Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)鐵電薄膜的光伏效應(yīng)

【摘要】：鐵電薄膜作為一種光伏替代材料,在未來光伏應(yīng)用方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。近年來,鐵電光伏效應(yīng)以獨(dú)特的電子-空穴分離方式和高的開路電壓等特點(diǎn)使鐵電光伏研究逐漸復(fù)蘇并引起研究者極大興趣。然而到目前為止,盡管人們對鐵電光伏效應(yīng)已經(jīng)開展了一系列的研究,但是鐵電光伏效應(yīng)的機(jī)理依然存在爭議。本文采用溶膠-凝膠法制備了Bi3.15Nd0.85Ti3O12(BNT)鐵電薄膜,探討了薄膜退火條件、薄膜極化狀態(tài)、入射光照條件對BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的影響,主要研究工作和結(jié)果如下:1.退火條件對BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的影響在不同的退火條件(退火溫度分別為600°C、650°C和700°C;退火氣氛分別為氮?dú)?、氧氣和空?下制備了BNT鐵電薄膜,并對其微觀結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能及光伏效應(yīng)進(jìn)行了測試和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所制備的BNT鐵電薄膜具有良好的結(jié)晶性能,表面致密無裂紋。當(dāng)退火溫度從600°C增加到700°C,薄膜晶粒尺寸逐漸變大,鐵電性增強(qiáng),短路電流密度(Jsc)基本沒有變化,開路電壓(Voc)從-1 V減小到-0.5 V。隨著退火氣氛中的氧氣含量的增加,薄膜晶粒尺寸變化不大,鐵電性增強(qiáng),Jsc從2.5μA/cm2增加到4μA/cm2,Voc從-0.35 V增加到-0.43 V。2.極化狀態(tài)對BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的影響對不同極化狀態(tài)下的BNT鐵電薄膜進(jìn)行了暗、光J-V曲線測試和分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,短路電流的方向與極化電場方向相反。隨著外加電場的增大,Jsc逐漸增大并趨于飽和,Voc變化不大。此外,分析表明極化電場對于BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于薄膜與上下電極間不同肖特基勢壘導(dǎo)致的電場對BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的影響。3.光照條件對BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的影響通過對光照強(qiáng)度、入射光波長和光照時(shí)間的控制,研究了光照條件的改變對BNT鐵電薄膜光伏響應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨光照強(qiáng)度的增加,Jsc呈線性趨勢增加,而Voc基本不變。當(dāng)光子能量大于2.8 eV時(shí),Jsc迅速增加并在3.37 eV時(shí)達(dá)到最大,剛好對應(yīng)BNT鐵電薄膜的禁帶寬度(Eg≈3.3 eV)。當(dāng)紫外光照射于BNT鐵電薄膜表面時(shí),光電流會出現(xiàn)一個(gè)瞬態(tài)峰值,隨著時(shí)間的推移,光電流會在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)恒定值。 【關(guān)鍵詞】：BNT鐵電薄膜 光伏效應(yīng) 退火條件 極化狀態(tài) 光照條件
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 光伏技術(shù)9-10
• 1.2 鐵電材料10-13
• 1.2.1 鐵電體10-11
• 1.2.2 鐵電薄膜11-12
• 1.2.3 鐵電薄膜制備方法12-13
• 1.3 鐵電薄膜的光伏效應(yīng)13-17
• 1.3.1 傳統(tǒng)光生伏打效應(yīng)13-14
• 1.3.2 鐵電光伏效應(yīng)14-15
• 1.3.3 鐵電光伏的研究歷程15-16
• 1.3.4 常見的鐵電光伏結(jié)構(gòu)16-17
• 1.4 本文的選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容17-19
• 1.4.1 選題依據(jù)17-18
• 1.4.2 研究內(nèi)容18-19
• 第2章 BNT薄膜的制備及其電學(xué)性能表征19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 BNT薄膜的制備19-23
• 2.2.1 溶膠-凝膠方法簡介19-20
• 2.2.2 BNT薄膜的溶膠-凝膠法制備20-23
• 2.2.3 上電極的制備23
• 2.3 BNT鐵電薄膜結(jié)構(gòu)及其電學(xué)性能表征23-28
• 2.3.1 BNT薄膜的表征方法23-24
• 2.3.2 退火氣氛對BNT薄膜性能的影響24-25
• 2.3.3 退火溫度對BNT薄膜性能的影響25-27
• 2.3.4 光照對BNT薄膜性能的影響27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第3章 退火條件對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響30-34
• 3.1 引言30
• 3.2 退火氣氛對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響30-32
• 3.3 退火溫度對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響32-33
• 3.4 小結(jié)33-34
• 第4章 極化BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響34-39
• 4.1 引言34
• 4.2 極化大小對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響34-36
• 4.3 極化方向?qū)NT薄膜光伏響應(yīng)的影響36-37
• 4.4 本章小結(jié)37-39
• 第5章 光照條件對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響39-43
• 5.1 引言39
• 5.2 光照強(qiáng)度對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響39-40
• 5.3 入射光波長對BNT薄膜光伏響應(yīng)的影響40-42
• 5.4 本章小結(jié)42-43
• 第6章 總結(jié)與展望43-45
• 6.1 論文總結(jié)43-44
• 6.2 研究展望44-45
• 參考文獻(xiàn)45-50
• 致謝50

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