本文關鍵詞：PZT-BFCO納米復合膜的制備及鐵電光伏特性研究

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【摘要】：當具有非對稱中心的鐵電材料處于均勻的光照下時,會產(chǎn)生反常光伏效應,即光生開路電壓可以超過禁帶寬度的限制,所以,鐵電材料的光電轉(zhuǎn)換效率有希望超過傳統(tǒng)半導體。盡管如此,目前鐵電薄膜產(chǎn)生的光生電流依然很小,效率還不夠高,轉(zhuǎn)換機制還有待深入地研究。本論文選取具有較強剩余極化強度的Pb(Zr Ti)O3(PZT)材料作為研究對象,通過摻入窄禁帶寬度的Bi2FeCrO6(BFCO)相來增加少數(shù)載流子濃度,以達到提高短路電流和光伏轉(zhuǎn)換效率之目的。本文的主要研究內(nèi)容如下:一、通過固相反應法在1100℃左右成功制備了純相的PZT靶材。采用射頻磁控濺射制備出ITO透明導電薄膜作為鐵電薄膜的上電極。研究了不同工藝條件包括濺射功率、基底溫度、濺射氣壓等對ITO薄膜電極方塊電阻和透光率的影響。得到的ITO薄膜電極方塊電阻阻值在1.5Ω/□左右,當入射光波長在400nm以上時,其透光率達到了80%以上。二、采用90°離軸磁控濺射法,在STO(100)取向的單晶基片上制備了PZT薄膜。通過對氬氧比、基底溫度等工藝條件的摸索,獲得了具有的良好外延結(jié)構的PZT薄膜。鐵電性能的測試結(jié)果表明:PZT外延薄膜的飽和極化強度Ps為30?C/cm2,兩倍剩余極化強度2Pr為20?C/cm2。三、采用共濺射方法在Nb摻雜SrTiO3基片上制備出了PZT-BFCO納米復合膜。XRD測試結(jié)果顯示隨著BFCO摻雜含量的增多,PZT峰強逐漸減小,當摻雜較多時會有雜相生成。AFM的形貌測試結(jié)果顯示BFCO摻雜含量的增多會造成薄膜的晶粒的不均勻,缺陷增多。鐵電性能和漏電流測試結(jié)果表明:在PZT外延薄膜中隨著摻入BFCO相的增多,會導致其剩余極化強度和飽和極化強度減小,漏電流增大。四、對ITO/PZT-xBFCO/Nb:STO太陽能電池的光電性能分析顯示,BFCO相的摻入有效地提高了PZT膜的光生短路電流和開路電壓。最佳的光電性能為:VOC=0.41V,JSC=0.72?A/cm2,比純相PZT薄膜的Jsc(0.087?A/cm2,)提高了一個數(shù)量級。這是因為BFCO的禁帶寬度在1.4-2.7eV左右,在光照下能提供更多的非平衡載流子。但從不同厚度、不同極化狀態(tài)的薄膜的研究發(fā)現(xiàn),由于剩余極化強度較低,界面肖特基勢壘對非平衡載流子的分離起主要作用,退極化電場的作用較小。
【關鍵詞】：鐵電薄膜 反常光伏效應 肖特基勢壘 納米復合
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 鐵電材料與鐵電薄膜10-11
• 1.1.1 鐵電材料10-11
• 1.1.2 鐵電薄膜11
• 1.2 光伏效應11-13
• 1.2.1 傳統(tǒng)光伏效應11-12
• 1.2.2 鐵電光伏效應12-13
• 1.3 鐵電薄膜光電特性的研究進展及意義13-17
• 1.3.1 研究進展13-16
• 1.3.2 研究意義16-17
• 1.4 本論文主要工作17-18
• 第二章 樣品的制備、結(jié)構及性能表征方法18-31
• 2.1 樣品制備18-22
• 2.1.1 固相反應法制備靶材18-20
• 2.1.2 離軸磁控濺射20-22
• 2.2 結(jié)構測試22-25
• 2.2.1 XRD測試(X-Ray Diffraction)22-24
• 2.2.2 原子力顯微鏡測試(Atomic Force Microscope)24-25
• 2.3 性能測試25-31
• 2.3.1 鐵電性能P-E測試25-26
• 2.3.2 明暗場開關測試26-27
• 2.3.3 明暗場伏安測試27-28
• 2.3.4 紫外吸收光譜測試28-29
• 2.3.5 橢偏儀測量29-31
• 第三章 ITO電極和PZT薄膜制備31-40
• 3.1 ITO電極制備31-33
• 3.1.1 ITO薄膜的導電性31-32
• 3.1.2 ITO薄膜的透光性32-33
• 3.2 PZT薄膜的制備及結(jié)構分析33-36
• 3.3 PZT-BFCO薄膜的制備36-39
• 3.3.1 PZT-BFCO薄膜的結(jié)構分析37-38
• 3.3.2 PZT-BFCO薄膜的形貌分析38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 PZT-BFCO納米復合膜的光電特性研究40-52
• 4.1 PZT-BFCO薄膜的鐵電性能40-41
• 4.2 PZT-BFCO暗場漏電流分析41-42
• 4.3 PZT-BFCO光電性能42-49
• 4.3.1 PZT-BFCO納米復合膜的ON-OFF特性曲線42-45
• 4.3.2 PZT-BFCO納米復合膜的I-V特性曲線45-46
• 4.3.3 膜厚對納米復合膜的影響46-48
• 4.3.4 極化對納米復合膜的影響48-49
• 4.4 PZT-BFCO薄膜的禁帶寬度49-50
• 4.5 樣品的能帶結(jié)構模型50-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 第五章 結(jié)論與展望52-54
• 5.1 結(jié)論52-53
• 5.2 展望53-54
• 致謝54-55
• 參考文獻55-60
• 攻碩期間取得的研究成果60-61

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