热硫化纳米黄铁矿的晶体结构特征及其热电性能研究

采用热硫化法在不同温度条件下制备了黄铁矿样品,用FESEM、XRD等测试手段对黄铁矿样品的晶体形貌、成分、物相结构和颗粒尺寸进行了观察与表征.测定了样品的热电系数,并讨论了黄铁矿的颗粒尺寸、S/Fe比值和各晶面衍射强度对热电系数的影响.结果表明,在一定温度范围内,热电系数随颗粒尺寸的减小而减小.S/Fe比值对热电系数影响较为复杂.在320～ 360℃时,热电系数随S/Fe比值的增大而增大;在360～380℃时,热电系数随S/Fe比值的减小而减小;在380 ～420℃时,热电系数随S/Fe比值的增大反而呈降低趋势.不同衍射晶面对热电系数影响程度不同,低指数衍射晶面对热电系数的影响程度明显大于高指数衍射晶面.     

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

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E_g在0.57～0.72 eV之间。禁带宽度E_g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E_g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E_g趋近于本征特征,会导致禁带宽度E_g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。     

水热条件下生长FeS_2-Fe_(1-x)S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。     

三甲醇丙烷—季戊四醇固体溶液的热容和相变焓

前曾报道季戊四醇在461.60K有一个固-固相变,其相交含为41.37kJmol~(-1)。但是,作为低温储能材料,该物质的相变温度偏高。从有关固-固相变储能材料的热力学研究中,我们发现三甲醇丙烷-季戊四醇固体溶液具有较低的固-固相变温度。本文测定了三甲醇丙烷-季戊四醇(摩尔比60:40)固体溶液的相变热参数和热容。