一項新研究表明，全無機鈣鈦礦太陽能電池有望提高太陽能電池的效率。有機-無機混合鈣鈦礦已經顯示出超過25%的非常高的光伏效率。該領域的主流觀點是，材料中的有機（含碳和氫）分子對于實現這一令人印象深刻的性能至關重要，因為它們被認為可以抑制缺陷輔助的載流子重組。

　　加州大學圣塔芭芭拉分校材料系的新研究不僅表明這一假設是不正確的，而且還表明全無機材料有可能超過混合鈣鈦礦。該研究結果發表在《全無機鹵化物鈣鈦礦作為高效太陽能電池的候選材料》一文中，該文章將出現在2021年10月20日的《細胞報告物理科學》雜志的封面。

　　“為了比較這些材料，我們對重組機制進行了全面的模擬，”該研究的首席研究員Xie Zhang解釋說。“當光照在太陽能電池材料上時，光產生的載流子產生電流；缺陷處的重組破壞了其中一些載流子，從而降低了效率。因此，缺陷是效率的‘殺手’。”

　　為了比較無機和混合鈣鈦礦，研究人員研究了兩種原型材料。兩種材料都含有鉛和碘原子，但在一種材料中，晶體結構是由無機元素銫完成的，而在另一種材料中，存在著有機甲基銨分子。

　　在實驗中理清這些過程是極其困難的，但是先進的量子力學計算可以準確地預測重組率，這要歸功于UCSB材料教授Chris Van de Walle小組開發的新方法，他認為該小組的一名高級研究生Mark Turiansky幫助編寫了計算重組率的代碼。

　　Turiansky說：“我們的方法對于確定哪些缺陷會導致載流子損失非常有力。看到該方法被應用于我們這個時代的關鍵問題之一，即有效地產生可再生能源，這是令人興奮的。”

　　運行模擬顯示，這兩種材料的共同缺陷引起了可比的（和相對無害的）重組水平。然而，混合鈣鈦礦中的有機分子可以分解；當氫原子損失發生時，產生的“空位 ”會強烈地降低效率。因此，該分子的存在對材料的整體效率來說是一種損害，而不是一種資產。

　　那么，為什么這一點在實驗中沒有被注意到呢？主要是因為生長高質量的全無機材料層比較困難。它們有采用其他晶體結構的傾向，而促進所需結構的形成需要更大的實驗努力。然而，研究表明，實現首選結構是絕對可行的。盡管如此，這種困難還是解釋了為什么迄今為止全無機鈣鈦礦沒有得到那么多的關注。

　　Van de Walle總結說：“我們希望我們關于預期效率的發現將刺激更多針對生產全無機鈣鈦礦的活動。”