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。