Universal co-existence of photovoltaics and ferroelectricity from two-dimensional 3R bilayer BX (X=P, As, Sb)
二维材料中铁电性和光伏性的相互交织将使光伏性能的改善和控制成为可能。本文以2D 3R双层BX（X=P，As，Sb）为模型体系，研究了本征2Dout-of-plane（OOP）铁电材料的光伏特性，并试图探索通过改变铁电极化强度来调控其光电性能的策略。由于特殊的3R堆积引起的空间反转对称性破缺，在3R双层BX中会出现自发的OOP铁电极化，这种极化可以通过特定的层间滑动进行切换。OOP铁电性导致层间电荷转移，实现空穴和电子的有效空间分离，形成II型能带排列特性。此外，由于两个相同层的完美晶格匹配，3R双层BX比大多数传统的由不同材料制成的2D异质结构更稳定，并且在实验中更容易实现。3R双层BX具有中等的带隙、超高的载流子迁移率和有效的光吸收，其纳米器件具有大的光电流、高的光子响应率和优异的外量子效率。更重要的是，所有这些光电参数取决于本征OOP铁电强度。通过改变双层BX的层间距，可以有效地调节铁电极化，以达到最佳的光电性能。最后，我们强调了空间反转对称性破缺在3R双层BX之外的层状材料中实现铁电和光致发光协同调控的重要性和普遍性。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Crossover between bulk and interface photovoltaic mechanisms in ferroelectric vertical heterostructure
非反转对称晶体中的体光伏（BPVE）效应具有带隙以上的光电压和可开关的光电流等独特性质，在光电应用中具有巨大的潜力。由于铁电材料具有大的自发极化，因此是研究BPVE的理想平台。然而，由于体效应和界面效应之间的纠缠，确定实验观察到的光伏响应的起源往往是具有挑战性的，导致该领域的许多争论。这个问题在垂直异质结构中尤其明显，其中两种效应是可比的。在这里，我们报告了体积和界面主导的响应之间的交叉在垂直BiFeO3异质结构时，改变光子能量。我们发现，以及以上的带隙激发导致体光伏响应，但带边激发需要界面带弯曲分离的光生载流子。我们的发现不仅有助于澄清文献中相互矛盾的报道，而且为更深入地理解铁电光伏效应及其在各种器件中的应用奠定了基础。
2021-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Ferroelectric Photovoltaic Effects in Epitaxial Thin Films of h-RFeO3 having Narrow Optical Band Gaps
铁电光伏材料由于具有高稳定性、环境安全性、高光伏电压和可逆光伏响应等优点而受到广泛关注。然而，FPV具有极低的光电流，这主要是由于它们的宽带隙。在这里，我们提出了一类新的FPV，通过使用六方晶系铁氧体（h-RFeO 3）薄膜具有窄的带隙~1.2 eV，其中R表示稀土离子的开关铁电光伏效应。具有窄带隙的FPV表明其作为光伏和光电子器件的潜在应用。h-RFeO 3薄膜还表现出相当大的铁电极化，这可能会降低光生电子-空穴对的快速复合速率。h-RFeO 3薄膜器件的功率转换效率（PCE）对偏振的大小很敏感。在h-TmFeO 3（h-TFO）薄膜的情况下，测得的PCE是BiFeO 3薄膜（原型FPV）PCE的两倍。我们进一步表明，可切换的光伏效应占主导地位的不可切换的内部场效应所产生的净内置电位。因此，这项工作展示了一种新型的FPV，用于高效太阳能电池和光电应用。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature relaxor ferroelectricity and photovoltaic effects in SnTiOx/Si thin film heterostructures
研究了在p型（001）Si衬底上原子层沉积（ALD）40 nm厚SnTiO $_{x}$薄膜的铁电性和光伏效应。这些膜显示出良好饱和的、方形的和可重复的磁滞回线，在室温下剩余极化为1.5 $μ$ C/cm $^{2}$，如通过面外极化对电场（P-E）和场循环测量所检测到的。在白光照射下，自发极化增加，铁电性也随之增强。铁电性表现为弛豫特性，介电峰从约0.001向约0.001移动。T = 600 K，f = 1 MHz至约500 K，100 Hz。此外，我们的薄膜在从可见光到紫外光的宽光谱照射下表现出铁电光伏行为。实验和理论计算相结合，给出了SnTiO $_{x}$薄膜的光学带隙，其光学带隙位于白光光谱的可见光区。我们的研究为开发绿色铁电SnTiO $_{x}$薄膜开辟了一条道路，该薄膜与半导体工艺兼容，可用于各种铁电和介电应用。
2017-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric and Photovoltaic Properties of Transition Metal doped Pb(Zr0.14Ti0.56Ni0.30)O3-delta Thin Films
我们报道了近单相Pb（Zr0.14Ti0.56Ni0.30）O_3-delta（PZTNi_（30））铁电体，具有大的反射极化（15-30 μC/cm ~ 2）、0.3-0.4 V开路电压（VOC）、减小的带隙（直接3.4 eV和间接2.9 eV）、大的开/关光电流比和快的衰减时间。在没有栅偏压的情况下，获得了相当好的光电流密度（1-5 μA/cm ~ 2），而栅偏压随着偏置场的增大而显著增大。铁电极化决定了VOC的极性和短路电流（ISC）的方向，朝着实现对可见光敏感的非中心对称铁电材料前进了一步。
2014-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect in ferroelectric and antiferroelectric phases of antimony sulphoiodide investigated by means of ab-initio simulations
本研究通过第一性原理计算发现硫碘化锑的铁电与反铁电相带隙相近但自旋织构不同，其体光伏效应由线性和圆光伏效应驱动且可见光下光电导率高，可用于物相诊断，是太阳能转换及自旋电子学的潜力材料。
