專利名稱：Cigs太陽能光電四元濺鍍靶材、其制法、其與靶背板結合方法及其補料方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種CIGS太陽能光電四元濺鍍靶材、其制法、其與靶背板結合方法及 其補料方法，尤指一種銅Cu、銦In、鎵( 及硒％分類調制成加工材料粉末，將加工材料粉 末填充于模具內，通過一般的加熱升溫熱融及加壓程序，即可快速成型CIGS靶材，靶材成 型同時與靶背板結合，及對靶材補料，而達到大幅簡化加工程序，及降低成本的目的。
背景技術：
按目前所知銅銦鎵硒CIGS型薄膜太陽能電池，其基本結構如圖11所示，主要利用 CIGS半導體薄膜作為光吸收層，以進行太陽光電轉換，已被證實其光電轉換效率是薄膜太 陽能電池中效率最高，因而業(yè)界已競相積極投入銅銦鎵硒CIGS型薄膜太陽能電池的相關 制造技術及設備的研發(fā)?，F(xiàn)有CIGS薄膜太陽能電池量產技術，可依制程技術概分為二類， 一類為利用真空濺鍍制程或蒸鍍制程制作CIGS薄膜光吸收層，另一類則是非真空制程技 術(如電鍍或印刷成膜技術)。目前所知的濺鍍制程中有二 1)先以濺鍍設備進行金屬或合金薄膜鍍膜，再利 用硒化方式將金屬或合金薄膜硒化形成CIGS薄膜光吸收層，但其光電轉換效率較差； 2)采用CIGS系靶材配合濺鍍設備，直接在基板上濺鍍以形成CIGS薄膜光吸收層，因 具有較佳的光電轉換效率而為業(yè)界積極競相投入研發(fā)。其中，CIGS靶材常見使用的材 料有CMnxGiVxSySiVy及(MnxAl1ISySivy，例如臺灣公開第200932933號及美國公開第 2005/0109293號專利案中所揭示的材料。再者，公知CIGS靶材的制造方法有如美國公開第 2005/0109293號專利案的共濺鍍法，或如臺灣公開第200932933號專利案的粉末治金法， 其中粉末治金法須先制備CIGS系材料粉末，而其CIGS系材料粉末制備的技術溶劑熱合成 法(Solvothermal synthesis)，或由如臺灣公開第200932679號及第200932933號化學濕 式合成法(chemical reflux synthesis method)所制得。然而，該等上述公知靶材制造技 術，在靶材材料的制程方面便顯得極為繁復，花費工時，而且有溶劑嚴重污染的問題。再者，由于為了便于濺鍍制程得以進行，靶材須與靶背板結合，通過靶背板的結構 而使靶材得以掛載于濺鍍設備的反應室之中。而公知技術中，都是將靶材與靶背板分別成 型后，再利用軟焊、硬焊、擴散接合或環(huán)氧樹脂接著劑接合技術，而使靶材與靶背板相互接 合，或是如美國第5，230，459號、公灣第觀7125號專利案所揭露的技術，是在靶背板表面形 成粗糙面，將靶材貼迭后，通過對靶材加熱，經(jīng)熱融陷入粗糙面，而使靶材與靶背板結合。再 者，也有一種公知CIGS系靶材與靶背板接合技術，分別成型的靶材與靶背板之間置設一銦 薄片材料，加熱使銦薄片熱融后而將靶材與靶背板接合。然而，無論上述何種接合技術，都 是靶材與靶背板分別成型后，再利用上述的各種接合技術將二者接合，造成制造程序復雜， 增加成本。本發(fā)明技術中，則在靶材成型過程中即可與靶背板一體成型，并能有效提升靶材 與靶背板結合的牢固性。此外，由于靶材成本昂貴，若于靶材使用后，將剩余靶材丟棄，實為浪費。而目前公知將靶材回收再利用的方式，有針對鋁合金濺鍍靶材回收的技術被開發(fā)，例如臺灣第 483937號專利案的技術。由于公知靶材與靶背板分別成型，再利用接合技術而使二者接合， 欲回收再利用，便須先將靶材與靶背板分離，再將靶材清潔后熔解重鑄，且須將靶背板充份 洗凈，而后再將重鑄的靶材與靶背板利用上述的接合技術重新接合，整個處理流程極為繁 復，花費工時，大幅增加成本。本發(fā)明的技術中，可在靶材濺鍍后消耗一部份所形成的空缺 部位進行補料，即可再行利用。

發(fā)明內容
本發(fā)明第一目的，在于提供一種可簡便、快速地制造包括有銅CuJgh、鎵( 及硒 Se等元素的純化CIGS四元濺鍍靶材的方法。為實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采取以下設計方案(i)將銅與銦相互混合，經(jīng)多次的真 空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序，而備制成銅/銦合金粉末；(ii)將銅與鎵相互混合， 經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序，而備制成銅/鎵合金粉末；(iii)并備妥硒 Se粉末。而后，再將銅/銦合金粉末、銅/鎵合金粉末及硒材料粉末充份混合而備制成加工 材料粉末，直接將加工材料粉末填充于模具內，通過一般的加熱升溫熱融及加壓程序，快速 成型包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％元素的靶材，或將模具置于真空腔體中，再通過一般 的加熱升溫熱融及加壓程序，快速成型包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％相化合的靶材。具體步驟如下一種CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，包括有下列步驟(a)準備加工材料粉末，所述加工材料粉末為混合包含有銅01、銦化、鎵( 及硒 Se ；(b)將所述加工材料粉末置入一模具的模穴中，對所述加工材料粉末加熱至少到 硒的熔點溫度，并予以多次加壓，使銅Cu、鎵Ga、銦h及硒％均勻化合而粘結一體后再冷 卻；及(c)冷卻后卸載所述模具，即完成條塊狀的靶材制造，并使所述靶材包括有銅Cu、 銦In、鎵( 及硒％。