提高BiFeO3光电转化效率的方法

提高bifeo3光电转化效率的方法
技术领域
1.本发明属于超高压下凝聚态物质的光电技术领域，具体涉及一种提高bifeo3光电转化效率的方法。


背景技术：

2.在当前能源与环境问题日益突出的大背景下，寻找清洁可持续的新能源替代传统化石能源正受到人们越来越多的关注。太阳能作为取之不尽同时又是生态学上纯净的和不改变地球上燃料平衡的能源，只要能以10％效率转化0.1％到达地球表面的太阳能，即可满足全球的能源需求。因此，太阳能是未来人类社会构建低碳经济时代最理想的能源，开发高效的太阳能利用方式也成为当前科学家的重大研究课题。
3.传统的光伏材料的光伏物理机制是p-n结中的光生载流子由于内建电场迅速分离形成的(即载流子的浓度差)，而铁电光伏则是利用内建电场的自发极化产生的。此外，铁电光伏材料也具有反常的光伏效应，其光伏电压最高可达105v。
4.bifeo3(bfo)作为唯一室温下仍具备多铁性的材料，因其剩余极化大、在半导体中带隙较窄的特点，在太阳能电池领域引起了大量的关注。但是由于bifeo3存在高的漏电流、难极化和可见光吸收波长范围小，进而导致光电转化效率低制约其实际应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种提高bifeo3的光电转化效率的方法。该方法能够将bifeo3的光电转化效率显著提高。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种提高bifeo3的光电转化效率的方法，包括以下步骤：
8.s1、在室温条件下，在金刚石对顶砧装置中，以t301钢片预压作为垫片；
9.s2、将待提高导电性的样品加入至金刚石对顶砧装置中，制备完成样品腔；
10.s3、利用金刚石对顶砧装置对样品腔内部加压力，样品腔内部的压力为0～38gpa，通过对所施加压力的控制，完成提高bifeo3的光电转化效率。
11.进一步地，提高bifeo3的光电转化效率的方法，在步骤s3中，以红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象。
12.进一步地，提高bifeo3的光电转化效率的方法，在步骤s3中，使用硅油作为传导压力的介质。
13.与现有技术相比，本发明有益效果如下：
14.本发明所提供的提高bifeo3的光电转化效率的方法，在常温条件下，通过压力减小bifeo3的能带带隙，进而使bifeo3的光电转化效率能得到显著提高。
附图说明
15.图1是本发明提供的是实施例1压力条件下的bifeo3材料的紫外可见光吸收光谱；
16.图2是本发明提供的是实施例1压力条件下的bifeo3材料的带隙图谱；
17.图3是本发明提供的是实施例2压力条件下的bifeo3材料的紫外可见光吸收光谱；
18.图4是本发明提供的是实施例2压力条件下的bifeo3材料的带隙图谱；
19.图5是本发明提供的是实施例3压力条件下的bifeo3材料的紫外可见光吸收光谱；
20.图6是本发明提供的是实施例3压力条件下的bifeo3材料的带隙图谱；
21.图7是本发明提供的是实施例4压力条件下的bifeo3材料的紫外可见光吸收光谱；
22.图8是本发明提供的是实施例4压力条件下的bifeo3材料的带隙图谱；
23.图9是本发明提供的是实施例5压力条件下的bifeo3材料的紫外可见光吸收光谱；
24.图10是本发明提供的是实施例5压力条件下的bifeo3材料的带隙图谱。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.下面结合实施例对提高bifeo3的光电转化效率的方法进行详细说明。
27.本发明所的实施例中，均采用高压紫外可见光谱测试，实验条件为室温，实验过程中光谱范围为200～900nm，光源为氘卤素灯。
28.实施例1：
29.一种提高bifeo3的光电转化效率的方法，包括以下步骤：
30.s1、在室温条件下，组装产生压力的金刚石对顶砧装置即压机，对组装好的压机进行调平、对中。在金刚石对顶砧装置中，在t301钢片的中心处压出金刚石压砧痕迹后，将带有压痕的t301钢片作为垫片，利用激光打孔机装置在垫片压痕中心同圆心处打孔，孔的直径为130nm。
