Au-BiFeO3纳米复合薄膜的电学和光伏性能优化

作     者：张亚菊 谢忠帅 郑海务 袁国亮 Zhang Ya-Ju;Xie Zhong-Shuai;Zheng Hai-Wu;Yuan Guo-Liang

作者机构：河南大学物理与电子学院物理与电子国家级实验教学示范中心开封475004 南京理工大学材料科学与工程学院南京210094 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2020年第69卷第12期

页      面：261-270页

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:51872074,61874055) 河南省科技攻关项目(批准号:172102210013) 河南省高校科技创新团队(批准号:19IRTSTHN019)资助的课题 

主　　题：铁酸铋 电学性能 光伏性能 

摘      要：存在对称性破缺引起的自极化及通过外界刺激可以改变其极化状态的铁电薄膜,是一类重要的光电功能材料.铁电薄膜的光伏效应在光探测、能量转换和非易失性存储等领域表现出了潜在应用前景.针对铁电薄膜光电流密度较小,且存在退极化现象导致的光伏性能退化问题,有必要寻求提高薄膜自极化的新途径,并对其导电性进行调控,进一步优化铁电薄膜的光伏性能.本文采用溶胶-凝胶法在FTO导电玻璃上沉积了Au纳米粒子弥散分布在铁酸铋(BiFeO3,BFO)薄膜中的Au-BFO纳米复合薄膜,研究了Au含量(0,0.25 mol%,0.5 mol%,1 mol%和3 mol%)与此复合薄膜微观组织、电学和光伏性能的关系,以确定Au的最佳添加量.压电力显微镜的测量结果表明,Au含量为0.5 mol%时,Au-BFO纳米复合薄膜具有较强的自极化现象.随着Au含量的增大,Au-BFO纳米复合薄膜的导电机制由肖特基发射模型转变为空间电荷限制电流.对复合薄膜的光伏性能进行测试,结果表明Au含量为0.5 mol%时,Au-BFO纳米复合薄膜的开路电压和短路电流分别是BFO薄膜的近3和5倍.Au-BFO纳米复合薄膜光伏效应的改善主要来源于复合薄膜的自极化现象增强和导电机制转变.本文提拱了一种简单有效的改善铁电薄膜光伏效应的方法,为进一步理解铁电薄膜的光伏效应提供了新的视角.