헤마타이트에서 산소 공공에 의한 전도도 향상

산소 공공이 Fe²⁺ 밀도를 높이고, 이를 통해 헤마타이트의 소극자 도약(small-polaron-hopping) 전도도를 향상시키는 내인성 도핑 메커니즘; 외인성 Sn 도핑과 시너지 효과를 나타냄.

격자 산소의 제거는 V••_O를 생성하며, 이 V••_O는 인접한 Fe³⁺ → Fe²⁺로 전자를 공여함 (XPS Fe²⁺ 위성 피크 715.7 eV에서 확인됨) (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF pp. 3–4, Figs. 3–4). 캐리어 균형:

• 내인성 영역 n = 2[V••_O];
• Sn 공동 도핑 시 n = [Sn•_Fe] + 2[V••_O] (가산적).

전도도는 Sn 1 at.% 에서 최대에 달하며 10 at.%에서 감소함 (중성 Sn 클러스터가 산란 중심으로 작용; 1073 K 미만에서 SnO₂ 용해도 ~1 mol%) (see Yang et al., Phys. Chem. Chem. Phys. (2013), PDF p. 5). 실제 결함의 정체(산소 공공 대 Fe 침입형 원자)는 실험적으로 미해결 상태임이 인정되고 있으나, 전자 공여체로서의 역할은 동일하다. 캐리어 밀도가 높아질수록 oxygen-vacancy-doped-hematite 광양극의 photocurrent-density-pec가 향상된다.