，在PCZT2/IT0/玻璃上用磁控溅射ITO导电层，形成IT0/PCZT2/IT0/玻 璃结构，即包含高剩余极化的铁电薄膜的太阳能电池。
[0021] 实施例二 在玻璃上沉积ITO导电层，构成ITO导电玻璃，其透光率大于85%，表面电阻率为 90 Ω/ □左右，形成导电透明的导电ITO/玻璃；在ITO/玻璃上用sol-gel法沉积400nm厚 的Cr3+掺杂浓度为5%的PZT薄膜（高剩余极化的铁电薄膜)，经过520°C空气下退火，形成 多晶Cr3+掺杂的PZT薄膜（PCZT5);接着，在PCZT5/IT0/玻璃上用磁控溅射ITO导电层2， 形成IT0/PCZT5/IT0/玻璃结构，即包含高剩余极化的铁电薄膜的太阳能电池。
[0022] 实施例三 在玻璃上沉积ITO导电层1，构成ITO导电玻璃，其透光率大于85%，表面电阻率为 90 Ω/ □左右，形成导电透明的导电ITO/玻璃；在ITO/玻璃上用sol-gel法沉积400nm厚 的Cr3+掺杂浓度为10%的PZT薄膜(高剩余极化的铁电薄膜)，经过520°C空气下退火，形成 多晶Cr3+掺杂的PZT薄膜（PCZTlO);接着，在PCZT10/IT0/玻璃上用磁控溅射ITO导电层 2,形成IT0/PCZT10/IT0/玻璃结构，即包含高剩余极化的铁电薄膜的太阳能电池。
[0023] 对比例一 在玻璃上沉积ITO导电层1，构成透明的ITO导电玻璃（ΙΤ0/玻璃)，其透光率大于85%， 表面电阻率为90 Ω / □左右；在ITO/玻璃上用sol-gel法沉积400nm厚的PZT薄膜(铁电 薄膜)，经过520°C空气下退火，形成多晶的PZT薄膜（PCZTO);接着，在PCZT0/IT0/玻璃上 磁控溅射ITO导电层，形成IT0/PCZT0/IT0/玻璃结构，即包含高剩余极化的铁电薄膜的太 阳能电池。
[0024] 对比例二 在玻璃上沉积ITO导电层，构成ITO导电玻璃，其透光率大于85%，表面电阻率为 90 Ω/ □左右，形成导电透明的导电ITO/玻璃；在ITO/玻璃上用sol-gel法沉积400nm厚 的Cr3+掺杂浓度为0. 5%的PZT薄膜，经过520°C空气下退火，形成多晶Cr3+掺杂的PZT薄 膜（PCZT0. 5);接着，在PCZTO. 5/IT0/玻璃上用磁控溅射ITO导电层2,形成IT0/PCZT0. 5/ ITO/玻璃结构，即铁电薄膜太阳能电池。
[0025] 对比例三 在玻璃上沉积ITO导电层，构成ITO导电玻璃，其透光率大于85%，表面电阻率为 90 Ω/ □左右，形成导电透明的导电ITO/玻璃；在ITO/玻璃上用sol-gel法沉积400nm厚 的Cr3+掺杂浓度为1%的PZT薄膜(铁电薄膜)，经过520 °C空气下退火，形成多晶Cr3+掺杂 的PZT薄膜（PCZT1);接着，在PCZT1/IT0/玻璃上用磁控溅射ITO导电层2,形成IT0/PCZT1/ ITO/玻璃结构，即包含高剩余极化的铁电薄膜的太阳能电池。
[0026] 附图1为上述铁电薄膜的XRD曲线图，可以看出上述PZT薄膜以及Cr3+掺杂PZT 薄膜为纯铁电相，没有明显杂相。
[0027] 根据XRD中的特征峰的位置，计算的PZT薄膜以及Cr3+掺杂PZT薄膜的晶格常数 和晶胞体积参数，见表2 ;可以看出实施例薄膜的晶胞体积比对比例薄膜的晶胞体积要小； 对比例三薄膜的晶格参数晶胞体积与PCZTO薄膜的晶胞体积几乎没有差别，说明PZT薄膜 中的Cr3+取代不同。
[0028] 表2薄膜晶格常数和晶胞体积参数
附图2为局部放大的XRD图，与对比例薄膜相比，实施例薄膜的（200)和（002)特征峰 的之间的距离变小，说明随着Cr3+掺杂离子浓度的提高，PCZT薄膜有从四方相向立方相转 变的趋势。
[0029] 附图3为PZT薄膜以及Cr3+掺杂PZT薄膜的漏电流，实施例的PZT薄膜的漏电流 比对比例的薄膜的漏电流要小，说明本发明的产品中Cr3+作为施主离子，产生的电子中和 (或补偿）了氧空位，使得空间电荷减少；同时PCZTl薄膜、PCZT0. 5薄膜的漏电流比PCZTO 薄膜的漏电流要大很多，特别是掺杂1%的漏电流最大；说明对比例二、三中Cr3+作为受主 离子产生了多余的空穴，使得空间电荷增加。
