[发明专利]一种三明治结构全氧化物无铅铁电光伏器件及其制备方法

权利要求书

1.一种三明治结构全氧化物无铅铁电光伏器件的制备方法，其特征是包括以下步骤：

（1）采用高分子辅助法，在基底上外延生长BFO薄膜，得到BFO/基底；

（2）采用脉冲激光沉积法用ITO靶材在步骤（1）得到的BFO/基底上沉积ITO，形成ITO/BFO/基底；

（3）将步骤（2）得到的ITO/BFO/基底在氮气气氛、300-600℃下进行快速热处理，得三明治结构全氧化物无铅铁电光伏器件；

BFO薄膜的制备方法为：

a. 按摩尔比Bi：Fe =1：1称取硝酸铋和硝酸铁，将它们与调节剂、混合溶剂搅拌混合均匀，配制BiFeO₃浓度为0.2 mol/L ~ 0.3 mol/L的前驱体溶液；

b.将基底放入匀胶机中，湿度控制在11-20%，温度控制在60-80℃，然后将前驱体溶液涂在基底上，采用旋涂法制备单层薄膜；制备第一层薄膜时，以6000-7000rpm的速度甩膜，甩膜时间为1.5-2分钟；制备第2-3层膜时，以4000-5000rpm的速度甩膜，甩膜时间为0.5-1分钟；制备其他层薄膜时，以5000-6000rpm的速度甩膜，甩膜时间为1-2分钟；

c.单层薄膜涂好后，将样品在250-300^oC下热处理5-10分钟，然后在石英管式炉中进行退火，退火程序为：保持炉内的N₂流量为0.1-1 L/min，先从室温以1-5℃/min的速率升至350-480℃，保温30-60min，再以10-40℃/min的速率升至510-680℃，保温30-60min，待炉温自然冷却至室温后将基底取出；

d.重复步骤b和c，采用层层退火工艺制备每层薄膜，直至最终薄膜厚度为80~110 nm，得到BFO /基底。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述基底为（100）取向的导电单晶Nb:SrTiO₃；ITO层的厚度为100-600 nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：制备BFO薄膜时，所述调节剂为聚乙二醇20000、聚乙二醇400和柠檬酸的混合物，铁酸铋、聚乙二醇20000、聚乙二醇400、柠檬酸的摩尔比为1：0.005-0.015%：0.005-0.015%：0.5-1.5。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：制备BFO薄膜时，所述混合溶剂为冰乙酸、乙二醇和乙二醇甲醚的混合物，其中铋盐与冰乙酸的摩尔比为1:5-8，乙二醇和乙二醇甲醚的体积比为1:1，乙二醇和乙二醇甲醚的用量使前驱体溶液具有所要求的浓度。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：制备BFO薄膜时，BiFeO₃浓度为0.24 mol/L。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：制备BFO薄膜时，第一层薄膜以6500rpm的速度甩膜，时间为2分钟；第2-3层膜以4500rpm的速度甩膜，时间为1分钟；其他层膜以5500rpm的速度甩膜，时间为1分钟。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：制备BFO薄膜时，单层薄膜涂好后，将样品在280℃下热处理5分钟，然后在石英管式炉中进行退火，退火程序为：保持炉内的N₂流量为0.6L/min，先从室温以5℃/min的速率升至450℃，保温30min，再以40℃/min的速率升至650℃，保温30min，待炉温自然冷却至室温后将基底取出。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（3）中，脉冲激光沉积时，将BFO/基底和ITO靶材放入脉冲激光沉积设备的真空腔中，抽真空至真空度达到4×10^-5 Torr以下，调节真空腔的温度为100~180 ℃，旋转BFO/基底和ITO靶材，调整氧气压为1×10^-2～6×10^-2Torr、靶材上的激光能量密度为2-3 J/cm²。