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(zhe)種材料(liao)制備工(gong)藝(yi)簡(jian)單，成本較低(di)。鈣鈦礦(kuang)材料(liao)的結構(gou)通式為(wei)ABX3，其(qi)中(zhong)A為(wei)有機(ji)陽離子(zi)(zi)(zi)，B為(wei)金屬離子(zi)(zi)(zi)，X為(wei)鹵素基團。該結構(gou)中(zhong)，金屬B原子(zi)(zi)(zi)位(wei)(wei)于(yu)立(li)方晶胞(bao)體心(xin)處，鹵素X原子(zi)(zi)(zi)位(wei)(wei)于(yu)立(li)方體面心(xin)，有機(ji)陽離子(zi)(zi)(zi)A位(wei)(wei)于(yu)立(li)方體頂點位(wei)(wei)置。相比于(yu)以共棱、共面形式連接的結構(gou)，鈣鈦礦(kuang)結構(gou)更加(jia)穩定，有利于(yu)缺陷(xian)的擴散遷移.

在用(yong)于(yu)高(gao)效太陽能電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)結構中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，A位(wei)通常為(wei)(wei)HC（NH2）2+（簡稱(cheng)FA+）或者CH3NH3+（簡稱(cheng)MA+）等(deng)有(you)(you)機陽離子(zi)(zi)(zi)(zi)，其主(zhu)要作用(yong)是在晶格中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)維持(chi)電(dian)(dian)(dian)荷平衡，但(dan)A離子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)尺寸大小可以(yi)改變(bian)(bian)能隙(xi)(xi)的(de)(de)大小。當(dang)A離子(zi)(zi)(zi)(zi)半徑增(zeng)大，點(dian)陣(zhen)擴張，導致能隙(xi)(xi)相應變(bian)(bian)小，吸收(shou)邊發生紅(hong)移(yi)(yi)，從而(er)獲得(de)更大的(de)(de)短路(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)流和16%左右的(de)(de)高(gao)電(dian)(dian)(dian)池轉(zhuan)換(huan)效率。金(jin)屬離子(zi)(zi)(zi)(zi)B通常為(wei)(wei)Pb離子(zi)(zi)(zi)(zi)，Pb具有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)穩(wen)定(ding)性，但(dan)由(you)(you)于(yu)有(you)(you)毒性，因此也(ye)(ye)常被Ge，Sn，Ti替代。以(yi)Sn為(wei)(wei)例(li)，Sn-X-Sn鍵角大于(yu)Pb，能隙(xi)(xi)更窄，ASnX3表現出很高(gao)的(de)(de)開路(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓和良好(hao)的(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)(dian)特(te)性，電(dian)(dian)(dian)壓損失(shi)很小。但(dan)在同(tong)一(yi)族(zu)元素(su)(su)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，原子(zi)(zi)(zi)(zi)序數越小，元素(su)(su)穩(wen)定(ding)性越差。為(wei)(wei)了解決穩(wen)定(ding)性問題，將Pb與(yu)Sn按一(yi)定(ding)比例(li)結合(he)，降低Sn帶(dai)(dai)來的(de)(de)不(bu)穩(wen)定(ding)性，同(tong)時又獲得(de)較高(gao)的(de)(de)轉(zhuan)換(huan)效率。鹵(lu)素(su)(su)基團(tuan)X通常為(wei)(wei)碘(dian)(dian)、溴和氯(lv).其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)帶(dai)(dai)有(you)(you)碘(dian)(dian)基團(tuan)的(de)(de)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)太陽能電(dian)(dian)(dian)池在力學性能上(shang)（如彈性、強(qiang)度等(deng)）不(bu)如帶(dai)(dai)有(you)(you)溴基團(tuan)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池。電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)吸收(shou)光(guang)譜由(you)(you)Cl至I依次拓寬，能隙(xi)(xi)的(de)(de)紅(hong)移(yi)(yi)也(ye)(ye)逐(zhu)次增(zeng)加。這(zhe)是由(you)(you)于(yu)隨(sui)著原子(zi)(zi)(zi)(zi)量的(de)(de)升高(gao)，元素(su)(su)電(dian)(dian)(dian)負性變(bian)(bian)弱，與(yu)金(jin)屬離子(zi)(zi)(zi)(zi)B成鍵中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)共價作用(yong)增(zeng)強(qiang)。ABX3型的(de)(de)有(you)(you)機-無機鹵(lu)化(hua)物在不(bu)同(tong)溫度下具有(you)(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)結構。

