徐金宝[1]2004年在《立方晶型FeS_2（Pyrite）薄膜的制备及性能的研究》文中认为FeS2(Pyrite)是一种具有合适禁带宽度和较高光吸收系数的半导体材料，其组成元素含量十分丰富、无毒，而且在制备太阳能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。本文采用磁控溅射和真空热硫化方法在不同条件下合成了FeS2粉体。讨论了不同硫化参数（硫化时间、硫化压力和硫化温度）对薄膜组织和光电性能的影响。并具体给出了样品电阻率、载流子浓度、迁移率、光能隙等参数随各硫化参数的变化关系。采用丝网印刷方法制备了FeS2(Pyrite)薄膜，利用Rietveld方法对样品的结构进行了精修，利用原子配位场理论分析了样品的点阵常数、键长、键角、硫原子占位等结构参数的变化。研究了膜厚对方块电阻、载流子浓度、霍尔迁移率、光能隙等光电参数的影响。指出：随着薄膜厚度的增加，薄膜的晶粒逐渐长大并趋于完整，样品的电性能得到改善，方块电阻减小，霍尔迁移率增加，样品禁带变宽。采用真空、高温退火方式对立方晶型FeS2进行稀土钕掺杂实验。全面而又深入的讨论了稀土元素对样品结构以及性能的影响。通过测试，我们可以得出：对于黄铁矿型二硫化亚铁，高浓度的稀土钕(＞1%)掺杂并不利于晶形生长和光电性能的提高。低浓度的稀土钕（＜＝1%）掺杂有利于样品晶形的生长并且能够改善样品的光电性能。其原因就在于钕离子的进入致使样品的晶胞结构发生畸变。而最适易的钕掺杂浓度应该在0.5%左右。
黄六一[2]2011年在《FeS_2及FeS_2/TiO_2复合薄膜的制备与光电性能研究》文中提出立方晶系的(pyrite)是一种黄铁矿结构的化合物半导体,其理论禁带宽度为0.95 eV,光吸收系数高达105cm-1,较高的光吸收系数使FeS2薄膜不需要很大的厚度就可以充分吸收太阳光,从而使其成为一种非常有潜力的太阳能电池光吸收材料。目前,制备FeS2薄膜的工艺路线大多采用一步法和两步法。步法直接制备的FeS2薄膜一般存在S空位及FeS2-x等过渡相,偏离化学计量比现象严重,而采用两步法,即首先制备先驱体薄膜再在特定的硫气氛中退火处理,可以得到成分比较理想的薄膜材料。紧跟国际研究进展,本文首先采用低成本,非真空的溶胶凝胶技术制备了氧化铁先驱体并结合后续硫化热处理得到了性能优良的FeS2薄膜。考虑到先驱体薄膜的组织特性及后续硫化过程中硫化参数的变化对最终薄膜组织和性能具有决定性的影响,首先考察了溶胶凝胶过程参数对先驱体氧化铁膜组织特征的影响规律,然后研究了硫化温度,硫化时间及掺杂效应对FeS2薄膜结构和光电性能的影响机制。在得到性能稳定的FeS2薄膜后,将其与TiO2纳米多孔膜、TiO2纳米管有序阵列组成无机窄禁带半导体敏化太阳能电池复合电极,对其结构,光学和光电化学性能的变化规律进行了初步探索。主要工作及结论如下：采用溶胶凝胶工艺结合硫化热处理制备出了没有杂质相的多晶FeS2薄膜,并研究了硫化温度和硫化时间对薄膜沉积的影响。发现在300℃硫化时,先驱体氧化铁没有发生转变,但在400～600℃硫化时所有的Fe2O3先驱体薄膜都转变为FeS2。在400℃硫化温度下,退火处理1 h即可得FeS2薄膜,硫化过程中先驱体氧化铁膜具有的疏松多孔形貌为反应原子提供了快速扩散通道和反应进行的有利环境,是FeS2得以快速形成的主要原因。随着入射光子能量的增加,在不同硫化参数下制备的FeS2薄膜的光吸收系数曲线均呈现相似的变化规律,并在强吸收区薄膜的吸收系数值稳定在105cm-1数量级。随硫化温度升高,FeS2薄膜的光学禁带宽度明显减小,但硫化时间对禁带宽度的影响不明显。