鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法、鐵電薄膜和太陽能光伏電池的制作方法
【專利摘要】一種Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，包括以下步驟：步驟(1)，采用溶膠凝膠方法制備稀土元素?fù)诫s的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜；步驟(2)，向Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜兩級(jí)施加周期性外電場調(diào)控其光學(xué)帶隙。通過稀土元素?fù)诫s和周期性外電場的共同作用，實(shí)現(xiàn)了Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光學(xué)帶隙由3.01eV窄化為2.47eV，從而使得其光伏響應(yīng)從紫外光區(qū)向可見光區(qū)出現(xiàn)移動(dòng)，拓寬了光譜響應(yīng)范圍，同時(shí)還進(jìn)一步提升了鐵電薄膜極化性能，減少了疲勞現(xiàn)象的發(fā)生，大大提高了Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜作為太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。
【專利說明】
鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法、鐵電薄膜和太陽能光伏電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于陶瓷組合物領(lǐng)域，特別是涉及一種Bi5Ti3Fe015#電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法、一種Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜和一種具有Bi5Ti3FeO1^電薄膜的光伏電池。
【背景技術(shù)】
[0002]開發(fā)成本低廉、無污染、轉(zhuǎn)換效率高的太陽能電池，是充分利用太陽能這一清潔能源，解決各類能源短缺和環(huán)境污染的有效途徑。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體薄膜異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光伏電壓受到半導(dǎo)體材料電子帶隙(Eg)的制約，限制了其進(jìn)一步大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。傳統(tǒng)鐵電材料的電流密度較小且電子帶隙偏大(約3.5eV)，需要在紫外光的照射下才會(huì)有較大光電流產(chǎn)生，作為太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率過低。
[0003]窄帶隙單相多鐵材料BiFeO3由于其電子帶隙相對(duì)較窄(約2.67eV)，對(duì)應(yīng)的光子吸收頻率在可見光范圍之內(nèi)，具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率。特別是Bi5Ti3FeO1Mt為一種環(huán)境友好的無鉛基多鐵材料，具有優(yōu)異的鐵電性和漏電性能。但是，Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜作為太陽能電池的基礎(chǔ)材料，仍存在電子帶隙過大、光子吸收頻率范圍較小、鐵電極化較小、光電轉(zhuǎn)換效率低等問題。
[0004]同時(shí)，鐵電光伏效應(yīng)來源于在電疇疇壁附近電子和空穴對(duì)的分離，鐵電極化性能對(duì)光伏效應(yīng)將產(chǎn)生非常重要的影響。Bi5Ti3Fe015#電薄膜在周期性電場作用下，極化性能通常會(huì)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，電疇的翻轉(zhuǎn)變得非常困難，從而導(dǎo)致鐵電極化性能下降，進(jìn)一步降低了光電轉(zhuǎn)換效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種操作步驟簡便效果顯著、可靠性高的利用稀土摻雜和周期性電場調(diào)控Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)的方法，一種光學(xué)帶隙窄、抗疲勞性能強(qiáng)的Bi5Ti3Fe015#電薄膜，以及一種具有所述Bi5Ti3Fe015#電薄膜結(jié)構(gòu)的太陽能光伏電池。