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中所述準備加工材料粉末的步驟包 括(al)準備銅Cu、銦In、鎵fei及硒％ ；(a2)將銅Cu與銦In相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程 式，而備制成銅/銦Cdn合金材料粉末；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、 加壓、冷卻及研磨成粉的程式，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末；備妥硒％粉末；及(a3)將所述銅/銦Cuh合金粉末、所述銅/鎵Cufe合金粉末及所述硒材料粉末 充份混合而成所述加工材料粉末。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中可重復多次(b)步驟所述的加壓程式。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中步驟(b)所述模具包括有一作為母 模的鋁制靶背板、一框圍在所述靶背板頂面的框模及一公模，所述靶背板固定于一底座上， 所述公模底面具有一模仁，所述模仁輪廓形狀與所述框模的框口相配合，所述靶背板及所述框模圍成一成型模穴，于所述成型模穴填入所述加工材料粉末。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中所述鋁制靶背板頂面設有一凹槽， 所述凹槽為所述成型模穴的一部份，所述凹槽包括有一壁面及一底部，所述底部設有一第 一粗糙結構，所述壁面設有一第二粗糙結構。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中所述凹槽的深度為2 3mm。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中所述第一粗糙結構包括有呈交錯分 布的復數(shù)條縱向狹槽及復數(shù)條橫向狹槽，所述第二粗糙結構為一沿著所述凹槽的輪廓環(huán)繞 的凹溝，所述凹溝位于所述凹槽的壁面與底部交接處。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中所述狹槽的深度為2 3mm，寬度約 5mm，且二相鄰的所述狹槽的間隔約15mm。上述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其中所述步驟(b)中，可將所述模具置于 一真空腔室中進行加熱及加壓。本發(fā)明第二目的，在提供一種可簡便、快速地制造包括有銅CuJgh、鎵( 及硒％ 等元素的純化CIGS四元濺鍍靶材，且在靶材成型的同時得與靶背板結合為一體的方法。為實現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采取以下設計方案利用上述的加工材料粉末，配合特別 選用的靶背板材質及靶背板的結構設計，將靶背板承載靶材的頂面做為模具的模穴的一部 份，使加工材料粉末在經(jīng)過熱融、加壓及冷卻的程序后，即可使靶材成型并直接與靶背板結 合為一體。具體步驟如下—種CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，包括有下列步驟(a)準備加工材料粉末，所述加工材料粉末為混合包含有銅Cu、銦In、鎵( 及硒 Se材料；(bl)將所述加工材料粉末置入一模具中，所述模具包括有一作為母模的鋁制靶背 板、一框圍在所述靶背板頂面的框模及一公模，所述靶背板固定于一底座上，所述靶背板頂 面設有一凹槽，所述凹槽包括有一底部及一壁面，所述底部設有一第一粗糙結構，所述壁面 設有一第二粗糙結構，所述公模底面具有一模仁，所述模仁輪廓形狀與所述框模的框口相 配合，所述靶背板的凹槽及所述框模圍成一成型模穴，于所述成型模穴填入所述加工材料 粉末，對所述加工材料粉末加熱至硒的熔點溫度，并予以加壓，使銅、鎵、銦及硒均勻化合而 粘結一體后并與背板接合后冷卻；及(cl)冷卻后卸載所述公模、所述框模及所述底座，即完成靶材成型同時與所述靶 背板接合的制造，并使包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％元素的所述靶材結合于所述鋁制靶 背板上。上述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其中所述準備加工材 料粉末的步驟包括(al)準備銅Cu、銦In、鎵Ga及硒Se ；(a2)將銅Cu與銦In相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程 式，而備制成銅/銦Cuh合金材料粉末；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、 加壓、冷卻及研磨成粉的程式，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末；備妥硒％粉末；及(a3)將所述銅/銦Cuh合金粉末、所述銅/鎵Cufe合金粉末及所述硒材料粉末7充份混合而成所述加工材料粉末。上述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其中可重復多次(bl) 步驟中的加壓程式。上述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其中所述凹槽的深度 為2 3mm0上述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其中所述第一粗糙結 構包括有呈交錯分布的復數(shù)條縱向狹槽及復數(shù)條橫向狹槽，所述第二粗糙結構為一沿著所 述凹槽之輪廓環(huán)繞的凹溝，所述凹溝位于所述凹槽的壁面與底部交接處。上述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其中狹槽的深度為 2 3mm，寬度約5mm，且二相鄰的所述狹槽的間隔約15mm。上述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其中所述步驟(bl) 中，可將所述模具置于一真空腔室中進行加熱及加壓。