基于一种新奇的面内自极化的铁电光伏效应

18 02月 2019

2019-02-18 10:29

铁电光伏材料，由于其具有窄的光带隙、良好的载流子传输和强的紫外-可见-红外吸收等特点，兼具机械、化学、热稳定且制造成本低等优点，因此在太阳能转换应用上越来越多地受到国内外研究者的关注。作为完全不同于传统p-n结光伏效应的独特光伏材料体系，铁电光伏材料的自发极化是驱动载流子分离的主要动力，且光电流方向能够随着自发极化方向发生转变，这些独一无二的特性拓宽了铁电光伏材料的应用领域。但是由于光-电能量转换效率较低，且稳定性较差，寻找高转换效率且输出稳定新型铁电光伏材料仍然是光伏科学与技术领域的挑战性课题。

近期，内蒙古科技大学郝喜红教授团队制备了一种新型窄带隙铁电光伏材料：Bi2FeMo0.7Ni0.3O6 (BFMNO)薄膜，并对其铁电及光伏特性进行了详细的阐述。这种铁电材料具有一种新奇的面内自极化行为。不同于薄膜通常的纵向的面外极化，这种面内自极化展示了在水平方向由薄膜中心指向边缘的发射状极化。第一性原理计算发现，这种自极化的形成主要由于在晶体中形成了大量的Ni-Bi偶极，创造了内部极化电场，从而使得薄膜材料产生了横向的极化。这种特殊的自极化行为诱导了BFMNO薄膜区域依赖的铁电光伏效应和整流行为。更为重要的是，这种自极化行为能够使得薄膜在长时间及宽温区内保持稳定的光伏输出，极大地提高了铁电光伏材料的可靠性。

该研究结果不仅对铁电材料极化行为有了新的认识，同时也为高稳定性铁电光伏材料的研发提供新思路。