改進太陽能電池設計是提高能源消耗不可或缺的一環。科學家們最近致力于提高太陽能電池的效率、靈活性和便攜性，使其能夠集成到日常應用中。因此，新型的輕質柔性薄膜太陽能電池被開發出來。然而，將效率與靈活性結合起來并不容易。一種材料（通常是半導體）要有效率，它必須有一個很小的“帶隙”——即激發電荷載體進行導電所需的能量，并且應該吸收并將大部分陽光轉化為電能。迄今為止，還沒有一種適用于薄膜太陽能電池的高效吸收劑被開發出來。

通常，半導體中的電荷載流子是由帶負電荷的電子和帶正電荷的“空穴”（本質上是“無”電子）成對產生的。為了有效導電，這些電子和空穴需要分開。一類被稱為“鐵電體”的材料可以極大地促進這種分離，這要歸功于它們的自發“極化”，這種現象類似于鐵的自發磁化。然而，由于大的帶隙和較差的光-電轉換，他們已經看到有限的光伏應用。

在發表在《應用材料與界面》上的一項新研究中，韓國科學家解決了這一問題，提出了一種新型的“反鈣鈦礦”氧化物的解決方案，即Ba4Pn2O，Pn代表砷（as）或銻（Sb）。利用密度泛函理論計算，科學家們研究了反鈣鈦礦氧化物的各種物理性質，發現它們表現出自發的電極化，使它們在自然界中具有鐵電性。領導這項研究的仁川國立大學的YunghoKang教授解釋說，在Ba4Pn2O結構的最小能量配置中，我們發現O離子和Ba離子從原來的位置向相反的方向移動。這些位移產生了非零電極化，這是鐵電的經典特征。”

由于自發極化有助于電子-空穴對的分離，這意味著反鈣鈦礦氧化物可以有效地提取載流子。此外，計算表明，它們的帶隙是有效吸收陽光的理想材料，即使是很薄的Ba4Pn2O層也能產生可觀的光電流。

這些有希望的結果使科學家們對薄膜太陽能電池的未來前景感到興奮。Kang教授推測，“我們的研究結果有力地證實了反鈣鈦礦可以作為薄膜太陽能電池的有效吸收劑。考慮到它們的多功能性，這些太陽能電池在現實生活中有多種應用，甚至可以在有陽光的情況下給手機充電。此外，它們的靈活性還允許制造智能手表等自動駕駛可穿戴設備。”