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(bei)工藝簡單，成本較低。鈣鈦(tai)礦材料的(de)結(jie)(jie)(jie)構通式(shi)為ABX3，其(qi)中A為有機陽(yang)離(li)子(zi)，B為金屬(shu)離(li)子(zi)，X為鹵(lu)素(su)基團。該結(jie)(jie)(jie)構中，金屬(shu)B原子(zi)位于(yu)立(li)方晶胞體(ti)(ti)心(xin)(xin)處，鹵(lu)素(su)X原子(zi)位于(yu)立(li)方體(ti)(ti)面(mian)心(xin)(xin)，有機陽(yang)離(li)子(zi)A位于(yu)立(li)方體(ti)(ti)頂點位置(zhi)。相(xiang)比于(yu)以共棱、共面(mian)形式(shi)連接的(de)結(jie)(jie)(jie)構，鈣鈦(tai)礦結(jie)(jie)(jie)構更加穩定，有利于(yu)缺陷的(de)擴散遷移(yi).

在用(yong)于高效(xiao)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)礦結(jie)構中，A位通常(chang)為(wei)HC（NH2）2+（簡稱FA+）或者CH3NH3+（簡稱MA+）等(deng)有(you)(you)機陽離(li)子(zi)(zi)，其(qi)主要作用(yong)是(shi)在晶(jing)格中維持(chi)電(dian)(dian)荷平衡，但(dan)A離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)尺寸大小(xiao)可以改變能(neng)隙(xi)的(de)(de)(de)大小(xiao)。當A離(li)子(zi)(zi)半徑增(zeng)(zeng)(zeng)大，點(dian)陣擴張，導致能(neng)隙(xi)相應變小(xiao)，吸收邊發生(sheng)紅移，從而(er)獲得更(geng)大的(de)(de)(de)短路(lu)電(dian)(dian)流(liu)和16%左(zuo)右(you)的(de)(de)(de)高電(dian)(dian)池(chi)轉(zhuan)換效(xiao)率。金屬離(li)子(zi)(zi)B通常(chang)為(wei)Pb離(li)子(zi)(zi)，Pb具有(you)(you)良好的(de)(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性，但(dan)由于有(you)(you)毒性，因此也(ye)常(chang)被Ge，Sn，Ti替代(dai)。以Sn為(wei)例(li)，Sn-X-Sn鍵(jian)角大于Pb，能(neng)隙(xi)更(geng)窄(zhai)，ASnX3表現出很高的(de)(de)(de)開路(lu)電(dian)(dian)壓和良好的(de)(de)(de)光電(dian)(dian)特性，電(dian)(dian)壓損(sun)失很小(xiao)。但(dan)在同一族(zu)元(yuan)素(su)中，原子(zi)(zi)序數越(yue)小(xiao)，元(yuan)素(su)穩(wen)(wen)定(ding)性越(yue)差。為(wei)了解決穩(wen)(wen)定(ding)性問(wen)題，將(jiang)Pb與(yu)Sn按(an)一定(ding)比例(li)結(jie)合，降低Sn帶(dai)來(lai)的(de)(de)(de)不穩(wen)(wen)定(ding)性，同時又獲得較(jiao)高的(de)(de)(de)轉(zhuan)換效(xiao)率。鹵(lu)素(su)基團(tuan)(tuan)X通常(chang)為(wei)碘(dian)、溴和氯.其(qi)中帶(dai)有(you)(you)碘(dian)基團(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)在力學性能(neng)上（如(ru)彈(dan)性、強度等(deng)）不如(ru)帶(dai)有(you)(you)溴基團(tuan)(tuan)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)。電(dian)(dian)子(zi)(zi)吸收光譜由Cl至I依次(ci)拓寬，能(neng)隙(xi)的(de)(de)(de)紅移也(ye)逐次(ci)增(zeng)(zeng)(zeng)加。這是(shi)由于隨著原子(zi)(zi)量的(de)(de)(de)升(sheng)高，元(yuan)素(su)電(dian)(dian)負性變弱，與(yu)金屬離(li)子(zi)(zi)B成(cheng)鍵(jian)中的(de)(de)(de)共價作用(yong)增(zeng)(zeng)(zeng)強。ABX3型的(de)(de)(de)有(you)(you)機-無機鹵(lu)化物在不同溫(wen)度下具有(you)(you)不同的(de)(de)(de)結(jie)構。

