整体器件结构优化显著提升基于铁氧铋的铁电光伏电池面向商业应用的功率转换效率

《Materials Research Bulletin》：Optimization of Overall Device Structure Significantly Boosted Power Conversion Efficiency of Bismuth Ferrite-Based Ferroelectric Photovoltaic Cells for Commercial Applications

　　

• •
  制备了基于BiFeO₃基薄膜的新型铁电光伏架构。
• •
  通过优化整体器件结构，将功率转换效率提升至16%，有望面向商业化应用。
• •
  提出了增强光伏性能的基本机制。

章节摘要

引言

能源短缺和环境污染是工业发展和人们需求增长带来的主要问题，由此产生的气候变化问题被认为是当今人类社会面临的最紧迫问题之一。通过光电转换，太阳能可以降低人们对煤、石油等化石燃料的依赖，从而减少碳排放和环境污染。因此，太阳能具有很大的发展空间，并已应用于

BiFeO₃基薄膜的制备

溶胶-凝胶旋涂技术是一种流行的化学制备薄膜、陶瓷等材料的技术，本研究中用于制备BiFeO₃基（BFO）薄膜。该方法允许溶液充分混合，操作过程简单，耗材和设备成本低，且可在较大面积上重复制备薄膜材料。本工作中BiFeO₃基薄膜的制备涉及同时生产

结果与讨论

沉积在Au-NPs/FTO基底上的BTFCO-1、BTFCO-2、BTFCO-3和BTFCO-g薄膜的XRD衍射图谱见图1a。可以看出，将(Tm, Co)掺杂引入BiFeO₃晶格中并未产生杂质相，这也确保了BiFeO₃的铁电特性在复合体系中得以保留。此外，很明显所有BTFCO薄膜的峰与BiFeO₃、FTO和Au的标准峰高度一致，

结论

本工作主要研究多因素耦合效应增强BiFeO₃基薄膜光伏器件性能。采用溶胶-凝胶旋涂技术制备了(Tm, Co)掺杂的BiFeO₃（BTFCO）薄膜。构建了FTO/Au-NPs/TiO₂/BTFCO-g/NiO/Au的创新多层器件结构。在此特殊器件结构框架内形成三个内建电场，包括由能带弯曲引起的E_bi-S、由梯度形成的E_bi-gv

CRediT作者贡献声明

Ao Cao：数据整理。Youxin Yuanfeng：调查研究。Jie Wei：撰写——审阅与编辑，监督指导，项目管理，经费获取，概念构思。Zehao Sun：撰写——初稿撰写，方法学，调查研究，数据整理。Zhenxiang Cheng：监督指导。Xuyu Shen：调查研究。Junlong Zhang：数据整理。

利益冲突声明

作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

感谢陕西省自然科学基金（项目编号：2025JC-QYXQ-018）和国家自然科学基金（批准号：52072296）的资助。

Zehao Sun|Jie Wei|Youxin Yuanfeng|Ao Cao|Junlong Zhang|Xuyu Shen|Zhenxiang Cheng