本文關鍵詞：基于鐵電薄膜太陽能電池的性質研究

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【摘要】：由于鐵電薄膜材料具有良好的鐵電性、熱釋電性、壓電性、電光以及非線性光學特性,被廣泛應用于存儲器、壓力傳感器、制動器等電子器件中;由于鐵電材料的制備工藝簡單、成本低等特點倍受青睞,所以近年來鐵電材料成為國際上新型功能材料研究的熱點之一。最近,如Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、(Bi,Nd)4Ti3O12(BNT)、Ba Ti O3以及Bi Fe O3(BFO)鐵電體的光伏機制引起廣泛的關注。許多小組在研究鐵電光伏效應以及提高基于鐵電的太陽能電池的光伏輸出。據公開報導,BFO被報道擁有最大的開路電壓(Voc,大于15V),然而,BFO的短路電流(Jsc)非常低(大約μA/cm2量級)。迄今為止,在以鐵電為基礎的太陽能電池中,由于擁有大的剩余極化以及在薄膜電極界面處高的肖特基勢壘,PZT薄膜具有最大的光電轉換效率(η)。然而,報道的純PZT的最大轉換效率(約0.01%)依然遠遠小于晶體硅太陽能電池的轉換效率,這主要是因為鐵電體的導電性能差和禁帶寬度大的原因。本文主要工作包括以下兩個方面:(1)為了提高典型的寬帶隙鐵電材料在可見光波段有光譜響應,我們嘗試將能級匹配的半導體材料和鐵電薄膜材料復合起來。具體方法如下:在In2O3:Sn(ITO)玻璃上制備禁帶寬度3.6e V的PZT薄膜,然后將窄禁帶寬度(1.8e V)的非晶硅(a-Si)沉積在PZT/ITO/glass上,Ag作為上電極。實驗結果顯示,非晶硅薄膜與PZT薄膜的能級能很好地相匹配,有利于紫外可見光照誘導Ag/a-Si/PZT/ITO/glass樣品中的電荷的傳輸。光伏輸出可以通過改變非晶硅的摻雜類型調整,PZT薄膜和n型非晶硅薄膜(磷摻雜)復合結構最大的光電轉換效率測量能達到1.25%。(2)離子摻雜被認為是一種很有效的方法來提高鐵電薄膜的剩余極化和降低其結晶溫度。本文中,我們研究了Cr3+離子的摻雜濃度對Pb(Zr0.2Ti0.8)O3鐵電薄膜的微結構、鐵電性和光伏特性的影響。我們的實驗結果顯示,當Cr3+離子濃度小于1%時(摩爾比),Cr3+離子作為受主摻雜代替Ti4+離子,降低了剩余極化。然而,當Cr3+離子濃度大于1%時,Cr3+離子作為施主摻雜代替Pb2+離子,2Pr值迅速提高。當Cr3+離子濃度為3%時,2Pr值達到了124.44μC/cm2,這相當于PZT(無離子摻雜,45.15μC/cm2)的2.8倍。相應地,PCZT(Cr3+摻雜3%)的光伏輸出相比于PZT的光伏輸出高了約5倍。
【關鍵詞】：鐵電薄膜 PZT 光伏效應
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 引言10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 鐵電材料10-13
• 1.3 鐵電薄膜的光伏效應13-14
• 1.4 PZT材料的研究及應用14-15
• 1.5 PZT鐵電薄膜的摻雜改性研究15-16
• 1.6 本論文的研究意義及研究內容16-18
• 參考文獻18-20
• 第二章 樣品的制備、結構及性能的表征20-36
• 2.1 樣品的制備20-26
• 2.1.1 溶膠-凝膠法20-21
• 2.1.2 PZT前驅體溶液及薄膜的制備21-23
• 2.1.3 磁控濺射制備Pt、ITO電極與a-Si薄膜23-26
• 2.2 樣品的微結構分析26-30
• 2.2.1 X射線衍射分析27-28
• 2.2.2 掃描電鏡分析28-29
• 2.2.3 原子力顯微鏡分析29-30
• 2.3 樣品的光學性質表征30
• 2.3.1 紫外可見吸收特性30
• 2.4 樣品的電學性質研究30-32
• 2.4.1 鐵電性能30-31
• 2.4.2 I-V特性31-32
• 2.5 樣品的光伏特性的研究32-34
• 2.5.1 光照下的I-V特性32-33
• 2.5.2 入射單色光子-電子轉換效率33-34
• 2.6 本章小結34-35
• 參考文獻35-36
• 第三章 光電轉換效率超過 1%的以Pb（Zr，，Ti）O_3為基礎的鐵電太陽能電池36-56
• 3.1 引言36-37
• 3.2 樣品制備以及結構37-38
• 3.3 a-Si薄膜對PZT薄膜的微觀結構的影響38-52
• 3.3.1 PZT與a-Si/PZT樣品的結構分析39-40
• 3.3.2 a-Si層對PZT薄膜的鐵電性能的影響40-41
• 3.3.3 PZT和a-Si的禁帶寬度41-42
• 3.3.4 a-Si對PZT的光伏影響機制42-52
• 3.4 本章小結52-54
• 參考文獻54-56
• 第四章Cr~(3+)摻雜PZT薄膜的鐵電性和光伏輸出的提高56-67
• 4.1 引言56-57
• 4.2 制備樣品57
• 4.3 PCZT的微觀結構和鐵電性質57-63
• 4.3.1 Cr~(3+)對PZT薄膜的微觀結構的影響57-59
• 4.3.2 Cr~(3+)對PZT薄膜鐵電性能和漏電流的影響機制59-63
• 4.3.3 PZT與PCZT樣品的光伏效應63
• 4.4 本章總結63-65
• 參考文獻65-67
• 第五章 總結67-68
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文68-69
• 致謝69-70

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 王歆,莊志強,周海牛;鈣鈦礦型鐵電薄膜的溶膠-凝膠法制備[J];壓電與聲光;2002年01期

本文編號：642120