PZT/Ag2O-NPs/PZT复合薄膜的光电特性

摘要

铁电薄膜独特的光伏效应是近年来世界范围内的一个研究热点。锆钛酸铅(PZT)是一种最常见的铁电材料，其禁带宽度约为3.5eV，只能在波长短于354nm的紫外光照射下产生光生载流子，光电转换效率仅为0.005％。本工作展示了一种新概念的铁电光伏材料，即将窄带隙的氧化银纳米颗粒(Ag2O-NPs)复合到PZT薄膜中，从而实现了PZT铁电基薄膜器件有效的可见光吸收光电转换特性。
　　 我们通过射频磁控溅射的方法分别在Pt/Ti/SiO2/Si和ITO玻璃两种衬底上制备了PZT/Ag2O-NPs/PZT复合薄膜。通过XRD、AFM、SEM、XPS、UV-VIS分光光度计等对复合薄膜的相结构、表面形貌以及光吸收特性等进行了表征，并且研究了复合薄膜的铁电与光电响应特性。
　　 实验结果表明：PZT/Ag2O-NPs/PZT复合薄膜的光电转换特性除了与PZT薄膜自身的铁电极化场有关以外，与Ag2O-NPs的尺寸分布及面积密度也有重要关系。在保证PZT材料本身剩余极化强度Pr足够大的前提下，Ag2O-NPs的引入可以提高光电流值。光电转换增强效应机理：窄带的Ag2O-NPs作为有效的光吸收材料，能产生出更多的光生电子-空穴对；而PZT提供内极化电场，有效分离和输运光生载流子，从而实现光电流的增强输出。
　　 本工作表明，在传统的宽带隙PZT铁电材料中复合入窄带隙的Ag2O-NPs，可以拓宽PZT基二极管的光吸收范围，使其由紫外光区域延伸到可见光谱范围，为开发基于铁电光伏的太阳能电池开辟了新的思路。