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《BiFeO3基固溶体薄膜的铁电光伏效应及调控机理》篇

一

一、引言

随着现代科技的发展，铁电材料因其独特的物理性质和潜在

的应用价值，在信息存储、传感器、光伏器件等领域得到了广泛

的研究。BiFeO3（BFO）作为一种典型的铁电材料，其固溶体薄

膜因具有优异的铁电、压电和光电性能，在铁电光伏效应领域表

现出巨大的应用潜力。本文将重点探讨BiFeO3基固溶体薄膜的

铁电光伏效应及其调控机理。

二、BiFeO3基固溶体薄膜的制备与性质

BiFeO3基固溶体薄膜的制备通常采用溶胶-凝胶法、脉冲激

光沉积法、化学气相沉积法等方法。这些方法可以在不同基底上

制备出高质量、高性能的BFO薄膜。BFO薄膜具有较高的居里

温度和剩余极化强度，使得其在高温、高湿等恶劣环境下仍能保

持良好的铁电性能。

三、铁电光伏效应

铁电光伏效应是指铁电材料在铁电相变过程中，由于自发极

化产生的内建电场，导致光生载流子在空间电荷区内的分离，从

而产生光电压的现象。BiFeO3基固溶体薄膜具有优异的铁电光伏

效应，其光电转换效率高、响应速度快，使得其在光伏器件领域

具有广泛的应用前景。

四、调控机理

BiFeO3基固溶体薄膜的铁电光伏效应可以通过多种方式进行

调控。首先，通过改变薄膜的成分和结构，可以调整其铁电性能，

进而影响铁电光伏效应。例如，通过掺杂其他元素形成固溶体，

可以改变BFO薄膜的居里温度、剩余极化强度等参数。其次，通

过改变薄膜的厚度、晶粒尺寸等微观结构，也可以对其铁电光伏

效应进行调控。此外，外加电场、温度、光照等外界因素也可以

对BFO薄膜的铁电光伏效应产生影响。

五、调控方法及其效果

针对BiFeO3基固溶体薄膜的铁电光伏效应的调控，目前主

要有以下几种方法：

1.成分调控：通过掺杂其他元素形成固溶体，可以调整BFO

薄膜的成分和结构，从而优化其铁电性能和光电性能。例如，掺

杂Sr、La等元素可以改善BFO薄膜的漏电流问题，提高其光电

转换效率。

2.结构调控：通过控制薄膜的厚度、晶粒尺寸等微观结构，

可以调整其铁电光伏效应。例如，制备超薄BFO薄膜可以提高其

响应速度和灵敏度。

3.外场调控：通过外加电场、温度、光照等外界因素，可以

实时调控BFO薄膜的铁电光伏效应。例如，利用光照射可以激发

BFO薄膜产生光电流，从而实现光电转换。

六、结论

BiFeO3基固溶体薄膜具有优异的铁电光伏效应和广阔的应用

前景。通过成分调控、结构调控和外场调控等方法，可以实现对

BFO薄膜铁电光伏效应的有效调控。未来，随着人们对铁电材料

性能的深入研究和探索，BiFeO3基固溶体薄膜在信息存储、传感

器、光伏器件等领域的应用将更加广泛。

七、展望

尽管BiFeO3基固溶体薄膜的铁电光伏效应已取得了一定的

研究进展，但仍存在一些问题和挑战需要解决。例如，如何进一

步提高BFO薄膜的光电转换效率、响应速度和稳定性等问题仍需

进一步研究和探索。此外，关于BFO薄膜的铁电光伏效应的微观

机制和物理模型也需要进一步深入研究和理解。因此，未来对

BiFeO3基固溶体薄膜的研究将更加深入和广泛，为铁电材料的应

用和发展提供更多的可能性。