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(UV-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。

铁硫系列矿物是重要的金属硫化物,FeS2和Fe1-xS分别是铁硫系列矿物的重要成员.其中黄铁矿(FeS2)具有较大的吸收系数及合适的禁带宽度,适用于做太阳能电池材料,具有较好的应用前景.前人对不同条件下的铁硫系列矿物光伏特性进行了一定的研究,但对于FeS2和Fe1-xS共存情况下光吸收性能研究较少.FeS2和Fe1-xS分别是铁硫系列矿物的重要成员,由于形成条件较为接近,常共生出现.因此,对FeS2和Fe1-xS光吸收性能的研究具有重要意义.以水热条件下合成微米粒状FeS2-Fe1-xS为样本,分别使用SSX-550扫描电子显微镜、多晶X射线衍射仪(XRD)观测表征粉末晶体的形态、成分和结构.结果表明:所测样品主要为FeS2中立方晶系黄铁矿,含有一定量的斜方晶系磁黄铁矿(Fe1-xS),样品平均粒度在5～10 μm左右.用Cary500型紫外-可见近红外分光光度计在200～2 000 nm范围内测出了样品的吸收谱介于1 860～1 889 nm之间,吸收峰值为1 879 nm.根据带隙(eV)公式计算样品的禁带宽度为0.657 8 eV,对应的“极限转换效率”可达到15%左右,利用第一性原理分析样品禁带宽度变化的原因,并与前人研究结果进行对比.分析认为:矿物内部结构是影响光电转化的重要原因,所合成具有FeS2-Fe1-xS异质结构材料的光吸收特性,较天然地质体中含Co和Ni缺陷的黄铁矿光吸收特性好,光电转换效率有所提高,为深入研究Fe-S系列材料的光伏性能提供了科学依据。