[发明专利]BiFeO3/CH3NH3PbI3异质结构铁电光伏薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及BiFeO₃/CH₃NH₃PbI₃异质结构铁电光伏薄膜及器件，属于铁电光伏材料器件技术领域。

背景技术

BiFeO₃(BFO)是目前室温下同时具备磁、电有序的唯一天然单相多铁性材料，由于电、磁、应变之间的耦合作用，可以实现用电场、磁场、应力、铁电序、磁序和应变之间的相互调控，是研究新型磁电存储器、铁电材料、压电材料和压磁材料的首选材料。BFO室温下属于R3c群菱方钙钛矿结构，其铁电性源于Bi³⁺离子的6s²孤对电子，铁电居里温度高达T_c～1103K，G-type反铁磁奈耳温度T_N～643 K。

为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上，在各种新能源材料中，光伏材料是极具有前景的选择之一。自从BFO样品中与铁电极化相关的可反转的二极管整流特性和光伏特性被报道后，掀起了对BFO光伏性能、光致伸缩和光磁耦合性能的研究热潮。BFO基薄膜优异的可见光波段光伏和光响应特性主要源于其独特的带隙(2.67 eV)和铁电畴连续排布，可引起载流子累积效应并产生大于其带隙的开路电压。但是相比于Si等半导体材料BFO的带隙相对较大，可见光范围光谱的利用率较低，因此需要考虑在BFO薄膜上面涂覆一层带隙小、吸收率较高的光吸收层，使得BFO在保持稳定铁电畴的同时具备较好的可见光光谱响应特性，进一步放大BFO的二极管整流信号，使BFO成为优异的可见光响应光伏器件和太阳能电池材料。BFO的制备方法多为激光脉冲沉积等物理方法和高温烧结，对设备的依赖较高，制备的成本和温度较高，不利于大规模生产，溶胶-凝胶方法的制备工艺简单、成相温度低等优点使其成为大规模生产BFO薄膜的理想方法。

传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与CH₃NH₃PbI₃等钙钛矿太阳能电池相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注，CH₃NH₃PbI₃晶体的光学带隙为1.5 eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太阳光，可见光利用率高。目前的光电转化效率达到了19.3%，开路电压达到了1.13 V，并且该材料制备简单，在常温下通过旋涂即可获得均匀薄膜，上述特性使得钙钛矿型结构CH₃NH₃PbI₃不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，具有极广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种BiFeO₃/CH₃NH₃PbI₃异质结构铁电光伏薄膜，以提高BiFeO₃和CH₃NH₃PbI₃的可见光吸收率。

本发明另一目的是提供上述BiFeO₃/CH₃NH₃PbI₃复合薄膜的制备方法。

本发明还有一个目的是提供上述BiFeO₃/CH₃NH₃PbI₃复合薄膜在制备光伏器件中的应用。

本发明实现过程如下：