[实用新型]一种生产铜锌锡旋转靶材的模具

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种铜锌锡旋转靶材的生产模具，属于机械设备技术领域。

背景技术

随着世界能源的日益紧缺、减少和人们环保意识的增强，薄膜太阳能电池的研究应用已成为世界各国研究的热点。其中铜锌锡硫薄膜太阳能电池以其不断提高的转化效率，较低的制作成本，没有性能衰减和环境友好等优良特性日益受到人们的广泛关注。

Cu₂ZnSnS₄（简称CZTS）薄膜太阳能电池作为一种新型的薄膜太阳能电池具有多层膜结构，其主要结构为金属栅极Al，窗口层n-ZnO：Al，缓冲层CdS，吸收层CZTS，背电极钼，钠钙玻璃衬底SLG等。

目前制备ZSTS薄膜的方法很多，主要分为3个步骤：首先制备铜锌锡薄膜；然后硫化，以达到最佳配比的四元化合物；最后对薄膜进行热处理，进一步优化薄膜的结晶度和表面形貌。

其中制备铜锌锡薄膜就需要用到铜锌锡靶材。而旋转靶材与平面靶材相比具有以下优势：镀膜均匀性好，溅射面积大，生产效率高，靶材利用率高，更换操作方便。因此大量应用旋转铜锌锡靶材是铜锌锡硫薄膜太阳能电池发展的必然趋势，目前还没有看到有关生产旋转铜锌锡靶材技术方面的报道。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种铜锌锡旋转靶材的生产模具及其生产方法。

按照本实用新型提供的技术方案，一种生产铜锌锡旋转靶材的模具，包括浇铸口，浇铸口与模具外套连接；模具外套内设置有衬管，模具外套和衬管之间设置有圆环型空腔；模具外套和衬管的底部采用底部密封环密封。所述浇铸口与圆环型空腔之间通过流淌管连通，流淌管向圆环型空腔内部倾斜。所述外套内壁上涂覆有一层隔离层。

本实用新型的有益效果：本实用新型结构简单紧凑，利于工业化生产，制备得到的靶材致密度高，纯度高，成分分布均匀性好，晶粒细小，并且制备工艺简单。

附图说明

图1是本实用新型生产铜锌锡旋转靶材的模具示意图。

图2-a是本实用新型冷却装置主视图。

图2-b是本实用新型冷却装置俯视图。

具体实施方式

实施例中DY08涂料购自市场。

实施例1 

如图1所示，一种生产铜锌锡旋转靶材的模具，包括浇铸口1，浇铸口1与模具外套2连接；模具外套2内设置有衬管4，模具外套2和衬管4之间设置有圆环型空腔3；模具外套2和衬管4的底部采用底部密封环5密封。

所述浇铸口1与圆环型空腔3之间通过流淌管连通，流淌管向圆环型空腔3内部倾斜。所述外套2内壁上涂覆有一层隔离层，隔离层为DY08涂料。

实施例2

一种生产铜锌锡旋转靶材的方法，步骤为：

（1）熔炼：按铜：锌：锡摩尔比为1.5-2.3：0.7-1.2：0.8-1.1取原料；开启真空感应熔炼炉，抽真空至0.01-1Pa，通氮气，压力达到0.08-0.1MPa时，再次抽真空至0.01-1Pa；向熔炼炉中投入原料锡，250-270℃熔炼至完全熔化，控制温度为250-300℃，投入铜，继续熔炼至完全熔化，升温至670-750℃，精炼25-35min，最后投入锌，控制温度不超过700℃快速熔化，全部熔化后，在680-690℃精炼8-12min，得到浇铸液；

（2）浇铸：取生产铜锌锡旋转靶材的模具，在200-450℃烘干，并预热至200-600℃，将步骤（1）得到的浇铸液浇铸进模具中；通过流淌管进入圆环型空腔，涂覆在外套内壁上的涂料防止模具溶解在浇铸液中，浇铸完成后，去除浇铸口，用石墨环盖住模具上端，在800-850℃保温8-12min；

（3）冷却：将保温后的模具置入水箱中进行冷却，水箱中设置有水循环和搅拌装置，保持水温在15-25℃之间，冷却4-6min后取出，脱模，即得到铜锌锡旋转靶材。

如图2-a和图2-b所示，冷却模具的水箱，包括箱体6，箱6体上部分密封，开有一个和模具同样大小的圆环状孔7，模具通过圆环状孔7能够顺利的放入水箱中，水箱上还设置有一个通气孔8。水箱中同样设有水循环和搅拌装置，使水温均匀并保持在一定的范围内。

从熔炼炉的侧门取出步骤（2）所得模具，用天车吊住模具上口。之后以0.1m/s的速度把模具通过圆环状孔7放入冷却装置，当模具还剩50毫米露在水箱外部时停止放入，冷却5分钟后吊出模具。