硫化铋 (Bi2S3)

基本信息

硫化铋 (Bi₂S₃) 具有斜方晶体结构，每个晶胞有 4 个分子。每个分子包含 2 个铋原子和 3 个硫化物原子，每个晶胞总共有 20 个原子。 Bi₂S₃ 天然以铋矿形式存在，具有铅灰色条纹，具有金属光泽。该矿物主要产于玻维亚、秘鲁、中欧、澳大利亚和美国西部。铋矿主要经过加工以获得纯铋金属或其他铋化合物，但也已研究用于光伏发电。 1

晶体结构

			Fractional Coordinates			Orthogonal Coordinates
	Label	Elmt	x	y	z	xor[Å]	yor[Å]	zor[Å]
1.	T1	Bi	0.5165	0.2500	0.1748	-3.914	2.533	4.141
2.	T1	Bi	0.9835	0.7500	0.6748	-6.849	8.734	8.119
3.	T1	Bi	0.4835	0.7500	0.8252	-2.532	9.931	4.286
4.	T1	Bi	0.0165	0.2500	0.3252	0.403	3.729	0.308
5.	T2	Bi	0.6596	0.7500	0.4655	-3.971	6.133	6.169
6.	T2	Bi	0.8404	0.2500	0.9655	-6.946	11.534	5.081
7.	T2	Bi	0.3404	0.2500	0.5345	-2.475	6.331	2.258
8.	T2	Bi	0.1596	0.7500	0.0345	0.501	0.930	3.347
9.	T3	S	0.6230	0.7500	0.0575	-3.543	1.609	6.617
10.	T3	S	0.8770	0.2500	0.5575	-7.157	7.076	6.051
11.	T3	S	0.3770	0.2500	0.9425	-2.902	10.855	1.810
12.	T3	S	0.1230	0.7500	0.4425	0.711	5.387	2.376
13.	T4	S	0.7153	0.2500	0.3063	-5.681	4.163	5.333
14.	T4	S	0.7847	0.7500	0.8063	-5.151	9.999	6.471
15.	T4	S	0.2847	0.7500	0.6937	-0.764	8.301	3.095
16.	T4	S	0.2153	0.2500	0.1937	-1.294	2.464	1.957
17.	T5	S	0.4508	0.7500	0.3730	-2.127	4.923	4.839
18.	T5	S	0.0492	0.2500	0.8730	-0.027	9.789	-0.410
19.	T5	S	0.5492	0.2500	0.6270	-4.319	7.540	3.589
20.	T5	S	0.9508	0.7500	0.1270	-6.418	2.674	8.838

下图显示了 Bi₂S₃ 的峰值强度：

光伏应用

Bi₂Si₃ 薄膜的制备方法有多种，包括：阴极电沉积、阳极电沉积、真空蒸发、热壁法、溶液-气体界面、喷雾沉积和化学浴沉积。 Bi₂Si₃ 制备薄膜最常用的方法是化学浴沉积。这是因为它简单、经济并且非常适合大面积的任何配置。 2

通过化学浴沉积制备的 Bi₂Si₃ 薄膜的填充因子约为 46.77%，转换效率为 0.089%。 3

300 K 时的基本参数

Crystal structure:	Orthorhombic	4
Group of symmetry:	Pnma	4
Number of atoms in 1 cm³:	3.99*10²⁶	4
Unit cell volume:	501.6730 Å³	5
Atoms per unit cell:	20	4
Density:	6.807 g/cm³	4
Dielectric constant:	ɛ(0)\|\| = 120 T=300K , at 1kHz	5
	ɛ(0)⊥ = 38 T=300 K, E ⊥ c
	ɛ(∞)\|\| = 13 T=300 K, E \|\| c
	ɛ(∞) ⊥ = 9 T=300, 90 K, E ⊥ c
Lattice constants:	a = 11.305 Å	4
	b = 3.981 Å
	c = 11.147 Å

能带结构和载流子浓度

载流子浓度图见图 6

施主和受主

杂质: Pb, Cu, Fe, As, Sb, Se, Te 7

电气特性

电性能基本参数

Energy gap:	1.3 eV T=300 K, E ⊥ b:	5
Energy gap:	1.45 eV T=77 K, E ⊥ b	5
Intrinsic carrier concentration: :	n = 3 × 10¹⁸ cm-3 T = 300 K :	5
Carrier mobility: :	μ_n = 200 cm²/Vs T=300 K :	5
Hole mobility: :	μ_h= 1100 cm²/Vs :	8
Intrinsic resistivity: :	ρ = 10⁵ Ω cm T=300K:	2
Electrical Conductivity: :	σ = 10^-6…10-7 Ω^-1 cm^-1 T=300 K:	5

光学特性

折射率：

λ = 589.3 nm 5

n_α	1.315
n_β	1.900
n_γ	1.670

吸收系数: α = 10⁴ cm^-1 (量级) 2

光透过率数据图可见:9

力学特性、弹性常数、晶格振动基本参数

Hardness:	2-2.5	7
Cleavage planes:	Perfect on (010)	7
	Imperfect on (100), (110)	Ralph2003

主要由犹他大学本科生 Jeff Provost 和 Carina Hahn 与 Mike Scarpulla 教授合作开发。 Caitlin Arndt、Christian Robert、Katie Furse、Jash Sayani 和 Liz Lund 也做出了贡献。这项工作得到了美国国家科学基金会材料世界网络计划奖 1008302 的全力支持。这些页面是一项正在进行的工作，我们征求世界各地知识渊博的各方的意见，以获取更准确或更多的信息。请联系 [email protected] 提出此类建议。

1. Materials handbook: [foundation for the science of metallurgy; compares the advantages and disadvantages of different manufacturing processes; comprehensive in approach]. New York [u.a.]: {McGraw-Hill}, 2002.
2. a. b. c. “Chemical deposition of Bi2S3 thin films from thioacetamide bath”, Materials Chemistry and Physics, vol. 41, no. 2, pp. 98 - 103, 1995.
3. “Photoelectrochemical cells based on chemically deposited nanocrystalline Bi2S3 thin films”, Materials Chemistry and Physics, vol. 60, no. 2, pp. 196 - 203, 1999.
4. a. b. c. d. e. f. “First-principles study of the electronic properties of A2B3 minerals, with A=Bi,Sb and B=S,Se”, Physics and Chemistry of Minerals, vol. 32, no. 4, pp. 295 - 300, 2005.
5. a. b. c. d. e. f. g. Semiconductors Data Handbook. Berlin: Springer, 2004, p. 691.
6. Citekey Park2011  not found
7. a. b. c. “Bismuthinite”. 2003.
8. “Bi₂S₃ as a high Z material for γ-ray detectors”, IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 22, no. 1, pp. 246 - 250, 1975.
9. “Structure and Composition of Chemically Deposited Thin Films of Bismuth Sulfide and Copper Sulfide Effect on Optical and Electrical Properties”, Journal of The Electrochemical Society, vol. 140, pp. 754–759, 1993.

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