2025-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Switchable and unswitchable bulk photovoltaic effect in two-dimensional interlayer-sliding ferroelectrics
自发极化和体光生伏打效应是铁电材料中两个共同存在的物理性质。铁电有序的翻转通常伴随着BPVE的开关，因为两者在反转对称性下都是反转的。在这项研究中，我们报告了独特的BPVE字符在二维（2D）层间滑动铁电材料具有不可切换的面内BPVE（光致光电流在xy平面）和可切换的面外BPVE（光致极化沿z方向）。抽象双层晶体模型中的对称性分析和第一性原理计算验证了这些性质。这是因为层间滑移引起的正负铁电态之间存在镜像对称性，不能使所有的BPVE张量元翻转。这一发现扩展了对铁电性与BPVE之间关系的理解。一方面，可切换面外BPVE可用于设计可切换光电器件。另一方面，面内BPVE对铁电翻转具有很强的鲁棒性，并且不可切换的特性有利于构造更大规模的光电器件。
2022-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic response around a unique180{\textdegree} ferroelectric domain wall in single crystalline BiFeO3
使用的实验装置设计成扫描一个亚微米大小的光点，并收集通过较大的电极的光生电流，我们映射铁电BiFeO 3单晶的光伏响应。我们研究了一个独特的180{ \textdegree }铁电畴壁（DW）所产生的效果，并表明其存在和形状的光电流图显着影响。该效应在其附近以及在与Au电极的界面处的肖特基势垒中是大的，但是当照明点接触DW时没有观察到额外的光电流，这表明该特定实体不是特定光电性质的核心。使用3D建模，我们认为，测量的效果是由于内部场的空间分布，这是显着影响的DW由于其失真的电荷。
2016-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect and photopolarization in Pb[(Mg1/3Nb2/3)0.68Ti0.32]O3 crystal
铁电光伏材料是基于半导体的光伏器件的替代品，并且提供了以上带隙光电压生成的优点。然而，已知的化合物很少，光伏效率仍然很低。在这里，我们报告的光伏效应的发现，在未掺杂的铅镁钛酸铅晶体和适当的电场和温度下的光伏响应的显着改善。光伏效应在电场驱动的铁电偶极子重取向附近最大，在居里温度附近增加三倍。此外，在铁电饱和时，光伏响应表现出明显的回复和瞬态效应。瞬态反射组合与电和热调谐的可能性表明，光铁电晶体作为新兴的光电子学和光电子学元件，相关的全光信息存储和超越。
2018-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Materials for Solar Energy Conversion: Photoferroics Revisited
铁电材料（即表现出自发电极化的固体）在太阳能电池中的应用有着悠久而有争议的历史。这包括异常光伏效应（APE）和体光伏效应（BPE）的第一次观察。最近无机和混合钙钛矿结构材料（例如BiFeO 3、CsSnI 3、CH 3 NH3 PbI 3）在太阳能电池中的成功应用强调了极性半导体可用于常规光伏架构。我们回顾了这一领域的发展，特别强调已知的材料显示APE/BPE（如ZnS，CdTe，SbSI），和理论解释。临界分析与基础电子结构的第一性原理计算相辅相成。除了讨论铁电吸收层的影响，和固态极化理论（Berry相位分析），设计原则和高效率的铁电photopolics的机会。
2014-12-22 cond-mat.mtrl-sci
Pure momentum-shift bulk photovoltaic effect in ferroelectric flat-band Mott insulators
针对传统位移电流光伏效应解释难以适用于平带系统的问题，研究提出将位移电流分解为实空间与动量空间分量的自洽方法，理论发现平带莫特绝缘体Nb₃X₈中存在纯动量空间位移电流，为探索新型体光伏效应提供新方向。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the photovoltaic effect in (111) oriented BiFeO3/LaFeO3 superlattices
研究了脉冲激光沉积BiFeO_3/LaFeO_3超晶格的铁电和光伏特性。对于高浓度的BiFeO 3的铁电状态，同时观察到可切换的光伏响应。相反，对于一定浓度的LaFeO 3，证明了不可切换的光伏效应。超晶格中PV响应的这种调制归因于铁电到顺电的相变，该相变随x的增加而控制。值得注意的是，伴随着PV机制的这种变化，随着x的增加，传导机制的变化似乎也发生了从体积限制到界面限制的传输。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect in two-dimensional ferroelectric semiconductor $α$-In$_2$Se$_3$
本文实验验证二维铁电半导体 α-In₂Se₃ 中由面外极化退极化场驱动的体光伏效应，其窄带隙使可见光响应增强，光电流密度较传统体相铁电材料高近两个数量级。
2023-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bulk photovoltaic effect in BaTiO$_3$-based ferroelectric oxides: An experimental and theoretical study
