近年來，鈣鈦礦成為太陽能電池研究的新寵。相比於共稜、共面形式連接的結構，具有特定晶體結構的鈣鈦礦更加穩定，更有利於缺陷的擴散遷移。因此，鈣鈦礦具備了許多優異的物理化學特性，如電催化性、吸光性等。
同時，鈣鈦礦結構非常適合作為太陽能電池吸收光線的活性層，因為它們吸收光線的效率比硅更高，轉換效率潛力更大，且製作工藝簡單、成本低、更綠色，近年來鈣鈦礦電池已逐漸成為硅太陽能電池的替代品。
然而，鈣鈦礦材料製作的太陽能電池，往往會出現明顯的性能損失和不穩定性，確切的物理原因依然成謎。迄今為止，大多數研究都集中在消除這些性能損失的方法上。
通常而言，當光線照射鈣鈦礦太陽能電池時，或者當電流通過鈣鈦礦LED時，電子被激發，跳躍到更高的能態。帶負電荷的電子留下了空白（也稱為“空穴”）。受激發的電子與“空穴”都可以通過鈣鈦礦材料，因此可成為載流子。
但是，在鈣鈦礦中會產生一種稱為“深阱”的特定類型缺陷，帶電的載流子會陷入其中。這些被困的電子與“空穴”重新結合，它們的能量以熱量形式喪失，而不是轉化為有用的電力或者光線，顯著降低了太陽能板的效率。人們對於這些陷阱的成因知之甚少。
近日，由劍橋大學、沖繩科技大學研究生院（OIST）的科學家，確定了鈣鈦礦材料中限制效率的缺陷根源所在，這一發現可以提高鈣鈦礦的應用效率，使鈣鈦礦更快走向大規模生產與應用。
據2015年的研究發現，鈣鈦礦的黑暗區域與太陽能電池或LED的功率損耗相對應，由於標準成像技術的侷限性，無法分辨出較暗的區域是由一個大的陷阱位點還是許多較小的陷阱引起的，因此很難確定為什麼它們僅在某些區域形成。
之後，研究人員通過觀察光照射後電荷在材料或設備中的移動方式，發現了電荷在什麼位置被捕獲。但這些損耗很難以可視化的方式顯現，因為他們移動得非常快（約十億分之一秒的百萬分之一的時間），且距離非常短的（約十億分之一米的長度）。
因此，他們的當務之急是解決鈣鈦礦中暗區的可視化問題。基於此，該研究團隊首次在鈣鈦礦上使用了一種被稱為“光發射電子顯微鏡（PEEM）”的技術。他們用紫外線探測材料，並用發射的電子形成一幅圖像。當他們查看材料時，發現黑暗區域包含陷阱，長度約10～100納米，是由較小原子尺寸的陷阱位點組成的簇，而這些陷阱簇不均勻地分佈在整個鈣鈦礦材料中。
值得注意的是，當研究人員將陷阱位置的圖像疊加到顯示鈣鈦礦材料晶粒的圖像上時，他們發現陷阱簇僅在特定位置形成，位於某些晶粒之間的邊界處。通過進一步的研究，他們發現陷阱簇僅在結點處形成，結點處材料的結構略有變形，而結點處的區域則為原始結構。
據介紹，鈣鈦礦中有一些規則的鑲嵌材料，大多數的晶粒又優質又原始，這是人們所期望的結構。但每隔一段時間，會出現一個略微扭曲的顆粒，並且該顆粒的化學性質是不均勻的。但扭曲的顆粒並不是陷阱，而是當那個扭曲顆粒遇到一個原始顆粒時，陷阱就在它們的結點處形成。
研究人員表示，雖然仍無法準確地知道為什麼陷阱聚集在結點處，但是它們確實在那裡形成，並且只在那裡。這意味著，可以有針對性地提升鈣鈦礦的性能，如針對這些非均勻相，或以某種方式去除這些結點處。
基於對陷阱本性的理解，研究團隊還採用了定製的PEEM儀器來可視化觀測鈣鈦礦材料中載流子落入陷阱的動態過程。他們發現，陷落過程受到擴散到陷阱簇的載流子的控制。
該研究團隊指出，載流子必須首先擴散到陷阱，這一事實也為改善這些器件提出了其他方案。也許，可以改變或者控制這些陷阱簇的排列，而無需改變它們的平均數，這樣載流子就不太可能到達這些缺陷部位。
據研究人員稱，這項研究只是基於一種特殊的鈣鈦礦結構。接下來，他們將研究這些陷阱簇是否在所有的鈣鈦礦材料中都普遍存在。
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