李 偉，楊曉艷，張亞東，柴明強，艾琳，黎 楷

（1.國家鎳鈷新材料工程技術研究中心，甘肅 蘭州 730101；2.蘭州金川科技園有限公司，甘肅 蘭州 730101）

蒸鍍材料行業(yè)作為電子信息產業(yè)中重要的基礎材料行業(yè)，處于電子工業(yè)產業(yè)鏈的最前端，高純蒸鍍材料廣泛應用于高效率薄膜CIGS太陽能電池組件、OLED照明組件、光學組件、發(fā)光二極管、平板顯示等領域。隨著新能源及節(jié)能環(huán)保新興行業(yè)的迅速發(fā)展，特別是薄膜光伏電池、OLED照明等領域的行業(yè)技術突破，為高純蒸鍍材料產品市場提供了廣闊的市場前景。

1 蒸鍍材料的生產企業(yè)及市場

目前全球有30多家公司置身于銅銦鎵硒產業(yè)，但真正進入市場開發(fā)的公司只有德國的Wuerth（伍爾特）、Surlfulcell、美國的Global Solar Energy、日本的Honda（本田）以及Showa Solar Shell。2006年、2007年世界銅銦鎵硒電池組件產能分別為17.5MW、60.5MW，在世界光伏市場上占據的份額很小。到2015年，銅銦鎵硒將占薄膜太陽能電池市場的29.6%，預計2020年占比達到43.3%。

國內生產蒸發(fā)料的企業(yè)有有研億金新材料股份有限公司、貴研鉑業(yè)股份有限公司、賀利氏招遠貴金屬材料有限公司和江蘇鑫瑞崚新材料科技有限公司，主要產品規(guī)格有絲材、塊狀、棒狀、箔材，其中有研億金的主打產品蒸發(fā)料在行業(yè)中處于較大的領先地位，市場占有率在70%以上，在行業(yè)內占據第一位，主要蒸發(fā)料產品有Au及Au合金、Ag、Pt、Ti、Ni、V、Cr、Al、Cu。蒸發(fā)料的經銷商有中金研新材料有限公司、北京泛德辰、優(yōu)美科等，經銷的蒸發(fā)料產品品種上百種，包括金屬類、氧化物類、化合物類蒸發(fā)料。

據中國電子材料行業(yè)協(xié)會數(shù)據顯示，2016年，全球太陽能電池用蒸鍍材料市場規(guī)模為23.8億美元，同比增長29%;結合近幾年光伏行業(yè)發(fā)展情況及中國電子材料行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計測算，2020年，全球太陽能電池用蒸鍍材料市場規(guī)模將達到37.5億美元，同比增長27%。目前國內太陽能電池主要以硅片涂覆型太陽能電池為主[1]，薄膜電池的產量還有待增長。隨著國內薄膜電池生產線的投產，我國太陽能電池用蒸鍍材料市場將持續(xù)增長。預計2019-2024年我國太陽能電池用蒸鍍材料市場有望持續(xù)擴大，復合增速將維持在20%～25%左右增速水平，到2024年，我國太陽能電池用蒸鍍材料市場規(guī)模將接近70億元[2]。

2 高純銅蒸鍍材料的發(fā)展及現(xiàn)狀

2.1 高純銅蒸鍍材料的發(fā)展趨勢

高純銅蒸鍍材料是各類薄膜蒸鍍行業(yè)的關鍵材料，應用領域廣泛，種類繁多，其純度、密度、品質等對最終的半導體電子器件或光學元器件的質量和性能起著重要作用，目前高端高純銅蒸鍍材料產品純度一般在5N-6N，其質量對薄膜性能有很大的影響，同時會影響到鍍膜的生產效率和成本。如圖所示是三種真空鍍膜方式原理示意圖：

圖1 蒸發(fā)鍍膜法

圖2 磁控濺射鍍膜法

圖3 多弧離子鍍膜法

蒸鍍材料的技術發(fā)展趨勢與下游應用產業(yè)的薄膜技術發(fā)展趨勢息息相關。蒸鍍材料行業(yè)的技術發(fā)展主要取決于先進薄膜材料、先進的薄膜沉積制備技術和薄膜結構的控制以及對薄膜物理、化學行為相關的表面科學技術的深入研究。目前，對薄膜材料的制備技術的研究正向多種類、高性能、新工藝、新裝備等方面發(fā)展；薄膜材料的研究正在向分子層次、原子層次、納米尺度、微觀結構等方向深入；對蒸鍍材料的研究朝著多元化、高純度、大型化、高濺射速率、高利用率等方向進行[3]。

可見，各方面技術要求以及市場的需求決定了蒸鍍材料的發(fā)展趨勢：

（1）材料高純化，Cu純度＞99.9999%，且能有效控制特定雜質元素Fe、Ni、Co、Ag等34種雜質元素含量＜1ppm，C、N、O、H、S等氣體元素含量分別＜5ppm。

（2）材料均勻性提高，晶粒尺寸減小，消除微觀偏析和內部缺陷。產品規(guī)格多樣化，顆粒尺寸一致性好，剪切端面平整無毛刺。

（3）材料熔煉過程高真空化，熔煉真空度＜10-3Pa，避免高溫熔煉過程材料氧化。

2.2 高純銅蒸鍍材料制備的技術開發(fā)

高純銅蒸鍍材料的制備技術核心在于原材料純度、熔煉技術、后續(xù)加工三個方面。鍍膜行業(yè)對于蒸鍍原材料的要求是非常高的，對材料雜質元素含量有相當苛刻的要求，材料雜質含量必須控制在1ppm以下，因此，對熔煉過程的控制，以及后續(xù)加工清洗的措施對蒸鍍材料的制備極為重要。

