一种铜锌锡硒（CZTSe）或铜锌锡硫（CZTS）四元靶材的制备方法

技术领域

本发明属于光电功能材料领域，具体涉及一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法。

背景技术

随着化石燃料的逐渐枯竭，传统能源发电成本逐年上升。调整能源结构，增加清洁能源的应用，是世界各国都在面对的紧迫而重要的工作。太阳能是最有发展前景的可再生能源，取之不尽，用之不竭。CZTS为直接带隙半导体材料，与CIGS结构相似，除具备CIGS电池的理论效率高，带隙可调、吸收系数高、无衰减、无热斑效应、温度系数低、可采用柔性衬底、环境友好等优点之外，还具有原材料更为廉价，生产成本更低的优势。CZTS薄膜太阳电池是继CIGS之后的新一代太阳电池技术，极具发展潜力。目前制备CZTS类吸收层的方法主要有真空法与非真空法。非真空法主要有溶液旋涂法和电沉积法。非真空法成本低、工艺简单，但是均匀性差，仅适于小面积成膜。真空法主要有共蒸发法和溅射后退火法。共蒸发法可以精确控制薄膜成分，结晶性好，但是成本高，重复性低，大面积成膜的均匀性较差。溅射后退火法大面积均匀性好，成本较低，但是硒硫化退火过程复杂。如果将硒或硫先行混于溅射靶材之中，制成CZTS或CZTSe四元靶材然后再溅射成膜，使得薄膜在溅射态时就含有充足的硒或硫，那么将显著降低硒硫化退火过程的复杂程度，并且有利于提高CZTS类吸收层的成膜质量，将更加适合CZTS类薄膜太阳电池商业化组件制备及批量化生产，然而，该方法的主要难点为获得成分与物相均匀并且具有较高致密度的CZTS或CZTSe四元靶材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，以Cu、Sn、Zn、Se或者S单质为原料，先在密封石英管中合成CZTSe或CZTS化合物块体，然后破碎制成粉体，经热压后制成CZTSe或CZTS四元靶材。以所述方法制得的CZTSe或CZTS四元靶材成分均匀，致密性高，并且工艺简单,易于控制，适于批量化生产。为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

(1)将Cu颗粒、Sn颗粒、Zn颗粒、Se颗粒或者S粉体按比例称量放置于石英管内；

(2)将石英管抽真空密封后置于热处理炉中，由室温升温至高温并保温一段时间，制成CZTSe或CZTS化合物块体；

(3)将块体破碎制成粒径为80微米以下的粉体；

(4)把粉体置于石墨模具中热压烧结制成CZTSe或CZTS四元靶材。

上述的一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述石英管抽真空至5×10-2Pa以下，然后将其密封。

上述的一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述由室温升温至高温的升温速率为0.5～10℃/min，所述高温为800～1200℃，所述保温时间为1～8h。

上述的一种铜锌锡硒(CZTSe)或铜锌锡硫(CZTS)四元靶材的制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述热压烧结的温度为500～800℃，压力为20～50MPa，保温同时保压时间为1～4h。

本发明的有益结果是：以Cu、Sn、Zn、Se或者S单质为原料，原料易于获取，价格低廉；在抽真空后的密封石英管中合成CZTSe或CZTS化合物，避免了杂质的引入；其后的块体破碎和热压烧结过程，确保了CZTSe或CZTS四元靶材成分和物相的均匀性、高致密性以及良好的溅射性能。本发明所述方法工艺简单，易于控制，适于批量化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明绝非限于实施例。

实施例1：

(1)将Cu、Zn、Sn、Se颗粒按比例称量放置于石英管内；

(2)将石英管抽真空至5×10-2Pa以下，随后将其密封，置于热处理炉中，由室温以5℃/min升温至900℃，保温6h，然后停止加热并炉冷至室温取出，制成CZTSe化合物块体；

(3)将制成的CZTSe化合物块体破碎制备成粒径为80微米以下的粉体；

(4)将CZTSe粉体置于石墨模具中热压烧结，烧结温度为650℃，压力为30MPa，保温同时保压时间为2h，炉冷后取出，得到CZTSe四元靶材。

实施例2：

(1)将Cu、Zn、Sn、Se颗粒按比例称量放置于石英管内；

(2)将石英管抽真空至5×10-2Pa以下，随后将其密封，置于热处理炉中，由室温以8℃/min升温至1100℃，保温4h，然后停止加热并炉冷至室温取出，制成CZTSe化合物块体；

(3)将制成的CZTSe化合物块体破碎制备成粒径为80微米以下的粉体；

(4)将CZTSe粉体置于石墨模具中热压烧结，烧结温度为700℃，压力为40MPa，保温同时保压时间为3h，炉冷后取出，得到CZTSe四元靶材。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。