氧化铬（Cr2O3）薄膜是一种过渡金属氧化物半导体，在串联太阳能电池电极、太阳能电解水的阴极材料方面得到广泛的研究。此外，氧化铬凭借其硬度高、热稳定性强等特性，被广泛用于太阳能集热器的表面材料。然而，氧化铬薄膜普遍存在电阻率高（近绝缘体），光电响应弱等问题，制约了其在光电功能材料方面的用途。
广州大学黄埔研究院新型信息功能材料研究中心与中国科学院合肥物质科学研究院固体所合作，开展镍（Ni）掺杂氧化铬薄膜光电性能研究。采用脉冲激光沉积技术，在蓝宝石衬底上生长高质量（006）取向镍（Ni)掺杂氧化铬薄膜。通过Ni掺杂，实现Cr2O3电学性能的绝缘体到半导体转变；光电探测原型器件响应性能在1064～365nm波长范围内得到了显著提高，整个可见光范围内响应度均高于10μA/W。在365nm紫外光照射下，响应度从0.357μA/W（未掺杂）提高到154μA/W（10%Ni掺杂），获得430倍提高。与此同时，Ni掺杂后，探测器上升/下降时间从32.3s/12.1s缩短到9.51s/9.85s。光电化学测试表明，Ni掺杂之后，氧化铬薄膜光电流从0.3nA/cm2提高到19nA/cm2。本研究表明，通过Ni掺杂可以大幅度提升Cr2O3薄膜光电响应性能，为Cr2O3薄膜在太阳能电池，光电极等方面的应用奠定初步基础。
上述工作以Giant Photoresponse Enhancement in Cr2O3 films by Ni Doping-induced Insulator-to-Semiconductor Transition为题发表在中国科学院一区TOP期刊Ceramics International，第一作者是凝聚态物理专业2020级研究生范梓豪，指导教师是潘书生教授。
本研究得到国家自然科学基金、广东省教育厅重点课题等项目资助。
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884221002637
图1 器件在1V偏压下的光谱响应度。
图2（a）纯氧化铬薄膜，（b）5%镍掺杂氧化铬薄膜和（c）10%镍掺杂氧化铬薄膜在365nm光照下的上升和下降时间。
