CN106180721A - 铜铟镓硒靶材金属化层制备方法 - Google Patents

铜铟镓硒靶材金属化层制备方法 Download PDF

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吕宏
谢元锋
夏扬
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Abstract

本发明涉及一种铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，在制备铜铟镓硒靶材的同时制备金属化层，属于有色金属加工领域。首先，将石墨垫板置于热压炉模具的下压头上，然后将金属片放在石墨垫板上，放入铜铟镓硒粉料，再放入上压头，将模具放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时加压，进行保温保压，然后冷却至室温；然后，将靶材从热压炉中取出，先加工靶面，然后加工金属化层，根据需要的金属化层的厚度确定加工量。本发明方法得到的铜铟镓硒靶材金属化层易于钎焊；导电、导热性能好；成本低，与靶材制备过程同步，大大降低生产成本。

Description

铜铟镓硒靶材金属化层制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，尤其是解决铜铟镓硒靶材难于被钎料润湿问题，在制备铜铟镓硒靶材的同时制备金属化层，属于有色金属加工领域。
背景技术
铜铟镓硒是薄膜太阳能电池光吸收层材料，具有抗辐射能力强，工作性能稳定等优点，在制备铜铟镓硒薄膜过程中，需要铜铟镓硒靶材与铜背靶良好接触，实现良好的导电、导热效果。
目前能够实现靶材与金属连接的常见工艺有钎焊法，熔焊法。对于铜铟镓硒靶材来说，由于这种靶材脆性大，易于挥发，熔焊法不适用；而钎焊法焊接无机非金属靶材时需要靶面金属化，以适合用常规的钎料焊接。目前常用的金属化工艺有银浆烧结法、蒸发法、溅射法、喷涂法等，这些工艺形成的金属化层与基体结合作用较弱，不能形成冶金结合，导电、导热能力差，不能满足太阳能电池镀膜所要求的工艺条件，镀出的膜厚度均匀性和成分均匀性差。
要实现靶材与金属化层的冶金结合，需要靶材与金属化层的元素相互扩散，达到一体化的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，包括金属化层选择、垫板厚度尺寸、热压温度、热压压力、保压时间以及加工方法。本发明采用制备靶材烧结过程的高温、高压使表面的各元素与金属片界面相互扩散，形成平整的界面，从而将靶材烧结过程和金属化过程合二为一，简化了流程，降低了成本，提升了靶材使用效果。
本发明提供的新型铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，包括下列步骤：
A.将石墨垫板置于热压炉模具的下压头上，然后将金属片放在石墨垫板上，放入铜铟镓硒粉料，再放入上压头，将模具放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时加压，进行保温保压，然后冷却至室温；
B.将靶材从热压炉中取出，先加工靶面，然后加工金属化层，根据需要的金属化层的厚度确定加工量。
该方法中，金属化层选用Cu、Ni或Mo，因此金属片为Cu、Ni或Mo片等。
所述的石墨垫板厚度为10mm～15mm；靶面金属片厚度为1～1.5mm。
所述的铜铟镓硒粉料及靶材的成分配比如下：Cu、In、Ga、Se原子百分比含量分别为Cu：25％，In+Ga：20％-35％，Se：40％-55％；其中(In+Ga)/Cu的原子比优选为1.1-0.9。
本发明制备方法中，所述的热压烧结的温度为650℃～700℃，压力为30MPa～40MPa，保温保压时间为30～60分钟。热压放置图可参见图1。
本发明提供的新型铜铟镓硒靶材金属化层制备方法具有如下优点：
1.易于钎焊，由于金属化层选用的金属是Cu、Ni、Mo，是常规的背靶材料，常见的钎焊材料如SnAg、SnPb、InSn等合金都能润湿这些金属；
2.导电、导热性能好，由于获得的金属化层与靶材基体形成冶金结合，靶材基体与金属化层结合率接近100％，界面电阻非常低，而且能有效将热从靶面导出；
3.成本低，与靶材制备过程同步，大大降低生产成本。
附图说明
图1是热压模具放置图。
主要附图标记：
1 上压头 2 铜铟镓硒粉末
3 金属片 4 石墨垫板
5 下压头 6 模具
具体实施方式
