铁酸铋薄膜的合成及光伏效应研究

【摘要】：铁酸铋(BiFeO3)作为少数在室温下同时具有铁电性和反铁磁性的钙钛矿型材料之一,历来受到研究人员的广泛关注。研究表明,铁酸铋具有较好的铁电、铁磁及光电性能,在非易失性存储器,动态随机存储器,自旋电子器件,传感器等方面有着非常广泛的应用前景。同时,铁酸铋作为一种窄带隙铁电体,以铁电材料特有的自发极化特性和可见光波长内的能带间隙,克服了传统固态太阳能电池带隙电压的限制,使铁电薄膜材料可产生光伏效应,为未来高效稳定的太阳能电池,以及相应光电器件的发展,提供了一个崭新的途径。 本论文采用溶胶-凝胶法制备出了纯相的铁酸铋薄膜,并选择镧元素掺杂改进铁酸铋薄膜的光电性能。具体研究成果如下： (1)使用乙酸和乙二醇作为溶剂和稳定剂,成功配制出了铁酸铋前驱体和镧掺杂铁酸铋前驱体；分别在硅衬底,镍酸镧衬底和石英衬底上制备出了铁酸铋和镧掺杂的铁酸铋薄膜。 (2)使用X射线衍射,分别研究了不同衬底,不同退火温度,不同镧掺杂量(0-10%)铁酸铋薄膜的微结构；使用扫描电镜研究了硅和镍酸镧衬底上铁酸铋薄膜表面形貌和截面图；使用原子力显微镜研究了镧掺杂铁酸铋薄膜的三维表面形貌。 (3)使用介电、铁电相关仪器研究了纯相铁酸铋薄膜介电常数和介电损耗与外电场的关系以及铁电性能。使用椭圆偏振测试,研究了硅衬底上铁酸铋和掺镧铁酸铋薄膜的光学常数；使用透射测试,分析了拟合了石英衬底上铁酸铋和掺镧铁酸铋薄膜的透射图谱和禁带宽度。测试结果得到,铁酸铋薄膜的禁带宽度约为2.74eV。随着掺杂量增加,禁带宽度有先增后减的变化。 (4)研究了铁酸铋薄膜光伏效应原理,初步搭建铁酸铋薄膜光伏测试结构。测试了二氧化硅和镍酸镧衬底上铁酸铋薄膜在不同退火温度和不同薄膜厚度下的光伏效应。研究分析了不同镧掺杂量,测试引脚距离对开路电压的影响。测试发现,生长在镍酸镧衬底上的铁酸铋薄膜得到较大的开路电压,并且电压值随着测验引脚距离的增加而增加。La掺杂在一定程度上提高了薄膜的开路电压。 【关键词】：铁酸铋薄膜 溶胶-凝胶 禁带宽度 光伏电压
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：O484.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11
• 1.2 铁电材料的研究11-16
• 1.2.1 铁电性的发现11-12
• 1.2.2 铁电材料的结构类型12-13
• 1.2.3 铁电材料的性质13-15
• 1.2.4 铁电材料的应用15-16
• 1.3 铁酸铋的结构,性能及研究进展16-19
• 1.3.1 铁酸铋的晶体结构16-17
• 1.3.2 铁酸铋的电学性质17
• 1.3.3 铁酸铋的优势与不足17-18
• 1.3.4 铁酸铋研究进展18-19
• 1.4 铁酸铋研究的新热点19-20
• 1.5 本论文的工作20-21
• 第二章 BFO薄膜的制备21-27
• 2.1 溶胶-凝胶法21-23
• 2.2 溶胶-凝胶法生长BFO薄膜23-26
• 2.2.1 前躯体的配制24-25
• 2.2.2 薄膜的旋涂25
• 2.2.3 快速热退火25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 BFO薄膜的晶格结构和表面形貌研究27-35
• 3.1 表征方法27-28
• 3.2 纯相BFO薄膜的晶格结构研究28-32
• 3.2.1 不同衬底上BFO薄膜的晶格结构研究28-30
• 3.2.2 不同退火温度下BFO薄膜的晶格结构研究30-31
• 3.2.3 La掺杂对BFO薄膜的晶格结构的影响31-32
• 3.3 BFO薄膜的SEM分析32-33
• 3.4 BFO薄膜的AFM表面形貌分析33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 BFO薄膜的光电性能研究35-47
• 4.1 BFO薄膜的铁电和介电性能研究35-37
• 4.1.1 BFO薄膜的铁电性能研究35-36
• 4.1.2 BFO薄膜的介电性能研究36-37
• 4.2 BFO薄膜的光学性能研究37-46
• 4.2.1 BFO薄膜的椭圆偏振测试分析37-38
• 4.2.2 Si衬底上BFO薄膜的光学常数38-39
• 4.2.3 Si衬底上BFO薄膜的吸收系数和禁带宽度39-40
• 4.2.4 La掺杂对光学常数的影响40-41
• 4.2.5 石英衬底上BFO薄膜禁带宽度41-43
• 4.2.6 石英衬底上La掺杂BFO薄膜透射分析43-44
• 4.2.7 石英衬底上La掺杂BFO薄膜的吸收系数44-45
• 4.2.8 石英衬底上La掺杂BFO薄膜的禁带宽度45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第五章 BFO薄膜的光生伏特效应47-55
• 5.1 铁电薄膜光生伏特效应原理分析47-49
• 5.2 铁酸铋薄膜光生伏特效应测试49-54
• 5.2.1 二氧化硅衬底上铁酸铋薄膜光伏效应测试结果分析50-52
• 5.2.2 镍酸镧衬底上铁酸铋薄膜光伏效应测试结果分析52-53
• 5.2.3 La掺杂BFO薄膜的光伏性能53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 攻读学位期间发表的学术论文目录61