非中心对称系统所表现出的体光伏效应由于所观察到的大的开路电压而获得了研究兴趣。表现出反常光伏效应的铁电体系多为多相共存的结晶体系。因此，在建立一个多相系统的计算困难限制了详细的光伏研究，通过唯象和转移电流理论。在这项工作中，铁电体Ba $_{1- x}$（Bi $_{0.5}$ K $_{0.5}$）$_x$ TiO $_3$（BBKT）氧化物被设计成具有改善的极化特性的单相四元对称结晶，并且发现它表现出大的PV响应。BBKT样品的实验和理论研究表明，与母体BaTiO $_3$相比，带隙降低了约18%。短路电流作为光强度和光偏振角的函数测量揭示线性和正弦响应，分别。观察到的特征符合唯象理论。值得注意的是，x = 0.125样品显示出比母体化合物高约8倍的开路电压（7.39 V）。从O-2 p轨道占据的价带和Bi-6p轨道占据的导带的额外电荷中心移动可以看出，增强的PV效应归因于沿z方向的大位移电流.值得注意的是，在BBKT中的导带最小值处的简并Bi-p $_z$状态有利于z方向上的大移位电流响应。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Polarity control of carrier injection at ferroelectric/metal interfaces for electrically switchable diode and photovoltaic effects
研究了Pt/BiFeO3/SrRuO3薄膜电容器的开关铁电二极管效应及其物理机制。我们的电测量结果支持，附近的Pt/BiFeO3界面生长的样品，有缺陷的层（可能是一个富氧空位层）成为形成和干扰载流子注入。因此，我们使用了一个电气培训过程，以获得铁电控制的二极管极性，通过改变极化方向，使用外部偏置，我们可以切换正向和反向二极管之间的传输特性。我们的系统的特点是与一个矩形的极化磁滞回线，我们证实了二极管的极性切换发生在铁电矫顽电压。此外，我们观察到的二极管的极性和相关的光伏响应依赖于铁电畴配置的同时切换。我们的详细研究表明，极化电荷可以影响铁电/金属界面处的肖特基势垒，导致界面载流子注入的调制。极化调制载流子注入的量可以影响空间电荷限制的体电流-电压（J-V）行为从欧姆（即，J~V）到非线性（即，J~V ^n，其中n为\geq 2）。体导电和极化调制载流子注入的这种组合解释了铁电电容器中可开关二极管效应的详细物理机制。
2011-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect in MoSe$_2$ and Janus MoSSe sliding ferroelectrics
University Milan-Bicocca（米兰比可卡大学）
研究通过MoSe₂和Janus MoSSe双层滑动铁电体，揭示垂直化学不对称性主导光电流生成，层间滑动与层内极化协同增强可见光响应。
2025-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Photocarrier Transport of Ferroelectric Photovoltaic Thin Films Detected by the Magnetic Dynamics of Adjacent Ferromagnetic Layers
本研究利用时间分辨同步辐射x射线磁圆二色反射谱，以BFO/LSMO异质结中LSMO层磁化为探针，揭示了BFO层铁电极化方向对光生载流子界面积累及磁化衰减时间的影响，为研究薄膜异质结载流子动力学及磁化光学控制提供了新策略。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Switchable Photovoltaic Effect in Ferroelectric CsPbBr3 Nanocrystals
本文发现 CsPbBr3 纳米晶在无外加电场下具有铁电驱动的光伏效应，且该效应可通过外加电场增强并切换极化方向，为新型光铁电器件设计提供了潜在候选方案。
2024-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Separate-path electron and hole transport across pi-stacked ferroelectrics for photovoltaic applications
电子和空穴分离路径传输理论上发现在π堆叠的有机层和柱。这种效应可能是电荷复合问题的解决方案。结构分子1，3，5-三氰基-2，4，6-三羧基苯含有介晶平面芳香部分和使体系具有铁电性的末端偶极基团。电子的扩散路径穿过芳环，而空穴在偶极基团之间跳跃。由于π型轨道的重叠，传输函数和电荷迁移率，特别是空穴，对分子环之间的距离非常敏感。我们验证了扩散路径的分离不会被石墨烯引线的应用破坏。这些特征使得该系统适用于高效太阳能电池，其载流子迁移率高于有机金属卤化物钙钛矿中的载流子迁移率。
2016-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Composition Anisotropy Drives Large Bulk Photovoltaic Fields Along the Non-polar Vertical Direction in 2D Hybrid Perovskite Ferroelectrics
Heidelberg University（海德堡大学）；Universität Heidelberg（海德堡大学）；NTNU Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences（中国科学院福建物质结构研究所）；Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；Graz University of Technology（格拉茨工业大学）
研究二维混合钙钛矿铁电体中BPE行为，发现其EBPE沿垂直非极性方向比极性面内方向高两个数量级。源于独特耦合产生强BPE响应及不同行为，还开发公式描述光电压现象，适用于该新型铁电体家族等。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Organic photovoltaics without p-n junctions: Computational study of ferroelectric columnar molecular clusters
在Hartree-Fock水平上研究了由苯三甲酸（B3 CA）n构筑的铁电柱状团簇的结构和电子性质.结果表明，B3 CA堆栈形成螺旋形的分子管，分子间的氢键稳定。它进一步表明，由单轴排列的羧基基团产生的强电场可以分裂成一个电子-空穴对的光学制备的激子，并可以驱动的载流子的相对两端的管。一些后果的现象光伏应用进行了讨论。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Electron-Hole Separation in Ferroelectric Oxides for Efficient Photovoltaic Responses
