通过同时施加压应变和外电场极化提高BLFO/ZnO光伏性能

物理与电子学院河南省新能源材料与器件国际联合实验室郑海务教授课题组的研究成果“Enhanced Photovoltaic Performances of La Doped Bismuth Ferrite/Zinc Oxide Heterojunction by Coupling Piezo-Phototronic Effect and Ferroelectricity”在自然指数期刊、国际顶级期刊ACS Nano（中科院一区，IF=14.588）上在线发表( https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05398)。

以郑海务教授作为负责人的极化材料、器件与应用课题组的重要研究方向之一是利用极化效应调控新型低维铁电、压电异质结的光伏性能。近年来，围绕铋基铁电材料光伏效应的物理起源，动态应变和铁电极化对光伏效应的调控，铁电半导体异质结光伏效应增强的物理机制，铋基铁电氧化物纳米材料在染料敏化太阳能电池对电极中的应用等方面开展了颇具特色的研究工作。代表性论文以河南大学为第一单位发表在J. Mater. Chem. C [5(2017)10615]、Appl. Phys. Lett. [111(2017)032901]、Electrochim. Acta[215(2016)543]、Nano Energy [18(2015)315]等国际知名学术期刊。

王中林院士提出的压电光电子学理论是通过调控界面和结区处载流子的输运过程，达到调制器件光电性能目的，实现力-光电的协同效应。研究人员利用溶胶凝胶法和水热法制备BLFO/ZnO异质结，通过施加应变和外电场极化研究了压电光电子学效应与铁电极化对BLFO/ZnO异质结光电性能的影响。在保持-2.3%的压应变的同时，通过施加正向电场极化，开路电压和短路电流密度与零应变下的测试结果相比提高了约8.4%和54.6%，响应时间缩短了59%，恢复时间缩短了31%。为了更好的解释BLFO/ZnO异质结性能增强的原因，系统分析了异质结的能带变化，揭示了压电-铁电耦合增强器件光伏特性的机理。同时也通过COMSOL软件对ZnO纳米线阵列的压电势和BLFO/ZnO异质结能带结构进行了仿真计算，实验现象、能带分析与理论计算一致，进一步验证了上述机理。该工作为增强基于铁电薄膜制备的异质结性能提供了一个新的思路，拓宽了基于力光电协同作用的自驱动光电传感器的研究范围。

河南大学郑海务教授，华南师范大学王幸福研究员和中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士是论文的共同通讯作者，河南大学是第一署名单位，第一作者和共同第一作者分别是物理与电子学院硕士生张远征和青年教师杨丽雅。研究工作受到科技部、国家自然科学基金委、河南省高校科技创新团队、河南大学一流学科培育项目等项目的资助。