【摘 要】
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在ABO3型铁电体钙钛矿材料(BiFeO3,Pb(Zr1-xTix)O3,BaTiO3)中已观察到光伏作用.但是O元素与过渡金属元素的电负性相差较大,使得ABO3型铁电体钙钛矿材料的禁带宽度较大(2.7-4 eV),较大的禁带宽度限制了其在太阳能电池方面的应用.KNbO3(KNO),作为一种重要的无铅型铁电材料,由于特殊的光学和电学材料,已经得到关注.研究表明采用BaNi1/2Nb1/2O3-δ(
【机 构】
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兰州化学物理研究所,甘肃兰州,730000;中国科学院大学,北京,100049 兰州化学物理研究所
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
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在ABO3型铁电体钙钛矿材料(BiFeO3,Pb(Zr1-xTix)O3,BaTiO3)中已观察到光伏作用.但是O元素与过渡金属元素的电负性相差较大,使得ABO3型铁电体钙钛矿材料的禁带宽度较大(2.7-4 eV),较大的禁带宽度限制了其在太阳能电池方面的应用.KNbO3(KNO),作为一种重要的无铅型铁电材料,由于特殊的光学和电学材料,已经得到关注.研究表明采用BaNi1/2Nb1/2O3-δ(BNNO)掺杂在KNO中,能有效的降低禁带宽度至1.18 eV.我们采用BaCo1/2Nb1/2O3-δ(BCNO)掺杂在KNO中,其中,Co元素的掺杂使得KBCNO的价带为Co的3d轨道和O的2p轨道杂化而成,由于Co的3d轨道位置高于O2p轨道位置,使得KBCNO的禁带宽度减小,增加了光吸收范围.随掺杂浓度的增加,样品粒径减小.且由KNO向KBCNO转变过程中,经历了一系列的相转变,先由正交晶型转变为四方晶型,再转变为立方晶型.且BCNO的掺杂减弱了晶体的长程有序性,为掺杂材料在太阳能电池方面的应用提供了可能性.我们采用真空热压烧结技术,制备了掺杂含量为0.1的KBCNO靶材,采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在TiO2纳米棒基底上沉积了KBCNO薄膜,制备了KBCNO@TiO2 NRs光电极.该光电极由于KBCNO由合适的禁带宽度,在400-700nm范围内有较强的吸收,采用标准三电极系统测试得光电极的光电转化效率为0.183%.这主要是因为KBCNO材料中能够吸收光子产生光生载流子,光激发电子能够跃迁到TiO2的导带中,再传输到导电玻璃中,由于外电路中电子的传输形成光电流.此外KBCNO中含有丰富的氧空位,氧空位的引入降低了光生电荷-空穴的复合,增加了光激发电子转移到TiO2导带中的数量,提高了电极的光电转化效率.
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