尽管铁电光致发光器件（FPV）有可能超过理论上的肖克利-奎塞尔极限，但由于其极低的光电流，其效率很低。最近，将Bi 2FeCrO 6（BFCO）作为光吸收剂添加到FPV中导致了令人印象深刻的高光电流和创纪录的光电流[Nechache等人，Nature Photon. 2015，9，61]，复兴FPV领域。然而，我们对这一引人注目的现象的理解远远不能令人满意。在这里，我们使用第一性原理计算来确定这种优异的性能主要在于电子-空穴（e-h）对的有效分离。我们发现，光激发的电子和空穴在BFCO的空间分离的Fe和Cr网站，分别。这种分离在无序的BFCO相中更为明显，其显示出异常的PV响应。我们进一步着手设计下一代FPV的战略，不限于BFCO，通过探索44种额外的Bi基双钙钛矿氧化物。我们提出了9种新型的有源层材料，可以提供强的电子-氢分离和所需的带隙能量的应用在FPV。我们的工作表明，电荷分离是FPV与传统器件竞争的最重要的问题。
2017-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Photoferroelectric oxides
在多铁性BiFeO 3薄膜中观察到的体光伏效应引起了人们对光伏应用的光铁电材料的新兴趣。通过使用窄带隙铁电体增加吸收，已经取得了巨大的进步，以提高光铁电体的功率转换效率（高达8.1%）。其他策略，因为它是更有效地利用铁电内部电场，正在进行中。此外，作为副产品，光致伸缩也取得了一些进展，这是光致变形现象。在这里，我们回顾正在进行的和有前途的路线，以提高铁电体的光响应。
2017-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-Magnetization Coupling in Visible Light Ferroelectric Double Perovskites
SRM Institute of Science and Technology（SRM科学技术学院）
本文提出KLaFeMoO₆和NaLaFeMoO₆两种A/A′有序双钙钛矿作为单相铁电光伏材料，通过第一性原理与AIMD模拟揭示其P2₁对称性、约1.8 eV可见光带隙及室温以上极化-磁化耦合翻转特性。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Multiple sliding ferroelectricity of rhombohedral-stacked InSe for reconfigurable photovoltaics and imaging applications
本研究在未掺杂的菱方堆叠 γ-InSe 中观察到多重状态的滑移铁电性，并基于 graphene/γ-InSe/graphene 隧道器件实现了电场可调的体光伏效应与快速实时成像，拓展了二维滑移铁电材料在光伏与成像领域的应用潜力。
2024-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Resonant absorption and linear photovoltaic effect in ferroelectric moiré heterostructures
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高级研究中心）；Kotelnikov Institute of Radio-engineering and Electronics of the RAS（俄罗斯科学院科特利尼科夫无线电工程与电子研究所）；HSE University（国立高等经济学院）；Institute of Physics of DFRS of the RAS（俄罗斯科学院达吉斯坦共和国科学中心物理研究所）
研究发现铁电莫尔异质结构中通过范霍夫奇点形成产生共振吸收与线性光伏效应，其中光伏效应由虚拟光学跃迁引发。
2026-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong Bulk Photovoltaic Effect in Planar Barium Titanate Thin Films
体光伏效应（BPE）导致从非对称材料产生光电流。尽管由于其产生高于带隙（$E_g$）的光电压的能力而引起了很多关注，但由于产生的光电流低，其被认为是弱效应。在这里，我们表明，一个非常高的光响应，可以通过利用简单的平面钛酸钡$_3$（BTO）薄膜中的BPE，仅仅通过调整其基本的铁电性能通过应变和生长取向诱导的外延生长在不同的衬底上。我们发现一个非单调依赖的响应率（$R_{\rm SC}$）上的铁电极化（$P$），并获得一个非常高的BPE系数（$β$）的$\approx$ 10 $^{-2}$ 1/V，这是我们所知道的最高的标准平面BTO薄膜的日期报告。我们发现，标准的第一性原理为基础的描述BPE在散装材料不能占我们的薄膜所观察到的光电流趋势，因此提出了一种新的机制，阐明$P$和铁电薄膜的响应度之间的基本关系。我们的研究结果表明，在标准的平面膜几何形状的铁电photopolics的实际应用，可以通过仔细的联合优化的体结构，光吸收，和电极吸收剂的界面特性。
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Optically rewritable memory in a graphene/ferroelectric-photovoltaic heterostructure
实现逻辑元件的光学操作，特别是那些涉及2D层的逻辑元件，可以打开长期寻求的光学计算时代。然而，包括记忆效应的2D材料的电子性质的有效光调制目前缺失。在这里，我们报告了一个完全光学控制的石墨烯的导电性与写入/擦除选项，但在超低的光通量。铁电光伏衬底中的光致电荷产生与随后的弛豫过程之间的竞争提供了影响2D覆盖层掺杂的选择性光生载流子捕获控制。这些发现为全光调制器和各种全光逻辑电路、存储器和场效应晶体管的2D器件的光子控制开辟了道路。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Shift Current Anomalous Photovoltaics in a Double Perovskite Ferroelectric
