CN113604778B - 一种应用于太阳能电池的azo靶材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于太阳能电池的AZO靶材及其制备方法，包括以下步骤：将锌盐和铝盐加入到第一溶剂中，分散均匀，配制成第一溶液；将草酸加入到第二溶剂中，分散均匀，配制成第二溶液；将第二溶液加入到第一溶液中，在水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置，干燥，烧结，得到前驱体粉末；将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，超声处理，干燥，得到氧化锌铝粉体；将氧化锌铝粉末压制成型，得到坯块；将坯块烧结，得到靶材。由本发明所述的AZO靶材制备得到的薄膜应用于太阳能电池，具有良好的开路电压与短路电流，能够有效提高太阳能电池的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及溅射靶材技术领域，具体涉及一种应用于太阳能电池的AZO靶材及其制备方法。
背景技术
ZnO作为一种新型半导体材料，在压电传感器、显示器、发光器件和太阳能电池方面都具有广阔的应用前景，而且ZnO属于环保无污染材料，而且自然界中储量丰富，在太阳能电池方面的应用具有巨大的潜力。
近年来，太阳能的开发和利用成为人类发展的热点问题之一，作为核心器件的薄膜太阳能电池产业发展迅速。AZO薄膜已经在薄膜太阳能电池中得到了部分应用。 AZO靶材溅射薄膜是目前公认为最有前景的薄膜材料之一。目前由AZO靶材制备得到的薄膜用于太阳能电池开路电压、短路电流小，太阳能电池的光电转化效率低，限制了其应用。
发明内容
本发明提供一种应用于太阳能电池的AZO靶材及其制备方法，由所述的AZO靶材制备得到的薄膜应用于太阳能电池，具有良好的开路电压与短路电流，能够有效提高太阳能电池的光电转化效率。
本发明解决其技术问题采用以下技术方案：
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将锌盐和铝盐加入到第一溶剂中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将草酸加入到第二溶剂中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置，干燥，烧结，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，超声处理，干燥，得到氧化锌铝粉体；
S05、将氧化锌铝粉末压制成型，得到坯块；
S06、将坯块烧结，得到靶材。
作为一种优选方案，所述锌盐为二水合乙酸锌，所述铝盐为乙酰丙酮铝。
作为一种优选方案，所述第一溶剂为无水乙醇，所述第二溶剂为去离子水或乙醇。
作为一种优选方案，所述静置时间为24~48h，所述S03中烧结温度为400~550℃，所述烧结时间为1~3h。
作为一种优选方案，所述压制成型采用冷等静压成型，所述冷等静压成型的压力为100~160MPa。
作为一种优选方案，所述超声处理功率为1000~1200W，所述超声处理时间为25~50min。
作为一种优选方案，所述S06中的烧结采用微波烧结法进行烧结，具体为：
将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为200~500W、微波频率2000~2400MHz下，以8~15℃/min升温至700~800℃，保持10~20min；
调节微波功率为600~800W、微波频率为2500~2800MHz，以8~15℃/min升温至1100~1250℃，保持30~70min；
随炉自然冷却。
作为一种优选方案，所述锌盐、铝盐、草酸重量比为：100：1~3：101~103草酸；
所述锌盐与第一溶剂的重量比为1：3~6；
所述草酸与第二溶剂的重量比为1：3~6。
作为一种优选方案，所述S04中前驱体粉末与去离子水重量比为1：3~6。
本发明化提供了一种应用于太阳能电池的AZO靶材，采用上述所述的应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法制备得到。
本发明的有益效果：由本发明所述的AZO靶材制备得到的薄膜应用于太阳能电池，具有良好的开路电压与短路电流，能够有效提高太阳能电池的光电转化效率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，除特别声明，所述的份均为重量份。
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将锌盐和铝盐加入到第一溶剂中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将草酸加入到第二溶剂中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置，干燥，烧结，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，超声处理，干燥，得到氧化锌铝粉体；
S05、将氧化锌铝粉末压制成型，得到坯块；
S06、将坯块烧结，得到靶材。
在本发明中，所述锌盐为二水合乙酸锌，所述铝盐为乙酰丙酮铝。
本发明的发明人在大量的研究中发现，在本发明的体系下，通过采用二水合乙酸锌为锌盐，采用乙酰丙酮铝为铝盐，以草酸作为络合剂，通过水浴反应，静置，烧结得到前驱体粉末，再通过超声处理，压制成型，烧结，得到了AZO靶材，所述的AZO靶材制备得到的薄膜应用于太阳能电池，具有良好的开路电压与短路电流，能够有效提高太阳能电池的光电转化效率。
本发明通过使用草酸作为络合剂，能够水解充分，促进凝胶的性能，能够得到稳定性良好的前驱体粉末，且在制备过程中，不需要调节pH，能够有效的节省制备步骤。
