【摘要】：太陽能作為一種清潔的可再生能源,如果能將其有效利用必定會解決環(huán)境污染以及資源短缺等問題,光伏材料的開發(fā)也因此成為一個研究熱門。鐵電光伏材料因其具有窄帶隙、低成本、載流子傳輸性好、化學(xué)和熱穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)在光伏領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。鐵電光伏效應(yīng)中光激發(fā)載流子的分離由鐵電極化驅(qū)動,所產(chǎn)生的光電壓不會受制于晶體的禁帶寬度。BiFeO_3(BFO)因其具有大的剩余極化(90μC/cm~2)以及相對較窄的帶隙(2.7 eV)在光伏研究領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注。本文研究了B位摻雜的BFO基鐵電薄膜的光伏特性,并對得到的Bi_2FeMo_xNi_(1-x)O_6(BFMNO)薄膜在室溫下的鐵電性能、光學(xué)性能、介電性能、漏電性能以及光伏性能等進(jìn)行了研究。這項(xiàng)工作提供了提高鐵電光伏薄膜光伏性能的策略并對光電應(yīng)用中鐵酸鉍材料的開發(fā)提供了一條有前景的可行途徑。通過溶膠凝膠法在Si基底上制備了Mo、Ni共摻雜的平行結(jié)構(gòu)的Bi_2FeMo_xNi_(1-x)-x O_6(x=0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.75)鐵電薄膜,薄膜在400-650 nm的可見光范圍內(nèi)具有寬吸收帶。隨Mo含量的增加光學(xué)帶隙從2.19降低到2.07 eV,所制備的BFMNO薄膜具有自極化行為,導(dǎo)致薄膜中自極化場和內(nèi)建場的形成,窄的帶隙和強(qiáng)的鐵電自極化對光伏效應(yīng)的提高具有至關(guān)重要的作用,其中x=0.7的薄膜在110 mW/cm~2的光照下具有5.41 V和71.07μA/cm~2的最佳開路電壓(V_(oc))和短路電流(J_(sc)),此外薄膜的光伏效應(yīng)在高溫環(huán)境下也表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性�；谝陨献顑�(yōu)組分的確定,通過溶膠凝膠法在Pt基底上制備了具有垂直電極結(jié)構(gòu)(Au/BFMNO/Pt)的不同厚度(570、640、700、770 nm)的Bi_2FeMo_(0.7)Ni_(0.3)O_6鐵電薄膜,在此,提出了一種改善薄膜光伏性能的方法。通過薄膜的厚度來實(shí)現(xiàn)光伏性能的調(diào)控。基于此概念,研究了不同厚度Bi_2FeMo_(0.7)Ni_(0.3)O_6鐵電薄膜的光伏性能。發(fā)現(xiàn)短路電流隨著膜厚度的增加先增加然后減小,特別是d=700 nm的薄膜具有最佳J_(sc),在110 mW/cm~2的光照條件下,J_(sc)=0.09 mA/cm~2,V_(oc)=0.38 V。結(jié)果表明,光伏性能的進(jìn)一步改善歸因于由厚度調(diào)節(jié)引起的可調(diào)諧的有利帶隙(2.0 eV)、高吸收和強(qiáng)的自極化。此外,我們的研究表明,分離和傳輸光激發(fā)載流子的主要驅(qū)動力是退極化場(E_(dp)),而界面處的內(nèi)置電場(E_(bi))只起微弱的作用。利用溶膠凝膠法在柔性鎳箔基底上制備了具有垂直電極結(jié)構(gòu)(Au/BFMNO/LNO/Ni)的Bi_2FeMo_(0.7)Ni_(0.3)O_6柔性鐵電薄膜,探究了不同應(yīng)力作用下薄膜光伏性能的變化。不同曲率下彎曲的薄膜光伏性能有微小的變化,隨著彎曲半徑的減小(15~5 mm),開路電壓大約為V_(oc)=0.7 V,短路電流由J_(sc)=8.02μA/cm~2下降到J_(sc)=4.05μA/cm~2,這可能是由于應(yīng)力對鐵電材料的極化產(chǎn)生微弱的影響所致。所制備的Bi_2FeMo_(0.7)Ni_(0.3)O_6柔性鐵電薄膜的機(jī)械穩(wěn)定性較好,在多次循環(huán)彎曲下,光伏性能的變化較小。此外,柔性鐵電薄膜的光電流方向能夠隨著極化方向的改變而轉(zhuǎn)換,這個獨(dú)一無二的特性拓寬了柔性鐵電光伏材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
【圖文】：

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 Valasek 發(fā)現(xiàn)羅息鹽晶體在外電場 E 的作用下極化強(qiáng)人們把這類晶體體稱為鐵電體。隨后研究人員相繼，PbTiO3，LiNdO3等晶體。無機(jī)鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)（AB電、介電、鐵電、壓電、熱釋電、多鐵等耦合性質(zhì)圍內(nèi)鐵電體能夠發(fā)生自發(fā)極化且其極化方向會隨外的一個重要特征。當(dāng)去除外電場后極化方向仍然不后于外電場 E，呈現(xiàn)出 P 是 E 的雙值函數(shù)，即 P 與 1.1 所示。

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文方向由 n 區(qū)指向 p 區(qū)，內(nèi)建電場的存在使電子和空穴發(fā)生漂移運(yùn)動。導(dǎo)致空間電荷區(qū)能帶發(fā)生彎曲，形成勢壘，費(fèi)米能級也被拉平，，如圖 1.2（b）所示，因此電子由 n區(qū)向 p 區(qū)的擴(kuò)散，以及空穴由 p 區(qū)向 n 區(qū)擴(kuò)散都要克服這個電勢差，勢壘的形成阻礙了電子和空穴的擴(kuò)散。這樣當(dāng)載流子的漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡時，構(gòu)成平衡 p-n 結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM221;TB383.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙振宇;盧荻;丑修建;劉俊;;硅基反鐵電薄膜微懸臂梁力學(xué)仿真分析[J];測試技術(shù)學(xué)報;2010年05期

2 張修麗;張燕妮;徐海生;劉長利;;有機(jī)鐵電薄膜的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2010年21期

3 符春林;潘復(fù)生;蔡葦;鄧小玲;;金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積制備鐵電薄膜材料研究進(jìn)展[J];真空;2008年06期

4 符春林;潘復(fù)生;蔡葦;鄧小玲;;脈沖激光沉積制備鐵電薄膜材料研究進(jìn)展[J];激光雜志;2008年04期

5 楊平雄,孟祥建,黃志明,y嚲

本文編號：2594713