31.s2、将待提高光电转化效率的样品加入至金刚石对顶砧装置中，制备完成样品腔。
32.将待提高光电转化效率的bifeo3样品置于金刚石对顶砧及垫片构成的密封样品腔中，以硅油作传压介质，红宝石荧光峰作为压力大小的标定对象。
33.s3、利用金刚石对顶砧装置对样品腔内部加压力，样品腔内部的压力为0～38gpa，完成提高bifeo3的光电转化效率。
34.利用金刚石对顶砧装置样品腔内部施加压力，使样品腔内部压力在0～38gpa区间内变化，稳定一段时间后进行测试紫外可见光吸收光谱。具体的紫外可见光吸收光谱测试结果如图1所示，带隙结果见图如图2所示。
35.实施例2：
36.利用金刚石对顶砧装置样品腔内部施加压力，使样品腔内部压力在0～3.56gpa区间内变化，稳定一段时间后进行测试紫外可见光吸收光谱。此压力区间内取0gpa、0.5gpa、1.07gpa、2.23gpa、3.25gpa、3.56gpa压力点进行紫外可见光吸收光谱测试。在2.23gpa压力条件下带隙值为2.177ev。具体的紫外可见光吸收光谱测试结果如图3所示，带隙结果见图如图4所示。
37.实施例3：
38.利用金刚石对顶砧装置样品腔内部施加压力，使样品腔内部压力在3.56～6.25gpa区间内变化，稳定一段时间后进行测试紫外可见光吸收光谱。此压力区间内取3.56gpa、4.1gpa、4.9gpa、5.17gpa、5.64gpa、6.25gpa压力点进行紫外可见光吸收光谱测试。在5.17gpa压力条件下带隙值为2.25ev。在此压力区间内吸收峰位随压力增加发生蓝移，具体的紫外可见吸收光谱测试结果如图5所示，带隙结果如图6所示。
39.实施例4：
40.利用金刚石对顶砧装置样品腔内部施加压力，使样品腔内部压力由6.25～11.06gpa区间内变化，稳定一段时间后进行测试紫外可见光吸收光谱。此压力区间内取6.53gpa、7.49gpa、8.6gpa、9.52gpa、9.96gpa、10.7gpa、11.06gpa压力点进行紫外可见光吸收光谱测试。在6.92gpa压力条件下带隙值为2.14ev。在此压力区间内吸收峰位随压力增加继续红移，具体的紫外可见吸收光谱测试结果如图7所示，带隙结果如图8所示。
41.实施例5：
42.利用金刚石对顶砧装置样品腔内部施加压力，使样品腔内部压力在由11.06～38gpa。此压力区间内取11.06gpa、12.02gpa、14.1gpa、16.11gpa、18.03gpa、20.21gpa、22.23gpa、24.44gpa、26.3gpa、28.22gpa、30.85gpa、34.1gpa、36.56gpa、38gpa压力点进行紫外可见光吸收光谱测试。此区间范围内取多次取压力点测试紫外可见光吸收光谱。结果表明在11.06～38gpa压力区间内，吸收峰峰位随压力的增加发生红移。具体的紫外可见吸收光谱测试结果如图9所示，带隙结果如图10所示。
43.结合本发明提供的实施例1～5，可以得出结论：如图2所示，不同压力点下的吸收光谱利用origin软件绘制出带隙值与压力的变化关系曲线。可以看出，除了3.56～6.25gpa这段压力区间内吸收峰峰位随压力的增加发生蓝移，剩下的所有压力区间内均发生红移。当压力值从常压变化到38gpa，随之带隙值2.45ev变化到1.66ev。所以0～3.56gpa,6.25～11.06gpa,11.06～38gpa三个范围带隙均变小，光电效率均显著提高。在11.06-38gpa范围内带隙变化的最大，低至1.66ev。能带宽度的大幅度减小为吸收更多的可见光的吸收奠定了基础(可见光的吸收波长范围较小为390～760nm)，更多的可见光被吸收意味着有更多的光生载流子参与光电转化。因此本发明的技术方案通过对压力的调控，进而改变了bifeo3禁带宽度大的问题，从而提高了光电转换效率。这为铁电光伏材料的应用提供了新的思路。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
46.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范
围内。