铁酸铋薄膜的制备与铁电光伏性能的研究
除了具有极化性、压电性、热电性、铁磁性和介电性等广泛的功能特性之外，BiFeO3还是一种具备良好的铁电极化与光诱导效应相耦合特性的窄带隙铁电材料。这为未来开发高效稳定的光伏器件提供了一条崭新的途径。本文我们通过溶胶凝胶法和旋涂技术在FTO玻璃基底上成功制备了Nd掺杂BiFeO3薄膜、Cr掺杂BiFeO3薄膜和Nd-Cr共掺杂BiFeO3薄膜。所得主要结论如下:1、通过测试紫外-可见光吸收光谱发现三种形式的掺杂皆提高了薄膜对光的吸收率。纯BiFeO3、Bi0.9Nd0.1FeO3、BiFe0.89Cr0.11O3和Bi0.9Nd0.1Fe0.89Cr0.11O3薄膜的光学带隙分别为2.40、2.22、2.30和2.18eV，可见元素掺杂可以减小BiFeO3薄膜的光学带隙，这有利于载流子的传输。2、通过单掺杂Nd、单掺杂Cr和共掺杂Nd-Cr，薄膜的漏电流也被有效降低。与本课题中所有样品和参考文献中的元素掺杂BiFeO3薄膜相比，Bi0.9Nd0.1Fe0.89Cr0.11O3薄膜的漏电流密度都是最低的，比纯BiFeO3薄膜的漏电流密度低3到4个数量级。漏电流的降低使得薄膜的铁电极化和介电性能也得到增强，铁电极化的增强更有利于光生载流子的分离，而介电性能的增强则可以提高薄膜储存电荷的能力。3、与纯BiFeO3薄膜相比，三种掺杂BiFeO3薄膜的短路光电流密度和开路光电压均有显著增加，导致Bi0.9Nd0.1FeO3、BiFe0.89Cr0.11O3和Bi0.9Nd0.1Fe0.89Cr0.11O3薄膜的功率转换效率分别提高到纯BiFeO3薄膜的12倍、4倍和35倍左右，可以看出Nd-Cr共掺杂的效果最佳。明显改善的光伏性能得益于元素掺杂以后光吸收的增强、带隙和漏电流的减小以及铁电极化强度的增大等因素。元素替位掺杂BiFeO3薄膜显示出在多种性能方面的提升，这有利于薄膜在诸如非易失性铁电存储器、新型光伏器件和高频电子元件等多功能器件中的实际应用。
铁酸铋薄膜;制备工艺;元素掺杂;光伏性能;铁电性能;介电性能
北京化工大学
硕士
物理学
邵晓红
2019
中文
TN304.9;TN304.055
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）