张秀娟[1]2003年在《厚度和基底对FeS_2薄膜结构和性能的影响》文中进行了进一步梳理FeS_2(pyrite)是一种具有合适禁带宽度(E_g≈0.95eV)和较高光吸收系数(λ≤700nm，α≥5×105cm~(-1))的半导体材料，其组成元素储量丰富无毒，在制备太阳能电池时可以以薄膜形式使用，成本较低，与已有半导体材料相比，是一种较有研究价值的太阳能电池材料。 本文采用Fe膜硫化法制备了FeS_2薄膜。在相同的硫化工艺条件下，分别在Si(111)和玻璃基底上制备了不同厚度的FeS_2薄膜，研究了厚度对薄膜组织和光电性能的影响。采用FeS_2/TiO_2复合膜作为太阳能电池光电极制备了溶液太阳能电池测试样品，对电池的光电转换效率进行了测量，研究了厚度对薄膜光电转换效率的影响。在Si(100)、Si(111)、Al、TiO_2及玻璃等五种基底上制备了相同厚度的FeS_2薄膜，研究了基底对薄膜组织结构的影响。 研究结果表明，硫化温度为400℃，硫化压力为80kPa，硫化时间为20h时，Fe膜能充分形成FeS_2。采用Si(111)基底制备FeS_2薄膜时，随着薄膜厚度的增加，禁带宽度和高吸收区的光吸收系数减小。当厚度小于330nm时，随着厚度的增加薄膜晶粒尺寸增加，而晶格常数降低；当膜厚大于330nm时，随着厚度的增加薄膜晶粒尺寸减小，而晶格常数增加。在玻璃基底上的FeS_2薄膜，当薄膜厚度由70nm增加到300nm时，薄膜晶粒尺寸和晶格常数减小。当薄膜厚度由300nm增加到600nm时，薄膜的晶粒尺寸和晶格常数均增加。随着膜厚的增加，FeS_2薄膜的载流子浓度降低，电阻率增加，高吸收区的光吸收系数减小，薄膜趋于p型导电。膜厚小于130nm时，禁带宽度随膜厚的增加而增加，但当膜厚大于130mn时，禁带宽度随膜厚的增加而减小。 对FeS_2／TiO_2复合膜作为太阳能电池光电极制备的溶液太阳能电池测试样品进行了光电转换效率测量，结果表明，随着薄膜厚度的增加，转化效率先下降后上升，其值总体处于较低水平。 对在Si(100)、Si(111)、Al、TiO_2及玻璃基底上制备的330nm厚的FeS_2薄膜进行分析表明，通过改变基底晶体类型能够在一定程度上控制FeS_2薄膜生长的晶浙江大学硕士毕业论文张秀娟:厚度和基底对FcSZ薄膜结构和性能的影响体位向分布。当在51(1 00)、51(1 11)和A]基底上生长，FeS:薄膜可获得(200)择优取向，在Tio:基底上生长可同时获得(200)及(220)择优取向。非晶玻璃基底对薄膜位向分布影响不明显。基底点阵类型不同则与薄膜的界面错配度不同，除可改变薄膜晶体位向的分布，还可导致晶格畸变程度及晶粒尺寸的变化。当基底为非晶结构或界面有较大的错配度时，FeS:晶体取向分布主要受表面能及晶粒优先生长方向控制，薄膜具有较小的晶格畸变及较细的晶粒。当基底为晶态并且界面错配度较小时，FeS:晶体取向分布除受表面能及晶粒优先生长方向控制外，还受界面应变能的控制，此时薄膜易形成较大的晶格畸变及相对粗的晶粒。