不同硫化参数下制备的FeS2薄膜均为P型,随硫化温度升高,薄膜电阻率增加,载流子浓度减小,而随硫化时间增加,薄膜的霍尔迁移率减少,载流子浓度增加,电阻率先减小后增大。通过溶胶凝胶过程引入Cu、Al元素,不改变FeS2薄膜的立方晶黄铁矿结构。低浓度掺杂时薄膜的晶粒细化,表面平整致密,对光学性能影响较小,但可使载流子浓度提高一个数量级以上,且导电类型可控。而过量掺杂时薄膜内可能会出现部分杂质的局部富集,造成晶格常数和表面形貌的变化,不利于FeS2光电器件性能的提升。采用sol-gel法和阳极氧化法分别制备了TiO2纳米多孔膜和TiO2纳米管有序阵列薄膜,并与FeS2进行复合得到了不同结构的FeS2/TiO2复合薄膜光电极,初步探索了制备工艺对其结构、光学及光电化学性能的影响,分析了薄膜复合机理。利用sol-gel法在TiO2纳米多孔膜上沉积FeS2可以实现两者的有效复合,但光电极整体性能不佳,电极结构、界面匹配、电极接触及材料内部缺陷等因素是造成这一结果的主要原因。相比于FeS2/TiO2纳米晶多孔膜复合电极,FeS2与TiO2纳米管阵列的复合具有更强的光电流响应,这与TiO2纳米管阵列具有的管状阵列结构比多孔膜电极具有更大的孔隙率和比表面积有关。
蒋莉[3]2007年在《水热制备黄铁矿型硫化物的研究》文中认为本文概述了硫属化合物的特点及应用，简单介绍了目前一些主要的制备方法。重点详述了水热法在制备硫化物方面的原理及优越性，并列举了一些用水热法制备硫属化合物的主要实验。水热法作为一种基于溶液的化学合成方法，是合成金属硫化物材料的一种有效而方便的方法。本文旨在探索黄铁矿型硫化物的低温水热过程，优化其合成条件，研究黄铁矿型硫化物在水热条件下的形成及其反应机理，同时探讨影响其形成的条件，取得的一些工作进展，归纳起来可概括为以叁部分：1．设计了可行的水热合成新路线，利用水热法在120℃～200℃成功的合成出结晶性良好的黄铁矿型FeS_2；研究了水热合成过程中反应温度、反应时间等实验参数对所得样品结构的影响。结果表明：反应温度对所得样品的相组成、形貌有重要影响；较适宜的温度是180℃，有利于FeS_2的生长。通过控制上述参数可以获得粒径范围在150nm～300nm的多面体结构的FeS_2粉晶。这是目前首次报道采用液态硫源-CS_2作为硫源，水热合成FeS_2，并初步探讨了黄铁矿型FeS_2粉晶的形成机理。2．采用水热法成功对FeS_2粉晶进行了Co~(2+)掺杂，并分析了不同Co~(2+)掺杂浓度对产物的影响。本文采用的方法较容易实现，为使用水热法掺杂黄铁矿型硫化物粉体开拓了一条新的途径。3．采用水热法在较低的温度下合成出纯度高的黄铁矿型NiS_2粉晶，平均粒径为120nm，考察了水热反应过程中添加硫粉的量、反应时间、反应温度等实验参数对产物结构、形貌的影响。水热法制备黄铁矿型硫化物方面的工作还有许多待解决的问题，本文在工作总结部分做了分析讨论并对后续研究做了展望。
吴坚[4]2016年在《黄铁矿FeS_2微纳米材料的合成与性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,传统能源的大规模开发利用以及消耗这些能源所带来的气候变化和环境破坏等问题持续威胁着人类的可持续发展,目前太阳能电池得到大力发展,其关键问题是寻找合适的制备太阳能电池的材料。黄铁矿FeS_2具有合适的禁带宽度、高的光吸收系数,且其储量丰富、无污染,因此受到了广泛关注。前期的研究表明,人工合成黄铁矿仍然存在诸多问题,例如杂质及过渡相难以去除,产物粒径大、不均匀,薄膜表面结构畸变以及制备工艺繁琐复杂等。