一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的生產(chǎn)模具及其生產(chǎn)方法，屬于功能性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。其取原料熔煉得到澆鑄液，澆鑄入生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具中，最后經(jīng)過冷卻脫模得到銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材。本發(fā)明得到的靶材致密度高，純度高，成分分布均勻性好，晶粒細(xì)小，并且制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，可用以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的生產(chǎn)模具及其生產(chǎn)方法，屬于功能性材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源的日益緊缺、減少和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，薄膜太陽能電池的研究應(yīng)用已成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。其中銅鋅錫硫薄膜太陽能電池以其不斷提高的轉(zhuǎn)化效率，較低的制作成本，沒有性能衰減和環(huán)境友好等優(yōu)良特性日益受到人們的廣泛關(guān)注。
[0003]Cu2ZnSnS4 (簡(jiǎn)稱CZTS)薄膜太陽能電池作為一種新型的薄膜太陽能電池具有多層膜結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)為金屬柵極Al，窗口層n-ZnO:A1，緩沖層CdS，吸收層CZTS，背電極鑰，鈉鈣玻璃襯底SLG等。
[0004]目前制備ZSTS薄膜的方法很多，主要分為3個(gè)步驟:首先制備銅鋅錫薄膜；然后硫化，以達(dá)到最佳配比的四元化合物；最后對(duì)薄膜進(jìn)行熱處理，進(jìn)一步優(yōu)化薄膜的結(jié)晶度和表面形貌。 [0005]其中制備銅鋅錫薄膜就需要用到銅鋅錫靶材。而旋轉(zhuǎn)靶材與平面靶材相比具有以下優(yōu)勢(shì):鍍膜均勻性好，濺射面積大，生產(chǎn)效率高，靶材利用率高，更換操作方便。因此大量應(yīng)用旋轉(zhuǎn)銅鋅錫靶材是銅鋅錫硫薄膜太陽能電池發(fā)展的必然趨勢(shì)，目前還沒有看到有關(guān)生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)銅鋅錫靶材技術(shù)方面的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的生產(chǎn)模具及其生產(chǎn)方法。
[0007]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，包括澆鑄口，澆鑄口與模具外套連接；模具外套內(nèi)設(shè)置有襯管，模具外套和襯管之間設(shè)置有圓環(huán)型空腔；模具外套和襯管的底部采用底部密封環(huán)密封。所述澆鑄口與圓環(huán)型空腔之間通過流淌管連通，流淌管向圓環(huán)型空腔內(nèi)部?jī)A斜。所述外套內(nèi)壁上涂覆有一層隔離層。
[0008]一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的方法，步驟為:
(1)熔煉:按銅:鋅:錫摩爾比為1.5-2.3:0.7-1.2:0.8-1.1取原料；開啟真空感應(yīng)熔煉爐，抽真空至0.01-1Pa,通氮?dú)?，壓力達(dá)到0.08-0.1MPa時(shí)，再次抽真空至0.01-1Pa ；向熔煉爐中投入原料錫，250-270°C熔煉至完全熔化，控制溫度為250-300°C，投入銅，繼續(xù)熔煉至完全熔化，升溫至670-750°C，精煉25-35min，最后投入鋅，控制溫度不超過700°C快速熔化，全部熔化后，在680-690°C精煉8-12min，得到澆鑄液；
(2)澆鑄:取生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，在200-450°C烘干，并預(yù)熱至200-600°C，將步驟(1)得到的澆鑄液澆鑄進(jìn)模具中；通過流淌管進(jìn)入圓環(huán)型空腔，涂覆在外套內(nèi)壁上的涂料防止模具溶解在澆鑄液中，澆鑄完成后，去除澆鑄口，用石墨環(huán)蓋住模具上端，在800-85(TC 保溫 8-12min ；
