763 A CN201110146763 A CN 201110146763A CN 102328917 A CN102328917 A CN 102328917A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
selenizing
pipe
selenium
vacuum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201110146763A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102328917B (zh
Inventor
舒小敏
吴文斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGXI KETAI NEW MATERIALS CO Ltd
Original Assignee
JIANGXI KETAI NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JIANGXI KETAI NEW MATERIALS CO Ltd filed Critical JIANGXI KETAI NEW MATERIALS CO Ltd
Priority to CN201110146763.3A priority Critical patent/CN102328917B/zh
Publication of CN102328917A publication Critical patent/CN102328917A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102328917B publication Critical patent/CN102328917B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Packages (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

一种硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法，其特征在于包括如下步骤：1）原料前置处理，原料都是5N的高纯材料，并如下清洁处理，2）第一步熔炼合金，Cu1InXGa1-X合金的配比为CuIn0.666Ga0.333，第二步硒化，硒化在密管中进行，把熔炼得到的合金CuIn0.666Ga0.333合金和硒装入管内，管内抽至真空度10-2Pa，然后封闭管口，得到密管；密管装入高温箱式炉中加热，最高温度750℃，硒化时间5h，得到硒化后的成品Cu(In0.666Ga0.333)Se2；合成的产物是大块状的，在保护气氛中破碎成小块或80～325目粉状，管内反应完成后，密管从炉内取出，倒出Cu(In0.666Ga0.333)Se2块，用塑料袋真空封装，真空度10-1托，入成品库。本发明硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法具有工艺平稳，安全无爆炸危险。