本发明铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，采用热压模具，其放置图如图1所示，首先，将石墨垫板4置于热压炉模具的下压头5上，然后将金属片3放在石墨垫板4上，放入铜铟镓硒粉末2，再放入上压头1，将模具6放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时缓慢加压至一定的压力，在一定的温度下保温一定时间，然后冷却至室温；热压温度可为650℃～700℃，热压压力为30MPa～40MPa，保温时间为30～60分钟。将靶材从热压炉中取出，先加工靶面，然后加工金属化层，根据需要的金属化层的厚度确定加工量。
实施例1
将厚度为10mm的石墨垫板4置于热压炉模具的下压头5上，然后将1mm厚的Ni金属片3放在石墨垫板4上，再放入铜铟镓硒粉末2，铜铟镓硒粉末2中原子百分比含量为Cu：25％，In+Ga：25％，Se：50％，再放入上压头1，将模具6放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时缓慢加压至30MPa，在650℃的温度下保温60分钟，然后冷却至室温。将靶材从热压炉中取出，先磨削加工靶面，然后磨削加工金属化层，加工量为0.5mm。金属化层与靶材基体形成冶金结合，靶材基体与金属化层结合率大于98％，能有效将热从靶面导出。
实施例2
将厚度为15mm的石墨垫板4置于热压炉模具的下压头5上，然后将1.2mm厚的Mo金属片3放在石墨垫板4上，再放入铜铟镓硒粉末2，铜铟镓硒粉末2中原子百分比含量为Cu：25％，In+Ga：27.5％，Se：47.5％，再放入上压头1，将模具6放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时缓慢加压至40MPa，在700℃的温度下保温40分钟，然后冷却至室温。将靶材从热压炉中取出，先磨削加工靶面，然后磨削加工金属化层，加工量为0.7mm。金属化层与靶材基体形成冶金结合，靶材基体与金属化层结合率大于98.5％，能有效将热从靶面导出。
实施例3
将厚度为13mm的石墨垫板4置于热压炉模具的下压头5上，然后将1.5mm厚的Cu金属片3放在石墨垫板4上，再放入铜铟镓硒粉末2，铜铟镓硒粉末2中原子百分比含量为Cu：25％，In+Ga：22.5％，Se：52.5％，再放入上压头1，将模具6放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时缓慢加压至35MPa，在680℃的温度下保温30分钟，然后冷却至室温。将靶材从热压炉中取出，先磨削加工靶面，然后磨削加工金属化层，加工量为0.9mm。金属化层与靶材基体形成冶金结合，靶材基体与金属化层结合率大于99％，能有效将热从靶面导出。
本发明方法制备得到的铜铟镓硒靶材金属化层易于钎焊；导电、导热性能好；成本低，与靶材制备过程同步，大大降低生产成本。
以上所述的实施例，只是本发明的一个较佳的具体实施方式，本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种修改。

Claims (7)

1.一种铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，包括如下步骤：
A.将石墨垫板置于热压炉模具的下压头上，然后将金属片放在石墨垫板上，放入铜铟镓硒粉料，再放入上压头，将模具放于热压炉中进行热压烧结，在升温的同时加压，进行保温保压，然后冷却至室温；
B.将靶材从热压炉中取出，先加工靶面，然后加工金属化层，根据需要的金属化层的厚度确定加工量。
2.根据权利要求1所述的铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，其特征在于：所述的金属片为Cu、Ni或Mo片。
3.根据权利要求2所述的铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，其特征在于：所述的金属片厚度为1～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，其特征在于：所述的石墨垫板厚度为10mm～15mm。
5.根据权利要求1所述的铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，其特征在于：所述的铜铟镓硒粉料的原子百分比组成为Cu：25％，In+Ga：20％-35％，Se：40％-55％。
6.根据权利要求5所述的铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，其特征在于：所述的铜铟镓硒粉料中，In+Ga与Cu的原子比为1.1-0.9。
7.根据权利要求1所述的铜铟镓硒靶材金属化层制备方法，其特征在于：所述的热压烧结的温度为650℃～700℃，压力为30MPa～40MPa，保温保压时间为30～60分钟。
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