电沉积FeS2薄膜的制备与性能研究

论文摘要

FeS2（pyrite）是一种具有合适的禁带宽度（Eg=0.95eV）和较高的光吸收系数(当λ≤700 n m时，α≥5×105cm-1)的半导体材料，其组元元素储量十分丰富、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，与已有的半导体材料相比，是一种很有研究价值的太阳能电池材料。本文首先对FeS2光伏薄膜的功能性质、发展情况、制备技术和应用前景进行了比较和概述。然后根据实验工作中我对电沉积法的研究实践，从基本理论、工艺设备、技术手段三个层次，简述了电沉积法的应用与发展。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，采用含铁和硫元素的水溶液电沉积制备了薄膜，并在硫氛围中退火获得样品。成功地合成了结晶良好、晶相单一、均匀致密的黄铁矿型FeS2薄膜。定性地讨论了反应物的组成和配比、电沉积时间以及退火温度等因素对FeS2薄膜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、电沉积时间以及退火温度范围。用XRD、SEM等分析手段对FeS2薄膜进行了表征，这为其它黄铁矿结构的硫化物的研制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硫化过程中FeS2晶体的生长过程。硫化温度对FeS2样品纯度及结晶度都起着关键的作用，500℃最佳硫化温度。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 2薄膜太阳能电池材料的研究现状及进展'>第一章 FeS₂薄膜太阳能电池材料的研究现状及进展
• 1.1 太阳能电池材料研究进展
• 1.1.1 能源利用
• 1.1.2 太阳能电池的发展
• 2（pyrite）薄膜太阳能电池材料的研究'>1.2 FeS₂（pyrite）薄膜太阳能电池材料的研究
• 2（pyrite）材料研究的兴起'>1.2.1 FeS₂（pyrite）材料研究的兴起
• 2的半导体机理'>1.2.2 FeS₂的半导体机理
• 1.2.2.1 不同晶形二硫化铁的组成
• 1.2.2.2 Pyrite的晶体结构
• 1.2.2.3 Pyrite薄膜的光学性能
• 1.2.2.4 Pyrite薄膜的电学性能
• 2太阳能电池材料的制备方法'>1.3 FeS₂太阳能电池材料的制备方法
• 2薄膜光电性能的因素'>1.4 影响FeS₂薄膜光电性能的因素
• 1.5 结束语
• 参考文献
• 第二章 电沉积方法的基本理论与技术应用
• 2.1 引言
• 2.2 电化学沉积模式
• 2.3 电化学沉积的基本过程
• 2.4 共沉积的条件
• 2.4.1 共沉积物质的平衡电位
• 2.4.2 形成化合物时组分物质的自由能变化
• 2.4.3 共沉积的极化电位
• 2.4.4 二元共沉积盐溶液
• 2.5 电沉积的动力学特征
• 2.5.1 电沉积类型
• 2.5.2 在各组分物质离子的极限电流密度下共沉积
• 2.6 二元分形生长实验和结论
• 2.7 电化学沉积法的实验装置和实验过程
• 2.7.1 反应装置
• 2.7.2 薄膜制备的准备过程
• 2.8 小结
• 参考文献
• 2（Pyrite）电沉积薄膜及其生长动力学研究'>第三章 FeS₂（Pyrite）电沉积薄膜及其生长动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 FeS薄膜的制备参数与结构分析
• 3.3.1.1 FeS薄膜制备参数的理论分析
• 3.3.1.2 FeS薄膜的XRD及SEM分析
• 3.3.2 硫化过程中的动力学分析
• 3.3.2.1 样品结构的变化
• 3.3.2.2 晶粒尺寸与形状
• 3.3.2.3 动力学分析
• 3.3.2.4 电学特性
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 电沉积时间对薄膜的结构与物性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 XRD分析
• 4.3.2 晶粒尺寸的变化
• 4.3.3 光学性能
• 4.3.4 电学性能
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 实验总结
• 5.2 后继工作的展望
• 5.3 结束语
• 附录 发表的论文
• 致谢