近年来铁电材料的反常光伏效应引起了广泛的研究兴趣,具有反常光伏效应的铁电材料不仅可获得超过禁带宽度的开路电压,而且还可以通过改变材料的极化状态来调控器件的开路电压和短路电流的方向。然而传统的钙钛矿铁电材料的禁带宽度一般为3-4 eV,远远大于太阳能电池最佳带隙1.4 eV,无法充分吸收太阳光,限制了其能量转化效率。降低禁带宽度的同时维持较强的剩余极化强度是提高铁电光伏器件能量转换效率的关键。双钙钛矿型Bi₂FeCrO₆（BFCO）材料是铁电光伏器件的理想选择。理论计算表明B位Fe/Cr离子有序的BFCO具有高达80μC/cm²的剩余极化强度、饱和磁化强度约160 emu/cc的亚铁磁性以及1.48 eV合适的禁带宽度。同时具有较强铁电性、磁性以及较低的禁带宽度使得BFCO在太阳能电池、磁电耦合、自旋电子学、半导体器件等众多重要领域内具有诱人的应用前景。有鉴于此,本论文对双钙钛矿型BFCO材料展开了研究。本文采用了脉冲激光沉积技术制备BFCO外延薄膜,摸索了薄膜制备工艺,研究了BFCO薄膜的磁学性能、光学性能以及铁电性能三个最主要的材料特性,深入地研究并探讨了BFCO薄膜的性能与结构之间的联系,最后将BFCO薄膜应用于铁电光伏器件。具体内容如下:1、使用脉冲激光沉积系统（PLD）在SrTiO₃单晶衬底上制备了BFCO外延薄膜,详细研究了氧气压、衬底温度和脉冲激光频率对BFCO薄膜成相和表面形貌的影响。研究表明BFCO薄膜最佳的PLD制备工艺为衬底温度700°C、氧气压0.8Pa、脉冲激光频率6Hz。此时,BFCO薄膜为高质量的纯相外延薄膜,002衍射峰摇摆曲线半高宽约0.08°,表面粗糙度仅为0.5 nm。此外,XRD测试表明BFCO薄膜存在1/2 1/2 1/2和3/2 3/2 3/2两个超晶格衍射峰,而且超晶格衍射峰的相对强度可以通过改变衬底温度和脉冲激光频率来方便地调节,最高相对强度达到4.4%。X射线光电子能谱（XPS）分析表明Fe、Cr离子价态均以+3价为主,从离子价态和离子半径角度讨论了Fe/Cr离子有序度问题。2、前人认为1/2 1/2 1/2和3/2 3/2 3/2超晶格衍射峰是双钙钛矿材料B位离子有序的判据。本文采用PPMS和UV-VIS-NIR测试并分析了BFCO薄膜的磁性与光学性能。研究发现具有很强超晶格衍射峰强度（R=4.4%）和不具有超晶格衍射峰（R=0）的BFCO薄膜饱和磁化强度均很小（6 emu/cc以内）,远低于理论预测的B位Fe/Cr离子有序排列的BFCO饱和磁化强度（160 emu/cc）。此外BFCO薄膜禁带宽度结果表明具有不同超晶格衍射峰强度（R=0⁴.4%）的样品禁带宽度都在2.5 eV左右,远大于理论计算的有序BFCO禁带宽度（1.48 eV）。以上饱和磁矩和禁带宽度的测试结果表明具有强超晶格衍射峰的BFCO薄膜B位Fe/Cr离子依然是无序排列的,超晶格衍射峰并不能构成BFCO薄膜Fe/Cr离子有序的充要判据。3、进一步的变温HRXRD和RSM测试表明,BFCO薄膜在600 K时发生低温菱方相向高温四方相转变的结构相变,同时超晶格衍射峰消失,而在降温过程中,超晶格衍射峰重新出现。另外,变温Raman光谱表明室温下BFCO具有与BiFeO₃类似的特征谱,均为菱方相。随着温度的升高,Ag-like模在573-623 K发生蓝移,同时A₁（LO）模消失,与HRXRD测试的结构相变一致。上述研究结果明确地排除了B位Fe/Cr离子有序排列的可能性。4、BFCO薄膜的铁电性测试结果表明其铁电极化沿菱方相111方向,具有较低超晶格衍射峰强度的111取向BFCO薄膜的铁电极化强度约为80μC/cm²。然而具有很强超晶格衍射峰强度的111取向BFCO薄膜的铁电极化强度高达91μC/cm²,较前者提高了15%。本论文认为强超晶格衍射峰来源于A位Bi³⁺离子和B位Fe³⁺/Cr³⁺离子沿111方向存在的附加位移。这一附加位移对铁电性有贡献并提高了铁电极化强度。5、上述研究表明BFCO外延薄膜具有很强的剩余极化强度与较低的禁带宽度,本文探索了BFCO薄膜在铁电光伏器件中的应用。在导电的Nb掺杂SrTiO₃单晶衬底上外延了BFCO薄膜,使用透明导电ITO薄膜作为上电极制备了太阳能电池。在AM 1.5G模拟太阳光源照射下,电池的开路电压为1.1 V,短路电流为1.6 mA/cm²,能量转换效率约为0.9%。此外使用外加电场改变BFCO薄膜的铁电极化状态可以有效地调控其光伏输出。在ITO上电极施加足够强的电场将铁电极化方向完全翻转向下时得到最佳的光伏输出,此时开路电压达到2.8 V,短路电流提高至2.3mA/cm²,能量转换效率提高至3.9%,显示了Bi₂FeCrO₆材料在铁电光伏领域诱人的应用潜力。