[0006]—種Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，包括以下步驟:步驟(I)，制備稀土元素?fù)诫s的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜;步驟(2)，向Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜兩級(jí)施加周期性外電場。所述步驟(I)采用溶膠凝膠方法，。通過稀土元素?fù)诫s和周期性外電場的共同作用，實(shí)現(xiàn)了Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光學(xué)帶隙的窄化，使得光伏響應(yīng)由純相薄膜的近紫外光區(qū)向可見光區(qū)移動(dòng)，拓寬了光譜響應(yīng)范圍，同時(shí)其鐵電光伏效應(yīng)的抗疲勞性能也大大提高。
[0007]進(jìn)一步，步驟(I)中所述稀土元素為Ho，摻雜的摩爾比例為I?20%。在配置Bi5Ti3FeO15前軀體溶液時(shí)，通過添加硝酸鈥(Ho(NO3)3.9H20)實(shí)現(xiàn)稀土元素Ho的摻雜;Bi含量按照化學(xué)計(jì)量比過量10%，以彌補(bǔ)在熱處理過程中Bi的揮發(fā);前軀體溶液濃度為0.2mol/L0
[0008]進(jìn)一步，步驟(2)中所述的周期性外電場為三角波、正弦波或梯形波的脈沖。其中優(yōu)選為三角波脈沖，以避免瞬間施加高電場導(dǎo)致的電場突變，造成的薄膜被擊穿。
[0009]進(jìn)一步，所述脈沖峰值為150?250kV/cm。電場脈沖峰值優(yōu)選為200kV/cm。施加的電場高于250kV/cm，會(huì)導(dǎo)致薄膜被反復(fù)施加的電場擊穿，而施加的電場太低會(huì)導(dǎo)致電疇翻轉(zhuǎn)不完全，不能達(dá)到電疇反復(fù)翻轉(zhuǎn)的目的。
[0010]進(jìn)一步，所述脈沖頻率為10?10kHz，施加的電循環(huán)的次數(shù)為16?101()次。優(yōu)選脈沖頻率為50kHz，施加的電循環(huán)次數(shù)為101()次，這樣可以在不耗費(fèi)過長時(shí)間的前提下，獲得較好的薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控效果。
[0011]進(jìn)一步，所述步驟(I)中摻雜稀土元素為Ho，摻雜摩爾比例為10% ;所述步驟(2)中周期性外電場為三角波脈沖，所述脈沖峰值為200kV/cm、頻率為50kHz，施加的電循環(huán)次數(shù)為I O10次。
[0012]一種Bi5Ti3Fe015#電薄膜，根據(jù)所述的Bi5Ti3Fe015#電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法制備而成。所述Bi5Ti3Fe015#電薄膜的光學(xué)帶隙為2.47eV，相對(duì)傳統(tǒng)的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜，實(shí)現(xiàn)了其光伏響應(yīng)從紫外光區(qū)向可見光區(qū)的移動(dòng)。
[0013]一種太陽能光伏電池，具有上述Bi5Ti3Fe015#電薄膜結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明利用稀土元素?fù)诫s和周期性電場共同調(diào)控Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光學(xué)帶隙的方法，實(shí)現(xiàn)了Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光學(xué)帶隙由3.0leV窄化為2.47eV，從而使得其光伏響應(yīng)從紫外光區(qū)向可見光區(qū)出現(xiàn)移動(dòng)，拓寬了光譜響應(yīng)范圍，同時(shí)還進(jìn)一步提升了鐵電薄膜極化性能，減少了疲勞現(xiàn)象的發(fā)生，大大提高了Bi5Ti3Fe015#電薄膜作為太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率和使用壽命。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明采用的Bi5Ti3Fe015#電薄膜光伏效應(yīng)的譜相應(yīng)和J-V特性測試系統(tǒng)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的純相和Ho摻雜Bi5Ti3FeO15薄膜的X射線衍射圖；
[0017]圖3為不同強(qiáng)度周期性外電場的條件下，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備的純相和Ho摻雜Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜的鐵電性的調(diào)控；