鈣鈦(tai)礦(kuang)太(tai)陽能電(dian)池的基(ji)本構造(zao)通(tong)常(chang)為(wei)襯(chen)底材料(liao)/導電(dian)玻璃（鍍有氧化(hua)物層的基(ji)片玻璃）/電(dian)子(zi)傳(chuan)輸層（二氧化(hua)鈦(tai)）/鈣鈦(tai)礦(kuang)吸收(shou)層（空穴傳(chuan)輸層）/金屬陰極。

（a）介(jie)觀結構鈣(gai)鈦礦太陽能電池(chi)；

（b）平面異質結結構鈣鈦礦(kuang)太陽(yang)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。激子在夾芯的鈣鈦礦材(cai)料(liao)中分離，這種材(cai)料(liao)可同時傳輸空(kong)穴(xue)和電子。

鈣(gai)鈦礦結構材料(liao)的晶體(ti)學(xue)取(qu)向(xiang)(xiang)也會(hui)影響(xiang)電(dian)池(chi)效(xiao)率。Docampo等研究發現(xian)，當提(ti)高(gao)溶液的浸泡溫度，或者在(zai)CH3NH3I和PbCl2混合后進(jin)行(xing)后續熱處理(li)，得到的電(dian)池(chi)短路電(dian)流更大，轉換效(xiao)率更高(gao)。而這(zhe)(zhe)個(ge)過程發生的改(gai)變就(jiu)是(shi)鈣(gai)鈦礦結構的長軸方(fang)向(xiang)(xiang)趨向(xiang)(xiang)于與(yu)基底(di)平行(xing)，形成(cheng)各向(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)(xing)。這(zhe)(zhe)種各向(xiang)(xiang)異(yi)性(xing)(xing)越(yue)明顯(xian)，電(dian)池(chi)性(xing)(xing)能越(yue)好，因此(ci)研究鈣(gai)鈦礦材料(liao)的晶體(ti)學(xue)取(qu)向(xiang)(xiang)也是(shi)獲得優異(yi)性(xing)(xing)能的重點方(fang)向(xiang)(xiang)之一。

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鈣鈦礦太陽能電池原理

在接受太陽光(guang)照射(she)時，鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)層首先吸(xi)收光(guang)子(zi)(zi)(zi)(zi)產(chan)生電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)-空穴對。由于鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)激子(zi)(zi)(zi)(zi)束縛(fu)能的差異，這些載(zai)流子(zi)(zi)(zi)(zi)或(huo)者成為(wei)自由載(zai)流子(zi)(zi)(zi)(zi)，或(huo)者形成激子(zi)(zi)(zi)(zi)。而且，因為(wei)這些鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)料往往具有較低的載(zai)流子(zi)(zi)(zi)(zi)復合幾率和較高的載(zai)流子(zi)(zi)(zi)(zi)遷(qian)移率，所以載(zai)流子(zi)(zi)(zi)(zi)的擴散距離(li)和壽命(ming)較長(chang)。

然后(hou)(hou)，這些(xie)未復(fu)合(he)的(de)電(dian)(dian)子和空(kong)穴(xue)分別被電(dian)(dian)子傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和空(kong)穴(xue)傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)收集，即電(dian)(dian)子從鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)傳(chuan)輸到(dao)(dao)等電(dian)(dian)子傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，最(zui)(zui)后(hou)(hou)被FTO收集；空(kong)穴(xue)從鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)傳(chuan)輸到(dao)(dao)空(kong)穴(xue)傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)，最(zui)(zui)后(hou)(hou)被金屬電(dian)(dian)極收集，當然，這些(xie)過程中總不免伴隨著一些(xie)使載(zai)流子的(de)損失，如電(dian)(dian)子傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)子與鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)空(kong)穴(xue)的(de)可逆復(fu)合(he)、電(dian)(dian)子傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)子與空(kong)穴(xue)傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)空(kong)穴(xue)的(de)復(fu)合(he)（鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)不致密的(de)情況(kuang)）、鈣鈦(tai)(tai)(tai)礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)電(dian)(dian)子與空(kong)穴(xue)傳(chuan)輸層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)空(kong)穴(xue)的(de)復(fu)合(he)。要(yao)提高電(dian)(dian)池的(de)整體性能，這些(xie)載(zai)流子的(de)損失應該(gai)降到(dao)(dao)最(zui)(zui)低。

