论文摘要
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
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第一章 绪论2薄膜的研究背景'>1.1 FeS2薄膜的研究背景2的主要特性'>1.2 FeS2的主要特性2薄膜性能的研究进展'>1.3 FeS2薄膜性能的研究进展2薄膜的光学性能'>1.3.1 FeS2薄膜的光学性能2薄膜的电学性能'>1.3.2 FeS2薄膜的电学性能2薄膜的光电转换性能'>1.3.3 FeS2薄膜的光电转换性能2薄膜制备方法'>1.4 FeS2薄膜制备方法1.4.1 Fe-S二元相图2粉末沉积'>1.4.2 FeS2粉末沉积1.4.3 化学反应法1.4.4 先驱体硫化法2薄膜研究中存在的问题及发展方向'>1.5 FeS2薄膜研究中存在的问题及发展方向第二章 实验方法及过程2.1 先驱体膜的制备2.1.1 先驱体Fe膜的制备3O4薄膜的制备'>2.1.2 先驱体Fe3O4薄膜的制备2.2 先驱体薄膜的硫化2／FeS2复合膜的制备'>2.3 TiO2／FeS2复合膜的制备2.4 晶体结构分析及形貌测试2.5 光学及电学性能检测2／TiO2复合电极性能检测'>2.6 FeS2／TiO2复合电极性能检测2薄膜的影响'>第三章 硫化参数对Fe膜硫化合成FeS2薄膜的影响3.1 Fe膜的形成和检测2薄膜形貌性能的影响'>3.2 硫化温度对FeS2薄膜形貌性能的影响2薄膜晶体结构及化学成分的影响'>3.2.1 硫化温度对FeS2薄膜晶体结构及化学成分的影响2薄膜形貌的影响'>3.2.2 硫化温度对FeS2薄膜形貌的影响2薄膜光学性能的影响'>3.2.3 硫化温度对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>3.2.4 硫化温度对FeS2薄膜电学性能的影响2薄膜性能的影响'>3.3 硫化时间对FeS2薄膜性能的影响2薄膜形貌的影响'>3.3.1 硫化时间对FeS2薄膜形貌的影响2薄膜光学性能的影响'>3.3.2 硫化时间对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>3.3.3 硫化时间对FeS2薄膜电学性能的影响2薄膜性能的影响'>3.4 硫化压力对FeS2薄膜性能的影响2薄膜晶体结构的影响'>3.4.1 硫化压力对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜形貌的影响'>3.4.2 硫化压力对FeS2薄膜形貌的影响2薄膜光学性能的影响'>3.4.3 硫化压力对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>3.4.4 硫化压力对FeS2薄膜电学性能的影响3.5 本章小结3O4膜合成FeS2薄膜的影响'>第四章 硫化参数对Fe3O4膜合成FeS2薄膜的影响4.1 先驱体薄膜的形成和检测2薄膜性能的影响'>4.2 硫化温度对FeS2薄膜性能的影响2薄膜晶体结构的影响'>4.2.1 硫化温度对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜形貌的影响'>4.2.2 硫化温度对FeS2薄膜形貌的影响2薄膜光学性能的影响'>4.2.3 硫化温度对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>4.2.4 硫化温度对FeS2薄膜电学性能的影响2薄膜性能的影响'>4.3 硫化压力对FeS2薄膜性能的影响2薄膜晶体结构的影响'>4.3.1 硫化压力对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜形貌的影响'>4.3.2 硫化压力对FeS2薄膜形貌的影响2薄膜光学性能的影响'>4.3.3 硫化压力对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>4.3.4 硫化压力对FeS2薄膜电学性能的影响2薄膜性能的影响'>4.4 硫化时间对FeS2薄膜性能的影响2薄膜晶体结构的影响'>4.4.1 硫化时间对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜形貌的影响'>4.4.2 硫化时间对FeS2薄膜形貌的影响2薄膜光学性能的影响'>4.4.3 硫化时间对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>4.4.4 硫化时间对FeS2薄膜电学性能的影响2薄膜性能比较'>4.5 不同先驱体硫化制备的FeS2薄膜性能比较2薄膜的组织及形貌差别'>4.5.1 FeS2薄膜的组织及形貌差别2薄膜的性能比较'>4.5.2 FeS2薄膜的性能比较4.6 本章小结2薄膜晶体结构的影响'>第五章 基底对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜晶体结构的影响'>5.1 基底对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜的衍射峰强比较'>5.1.1 不同基底上FeS2薄膜的衍射峰强比较2薄膜的影响'>5.1.2 单晶Si基底对FeS2薄膜的影响2的影响'>5.1.3 Al基底对FeS2的影响2基底的影响'>5.1.4 TiO2基底的影响5.1.5 玻璃基底的影响2薄膜组织形貌的影响'>5.2 基底对FeS2薄膜组织形貌的影响5.3 本章小结2薄膜性能的影响'>第六章 厚度对FeS2薄膜性能的影响2薄膜晶体结构的影响'>6.1 厚度对FeS2薄膜晶体结构的影响2薄膜光学性能的影响'>6.2 厚度对FeS2薄膜光学性能的影响2薄膜电学性能的影响'>6.3 厚度对FeS2薄膜电学性能的影响6.4 本章小结2薄膜光电转换性能'>第七章 FeS2薄膜光电转换性能2／TiO2复合电极检测'>7.1 FeS2／TiO2复合电极检测7.2 电池结构及工作原理2薄膜光电转换性能测试'>7.3 FeS2薄膜光电转换性能测试7.3.1 电池系统的光电转换性能分析7.4 薄膜厚度对光电转换效率的影响2／In2S3复合膜的制备及性能'>7.5 FeS2／In2S3复合膜的制备及性能2／In2S3复合膜晶体结构及形貌'>7.5.1 FeS2／In2S3复合膜晶体结构及形貌7.6 本章小结第八章 全文结论2性能的影响'>8.1 硫化工艺参数对FeS2性能的影响2性能的影响'>8.2 膜比表面积及基底晶体结构对FeS2性能的影响2光电转换性能的测试'>8.3 FeS2光电转换性能的测试参考文献攻读博士学位期间的科研成果致谢
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