题目：基于电脉冲法调控铁电薄膜光伏效应机制研究
摘要：
能源危机已成为全球面临的重大难题，开发太阳能是解决该问题的重要途径之一。光伏发电是开发太阳能的一种主要形式，然而，目前光伏电池的光电转换效率不高，或者价格昂贵、耗能大，成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。本项目以电脉冲法对铁电薄膜中光伏效应的调控机理为研究对象，对光电耦合物理过程中电畴、氧空位及界面等因素对光生载流子的调控进行基础科学研究。具体内容包括：在外加光源辐照下原位测量光伏特性，分析铁电薄膜中光电性能与电脉冲之间的作用规律；研究铁电薄膜中氧空位分布及电畴结构随电脉冲的变化规律，找出光伏特性与氧空位及电畴之间的关系；通过探索光生载流子在薄膜中的产生和分离过程，从新的视角揭示电脉冲法调控铁电薄膜光伏特性机制，探讨提高光电转换率的新方法。本项目旨在揭示电脉冲对铁电薄膜光伏效应调控的物理规律和机制，为有效提高铁电材料光电转换率和研制新型铁电光伏电池奠定理论和技术基础。
一、立项依据与研究内容（4000-8000 字）
1.1项目的立项依据
能源危机是世界各国所面临的重大难题，开发可再生能源是缓解该问题的有效途径。在众多可再生能源当中，太阳能因其具有资源丰富、分布广泛、 清洁干净等优点而备受青睐。太阳能电池的光伏发电是太阳能利用的一种主要形式。光伏电池主要分为硅、铜铟锡、砷化镓、碲化镉以及聚合物光伏电池等[1,3]。其中，硅光伏电池是开发较早、迄今转换率最高和产量较大的一种光伏电池。然而，硅型光伏电池的光电转换机制决定了其转换效率不高并且似乎已经趋于当前技术手段的极限。虽可通过采用电池叠装等手段获得更高的光-电转换效率，但复杂的制造工艺将导致价格昂贵[4-6]。因此，研发高光电转换效率的新光伏材料迫在眉睫。
在众多的光伏材料中，铁电体材料由于具有反常的光伏效应（光伏电压不受晶体禁带宽度（Eg）的限制，甚至可比 Eg高 2 ~ 4 个数量级，达 103 ～105 V/cm）而备受关注[7]。关于铁电光伏的机制主要有： (1) 体光伏效应；(2) 畴壁理论；(3) 肖特基结效应；(4) 退极化场效应。值得指出的是目前广受关注的畴壁理论：该理论认为电畴的畴壁具有类似于 p-n 结的性质，光生载流子的分离主要是由畴间电势差作用的结果。根据该理论，铁电材料的光生电压远大于硅 p-n 结的原因在于[8]：(1) 内建电场大。对于硅 p-n 结，耗尽层电压 ~ 0.7 V，耗尽层厚度 ~ 1 μm，即内建电场 ~ 0.7 kV/mm；而对于 BFO 薄膜，畴间电势差 ~ 10 mV，畴壁厚度 ~ 2 nm，即内建电场 ~ 5 kV/mm。(2) 铁电材料中存在很多的畴壁，形成串联电路。
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