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 發布日期 2019 年 05 月 23 日 16:00 | 作者 Daisy Chuang |

鈣鈦礦太陽能具有高轉換效率、易製造優點，近年來深受科學家愛戴，只不過美中不足的是，它同時也有著穩定性低、含鉛的缺點，科學家還得繼續尋找合適的太陽能材料，對此，加州大學聖地牙哥分校（UCSD）利用資料探勘比對鈣鈦礦特性，成功找到 13 種新型太陽能潛力材料。

鈣鈦礦太陽能電池是由有機金屬鹵化物半導體構成，這些同時具有無機與有機的晶體結構變化性豐富，可以用不同的材料與比例來調整鈣鈦礦的特性，目前最典型的鈣鈦礦化合物則為（CH3NH3）PbI3，主要含有甲基銨、鉛、碘離子，轉換效率已在數年間上升至 24%。

與此同時，科學家也注意到鉛固有的不穩定性與毒性，這讓鉛基鈣鈦礦的商業可行性大打折扣，使得科學家陷入要「解決含鉛問題」還是「尋找新材料」的兩難，科學家難放棄鈣鈦礦太陽能的高轉換效率、能用溶液製程製備優點，但又無法突破穩定性低的缺點。

對此 UCSD 提出另一種折衷方案，他們透過資料探勘與資料篩選技術，分析化學成分跟鹵化物鈣鈦礦相似的化合物，想根據鈣鈦礦優點找出新型潛力材料。

由奈米工程教授 Kesong Yang 帶領的團隊深入研究 AFLOW 和 The Materials Project 兩大量子材料資料庫，選出 24 個原型結構來生成有機無機混合結構的模板後，之後再運用高通量量子力學運算，建立出含有 4,507 個假設混合鹵化物的量子材料庫。
最終 Yang 團隊選定 13 種太陽能電池候選材料與 23 種 LED 潛力材料。Yang 表示，研究結果得來不易，團隊花了好幾年的時間才開發出完整的軟體框架（software framework），這些軟體框架不僅具備生成混合鹵化物材料的功能，還有資料探勘、資料篩選等演算法功能，除此之外，軟體框架還要跟高通量運算軟體無縫交融，又得再花費時間和精力。

目前 UCSD 團隊已經開發出頗具規模的結構與化學空間（Chemical space），讓人們可以透過全新的化學資料庫來尋找鹵化物半導體材料。展望未來，Yang 也正用高通量運算尋找其他晶體結構的太陽能與 LED 材料，並努力開發另一種資料探勘模型，這樣一來也可以尋找具有能量轉換、光電子和自旋電子特性的材料。

Data science helps engineers discover new materials for solar cells and LEDs
（首圖來源：UCSD ）