最后，通過連接FTO和(he)金屬電極的電路而產生光(guang)電流(liu)。

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)(lv)(lv)是(shi)衡(heng)量太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池性能(neng)最(zui)重要(yao)的(de)(de)(de)指標，目前(qian)得到認證的(de)(de)(de)最(zui)高電(dian)(dian)池轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)已(yi)經達到20.1%。限制太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)提(ti)升的(de)(de)(de)瓶頸在于(yu)入射(she)(she)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)大部分能(neng)量被反射(she)(she)或者(zhe)透射(she)(she)損(sun)耗掉，而只有與吸光(guang)(guang)層材料(liao)能(neng)隙(xi)相近的(de)(de)(de)光(guang)(guang)才(cai)能(neng)被吸收轉(zhuan)化為電(dian)(dian)能(neng)。因此，提(ti)高電(dian)(dian)池轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)關鍵(jian)在于(yu)改善電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)能(neng)帶結(jie)構。除(chu)了上文中(zhong)(zhong)提(ti)到的(de)(de)(de)通過調(diao)控鈣(gai)鈦礦(kuang)材料(liao)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)離子基團(tuan)來調(diao)節(jie)能(neng)隙(xi)，制備出(chu)不同能(neng)隙(xi)的(de)(de)(de)多結(jie)太(tai)(tai)陽能(neng)電(dian)(dian)池也是(shi)該領域(yu)研究的(de)(de)(de)重要(yao)方向之一。

除此之(zhi)外，減少(shao)電子和(he)空穴在傳輸過程中(zhong)的復合來提高傳輸速率，也是提高轉換效率的重要途(tu)徑(jing)。

（1）界面調控。由鈣鈦礦電(dian)池(chi)工作機(ji)理可(ke)以(yi)看出，鈣鈦礦太陽能電(dian)池(chi)轉(zhuan)換效率的(de)提(ti)升不僅(jin)取決于(yu)光的(de)吸收能力，還取決于(yu)載流(liu)子在鈣鈦礦結構中的(de)傳輸速率。

（2）改進鈣(gai)鈦礦(kuang)電池的(de)(de)(de)制備(bei)工(gong)(gong)藝。鈣(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能電池作為一種新型(xing)的(de)(de)(de)薄膜(mo)太(tai)陽能電池，其(qi)制備(bei)工(gong)(gong)藝與其(qi)他(ta)薄膜(mo)電池類似，例如旋(xuan)轉涂覆法(fa)(fa)（溶(rong)液旋(xuan)涂法(fa)(fa)）、真空蒸鍍法(fa)(fa)（氣(qi)相(xiang)法(fa)(fa)）等。無論何種制備(bei)方法(fa)(fa)都以制備(bei)高純(chun)度、缺陷少、高覆蓋率、致密的(de)(de)(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)薄膜(mo)與傳輸層(ceng)(ceng)薄膜(mo)為目的(de)(de)(de)，其(qi)本(ben)質在(zai)于(yu)改善不同層(ceng)(ceng)結構之間的(de)(de)(de)電學接觸，降低缺陷密度，減(jian)少載(zai)流子在(zai)傳輸過程中的(de)(de)(de)損耗，從而實現高的(de)(de)(de)電池轉換效率。

（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轉換效率，突(tu)(tu)出(chu)鈣鈦礦(kuang)材(cai)料的優(you)勢，人(ren)們開(kai)始在太陽能電池的不(bu)同(tong)結構上使(shi)用(yong)新(xin)材(cai)料，或者設(she)計新(xin)的電池結構，期望得到突(tu)(tu)破。

