CIS系粉末的制作方法及其靶材的制作方法技术

一种ＣＩＳ系粉末的制作方法，包括：在一个含有惰性气体的反应槽内混合一种含有Ｃｕ的起始物、一种含有Ｍ↓［１］的起始物、一种含有Ｍ↓［２］的起始物及一种嵌合性溶剂，以使该嵌合性溶剂在该反应槽内抽取出所述起始物的阳离子与阴离子，并形成一呈均相的含有Ｃｕ、Ｍ↓［１］与Ｍ↓［２］的母体。其中，该呈均相的母体经回流后进一步地反应形成含有黄铜矿晶相的粉末，Ｍ↓［１］是选自下列的元素：Ｉｎ、Ｇａ，或其组合，Ｍ↓［２］是选自下列的元素：Ｓｅ、Ｓ，或其组合。另外，本发明专利技术也提供一种ＣＩＳ系靶材的制作方法，其是使用前述制作方法所制得的ＣＩＳ系粉末。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种粉末的制作方法，特别是指一种CIS(copper indium chalcogenides)系粉末的制作方法及其靶材(target)的制作方法。
技术介绍
为解决人类近几十年来因过度开发所面临的能源危机与环境污染 等问题，太阳能电池(solar cdl)的开发已严然成为解决能源危机等问题 的主要研究课题。在以二硒化铜铟(CuInSe2)三元化合物所衍生出来的CIS系的太阳 能电池中，其p型半导体吸收层所常见的CIS系材料则有CuInSe2、 Cu(InxGai.x)(SeyS2_y)、 Cu(InxAl,-x)(SeyS2.y)等。由于此类CIS系材料具有 高光电效率(efficiency)及低材料成本等特点，因此，也被所属
的技术人员所看好。Claire J. Carmalt等人在J. Mater. Chem,, 1998, 8(10), 2209-221 l文章 中公开一种CIS系粉末的制作方法。Claire J. Carmalt等人是混合 CuBr(0.186g, 1.30 mmol)、 InCl3(0.280 g， 1.30 mmol)、 Na2Se(2.60 mmol) 及C7Hg(20 cm3);另外，升温并回流(reflux)约72小时后，将反应产物静 置并抽取出C7H8以留下固态的反应产物；其中，CuBr可使用CuCl2(0.174 g， 1.30 mmol)取代。进一步地，将固态的反应产物磨碎并进行真空干 燥；最后，对此类固态的反应产物进行50(TC下24小时的煅烧(calcining) 制造方法以形成黄铜矿晶相(chalcopyrite phase)的CIS系粉末。Claire J. Carmalt等人所发表的制作方法，不仅需经过500'C下长达 24小时的煅烧才得以取得黄铜矿晶相的CIS系粉末。此外，值得注意的 是，当CIS系粉末中存在有闪锌矿晶相(sphaleritephase)时，也将影响材 料本身的光电效率。然而，由此文献的X射线衍射(X-ray diffraction,简 称XRD)能谱图显示可知，此方法仍存在有许多此
所不希望看 到的闪锌矿晶相的衍射信号峰。因此，此方法所制得的CIS系粉末在太6阳能电池的应用上，也因其光电效率不足而受到限制。另外，By Bin Li等人在Adv. Mater. 1999, "，No. 17， 1456-1459文章 中公开 一 种CuInSe2的纳米须(nanowhiskers)及纳米粒子(nan叩articles) 的制作方法。By Bin Li等人是在高压釜(autoclave)内混合有 CuCl2-2H2O(0.221 g， 1.26 mmol)、 InCl3-4H2O(0.380 g， 1.29 mmol)、 Se(0.205 g， 2.59 mmol)及液位约达高压釜的90。/。的含水的二乙基胺 (hydrous diethylamine)，封闭高压釜并在180。C温度下保持15小时。进一 步地，使高压釜冷却至室温，高压釜内的沉淀物是经过过滤并利用蒸 馏水及乙醇清洗数次后以移除其副产物。最后，将反应产物放置于真 空环境下采用6(TC的温度干燥4小时以取得CIS系粉末。By Bin Li等人所使用的溶剂热合成法(solvothermal synthesis)虽可 得到呈黄铜矿晶相的CIS系粉末；然而，由此文献所揭示的XRD能谱图 显示可知，此种溶剂热合成法所制得的CIS系粉末也有许多此
