FeS2(pyrite)太陽能光電薄膜的制備與性能研究.pdf

1、由于FeS2(pyrite)具有窄的禁帶寬度(Eg=0.95eV)和高的吸收系數(shù)(在λ≤700nm時,α>6×105cm-1),使它成為一種很有發(fā)展前途的太陽能材料。而且其組元元素儲量十分豐富、無毒,在制備太陽能電池時可以以薄膜形式使用,成本較低,與已有半導(dǎo)體材料相比,是較理想的太陽能電池材料。
　　本實驗將溶膠-凝膠法(Sol-Gel法)制備的純Fe2O3納米薄膜在飽和硫蒸汽壓中硫化制備FeS2膜,并研究了硫化溫度、硫化時間、硫

2、化壓力與薄膜厚度對制備的FeS2薄膜材料的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,硫化溫度為350℃時能充分形成FeS2,高于350℃后,硫化溫度的升高對FeS2的沒有明顯的促進作用。硫化溫度越高,FeS2晶粒尺寸越大,薄膜電阻率越高。隨著硫化時間的延長,薄膜晶粒呈長大趨勢。350℃、80kPa硫化時,在實驗用硫化時間內(nèi)(2-40h),隨著硫化時間的延長,薄膜的S/Fe值、晶粒尺寸及薄膜禁帶寬度增大,而電阻率則隨之減小。當(dāng)硫化溫度高于350℃,硫化時間

3、長于10h時,薄膜結(jié)晶存在擇優(yōu)取向。
　　在硫化時間為20h的情況下,所有實驗硫化壓力(40-100kPa)對S/Fe值影響不明顯,在80kPa附近S/Fe值為2。薄膜的晶粒尺寸在硫化壓力為60kPa時最小,大約為68nm;薄膜電阻率在硫化壓力為80kPa時最小,為1.3Ω.cm;而薄膜的禁帶寬度在硫化壓力為80kPa時最大,為0.92eV。
　　采用硫化不同厚度的Fe2O3膜制備不同厚度的FeS2膜的方法,研究了不同厚度F

4、eS2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)、電阻率、光吸收系數(shù)以及禁帶寬度。結(jié)果表明,隨著Fe2O3膜厚度的增加(80-600nm),由于硫化不完全,硫化后薄膜的S/Fe值呈下降趨勢,薄膜的晶粒尺寸和薄膜的飽和區(qū)光吸收系數(shù)隨之減小,薄膜的禁帶寬度隨之先增大而后減小,而薄膜電阻率隨之增加。
　　Fe2O3膜比較薄時容易被硫化成FeS2薄膜,硫化后的晶粒尺寸比較大,但存在針孔(pinholes)等點缺陷(point defect);而當(dāng)Fe2O3膜比較厚時