鈣鈦(tai)礦(kuang)太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)的基本構(gou)造通常為襯底材料(liao)/導電(dian)(dian)玻(bo)璃（鍍有氧化物層的基片玻(bo)璃）/電(dian)(dian)子(zi)傳(chuan)輸層（二氧化鈦(tai)）/鈣鈦(tai)礦(kuang)吸收層（空穴(xue)傳(chuan)輸層）/金屬陰極。

（a）介(jie)觀(guan)結構鈣鈦(tai)礦太陽能電池(chi)；

（b）平(ping)面異(yi)質結結構鈣鈦礦(kuang)太陽能電池。

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。激子在夾芯的鈣鈦礦材(cai)料中分離(li)，這(zhe)種(zhong)材(cai)料可同時傳輸空穴和電子。

鈣鈦礦(kuang)結構(gou)材料(liao)的(de)(de)晶(jing)體學(xue)取向(xiang)也會影響電(dian)池效率。Docampo等研(yan)究(jiu)發(fa)現，當提(ti)高溶液的(de)(de)浸泡溫度，或者在CH3NH3I和PbCl2混合后(hou)進行后(hou)續熱處理，得(de)到的(de)(de)電(dian)池短路電(dian)流更(geng)(geng)大(da)，轉換效率更(geng)(geng)高。而這個過(guo)程(cheng)發(fa)生的(de)(de)改變就是鈣鈦礦(kuang)結構(gou)的(de)(de)長軸方(fang)向(xiang)趨(qu)向(xiang)于與(yu)基底平(ping)行，形成(cheng)各(ge)向(xiang)異(yi)性。這種(zhong)各(ge)向(xiang)異(yi)性越明顯，電(dian)池性能(neng)越好(hao)，因此研(yan)究(jiu)鈣鈦礦(kuang)材料(liao)的(de)(de)晶(jing)體學(xue)取向(xiang)也是獲得(de)優異(yi)性能(neng)的(de)(de)重(zhong)點(dian)方(fang)向(xiang)之一(yi)。

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鈣鈦礦太陽能電池原理

在接受(shou)太陽光(guang)照(zhao)射時，鈣(gai)鈦礦層首(shou)先吸收光(guang)子(zi)(zi)產生(sheng)電子(zi)(zi)-空穴對。由于鈣(gai)鈦礦材激(ji)子(zi)(zi)束縛(fu)能(neng)的(de)差異(yi)，這些載(zai)流(liu)(liu)(liu)子(zi)(zi)或(huo)者成為(wei)自由載(zai)流(liu)(liu)(liu)子(zi)(zi)，或(huo)者形成激(ji)子(zi)(zi)。而且(qie)，因為(wei)這些鈣(gai)鈦礦材料往(wang)往(wang)具有較低的(de)載(zai)流(liu)(liu)(liu)子(zi)(zi)復合幾率(lv)和較高(gao)的(de)載(zai)流(liu)(liu)(liu)子(zi)(zi)遷移率(lv)，所以(yi)載(zai)流(liu)(liu)(liu)子(zi)(zi)的(de)擴散距離和壽命較長。

然(ran)后(hou)，這些(xie)未復(fu)合(he)的(de)電子(zi)(zi)(zi)和(he)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)分別被(bei)電子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)和(he)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)收(shou)集(ji)，即電子(zi)(zi)(zi)從鈣鈦(tai)礦(kuang)層(ceng)傳(chuan)輸(shu)(shu)到等(deng)電子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)，最(zui)后(hou)被(bei)FTO收(shou)集(ji)；空(kong)穴(xue)(xue)(xue)從鈣鈦(tai)礦(kuang)層(ceng)傳(chuan)輸(shu)(shu)到空(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)，最(zui)后(hou)被(bei)金屬電極收(shou)集(ji)，當(dang)然(ran)，這些(xie)過(guo)程中總不(bu)免伴隨(sui)著(zhu)一(yi)些(xie)使載(zai)流子(zi)(zi)(zi)的(de)損失，如電子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)的(de)電子(zi)(zi)(zi)與(yu)鈣鈦(tai)礦(kuang)層(ceng)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)可逆復(fu)合(he)、電子(zi)(zi)(zi)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)的(de)電子(zi)(zi)(zi)與(yu)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)的(de)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)復(fu)合(he)（鈣鈦(tai)礦(kuang)層(ceng)不(bu)致密的(de)情況）、鈣鈦(tai)礦(kuang)層(ceng)的(de)電子(zi)(zi)(zi)與(yu)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)(shu)層(ceng)的(de)空(kong)穴(xue)(xue)(xue)的(de)復(fu)合(he)。要(yao)提高電池的(de)整體性能，這些(xie)載(zai)流子(zi)(zi)(zi)的(de)損失應該降(jiang)到最(zui)低。

