CN103706799A

CN103706799A - 一种干法制备cigs粉末的方法

Info

Publication number: CN103706799A
Application number: CN201310740629.5A
Authority: CN
Inventors: 陈进中; 莫经耀; 吴伯增; 林东东; 甘振英
Original assignee: LIUZHOU BAIRENTE ADVANCED MATERIALS CO Ltd
Current assignee: LIUZHOU BAIRENTE ADVANCED MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-04-09

Abstract

本发明涉及太阳能电池的CIGS吸收层，具体说是一种干法制备CIGS粉末的方法,其包括将铜铟合金粉末、铜镓合金粉末与硒粉混合均匀，得到铜铟镓硒混合料；将混合料置于模具中加压制成坯体；将坯体置于反应釜中，并通入高压保护气体；点燃坯体，反应生成烧结体；待烧结体冷却至室温后，粉碎得到CIGS粉末。本发明先制备铜铟合金粉末、铜镓合金粉末，再将它们与硒粉混合，可解决硒与镓或铟直接混合的困难及混合时可能产生剧毒或爆炸的问题，提高了制备过程中的安全性。本发明除了点燃坯体外无需外部热源，因而能耗低，设备较简单，成本低；在反应合成过程中，由于反应温度较高，可蒸发掉挥发性杂质，因而产物的纯度较高。

Description

一种干法制备CIGS粉末的方法

技术领域

本发明涉及制备太阳能电池的CIGS吸收层的材料，具体说是制备CIGS粉末的方法。

背景技术

薄膜太阳能电池的CIGS吸收层是太阳能电池的核心部分，吸收层的制备方法有多种，如先以溅镀设备进行金属或合金薄膜镀膜，再利用硒化方式将金属或合金薄膜硒化形成CIGS薄膜光吸收层，但其光电转换效率较差；再如采用CIGS靶材配合溅镀设备，直接在基板上溅镀以形成CIGS吸收层，这种方法制成的吸收层因具有较佳的光电转换效率而为业界积极竞相投入研发。

CIGS靶材制造方法也有多种，如共溅镀法、粉末治金法等，其中粉末治金法须先制备CIGS粉末，而制备CIGS粉末的技术有溶剂热合成法和化学湿式合成法等；溶剂热合成法是在特制的密闭反应容器里采用水溶液为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。但这种方法存在溶剂污染的问题；化学湿式合成法的工艺较简单，易于产业化，但在制备硒的化合物时很容易受到氧的干扰，硒源的选择很重要，因此这种方法的制备条件要求较高，不容易控制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种可节约成本、提高产物纯度的干法制备CIGS粉末的方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种干法制备CIGS粉末的方法,其包括以下步骤：

（1）将铜粉和铟粉混合均匀后，在真空条件下进行热融、加压、冷却、研磨，得到铜铟合金粉末；

（2）将铜粉和镓粉混合均匀后，在真空条件下进行热融、加压、冷却、研磨，得到铜镓合金粉末；

（3）再将铜铟合金粉末、铜镓合金粉末与硒粉混合均匀，得到铜铟镓硒混合料；

（4）将混合料置于模具中加压制成坯体；

（5）将坯体置于反应釜中，并通入高压保护气体；

（6）点燃坯体，反应生成烧结体；

（7）待烧结体冷却至室温后，粉碎得到CIGS粉末。

作为优选，所述混合料中铜:铟:镓:硒的物质的量比为1:0.7:0.3:（2.0--2.2）。

作为优选，制成坯体时采用的成型压力为4--6MPa。

作为优选，所述保护气体为氩气。

进一步地，所述氩气压力为0.5--0.7MPa。

作为优选，所述坯体通过电热丝点燃，坯体点燃后将电热丝断电。

进一步地，所述电热丝的形状依坯体的外形轮廓制成。

作为优选，在点燃坯体前，对其预热4--6s。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明先制备铜铟合金粉末、铜镓合金粉末，再将它们与硒粉混合，可解决硒与镓或铟直接混合的困难及混合时可能产生剧毒或爆炸的问题，提高了制备过程中的安全性。

