BiFeO_3薄膜結(jié)構(gòu)的制備及光伏效應(yīng)的研究

【摘要】：BaTiO_3(BTO),Pb(Zr Ti)O3(PZT)等都是常見的鐵電材料,它們都有鐵電光伏效應(yīng)。因為它們的禁帶寬度比較大,光電轉(zhuǎn)換效率通常比較低。近年來一種新的鐵電材料Bi Fe O3(BFO)引起了廣泛關(guān)注。BFO是一種居里溫度Tc=1110 K,尼爾溫度TN=650 K的具有反鐵磁性的鐵電材料。BFO具有簡單鈣鈦礦結(jié)構(gòu),其中氧八面體繞體對角線軸轉(zhuǎn)動一定的角度,形成一種偏離理想鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的斜方結(jié)構(gòu)。相對于單晶塊體和外延薄膜材料,多晶的BFO薄膜由于制備工藝簡單,成本價格比較低等因素在光探測器、光傳感器、光調(diào)制器及光電轉(zhuǎn)換器件等應(yīng)用方面具有明顯優(yōu)勢和潛在前景。本文研究了溶膠-凝膠法制備的BFO薄膜的特性,并對其進行了A位的替代改性,并對得到的BFO薄膜在室溫下的鐵電性,紫外特性,光伏特性進行了研究。本文主要研究了以下幾個方面的問題:(1)使用溶膠-凝膠方法在FTO/glass襯底成功制備了退火溫度在450°C到600°C的純相的BFO多孔薄膜,得到的薄膜在(100)方向上高度擇優(yōu)取向,450°C,500°C,550°C,600°C退火下的薄膜孔徑分別為2μm,2μm,6μm和1μm,通過紫外可見光吸收結(jié)果得到他們的禁帶寬度分別為2.31 e V,2.50 e V,2.51 e V和2.62 e V,這個結(jié)果比通常報道的禁帶寬度值要低。其中450°C和500°C退火的薄膜具有較高的光電導效應(yīng),在600°C退火的純相BFO薄膜具有較強的鐵電光伏效應(yīng)。(2)使用溶膠-凝膠方法在FTO/glass襯底上制備出了Na替代BFO薄膜。XRD測試結(jié)果表明經(jīng)過20%Na替代后,薄膜依舊呈隨機取向R3c鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。紫外可見光吸收結(jié)果表明薄膜在450 nm附近表現(xiàn)出較強的吸收。Na替代比例為0%,5%,10%,20%薄膜的帯隙寬度對應(yīng)分別為2.59 e V,2.63 e V,2.62 e V和2.52e V,其中20%Na替代的薄膜帯隙有所減小。20%Na替代的BFO薄膜的光伏效應(yīng)表現(xiàn)出較大的增強。20%Na替代的BFO薄膜的短路電流密度為1.224μA/cm2,開路電壓為-0.65 V。(3)使用溶膠-凝膠法在FTO/glass襯底上制備了K替代的BFO薄膜,XRD結(jié)果表明該膜是隨機取向的。紫外-可見光吸收結(jié)果表明該膜在500 nm附近有強烈的吸收情況。K替代量為0%,5%,10%和20%的薄膜帶隙分別是2.52 e V,2.59 e V,2.64 e V和2.62 e V。在20%的K替代的BFO薄膜中觀察到大的體光伏效應(yīng),而且光伏效應(yīng)顯著增強。短路電流密度為1.32μA/cm 2,開路電壓為-0.45V。當加在薄膜兩端的電壓大于內(nèi)部的矯頑場時,開路電壓的方向會發(fā)生變化。 【關(guān)鍵詞】：BiFeO_3 鐵電材料 禁帶寬度 光伏效應(yīng) 溶膠-凝膠
【學位授予單位】：湖北師范學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O484.1

您可以在本站搜索以下學術(shù)論文文獻來了解更多相關(guān)內(nèi)容