本發(fā)明第三目的，在提供一種可簡便、快速地制造包括有銅CuJgh、鎵( 及硒％ 等元素的純化CIGS四元濺鍍靶材，及令使用過的靶材經(jīng)由簡單程序，即可補充材料至原來 所需規(guī)格形狀，而可供繼續(xù)使用。為實現(xiàn)前述目的，本實用新型采取以下設計方案利用上述的加工材料粉末，以及 上述第二目的的原理，將使用過且結合有靶背板的靶材清潔后，將之加入模具，再將加工材 料粉末填入模穴空缺的部份，經(jīng)過熱融、加壓及冷卻的程序，或將模具置于真空腔體內經(jīng)熱 融、加壓及冷卻的程序后，即可使靶材補充至所需規(guī)格的尺寸大小，繼續(xù)供使用。具體步驟如下一種CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，包括有下列步驟(a)準備加工材料粉末，所述加工材料粉末系混合包含有銅Cu、銦In、鎵( 及硒 Se ；(b2)將一使用過且仍結合有一靶背板的剩余靶材洗凈，并置入一模具中，并將所 述加工材料粉末置入所述模具中，所述模具包括有一作為母模的鋁制背板、一框圍在所述 靶背板頂面的框模及一公模，所述靶背板固定于一底座上，所述靶背板頂面設有一凹槽，所 述凹槽底部設有粗糙結構，所述公模底面具有一模仁，所述模仁輪廓形狀與所述框模的框 口相配合，所述靶背板的凹槽及所述框模圍成一成型模穴，于所述成型模穴填入所述加工 材料粉末，對所述加工材料粉末加熱至少到硒的熔點溫度，并予以加壓，使銅Cu、鎵( 、銦 In及硒％均勻化合而粘結一體后并與所述剩余靶材融合后冷卻；及(c2)冷卻后卸載所述公模、所述框模及所述底座，即完成所述剩余靶材補料的制 程。上述的CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其中所述準備加工材料粉末的步驟包 括(al)準備銅Cu、銦In、鎵Ga及硒Se ；(a2)將銅Cu與銦In相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程 式，而備制成銅/銦Cuh合金材料粉末；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、 加壓、冷卻及研磨成粉的程式，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末；備妥硒％粉末；及(a3)將所述銅/銦Cuh合金粉末、所述銅/鎵Cufe合金粉末及所述硒材料粉末充份混合而成所述加工材料粉末。上述的CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其中可重復多次( )步驟中的加壓程 式。上述的CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其中步驟( )中，可將所述模具置于一 真空腔室中進行加熱及加壓。本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果1.本發(fā)明先行分類調配成銅/銦合金粉末、銅/鎵合金粉末，再將它們與硒粉末調 制成加工粉末，可解決硒與鎵或銦直接混合的困難及所產生劇毒或爆炸的問題，使得直接 以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型CIGS四元濺鍍靶材得以付諸實行，進而大幅簡化制 程及降低成本。2.本發(fā)明除了第1優(yōu)點所述，可直接以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型CIGS四 元濺鍍靶材之外，又將靶背板設計為模具的一部份，在材料粉末于模具中熱融成型靶材的 同時，靶材即直接與靶背板結合，進而可大幅簡化制程及降低成本，及較公知膠合方式而可 提高結合牢固性，尤其較美國第5，230，459號專利案雖設有粗糙結構，但仍是分別成型靶 材與靶背板后，再將靶材與靶背板熱融接合的技術，更可提高靶材與靶背板結合的牢固性。3.本發(fā)明如第2優(yōu)點所述，可直接以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型CIGS四元 濺鍍靶材，且設計靶材及靶背板為模具的一部份，只要將剩余靶材連同靶背板與公模、框模 結合，于模穴填入加工材料粉末，經(jīng)一般的熱融、加壓及冷卻程序，即可使靶材補齊，且仍與 靶背板保持結合，大幅簡化回收再利用的制程。為便于審查員詳細理解及本領域技術人員能據(jù)以實施，茲將上述三項特點的具體 實施例詳述如后。


圖1為本發(fā)明加工材料粉末的制備流程示意圖；圖2為本發(fā)明靶材的第一種制程實施例示意圖；圖3為本發(fā)明第一種制程實施例所制得的靶材示意圖；圖4為本發(fā)明第二種制程實施例所采用的靶背板示意圖；圖5為本發(fā)明第二種制程實施例所采用的模具示意圖；圖6為圖5中A-A圓的放大示意圖；圖7為本發(fā)明第二種制程實施例的流程示意圖；圖8為本發(fā)明第二種制程實施例所制得的靶材示意圖；圖9為本發(fā)明第三種制程實施例的流程示意圖；圖10為本發(fā)明第三種制程實施例所制得的靶材示意圖；圖11為公知CIGS型薄膜太陽能電池結構示意圖；及圖12為本發(fā)明結合有靶背板的靶材實際成品照片。
具體實施例方式一、本發(fā)明的特色及原理本發(fā)明技術的主要特點有以下三個
