鈣鈦礦太陽能電池結構

有機金屬鹵化物鈣鈦礦結構太陽能電池是一種以全固態鈣鈦礦結構作為吸光材料的太陽能電池。這種材料制備工(gong)藝簡單，成本較低。鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材料的結構通(tong)式為ABX3，其中A為有機陽離子，B為金(jin)屬離子，X為鹵(lu)素(su)基團(tuan)。該結構中，金(jin)屬B原子位于立方晶胞體心(xin)(xin)處，鹵(lu)素(su)X原子位于立方體面心(xin)(xin)，有機陽離子A位于立方體頂(ding)點位置。相比(bi)于以(yi)共棱、共面形式連接的結構，鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)結構更加穩定，有利于缺陷的擴散遷移(yi).

在用(yong)于高(gao)效太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)鈣鈦(tai)礦結構中，A位(wei)通常為HC（NH2）2+（簡稱(cheng)FA+）或者(zhe)CH3NH3+（簡稱(cheng)MA+）等(deng)有(you)(you)機陽(yang)離子(zi)(zi)(zi)，其(qi)主要(yao)作(zuo)用(yong)是在晶(jing)格中維持(chi)電(dian)(dian)(dian)(dian)荷平(ping)衡(heng)，但A離子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)尺寸大(da)小(xiao)(xiao)可以改變能(neng)隙的(de)(de)大(da)小(xiao)(xiao)。當A離子(zi)(zi)(zi)半(ban)徑增大(da)，點(dian)陣擴張，導致能(neng)隙相應變小(xiao)(xiao)，吸(xi)收邊發生紅(hong)移，從而獲得更大(da)的(de)(de)短(duan)路電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)和(he)(he)16%左右的(de)(de)高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)轉換效率。金屬離子(zi)(zi)(zi)B通常為Pb離子(zi)(zi)(zi)，Pb具有(you)(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性，但由于有(you)(you)毒(du)性，因此也(ye)常被Ge，Sn，Ti替代(dai)。以Sn為例(li)，Sn-X-Sn鍵(jian)角大(da)于Pb，能(neng)隙更窄，ASnX3表現出很(hen)高(gao)的(de)(de)開路電(dian)(dian)(dian)(dian)壓和(he)(he)良(liang)好(hao)的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)(dian)(dian)特性，電(dian)(dian)(dian)(dian)壓損失很(hen)小(xiao)(xiao)。但在同一族元(yuan)素(su)(su)中，原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)序數越小(xiao)(xiao)，元(yuan)素(su)(su)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性越差。為了(le)解決(jue)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性問題，將Pb與(yu)Sn按一定(ding)(ding)(ding)比例(li)結合，降低Sn帶來的(de)(de)不穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性，同時又獲得較高(gao)的(de)(de)轉換效率。鹵素(su)(su)基(ji)團X通常為碘、溴和(he)(he)氯.其(qi)中帶有(you)(you)碘基(ji)團的(de)(de)鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)在力學(xue)性能(neng)上（如彈(dan)性、強度(du)等(deng)）不如帶有(you)(you)溴基(ji)團的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)吸(xi)收光(guang)譜由Cl至I依(yi)次拓寬，能(neng)隙的(de)(de)紅(hong)移也(ye)逐次增加。這是由于隨著原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)量的(de)(de)升(sheng)高(gao)，元(yuan)素(su)(su)電(dian)(dian)(dian)(dian)負性變弱，與(yu)金屬離子(zi)(zi)(zi)B成(cheng)鍵(jian)中的(de)(de)共價作(zuo)用(yong)增強。ABX3型的(de)(de)有(you)(you)機-無機鹵化物在不同溫度(du)下具有(you)(you)不同的(de)(de)結構。

鈣鈦(tai)礦太(tai)陽能(neng)電池的基(ji)本(ben)構造通(tong)常為襯底(di)材料/導電玻璃(li)（鍍有氧(yang)化(hua)物層(ceng)(ceng)的基(ji)片玻璃(li)）/電子傳輸層(ceng)(ceng)（二(er)氧(yang)化(hua)鈦(tai)）/鈣鈦(tai)礦吸收層(ceng)(ceng)（空穴傳輸層(ceng)(ceng)）/金屬陰極。

