信阳师范大学孙书杰团队CEJ：构筑纳米网状型铁电异质结可实现优异光伏效应和非对称性转换特性

基于窄带隙半导体的高吸收系数和铁电材料中自发极化高效驱使载流子的分离与迁移的特征，研究依托铁电材料-窄带隙半导体的异质结似乎能实现上述两者的优势整合。在异质结中，光生电子-空穴对可以在窄带隙半导体和铁电材料中同时产生，然后通过铁电层中的退极化场和界面处的内建场来有效实现电子-空穴对的快速分离与迁移，从而减少载流子运动过程中的复合几率。众所周知，异质结界面对光伏响应至关重要，如何设计界面是实现高性能的关键。区别于二维平面异质结构，嵌入式的异质结构可以提供更好的接触和更高的界面利用率，并能确保两种组分材料很好的接触和光生载流子高速转移等。于是该课题组一直关注于嵌入式异质结的构筑与性能提升。近期，聚焦于Aurivillius相层状钙钛矿体系，其课题组深入研究了钨酸铋(Bi₂WO₆)铁电外延薄膜的生长规律，成功在钛酸锶等衬底上生长出具有高取向、大面积整齐的纳米网状Bi₂WO₆薄膜，并基于此n-型纳米网状铁电薄膜骨架，选择引入窄带隙p-型硒化锑(Sb₂Se₃)层，来构建了嵌入式Bi₂WO₆/Sb₂Se₃异质结构薄膜及器件。结果发现，这种嵌入型p-n异质结构器件可以明显提升至少两个数量级的开路电压和短路电流密度，并可通过预极化处理实现非对称的光伏翻转特性；进一步机理分析表明，利用铁电极化有效修饰界面肖特基势垒的宽度和高度是性能提升的关键。相关研究成果以“Engineering ferroelectric-nanonet-based heterostructures enables superior photovoltaic effect and asymmetric switchability”为题，发表在《Chemical Engineering Journal》。信阳师范大学为该论文的唯一通讯单位，合作单位包括中国科学技术大学、澳大利亚伍伦贡大学、北京科技大学和粤港澳大湾区量子科学中心。

本团队隶属于信阳师范大学建筑节能材料河南省协同创新中心，目前主要从事光电功能材料与器件相关研究工作，包括铁电、多铁、压电陶瓷与薄膜材料的物性与结构、光电能源存储与转换、薄膜太阳电池、光催化能源利用等，特别关注于层状氧化物材料的结构与物性、铁电光伏与铁电催化等，相关工作发表于Advanced Materials、Advanced Science、Chemical Engineering Journal、Materials Horizons、Journal of Materials Chemistry A/C、Applied Surface Science等。建筑节能材料河南省协同创新中心是学校重点建设的省级平台，长期招聘优秀人才，欢迎相关学科背景的优秀青年博士加入，具体招聘信息详见学校主页。