针对目前国内外对黄铁矿材料的研究现状,本文从以下几个方面进行了研究:利用一种较新颖的微波辅助加热法合成了纯相的黄铁矿FeS_2微球,产物形貌均匀、结晶度高,实验证实了其具有较好的光吸收性能,表面活性剂对产物的晶型、形貌及性能都有较大的影响,相对长的反应时间有利于产物形成均匀的光滑表面。此种合成方法相比传统反应釜加热法更快速简便,易于得到形貌及性能好的黄铁矿FeS_2产物。对单一的FeS前驱体采用两种不同的合成工艺制备出黄铁矿FeS_2,在叁口烧瓶合成法中,实验研究了铁硫源比例以及反应物浓度对FeS_2纳米晶晶型、形貌及性能的影响。在反应釜合成法中,对获得的堆迭状FeS_2微粒的反应机理以及乙二胺在产物形成过程中起的作用进行了探讨。通过对简单前驱体的制备,降低了实验成本,简化了操作过程,对黄铁矿FeS_2的多形貌制备提供了一种有效的方法。将本文中制备出的FeS_2纳米晶敏化TiO_2薄膜,进一步组装成纳米晶敏化太阳能电池,测试了敏化对电池性能的影响以及不同丝网印刷次数引起的FeS_2/TiO_2复合薄膜厚度差异对电池性能的影响。结果表明FeS_2敏化会提高电池的光电性能,且开路电压和短路电流密度都随厚度的增加呈先增后减的趋势。
杨多[5]2015年在《纳—微米铁硫化物的结构及其物理性能研究》文中提出本论文为研究热硫化条件下合成不同的铁硫化物的结构和物理性能,综合运用多晶X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)、热电测试仪(YHZ-1106)、紫外可见近红外分光光度计(UV-VIS-N]IR)和震动样品磁强计(VSM)等现代测试手段对合成纯净黄铁矿、掺杂黄铁矿以及磁黄铁矿的形貌、成分、结构特征及其热电、光吸收性能和磁性能做了初步研究,以期通过分析晶体结构和化学成分等因素对物理性能的影响,尝试揭示出材料晶体结构对物理性能的响应性关系。本文工作及结论如下:(1)采用热硫化法在320～420℃条件下制备了纯度较高的黄铁矿。黄铁矿样品热电系数均为正值,均值和标准差变化范围较小,样品稳定性较好。热电系数受温度影响较为明显,热电系数呈现出先升高再降低的趋势。硫化温度对黄铁矿晶体的形貌、颗粒尺寸、化学成分均有不同程度的影响。黄铁矿不同晶面取向的面网密度不同,面网密度越大,相应的点缺陷也越多,因而对样品热电系数值影响也越大。综合来看,黄铁矿低指数衍射晶面((111)、(200)、(210))对热电系数的影响程度明显大于高指数衍射晶面((220)、(311))。(2)对以上纯净黄铁矿的吸光性能也进行了研究发现:不同温度下黄铁矿样品的光吸收曲线均存在3个相似吸收区域(弱吸收区、线性吸收区和稳定吸收区)。360℃的稳定吸收区域的光吸收系数最大,达到4.25*105cm-1。样品的光吸收系数a受温度影响较大,随温度的升高先增加,在360℃均达到最大,随后随温度的升高又降低。样品温度、晶粒尺寸和S/Fe比值均对光吸收系数a和禁带宽度Eg有一定影响。分析认为主要是晶粒尺寸的大小则随温度升高先增大,再减小。晶粒越细,光线透过晶粒间的缝隙越多,因而影响了光的吸收效率。晶粒的细化会造成更多的晶界等缺陷。S/Fe比值的变化反映了样品内部间隙空位等缺陷的多少,两者都会造成晶体中产生附加的受主或施主能级,从而引起禁带宽度的变化。(3)对不同Co、Ni含量的掺杂黄铁矿的晶体结构、微观形貌、晶粒尺寸、化学成分和光吸收性能进行了研究,认为:掺Co和掺Ni并未改变样品的立方晶型,但对样品的结晶度产生一定影响,影响了样品的外观形貌;掺Co导致结晶度变差,晶粒粗大;掺Ni则会造成样品晶粒细化。S/(Fe+Co)的比值在1.92-2.05范围内,比值偏离2的程度越大,表明样品内部的点缺陷越多,会影响光吸收性能。掺Ni样品也出现类似情况。