(3)冷卻:將保溫后的模具置入水箱中進(jìn)行冷卻，水箱中設(shè)置有水循環(huán)和攪拌裝置，保持水溫在15-25°C之間，冷卻4-6min后取出，脫模，即得到銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材。
[0009]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供了一種銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的制作方法，其得到的靶材致密度高，純度高，成分分布均勻性好，晶粒細(xì)小，并且制備工藝簡(jiǎn)，成本低廉，可用以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具示意圖。
[0011]圖2_a是本發(fā)明冷卻裝置主視圖。
[0012]圖2_b是本發(fā)明冷卻裝置俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例中DY08涂料購(gòu)自市場(chǎng)。
[0014]實(shí)施例1
如圖1所示，一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，包括澆鑄口 1，澆鑄口 I與模具外套2連接；模具外套2內(nèi)設(shè)置有襯管4，模具外套2和襯管4之間設(shè)置有圓環(huán)型空腔3 ;模具外套2和襯管4的底部采用底部密封環(huán)5密封。
[0015]所述澆鑄口 I與圓環(huán)型空腔3之間通過流淌管連通，流淌管向圓環(huán)型空腔3內(nèi)部?jī)A斜。所述外套2內(nèi)壁上涂 覆有一層隔離層，隔離層為DY08涂料。
[0016]實(shí)施例2
一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的方法，步驟為:
(O熔煉:按銅:鋅:錫摩爾比為1.5:0.7:0.8取原料；開啟真空感應(yīng)熔煉爐，抽真空至0.01Pa，通氮?dú)?，壓力達(dá)到0.08MPa時(shí)，再次抽真空至0.01Pa ;向熔煉爐中投入原料錫，250°C熔煉至完全熔化，控制溫度為250°C，投入銅，繼續(xù)熔煉至完全熔化，升溫至670°C，精煉35min，最后投入鋅，控制溫度不超過700°C快速熔化，全部熔化后，在680°C精煉12min，得到澆鑄液；
(2)澆鑄:取生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，在20(TC烘干，并預(yù)熱至60(TC，將步驟(1)得到的澆鑄液澆鑄進(jìn)模具中；通過流淌管進(jìn)入圓環(huán)型空腔3，涂覆在外套2內(nèi)壁上的涂料防止模具溶解在澆鑄液中，澆鑄完成后，去除澆鑄口 1，用石墨環(huán)蓋住模具上端，在800°C保溫12min ；
(3)冷卻:將保溫后的模具置入水箱中進(jìn)行冷卻，水箱中設(shè)置有水循環(huán)和攪拌裝置，保持水溫在15°C之間，冷卻6min后取出，脫模，即得到銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材。
[0017]如圖2_a和圖2_b所不,冷卻模具的水箱,包括箱體6,箱6體上部分密封,開有一個(gè)和模具同樣大小的圓環(huán)狀孔7，模具通過圓環(huán)狀孔7能夠順利的放入水箱中，水箱上還設(shè)置有一個(gè)通氣孔8。水箱中同樣設(shè)有水循環(huán)和攪拌裝置，使水溫均勻并保持在一定的范圍內(nèi)。
[0018]從熔煉爐的側(cè)門取出步驟(2)所得模具，用天車吊住模具上口。之后以0.lm/s的速度把模具通過圓環(huán)狀孔7放入冷卻裝置，當(dāng)模具還剩50毫米露在水箱外部時(shí)停止放入，冷卻5分鐘后吊出模具。
[0019]實(shí)施例3一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的方法，步驟為:
(O熔煉:按銅:鋅:錫摩爾比為2.3: 1.2: 1.1取原料；開啟真空感應(yīng)熔煉爐，抽真空至IPa，通氮?dú)?，壓力達(dá)到0.1MPa時(shí)，再次抽真空至IPa ;向熔煉爐中投入原料錫，270°C熔煉至完全熔化，控制溫度為300°C，投入銅，繼續(xù)熔煉至完全熔化，升溫至750°C，精煉25min,最后投入鋅，控制溫度不超過700°C快速熔化，全部熔化后，在690°C精煉8min，得到澆鑄液；
(2)澆鑄:取生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，在450°C烘干，并預(yù)熱至60(TC，將步驟(1)得到的澆鑄液澆鑄進(jìn)模具中；通過流淌管進(jìn)入圓環(huán)型空腔3，涂覆在外套2內(nèi)壁上的涂料防止模具溶解在澆鑄液中，澆鑄完成后，去除澆鑄口 1，用石墨環(huán)蓋住模具上端，在850°C保溫8min ；