第一、是制造一種包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％元素的CIGS四元濺鍍靶材的 方法其利用如下所述的特殊的材料配方預先分類調配而制成粉末，再將各分類粉末充份 混合成成型加工材料粉末，使其直接以加工材料粉末填充于模具內，或可再將模具置于真 空腔體內，再通過一般的加熱升溫熱融及加壓程序，即可快速成型包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％元素的靶材，大幅簡化加工程序，及降低成本。第二、是在靶材成型的同時得與靶背板結合為一體其利用上述的加工材料粉末， 配合特別選用的靶背板材質及靶背板的結構設計，將靶背板承載靶材的頂面作為模具的模 穴的一部份，將加工材料粉末填入模具的模穴，可將模具置于真空腔室中，經(jīng)過熱融、加壓 及冷卻的程序后，可使加工材料粉末在模穴中成形靶材，同時可使靶材直接與靶背板結合 為一體，大幅簡化加工程序。第三、則是使用過的靶材可經(jīng)由補充材料而可供繼續(xù)使用其利用上述的加工材 料粉末，以及上述第二項特點的原理，將使用過且結合有靶背板的靶材清潔后，將之加入模 具，再將加工材料粉末填入模穴空缺的部份，并可將模具置于真空腔體中，再經(jīng)過熱融、加 壓及冷卻的程序后，即可使靶材補充至所需規(guī)格的尺寸大小，大幅簡化回收再利用的程序。二、本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材的制造方法1、開發(fā)原由如圖1至3所示，本發(fā)明特別是針對包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％等元素的 CIGS四元濺鍍靶材而研發(fā)，此四元濺鍍靶材是供濺鍍成型太陽能光電薄膜之用。由于一般 公知CIGS系靶材如本說明書中的背景所記載的前案所示，主要都是采用前述元素的化合 物，利用繁復的化學反應的方式而制成CIGS系靶材，造成其制造成本大幅提升。于是，本發(fā) 明人研究直接以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型，用以大幅簡化制程，降低成本。而經(jīng)長 時間的研究、試驗與發(fā)開，終有本發(fā)明的研發(fā)成果。2.問題的解決根據(jù)實驗所知，銦h或鎵( 直接與硒％混合，至熔解時，會產生劇烈反應，量大 時會產生爆炸及產生劇毒，而且由于鎵的熔點極低，在一般的加工環(huán)境溫度中不易調制成 粉末。為了克服、解決上述的問題，使該等元素以粉末方式加工成型復合靶材可以付諸實 現(xiàn)。本發(fā)明人乃設計(i)將銅與銦相互混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程 序，而備制成銅/鎵合金粉末；(ii)將銅與鎵相互混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨 成粉的程序，而備制成銅/鎵合金粉末；(iii)并備妥硒義粉末。而后，再將銅/銦合金粉 末、銅/鎵合金材料及硒材料粉末充份混合而備制成加工材料粉末，此一加工材料粉末，經(jīng) 過實驗后，既不會產生劇毒及爆炸的問題，又可供熱融加壓成型靶材。3.具體實施例如圖1至圖3所示，本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，具體實施例包括有下 列步驟(a)準備銅01、銦h、鎵( 及硒％等四種元素材料。(bl)將銅Cu與銦h相互混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序， 而備制成銅/銦Cuh合金材料粉末10 ；將銅Cu與鎵( 相互混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、 冷卻及研磨，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末20 ；若所準備的硒為固體，則將硒％固體 30研磨成粉末31。
(cl)將銅/銦Cuh合金粉末10、銅/鎵Cufei合金粉末20及硒％材料粉末31 充份混合而備制成加工材料粉末40。(dl)將該加工材料粉末40置入模具50的模穴51中，對該加工材料粉末40加熱 至硒的熔點溫度，并予以加壓，使加工材料粉末40中的銅、銦、鎵及硒均勻化合而粘結成一 體后再冷卻，其中，可重復多次(dl)步驟中的加壓動作，以使混合更為均勻及密實。(el)冷卻后卸除該模具50，即完成條塊狀的靶材60制造，并使該靶材60包含有 銅CuJBh、鎵( 及硒％。4.實驗例本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材的制造方法的實驗例，取銅Cu 44. 48重量份與銦 In80. 37重量份相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融-加壓-冷卻-研磨成粉的程序，而備制成 粒徑約為74 μ m的銅/銦Cuh合金材料粉末10。將銅Cul9. 06重量份與20. 92重量份的 鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融-加壓-冷卻-研磨成粉的程序，而備制成粒徑約為 74 μ m的銅/鎵Cufei合金材料粉末20。取100重量份的銅/銦Cuh合金粉末10、100重 量份的銅/鎵Cufe1合金粉末20及157. 92重量份的硒Se材料粉末31充份混合而備制成 加工材料粉末40。如圖1至圖3所示，將該加工材料粉末40置入模具50的模穴51中，對 該加工材料粉末40加熱至約硒的熔點溫度217°C，模具50的公模M進給加壓三次，經(jīng)冷卻 后，卸除模具，即完成1400X120X7mm的條塊狀的靶材制造，且靶材包含有銅Cu、銦In、鎵 ( 及硒％元素，且靶材的銅、鎵、銦及硒的摩爾數(shù)比約為1 0.7 0.3 2。在此特別強 調，上述的摩爾數(shù)比并非為本發(fā)明所要論究的重點，其摩爾數(shù)的比例值，可依使用者在濺鍍 制程中，對于太陽能發(fā)電效率及成本對應考慮的需要，來調整上調配粉末中各材料的重量 比例，而且也可再透過具有硒化功能的熱處理，以提升太陽光電轉換效率。三、本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材與靶背板結合的方法1.