未来，气候中立的氢将在燃料和原材料方面发挥重要作用。氢通过水电解产生，可以使用间接方法，即利用外部能源源（太阳能电池板或风力涡轮机）为电解电池供电压，也可以使用直接方法：光电化学电池，其中光电极本身为电解提供电能（PEC电池）。这种直接方法具有一些优势，但目前尚未具备竞争力。

到目前为止，这主要是由于缺乏良好的光电极。理论上，金属氧化物被认为是合适的选择；它们价格低廉、无毒，并且在水溶液中稳定，并且通常还具有催化性能，可以加速所需的化学反应。阳光会释放金属氧化物中的载流子，从而产生电压。

但是与掺杂半导体如硅相比，这些载流子的迁移能力较差，它们相对缓慢，或者立即回归晶格并局域化。这是由于在各种不同的时间和长度尺度上存在着尚不完全了解的各种机制。

在德国柏林赫尔姆霍兹中心（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金属氧化物导电性的限制因素。该研究的第一作者Markus Schleuning博士在其博士期间深入探究了这个课题，并解释道：“我们想弄清楚电荷载流子的本地化程度以及不同时间下它们的迁移能力受到的影响。”这项工作已经发表在期刊《先进功能材料》上。

首先，我们开发了一种新的方法来确定扩散长度。Hempel解释道："这个简单的方程也可以应用于其他材料类别，比如卤化物钙钛矿或硅材料。"

"然后我们发现对于某些材料而言，这并不适用，而且正好是在载流子位置确定的情况下，" 弗里德里希补充道。

在飞秒实验室中，所有样品都通过太赫兹方法（OPTP）和微波光谱学（TRMC）进行研究，这两种测量方法最初都提供了关于载流子迁移率和寿命的信息，但在不同的时间尺度上。

翻译："结果可能会有很大的差异，这表明载流子已经在此期间发生了本地化。从100飞秒的超快过程到持续100微秒的较慢过程，团队能够确定材料中电荷载体的动力学。为了作出比较，换算成我们人类感知时间的话，这将相当于时间跨度从一秒到31年的变化。"

物理学家们使用这种方法组合来分析10种氧化金属化合物，包括Fe2O3、CuFeO2、α-SnWO4、BaSnO3和CuBi2O4。对于所有材料来说，相对于传统的半导体而言，迁移率都非常低。一个称为热处理的退火过程，在BaSnO3的迁移率方面有显著的改善效果。

最出色的表现者是知名的铋钒酸盐（BiVO4），在所研究的长度范围内几乎没有载流子的局域化现象。这项研究展示了如何对金属氧化物化合物进行表征，以识别和开发出最佳的光电极材料。