導(dǎo)言：美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NationalRenewableEnergyLaboratory，NREL）公布了截止2014年初各類太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的最高紀(jì)錄。目前轉(zhuǎn)換效率的最高記錄是由夏普生產(chǎn)的聚光型三結(jié)太陽能電池創(chuàng)造的，高達(dá)44.4%。而本文要介紹的鈣鈦礦太陽能電池在統(tǒng)計(jì)時(shí)是17.9%，但實(shí)際上目前鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已被提高到了19.3%。

從2009年到2014年的短短5年間，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%一下子躍升至19.3%，提高了5倍。其效率進(jìn)步之快，成本之便宜，生產(chǎn)之容易，以至于被《科學(xué)》期刊評(píng)為2013年的10大科學(xué)突破之一。

那么鈣鈦礦電池到底是什么？為何能出現(xiàn)如此大的研究影響力呢？它真的是太陽能電池產(chǎn)業(yè)中的黑馬嗎？

1、鈣鈦礦是什么？

（在俄羅斯庫薩發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦礦石，藏于哈佛自然歷史博物館Credit:La2O3（CCBY-SA3.0license））

鈣鈦礦，英文名perovskite，是一種普通的金屬有機(jī)化合物晶體，重要成分是鈦酸鈣（CaTiO3）。1839年德國礦物雪茄古斯塔夫？羅斯（GustavRose）在俄羅斯中部境內(nèi)的烏拉爾山脈上發(fā)現(xiàn)了一塊特殊的巖石樣本，于是決定以他心中所崇拜的偉大地質(zhì)學(xué)家LevPerovsk來明明這個(gè)礦石。

不過后來我們普遍指的鈣鈦礦電池（全稱：鈣鈦礦型甲胺鉛碘薄膜太陽能電池）并不是用這個(gè)礦石材料制成的，而是使用了與鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)相似的化合物。

2、鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)：

（鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖）

鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)是ABX3的形式。這種結(jié)構(gòu)在每個(gè)角共享一個(gè)BX6正八面體，其中B是金屬陽離子（Sn2+或Pb2+），X是一價(jià)陰離子（Cl-，Br-或I-）。鈣鈦礦中的陽離子A被用來抵消電荷使材料達(dá)到電中性，它可以是半徑較大鹼金屬離子等，甚至可以是一個(gè)分子。

這種奇特的晶體結(jié)構(gòu)讓它具備了很多獨(dú)特的理化性質(zhì)，比如吸光性、電催化性等等，在化學(xué)、物理領(lǐng)域有不小的應(yīng)用。鈣鈦礦大家族里現(xiàn)已包括了數(shù)百種物質(zhì)，從導(dǎo)體、半導(dǎo)體到絕緣體，范圍極為廣泛，其中很多是人工合成的。太陽能電池中用到的鈣鈦礦（CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbCl3等）屬于半導(dǎo)體，有良好的吸光性。