FeS2薄膜的電沉積制備與光電性能研究.pdf

1、黃鐵礦型FeS2(pyrite)因其適當?shù)慕麕挾?Eg=0.95eV)與較高的光吸收系數(shù)(105cm-1)，十分適合用作太陽能電池的吸收層材料。該材料還具有廉價、無毒的特點，受到了光伏的行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前制備FeS2一般使用氣相沉積法等較為昂貴且不利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的方法，但用較為高效廉價的電沉積法制備FeS2薄膜常常會嚴重偏離化學計量比。本文采用電沉積方法制備Fe-S的前驅(qū)體薄膜，再將樣品硫化退火，以期得到成分性能都較為理想的薄膜

2、材料。
　　論文首先系統(tǒng)地研究了電沉積Fe-S前驅(qū)體薄膜的制備過程，在恒電位條件下，分別使用FeSO4及(NH4)2 Fe(SO4)2兩種鹽為鐵源，以Na2S2O3為硫源，探究了溶液組分、pH值、沉積電位、沉積時間對薄膜成分的影響。發(fā)現(xiàn)以FeSO4為鐵源時，沉積溶液組成為0.01MFeSO4、0.02M Na2S2O3、pH=4.0，在-1.0V(vs.SCE)電位下經(jīng)900s電沉積可以得到S∶Fe=1.25∶1的非晶態(tài)薄膜;以(

3、NH4)2 Fe(SO4)2做為鐵源時，沉積溶液組成為0.01MFeSO4、0.02M(NH4)2Fe(SO4)2、pH=3.8,在-0.9V(vs.Ag/AgCl)電位下經(jīng)800s電沉積可以得到S∶Fe=1.29∶1的非晶態(tài)薄膜，且薄膜的成分更容易穩(wěn)定。
　　經(jīng)硫化退火后，發(fā)現(xiàn)兩種鐵源電沉積得到的前驅(qū)體薄膜，退火后的FeS2薄膜的結(jié)晶質(zhì)量及Fe與S元素的比例都取決于退火溫度以及退火時間。XRD和Raman測試結(jié)果表明在500℃下

4、硫化退火1h的薄膜呈純凈的黃鐵礦FeS2晶型。以FeSO4為鐵源硫化得到的薄膜為p型半導體，禁帶寬度為0.95eV，載流子濃度為3.922×1017cm-3，載流子遷移率為8.236cm2·V-1·s，電阻率為0.1060 Ohm·cm，可認為性能良好，適合用于制備太陽能電池。以(NH4)2 Fe(SO4)2為鐵源硫化得到的薄膜同樣也是p型半導體，禁帶寬度為0.97eV，載流子濃度為2.082×1017cm-3，載流子遷移率為7.716