最后(hou)，通過連接FTO和金屬(shu)電極的電路而產生光電流。

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(huan)效(xiao)率(lv)是衡量太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)性能(neng)(neng)(neng)最重(zhong)(zhong)要(yao)的(de)(de)指標(biao)，目前得到認(ren)證的(de)(de)最高電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)已(yi)經達到20.1%。限制(zhi)(zhi)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)提(ti)升的(de)(de)瓶頸(jing)在于入射光的(de)(de)大部分能(neng)(neng)(neng)量被反(fan)射或者透射損耗掉，而只有與吸光層材(cai)料能(neng)(neng)(neng)隙(xi)相近的(de)(de)光才(cai)能(neng)(neng)(neng)被吸收轉(zhuan)化(hua)為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)。因此，提(ti)高電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)的(de)(de)關鍵在于改善電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)帶結構。除了上文中(zhong)提(ti)到的(de)(de)通過(guo)調(diao)控鈣(gai)鈦礦材(cai)料中(zhong)的(de)(de)離子(zi)基團來調(diao)節能(neng)(neng)(neng)隙(xi)，制(zhi)(zhi)備出不同能(neng)(neng)(neng)隙(xi)的(de)(de)多結太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)也是該領域(yu)研究的(de)(de)重(zhong)(zhong)要(yao)方向之一(yi)。

除此(ci)之外(wai)，減(jian)少電子(zi)和空穴在傳(chuan)輸過程(cheng)中的(de)復合來提(ti)高傳(chuan)輸速率，也(ye)是提(ti)高轉換效(xiao)率的(de)重要(yao)途徑。

（1）界面調控。由鈣鈦礦(kuang)電池工作機理可以看出，鈣鈦礦(kuang)太陽能(neng)電池轉換效率的(de)提升不(bu)僅取決于光(guang)的(de)吸收能(neng)力(li)，還取決于載流子在鈣鈦礦(kuang)結構中的(de)傳輸速(su)率。

（2）改(gai)進鈣鈦礦(kuang)電池(chi)(chi)的制(zhi)備(bei)工藝(yi)。鈣鈦礦(kuang)太陽(yang)能電池(chi)(chi)作為一(yi)種(zhong)新型的薄(bo)膜(mo)太陽(yang)能電池(chi)(chi)，其(qi)制(zhi)備(bei)工藝(yi)與其(qi)他薄(bo)膜(mo)電池(chi)(chi)類(lei)似，例如(ru)旋(xuan)轉(zhuan)涂(tu)覆(fu)法(fa)（溶(rong)液旋(xuan)涂(tu)法(fa)）、真空(kong)蒸鍍法(fa)（氣相法(fa)）等。無論(lun)何種(zhong)制(zhi)備(bei)方法(fa)都(dou)以制(zhi)備(bei)高純度(du)、缺(que)陷(xian)少(shao)、高覆(fu)蓋率、致密(mi)的鈣鈦礦(kuang)層(ceng)薄(bo)膜(mo)與傳(chuan)輸(shu)層(ceng)薄(bo)膜(mo)為目(mu)的，其(qi)本質在(zai)(zai)于(yu)改(gai)善不同層(ceng)結構之(zhi)間的電學接觸，降低缺(que)陷(xian)密(mi)度(du)，減少(shao)載流子(zi)在(zai)(zai)傳(chuan)輸(shu)過程中的損(sun)耗，從而(er)實(shi)現高的電池(chi)(chi)轉(zhuan)換(huan)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，突出鈣鈦礦材(cai)料的優(you)勢，人們開始在太陽能電池的不同結構(gou)(gou)上(shang)使用(yong)新(xin)材(cai)料，或者(zhe)設計(ji)新(xin)的電池結構(gou)(gou)，期(qi)望得到突破。

