Photoelectronic effects in self-assembled vertically aligned nanocomposite oxide thin films

Abstract

The present work concerns photoelectronic effects, especially the bulk photovoltaic effect, in two vertically aligned nanocomposite oxide thin film systems. The thin films are prepared via pulsed laser deposition and characterized mainly via x-ray diffraction, transmission electron microscopy and custom setups for photoelectronic transport measurements. While the investigation of the BiFeO3–Sm2O3 system is grounded on previous literature, the formation of a nanocomposite with a three-dimensional architecture in the (Pb,Bi)(Ti,Nb)O3–NiO system is a new discovery. Its formation is explained and shown to be controllable and tunable. Whereas the resulting structure of the BiFeO3–Sm2O3 system is found not to exhibit the bulk photovoltaic effect, the (Pb,Bi)(Ti,Nb)O3-NiO system outperforms reference materials with respect to photoelectronic conversion efficiency. It is shown that this can be specifically attributed to its nanocomposite structure.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit photoelektronischen Effekten, insbesondere mit dem anomalen photovoltaischen Effekt, in zwei vertikal gerichteten Nanokompositoxid-Dünnschichtsystemen. Die Dünnschichten werden mittels gepulster Laserabscheidung hergestellt und vorwiegend mittels Röntgenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie und Spezialaufbauten für photoelektronische Transportmessungen charakterisiert. Während das Studium des BiFeO3-Sm2O3-Systems auf vorangehender Literatur fundiert, ist die Bildung eines Nanokomposits mit dreidimensionaler Architektur im (Pb,Bi)(Ti,Nb)O3-NiO-System eine neue Entdeckung. Dessen Formation wird erklärt und gezeigt, dass sie kontrollier- und regelbar ist. Während die resultierende Struktur des BiFeO3-Sm2O3-Systems keinen anomalen photovoltaischen Effekt aufweist, übertrifft (Pb,Bi)(Ti,Nb)O3-NiO Referenzmaterialien in Bezug auf den photoelektronischen Wirkungsgrad. Es wird gezeigt, dass dies speziell in der Nanokompositstruktur begründet liegt.