【摘 要】
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铁酸铋(BFO)作为单相铁电材料,在室温下可同时具有铁电性和铁磁性,开路电压不受禁带宽度限制,为太阳能电池转化效率上限提供了突破点。利用对光伏性能的调控,人们已经开发了许多具有特定功能的器件,这些器件广泛应用于光电子信息传感、光电信息存储和微电子器件等领域,在光伏产业应用中也大有潜力。本论文采用溶胶凝胶法制备BFO薄膜,并选择Er元素和Mn元素进行掺杂,以改善BFO薄膜的光伏性能。论文的主要研究内
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铁酸铋（BFO）作为单相铁电材料,在室温下可同时具有铁电性和铁磁性,开路电压不受禁带宽度限制,为太阳能电池转化效率上限提供了突破点。利用对光伏性能的调控,人们已经开发了许多具有特定功能的器件,这些器件广泛应用于光电子信息传感、光电信息存储和微电子器件等领域,在光伏产业应用中也大有潜力。本论文采用溶胶凝胶法制备BFO薄膜,并选择Er元素和Mn元素进行掺杂,以改善BFO薄膜的光伏性能。论文的主要研究内容如下:1、使用溶胶凝胶法制备浓度为0.3mol/L的前驱体,在FTO基底上制备逐层退火的BFO薄膜,探究了厚度与退火条件对样品光伏性能的影响。结果表明在550℃下退火15min的六层的BFO薄膜具有最优的光伏性能,结晶度较好,SEM结果显示膜层厚度约为530nm。2、制备了Er掺杂的的薄膜样品器件。结果显示Er元素掺杂能够促进相转变,细化晶粒并减小晶面间距。其中掺杂12.5%的样品器件光伏性能最好,短路电流密度达到3.658mA/cm2,开路电压为0.45V,光学带隙降低至2.55eV,转化效率相对提高26.91倍,表现出良好的光敏感度与器件稳定性。3、制备了Mn掺杂的薄膜样品器件。实验结果表明Mn元素影响BFO的结晶过程,使晶粒增大、孔隙增多、晶面间距变大。吸收光光谱显示BFMO与BFO的光学带隙接近,光伏性能的降低可能与氧空位增多有关。4、制备了Bi0.875Er0.125Fe0.975Mn0.025O3薄膜器件,结果表明光伏性能相对Mn掺杂样品有所提升。进一步对其进行分析表征,结果表明样品表面孔隙减少,结晶度提升,光学带隙下降至2.52eV,极大的减小了BFO的光学带隙,为后续研究提供了思路。
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