[发明专利]薄膜太阳能电池用高纯钼靶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，特别是太阳能电池制造技术领域。

背景技术

薄膜太阳能电池是多层膜结构组件，比如，CIGS(铜铟镓硒)薄膜太阳能电池主要由基底(通常是玻璃)、背电极层(通常是Mo)、吸收层(p-CIGS)、缓冲层(通常是n-CdS)、透明导电层(通常是ZnO或Al掺杂ZnO双层结构)、上电极层(通常为Ni/Al)和减反射层(通常是MgF2)组成。在这里，背电极层是一层极薄的钼膜(0.5-1.5μm厚)，它是采用溅射薄膜的工艺通过钼靶溅射到基底上而形成。

物理气相沉积(PVD)是镀膜技术中最为关键的技术工艺，而PVD用溅射金属靶材是膜制备加工过程中最重要的原材料之一。溅射金属靶材的质量好坏对膜的质量性能起着重要的作用。目前，薄膜太阳能电池用钼靶材主要为国外企业所垄断，中国虽然为钼靶材的原材料生产大国，但由于技术等原因，一直制造不出高质量、高稳定性能的靶材。目前我国高端产品所使用的靶材主要依赖进口。世界生产高端钼靶材的技术和市场为德国、日本、美国等少数几个国家垄断。

通常情况下，钼靶的纯度、密度及组织均匀性对溅射有着重要的影响，直接关系到镀膜的质量及厚度均匀性，进而影响到电极性能。同时由于背电极层是一层极薄的钼膜，哪怕薄膜中细微的夹杂物都可能对薄膜的质量造成影响，尤其非金属杂质物。这些对镀膜质量的严格要求反映到溅射靶上，就要求溅射靶材的组织结构及化学纯度应符合相应工艺。

如何抑制溅射过程中微粒的产生是确保镀膜质量的重要因素。溅射镀膜的过程中，所谓微粒是指溅射靶受到高能离子轰击时产生的大尺寸的靶材颗粒或微粒，或成膜之后膜材受二次电子轰击出来形成的微粒。这些微粒的产生对于所形成薄膜的质量有很大的影响，尤其是对于薄膜品质要求非常苛刻的微电子产业。这些微粒产生的主要原因之一是由于溅射靶材的结构致密性不够，溅射时靶材内部孔隙内存在的气体突然释放所造成的。这种飞溅微粒的现象最常发生在以粉末工艺制造的溅射靶(如热压成形、烧结、高温喷涂成型等)。因此，如何提高溅射靶致密度亦是重要技术课题之一。

在平面磁控溅射过程中，由于正交电磁场对溅射离子的作用关系，溅射靶在溅射过程中将产生不均匀冲蚀(Erosion)现象，从而造成溅射靶材的利用率普遍低下通常，长方形溅射靶的利用率(重量百分比)在25％-40％。生产中需要较频繁的更换靶材。因此如何提高溅射靶材的利用率受到极大地关注。

发明内容

本发明目的是提供一种薄膜太阳能电池用高纯钼靶的制备方法，以提高太阳能电池的质量。

薄膜太阳能电池用高纯度钼靶制备方法，其特征是按照如下流程实施：

原料钼酸铵→焙烧制备Mo₃→通入高纯氢气在温度450-600℃一次还原成Mo₂→再次通入高纯氢气在温度为950-1050℃二次还原成Mo→混料→筛分→等静压成型→经过多次充放高纯氢气后中频感应炉烧结，烧结温度1950-2000℃→大功率电子束熔炼提纯→1400-1450℃锻造→1350-1450℃热轧→900-1000℃热处理退火→机械加工→超声波清洗→钎焊靶托→性能测试及检验。

本发明优点是薄膜太阳能电池用高纯钼靶具有高纯度、高密度和良好的均匀性的特点，极大提高了溅射靶材的利用率，应用于太阳能电池行业具有很高的价值。

本发明创新点包括：一是高纯氢气多次提纯技术创新，采用高纯氢气还原氧化钼提高产品纯度。在中频感应烧结时，在特定温采用三次充氢气，三次抽真空的方法，提高钼坯纯度，从而使项目产品达到设计要求。二是电子束熔炼提纯技术应用创新，把电子束冷床熔炼技术应用到钼靶材加工中，熔炼温度可达3000℃以上，炉内真空度达10^-5Pa，极有利于真空下碳氧充分反应，能得到良好的脱氧效果。在熔炼过程中，除钼以外的其它杂质都能以金属蒸气形式逸出，通常经过两次熔炼可获得高纯度钼材料。三是大变形量轧制技术创新，采用功率为1250KW的2000吨轧机，在轧制时，每道次压下量大于30％-50％(一般在20％以下)，大变形量热轧，保证其组织结构和产品性能良好，晶粒尺寸在50微米以下。

具体实施方式