加州大學聖芭拉拉分校（UC SB）工程學院材料系的研究人員，剛剛找到了導致新一代光伏面板效率受限的主要原因。此前普遍認為雜化鈣鈦礦的晶格中可能存在各種缺陷，而負責混合成分的有機分子將保持其完整性。不過最新的研究已經表明，這些分子中缺少的氫原子，會導致能效的大量損失。

甲基銨分子中產生的氫空位（中心偏左的黑點）

雜化鈣鈦礦具有出色的光伏性能，許多人都期待著它能夠推動太陽能技術的進一步發展。所謂的“雜化物”，特使將有機分子嵌入作為無機物的鈣鈦礦晶格，以維持類似於鈣鈦礦物的結構。

這類材料的光伏轉換效率可與硅基方案相媲美，但生產成本要低得多。遺憾的是，目前已知的鈣鈦礦晶格缺陷，會導致光伏效率以發熱的形式而消散。

研究配圖- 1：MAPbI ₃的天然缺陷

此前多年，大量研究人員都在深入了解這種缺陷。而UCSB 材料系教授Chris Van de Walle 帶領的一支研究團隊，剛剛取得了一項重要的發現。

項目首席研究員Xie Zhang 表示：“甲基銨碘化鉛是一種典型的混合鈣鈦礦，但打破其中一個鍵、並去除甲基銨分子上的氫原子也非常容易”。

研究配圖- 2：MAPbI ₃中存在的氫空位

氫空位會變身成為電荷的吸收器，而這些電荷是由落在光伏面板上的光子產生、並在晶格中移動的。在此情況下，閒置電荷將無法繼續開展有效的工作（比如為電池充電、或為電機供電），從而降低了效率。

據悉，這項研究得到了Van de Walle 團隊開發的先進計算技術的幫助，提供了有關材料中電子的量子力學行為的詳細信息。

研究配圖- 3：MAPbI ₃氫空位的非輻射捕獲

參與研究的Van de Walle 研究團隊的一名高級研究生Mark Turiansky，幫助其建立一套複雜了方法，能夠將這些信息轉換為定量的電荷載流子俘獲率值。

Turiansky 表示：“我們團隊已經打造了強有力的方法，來確定哪些過程會導致效率的降低，且很高興看到該方案為一種重要的財力提供瞭如此寶貴的見解”。

研究配圖- 4：FAPbI ₃氫空位及其誘導的非輻射重組

通過反复實驗，我們發現通過Formamidinium 取代甲基銨分子，可以讓鈣鈦礦表現出更好的性能。展望未來，科學家們有望研製出更加性能更高、成本更合理、環境效益也更加出眾的新材料。

有關這項研究的詳情，已經發表在4 月29 日出版的《自然材料》（Nature Materials）期刊上。原標題為《Minimizing hydrogen vacancies to enable highly efficient hybrid perovskites》。