具有太陽能電池的電子設備可以將光能直接轉(zhuǎn)換成電能，加以使用。迄今為止，大多數(shù)太陽能電池都是由硅制成的，主要是利用了這種物質(zhì)易吸收光線的特質(zhì)，但是硅面板的生產(chǎn)成本很高，所以性價比一直是一個問題。

科學家一直在研究一種由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制成的替代品材料。而鈣鈦礦是地球上發(fā)現(xiàn)的一種礦物質(zhì)，由特定分子排列的鈣，鈦和氧組成，科學家研究的是和其具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料，也就是鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料。

鈣鈦礦材料作為太陽能電池的集光活性層非常實用，因為它們能有效地吸收光線，更重要的是價格要比硅便宜得多。這種材料實用方式也非常多，例如，可以將其溶解在溶劑中，并直接噴涂到基材上。但是這種材料也并非完美，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料通常非常不穩(wěn)定，溫度過高的時候不穩(wěn)定，這阻礙了其商業(yè)化。

近日，沖繩科學技術大學研究生院研發(fā)了新型全無機鈣鈦礦太陽能電池，解決了困擾太陽能電池技術面臨的三個關鍵問題：效率，穩(wěn)定性和成本，未來太陽能電池的使用會更加廣泛。

最近，他們的研究結(jié)果發(fā)表在《Advanced Energy Materials》上，博士后賈良博士和劉宗豪博士也對這項工作做出了重大貢獻。

技術

這種材料具有幾種關鍵特征。首先，它是完全無機的(一個重要的變化)，因為有機成分通常不耐熱，性能會在高溫條件下退化。因為太陽能電池會在太陽光照射下變得過熱，所以熱穩(wěn)定性顯得非常關鍵。通過無機材料取代有機成分，鈣鈦礦太陽能電池會變得更加穩(wěn)定。

如下圖所示，這種全無機鈣鈦礦太陽能電池具有幾層。底層是僅有幾毫米厚的玻璃，第二層是透明導電材料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。

下圖是鈣鈦礦太陽能電池的電子顯微鏡圖像，它顯示出不同的層。

論文作者之一的ZonghaoLiu博士說：“太陽能電池在暴露于光線中300小時后，幾乎未發(fā)生改變?！?/span>

然而，所有的無機鈣鈦礦太陽能電池都比有機無機混合物的光線吸收率要低。第二個特征也由此而來：OIST的研究人員將新型電池與錳摻雜，以改善其性能。錳改變了材料的晶體結(jié)構(gòu)，提升了光線吸收能力。Liu表示：“就像你將鹽放入一盤菜中來改變它的口味一樣，當我們添加錳的時候，它改變了太陽能電池的特性?！?/span>

第三，在這些太陽能電池中，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，而不是通常用的金。這些電極特別便宜且易于制造，一部分是由于它們能夠直接印刷到太陽能電池中。從另外一方面說，制造金電極則需要高溫條件以及真空室等特殊設備。

寫在最后

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。2009年，首個太陽能電池被報道開發(fā)出來。此后，這項技術進展迅猛，這些新型電池的前景看上去很光明。