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

掺钕的铋系列铁电薄膜的制备与性能研究    邹艳

BiFeO_3薄膜的溶胶-凝胶制备及其铁电和介电性质    刘红日;

有机衬底上沉积禁带宽度可调的CdO透明导电薄膜    周强

单相多铁材料BiFeO_3的溶胶凝胶法制备与表征    刘朝霞

Cr掺杂ZnO薄膜的结构和性质研究    居健

溶胶-凝胶法制备BiFeO_3薄膜的结构研究    卢岩;阮率庆;李建康;

溶胶-凝胶法制备铁电薄膜的研究进展    向飞;

三明治结构薄膜的铁电性及蒙特卡罗算法模拟    孙玉霞;刘红日;

铁酸铋—钛酸铅多铁性固溶体的掺杂改性及性能表征    陈建国

Co、Cr、Cu、Mn等过渡金属掺杂ZnO薄膜的合成与性能研究    吴兆丰

Cr/Fe共掺杂BaTiO_3多铁性材料与多元储氢合金的电化学性能研究    高健

多铁性材料的制备及性能表征    王敏

BNT与BFO及其复合薄膜的制备与铁电性能研究    王国阳

A位Pr、Ho掺杂对BiFeO_3结构和多铁性能的影响    刘辉

绒面掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备与表征    何晶晶

BiFeO_3/La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3多层薄膜的制备与表征    姜平

基于液晶热光效应的非电读出热探测技术研究    张雅

铁酸铋材料的制备与性能研究    张秀华

铋复合氧化物的水热合成，表征及应用    靳莉

多铁材料BiFeO_3的制备及改性研究    盛钢

Fe，Co掺杂多铁材料TbMnO_3的研究    邹以慧

光学薄膜的激光诱导损伤与材料带隙的关系    李丹,朱自强,付雄鹰,邱服民

B位掺杂Bi_4Ti_3O_(12)的研究    顾骏,李伟,吕笑梅,朱劲松

铁酸锌镍的磁性能及介电弛豫研究    陈东阁

掺杂铁酸镍陶瓷和复合薄膜的制备以及性能研究    童俊军

掺杂BiFeO_3陶瓷的制备和性能研究    胡坚

钛酸铋铁电材料的掺杂改性研究    陆志娟

BiFeO3靶材及薄膜的制备与性能研究    刘心明

双钙钛矿Bi_2NiMnO_6多铁薄膜的制备与性能研究    赖菊兰

直流磁控溅射ZnO薄膜的结构和室温PL谱    叶志镇,陈汉鸿,刘榕,张昊翔,赵炳辉

STM的同胞兄弟——原子力显微镜(AFM)    程敏熙,熊钰庆

溶胶—凝胶法制备Ba_(1-x)Sr_xTiO_3超微粉的干凝胶热分解过程    聂越峰,尹荔松,林国淙,张进修

溶胶-凝胶法在纳米粉体制备中的应用    任书霞;杨丹;

原子力显微镜（AFM）力传感器及其固有频率的测试    薛实福，刘永生，李庆祥，高宏，于水

硫化锑微晶掺杂硅凝胶玻璃及其薄膜的制备与光谱性质    陈红兵,朱从善,干福熹

铁电厚膜溶胶-凝胶法的制备与探讨    程春生;张子生;阎正;赵庆勋;刘世普;刘丽华;刘保亭;

溶胶-凝胶法制备纳米SiO_2/CE复合材料的研究    王君龙;梁国正;祝保林;