本研究发现高温双钙钛矿铁电体（环己基甲基铵）$_2$CsAgBiBr$_7$具有强反常光伏效应，用位移电流模型揭示其结构起源，该材料光电压高、偏振敏感性优异，为新型光电智能器件研发提供了新方向。
2025-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Design of new Mott multiferroics via complete charge transfer: promising candidates for bulk photovoltaics
诱导体光伏效应的最佳材料应缺乏反转对称性，并具有与可见光辐射能量相匹配的光学带隙。铁电钙钛矿氧化物如BaTiO $_3$和PbTiO $_3$表现出显著的极化和稳定性，但具有带隙过大的缺点。我们利用密度泛函理论和动力学平均场论设计了一类新的Mott多铁性材料--双钙钛矿氧化物$A_2$ VFeO $_6$（$A$ =Ba，Pb，etc）.虽然钙钛矿$A$ VO $_3$和$A$ FeO $_3$都不是铁电体，但在双钙钛矿$A_2$ VFeO $_6$中，从V到Fe的“完全”电荷转移导致非块状电荷配置--空的$d$壳和半填充的$d$壳，产生与铁电体$A$ TiO $_3$相当的极化。与纯$A$ TiO $_3$不同，新的双钙钛矿氧化物具有反铁磁基态，并且在室温附近是顺磁性莫特绝缘体。最重要的是，V $d^0$态显著降低了$A_2$ VFeO $_6$的带隙，使其小于$A$ TiO $_3$和BiFeO $_3$的带隙，并使新的多铁性材料成为诱导体光伏效应的有希望的候选者。
2017-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Non-ferroelectric nature of the conductance hysteresis in CH3NH3PbI3 perovskite-based photovoltaic devices
我们目前的测量电导滞后CH 3 NH3 PbI 3钙钛矿薄膜，使用双波法进行，为了调查的铁电响应的可能性。在0.1 Hz至150 Hz的范围内观察到滞后的强烈频率依赖性，在低于0.4 Hz的频率下滞后电荷密度超过1000 μC/cm 2-这是铁电响应的非特征行为。我们发现，所观察到的滞后电导，以及在阻抗谱中的双弧的存在下，可以完全解释由移动离子的迁移偏置下的时间尺度上的秒。我们的测量将任何固有频率无关极化的上限约为1 μC/cm 2，排除了铁电性作为电流-电压滞后的主要原因，并提供了离子迁移在改变CH 3 NH3 PbI 3器件效率方面的重要性的进一步证据。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional Multiferroic Semiconductor WOI3: Unconventional Anisotropic d^1 Rule and Bulk Photovoltaic Effect
本研究发现一维反铁磁半导体WOI3可经应变诱导发生铁电相变，揭示其非常规各向异性d^1相变机制，预测了应变调控的自旋与极化演化，并指出体光伏效应可用于探测其铁电与磁序的相互作用。
2024-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Discovery of Ferroelectric Twin Boundaries in a Photoactive Halide Perovskite
Monash University（莫纳什大学）；University of Oxford（牛津大学）
在光活性卤化物钙钛矿中发现铁电双晶界，揭示其非极性晶格中隐藏的铁电功能，为提升导电性和光伏性能提供新途径。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Harnessing Linear and Nonlinear Optical Responses in Ferroelectric LaMoN$_3$ for Enhanced Photovoltaic Efficiency
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Monash University（蒙纳士大学）
本研究通过第一性原理方法系统研究了铁电LaMoN$_3$在40GPa压力下的线性和非线性光学响应、能带结构以及光伏性能，发现压力可优化其能带结构并提高光伏效率，提出多结器件方案以提升太阳能转换效率。
2026-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Properties of the ferroelectric visible light absorbing semiconductors: Sn$_2$P$_2$S$_6$ and Sn$_2$P$_2$Se$_6$
具有合适带隙的铁电体作为太阳能吸收材料的候选材料，近年来引起了人们的关注。反转对称性破缺可以促进光激发载流子的分离并允许高于带隙的电压。然而，这些影响并没有得到充分的理解，部分原因是缺乏适当的模型系统来详细研究这些影响。在这里，我们使用第一性原理计算报告了铁电Sn $_2$ P $_2$ S $_6$和Sn $_2$ P $_2$ Se $_6$的性质。结果给出的电子结构，载流子口袋的形状，光吸收和运输。我们发现间接带隙分别为2.20 eV和1.55 eV，和有利的能带结构的载流子传输，包括空穴和电子。在2.43 eV和1.76 eV的直接带隙以上发现强吸收。因此，这些化合物可以作为有用的模型系统，了解铁电半导体的光伏效应。
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci
On the photovoltaic effect asymmetry in ferroelectrics
本文首次揭示铁电体光伏效应不对称性可源于内部铁电偏置场与电-压电致伸缩形变叠加的内在机制，并通过实验和第一性原理计算验证，为铁电太阳能元件优化提供关键依据。
