鄭海務教授課題組在ACS Nano上發表關於壓電光電子學與鐵電極化...

2020-11-26 河南大學新聞網

通過同時施加壓應變和外電場極化提高BLFO/ZnO光伏性能

物理與電子學院河南省新能源材料與器件國際聯合實驗室鄭海務教授課題組的研究成果「Enhanced Photovoltaic Performances of La Doped Bismuth Ferrite/Zinc Oxide Heterojunction by Coupling Piezo-Phototronic Effect and Ferroelectricity」在自然指數期刊、國際頂級期刊ACS Nano（中科院一區，IF=14.588）上在線發表( https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05398)。

以鄭海務教授作為負責人的極化材料、器件與應用課題組的重要研究方向之一是利用極化效應調控新型低維鐵電、壓電異質結的光伏性能。近年來，圍繞鉍基鐵電材料光伏效應的物理起源，動態應變和鐵電極化對光伏效應的調控，鐵電半導體異質結光伏效應增強的物理機制，鉍基鐵電氧化物納米材料在染料敏化太陽能電池對電極中的應用等方面開展了頗具特色的研究工作。代表性論文以河南大學為第一單位發表在J. Mater. Chem. C [5(2017)10615]、Appl. Phys. Lett. [111(2017)032901]、Electrochim. Acta[215(2016)543]、Nano Energy [18(2015)315]等國際知名學術期刊。

王中林院士提出的壓電光電子學理論是通過調控界面和結區處載流子的輸運過程，達到調製器件光電性能目的，實現力-光電的協同效應。研究人員利用溶膠凝膠法和水熱法製備BLFO/ZnO異質結，通過施加應變和外電場極化研究了壓電光電子學效應與鐵電極化對BLFO/ZnO異質結光電性能的影響。在保持-2.3%的壓應變的同時，通過施加正向電場極化，開路電壓和短路電流密度與零應變下的測試結果相比提高了約8.4%和54.6%，響應時間縮短了59%，恢復時間縮短了31%。為了更好的解釋BLFO/ZnO異質結性能增強的原因，系統分析了異質結的能帶變化，揭示了壓電-鐵電耦合增強器件光伏特性的機理。同時也通過COMSOL軟體對ZnO納米線陣列的壓電勢和BLFO/ZnO異質結能帶結構進行了仿真計算，實驗現象、能帶分析與理論計算一致，進一步驗證了上述機理。該工作為增強基於鐵電薄膜製備的異質結性能提供了一個新的思路，拓寬了基於力光電協同作用的自驅動光電傳感器的研究範圍。

河南大學鄭海務教授，華南師範大學王幸福研究員和中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士是論文的共同通訊作者，河南大學是第一署名單位，第一作者和共同第一作者分別是物理與電子學院碩士生張遠徵和青年教師楊麗雅。研究工作受到科技部、國家自然科學基金委、河南省高校科技創新團隊、河南大學一流學科培育項目等項目的資助。

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