刘艳辉[2]2006年在《FeS_2薄膜制备及光电性能》文中进行了进一步梳理立方晶系的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。 本文在紧密跟踪国际研究进展的基础上,采用Fe及Fe_3O_4先驱体膜硫化法制备了FeS_2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FeS_2薄膜性能的影响以及FeS_2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、FeS_2晶体生长择优取向诱导与控制、FeS_2/In_2S_3复合薄膜的制备、薄膜比表面能变化的作用以及利用FeS_2与多孔TiO_2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Fe_3O_4膜在400℃硫化温度及80kPa硫化压力条件下均能较好地转变为FeS_2薄膜。Fe_3O_4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FeS_2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。Fe_3O_4膜硫化的FeS_2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Fe_3O_4先驱膜热硫化可以形成有In_2S_3伴生的FeS_2薄膜。 不同先驱体膜硫化形成FeS_2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FeS_2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FeS_2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FeS_2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FeS_2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。FeS_2与In_2S_3共生FeS_2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FeS_2薄膜生长的晶体位向分布。对于Fe膜在400℃硫化合成的FeS_2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TiO_2膜时,(200)及(220)择优取向共存。非晶玻璃基底对FeS_2薄膜形成的位向分布影响不明显。 当基底为非晶结构或与FeS_2晶体有较大的错配度时,不能做为制约FeS_2结晶位
黎晓丰[3]2008年在《FeS_2薄膜的织构及光电性能》文中提出立方晶系的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备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FeS2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FeN_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。
王峰[4]2012年在《FeS_2薄膜和纳米棒的制备及性能研究》文中指出本文采用溶胶凝胶法制备了先驱体Fe203薄膜,再通过硫化制得FeS2薄膜。采用原子力显微镜对不同硫化温度制备的薄膜表面粗糙程度的演变进行了研究,分析了面缺陷(表面、晶界)和点缺陷(空位、间隙原子)对FeS2薄膜光电性能的影响。应用阻抗谱定量地研究晶粒和晶界对不同厚度FeS2薄膜电学性能的贡献和影响。对于不同厚度FeS2薄膜的微观组织和光学性能也进行了研究。