作者：黄菲; 杨多; 孟林; 黎永丽; 闫莹灿; 刘开...热硫化黄铁矿掺杂光吸收性能禁带宽度
摘要：过渡金属硫化物黄铁矿是一种优异的光伏材料,掺杂改性是提高黄铁矿光伏性能的一种重要手段。为了探究不同Co掺杂量对黄铁矿的晶体结构和吸光性能的影响,采用热硫化法在360℃时制备出了纳-微米黄铁矿样品。利用X射线衍射（XRD）和多功能场发射扫描式电子显微镜（FESEM）分析了样品的晶体结构、形貌特征和晶粒尺寸;利用能谱仪（EDS）分析了样品的化学成分,并通过紫外-可见-近红外分光光度计（UVVis-NIR）表征了样品的光吸收性能和禁带宽度的变化。结果表明,掺Co并未改变黄铁矿的立方晶型结构,但与未掺杂黄铁矿相比,样品结晶度变差,晶粒发生团聚,尺寸在1～1.45μm范围内;掺Co量的增加会导致晶粒尺度略微减小,但影响不大。EDS检测表明,实际样品的掺杂并不均匀,当掺Co量小于7at%时,测试值小于名义掺杂量;而当掺Co量大于7at%时,Co易发生富集。S/（Fe＋Co）的比值在1.92～2.05范围内,表明样品内部的点缺陷数量的变化。反射光谱表明制备样品的禁带宽度Eg在0.57～0.72eV之间。禁带宽度Eg随着掺杂量的增加,呈现出先减小（Co 3at%）后增加（Co 5～9at%）的趋势。掺Co量从0%增加3at%时,样品内部产生的点缺陷数目增多,形成的附加能级会导致禁带宽度Eg窄化;随着掺Co量进一步增加,S/（Fe＋Co）比值更接近于2,晶体结构更趋完善,Fe空位或S间隙点缺陷比率降低,禁带宽度Eg趋近于本征特征,会导致禁带宽度Eg宽化;另外,随着Co含量的提高,物相中微量的CoS2相增多,亦会导致较高掺Co量样品的禁带宽度有所宽化。掺Co量在9at%的样品的禁带宽度为0.72eV,大于同温度条件下未掺杂样品的禁带宽度0.65eV,禁带宽度的宽化在理论上有利于提高样品的光电转换效率。
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