總體來說，無論(lun)是新材(cai)料的(de)使(shi)用，還是新器(qi)件結構的(de)改進，各種方(fang)法雖然(ran)都得到了較(jiao)好(hao)的(de)電池轉(zhuan)換效(xiao)率，但相比傳(chuan)統結構的(de)鈣鈦礦太陽能電池來說仍然(ran)略低，不(bu)過從成本、穩定性、環境友好(hao)等角度考慮，都具有很高(gao)的(de)研究價值(zhi)。

2、提高太陽能電池穩定性

有(you)機(ji)金屬鹵化(hua)物鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)(cai)料(liao)在潮濕環境和光照(zhao)條件下穩定(ding)性較差，容易發(fa)生分解而造成電(dian)池(chi)效率下降甚至失效，因(yin)此除不(bu)斷提(ti)升轉換效率外，目前很多研究也(ye)致力于提(ti)高太陽能電(dian)池(chi)的(de)(de)穩定(ding)性。鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)的(de)(de)穩定(ding)性受(shou)到(dao)溫度、濕度等多種(zhong)環境因(yin)素的(de)(de)制(zhi)約。改善鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)的(de)(de)穩定(ding)性有(you)兩種(zhong)思路(lu)：一種(zhong)是(shi)提(ti)高鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)(cai)料(liao)本身的(de)(de)穩定(ding)性，另一種(zhong)是(shi)尋找合適的(de)(de)傳(chuan)輸層材(cai)(cai)料(liao)使(shi)電(dian)池(chi)與環境隔絕，抑制(zhi)鈣(gai)(gai)鈦(tai)(tai)礦(kuang)(kuang)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)分解。

在(zai)前(qian)一種方法中，Smith等人以一種二維混(hun)合鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)(cai)料(liao)（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作為吸收材(cai)(cai)料(liao)（結構如圖4所(suo)示），該結構可通過旋涂(tu)沉積形成且無(wu)需高(gao)溫(wen)退(tui)火。和普通三維鈣(gai)鈦(tai)礦材(cai)(cai)料(liao)（MA）[PbI3]相比，二維鈣(gai)鈦(tai)礦電(dian)池(chi)在(zai)室溫(wen)潮濕環境下放置46天而不引起性(xing)能的明顯(xian)下降，具有很好的穩定(ding)性(xing)。但(dan)目前(qian)可以替代ABX3中各組分的原子/原子團的選擇很有限，相關研究報道(dao)也比較少(shao)。近年來(lai)更多的研究集中在(zai)后者，即尋找合適的傳(chuan)輸層材(cai)(cai)料(liao)。

（a）兩(liang)種晶體(ti)結構示(shi)意(yi)圖，其中A和B分別(bie)為三(san)維材料（MA）[PbI3]和二維材料（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的結構；

（b）不(bu)同薄(bo)膜在潮(chao)濕環境下經(jing)過相同時間后XRD譜，其(qi)中1，2a，2b分別為二維(wei)材(cai)料(liao)(liao)(liao)薄(bo)膜、旋涂(tu)質量(liang)較(jiao)差(cha)的(de)(de)三維(wei)材(cai)料(liao)(liao)(liao)薄(bo)膜和(he)旋涂(tu)質量(liang)較(jiao)好(hao)(hao)的(de)(de)三維(wei)材(cai)料(liao)(liao)(liao)薄(bo)膜在第二種方法中，研究者致力于尋找更(geng)好(hao)(hao)的(de)(de)空(kong)穴(xue)傳輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)來(lai)(lai)提(ti)高鈣鈦礦(kuang)(kuang)太(tai)陽(yang)能電(dian)池的(de)(de)穩(wen)定性。好(hao)(hao)的(de)(de)空(kong)穴(xue)傳輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)能使(shi)激(ji)子具有(you)更(geng)長(chang)的(de)(de)壽(shou)命和(he)量(liang)子產率，延(yan)長(chang)電(dian)池的(de)(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命。鈣鈦礦(kuang)(kuang)電(dian)池中通常使(shi)用(yong)的(de)(de)空(kong)穴(xue)傳輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)為p型摻雜的(de)(de)spiro-OmetaD。通過改變空(kong)穴(xue)傳輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)來(lai)(lai)提(ti)高材(cai)料(liao)(liao)(liao)穩(wen)定性的(de)(de)思(si)路有(you)兩類：第一類是用(yong)其(qi)他材(cai)料(liao)(liao)(liao)來(lai)(lai)替(ti)換(huan)原有(you)的(de)(de)空(kong)穴(xue)材(cai)料(liao)(liao)(liao)；另(ling)一類是向該空(kong)穴(xue)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中加(jia)入添加(jia)劑或(huo)者替(ti)換(huan)原有(you)的(de)(de)p型添加(jia)劑。

