台美科學家聯手解開鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率之謎

每次觀看齊柏林的「看見台灣」紀錄片，總讓人不禁感動落淚，深思背後的原因應該是對如同母親一般的台灣土地有所眷戀與疼惜吧。齊柏林以他二十餘年的空中攝影專業，自願放棄公務員退休金、拿房子向銀行抵押借款、冒著每次飛行攝影的風險，只為了成就此紀錄片，讓大家看到台灣土地的美麗與哀愁，讓更多台灣人觀看後願意關注這塊土地，並訴諸具體的行動去改變一些周遭的不美好。年紀漸長，愈來愈相信這就是「用專業說故事」的力量與魅力。

今天想跟各位讀者分享一個學術專業的故事。這故事要從「有朋自遠方來」開始談起…..

去年暑假美國維吉尼亞大學物理系Seung-Hun Lee教授應邀來台灣參加學術會議，順道安排拜訪三十年的大學研究所老友台大凝態中心陳維良博士，一如往常招待國外學者的慣例，我們安排了李教授在凝態中心分享其美國團隊在有機無機混成鈣鈦礦（HOIPs）的最新研究成果[1]，學術演講後順便參訪我們的超快雷射光譜實驗室，並共享晚餐賓主盡歡。原本以為這只是行禮如儀的外國學者來台學術訪問，通常故事也是就到此劃上句點。

出乎意料地，原本的起心動念只是多年未見面的老友敘舊，在隨興閒聊實驗室過去二十年累積的雷射光譜核心技術之後，竟觸動了彼此建立學術合作的共識與契機。接著將近一年密切的實驗設計討論、實驗結果分析、與惱人的論文審查答辯過程，我們終於發表了第一篇共同合作的學術論文「Origin of Long Lifetime of Band-Edge Charge Carriers in Organic-Inorganic Lead Iodide Perovskites」，預定刊登於2017年7月18日的PNAS期刊[2]。






鈣鈦礦作為太陽能電池材料是最近幾年極受關注的科研主題，過去五年來，其能量轉換效率的最佳紀錄已直逼商用的矽太陽能板表現~22% [3]。然而為何鈣鈦礦能有如此跌破專家眼鏡的能量轉換效率 ? 這問題則一直困惑著全世界的物理學家。



此次的台美雙邊學術合作，台大凝態中心張玉明研究員主持的台灣團隊主要負責HOIPs材料在可變溫環境下(-196°C ~ 350°C)，雷射激發螢光光譜與時間解析螢光生命期的實驗設計、光譜量測與分析工作。台灣團隊的雷射光譜研究成果，提供了HOIPs太陽能電池高效率最直接且關鍵的實驗證據 (詳圖一說明)。