俄勒岡州立大學(xué)的太陽能研究人員正在將他們的科學(xué)焦點聚焦在將近兩個世紀前發(fā)現(xiàn)的具有晶體結(jié)構(gòu)的材料上。

并非所有具有這種結(jié)構(gòu)的材料（稱為鈣鈦礦）都是半導(dǎo)體。但是基于金屬和鹵素的鈣鈦礦非常有用，它們具有巨大的潛力，因為其光伏電池的制造成本可能比自1950年代問世以來硅基電池便宜得多。

研究人員說，有足夠的潛力也許有一天可以顯著地挖掘化石燃料在能源領(lǐng)域的份額。

OSU工程學(xué)院的JohnLabram是通訊物理學(xué)和《物理化學(xué)快報》上最近兩篇有關(guān)鈣鈦礦穩(wěn)定性的論文的通訊作者，并且還為《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文做出了貢獻。

在研究科學(xué)，研究人員在牛津大學(xué)為首，揭示了一個分子添加劑-基于所述有機化合物哌啶鹽-極大地提高了鈣鈦礦的太陽能電池的壽命。

三篇論文中概述的研究結(jié)果加深了對一種有前途的半導(dǎo)體的理解，這種半導(dǎo)體源于俄羅斯礦物學(xué)家長期以來的發(fā)現(xiàn)。1839年，在烏拉爾山脈，古斯塔夫·羅斯（GustavRose）遇到了具有迷人晶體結(jié)構(gòu)的鈣和鈦氧化物，并以俄羅斯貴族列夫·佩羅夫斯基（Levperovski）的名字命名。

鈣鈦礦現(xiàn)在是指與原始晶格共享的一系列材料。在日本科學(xué)家宮坂勉（TsutmuMiyasaka）發(fā)現(xiàn)某些鈣鈦礦是有效的光吸收劑之后，對它們的興趣在2009年開始新增。

拉布拉姆說：“由于鈣鈦礦太陽能電池的低成本，它們有潛力削弱化石燃料并徹底改變能源市場?！薄叭欢?，這種新型材料的一個鮮為人知的方面是它們在恒定照明下的穩(wěn)定性，這是阻礙商業(yè)化的一個問題?！?/p>

在過去的兩年中，Labram的電氣工程與計算機科學(xué)學(xué)院的研究小組建立了獨特的實驗設(shè)備，以研究太陽能材料的電導(dǎo)隨時間的變化。

他說：“與牛津大學(xué)合作，我們證明了即使在沒有電接觸的情況下，光致不穩(wěn)定性也會持續(xù)數(shù)小時?！薄斑@些發(fā)現(xiàn)有助于澄清在太陽能電池中觀察到的相似結(jié)果，并成為提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和商業(yè)可行性的關(guān)鍵。”

太陽能電池的效率由陽光照射到電池的能量百分比轉(zhuǎn)換為可用的電能來含義。

七十年前，貝爾實驗室開發(fā)了第一個實用的太陽能電池。按照今天的標(biāo)準，它的效率僅為6%，而且制造成本很高，但它為在太空競賽初期誕生的衛(wèi)星供應(yīng)了動力。

隨著時間的推移，即使大多數(shù)電池變化不大，制造成本也會降低，效率也有所提高–它們?nèi)匀挥蓛蓪訋缀跫儍舻墓杞M成，并摻有添加劑。他們吸收光，利用光的能量在它們之間的交界處出現(xiàn)電流。

2012年，Labram的合作者之一，牛津大學(xué)的HenrySnaith做出了突破性的發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦可以用作太陽能電池的重要成分，而不僅僅是用作敏化劑。這引發(fā)了研究活動的狂潮，每年就該主題發(fā)表數(shù)千篇科學(xué)論文。經(jīng)過八年的研究，鈣鈦礦電池現(xiàn)在可以以25%的效率運行-使其至少在實驗室中與商用硅電池相當(dāng)。

鈣鈦礦電池可以由通常可得的工業(yè)化學(xué)品和金屬廉價地制造，并且可以印刷在塑料的柔性膜上并大量生產(chǎn)。相反，硅電池是剛性的，是由昂貴的高溫工藝由幾乎純硅的薄晶片制成的。

鈣鈦礦的一個問題是它們在溫度升高時趨于不穩(wěn)定的趨勢，另一個是易受潮氣的影響，這種結(jié)合會使細胞分解。關(guān)于要在戶外持續(xù)使用兩到三十年的產(chǎn)品來說，這是一個問題。

Labram說：“總的來說，要想在美國和歐洲銷售太陽能電池板，要25年的保修期?！薄皩嶋H上，這意味著太陽能電池在使用25年后應(yīng)顯示出不低于其原始性能的80%。當(dāng)前的硅技術(shù)對此非常有用。但是，在受控條件下，必須在高于2，000攝氏度的溫度下昂貴地生產(chǎn)硅，才能形成完美的，無缺陷的晶體，從而使其正常運行?！?/p>

另一方面，鈣鈦礦具有很高的缺陷耐受性。

他說：“它們可以溶解在溶劑中，然后在接近室溫的條件下印刷?！薄斑@意味著它們最終可能僅以硅成本的一小部分進行生產(chǎn)，從而減少了化石燃料的使用。但是，要做到這一點，它們要經(jīng)過25年保修的認證。這要我們了解并改善這些材料的穩(wěn)定性?！?/p>

進入市場的途徑之一是由硅和鈣鈦礦組成的串聯(lián)電池，可以將更多的陽光光譜轉(zhuǎn)化為能量。Labram說，對串聯(lián)電池的實驗室測試出現(xiàn)了28%的效率，而30年代中期的效率似乎是現(xiàn)實的。

他說：“串聯(lián)電池可能使太陽能電池板生產(chǎn)商供應(yīng)的性能超出僅硅所能達到的任何性能?！薄半p重方法可以幫助消除鈣鈦礦進入市場的障礙，而鈣鈦礦最終將成為獨立的細胞?！?/p>

半透明鈣鈦礦薄膜也可能有一天在窗戶或溫室中使用，將入射的部分陽光轉(zhuǎn)化為電能，而其余部分則通過。

拉布拉姆說：“在發(fā)電方面，成本是最重要的因素?！惫韬外}鈦礦現(xiàn)在顯示出大致相同的效率。但是，從長遠來看，鈣鈦礦太陽能電池的制造潛力是硅太陽能電池成本的一小部分。盡管歷史已經(jīng)向我們表明，假如您能夠以比化石燃料更低的成本從可再生能源發(fā)電，那么針對氣候變化的政治行動在很大程度上是無效的，您所要做的就是制造產(chǎn)品，然后市場將照顧到休息?！?/p>