總體(ti)來說(shuo)，無論(lun)是(shi)新材(cai)料(liao)的(de)使(shi)用，還是(shi)新器(qi)件結構的(de)改進，各(ge)種(zhong)方(fang)法(fa)雖(sui)然(ran)都得(de)到了較好的(de)電池轉(zhuan)換效(xiao)率(lv)，但相(xiang)比傳統結構的(de)鈣鈦礦太(tai)陽能電池來說(shuo)仍(reng)然(ran)略低，不過從成(cheng)本、穩定性、環境友(you)好等角度考慮，都具有很(hen)高的(de)研究價值。

2、提高太陽能電池穩定性

有(you)機金屬鹵(lu)化物鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)材料(liao)在潮(chao)濕(shi)環(huan)(huan)境和(he)光照(zhao)條件下穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)較(jiao)差，容易發生分(fen)解(jie)而造成(cheng)電(dian)池(chi)效(xiao)率(lv)下降甚至失(shi)效(xiao)，因此除不斷提(ti)升轉換效(xiao)率(lv)外，目前很多研(yan)究(jiu)也致力于(yu)提(ti)高太陽能電(dian)池(chi)的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)。鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)受到溫度、濕(shi)度等多種環(huan)(huan)境因素的(de)(de)制(zhi)約。改(gai)善鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)電(dian)池(chi)的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)有(you)兩(liang)種思路：一種是提(ti)高鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)材料(liao)本身(shen)的(de)(de)穩(wen)(wen)定(ding)性(xing)，另一種是尋找合適的(de)(de)傳輸層(ceng)材料(liao)使電(dian)池(chi)與環(huan)(huan)境隔絕，抑制(zhi)鈣鈦(tai)礦(kuang)(kuang)(kuang)材料(liao)的(de)(de)分(fen)解(jie)。

在前一(yi)種方法(fa)中(zhong)，Smith等(deng)人(ren)以(yi)一(yi)種二(er)維混合鈣鈦礦(kuang)材料(liao)（PEA）2（MA）2[Pb3I10]（PEA=C6H5（CH2）2NH3+，MA=CH3NH3+）作為吸收材料(liao)（結構如圖(tu)4所示），該結構可通過旋涂沉積形成且無需高溫(wen)退(tui)火。和普通三維鈣鈦礦(kuang)材料(liao)（MA）[PbI3]相比(bi)，二(er)維鈣鈦礦(kuang)電池在室溫(wen)潮(chao)濕環境下(xia)放置46天而(er)不引起性能(neng)的(de)(de)(de)明(ming)顯(xian)下(xia)降，具有(you)很(hen)好(hao)的(de)(de)(de)穩定性。但目(mu)前可以(yi)替代ABX3中(zhong)各組分的(de)(de)(de)原子/原子團的(de)(de)(de)選擇很(hen)有(you)限(xian)，相關研(yan)究(jiu)報道(dao)也比(bi)較少。近(jin)年來更多的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)集中(zhong)在后者，即尋找合適的(de)(de)(de)傳(chuan)輸(shu)層材料(liao)。

（a）兩種晶體結構示意(yi)圖，其中A和(he)B分別為三維(wei)材料(liao)（MA）[PbI3]和(he)二維(wei)材料(liao)（PEA）2（MA）2[Pb3I10]的結構；

（b）不(bu)同(tong)薄膜在潮濕環(huan)境下經過(guo)相同(tong)時間后(hou)XRD譜，其(qi)中(zhong)1，2a，2b分(fen)別為二維材(cai)料(liao)(liao)(liao)薄膜、旋涂質量(liang)(liang)較(jiao)(jiao)差的(de)三維材(cai)料(liao)(liao)(liao)薄膜和旋涂質量(liang)(liang)較(jiao)(jiao)好的(de)三維材(cai)料(liao)(liao)(liao)薄膜在第(di)二種(zhong)方法中(zhong)，研究者致力于尋找(zhao)更(geng)好的(de)空穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)來提高(gao)鈣(gai)鈦(tai)礦太陽能電(dian)池(chi)的(de)穩定性(xing)。好的(de)空穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)能使激子具(ju)有(you)更(geng)長(chang)的(de)壽命(ming)和量(liang)(liang)子產率(lv)，延長(chang)電(dian)池(chi)的(de)使用壽命(ming)。鈣(gai)鈦(tai)礦電(dian)池(chi)中(zhong)通(tong)常使用的(de)空穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)為p型(xing)摻(chan)雜的(de)spiro-OmetaD。通(tong)過(guo)改變(bian)空穴(xue)(xue)傳(chuan)輸(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)來提高(gao)材(cai)料(liao)(liao)(liao)穩定性(xing)的(de)思路有(you)兩類：第(di)一(yi)類是用其(qi)他材(cai)料(liao)(liao)(liao)來替換(huan)原(yuan)有(you)的(de)空穴(xue)(xue)材(cai)料(liao)(liao)(liao)；另一(yi)類是向該空穴(xue)(xue)材(cai)料(liao)(liao)(liao)中(zhong)加(jia)入添加(jia)劑或者替換(huan)原(yuan)有(you)的(de)p型(xing)添加(jia)劑。