另外,本文采用硫化水热法制备的先驱体Fe203纳米棒的方式分别制备了FeS2纳米棒和薄膜,并研究了硫化参数对FeS2微观组织、光学、光电流响应等性能的影响。硫化温度为400℃时溶胶凝胶法制备的Fe203薄膜可以充分形成FeS2薄膜。FeS2薄膜粗糙度随着硫化温度的增加先减小后增大。薄膜在高硫化温度主要发生热力学粗糙化而在低硫化温度主要为动力学粗糙化(原子迁移速度慢)。光吸收系数和禁带宽度受薄膜微观组织和各种缺陷的影响,随硫化温度的增大而减小点缺陷和面缺陷的交互作用结果使得薄膜的迁移率随硫化温度的变化不明显。电阻率主要受载流子浓度的影响随着硫化温度的升高而增加。采用阻抗谱结合砖层模型得出了FeS2薄膜晶粒和晶界对电学性能的作用和贡献。当薄膜厚度为109 nm时,电学性能主要是受晶粒内部控制。当薄膜厚度继续增加时,电导机制不仅受晶粒内部的影响,还受晶界的影响。同时晶粒电导的主导作用随着厚度的增加不断增强。对阻抗谱进行模拟计算出FeS2薄膜晶粒电阻随着厚度的增加降低更明显,与以上讨论的晶粒对薄膜电学性能的主导作用越来越强结果一致。硫化先驱体Fe203纳米棒的方法可以在400～500℃制得FeS2纳米棒阵列。先驱体纳米棒在400℃硫化2h时就可以转化成结晶程度较好的FeS2纳米棒阵列。每个纳米棒都是由晶粒沿垂直于基底方向堆积而成。随着硫化时间的增加,纳米棒之间的间隙减小。Fe203纳米棒在600℃硫化不同时间可以制得FeS2薄膜。不同硫化时间制备的FeS2薄膜的合成都比较充分。FeS2薄膜晶粒大小分布不均匀,部分晶粒出现异常长大。采用此种方法制备的所有FeS2纳米棒和薄膜的光吸收系数都达到了105cm-1量级,证明此种方法制备的FeS2具有较好的光吸收性能,但是采用此种方法不同硫化温度下制备的FeS2纳米棒比薄膜具有更好的光吸收性能。水热法制备的所有FeS2纳米棒和薄膜都可以获得mA/cm2级别的光电流密度。当400℃C硫化2 h时制备的FeS2纳米棒可以获得最好的光电流密度9mA/cm2。采用此种方法制备的FeS2纳米棒比薄膜具有更好的光响应。
黄六一[5]2011年在《FeS_2及FeS_2/TiO_2复合薄膜的制备与光电性能研究》文中指出立方晶系的(pyrite)是一种黄铁矿结构的化合物半导体,其理论禁带宽度为0.95 eV,光吸收系数高达105cm-1,较高的光吸收系数使FeS2薄膜不需要很大的厚度就可以充分吸收太阳光,从而使其成为一种非常有潜力的太阳能电池光吸收材料。目前,制备FeS2薄膜的工艺路线大多采用一步法和两步法。步法直接制备的FeS2薄膜一般存在S空位及FeS2-x等过渡相,偏离化学计量比现象严重,而采用两步法,即首先制备先驱体薄膜再在特定的硫气氛中退火处理,可以得到成分比较理想的薄膜材料。紧跟国际研究进展,本文首先采用低成本,非真空的溶胶凝胶技术制备了氧化铁先驱体并结合后续硫化热处理得到了性能优良的FeS2薄膜。考虑到先驱体薄膜的组织特性及后续硫化过程中硫化参数的变化对最终薄膜组织和性能具有决定性的影响,首先考察了溶胶凝胶过程参数对先驱体氧化铁膜组织特征的影响规律,然后研究了硫化温度,硫化时间及掺杂效应对FeS2薄膜结构和光电性能的影响机制。在得到性能稳定的FeS2薄膜后,将其与TiO2纳米多孔膜、TiO2纳米管有序阵列组成无机窄禁带半导体敏化太阳能电池复合电极,对其结构,光学和光电化学性能的变化规律进行了初步探索。主要工作及结论如下：采用溶胶凝胶工艺结合硫化热处理制备出了没有杂质相的多晶FeS2薄膜,并研究了硫化温度和硫化时间对薄膜沉积的影响。发现在300℃硫化时,先驱体氧化铁没有发生转变,但在400～600℃硫化时所有的Fe2O3先驱体薄膜都转变为FeS2。