Description

硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法
技术领域
本发明涉及硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料合成工艺。 
背景技术
能源是世界共同关注的问题，为解决能源危机，太阳能发电成为一个重要产业。硒-镓-铟-铜（CIGS）薄膜太阳能电池近年正在蓬勃发展。美、日、英、法、俄、德，中国包括台湾地区均从研制阶段进入规模化生产，因此CIGS材料的研制也已进入规模化阶段。 
CIGS的加合物，一般采用真空密管单温区液相合成，合成最高温1150 ℃，在高温下，硒的蒸汽压很大，石英管承受不了这样大的压力，工艺操作条件掌握不好，就会发生爆炸，这为大规模生产设置了障碍。因为大的石英管承受不了大的压力，在高温下更是如此。 
如果采用真空非密管法，无法保证CuSe，In2Se3，Ga2Se3三种化合物和它们的加合物的成份。 
发明内容
本发明的目的在于：提供简单安全的硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法。 
本发明硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法包括如下步骤： 
1）原料前置处理
  原料都是5N（表示纯度为99.999%）的高纯材料，并要经严格的清洁处理。
（1）高纯铜（Cu）的处理：5N的铜锭切削加工成丝，用10% HCl:1% HNO3的处理液,处理3分钟，再用去离子水冲洗至中性，最后用红外线干燥后待用。 
     （2）高纯铟(In)的处理：5N 的铟破碎成细颗粒，用10% HCl溶液清洗，再用去离子水冲洗至中性PH=7,并用乙醇脱水，最后用红外线干燥待用。 
     （3）高纯镓(Ga)的处理: 5N 的镓破碎成细颗粒，用15% (NH4)2OH溶液清洗，再用去离子水冲洗至中性PH=7最后用红外线干燥待用。 
     （4） 高纯硒(Se)的处理：5N 的硒用玛瑙研钵研磨成粉末待用。 
2）第一步熔炼合金 
Cu1InXGa1-X合金的配比为CuIn0.666Ga0.333，即原子比为Cu:In;Ga=1：0.666：0.333，在真空中频感应炉中熔炼。频率2500 HZ，加热功率40 kW，炉内由机械泵、罗茨泵、油扩散泵组成的真空机组抽到真空度1～6.7×10-3 Pa。原料在高纯石墨坩埚内熔化，合成CuIn0.666Ga0.333合金。投料量每炉15 kg，熔炼温度1000～1100℃，熔炼时间1～2 h。
3）第二步硒化 
硒化在密管中进行，密管是高熔点石英管，壁厚3～3.5 mm，管径为Φ30～35 mm，管长为380 mm。石英管用王水清洗，再用去离子水洗涤，然后用红外线烘干。把熔炼得到的合金CuIn0.666Ga0.333合金和硒装入管内，管内抽至真空度10-2 Pa，然后封闭管口，得到密管。
密管装入高温箱式炉中加热，按严格的时-温曲线进行。最高温度750 ℃，硒化时间5 h。得到硒化后的成品Cu(In0.666Ga0.333)Se2。 
得到的产品中成分的配比非常严格，允许的偏差只有百分之几，密管处理时，可以双层或多层装管炉，可大大提高生产效率。 
实际上产品中含可分辨的Cu0.5In0.666Se1.66和Cu0.5Ga0.333Se0.833两种相，要加和成一个相有相当大的难度。 
合成的产物是大块状的，可以在保护气氛中破碎成小块或80～325目粉状。产品熔点865±5℃。 
    4) 真空包装 
管内反应完成后，密管从炉内取出，自然冷却到室温，切开石英管，倒出Cu(In0.666Ga0.333)Se2块，为了防止氧化，用塑料袋真空封装，真空度10-1托。入成品库。
本发明硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法与一步法比较具有工艺平稳，安全无爆炸危险。Cu1InXGa1-X合金可实现大批量生产，每天生产可达几百公斤，硒化工艺过程时间缩短，硒化温度降到700 ℃以下，以液相-液相反应为主。可实现双层或多层装密管合成，本发明硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法，为产业化开辟新的途径。 
具体实施方式
本发明硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法包括如下步骤： 
1）原料前置处理
  原料都是5个9的高纯材料，产品中杂质的含量要求达到表1的规定。并要经严格的清洁处理。（1）高纯铜（Cu）的处理：5N的铜锭切削加工成丝，用10% HCl:1% HNO3的处理液,处理3分钟，再用去离子水冲洗至中性，最后用红外线干燥后待用。
表1 
Figure 152523DEST_PATH_IMAGE001
     （2）高纯铟(In)的处理：5N 的铟破碎成细颗粒，用10% HCl溶液清洗，再用去离子水冲洗至中性PH=7,并用乙醇脱水，最后用红外线干燥待用。
     （3）高纯镓(Ga)的处理: 5N 的镓破碎成细颗粒，用15% (NH4)2OH溶液清洗，再用去离子水冲洗至中性PH=7最后用红外线干燥待用。 
     （4） 高纯硒(Se)的处理：5N 的硒用玛瑙研钵研磨成粉末待用。 
2）第一步熔炼合金 
Cu1InXGa1-X合金的配比为CuIn0.666Ga0.333，即原子比为Cu:In;Ga=1：0.666：0.333，在真空中频感应炉中熔炼。频率2500 HZ，加热功率40 kW，炉内由机械泵、罗茨泵、油扩散泵组成的真空机组抽到真空度1～6.7×10-3 Pa。原料在高纯石墨坩埚内熔化，合成CuIn0.666Ga0.333合金。投料量每炉15 kg，熔炼温度1000～1100℃，熔炼时间1～2 h。
3）第二步硒化 
硒化在密管中进行，密管是高熔点石英管，壁厚3～3.5 mm，管径和管长为∮30～35 mm×380 mm。石英管需用王水清洗，再用去离子水洗涤，然后用红外线烘干。把熔炼得到的合金CuIn0.666Ga0.333合金和硒装入管内，用2X-8旋转机械泵和Φ200 mm的油扩散泵组成的真空机组把管内抽至真空度10-2 Pa，然后封闭管口，得到密管。
密管装入高温箱式炉中加热，按严格的时-温曲线进行。最高温度750 ℃，硒化时间5 h。得到硒化后的成品Cu(In0.666Ga0.333)Se2。 
得到的产品中成分的配比非常严格，允许的偏差只有百分之几，见表2。 
表2
Figure 69664DEST_PATH_IMAGE002
密管处理时，可以双层或多层装管炉，可大大提高生产效率。
实际上产品中含可分辨的Cu0.5In0.666Se1.66和Cu0.5Ga0.333Se0.833两种相，要加和成一个相有相当大的难度。 
合成的产物是大块状的，可以在保护气氛中破碎成小块或80～325目粉状。产品熔点865±5℃。 
    4) 真空包装 
管内反应完成后，密管从炉内取出，自然冷却到室温，切开石英管，倒出Cu(In0.666Ga0.333)Se2块，为了防止氧化，用塑料袋真空封装，真空度10-1托。入成品库。

