Fe膜结晶对FeS2薄膜特性的影响研究

"预制Fe膜结晶状态对FeS2薄膜特性的作用，研究了Fe膜结晶程度对FeS2薄膜组织结构和电学性能的影响，基底温度、硫化反应条件与薄膜性能之间的关系" 在太阳能电池领域，FeS2薄膜因其适中的禁带宽度和高光吸收系数而备受关注，其环保特性和丰富的元素资源使得它成为一种有潜力的材料。通过纯Fe膜热硫化法制备FeS2薄膜是常见的方法之一。在这个过程中，Fe膜的结晶状态扮演着至关重要的角色。 研究发现，基底温度对Fe膜的结晶程度有显著影响。较高的基底温度能够促进Fe膜晶粒的成长，使得晶粒尺寸增大。例如，在400℃下硫化，无论Fe膜的原始结晶程度如何，都能得到晶粒细小的FeS2薄膜。随着基底温度的升高，FeS2薄膜的几何连续性增强，这意味着薄膜的完整性得到改善。 此外，这种变化也影响了薄膜的电学性能。随着Fe膜基底温度的增加，合成的FeS2薄膜的载流子浓度上升，但Hall迁移率降低。这表明，虽然更多的载流子可能被引入到薄膜中，但它们的移动效率却可能下降。在特定的温度范围内，如300～400℃，FeS2薄膜的电阻率会出现极大值，这是由于某种平衡或阻碍载流子传输的因素在这一温度区间内尤为显著。 文献中提到，FeS2薄膜的生长过程可以分为多个阶段，包括纯pyrite层、过渡相层、低S含量层以及纯Fe层。硫化温度、时间和压力等因素会改变这些阶段的相对比例和薄膜的最终特性。通常，Fe原子和S原子的扩散速率决定了硫化过程，而晶界的扩散路径对薄膜的组织结构至关重要。因此，预制Fe膜的晶粒大小，即其结晶程度，直接影响硫化后FeS2薄膜的组织结构和性能。 值得注意的是，多数研究中使用的Fe膜是在室温下制备的，结晶程度较低，接近非晶态，这限制了我们对Fe膜结晶度对FeS2薄膜性能影响的理解。有研究在470K的条件下通过热蒸镀得到具有结晶度和(110)择优取向的Fe膜，但并未探讨这种Fe膜对转化成FeS2薄膜性能的具体影响。 Fe膜的结晶状态与硫化过程紧密相关，对最终形成的FeS2薄膜的组织结构和电学性能有深远影响。通过精确控制基底温度和硫化条件，可以优化薄膜的性能，这对于提高FeS2薄膜太阳能电池的光电转换效率至关重要。未来的研究应更深入地探索这些参数的优化组合，以期在实践中实现更好的性能表现。