The study on novel ferroelectric photovoltaics

論文翻譯標題: 新穎鐵電光伏材料之探索
  • ? 勝博

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

本研究主要探討鐵電材料的光伏打特性,鐵電光伏打效應不同於半導體的光伏打效應,是由鐵電材料自發極化造成內建偏壓,並以此分離由材料照光而產生的電子-電洞對,進而提取出電流,效應與半導體的p-n接面不同。實驗分為兩部分,第一部分是利用固相反應法合成摻雜錳的鈦酸鉍鈉多晶塊材(Bi0 5Na0 5TiO3:Mn),藉由摻雜改善傳統鐵電材料導電不佳的問題,並觀察其極化後的光伏性質。第二部分則是試圖合成一種鮮少被探討的極性材料-鈣鐵硫氧(CaFeSO),根據近期理論模擬結果,認為此材料由於特殊的結構與光學特性,使其具有不錯的光伏應用潛力,因而本實驗企圖合成此化合物,並驗證模擬結果。 無摻雜的鈦酸鉍鈉於1100°C的燒結溫度下持溫2小時可獲得純相,摻雜錳的鈦酸鉍鈉則於1000°C的燒結溫度下持溫2小時可獲得純相,摻雜錳的鈦酸鉍鈉相較於無摻雜者,電阻率約降低兩個數量級。將不同的試片依其條件施加電壓,於室溫下進行極化,對於各成分選取d33值最大者量測照光與隔絕光源條件下的電流-電壓特性。實驗顯示照光後所有的試片皆有光電流的產生,且隨著摻雜量增加,產生的光電流也愈大,並以摻雜5%的錳其開路電壓最大,約為0 34V。此外以摻雜3%的錳其光電流增幅最多,無摻雜時的變化最小,但所有試片皆未表現出如同p-n二極體的I-V特性曲線。儘管以不同的起始物搭配各種燒結條件,調控溫度和時間,CaFeSO並未成?於本實驗中合成,卻合成出含有單一四元硫氧化合物的樣品,分別為Ca2Fe2S2O3與Ca3Fe4S3O6,藉由變溫電阻與席貝克係數的分析,顯示前者為p型半導體,後者為n型半導體,且兩者在照光後皆無光電流的產生。
獎項日期2019
原文English
監督員Xiao-Ding Qi (Supervisor)

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