Claims (1)

1.一种硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法，其特征在于包括如下步骤：
1）原料前置处理
  原料都是5N（表示纯度为99.999%）的高纯材料，并要经严格的清洁处理；
（1）高纯铜（Cu）的处理：5N的铜锭切削加工成丝，用10% HCl:1% HNO3的处理液,处理3分钟，再用去离子水冲洗至中性，最后用红外线干燥后待用；
     （2）高纯铟(In)的处理：5N 的铟破碎成细颗粒，用10% HCl溶液清洗，再用去离子水冲洗至中性PH=7,并用乙醇脱水，最后用红外线干燥待用；
     （3）高纯镓(Ga)的处理: 5N 的镓破碎成细颗粒，用15% (NH4)2OH溶液清洗，再用去离子水冲洗至中性PH=7最后用红外线干燥待用；
     （4） 高纯硒(Se)的处理：5N 的硒用玛瑙研钵研磨成粉末待用；
2）第一步熔炼合金
Cu1InXGa1-X合金的配比为CuIn0.666Ga0.333，即原子比为Cu:In;Ga=1：0.666：0.333，在真空中频感应炉中熔炼；
频率2500 HZ，加热功率40 kW，炉内由机械泵、罗茨泵、油扩散泵组成的真空机组抽到真空度1～6.7×10-3 Pa；原料在高纯石墨坩埚内熔化，合成CuIn0.666Ga0.333合金；
投料量每炉15 kg，熔炼温度1000～1100℃，熔炼时间1～2 h；
3）第二步硒化
硒化在密管中进行，密管是高熔点石英管，壁厚3～3.5 mm，管径为Φ30～35 mm，管长为380 mm；
石英管用王水清洗，再用去离子水洗涤，然后用红外线烘干；把熔炼得到的合金CuIn0.666Ga0.333合金和硒装入管内，管内抽至真空度10-2 Pa，然后封闭管口，得到密管，
密管装入高温箱式炉中加热，按严格的时-温曲线进行；
最高温度750 ℃，硒化时间5 h；
得到硒化后的成品Cu(In0.666Ga0.333)Se2，
得到的产品中成分的配比非常严格，允许的偏差只有百分之几，密管处理时，可以双层或多层装管炉，可大大提高生产效率，
实际上产品中含可分辨的Cu0.5In0.666Se1.66和Cu0.5Ga0.333Se0.833两种相，要加和成一个相有相当大的难度，
合成的产物是大块状的，可以在保护气氛中破碎成小块或80～325目粉状；
产品熔点865±5℃，
    4) 真空包装
管内反应完成后，密管从炉内取出，自然冷却到室温，切开石英管，倒出Cu(In0.666Ga0.333)Se2块，用塑料袋真空封装，真空度10-1托，入成品库。
CN201110146763.3A 2011-06-02 2011-06-02 硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法 Expired - Fee Related CN102328917B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110146763.3A CN102328917B (zh) 2011-06-02 2011-06-02 硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110146763.3A CN102328917B (zh) 2011-06-02 2011-06-02 硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102328917A true CN102328917A (zh) 2012-01-25
CN102328917B CN102328917B (zh) 2016-03-23

