多晶FeS-,2-薄膜電學(xué)性能研究.pdf

1、金屬硫化物在太陽能電池、熱電材料以及存儲裝置等領(lǐng)域顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。其中采用人工合成方法制備的FeS2薄膜具有高的光吸收系數(shù)(λ＜700nm時，α＞5×105cm-1)、合適的禁帶寬度(Eg=0.95eV)以及良好的環(huán)境相容性，已成為極具潛力的新型太陽能電池材料。 電學(xué)性能諸如電阻率、導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等參數(shù)對于光學(xué)、磁學(xué)及光電轉(zhuǎn)換性能有相當重要的影響，也能反映薄膜制備技術(shù)的合理性，值得深入研究。本文采用直

2、流磁控濺射制備Fe膜先驅(qū)體并對其進行熱硫化退火的方法制備多晶FeS2薄膜，著重考察了面缺陷及S/Fe比對FeS2薄膜載流子濃度及電阻率的影響，綜合分析了硫化時間、壓力、溫度等制備工藝及摻雜效應(yīng)等因素對FeS2薄膜電學(xué)性能的影響，并初步提出其影響機制。主要研究結(jié)果如下： 在研究面缺陷對FeS2電學(xué)性能的影響中發(fā)現(xiàn)，比表面積在3.7～16.2μm-1范圍內(nèi)和比晶界面積在21～750μm-1范圍內(nèi)的FeS2薄膜中，隨比表面積和比晶界面

3、積增加，薄膜的載流子濃度上升，電阻率下降。FeS2薄膜的表面缺陷和晶界缺陷對載流子濃度和電阻率等電學(xué)性能的影響機制大致相同，兩種晶體面缺陷數(shù)量的變化主要通過改變晶體點缺陷數(shù)量引起薄膜的載流子濃度和電阻率變化。當比表面積小于3.7μm-1時，隨比表面積的減小，載流子濃度反而上升，這是由于此時其它因素如S/Fe比、FeS2禁帶中缺陷能級密度，不充分相變產(chǎn)物比例及相變應(yīng)力水平變化等對電學(xué)性能的影響占主導(dǎo)地位。 S/Fe比對FeS2電學(xué)

4、性能影響的研究表明，雖然試驗條件各不相同，但制得FeS2薄膜的S/Fe比對其電學(xué)性能有著極為重要的影響。除個別比表面積特別大即厚度特別小的薄膜由于大量面缺陷的存在表現(xiàn)出明顯高于正常水平的載流子濃度值，其他薄膜均基本符合如下規(guī)律：隨S/Fe比的增大，載流子濃度減小并在S/Fe比約2.2附近達到最小值，電阻率增大同樣在S/Fe比約2.2處達到最小。這是因為隨著先驅(qū)Fe膜硫化反應(yīng)的充分進行即薄膜S/Fe比的逐漸增加，晶體點缺陷減少從而導(dǎo)致載流

5、子濃度降低。 綜合分析面缺陷、S/Fe比、硫化溫度、硫化時間與硫化壓力等參數(shù)對電學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)薄膜載流子濃度對電阻率的變化趨勢起主導(dǎo)作用，而面缺陷密度及S/Fe比對FeS2薄膜載流子濃度變化的影響最為顯著。在FeS2薄膜中點缺陷作為載流子的主要來源可以用表示如下：N=nschottky+nFrankel+nδ=m0d0Ae-Q1/kaT·Sb+Be-Q2/kT+Cδ。第一項為Frankel缺陷濃度，主要受薄膜中面缺陷密度影響