[0018]圖4為不同頻率周期性外電場的條件下，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備的純相和Ho摻雜Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜的介電性的調(diào)控；
[0019]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1制備的純相和Ho摻雜的Bi5Ti3Fe015#電薄膜的鐵電光伏效應(yīng)的光譜響應(yīng)；
[0020]圖6為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備的純相和Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜的鐵電光伏效應(yīng)的電流-電壓特性的調(diào)控。
[0021]圖1中的附圖標(biāo)記為:1_氙燈光源、2-光學(xué)斬波器、3-光纖、4-光學(xué)濾波器、5-光柵單色儀、6-暗室、7-樣品托、8-襯底、9-薄膜、10-電極、11-鎖相放大器、12-2400數(shù)字源表、13-阻抗分析儀、14-測試系統(tǒng)
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下結(jié)合實(shí)施例1至5和附圖1至6，進(jìn)一步說明本發(fā)明鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法、鐵電薄膜和太陽能光伏電池的【具體實(shí)施方式】和產(chǎn)生效果。本發(fā)明鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法、鐵電薄膜和太陽能光伏電池不限于以下實(shí)施例的描述。
[0023]本發(fā)明Bi5Ti3Fe015#電薄膜的調(diào)控、制備和測試步驟如下:
[0024]第一步:制備純相的和稀土摻雜Bi5Ti3Fe015#電薄膜。將純相的Bi5Ti3FeO1^PHo摻雜的Bi5Ti3FeO15前軀體溶液旋涂在襯底上并在加熱平臺(tái)上烘干以去除其中的有機(jī)成分，在氧氣氣氛和700°C下快速退火5分鐘，重復(fù)18次獲得需要的薄膜的厚度，將沉積得到的純的以及稀土摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜在氧氣氣氛、700°C下快速退火30分鐘獲得純相的和稀土摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜，最后在薄膜上表面蒸鍍直徑是200微米的金電極。
[0025]其中，配制Bi5Ti3FeO15前軀體溶液優(yōu)選乙二醇作為溶劑，將硝酸鉍(Bi (NO3)3.5H20)、硝酸鐵(Fe(NO3)3.9H20)、硝酸鈥(Ho(NO3)3.9H20)和鈦酸四丁酯(Ti(C4H9O)4)分別溶解于乙二醇后混合。在計(jì)算溶液化學(xué)劑量比時(shí)，優(yōu)選Bi含量過量10%，以彌補(bǔ)在熱處理過程中Bi的揮發(fā)。前軀體溶液濃度控制在0.2mol/L。襯底優(yōu)選鉑的硅片(Pt(lll)/Ti/Si02/Si(100))，該襯底通過在(100)取向單晶Si上依次外延生長Si02、Ti和Pt而形成。薄膜的旋涂速度優(yōu)選為400轉(zhuǎn)/分鐘旋涂15秒后，再以4000轉(zhuǎn)/分鐘旋涂50秒，加熱烘干的溫度優(yōu)選250Γ。
[0026]第二步:向第一步制備的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜兩極施加周期性外電場。利用圖1所示的測試系統(tǒng)提供周期性外電場，通過探針分別與Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜的兩個(gè)電極相連，施加三角波脈沖的周期性外電場，電場的大小為200kV/cm，施加周期性外電場的頻率為50kHz，施加脈沖電場的次數(shù)為101()次。
[0027]其中，優(yōu)選三角波脈沖可以有效避免瞬間施加高電場而造成的薄膜被擊穿。脈沖頻率為50kHz為優(yōu)選頻率，頻率太低會(huì)導(dǎo)致施加周期性電場的耗時(shí)太長，施加頻率太高，會(huì)導(dǎo)致測試儀器過飽和工作給測試帶來誤差。施加電場的優(yōu)選電場為200kV/cm，施加的電場高于250kV/cm會(huì)導(dǎo)致薄膜被反復(fù)施加的電場擊穿，而施加的電場太低會(huì)導(dǎo)致電疇翻轉(zhuǎn)不完全，不能達(dá)到電疇反復(fù)翻轉(zhuǎn)的目的。