（1）雜質元素含量控制。光學薄膜對材料純度的要求相對較高，特別是制備多層膜時，雜質的影響可成疊加之勢，因而對材料純度的要求更高，若蒸鍍材料中雜質元素含量過高，在蒸發(fā)鍍膜過程中，易在薄膜上形成雜質微?；蛲蛊?，導致薄膜透過率、折射率變差[4]，性能衰減變快，嚴重影響薄膜質量。蒸鍍材料中的雜質元素大部分是由原材料帶入，因此在原料制備過程中，應選用過濾設備性能較好，電解槽材質不易腐蝕，硅整流運行穩(wěn)定等的設備進行生產。同時，在熔煉過程中要控制大顆粒夾雜物的引入，蒸鍍材料中的大顆粒夾雜物絕大部分是由熔煉坩堝，澆道、鑄模引入，因此要選用三高石墨制成的坩堝、澆道及鑄模，并且在熔鑄過程中采用在真空或惰性氣體保護環(huán)境下熔煉和鑄造。

（2）后續(xù)加工過程的控制。高純銅蒸鍍材料的后續(xù)加工過程包括拉絲、剪切、清洗包裝，在嚴格把控蒸鍍材料純度的基礎上，通過優(yōu)化后續(xù)加工工序，調整蒸鍍材料顆粒表面質量及抗氧化性能。選擇高硬度鉆石拉絲模具，防止蒸鍍材料表面劃傷，出現(xiàn)縱向裂紋；選擇卡扣式剪切模具，避免蒸鍍材料顆粒受擠壓變形產生尖角，尖角受到電子束轟擊后，容易產生飛濺[5]，對膜層質量產生影響；使用含表面活性劑的清洗液，在超聲波清洗機中清洗半小時以上，保證蒸鍍材料表面油污脫落。或者采用1:1配比的酸+純水浸泡清洗1～2分鐘，用優(yōu)級純酒精沖洗烘干后，采用兩層尼龍塑料袋真空封裝，保證蒸鍍材料表面光亮，不易氧化。

2.3 高純銅蒸鍍材料的發(fā)展存在的問題

（1）技術問題。蒸鍍材料具有典型的技術密集型行業(yè)特點，要求行業(yè)內的企業(yè)具有較強的技術研發(fā)實力和先進的生產工藝，具有完善的產品質量控制能力。

高純銅蒸鍍材料作為平板顯示、半導體、太陽能電池、光學元器件等行業(yè)上游關鍵的原材料之一，其與整個下游行業(yè)的技術發(fā)展和升級密不可分，所以高純銅蒸鍍材料生產企業(yè)通常需要投入非常大的人力、物力、資金進行技術研發(fā)，以推動整個產業(yè)的技術革新，同時滿足日益?zhèn)€性化的客戶需求和不斷變化升級的市場。此外，高純銅材料涉及多種有色金屬分離提純，其技術與生產工藝難度較高，下游應用高純銅蒸鍍材料的純度、微觀晶粒結構、各項物理性能等有著極嚴格的要求，對于新進入者來說具有較高的技術門檻。

（2）資金問題。高純銅蒸鍍材料行業(yè)屬于資金密集型行業(yè)，本行業(yè)在生產方面需要投入大量資金建設大型車間、購置各類精密加工設備及配套輔助設備等，同時為保障產品質量的可靠性往往還需配套高端的檢測設備。再者，本行業(yè)在環(huán)保方面也需要投入大量資金購置各類環(huán)保設備，如污水處理設備、尾氣吸收設備等。這些均需要大量的資金投入，使得行業(yè)的資金進入門檻較高。

（3）市場認證問題。蒸鍍材料行業(yè)存在著品牌準入壁壘。由于蒸鍍材料對下游客戶產品的性能、穩(wěn)定性等方面都具有重要的影響，因而客戶對高純銅材料的質量要求較高，一般需要經過非常嚴格的產品認證，并且只信任產品質量過硬、成功量產多年和資歷較深的知名企業(yè)。對于新進入者而言，很難在短期內建立起良好的市場品牌，并快速打開市場。

（4）國內下游技術落后問題。目前，國內的蒸鍍材料主要應用領域為光伏行業(yè)、顯示行業(yè)、節(jié)能環(huán)保等行業(yè)，我國在鍍膜技術、材料技術、裝備技術等相關技術創(chuàng)新及新產品開發(fā)等方面的研究整體落后于國際廠商，整體制程技術以引進為主，自主創(chuàng)新少，人才培養(yǎng)及材料開發(fā)滯后，下游應用更新?lián)Q代速度較慢，技術升級周期較長，制約了上游蒸鍍材料行業(yè)的發(fā)展。

3 結語

高質量的高純銅蒸鍍材料在國內外具有良好的市場前景及經濟效益，產品廣泛應用于高效率薄膜CIGS太陽能電池組件、OLED照明組件、光學組件、平板顯示等領域。根據薄膜材料的性能要求，高純銅蒸鍍材料的研究朝著多元化、高純度、大型化、高利用率等方向進行，把控好原材料純度、熔煉技術、后續(xù)加共是制備高質量高純銅蒸鍍材料最核心的三個方面。通過解決高純銅蒸鍍材料目前存在的技術問題、資金問題、市場認證等問題，促進我國高純蒸鍍材料產業(yè)的發(fā)展。