类钙钛矿型光电功能材料与器件的制备及性能研究

来源 :贵州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tower2008
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典型的类钙钛矿Bi Fe O3是一种同时具有铁电性和铁磁性的多铁材料,在室温条件下表现出优异的多铁性和光学性使其在存储器、光电探测器以及太阳能电池等领域成为候选材料,但是漏电流密度较大、铁磁性能较弱等限制其在各领域的应用。因此,本文基于Bi Fe O3的独特性利用溶胶-凝胶技术成功制备了B位Cr掺杂的Bi Fe O3薄膜、基于半导体Sn O2的复合薄膜以及简单的异质结器件,主要研究成果如下:利用溶胶凝胶技术在Pt(111)/Ti/Si O2/Si(100)和FTO衬底上成功合成了Bi Fe1-xCrxO3薄膜。掺杂后薄膜表面形貌改善、晶粒尺寸有所增大、漏电流密度减小,电学、光学和磁学性能增强,在x=6%时,薄膜的剩余极化值2Pr达到14.06μC/cm~2,漏电流密度降低了4个数量级。掺杂薄膜吸收边发生明显的红移现象,其带隙由2.3 e V降低到2.1 e V;在掺杂量为12%时饱和磁化强度达到31.1emu/cm~3。利用溶胶-凝胶技术在Si、Pt(111)/Ti/Si O2/Si(100)和FTO衬底上制备基于半导体Sn O2的双层复合薄膜Sn O2/Bi Fe O3和Sn O2/Bi Fe0.94Cr0.06O3。引入Sn O2后薄膜表面形貌和性能有所改善、漏电流密度降低了2个数量级铁电性能增强,光学和磁学性能也有所增大,Sn O2/Bi Fe O3的饱和磁化强度达到30.7 emu/cm~3,Sn O2/Bi Fe0.94Cr0.06O3复合薄膜的光学带隙减小到2.12 e V,基于Sn O2的复合薄膜都表现出一定的压电性能。引入传输层Cu O作为器件的阳极材料,利用溶胶-凝胶制备方法在Si和FTO衬底上成功合成Sn O2/Bi Fe O3/Cu O和Sn O2/Bi Fe0.94Cr0.06O3/Cu O异质结构。XRD表明Sn O2、Bi Fe O3和Cu O的晶相良好地存在于三层复合薄膜,异质结薄膜表面致密、光滑,无明显的裂纹和气孔,Sn O2/Bi Fe0.94Cr0.06O3/Cu O异质结的压电响应幅值达到5 m V,相位发生180°翻转,具有良好的压电性能。光学吸收边产生红移,光学带隙减小到1.96 e V。测试薄膜J-V特性得到较理想的开路电压为0.55 V,短路电流为0.60 m A/cm~2,表明异质结为探索铁电光伏提供了一种新前景。
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