在400℃硫化温度下,退火处理1 h即可得FeS2薄膜,硫化过程中先驱体氧化铁膜具有的疏松多孔形貌为反应原子提供了快速扩散通道和反应进行的有利环境,是FeS2得以快速形成的主要原因。随着入射光子能量的增加,在不同硫化参数下制备的FeS2薄膜的光吸收系数曲线均呈现相似的变化规律,并在强吸收区薄膜的吸收系数值稳定在105cm-1数量级。随硫化温度升高,FeS2薄膜的光学禁带宽度明显减小,但硫化时间对禁带宽度的影响不明显。不同硫化参数下制备的FeS2薄膜均为P型,随硫化温度升高,薄膜电阻率增加,载流子浓度减小,而随硫化时间增加,薄膜的霍尔迁移率减少,载流子浓度增加,电阻率先减小后增大。通过溶胶凝胶过程引入Cu、Al元素,不改变FeS2薄膜的立方晶黄铁矿结构。低浓度掺杂时薄膜的晶粒细化,表面平整致密,对光学性能影响较小,但可使载流子浓度提高一个数量级以上,且导电类型可控。而过量掺杂时薄膜内可能会出现部分杂质的局部富集,造成晶格常数和表面形貌的变化,不利于FeS2光电器件性能的提升。采用sol-gel法和阳极氧化法分别制备了TiO2纳米多孔膜和TiO2纳米管有序阵列薄膜,并与FeS2进行复合得到了不同结构的FeS2/TiO2复合薄膜光电极,初步探索了制备工艺对其结构、光学及光电化学性能的影响,分析了薄膜复合机理。利用sol-gel法在TiO2纳米多孔膜上沉积FeS2可以实现两者的有效复合,但光电极整体性能不佳,电极结构、界面匹配、电极接触及材料内部缺陷等因素是造成这一结果的主要原因。相比于FeS2/TiO2纳米晶多孔膜复合电极,FeS2与TiO2纳米管阵列的复合具有更强的光电流响应,这与TiO2纳米管阵列具有的管状阵列结构比多孔膜电极具有更大的孔隙率和比表面积有关。
栾兆菊[6]2011年在《脉冲激光沉积法制备FeS_2薄膜的性能以及表面，应力特征》文中指出黄铁矿结构的FeS2(pyrite)是一种具有氯化钠结构的窄带隙化合物半导体材料,具有优良的电学和光学性能。可以被用来制备太阳能电池光吸收层材料,光化学电池电极材料以及热电材料等。自然界中存在的FeS2材料性能受到晶体结构以及硫铁元素比值等因素的限制,因此,必须通过人工合成的方法制备FeS2薄膜。尽管已经有很多物理和化学方法被用来制备FeS2薄膜,但是,由于薄膜中存在的缺陷导致其电学和光学性能低下,因此,积极发展FeS2薄膜新的制备方法仍具有积极的意义。本文首先提出采用脉冲激光沉积和后续硫化热处理相结合的方法制备FeS2薄膜,并对该方法制备出的FeS2薄膜性能做了系统的研究。首先,采用脉冲激光沉积法制备出纯铁和氧化铁先驱体薄膜,再将先驱体薄膜在573—873 K范围内硫化,得到可供试验研究的FeS2薄膜试样。考察了不同先驱体薄膜不同温度硫化后的晶体结构,微观组织,化学计量成分等。实验表明,较高的硫化温度可造成FeS2薄膜的结晶程度变好,薄膜表面组织致密,晶粒尺寸增加,硫铁元素的化学计量比在773 K硫化后基本接近理想值。此外,对不同工艺参数制备的FeS2薄膜的电学和光学性能做了研究。结果表明,随硫化温度的增加,由纯铁先驱体薄膜转变而来的FeS2薄膜逐渐由n型半导体向p型半导体转变,载流子浓度不断下降,迁移率不断增加。FeS2薄膜的光吸收系数也随着硫化温度的升高而增加。其次,对氧化铁先驱体薄膜硫化过程中的转变机理进行研究。低温硫化时,FeS2薄膜中晶粒生长模式以正常生长为主,晶粒尺寸分布符合对数正态分布特征,随硫化温度的增加,晶粒尺寸分布曲线右移。