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 編者按：太陽能發(fā)電已逐漸改變世界各國的電力市場占比，而研究人員認(rèn)為，未來太陽能將變得更高效、更便宜，關(guān)鍵材料就在于一種被稱為鈣鈦礦的晶體全面開發(fā)。

太陽能電池領(lǐng)域長江后浪推前浪，而鈣鈦礦電池目前被認(rèn)為是繼傳統(tǒng)矽電池之后最有前途的接班人，自 2009 年首次報(bào)導(dǎo)曝光至今，短短數(shù)年就已被證明具有高達(dá) 22% 的轉(zhuǎn)換效率，幾乎與傳統(tǒng)硅電池旗鼓相當(dāng)，而這位新人還有可觀的成長空間，但硅電池的效率已長時(shí)間停滯在 25% 左右。

迄今為止，鈣鈦礦的表現(xiàn)超越其他所有新型太陽能材料，比如染料敏化太陽能電池(DSSC)、有機(jī)太陽能電池等，其快速發(fā)展讓許多科學(xué)家對其持樂觀態(tài)度。

染料敏化太陽能電池是一種廉價(jià)的薄膜太陽能電池，基于由光敏電極和電解質(zhì)構(gòu)成的半導(dǎo)體，是一個(gè)電氣化學(xué)系統(tǒng)。它吸引人的優(yōu)點(diǎn)是可用低廉材料制成，制程比以前的電晶體電池還要便宜，它可以被制成軟片，不需要特別保護(hù)，雖然能量轉(zhuǎn)換效率比最好的薄膜電池要低，但理論上它們的性價(jià)比已足夠高。

鈣鈦礦(Perovskite)則是一種氧化物礦物，一般化學(xué)式為 ABX3，最早被發(fā)現(xiàn)存在于鈣鈦礦石中的鈦酸鈣(CaTiO3)化合物而得名，具有立方晶體結(jié)構(gòu)：A 和 B 是兩個(gè)大小不同的陽離子，X 則是與兩者結(jié)合的陰離子(通常是氧)。
▲ 鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)圖。A 原子(綠球)是較大的金屬陽離子，比如 Ca 2 + ，位于立方體中心;B 原子(藍(lán)球)是較小的金屬陽離子，比如 Ti 4 + ，分布在立方體的 8 個(gè)角落;X 原子(紅球)通常則是氧。(Source：By Cadmium at English Wikipedia (Transferred from en.wikipedia to Commons.) [Public domain], via Wikimedia Commons)

隨著研究進(jìn)展，科學(xué)家可以透過以其他元素代替鈣、鈦、氧來改善這種材料的物理化學(xué)性質(zhì)，來產(chǎn)生在光伏方面的具體應(yīng)用，目前研究最多的鈣鈦礦化合物為(CH3NH3)PbI3，在這種材料中，鈣離子，鈦離子和氧離子分別被甲基銨、鉛、碘離子取代。

但在鈣鈦礦材料可以商用之前，它還有些重大障礙需要突破：第一，鈣鈦礦晶體在潮濕條件下容易分解，若沒有適當(dāng)隔絕水份的密封技術(shù)，電池就會在短時(shí)間內(nèi)告終，這導(dǎo)致穩(wěn)定性低;第二，科學(xué)家目前只在非常小的鈣鈦礦電池中實(shí)現(xiàn)高效率(大概只有一片指甲大小)，放大版的鈣鈦礦電池還沒有出現(xiàn)相同效果。

鈣鈦礦電池現(xiàn)在還很難打敗硅晶電池，因?yàn)楹笳咭寻l(fā)展出規(guī)模經(jīng)濟(jì)?！禙inancial Times》報(bào)導(dǎo)，美國斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程教授 Michael McGehee 最近提出了一項(xiàng)新的解決方案：“串聯(lián)”太陽能電池，借由在傳統(tǒng)硅晶上層覆蓋鈣鈦礦，兩者互相合作，不要只聞新人笑，舊人仍有用武之地。

由于半透明的鈣鈦礦電池可以捕獲可見光譜中的波長，其他波長則穿過鈣鈦礦電池，交由下面的矽電池捕獲，McGehee 的研究表明，串聯(lián)電池的效率可比單打獨(dú)斗的硅電池高出 10%，這可能是鈣鈦礦材料打入以硅為主導(dǎo)市場的另一種方式。

只要能克服穩(wěn)定性和尺寸，鈣鈦礦太陽能電池就有可能改變太陽能源的經(jīng)濟(jì)性，畢竟它們比硅電池還要便宜許多，鈣鈦礦晶體可在相對較低的溫度下生產(chǎn)，不像硅需要大量熱量制造芯片。

原標(biāo)題：鈣鈦礦或是下一代主流太陽能技術(shù)