山東昌日分布式光伏發(fā)電代理
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【原創(chuàng)文章】
當鐵電材料與電極接觸形成肖特基勢壘時，界面處能帶將會彎曲，光照下產生的電子空穴對將被電極附近局部電場驅動，產生的光電流很大程度是由肖特基勢壘和耗盡層的深度決定。根據(jù)這一模型，在肖特基勢壘內部所產生光生電壓的大小依然局限于鐵電材料的帶隙，在研究鐵電光伏效應的早期階段肖特基效應所引起的電壓常被忽略，是因為它遠遠低于大部分鐵電晶體中的反常光生電壓。但肖特基效應在鐵電薄膜光伏器件中變得越來越重要，因為這些器件中的光伏電壓輸出通常比較小。
一般來說，由相同電極與鐵電材料構成的具有三明治結構的鐵電光伏器件中，肖特基勢壘產生光電流的貢獻是不存在的，因為由上下兩個相同的電極與鐵電材料所構成的兩個肖特基結是背靠背的，相互遏制，因此所產生的光生電壓和電流相抵消。然而，若采用不同類型的電極，可以實現(xiàn)具有垂直結構的鐵電光伏器件中光伏效應的增強。由于肖特基結效應與鐵電材料的極化方向無關，根據(jù)這一特點就可以區(qū)分肖特基結和體光伏效應對光電流的貢獻。然而一些研究者認為，肖特基勢壘的高度可以通過對鐵電材料施加電場改變其極化方向來進行調控。并且，當肖特基勢壘和鐵電材料的極化方向發(fā)生轉變的時候，光生電壓的符號也隨之發(fā)生轉變。
例如，由 Au/BFO/Au 構成的具有垂直結構的鐵電二極管中，光生電流及光生電壓都隨著極化方向的轉變而轉變。最初將 BFO 薄膜體光伏效應認為是產生這一現(xiàn)象的主要原因，但隨后的研究表明，BFO 薄膜在極化過程中的肖特基勢壘的改變主要是由于氧空位的遷移造成的，而當氧空位遷移在低溫下被凍結時，光伏效應隨著極化方向的轉變不再發(fā)生轉變。
對于處于極化狀態(tài)的鐵電薄膜而言，薄膜表面具有高濃度的極化電荷，如果不考慮屏蔽效應，這些高密度的極化電荷將會在鐵電層內產生一個巨大的電場。以 BFO薄膜為例，其剩余極化強度約為 100μC·cm-2，未被屏蔽的極化電荷所產生的電場可達 3×1010V/m。
當鐵電薄膜與金屬或半導體接觸時，剩余極化引起的表面電荷將會被金屬或半導體中的自由電荷部分屏蔽。通常，表面電荷之所以不完全被屏蔽因為極化電荷和自由補償電荷重心不重合，在整個鐵電薄膜內部就產生電場，即退極化場。
退極化場可能很大，例如對于厚度為 10 ～ 30nm 的 BTO 薄膜而言，由 BTO 與 Sr Ru O3電極構成的三明治結構中的退極化場約為 45×106V/m。如此高的退極化場被認為是分離光生載流子的主要驅動力，同時也表明反常光伏效應與極化電荷的屏蔽程度密切相關。
屏蔽電荷的分布取決于鐵電材料和金屬 ( 或半導體 ) 的性質，例如剩余極化強度、自由電荷密度及介電常數(shù)等。另一方面未被屏蔽的極化電荷對退極化場的影響主要取決于鐵電層的厚度：厚度小的鐵電層結果退極化場大。
一般來說，半導體與鐵電材料接觸產生的退極化場比金屬與鐵電材料接觸所產生的退極化場大，這是由于半導體材料具有較小的自由電荷密度和較大的介電常數(shù)，從而產生較弱的屏蔽效應。
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