[發明專利]一種鐵電薄膜材料器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201810575033.7
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN109036878B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 曾敏;陳義;陳建偉;陸旭兵;高興森;劉俊明
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01G13/00
• 分類號: H01G13/00;H01G4/10;H01L31/18;H01L31/032
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 潘雯瑛

本發明公開了一種鐵電薄膜材料器件及其制備方法。該鐵電薄膜材料器件的制備方法包括以下步驟：制備PZT溶膠；使用勻膠機將所述PZT溶膠旋涂在Pt/Si襯底上，烘干并退火，得到一層涂層，重復進行旋涂、烘干和退火操作，得到PZT鐵電薄膜；再在PZT鐵電薄膜上沉積Pt電極，獲得PZT鐵電薄膜材料器件。通過本發明制得的PZT鐵電薄膜材料器件具有優異的能儲性能和光伏性能，其最大能儲密度可以達到9.4J/cm³，能儲效率維持在60％以上，開路電壓為?0.94V，開關比高達兩萬倍。

技術領域

本發明涉及電容器和光伏器件領域，尤其涉及一種鐵電薄膜材料器件及其制備方法。

背景技術

隨著電力系統的快速發展，高能電容器能夠提供遠大于蓄電池的放電功率，由于有限的能儲密度，目前市場上銷售的電容器多為陶瓷電容器，體積較大，難以滿足器件小型化的要求。而在光伏方向，目前主要為硅基材料，摻雜砷磷鎵等元素，一般合成較難，其開路電壓和轉化效率較低，研究新型的光伏材料迫在眉睫。新型介電材料的研究，有利于提升介電材料的儲能密度，并耐受更高電壓，較小的損耗，從而實現電容器的小型化和便捷化，拓展其應用范圍。新型電容器材料的研究層出不窮，主要包括鋯鈦酸鉛系元素摻雜的陶瓷及厚膜研究、有機鐵電材料聚偏氟乙烯及其共聚物研究和多元弛豫鐵電體以及他們的共混物的介電性質，但是各自有其局限性。其中，鋯鈦酸鉛(PZT)系材料在大功率介電能儲、紅外探測、微機電系統和信息儲存方面應用廣泛，鋯鈦酸鉛是一種鐵電材料，居里溫度230～490℃，飽和極化約60μC/cm²，禁帶寬帶約3.6eV。此類材料目前報道的最高能儲密度僅為2～5J/cm³，效率為30～40％，其開路電壓約為0.3～0.6V，耐壓性、能儲效率和光伏性能是其發展的瓶頸。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種鐵電薄膜材料器件及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種鐵電薄膜材料器件的制備方法，包括如下步驟：

S1：以三水乙酸鉛、正丙醇鋯和四異丙醇鈦為原料，以冰乙酸和去離子水為溶劑，以正丙醇為螯合劑，制得Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃溶膠；

S2：使用勻膠機將所述Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃溶膠旋涂在Pt/Si襯底上，得到第一層涂膜，烘干并退火，得到第一層涂層；然后使用勻膠機將所述Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃溶膠旋涂在該第一層涂層上，得到第二層涂膜，烘干并退火，得到第二層涂層；重復進行所述Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃溶膠的旋涂、烘干和退火工藝，得到Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃鐵電薄膜；

S3：通過脈沖激光沉積法在所述Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃鐵電薄膜上沉積Pt電極，得到Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃鐵電薄膜材料器件。

進一步地，所述步驟S2的旋涂過程中，勻膠機對Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃溶膠以2000rpm的轉速旋涂20s。

進一步地，所述步驟S2的烘干過程中，將旋涂后得到的涂膜靠近100℃加熱臺烘干，待表面均勻變色后，置于加熱臺邊緣，3min后移至加熱臺中央，繼續烘干5～10min。