本发明涉及光伏行业太阳电池,具体而言,涉及一种氧化锌基复合靶材及其制备方法与应用。
背景技术:
1、氧化锌是一种宽禁带ii-vi族半导体材料,具有高熔点、低沉积温度和较低的电子诱生缺陷等优点。氧化锌靶材是指以氧化锌为主要成分,用于物理气相沉积等薄膜沉积技术的材料。
2、氧化锌靶材的导电性能对透明导电电极的性能有着直接影响,现有的氧化锌靶材制备工艺通常采用注浆成型方式,例如将氧化锌配制成浆料导入石膏模具,再经脱脂和高温烧结制备,该工艺制备的氧化锌靶材容易引入杂质,导电性不能满足光伏行业要求。并且,采用其它方式制备所得的氧化锌靶材在导电性能方面也还有待进一步提高。
3、鉴于此,特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种氧化锌基复合靶材及其制备方法与应用,以解决或改善上述技术问题。
2、本发明可这样实现:
3、第一方面,本发明提供一种氧化锌基复合靶材,该氧化锌基复合靶材包括氧化锌基体以及掺杂于氧化锌基体中杂质相;
4、以质量份数计,氧化锌基复合靶材的每100份制备原料包括0.8份~1.2份第一混合物、0.8份~1.5份氧化铝、0.4份~0.8份其它金属氧化物以及96.5份~98份氧化锌;
5、第一混合物包括质量比为1:(1.8~2.2):(2.8~3.2)的氧化钇、碳酸钡和氧化铜;其它金属氧化物中的金属选自镓、铟和镁中的至少一种。
6、在可选的实施方式中,每100份制备原料包括0.8份~1.2份第一混合物、1份~1.5份氧化铝、0.5份~0.8份其它金属氧化物以及96.5份~97.5份氧化锌。
7、在可选的实施方式中,每100份制备原料包括1份第一混合物、1份氧化铝、0.5份其它金属氧化物以及97.5份氧化锌。
8、在可选的实施方式中,第一混合物包括质量比为1:2:3的氧化钇、碳酸钡和氧化铜。
9、在可选的实施方式中,氧化锌基复合靶材具有以下特征中的至少一种:
10、特征1:氧化锌基复合靶材的电阻率≤0.6mω·cm;
11、特征2:氧化锌基复合靶材的致密度≥99.5%。
12、第二方面,本发明提供一种如前述实施方式任一项的氧化锌基复合靶材的制备方法,包括以下步骤:将制备原料混合后进行第一次球磨、干燥、第一次真空烧结、第二次球磨、冷等静压、第二次真空烧结以及热压烧结。
13、在可选的实施方式中,第一次球磨包括以下特征中的至少一种:
14、特征3:第一次球磨的转速为200r/min~1000r/min;
15、特征4:第一次球磨的时间为4h~24h;
16、特征5:将制备原料与水以及第一分散剂混合后再进行第一次球磨,其中,水的质量为制备原料的1~3倍,第一分散剂的质量为制备原料的2wt%~10wt%。
17、在可选的实施方式中,干燥包括以下特征中的至少一种:
18、特征6:干燥方式为喷雾干燥;
19、特征7:干燥温度为100℃~300℃;
20、特征8:干燥压力为0.2mpa~0.8mpa;
21、特征9:干燥时间为30min~180min。
22、在可选的实施方式中,第一次真空烧结包括以下特征中的至少一种:
23、特征10:第一次真空烧结的温度为400℃~700℃;
24、特征11:第一次真空烧结的时间为2h~10h。
25、在可选的实施方式中,第二次球磨包括以下特征中的至少一种:
26、特征12:第二次球磨为干法球磨;
27、特征13:以质量计,第二次球磨的球料比为1:1至3:1;
28、特征14:第二次球磨的转速为200r/min~1000r/min;
29、特征15:第二次球磨的时间为24h~72h。
30、在可选的实施方式中,冷等静压包括以下特征中的至少一种:
31、特征16:冷等静压的压力为200mpa~300mpa;
32、特征17:冷等静压的时间为10min~60min;
33、特征18:将第二次球磨得到的球磨料与粘结剂混合后再进行冷等静压,其中,粘结剂的质量为球磨料的1wt%~20wt%。
34、在可选的实施方式中,第二次真空烧结包括以下特征中的至少一种:
35、特征19:第二次真空烧结的温度为400℃~600℃;
36、特征20:第二次真空烧结的时间为10h~48h。
37、在可选的实施方式中,热压烧结包括以下特征中的至少一种:
38、特征21:热压烧结的温度为850℃~950℃;
39、特征22:热压烧结的压力为100mpa~200mpa;
40、特征23:热压烧结的时间为2h~24h;
41、特征24:热压烧结过程中,在前80%~95%的保温时间内,热压烧结于氧气气氛中进行,剩余时间内,热压烧结于还原气氛中进行。
