随着脉冲功率技术的广泛应用与飞速发展,激发了人们对高储能密度材料的要求。SrTiO₃是典型的先兆性铁电体,在室温下不具有铁电性,因此相比于其他钙钛矿铁电材料具有更大的击穿场强和储能效率。但是该材料的极化强度相对较低,因而限制了其作为储能材料的发展与应用。针对这个问题,本文通过构造缺陷复合体和“离子对”的方法,调控SrTiO₃基薄膜材料的极化行为,提高极化强度,从而增大其储能密度。基于第一性原理计算,探讨了Bi³⁺-V_Sr^′′-Bi³⁺缺陷复合体和Bi³⁺-Li⁺“离子对”对晶体结构的影响,分析SrTiO₃基薄膜铁电性的来源。通过调控极化行为,达到优化SrTiO₃基薄膜储能性能的目的。在SrTiO₃中引入Bi³⁺,通过预置锶空位(V_Sr^′′),构造Bi³⁺-V_Sr^′′-Bi³⁺缺陷复合体,优化SrTiO₃基薄膜的极化行为。结果表明,5 mol.%和10 mol.%Bi³⁺掺杂的Sr_1-1.5x-1.5x Bi_x Ti_0.99Mn_0.01O₃薄膜在室温显示出良好的铁电性。Bi掺杂量为10 mol.%的薄膜具有最优的储能特性,在1982 kV/cm时,储能密度为24.4 J/cm³。且储能性能在30-110 ^oC的范围内展现出良好的温度稳定性。第一性原理计算结果表明,Bi³⁺和V_Sr^′′可以形成Bi³⁺-V_Sr^′′-Bi³⁺缺陷复合体,最终导致TiO₆八面体发生倾转,产生铁电性。通过施主-受主共掺,在SrTiO₃的A位引入Bi³⁺和Li⁺,形成Bi³⁺-Li⁺“离子对”,增大薄膜的极化强度。结果表明Sr_1-x(Bi_0.5Li_0.5)_x Ti_0.99Mn_0.01O₃薄膜具有室温铁电性,且Bi³⁺-Li⁺掺杂量为2.5 mol.%的SrTiO₃基薄膜在3307 kV/cm的电场强度下获得最大储能密度,为47.7 J/cm³,储能效率为67.0%。这主要是由于“离子对”的引入打破了晶体的对称性,造成局域晶格的畸变;同时“离子对”周围的正负电荷发生位移,从而导致局域极化的产生。利用上述不同的缺陷类型,在SrTiO₃薄膜中复合掺杂Bi³⁺-Li⁺-X(Na⁺/K⁺/Y³⁺)离子,研究了不同种类的三元复合掺杂对薄膜储能性能的影响。结果表明,Bi³⁺-Li⁺-K⁺复合掺杂和Bi³⁺-Li⁺-Na⁺复合掺杂的SrTiO₃薄膜具有良好的室温铁电性。Bi³⁺-Li⁺-Y³⁺复合掺杂的SrTiO₃薄膜具有最低的P_r值,同时其具有良好的耐压性,因而Bi³⁺-Li⁺-Y³⁺复合掺杂的SrTiO₃薄膜的储能密度在3600 kV/cm的电场强度下达到了最大值21.1 J/cm³,并且其储能效率在此电场强度下也达到了最大值为71%。