基于一種新奇的面內(nèi)自極化的鐵電光伏效應(yīng)

來源:MaterialsViews

鐵電光伏材料，由于其具有窄的光帶隙、良好的載流子傳輸和強(qiáng)的紫外-可見-紅外吸收等特點(diǎn)，兼具機(jī)械、化學(xué)、熱穩(wěn)定且制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此在太陽能轉(zhuǎn)換應(yīng)用上越來越多地受到國內(nèi)外研究者的關(guān)注。作為完全不同于傳統(tǒng)p-n結(jié)光伏效應(yīng)的獨(dú)特光伏材料體系，鐵電光伏材料的自發(fā)極化是驅(qū)動載流子分離的主要動力，且光電流方向能夠隨著自發(fā)極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，這些獨(dú)一無二的特性拓寬了鐵電光伏材料的應(yīng)用領(lǐng)域。但是由于光-電能量轉(zhuǎn)換效率較低，且穩(wěn)定性較差，尋找高轉(zhuǎn)換效率且輸出穩(wěn)定新型鐵電光伏材料仍然是光伏科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性課題。

近期，內(nèi)蒙古科技大學(xué)郝喜紅教授團(tuán)隊(duì)制備了一種新型窄帶隙鐵電光伏材料：Bi2FeMo0.7Ni0.3O6 (BFMNO)薄膜，并對其鐵電及光伏特性進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。這種鐵電材料具有一種新奇的面內(nèi)自極化行為。不同于薄膜通常的縱向的面外極化，這種面內(nèi)自極化展示了在水平方向由薄膜中心指向邊緣的發(fā)射狀極化。第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這種自極化的形成主要由于在晶體中形成了大量的Ni-Bi偶極，創(chuàng)造了內(nèi)部極化電場，從而使得薄膜材料產(chǎn)生了橫向的極化。這種特殊的自極化行為誘導(dǎo)了BFMNO薄膜區(qū)域依賴的鐵電光伏效應(yīng)和整流行為。更為重要的是，這種自極化行為能夠使得薄膜在長時(shí)間及寬溫區(qū)內(nèi)保持穩(wěn)定的光伏輸出，極大地提高了鐵電光伏材料的可靠性。

該研究結(jié)果不僅對鐵電材料極化行為有了新的認(rèn)識，同時(shí)也為高穩(wěn)定性鐵電光伏材料的研發(fā)提供新思路。