電沉積并硫化合成FeS-,2-薄膜制備工藝及光電性能.pdf

1、立方晶系的FeS2(pyrite)是一種具有合適禁帶寬度(Eg≈0.95eV)和較高光吸收系數(shù)(λ≤700nm時，α≥5×105cm-1)的半導(dǎo)體材料，其組元元素儲量十分豐富、無毒，環(huán)境相容性好，而且在制備太陽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，是一種較有研究價值的太陽能電池材料。 本文采用恒流電沉積及氧化處理制備Fe3O4先驅(qū)體，再經(jīng)熱硫化退火使先驅(qū)膜轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑eS2薄膜的方法，研究了硫化時間、壓力、溫

2、度等硫化參數(shù)對薄膜組織結(jié)構(gòu)和光電性能的影響。主要研究結(jié)果如下： 采用Na2S2O3和FeSO4水溶液電沉積200℃熱處理，可以制備多孔Fe3O4薄膜。在400℃硫化2h即有形成FeS2的反應(yīng)發(fā)生。硫化時間較短時，F(xiàn)eS2薄膜基體保持先驅(qū)膜的多孔形態(tài)。隨硫化時間延長，F(xiàn)eS2晶體生長進一步完善，晶粒持續(xù)長大而晶格常數(shù)減小，先驅(qū)膜多孔遺傳形態(tài)漸趨不明顯，薄膜的光吸收系數(shù)、電阻率和載流子濃度升高。當(dāng)硫化時間超過10h后，電學(xué)性能變化不

3、明顯。 400℃硫化20h時，較低的硫化壓力易導(dǎo)致硫化反應(yīng)不充分，薄膜組織中Fe3O4和FeS2共存，較高的硫化壓力易導(dǎo)致基底膜層同時被硫化。當(dāng)硫化壓力高于20kPa時，F(xiàn)e3O4先驅(qū)膜可充分轉(zhuǎn)變成具有細(xì)小晶粒形態(tài)的FeS2，薄膜形態(tài)也由多孔疏松演變?yōu)榫鶆蚱秸Ａ蚧瘔毫Φ淖兓梢詫?dǎo)致相變微觀應(yīng)力、點缺陷數(shù)量的變化，有可能造成薄膜幾何連續(xù)性及缺陷能級分布的變化，結(jié)果導(dǎo)致了在40kPa硫壓條件下FeS2薄膜的光吸收系數(shù)出現(xiàn)極小值。

4、 能明顯發(fā)生FeS2合成反應(yīng)的溫度為300℃，溫度超過400℃可使反應(yīng)更為充分。然而，過高的硫化溫度也會產(chǎn)生一些不利影響，如500℃易造成基底的硫化，600℃易造成晶粒的粗化。隨硫化溫度升高，薄膜的結(jié)晶性能得到改善，薄膜的先驅(qū)體形態(tài)逐步消失，并表現(xiàn)出明顯的顆粒狀形貌。晶粒尺寸隨硫化溫度的升高而增大。FeS2晶格常數(shù)在500℃硫化時趨近標(biāo)準(zhǔn)值并且薄膜表現(xiàn)出最大的光吸收系數(shù)。薄膜的電阻率隨硫化溫度的升高而增大，而載流子濃度的變化卻與此