開發(fā)原由如上述本發(fā)明所研發(fā)的靶材，為包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％等元素的CIGS 四元濺鍍靶材。按公知技術中的CIS系或CIGS系靶材或其他靶材，都須與靶背板接合，才 能供濺鍍之用。而公知先分別成型靶材與靶背板，再將靶材與靶背板接合，例如前述背景所 提的專利前案。公知技術中，都必須利用間接材料，利用間接材料熱融后使靶材與靶背板接 合，例如CIS系或CIGS系靶材，是在靶材與靶背板之間介置銦^薄片材料，將銦熱融后而 使靶材與靶背板接合，然而，介置的銦會造成分布不均，以致靶材無法與靶背板穩(wěn)固有效地 接合。此外，若是采用銅制靶背板，硒％粉末覆于銅制靶背板的接合面時，在熱融及冷卻 后，靶背板與靶材相接處的硒粉末與銅制靶背板熱融化合時，其化合的銅硒合金會呈粉末 化，因而發(fā)生靶材無法與靶背板確實接合的問題。于是，本發(fā)明人研究，在以加工材料粉末 經(jīng)熱融及加壓而模制成型的同時，特別采用鋁制靶背板，將鋁制靶背板作為模具的一部份， 使靶材直接成型在靶背板上，即可本發(fā)明的靶材直接與靶背板結合，大幅簡化二者結合的 制程，而且因硒粉末于低溫中只會與銅、銦、鎵化合，而不會與鋁化合，故可避免靶材與靶背 板接合處形成粉末化的情形，故可確保靶材與靶背板牢固結合，而且二者結合的精確度及 牢固性都可確保。2.問題的解決公知技術，分別成型靶材與靶背板，再利用焊接、擴散接合或以間接材料而使二者接合，制程較為繁復，而且仍有接合不牢固的缺失，且會造成整個靶材材料不均勻的現(xiàn)象。 再者，根據(jù)學識及本發(fā)明人試驗所知，硒粉末填覆在銅制靶背板上，其經(jīng)熱融與銅化合而于 冷卻后會形粉末化，而造成靶材與靶背板接合處粉末化，而無法有效接合。為了克服、解決 上述的問題。本發(fā)明人將靶背板設計為模具的一部份，將銅/銦合金粉末、銅/鎵合金材料 及硒材料粉末充份混合所備制成的加工材料粉末填入模具，經(jīng)一般的熱融、加壓及冷卻程 序，即可成型靶材，同時使靶材直接結合于靶背板上，整體制程簡化，無需再使用間接材料， 而且針對CIGS系的加工材料粉末模制成靶材的技術，本發(fā)明所采用的靶背板是以鋁材制 成，硒粉末于低溫中不會與鋁化合，故可避免靶材與靶背板接合處產生粉末化，并可確保靶 材成份均勻、精度高及與靶背板牢固結合，進而徹底解決上述問題。3.具體實施例如圖1及4至8所示，本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材與靶背板結合的制造方法的具體 實施例，包括有下列步驟(a)準備銅01、銦h、鎵( 及硒％等四種元素材料；(b2)將銅Cu與銦In相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程 序，而備制成銅/銦Cuh合金材料粉末10 ；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱 融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末20 ；若所準備的硒為 固體，則將硒％固體30研磨成粉末31。(c2)將銅/銦Cuh合金粉末10、銅/鎵Cufei合金粉末20及硒％材料粉末31 充份混合而備制成加工材料粉末40。(d2)將該加工材料粉末40置入模具50中，該模具50包括有一作為母模的鋁制靶 背板52、一框圍在靶背板52頂面的框模53及一公模M，靶背板52固定于一底座55上，靶 背板52頂面設有一凹槽520，凹槽520底部設有粗糙結構521，該公模M底面具有一模仁 M0，模仁540輪廓形狀與框模53的框口 530相配合，靶背板52的凹槽520及框模53圍成 一成型模穴51，于成型模穴51填入加工材料粉末40，或可將模具50置于真空腔體中，再對 模穴51中的加工材料粉末40加熱至少到硒的熔點溫度，并予以加壓多次，使銅、鎵、銦及硒 均勻化合并粘結一體而成型靶材60，同時與靶背板52結合后冷卻。(e2)冷卻后卸除公模M、框模53及底座55，即完成靶材成型同時與靶背板52結 合的制程，并使該靶材60由銅Cu、銦In、鎵( 及硒％所構成并結合于鋁制靶背板52上。4.實驗例如圖1及4至8所示，本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材與靶背板結合的制造方法的實驗 例，取銅Cu 44. 48重量份與銦h粉末80. 37重量份相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、 冷卻及研磨，而備制成粒徑約為74 μ m的銅/銦Cuh合金材料粉末10。將銅Cul9. 06重量 份與20. 92重量份的鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序， 而備制成粒徑約為74 μ m的銅/鎵Cufei合金材料粉末20。取100重量份的銅/銦Cuh合 金粉末10、100重量份的銅/鎵Cufei合金粉末20及157. 92重量份的硒Se材料粉末31充 份混合而備制成加工材料粉末40。備制一模具，其包括有一 1450X ISOXlOmm的且作為母模的鋁制靶背板52、一框 圍在靶背板52頂面的框模53及一公模M ；靶背板52固定于一底座55上，其頂面設有一 深度為2mm的凹槽520 ( 一般實施的深度范圍可為2 3mm)，凹槽520的底部520a設有第12一粗糙結構521，第一粗糙結構521包括有呈交錯分布的復數(shù)條縱向狹槽522及復數(shù)條橫向 狹槽523，狹槽522/523的深度為3mm ( —般實施的深度范圍可為2 3mm)，寬度約5mm，且 二相鄰之狹槽522/523的間隔約15mm( —般實施的深度范圍可為15 20mm)，且凹槽520 的壁面520b設有第二粗糙結構524，其第二粗糙結構5M為一沿著凹槽520輪廓環(huán)繞的凹 溝525，凹溝525位于凹槽520的壁面520b與底部520a交接處，如圖6的圖示例中的凹溝 525的橫斷面呈V字形；公模M底面具有一模仁M0，模仁540輪廓形狀與框模53的框口 530相配合，靶背板52的凹槽520及框模53圍成一成型模穴51。