[0028]第三步:使用氙燈作為太陽光模擬器，經(jīng)過光學(xué)斬波器和濾波片通過光纖進(jìn)入光柵光譜儀，獲得波長步長為0.2nm的單色光，在暗室中照射到薄膜樣品上，測量樣品產(chǎn)生的光電流，經(jīng)鎖相放大器后獲得光生電流，從而測量Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)的光譜響應(yīng)。Bi5Ti3FeO15薄膜的鐵電光伏效應(yīng)的光譜響應(yīng)和J-V特性測試系統(tǒng)(簡稱“測試系統(tǒng)”)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0029]第四步:利用氙燈模擬太陽光，經(jīng)光學(xué)斬波和濾波后通過光纖傳輸直接照射到樣品表面，測試薄膜全波段光譜照射下周期性外電場調(diào)控的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏行為。利用測試系統(tǒng)和阻抗分析儀，測試太陽光照射下其鐵電性和介電性質(zhì)受外電場的調(diào)控行為。
[0030]第五步:利用吉時(shí)利2400數(shù)字源表測量Bi5Ti3Fe015#電薄膜光伏行為的電流-電壓曲線，得到稀土元素?fù)诫s和周期性外電場對(duì)Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏行為調(diào)控的J-V特性。
[0031]以下為稀土元素Ho摻雜和周期性電場共同對(duì)Bi5Ti3Fe015#電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控的具體實(shí)施例。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]配制純相的和稀土摻雜Bi5Ti3FeO15前軀體溶液，將Bi5Ti3FeO1JPHo摻雜的Bi5Ti3FeO15前軀體溶液旋涂在襯底上并在加熱平臺(tái)上烘干以去除其中的有機(jī)成分，在氧氣氣氛和700°C下快速退火5分鐘，重復(fù)18次獲得需要的薄膜的厚度，將沉積得到的純的以及稀土摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜在氧氣氣氛、700°C下快速退火30分鐘獲得純相的和稀土摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜，最后在薄膜上表面蒸鍍直徑是200微米的金電極。
[0034]利用測試系統(tǒng)提供周期性外電場，通過探針分別與純相的和稀土摻雜Bi5Ti3FeO15薄膜電容器兩個(gè)電極相連，施加三角波脈沖的周期性外電場，電場的大小為200kV/cm，施加周期性外電場的頻率為50kHz，施加脈沖電場的次數(shù)為101()次。
[0035]利用氙燈模擬太陽光，太陽光經(jīng)光學(xué)斬波和濾波后，通過光纖傳輸，經(jīng)單色儀衍射后以單色光照射到純相的和稀土摻雜別511#6015樣品表面用以測試純相的和稀土摻雜Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜的鐵電光伏效應(yīng)的光譜響應(yīng)。
[0036]將氙燈直接經(jīng)光纖導(dǎo)入暗室模擬太陽光直射到純相的和稀土摻雜Bi5Ti3FeO1Q^膜樣品表面，使用吉時(shí)利2400數(shù)字源表測試薄膜的電流-電壓曲線，從而測試周期性電場和稀土摻雜對(duì)其鐵電光伏效用的調(diào)控，使用測試系統(tǒng)測試光照和周期性電場對(duì)其鐵電性的調(diào)控，使用阻抗分析儀測試光照和周期性電場對(duì)其介電性的調(diào)控。
[0037]如圖2所示，X射線衍射圖顯示出所制備薄膜為結(jié)晶良好的層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)純相的和稀土摻雜Bi5Ti3FeO15成分。
[0038]如圖3所示，為稀土摻雜和周期性外電場純相和稀土摻雜Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜性的調(diào)控。從圖3可以看出，摻雜了稀土元素Ho之后，Bi5Ti3FeO15薄膜的鐵電性得到了提高，其剩余極化強(qiáng)度從19.lyC/cm2提高到了27.6yC/cm2;純相的Bi5Ti3FeO15薄膜樣品經(jīng)過1iq次電循環(huán)后，其鐵電性出現(xiàn)大幅降低，而對(duì)于稀土 Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜樣品經(jīng)過1iq次電循環(huán)后，其鐵電性下降的并不明顯，結(jié)果表明稀土摻雜能夠改善薄膜的抗疲勞性能。光照后，發(fā)生鐵電疲勞薄膜的鐵電性得到了一定程度的恢復(fù)，表明光照在一定程度上對(duì)鐵電疲勞起到一定的恢復(fù)作用。
[0039]如圖4所示，為稀土摻雜和周期性外電場對(duì)實(shí)施例1制得純相和稀土摻雜Bi5Ti3FeOi5薄膜介電性的調(diào)控。從圖4可以看出，摻雜了稀土元素鈥后，Bi5Ti3FeOi5薄膜的相對(duì)介電常數(shù)出現(xiàn)了增強(qiáng)的現(xiàn)象;而施加了周期性外電場后，純相和稀土摻雜Bi5Ti3FeO1Q^膜的介電常數(shù)都出現(xiàn)了下降。