（a）介觀結構鈣鈦礦太(tai)陽能電(dian)池；

（b）平(ping)面異質結結構鈣鈦(tai)礦太(tai)陽能電池。

入射光透過玻璃入射以后，能量大于禁帶寬度的光子被吸收，產生激子，隨后激子在鈣鈦礦吸收層分離，變為空穴和電子并分別注入傳輸材料中.其中空穴注入是從鈣鈦礦材料進入到空穴傳輸材料中，電子注入是從鈣鈦礦材料進入到電子傳輸材料（通常為二氧化鈦薄膜）中。基于此，鈣鈦礦有兩類結構：介觀結構和平面異質結結構.介觀結構鈣鈦礦太陽能電池是基于染料敏化太陽能電池（DSSCs）發展起來的，和DSSCs的結構相似：鈣鈦礦結構納米晶附著在介孔結構的氧化物（如TiO2）骨架材料上，空穴傳輸材料沉積在其表面，三者共同作為空穴傳輸層。在這種結構中，介孔氧化物（TiO2）既是骨架材料，也能起到傳輸電子的作用。平面異質結結構將鈣鈦礦結構材料分離出來，夾在空穴傳輸材料和電子傳輸材料中間。激子在夾(jia)芯(xin)的(de)鈣鈦(tai)礦材料(liao)中分離，這種材料(liao)可同(tong)時傳(chuan)輸空(kong)穴和(he)電子。

鈣(gai)鈦礦結構材(cai)料的(de)(de)晶體學(xue)取向也會影(ying)響電(dian)(dian)池效率。Docampo等研(yan)究(jiu)發現(xian)，當(dang)提(ti)高溶液的(de)(de)浸泡(pao)溫度，或者在CH3NH3I和PbCl2混合后(hou)進行后(hou)續熱處理(li)，得(de)到的(de)(de)電(dian)(dian)池短(duan)路電(dian)(dian)流更(geng)大，轉換效率更(geng)高。而這個過程發生的(de)(de)改變(bian)就是鈣(gai)鈦礦結構的(de)(de)長軸方向趨向于與(yu)基底平行，形成各向異性。這種各向異性越(yue)明(ming)顯，電(dian)(dian)池性能越(yue)好(hao)，因此(ci)研(yan)究(jiu)鈣(gai)鈦礦材(cai)料的(de)(de)晶體學(xue)取向也是獲得(de)優異性能的(de)(de)重(zhong)點方向之一。

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鈣鈦礦太陽能電池原理

在接受太陽光照射時，鈣鈦(tai)礦層首(shou)先(xian)吸收(shou)光子產生電(dian)子-空穴對(dui)。由于鈣鈦(tai)礦材(cai)激(ji)子束(shu)縛能的(de)(de)差(cha)異，這(zhe)些(xie)載(zai)(zai)流子或者成(cheng)為自由載(zai)(zai)流子，或者形成(cheng)激(ji)子。而且(qie)，因為這(zhe)些(xie)鈣鈦(tai)礦材(cai)料往往具(ju)有較(jiao)(jiao)低的(de)(de)載(zai)(zai)流子復合幾(ji)率和(he)較(jiao)(jiao)高的(de)(de)載(zai)(zai)流子遷(qian)移率，所(suo)以載(zai)(zai)流子的(de)(de)擴(kuo)散距離和(he)壽命較(jiao)(jiao)長。

然(ran)(ran)后(hou)，這(zhe)些未復合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)和空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)分別被(bei)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)和空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)收(shou)集，即電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)從鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)到等電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)，最(zui)(zui)后(hou)被(bei)FTO收(shou)集；空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)從鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)到空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)，最(zui)(zui)后(hou)被(bei)金屬電(dian)(dian)(dian)極收(shou)集，當然(ran)(ran)，這(zhe)些過程(cheng)中總不免(mian)伴隨著一些使載(zai)流(liu)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失(shi)，如電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)與鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)逆復合(he)、電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)與空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)復合(he)（鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)不致密的(de)(de)(de)(de)(de)情況）、鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)與空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)復合(he)。要提高電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)(de)(de)整體性能，這(zhe)些載(zai)流(liu)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)損(sun)失(shi)應該降(jiang)到最(zui)(zui)低。