晶粒生长的驱动力为晶界能,系统通过减小晶界面积达到减少体系总自由能的目的。晶粒生长通过硫原子的表面扩散实现。高温硫化时,FeS：薄膜中晶粒的生长模式以异常生长为主,晶粒尺寸分布出现双峰形貌,第一个峰符合依然符合对数正态分布特征,而第二个峰符合高斯分布特征,随硫化温度的升高,两峰之间的差距减小。薄膜和基底之间的界面能为异常晶粒生长提供驱动力,少数具有特定取向的晶粒,在界面的作用下,快速生长。异常晶粒的生长也是通过硫原子的表面扩散实现。不同温度硫化后的FeS2薄膜择优取向逐渐由(200)晶面转向(111)晶面和(311)晶面。最后,对氧化铁先驱体薄膜不同温度硫化后获得的FeS2薄膜表面性能以及应力特征做了详细研究。低温硫化后的FeS2薄膜表面硫元素含量偏高,随硫化温度升高,FeS2薄膜表面硫铁元素的比值逐渐将为2。不同温度硫化后的FeS2薄膜为非极性表面,色散力对薄膜表面能的贡献最大,随硫化温度的提高,FeS2薄膜表面自由能以及色散力均会下降,而极性力基本保持不变,同一样品在293-363 K范围内测试时,表面自由能和色散力也会随着温度的提高而下降,表面熵以及表面化学成分的变化是造成表面自由能变化的主要原因。不同温度硫化后的FeS2薄膜内部应力均为压应力,并且内应力的数量随硫化温度的增加而下降,本征应力和热应力是FeS2薄膜内应力的主要来源,FeS2薄膜的本征应力随硫化温度的升高而下降,但是,FeS2薄膜中的热应力随硫化温度的升高而增加。
李忠伟[7]2016年在《FeS_2薄膜的电沉积制备与光电性能的研究》文中认为黄铁矿型FeS_2(pyrite)因其适当的禁带宽度(Eg=0.95eV)与较高的光吸收系数(105cm-1),十分适合用作太阳能电池的吸收层材料。该材料还具有廉价、无毒的特点,受到了光伏的行业的广泛关注。目前制备FeS_2一般使用气相沉积法等较为昂贵且不利于大规模工业生产的方法,但用较为高效廉价的电沉积法制备FeS_2薄膜常常会严重偏离化学计量比。本文采用电沉积方法制备Fe-S的前驱体薄膜,再将样品硫化退火,以期得到成分性能都较为理想的薄膜材料。论文首先系统地研究了电沉积Fe-S前驱体薄膜的制备过程,在恒电位条件下,分别使用FeSO_4及(NH4)_2Fe(SO_4)_2两种盐为铁源,以Na_2S_2O_3为硫源,探究了溶液组分、pH值、沉积电位、沉积时间对薄膜成分的影响。发现以FeSO_4为铁源时,沉积溶液组成为0.01MFeSO_4/0.02M Na_2S_2O_3、pH=4.0,在-1.0V(vs. SCE)电位下经900s电沉积可以得到S：Fe=1.25：1的非晶态薄膜;以(NH4)_2 Fe(SO_4)_2做为铁源时,沉积溶液组成为0.01MFeSO_4、0.02M(NH4)_2Fe(SO_4)_2、pH=3.8,在-0.9V(vs. Ag/AgCl)电位下经800s电沉积可以得到S：Fe=1.29：1的非晶态薄膜,且薄膜的成分更容易稳定。经硫化退火后,发现两种铁源电沉积得到的前驱体薄膜,退火后的FeS_2薄膜的结晶质量及Fe与S元素的比例都取决于退火温度以及退火时间。XRD和Raman测试结果表明在500。C下硫化退火1h的薄膜呈纯净的黄铁矿FeS_2晶型。以FeS04为铁源硫化得到的薄膜为p型半导体,禁带宽度为0.95eV,载流子浓度为3.922×10~(17)cm~(-3),载流子迁移率为8.236cm~2·V~(-1)·s,电阻率为0.1060 Ohm·cm,可认为性能良好,适合用于制备太阳能电池。以(NH4)_2 Fe(SO_4)_2为铁源硫化得到的薄膜同样也是p型半导体,禁带宽度为0.97eV,载流子浓度为2.082×10~(17)cm~(-3),载流子迁移率为7.716cm~2·V~(-1)·s,电阻率为0.3885Ohm·cm,可认为性能良好,同样适合用于制备太阳能电池。