2023-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles materials design of high-performing bulk photovoltaics with the LiNbO$_3$ structure
体光伏效应是一个长期已知但知之甚少的现象。然而，最近观察到多铁性铁酸铋对可见光产生强烈的光伏响应，这表明该效应也未得到充分利用。在这里，我们提出了三种极性氧化物的铌酸锂$_3$结构，我们预测有带隙在1-2 eV的范围和非常高的体积光伏响应：PbNiO $_3$，Mg $_{1/2}$ Zn $_{1/2}$ PbO $_3$，和LiBi O $_3$。所有三种都具有由具有$d^{10}s^0$电子构型的阳离子决定的带隙，导致由阳离子$s$ -轨道和O $p$ -轨道组成的导带。这两者都大大降低了带隙，并增加了大量的光伏响应多达一个数量级，比以前的材料，展示了高性能的体光致发光的潜力。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of bulk photovoltaic effect in CH$_3$NH$_3$PbI$_3$ and CH$_3$NH$_3$PbI$_{3-x}$Cl$_{x}$
混合卤化物钙钛矿表现出近20%的功率转换效率，但其高效率的起源仍然未知。本文从第一性原理出发，计算了CH $_3$ NH $_3$ PbI和CH $_3$ NH $_3$ PbI $_{3-x}$ Cl $_{x}$中的位移电流，这是铁电光致发光体光伏效应的主要机制.我们发现，这些材料提供约三倍大的位移电流PV响应近红外和可见光比原型的铁电光伏BiFeO $_3$。CH $_3$ NH $_3^{+}$的分子取向可以强烈地影响相应的PbI $_3$无机框架，从而改变移位电流响应的幅度。具体而言，配置与平行排列的偶极矩扭曲的无机PbI $_3$框架更显着比配置近净零偶极子，产生更大的移位电流响应。此外，我们探讨了Cl取代对移位电流的影响，发现Cl取代在赤道网站诱导更大的响应比取代在顶端网站。
2014-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Inducing Spontaneous Electric Polarizations in Double Perovskite Iodide Superlattices for New Ferroelectric Photovoltaic Materials
在这项工作中，我们使用密度泛函理论计算来证明如何自发电极化的强度可以诱导\textit{via}一个混合不适当的铁电机制碘钙钛矿，一个家庭众所周知的显示太阳能最佳的带隙，创造新的材料的光铁性应用。我们首先使用中心对称的$AB$ I $_3$钙钛矿碘化物（其中$A$ = Cs、Rb、K和$B$ = Sn、Ge）组装三种化学上不同的（$A$ $A^{\prime}$）（$B$ $B^{\prime}$）I $_6$双钙钛矿。在每个超晶格中，我们研究了三种类型的$A$ -和$B$ -网站阳离子排序计划和三种不同的$B$ I $_6$八面体旋转模式的影响。在这27种组合中，我们发现有15种产生极性空间群，并显示范围从0.26到23.33 $μ$ C/cm $^2$的自发电极化的强度。此外，我们发现，一个分层的$A$ -网站/岩盐$B$ -网站的顺序，在存在的$a^0a^0c^+$旋转模式，产生手性的“涡旋状”$A$ -网站的位移模式。然后，我们研究了外延应变对这些系统之一，（CsRb）（SnGe）I $_6$，层状和岩盐有序配置的效果。在这两个阶段中，我们发现强烈的竞争之间的阳离子订购计划，以及在拉伸应变下的自发极化幅度的增强。最后，使用先进的功能，我们表明，这些化合物显示低的带隙范围从0.2至1.3 eV。这些结果表明，阳离子有序化和外延应变是诱导和控制技术上有用的材料家族中的新功能的有…
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic-ferroelectric materials for the realization of all-optical devices
继电晶体如何彻底改变电子领域之后，实现光晶体管，其中光的流动被光学控制，应该打开长期寻求的光计算和新的数据处理可能性的时代。然而，这种功能需要光子相互影响，这在自由空间中是不自然的。在这里，它表明，铁电和光伏晶体门控光学在其带隙能量的发病可以作为一个光子晶体管。光致电荷的产生和分布过程改变了内部电场，因此影响了具有记忆效应和显著非线性的光传输。后者导致了光学计算的可能性，它不需要相干地操作。这些发现推动了高效的室温光晶体管、忆阻器、调制器和全光逻辑电路的发展。
2022-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
New class of planar ferroelectric Mott insulators via first principles design
无机钙钛矿氧化物铁电体近来对于光伏应用产生了很大的兴趣;然而，现有的材料遭受过度的电子带隙和不足的电极化的强度。混合钙钛矿铁电体的最近复苏解决了上述缺陷，但它们对环境影响非常不稳定，无机分辨率可能仍然是最佳的。在这里，我们使用第一性原理计算来设计一个低带隙，平面铁电体，通过利用层状双钙钛矿氧化物AA $^\prime $ BB $^\prime$ O $_6$的复杂性。我们利用一个$\ne$ A $^\prime$大小不匹配，一个名义上空的$d$ -壳的B-网站上，和A阳离子轴承孤对电子，以实现一个大的铁电极化。另外，选择B $^\prime\ne$ B以实现完全电荷转移和B $^\prime$ -位点上的Mott敏感填充，从而产生低带隙。这些原理在BaBiCuVO $_6$、BaBiNiVO $_6$、BaLaCuVO $_6$和PbLaCuVO $_6$中示出，其可以在逐层生长中实现。这类新材料可能会导致稳定，高效的光伏发电。
2015-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Large bulk photovoltaic effect and Fermi surface mediated its enhancement with chemical potential in ZnGeP$_2$