掺Co样品的禁带宽度Eg大致在0.57eV-0.72eV之间,随着掺杂量的增加禁带宽度Eg先减小(Co-3at.%),后增加(Co5-9at.%)。因为随掺Co量的增加,样品内部产生的点缺陷越多,形成的附加能级减小禁带宽度Eg;微量的CoS2相出现,增大了样品的禁带宽度。掺Ni样品也存在类似情况。但掺Ni-7at.%样品的禁带宽度值却达到最大,在理论上有利于提高理论光电转换效率。(4)对于热硫化条件下制备的磁黄铁矿的晶体结构,微观形貌及其磁性能研究认为:温度对样品的结构具有较大影响。在360℃C和380℃时,样品发生了相变,由磁黄铁矿过度到立方的FeS2。在400℃时样品又生成高温六方晶系变体的Fe7S8。温度对样品形貌的影响也较大。总体来看,320℃时的样品磁性能最优,300℃和340℃样品的软磁性能次之。400℃时样品软磁性能较差。
吴荣[6]2004年在《水热合成pyrite及光电性能分析》文中认为本文首先论述了国内外太阳电池的研究进展，阐述了太阳能电池的原理、分类、结构和效率和若干纳米材料的进展，详细介绍了pyrite太阳能吸收体材料的结构和半导体性质，综述了pyrite薄膜的各种制备方法及光电性能。在总结传统制备方法的基础上，我们提出了水热法制备pyrite材料，一举解决了不能一步合成、需要高温退火的问题，而且方法简单方便、易于控制。在酸性条件下首先利用水热法合成的FeS2粉晶，通过时间、温度等系列样品的测试，加之地质学的理论，详细分析了晶体的生长过程，作出了合理的解释。并对典型样品进行了Rietveld精修，探讨最终产物精确的相组成和详细的晶体结构。SEM得到晶粒的直径约500nm，呈典型的pyrite framboids形貌。其光学分析表明其在215-314nm处于强吸收区。将反应机理推广，替换铁源后利用此法还可以生长CoS2和NiS2。在碱性条件下，加入了MX2结构化合物FeS2和NiS2分别作为晶种诱导结晶，以EDTA、酒石酸为螯合剂优化反应条件，成功地合成了FeS2纳米晶。结果表明产物为单一相黄铁矿型FeS2（pyrite），纳米晶呈椭球状分布，并且指出多聚物阴离子基团Sn2-和金属阳离子或基团成键的强烈倾向是生成纳米材料的基础。实验过程中，Fe2+从Fe（II）—EDTA螯合物中持续释放，在水热条件下与S22-反应形成FeS2纳米材料。针对其光学直接禁带宽度发生蓝移，使用量子限域和有效质量近似方法得到了解释。测试多晶薄膜的导电特性，发现霍尔迁移率比天然矿物显着上升。通过水热法和传统的制备方法比较得出结论：水热法方法简便，可控制程度高。水热法之间也有明显的区别：在碱性条件下，白铁矿被抑制，产物粒径保持为纳米粒子，晶种诱导结晶作用明显。同时指出，水热法开拓了一个崭新的研究方向，此方面的工作还有许多待解决的问题，pyrite材料具有广泛的研究价值和无限的应用潜力，该工作具有光明的前途。
张晨宁[7]2006年在《FeS_2/TiO_2复合薄膜研究》文中研究说明色素增感太阳能电池(DSSC)作为低价格，高性能的新一代太阳能电池，为光电化学电池的发展带来了革命性的创新，成为今后能源技术发展的重点，受到了人们的广泛关注。而增感色素作为DSSC电池中较为重要的组成部分通常采用有机增感色素，但其价格昂贵，来源也较为困难，长期稳定性差。因而近来人们开始关注无机增感色素，特别是研究具有较高的光吸收系数(当λ≤700nm时，α≥5×10~5cm~(-1))和合适的禁带宽度(0.95eV)的FeS_2(pyrite)无机半导体增感色素。本实验采用溶胶凝胶法与粉末涂敷法相结合在ITO导电玻璃上制备底层致密、表面多孔的TiO_2薄膜；并以此为基体在薄膜上使用溶液浸渍法制备FeS_2薄膜，形成FeS_2／TiO_2复合薄膜，达到使用无机增感色素FeS_2对DSSC电池增感的目的。