宋小梅[8]2010年在《纳米结构TiO_2光电复合薄膜的协同效应》文中提出TiO2在光催化、光电催化、气体传感器、薄膜太阳能电池、锂离子电池和电致变色等众多领域有着广泛的潜在应用。TiO2的晶型、比表面积和形貌是决定其光催化效率、光电转换效率等性能的关键因素。具有大比表面积、结晶良好的TiO2纳米结构的低温制备具有重要的研究意义和实用价值。另一方面,将TiO2的光响应波长扩展到可见光波段是提高太阳光照射下TiO2量子产率的重要手段。利用其他半导体与TiO2之间的能带匹配,可以实现TiO2的可见光响应。本文采用Ti金属的低温氧化技术合成了TiO2纳米棒、片状结构、条带结构、单分散微球,以及多刻面球等微纳结构,研究他们的生长机理及光催化性能。采用溶胶-凝胶技术将TiO2纳米颗粒与TiO2多孔基底或TiO2单晶纳米棒阵列进行复合,或将TiO2纳米棒与纳米管两种有序结构阵列进行复合,制备TiO2“同质”复合半导体并研究其光催化、光电性能。将TiO2纳米管阵列与FeS2进行复合以拓展其可见光响应范围；将TiO2纳米棒和纳米管阵列与CdS进行复合以研究TiO2纳米结构本身对复合薄膜性能的影响。最后,对低温沉积晶态TiO2薄膜光电催化反应的影响因素进行了详细研究。论文主要内容及总结如下：(1)TiO2纳米棒、片状结构、条带结构、纳米微球及多刻面球等新颖结构TiO2的低温合成及其生长机理：基于钛金属直接氧化技术,低温溶液反应成功制得一维单晶TiO2纳米棒,其生长机理为“定向粘附”方式；将TiO2纳米棒在NaOH溶液中不同温度水热处理获得六方片状结构和条带状二维结构TiO2,其生长过程与体系中层状钛酸盐薄片的形核长大密切相关；将Ti和H2O2反应得到的前驱液加入NaOH后水热处理获得叁维TiO2单分散微球,为化学诱导的自组装结果；利用HF对Ti基板的刻蚀和诱导作用,水热反应制得TiO2多刻面球,生长机理为F-调控的“柯肯达尔”扩散。(2)多种TiO2纳米结构降解不同目标降解物研究：以罗丹明B(RhB),亚甲基蓝(MB)和甲基橙(MO)叁种典型染料为目标降解物,比较TiO2一维纳米结构和纳米颗粒的光催化性能。所有TiO2薄膜在降解RhB和MB时均表现出“自然时效”现象；本文研究的TiO2薄膜作用下,MO是叁种染料中最难光降解的,而且在降解MO时不存在时效现象。当TiO2主要为锐钛矿时,MB降解比RhB快,金红石则更适于光降解RhB。与纳米颗粒(DP25及溶胶-凝胶TiO2)相比,一维纳米结构(纳米棒和纳米管阵列)具有显着高的TOF值及光子效率。TiO2单分散球在600℃热处理时具有较商用DP25更高的降解RhB效率,而降解苯酚的效率明显不如DP25。(3)TiO2“同质”复合半导体及其协同效应：在金属钛基底上制备一层多孔锐钛矿相TiO2,再与溶胶-凝胶锐钛矿纳米颗粒进行复合。在紫外光照射下,复合薄膜的光电化学响应最为显着,为两个组分薄膜光电流之和的两倍。复合薄膜降解水中RhB的光催化活性也是两个组分薄膜加和的两倍,是钛基底上涂覆相同质量的溶胶-凝胶膜的光催化活性的3.5倍。这些结果说明,不同禁带宽度的锐钛矿TiO2的恰当组合也能够提高电荷分离效率,从而提高光催化活性。通过在单晶金红石纳米棒阵列之间填充溶胶-凝胶锐钛矿纳米颗粒,制备具有不同形貌TiO2的复合薄膜。