[發明專利]一種鐵酸鉍納米線太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 201210258388.6
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN102856430A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 邱建華;丁建寧;袁寧一;陳智慧;王秀琴
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種BiFeO₃納米線太陽能電池的制備方法。

背景技術

目前，傳統的硅基太陽能電池是利用p-n結或肖特基結來實現電子－空穴對的分離，光誘導的電壓被界面區域的高能壘限制，導致產生的開路電壓較小；其次，為了提高電池的轉換效率，通常要專門設計特殊的減反結構以及對表面作鈍化處理，來增加對太陽光的吸收；更為重要的是，硅原料的價格決定了硅基太陽能電池的制造費用昂貴；因此，硅基太陽能電池具有開路電壓小、結構設計復雜、制造成本昂貴等缺點；然而，人們在鐵電體這種非中心對稱材料中發現了光伏效應的另一種機制，即鐵電光伏效應，利用鐵電光伏效應制備的太陽能電池具有開路電壓大、結構設計簡單、產生的光電流正比于鐵電極化強度等特點，因此吸引了越來越多的關注。

2009年，Choi等人發現多鐵性材料BiFeO₃單晶中存在一個大的光伏效應，其具有較窄的光學帶隙（2.2?eV），高的飽和極化強度(90?μC/cm²)，這使得BiFeO₃材料在光伏器件方面的應用成為可能，但是其產生的光電流密度較?。?.35?μA/cm²），這直接導致BiFeO₃材料的光電轉換效率較低?[T.?Choi,?S.?Lee,?Y.?J.?Choi,?V.?Kiryukhin,?and?S.?W.?Cheong,?Science,324,?63?(2009).]；另外，BiFeO₃薄膜光伏效應的研究表明BiFeO₃薄膜具有一個較寬的光學帶隙（2.7?eV左右）和一個較高的開路電壓（0.3-0.9?V）[W.?Ji,?K.?Yao,?and?Y.?C.?Liang,?Adv.?Mater.?22,?1763?(2010).?S.?Y.?Yang,?L.?W.?Martin,?S.?J.?Byrnes,?T.?E.?Conry,?S.?R.?Basu,?D.?Paran,?L.?Reichertz,?J.?Ihlefeld,?C.?Adamo,?A.?Melville,?Y.?H.?Chu,?C.?H.?Yang,?J.?L.?Musfeldt,?D.?G.?Schlom,?J.?W.?Ager?III,?and?R.?Ramesh,?Appl.?Phys.?Lett.?95,?062909?(2009).]；但是，可以通過改變薄膜厚度、沉積時的氧壓力、薄膜與基底之間產生的應力來調控BiFeO₃薄膜的光學帶隙[K.?Jiang,?J.?J.?Zhu,J.?D.?Wu,?J.?Sun,?Z.?G.?Hu,?and?J.?H.?Chu,?ACS?Applied?Materials?&?Interfaces,?3,?4844?(2011).?Z.?Fu,?Z.?G.?Yin,?N.?F.?Chen,?X.?W.?Zhang,?H.?Zhang,?Y.?M.?Bai,?and?J.?L.?Wu,?Phys.?Status?Solidi?RRL,?6,?37?(2012).]；另有研究表明多晶BiFeO₃薄膜具有一個較窄的光學帶隙（2.2?eV）和一個大的光電流密度（2.8?mA/cm²）[Y.?Y.?Zang,?D.?Xie,?X.?Wu,?Y.?Chen,?Y.?X.?Lin,?M.?H.?Li,?H.?Tian,?X.?Li,?Z.?Li,?H.?W.?Zhu,?T.?L.?Ren,?and?D.?Plant,?Appl.?Phys.?Lett.?99,?132904?(2011).]；電極材料對多晶BiFeO₃薄膜光學性質的影響較大，采用氧化物電極材料的多晶BiFeO₃薄膜要比金屬材料的具有更大的光伏效應[B.?Chen,M.?Li,?Y.?W.?Liu,?Z.?H.?Zuo,?F.?Zhuge,?Q.?F.?Zhan,?and?R.?W.?Li,?Nanotechnology,?22,?195201?(2011).]；另外，BiFeO₃納米線光學性質的研究也表明其具有較低的光學帶隙（2.5?eV）[F.?Gao,?Y.?Yuan,?K.?F.?Wang,?X.?Y.?Chen,?F.?Chen,?J.?M.?Liu,?and?Z.?F.?Ren,?Appl.?Phys.?Lett.?89,?102506?(2006).]；可以看出，BiFeO₃材料的光伏效應已有很多報道，但所涉及到的大都是體材料或薄膜材料的BiFeO₃，低維結構BiFeO₃光學性質的研究還少有報道，雖然目前有幾篇文獻報道了BiFeO₃納米線的制備和光學性質的研究，但所涉及到的僅是純BiFeO₃納米線陣列，其開路電壓、光電流密度等電學性質的研究還未見報道，更未見其他結構的BiFeO₃納米線太陽能電池的報道。