发明人发现，在本发明的配方体系下，若采取柠檬酸替换草酸，在后续的微波烧结过程中，会产生杂质，从而影响到AZO靶材性能。
在本发明中，所述第一溶剂为无水乙醇，所述第二溶剂为去离子水或乙醇。
在本发明中，所述静置时间为24~48h，所述S03中烧结温度为400~550℃，所述烧结时间为1~3h。
在本发明中，所述压制成型采用冷等静压成型，所述冷等静压成型的压力为100~160MPa。
在本发明中，所述超声处理功率为1000~1200W，所述超声处理时间为25~50min。
在本发明中，所述S06中的烧结采用微波烧结法进行烧结，具体为：
将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为200~500W、微波频率2000~2400MHz下，以8~15℃/min升温至700~800℃，保持10~20min；
调节微波功率为600~800W、微波频率为2500~2800MHz，以8~15℃/min升温至1100~1250℃，保持30~70min；
随炉自然冷却。
本发明通过采用微波烧结法，能够使材料内部形成均匀的细晶结构，且通过两步微波、烧结处理，能够有效促进烧结致密化，促进晶粒生长，有效的抑制团聚现象，得到的AZO靶材制备得到的薄膜应用于太阳能电池，具有良好的开路电压与短路电流，能够有效提高太阳能电池的光电转化效率。
且发明人发现，在本发明的体系下，采用常规的烧结方法，得到的AZO靶材制备得到的薄膜应用于太阳能电池，开路电压与短路电流相比于微波烧结法会显著下降。
在本发明中，所述锌盐、铝盐、草酸重量比为：100：1~3：101~103草酸；
所述锌盐与第一溶剂的重量比为1：3~6；
所述草酸与第二溶剂的重量比为1：3~6。
在本发明中，所述S04中前驱体粉末与去离子水重量比为1：3~6。
实施例1
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和2.5重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将102.5重量份草酸加入到410重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至720℃，保持16min；
调节微波功率为700W、微波频率为2600MHz，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
实施例2
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和1重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将101重量份草酸加入到404重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至720℃，保持16min；
调节微波功率为700W、微波频率为2600MHz，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
实施例3
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和3重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将103重量份草酸加入到412重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至720℃，保持16min；
调节微波功率为700W、微波频率为2600MHz，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
实施例4
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和2.5重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将102.5重量份柠檬酸加入到410重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至720℃，保持16min；
调节微波功率为700W、微波频率为2600MHz，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
实施例5
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份六水合硝酸锌和2.5重量份九水合硝酸铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将102.5重量份草酸加入到410重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至720℃，保持16min；
调节微波功率为700W、微波频率为2600MHz，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
实施例6
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和2.5重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将102.5重量份草酸加入到410重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于真空烧结炉中，以10℃/min升温至720℃，保持16min，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
实施例7
