基于一種新奇的面內自極化的鐵電光伏效應

來源:MaterialsViews

鐵電光伏材料，由于其具有窄的光帶隙、良好的載流子傳輸和強的紫外-可見-紅外吸收等特點，兼具機械、化學、熱穩定且制造成本低等優點，因此在太陽能轉換應用上越來越多地受到國內外研究者的關注。作為完全不同于傳統p-n結光伏效應的獨特光伏材料體系，鐵電光伏材料的自發極化是驅動載流子分離的主要動力，且光電流方向能夠隨著自發極化方向發生轉變，這些獨一無二的特性拓寬了鐵電光伏材料的應用領域。但是由于光-電能量轉換效率較低，且穩定性較差，尋找高轉換效率且輸出穩定新型鐵電光伏材料仍然是光伏科學與技術領域的挑戰性課題。

近期，內蒙古科技大學郝喜紅教授團隊制備了一種新型窄帶隙鐵電光伏材料：Bi2FeMo0.7Ni0.3O6 (BFMNO)薄膜，并對其鐵電及光伏特性進行了詳細的闡述。這種鐵電材料具有一種新奇的面內自極化行為。不同于薄膜通常的縱向的面外極化，這種面內自極化展示了在水平方向由薄膜中心指向邊緣的發射狀極化。第一性原理計算發現，這種自極化的形成主要由于在晶體中形成了大量的Ni-Bi偶極，創造了內部極化電場，從而使得薄膜材料產生了橫向的極化。這種特殊的自極化行為誘導了BFMNO薄膜區域依賴的鐵電光伏效應和整流行為。更為重要的是，這種自極化行為能夠使得薄膜在長時間及寬溫區內保持穩定的光伏輸出，極大地提高了鐵電光伏材料的可靠性。

該研究結果不僅對鐵電材料極化行為有了新的認識，同時也為高穩定性鐵電光伏材料的研發提供新思路。