立方晶系的FeS₂具有合适的禁带宽度,较高的光吸收系数,元素储量丰富,环境相容性好,制备成本较低,是一种较有研究价值的新型太阳能电池材料。 本文在紧密跟踪国际研究进展的基础上,采用Fe及Fe₃O₄先驱体膜硫化法制备了FeS₂薄膜,研究了硫化工艺参数对晶体结构及光电性能的影响、晶体织构分布、晶体表面缺陷等对FeS₂薄膜性能的影响以及FeS₂应用于染料敏化太阳能电池系统,在不同先驱体膜转化规律与机制、FeS₂晶体生长择优取向诱导与控制、FeS₂/In₂S₃复合薄膜的制备、薄膜比表面能变化的作用以及利用FeS₂与多孔TiO₂复合膜制备光阳极测试光电转换性能等方面,取得了相应结果。主要结论如下: 磁控溅射制备的Fe膜及电沉积并氧化制备的Fe₃O₄膜在400℃硫化温度及80kPa硫化压力条件下均能较好地转变为FeS₂薄膜。Fe₃O₄膜的硫化反应速率高于Fe膜的硫化反应速率,前者合适的硫化时间为10h,后者合适的硫化时间为20h。 Fe膜硫化的FeS₂薄膜平整致密,晶粒较大,光吸收系数较高,禁带宽度接近理论值。Fe₃O₄膜硫化的FeS₂薄膜表面疏松多孔,晶粒细小,载流子浓度和电阻率较高。当电沉积溶液的pH较低时,以ITO膜为基底的Fe₃O₄先驱膜热硫化可以形成有In₂S₃伴生的FeS₂薄膜。 不同先驱体膜硫化形成FeS₂薄膜中存在晶格畸变、过渡相、空位、间隙原子、晶界及几何不连续等缺陷。相变比容变化产生的内应力和原子扩散产生的点缺陷导致了FeS₂薄膜晶格常数的变化。硫化反应不彻底残留的过渡相会降低其光吸收系数。过渡相、空位及间隙原子等晶体缺陷也能够引入缺陷能级而降低FeS₂薄膜的禁带宽度。随晶粒尺寸的减小禁带宽度增加。 薄膜厚度变化引起比表面积、位向分布比例、内应力分布、过渡相数量、点缺陷和面缺陷浓度的变化。厚度在120～550nm变化的FeS₂薄膜晶体生长以（200）位向比例最高,其它位向的比例随薄膜厚度增加发生一定程度的改变。随FeS₂薄膜厚度增加,晶粒尺寸逐渐增加并在380nm时出现最大值,饱和吸收区光吸收系数及禁带宽度均减小,载流子浓度持续下降而电阻率持续上升。FeS₂与In₂S₃共生FeS₂的晶格常数小于标准值,并随硫化时间的增加而进一步减小。 通过改变基底晶体类型能够在一定程度上控制FeS₂薄膜生长的晶体位向分布。对于Fe膜在400℃硫化合成的FeS₂薄膜,当基底为单晶Si（100）、Si（111）及具有（111）板织构的Al时,均出现（200）择优取向。当基底为具有（101）织构的微晶TiO₂膜时,（200）及（220）择优取向共存。非晶玻璃基底对FeS₂薄膜形成的位向分布影响不明显。 当基底为非晶结构或与FeS₂晶体有较大的错配度时,不能做为制约FeS₂结晶位