水热条件下生长FeS2-Fe1-xS异质结构的光吸收特征研究

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5～10μm左右。用Cary500型紫外-可见近红外分光光度计在200～2 000nm范围内测出了样品的吸收谱介于1 860～1 889nm之间,吸收峰值为1 879nm。根据带隙（eV）公式计算样品的禁带宽度为0.657 8eV,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。