本文研究了黄铜矿半导体ZnGeP$_2$的体光伏效应，发现其位移和圆形光生电流电导率在特定化学势下显著增强，并证实该增强源于布里渊区高对称方向的表面费米面态。
2024-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Impact of electrodes on the extraction of shift current from a ferroelectric semiconductor SbSI
非中心对称块状晶体在没有任何偏压的情况下产生光电流。其中一个主要机制，漂移电流，来自于电子波函数的量子干涉，不同于由电子漂移或扩散引起的经典电流。然而，位移电流的无耗散性质尚未得到充分验证，可能是由于对电极作用的过早理解。在这里，我们表明，光电流显着增强通过选择电极与大的功函数的$p$型铁电半导体SbSI。优化的器件显示出几乎恒定的零偏置光电流，尽管光生载流子迁移率随温度的变化很大，这可能是一个明确的标志，无耗散性质的移位电流。与传统的光伏器件不同，移位电流发生器作为多数载流子器件工作。本研究提供了基本的设计原则，能量收集和光电检测设备的新架构的最佳的偏移电流光伏效应。
2018-09-10 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculation of the Bulk Photovoltaic Effect in the Polar Compounds LiAsS$_\text{2}$, LiAsSe$_\text{2}$, and NaAsSe$_\text{2}$
我们计算了极性化合物LiAsS $_\text{2}$、LiAsSe $_\text{2}$和NaAsSe $_\text{2}$的移位电流响应，这已被确定为体光伏效应的主导机制。我们发现，这些化合物的光伏响应在可见光范围内的幅度超过BiFeO $_\text{3}$获得的最大响应的10 - 20倍。我们将高位移电流响应与$p$状态在价带和导带边缘的存在以及这些带的色散相关联，同时也表明高极化不是必需的。这些材料具有小于2 eV的低实验带隙和高漂移电流响应，具有用作体光致发光材料的潜力。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Large Bulk Photovoltaic Effect of Nitride Perovskite LaWN3 as Photocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction: First Principles Calculation
本文通过第一性原理计算揭示 LaWN3 具有大介电常数、可切换位移电流和优异析氢光催化潜力，拓展了极性氮化物钙钛矿的应用。
2024-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Shift current bulk photovoltaic effect influenced by quasiparticles and excitons
考虑准粒子修正和激子效应，计算了BaTiO $_3$和二维单硫族化合物SnSe的位移电流体光伏效应.我们探讨了由于能带重整化而引起的位移电流峰位和幅度减小的变化。对于钛酸钡$_3$，我们证明，由于激子效应的带边附近的位移电流减少。这些结果与BaTiO $_3$上的实验的比较表明，机制以外的移位电流可能有助于BPVE。此外，我们发现，带隙附近的位移电流显示只有一个小的变化，由于激子在二维SnSe，这表明薄膜的几何形状提供了一个可行的方法来减少激子效应的位移电流。这些结果表明，多体校正对于准确评估大块光伏材料和理解BPVE背后的机制非常重要
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Polarization in Antiferroelectric Chalcogenide Perovskite BaZrS3 Thin Film
块状硫族化合物钙钛矿BaZrS 3（BZS）在可见光区具有直接带隙，是一种重要的光伏材料，但由于其反铁电（AF）性质而具有有限的适用性。目前，铁电（FE）钙钛矿基光致发光材料因其环境稳定性和更好的能量转换效率而引起了极大的关注，这是由于反转对称中心的丢失而导致的。利用变温拉曼光谱和第一性原理计算研究了化学气相沉积（CVD）法生长的BZS薄膜的反铁电-铁电（AF-FE）相。Fe相的起源是由A7 g ~ 300 cm-1和B1 g ~ 5 ~ 420 cm-1模的反常行为确定的，这涉及ZrS 6八面体顶位原子的振动。此外，低于60 K，B1 g1和B2 g2（~ 85 cm-1）模式出现，而B12 g（~ 60 cm-1）消失，以稳定Pnma结构对铁电性的局部扭曲。这里，B2 g2和B1 g2涉及Ba原子以AF方式的振动，而B1 g1还涉及八面体的旋转。我们的第一性原理计算证实了铁的出现是由于氧杂质局部地存在于硫原子的顶点位置，导致ZrS 6八面体中的反转对称中心丢失的结果。
2020-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Computing at the Edge Enabled by Indoor Photovoltaics and Ferroelectrics
University of Oxford（牛津大学）；University of Minho（米尼奥大学）；Laboratory of Physics for Materials and Emergent Technologies, LapMET, University of Minho（米尼奥大学物质物理与新兴技术实验室）；Swansea University（斯旺西大学）；University of Pavia（帕维亚大学）；Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC)（巴塞罗那材料科学研究所）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究院）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；Nanoshuttle（纳米穿梭公司）；Fondazione Bruno Kessler（布鲁诺·凯斯勒基金会）；University at Buffalo – The State University of New York（纽约州立大学布法罗分校）；IBM Research GmbH – Zürich Research laboratory（IBM苏黎世研究实验室）
