研究方向：铁电光伏材料及器件

具有钙钛矿 (ABO₃) 结构的铁酸铋、钛酸钡等材料是铁电光伏 (ferroelectric photovoltaics) 器件的一类重要研究对象。其赝立方结构导致非中心对称性使相应材料产生自发极化，通过体光伏效应、单晶畴壁的电势累加等机制，可以获得高于铁电材料自身带隙宽度的高开路电压 (above band gap voltage)，有些研究者称其为非正常光电压(anomalous photo-voltage)现象。同时，由于自发极化场的存在，有利于电子-空穴对的分离及定向迁移，理论上可以获得大电流密度。AFM针尖测试可得到>10 A cm^-2级别的极大电流密度。因其高开路电压和不同于p-n结太阳电池的工作机理，铁电光伏器件光-电转换效率有望突破肖克利-奎因瑟尔效率极限 (Schockley-Queisser limit)。研究组制备BFO织构膜，在AM1.5G光照条件下实现6 V开路电压。在正、负外电势极化条件下，实现电压、电流的反转，证实铁电性为光伏器件光电性能的主导因素 (ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4, 12703 )。

但是，由于铁电材料通常带隙较宽，导电性差，铁电光伏器件的短路电流密度通常在微安每平方厘米级别，光-电转换效率《1%。虽然掺杂、氧空位浓度调控等方法可以减小带隙，扩展光吸收谱段、提高材料体相导电性。但掺杂引起的晶体结构变化会在提高材料导电性时减弱铁电性能，导致器件在获得较大电流密度时，开路电压下降显著，通常低于1.5 V， 难以体现铁电光伏器件的高开路电压及潜在效率优势。因此，如何在保持相对较高铁电性能的前提下，提高器件导电性是设计高性能铁电光伏器件的关键问题。研究组通过铁酸铋与半导体形成异质结，在提高短路电流密度的前提下，维持较好铁电性能，器件开路电压达到1.5 V，并获得1.61%的光-电转换效率 (ACS Appl. Energy Mater. 2025, 8, 3096 )。进一步的研究使铁电光伏器件的光-电转换效率提升到10.39%。开路电压1.95 V，短路电流密度10.35 mA cm^-2，填充因子51.48%均有显著提高。在铁电光伏器件研究领域实现重大突破，并有望转化为实际应用，使极低成本光伏器件的梦想成为现实。

(a) Ferroelectric photovoltaic based on textured bismuth ferrite thin film. The current and voltage direction can be varied under opposite electric poling directions.; (b) with the aid of p-type nickle oxide and n-type titanium dioxide, the open circuit voltage is pinned to 1.5 V, while current density is increased to above 2.5 mA cm^-2, receiving a power conversion efficiency of 1.61%; (c) the champion ferroelectric photovoltaics with 10.39% PCE under 1 sun illumination.

主讲本科生和研究生《固体物理基础》、《材料表征技术》、《电子线路基础和虚拟仪器》、《专业英语》、《复合材料》、《材料物理性能》、《材料制备技术》、《无机化学实验》、《有机化学实验》等课程。主持国家自然科学基金项目、省部级科研项目及横向研究课题多项。 

欢迎有教养、诚实守信、人格健全、具有独立和成熟思考能力、较强动手能力、团队精神、主动性强、国际视野，对科学研究有好奇心的本科生和研究生，志愿达到上述培养目标的同学加入我们的研究组！潜在的学生具备《固体物理学》《半导体物理学》《光伏器件原理》《电介质材料》或《铁电材料与器件》，《无机化学实验》《光电器件制备、组装》《电学及电化学测量》等基础课程。

International students and post-doc research fellows are welcome. Master and PhD candidates are financially supported by the Chinese Government Scholarship Council (CSC). Post-doc fellows are financially supported by our university and the research budget.

毕业研究生，出站博士后及本科生分别在大连理工大学、长江师范学院、西安石油大学、延安大学、陕西国防工业技术学院、西飞公司、中佛罗里达大学、日本高等物质研究所等工作或继续学习、深造。

Former Members:

Dr. Bin Bin Jin, Changjiang Normal Univ., Chongqin, China.

Dr. Zhao Li, Univ. Central Florida, USA.

Dr. Tong He, Okayama Univ., Japan.

Mr. Urooj Ashgar, Pakistan.