鈣鈦礦太陽能電池：其實我不含鈣，也不含鈦
鈣鈦礦太陽能電池到底是什么鬼？
出品：科學(xué)大院
作者：林風(fēng)（南方科技大學(xué)）
監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心 中國科普博覽
近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院應(yīng)用技術(shù)研究所孔凡太研究團隊在小分子有機空穴傳輸材料方面取得系列進展，相關(guān)研究結(jié)果分別發(fā)表在ChemSusChem、ElsevierDyes and Pigments，以及英國皇家化學(xué)會的RSC Advances上。
你可能想問，這項讀起來很拗口的研究，究竟有什么用呢？
這種材料目前已經(jīng)被證明在鈣鈦礦太陽能電池中有非常好的應(yīng)用潛力。
等等！怎么又來一個拗口的，鈣鈦礦太陽能電池又是什么？
第三代太陽能電池
我們都知道，太陽能電池是一種可以直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。在追求清潔能源的大背景下，它已經(jīng)形成了相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
實際上，太陽能電池的發(fā)展過程經(jīng)歷了三個階段：
圖1 各類太陽能電池。
（a）單晶硅太陽能電池；（b）薄膜太陽能電池；（c）鈣鈦礦太陽能電池。
第一代太陽能電池主要是基于單晶硅。
荒原上，沙漠中，大家印象中的太陽能電池板，通常都是用這類晶體硅材料制成的。不過制造高純硅面臨著造價高、耗能高等難題，這嚴重制約了硅基太陽能電池的商業(yè)應(yīng)用范圍。
第二代太陽能電池主要指薄膜太陽能電池。
它以非晶硅、銅銦鎵硒薄膜、碲化鎘薄膜為代表。這類太陽能電池最大的優(yōu)點為成本低，缺點則是效率低，性能隨使用時間的增長而衰退。
第三代太陽能電池，也稱作新概念太陽能電池，就是今天要重點介紹的鈣鈦礦太陽能電池。
其實，我不含鈣，也不含鈦
人們在開發(fā)新材料時有兩大重要考量：一個是成本，一個是效率。
圖2 不同類型的太陽能電池的成本與其光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)系
從上面這張圖中可以看出，如果電池的光電轉(zhuǎn)換效率能提高到20%以上，電池的供電成本就有大幅度下降的可能。
因此，進一步提高轉(zhuǎn)換效率成為第三代太陽能電池發(fā)展的關(guān)鍵。
近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的研究不斷刷新了光電轉(zhuǎn)化效率的紀錄，目前已經(jīng)超過22%了。
雖然現(xiàn)在每年光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的90%以上都來自晶硅電池，但是由于鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)良特性眾多，越來越多的人對它青睞有加，源源不斷的人力、物力都投入到了相關(guān)研究當(dāng)中，鈣鈦礦太陽能電池巨大的魅力也逐漸展現(xiàn)在了人們面前。
有趣的是，鈣鈦礦太陽能電池中并沒有鈣元素，也沒有鈦元素。
其實，它得名于其中的吸光層材料：一種鈣鈦礦型物質(zhì)。
鈣鈦礦是以俄羅斯礦物學(xué)家Perovski的名字命名的，最初單指鈦酸鈣（CaTiO3）這種礦物，后來把結(jié)構(gòu)與之類似的晶體統(tǒng)稱為鈣鈦礦物質(zhì)。
鈣鈦礦太陽能電池中常用的光吸收層物質(zhì)是甲氨鉛碘（CH3NH3PbI3），由于CH3NH3PbI3這種材料中既含有無機的成分，又含有有機分子基團，所以人們也將這類太陽能電池稱作雜化鈣鈦礦太陽能電池。
圖3 鈣鈦礦物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)
(a)鈦酸鈣（GaTiO3）晶體的原子結(jié)構(gòu)；(b)鈣鈦礦太陽能中吸光層物質(zhì)甲氨鉛碘（CH3NH3PbI3）晶體的原子結(jié)構(gòu)。
作者：林風(fēng) 來源：中國科普博覽 責(zé)任編輯：wutongyufg
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