基于窄帶隙半導(dǎo)體的高吸收系數(shù)和鐵電材料中自發(fā)極化高效驅(qū)使載流子的分離與遷移的特征，研究依托鐵電材料-窄帶隙半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)似乎能實(shí)現(xiàn)上述兩者的優(yōu)勢整合。在異質(zhì)結(jié)中，光生電子-空穴對(duì)可以在窄帶隙半導(dǎo)體和鐵電材料中同時(shí)產(chǎn)生，然后通過鐵電層中的退極化場和界面處的內(nèi)建場來有效實(shí)現(xiàn)電子-空穴對(duì)的快速分離與遷移，從而減少載流子運(yùn)動(dòng)過程中的復(fù)合幾率。眾所周知，異質(zhì)結(jié)界面對(duì)光伏響應(yīng)至關(guān)重要，如何設(shè)計(jì)界面是實(shí)現(xiàn)高性能的關(guān)鍵。區(qū)別于二維平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)，嵌入式的異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以提供更好的接觸和更高的界面利用率，并能確保兩種組分材料很好的接觸和光生載流子高速轉(zhuǎn)移等。于是該課題組一直關(guān)注于嵌入式異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑與性能提升。近期，聚焦于Aurivillius相層狀鈣鈦礦體系，其課題組深入研究了鎢酸鉍(Bi₂WO₆)鐵電外延薄膜的生長規(guī)律，成功在鈦酸鍶等襯底上生長出具有高取向、大面積整齊的納米網(wǎng)狀Bi₂WO₆薄膜，并基于此n-型納米網(wǎng)狀鐵電薄膜骨架，選擇引入窄帶隙p-型硒化銻(Sb₂Se₃)層，來構(gòu)建了嵌入式Bi₂WO₆/Sb₂Se₃異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜及器件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種嵌入型p-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件可以明顯提升至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)的開路電壓和短路電流密度，并可通過預(yù)極化處理實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱的光伏翻轉(zhuǎn)特性；進(jìn)一步機(jī)理分析表明，利用鐵電極化有效修飾界面肖特基勢壘的寬度和高度是性能提升的關(guān)鍵。相關(guān)研究成果以“Engineering ferroelectric-nanonet-based heterostructures enables superior photovoltaic effect and asymmetric switchability”為題，發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》。信陽師范大學(xué)為該論文的唯一通訊單位，合作單位包括中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、澳大利亞伍倫貢大學(xué)、北京科技大學(xué)和粵港澳大灣區(qū)量子科學(xué)中心。

本團(tuán)隊(duì)隸屬于信陽師范大學(xué)建筑節(jié)能材料河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，目前主要從事光電功能材料與器件相關(guān)研究工作，包括鐵電、多鐵、壓電陶瓷與薄膜材料的物性與結(jié)構(gòu)、光電能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、薄膜太陽電池、光催化能源利用等，特別關(guān)注于層狀氧化物材料的結(jié)構(gòu)與物性、鐵電光伏與鐵電催化等，相關(guān)工作發(fā)表于Advanced Materials、Advanced Science、Chemical Engineering Journal、Materials Horizons、Journal of Materials Chemistry A/C、Applied Surface Science等。建筑節(jié)能材料河南省協(xié)同創(chuàng)新中心是學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)的省級(jí)平臺(tái)，長期招聘優(yōu)秀人才，歡迎相關(guān)學(xué)科背景的優(yōu)秀青年博士加入，具體招聘信息詳見學(xué)校主頁。