42、在可选的实施方式中,制备原料中的第一混合物的制备包括:将氧化钇、碳酸钡和氧化铜混合后进行湿法球磨、干燥、脱脂、干磨以及真空烧结。
43、在可选的实施方式中,第一混合物制备过程中的湿法球磨包括以下特征中的至少一种:
44、特征25:湿法球磨的转速为200r/min~1000r/min;
45、特征26:湿法球磨的时间为4h~24h;
46、特征27:将氧化钇、碳酸钡和氧化铜的混合物与水以及第二分散剂混合后再进行湿法球磨,其中,水的质量为混合物的1~3倍,第二分散剂的质量为混合物的2wt%~10wt%。
47、在可选的实施方式中,第一混合物制备过程中的干燥包括以下特征中的至少一种:
48、特征28:干燥方式为喷雾干燥;
49、特征29:干燥温度为100℃~300℃;
50、特征30:干燥压力为0.2mpa~0.8mpa;
51、特征31:干燥时间为30min~180min。
52、在可选的实施方式中,第一混合物制备过程中的脱脂包括以下特征中的至少一种:
53、特征32:脱脂温度为400℃~700℃;
54、特征33:脱脂时间为2h~10h。
55、在可选的实施方式中,第一混合物制备过程中的干磨包括以下特征中的至少一种:
56、特征34:以质量计,干磨的球料比为1:1至3:1;
57、特征35:干磨的转速为200r/min~1000r/min;
58、特征36:干磨的时间为24h~72h。
59、在可选的实施方式中,第一混合物制备过程中的真空烧结包括以下特征中的至少一种:
60、特征37:真空烧结的温度为900℃~950℃;
61、特征38:真空烧结的时间为12h~24h。
62、第三方面,本发明提供一种如前述实施方式任一项的氧化锌基复合靶材的应用,该氧化锌基复合靶材用于制备透明导电电极。
63、第四方面,本发明提供一种透明导电电极,该透明导电电极的制备原料包括前述实施方式任一项的氧化锌基复合靶材。
64、本发明的有益效果包括:
65、本发明通过在氧化锌基体中掺杂的杂质相由氧化铝、其它金属氧化物以及第一混合物形成,上述杂质相可以增加氧化锌基体中的载流子浓度,增加导电性。且,第一混合物、氧化铝以及其它金属氧化物的总用量过高,会导致氧化锌基体的晶体结构发生畸变,且会降低靶材成本优势。若第一混合粉末的用量过低,会导致杂质相数量不够,从而不利于导电性的提高。若氧化铝或其它金属氧化物的添加量过少,会使得载流子浓度提高不足;若氧化铝或其它金属氧化物的添加量过高,不利于成本控制。
66、本发明提供的氧化锌基复合靶材成本较低且具有较高的导电性,杂质含量较低,适用于光伏行业中的透明导电电极。且该氧化锌基复合靶材的制备方法简单,易操作,可工业化生产。
1.一种氧化锌基复合靶材,其特征在于,所述氧化锌基复合靶材包括氧化锌基体以及掺杂于所述氧化锌基体中的杂质相;
2.根据权利要求1所述的氧化锌基复合靶材,其特征在于,每100份所述制备原料包括0.8份~1.2份所述第一混合物、1份~1.5份所述氧化铝、0.5份~0.8份所述其它金属氧化物以及96.5份~97.5份所述氧化锌。
3.根据权利要求2所述的氧化锌基复合靶材,其特征在于,每100份所述制备原料包括1份所述第一混合物、1份所述氧化铝、0.5份所述其它金属氧化物以及97.5份所述氧化锌。
4.根据权利要求1~3任一项所述的氧化锌基复合靶材,其特征在于,所述第一混合物包括质量比为1:2:3的氧化钇、碳酸钡和氧化铜。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的氧化锌基复合靶材的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:将制备原料混合后进行第一次球磨、干燥、第一次真空烧结、第二次球磨、冷等静压、第二次真空烧结以及热压烧结。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,第一次球磨包括以下特征中的至少一种:
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述制备原料中的第一混合物的制备包括:将氧化钇、碳酸钡和氧化铜混合后进行湿法球磨、干燥、脱脂、干磨以及真空烧结。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述第一混合物的制备过程中的湿法球磨包括以下特征中的至少一种:
9.一种如权利要求1~4任一项所述的氧化锌基复合靶材的应用,其特征在于,所述氧化锌基复合靶材用于制备透明导电电极。
10.一种透明导电电极,其特征在于,所述透明导电电极的制备原料包括权利要求1~4任一项所述的氧化锌基复合靶材。