本发明涉及cigs薄膜太阳能电池材料的制备，特别是涉及一种贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜及其制备方法。
背景技术：
1、铜铟镓硒(cigs)薄膜太阳能电池以其直接带隙半导体，能带宽度1.04-1.68ev范围内可调，光吸收效率高，材料消耗少，生产能耗低等特点，成为了目前最有可能实现低成本高效率制备薄膜光伏的设备之一。铜铟镓硒(cigs)薄膜是重要的太阳能电池吸收层材料，工业生产中磁控溅射法是制备这一吸收层的常用方法之一。
2、获得高转换效率的cigs薄膜电池离不开电池各功能膜层以及界面的优化，其中cigs吸收层是整个电池结构的核心，承担着对太阳光的吸收与利用，其性能的好坏很大程度上直接决定最终的光电转换效率。所以，cigs吸收层的优化是提升cigs电池效率所要研究的重中之重，而能带调控是目前cigs吸收层研究的重点方向。cigs吸收层的能带结构直接影响其对太阳光的吸收，进行能带调控有利于获得与太阳光更加匹配的带隙结构，从而促进光电转换效率的提升。
3、能带调控是太阳能电池领域的关键课题之一，而带隙可调是cigs薄膜作为太阳能电池吸收层材料的显著优势。针对cigs吸收层能带调控的研究主要包括：①掺杂杂质元素调控带隙；②调控cigs自身元素比例调节带隙；③设计不同类型的带隙结构。
4、能带调控作为优化cigs吸收层的重要手段，具有十分广阔的研究前景。cigs吸收层的能带结构直接影响其对太阳光的吸收，进行能带调控有利于获得与太阳光更加匹配的带隙结构，从而促进光电转换效率的提升。能带调控主要通过控制自身元素的梯度分布来实现。目前常见的是通过调控ga、in元素来构筑能带结构，而通过调控cu、se元素进而构筑特定能带结构这一方法还没有学者做过相关实验。所以采用低成本、简易可控的单靶溅射法，通过调控cu、se梯度来构筑特定的v型能带结构，并探究其光电性能，验证相关理论，进一步推动工业化发展。
技术实现思路
1、本发明在单靶溅射法中引入了高效安全的固态硒源硒化装置有效提升cigs薄膜的晶粒尺寸，并探究得出最佳工艺参数；采用了改变靶材和改变溅射功率的两种手段来实现能带调控。
2、一种贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，包括如下步骤：
3、所选靶材为1号靶材和2号靶材，通过磁控溅射方法制备cigs预制膜，采用cuingase四元靶材探究以得出工艺参数，分别利用变靶材成分和变溅射功率两种方法，结合硒化工艺实现薄膜厚度方向cu、se元素的梯度分布而进构筑出贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜。
4、进一步地，贫铜富硒能带可控的方式为通过变靶材成分改变cu、se含量和通过变溅射功率改变cu含量两种方式。
5、进一步地，所述的工艺参数为溅射功率110-140w、氩气流量20-40sccm、工作气压0.1-1.5pa、衬底温度400-500℃，所述硒化工艺参数为硒化温度400-500℃、硒化时间1.5h。
6、进一步地，所述溅射方法均为单靶溅射法。
7、进一步地，所述1号靶材摩尔比例为cu/(in+ga)＝1.00，ga/(in+ga)＝0.30，se/cu+in+ga＝1.00，2号靶材摩尔比例为cu/(in+ga)＝0.70，ga/(in+ga)＝0.30，se/cu+in+ga＝1.353。
8、进一步地，采用变靶材成分方式构筑能带结构时，获得元素梯度的方式为在所述工艺参数下依次溅射2号、1号、2号靶材得到三个不同成分比例的亚层薄膜。
9、进一步地，采用变溅射功率方式构筑能带结构时，在所述工艺参数下固定溅射1号靶材制备中心富铜贫硒膜层，其他参数不变，仅把溅射功率改为165w，溅射2号cigs靶材制备上下贫铜富硒亚层。
10、一种贫铜富硒能带结构的铜铟镓硒薄膜，采用上述方法制得，所述薄膜的元素成分比例均为上下层相同且为贫铜富硒薄膜层，中间层为富铜贫硒薄膜层，呈现层叠状的aba型结构，所述薄膜厚度为1.5-3μm。
11、进一步地，采用变靶材成分方式构筑能带结构时，得到的三个不同成分比例的亚层薄膜的元素成分摩尔比例依次为cu/(in+ga)＝(0.850-0.870)，ga/(in+ga)＝(0.300-0.400)，se/cu+in+ga＝(1.100-1.300)、cu/(in+ga)＝1.263，ga/(in+ga)＝0.359，se/cu+in+ga＝0.894和cu/(in+ga)＝(0.850-0.870)，ga/(in+ga)＝(0.300-0.400)，se/cu+in+ga＝(1.100-1.300)。