最后，通過連(lian)接FTO和金屬(shu)電(dian)極的電(dian)路而產生光電(dian)流。

鈣鈦礦太陽能電池的發展方向

1、提高電池轉換效率

轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)是衡量(liang)太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電池(chi)(chi)性能(neng)(neng)(neng)最重(zhong)要(yao)的(de)(de)指(zhi)標，目前得到(dao)認證(zheng)的(de)(de)最高電池(chi)(chi)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)已經(jing)達到(dao)20.1%。限制太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電池(chi)(chi)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)提升的(de)(de)瓶頸(jing)在于入射光的(de)(de)大部(bu)分能(neng)(neng)(neng)量(liang)被(bei)反射或者透射損耗掉，而(er)只(zhi)有與吸光層材料(liao)能(neng)(neng)(neng)隙(xi)相近的(de)(de)光才能(neng)(neng)(neng)被(bei)吸收轉(zhuan)化為電能(neng)(neng)(neng)。因(yin)此，提高電池(chi)(chi)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)(de)關鍵在于改(gai)善電池(chi)(chi)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)帶(dai)結構(gou)。除了(le)上文(wen)中提到(dao)的(de)(de)通過調(diao)(diao)控鈣鈦礦(kuang)材料(liao)中的(de)(de)離子基團來調(diao)(diao)節能(neng)(neng)(neng)隙(xi)，制備出不同能(neng)(neng)(neng)隙(xi)的(de)(de)多(duo)結太陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電池(chi)(chi)也是該領域研究的(de)(de)重(zhong)要(yao)方向之(zhi)一。

除此之外，減少電子和空穴在傳輸過程中的復合來提高傳輸速率，也是提高轉換效率的重要途徑。

（1）界面(mian)調(diao)控。由鈣(gai)鈦礦電池工(gong)作機理可以看出，鈣(gai)鈦礦太陽能(neng)電池轉(zhuan)換效率的(de)(de)提升不僅(jin)取決于光的(de)(de)吸收能(neng)力，還取決于載(zai)流(liu)子(zi)在鈣(gai)鈦礦結構中的(de)(de)傳輸速率。

（2）改(gai)進(jin)鈣鈦(tai)礦電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)制(zhi)備(bei)工藝。鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)作為一種新型的(de)(de)薄(bo)膜(mo)太陽(yang)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)，其制(zhi)備(bei)工藝與(yu)其他薄(bo)膜(mo)電(dian)(dian)池(chi)類似(si)，例如旋轉(zhuan)涂(tu)覆(fu)法(fa)（溶液旋涂(tu)法(fa)）、真空蒸(zheng)鍍(du)法(fa)（氣相法(fa)）等。無(wu)論何種制(zhi)備(bei)方法(fa)都以制(zhi)備(bei)高純度(du)、缺陷(xian)少(shao)、高覆(fu)蓋率、致密的(de)(de)鈣鈦(tai)礦層薄(bo)膜(mo)與(yu)傳輸(shu)層薄(bo)膜(mo)為目的(de)(de)，其本質在于(yu)改(gai)善不同層結(jie)構之間的(de)(de)電(dian)(dian)學接觸，降(jiang)低缺陷(xian)密度(du)，減(jian)少(shao)載流子在傳輸(shu)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)損耗，從而實現高的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)轉(zhuan)換效率。

（3）新材料和新電池結構的嘗試。目前，鈣鈦礦太陽能電池最常用的材料是用CH3NH3PbI3作為光吸收層，用TiO2作為電子傳輸層，用spiro-OmetaD作為固態空穴傳輸層，最初的轉換效率達到了8.3%。為了進一步提高太陽能電池的(de)(de)轉(zhuan)換(huan)效率，突出鈣鈦(tai)礦材料的(de)(de)優勢，人們(men)開(kai)始在太(tai)陽能電池(chi)的(de)(de)不同結(jie)(jie)構上使用新材料，或者設計新的(de)(de)電池(chi)結(jie)(jie)構，期(qi)望得到突破。