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和2.5重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将102.5重量份草酸加入到410重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，以1200W超声处理40min，干燥，得到氧化锌铝粉体；所述前驱体粉末与去离子水重量比为1：5；
S05、将氧化锌铝粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S06、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至1200℃，保持70min，随炉自然冷却，得到靶材。
对比例1
对比例1与实施例1不同之处在于，对比例1在S03烧结后不采用大功率超声处理，其他都相同。
一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，包括以下步骤：
S01、将100重量份二水合乙酸锌和2.5重量份乙酰丙酮铝加入到400重量份无水乙醇中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将102.5重量份草酸加入到410重量份去离子水中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在55℃水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置48h，干燥，以480℃烧结2h，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末采用冷等静压成型压制成型，所述冷等静压成型的压力为150MPa，得到坯块；
S05、将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为400W、微波频率2300MHz下，以10℃/min升温至720℃，保持16min；
调节微波功率为700W、微波频率为2600MHz，以10℃/min升温至1200℃，保持60min，随炉自然冷却，得到靶材。
为了进一步证明本发明的效果，提供了以下测试方法：
1. 实施例1~7、对比例1所述的AZO靶材采用射频磁控溅射制备AZO膜，以钠钙玻璃为基板，其中所述钠钙玻璃表面镀有ITO薄膜（厚度为400nm，其中In2O3：SnO2=9：1），在ITO薄膜采用磁控溅射沉积600nm的AZO膜，测试开路电压与短路电流，测试结果见表1。
表1
从表1中可看出，使用本发明所述的AZO靶材应用于太阳能电池，能够显著提高开路电压与短路电流。
对比实施例1~3可知，在本发明中，不同锌盐、铝盐、草酸的配比能够影响到开路电压与短路电流，其中实施例1为最佳配比。
对比实施例1与实施例4可知，在本发明中，采用柠檬酸替换草酸后，开路电压与短路电流显著下降。
对比实施例1与实施例5可知，采用其他锌盐、铝盐替换二水合乙酸锌或乙酰丙酮铝，开路电压与短路电流会显著下降
对比实施例1与实施例6、7可知，本发明采用微波烧结及其具体的微波条件和烧结工艺，能够显著提高开路电压与短路电流，若采取普通的烧结方法替换所述的微波烧结法，开路电压与短路电流会显著下降。
对比实施例1与对比例1可知，本发明在S03烧结后不采用大功率超声处理，能够有效的提高开路电压与短路电流。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、将锌盐和铝盐加入到第一溶剂中，分散均匀，配制成第一溶液；
S02、将草酸加入到第二溶剂中，分散均匀，配制成第二溶液；
S03、将第二溶液加入到第一溶液中，在水浴下混合均匀，得到浆料，在常温下挥发去除溶剂，静置，干燥，烧结，得到前驱体粉末；
S04、将前驱体粉末加入到去离子水中，分散均匀，置于超声波处理器中，超声处理，干燥，得到氧化锌铝粉体；
S05、将氧化锌铝粉末压制成型，得到坯块；
S06、将坯块烧结，得到靶材；
所述锌盐为二水合乙酸锌，所述铝盐为乙酰丙酮铝；
所述超声处理功率为1000~1200W，所述超声处理时间为25~50min；
所述S06中的烧结采用微波烧结法进行烧结，具体为：
将坯块置于微波烧结炉中，在微波功率为200~500W、微波频率2000~2400MHz下，以8~15℃/min升温至700~800℃，保持10~20min；
调节微波功率为600~800W、微波频率为2500~2800MHz，以8~15℃/min升温至1100~1250℃，保持30~70min；
随炉自然冷却；
所述锌盐、铝盐、草酸重量比为：100：1~3：101~103草酸；
所述锌盐与第一溶剂的重量比为1：3~6；
所述草酸与第二溶剂的重量比为1：3~6。
2.根据权利要求1所述的应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，其特征在于，所述第一溶剂为无水乙醇，所述第二溶剂为去离子水或乙醇。
3.根据权利要求1所述的应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，其特征在于，所述静置时间为24~48h，所述S03中烧结温度为400~550℃，所述烧结时间为1~3h。
4.根据权利要求1所述的应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，其特征在于，所述压制成型采用冷等静压成型，所述冷等静压成型的压力为100~160MPa。
5.根据权利要求1所述的应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法，其特征在于，所述S04中前驱体粉末与去离子水重量比为1：3~6。
6.一种应用于太阳能电池的AZO靶材，其特征在于，采用权利要求1~5任一所述的应用于太阳能电池的AZO靶材的制备方法制备得到。
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