所不希望看到的闪锌矿晶相的衍射信号峰(也就是，(103)、(211)、(301)、 (400)等衍射面)。此外，由于高压釜越小压力越易控制，而高压釜越大 压力越不易控制；此外，在实施溶剂热合成法时，用来密封其反应物 的高压釜内未配置有搅拌器，其减少了反应物之间的碰撞机率也相对 地降低了其反应速率。因此，使用溶剂热合成法是无法达成CIS系粉末 的量产化。通过前述说明可知，取得高黄铜矿晶相的CIS系粉末的制作方法并 使得其制作方法达到量产的效果，是研究开发CIS系粉末的相关领域所 待突破的课题。
技术实现思路
专利技术概要促使化合物呈结晶相的条件，其主要的决定因素是在于反应温度 所提供的热能是否足以使得化合物中的各原子得以占据其在晶体中的 晶格位置(lattice site)。值得一提的是，当多种含有阴离子与阳离子的离子性化合物所搭 配使用的溶剂，是属于可充分地自此类离子性化合物中抽取出阴离子 与金属阳离子以分别形成一呈均相(homogeneous phase)的含有此类离子的母体(precursor)的嵌合性(chdate)溶剂时；那么，含有此类阳/阴离 子的母体在溶剂内经过一预定时间的回流后并反应形成具有特定化学 剂量比的晶相的过程中，其所需的反应能量便会相对地下降。因此，本专利技术主要是利用具有嵌合性的溶剂来抽取起始物内的阴 离子与阳离子以形成一呈均相的含有此类阴离子与阳离子的母体，待 该母体在嵌合性溶剂内回流一预定时间后便可在反应能下降的情况下 (非高温高压下)反应形成具有预定化学剂量比的晶相。专利技术目的本专利技术的目的在于提供一种CIS系粉末的制作方法。 本专利技术的另一目的在于提供一种CIS系靶材的制作方法。 因此，本专利技术CIS系粉末的制作方法，包括在一个含有惰性气体 的反应槽内混合一种含有Cu的起始物、 一种含有M,的起始物、 一种含有M2的起始物及一种嵌合性溶剂，以使该嵌合性溶剂在该反应槽内抽取出所述起始物的阳离子与阴离子，并形成一呈均相的含有Cu、 M,与M2的母体。其中，该呈均相的母体经回流后进一步地反应形成含有黄铜矿晶 相的粉末，Mi是选自下列的元素In、 Ga，或其组合，M2是选自下列 的元素Se、 S，或其组合。另外，本专利技术CIS系靶材的制作方法，包含以下步骤-(a) 在一个腔体内的一个模具中填入上述的制作方法所 制得的CIS系粉末；(b) 对该腔体进行减压以形成一个净化腔体；(c) 对该腔体内的粉体进行升温达到一个预定温度并恒 温一个预定时间；(d) 对该净化腔体内的粉体进行升压达到一个预定压力 并恒压该预定时间，致使该CIS系粉末通过通过该预定温度及 预定压力取得粉体致密化(densification)的能量；及(e) 移除该预定压力并在该净化腔体内引入惰性气体以 冷却该净化腔体。本专利技术的有益效果在于，不需在高温高压的制作条件下就可取得 高黄铜矿晶相的CIS系粉末，并使得其制作方法达到量产的效果；另8外，由量产化的CIS系粉末的制作方法而得以制作CIS系靶材。 附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明 图1是一个XRD能谱图，说明本专利技术CIS系粉末的制作方法的一个 实施例l的晶相。图2是一个XRD能谱图，说明本专利技术CIS系粉末的制作方法的一个 实施例2的晶相。图3是一个XRD能谱图，说明本专利技术CIS系粉末的制作方法的一 个实施例3的晶相。图4是一个XRD能谱图，说明本专利技术CIS系粉末的制作方法的一个 实施例4的晶相。图5是一个XRD能谱图，说明本专利技术CIS系粉末的制作方法的一个 实施例5的晶相。图6是一个XRD能谱图，说明本专利技术CIS系粉末的制作方法的一个 实施例6的晶相。图7是一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＩＳ系粉末的制作方法，其特征在于，ＣＩＳ系粉末的制作方法包括：　在一个含有惰性气体的反应槽内混合一种含有Ｃｕ的起始物、一种含有Ｍ１的起始物、一种含有Ｍ↓［２］的起始物及一种嵌合性溶剂，以使该嵌合性溶剂于该反应槽内抽取出所述起始物 的阳离子与阴离子，并形成一呈均相的含有Ｃｕ、Ｍ１与Ｍ↓［２］的母体；　其中，该呈均相的母体经回流后进一步地反应形成含有黄铜矿晶相的粉末，Ｍ↓［１］是选自下列的元素：Ｉｎ、Ｇａ，或其组合，Ｍ↓［２］是选自下列的元素：Ｓｅ、Ｓ，或其组合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：傅耀贤，黄文启，周邦彦，林世仁，
申请(专利权)人：威奈联合科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]