研究目的
通过铁掺杂钛酸钡中连续的氧化还原介导过程研究铁光电器件在可见光下的激活机制。
研究成果
研究表明，BaTiO3中Fe2+与Fe3+的共存会引入施主和受主能级，通过连续的氧化还原介导过程实现在可见光下的强光伏响应。该方法为光伏材料（及潜在的光催化剂）实现可见光激活提供了可行途径，且无需牺牲光伏电压。
研究不足
该研究的局限性在于退火过程中需要控制氧分压以调节铁的价态，这可能增加工艺放大的复杂性。此外，单晶样品的发光强度低于阴极荧光测量的检测限，因此部分分析需采用陶瓷样品进行。
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连续氧化还原介导的可见光铁光伏技术
DOI：10.1038/s41467-020-14763-6
期刊：Nature Communications
出版年份：2020
更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要：
氧化钛材料具有光催化和光伏效应等多种功能。铁电体通过空间反演对称性破缺产生高于带隙电压的光能转换，但其宽禁带导致可见光吸收较差。虽然缩小禁带宽度是潜在解决方案，但这种材料改性会抑制自发极化，从而牺牲光生电压。本研究报道了具有强可见光响应的连续氧化还原介导铁电光伏材料。通过单晶实验、第一性原理计算及光致发光分析证明：在典型铁电体钛酸钡(BaTiO3)中，二价Fe2?与三价Fe3?共存分别引入施主能级和受主能级，两种连续的Fe3?/Fe2?氧化还原反应不仅增强可见光下的光生功率，还能提升高于带隙光子能量时的光电转换效率。该方法为光伏材料（以及潜在的光催化剂）实现可见光激活开辟了新途径。
作者：
Yuji Noguchi，Yuki Taniguchi，Ryotaro Inoue，Masaru Miyayama
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