（a）使用四硫富瓦烯(xi)衍生物（TTF-1）和環二芴（spiro-OmetaD）作為空穴(xue)傳輸材(cai)料的兩種電池的穩定性對比；

（b）添加PDPPDBTE電池(chi)與原(yuan)材料電池(chi)的穩定性對比；

（c）采用不同(tong)的摻(chan)雜(za)劑(ji)后電池的穩定性；

（d）不(bu)同XTHSI在(zai)3個(ge)月后的電池效率(lv)變化(hua)（其(qi)中X代(dai)表金屬(shu)元素（如Li，Co，Ir），THIS代(dai)表二(er)（酰基三氟甲烷）酰亞胺）。

在第二類方法中(zhong)，p型添(tian)加劑的引(yin)入可提(ti)(ti)高(gao)載流子(zi)濃度，進(jin)而減少串聯電(dian)阻及界面(mian)處的電(dian)荷傳(chuan)(chuan)輸阻抗.目(mu)前(qian)效(xiao)果較理想的摻雜(za)劑是LiTFSI（鋰基(ji)二（酰(xian)基(ji)三氟甲烷）酰(xian)亞胺）。但在含氧環境中(zhong)，氧氣(qi)會消耗空穴傳(chuan)(chuan)輸層和TiO2表面(mian)的鋰離子(zi)，使(shi)光(guang)電(dian)流降低、電(dian)阻升高(gao)，降低電(dian)池的穩定性，因此尋找(zhao)更好的添(tian)加劑不僅可以起(qi)到(dao)提(ti)(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)的效(xiao)果，還可以進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)(ti)高(gao)穩定性.利用其他元素(su)來替換金屬Li是目(mu)前(qian)研究的熱(re)點之一(yi)。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由(you)于(yu)含鉛材(cai)料對環境的不友好性，研究者們在(zai)(zai)努(nu)力實現(xian)無鉛化，但相應會帶來電池轉換(huan)效率(lv)的降低(di).最直接的方(fang)法是利用同(tong)族元素(su)（如Sn）來代(dai)替Pb元素(su)。在(zai)(zai)MAXI3材(cai)料中，CH3NH3SnI3的能隙僅為1.3eV，遠低(di)于(yu)CH3NH3PbI3的1.55eV，可以(yi)使吸(xi)(xi)收光(guang)譜發生紅移(yi)。采用CsSnI3作(zuo)為光(guang)吸(xi)(xi)收材(cai)料，并加入(ru)SnF2作(zuo)為添加劑也以(yi)減少缺(que)陷密度(du)，提(ti)高(gao)載流(liu)子(zi)濃度(du)，進(jin)而(er)提(ti)高(gao)電池效率(lv)。這兩種替代(dai)的吸(xi)(xi)收材(cai)料的吸(xi)(xi)收光(guang)譜發生明(ming)顯紅移(yi)，可以(yi)吸(xi)(xi)收更(geng)寬(kuan)波段(duan)的入(ru)射光(guang)。

