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通过提高剩余极化和降低带隙实现Fe掺杂(Pb,La)(Zr,Ti)O3薄膜的优异铁电光伏性能

DOI：10.1016/j.ceramint.2020.03.040 期刊：Ceramics International 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 为了开发具有高功率转换效率的铁电光伏器件，铁电材料必须同时具备大的剩余极化和窄的带隙，以有效分离光生载流子并吸收更多阳光。基于这一思路，本报告将Fe3?引入Pb?·??La?·??(Zr?·?Ti?·?)?·????O?铁电薄膜中，以增大薄膜的剩余极化并减小其带隙。由此制备了基于Fe3?掺杂Pb?·??La?·??(Zr?·?Ti?·?)?·????O?薄膜的光伏器件。实验结果表明：随着Fe3?掺杂量增加，薄膜剩余极化先提升至4.8 mol% Fe3?含量时的最大值50 μC/cm2，随后逐渐降低，而带隙则持续减小。此外，在负极化电压下，器件比正极化电压时表现出更大的短路电流和开路电压，这归因于铁电薄膜剩余极化产生的退极化电场与肖特基势垒引起的内建电场方向相同。本研究中，在4.8 mol% Fe3?掺杂量和-5 V极化电压条件下，器件获得了最优光伏性能——开路电压高达-0.55 V，短路电流达0.4 μA/cm2，这得益于器件阳光吸收特性和光生载流子分离能力的提升。该工作为设计和制备高功率转换效率的铁电光伏器件提供了新思路。
作者： Guang Chen，Ying Zhang，Qingfeng Zhang，Yinmei Lu，Yunbin He
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过向Pb0·93La0·07(Zr0·6Ti0.4)0.9825O3铁电薄膜中引入Fe3+以提高剩余极化强度并减小带隙，从而开发具有高功率转换效率的铁电光伏器件。

研究成果

研究表明，在PLZT薄膜中掺杂Fe3+可同时提高剩余极化强度并减小带隙，从而获得优异的光伏性能。最佳Fe3+掺杂量为4.8 mol%，此时器件实现了高开路电压和短路电流。该方法为设计高效铁电光伏器件提供了新途径。

研究不足

本研究仅限于探讨Fe3+掺杂对PLZT薄膜光伏性能的影响，未涉及其他掺杂剂或制备工艺的优化潜力。

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