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一种应用于异质结的ITO靶材及其制备方法与流程

2021-11-22 13:37:00 来源:中国专利 TAG:
一种应用于异质结的ito靶材及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及靶材技术领域,具体涉及一种应用于异质结的ito靶材及其制备方法。


背景技术:

2.氧化铟锡(简称ito)靶材是一种在氧化铟中参杂氧化锡的金属氧化物复合材料,用它制备的ito薄膜有电阻率低、可见光透过率高、紫外线吸收率大、耐磨耐蚀性能好等优点,被广泛应用于光电学领域。
3.近年来硅基异质结太阳能电池因具有结构对称、低温工艺、高开路电压、高转换效率和低温度系数等优势,引起广泛关注和研究。制备性能优异的ito薄膜是获得高效异质结太阳能电池的关键技术之一,溅射镀膜使用靶材的性能好坏对镀膜的品质有很大影响, 如何制得高性能的ito靶材成为了研究的重点。
4.cn104909723a公开了一种高密度ito靶材的制备方法,并具体公开了以化学共沉淀法制备的铟锡氧化物粉体为原料,添加由金属氧化物、磷酸化合物或磷氧化物和纳米sio2组成的烧结剂,采用压滤成型的方法制备坯体,在氧气氛下于1450~1550℃烧结,保温时间为3~10小时,获得相对密度为98.6~99.6%,抗弯强度为112~158mpa的ito靶材。其采用以金属氧化物、磷酸化合物或磷氧化物和纳米sio2组成的烧结剂,从而提高靶材的致密度和抗弯强度,其在制备过程中仍然需要使用到粘结剂,且其抗弯强度仅为112~158mpa,仍需增强。


技术实现要素:

5.本发明提供一种应用于异质结的ito靶材及其制备方法,所述的ito靶材具有良好的致密度、电阻率以及抗折强度,能够很好的应用于异质结。
6.本发明解决其技术问题采用以下技术方案:一种应用于异质结的ito靶材的制备方法,包括以下步骤:s1、将氧化铟粉体、氧化锡粉体球磨混合均匀,得到ito粉体;s2、将ito粉体、分散剂、烧结助剂、去离子水混合均匀,得到浆料;s3、将所述浆料经过喷雾造粒,得到粉体;s4、将所述粉体置于模具中进行压制成型,得到素坯;s5、将素坯在氧气氛围下烧结,得到应用于异质结的ito靶材。
7.作为一种优选方案,所述s1中氧化铟粉体、氧化锡粉体的质量比为88~92:8~12。
8.作为一种优选方案,所述ito粉体、分散剂、烧结助剂、去离子水质量比为100:0.5~2:0.4~1.2:10~25。
9.作为一种优选方案,所述ito粉体、分散剂、烧结助剂、去离子水质量比为100:1:0.8:24。
10.作为一种优选方案,所述分散剂按质量份百分比计,包括:45~60%聚乙二醇4000、30~40%β

丙氨酸、10~20%柠檬酸三铵。
11.作为一种优选方案,所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:50~70%硅酸镁、25~40%氧化硼、2~6%七氧化二铼。
12.本发明的发明人在大量研究中发现,通过采取上述所述的分散剂和烧结助剂,能够有效的提高ito靶材的致密度、抗折强度,降低电阻率。
13.使用上述的分散剂能够有效的控制ito粉体的团聚现象,增加ito粉体的空间位阻作用,提高ito粉体的稳定性,从而提高靶材的整体性能。
14.使用上述所述的三元烧结助剂能够有效的提高靶材的均匀性,提高靶材的致密度、抗折强度,降低电阻率。
15.且发明人发现采取硅酸镁、氧化硼、七氧化二铼任意两种则达不到效果,只有采用以硅酸镁、氧化硼、七氧化二铼为组成的三元烧结助剂才能有效的提高ito靶材的致密度、抗折强度,降低电阻率。
16.且发明人进一步发现,在本发明的体系下,使用上述分散剂、烧结助剂的情况下,不需要使用粘结剂即可有效成型,达到良好的致密度、抗折强度、电阻率,如果在本发明的体系下,再加入粘结剂,反而会降低靶材的性能。
17.作为一种优选方案,所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:60%硅酸镁、35%氧化硼、5%七氧化二铼。
18.作为一种优选方案,所述喷雾造粒具体为:将所述浆料加入到离心式喷雾干燥机进行喷雾造粒;所述喷雾造粒条件为:热空气的进口温度80~95℃,出口温度60~75℃,进口风量160~200m3/h,出口风量200~250m3/h,离心式雾化器转速为5000~10000r/min,浆料泵送速率为20~28ml/min。
19.作为一种优选方案,所述在氧气氛围下烧结具体为:将素坯置入常压气氛烧结炉中,在纯氧气氛中在1550~1650℃下烧结4~10h。
20.本发明的有益效果:本发明所述的应用于异质结的ito靶材具有良好的致密度、抗折强度以及低电阻率,通过使用所述的分散剂能够有效的控制ito粉体的团聚现象,增加ito粉体的空间位阻作用,提高ito粉体的稳定性,从而提高靶材的整体性能。通过使用所述的三元烧结助剂能够有效的提高靶材的均匀性,提高靶材的致密度、抗折强度,降低电阻率,所述的ito靶材应用于异质结,可以提高光电转换效率及电池性能,并且延长异质结太阳能电池的寿命。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
22.在本发明中,除特别声明,所述的份均为质量份。
23.实施例1一种应用于异质结的ito靶材的制备方法,包括以下步骤:s1、将90.5质量份氧化铟粉体、9.5质量份氧化锡粉体球磨混合均匀,得到ito粉体;
s2、将100质量份ito粉体、1质量份分散剂、0.8质量份烧结助剂、24质量份去离子水采用球磨混合均匀,得到浆料;s3、将所述浆料加入到离心式喷雾干燥机进行喷雾造粒;所述喷雾造粒条件为:热空气的进口温度85℃,出口温度70℃,进口风量180m3/h,出口风量240m3/h,离心式雾化器转速为8000r/min,浆料泵送速率为25ml/min;得到粉体;s4、将粉体置于模具中进行冷等静压成型,所述冷等静压成型压力200mpa,保压时间8min,得到素坯;s5、将素坯置入常压气氛烧结炉中,在纯氧气氛中在1620℃下烧结7h,得到应用于异质结的ito靶材。
24.所述分散剂按质量份百分比计,包括:50%聚乙二醇4000、35%β

