虽然钙钛矿为备受看好的太阳光电材料，转换效率更在短短几年内突破到 22%，但说来有趣，至今科学家仍不确定钙钛矿太阳能电池的运作机制，因此为了解开这一大物理谜团，加州大学圣塔芭芭拉分校团队已开始研究钙钛矿材料的运作模式与电子电洞复合（recombination）机制。
钙钛矿太阳能电池不含钙与钛，其同时具有无机与有机元素，基本上由钙钛矿结构的金属卤化物半导体所构成。过去许多科学家都认为钙钛矿太阳能转换效率如此高的原因跟该材料为间接能隙材料有关，诸如硅、锗等间接能隙材料进行载子跃迁时，由于得遵守动量守恒与能量守恒，不的仅得吸收能量还要改变动量，而这些特性可抑制电子与电洞辐射复合（radiative recombination），降低电子-电洞对复合且消失的速度。
若电子-电洞对快速复合，太阳能转换效率就会因此降低。其中电子和电洞复合时会释放一定的能量，如果能量以光子的形式释放，就称为辐射复合，通常多应用在半导体激光器和 LED。
但加州大学圣塔芭芭拉分校计算材料机构 Van de Walle 实际计算甲基碘化铅（MAPI）钙钛矿的辐射复合率与能隙自旋结构后，发现这是个错误的认知。研究指出，虽然该间接能隙材料的特性会降低辐射复合率，但该材料的辐射复合率还是跟其他直接能隙半导体一样高，这代表钙钛矿材料也能应用在 LED 等发光元件。
（Source：加州大学圣塔芭芭拉分校）
只不过要把钙钛矿用在 LED 也不是一件容易的事情，首先得突破 LED 电流密度较高的难题，在高电流密度状态下，非辐射复合过程可能会不利材料运作，进而造成能量损失。
相较于辐射复合是释放光子，非辐射复合会用其他方式来释放能量，底下又再细分为奥杰复合（Auger recombination）与 SRH 非辐射复合等。研究员 Jimmy-Xuan Shen 表示，奥杰复合即是电子和电洞复合释放出多余的能量后，随即被另一个电子吸收，而团队发现 MAPI 的奥杰系数相当高。
根据实验结果，研究员也发现 MAPI 材料的两项机制，像是能隙和自旋-轨道引起的导带（conduction band）分裂会引发共振，以及哪样的结构形变会造成奥杰复合。指导教授 Van de Walle 指出，研究已证明降低晶格形变能有效抑制奥杰效应造成的能量损失，目前正要进行下一步实验。
假如实验有成，或许有望进一步扩大 MAPI 等有机-无机混合钙钛矿材料的应用范围与再次提升太阳能转换效率。
- Shining light on recombination mechanisms in solar cell materials
- PROFESSOR CHRIS VAN DE WALLE’S GROUP ELUCIDATES RECOMBINATION MECHANISMS IN HYBRID PEROVSKITES
（首图来源：pixabay）
