Fe₂O₃掺杂KNLNST无铅陶瓷

带隙窄、剩余极化大

通过Fe₂O₃掺杂同时实现窄带隙与高剩余极化，显著提升铁电光伏器件性能。

陈建 · Mao, Jiaxing · Wang, Zihui · Yanhui, Dong · 郭金明 · 黎明锴 · Zhang, Yi · 卢寅梅 · 何云斌

Journal of Advanced Ceramics 2023

具体参数

带隙

{'zh': '1.74', 'en': '1.74'} eV

剩余极化

{'zh': '27.05', 'en': '27.05'} μC/cm²

开路电压

{'zh': '-5.28', 'en': '-5.28'} V

短路电流密度

{'zh': '0.051', 'en': '0.051'} μA/cm²

技术优势

带隙大幅收窄

Fe³⁺掺杂离子与B位Sb³⁺宿主离子的耦合作用将带隙从3.1 eV降低至1.74 eV，显著增强可见光吸收。

剩余极化更高

适量Fe³⁺掺杂增加了正交相与四方相的体积比，使剩余极化从17.73 μC/cm²提升至27.05 μC/cm²，增强了铁电去极化电场。

光伏输出成倍提升

掺杂后器件开路电压绝对值从0.46 V飙升至5.28 V，短路电流密度也由0.039 μA/cm²增至0.051 μA/cm²，直接得益于更窄的带隙和更大的剩余极化。

应用场景

• 铁电光伏器件：提供同时具备窄带隙和大极化的铁电层，提升器件可见光吸收和开路电压。
• 无铅压电材料：兼具高压电性与窄带隙，拓展无铅压电材料在光-力-电耦合器件中的应用。
• 光伏材料：以非p-n结的铁电光伏机制实现高输出电压，适用于室内弱光能量收集等场景。
• 功能陶瓷：在无铅铁电陶瓷中实现宽光谱响应，可望用于多功能传感器或光驱动器。