具有太陽(yáng)能電池的電子設(shè)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(yáng)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(jià)比一直是一個(gè)問(wèn)題。

科學(xué)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(xué)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(yáng)能電池的集光活性層非常實(shí)用，因?yàn)樗鼈兡苡行У匚展饩€，更重要的是價(jià)格要比硅便宜得多。這種材料實(shí)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(guò)高的時(shí)候不穩(wěn)定，這阻礙了其商業(yè)化。

近日，沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院研發(fā)了新型全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，解決了困擾太陽(yáng)能電池技術(shù)面臨的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：效率，穩(wěn)定性和成本，未來(lái)太陽(yáng)能電池的使用會(huì)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(duì)這項(xiàng)工作做出了重大貢獻(xiàn)。

技術(shù)

這種材料具有幾種關(guān)鍵特征。首先，它是完全無(wú)機(jī)的(一個(gè)重要的變化)，因?yàn)橛袡C(jī)成分通常不耐熱，性能會(huì)在高溫條件下退化。因?yàn)樘?yáng)能電池會(huì)在太陽(yáng)光照射下變得過(guò)熱，所以熱穩(wěn)定性顯得非常關(guān)鍵。通過(guò)無(wú)機(jī)材料取代有機(jī)成分，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池會(huì)變得更加穩(wěn)定。

如下圖所示，這種全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)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(dǎo)電材料FTO，接下來(lái)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(yáng)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(shuō)：“太陽(yáng)能電池在暴露于光線中300小時(shí)后，幾乎未發(fā)生改變。”

然而，所有的無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池都比有機(jī)無(wú)機(jī)混合物的光線吸收率要低。第二個(gè)特征也由此而來(lái)：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(lái)改變它的口味一樣，當(dāng)我們添加錳的時(shí)候，它改變了太陽(yáng)能電池的特性?！?/span>

第三，在這些太陽(yáng)能電池中，在太陽(yáng)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(yáng)能電池中。從另外一方面說(shuō)，制造金電極則需要高溫條件以及真空室等特殊設(shè)備。

寫在最后

在變成像硅太陽(yáng)能電池一樣的商用產(chǎn)品之前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池仍有一系列的挑戰(zhàn)需要克服。例如，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可保持運(yùn)行一到兩年，而硅太陽(yáng)能電池可運(yùn)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(shí)也在開(kāi)發(fā)制造商用產(chǎn)品的工藝。2009年，首個(gè)太陽(yáng)能電池被報(bào)道開(kāi)發(fā)出來(lái)。此后，這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展迅猛，這些新型電池的前景看上去很光明。