2、本发明除了点燃坯体外无需外部热源，因而能耗低，设备较简单，成本低；

3、在反应合成过程中，由于反应温度较高，可蒸发掉挥发性杂质，因而产物的纯度较高。

附图说明

图1是本发明的流程框图。

具体实施方式

下面结合图1详细介绍本发明的方法，其包括以下步骤：

首先，将铜粉和铟粉混合均匀后，在真空条件下进行热融、加压、冷却、研磨，得到铜铟合金粉末；将铜粉和镓粉混合均匀后，在真空条件下进行热融、加压、冷却、研磨，得到铜镓合金粉末；为了达到符合要求的粉末粒度，应多次进行上述工艺过程；再将铜铟合金粉末、铜镓合金粉末与硒粉混合均匀，得到铜铟镓硒混合料，这样制成的混合料既不会产生剧毒及爆炸的问题，又可供热融加压成型靶材。在实施过程中，铜:铟:镓:硒应按照物质的量比为1:0.7:0.3:（2.0--2.2）进行配比，以保证靶材的质量。

接着，将上述混合料置于模具中加压制成坯体，制成坯体时采用的成型压力为4--6MPa，使坯体具有一定的致密度。在实施过程中，成型压力为4MPa时，坯体致密度不高，其内部存在气孔，经过后续的反应后可得到疏松易碎的产物；当成型压力为6MPa时，坯体的致密度较高，其内部存在的气孔较少。

然后，将坯体置于反应釜中，并通入高压保护气体。在实施过程中，保护气体采用氩气，氩气压力以0.5--0.7MPa为佳。高压的保护气体不仅可防止反应物被氧化，而且有利于抑制后续反应时硒的挥发。

接着，通过电热丝点燃坯体，反应生成烧结体，当坯体点燃后将电热丝断电，无需继续使用电热丝。因为在反应前，通过电热丝的外部能量点燃坯体，使得坯体局部发生铜铟镓硒的化合反应，而该化合反应可放出大量的热，以维持反应持续进行，从而使坯体充分反应，得到所需的烧结体。在实施过程中，电热丝的形状依坯体的外形轮廓制成，如坯体是圆柱体时，电热丝应做出环形，并置于圆柱体坯体顶面的上方边缘，且距离不宜过高，最好是1-2mm，这样不仅有利于点燃坯体，而且使得坯体各部分燃烧更加均匀。

最后，待烧结体冷却至室温后，粉碎得到CIGS粉末，粉碎时可根据需求磨成相应粒度的粉末，粉粹可采用多种方式，如干磨、湿磨、液氮冷冻球磨等，在此不详述。

在本发明中，为了避免在点燃时骤然升高温度导致硒挥发，最好在点燃坯体前，对其预热4--6s，优选为5s。预热时可调节电热丝的电流大小以控制预热温度。在上述的反应过程中，氩气的压力大小与投入的硒粉量有关，如硒粉量较多时，氩气的合成压力可小一些；反之，氩气的压力应大一些。如投入的硒粉量为上述比值的2.0时，氩气的压力最好维持在0.7MPa左右；当硒粉量投入为2.2时，氩气的压力可降低到0.5MPa左右；在本发明中最优的方式是硒粉量的投入为上述比值的2.1时，通入氩气的压力为0.6MPa，这样不仅可制得纯度较高的CuIn_0.7Ga_0.3Se₂，而且成本较低。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims

1.一种干法制备CIGS粉末的方法,其包括以下步骤：

（4）将混合料置于模具中加压制成坯体；

（5）将坯体置于反应釜中，并通入高压保护气体；

（6）点燃坯体，反应生成烧结体；

（7）待烧结体冷却至室温后，粉碎得到CIGS粉末。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述混合料中铜:铟:镓:硒的物质的量比为1:0.7:0.3:（2.0--2.2）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：制成坯体时采用的成型压力为4--6MPa。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述保护气体为氩气。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述氩气压力为0.5--0.7MPa。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述坯体通过电热丝点燃，坯体点燃后将电热丝断电。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述电热丝的形状依坯体的外形轮廓制成。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在点燃坯体前，对其预热4--6s。