金属氧化物中电荷传输的障碍
未来，气候中性的氢将作为燃料和原材料发挥重要作用。氢气是通过电解水产生的，可以使用外部能源(太阳能电池板或风力涡轮机)为电解池提供电压的间接方法，也可以使用直接方法：光电化学电池，其中光电极本身提供电力电解能量(PEC 电池)。这种直接方法有一些优点，但尚不具有竞争力。
到目前为止，这主要是由于缺乏良好的光电极。原则上金属氧化物被认为是合适的;它们价格低廉、无、在水溶液中稳定，并且通常具有可以加速所需化学反应的催化特性。阳光释放金属氧化物中的电荷载流子，从而产生电压。但与硅等掺杂半导体相比，这些电荷载流子的移动性不太好，速度相当慢，或者立即回到晶格中并定位。这是由于不同时间和长度尺度上的各种机制仍然知之甚少。
在 HZB 的飞秒激光实验室中，由 Dennis Friedrich 博士和 Hannes Hempel 博士领导的团队首次详细研究了限制金属氧化物电导率的因素：“我们想了解载流子的局域化程度如何该研究的第一作者、该主题的博士学位作者马库斯·施洛宁 (Markus Schleuning) 说道。
“首先，我们开发了一种新方法来确定扩散长度。这个简单的方程也可以应用于其他类别的材料，例如卤化物钙钛矿或硅，”Hempel 解释道。
然后我们发现这对某些材料不起作用，而且在载流子精确定位时也不起作用”，Friedrich 补充道：“在飞秒实验室中，所有样品均采用太赫兹方法 (OPTP) 和微波光谱法 (TRMC) 进行研究，两种测量方法最初都提供有关电荷载流子的迁移率和寿命的信息 - 但时间尺度不同。结果可能非常不同，这表明运营商同时已经本地化。从 100 飞秒范围内的超快过程到持续 100 微秒的较慢过程，该团队能够确定材料中载流子的动态。通过比较，推断出我们人类对时间的感知，这将对应于 1 秒到 31 年的时间跨度的变化。
物理学家使用这种方法组合来分析十种金属氧化物化合物，包括Fe 2 O 3、CuFeO 2、α-SnWO 4、BaSnO 3和CuBi 2 O 4。对于所有材料，与传统半导体相比，迁移率都非常低。热处理、退火显着改善了BaSnO 3的迁移率。表现最好的是众所周知的钒酸铋(BiVO 4)，它在研究的长度尺度上几乎没有显示出载流子局域化。该研究展示了如何表征金属氧化物化合物，以识别和开发最佳的光电极材料。
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