CN112853285B - 一种氧化铟掺钨靶材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，包括以下步骤：（一）含铟原料的制备：将铟金属用有机酸进行溶解，得到有机酸铟溶液待用或者进一步向其中加入醇，使其产生氢氧化铟沉淀待用；（二）混入含钨原料：将仲钨酸铵或偏钨酸铵溶解于上述有机酸铟溶液或氢氧化铟与水的混合物中；（三）经过喷雾干燥即得铟钨元素混合均匀的粉末，为IWO前驱体；（四）将所得IWO粉末前驱体，经煅烧后得IWO粉末；（五）经成型、烧结后得IWO靶材。本发明采用的含铟原料和含钨原料中至少1种原料是以溶液的形式存在，并进行混合，由于是液‑液混合或液‑固混合，所以较粉末与粉末混合更加均匀，因此使得制备的IWO靶材，钨的掺杂更加均匀。

Description

一种氧化铟掺钨靶材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属氧化物靶材的制备方法，特别涉及一种氧化铟掺钨靶材的制备方法。
背景技术
非晶硅/晶体硅异质结电池是目前地面高效太阳电池中效率最高的太阳电池之一，近年来在产业界得到广泛关注和研究。非晶硅/晶体硅异质结电池结构中最为关键的部分之一就是透明导电层。常用的氧化铟掺锡（ITO）透明导电膜，在应用于这种太阳能电池时，在近红外波段有自由载流子吸收问题，大大限制太阳电池在长波区域的光谱响应。与ITO薄膜相比，掺钨氧化铟（IWO）薄膜具有更高的载流子迁移率，更好的高温稳定性和近红外波段的透光性，是非常有前景的透明导电材料。
目前制备IWO薄膜的主要方法有蒸镀法和磁控溅射法。相比于蒸镀法，磁控溅射法效率高，可大批量生产。中国专利CN 105374901A公布了一种用于薄膜太阳能电池透明电极的 IWO 材料的制备方法，其中记载了利用氧化铟粉与氧化钨粉混合制备IWO靶材的技术方案，但其制备过程中是以 In2O3粉体和 WO3粉体为作为主原料，加入去离子水后进行混合，由于In2O3粉体和 WO3粉体不溶于水，混合过程相当于是粉末与粉末之间的物理混合，存在粉体难以混合均匀的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，该方法采用的含铟原料和含钨原料中至少1种原料是以溶液的形式存在，并进行混合，由于是液-液混合或液-固混合，所以较粉末与粉末混合更加均匀，因此使得制备的IWO靶材，钨的掺杂更加均匀。
解决上述技术问题的技术方案是：一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，包括以下步骤：
（一）含铟原料的制备：
（1）将铟金属用有机酸进行溶解，得到有机酸铟溶液；所述的有机酸为只含碳氢氧三种元素的有机酸；
（2）有机酸铟溶液作为含铟溶液待用或者进一步向其中加入醇，使其产生氢氧化铟沉淀，然后得含氢氧化铟沉淀的混合液待用，所述的醇为只含碳氢氧三种元素的醇；
（二）混入含钨原料：
（1）称取一定量的仲钨酸铵或偏钨酸铵，溶解于上述有机酸铟溶液或含氢氧化铟沉淀的混合液中；仲钨酸铵或偏钨酸铵的加入量按换算成氧化铟与氧化钨质量比为（90～99.8）:（10～0.2）计；
（2）所得为液体时，只需搅拌，即可待用；对于有沉淀的混合液，搅拌使其成为均匀的悬浊液，待用；
（三）喷雾干燥：将所得含有铟钨元素的液体或悬浊液，用喷雾干燥的方式进行干燥，即得铟钨元素混合均匀的粉末，为IWO前驱体；
（四）煅烧：将所得IWO粉末前驱体，用600～1000℃温度，在空气或氧气气氛中进行煅烧0.5～20小时，即得IWO粉末；
（五）用IWO粉末制备靶材：采用现有的常规成型技术进行成型，并在氧气气氛中，用1400～1550℃的温度进行1～25小时的烧结，即得IWO靶材。
所述的有机酸是甲酸、过氧乙酸、乙酸或乙二酸中的一种或几种。
所述的醇是甲醇、乙醇或丙醇中的一种或几种。
步骤（一）中所述有机酸的添加量为铟金属与有机酸反应所需量的1～4倍。
步骤（一）中所述醇的添加量为有机酸铟与醇反应所需量的1～4倍。
步骤（三）中干燥后得到的粉末水份含量在5%以下。
本发明两种物质混合时，含铟原料是含铟离子溶液或是含氢氧化铟沉淀的混合液，含钨原料是溶解于水中的溶液，混合过程是液-液混合或液-固混合，相比于粉末与粉末之间的混合，混合更均匀，故制备得到的IWO靶材中钨的掺杂更加均匀，用这种靶材镀的IWO薄膜，方阻和透过率更加均匀，适合工业化生产。
下面，结合实施例对本发明之一种氧化铟掺钨靶材的制备方法的技术特征作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1：
取85%的分析纯甲酸溶液30L，将10kg的纯度99.99%以上的铟丝放入上述溶液中，进行反应。反应完毕后，将26g的偏钨酸铵加入其中，搅拌至其完全溶解。将溶液进行喷雾干燥，得到水份含量在5%以下的IWO前驱体粉末。将得到的粉末在空气气氛中，600℃煅烧20小时，煅烧结束后，即可得到混合均匀的IWO粉末。将IWO粉末进行常规的球磨造粒，压制成型后，在氧气气氛中，1550℃烧结1小时，烧结完成后，即得IWO靶材。
实施例2：
取分析纯乙酸15kg，去离子水45L，混合配置成乙酸溶液。将5kg的纯度99.99%以上的铟丝放入上述溶液中，进行反应。反应完毕后，将340 g的偏钨酸铵加入其中，搅拌至其完全溶解。将溶液进行喷雾干燥，得到水份含量在5%以下的IWO前驱体粉末。将得到的粉末在空气气氛中，700℃煅烧15小时，煅烧结束后，即可得到混合均匀的IWO粉末。将IWO粉末进行常规的球磨造粒，压制成型后，在氧气气氛中，1500℃烧结10小时，烧结完成后，即得IWO靶材。
实施例3：
取分析纯过氧乙酸10L，去离子水30L，混合配置成40L的溶液，将2kg的纯度99.99%以上的铟丝放入上述溶液中，进行反应。反应完毕后，向溶液中加入9L分析纯乙醇，搅拌均匀，溶液中出现白色沉淀。加入84g的仲钨酸铵，搅拌使其溶解。搅伴使其成为均匀的悬浊液，并进行喷雾干燥，得到水份含量在5%以下的IWO前驱体粉末。将得到的粉末在氧气气氛中，1000℃煅烧0.5小时，煅烧结束后，即可得到混合均匀的IWO粉末。将IWO粉末进行常规的注浆成型后，在氧气气氛中，1400℃烧结25小时，烧结完成后，即得IWO靶材。
实施例4：
取分析纯乙二酸8kg，去离子水18L，混合配置成溶液，将2kg的纯度99.99%以上的铟丝放入上述溶液中，进行反应。反应完毕后，向溶液中加入8L分析纯乙醇，搅拌均匀，溶液中出现白色沉淀。加入302g的仲钨酸铵，搅拌使其溶解。搅伴使其成为均匀的悬浊液，并进行喷雾干燥，得到水份含量在5%以下的IWO前驱体粉末。将得到的粉末在氧气气氛中，900℃煅烧3小时，煅烧结束后，即可得到混合均匀的IWO粉末。将IWO粉末进行常规的注浆成型后，在氧气气氛中，1450℃烧结20小时，烧结完成后，即得IWO靶材。
掺钨均匀性对比实验：
取本申请各实施例制备得到的IWO靶材的不同位置共5个样本进行钨含量检测，每个样本重100g，再按同样的方法取中国专利CN 105374901A制备得到的IWO材料进行钨含量检测，作为对比例。钨含量检测使用“硫氰酸盐分光光度法”。检测结果如下表。
Figure 781059DEST_PATH_IMAGE001
从上表可以看出，本申请制备得到的IWO靶材不同位置的钨含量相差不大，偏差率要优于中国专利CN 105374901A制备得到的IWO材料的偏差率，说明本申请制备的IWO靶材中钨的掺杂更加均匀。

