FeS-,2-薄膜的光電性能及光電轉(zhuǎn)換研究.pdf

1、立方晶系的FeS<,2>(pyrite)具有合適的禁帶寬度(E<,g>≈0.95 eV)和高的光吸收系數(shù)(λ≤700 nm時(shí),α≥5×10<'5>cm<'-1>),環(huán)境相容性好,制備成本較低,是一種較有研究價(jià)值的新型太陽能電池材料. 本文采用磁控濺射純Fe膜硫化法制備了多晶FeS<,2>薄膜,研究了薄膜厚度和先驅(qū)體Fe膜結(jié)晶程度對(duì)合成的FeS<,2>薄膜組織結(jié)構(gòu)和光電性能的影響,并將FeS<,2>薄膜應(yīng)用于納米晶敏化太陽能電池系

2、統(tǒng),探討了不同晶粒尺寸的FeS<,2>薄膜對(duì)多孔FeS<,2>薄膜的敏化作用.主要研究結(jié)果如下: 在硫化過程中,不同厚度薄膜的相變比容變化、反應(yīng)完善程度、膜體剛性約束及晶格微觀應(yīng)力等因素的作用程度不同,導(dǎo)致了點(diǎn)陣畸變程度的不同,而薄膜中的晶粒均呈細(xì)小的顆粒狀.較厚的薄膜表面更為平整并且組織更為均勻.隨薄膜厚度增加,載流子濃度下降而遷移率上升.當(dāng)膜厚超過400 nm后,載流子濃度上升而遷移率下降.在膜厚約為130 nm時(shí),電導(dǎo)率出

3、現(xiàn)極大值. 較高的基底溫度能夠產(chǎn)生較大晶粒尺寸和較好結(jié)晶度的Fe膜,400℃硫化反應(yīng)可使不同結(jié)晶程度的Fe轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я＜?xì)小的FeS<,2>,膜體幾何連續(xù)性隨先驅(qū)Fe膜基底溫度升高而改善.隨先驅(qū)Fe膜晶粒增大,合成的FeS<,2>薄膜載流子濃度下降,Hall遷移率上升,在Fe膜晶粒尺寸為39 nm附近,FeS<,2>薄膜電阻率出現(xiàn)極大值,光吸收系數(shù)和禁帶寬度出現(xiàn)極小值.先驅(qū)體Fe膜晶粒尺寸和結(jié)晶程度的不同影響了硫化反應(yīng)中的原子擴(kuò)散行

4、為和相變應(yīng)力誘發(fā)的沿晶開裂傾向,進(jìn)而改變了FeS<,2>薄膜中的晶體缺陷數(shù)量、分布和作用及薄膜的雙層膜結(jié)構(gòu),最終導(dǎo)致了載流子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、以及光子吸收和能帶結(jié)構(gòu)的變化. TiO<,2>/FeS<,2>能帶結(jié)構(gòu)的分析表明,對(duì)n型TiO<,2>膜,結(jié)處內(nèi)建電勢(shì)的存在使得FeS<,2>薄膜為p型導(dǎo)電時(shí)光生電子能更有效地注入到TiO<,2>導(dǎo)帶中.在不同的硫化溫度下制得了FeS<,2>/TiO<,2>復(fù)合膜,FeS<,2>薄膜改善了復(fù)合膜的