Photoresponsive polar LuMnO3 and nonpolar LaFeO3 oxides in non-centrosymmetric structures

Resum

La baixa eficiència de conversió d’energia és un factor limitant important per a algunes aplicacions fotovoltaiques. En aquest context, la conversió fotovoltaica emprant materials ferroelèctrics, està rebent un nou interès. De fet, algunes de les seves propietats son úniques i poden contribuir a resoldre alguns colls d’ampolla actuals en aplicacions relacionades amb la fotoconversió. Per exemple: la possible presència d’un camp elèctric intern (depolaritzant) que s’estén per tot el material i la presència l’anomenat bulk photovoltaic effect (BPE) directament associat al seu caràcter no centrosimètric inherent. Si bé el primer pot conduir a una extracció de càrrega més eficient d’un material fotoresponsiu, el segon pot donar lloc a noves oportunitats, com ara l’assoliment d’una tensió de circuit obert (Voc) més gran que la banda prohibida (gap) dels semiconductors implicats. En els darrers anys, la investigació de BPE en ferroelèctrics s’ha centrat principalment en BiFeO3 amb un amplada de band prohibida de 2,7 eV, la qual cosa implica una capacitat de resposta limitada en el rang visible. Òbviament, els ferroelèctrics amb una banda prohibida més estreta podrien conduir a una millor fotoconversió i el BPE podria introduir beneficis addicionals. Entre aquests materials, una família molt senzilla són les manganites hexagonals h-ReMnO3 (Re = Lu, Y, etc.), que amb un interval de banda més estret (≈ 1,5 eV), podrien ser candidats prometedors. En h-ReMnO3, la BPE encara no s’ha documentat, i aquest és el primer objectiu d’aquesta tesi. La no-centrosimetria pot ser intrínseca en l’absorbent de fotons, com en els fotoferroelèctrics, però també es pot dissenyar mitjançant l’enginyeria de la cèl·lula fotovoltaica. Tot i així, es requereix un material de banda intercalada estreta. El LaFeO3 no polar (banda prohibida ≈ 2,4 eV) és un bon candidat per explorar la seva fotoresponsivitat, per analitzar acuradament el paper de l’alineació de la banda electrònica amb els elèctrodes en la densitat de corrent de curtcircuit (Jsc) i la tensió de circuit obert i, finalment, comparar la seva fotoresponsivitat amb la de materials polars._x000D_ Tenint en compte aquests objectius, hem estudiat sistemàticament la resposta fotovoltaica de cristalls i pel·lícules primes de h-LuMnO3 amb l’objectiu d’identificar la presència de BPE i avaluar la seva contribució a la fotoresposta global. A continuació, la mesura de les propietats de transport en foscor i sota il·luminació de les heteroestructures que contenen pel·lícules primes de LaFeO3 (centrosimètriques) intercalades entre elèctrodes asimètrics, han proporcionat l’oportunitat d’identificar la connexió entre els perfils de potencial a les interfícies LaFeO3 i les seves propietats fotovoltaiques.

Data del Ajut	27 d’oct. 2022
Idioma original	Anglès
Supervisor	Fontcuberta Griñó, Josep (Director/a) & Fina Martinez, Ignasi (Director/a)