Synthesis of photoactive FeS2 by electrodeposition-annealing route

This thesis work proposes a study about the electrodeposition of iron films and post annealing of thin film by sulfurization in order to obtain pyrite (FeS2). Thus, the two-steps process will consist in: a) Electrodeposition of iron on Mo/FTO substrates from an organic solution of iron Fe(II)chloride and ethylene glycol. b) Post annealing of deposited thin film by the sulfurization at 450-500 °C to obtain the FeS2 pyrite semiconductor. The annealing process comprises the employment of sulfur powder, under inert conditions (Ar). The iron deposits obtained are highly pure with BCC (110) oriented polycrystalline nature. The electrodeposition of iron films comprises the employment of a non-aqueous solution containing iron Fe(II) chloride as precursor salt. Electrochemical characterization was also performed on platinum in a conventional three-electrode cell, showing a broad potential was performed for deposition of Fe(II)) and it was between this range (-1.5 to -2.3 V vs Pt). Galvanostatic depositions were subsequently carried out on FTO and Mo as the substrates. Subsequently, the iron films were annealed in a reactive sulfur atmosphere at high temperatures (500 °C) for about 0.5-1 h. The change in composition and microstructure has been studied by means of X-ray diffraction (XRD) analysis, showing the formation of a pure pyrite phase, known to be photoactive. The photo-activity was checked by irradiating with chopped light in an electrochemical cell. The photocurrent detection demonstrate the successful synthesis of the semiconductor material n-FeS2.

Questo lavoro di tesi propone uno studio sull'elettrodeposizione di film di ferro e post ricottura mediante solforazione per ottenere pirite (FeS2). Pertanto, il processo consiste in due fasi: a) Elettrodeposizione di ferro su substrati Mo / FTO da una soluzione organica di ferro Fe (II) cloruro e glicole etilenico. b) Post ricottura di film sottile depositato mediante solforazione a 450-500 ° C per ottenere il semiconduttore di pirite FeS2. Il processo di ricottura comprende l'impiego di polvere di zolfo, il processo è condotto in atmosfera inerte (Ar). I depositi di ferro ottenuti sono altamente puri con natura policristallina orientata BCC (110). L'elettrodeposizione di film di ferro comprende l'impiego di una soluzione non acquosa contenente cloruro di ferro Fe (II) come sale precursore. La caratterizzazione elettrochimica è stata su elettrodo di platino in una cella convenzionale a tre elettrodi, mostrando un ampio intervallo di potenziale adatto alla deposizione del film di ferro (da -1,5 a -2,3 V vs Pt). In seguito, sono state condotte deposizioni galvanostatiche su FTO e Mo (substrati). I film di ferro ottenuti sono stati ricotti in un'atmosfera reattiva contenene zolfo, il processo è stato condotto a temperature relativamente elevate (500 ° C) per circa 0,5-1 ore. Il cambiamento di composizione e microstruttura è stato studiato mediante analisi di diffrazione a raggi X (XRD) che mostra la formazione della pirite, nota per essere fotoattiva, senza presenza di seconde fasi. La fotoattività del semiconduttore ottenuto è stata investigata irradiando con intermittenza il campione immerso in una cella elettrochimica. Il rilevamento di fotocorrente durante l’esperimento dimostra la natura del semiconduttore ottenuto n-FeS2.