纳米网状钨酸铋薄膜及其异质结光伏器件研究.pdf

摘要

铁电材料依靠有效的电荷分离和迁移、极化诱导的可延伸至整个铁电体的去

极化场(体光伏效应)，以及可超过带隙的光电压，被认为是下一代光伏材料有希

望的候选者。而窄带隙半导体，由于对太阳光优异的吸收性能，可产生高电流输

出。因此将窄带隙半导体和铁电体的优势有效地整合在一起，构建异质结，从而

获得既具有高开路电压又具有高短路电流密度的高效光伏效应具有重要研究意义。

(1)选择BiWO作为研究对象。为优化异质结电子传输特性，我们调控

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BiWO薄膜生长条件，期望设计出3-D结构BiWO薄膜，如岛状、阶梯状、柱状

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等，其相较于传统2-D结构具有更好的载流子传输能力。通过激光脉冲沉积系统外

延生长BiWO薄膜，通过对生长温度、氧压的一系列调整，结合多种表征手段，

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研究生长条件改变对BiWO薄膜形貌调控作用，最终在特定条件下，首次制备出

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3-D纳米网状结构的BiWO薄膜，其具备独特的正交纳米网格结构，为异质结的

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构建提供了一个很好的平台。

(2)为增强器件光吸收能力，基于BiWO纳米网状薄膜，设计了一种嵌入式铁

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电半导体异质结结构，通过气相输运沉积法，在n型BiWO基体中成功嵌入p型

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SbSe纳米颗粒。引入BiWO/SbSe异质结构优化从光到电的三个关键步骤(光产

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生、载流子分离和迁移)，与传统铁电钙钛矿或层状钙钛矿氧化物相比，在其

Pt/SbSe/BiWO/NSTO垂直器件中实现J三个数量级的增强，并具有0.2V以上

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的高V，且器件呈现出极化调制的可切换不对称光响应，还具备稳定性与保持性。

oc

(3)为提高异质结界面质量，降低界面缺陷密度，简化异质结制备过程，通过

激光脉冲沉积系统一步法在BiWO薄膜上原位生长BiFeO，成功构建异质结。

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这种自下而上式的生长模式提高了异质结界面质量，并且通过控制脉冲次数，研

究BiFeO薄膜生长过程，分别制备出表面粗糙、比表面积大或表面致密平整的异

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质结薄膜，并将其应用在不同领域实现多功能应用。最终证明，BiWO/BiFeO

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异质结的引入使其器件在光催化、光电化学、光伏领域，都实现性能的提升。

关键词：铁电材料；铁电光伏；异质结；层状氧化物

I

Abstract

Theferroelectricmaterialsrelyoneffectivechargeseparationandmigration,

polarization-induceddepolarizationfieldextendablethroughouttheentireferroelectric

body(bulkphotovoltaiceffect),andphotovoltageexceedingthebandg