紫外光下,复合薄膜的光电流密度比单一组分之和的两倍还高。这是因为,锐钛矿纳米颗粒本身具有更好的光电化学性能,而单晶金红石纳米棒有着更高的电子传输速率。不同纳米结构TiO2之间的这种“形态复合”作用可以放大锐钛矿和金红石之间的“混晶效应”,从而获得最佳的光电响应。(4)TiO2“异质”复合半导体及其协同效应：制备FeS2敏化的TiO2纳米管阵列薄膜,复合薄膜具有良好的可见光响应。UV-Vis谱表明,复合薄膜的光吸收范围从原来的380 nm拓展到425 nm,光电流提高,开路电压下降,可见光照射下分解RhB的速率比TiO2纳米管阵列有显着提高。通过电沉积方法获得TiO2纳米棒、纳米管阵列与CdS的复合薄膜,研究TiO2基底本身的纳米结构对复合薄膜性能的影响。结果表明,由于消除了晶界的影响,TiO2单晶金红石纳米棒阵列比多晶纳米管阵列对复合薄膜性能的提高更具优势。(5)低温沉积晶态TiO2薄膜的光电催化：研究不同厚度、不同热处理温度对低温沉积晶态TiO2薄膜光催化和光电催化降解水中RhB的情况。结果发现,0.4V的外加电压可以有效提高光电催化降解效果,而且不论薄膜厚度大小及后续热处理温度高低,光电催化的降解效率显着高于光催化。对于光催化来说,反应速率随薄膜厚度增加而增大,最后趋于稳定；光电催化反应速率则存在一最佳薄膜厚度。这是因为随着薄膜厚度增加,光生电子的迁移距离变大,限制了所施加的偏电压的积极贡献。随着热处理温度的升高,薄膜的结晶度提高,电导率升高,晶粒长大,叁者的共同作用导致薄膜存在不同的光催化及光电催化峰值热处理温度范围。
陈旭波[9]2007年在《FeS_2薄膜的光电性能及光电转换研究》文中提出立方晶系的FeS_2(pyrite)具有合适的禁带宽度(E_g≈0.95 eV)和高的光吸收系数(λ≤700 nm时，α≥5×10~5cm~(-1))，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。本文采用磁控溅射纯Fe膜硫化法制备了多晶FeS_2薄膜，研究了薄膜厚度和先驱体Fe膜结晶程度对合成的FeS_2薄膜组织结构和光电性能的影响，并将FeS_2薄膜应用于纳米晶敏化太阳能电池系统，探讨了不同晶粒尺寸的FeS_2薄膜对多孔TiO_2薄膜的敏化作用。主要研究结果如下：在硫化过程中，不同厚度薄膜的相变比容变化、反应完善程度、膜体刚性约束及晶格微观应力等因素的作用程度不同，导致了点阵畸变程度的不同，而薄膜中的晶粒均呈细小的颗粒状。较厚的薄膜表面更为平整并且组织更为均匀。随薄膜厚度增加，载流子浓度下降而迁移率上升。当膜厚超过400 nm后，载流子浓度上升而迁移率下降。在膜厚约为130 nm时，电导率出现极大值。较高的基底温度能够产生较大晶粒尺寸和较好结晶度的Fe膜，400℃硫化反应可使不同结晶程度的Fe转变为晶粒细小的FeS_2，膜体几何连续性随先驱Fe膜基底温度升高而改善。随先驱Fe膜晶粒增大，合成的FeS_2薄膜载流子浓度下降，Hall迁移率上升，在Fe膜晶粒尺寸为39 nm附近，FeS_2薄膜电阻率出现极大值，光吸收系数和禁带宽度出现极小值。先驱体Fe膜晶粒尺寸和结晶程度的不同影响了硫化反应中的原子扩散行为和相变应力诱发的沿晶开裂倾向，进而改变了FeS_2薄膜中的晶体缺陷数量、分布和作用及薄膜的双层膜结构，最终导致了载流子运动状态、以及光子吸收和能带结构的变化。TiO_2／FeS_2能带结构的分析表明，对n型TiO_2膜，结处内建电势的存在使得FeS_2薄膜为p型导电时光生电子能更有效地注入到TiO_2导带中。在不同的硫化温度下制得了FeS_2／TiO_2复合膜，FeS_2薄膜改善了复合膜的光吸收性能。300℃硫化不充分存在过渡相等缺陷，400℃硫化得到的FeS_2薄膜中存在的大尺寸晶粒对多孔膜的修饰减少了光生电子注入的有效表面积，均导致了光电流偏小。
