[發(fā)明專利]一種具有鐵電性能的薄膜光電器件及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610551747.5
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN105914243B
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉匯慧;李同偉;王會嫻;熊國欣;李小紅
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18;H01L31/0445
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)41120
• 代理人: 魏亞珂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電器件，具體涉及一種具有鐵電性能的薄膜光電器件及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著能源危機和環(huán)境惡化的日益嚴重，開發(fā)可再生的綠色能源成為全社會共同關(guān)注的課題。為了實現(xiàn)太陽能發(fā)電的經(jīng)濟實惠及大規(guī)模應(yīng)用，探索和開發(fā)低成本、高效率的太陽能電池已迫在眉睫。近來，鐵電材料的光伏效應(yīng)激發(fā)了人們的研究興趣。半導(dǎo)體的光生伏打效應(yīng)是由宏觀不均勻性造成的，產(chǎn)生光伏電壓一般不超過半導(dǎo)體的禁帶寬度(一般為數(shù)伏)。而鐵電材料具有完全不同于半導(dǎo)體的反常光生伏打(APV)效應(yīng)：均勻鐵電晶體在均勻光照下出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)短路光生電流或開路電壓的現(xiàn)象，光伏電壓不受晶體禁帶寬度(Eg)的限制，可比Eg高2~4個數(shù)量級，達10³~10⁵V/cm。

目前，用作鐵電薄膜器件底電極的材料主要為金屬鉑，雖然其具有較好的導(dǎo)電性，可是鐵電薄膜在鉑上的粘附性和抗疲勞性都較差，而且鉑電極的制備成本較高，因此需要尋找一種能夠增大鐵電材料光電轉(zhuǎn)換效率的電極材料。

Brody P S.研究表明某些多晶鐵電材料的光伏電壓與其剩余極化強度成正比（High voltage photovoltaic effect in bariumtitanate and lead titanate-lead zirconate ceramics. J.Solid State Chemistry.），因此，具有大的自發(fā)極化強度的鐵電材料已成為研究熱點。K_0.5Bi_0.5TiO₃(KBT)作為一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電體被發(fā)現(xiàn)，但是其剩余極化強度并不是很好，需要尋找一種能夠提高其剩余極化強度和鐵電性的途徑。

因此，迄今為止，仍然需要尋找一種合適的鐵電薄膜和合適的電極材料來制備光電器件。本發(fā)明致力于制備一種新型鐵電光電器件，通過對電極材料和鐵電材料的研究，以獲得光電效率得到提升的光電器件，到目前，尚沒有人采用稀土摻雜的SrTiO₃作為鐵電薄膜的電極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有鐵電性能的薄膜光電器件及其制備方法，通過制備具有鐵電性能的鈣鈦礦型薄膜以及電極材料，能夠?qū)崿F(xiàn)對光線進行上轉(zhuǎn)換，以提高光生電流，進而提高光電轉(zhuǎn)換效率。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有鐵電性能的薄膜光電器件，包括基板，以及從下到上依次層疊在基板上的下電極Er:SrTiO₃、具有鐵電性能的鈣鈦礦型Li_0.1K_0.4Bi_0.5TiO₃薄膜和上電極La_0.8Sr_0.2MnO₃。

進一步地，所述下電極Er:SrTiO₃的厚度為20-600nm，具有鐵電性能的鈣鈦礦型Li_0.1K_0.4Bi_0.5TiO₃薄膜的厚度為300nm-1000nm。

所述具有鐵電性能的鈣鈦礦型Li_0.1K_0.4Bi_0.5TiO₃薄膜的晶粒尺寸為40nm-200nm。

所述基板為玻璃、石英或藍寶石。

上述的一種具有鐵電性能的薄膜光電器件的制備方法，包括如下步驟：

（1）、分別采用丙酮溶液、氫氟酸清洗基板表面，再用無水乙醇和去離子水將基板表面沖洗干凈，然后烘干，烘干后采用硅烷偶聯(lián)劑修飾基板表面，以增強后續(xù)形成的薄膜與基板表面的附著力；

（2）、在處理過的基板上從下到上依次制備下電極Er:SrTiO₃、具有鐵電性能的鈣鈦礦型Li_0.1K_0.4Bi_0.5TiO₃薄膜和上電極La_0.8Sr_0.2MnO₃。