借助差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、可见—紫外分光光度计(UV—vis)、数显测厚指示表、数字式四探针测试仪、太阳电池测试仪等分析测试方法，研究了TiO_2薄膜的晶型转变温度、不同温度时的晶型、致密结构与多孔结构的TiO_2薄膜的表面及其横断面形貌、FeS_2晶体在不同热处理条件下的晶型、FeS_2薄膜的表面形貌、FeS_2／TiO_2复合薄膜的吸光度、厚度、ITO导电玻璃烧结前后的电阻率以及DSSC电池的性能。结果表明：以5℃／min升至550℃，保温30min后自然冷却可以得到内部致密、表面多孔且结合紧密的TiO_2薄膜电极。FeS_2/TiO_2薄膜的表面形貌、薄膜厚度、吸光度随FeS_2前驱体溶液浓度、浸渍时间、热处理温度条件而变化。当FeS_2前驱体溶液浓度为0.1mol／L，浸渍时间为3h、在硫气氛下以15℃／min升至500℃，保温20min后自然冷却，可以得到晶粒分布均匀、厚度适中、吸光度良好的FeS_2／TiO_2薄膜电极。此条件下制得的DSSC电池的性能较好。表明FeS_2作为无机增感色素可以用来显着增大DSSC电池的短路电流I_(sc)和开路电压V_(oc)，以此达到增感的目的。这是对解决使用有机增感色素所带来的一系列问题；使DSSC向实用化方向迈进的一个有意义的探索和尝试。
段鹤[8]2004年在《溶胶—凝胶水热法结合电泳技术（EPD）制备FeS_2薄膜的研究》文中研究指明本论文首先综述了国内外光伏电池的研究进展，对太阳能电池的原理、结构和效率进行了阐述，并对FeS_2 光伏薄膜的的功能性质、发展情况、制备技术和应用前景进行了比较和概述。溶胶-凝胶水热法广泛地用于材料制备、化学反应和处理，是一个十分活跃的研究领域。本论文根据有关文献资料及在实验工作中我对水热法的研究实践，从基本理论、工艺设备、技术手段叁个层次，简述了水热法的应用与发展。同时介绍了样品结构、光学及电学性质的分析测试方法和相关仪器的测试原理。本论文总结了我在做毕业论文期间涉及的研究工作，主要分为两个阶段：第一阶段：采用溶胶-凝胶水热法，成功地合成了结晶良好的黄铁矿型FeS_2粉晶。定性地讨论了反应物的组成和配比、水热反应温度及反应时间等因素对FeS_2粉晶的结构特征及结晶形貌的影响，并定量地确定了合适的反应物配比，水热反应温度及反应时间范围。用XRD，FT-IR和SEM等分析手段对FeS_2粉晶进行了表征，这为其它黄铁矿结构的硫化物的合成开拓了一条新的途径。此外，借助简化的数学模型及相变理论讨论了溶胶-凝胶水热过程中FeS_2晶体的生长过程。第二阶段：将前期工作合成的FeS_2粉晶采用电泳沉积（EPD）技术制备出了FeS_2 光伏薄膜。并讨论了电泳沉积过程中沉积时间、沉积电流、FeS_2 粉体的加入量等工艺参数对薄膜结构、形貌及厚度变化的影响。制备出的FeS_2 (pyrite)薄膜的光学和电学性质表明了这种凝胶-溶胶水热法结合EPD沉积技术制备FeS_2 (pyrite)薄膜方法的优越性。
袁斌霞[9]2013年在《硫化铁系光电材料的绿色合成工艺及应用研究》文中进行了进一步梳理硫化铁系化合物是一类重要的半导体材料,具有优异的光电性能,因而在电池领域备受关注。纯相硫化铁系半导体纳米晶缺乏简单、精确可控、易复制和绿色环保的合成工艺,限制了它的规模化生产和商业应用。本文基于溶剂热和水热法开发了一步合成工艺,实现了高质量硫化铁系纳米材料的快速合成。首先以黄铁矿FeS2为研究对象,基于溶剂热法考察了反应原料、溶剂、温度、时间及添加剂等动力学参数对纳米晶的纯度和形貌的影响,将此工艺扩展到FeSe2、NiSx和NiSex的可控合成。