[发明专利]一种窄带隙铁电光伏材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种窄带隙铁电光伏材料，其特征在于，该材料的化学分子式为BaFe₄O₇。

2.根据权利要求1所述的一种窄带隙铁电光伏材料，其特征在于，该材料具有非钙钛矿型三方结构，FeO₆八面体通过共边连接构成二维的层，层和层之间通过共顶点连接的FeO₄四面体三角双锥构成一个三维网络结构，Ba原子穿插在四面体和八面体之间空隙中。

3.根据权利要求1所述的一种窄带隙铁电光伏材料，其特征在于，该材料为单相的三方结构，铁电性源自FeO₄四面体和FeO₆八面体发生畸变而促使Fe³⁺离子偏离四面体和八面体的中心位置；该材料在室温时具有铁电性，在可见光照下具有显著的光电响应。

4.权利要求1-3中任一项所述窄带隙铁电光伏材料的制备方法，其特征在于，采用水热合成方法制备得到，包括以下步骤：

(1)将反应原料Ba和Fe的可溶性盐均配成溶液，按照Ba和Fe摩尔比1：4搅拌均匀，得到混合溶液；

(2)向上述混合溶液中加入碱，使溶液碱度达到8M以上，在持续搅拌下使混合物均匀混合；

(3)待上述混合物冷却至室温后，转移至反应釜中，进行反应，反应完成后，反应釜冷却至室温，并卸压；

(4)将步骤(3)反应后的合成品用去离子水和乙醇清洗，并在超声波振荡器中超声处理，得到黑色小颗粒晶体样品，最后烘干，得到如权利要求1～3中任一项所述的窄带隙铁电光伏材料。

5.根据权利要求4所述窄带隙铁电光伏材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，反应的条件为：填充度为70％～80％，在180～240℃反应1～3天。

6.权利要求1-3中任一项所述窄带隙铁电光伏材料的制备方法，其特征在于，采用高温固相合成方法制备得到，包括以下步骤：

(1)将反应原料Ba和Fe的氧化物或碳酸盐，按照Ba和Fe摩尔比1：4比例研磨混合均匀，得到混合物；

(2)将混合物压片后转移至坩埚内，进行加热处理；

(3)将上述步骤(2)所得的产物研磨后，重复步骤(2)直至得到BaFe₄O₇纯相物质；

(4)将BaFe₄O₇纯相物质用稀硝酸浸泡后再用去离子水清洗，并在超声波振荡器中超声处理，得到黑色粉末样品，最后烘干。

7.根据权利要求6所述窄带隙铁电光伏材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，加热处理的条件为：在600～900℃的温度范围内加热6～12h。

8.权利要求1～3中任一项所述窄带隙铁电光伏材料的制备方法，其特征在于，采用溶胶凝胶合成方法制备得到，包括以下步骤：

(1)取摩尔比为1：4的Ba和Fe可溶性盐混合，加入体积比为1：5的硝酸水溶液，搅拌均匀，之后向混合溶液中加入螯合剂，并在室温下搅拌1～2h；

(2)取上述混合液加热至混合物转变为胶体状态；

(3)将上述得到的胶体状态的物质进行煅烧处理，初步得到BaFe₄O₇黑色粉末；

(4)将上述制备好的BaFe₄O₇黑色粉末退火处理，得到BaFe₄O₇纳米颗粒。

9.根据权利要求8所述窄带隙铁电光伏材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述螯合剂选择柠檬酸，螯合剂的加入量与Ba(NO₃)₂的摩尔比为1：(1～4)；

步骤(3)中，煅烧处理的条件为：400～600℃煅烧1h；

步骤(4)中，退火处理的条件为：700～900℃退火4～8h。

10.权利要求1～3中任一项所述窄带隙铁电光伏材料在光电转换、信息存储以及传感器方面的应用。