丙氨酸、15%柠檬酸三铵。
25.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:60%硅酸镁、35%氧化硼、5%七氧化二铼。
26.本实施例所述的ito靶材相对密度99.78%,电阻率1.39
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度212mpa。
27.实施例2一种应用于异质结的ito靶材的制备方法,包括以下步骤:s1、将88质量份氧化铟粉体、12质量份氧化锡粉体球磨混合均匀,得到ito粉体;s2、将100质量份ito粉体、0.8质量份分散剂、0.8质量份烧结助剂、15质量份去离子水混合均匀,得到浆料;s3、将所述浆料加入到离心式喷雾干燥机进行喷雾造粒;所述喷雾造粒条件为:热空气的进口温度90℃,出口温度65℃,进口风量160m3/h,出口风量220m3/h,离心式雾化器转速为10000r/min,浆料泵送速率为22ml/min;得到粉体;s4、将粉体置于模具中进行冷等静压成型,所述冷等静压成型压力200mpa,保压时间8min,得到素坯;s5、将素坯置入常压气氛烧结炉中,在纯氧气氛中在1600℃下烧结8h,得到应用于异质结的ito靶材。
28.所述分散剂按质量份百分比计,包括:45%聚乙二醇4000、40%β

丙氨酸、15%柠檬酸三铵。
29.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:60%硅酸镁、38%氧化硼、2%七氧化二铼。
30.本实施例所述的ito靶材相对密度99.01%,电阻率1.50
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度192mpa。
31.实施例3一种应用于异质结的ito靶材的制备方法,包括以下步骤:s1、将92质量份氧化铟粉体、8质量份氧化锡粉体球磨混合均匀,得到ito粉体;s2、将100质量份ito粉体、1.5质量份分散剂、0.4质量份烧结助剂、25质量份去离子水采用球磨混合均匀,得到浆料;s3、将所述浆料加入到离心式喷雾干燥机进行喷雾造粒;所述喷雾造粒条件为:热空气的进口温度85℃,出口温度70℃,进口风量200m3/h,出口风量200m3/h,离心式雾化器转速为6000r/min,浆料泵送速率为25ml/min;得到粉体;
s4、将粉体置于模具中进行冷等静压成型,所述冷等静压成型压力200mpa,保压时间8min,得到素坯;s5、将素坯置入常压气氛烧结炉中,在纯氧气氛中在1620℃下烧结7h,得到应用于异质结的ito靶材。
32.所述分散剂按质量份百分比计,包括:60%聚乙二醇4000、34%β