將加工材料粉末40置入 模具50的模穴51中，對加工材料粉末40加熱至硒的熔點溫度，模具50的公模M進給加壓 三次，經(jīng)冷卻后，卸除公模M與框模53，即完成1400 X 120 X 7mm的條塊狀的靶材60成型同 時與做為母模的鋁制靶背板52結合的制程，其成品如圖8及附件一所示，靶材60包含有銅 CuJBh、鎵( 及硒％元素，且靶材60的銅、銦、鎵及硒的摩爾數(shù)比為1 0. 7 0. 3 2。 在此再次強調，上述的摩爾數(shù)比并非為本發(fā)明所要論究的重點，其摩爾數(shù)的比例值，可依使 用者在濺鍍制程中，對于太陽能發(fā)電效率及成本對應考慮的需要，來調整上述調配粉末中 各材料的重量比例。再者，由于本實驗例中，靶背板凹槽的底部及側壁各設有粗糙結構，加 工材料粉末不僅有效填入粗糙結構中，在冷卻硬化后可與這些粗糙結構有效結合，故可大 幅地提高結合的牢固性。四、本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材回收補料再利用的方法1.開發(fā)原由如上述本發(fā)明所研發(fā)的靶材，為包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％等元素化合的 CIGS四元濺鍍靶材。而按公知技術中CIS系或CIGS系靶材或其他靶材，都須將靶材與靶背 板接合，才能附掛于濺鍍設備的反應室中以供濺鍍之用，而使用后則須將剩余靶材自靶背 板上拆下，再于原靶背板上接上新的靶材，例如上述背景所提的專利前案所揭露的技術。公 知技術中，自靶背板上拆卸剩余靶材，清除靶背板上的中間粘接材，再接合裝新靶材，整體 程序繁復，增加工時，剩余靶材處理再利用也極為不易，而且接合時仍會產生上述的問題。 于是，本發(fā)明人研究，不須將靶材與靶背板拆離，而將之清潔后，直接置入模具中，填入加工 材料粉末，如同上述本發(fā)明加工制程，經(jīng)熱融、加壓及冷卻，即可使剩余靶材補上材料而成 完整的靶板，而可達到快速回收重新利用的功效。2.問題的解決公知技術，是將剩余靶材自靶背板上拆離，再利用間接材料于原有靶背板上接上 靶材，造成制程繁復，接合不牢固，靶材材料不均勻，及靶背板清理與剩余靶材處理不易等 缺陷。為了解決上述的問題，本發(fā)明人特別調配的加工材料粉末，使CIGS四元濺鍍靶材可 直接模制成型，而且將靶背板設計為模具的一部份，故只要將剩余靶材連同靶背板加入模 具，于模穴填入加工材料粉末，經(jīng)一般的熱融、加壓及冷卻程序，即可使靶材補齊，且仍與靶 背板保持結合，大幅簡化制程，而可徹底解決上述問題。3.具體實施例如圖1、9及10所示，本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材回收補料再利用的方法，主要包括 有下列步驟(a)準備銅Cu、銦In、鎵( 及硒％等四種元素材料；(b3)將銅Cu與銦In相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序，而備制成銅/銦Cuh合金材料粉末10 ；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱 融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末20 ；若所準備的硒為 固體，則將硒％固體30研磨成粉末31。(c3)將銅/銦Cuh合金粉末10、銅/鎵Cufei合金粉末20及硒％材料粉末31 充份混合而備制成加工材料粉末40。(d3)將一使用過的并結合在一靶背板52上的CIGS靶材61清潔，并置入模具50 中，并將加工材料粉末40置入模具50中，該模具50包括有作為母模的該背板52、一框圍在 靶背板52頂面的框模53及一公模M，靶背板52固定于一底座55上，靶背板52頂面設有 一凹槽520，凹槽520底部設有粗糙結構521，公模M底面具有一模仁M0，模仁540輪廓形 狀與框模53的框口 530相配合，靶背板52的凹槽520及框模53圍成一成型模穴51，于該 成型模穴51填入加工材料粉末40，對加工材料粉末40加熱至硒的熔點溫度，并予以多次加 壓，使銅、銦、鎵及硒均勻化合粘結一體后并與剩余的靶材融合后冷卻。(e3)冷卻后卸除公模、框模及底座，即完成靶材補料成所需規(guī)格尺寸的加工程序， 而可繼續(xù)供使用。4.實驗例如圖1、9及10所示，本發(fā)明CIGS四元濺鍍靶材回收補料再利用的實驗例，取銅Cu 44. 48重量份與銦h 80. 37重量份相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉 的程序，而備制成粒徑約為74 μ m的銅/銦Cuh合金材料粉末10。將銅Cu 19. 06重量份 與20. 92重量份的鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程序，而 備制成粒徑約為74 μ m的銅/鎵Cufei合金材料粉末20。取100重量份的銅/銦Cuh合金 粉末10、100重量份的銅/鎵Cufei合金粉末20及157. 92重量份的硒Se材料粉末31充份 混合而備制成加工材料粉末40。備制一模具50，其包括有一框模53及一公模M ；并以一結合有剩余的靶材61的 靶背板52作為母模，靶背板52固定于一底座55上；公模M底面具有一模仁M0，模仁540 輪廓形狀與框模53的框口 530相配合，靶材61、靶背板52及框模53圍成一成型模穴51。 將加工材料粉末40置入成型模穴51中，對加工材料粉末40加熱至硒的熔點溫度，模具50 的公模M進給加壓一次，冷卻后，再一次加熱至硒的熔點溫度，并控制公模M再進給加壓 一次，經(jīng)冷卻后，卸除公模M與框模53，即完成使靶材61補齊至呈所需規(guī)格的條塊狀的 制程，其靶材包括有銅Cu、銦In、鎵( 及硒k元素，且靶材的銅、銦、鎵及硒的摩爾數(shù)比為 1 0.7 0.3 2，故可控制與原來剩余靶材的成份及摩爾數(shù)相同，而且靶材61與靶背板 52仍牢固結合，而可繼續(xù)使用。