而铁电材料的光电过程完全不同于 p-n 结太阳能电池的原理，但如今还尚未弄明白其内 部的光电过程究竟是怎么一回事儿。而当我们真正理解并掌握这一光电机制的那一天，我们 必将大大的提高现有的太阳能电池的转化效率，造福人类，为未来可能出现的能源危机添加 了一份不错的筹码。

近年来，有人采用铋铁酸盐薄膜 （BFO）来制备太阳能电池[5]。该薄膜有一些有意思的 性质：在大概几百 μm 的内，各电畴规整且有序的排列着。其电畴形状为条状，隔壁的电畴 则显现截然不同的极性。正因如此，研究者能有“羊肠捷径”来细致入微的掌控其内置电场 的精确位置及其电场强度，故最大化的让微观尺度上的探索便捷的开展，更有甚者，也不用 担心杂质原子所造成的误差，还有多晶材料可能引起的偏差。迄今为止，科研者也正在有条 不紊的开展相关的科研工作，寻求更棒的替代品。我们完全可以认为，这项研究若有重大突 破，这将必然是我们人类的福音，将在很长的一段时间内大大缓解能源危机给我们带来的危 害。论文网

参照安德鲁·阿姆研究团队在 12 年的研究进展，他们为了测试 KBNNO 的微观结构和性 质，采用第一性原理密度泛函理论计算 KBNNO 的=0。33 的 60 个原子的超晶胞。2/12 的 Nb5+ 离子被 Ni2+取代，4/12 的 K 离子被 Ba 取代。这种取代会导致氧空位 V0、毗邻 Ni-Nb 缺陷（克 罗格温科符号），Ni-Vo 偶极矩平行于整体极化 P。我们结合了两种稳定 KBNNO 结构，一个 是 Ni2+—Vo—Ni2+结构，另一个是 Ni2+—Vo—Nb5+结构。所计算得到的极化率分别是 0。19/cm2

和 0。18/cm2，主要归结于 Nb 引起了偏心畸变。其极化率小于纯 KNO 材料（第一性原理得出 的在 0K 时 P=0。43/cm2  ），但 仍 然 有 实 质 的 。 综 合 比 较 全 氧（ δ=0 ） 结构 

（[KNbO3]1-x[BaNi1/2Nb1/2O3]x）和δ＞0 且存在氧空位的 KBNNO 结构的晶格常数不难发现， KBNNO 与 KNO 相比，体积增大，这与实验数据是一致的，然而[KNbO3]1-x[BaNi1/2Nb1/2O3]x 的体积是减少的。在这种合成条件下，由 DFT+U(U 是哈伯德排斥项)自由能计算方法得出氧 空位更多的是受热力学原因影响，表明这种材料是处于“KBNNO 态”。最后，KBNNO 样品 们是不导电的，恰恰与[KNbO3]1-x[BaNi1/2Nb1/2O3]x 相反，DFT+U 计算预测结果是金属性。因 此，我们们所需要合成的材料就是含氧空位的 KBNNO。

为了激发态载流子的高效分离，铁电体必须在室温及更高温度下发生极化。对于在 0K 下， KNO 和 X=0。33 的 KBNNO 的 DFT 计算 P 值（分别为 0。43/cm2，约 0。2/cm2）的对比来看，不 难发现 BNNO 的取代减削弱了极化。这显然会降低铁电—顺电和斜方—四方转变的温度点， 并且使得在室温下 KBNNO 结构更倾向于四方相结构。他们采用光谱椭圆仪表征 KBNNO 球 状材料的光吸收性能。他们发现含 Ni 的 KBNNO 固溶体的禁带范围为 1。1~2。0eV；相比 KNO 材料 3。8eV 的禁带宽度要低很多。由于禁带宽度更小，样品呈现绿色，而 KNO 是为白色的。 禁带可调的 2。7eV  比现在能够通过铁电体 Bi4Ti3O12  掺杂或者通过非铁电钙钛矿型 Ba

（In1/2Ta1/2）O3 掺杂所达到的高 150%，并且处于观测氧化物的禁带可调的平均值水平（比如 CdO—CaO 固溶体禁带范围为 Eg=1。4~3。9ev ）。 我们知道， KBNNO 固溶体的禁带宽度 Eg=1。1~3。8eV 是他们至今所测的钙钛矿型或铁电材料里最大的。通过消光系数与波长的单斜 率还有能量的变化情况可知，其为直接带隙。它的吸收系数在 885nm 大约为 2。5x104/cm，可 以比得上 CdTe 和 GaAs 的吸收系数。