丙氨酸、6%柠檬酸三铵。
33.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:60%硅酸镁、35%氧化硼、5%七氧化二铼。
34.本实施例所述的ito靶材相对密度99.04%,电阻率1.49
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度194mpa。
35.实施例4一种应用于异质结的ito靶材的制备方法,包括以下步骤:s1、将89.5质量份氧化铟粉体、10.5质量份氧化锡粉体球磨混合均匀,得到ito粉体;s2、将100质量份ito粉体、1.8质量份分散剂、1.2质量份烧结助剂、15质量份去离子水采用球磨混合均匀,得到浆料;s3、将所述浆料加入到离心式喷雾干燥机进行喷雾造粒;所述喷雾造粒条件为:热空气的进口温度85℃,出口温度70℃,进口风量180m3/h,出口风量240m3/h,离心式雾化器转速为8000r/min,浆料泵送速率为25ml/min;得到粉体;s4、将粉体置于模具中进行冷等静压成型,所述冷等静压成型压力200mpa,保压时间8min,得到素坯;s5、将素坯置入常压气氛烧结炉中,在纯氧气氛中在1580℃下烧结8h,得到应用于异质结的ito靶材。
36.所述分散剂按质量份百分比计,包括:55%聚乙二醇4000、32%β

丙氨酸、13%柠檬酸三铵。
37.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:65%硅酸镁、32%氧化硼、3%七氧化二铼。
38.本实施例所述的ito靶材相对密度99.56%,电阻率1.42
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度203mpa。
39.对比例1对比例1与实施例1不同之处在于,对比例1不添加烧结助剂,其他都相同。
40.本对比例所述的ito靶材相对密度95.01%,电阻率1.93
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度138mpa。
41.对比例2对比例2与实施例1不同之处在于,对比例2所述的烧结助剂中不含有硅酸镁,其他都相同。
42.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:65%氧化硼、35%七氧化二铼。
43.本对比例所述的ito靶材相对密度96.05%,电阻率1.81
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度149mpa。
44.对比例3对比例3与实施例1不同之处在于,对比例3所述的烧结助剂中不含有氧化硼,其他
都相同。
45.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:77.5%硅酸镁、22.5%七氧化二铼。
46.本对比例所述的ito靶材相对密度96.98%,电阻率1.75
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度155mpa。
47.对比例4对比例4与实施例1不同之处在于,对比例4所述的烧结助剂中不含有七氧化二铼,其他都相同。
48.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:62.5%硅酸镁、37.5%氧化硼。
49.本对比例所述的ito靶材相对密度97.12%,电阻率1.70
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度160mpa。
50.对比例5对比例5与实施例1不同之处在于,对比例5所述的分散剂不同于实施例1,其他都相同。
51.所述的分散剂为单一的聚乙烯吡咯烷酮。
52.本对比例所述的ito靶材相对密度96.23%,电阻率1.84
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度153mpa。
53.对比例6对比例6与实施例1不同之处在于,对比例6加入粘结剂,其他都相同。
54.一种应用于异质结的ito靶材的制备方法,包括以下步骤:s1、将90.5质量份氧化铟粉体、9.5质量份氧化锡粉体球磨混合均匀,得到ito粉体;s2、将100质量份ito粉体、1质量份分散剂、0.5质量份粘结剂、0.8质量份烧结助剂、24质量份去离子水采用球磨混合均匀,得到浆料;s3、将所述浆料加入到离心式喷雾干燥机进行喷雾造粒;所述喷雾造粒条件为:热空气的进口温度85℃,出口温度70℃,进口风量180m3/h,出口风量240m3/h,离心式雾化器转速为8000r/min,浆料泵送速率为25ml/min;得到粉体;s4、将粉体置于模具中进行冷等静压成型,所述冷等静压成型压力200mpa,保压时间8min,得到素坯;s5、将素坯置入常压气氛烧结炉中,在纯氧气氛中在1620℃下烧结7h,得到应用于异质结的ito靶材。
55.所述分散剂按质量份百分比计,包括:50%聚乙二醇4000、35%β

丙氨酸、15%柠檬酸三铵。
56.所述烧结助剂按质量份百分比计,包括:60%硅酸镁、35%氧化硼、5%七氧化二铼。
57.所述的粘结剂为聚乙烯醇。
58.本对比例所述的ito靶材相对密度98.02%,电阻率1.54
×
10
‑4ω
·
cm,抗折强度189mpa。
59.对比实施例1~4可知,不同的原料配比以及制备参数能够影响到ito靶材的致密度和电阻率,其中实施例1为最佳实施例方式。
60.对比实施例1与对比例1~4可知,采取本发明所述的烧结助剂能够显著提高致密
度,降低电阻率,且所述的烧结助剂采取所述的三元烧结助剂能够显著的提高致密度、降低电阻率。
61.对比实施例1与对比例5可知,所述的分散剂采取本发明所述的分散剂相比于采取其他范分散剂能够显著的提高致密度、降低电阻率。
62.对比实施例1与对比例6可知,本发明所述的配方体系中不需要加入粘结剂,如果加入粘结剂,所述的ito靶材的性能反而会下降。
63.以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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