12、进一步地，采用变溅射功率方式构筑能带结构时，得到的中心富铜贫硒薄膜层摩尔比例为cu/(in+ga)＝1.263，ga/(in+ga)＝0.359，se/cu+in+ga＝0.894，上下贫铜富硒薄膜层摩尔比例为cu/(in+ga)＝0.892，ga/(in+ga)＝0.304，se/cu+in+ga＝0.904。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用了单靶溅射法，使用了高效安全的固态硒源硒化装置，通过磁控溅射方法，采用cuingase四元靶材探究以得出较好的工艺参数范围和最佳工艺参数，分别利用变靶材成分和变溅射功率两种方法，结合少量硒粉硒化工艺实现薄膜厚度方向cu、se元素的梯度分布进而构筑出特定微型能带结构，并对溅射参数(功率、流量、气压)和热处理参数(衬底温度、硒化温度、硒化时间)进行探究以得出较好的工艺参数范围和最佳工艺参数；并且使用了变靶材成分和变溅射功率两种方式来实现cigs吸收层能带调控。所制得的cigs薄膜晶粒尺寸大，表面平整致密，呈富铜贫硒的元素比例状态；方块电阻小，载流子迁移率大，载流子浓度大，吸光性好，光电性能优良。
1.一种贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，贫铜富硒能带可控的方式为通过变靶材成分改变cu、se含量和通过变溅射功率改变cu含量两种方式。
3.根据权利要求1所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述的工艺参数为溅射功率110-140w、氩气流量20-40sccm、工作气压0.1-1.5pa、衬底温度400-500℃，所述硒化工艺参数为硒化温度400-500℃、硒化时间1.5h。
4.根据权利要求1所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述溅射方法均为单靶溅射法。
5.根据权利要求1所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，所述1号靶材摩尔比例为cu/(in+ga)＝1.00，ga/(in+ga)＝0.30，se/cu+in+ga＝1.00，2号靶材摩尔比例为cu/(in+ga)＝0.70，ga/(in+ga)＝0.30，se/cu+in+ga＝1.353。
6.根据权利要求3所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，进一步地，采用变靶材成分方式构筑能带结构时，获得元素梯度的方式为在所述工艺参数下依次溅射2号、1号、2号靶材得到三个不同成分比例的亚层薄膜。
7.根据权利要求3所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法，其特征在于，采用变溅射功率方式构筑能带结构时，在所述工艺参数下固定溅射1号靶材制备中心富铜贫硒膜层，其他参数不变，仅把溅射功率改为165w，溅射2号cigs靶材制备上下贫铜富硒亚层。
8.一种贫铜富硒能带结构的铜铟镓硒薄膜，采用权利要求1-7任一项所述的贫铜富硒能带可控的铜铟镓硒薄膜的制备方法制得，其特征在于，所述薄膜的元素成分比例均为上下层相同且为贫铜富硒薄膜层，中间层为富铜贫硒薄膜层，呈现层叠状的aba型结构，所述薄膜厚度为1.5-3μm。
9.根据权利要求8所述的贫铜富硒能带结构的铜铟镓硒薄膜，其特征在于，采用变靶材成分方式构筑能带结构时，得到的三个不同成分比例的亚层薄膜的元素成分摩尔比例依次为cu/(in+ga)＝(0.850-0.870)，ga/(in+ga)＝(0.300-0.400)，se/cu+in+ga＝(1.100-1.300)、cu/(in+ga)＝1.263，ga/(in+ga)＝0.359，se/cu+in+ga＝0.894和cu/(in+ga)＝(0.850-0.870)，ga/(in+ga)＝(0.300-0.400)，se/cu+in+ga＝(1.100-1.300)。
10.根据权利要求9所述的贫铜富硒能带结构的铜铟镓硒薄膜，其特征在于，采用变溅射功率方式构筑能带结构时，得到的中心富铜贫硒薄膜层摩尔比例为cu/(in+ga)＝1.263，ga/(in+ga)＝0.359，se/cu+in+ga＝0.894，上下贫铜富硒薄膜层摩尔比例为cu/(in+ga)＝0.892，ga/(in+ga)＝0.304，se/cu+in+ga＝0.904。