Claims (5)

1.一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（一）含铟原料的制备：
（1）将铟金属用有机酸进行溶解，得到有机酸铟溶液；所述的有机酸为只含碳氢氧三种元素的有机酸；所述有机酸的添加量为铟金属与有机酸反应所需量的1～4倍；
（2）有机酸铟溶液作为含铟溶液待用或者进一步向其中加入醇，使其产生氢氧化铟沉淀，然后得含氢氧化铟沉淀的混合液待用，所述的醇为只含碳氢氧三种元素的醇；
（二）混入含钨原料：
（1）称取一定量的仲钨酸铵或偏钨酸铵，溶解于上述有机酸铟溶液或含氢氧化铟沉淀的混合液中；仲钨酸铵或偏钨酸铵的加入量按换算成氧化铟与氧化钨质量比为（90～99.8）:（10～0.2）计；
（2）所得为液体时，只需搅拌，即可待用；对于有沉淀的混合液，搅拌使其成为均匀的悬浊液，待用；
（三）喷雾干燥：将所得含有铟钨元素的液体或悬浊液，用喷雾干燥的方式进行干燥，即得铟钨元素混合均匀的粉末，为IWO前驱体；
（四）煅烧：将所得IWO粉末前驱体，用600～1000℃温度，在空气或氧气气氛中进行煅烧0.5～20小时，即得IWO粉末；
（五）用IWO粉末制备靶材：采用现有的常规成型技术进行成型，并在氧气气氛中，用1400～1550℃的温度进行1～25小时的烧结，即得IWO靶材。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，其特征在于：所述的有机酸是甲酸、过氧乙酸、乙酸或乙二酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，其特征在于：所述的醇是甲醇、乙醇或丙醇中的一种或几种。
4.根据权利要求1或2所述的一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，其特征在于：步骤（一）中所述醇的添加量为有机酸铟与醇反应所需量的1～4倍。
5.根据权利要求1或2所述的一种氧化铟掺钨靶材的制备方法，其特征在于：步骤（三）中干燥后得到的粉末水份含量在5%以下。
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