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摘要
目的 为深入研究BiFeO3（BFO）薄膜的结晶结构、生长取向及测试温度对其介电和铁电光伏性能的影响，方法 本文采用偏轴磁控溅射法，分别以单晶（001）MgO基片和外延La0.5Sr0.5CoO3（LSCO）薄膜作为衬底与底电极，构架了Pt/BFO/LSCO/MgO异质结构的铁电电容器。结果 X射线衍射（XRD）和Phi扫描结果表明，MgO基BFO与LSCO薄膜均为结晶良好的钙钛矿结构且满足（00l）取向的外延生长。不同电压和频率下介电测试表明，BFO铁电薄膜具有较强的铁电性，正负矫顽电压分别为3.36V和-1.12V；但存在明显的介电色散现象，呈现先减小后增大的趋势，在～100kHz时介电损耗最小为0.016，8MHz时增加到了0.212，这主要归因于不同频率下各种类型电荷的弛豫竞争机制所致。光伏性能测试表明，在室温（20°C）光强250mW/cm2紫光垂直照射下，开路电压(VOC)和短路电流(JSC)分别为0.32V和0.21mA/cm2；进一步提高测试温度（分别为40、60、80和100°C）发现，BFO铁电薄膜VOC呈先缓慢后快速减小而JSC呈先快速上升后下降的趋势，并在临界温度80°C处展现了更快的光伏响应速度，VOC和JSC分别为0.30V和0.96mA/cm2。能带分析表明，底电极LSCO与上电极Pt间大的功函数差（～1eV）使得BFO薄膜中存在较强的内建电场，这有利于分离光生载流子，从而极大提高了BFO薄膜的铁电光伏效应。结论 本文研究不仅表明BFO是一种具有重要潜在应用价值的优良环保光伏候选材料，而且也提供了一种提高BFO铁电光伏器件性能的切实可行策略。
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