具有黄铜矿型结构的稀土半导体合金Cu(In,R)Te2(R=稀土)的制备和结构的研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tkzcsl
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太阳能作为一种新型的清洁可再生能源,是解决能源短缺的突破口。CuInTe2(CIT)作为一种Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体,是直接带隙半导体,其禁带宽度为0.91-1.0eV,是窄带隙半导体。与CdS等窄带隙化合物相比,CIT不含毒性元素;并且CIT与Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)都属于黄铜矿结构,两者可以形成很好的晶格匹配,可以用作太阳能电池的底电池使用,因此CIT化合物是非常有前途的太阳能电池材料。由于稀土离子在4f-4f、4f-5d-4f能级跃迁时产生很多独特的光电效应,稀土元素掺杂的化合物被广泛的用作光电材料。本文利用稀土离子的光电性能,围绕稀土掺杂的CuIn1-xRxTe2 (R=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd;x=0-0.3)(CIRT)新型半导体化合物进行了相关研究。采用非自耗真空电弧炉进行前驱合金熔炼、利用马弗炉进行高温固态反应、行星式球磨机进行研磨等手段制备出CIRT样品。通过X射线衍射仪、化学成分分析、扫描电镜、能谱仪、拉曼散射仪等仪器进相关测试,利用PDF卡片、TREOR程序、Rietveld结构精修方法深入分析了不同种类以及不同浓度的稀土元素掺杂对CIRT粉体样品的表面形貌、晶体结构等的影响。结果表明:制备的名义成分为CuIn1-xRxTe2的半导体合金与真实成分有一定偏差,属于富铜型合金,其粒度为5-20gm,表面形貌为有明显棱角的柱状或层状颗粒,具有很好的透光性;通过结构精修表明:CIRT属于黄铜矿结构,空间群为1-42d,在晶胞中稀土R取代部分In的位置,两元素共同占据46(0,0,1/2)晶位;当掺入相同量的稀土元素时,随着掺杂稀土元素的原子量的增大,化合物的晶格常数减小;当x=0-0.2时,CuIn1-xRxTe2的晶格常数随着x的增大而增大,这是由于稀土元素的原子半径大于In,稀土元素在晶胞中取代In元素致使晶格膨胀,但是当x=0.3时,晶格常数基本不再变化,说明稀土在CIT中的饱和固熔区为x=0.2-0.3;掺入稀土元素后的合金的某些晶格振动模型消失,说明晶胞中原子排列发生了变化。
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