鐵酸鉍薄膜的制備及其光伏效應(yīng)的研究.pdf

1、鐵酸鉍（BFO）是極少數(shù)在常溫下就同時具備鐵電性和反鐵磁性的材料。因此，在過去的很長一段時間里，鐵酸鉍在多鐵性材料領(lǐng)域一直有著很高的研究地位。近幾年，在新能源日益被重視的社會背景下，BFO以其低光學(xué)帶隙和超高剩余極化強(qiáng)度提供內(nèi)建電場的光伏效應(yīng)又一次掀起了一陣鐵電光伏研究熱潮。然而，目前鐵酸鉍薄膜制備條件苛刻、漏電流大、光電轉(zhuǎn)換效率低等問題限制了其發(fā)展。本文旨在通過簡單的工藝制備出優(yōu)質(zhì)的多晶BFO薄膜，并對其光伏效應(yīng)進(jìn)行一定的基礎(chǔ)研究，然

2、后通過引入陷光結(jié)構(gòu)等手段提升鐵電光伏的效率。具體研究過程和成果如下：
　?。?）本文采用溶膠-凝膠法在 FTO/galss、ITO/glass和 Pt/Ti/SiO2/Si不同基底上旋涂制備了BFO薄膜。表征結(jié)果表明：BFO薄膜存在的少量雜質(zhì)相和表面微觀形貌中存在的裂縫和空洞直接導(dǎo)致了BFO薄膜的電滯回線不飽和、漏電流大。其中，ITO表面的BFO薄膜的性能略好于FTO和Pt表面的薄膜。
　?。?）利用常溫射頻磁控濺射和后期熱

3、退火的方法成功在FTO/galss、ITO/glass和Pt/Ti/SiO2/Si不同基底上制備了純相的BFO薄膜。但是，沉積在FTO表面的BFO薄膜具有明顯的裂紋和空洞，誘導(dǎo)了巨大的漏電流密度。沉積在ITO表面的薄膜具有最致密的結(jié)構(gòu)，其剩余極化強(qiáng)度是FTO表面BFO薄膜的~72倍，達(dá)到~180uC/cm2。通過在450-525℃退火溫度的比較發(fā)現(xiàn)，500℃退火的薄膜具有最優(yōu)異的鐵電性。
　?。?）利用高溫（700℃）磁控濺射的方

4、法在不同氬氧比環(huán)境中將BFO薄膜沉積到Pt/Ti/SiO2/Si基底上。結(jié)果表明，在Ar：O2=50：35的條件下的薄膜質(zhì)量最高，但是依然存在較大漏電問題。這說明，本文的常溫濺射的簡單工藝和利用工業(yè)化的透明ITO導(dǎo)電玻璃具有應(yīng)用化的優(yōu)勢。
　?。?）通過測試BFO薄膜的透過率推導(dǎo)出了105-200nm的薄膜的光學(xué)帶隙在2.64-2.74eV，與文獻(xiàn)報道相符。在I-V曲線的測試中發(fā)現(xiàn)：在極化電場作用下通過改變電壓掃描方向可以改變開路

5、電壓和短路電流的正負(fù)和大??；ITO氧化物電極代替金屬電極可以降低電荷屏蔽效應(yīng)，提升鐵電光伏響應(yīng)；在薄膜剩余極化強(qiáng)度接近的條件下，薄膜厚度的降低提升了去極化電場，從而提升了基于BFO薄膜的太陽電池的光伏響應(yīng)。
　?。?）利用飛秒激光器在 Ni片表面成功誘導(dǎo)刻蝕出了高陷光的微納錐狀陣列結(jié)構(gòu)。構(gòu)造Ag/BFO/Ni(陷光)電池結(jié)構(gòu)，測試結(jié)果表明，光伏效應(yīng)并不明顯，可能原因有：激光刻蝕過程中使Ni表面生成了一層超薄氧化物增加了電池的電阻；