這種光伏材料或?qū)⒋婢Ч?，成為太陽能電池“新寵?/h1>
光伏材料又稱太陽能電池材料，是指能將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料。晶硅作為最主要的傳統(tǒng)光伏材料，其市場占有率達(dá)90% 以上。1976 年出現(xiàn)新型薄膜太陽能電池，涉及材料包括硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18%。然而，自2009 年以來，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池因其簡易的制備方式和優(yōu)異的光電性能備受關(guān)注，光電轉(zhuǎn)換效率在短短幾年內(nèi)就由3.8% 上升至22.1%，顯示出極大的應(yīng)用潛力。因此鈣鈦礦成為目前最為先進(jìn)的一種光伏材料。
鈣鈦礦
與傳統(tǒng)的太陽能電池不同，鈣鈦礦太陽能電池采用有機(jī)金屬鹵化物作吸光材料，這也是鈣鈦礦太陽能電池的核心材料，代替了染料敏化太陽能電池中的染料分子和有機(jī)薄膜太陽能電池中的吸光層。目前在高效鈣鈦礦太陽能電池中，最常見的鈣鈦礦材料為碘化鉛甲胺（CH3NH3PbI3），其帶隙約為1.5 eV。因此，從廣義上講，鈣鈦礦太陽能電池使用了具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物的一種太陽能電池技術(shù)。
鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)缺點(diǎn)
鈣鈦礦太陽能電池的原材料儲(chǔ)量豐富，制備工藝簡單，有利于商業(yè)化生產(chǎn)。其中，鈣鈦礦層具有低的結(jié)晶能，可以通過低溫液相法或氣相沉積法得到缺陷密度低的高質(zhì)量納米晶薄膜。此外，可以通過改變材料的組分來調(diào)節(jié)帶隙寬度，從而滿足不同的使用場景。因此，與現(xiàn)有的成熟晶硅太陽能電池技術(shù)相比極具優(yōu)勢，也為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用帶來了樂觀的前景。
當(dāng)然，鈣鈦礦太陽能電池也有自身的缺點(diǎn)。這種有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，對(duì)濕度、紫外光和溫度等環(huán)境因素敏感。在室外環(huán)境中老化數(shù)日就顯著分解，未封裝的器件性能也隨之衰減；目前轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦太陽能電池的尺寸均為實(shí)驗(yàn)室級(jí)別，隨著電池尺寸的增加，其光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨之下降；鈣鈦礦太陽能電池中一般都含有鉛元素，對(duì)人體和環(huán)境都有極大的危害。受限于該材料自身的缺點(diǎn)以及大面積器件光電轉(zhuǎn)換效率較低等因素的制約，目前鈣鈦礦太陽能電池仍以實(shí)驗(yàn)開發(fā)完善為主，少有幾個(gè)國內(nèi)外的公司正在嘗試鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。
目前，鈣鈦礦太陽能電池仍以科學(xué)研究為主，國內(nèi)的研究與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)幾乎與國外同步展開，并取得了顯著進(jìn)步。國內(nèi)很多團(tuán)隊(duì)的研究水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，太陽能電池的效率超過20%。甚至某些研究方向居于國際領(lǐng)先，比如，具有更好熱穩(wěn)定性的全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池，國內(nèi)多個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率12% 以上。
然而，對(duì)比國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，我們可以看到有明顯的不同。國外的研究團(tuán)隊(duì)注重于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、新型原材料的開發(fā)，為了早日實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化生產(chǎn)，學(xué)者和企業(yè)大多致力于優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品一致性；開發(fā)新型空穴傳輸材料，降低成本；研究先進(jìn)的硅基疊層太陽能電池技術(shù)，生產(chǎn)高效的串聯(lián)太陽能電池；在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，延長鈣鈦礦電池的使用壽命；同時(shí)，國外相關(guān)企業(yè)的研究也更注重于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)生產(chǎn)，甚至不惜小幅度地犧牲轉(zhuǎn)換效率以提升電池的綜合性能。相對(duì)而言，我國對(duì)于鈣鈦礦太陽能電池的研究主要集中于電池轉(zhuǎn)換效率的提升和電池組件有效面積的擴(kuò)大，而對(duì)于電池商業(yè)化生產(chǎn)急需解決的成本、工藝、壽命等問題關(guān)注較少，這也是我國鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)較少發(fā)展較慢的主要原因。
