因此，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率成為第三代太陽能電池發(fā)展的關(guān)鍵。

近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的研究不斷刷新了光電轉(zhuǎn)化效率的紀(jì)錄，目前已經(jīng)超過22%了。

雖然現(xiàn)在每年光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的90%以上都來自晶硅電池，但是由于鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)良特性眾多，越來越多的人對(duì)它青睞有加，源源不斷的人力、物力都投入到了相關(guān)研究當(dāng)中，鈣鈦礦太陽能電池巨大的魅力也逐漸展現(xiàn)在了人們面前。

有趣的是，鈣鈦礦太陽能電池中并沒有鈣元素，也沒有鈦元素。

其實(shí)，它得名于其中的吸光層材料：一種鈣鈦礦型物質(zhì)。

鈣鈦礦是以俄羅斯礦物學(xué)家Perovski的名字命名的，最初單指鈦酸鈣（CaTiO3）這種礦物，后來把結(jié)構(gòu)與之類似的晶體統(tǒng)稱為鈣鈦礦物質(zhì)。

鈣鈦礦太陽能電池中常用的光吸收層物質(zhì)是甲氨鉛碘（CH3NH3PbI3），由于CH3NH3PbI3這種材料中既含有無機(jī)的成分，又含有有機(jī)分子基團(tuán)，所以人們也將這類太陽能電池稱作雜化鈣鈦礦太陽能電池。

圖3 鈣鈦礦物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)

（a）鈦酸鈣（GaTiO3）晶體的原子結(jié)構(gòu)；（b）鈣鈦礦太陽能中吸光層物質(zhì)甲氨鉛碘（CH3NH3PbI3）晶體的原子結(jié)構(gòu)。

光電轉(zhuǎn)換效率高

想要了解鈣鈦礦太陽能電池具有高效性能、備受人們青睞的秘密所在，我們就不得不說說它的光吸收與能量轉(zhuǎn)化的原理了。

圖4 激子生成示意圖

這一奇妙的過程大致如下：

太陽光入射到電池吸收層后隨即被吸收，光子的能量將原來束縛在原子核周圍的電子激發(fā)，使其形成自由電子。

由于物質(zhì)整體上必須保持電中性，電子被激發(fā)后就會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)額外的帶正電的對(duì)應(yīng)物，物理學(xué)上將其叫做空穴。這樣的一個(gè)“電子--空穴對(duì)”就是科學(xué)家們常說的“激子”。

圖5 鈣鈦礦太陽能電池的構(gòu)造與運(yùn)行機(jī)理示意圖

激子被分離成電子與空穴后，分別流向電池的陰極和陽極。

帶負(fù)電的自由電子經(jīng)過電子傳輸層到玻璃基底，然后經(jīng)外電路到達(dá)金屬電極。帶正電的空穴擴(kuò)散到空穴傳輸層，最終也到達(dá)金屬電極。在此處，空穴與電子復(fù)合，電流形成一個(gè)回路，完成電能的運(yùn)輸。

鈣鈦礦太陽能電池把光吸收過程與電流運(yùn)輸過程分離，一種介質(zhì)只負(fù)責(zé)運(yùn)輸一種電荷，避免了硅基、薄膜太陽能電池中載流子復(fù)合率高、載流子壽命短的缺點(diǎn)，所以鈣鈦礦太陽能電池具有高效的光電轉(zhuǎn)換效率。

將鈣鈦礦作為光吸收材料，不僅可以大大減小所需的材料厚度，同時(shí)還能保持較好的光吸收能力。