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电沉积并硫化合成FeS_2薄膜制备工艺及光电性能

作　者: 侯玲
导　师: 孟亮
学　校: 浙江大学
专　业: 材料加工工程
关键词: FeS2薄膜 电沉积 硫化参数 组织结构 光电性能
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


立方晶系的FeS2（pyrite）是一种具有合适禁带宽度（Eg≈0.95eV）和较高光吸收系数(λ≤700mn时,α≥5×105cm-1)的半导体材料,其组元元素储量十分丰富、无毒,环境相容性好,而且在制备太阳电池时可以以薄膜形式使用,成本较低,与已有半导体材料相比,是一种较有研究价值的太阳能电池材料。 本文采用恒流电沉积及氧化处理制备Fe3O4先驱体,再经热硫化退火使先驱膜转变为多晶FeS2薄膜的方法,研究了硫化时间、压力、温度等硫化参数对薄膜组织结构和光电性能的影响。主要研究结果如下: 采用Na2S2O3和FeSO4水溶液电沉积200℃热处理,可以制备多孔Fe3O4薄膜。 在400℃硫化2h即有形成FeS2的反应发生。硫化时间较短时,FeS2薄膜基体保持先驱膜的多孔形态。随硫化时间延长,FeS2晶体生长进一步完善,晶粒持续长大而晶格常数减小,先驱膜多孔遗传形态渐趋不明显,薄膜的光吸收系数、电阻率和载流子浓度升高。当硫化时间超过10h后,电学性能变化不明显。 400℃硫化20h时,较低的硫化压力易导致硫化反应不充分,薄膜组织中Fe3O4和FeS2共存,较高的硫化压力易导致基底膜层同时被硫化。当硫化压力高于20kPa时,Fe3O4先驱膜可充分转变成具有细小晶粒形态的FeS2,薄膜形态也由多孔疏松演变为均匀平整。硫化压力的变化可以导致相变微观应力、点缺陷数量的变化,有可能造成薄膜几何连续性及缺陷能级分布的变化,结果导致了在40kPa硫压条件下FeS2薄膜的光吸收系数出现极小值。 能明显发生FeS2合成反应的温度为300℃,温度超过400℃可使反应更为充分。然而,过高的硫化温度也会产生一些不利影响,如500℃易造成基底的硫化,600℃易造成晶粒的粗化。随硫化温度升高,薄膜的结晶性能得到改善,薄膜的先驱体形态逐步消失,并表现出明显的颗粒状形貌。晶粒尺寸随硫化温度的升高而增大。FeS2晶格常数在500℃硫化时趋近标准值并且薄膜表现出最大的光吸收系数。薄膜的电阻率随硫化温度的升高而增大,而载流子浓度的变化却与此相反。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-30
  1．1 引言  10-11
  1．2 FeS_2薄膜研究的兴起  11-12
  1．3 FeS_2薄膜的晶体结构  12-13
  1．4 FeS_2薄膜的研究现状  13-28
    1．4．1 FeS_2薄膜的制备方法  13-23
      1．4．1．1 热蒸镀及闪蒸镀  13-14
      1．4．1．2 化学气相沉积(CVD)  14-16
      1．4．1．3 离子溅射和磁控溅射  16-17
      1．4．1．4 离子溅射和磁控溅射  17-18
      1．4．1．5 化学气相输运(CVT)  18-19
      1．4．1．6 分子束外延生长(MBE)  19
      1．4．1．7 Fe膜的热硫化  19-21
      1．4．1．8 氧化铁膜的硫化  21-22
      1．4．1．9 电沉积  22-23
    1．4．2 FeS_2薄膜的光电性能  23-27
      1．4．2．1 制备方法对FeS_2薄膜光电性能的影响  23-24
      1．4．2．2 硫化工艺对FeS_2薄膜光电性能的影响  24-25
      1．4．2．3 掺杂对FeS_2薄膜光电性能的影响  25-27
    1．4．3 FeS_2薄膜的光电转化效率  27-28
  1．5 FeS_2薄膜研究中存在的问题及发展方向  28-30
第二章 实验方法  30-33
  2．1 FeS_2薄膜的制备  30-31
  2．2 FeS_2薄膜的性能测试  31-33
第三章 硫化时间对FeS_2薄膜组织结构及光电性能的影响  33-44
  3．1 先驱体薄膜的形成和检测  33-34
  3．2 硫化时间对FeS_2薄膜晶体结构的影响  34-35
  3．3 硫化时间对薄膜晶体尺寸的影响  35-36
  3．4 硫化时间对薄膜晶格常数的影响  36-38
  3．5 硫化时间对薄膜组织形貌的影响  38-39
  3．6 硫化时间对薄膜光学性能的影响  39-40
  3．7 硫化时间对薄膜电学性能的影响  40-42
  3．8 硫化时间对薄膜导电类型的影响  42-43
  本章小结  43-44
第四章 硫化压力对FeS_2薄膜组织结构及光电性能的影响  44-54
  4．1 硫化压力对FeS_2薄膜晶体结构的影响  44-45
  4．2 硫化压力对薄膜晶粒尺寸的影响  45-46
  4．3 硫化压力对薄膜晶格常数的影响  46-47
  4．4 硫化压力对薄膜组织形貌的影响  47-48
  4．5 硫化压力对薄膜光学性能的影响  48-51
  4．6 硫化压力对薄膜电学性能的影响  51-53
  4．7 硫化压力对薄膜导电类型的影响  53
  本章小结  53-54
第五章 硫化温度对FeS_2薄膜组织结构及光电性能的影响  54-66
  5．1 反应热力学分析  54-55
  5．2 硫化温度对FeS_2薄膜晶体结构的影响  55-56
  5．3 硫化温度对薄膜晶粒尺寸的影响  56-58
  5．4 硫化温度对薄膜晶格常数的影响  58-59
  5．5 硫化温度对薄膜组织形貌的影响  59-60
  5．6 硫化温度对薄膜光学性能的影响  60-63
  5．7 硫化温度对薄膜电学性能的影响  63-64
  5．8 硫化温度对薄膜导电类型的影响  64-65
  本章小结  65-66
第六章 结论  66-67
参考文献  67-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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