黄伟[10]2002年在《FeS_2薄膜的组织结构和光电性能》文中研究表明FeS_2(pyrite)是一种具有合适禁带宽度(E_g≈0.95eV)和较高光吸收系数(λ<700nm时，α>5×10~5cm~-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，与已有半导体材料相比，是一种较有研究价值的太阳能电池材料。 本文采用不同的硫化温度、时间和压力对相同厚度的Fe膜进行硫化处理来研究硫化参数对薄膜组织和光电性能的影响。研究结果表明，硫化温度为400℃时能充分形成FeS_2，高于400℃后，硫化温度的升高对FeS_2的形成没有明显的促进作用。硫化温度越高，FeS2晶粒尺寸越大，薄膜电阻率越高，并趋于p型导电。随着硫化时间的延长，薄膜晶粒呈长大趋势。400℃、80kPa硫化时，薄膜均呈n型导电特性，而且随着硫化时间的延长，薄膜禁带宽度及电阻率增大。500℃、80kPa硫化时硫化时间对薄膜光电性能的影响较为复杂。硫化压力的变化对薄膜的组织结构影响不明显，当硫化压力为100kPa时，薄膜具有较高的载流子浓度及较低的薄膜电阻率。 采用硫化不同厚度的Fe膜制备了不同厚度的FeS2薄膜的方法，研究了不同厚度FeS2薄膜的晶体结构、电阻率、载流子浓度、光吸收系数以及禁带宽度。结果表明，随着薄膜厚度的增加，FeS2的电阻率升高，载流子浓度下降，在高吸收区FeS2薄膜的光吸收系数也呈下降趋势。当薄膜厚度小于130nm时，薄膜厚度增加可导致其禁带宽度上升，当薄膜厚度大于130nm时，薄膜厚度增大反而会导致禁带宽度下降。 为了研究FeS2薄膜的光电转换效率，采用FeS2／TiO2复合膜作为太阳能电池光电极制备了溶液太阳能电池测试样品，对电池的光电转换效率进行了测量，研究了厚度对薄膜光电转换效率的影响。结果表明，随着薄膜厚度的增加，转化效率先下降后上升，薄膜的光电转换效率一般处于较低水平。电解液的pH值对电池的开路电压和短路电流也有较大的影响。
参考文献：
[1]. 厚度和基底对FeS_2薄膜结构和性能的影响[D]. 张秀娟. 浙江大学. 2003
[2]. FeS_2薄膜制备及光电性能[D]. 刘艳辉. 浙江大学. 2006
[3]. FeS_2薄膜的织构及光电性能[D]. 黎晓丰. 浙江大学. 2008
[4]. FeS_2薄膜和纳米棒的制备及性能研究[D]. 王峰. 浙江大学. 2012
[5]. FeS_2及FeS_2/TiO_2复合薄膜的制备与光电性能研究[D]. 黄六一. 浙江大学. 2011
[6]. 脉冲激光沉积法制备FeS_2薄膜的性能以及表面，应力特征[D]. 栾兆菊. 浙江大学. 2011
[7]. FeS_2薄膜的电沉积制备与光电性能的研究[D]. 李忠伟. 北京化工大学. 2016
[8]. 纳米结构TiO_2光电复合薄膜的协同效应[D]. 宋小梅. 浙江大学. 2010
[9]. FeS_2薄膜的光电性能及光电转换研究[D]. 陈旭波. 浙江大学. 2007
[10]. FeS_2薄膜的组织结构和光电性能[D]. 黄伟. 浙江大学. 2002
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