通过晶格严重畸变和电畴精细调控探索BiFeO3的多铁和半导体性能(2)
3.4.1 极化次数对光伏性能的影响 18
3.4.2 光照强度对光伏性能的影响 20
3.4.3 温度对光伏性能的影响 23
结 论 27
致 谢 28
参考文献29
1 引言
1.1 铁电体概述
1.1.1 铁电体
作为一种具有自发极化的晶体，铁电体，而且，由于在外加电场的条件下，其自发极化会受到一定的影响，所以自发极化产生的方向，会随着外加电场的方向的变化而发生变化。然而，外加电场的撤销，并不会使得其在晶体内部产生的电极化方向发生很大的改变的。有一端约束着一层带正电的电荷，另一端呢，约束着一层带负电的电荷，如果这种事情发生在铁电体的内部，我们就称之为自发极化。在晶体的内部，晶体两端所束缚着电荷都会产生一个属于自己的电场，产生的电场方向是和极化方向相反的，这一电场被称作是退极化电场。晶体内部的静电能，会由于退极化电场的产生而升高，由于静电能的升高会让晶体产生许许多多的小小的区域呢，在受到外面施加的机械力的时候。电偶极子在每一个小小的区域的内部会都沿着同一方向排列的，然而不同的区域里面的电偶极子的排布却并不相同，我们把这些个电偶极子排列相同的小小的区域称作为电畴，简略的称之为畴。晶体内部的应变能与静电能会由于电畴的出现而发生下降，然而畴壁的存在，会产生一种全新的被命名为畴壁能的能量。
图1.1 铁电体电滞回线，Ps 为饱和极化强度，Pr 为剩余极化强度，Ec 为矫顽场
铁电体的极化强度P会由于外加电场E的变化而发生相应的变化，如果施加一个比较大的外加电场E在铁电体上时，外加电场E和极化强度P之间就不会出现开始出现的线性关系了，我们可以得到，极化强度P是外加电场E的具有滞后现象的双值函数。电场由正饱和值变化移动到负饱和值，再由负饱和值变化移动到正饱和值，循环一周，极化强度P与电场E会形成一个闭合的曲线，我们把这样的曲线叫作电滞回线，如图1-1所示。图中Ec称为矫顽场，其定义是，能够使得铁电体的剩余极化变为零所需要加的反向电场强度；Pr是剩余极化强度，其定义是能够稳定存在的极化强度，在铁电晶体的在外加电场撤除后。随着外加电场的增大，铁电体的极化强度逐渐趋于饱和，当铁电体的极化到达饱和的时候，说明铁电体已经被完全的极化了，其值为Ps。电滞回线的矩形度是指剩余极化与饱和极化的比值。如果在铁电体的反向施加一个极化电压，这个反向的电压首先会使得铁电体的极化强度减弱，这是由于外加电场与自发极化反向的原因。伴随着外加的反向电场强度的不断增大，极化强度也是会随着电场强度的不断增大而增大，最好极化达到了反向饱和。
典型的铁电材料有：锆钛酸铅Pb(Zr1-xTix)O3、钛酸钡BaTiO3、铁酸铋BiFeO3等。最近几年的研究使得铁电材料取得了突破性的发展，开始逐渐应用到图像显示、信息存储、铁电光阀阵列作全息照像的存储和全息照像中的编页器等领域[1]。
1.1.2 铁电体的分类
铁电体的分类方法有很多，在这主要介绍按相转变的微观机制分类[2,3]：位移型铁电体和有序-无序铁电体。这里主要介绍有序-无序型转变的铁电体，其主要包括了含有氢键或某些特殊官能团的晶体，如KH2PO4 及其同型盐、NaNO2、硫酸三甘氨酸（TGS）等。这类晶体在发生相转变时，离子个体会发生有序化，质子的运动与铁电性有密切关系。