總體來說，無(wu)論(lun)是新材料(liao)的使用，還是新器(qi)件結構(gou)的改進，各種方法雖(sui)然都得(de)到(dao)了較好(hao)(hao)的電池轉換效(xiao)率，但相(xiang)比傳統結構(gou)的鈣鈦(tai)礦太陽(yang)能(neng)電池來說仍然略低，不(bu)過從成(cheng)本、穩定性、環(huan)境友(you)好(hao)(hao)等角度考慮，都具有(you)很高(gao)的研究價值(zhi)。

2、提高太陽能電池穩定性

有機(ji)金屬鹵化(hua)物鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)料(liao)在潮濕環(huan)(huan)境(jing)和光照條件下穩定(ding)(ding)性(xing)較(jiao)差，容易(yi)發生分(fen)(fen)解而造成電池(chi)(chi)效(xiao)率下降甚至(zhi)失效(xiao)，因(yin)此除不(bu)斷(duan)提(ti)升轉換效(xiao)率外，目(mu)前很多研究也(ye)致力于提(ti)高太陽能電池(chi)(chi)的(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)。鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)電池(chi)(chi)的(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)受到溫度、濕度等多種環(huan)(huan)境(jing)因(yin)素的(de)(de)制(zhi)約。改善(shan)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)電池(chi)(chi)的(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)有兩種思路：一種是提(ti)高鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)料(liao)本(ben)身的(de)(de)穩定(ding)(ding)性(xing)，另一種是尋找合適的(de)(de)傳輸(shu)層材(cai)料(liao)使電池(chi)(chi)與環(huan)(huan)境(jing)隔(ge)絕，抑制(zhi)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)料(liao)的(de)(de)分(fen)(fen)解。

在(zai)前一種(zhong)方法中，Smith等人以一種(zhong)二維混合(he)鈣鈦(tai)礦材(cai)料(liao)（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作為吸收材(cai)料(liao)（結構如(ru)圖4所示(shi)），該(gai)結構可通(tong)過旋(xuan)涂沉積形(xing)成且無(wu)需高溫退火。和普通(tong)三維鈣鈦(tai)礦材(cai)料(liao)（MA）[PbI3]相比(bi)，二維鈣鈦(tai)礦電池在(zai)室溫潮濕環境下放(fang)置46天而不引起性能的(de)(de)明顯(xian)下降，具(ju)有很好(hao)的(de)(de)穩定性。但(dan)目(mu)前可以替代ABX3中各組分的(de)(de)原子/原子團(tuan)的(de)(de)選擇(ze)很有限，相關(guan)研究報道(dao)也比(bi)較少。近年來更(geng)多的(de)(de)研究集(ji)中在(zai)后者，即尋(xun)找合(he)適的(de)(de)傳輸層(ceng)材(cai)料(liao)。

（a）兩種晶(jing)體結(jie)構示(shi)意圖，其中A和B分別為(wei)三維(wei)材(cai)料（MA）[PbI3]和二維(wei)材(cai)料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的結(jie)構；

