BiFeO_3系固溶体钙钛矿窄禁带铁电半导体光伏材料研究

作者：吴强; 宁欢颇; 于剑

来源：科学通报, 2021, 1-9.

• 氧化物钙钛矿
• 禁带宽度
• 铁电半导体
• 太阳能光伏材料

铁电半导体能够单片式集成半导体p-n结光伏与铁电体光伏,有望突破太阳能光伏电池能量转换效率的Shockley-Queisser理论极限.本研究采用Mn4+、Co2+等磁性离子替代技术在BiFeO3系固溶体钙钛矿中成功创制出一系列窄禁带室温铁电半导体.应用传统固相反应法制备了0.50BiFeO3-0.25A1MnO3-0.25A2TiO3（A1=Ca、Sr、Ba, A2=Sr、Ba、Pb）和0.49BiFeO3-0.26BaTiO3-0.25(Sr1–xBax)(Co1/3Nb2/3)O3单相钙钛矿陶瓷.室温拉曼散射光谱测试表明这些固溶体钙钛矿空间中心反演对称破缺,与应用Vegard规则估算它们是室温铁电相的结果一致.紫外-可见-近红外波段吸光度测试表明它们是禁带宽度Eg在0.75～1.0 eV的直接带隙半导体.变温电学测试表明其电阻率为～106Ωcm （40°C）量级、缺陷激活能Ea～0.5 e V.与卤化物钙钛矿相比, Eg～0.9 eV的BiFeO3系固溶体钙钛矿对太阳能光谱的吸收已深入近红外波段.通过分析铁电半导体禁带宽度与磁性离子d电子组态、μ×rA/rB系综描述符（μ、rA和rB分别为原胞的约合质量、A位和B位离子半径）之间的因果关系,为下一步优选集成半导体p-n结光伏和铁电体光伏太阳能电池的功能元,提供了材料预测设计的物理模型.

• 单位
  东华大学