日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）能量材料與表面科學(xué)單位的研究人員，由Yabing Qi 教授領(lǐng)導(dǎo)，采用穩(wěn)定、高效且相對便宜的鈣鈦礦材料開發(fā)出了一種新的鈣鈦礦太陽能電池，這種電池具有這幾項優(yōu)勢：熱穩(wěn)定性好、光線吸收率高、制造工藝簡單且成本低。因此，這項研究也為未來鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模商用奠定了基礎(chǔ)。

他們的研究論文最近發(fā)表于《先進(jìn)能源材料（Advanced Energy Materials）》雜志。博士后學(xué)者 Jia Liang 博士和 Zonghao Liu 博士對這項研究作出了重要貢獻(xiàn)。

這種材料具有幾種關(guān)鍵特征。首先，它是完全無機(jī)的，因為有機(jī)成分通常不耐熱，性能會在高溫條件下退化。通過無機(jī)材料取代有機(jī)成分，使得其擁有良好的熱穩(wěn)定性，在強(qiáng)烈陽光照射下這種鈣鈦礦太陽能電池會變得更加穩(wěn)定。Zonghao Liu 博士表示，這種太陽能電池在暴露于光線中300小時后，性能幾乎未發(fā)生改變。

如下圖電子顯微鏡圖像所示，這種全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池有五層結(jié)構(gòu)。底層是僅有幾毫米厚的玻璃，第二層是透明導(dǎo)電材料FTO，接下來是由二氧化鈦組成的電子活性層，第四層是光敏鈣鈦礦，頂層是碳。

以往，所有的無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池都比有機(jī)無機(jī)混合物的光線吸收率要低，而這種太陽能電池的第二個特征是：OIST的研究人員將新型電池與錳摻雜，錳改變了材料的晶體結(jié)構(gòu)，提升了光線吸收能力。

更讓人驚訝的是，這種太陽能電池的第三個特征是，在太陽能電池之間傳輸電流的電極和外部電線都是由碳組成的，而不是通常用的金。這些電極特別便宜且易于制造，一部分原因是由于它們能夠直接印刷到太陽能電池中。而另外一方面，制造金電極則需要高溫條件以及真空室等特殊設(shè)備。

科學(xué)家們一直都在研究由鈣鈦礦組成的結(jié)構(gòu)，使之成為硅的替代品。這種由鈣、鈦、氧分子經(jīng)過特殊排列而成、具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料一直存在于地球中。相比于共棱、共面形式連接的結(jié)構(gòu)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)顯得更加穩(wěn)定，更有利于缺陷的擴(kuò)散遷移。因此，鈣鈦礦具備了許多優(yōu)異的物理化學(xué)特性，例如電催化性、吸光性等。

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)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，且成本更低廉。將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)集成到太陽能電池中，需要采用的設(shè)備也相對簡單，它們可以溶解到溶劑中，直接噴涂到基底上面。

由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)組成的材料有望為太陽能電池設(shè)備帶來一場革命，然而以往所有的鈣鈦礦電卻具有一個嚴(yán)重的缺陷：它們通常很不穩(wěn)定，在高溫條件下性能會退化。這嚴(yán)重阻礙了它們的商用。

現(xiàn)在，這種穩(wěn)定性問題有了更好的解決方案，但是在變成像硅太陽能電池一樣的商用產(chǎn)品之前，鈣鈦礦太陽能電池仍有一系列的挑戰(zhàn)需要克服。例如，鈣鈦礦太陽能電池可保持運行一到兩年，而硅太陽能電池可運行達(dá)二十年。

為了改善這些新型電池的效率和持久性，Qi 及其同事們正努力工作，同時也在開發(fā)制造商用產(chǎn)品的工藝。

原文來源：今日頭條