（b）不同(tong)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)在潮濕環(huan)境下經過相同(tong)時間后XRD譜(pu)，其(qi)中(zhong)1，2a，2b分別為二維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)、旋(xuan)涂質量較(jiao)差的(de)三維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)和旋(xuan)涂質量較(jiao)好(hao)的(de)三維(wei)材(cai)(cai)料(liao)(liao)薄(bo)(bo)(bo)膜(mo)在第二種方法中(zhong)，研究者致(zhi)力于尋找更(geng)好(hao)的(de)空(kong)穴傳輸(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)提(ti)高鈣(gai)(gai)鈦礦太(tai)陽能電(dian)池的(de)穩定性(xing)。好(hao)的(de)空(kong)穴傳輸(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)能使激子具有更(geng)長的(de)壽命(ming)和量子產率，延長電(dian)池的(de)使用(yong)壽命(ming)。鈣(gai)(gai)鈦礦電(dian)池中(zhong)通常使用(yong)的(de)空(kong)穴傳輸(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)為p型摻雜(za)的(de)spiro-OmetaD。通過改變空(kong)穴傳輸(shu)(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)提(ti)高材(cai)(cai)料(liao)(liao)穩定性(xing)的(de)思路有兩(liang)類：第一類是用(yong)其(qi)他材(cai)(cai)料(liao)(liao)來(lai)替換原(yuan)有的(de)空(kong)穴材(cai)(cai)料(liao)(liao)；另(ling)一類是向該空(kong)穴材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)加入添(tian)加劑或者替換原(yuan)有的(de)p型添(tian)加劑。

（a）使用四硫富(fu)瓦(wa)烯衍(yan)生物（TTF-1）和(he)環二(er)芴（spiro-OmetaD）作為空(kong)穴傳輸材(cai)料的兩種電池的穩定性對比(bi)；

（b）添加PDPPDBTE電(dian)池(chi)與(yu)原(yuan)材料(liao)電(dian)池(chi)的穩定性對比；

（c）采(cai)用不同的摻雜(za)劑后電池(chi)的穩定性(xing)；

（d）不同XTHSI在3個(ge)月后的電池效率變化（其中(zhong)X代表(biao)金屬元(yuan)素（如Li，Co，Ir），THIS代表(biao)二(er)（酰基三氟甲烷）酰亞胺）。

在第二類方法中，p型添加劑的引入(ru)可(ke)提(ti)(ti)高載流子(zi)濃度，進而減少串聯電(dian)(dian)(dian)阻及界面處的電(dian)(dian)(dian)荷(he)傳(chuan)輸阻抗.目前效(xiao)果(guo)較理想的摻(chan)雜劑是LiTFSI（鋰(li)基(ji)二（酰(xian)基(ji)三氟(fu)甲烷）酰(xian)亞(ya)胺）。但在含氧環境(jing)中，氧氣會消(xiao)耗空穴傳(chuan)輸層和TiO2表面的鋰(li)離子(zi)，使光電(dian)(dian)(dian)流降(jiang)低、電(dian)(dian)(dian)阻升高，降(jiang)低電(dian)(dian)(dian)池的穩(wen)定性(xing)，因此尋找更好的添加劑不僅可(ke)以起(qi)到提(ti)(ti)高效(xiao)率的效(xiao)果(guo)，還可(ke)以進一步提(ti)(ti)高穩(wen)定性(xing).利用其他元素(su)來替換金屬Li是目前研(yan)究的熱點之一。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由于含鉛材(cai)料對環境的(de)(de)不友(you)好(hao)性，研究者們在(zai)努力實現無鉛化，但相應會(hui)帶來電池(chi)轉(zhuan)換效(xiao)率的(de)(de)降低(di).最直接的(de)(de)方法是(shi)利用同族元素（如(ru)Sn）來代替Pb元素。在(zai)MAXI3材(cai)料中，CH3NH3SnI3的(de)(de)能隙僅(jin)為(wei)1.3eV，遠(yuan)低(di)于CH3NH3PbI3的(de)(de)1.55eV，可以(yi)使吸(xi)收光譜發生紅(hong)移。采用CsSnI3作為(wei)光吸(xi)收材(cai)料，并加入SnF2作為(wei)添加劑也以(yi)減少缺陷密度，提高載流子濃度，進(jin)而提高電池(chi)效(xiao)率。這兩種替代的(de)(de)吸(xi)收材(cai)料的(de)(de)吸(xi)收光譜發生明顯(xian)紅(hong)移，可以(yi)吸(xi)收更寬波(bo)段的(de)(de)入射光。