Family

ID=45480914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110146763.3A Expired - Fee Related CN102328917B (zh) 2011-06-02 2011-06-02 硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102328917B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103572089A (zh) * 2013-11-12 2014-02-12 中国科学院金属研究所 一种铜铟镓硒四元半导体合金的制备方法
CN107058791A (zh) * 2017-04-27 2017-08-18 柳州豪祥特科技有限公司 铜铟镓硒合金的制备方法
CN109704766A (zh) * 2019-01-21 2019-05-03 江西科泰新材料有限公司 碲化锌掺碲化亚铜靶材的生产工艺
CN110482498A (zh) * 2019-09-26 2019-11-22 先导薄膜材料（广东）有限公司 一种γ相硒化铟的合成方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814553A (zh) * 2010-03-05 2010-08-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 光辅助方法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层
CN102071329A (zh) * 2010-11-25 2011-05-25 广东先导稀有材料股份有限公司 一种铜铟镓硒合金的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814553A (zh) * 2010-03-05 2010-08-25 中国科学院上海硅酸盐研究所 光辅助方法制备铜铟镓硒薄膜太阳电池光吸收层
CN102071329A (zh) * 2010-11-25 2011-05-25 广东先导稀有材料股份有限公司 一种铜铟镓硒合金的制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103572089A (zh) * 2013-11-12 2014-02-12 中国科学院金属研究所 一种铜铟镓硒四元半导体合金的制备方法
CN103572089B (zh) * 2013-11-12 2015-10-28 中国科学院金属研究所 一种铜铟镓硒四元半导体合金的制备方法
CN107058791A (zh) * 2017-04-27 2017-08-18 柳州豪祥特科技有限公司 铜铟镓硒合金的制备方法
CN109704766A (zh) * 2019-01-21 2019-05-03 江西科泰新材料有限公司 碲化锌掺碲化亚铜靶材的生产工艺
CN110482498A (zh) * 2019-09-26 2019-11-22 先导薄膜材料（广东）有限公司 一种γ相硒化铟的合成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102328917B (zh) 2016-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103510157B (zh) 一种高效铸锭的诱导长晶工艺
CN102328917A (zh) 硒镓铟铜薄膜太阳能电池材料的两步合成法
CN1873062A (zh) 一种太阳能电池用高纯多晶硅的制备方法和装置
CN111809240A (zh) 一种高纯碲化镉的制备方法
CN108394873B (zh) 封管合成碲硒镉的方法
CN102786089A (zh) 一种生产砷化锌的方法
CN101798705A (zh) 一种从低温熔体中连续拉晶提纯多晶硅的方法及专用装置
CN102153088B (zh) 一种金属硅的造渣酸洗除硼方法
CN103311426A (zh) 用制冷晶棒加工废料制备N型Bi2Te3基热电材料的方法
CN102249250B (zh) 一种二氧化硅的提纯方法
CN102586623A (zh) 高纯铝的提取方法和设备
CN102139879B (zh) 一种利用硅锡合金提纯多晶硅的方法
CN102275880A (zh) 三硒化二铟双温区真空密管液相合成工艺
CN103469302A (zh) 缩短边角长晶时间的多晶硅铸锭工艺
CN113060708A (zh) 一种高纯硒的生产设备及利用该设备制备高纯硒的工艺
CN104178809A (zh) 一种冶金法制备低金属硼母合金的方法
CN107245632B (zh) 铜铟镓硒合金的制备方法
CN111392699B (zh) 一种硒化镉的制备方法
CN101928983B (zh) 触媒法生产多晶硅和多晶硅薄膜的方法
CN103397380B (zh) 一种多晶硅铸锭炉及其快速铸锭工艺
CN106430120A (zh) 一种硒化锗粉末的制备方法
CN102424388A (zh) 一种太阳能级多晶硅脱金属杂质的方法
CN104925760B (zh) CIGS的Na掺杂方法、及其溅射靶材的制作方法
CN101913608B (zh) 一种去除工业硅中硼的方法
CN110055435A (zh) 硒铜合金的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160323

Termination date: 20210602