本文展望了利用室内光伏和（反）铁电材料实现边缘计算，通过本地能量收集、存储与神经形态计算协同，解决分布式智能的能源瓶颈，使其成为集中式AI的可持续替代方案。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Pure Bulk Orbital and Spin Photocurrent in Two-Dimensional Ferroelectric Materials
我们通过非线性响应理论阐明了光诱导的轨道电流和自旋电流，该理论将中心对称破碎材料中众所周知的体光伏效应从电荷自由度推广到自旋和轨道自由度。我们使用二维的铁电材料（如GeS及其类似物）来说明这种体轨道/自旋光伏效应，通过第一性原理计算。这些材料具有垂直镜像对称性和时间反演对称性，但缺乏反演对称性。我们发现，除了传统的光电流传播平行于镜面（下线性偏振光），对称的禁止电流垂直于镜子实际上包含电子流，它携带角动量信息和相反的运动。人们可以观察到一个纯轨道矩电流与零电荷电流。这种隐藏的光诱导轨道电流通过自旋-轨道耦合相互作用导致纯自旋电流。因此，一个四端装置可以设计成同时检测和测量光生电荷，轨道和自旋电流。所有这些电流都与电极化的强度$P$耦合，因此它们的幅度和方向可以通过铁电相变来控制。我们的工作提供了一个途径，推广纳米器件从光致电子学到轨道电子学和自旋电子学。
2020-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Photogalvanic Shift Currents in BiFeO3 --LaFeO3 Superlattices
该研究利用密度泛函理论和Wannier化方法分析BiFeO3/LaFeO3超晶格，证明其堆叠结构可增强长波吸收并抑制相消干涉，从而提升光生伏打位移电流。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Photo-Hall, photorefractive and photomagnetoelectric effects in tungsten bronzes and related tetragonal ferroelectrics
我们提出了一个广泛的研究照明下的电，磁和弹性响应的四方铁电体，使用一个新的理论交织的材料和波对称性。计算了光整流、光磁、光生伏打和光超环面矢量响应随波矢和波偏振方向的变化关系。描述了与光弹、光磁电、光折变效应和光电导有关的二阶响应张量。详细讨论了钨青铜中的光霍尔效应和一种新的非线性光学效应。最后，我们将四方材料的性能与文献中先前报道的六方、斜方和三方铁电体的性能进行了比较。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Solphin: Photovoltaic efficiency analysis for bulk materials using Python
University of Birmingham（伯明翰大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本文介绍Solphin，一个用于体材料光伏效率分析的Python包，基于密度泛函理论计算，提供品质因数、细致平衡和光谱限制最大效率等分析方法，旨在提高评估材料光伏潜力的效率和可重复性。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Free-standing ferroelectric multilayers: Crossover from thin-film to bulk behavior
铁电薄膜通常具有与体铁电体非常不同的相态和物理性质。在这里，我们提出了独立的铁电弹性多层膜作为这两种材料系统之间的桥梁。使用非线性热力学理论，我们确定的温度，失配应变，和铁电材料的体积分数Fi的函数，这样的多层膜的相态。对PbTiO_3和BaTiO_3两种经典铁电体的数值计算表明，在fi -> 0和fi -> 1的极限情况下，多层膜的极化状态与薄膜和体晶的极化状态一致。然而，在中间体积分数，失配应变温度相图的多层膜有很大的不同，从外延膜。值得注意的是，在薄膜和块状晶体中不存在的铁电相可以在BaTiO 3多层膜中稳定。由于附加的可调参数和减少的钳位，铁电多层膜可能是优越的，为广泛的器件应用。
2010-12-24 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculation of the Bulk Photovoltaic Effect in KNbO$_{3}$ and (K,Ba)(Ni,Nb)O$_{3-δ}$
非中心对称材料的结构、电子结构和体光伏性能之间的联系仍然没有很好的理解。特别是，它仍然是不清楚的光伏（PV）机制（S）是相关的，最近证明的可见光铁电光伏（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{3-δ}$。本文从第一性原理出发，通过计算迁移电流，研究了（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{3-δ}$和KNbO $_{3}$的体光伏效应。系统地研究了结构相、晶格畸变、氧空位、阳离子排列、组分和应变对BPVE的影响。我们发现，（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{3-δ}$具有与广泛探索的BiFeO $_{3}$相当的BPVE，但对于低得多的光子能量。特别地，（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{5}$在简单层状结构中的玻璃系数可以大到BiFeO $_{3}$的12倍。此外，波函数的性质决定了最终的移位电流产率，这可以通过改变O空位位置、阳离子排列和应变来显著地影响和设计。这不仅有助于理解与光电流载流子运动有关的其他光伏机制，而且为光伏转换器的设计和优化提供了指导。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
