慢了一千倍的那組數字
格羅寧根大學光物理與光電子學教授 Maria Antonietta Loi 做出一批錫基鈣鈦礦（tin-based perovskite，一種以錫取代鉛的太陽能電池材料）樣本，量度當中熱電子失去額外能量的速度。熱電子是被高能量光子打中之後、帶着多餘能量的電子；在一般太陽能電池裏，這份多餘能量會在皮秒（一萬億分之一秒）之內變成熱散走。Loi 量到的卻是納秒，即是慢了約一千倍。
這個數字本身不是今次的新發現，過去幾年已有實驗報告指錫基鈣鈦礦的降溫時間異常地長。真正未有答案的是原因：為何偏偏是這種材料，可以把一件通常在皮秒內完成的事拖到納秒。
拖慢它的是兩件事同時發生
同校新型半導體與器件物理學教授 Jan Anton Koster 與博士生 Tim Faber 以電腦模擬追查 Loi 的量度結果，發現不是單一原因，而是兩個機制疊在一起。論文題為 The Physics of Ultra-Long Cooling Times in Metal Halide Perovskites，刊於《ACS Energy Letters》九月號。
機制 | 它做了什麼 |
|---|---|
熱聲子瓶頸（hot phonon bottleneck） | 電子散出的熱會被電子重新吸收回去，一來一回，整個降溫過程被拖慢 |
能帶填充引致的 Burstein-Moss 效應 | 低能量的位置已被佔滿，電子走不到最短那條路下來，唯有繞遠路 |
兩個效應過往都被分別提出過，用來解釋同一組實驗數字，學界對哪一個才是主因一直有分歧。今次模擬的結論是兩者一起計才對得上。
33% 那條線是怎樣畫出來的
翻查資料，單結太陽能電池的理論上限稱為 Shockley-Queisser 極限，約為 33%。上限來自兩邊同時漏走的能量：能量不足的光子直接穿過去，不產生電流；能量過剩的光子打出熱電子，多出來那部分隨即變成熱。
熱電子電池（hot-carrier solar cell）的構想，是趕在那份多餘能量變成熱之前把它取走。降溫時間夠長，正是這種電池最關鍵的前提，所以錫基鈣鈦礦的納秒級數字才值得追問原因。
業界現時的做法是疊，不是留住熱
產業界繞過同一條線的方法是疊層電池：把兩層吸收不同波段的材料疊在一起，各自負責一段光譜，整體效率因此可以高過 33%。中國廠商隆基（LONGi）今年公布，其晶矽鈣鈦礦疊層電池效率達 35.5%，屬廠商自行公布的數字。
兩條路的分別在於：疊層是加多一層去接住漏走的光，熱電子電池則是把本來白白變成熱的那部分，留在原本那一層裏。
距離一塊真正的板還有多遠
格羅寧根大學在新聞稿中指，在造出效率高過 33% 的實際電池之前，仍有許多問題未有答案。現階段的成果是一批材料樣本、一組量度數字，加上一套解釋，並非一塊可以裝上屋頂的太陽能板，亦未有任何電池的實測效率越過 33%。
翻查資料，錫基鈣鈦礦另有一個已知難題：二價錫容易氧化，材料的穩定性一直不及鉛基同類。要把納秒級的降溫時間變成可以量產的產品，這一關同樣未過。
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