掺杂PZT基铁电薄膜的制备及其光伏性能研究

发布时间：2018-06-21 09:23

  本文选题：PZT基薄膜 + 铁电性能　； 参考：《哈尔滨工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：铁电薄膜因具有可调控的光伏特性在紫外光伏探测器、光电传感器、光伏电池等方面有着潜在的应用前景。具有高剩余极化值的PZT薄膜是目前研究最为广泛的铁电材料之一。本文针对PZT铁电薄膜的光伏效应,通过掺杂改性的方法来优化其光伏性能。本文采用溶胶-凝胶法结合快速退火的方式,以Pt/Ti/Si O2/Si为衬底制备了纯相的PZT薄膜、不同量的Co掺杂的PCZT薄膜以及不同量的Fe掺杂的PFZT薄膜,采用X射线分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试方法对PZT基薄膜的物相结构和形貌进行了分析。结果表明,掺杂后所有的PZT基薄膜仍为钙钛矿结构,并无其他杂质相产生,在650℃退火后的薄膜结晶完全,表面光滑、颗粒大小均匀,断面清晰,无裂纹产生。对所有的PZT基薄膜进行了铁电、介电和漏电性能的系统研究。分析结果表明,所有的PZT基薄膜均为铁电体材料,随着过渡元素掺杂比例的增加,PCZT和PFZT薄膜的剩余极化值降低,矫顽场值增大;在介电性能测试中,所有PZT基薄膜都具有蝶形的ε-V曲线,都出现了介电消弭现象;掺杂后薄膜的漏电流增大,且PCZT薄膜漏电流的增大幅度较大。从薄膜的瑞利定律和Boser公式分析得出随着过渡元素Co和Fe掺杂比例的增大,PZT薄膜中氧空位的浓度逐渐增大。对所有的PZT基薄膜进行了光伏性能的系统研究。结果表明,原始薄膜(未极化)在黑暗处理时光伏响应十分微弱,在光照状态下都产生了明显的光伏信号,且掺杂薄膜在光照时光伏信号强于纯相PZT薄膜。外加极化电压对薄膜光伏性能的影响作用比较明显,且在+6 V、-6 V电压极化时各个薄膜都出现了光伏效应反向的现象。在同等条件下,上电极为ITO的薄膜的光伏响应强于上电极为Pt的薄膜的光伏响应。光照下对掺杂薄膜处以+6 V电压极化,当元素Co和Fe的掺杂量分别为15 mol%和3 mol%时,薄膜的光生电流值和光电转换效率值最大,其中光生电流值分别为1.4×10-2μA、1.8×10-3μA,光电转换效率分别为2.65×10-3%、5.56×10-4%,比纯相PZT的光生电流和光电转换效率提高了1~2个数量级。
[Abstract]:Ferroelectric thin films have potential applications in UV detectors, photovoltaic sensors, photovoltaic cells and so on because of their controllable photovoltaic properties. PZT thin film with high residual polarization is one of the most widely studied ferroelectric materials. In this paper, the photovoltaic properties of PZT ferroelectric thin films are optimized by doping modification. In this paper, pure phase PZT thin films, different amounts of Co doped PCZT thin films and different amounts of Fe doped PFZT thin films were prepared by sol-gel method combined with rapid annealing on the substrate of PT / Ti / Si / Sio _ 2 / Si. The phase structure and morphology of PZT based films were analyzed by X-ray analysis and scanning electron microscopy (SEM). The results show that all PZT-based films are perovskite with no other impurity phase. Annealed at 650 鈩，

本文编号：2048062