從(cong)解(jie)決(jue)環(huan)境污(wu)染但又不犧牲電(dian)(dian)池(chi)轉換效率的(de)(de)(de)角度出(chu)發，Chen等人提出(chu)了(le)另一(yi)種思路(lu)，即回收汽車電(dian)(dian)池(chi)來提供(gong)鉛源。由于(yu)汽車電(dian)(dian)池(chi)中的(de)(de)(de)鉛源具(ju)有(you)相同的(de)(de)(de)材(cai)(cai)料(liao)特性（如晶體結構、形(xing)貌、吸(xi)光性和光致(zhi)發電(dian)(dian)性能(neng)(neng)）和光電(dian)(dian)性能(neng)(neng)，既提供(gong)了(le)鈣(gai)鈦礦材(cai)(cai)料(liao)制備所需的(de)(de)(de)鉛源，又解(jie)決(jue)了(le)廢舊(jiu)含鉛電(dian)(dian)池(chi)無法妥(tuo)善處理的(de)(de)(de)問題(ti)，因此具(ju)有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)實際(ji)應用價值。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也存在(zai)一些亟需突破的(de)(de)(de)(de)問(wen)題。首先，人們(men)大(da)多(duo)專注(zhu)于從不(bu)同的(de)(de)(de)(de)角度改(gai)進(jin)材料和制備(bei)方法來(lai)提高電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率，但始終沒有建立起完備(bei)的(de)(de)(de)(de)理(li)論模型來(lai)解釋電(dian)(dian)池(chi)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率提高的(de)(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)，難以得到一個準確可(ke)靠(kao)的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率的(de)(de)(de)(de)理(li)論上限。其次(ci)，如(ru)(ru)(ru)何(he)兼(jian)(jian)顧提高穩定性和轉換(huan)效(xiao)(xiao)率是目(mu)前的(de)(de)(de)(de)一個難點。鈣鈦礦太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)對水(shui)蒸(zheng)氣和氧氣非常(chang)敏感，盡管目(mu)前已經出現(xian)穩定性長達(da)4個月的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)，但效(xiao)(xiao)率僅有12%，相比傳(chuan)統晶硅(gui)電(dian)(dian)池(chi)（壽命可(ke)達(da)25年），依(yi)然(ran)有較(jiao)大(da)差(cha)距。再次(ci)，如(ru)(ru)(ru)何(he)實(shi)現(xian)鈣鈦礦太(tai)陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)大(da)面積連續(xu)制備(bei)也是現(xian)在(zai)面臨(lin)的(de)(de)(de)(de)一個重(zhong)要問(wen)題。在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)所(suo)制得的(de)(de)(de)(de)器件的(de)(de)(de)(de)尺寸僅有幾厘米大(da)小(xiao)，與滿足產業(ye)化需求(qiu)還(huan)有距離。最(zui)后，如(ru)(ru)(ru)何(he)避免使用鉛等對環境不(bu)友好的(de)(de)(de)(de)重(zhong)金屬同時兼(jian)(jian)顧高的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率也是目(mu)前面臨(lin)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)挑戰。

目前用(yong)其(qi)他元素替換鉛(qian)(qian)通常要(yao)以降低電(dian)池(chi)效率為代價，尋(xun)找更(geng)合(he)理的(de)(de)方(fang)式解(jie)決含鉛(qian)(qian)帶來(lai)的(de)(de)環境(jing)問題，使(shi)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)太陽能(neng)電(dian)池(chi)可回收、可再生，對實際產業化同樣重要(yao)。基于此，通過改(gai)善鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)層與其(qi)他傳(chuan)導層間的(de)(de)界面性能(neng)，尋(xun)找更(geng)高效的(de)(de)電(dian)子/空穴傳(chuan)輸材料，電(dian)池(chi)轉(zhuan)換效率仍有非(fei)常大的(de)(de)提升空間，同時也(ye)(ye)可以使(shi)太陽能(neng)電(dian)池(chi)的(de)(de)穩定性得到改(gai)善。實現鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)材料的(de)(de)無鉛(qian)(qian)化，也(ye)(ye)成為鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)太陽能(neng)電(dian)池(chi)最終(zhong)能(neng)否被公眾接受、實現廣泛應用(yong)的(de)(de)關鍵(jian)因素之(zhi)一。