（a）使用(yong)四硫富瓦烯(xi)衍生物（TTF-1）和環二芴(wu)（spiro-OmetaD）作為空穴傳輸材料的兩種電池(chi)的穩定性對比(bi)；

（b）添(tian)加PDPPDBTE電池(chi)與原材料電池(chi)的(de)穩定性(xing)對(dui)比；

（c）采用不(bu)同的摻(chan)雜劑后(hou)電(dian)池的穩定性(xing)；

（d）不同XTHSI在(zai)3個月后的(de)電池效率變化（其中X代(dai)(dai)表金(jin)屬元素（如Li，Co，Ir），THIS代(dai)(dai)表二（酰基(ji)三氟甲烷）酰亞胺(an)）。

在(zai)第(di)二(er)類方法中，p型添加劑(ji)(ji)的(de)(de)(de)引入(ru)可(ke)提高(gao)(gao)載流子濃度，進而減少串聯電(dian)(dian)阻(zu)及界面處的(de)(de)(de)電(dian)(dian)荷傳輸阻(zu)抗.目(mu)前效果(guo)較理想(xiang)的(de)(de)(de)摻雜劑(ji)(ji)是(shi)(shi)LiTFSI（鋰基二(er)（酰基三氟甲烷）酰亞胺）。但(dan)在(zai)含氧環境中，氧氣會消耗(hao)空穴傳輸層和TiO2表面的(de)(de)(de)鋰離子，使光(guang)電(dian)(dian)流降(jiang)低、電(dian)(dian)阻(zu)升(sheng)高(gao)(gao)，降(jiang)低電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)穩定性，因此尋(xun)找更好的(de)(de)(de)添加劑(ji)(ji)不(bu)僅可(ke)以(yi)起到提高(gao)(gao)效率的(de)(de)(de)效果(guo)，還可(ke)以(yi)進一步提高(gao)(gao)穩定性.利用(yong)其(qi)他(ta)元素(su)來替換金(jin)屬Li是(shi)(shi)目(mu)前研究的(de)(de)(de)熱點之一。

3、實現鈣鈦礦太陽能電池的環境友好化

由于含鉛材料對環境的不友(you)好(hao)性，研究者們在努力實現無(wu)鉛化，但(dan)相應會(hui)帶來(lai)電(dian)池(chi)轉(zhuan)換效率的降(jiang)低.最直接(jie)的方(fang)法是利用(yong)同族元素（如Sn）來(lai)代(dai)替Pb元素。在MAXI3材料中，CH3NH3SnI3的能隙僅為(wei)1.3eV，遠(yuan)低于CH3NH3PbI3的1.55eV，可以使吸(xi)(xi)收光(guang)譜發生(sheng)紅移。采用(yong)CsSnI3作為(wei)光(guang)吸(xi)(xi)收材料，并加(jia)入SnF2作為(wei)添加(jia)劑(ji)也以減少缺陷密(mi)度，提(ti)高載流子濃度，進而提(ti)高電(dian)池(chi)效率。這兩種替代(dai)的吸(xi)(xi)收材料的吸(xi)(xi)收光(guang)譜發生(sheng)明顯(xian)紅移，可以吸(xi)(xi)收更寬波段的入射光(guang)。

