Efecto fotoeléctrico ferroeléctrico colosal en películas delgadas de doble perovskita no equivalentes

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• Optoelectrónica y sus derivados

Sus antecedentes:

• Las películas de perovskita doble se exploran para propiedades ferroeléctricas, ferromagnéticas y fotovoltaicas.
• La ingeniería de brecha de banda se puede lograr a través de combinaciones y arreglos de iones a medida.
• Los métodos existentes para mejorar los efectos fotovoltaicos ferroeléctricos requieren una optimización.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una estrategia sinérgica para inducir el esfuerzo químico y la compensación de carga en las películas de perovskita doble.
• Investigar el impacto de la sustitución de bario en el sitio A en Bi2FeMnO6 en el rendimiento fotovoltaico ferroeléctrico.
• Comprender los mecanismos subyacentes de la deformación, el equilibrio de carga y la modificación de defectos.

Principales métodos:

• Sustitución de elementos no equivalentes (bario en el sitio A) en películas delgadas epitaxiales de Bi2FeMnO6.
• Imágenes HAADF-STEM de alta resolución.
• Espectroscopia de difracción y absorción de rayos X basada en sincrotrones.
• Cálculos de la Teoría Funcional de la Densidad (DFT).

Principales resultados:

• Se logró un efecto fotovoltaico ferroeléctrico de ~ 135.67 μA / cm2, un aumento significativo desde 30.62 μA / cm2.
• Demostró una mejora de 5 veces en la eficiencia fotovoltaica debido a una mayor polarización ferroeléctrica.
• Se confirmó el doble papel de los iones no equivalentes en la inducción de la deformación química (+1,92 y -1,04 GPa) y el balance de carga.
• Se observó una reducción de la densidad de vacío de oxígeno y se suprimió la distorsión de Jahn-Teller, lo que condujo a una mejora de la hibridación electrón-orbital, la absorción óptica y la polarización ferroeléctrica.

Conclusiones:

• La sustitución de elementos no equivalentes es una estrategia eficaz para mejorar los efectos fotovoltaicos ferroeléctricos en las perovskitas dobles.
• El método propuesto ofrece una vía para dispositivos de película delgada de alto rendimiento con espesores inferiores a 100 nm.
• Este enfoque es prometedor para aplicaciones en fotocatálisis y otros materiales funcionales a través del control de defectos.