【摘 要】
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铁电氧化物BiFeO3（BFO）凭借其优异的光电特性被广泛应用于随机存储、光电探测、光致发光等领域。与其它铁电氧化物相比,BFO具有低于3.0 e V的相对窄带隙,因此被认为在光伏领域中极具发展潜力。当前,BFO材料的发展瓶颈在于由氧空位及铁离子的可变氧化态导致的漏电流。离子掺杂技术可有效改善BFO薄膜的光电性能,有望使其突破上述瓶颈。本研究采用溶胶凝胶法制备BFO薄膜,并为之匹配空穴传输层NiO
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铁电氧化物BiFeO3（BFO）凭借其优异的光电特性被广泛应用于随机存储、光电探测、光致发光等领域。与其它铁电氧化物相比,BFO具有低于3.0 e V的相对窄带隙,因此被认为在光伏领域中极具发展潜力。当前,BFO材料的发展瓶颈在于由氧空位及铁离子的可变氧化态导致的漏电流。离子掺杂技术可有效改善BFO薄膜的光电性能,有望使其突破上述瓶颈。本研究采用溶胶凝胶法制备BFO薄膜,并为之匹配空穴传输层NiO薄膜,构造平面异质结结构;在此基础上对BFO的Fe位分别进行了Cr和Zn的掺杂、合成Bi Fe1-xCrxO3（BFCO）以及Bi Fe1-xZnxO3（BFZO）（x=0.2～0.8）,进一步研究BFX（X=Cr,Zn）O/NiO异质结构在可见光范围内的光电响应特性。研究内容包括以下三个部分:（1）利用溶胶凝胶法在FTO基底上制备得到BFO薄膜,并对BFO薄膜的结构、形貌、光吸收、漏电流等进行系统研究;将BFO与p型NiO空穴传输层结合构建BFO/NiO异质结构,光电测试表明异质结可有效降低器件的漏电流、提升其光电响应速率。（2）采用溶胶-凝胶法合成BFCO薄膜,并以NiO作为空穴传输层,构建BFCO/NiO异质结。系统研究Cr掺杂比例对BFCO薄膜的影响,证明Cr掺杂能有效抑制Fe3+的还原和氧空位的产生,因此能有效地降低BFCO薄膜的漏电流密度。BFCO/NiO异质结的可见光响应时间可达到毫秒量级,比纯BFO/NiO薄膜低近两个数量级、比单层BFCO薄膜低一个数量级。上述研究表明利用BFCO-NiO的功能界面结构,促进了光生电子-空穴对的分离,改善载流子输运速率,实现了基于BFCO薄膜的对可见光的快速探测性能。（3）同样采用Fe位取代的策略,在BFO中掺杂锌离子,合成BFZO薄膜。通过优化Zn离子的掺杂比例,可将BFZO带隙由2.54 e V缩小至2.0 e V左右。在FTO衬底上制备BFZO/NiO异质结,进一步改善载流子的传输效率,使得异质结对可见光具有快速光响应速率,响应时间常数可达0.36 ms,该性能优于目前文献报道的同类BFO基光电探测器。
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