【摘 要】
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日益严重的能源短缺和环境恶化促进了科研工作者对新能源的研究和利用。在当前能源危机的形势下,光伏技术和产业得到了迅速发展。到目前为止,传统的单p-n结太阳能电池由于其技术成熟和相对较高的功率转换效率（PCE）,已经在太阳能电池行业占据了几十年的主导地位。然而,由于最大光电压受到带隙的限制,它们的PCE低于Shockley-Queisser极限（33.7%）。因此,新型光伏材料的开发备受关注。幸运的是
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日益严重的能源短缺和环境恶化促进了科研工作者对新能源的研究和利用。在当前能源危机的形势下,光伏技术和产业得到了迅速发展。到目前为止,传统的单p-n结太阳能电池由于其技术成熟和相对较高的功率转换效率（PCE）,已经在太阳能电池行业占据了几十年的主导地位。然而,由于最大光电压受到带隙的限制,它们的PCE低于Shockley-Queisser极限（33.7%）。因此,新型光伏材料的开发备受关注。幸运的是,在钙钛矿型材料中观察到的铁电光伏（FEPV）效应,并且由于其在太阳能电池中具有良好的稳定性和原材料易获得的优点而引起了研究人员的极大兴趣。在所有铁电钙钛矿型氧化物中,Bi0.5Na0.5Ti O3（BNT）衍生材料一直受到广泛关注。作为一种环境友好型的铁电材料,BNT具有～320°C的高居里温度（Tc）和～38μC/cm2的大剩余极化（Pr）强度。BNT的大自发极化使其在光伏领域的应用成为可能,这是因为在铁电体自发极化形成的内部偏致电场作用下,光激发载流子可以被有效分离。然而,纯BNT的带隙值大于3.1e V,因此光的吸收主要在深紫外（UV）区域,这限制了其在光伏领域的发展。传统的钙钛矿是ABO3型,近年来,研究人员在优化BNT材料的铁电、压电方面做了大量的工作,通过在ABO3型钙钛矿的A、B位进行替代,成功制备了Bi0.5Na0.5Ti O3-Ni Ti O3-δ、Bi0.5Na0.5Ti O3-Sr Fe O3-δ、Bi0.5Na0.5Ti O3-Sr Mn O3-δ、Bi0.5Na0.5Ti O3-Mg Co O3-δ。这种掺杂方法有效地降低了纯BNT的禁带宽度,扩展了BNT的光吸收范围。但是,对于该体系的光伏效应的研究较少。基于此,实验选择具有ABO3型的钙钛矿氧化物—Bi0.5Na0.5Ti O3。研究的体系主要是下面四项:（1-x）Na0.5Bi0.5Ti O3–x Ba Co0.5Nb0.5O3-δ（BNT–BCN;x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20）、（1-x）Na0.5Bi0.5Ti O3-x Ba Ni0.5Nb0.5O3-δ（BNT–BNN;x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20）、（1-x）Na0.5Bi0.5Ti O3-x Ba Zn0.5Nb0.5O3-δ（BNT–BZN;x=0.00、0.05、0.10、0.15、0.20）、（1-x）Na0.5Bi0.5Ti O3-x Ba Fe O3-δ（BNT–BF;x=0.00、0.20、0.05、0.70、0.10）系列铁电半导体陶瓷。采用离子掺杂的方式,在A、B位进行了过渡金属离子的掺杂,之后通过传统固相烧结工艺来制备陶瓷样品。通过对样品进行测试,成功地将铁电半导体陶瓷光学带隙降低到一定程度,并对其相结构、微观结构、晶格振动、光学特性、铁电性能、阻抗进行深入的研究。通过对结果的分析,发现BNT基体系的材料具有较高的光伏效应。这些结果对后续进一步研究钙钛矿铁电半导体光伏效应提供参考价值,有望在未来应用在现实当中,解决当前面临的能源短缺的问题。
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