ZnO及其含锌混合氧化物薄膜的充放电性能研究    丁飞,李华,傅正文,周鸣飞,秦启宗

Sr(Ba)_(1-X)La_XTiO_3(X=0.0,0.2)化合物的高温高压合成与XRD研究    路大勇,郎成,王丽南

直流磁控溅射制备ZnO光电薄膜的研究    贾小龙

工作参数对Zn_（1-x）Fe_xO薄膜结构和性质的影响    陈正才

生长温度与退火温度对钛酸铋薄膜晶相形成的影响    付丽伟,王弘,尚淑霞,田亮光,徐平茂

瞬时蒸发法制备Bi薄膜的微观结构及电输运性能    段兴凯;江跃珍;

前驱体溶液pH值对溶胶凝胶制备钛酸铋薄膜的影响    顾豪爽,赵敏,张云霞

半金属铋薄膜导电特性和粗糙度的研究    徐建峰,张建华,李海洋,何丕模,鲍世宁

掺钕钛酸铋薄膜的金属有机溶液分解法制备和性能研究    王月花,徐国定,朱永元

利用可重复使用的铁酸盐处理飞尘    陈英,程永

LaFeO_3超微粉末的合成    李熙,张丽华,赵慕愚

铁酸镧超细粉末的制备    刘世昌,徐爱菊,徐效清,张强,王丽荣

高灵敏高选择抗湿性乙醇敏感元件    卢革宇,孙良彦,叶佳玉

钼酸铋薄膜的化学溶液制备技术及其性能表征(英文)    郭吾卿;余萍;肖定全;胡国兵;田云飞;刘洋;

单相铁酸铅陶瓷的多铁性研究    谭国龙;王敏;陈秀娜;

铁酸镍尖晶石的高温固相合成    韩永生;李建保;宁晓山;孙韬;

镝掺杂纳米铁酸铋的溶胶-凝胶法制备及其多铁性质的研究    钱方针;郭守柱;蒋冬梅;张卫国;姜继森;

微波合成法制备纳米铁酸镧及其在中温固体氧化物燃料电池中应用    孙克宁;

单晶铁酸铋(BFO)纳米线的压电性能研究    沈辉;刘兵;程纲;杜祖亮;

测定环境中金属镉的锡?铋薄膜电化学传感器初步研究    朱伟伟;李念兵;

钙、钡共掺杂铁酸铋纳米粒子的制备及其多铁性质的研究    杨惆;王春梅;蒋冬梅;张卫国;姜继森;

扫描速度与矿物粒度对XRD法定量铁酸钙含量的影响    张凌文;郭兴敏;周国治;

铁酸铋光学特性的第一性原理研究    潘红亮;王月花;

聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯复合薄膜的超声波焊接    赵云峰;高阳;

一种纸塑复合包装材料    

电子部件壳用包装材料    

激光技术在消费品包装中的运用    张奕波

一种用于金属包装的增强型防水全塑复合膜    

未来矿业：不用掘矿石    记者 何德功

失效专利信息精选    

覆膜质量检验五法    康启来

液态食品包装片状材料    

日本应用纳米技术研发可充电太阳能电池    同讯

解读高可靠性及小型化晶圆级CSP    

铁酸铋与P（VDF-TrFE）铁电薄膜的制备及性能研究    刘骁兵

铁酸铋高性能多铁陶瓷材料的制备与研究    谷艳红

单晶铁酸铋的调控合成和磁性研究    刘兵

铁酸铋纳米材料的化学合成、表征及其光电转换与光催化特性    李永平

LDHs薄膜的取向生长及性能研究    郭孝孝

中红外激光薄膜的研究与制备    王颖

亚微米薄膜导热特性的研究    白素媛

化学方法制备硫族化合物纳米薄膜的研究    赵越

铁酸铋基多铁性材料的制备与物性研究    张行泉

应变岛双稳态及拓扑绝缘体薄膜分子束外延生长研究    李耀义

铁酸铋薄膜的合成及光伏效应研究    黄东骥

基于掺杂铁酸铋薄膜的铁电场效应和光伏效应研究    吕勇

铁酸铋薄膜结构和性能研究    张道明

钒酸铋薄膜的合成和性质研究    陈斐

硒化铜铋薄膜和硒化锑铋薄膜的电沉积制备及性能表征    王博

铁酸铋薄膜sol-gel方法的制备、掺杂及电性能研究    程蒙

铁酸铋薄膜阻变性能与Nb掺杂改性研究    刘璐

改善纳米铁酸镧与高分子复合湿敏元件输出特性的神经网络方法及其FPGA实现    石凯贺

多铁性铁酸铋的合成与改性    王奔

太阳电池用SiN/a-Si/poly-Si/NiTi薄膜的制备与性能研究    王玉雷