五、結論通過上述的具體實施例及實驗例的詳細說明，可歸納本發(fā)明具有下列幾個主要優(yōu)占.^ \\\ ·1.本發(fā)明先行分類調配成銅/銦合金粉末、銅/鎵合金粉末，再將它們與硒粉末調 制成加工粉末，可解決硒與鎵或銦直接混合的困難及所產生劇毒或爆炸的問題，使得直接 以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型CIGS四元濺鍍靶材得以付諸實行，進而大幅簡化制 程及降低成本。2.本發(fā)明除了第1優(yōu)點所述，可直接以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型CIGS四14元濺鍍靶材之外，又將靶背板設計為模具的一部份，在材料粉末于模具中熱融成型靶材的 同時，靶材即直接與靶背板結合，進而可大幅簡化制程及降低成本，及較公知膠合方式而可 提高結合牢固性，尤其較美國第5，230，459號專利案雖設有粗糙結構，但仍是分別成型靶 材與靶背板后，再將靶材與靶背板熱融接合的技術，更可提高靶材與靶背板結合的牢固性。3.本發(fā)明如第2優(yōu)點所述，可直接以材料粉末經(jīng)熱融及加壓而模制成型CIGS四元 濺鍍靶材，且設計靶材及靶背板為模具的一部份，只要將剩余靶材連同靶背板與公模、框模 結合，于模穴填入加工材料粉末，經(jīng)一般的熱融、加壓及冷卻程序，即可使靶材補齊，且仍與 靶背板保持結合，大幅簡化回收再利用的制程。以上所述，僅為本發(fā)明可行的具體實施例，并非用以限定本發(fā)明的專利范圍。
權利要求
1.一種CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于，包括有下列步驟(a)準備加工材料粉末，所述加工材料粉末為混合包含有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％；(b)將所述加工材料粉末置入一模具的模穴中，對所述加工材料粉末加熱至少到硒的 熔點溫度，并予以多次加壓，使銅Cu、鎵( 、銦h及硒％均勻化合而粘結一體后再冷卻；及(c)冷卻后卸載所述模具，即完成條塊狀的靶材制造，并使所述靶材包括有銅Cu、銦 In、鎵( 及硒％。
2.根據(jù)權利要求1所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述準備加工 材料粉末的步驟包括(al)準備銅Cu、銦In、鎵fei及硒％ ；(a2)將銅Cu與銦h相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程式，而 備制成銅/銦Cuh合金材料粉末；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、 冷卻及研磨成粉的程式，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末；備妥硒％粉末；及(a3)將所述銅/銦Cdn合金粉末、所述銅/鎵Cufe1合金粉末及所述硒材料粉末充份 混合而成所述加工材料粉末。
3.根據(jù)權利要求1所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于可重復多次 (b)步驟所述的加壓程式。
4.根據(jù)權利要求1所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于步驟(b)所述 模具包括有一作為母模的鋁制靶背板、一框圍在所述靶背板頂面的框模及一公模，所述靶 背板固定于一底座上，所述公模底面具有一模仁，所述模仁輪廓形狀與所述框模的框口相 配合，所述靶背板及所述框模圍成一成型模穴，于所述成型模穴填入所述加工材料粉末。
5.根據(jù)權利要求4所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述鋁制靶背 板頂面設有一凹槽，所述凹槽為所述成型模穴的一部份，所述凹槽包括有一壁面及一底部， 所述底部設有一第一粗糙結構，所述壁面設有一第二粗糙結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述凹槽的深 度為2 3mmο
7.根據(jù)權利要求5所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述第一粗糙 結構包括有呈交錯分布的復數(shù)條縱向狹槽及復數(shù)條橫向狹槽，所述第二粗糙結構為一沿著 所述凹槽的輪廓環(huán)繞的凹溝，所述凹溝位于所述凹槽的壁面與底部交接處。
8.根據(jù)權利要求7所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述狹槽的深 度為2 3mm，寬度約5mm，且二相鄰的所述狹槽的間隔約15mm。
9.根據(jù)權利要求1所述的CIGS四元濺鍍靶材的制造方法，其特征在于所述步驟(b) 中，可將所述模具置于一真空腔室中進行加熱及加壓。
10.一種CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征在于，包括有下列 步驟(a)準備加工材料粉末，所述加工材料粉末為混合包含有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％材料；(bl)將所述加工材料粉末置入一模具中，所述模具包括有一作為母模的鋁制靶背板、 一框圍在所述靶背板頂面的框模及一公模，所述靶背板固定于一底座上，所述靶背板頂面 設有一凹槽，所述凹槽包括有一底部及一壁面，所述底部設有一第一粗糙結構，所述壁面設有一第二粗糙結構，所述公模底面具有一模仁，所述模仁輪廓形狀與所述框模的框口相配 合，所述靶背板的凹槽及所述框模圍成一成型模穴，于所述成型模穴填入所述加工材料粉 末，對所述加工材料粉末加熱至硒的熔點溫度，并予以加壓，使銅、鎵、銦及硒均勻化合而粘 結一體后并與背板接合后冷卻；及(cl)冷卻后卸載所述公模、所述框模及所述底座，即完成靶材成型同時與所述靶背板 接合的制造，并使包括有銅Cu、銦鎵( 及硒％元素的所述靶材結合于所述鋁制靶背板 上。