[0040]如圖5所示，為純相的和稀土摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜的鐵電光伏效應(yīng)的光譜響應(yīng)圖。從圖5可以看出，Bi5Ti3FeO15薄膜摻雜了稀土元素Ho后，薄膜的鐵電光伏的光譜響應(yīng)的峰值從紫外光區(qū)向可將光區(qū)出現(xiàn)移動(dòng)，光伏響應(yīng)在可將光區(qū)的光電轉(zhuǎn)換效率可得到大幅提升。
[0041]如圖6所示，為稀土摻雜和周期性外電場鐵電薄膜光伏效應(yīng)電流-電壓特性的調(diào)控。從圖6可以看出，摻雜了稀土元素Ho后，Bi5Ti3FeO15薄膜的光伏特性得到了提高，對(duì)于純相的Bi5Ti3FeO15薄膜其開路電壓和短路電流密度近似為-0.19V和4.1 X 10—4mA/cm2，而摻雜稀土元素鈥后之后，其開路電壓和短路電流密度提高到了-0.58V和5 X 10—4mA/cm2;經(jīng)過周期性電場的101()次電循環(huán)后，純相的Bi5Ti3FeO15薄膜的光伏效應(yīng)大幅下降，其開路電壓和短路電流密度近似為0，表明純相的Bi5Ti3FeOW^膜的鐵電光伏抗疲勞性較差，而對(duì)于摻雜稀土元素鈥后，薄膜仍然保持良好的鐵電光伏效應(yīng)，其開路電壓和短路電流分別為-0.25V和6X 10—3mA/cm2。
[0042]以上結(jié)果表明稀土摻雜和周期性外電場能夠共同調(diào)控Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜的光伏效應(yīng)。圖2至圖6中，BTFO代表純相的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜，BHTFO代表Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜
[0043]實(shí)施例2:
[0044]按照實(shí)施例1的方法步驟制備純相的和Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜，使用測試系統(tǒng)提供周期性外電場，施加一定的電循環(huán)后得到電循環(huán)后測試其光伏響應(yīng)行為。使用氙燈作為太陽光模擬器，經(jīng)過光學(xué)斬波器和濾波片通過光纖進(jìn)入光柵光譜儀，獲得波長步長為0.2nm的單色光，在暗室中照射到薄膜樣品上，測試樣品產(chǎn)生的光電流，經(jīng)鎖相放大器后得到光生電流，從而得到鐵電薄膜光伏效應(yīng)的光響應(yīng)圖譜。將氙燈直接經(jīng)光纖導(dǎo)入暗室模擬太陽光直射到薄膜樣品表面，使用吉時(shí)利2400數(shù)字源表測試薄膜的電流-電壓曲線，從而測試周期性電場和稀土摻雜對(duì)其鐵電光伏效用的調(diào)控，使用測試系統(tǒng)測試光照和周期性電場對(duì)其鐵電性的調(diào)控，使用阻抗分析儀測試光照和周期性電場對(duì)其介電性的調(diào)控。相對(duì)于實(shí)施例I，區(qū)別僅在于施加周期性電場的次數(shù)為16次。
[0045]實(shí)施例3:
[0046]按照實(shí)施例1的工藝制備純相的和Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜，使用測試系統(tǒng)提供周期性外電場，施加一定的電循環(huán)后測試電循環(huán)后測試其光伏響應(yīng)行為。使用氙燈作為太陽光模擬器，經(jīng)過光學(xué)斬波器和濾波片通過光纖進(jìn)入光柵光譜儀，獲得波長步長為0.2nm的單色光，在暗室中照射到薄膜樣品上，測試樣品產(chǎn)生的光電流，經(jīng)鎖相放大器后得到光生電流，從而得到鐵電薄膜光伏效應(yīng)的光響應(yīng)圖譜。將氙燈直接經(jīng)光纖導(dǎo)入暗室模擬太陽光直射到薄膜樣品表面，使用吉時(shí)利2400數(shù)字源表測試薄膜的電流-電壓曲線，從而測試周期性電場和稀土摻雜對(duì)其鐵電光伏效用的調(diào)控，使用測試系統(tǒng)測試光照和周期性電場對(duì)其鐵電性的調(diào)控，使用阻抗分析儀測試光照和周期性電場對(duì)其介電性的調(diào)控。相對(duì)于實(shí)施例1，區(qū)別僅在于施加周期性電場的大小為100kV/cm。
[0047]實(shí)施例4:
[0048]按照實(shí)施例1的工藝制備純相的和Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜，使用測試系統(tǒng)提供周期性外電場，施加一定的電循環(huán)后測試電循環(huán)后測試其光伏響應(yīng)行為。使用氙燈作為太陽光模擬器，經(jīng)過光學(xué)斬波器和濾波片通過光纖進(jìn)入光柵光譜儀，獲得波長步長為0.2nm的單色光，在暗室中照射到薄膜樣品上，測試樣品產(chǎn)生的光電流，經(jīng)鎖相放大器后得到光生電流，從而得到鐵電薄膜光伏效應(yīng)的光響應(yīng)圖譜。將氙燈直接經(jīng)光纖導(dǎo)入暗室模擬太陽光直射到薄膜樣品表面，使用吉時(shí)利2400數(shù)字源表測試薄膜的電流-電壓曲線，從而測試周期性電場和稀土摻雜對(duì)其鐵電光伏效用的調(diào)控，使用測試系統(tǒng)測試光照和周期性電場對(duì)其鐵電性的調(diào)控，使用阻抗分析儀測試光照和周期性電場對(duì)其介電性的調(diào)控。相對(duì)于實(shí)施例1，區(qū)別僅在于施加周期性電場的大小為400kV/cm。
[0049]實(shí)施例5:
[0050]按照實(shí)施例1的工藝制備純相的和Ho摻雜的Bi5Ti3FeO15薄膜，使用測試系統(tǒng)提供周期性外電場，施加一定的電循環(huán)后測試電循環(huán)后測試其光伏響應(yīng)行為。使用氙燈作為太陽光模擬器，經(jīng)過光學(xué)斬波器和濾波片通過光纖進(jìn)入光柵光譜儀，獲得波長步長為0.2nm的單色光，在暗室中照射到薄膜樣品上，測試樣品產(chǎn)生的光電流，經(jīng)鎖相放大器后得到光生電流，從而得到鐵電薄膜光伏效應(yīng)的光響應(yīng)圖譜。將氙燈直接經(jīng)光纖導(dǎo)入暗室模擬太陽光直射到薄膜樣品表面，使用吉時(shí)利2400數(shù)字源表測試薄膜的電流-電壓曲線，從而測試周期性電場和稀土摻雜對(duì)其鐵電光伏效用的調(diào)控，使用測試系統(tǒng)測試光照和周期性電場對(duì)其鐵電性的調(diào)控，使用阻抗分析儀測試光照和周期性電場對(duì)其介電性的調(diào)控。相對(duì)于實(shí)施例1，區(qū)別僅在于施加周期性電場的頻率為IMHz。
[0051]通過實(shí)施例1至5充分說明，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了通過稀土元素?fù)诫s和周期性電場作用共同調(diào)控了 Bi5Ti3FeO15薄膜的鐵電光伏行為。通過稀土摻雜實(shí)現(xiàn)了光學(xué)帶隙的窄化，而使得光伏響應(yīng)由原來的近紫外光區(qū)向可見光區(qū)移動(dòng)，并且其鐵電光伏效應(yīng)的抗疲勞性能大大提高。本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，為加速實(shí)現(xiàn)鐵電光伏效應(yīng)的調(diào)控和推進(jìn)具有Bi5Ti3Fe015#電薄膜的太陽能光伏電池的研究應(yīng)用提供了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的途徑。
[0052]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟(I)，制備稀土元素?fù)诫s的Bi5Ti3Fe015#電薄膜； 步驟(2)，向Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜兩級(jí)施加周期性外電場。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，其特征在于:步驟(I)中所述稀土元素為Ho，摻雜的摩爾比例為I?20%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，其特征在于:步驟(2)中所述的周期性外電場為三角波、正弦波或梯形波脈沖中的一種。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，其特征在于:所述脈沖峰值為150?250kV/cm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，其特征在于:所述脈沖頻率為10?10kHz，施加的電循環(huán)的次數(shù)為16?101()次。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜光伏效應(yīng)調(diào)控方法，其特征在于:所述步驟(I)中摻雜稀土元素為Ho，摻雜摩爾比例為10%;所述步驟(2)中周期性外電場為三角波脈沖，所述脈沖峰值為200kV/cm、頻率為50kHz，施加的電循環(huán)次數(shù)為101()次。7.—種根據(jù)權(quán)利要求6所述方法制備的Bi5Ti3FeO15鐵電薄膜。8.—種具有權(quán)利要求7所述Bi5Ti3Fe015#電薄膜的太陽能光伏電池。
【文檔編號(hào)】C04B35/475GK105895718SQ201610465599
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】趙世峰, 白玉龍, 陳介煜, 唐哲紅
【申請人】內(nèi)蒙古大學(xué)