热硫化Co掺杂对纳-微米黄铁矿的晶体结构特征及光吸收性能的影响

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(U V-Vis-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1～1.45 μm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7 at% 时,测试值小于名义掺杂量;而当掺Co量大于7 at% 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. 57～0.72 eV之间.禁带宽度 Eg随着掺杂量的增加,呈现出先减小(Co 3 at%)后增加(Co 5～9 at%)的趋势.掺Co量从0% 增加3 at% 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9 at% 的样品的禁带宽度为0. 72 eV ,大于同温度条件下未掺杂样品的禁带宽度0.65 eV ,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.

关键词：热硫化、黄铁矿、掺杂、光吸收性能、禁带宽度

所属期刊栏目：38

分类号：P575(矿物学)

资助基金：国家自然科学基金项目41172047 ,国土资源部地球化学探测技术重点实验室项目AS2017J13

在线出版日期：2018-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：2004-2009