11.根據(jù)權利要求10所述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征 在于所述準備加工材料粉末的步驟包括(al)準備銅Cu、銦In、鎵fei及硒％ ；(a2)將銅Cu與銦h相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程式，而 備制成銅/銦Cuh合金材料粉末；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、 冷卻及研磨成粉的程式，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末；備妥硒％粉末；及(a3)將所述銅/銦Cdn合金粉末、所述銅/鎵Cufe1合金粉末及所述硒材料粉末充份 混合而成所述加工材料粉末。
12.根據(jù)權利要求10所述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征 在于可重復多次(bl)步驟中的加壓程式。
13.根據(jù)權利要求10所述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征 在于所述凹槽的深度為2 3mm。
14.根據(jù)權利要求10所述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征 在于所述第一粗糙結構包括有呈交錯分布的復數(shù)條縱向狹槽及復數(shù)條橫向狹槽，所述第 二粗糙結構為一沿著所述凹槽之輪廓環(huán)繞的凹溝，所述凹溝位于所述凹槽的壁面與底部交 接處。
15.根據(jù)權利要求14所述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征 在于狹槽的深度為2 3mm，寬度約5mm，且二相鄰的所述狹槽的間隔約15mm。
16.根據(jù)權利要求10所述的CIGS四元濺鍍靶材成型同時與靶背板結合的方法，其特征 在于所述步驟(bl)中，可將所述模具置于一真空腔室中進行加熱及加壓。
17.—種CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其特征在于，包括有下列步驟(a)準備加工材料粉末，所述加工材料粉末系混合包含有銅Cu、銦In、鎵( 及硒％ ； (b2)將一使用過且仍結合有一靶背板的剩余靶材洗凈，并置入一模具中，并將所述加 工材料粉末置入所述模具中，所述模具包括有一作為母模的鋁制背板、一框圍在所述靶背 板頂面的框模及一公模，所述靶背板固定于一底座上，所述靶背板頂面設有一凹槽，所述凹 槽底部設有粗糙結構，所述公模底面具有一模仁，所述模仁輪廓形狀與所述框模的框口相 配合，所述靶背板的凹槽及所述框模圍成一成型模穴，于所述成型模穴填入所述加工材料 粉末，對所述加工材料粉末加熱至少到硒的熔點溫度，并予以加壓，使銅Cu、鎵( 、銦h及 硒％均勻化合而粘結一體后并與所述剩余靶材融合后冷卻；及(c2)冷卻后卸載所述公模、所述框模及所述底座，即完成所述剩余靶材補料的制程。
18.根據(jù)權利要求17所述的CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其特征在于所述準備加 工材料粉末的步驟包括(al)準備銅Cu、銦In、鎵fei及硒％ ；(a2)將銅Cu與銦h相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、冷卻及研磨成粉的程式，而 備制成銅/銦Cuh合金材料粉末；將銅Cu與鎵( 相互均勻混合，經(jīng)多次真空熱融、加壓、 冷卻及研磨成粉的程式，而備制成銅/鎵Cufe1合金材料粉末；備妥硒％粉末；及(a3)將所述銅/銦Cdn合金粉末、所述銅/鎵Cufe1合金粉末及所述硒材料粉末充份 混合而成所述加工材料粉末。
19.根據(jù)權利要求17所述的CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其特征在于可重復多次 (b2)步驟中的加壓程式。
20.根據(jù)權利要求17所述的CIGS四元濺鍍靶材的補充方法，其特征在于步驟(b2) 中，可將所述模具置于一真空腔室中進行加熱及加壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CIGS太陽能光電四元濺鍍靶材、其制法、其與靶背板結合方法及其補料方法，其是將銅與銦混合，經(jīng)熱融、固化及研磨而預制成銅/銦合金粉末，將銅與鎵混合，經(jīng)熱融、固化及研磨而預制成銅/鎵合金粉末，再將銅/銦合金粉末、銅/鎵合金材料及硒材料粉末充分混合而備制成加工材料粉末。再將加工材料粉末填充于模具內，通過一般的加熱升溫熱融及加壓程序，快速成型包括有銅Cu、銦In、鎵Ga及硒Se的靶材。再者，將靶背板設計為模具的一部份，使靶材成型同時可直接與靶背板結合為一體。而使用過的靶材經(jīng)洗凈后，置入模具中，并填入加工材料粉末，經(jīng)過熱融、加壓及冷卻的程序后，即可使靶材補充至所需規(guī)格的尺寸大小，繼續(xù)供使用。以達到CIGS靶材制造，靶材與靶背板結合，及靶材補料等制程簡化，大幅降低成本之目的。
文檔編號B22F3/02GK102051584SQ200910207439
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月3日 優(yōu)先權日2009年11月3日
發(fā)明者張昇常 申請人:張昇常