利用來自太陽能的能量纫溃，從太陽系中心釋放巨大的能量已球，是實現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)的關(guān)鍵目標之一神凑。
使用稱為太陽能電池的電子設(shè)備可以將光能直接轉(zhuǎn)換成電力。迄今為止竿报，大多數(shù)太陽能電池都是由硅制成的铅乡，這種材料非常擅長吸收光線。但硅面板的生產(chǎn)成本很高烈菌。
科學家一直在研究一種由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制成的替代品阵幸。真正的鈣鈦礦是地球上發(fā)現(xiàn)的一種礦物質(zhì)，由特定分子排列的鈣芽世，鈦和氧組成挚赊。具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料被稱為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。
鈣鈦礦結(jié)構(gòu)作為太陽能電池的集光活性層很有效济瓢，因為它們有效吸收光線荠割，但比硅便宜得多。它們也可以使用相對簡單的設(shè)備集成到設(shè)備中旺矾。例如蔑鹦，它們可以溶解在溶劑中，并直接噴涂到基材上箕宙。
由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)制成的材料可能潛在地革新太陽能電池器件嚎朽，但是它們具有嚴重的缺點：它們通常非常不穩(wěn)定，在暴露于熱時惡化柬帕。這阻礙了他們的商業(yè)潛力哟忍。
沖繩理工大學研究生院（OIST）能源材料與表面科學研究所由齊亞平教授領(lǐng)導狡门，開發(fā)出采用新型鈣鈦礦材料的器件，該材料穩(wěn)定魁索，高效融撞，生產(chǎn)成本相對較低，鋪平了道路用于未來太陽能電池的使用粗蔚。他們的工作最近發(fā)表在Advanced Energy Materials上尝偎。博士后賈良博士和劉宗豪博士對這項工作做出了重大貢獻。
這種材料有幾個關(guān)鍵特征鹏控。首先致扯，它是完全無機的 - 這是一個重要的轉(zhuǎn)變，因為有機組分通常不耐熱并且在加熱下降解当辐。由于太陽能電池在陽光下會變得非常熱抖僵，因此熱穩(wěn)定性至關(guān)重要。研究人員用無機材料代替有機部分缘揪，使鈣鈦礦太陽能電池更加穩(wěn)定耍群。
“曝光300小時后，太陽能電池幾乎沒有變化找筝，”論文作者Zonghao Liu博士說蹈垢。
然而，全無機鈣鈦礦太陽能電池的光吸收比有機 - 無機雜化物低袖裕。這是第二個特征出現(xiàn)的地方：OIST的研究人員用錳來摻雜他們的新電池曹抬，以改善其性能。錳改變了材料的晶體結(jié)構(gòu)急鳄，提高了其捕光能力谤民。
“就像當你在菜中添加鹽來改變它的味道一樣，當我們添加錳時疾宏，它會改變太陽能電池的特性张足，”劉說。
第三灾锯，在這些太陽能電池中兢榨，在太陽能電池和外部電線之間傳輸電流的電極由碳制成，而不是通常的金制成顺饮。這種電極顯著更便宜并且更容易生產(chǎn)吵聪，部分原因是它們可以直接印刷到太陽能電池上。另一方面兼雄，制造金電極需要高溫和專業(yè)設(shè)備吟逝，如真空室。
在鈣鈦礦太陽能電池變得像硅太陽能電池一樣具有商業(yè)可行性之前赦肋，仍有許多挑戰(zhàn)需要克服块攒。例如励稳，雖然鈣鈦礦太陽能電池可以維持一年或兩年，但硅太陽能電池可以工作20年囱井。
齊和他的同事們繼續(xù)研究這些新型電池的效率和耐久性驹尼，并且正在開發(fā)以商業(yè)規(guī)模制造這些電池的過程。鑒于自2009年第一顆鈣鈦礦太陽能電池被報道以來庞呕，該技術(shù)發(fā)展的速度有多快新翎，這些新電池的未來看起來非常光明。