光伏材料又稱太陽能電池材料，是指能將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的材料。晶硅作為最主要的傳統(tǒng)光伏材料，其市場占有率達(dá)90% 以上。1976 年出現(xiàn)新型薄膜太陽能電池，涉及材料包括硫化鎘、砷化鎵、銅銦硒等，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)18%。然而，自2009 年以來，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池因其簡易的制備方式和優(yōu)異的光電性能備受關(guān)注，光電轉(zhuǎn)換效率在短短幾年內(nèi)就由3.8% 上升至22.1%，顯示出極大的應(yīng)用潛力。因此鈣鈦礦成為目前最為先進(jìn)的一種光伏材料。
鈣鈦礦
與傳統(tǒng)的太陽能電池不同，鈣鈦礦太陽能電池采用有機(jī)金屬鹵化物作吸光材料，這也是鈣鈦礦太陽能電池的核心材料，代替了染料敏化太陽能電池中的染料分子和有機(jī)薄膜太陽能電池中的吸光層。目前在高效鈣鈦礦太陽能電池中，最常見的鈣鈦礦材料為碘化鉛甲胺（CH3NH3PbI3），其帶隙約為1.5 eV。因此，從廣義上講，鈣鈦礦太陽能電池使用了具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物的一種太陽能電池技術(shù)。
鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)缺點(diǎn)
鈣鈦礦太陽能電池的原材料儲(chǔ)量豐富，制備工藝簡單，有利于商業(yè)化生產(chǎn)。其中，鈣鈦礦層具有低的結(jié)晶能，可以通過低溫液相法或氣相沉積法得到缺陷密度低的高質(zhì)量納米晶薄膜。此外，可以通過改變材料的組分來調(diào)節(jié)帶隙寬度，從而滿足不同的使用場景。因此，與現(xiàn)有的成熟晶硅太陽能電池技術(shù)相比極具優(yōu)勢，也為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用帶來了樂觀的前景。
當(dāng)然，鈣鈦礦太陽能電池也有自身的缺點(diǎn)。這種有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，對(duì)濕度、紫外光和溫度等環(huán)境因素敏感。在室外環(huán)境中老化數(shù)日就顯著分解，未封裝的器件性能也隨之衰減；目前轉(zhuǎn)換效率較高的鈣鈦礦太陽能電池的尺寸均為實(shí)驗(yàn)室級(jí)別，隨著電池尺寸的增加，其光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)隨之下降；鈣鈦礦太陽能電池中一般都含有鉛元素，對(duì)人體和環(huán)境都有極大的危害。受限于該材料自身的缺點(diǎn)以及大面積器件光電轉(zhuǎn)換效率較低等因素的制約，目前鈣鈦礦太陽能電池仍以實(shí)驗(yàn)開發(fā)完善為主，少有幾個(gè)國內(nèi)外的公司正在嘗試鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。
目前，鈣鈦礦太陽能電池仍以科學(xué)研究為主，國內(nèi)的研究與產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)幾乎與國外同步展開，并取得了顯著進(jìn)步。國內(nèi)很多團(tuán)隊(duì)的研究水平達(dá)到國際先進(jìn)水平，太陽能電池的效率超過20%。甚至某些研究方向居于國際領(lǐng)先，比如，具有更好熱穩(wěn)定性的全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池，國內(nèi)多個(gè)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率12% 以上。
然而，對(duì)比國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，我們可以看到有明顯的不同。國外的研究團(tuán)隊(duì)注重于生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、新型原材料的開發(fā)，為了早日實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化生產(chǎn)，學(xué)者和企業(yè)大多致力于優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品一致性；開發(fā)新型空穴傳輸材料，降低成本；研究先進(jìn)的硅基疊層太陽能電池技術(shù)，生產(chǎn)高效的串聯(lián)太陽能電池；在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，延長鈣鈦礦電池的使用壽命；同時(shí)，國外相關(guān)企業(yè)的研究也更注重于實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)生產(chǎn)，甚至不惜小幅度地犧牲轉(zhuǎn)換效率以提升電池的綜合性能。相對(duì)而言，我國對(duì)于鈣鈦礦太陽能電池的研究主要集中于電池轉(zhuǎn)換效率的提升和電池組件有效面積的擴(kuò)大，而對(duì)于電池商業(yè)化生產(chǎn)急需解決的成本、工藝、壽命等問題關(guān)注較少，這也是我國鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)較少發(fā)展較慢的主要原因。