BiFeO3系铁电薄膜光伏效应优化及机理研究

Photovoltaic effect of BiFeO3 ferroelectric material extends the physical meaning of the material and the application field. The optimization methods plays an important role in the photovoltaic effect. The optimization and mechanism of photovoltaic effect in BFO ferroelectric thin films, have important scientific significance and application prospect. This project intends to in a transparent conductive electrode and metal Pt substrate preparation BFO is ferroelectric film by sol-gel method, studying the photovoltaic effect. The preparation conditions and elements doping, ferroelectric polarization and ferroelectric domains affect the performance of films. BFO thin film heterojunction with excellent photovoltaic properties will be prepared. Study of different thickness of electrode and electrode material, respectively, the BFO is ferroelectric film interface structure, the orientation of ferroelectric domains and the change of the state. Analysis and comparison for the BFO more iron film capacitor photovoltaic effect and the mechanism of the influence of interface control BFO department more thin film photovoltaic performance. We explore the presenting potential prospects in the transparent ferroelectric photovoltaic cell.

铁电BiFeO3(BFO)材料的光伏效应的发现拓展了该材料的物理内涵与应用领域，优化BFO系薄膜的光伏效应具有重要的作用。研究BFO系铁电性薄膜光伏效应优化方法及物理机制，具有重要的科学意义和应用前景。本项目拟采用溶胶-凝胶法（Sol-gel）在透明导电电极及金属Pt衬底上制BFO系铁电薄膜，研究其光伏效应。研究制备条件及元素掺杂、界面微结构、铁电极化、铁电畴等对薄膜性能的影响，制备出具有优异光伏特性的BFO系薄膜异质结；研究不同厚度电极以及不同电极材料分别对BFO系铁电薄膜界面结构、铁电畴取向及状态的改变，分析比较其对BFO铁电薄膜电容器光伏效应的影响及机理，利用电极调控铁电BFO系薄膜的光伏性能；探索透明铁电光伏电池可能的应用前景。

铁电BiFeO3(BFO)材料的多种优异性能拓展了该材料的物理内涵与应用领域，这也为铁电光伏电池、光催化材料等的应用提供了广阔的前景。本项目利用脉冲激光沉积法（PLD）外延生长了的掺Ce的ZnO薄膜，结果显示掺3%的Co的ZnO薄膜的性能最优；表征了薄膜的微结构和电学、光电性能，研究结果显示了一条制造同时具有电阻开关、光电性和铁磁性的多功能器件的途径。利用溶胶-凝胶法（Sol-gel）法制备了铁电性能优越的钛酸铋掺La(BLT)的铁电薄膜，也分别在不同的电极上和钛酸铋基铁电薄膜制备了BFO和BLT铁电薄膜，形成了多层异质结结构，研究了薄膜以及多层异质结的微观结构、铁电及光电性能，研究界面效应对BFO的开路电压与短路电流的影响，区分铁电极化对光伏的贡献。课题组进一步开展用新型共沉淀法制备了具有不同微观形貌的BFO晶体，研究了微观形貌对BFO光化学稳定性的影响，结果显示，BFO晶体都具有较好的结晶性，带宽相对较小，具有潜在的光吸收性能优势，能够有效地响应可见光，且具有良好的光化学稳定性，可重复使用，也可作为高效可见光的光催化剂。