從(cong)解決(jue)環(huan)境污染但又不犧牲電(dian)(dian)池(chi)轉換(huan)效率的(de)角(jiao)度出發，Chen等人提(ti)出了另一種思路，即回(hui)收汽(qi)車電(dian)(dian)池(chi)來(lai)提(ti)供(gong)鉛(qian)(qian)源(yuan)。由于汽(qi)車電(dian)(dian)池(chi)中的(de)鉛(qian)(qian)源(yuan)具(ju)有相同的(de)材(cai)料特性(xing)（如晶體結構、形(xing)貌(mao)、吸(xi)光(guang)性(xing)和(he)(he)光(guang)致發電(dian)(dian)性(xing)能(neng)(neng)）和(he)(he)光(guang)電(dian)(dian)性(xing)能(neng)(neng)，既提(ti)供(gong)了鈣鈦礦材(cai)料制備所(suo)需(xu)的(de)鉛(qian)(qian)源(yuan)，又解決(jue)了廢舊含鉛(qian)(qian)電(dian)(dian)池(chi)無法(fa)妥善處(chu)理(li)的(de)問題(ti)，因此具(ju)有一定的(de)實際應用價(jia)值。

結論

鈣鈦礦太陽能電池也(ye)存(cun)在一(yi)些(xie)亟需突(tu)破的(de)(de)(de)問題。首先，人們大多專(zhuan)注于(yu)從不同的(de)(de)(de)角度改進材料和制(zhi)備(bei)方(fang)法來(lai)提(ti)高(gao)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)(lv)，但始終沒(mei)有(you)建立起完備(bei)的(de)(de)(de)理(li)論模型來(lai)解釋(shi)電(dian)(dian)池轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)(lv)提(ti)高(gao)的(de)(de)(de)原因(yin)，難(nan)以(yi)得到(dao)一(yi)個(ge)準(zhun)確可靠的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)(de)理(li)論上(shang)限。其次，如何(he)(he)(he)兼顧提(ti)高(gao)穩(wen)定性和轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)(lv)是目(mu)(mu)前的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)難(nan)點(dian)。鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)(dian)池對水蒸氣和氧氣非常(chang)敏(min)感(gan)，盡管(guan)目(mu)(mu)前已(yi)經(jing)出現穩(wen)定性長(chang)達4個(ge)月的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池，但效率(lv)(lv)(lv)僅有(you)12%，相比傳統(tong)晶硅電(dian)(dian)池（壽命可達25年），依(yi)然(ran)有(you)較大差(cha)距(ju)。再次，如何(he)(he)(he)實現鈣(gai)鈦礦太陽能電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)大面(mian)積連續制(zhi)備(bei)也(ye)是現在面(mian)臨的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要問題。在實驗室所(suo)制(zhi)得的(de)(de)(de)器件的(de)(de)(de)尺(chi)寸僅有(you)幾厘米(mi)大小，與滿足產業化需求還有(you)距(ju)離。最后，如何(he)(he)(he)避免(mian)使(shi)用鉛等(deng)對環境不友好(hao)的(de)(de)(de)重(zhong)金屬同時兼顧高(gao)的(de)(de)(de)轉(zhuan)換(huan)效率(lv)(lv)(lv)也(ye)是目(mu)(mu)前面(mian)臨的(de)(de)(de)重(zhong)大挑戰(zhan)。

目前用其(qi)(qi)他(ta)元素(su)替(ti)換鉛(qian)通常要以降低電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)效(xiao)率為代(dai)價，尋找更(geng)合(he)理的(de)方式(shi)解決(jue)含鉛(qian)帶來的(de)環(huan)境問題(ti)，使鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)可回收、可再(zai)生，對實際產(chan)業(ye)化同樣重要。基于(yu)此，通過(guo)改(gai)善(shan)鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)與其(qi)(qi)他(ta)傳(chuan)(chuan)導層(ceng)間的(de)界面性(xing)能，尋找更(geng)高效(xiao)的(de)電(dian)(dian)(dian)子/空(kong)穴傳(chuan)(chuan)輸材料(liao)，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)轉換效(xiao)率仍有非(fei)常大的(de)提升空(kong)間，同時也可以使太(tai)陽能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)穩定性(xing)得到改(gai)善(shan)。實現鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)材料(liao)的(de)無鉛(qian)化，也成為鈣(gai)(gai)鈦礦(kuang)太(tai)陽能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)最終能否被(bei)公(gong)眾接受、實現廣泛應用的(de)關鍵因素(su)之(zhi)一。