[0030] 附图4为电池样品测试的电滞回线，表现为铁电材料典型的电滞回线；可以看出 对比例一样品的剩余极化为43. 8 μ C/cm2,实施例一、实施例二、实施例三样品的剩余极化 为102.1以0/〇112、124.4 4 0/〇112、98.8 4 0/〇112;分别比对比例一中的样品提高了2.3倍、 2. 8倍、2. 2倍，主要是由于部分被空间电荷屏蔽的自发极化得到释放；同时可以看出对比 例二、对比例三样品的剩余极化为32. 8 yC/cm2、28. 6 yC/cm2,比对比例一中的样品要低， 主要是由于部分自发极化被空间电荷屏蔽，而且1%的掺杂结果较〇. 5%的掺杂更低，与现有 技术的认知一致。
[0031] 在AML 5光照射下，光从ITO导电层1 (玻璃这一侦U)入射，测试铁电薄膜太阳能 电池的光电流-电压曲线(见附图5)，可以看出对比例一产品短路电流和开路电压分别为 0. 011mA/cm2和0. 13V，填充因子为0. 34,光伏发电效率为0. 004% ;实施例二产品短路电流 和开路电压分别为〇. 〇14mA/cm2和0. 38V，填充因子为0. 45,光伏发电效率为0. 024%，光电 转换效率比对比例一中的样品提高了 6倍。
[0032] 同样测试了其余产品的光电流-电压性能。实施例一产品短路电流和开路电压 分别为〇. llmA/cm2和0. 32V，填充因子为0. 42,光伏发电效率为0. 015%，光电转换效率比 对比例一中的样品提高了 3. 8倍；实施例三产品短路电流和开路电压分别为0. 013mA/cm2 和0. 26V，填充因子为0. 40,光伏发电效率为0. 014%，光电转换效率比对比例一中的样品提 高了 3. 5倍。对比例二产品短路电流和开路电压分别为0. 009 mA/cm2和0. 10V，填充因子 为0. 32,光伏发电效率为0. 003% ;对比例三产品短路电流和开路电压分别为0. 01mA/cm2和 〇. 11V，填充因子为0. 28,光伏发电效率为0. 002%。
[0033] 由上可见，与对比例一相比，本发明的铁电薄膜具有较高的剩余极化，实施例二的 剩余极化提高了 2. 8倍，漏电流小很多，构成的太阳能电池光伏发电效率提高了 6倍，克服 了现有技术认为Cr3+掺杂PZT薄膜会导致其剩余极化降低的技术偏见，取得了意想不到的 效果。
【主权项】
1. 一种高剩余极化铁电薄膜，其特征在于：所述高剩余极化铁电薄膜为Cr3+掺杂PZT 薄膜；所述Cr3+掺杂PZT薄膜中，Cr3+的摩尔百分比为2%~10%。2. 根据权利要求1所述高剩余极化铁电薄膜，其特征在于：所述Cr3+掺杂PZT薄膜的 厚度为400 nm〇3. 根据权利要求1所述高剩余极化铁电薄膜，其特征在于：所述Cr3+掺杂PZT薄膜中， Cr3+的摩尔百分比为5%。4. 根据权利要求1所述高剩余极化铁电薄膜，其特征在于：将醋酸铅、钛酸丁酯、错酸 丁酯、铬盐溶解在醋酸和乙二醇甲醚混合液中，形成溶胶；再经溶胶凝胶法甩膜制备得到 Cr3+掺杂PZT薄膜。5. 根据权利要求4所述高剩余极化铁电薄膜，其特征在于：所述铬盐为硝酸铬或醋酸 铬。6. 根据权利要求4所述高剩余极化铁电薄膜，其特征在于：醋酸和乙二醇甲醚的体积 比为I : (1~4)。
【专利摘要】本发明公开了一种高剩余极化的铁电薄膜，为Cr3+掺杂PZT薄膜。本发明首次在PZT薄膜层引入摩尔百分比为2%～10%的Cr3+掺杂离子，构成了Cr3+掺杂PZT薄膜本；在较低的退火温度下，得到了具有较高剩余极化的铁电薄膜；相比普通的PZT/ITO结构的铁电薄膜，本发明的剩余极化提高了2-3倍，构成的电池光电转换效率提高了6倍，取得了较好的效果。
【IPC分类】C04B35/491
【公开号】CN104987067
【申请号】CN201510288063
【发明人】郑分刚, 古寿林, 吴星波
【申请人】常熟苏大低碳应用技术研究院有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月29日