從(cong)解(jie)決環境(jing)污染但又(you)不犧牲(sheng)電(dian)池(chi)轉換效率(lv)的角度出發，Chen等人提出了(le)另一種思路(lu)，即回收汽車電(dian)池(chi)來提供(gong)鉛源(yuan)。由于汽車電(dian)池(chi)中的鉛源(yuan)具有相同的材(cai)料(liao)特性(xing)（如晶體結(jie)構、形貌、吸光性(xing)和光致發電(dian)性(xing)能）和光電(dian)性(xing)能，既提供(gong)了(le)鈣鈦(tai)礦材(cai)料(liao)制備所需的鉛源(yuan)，又(you)解(jie)決了(le)廢(fei)舊含鉛電(dian)池(chi)無(wu)法妥善處(chu)理的問題(ti)，因此具有一定的實際應(ying)用(yong)價(jia)值。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也(ye)存在(zai)一(yi)些(xie)亟需突破的(de)(de)(de)(de)問題(ti)。首(shou)先(xian)，人們大(da)多專注于從(cong)不同的(de)(de)(de)(de)角度改進材(cai)料和(he)制(zhi)備方(fang)法來(lai)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)率(lv)，但始終沒有(you)建立起完備的(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun)模型(xing)來(lai)解釋電(dian)池(chi)(chi)(chi)轉換(huan)效(xiao)率(lv)提(ti)高(gao)的(de)(de)(de)(de)原因，難(nan)以得到一(yi)個(ge)(ge)準(zhun)確可(ke)靠的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)(de)理(li)論(lun)上(shang)限(xian)。其次，如(ru)何兼顧(gu)(gu)提(ti)高(gao)穩定性(xing)和(he)轉換(huan)效(xiao)率(lv)是目(mu)前(qian)的(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)難(nan)點(dian)。鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)太陽能電(dian)池(chi)(chi)(chi)對水蒸氣和(he)氧氣非常敏感，盡(jin)管目(mu)前(qian)已經出現穩定性(xing)長達(da)4個(ge)(ge)月的(de)(de)(de)(de)電(dian)池(chi)(chi)(chi)，但效(xiao)率(lv)僅有(you)12%，相比(bi)傳統晶(jing)硅電(dian)池(chi)(chi)(chi)（壽命可(ke)達(da)25年），依然有(you)較大(da)差距(ju)。再次，如(ru)何實現鈣鈦(tai)(tai)礦(kuang)太陽能電(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)大(da)面(mian)積連續(xu)制(zhi)備也(ye)是現在(zai)面(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)(de)一(yi)個(ge)(ge)重(zhong)要(yao)問題(ti)。在(zai)實驗(yan)室所(suo)制(zhi)得的(de)(de)(de)(de)器件的(de)(de)(de)(de)尺寸(cun)僅有(you)幾厘(li)米大(da)小，與滿足(zu)產業化需求還有(you)距(ju)離。最(zui)后，如(ru)何避免使用鉛等對環(huan)境不友(you)好(hao)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)金(jin)屬(shu)同時兼顧(gu)(gu)高(gao)的(de)(de)(de)(de)轉換(huan)效(xiao)率(lv)也(ye)是目(mu)前(qian)面(mian)臨(lin)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)大(da)挑戰。

目前用其他元素(su)替換鉛通常要以(yi)降低(di)電(dian)池(chi)(chi)效率為(wei)代價，尋找更(geng)合理的(de)方式(shi)解決含鉛帶來的(de)環境問題，使鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)可(ke)回收(shou)、可(ke)再生，對(dui)實際產(chan)業化同樣重(zhong)要。基于此(ci)，通過改(gai)(gai)善鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)層(ceng)與其他傳(chuan)導層(ceng)間(jian)的(de)界面性(xing)能(neng)，尋找更(geng)高效的(de)電(dian)子/空穴傳(chuan)輸材(cai)料，電(dian)池(chi)(chi)轉換效率仍有(you)非常大的(de)提(ti)升空間(jian)，同時也可(ke)以(yi)使太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)的(de)穩定性(xing)得到改(gai)(gai)善。實現鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)材(cai)料的(de)無(wu)鉛化，也成(cheng)為(wei)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)電(dian)池(chi)(chi)最終能(neng)否被(bei)公眾(zhong)接受、實現廣泛應用的(de)關鍵因素(su)之一。