进一步开发了纯相FeS2纳米晶(粒径5nm)的水热合成工艺路线,并进行表面改性,提高了纳米晶在大气环境下的稳定性。实现了FeS2的多形貌可控合成。最后,基于叁正辛基氧膦(TOPO)修饰的FeS2纳米晶进行薄膜制备及电池组装。论文主要获得以下主要研究成果：(1)黄铁矿FeS2的绿色合成工艺开发了油酸-油胺双配体反应体系,以十六烷基叁甲基溴化铵为表面活性剂,成功制备了纯相FeS2黄铁矿；通过拉曼光谱测试,进一步证明了所得样品的相结构；基于吸收光谱的测试,计算得到禁带宽度约为1.05eV(与硅禁带宽度接近,Eg=1.1eV)。通过优化溶剂和添加剂,获得了更小尺寸的类球形FeS2纳米晶(30nm),将反应时间缩短15min,同时降低了合成成本。(2)花状和片状FeSe2的形貌可控合成为了进一步拓宽FeS2的工艺应用范围,进行了花状和片状FeSe2晶体的合成工艺考察,在较宽的温度区间(200℃-300℃)实现了花状FeSe2样品的可控合成。伴随着温度的升高,形貌从花状向枝状结构转变。将铁源换为硝酸铁时,可在较宽的温度范围(180℃-300℃)获得FeSe2晶体,得到了类球状、絮状、片状及米状四种形貌的产物。基于反应过程的考察,推断其合成机理为：自由的叁价铁离子与油胺(OLA)先结合形成相对稳定的"Fe-OLA"前驱体,当系统能量大于能量势垒时,硒源直接与铁前驱体反应形成FeSe2核,随后继续生长。OLA在形核过程起主要作用,而反应温度主要决定生长过程。(3)多组分镍硫(硒)化合物的可控合成工艺基于FeS2的合成工艺研究了镍硫(硒)化合物的工艺路线,采用一步法成功制备了四种镍硫(硒)化合物,并分别考察了反应温度和摩尔比对晶体相结构和形貌的影响。研究发现,镍硫化合物的合成温度范围较窄(在260℃左右),而镍硒化合物的合成范围,可从180℃-280℃变化。增加硫含量,产物依次出现Ni7S6正交相、Ni3S2叁方相、NiS六方相和NiS2立方相,同时形貌从类球状向四方状变化。通过考察反应动力学参数,得到镍硫化合物形成机理为：Ni离子和S离子与OLA先结合形成相对稳定的“Ni-S-OLA"前驱体,紧接着随着反应能量的增加进而分解形成镍硫化合物核。当Ni/Se摩尔比为2：1时,延长反应时间,NiSe六方相逐渐向Ni3Se2菱形相转变；保持Ni/Se摩尔比为1：1时,通过改变反应温度(180℃-260℃),Ni1-xSe中的x值从0.15到0变化；当保持Ni/Se摩尔比为1：2时,随着反应温度升高,由NiSe2正交相向立方相转变,同时,样品形貌从星状向四方状改变。(4)黄铁矿FeS2水热合成工艺路线为了能获得更小尺寸的纳米晶,开发了一步合成FeS2纳米晶的水热合成路线,在140℃-220℃的温度范围内均可获得纯相FeS2,所得样品纯度高、结晶性好、颗粒小合成温度低且污染小。考察了反应时间、摩尔比及浓度对纳米晶的影响；采用TOPO表面处理后提高了FeS2产物的大气稳定性,6个月未出现氧化现象。另外,为了进一步实现FeS2晶体的形貌可控合成,以硝酸铁和半胱氨酸为原料,当溶剂为纯水时,可得到中空球状的白铁矿；且随着反应时间的增加,逐渐发生向黄铁矿相的转变,形貌转变为许多颗粒堆积而成的短棒状结构。当加入乙醇胺为溶剂时,获得立方体、片状、两种十四面体等形貌结构。(5)FeS2薄膜制备及太阳能电池组装基于TOPO表面修饰的FeS2纳米晶采用旋涂工艺进行薄膜制备。通过将FeS2分散在聚苯乙烯-甲苯胶体中,获得了均匀性较好的薄膜,但较大的厚度和较高的孔隙率阻碍薄膜的吸光率和造成层间的相互渗透,降低电池的光电响应并易引起短路现象；以氯仿为分散剂可提高薄膜的平整性和透明度,适宜的厚度也有利于光信号的传输。组装成Schottky电池和纳米晶／聚合物复合两类太阳能电池,产生了明显的光电响应信号。
