一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法

技术领域

本发明涉及靶材加工生产领域，尤其涉及一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法。

背景技术

铜铟镓硒薄膜太阳电池具有生产成本低、污染小、不衰退、弱光性能好等显著特点，光电转换效率居各种薄膜太阳电池之首，接近于晶体硅太阳电池，而成本只是它的三分之一，被称为下一代非常有前途的新型薄膜太阳电池，是近几年研究开发的热点。此外，该电池具有柔和、均匀的黑色外观，是对于外观有较高要求场所的理想选择。铜铟镓硒旋转溅射靶材是一种新型的溅射靶材，是制作铜铟镓硒薄膜太阳能电池的组件核心材料，产品主要用于溅射硒化工艺制备CIGS铜铟镓硒薄膜太阳能电池光电转化层材料。

专利号CN102199751B公开了一种铜铟镓硒靶材的制作方法，通过将铜铟镓硒原料粉碎混合，制成铜铟镓硒化合物粉末，再将铜铟镓硒化合物粉末以一成型机压制为一胚体，再将胚体进行高温烧结形成靶材，形成铜铟镓硒靶材，该工艺有效缩短了反应时间，提高了生产效率，但是该工艺采用热压烧结的方式，需要使用高温设备，制造成本较高；因为设备限制，无法满足大尺寸靶材的制作；制造的靶材为平面靶材。溅射利用率较低，成本较高，因此解决这个问题就变得很重要了。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法，通过将铜铟镓硒制成粉末进行混合，并通过喷涂设备将粉末喷涂在背管上，解决背景技术中铜铟镓硒溅射靶材制造时出现的成本较大、尺寸及利用率的问题。

本发明提供一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法，包括以下步骤，步骤1，以Cu、In、Ga和Se为原料按比例混合，并采用真空气雾化制备出球型粉末；步骤2，对背管进行喷砂粗化；步骤3，将背管装配到喷涂设备上并选择喷涂工艺，将球型粉末喷涂在背管上形成靶材；步骤4，对靶材进行后处理加工。

进一步改进在于：所述Cu、In、Ga和Se的原子比例为0.9-1.3：0.6-0.9:0.2-0.5:1.5-2.5，球型粉末粒度为5-500目，纯度≥3N。

进一步改进在于：所述喷涂工艺采用冷喷涂工艺。

进一步改进在于：冷喷涂工艺参数为，冷却水温为0-80℃；腔体压力为1-10Mpa，气体温度为300-1500℃，喷枪为PCS-300至PCS-800，枪距为10-100mm，喷枪移动速度为1-100mm/s，背管转速为100-500rpm，送粉流量为5-200SLM，采用多路送粉，每路送粉量10-100g/min。

进一步改进在于：所述单边喷涂厚度为1-30mm。

进一步改进在于：所述后处理加工包括，采用车刀对靶材表面进行加工；对机加工的靶材进行产品检验和包装。

本发明的有益效果：通过采用铜铟镓硒粉末制备、背管喷砂、背管打底、冷喷涂、机加工、检验，减少了对靶材高温成型的步骤，降低了生产成本；

通过采用冷喷涂用远低于材料熔点的温度通过高速气流将粉末喷射出去，粉末颗粒最终以 600m/s 以上的速度高速撞击到基体上产生塑性形变沉积形成涂层，涂层具有组织致密、孔隙率低、成分均匀等优点；通过高速喷涂，使颗粒高速撞击基体充分变形形成涂层，涂层组织致密，靶材的相对密度≥98%、氧含量≤3000ppm、氮含量≤1000ppm，晶粒组织均匀细化，良率高，粉末利用率高，易于规模化生产；

通过采用冷喷涂工艺，可以制备长度为100-8000mm的旋转溅射靶材，长度可以根据使用者需求进行调整，并且涂层单边厚度为1-30mm，提高了靶材的利用率，并且厚度可以根据使用者需求进行调整，有效降低了生产成本，满足使用者大尺寸产品的镀膜需求。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本实施例提供一种铜铟镓硒旋转溅射靶材制备方法，包括以下步骤，步骤1，以Cu、In、Ga和Se为原料按比例混合，Cu、In、Ga和Se的原子比例为1：0.7:0.3: 2，采用真空气雾化制备出球型粉末，粉末粒度为5-500目，纯度≥3N；

步骤2，对背管使用喷砂机对表面进行喷砂粗化；

步骤3，将背管装配到喷涂设备上，采用冷喷涂工艺，设定等离子喷涂工艺参数，工艺参数为，工艺参数为，冷却水温为0-80℃；腔体压力为1-10Mpa，气体温度为300-1500℃，喷枪为PCS-300至PCS-800，枪距为10-100mm，喷枪移动速度为1-100mm/s，背管转速为100-500rpm，送粉流量为5-200SLM，喷涂时可采用多路送粉，每路送粉量10-100g/min；

单边喷涂厚度为20mm。

步骤5，采用车刀对靶材表面进行加工；

步骤6，对产品进行检验和包装。

本实施例制备的靶材是一体化的，无需拼接绑定，节约的昂贵金属铟的使用，降低靶材的成本，通过先将铜铟镓硒制成粉末并进行混合制备出球型粉末，通过喷涂设备采用冷喷涂的方式，将粉末喷涂到背管表面形成涂层，使涂层致密度增高。

本发明工艺简单，成本低廉，可以制备满足客户需求的大尺寸靶材，相对密度≥98％，成分均匀，能够满足现在市场需求。