(3)冷卻:將保溫后的模具置入水箱中進(jìn)行冷卻，水箱中設(shè)置有水循環(huán)和攪拌裝置，保持水溫在25°C之間，冷卻4min后取出，脫模，即得到銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材。
[0020] 實(shí)施例4
一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的方法，步驟為:
(1)熔煉:按銅:鋅:錫摩爾比為2:1:1取原料；開啟真空感應(yīng)熔煉爐，抽真空至IPa，通氮?dú)?，壓力達(dá)到0.1MPa時(shí)，再次抽真空至IPa ;向熔煉爐中投入原料錫，260°C熔煉至完全熔化，控制溫度為280°C，投入銅，繼續(xù)熔煉至完全熔化，升溫至70(TC，精煉30min，最后投入鋅，控制溫度不超過7 00°C快速熔化，全部熔化后，在680°C精煉lOmin，得到澆鑄液；
(2)澆鑄:取生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，在350°C烘干，并預(yù)熱至500°C，將步驟(1)得到的澆鑄液澆鑄進(jìn)模具中；通過流淌管進(jìn)入圓環(huán)型空腔3，涂覆在外套2內(nèi)壁上的涂料防止模具溶解在澆鑄液中，澆鑄完成后，去除澆鑄口 I，用石墨環(huán)蓋住模具上端，在800-850 V保溫 8-12min ；
(3)冷卻:將保溫后的模具置入水箱中進(jìn)行冷卻，水箱中設(shè)置有水循環(huán)和攪拌裝置，保持水溫在20°C之間，冷卻5min后取出，脫模，即得到銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材。
【權(quán)利要求】
1.一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，其特征是:包括澆鑄口( I )，澆鑄口( I)與模具外套(2)連接；模具外套(2)內(nèi)設(shè)置有襯管(4)，模具外套(2)和襯管(4)之間設(shè)置有圓環(huán)型空腔(3);模具外套(2)和襯管(4)的底部采用底部密封環(huán)(5)密封。
2.如權(quán)利要求1所述生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，其特征是:所述澆鑄口(I)與圓環(huán)型空腔(3)之間通過流淌管連通，流淌管向圓環(huán)型空腔(3)內(nèi)部?jī)A斜。
3.如權(quán)利要求1所述生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，其特征是:所述外套(2)內(nèi)壁上涂覆有一層隔離層；所述隔離層為DY08涂料。
4.一種生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的方法，其特征是步驟為: (1)熔煉:按銅:鋅:錫摩爾比為1.5-2.3:0.7-1.2:0.8-1.1取原料；開啟真空感應(yīng)熔煉爐，抽真空至0.01-1Pa,通氮?dú)?，壓力達(dá)到0.08-0.1MPa時(shí)，再次抽真空至0.01-1Pa ；向熔煉爐中投入原料錫，250-270°C熔煉至完全熔化，控制溫度為250-300°C，投入銅，繼續(xù)熔煉至完全熔化，升溫至670-750°C，精煉25-35min，最后投入鋅，控制溫度不超過700°C快速熔化，全部熔化后，在680-690°C精煉8-12min，得到澆鑄液； (2)澆鑄:取生產(chǎn)銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材的模具，在200-45(TC烘干，并預(yù)熱至200-60(TC，將步驟(1)得到的澆鑄液澆鑄進(jìn)模具中；通過流淌管進(jìn)入圓環(huán)型空腔(3)，涂覆在外套(2)內(nèi)壁上的涂料防止模具溶解在澆鑄液中，澆鑄完成后，去除澆鑄口( I )，用石墨環(huán)蓋住模具上端，在 800-850°C保溫 8-12min ； (3)冷卻:將保溫后的模具置入水箱中進(jìn)行冷卻，水箱中設(shè)置有水循環(huán)和攪拌裝置，保持水溫在15-25°C之間，冷卻4-6min后取出，脫模，即得到銅鋅錫旋轉(zhuǎn)靶材。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK104032271SQ201410281201
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】胡習(xí)光, 秦國(guó)強(qiáng), 常金永, 張志祥 申請(qǐng)人:江陰恩特萊特鍍膜科技有限公司