余其凯[10]2012年在《化学浴沉积法制备FeS_2薄膜及光学性能研究》文中研究指明立方晶系的FeS_2(pyrite)是一种黄铁矿型结构的化合物半导体，其理论禁带宽度为0.95eV，光吸收系数高达10~5cm~(-1)，组成元素储量丰富无毒，在制备太阳能电池时可以以薄膜形式使用，是一种非常有潜力的太阳能电池材料。然而FeS_2薄膜较高的制备成本和较低的转换效率限制了其商业化进程。为了探索FeS_2薄膜低成本的制备方法，本文采用了低成本，非真空的化学浴沉积法制备了FeS先驱体膜，并结合后续硫化处理获得了高纯度的FeS_2薄膜。研究了硫化温度、硫化时间及降温速率对薄膜物相组成的影响，并讨论了硫化时间对薄膜形貌和光学性能的影响。结果表明，提高硫化温度和延长硫化时间不能去除FeS_2薄膜中的FeS杂质相；而提高降温速率可以有效地降低薄膜中FeS的含量，在500°C~200°C之间的降温速率不小于2.5°C min~(-1)时，可以获得纯相FeS_2薄膜。吸收光谱测试发现硫化温度为500°C，降温速率设为2.5°C min~(-1)条件下，硫化3h得到的纯相FeS_2薄膜的光吸收系数高于硫化2h薄膜的光吸收系数，两者禁带宽度分别0.82eV和0.88eV。在此基础上，为了调节FeS_2禁带宽度，使之处在最佳能带宽度区域（1.3-1.7eV）获得较高转换效率，通过化学浴沉积法引入了Mn元素，制备出Mn掺杂FeS_2薄膜材料，分析了不同掺杂含量对FeS_2薄膜组成、形貌及光学性能的影响。研究发现掺杂Mn没有改变FeS_2薄膜的立方晶体结构，但随着掺杂浓度增加，晶粒沿(200)晶面存在取向生长。这种取向生长在薄膜表面形成了片状晶粒，片状晶粒之间相互搭接，形成了一种陷光结构，从而有效提高了掺杂薄膜的光吸收系数。同时，由于Mn掺杂，薄膜的禁带宽度被提高到1.31eV。探索禁带宽度的变化与材料电子结构密切相关，研究其电子结构可对FeS_2进行掺杂改性提供理论依据。因此在掺杂实验的基础上，利用基于密度泛函理论的第一性原理对掺杂前后FeS_2能带结构和态密度做了计算和分析，计算结果表明，掺杂Mn后，FeS_2能带结构发生变化，禁带宽度变窄，同时Fe原子和S原子的局域态密度也由于Mn的掺杂均发生了变化。
参考文献：
[1]. 立方晶型FeS_2（Pyrite）薄膜的制备及性能的研究[D]. 徐金宝. 新疆大学. 2004
[2]. FeS_2及FeS_2/TiO_2复合薄膜的制备与光电性能研究[D]. 黄六一. 浙江大学. 2011
[3]. 水热制备黄铁矿型硫化物的研究[D]. 蒋莉. 新疆大学. 2007
[4]. 黄铁矿FeS_2微纳米材料的合成与性能研究[D]. 吴坚. 中国石油大学(北京). 2016
[5]. 纳—微米铁硫化物的结构及其物理性能研究[D]. 杨多. 东北大学. 2015
[6]. 水热合成pyrite及光电性能分析[D]. 吴荣. 新疆大学. 2004
[7]. FeS_2/TiO_2复合薄膜研究[D]. 张晨宁. 大连轻工业学院. 2006
[8]. 溶胶—凝胶水热法结合电泳技术（EPD）制备FeS_2薄膜的研究[D]. 段鹤. 新疆大学. 2004
[9]. 硫化铁系光电材料的绿色合成工艺及应用研究[D]. 袁斌霞. 华东理工大学. 2013
[10]. 化学浴沉积法制备FeS_2薄膜及光学性能研究[D]. 余其凯. 天津大学. 2012
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