[发明专利]一种用于薄膜太阳能电池的铜铟镓旋转靶材制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能应用设备领域，特别涉及一种用于薄膜太阳能电池的铜铟镓旋转靶材制备方法。

背景技术

过去几十年中，太阳能电池板的制造业规模迅速扩大。2011年，美国太阳能产业的增长率高达109%，在新能源技术领域中首屈一指。铜铟镓硒薄膜太阳能电池在太阳能电池板领域发展迅速，其通常在一层刚性的玻璃底板或是柔性的不锈钢板上依次设有钼层、铜铟镓硒薄膜吸收层、硫化镉缓冲层、本征氧化锌、铝-氧化锌窗口层和表面接触层。根据LuxResearch的研究报告，2011年铜铟镓硒薄膜太阳能市场产能达到1.2GW，并将于2015年达到2.3GW；其他太阳能电池研究机构均预测铜铟镓硒薄膜太阳能电池的市场份额将由2010年的3%增长至2015年的6%，并将在2020年达到33%。这充分表明铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术将引领未来的太阳能电池市场，并具有巨大的商业潜力。作为被美国能源部和其他知名太阳能电池研究机构列为最有发展前景的薄膜太阳能电池技术，铜铟镓硒薄膜太阳能电池技术正凭借着其广泛的优势吸引着越来越多的研究人员和投资者。迄今为止，铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率在实验室中已经突破了20.3%。同时，越来越多的公司、机构正在致力于实现这项技术的商业化。

溅射沉积技术被广泛应用于太阳能电池、平面显示器、光盘、微结构电路等方面；特别是，随着近年来的铜铟镓硒太阳能薄膜电池的崛起，溅射技术已为铜铟镓硒太阳能电池的商业化作出了巨大的贡献。作为铜铟镓硒太阳能电池的关键材料铜铟镓靶材市场的需求越来越大。各种生产铜铟镓靶材的技术应运而生，如：高温真空热压烧结法，冷等静压法，热等静压法、真空熔炼法。然而现有方法都需要后续绑定工艺，绑定技术本身是一个复杂的过程，而且绑定设备昂贵。为了使制得的靶材有较好的的散热性、导电性以及提高靶材的使用寿命和使用效率，然而现有方法都需要后续靶材绑定工艺，即将靶材与背板（通常是金属铜板）通过钎焊方式绑定到一起，绑定技术本身是一个复杂的过程，而且绑定设备昂贵；同时，一旦绑定效果差，那么会使靶材迅速升温而造成靶材脱焊、靶材熔化、设备过热等问题,严重时溅射设备会出故障或报废。

热喷涂技术是利用某种热源，如电弧、等离子弧、燃烧火焰等将粉末状材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流使熔融或半熔融粉末材料雾化，并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合的一种技术。低压等离子热喷涂方法是热喷涂技术的一种，利用该方法已制备出了许多新材料、新器件，并应用到如光、磁记录，平面显示器，太阳能材料，耐高温、耐磨的航空航天、火箭发动机等高新技术领域，是目前节能及节约资源的有效技术之一。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉的用于薄膜太阳能电池的铜铟镓旋转靶材制备方法。

技术方案：本发明提供的一种铜铟镓旋转靶材的制备方法，包括以下步骤：

（1）真空或保护气体中，采用低压等离子热喷涂方法将清洁的不锈钢圆筒基体表面喷涂镍铝合金层，冷却，得包含镍铝或镍铬合金层的不锈钢圆筒基体；

（2）真空或保护气体中，采用低压等离子热喷涂方法将包含镍铝或镍铬合金层的不锈钢圆筒基体表面喷涂铜铟或铜镓合金层，冷却，得包含铜铟或铜镓合金层的不锈钢圆筒基体；

（3）真空或保护气体中，采用低压等离子热喷涂方法将包含铜铟或铜镓合金层的不锈钢圆筒基体表面喷涂铜铟镓合金层，同时冷却，即得。

其中，不锈钢圆筒基体顶部设有入水口和出水口；冷却方法为：将冷却液通入不锈钢圆筒基体内即可。冷却后使不锈钢圆筒基体外壁温度低于合金的固化温度，从而使得熔融状态的合金快速沉积到圆筒的外表面并迅速固化。

其中，步骤（1）中，所述不锈钢圆筒基体为经过预热的不锈钢圆筒基体，预热温度为60-120℃。预热工序能够消除不锈钢圆筒基体表面的水分和湿气，从而提高喷涂的合金粒子与不锈钢圆筒基体接触时的界面温度,以提高涂层与基体的结合强度；同时能够减少因基材与涂层材料的热膨胀差异造成的应力而导致的合金层开裂；预热温度取决于不锈钢圆筒基体的大小、形状和材质,以及不锈钢圆筒基体和涂层合金材料的热膨胀系数等因素。

其中，步骤（1）中，所述不锈钢圆筒基体的清洁方法为：将不锈钢圆筒基材的表面依次经肥皂水清洗、超声清洗、去离子水洗净即可。

其中，步骤（1）中，镍铝合金层的厚度为50-200nm。

其中，步骤（2）中，铜铟或铜镓合金层的厚度为50-100nm。

其中，步骤（3）中，铜铟镓合金层的厚度为3-20mm。