【摘 要】
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立方晶系的FeS<,2>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。 本文采用Fe膜硫化法制备了FeS<,2>薄膜,研究了FeS<,2>薄膜的基底、厚度和硫化时间对薄膜织构的影响,分析了不同晶粒尺寸的FeS<,2>对薄膜的电学性能和光学性能的影响。同时本文采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术制TiO<,2>纳米晶薄膜,采用电沉积硫化法在TiO<,2>多孔膜上制备FeS<,2>薄膜,从而制备出FeS<,2>/TiO<,2>复合膜
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立方晶系的FeS<,2>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。 本文采用Fe膜硫化法制备了FeS<,2>薄膜,研究了FeS<,2>薄膜的基底、厚度和硫化时间对薄膜织构的影响,分析了不同晶粒尺寸的FeS<,2>对薄膜的电学性能和光学性能的影响。同时本文采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术制TiO<,2>纳米晶薄膜,采用电沉积硫化法在TiO<,2>多孔膜上制备FeS<,2>薄膜,从而制备出FeS<,2>/TiO<,2>复合膜,并分析了不同电沉积时间和不同硫化温度对FeS<,2>/TiO<,2>薄膜的组织形貌以及光电化学性能的影响。主要研究结果如下: 基底、厚度、和硫化时间对FeS<,2>薄膜的织构有不同的影响。Al(111)基底生长的FeS<,2>薄膜具有较高的(200)取向度,Si(100)、Si(111)两种基底生长的FeS<,2>薄膜各位向的择优生长都不明显,而TiO<,2>基底生长的FeS<,2>却表现出了明显的(200)与(220)织构。随着厚度的增加,FeS<,2>薄膜上层柱状晶的比例逐渐增大,薄膜(311)的择优取向程度增加。硫化时间的变化导致了晶界面积的变化,从而制约了FeS<,2>薄膜的织构。10-20 h硫化时间段内薄膜择优取向程度大幅降低,而20 h后择优取向程度基本稳定。 不同晶粒尺寸的FeS<,2>薄膜均为p型导电。薄膜的电阻率随晶粒尺寸的增加大致线性增加,而载流子浓度则和晶粒尺寸大致成反比关系。此规律可以根据晶界引起点缺陷产生这一机制推导出来。随着晶粒尺寸的增大,光吸收系数先增加再下降,禁带宽度变化的规律和吸收系数的变化规律十分相似,这样的规律是由过渡相和晶界作用引起的。 对于不同电沉积时间制备的FeS<,2>/TiO<,2>复合膜,随着沉积时间的增长,光电流先增长然后再下降,这与FeS<,2>薄膜的覆盖程度及致密程度有关。对于不同硫化温度制备的复合膜。随着硫化温度的增大,FeS<,2>薄膜的晶粒尺寸相应增加,光电流先增加后减小,这主要和FeS<,2>薄膜的结晶度和致密程度有关。
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