BiFeO₃(BFO)作為一種室溫下的單相多鐵材料,具有簡(jiǎn)單鈣鈦礦結(jié)構(gòu),其中氧八面體繞著體對(duì)角線軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度,形成一種偏離理想鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的斜方結(jié)構(gòu)。作為鐵電材料,BiFeO₃的開(kāi)路電壓不受材料禁帶寬度限制,大小與其體光伏效應(yīng)密切相關(guān),表現(xiàn)出與傳統(tǒng)p-n結(jié)型光伏器件不同的機(jī)制,由于其在新型光電子器件應(yīng)用領(lǐng)域(如太陽(yáng)能電池)的巨大潛力,已成為學(xué)術(shù)界關(guān)于鐵電材料物理和應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)。但是人們?cè)谘芯緽FO薄膜的光伏效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致該效應(yīng)的物理機(jī)制往往非常復(fù)雜,例如薄膜較厚時(shí)不可忽視的體光伏效應(yīng)、薄膜中復(fù)雜疇結(jié)構(gòu)的疇壁、電極/BFO界面處的肖特基結(jié)、極化導(dǎo)致的退極化場(chǎng)或者是薄膜內(nèi)部的結(jié)構(gòu)缺陷都可能會(huì)對(duì)光伏有一定的貢獻(xiàn)。BiFeO₃材料具有較高的剩余極化強(qiáng)度和較低的帶隙寬度(2.6-2.7eV),高的剩余極化強(qiáng)度意味著體光伏效應(yīng)和退極化場(chǎng)貢獻(xiàn)的光伏效應(yīng)更顯著,合適的帶隙寬度也使得其能有效吸收可見(jiàn)和紫外光,因此它是一種不可多得的制備光伏器件的材料,同時(shí)BFO薄膜與其他材料的結(jié)合也可以提高光伏。于是本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)、理論和建模的方法...

【文章頁(yè)數(shù)】：65 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 鐵電光伏效應(yīng)機(jī)理
        1.2.1 體光伏效應(yīng)
        1.2.2 疇壁效應(yīng)
        1.2.3 肖特基結(jié)
        1.2.4 退極化場(chǎng)
        1.2.5 缺陷氧空位
    1.3 鐵電材料中的電流傳導(dǎo)機(jī)制
        1.3.1 熱激發(fā)電子電導(dǎo)(Thermal Electric Conduction)
        1.3.2 Poole-Frenkel(PF)導(dǎo)電機(jī)制
        1.3.3 空間電荷限制電流(SCLC)模型
        1.3.4 肖特基發(fā)射模型(Schottky Emission)
    1.4 鐵電光伏效應(yīng)研究現(xiàn)狀綜述
    1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)研究方法
    2.1 薄膜制備與表征方法
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)所需試劑和材料
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備
        2.1.3 溶膠凝膠法
        2.1.4 磁控濺射法
        2.1.5 薄膜材料表征方法
    2.2 鐵酸鉍第一性原理仿真
        2.2.1 Materials studio軟件
        2.2.2 第一性原理計(jì)算
    2.3 光伏器件模擬仿真方法
        2.3.1 COMSOL軟件
第3章 薄膜材料的制備和表征
    3.1 溶膠凝膠法制備鐵酸鉍薄膜
        3.1.1 前驅(qū)體凝膠的制備
        3.1.2 旋涂法制備鐵酸鉍薄膜
    3.2 鐵酸鉍薄膜的表征
        3.2.1 X射線衍射(XRD)
        3.2.2 透射光譜
    3.3 磁控濺射法制備Cu₂O薄膜
    3.4 Cu₂O薄膜表征
        3.4.1 X射線衍射(XRD)
        3.4.2 原子力顯微鏡(AFM)
        3.4.3 透射光譜
        3.4.4 霍爾效應(yīng)
    3.5 本章小結(jié)
第4章 鐵酸鉍第一性原理研究
    4.1 理論計(jì)算方法
        4.1.1 Hartree-Fock近似
        4.1.2 密度泛函理論
        4.1.3 交換相關(guān)泛函
    4.2 晶體建模和參數(shù)設(shè)置
    4.3 鐵酸鉍電學(xué)性質(zhì)
        4.3.1 態(tài)密度
        4.3.2 能帶
    4.4 鐵酸鉍光學(xué)性質(zhì)
    4.5 本章小結(jié)
第5章 鐵酸鉍基光伏器件模擬仿真
    5.1 模擬步驟
        5.1.1 幾何建模和材料填加
        5.1.2 多物理場(chǎng)設(shè)置
        5.1.3 研究求解器配置
    5.2 三明治結(jié)構(gòu)器件光伏效應(yīng)
    5.3 BFO/Cu₂O復(fù)合薄膜器件光伏效應(yīng)
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3986938